JP5405207B2 - 車両用灯具の配光制御システム - Google Patents

Description

本発明は車両の前照灯等の灯具に関し、特に車両の走行状況を検出した上で、他車の眩惑を防止するとともに自車両にとって最善の配光に制御することを可能にした配光制御システムに関するものである。

自車両の前方に存在する対向車や先行車（以下、他車両と称する）を検出し、この検出に基づいて自車両の前照灯の配光を制御する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、自車両の前方に存在する発光体からの光を集光して受光し、受光した光の赤色光と白色ないし黄色光を区別して検出し、この色光と発光体の上下、左右の座標位置とを勘案することにより他車両を検出し、これらの他車両を眩惑することがないように前照灯のハイビームとロービームの切り替えを行う技術が提案されている。また、近年では自車両の前方領域をカラー撮像装置により撮像し、得られたカラー撮像画像を画像解析することによって撮像画像中の赤色やその他の色を検出し、これらの色や撮像画像中の座標位置から他車両を検出し、これに基づいて配光を制御する技術も提案されている。

実開平５−９３９８１号公報

カラー撮像装置で撮像した画像に基づいて他車両を検出する技術は、検出精度が高く有効な配光制御を実現する上では好ましいが、カラー撮像装置や色分析能力のある画像解析装置が必要とされるために高コストであり、コストの点で全ての車両に適用することは難しい。これに対し特許文献１の技術は、検出する装置が受光素子と受光素子で検出した信号を処理するための信号処理装置で構成できるのでコスト的に有利であり、特に低コスト車両への適用が期待できる。

しかし、特許文献１の技術は、他車両を検出するための情報として、検出対象となる発光体の色光情報や発光体の上下、左右位置情報を用いるのみであるため、街路灯、特にナトリウム灯のような橙色に近い色光を発光する街路灯を明確に区別して検出することが難しく、街路灯を他車両として誤って検出してしまうことがある。また、道路脇に配設されている橙色の光を反射する小型の道路反射器（デリニエータ）についても同様に他車両として誤って検出してしまうことがある。特に、街路灯やデリニエータを他車両として誤検出した場合には、自車両の前照灯を必要以上に減光し、あるいは光軸を下方偏向させる配光制御が行われることになり、自車両の走行の安全性に問題が生じる。そのため低コストの配光制御システムを実現することは難しいものとなっている。

本発明の目的は、簡易な構成でありながら街路灯やデリニエータ等の道路構築物と他車両を明確に区別して検出し、自車両における好適な配光制御を実現することを可能にした低コストの車両用灯具の配光制御システムを提供するものである。

本発明は、自車の前方領域を撮像する撮像装置と、撮像装置で撮像して得られる画像に含まれる輝点信号を検出し、この輝点信号に基づいて対象物を検出する対象物検出装置と、対象物検出装置で検出した対象物に対して自車の灯具の配光を制御する配光制御装置とを備える車両用灯具の配光制御システムであって、撮像装置はモノクロ撮像素子と、当該モノクロ撮像素子の受光部の前側に配置されて赤色から近赤外領域の波長の光を通過する赤色系フィルタを備えており、当該赤色系フィルタは街路灯からの光およびヘッドランプから照射されてデリニエータで反射された光を遮光する特性を有し、対象物検出装置は撮像装置で検出した輝点信号の信号レベルの比較を行ない、この比較結果に基づいて対象物として対向車と先行車を判別して検出する構成であることを特徴とする。

本発明において、街路灯からの光は５３０〜５６０ｎｍであり、前記デリニエータで反射された光は５４０〜６３０ｎｍであり、赤色系フィルタは６４０ｎｍよりも長い波長の光を透過する特性である。

また、対象物検出装置は、検出した輝点信号の信号レベルが高い対象物を対向車として検出し、信号レベルが低い対象物を先行車として検出する構成とする。あるいは、検出した輝点信号の信号レベルが基準レベルよりも高い対象物を対向車として検出し、信号レベルが基準レベルよりも低い対象物を先行車として検出する構成とする。

本発明によれば、赤色系フィルタは街路灯からの光およびヘッドランプから照射されてデリニエータで反射された光を遮光する特性を有しているので、撮像装置で撮像した画像には街路灯からの光とデリニエータの反射光が撮像されることはなく、しかも対向車の光は高い輝度で、先行車の光は低い輝度で撮像される。そのため、撮像装置にモノクロ撮像素子を用いるのでカラー撮像素子を用いた撮像装置に較べて低コストに構成できる。また、対象物検出装置は撮像装置で得られた輝点信号に基づいて道路構築物と車両とを区別して検出し、さらに車両については輝点信号の信号レベルを比較するだけで対向車と先行車を明確に区別することができるので、対象物検出装置の構成を簡略化し、低コスト化が促進可能になる。これにより低コストの配光制御システムが実現できる。

