JP5853719B2 - Image processing system and vehicle equipped with the same - Google Patents

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Description

本発明は、路面の状態(乾燥状態または凍結状態)を検出し、運転者へ注意を促す目的等に利用する画像処理システム及びそれを備えた車両に関する。   The present invention relates to an image processing system that detects a road surface state (dry state or frozen state) and uses it for the purpose of alerting a driver, and a vehicle equipped with the image processing system.

従来から、路面を撮像した偏光画像に基づいて、路面状態が乾燥状態または凍結状態にあるか否かを検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a method for detecting whether or not the road surface state is a dry state or a frozen state based on a polarized image obtained by imaging the road surface has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に開示された路面状態検出装置は、路面を撮像する撮像手段と、該撮像手段の前面に配置され偏光面を水平・垂直方向に可変可能な偏光手段と、を備え、路面を撮像した水平偏光画像及び垂直偏光画像に対してフーリエ変換を行ってパワースペクトル画像を生成し、このパワースペクトル画像中の周波数成分の分布より特徴を算出し、算出した特徴値が設定された値より大か否かによって、路面の凍結、湿潤及び乾燥を判定して出力するようになっている。   The road surface state detection device disclosed in Patent Document 1 includes an imaging unit that images a road surface, and a polarization unit that is disposed in front of the imaging unit and whose polarization plane can be varied in the horizontal and vertical directions, and images the road surface. A power spectrum image is generated by performing Fourier transform on the horizontally polarized image and the vertically polarized image, and a feature is calculated from the distribution of frequency components in the power spectrum image, and the calculated feature value is larger than the set value. Whether or not the road surface is frozen, wet and dry is determined and output.

しかしながら、特許文献1に開示された路面状態検出装置は、水平偏光画像及び垂直偏光画像を撮像する際に、フィルタ変換部により垂直偏光フィルタと水平偏光フィルタを順次セットする構成であり、リアルタイムの画像撮像には適していない。   However, the road surface state detection device disclosed in Patent Document 1 is configured to sequentially set a vertical polarization filter and a horizontal polarization filter by a filter conversion unit when capturing a horizontal polarization image and a vertical polarization image, and provides a real-time image. Not suitable for imaging.

このフィルタ変換部の詳細は特許文献1に記載されていないが、一般的なモータなどのメカニカルな機構や、液晶などの切換機構であることが想定される。これらの機構は、自動車等の車両に搭載される場合には、耐熱性や耐振動性の点で課題がある。   Although details of the filter conversion unit are not described in Patent Document 1, it is assumed that the filter conversion unit is a mechanical mechanism such as a general motor or a switching mechanism such as a liquid crystal. When these mechanisms are mounted on a vehicle such as an automobile, there are problems in terms of heat resistance and vibration resistance.

そこで、このような課題に対応した撮像装置が提案された(例えば、特許文献2参照)。特許文献2によれば、1つの画像センサで水平偏光画像と垂直偏光画像の撮像が可能である。   In view of this, an imaging apparatus that can cope with such a problem has been proposed (see, for example, Patent Document 2). According to Patent Document 2, it is possible to capture a horizontally polarized image and a vertically polarized image with one image sensor.

近年は、路上の標識などの撮像を行い、運転者に注意を喚起するための撮像装置が要望されている。なお、路上の標識は、各種情報提示をなすとともに、その注意レベルを赤色や黄色や青色などの色で表現している。   In recent years, there has been a demand for an image pickup apparatus that picks up a driver's attention by picking up images of road signs and the like. The road signs provide various information, and the attention level is expressed in colors such as red, yellow, and blue.

しかしながら、特許文献2に開示された撮像装置は、偏光情報と輝度情報を取得するものであるが、色情報を取得可能な構成ではない。このため、色で表現された標識の注意レベルを認識できないという課題があった。   However, the imaging device disclosed in Patent Document 2 acquires polarization information and luminance information, but is not configured to acquire color information. For this reason, there has been a problem that the attention level of the sign expressed in color cannot be recognized.

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、偏光画像を用いて路面状態を検出するとともに、標識検出を行うためのカラー画像も生成することができる画像処理システム及びそれを備えた車両を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a conventional problem, and is capable of detecting a road surface state using a polarization image and generating a color image for detecting a sign. An object is to provide a system and a vehicle including the system.

上記課題を解決するために、本発明に係る画像処理システムは、R画素、G画素、及びB画素が2次元配列されたベイヤー配列の撮像素子、及び、該撮像素子の前段に配置される光学フィルタを有する撮像手段と、前記撮像手段の撮像結果を解析する画像解析手段と、を備え、前記光学フィルタは、入射光を透過させる基板と、前記撮像素子の縦横に隣接する4画素からなる各画素グループに含まれる2つのG画素の一方にのみ、前記入射光の水平偏光成分及び垂直偏光成分のいずれか一方を入射させるための偏光子が形成された偏光フィルタ層と、を有し、前記画像解析手段は、前記一方のG画素の画素値、及び、前記2つのG画素の他方のG画素の画素値を用いて、水平偏光成分画像、垂直偏光成分画像、及び偏光度画像を生成するとともに、前記他方のG画素の画素値、R画素の画素値、及び、B画素の画素値を用いてカラー画像を生成することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, an image processing system according to the present invention includes a Bayer array image sensor in which R pixels, G pixels, and B pixels are two-dimensionally arrayed, and an optical element disposed in front of the image sensor. An imaging means having a filter; and an image analysis means for analyzing an imaging result of the imaging means, wherein the optical filter includes a substrate that transmits incident light, and four pixels adjacent to each other in the vertical and horizontal directions of the imaging element. A polarizing filter layer on which a polarizer for making any one of the horizontal polarization component and the vertical polarization component of the incident light enter only one of the two G pixels included in the pixel group, and The image analysis means generates a horizontal polarization component image, a vertical polarization component image, and a polarization degree image using the pixel value of the one G pixel and the pixel value of the other G pixel of the two G pixels. When The pixel values of the other G pixel, the pixel values of the R pixels, and, and generating a color image using the pixel values of the B pixels.

この構成により、カラーセンサの前段に偏光子が配置されるため、偏光画像を用いて路面状態を検出するとともに、標識検出を行うためのカラー画像も生成することができる。   With this configuration, a polarizer is disposed in front of the color sensor, so that it is possible to detect a road surface state using a polarization image and also generate a color image for detecting a sign.

本発明は、偏光画像を用いて路面状態を検出するとともに、標識検出を行うためのカラー画像も生成することが可能な画像処理システム及びそれを備えた車両を提供するものである。   The present invention provides an image processing system capable of detecting a road surface state using a polarization image and generating a color image for detecting a sign, and a vehicle including the image processing system.

本発明に係る画像処理システムを備える車載機器制御システムの概略構成を示す模式図The schematic diagram which shows schematic structure of an on-vehicle apparatus control system provided with the image processing system which concerns on this invention 本発明に係る画像処理システムが備える撮像ユニットの概略構成を示す模式図1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an imaging unit included in an image processing system according to the present invention. 光学フィルタ、撮像素子、及びセンサ基板の光透過方向に沿った断面模式図Cross-sectional schematic diagram along the light transmission direction of the optical filter, imaging device, and sensor substrate 光学フィルタをセンサ基板側から見た正面模式図、及び、撮像素子を撮像レンズ側から見た正面模式図Front schematic view of the optical filter viewed from the sensor substrate side, and front schematic view of the image sensor viewed from the imaging lens side 光学フィルタの偏光フィルタ層と、撮像素子の画素との対応を例示する模式図Schematic diagram illustrating correspondence between polarization filter layer of optical filter and pixel of image sensor 偏光子のパターンを示す説明図Explanatory drawing showing the pattern of the polarizer 路面状態が湿潤状態である場合と乾燥状態である場合の反射光の変化を説明するための説明図Explanatory drawing for demonstrating the change of reflected light when a road surface state is a wet state, and when it is a dry state 光強度Iの入射光に対する反射光の水平偏光成分と垂直偏光成分の入射角依存性を示すグラフThe graph which shows the incident angle dependence of the horizontal polarization component of the reflected light with respect to the incident light of the light intensity I, and a vertical polarization component 板氷が置かれたコンクリート面を撮像した輝度画像及び偏光度画像を示す説明図Explanatory drawing which shows the luminance image and polarization degree image which imaged the concrete surface where the ice plate was put 影の中の障害物を撮像した輝度画像及び偏光度画像を示す説明図Explanatory drawing which shows the brightness | luminance image and polarization degree image which imaged the obstacle in a shadow 車両の内部に搭載された画像処理システムにより標識検出が行われる様子を示す模式図Schematic diagram showing how the sign detection is performed by the image processing system mounted inside the vehicle 撮像ユニットの設置位置を示す模式図Schematic diagram showing the installation position of the imaging unit 露光制御の手順を示すフローチャートFlow chart showing the procedure of exposure control 第1の分光フィルタ層の分光特性を示すグラフGraph showing the spectral characteristics of the first spectral filter layer 偏光フィルタ層を構成するワイヤグリッド構造の拡大図Enlarged view of the wire grid structure constituting the polarizing filter layer 第2の実施形態における偏光子のパターンを示す模式図Schematic which shows the pattern of the polarizer in 2nd Embodiment. 第3の実施形態における偏光子のパターンを示す模式図Schematic which shows the pattern of the polarizer in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における光学フィルタの偏光フィルタ層と、撮像素子の画素との対応を例示する模式図Schematic diagram illustrating the correspondence between the polarizing filter layer of the optical filter and the pixels of the image sensor in the fourth embodiment 第5の実施形態における偏光子のパターンを示す模式図The schematic diagram which shows the pattern of the polarizer in 5th Embodiment 第6の実施形態における光学フィルタの構造を示す光透過方向に沿った断面模式図Sectional schematic drawing along the light transmission direction showing the structure of the optical filter in the sixth embodiment 第6の実施形態における光学フィルタをセンサ基板側から見た正面模式図Schematic front view of the optical filter according to the sixth embodiment viewed from the sensor substrate side カラーフィルタの分光特性を示すグラフGraph showing spectral characteristics of color filter 第2の分光フィルタ層の分光特性を示すグラフGraph showing the spectral characteristics of the second spectral filter layer

以下、本発明に係る画像処理システム及びそれを備えた車両の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。   Hereinafter, an image processing system according to the present invention and a vehicle including the image processing system will be described with reference to the drawings. In addition, the dimensional ratio of each structure on each drawing does not necessarily correspond with the actual dimensional ratio.

(第1の実施形態)
図1は、本発明に係る画像処理システム110を備える車載機器制御システムの概略構成を示す模式図である。本車載機器制御システムは、自動車などの車両100に搭載された撮像ユニット101で撮像した、車両100の進行方向前方領域または進行方向後方領域の撮像画像データを利用して、ヘッドランプ104の配光制御、フロントガラス(透明部材)105に付着した異物を除去するためのワイパー107の駆動制御、その他の車載機器の制御を行うものである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an in-vehicle device control system including an image processing system 110 according to the present invention. The in-vehicle device control system uses the captured image data of the front area in the traveling direction or the rear area in the traveling direction of the vehicle 100 captured by the imaging unit 101 mounted on the vehicle 100 such as an automobile to distribute the light of the headlamp 104. Control, drive control of the wiper 107 for removing foreign matter adhering to the windshield (transparent member) 105, and control of other in-vehicle devices are performed.

図1に示した車載機器制御システムは、撮像ユニット101と、画像解析ユニット(画像解析手段)102と、ヘッドランプ制御ユニット103と、ワイパー制御ユニット106と、車両走行制御ユニット108と、を主に備える。   The in-vehicle device control system shown in FIG. 1 mainly includes an imaging unit 101, an image analysis unit (image analysis means) 102, a headlamp control unit 103, a wiper control unit 106, and a vehicle travel control unit 108. Prepare.

本実施形態の画像処理システム110は、撮像ユニット101及び画像解析ユニット102を含む。画像解析ユニット102は、撮像ユニット101を制御する機能を有するとともに、撮像ユニット101から送信されてくる撮像画像データを解析する機能を有する。   The image processing system 110 according to the present embodiment includes an imaging unit 101 and an image analysis unit 102. The image analysis unit 102 has a function of controlling the imaging unit 101 and a function of analyzing captured image data transmitted from the imaging unit 101.

画像解析ユニット102は、撮像ユニット101から送信されてくる撮像画像データを解析し、フロントガラス105に付着する雨滴などの異物を検出したり、撮像画像データに車両100の前方に存在する他車両の位置、方角、距離を算出したり、撮像領域内に存在する路面上の白線(区画線)や標識等の検出対象物を検出したりする。   The image analysis unit 102 analyzes the captured image data transmitted from the imaging unit 101 to detect foreign matters such as raindrops adhering to the windshield 105, or to detect other vehicles existing in front of the vehicle 100 in the captured image data. The position, the direction, and the distance are calculated, and detection objects such as white lines (division lines) and signs on the road surface existing in the imaging region are detected.

なお、以降では、車両100の前方または後方の他車両の位置、方角、距離、路面上の白線(区画線)、路面状態、並びに、標識等の情報を車両周辺情報とも呼ぶ。他車両の検出では、画像解析ユニット102は、前方の車両周辺情報を撮像した撮像画像データから、他車両のテールランプを識別することで車両100と同じ進行方向へ進行する先行車両を検出し、他車両のヘッドランプを識別することで車両100とは反対方向へ進行する対向車両を検出する。   Hereinafter, information such as the position, direction, distance, white line (division line) on the road surface, road surface state, and signs of other vehicles in front or behind the vehicle 100 is also referred to as vehicle peripheral information. In the detection of another vehicle, the image analysis unit 102 detects a preceding vehicle that travels in the same traveling direction as the vehicle 100 by identifying the tail lamp of the other vehicle from captured image data obtained by imaging the surrounding information of the preceding vehicle. By identifying the headlamp of the vehicle, an oncoming vehicle traveling in the opposite direction to the vehicle 100 is detected.

画像解析ユニット102の算出結果は、ヘッドランプ制御ユニット103に送られる。ヘッドランプ制御ユニット103は、例えば、画像解析ユニット102が算出した距離データから、車両100の車載機器であるヘッドランプ104を制御する制御信号を生成する。具体的には、例えば、先行車両や対向車両の運転者の目に車両100のヘッドランプの強い光が入射するのを避けて他車両の運転者の幻惑防止を行いつつ、車両100の運転者の視界確保を実現できるように、ヘッドランプ104のハイビーム及びロービームの切り換えを制御したり、ヘッドランプ104の部分的な遮光制御を行ったりする。   The calculation result of the image analysis unit 102 is sent to the headlamp control unit 103. For example, the headlamp control unit 103 generates a control signal for controlling the headlamp 104 that is an in-vehicle device of the vehicle 100 from the distance data calculated by the image analysis unit 102. Specifically, for example, the driver of the vehicle 100 can avoid the dazzling of the driver of the other vehicle while avoiding the strong light of the headlamp of the vehicle 100 entering the eyes of the driver of the preceding vehicle or the oncoming vehicle. Therefore, the switching of the high beam and the low beam of the headlamp 104 is controlled, or partial light shielding control of the headlamp 104 is performed.

また、後述するように、ヘッドランプ制御ユニット103は、画像解析ユニット102で認識された偏光度の情報に基づいて、不図示のフォグランプの点灯制御を行うものであってもよい。   Further, as will be described later, the headlamp control unit 103 may perform lighting control of a fog lamp (not shown) based on information on the degree of polarization recognized by the image analysis unit 102.