本発明の配光制御システムの概念構成図。 モノクロ撮像装置の概略構成図。 モノクロＣＣＤ素子の分光感度特性と赤色系フィルタの光透過特性図。 各種ヘッドランプとテールランプ、街路灯、デリニエータ等の光量分布図。 モノクロ撮像装置で検出する輝点信号の一例を示す模式図。 信号レベル比較部での基準レベルを説明する図。 信号レベル比較部での対向車と先行車を区別する動作を説明する図。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明を自動車の前照灯の配光制御システムに適用した実施形態の概念構成図である。自動車ＣＡＲの前部には前方撮像装置としてモノクロ撮像装置１が配設されており、当該自動車、すなわち自車ＣＡＲの前方領域を撮像することが可能とされている。このモノクロ撮像装置１には自車の前方に存在する他車両等の対象物を検出するための対象物検出装置２が接続されており、モノクロ撮像装置１で撮像した撮像画像に基づいて自車の前方領域に存在する他車両や道路構築物を検出するための動作を実行する。この対象物検出装置２には、自車の車速を検出する車速センサ５と、自車の操舵方向を検出する操舵角センサ６が接続されている。また、前記対象物検出装置２には配光制御装置３が接続されており、配光制御装置３は他車両や道路構築物を検出した信号を受けて自車のヘッドランプ４の配光を制御する。このヘッドランプ４の配光制御として、ここではハイビームとロービームを切り替えるように構成されている。

前記モノクロ撮像装置１はいわゆるＣＣＤカメラとして構成されており、図２に概略構成を示すように、カメラ筐体１１内に、対象物を光学的に結像するための結像レンズ１２と、結像した対象物を電気信号に光電変換するモノクロＣＣＤ素子１３を備えて構成されている。このモノクロＣＣＤ素子１３は一般に提供されているものをそのまま利用しており、カラーＣＣＤ素子とは異なりマトリクス状に配置されて撮像面を構成している複数の受光部はそれぞれ図３のように４５０〜１０５０ｎｍの光を受光可能な分光感度特性を有している。各受光部からは受光した光の光量（明るさ）に対応したレベルの電気信号を出力し、これらの出力した電気信号に基づいて自車の前方領域の撮像画像を形成するものである。

また、前記モノクロ撮像装置１は、モノクロＣＣＤ素子１３の前側位置に配置した赤色系フィルタ１４を備えている。この赤色系フィルタ１４の光透過特性は図３に併せて示すように、ほぼ６４０ｎｍよりも長い波長の光、すなわち赤色から近赤外領域にわたる波長の光を透過し、これよりも短い波長の光、すなわち青色、緑色、橙色等の光を遮断するように構成されている。

前記対象物検出装置２は、前記モノクロ撮像装置１のモノクロＣＣＤ素子１３から出力されてくる画像信号中の比較的に輝度の高い部分の信号（輝点の信号であるので、以下は輝点信号と称する）に基づいて所定のアルゴリズムでの処理を行う構成である。すなわち、入力された輝点信号の信号レベルをあらかじめ設定した基準レベルと比較し、基準レベル以上の輝度信号を出力する信号レベル比較部２１と、モノクロ撮像装置１からの輝点信号とこの信号レベル比較部２１の出力とで各輝点信号の対象物を認識する認識部２２を備えている。さらに、この実施形態１では対象物の検出精度を高めるために、信号レベル比較部２１から出力された輝点信号のモノクロＣＣＤ素子１３の撮像面上での座標位置を検出する位置検出部２３を設け、この位置検出部２３で検出した座標位置を前記認識部２２に出力するようにも構成されている。さらに、この認識部２２には車速センサ５からの車速並びに操舵角センサ６からの操舵角の各出力を入力するようになっている。

前記信号レベル比較部２１は単純なコンパレータで構成でき、位置検出部２３はモノクロＣＣＤ素子１３を構成する多数の受光素子のうちのいずれの受光素子で撮像（受光）した輝点信号であるかを認識することにより実現できる。また、認識部２２は、モノクロＣＣＤ素子１３から出力される輝点信号と、信号レベル比較部２１で検出された輝点信号について、当該輝点信号の信号レベルに基づいて対向車、先行車等の他車両を認識する動作を行う。また、この実施形態１の認識部２２では、位置検出部２３で検出された輝点信号の座標位置を参照し、さらにその時の自車の車速と操舵角とに基づいて、対象となる輝点信号が対向車、先行車等の他車両であるかを認識する動作を行うことも可能である。