画像解析ユニット102の算出結果は、ワイパー制御ユニット106にも送られる。ワイパー制御ユニット106は、ワイパー107を制御して、車両100のフロントガラス105に付着した雨滴などの付着物を除去する。ワイパー制御ユニット106は、画像解析ユニット102が検出した異物検出結果を受けて、ワイパー107を制御する制御信号を生成する。ワイパー制御ユニット106により生成された制御信号がワイパー107に送られると、車両100の運転者の視界を確保するべく、ワイパー107を稼動させる。   The calculation result of the image analysis unit 102 is also sent to the wiper control unit 106. The wiper control unit 106 controls the wiper 107 to remove deposits such as raindrops attached to the windshield 105 of the vehicle 100. The wiper control unit 106 receives a foreign object detection result detected by the image analysis unit 102 and generates a control signal for controlling the wiper 107. When the control signal generated by the wiper control unit 106 is sent to the wiper 107, the wiper 107 is operated to ensure the visibility of the driver of the vehicle 100.

また、画像解析ユニット102の算出結果は、車両走行制御ユニット108にも送られる。車両走行制御ユニット108は、画像解析ユニット102が検出した白線検出結果に基づいて、白線によって区画されている車線領域から車両100が外れている場合等に、車両100の運転者へ警告を報知したり、自車両のハンドルやブレーキを制御するなどの走行支援制御を行ったりする。   The calculation result of the image analysis unit 102 is also sent to the vehicle travel control unit 108. Based on the white line detection result detected by the image analysis unit 102, the vehicle travel control unit 108 notifies the driver of the vehicle 100 of a warning when the vehicle 100 is out of the lane area defined by the white line. Or driving support control such as controlling the steering wheel and brake of the host vehicle.

また、車両走行制御ユニット108は、画像解析ユニット102が検出した標識検出結果(後述する)と車両走行状態との差異に基づいて、例えば車両100が制限速度に近い速度で走行している場合に運転者に注意を喚起したり、車両100が制限速度を超えて走行している場合に車両100の速度制御を行ったりする。   In addition, the vehicle travel control unit 108 is based on the difference between the sign detection result (described later) detected by the image analysis unit 102 and the vehicle travel state, for example, when the vehicle 100 is traveling at a speed close to the speed limit. The driver is alerted, or the speed of the vehicle 100 is controlled when the vehicle 100 is traveling beyond the speed limit.

図2は、撮像ユニット101の概略構成を示す模式図である。撮像ユニット101は、車両100の外部からフロントガラス105を透過した光を集光する撮像レンズ204と、撮像レンズ204によって集光された光を画素ごとに光電変換することにより撮像する撮像素子206と、撮像レンズ204と撮像素子206との間に配置される光学フィルタ205と、撮像素子206が搭載されるセンサ基板207と、センサ基板207から出力されるアナログ電気信号(撮像素子206上の各受光素子が受光した受光量)をデジタル電気信号に変換した撮像画像データとして出力する信号処理部208と、から構成されている。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the imaging unit 101. The imaging unit 101 includes an imaging lens 204 that collects light transmitted through the windshield 105 from the outside of the vehicle 100, and an imaging element 206 that performs imaging by photoelectrically converting the light collected by the imaging lens 204 for each pixel. , An optical filter 205 disposed between the imaging lens 204 and the imaging device 206, a sensor substrate 207 on which the imaging device 206 is mounted, and an analog electrical signal output from the sensor substrate 207 (each light reception on the imaging device 206). A signal processing unit 208 that outputs captured image data obtained by converting a received light amount received by the element into a digital electric signal.

なお、撮像レンズ204、光学フィルタ205、撮像素子206、センサ基板207は、フロントガラス105側からこの順に配置される。また、信号処理部208は、画像解析ユニット102と電気的に接続されている。なお、図2は、撮像素子206と信号処理部208とが独立に設けられた例を示しているが、撮像ユニット101の構成はこれに限定されない。例えば、撮像素子206としてその各画素にA/D変換部を備えたものを用いる場合には、それらのA/D変換部が信号処理部208となる。即ち、この場合には、信号処理部208は撮像素子206に内蔵されることとなる。   The imaging lens 204, the optical filter 205, the imaging element 206, and the sensor substrate 207 are arranged in this order from the windshield 105 side. The signal processing unit 208 is electrically connected to the image analysis unit 102. FIG. 2 shows an example in which the image sensor 206 and the signal processing unit 208 are provided independently, but the configuration of the imaging unit 101 is not limited to this. For example, when an image sensor 206 having an A / D converter for each pixel is used, the A / D converter becomes the signal processor 208. That is, in this case, the signal processing unit 208 is built in the image sensor 206.

撮像レンズ204は、例えば、複数のレンズから構成されており、焦点位置は、無限遠、または、無限遠とフロントガラス105の外壁面との間に設定されている。   The imaging lens 204 is composed of, for example, a plurality of lenses, and the focal position is set at infinity or between the infinity and the outer wall surface of the windshield 105.

被写体(検出対象物)を含む撮像領域からの入射光は、撮像レンズ204を通り、光学フィルタ205を透過して、撮像素子206でその光強度に応じた電気信号に光電変換される。センサ基板207を経由して撮像素子206から出力される電気信号(アナログ信号)は信号処理部208に入力される。そして、信号処理部208は、撮像素子206上における各画素の明るさ(輝度情報)及び色情報を含むデジタル信号(撮像画像データ)を、画像の水平・垂直同期信号とともに後段の画像解析ユニット102へ出力する。   Incident light from the imaging region including the subject (detection target) passes through the imaging lens 204, passes through the optical filter 205, and is photoelectrically converted into an electrical signal corresponding to the light intensity by the imaging element 206. An electrical signal (analog signal) output from the image sensor 206 via the sensor substrate 207 is input to the signal processing unit 208. The signal processing unit 208 then converts the digital signal (captured image data) including the brightness (luminance information) and color information of each pixel on the image sensor 206 together with the horizontal / vertical synchronization signal of the image into the subsequent image analysis unit 102. Output to.

既に述べたように、本実施形態では、撮像レンズ204の焦点位置は、無限遠、または、無限遠とフロントガラス105の外壁面との間に設定されている。これにより、先行車両や対向車両の検出や白線の検出を行う場合に、撮像ユニット101の撮像画像データから適切な情報を取得することができる。   As already described, in this embodiment, the focal position of the imaging lens 204 is set to infinity or between infinity and the outer wall surface of the windshield 105. Thereby, when detecting a preceding vehicle or an oncoming vehicle, or detecting a white line, appropriate information can be acquired from the captured image data of the imaging unit 101.

ただし、無限遠に焦点が合っている場合、遠方を走行する先行車両のテールランプを識別する際に、撮像素子206上のテールランプの光を受光する受光素子が1個程度になることがある。この場合、テールランプの光がテールランプ色(赤色)を受光する赤色用受光素子に受光されない恐れがあり、その際にはテールランプを認識できず、先行車両の検出ができない。このような不具合を回避しようとする場合には、撮像レンズ204の焦点を無限遠よりも手前に合わせることが好ましい。これにより、遠方を走行する先行車両のテールランプがピンボケするので、テールランプの光を受光する受光素子の数を増やすことができ、テールランプの認識精度が上がり先行車両の検出精度が向上する。   However, when focusing at infinity, when identifying the tail lamp of a preceding vehicle traveling far, there may be about one light receiving element that receives the light of the tail lamp on the image sensor 206. In this case, the light from the tail lamp may not be received by the red light receiving element that receives the tail lamp color (red). In this case, the tail lamp cannot be recognized and the preceding vehicle cannot be detected. In order to avoid such a problem, it is preferable that the imaging lens 204 is focused before infinity. As a result, the tail lamp of the preceding vehicle traveling far is out of focus, so that the number of light receiving elements that receive the light of the tail lamp can be increased, the recognition accuracy of the tail lamp is increased, and the detection accuracy of the preceding vehicle is improved.

図3は、光学フィルタ205、撮像素子206、及び、センサ基板207の光透過方向に沿った断面模式図である。また、図4(a)は、光学フィルタ205をセンサ基板207側から見た正面模式図であり、図4(b)は、撮像素子206を撮像レンズ204側から見た正面模式図である。なお、図3及び4では撮像素子206の各画素を簡略化して描いているが、実際には撮像素子206は2次元配置された数十万個程度の画素で構成されている。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view along the light transmission direction of the optical filter 205, the image sensor 206, and the sensor substrate 207. 4A is a schematic front view of the optical filter 205 viewed from the sensor substrate 207 side, and FIG. 4B is a schematic front view of the image sensor 206 viewed from the imaging lens 204 side. 3 and 4, each pixel of the image sensor 206 is illustrated in a simplified manner, but actually, the image sensor 206 is configured by about several hundreds of thousands of pixels arranged two-dimensionally.

光学フィルタ205は、図3に示すように、使用帯域(本実施形態では可視光領域と赤外光領域)の入射光に対して透明な基板220と、基板220の撮像レンズ204側の面における有効撮像領域(撮像素子206を構成する全画素に対応する領域)の全面に形成され、波長λ1〜λ2、及び、λ3〜λ4(λ1<λ2<λ3<λ4)の範囲の波長成分の光を選択的に透過させる分光フィルタ層(第1の分光フィルタ層)221と、基板220の撮像素子206側の面に形成される偏光フィルタ層223と、偏光フィルタ層223上に充填される充填材224と、を有し、充填材224の撮像素子206側の面が撮像素子206に近接配置されてなる。   As shown in FIG. 3, the optical filter 205 includes a substrate 220 that is transparent to incident light in a use band (in this embodiment, a visible light region and an infrared light region), and a surface on the imaging lens 204 side of the substrate 220. It is formed on the entire surface of the effective imaging region (the region corresponding to all the pixels constituting the imaging device 206), and emits light having a wavelength component in the range of wavelengths λ1 to λ2 and λ3 to λ4 (λ1 <λ2 <λ3 <λ4). A selectively transmitting spectral filter layer (first spectral filter layer) 221, a polarizing filter layer 223 formed on the surface of the substrate 220 on the image sensor 206 side, and a filler 224 filled on the polarizing filter layer 223. And the surface of the filler 224 on the image sensor 206 side is disposed close to the image sensor 206.

撮像素子206は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などを用いたイメージセンサであり、2次元配列された複数の画素からなる画素アレイ206aの表面にカラーフィルタ206bが形成されたカラーセンサである。   The image sensor 206 is an image sensor using a CCD (Charge Coupled Device), a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) or the like, and a color filter 206b is formed on the surface of a pixel array 206a composed of a plurality of pixels arranged two-dimensionally. Color sensor.

カラーフィルタ206bは、赤色波長帯域(λ=550〜650nm)の光を主に透過させるフィルタと、緑色波長帯域(λ=500〜550nm)の光を主に透過させるフィルタと、青色波長帯域(λ=450〜500nm)の光を主に透過させるフィルタが、画素アレイ206aの各画素に対応して配置されたベイヤー配列の構成を有している。   The color filter 206b includes a filter that mainly transmits light in the red wavelength band (λ = 550 to 650 nm), a filter that mainly transmits light in the green wavelength band (λ = 500 to 550 nm), and a blue wavelength band (λ (= 450 to 500 nm) has a Bayer array configuration in which the filter that mainly transmits light is disposed corresponding to each pixel of the pixel array 206a.

画素アレイ206aの各画素には、光学フィルタ205側から入射してカラーフィルタ206bを透過した光を撮像するフォトダイオード等の受光素子が配置されている。受光素子の集光効率を上げるために、画素アレイ206aの入射側には、各画素に対応してマイクロレンズ(不図示)が設けられているとよい。このように構成された撮像素子206はワイヤボンディングなどの手法によりPWB(Printed Wiring Board)に接合されてセンサ基板207に搭載される。   Each pixel of the pixel array 206a is provided with a light receiving element such as a photodiode for imaging light incident from the optical filter 205 side and transmitted through the color filter 206b. In order to increase the light collection efficiency of the light receiving element, a microlens (not shown) may be provided on the incident side of the pixel array 206a corresponding to each pixel. The imaging element 206 configured in this manner is bonded to a PWB (Printed Wiring Board) by a technique such as wire bonding and mounted on the sensor substrate 207.

図5は、光学フィルタ205の偏光フィルタ層223と、撮像素子206の画素との対応を例示する模式図である。以降では、赤色波長帯域用のフィルタに対応する撮像素子206の画素をR画素、緑色波長帯域用のフィルタに対応する撮像素子206の画素をG画素、青色波長帯域用のフィルタに対応する撮像素子206の画素をB画素と記す。また、縦横に隣接する4画素(R画素1つ、G画素2つ、B画素1つ)を画素グループと記す。また、有効撮像領域のうち、画素グループ内でR画素が配置される領域をr、G画素が配置される領域をg1及びg2、B画素が配置される領域をbと記す。   FIG. 5 is a schematic view illustrating the correspondence between the polarization filter layer 223 of the optical filter 205 and the pixels of the image sensor 206. Hereinafter, the pixel of the image sensor 206 corresponding to the filter for the red wavelength band is an R pixel, the pixel of the image sensor 206 corresponding to the filter for the green wavelength band is the G pixel, and the image sensor corresponding to the filter for the blue wavelength band. The pixel 206 is referred to as a B pixel. Further, four pixels (one R pixel, two G pixels, and one B pixel) adjacent in the vertical and horizontal directions are referred to as a pixel group. In the effective imaging area, an area in which R pixels are arranged in a pixel group is denoted as r, an area in which G pixels are disposed is denoted as g1 and g2, and an area in which B pixels are disposed is denoted as b.

偏光フィルタ層223には、撮像素子206の各画素に対応した偏光子が有効撮像領域全体に亘って領域分割形成されている。本実施形態においては、各画素グループに含まれる2つのG画素の一方にのみ、入射光の水平偏光成分P及び垂直偏光成分Sのいずれか一方を入射させるための偏光子が偏光フィルタ層223に形成されている。   In the polarizing filter layer 223, a polarizer corresponding to each pixel of the image sensor 206 is divided into regions over the entire effective imaging region. In the present embodiment, a polarizer for causing one of the horizontal polarization component P and the vertical polarization component S of incident light to enter only one of the two G pixels included in each pixel group is applied to the polarization filter layer 223. Is formed.

図5は、入射光の垂直偏光成分Sを透過させる偏光子が、領域g1に配置されたG画素と対応するように形成された例を一例として示している。領域g2、r、及びbには、偏光子は形成されておらず、これらの領域への入射光は偏光制限を受けない。即ち、偏光子が形成される領域は有効撮像領域の1/4を占める。   FIG. 5 shows an example in which a polarizer that transmits the vertical polarization component S of incident light is formed so as to correspond to the G pixel disposed in the region g1. Polarizers are not formed in the regions g2, r, and b, and incident light to these regions is not subjected to polarization limitation. That is, the area where the polarizer is formed occupies 1/4 of the effective imaging area.

この結果、各画素グループからは、偏光制限されない領域rのR画素の画素値Irと、入射光の垂直偏光成分Sのみが透過する領域g1のG画素の画素値Ig1と、偏光制限されない領域g2のG画素の画素値Ig2と、偏光制限されない領域bのB画素の画素値Ibが出力される。   As a result, from each pixel group, the pixel value Ir of the R pixel in the region r where polarization is not limited, the pixel value Ig1 of the G pixel in the region g1 through which only the vertical polarization component S of the incident light is transmitted, and the region g2 where polarization is not limited The pixel value Ig2 of the G pixel and the pixel value Ib of the B pixel in the region b where the polarization is not limited are output.