配光制御装置３は前記したように自車のヘッドランプ４の配光を制御するものであり、例えば、ヘッドランプ４がハイビームランプとロービームランプとで構成されている４灯式ヘッドランプの場合にはロービーム時にはロービームランプのみを点灯し、ハイビーム時にはハイビームランプを追加点灯する。ハイビームとロービームを切り替える２灯式ヘッドランプの場合にはランプの光源を切り替え点灯し、あるいはシェードを切り替えることによりハイビームとロービームを切り替える。ヘッドランプ４が複数のランプで構成されている場合には、点灯するランプを選択することによってロービームとハイビームを切り替える。なお、ハイビームとロービーム以外の配光、例えばモータウェイ配光、昼間点灯配光、雨天点灯配光等への切り替えが可能なヘッドランプについてはここでは説明は省略するが、配光制御部３において適宜に切り替えるよう構成することは可能である。

以上の構成の実施形態における配光制御動作について説明する。まず、現在実用化されている自動車における一般的なヘッドランプとテールランプで照射する光の分光特性についてみると、それぞれ図４に示す特性である。ここでは、ヘッドランプとして、ハロゲンヘッドランプ（ハロゲンＨＬ）、放電ヘッドランプ（放電ＨＬ）、ＬＥＤヘッドランプ（ＬＥＤ−ＨＬ）の例を示している。また、テールランプとして、白熱テールランプ（白熱ＴＬ）、ＬＥＤテールランプ（ＬＥＤ−ＴＬ）の例を示している。さらに、橙色の光を照射する街路灯についても示している。これから見ると、各ヘッドランプの光は６００〜６２０ｎｍを長波長側の限界とし、これよりも短い波長域にピークを有する一方、これよりも長波長域に向けて徐々に光量が低下して行く特性を有している。まか、各テールランプの光は６２０〜６３０ｎｍ付近にピークを有する低光量の特性である。橙色の街路灯は５３０〜５６０ｎｍ付近にピークを有する狭い領域の中程度の光量の特性である。

また、図４には自車のヘッドランプからの光が投射されたときに、デリニエータから反射された光と、先行車のテールランプに設けられている反射器から反射された光の特性についても示している。ここでは自車のヘッドランプとしてハロゲンヘッドランプを用いており、またデリニエータについては橙色の反射器として構成し、テールランプの反射器は赤色反射器として構成したものである。ハロゲンヘッドランプから出射した光のうち５４０〜６３０ｎｍ程度の範囲の光がデリニエータから反射されるが、デリニエータの面積が小さいことから当該反射光は極低光量の光である。同じく、先行車のテールランプの一部に設けられている赤色反射器から反射されたハロゲンヘッドランプからの光は６２０〜６３０ｎｍ付近にピークを有する反射光であるが、当該反射器の面積が小さいため反射光は極低光量の光である。

自車の前方領域をモノクロ撮像装置１で撮像すると、当該前方領域に存在する発光体を撮像し、当該発光体に対応する輝点信号を出力する。例えば、図５（ａ）のように、自車が街路灯ＲＬとデリニエータＤＬが配設された道路を走行しており、自車の前方に対向車Ｏ−ＣＡＲと先行車Ｆ−ＣＡＲが存在しているものとする。このとき、モノクロ撮像装置１の結像レンズ１２により、これら街路灯ＲＬ、デリニエータＤＬ、対向車Ｏ−ＣＡＲのヘッドランプＨＬ、先行車Ｆ−ＣＡＲのテールランプＴＬ及びその赤色反射器ＲＲからの各光による輝点が結像される。そのため、仮にモノクロ撮像装置１に赤色系フィルタ１４が存在しない場合には図５（ｂ）のような輝点に基づく輝点信号が出力されることになる。ここでは便宜的に図５（ａ）で示した符号と同じ符号で輝点信号を示している。しかしながら、ここではモノクロＣＣＤ素子１３の前側に設けられた赤色系フィルタ１４により６４０ｎｍよりも長い波長の輝点のみが撮像され、当該輝点信号のみが出力されることになる。すなわち、橙色をした６４０ｎｍよりも短い波長の街路灯ＲＬやデリニエータＤＬからの反射光は殆どが赤色系フィルタ１４によって遮断される。この結果、モノクロＣＣＤ素子１３から出力される輝点信号は図５（ｃ）のように、対向車のヘッドランプＨＬと先行車のテールランプＴＬ及びその赤色反射器ＲＲの光に基づくものとなる。