ここで、画素値Ig1には垂直偏光成分Sのみの情報が含まれており、偏光制限されていない画素値Ig2には水平偏光成分Pと垂直偏光成分Sの和に相当する情報が含まれている。従って、G画素の水平偏光成分Pは、画素グループ内で対角方向に隣接するIg2とIg1の差分を取ることにより検出が可能である。   Here, the pixel value Ig1 includes information on only the vertical polarization component S, and the pixel value Ig2 on which polarization is not limited includes information corresponding to the sum of the horizontal polarization component P and the vertical polarization component S. Yes. Therefore, the horizontal polarization component P of the G pixel can be detected by taking the difference between Ig2 and Ig1 adjacent in the diagonal direction within the pixel group.

上記のようにして、画像解析ユニット102は、各画素グループからG画素の水平偏光成分P及び垂直偏光成分Sを取得し、公知の画像補間処理を行うことにより、水平偏光成分画像と垂直偏光成分画像の2種類の画像を生成する。例えば、垂直偏光成分Sのみの情報が含まれている画素値Ig1から垂直偏光成分画像を形成する場合には、領域g2、r、及びbの画素値を、同一の画素グループ及び隣接する画素グループが有する領域g1の画素値の平均値とすればよい。   As described above, the image analysis unit 102 acquires the horizontal polarization component P and the vertical polarization component S of the G pixel from each pixel group, and performs a known image interpolation process, thereby performing the horizontal polarization component image and the vertical polarization component. Two types of images are generated. For example, in the case where a vertical polarization component image is formed from the pixel value Ig1 including only the information of the vertical polarization component S, the pixel values of the regions g2, r, and b are set to the same pixel group and adjacent pixel groups. What is necessary is just to set it as the average value of the pixel value of the area | region g1 which has.

より具体的には図6に示すように、画素グループAの領域g2の画素値については、例えば、対角方向に隣接する領域g1、並びに、他の画素グループの領域g11、g12、及びg13の画素値の平均値とする。また、画素グループAの領域rの画素値については、例えば、横方向に隣接する領域g1及び他の画素グループの領域g11の画素値の平均値とする。また、画素グループAの領域bの画素値については、例えば、縦方向に隣接する領域g1及び他の画素グループの領域g13の画素値の平均値とする。   More specifically, as shown in FIG. 6, for example, the pixel value of the region g2 of the pixel group A is, for example, the region g1 adjacent in the diagonal direction and the regions g11, g12, and g13 of other pixel groups. The average value of the pixel values. The pixel value of the region r of the pixel group A is, for example, the average value of the pixel values of the region g1 adjacent in the horizontal direction and the region g11 of another pixel group. The pixel value of the region b of the pixel group A is, for example, the average value of the pixel values of the region g1 adjacent in the vertical direction and the region g13 of another pixel group.

さらに、画像解析ユニット102は、水平偏光成分画像の画素値をI(P)、垂直偏光成分画像の画素値をI(S)として、下記の式(1)から画素ごとに偏光度を求めることにより、輝度情報に依存しない偏光度画像を生成する。
偏光度=(I(P)−I(S))/(I(P)+I(S)) (1)
Further, the image analysis unit 102 obtains the degree of polarization for each pixel from the following equation (1), where I (P) is the pixel value of the horizontal polarization component image and I (S) is the pixel value of the vertical polarization component image. Thus, a polarization degree image that does not depend on luminance information is generated.
Polarization degree = (I (P) −I (S)) / (I (P) + I (S)) (1)

図5に示した例では、画素グループごとの偏光度は(Ig2−2×Ig1)/Ig2に相当するものとなる。   In the example shown in FIG. 5, the degree of polarization for each pixel group corresponds to (Ig2-2 × Ig1) / Ig2.

さらに、画像解析ユニット102は、上記のような画像補間技術を用いることで、カラー画像を生成する。即ち、偏光制限を受けない画素値Ir、Ig2、及びIbからR画像、G画像、B画像が得られるため、これらを重ね合わせることでカラー画像が生成される。即ち、各画素グループの色情報は、画素値Ir、画素値Ig2の2倍、及び画素値Ibの重ね合わせに相当するものとなる。   Further, the image analysis unit 102 generates a color image by using the image interpolation technique as described above. That is, since the R image, the G image, and the B image are obtained from the pixel values Ir, Ig2, and Ib that are not subjected to the polarization limitation, a color image is generated by superimposing these. That is, the color information of each pixel group corresponds to the pixel value Ir, twice the pixel value Ig2, and the overlap of the pixel value Ib.

偏光度画像は、車両100の横滑りなどを防止するために、路面の乾燥・湿潤・凍結などの路面状態を検出するのに使用する。ここで、路面状態に応じた反射光の変化に関して説明する。   The polarization degree image is used to detect road surface conditions such as dry, wet, and frozen road surfaces in order to prevent the vehicle 100 from skidding. Here, the change of the reflected light according to the road surface state will be described.

本実施形態において画像解析ユニット102が行う路面状態の判別処理では、撮像ユニット101から取得することができる情報のうち、白色成分(非分光)の水平偏光成分Pと垂直偏光成分Sとの比較による偏光情報が用いられる。   In the road surface state determination process performed by the image analysis unit 102 in the present embodiment, among the information that can be acquired from the imaging unit 101, the white polarization component (non-spectral) horizontal polarization component P and the vertical polarization component S are compared. Polarization information is used.

図7(a)及び(b)は、路面状態が湿潤状態である場合と乾燥状態である場合の反射光の変化を説明するための説明図である。   FIGS. 7A and 7B are explanatory diagrams for explaining changes in reflected light when the road surface state is a wet state and when the road surface state is a dry state.

図7(a)に示すように、湿潤状態にある路面は、路面の凹凸部分に水が溜まることによって鏡面に近い状態となる。そのため、湿潤状態の路面における反射光は、次のような偏光特性を示す。即ち、反射光の水平偏光成分P及び垂直偏光成分Sの反射率をそれぞれRp、Rsとすると、光強度Iの入射光に対する反射光の水平偏光成分Ipと垂直偏光成分Isは、下記の式(2)及び(3)より算出でき、その入射角依存性は、図8に示すようなものとなる。
Ip=Rp×I (2)
Is=Rs×I (3)
As shown to Fig.7 (a), the road surface in a wet state will be in a state close | similar to a mirror surface, when water accumulates in the uneven part of a road surface. Therefore, the reflected light on the wet road surface exhibits the following polarization characteristics. That is, when the reflectances of the horizontal polarization component P and the vertical polarization component S of the reflected light are Rp and Rs, respectively, the horizontal polarization component Ip and the vertical polarization component Is of the reflected light with respect to the incident light having the light intensity I are expressed by the following formula ( The incident angle dependency can be calculated from 2) and (3) as shown in FIG.
Ip = Rp × I (2)
Is = Rs × I (3)

図8から分かるように、鏡面における反射光の水平偏光成分Ipの反射率Rpは、入射角がブリュースタ角(53.1度)に等しいときにゼロとなり、水平偏光成分Ipの反射光強度はゼロとなる。また、鏡面における反射光の垂直偏光成分Isの反射率Rsは、入射角の増大に伴って漸増する特性を示すので、垂直偏光成分Isの反射光強度も入射角の増大に伴って漸増する。   As can be seen from FIG. 8, the reflectance Rp of the horizontal polarization component Ip of the reflected light at the mirror surface becomes zero when the incident angle is equal to the Brewster angle (53.1 degrees), and the reflected light intensity of the horizontal polarization component Ip is It becomes zero. Further, since the reflectance Rs of the vertical polarization component Is of the reflected light on the mirror surface shows a characteristic that increases gradually as the incident angle increases, the reflected light intensity of the vertical polarization component Is also increases gradually as the incident angle increases.

一方、図7(b)に示すように、乾燥状態の路面は、その表面が粗面であるため、乱反射が支配的となり、反射光は偏光特性を示さず、各偏光成分の反射率Rp、Rsの差は小さくなる。   On the other hand, as shown in FIG. 7B, the road surface in the dry state has a rough surface, so that irregular reflection is dominant, the reflected light does not show polarization characteristics, and the reflectance Rp of each polarization component, The difference in Rs becomes smaller.

このような路面からの反射光の偏光特性の違いにより、路面状態が湿潤状態であるか乾燥状態であるかを判別することが可能である。具体的には、画像解析ユニット102は、路面の乾湿状態の判別に当たって下記の式(4)に示す偏光比Hを用いる。この偏光比Hは、例えば、路面を映し出す画像領域について、白色光(非分光)の垂直偏光成分Sと白色光(非分光)の水平偏光成分Pとの比率(S/P)を算出し、その平均値等から求めることができる。偏光比Hは、下記の式(4)に示すように入射光強度Iに依存しないパラメータであるため、撮像領域内の輝度変動の影響を受けることなく、安定して路面の乾湿状態判別に用いることができる。
H=Is/Ip=Rs/Rp (4)
It is possible to determine whether the road surface state is a wet state or a dry state based on the difference in the polarization characteristics of the reflected light from the road surface. Specifically, the image analysis unit 102 uses the polarization ratio H shown in the following formula (4) in determining the wet and dry state of the road surface. For example, the polarization ratio H is calculated by calculating a ratio (S / P) between the vertical polarization component S of white light (non-spectral) and the horizontal polarization component P of white light (non-spectral) for an image region that reflects a road surface. It can be obtained from the average value. Since the polarization ratio H is a parameter that does not depend on the incident light intensity I as shown in the following formula (4), the polarization ratio H is stably used for determining the wet and dry state of the road surface without being affected by the luminance fluctuation in the imaging region. be able to.
H = Is / Ip = Rs / Rp (4)

式(4)は、式(1)に示した偏光度の関数として下記の式(5)のように表すこともできる。なお、ここでは、Isを偏光度画像の画素値I(S)、Ipを偏光度画像の画素値I(P)と見なしている。
H=(1−偏光度)/(1+偏光度) (5)
Equation (4) can also be expressed as the following equation (5) as a function of the degree of polarization shown in equation (1). Here, Is is regarded as the pixel value I (S) of the polarization degree image, and Ip is regarded as the pixel value I (P) of the polarization degree image.
H = (1−degree of polarization) / (1 + degree of polarization) (5)

このようにして求まる偏光比Hが所定の閾値を超えている場合には、画像解析ユニット102は、路面状態が湿潤状態にあると判別し、所定の閾値以下である場合には路面状態が乾燥状態にあると判別する。路面が乾燥している場合、垂直偏光成分Sと水平偏光成分Pはほぼ等しいので、偏光比Hは1前後の値となる。一方、路面が完全に濡れている場合、垂直偏光成分Sは水平偏光成分Pよりもかなり大きい値をとるので偏光比Hは大きな値となり、また、路面が僅かだけ濡れているような場合、偏光比Hはこれらの中間値となる。   When the polarization ratio H obtained in this way exceeds a predetermined threshold value, the image analysis unit 102 determines that the road surface state is a wet state, and when the road surface state is equal to or lower than the predetermined threshold value, the road surface state is dry. It is determined that it is in a state. When the road surface is dry, the vertical polarization component S and the horizontal polarization component P are substantially equal, so the polarization ratio H is about 1. On the other hand, when the road surface is completely wet, the vertical polarization component S takes a value much larger than the horizontal polarization component P, so the polarization ratio H becomes a large value. When the road surface is slightly wet, The ratio H is an intermediate value between them.

以上のような路面状態の乾湿状態の判別処理の判別結果は、本実施形態では、車両100の運転者への警告や、車両100のハンドルやブレーキを制御するなどの走行支援制御に利用される。具体的には、路面状態が湿潤状態であることが判別された場合、その判別結果は車両走行制御ユニット108に送られ、例えば、車両100の自動ブレーキシステムの制御に利用することで交通事故の低減効果等を期待できる。また、例えば、車両100のカーナビゲーションシステムのCRT画面などに路面が滑りやすいことを警告する情報を報知して、運転者に注意を喚起してもよい。   In the present embodiment, the determination result of the determination process of the wet / dry condition of the road surface state as described above is used for driving support control such as warning to the driver of the vehicle 100 and control of the steering wheel and brake of the vehicle 100. . Specifically, when it is determined that the road surface state is a wet state, the determination result is sent to the vehicle travel control unit 108, and is used for, for example, control of the automatic brake system of the vehicle 100, thereby causing a traffic accident. A reduction effect can be expected. In addition, for example, information that warns that the road surface is slippery may be notified on a CRT screen of the car navigation system of the vehicle 100 to alert the driver.

なお、画像解析ユニット102は、路面が撮像される撮像領域(特に有効撮像領域の下部)に対応する画素グループに関してのみ、路面状態の判別処理を行うものであってもよい。   Note that the image analysis unit 102 may perform a road surface state determination process only for a pixel group corresponding to an imaging region where the road surface is imaged (particularly below the effective imaging region).

ところで、凍結路面、特にブラックアイスと呼ばれるアスファルトの表層が凍結するような場合では通常の輝度画像からは凍結領域を判別しにくい。これに対して、偏光度画像では凍結領域がクリアに表現される。コンクリート面上の板氷を撮像した輝度画像及び偏光度画像を図9に示す。   By the way, when the frozen road surface, in particular, the surface layer of asphalt called black ice is frozen, it is difficult to distinguish the frozen region from the normal luminance image. On the other hand, the frozen region is clearly expressed in the polarization degree image. FIG. 9 shows a luminance image and a polarization degree image obtained by imaging the ice sheet on the concrete surface.

図9(a)に示すように、輝度画像では板氷がどこにあるのかが判別しにくいのに対して、図9(b)の偏光度画像ではその所在(図中の楕円で囲った部分)に板氷を確認することができる。板氷のないコンクリート部分では光が散乱(乱反射)するため、偏光度は略ゼロである。これに対して、板氷のあるコンクリート部分では、板氷内部で光が散乱するが、板氷の内部から空気界面を透過する偏光成分としてはP偏光成分が支配的である。このため、図9(b)において、板氷部分と乾燥したコンクリート部分で差異が明瞭に見える。   As shown in FIG. 9 (a), it is difficult to determine where the ice is in the luminance image, whereas in the polarization degree image of FIG. 9 (b), the location (portion enclosed by an ellipse in the figure). You can check the ice plate. Since the light is scattered (diffuse reflection) in the concrete portion without the ice plate, the degree of polarization is almost zero. On the other hand, in the concrete portion where the plate ice is present, the light is scattered inside the plate ice, but the P-polarized component is dominant as the polarization component transmitted through the air interface from the inside of the plate ice. For this reason, in FIG.9 (b), a difference can be seen clearly with a plate ice part and a dry concrete part.

偏光情報を用いることで路面状態以外の情報、例えば輝度画像では検出しにくい影の中の障害物を検出することもできる。図10は、影の中の障害物の撮像結果を示す説明図である。図10(a)の輝度画像に対して、図10(b)の偏光度画像では道路脇に停車した車両を認識できる。偏光度画像とは、既に示した式(1)の演算により生成されるものであり、輝度情報に依存しないとともに、物体の角度情報や材質の違いを表現できるため、輝度画像では見えにくい昼間の影の中の障害物などを検出するのに適している。即ち、本実施形態においては、画像解析ユニット102がこのような偏光度画像を用いることで、障害物検知を精度良く行うことができる。   By using polarization information, it is possible to detect information other than road surface conditions, for example, an obstacle in a shadow that is difficult to detect in a luminance image. FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating the imaging result of the obstacle in the shadow. In contrast to the luminance image in FIG. 10A, a vehicle parked beside the road can be recognized in the polarization degree image in FIG. 10B. The polarization degree image is generated by the calculation of the expression (1) already shown, and is independent of the luminance information and can express the angle information and the material difference of the object. Suitable for detecting obstacles in shadows. In other words, in the present embodiment, the image analysis unit 102 can perform obstacle detection with high accuracy by using such a polarization degree image.