このようにモノクロ撮像装置１から出力される輝点信号は信号レベル比較部２１において基準レベルと比較される。図４に示したように、ハロゲンヘッドランプ、放電ヘッドランプ、ＬＥＤヘッドランプ等からなるヘッドランプＨＬの光は６４０ｎｍよりも長い波長領域において比較的に高いレベルの光量であるので赤色系フィルタ１４を通した後でもモノクロＣＣＤ素子１３からは高レベルの輝点信号が得られる。また、白熱テールランプ、ＬＥＤテールランプ等のテールランプＴＬの光は６４０ｎｍ以上の波長の成分を含んでいるがヘッドランプＨＬの光量に比較すれば低いレベルの光量であるのでモノクロＣＣＤ素子１３からは低レベルの輝点信号が得られる。さらに、テールランプＴＬの赤色反射器ＲＲからの赤色光は一部が遮断されるため、僅かなレベルの輝点信号として出力されることになる。これに基づき、信号レベル比較部２１では、図６に示すように、ヘッドランプの輝点信号の信号レベルとテールランプの輝点信号の信号レベルの中間の適宜なレベルを基準レベルに設定しておけば、信号レベル比較部２１ではヘッドランプとテールランプを区分けすることが可能になる。

そして、得られた輝点信号について、信号レベル比較部２１では、図５（ｃ）の鎖線ａ１−ａ２，ｂ１−ｂ２，ｃ１−ｃ２の各線に沿った信号レベルについて比較を行う。図７はその状態を示す図であり、ａ１−ａ２とｃ１−ｃ２ではヘッドランプＨＬによる高いレベルの輝点信号が基準レベルと比較され、ｂ１−ｂ２ではテールランプＴＬによる低レベルの輝点信号と、赤色反射器ＲＲによる極低レベルの輝点信号が基準レベルと比較されることになる。したがって、信号レベル比較部２１においては、信号レベル比較部２２からの比較結果に基づいて、モノクロ撮像装置１から出力される輝点信号をヘッドランプＨＬの輝点信号とそれ以外の対象物、ここでは、テールランプＴＬと、テールランプに設けられた赤色反射器ＲＲの輝点信号とを区別して出力することが可能になる。

そして、認識部２２は高い信号レベルの輝点信号については対向車のヘッドランプであると認識し、低い信号レベルの輝点信号については先行車のテールランプ又はテールランプの赤色反射器であると認識する。これにより、認識部２２においては極めて簡単な処理で対向車と先行車を認識することができるようになり、認識部２２の構成の簡略化が実現できる。ここでは街路灯やデリニエータについては信号レベル比較部２１において輝点信号として検出されることがないので、認識部２２において道路構築部を認識することはない。

そして、配光制御装置３では認識部２２での認識に基づいて、輝度信号を対向車であると認識したときには自車のヘッドランプ４をロービームに制御する。先行車であると認識したときにはハイビームに制御する。この場合、先行車との距離が短い場合にはロービームに制御してもよい。

このように、実施形態では、モノクロ撮像装置１で撮像する際に６４０ｎｍよりも長い波長光を透過する赤色系フィルタ１４でフィルタリングを行ってモノクロＣＣＤ素子１３での撮像を行っているので、街路灯とデリニエータの画像信号、すなわち輝点信号を検出することはない。そして得られた輝点信号について、信号レベル比較部２１において所定の基準レベルでのレベル比較を行うことにより、認識部２２ではヘッドランプと赤色反射器を含むテールランプとを区別して認識することができ、これに基づいて配光制御装置３において自車のヘッドランプ４の配光を制御することができる。このとき、街路灯やデリニエータをヘッドランプやテールランプとして誤って認識することはない。そのため、カラー撮像装置に比較して低コストのモノクロ撮像装置を採用することができる。また、対象物検出装置２においては、信号レベル比較部２１は単に検出した輝点信号のレベルを比較するのみの構成でよく、認識部２２は信号レベルの高低で輝点信号の属性を認識できる構成とすればよいので、これらの構成を簡略化して対象物検出装置２を低コストに構成できる。