本実施形態においては、撮像ユニット101は車両100の前方の車両周辺情報を撮像するだけでなく、例えば後方の車両周辺情報を撮像するものであってもよい。近年、各種車両に搭載されているリアビューカメラとして撮像ユニット101を配置して偏光度画像を撮像することにより、自車両の影に隠れた障害物などを検出することが可能である。   In the present embodiment, the imaging unit 101 may capture not only the vehicle surrounding information in front of the vehicle 100 but also the vehicle surrounding information in the rear, for example. In recent years, it is possible to detect an obstacle or the like hidden in the shadow of the host vehicle by arranging the imaging unit 101 as a rear view camera mounted on various vehicles and capturing a polarization degree image.

なお、撮像ユニット101をリアビューカメラとして使用する場合、その撮像レンズ204としては、画角90度以上の広角レンズを用いることが望ましい。一般に、広角レンズを用いると、周辺画像の入射角が画像中心部に比べて大きくなる(例えば20度)。このように入射角が大きくなると、偏光フィルタ層223の偏光子が形成された領域において、入射光の透過率が低下する。   When the imaging unit 101 is used as a rear view camera, it is desirable to use a wide-angle lens having an angle of view of 90 degrees or more as the imaging lens 204. In general, when a wide-angle lens is used, the incident angle of the peripheral image is larger than that of the image center (for example, 20 degrees). When the incident angle increases in this way, the transmittance of incident light decreases in the region where the polarizer of the polarizing filter layer 223 is formed.

そこで、広角レンズを用いる場合には、画像解析ユニット102が偏光度を算出する際に、撮像領域に応じた所定のゲインαを式(1)の偏光度に乗じるようにすればよい。即ち、式(1)の代わりに、下記の式(6)の演算式を用いるとよい。
偏光度=α×(I(P)−I(S))/(I(P)+I(S)) (6)
Therefore, when a wide-angle lens is used, when the image analysis unit 102 calculates the degree of polarization, a predetermined gain α corresponding to the imaging region may be multiplied by the degree of polarization of Expression (1). That is, instead of equation (1), the following equation (6) may be used.
Polarization degree = α × (I (P) −I (S)) / (I (P) + I (S)) (6)

例えば、ゲインαは、有効撮像領域の中心部においてはα=1、周辺部では透過率劣化に応じてα=1.1などであるとよい。これにより、画像中心部と画像周辺部での偏光度差のない画像が撮像可能となる。   For example, the gain α may be α = 1 in the central portion of the effective imaging region and α = 1.1 in the peripheral portion according to the transmittance deterioration. As a result, an image having no difference in polarization degree between the image center and the image periphery can be captured.

さらに、画像解析ユニット102は、公知のエッジ抽出を輝度画像と偏光度画像に対して行い、エッジ抽出後の輝度画像と偏光度画像を重ね合わせることにより、輝度画像のみの場合に比べ、障害物検出の性能を上げることができる。   Further, the image analysis unit 102 performs known edge extraction on the luminance image and the polarization degree image, and superimposes the luminance image and the polarization degree image after the edge extraction, thereby comparing the obstacle with the case of only the luminance image. The detection performance can be improved.

なお、既に述べたように、本実施形態の画像処理システム110は、偏光度画像に加えてカラー画像も撮像できるようになっている。図11は、車両100の内部に搭載された画像処理システム110(撮像ユニット101のみ図示)により標識検出が行われる様子を示す模式図である。撮像ユニット101は、車両100の前方に位置する道路標識(例えば、車両進入禁止などの規制標識)300を撮像して、画像解析ユニット102を介して音声やディスプレイの画像表示によりドライバに注意を喚起する。   As described above, the image processing system 110 according to the present embodiment can capture a color image in addition to the polarization degree image. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a state in which marker detection is performed by an image processing system 110 (only the imaging unit 101 is illustrated) mounted inside the vehicle 100. The imaging unit 101 captures an image of a road sign (for example, a restriction sign for prohibiting entry of a vehicle, etc.) 300 located in front of the vehicle 100, and alerts the driver by voice or image display on the display via the image analysis unit 102. To do.

なお、標識検出の対象となる道路標識の種類は複数であってもよい。例えば、画像処理システム110は、予め各種道路標識情報を画像解析ユニット102のメモリに格納しておき、撮像ユニット101を用いて取得した各種道路標識情報とメモリに格納された各種道路標識情報とを比較する構成であってもよい。さらに、画像処理システム110は、取得した各種道路標識情報を認識し、認識した各種道路標識情報を音声合成信号に変換して、運転者に各種道路標識情報を音声で通知する構成であってもよい。   There may be a plurality of types of road signs to be subjected to sign detection. For example, the image processing system 110 stores various road sign information in the memory of the image analysis unit 102 in advance, and stores the various road sign information acquired using the imaging unit 101 and the various road sign information stored in the memory. The structure to compare may be sufficient. Further, the image processing system 110 may recognize the acquired various road sign information, convert the recognized various road sign information into a voice synthesis signal, and notify the driver of the various road sign information by voice. Good.

また、偏光度画像を用いることで、霞がかかった画像を鮮明化することができる。一般に霧や靄は、太陽からの光が空気中の浮遊する水成分に反射して見える現象である。浮遊する水成分からの反射光は一般に偏光特性を有するため、カラー画像から偏光度画像に基づく所定の成分を差し引くことにより霞の影響を低減した画像を生成することができる。   Further, by using the polarization degree image, it is possible to sharpen the wrinkled image. In general, fog or haze is a phenomenon in which light from the sun appears to be reflected by floating water components in the air. Since reflected light from the floating water component generally has polarization characteristics, an image with reduced influence of wrinkles can be generated by subtracting a predetermined component based on the polarization degree image from the color image.

上記所定の成分としては、例えば注目する画素グループA(図6参照)の偏光度と、画素グループAに隣接する他の画素グループの偏光度の平均値または中央値を用いることができる。この場合、画像解析ユニット102は、少なくとも霞がかかっている撮像領域(特に有効撮像領域の上部)に対応する画素グループに対して上記平均値または中央値を算出し、それらをカラー画像の対応する画素グループから差し引く処理を行う。   As the predetermined component, for example, the average value or median value of the polarization degree of the pixel group A of interest (see FIG. 6) and the polarization degree of other pixel groups adjacent to the pixel group A can be used. In this case, the image analysis unit 102 calculates the average value or the median value for the pixel group corresponding to at least the blurred imaging region (particularly the upper portion of the effective imaging region), and uses them as the corresponding color image. A process of subtracting from the pixel group is performed.

また、霧や靄といった現象は、路面から離れた高い位置ほど濃くなる傾向にある。よって、図12に示すように、車両100用の撮像ユニット101は、運転者の目線の高さよりも低い、路面に近い位置(例えば、車両100のタイヤ111の中心よりも路面に近い位置)に設置されると、霧や靄の影響を受けない画像を撮像しやすくなる。   In addition, phenomena such as fog and haze tend to become darker at higher positions away from the road surface. Therefore, as shown in FIG. 12, the imaging unit 101 for the vehicle 100 is located at a position closer to the road surface than the height of the driver's line of sight (for example, a position closer to the road surface than the center of the tire 111 of the vehicle 100). When installed, it is easy to capture an image that is not affected by fog or haze.

例えば、図12に示すように、車両100のバンパ112のナンバープレート113の下側に撮像ユニット101用の開口114を設けて、そこから車両100の前方や後方を撮像する構成が好ましい。このような構成により、霧や靄が発生している状況であっても、運転者の肉眼の視野よりも遠方の視野が確保された画像を撮像することが可能となり、それらを運転者に画像情報として提供することが可能となる。   For example, as shown in FIG. 12, a configuration in which an opening 114 for the imaging unit 101 is provided below the number plate 113 of the bumper 112 of the vehicle 100 and the front and rear of the vehicle 100 are imaged therefrom is preferable. With such a configuration, even in a situation where fog or haze is occurring, it is possible to take an image with a visual field farther than the visual field of the driver's naked eye, and image them to the driver. It can be provided as information.