この実施形態においては、輝点信号に対応する対象車両の属性の認識の精度を高めるために、認識部２２では、当該対象となる輝点信号について、位置検出部２３で検出される座標位置を参照し、この座標位置に基づいて当該輝点信号が経時的に変化する位置変化量と、その時の自車の車速及び操舵角とで当該輝度信号の自車に対する相対速度を演算し、この相対速度から輝点信号が自車に対して接近するものか離反するものか、さらには一定の距離を保っているか否かについても演算することもできる。そして、この演算結果に基づいて当該対象となる輝点信号が対向車、先行車等の他車両であるか否かを認識するようにしてもよい。このように構成した場合には対象物検出装置２の構成が幾分複雑なものになるので、コストも幾分高めになる。

実施形態では検出した輝点信号の信号レベルを信号レベル比較部２１において基準レベルと比較し、その結果から認識部２２において対向車と先行車を認識しているが、基準レベルを設けることなく、単なる信号レベルの高低によって認識を行うようにすることも可能である。特に、自車の走行状況の変化に伴って自車から対向車や先行車までの距離は頻繁に変化するので、検出した輝点信号の信号レベルも多様なものとなることが多く、必ずしも対向車の輝点信号が基準レベルよりも高いレベルであるとは限られない場合もある。しかしながら、一般にはテールランプの輝度信号よりもヘッドランプの輝点信号のレベルが顕著に高いので、複数の輝点信号の信号レベルを単純に相対比較するだけでも対向車と先行車をそれぞれ高い精度で認識することは可能である。このようにすることで信号レベル比較部２１をより簡略化でき、さらなる低コスト化が実現できる。

本発明において、前方領域を撮像するモノクロ撮像装置はモノクロＣＣＤ素子を備えたものに限られるものではなく、モノクロＣＭＯＳ素子を備えた撮像装置として構成してもよい。また、赤色系フィルタは実施形態１において最も好ましい形態として６４０ｎｍを遮断周波数としたフィルタを用いているが、この近傍の周波数、例えば６２０〜６６０ｎｍの範囲に含まれる適宜な周波数を遮断周波数とするフィルタとして構成してもよい。

また、本発明における配光制御はヘッドランプをハイビームとロービームに切り替えるのみではなく、ランプの光軸を上下、あるいは左右に偏向制御して他車両に対する眩惑を防止する制御であってもよく、あるいは複数の光源で構成されるヘッドランプでは、任意の数の光源を点灯、消灯制御して配光を制御するものであってもよい。

本発明は自車両の前方に存在する他車両を検出して自車両のヘッドランプやその他の照明用灯具の配光を制御するように構成した低コストな車両用灯具について採用することが可能である。

１ モノクロ撮像装置
２ 対象物検出装置
３ 配光制御装置
４ ヘッドランプ
１２ 結像レンズ
１３ モノクロＣＣＤ素子
１４ 赤色系フィルタ
２１ 信号レベル比較部
２２ 認識部
２３ 位置検出部
ＨＬ ヘッドランプ（対向車）
ＴＬ テールランプ（先行車）
ＲＲ 赤色反射器（先行車）
ＲＬ 街路灯
ＤＬ デリニエータ
ＣＡＲ 自車
Ｏ−ＣＡＲ 対向車
Ｆ−ＣＡＲ 先行車

Claims (4)

1. 自車の前方領域を撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像して得られる画像に含まれる輝点信号を検出し、この輝点信号に基づいて対象物を検出する対象物検出装置と、前記対象物検出装置で検出した対象物に対して自車の灯具の配光を制御する配光制御装置とを備える車両用灯具の配光制御システムであって、前記撮像装置はモノクロ撮像素子と、当該モノクロ撮像素子の受光部の前側に配置されて赤色から近赤外領域の波長の光を通過する赤色系フィルタを備え、当該赤色系フィルタは街路灯からの光およびヘッドランプから照射されてデリニエータで反射された光を遮光する特性を有し、前記対象物検出装置は前記撮像装置で検出した輝点信号の信号レベルの比較を行ない、この比較結果に基づいて対象物として対向車と先行車を判別して検出する構成であることを特徴とする車両用灯具の配光制御システム。
2. 前記街路灯からの光は５３０〜５６０ｎｍであり、前記デリニエータで反射された光は５４０〜６３０ｎｍであり、前記赤色系フィルタは６４０ｎｍよりも長い波長の光を透過する特性であることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具の配光制御システム。
3. 前記対象物検出装置は、検出した輝点信号の信号レベルが高い対象物を対向車として検出し、信号レベルが低い対象物を先行車として検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用灯具の配光制御システム。
4. 前記対象物検出装置は、検出した輝点信号の信号レベルが基準レベルよりも高い対象物を対向車として検出し、信号レベルが基準レベルよりも低い対象物を先行車として検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用灯具の配光制御システム。

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