さらに、撮像ユニット101の設置箇所を、車両100内(図1参照)のフロントガラス105近傍と、図12に示したタイヤ111の中心よりも路面に近い位置の2箇所とすることにより、画像解析ユニット102はこれら2つの撮像ユニット101の視界の差異(本実施形態では偏光度の差異)からフォグランプの点灯判断を行ってもよい。   Further, the image pickup unit 101 is installed in two locations, the vicinity of the windshield 105 in the vehicle 100 (see FIG. 1) and the position closer to the road surface than the center of the tire 111 shown in FIG. The unit 102 may determine whether to turn on the fog lamp from the difference in the field of view of the two imaging units 101 (difference in the degree of polarization in this embodiment).

ところで、偏光子が配置された撮像領域(以下、路面状態検出用領域と記す)は、それ以外の偏光制限を受けない撮像領域(以下、標識検出用領域と記す)と比較して、透過光量が約半分になる。そこで、路面状態検出用領域を透過した光に基づいて生成される偏光度画像と、標識検出用領域を透過した光に基づいて生成されるカラー画像とで、撮像の際の露光量を変えることが好ましい。   By the way, the imaging region where the polarizer is arranged (hereinafter referred to as a road surface state detection region) is compared with the other imaging region which is not subjected to polarization restriction (hereinafter referred to as a marker detection region). Is about half. Therefore, the amount of exposure at the time of imaging is changed between the polarization degree image generated based on the light transmitted through the road surface detection area and the color image generated based on the light transmitted through the sign detection area. Is preferred.

具体的には、画像解析ユニット102の自動露光調整により、撮像ユニット101が、路面状態検出用領域において第1の露光量(露光時間)で偏光度画像用の画像フレームを撮像するとともに、標識検出用領域において第2の露光量(露光時間)でカラー画像用の画像フレームを撮像する構成であるとよい。例えば、画像解析ユニット102が、撮像素子206の各画素が入射光を電気信号に変換する時間を制御することにより、露光量(露光時間)を変える構成とすればよい。   Specifically, by the automatic exposure adjustment of the image analysis unit 102, the imaging unit 101 captures the image frame for the polarization degree image at the first exposure amount (exposure time) in the road surface state detection region and detects the sign. The image area may be configured to capture an image frame for a color image with the second exposure amount (exposure time) in the production area. For example, the image analysis unit 102 may be configured to change the exposure amount (exposure time) by controlling the time for each pixel of the image sensor 206 to convert incident light into an electrical signal.

即ち、路面状態検出用領域については、画像解析ユニット102が、路面状態検出用領域を透過する光の光量を検出しながら自動露光調整を行うことにより、撮像ユニット101は第1の露光量(露光時間)で路面状態を撮像する。標識検出用領域においては、画像解析ユニット102が、標識検出用領域を透過する光の光量を検出しながら自動露光調整を行うことにより、撮像ユニット101は第2の露光量(露光時間)で標識の画像を撮像する。これにより、それぞれの画像について、最適な露光量で画像を撮像することが可能となる。   That is, with respect to the road surface state detection region, the image analysis unit 102 performs automatic exposure adjustment while detecting the amount of light transmitted through the road surface state detection region, so that the imaging unit 101 has the first exposure amount (exposure). The road surface state is imaged at (time). In the marker detection area, the image analysis unit 102 performs automatic exposure adjustment while detecting the amount of light transmitted through the marker detection area, so that the imaging unit 101 is labeled with the second exposure amount (exposure time). The image of is taken. Thereby, it becomes possible to capture an image with an optimum exposure amount for each image.

なお、標識検出用領域は光量変化が大きい。具体的には、車両周辺の照度は昼間の数万ルクスから夜間の1ルクス以下まで変化するため、その撮像シーンに応じて露光時間を調整する必要がある。これに対しては、画像解析ユニット102が公知の自動露光制御を行えばよい。   Note that the change in the amount of light is large in the label detection region. Specifically, since the illuminance around the vehicle changes from tens of thousands of lux in the daytime to 1 lux or less at night, it is necessary to adjust the exposure time according to the imaging scene. For this, the image analysis unit 102 may perform known automatic exposure control.

一方、路面状態検出用領域については、標識検出用領域の露光時間の半分の固定露光時間で撮像する(露光量を固定として撮像する)ことも可能である。これにより、露光制御時間の短縮、露光制御の簡素化などを実現できる。   On the other hand, the road surface state detection region can be imaged with a fixed exposure time that is half the exposure time of the marker detection region (imaged with a fixed exposure amount). Thereby, shortening of exposure control time, simplification of exposure control, and the like can be realized.

図13は、本実施形態における露光制御の手順を示すフローチャートである。まず、画像解析ユニット102は、偏光子が配置されていない標識検出用領域に対して露光調整を行う。そして、撮像ユニット101は、画像解析ユニット102による露光調整で設定された第2の露光量で、カラー画像用の画像フレームの撮像を行う(ステップS120)。   FIG. 13 is a flowchart showing the procedure of exposure control in the present embodiment. First, the image analysis unit 102 performs exposure adjustment on a label detection area where no polarizer is arranged. Then, the imaging unit 101 captures an image frame for a color image with the second exposure amount set by the exposure adjustment by the image analysis unit 102 (step S120).

次に、画像解析ユニット102は、ステップS120で撮像されたカラー画像用の画像フレームの解析を行って(ステップS121)、車両走行制御ユニット108等に各種制御を行わせるための指示信号を送出する(ステップS122)。   Next, the image analysis unit 102 analyzes the image frame for the color image captured in step S120 (step S121), and sends out instruction signals for causing the vehicle travel control unit 108 and the like to perform various controls. (Step S122).

次に、画像解析ユニット102は、偏光子が配置されている路面状態検出用領域に対して露光調整を行う。そして、撮像ユニット101は、画像解析ユニット102による露光調整で設定された第1の露光量で、偏光度画像用の画像フレームの撮像を行う(ステップS123)。   Next, the image analysis unit 102 performs exposure adjustment on the road surface state detection region where the polarizer is disposed. Then, the imaging unit 101 captures an image frame for the polarization degree image with the first exposure amount set by the exposure adjustment by the image analysis unit 102 (step S123).

次に、画像解析ユニット102は、ステップS123で撮像された偏光度画像用の画像フレームの解析を行う(ステップS124)。ステップS124では必要に応じて、ステップS120で得られたカラー画像から、ステップS123で得られた偏光度画像に基づく所定の成分を差し引くことにより、霞の影響を低減したカラー画像を生成する処理が実行されてもよい。   Next, the image analysis unit 102 analyzes the image frame for the polarization degree image captured in step S123 (step S124). In step S124, a process of generating a color image with reduced influence of wrinkles by subtracting a predetermined component based on the polarization degree image obtained in step S123 from the color image obtained in step S120 as necessary. May be executed.

そして、画像解析ユニット102は、ステップS124での解析結果に基づいて、ヘッドランプ制御ユニット103、車両走行制御ユニット108等に各種制御を行わせるための指示信号を送出する(ステップS125)。   Then, the image analysis unit 102 sends out an instruction signal for causing the headlamp control unit 103, the vehicle travel control unit 108, etc. to perform various controls based on the analysis result in step S124 (step S125).

そして、画像解析ユニット102は、所定の終了指示(車両100の運転者による終了指示など)があるまで、ステップS120〜S125の処理を繰り返し実行する(ステップS126)。   Then, the image analysis unit 102 repeatedly executes the processes of steps S120 to S125 until there is a predetermined end instruction (such as an end instruction by the driver of the vehicle 100) (step S126).

以降では、光学フィルタ205が有する分光フィルタ層221の分光特性について説明する。図14は、分光フィルタ層221の分光特性を示すグラフである。分光フィルタ層221は、図14に示すように波長範囲400nm〜670nm(ここでは、λ1=400nm、λ2=670nm)のいわゆる可視光領域の入射光と、波長範囲940nm〜1000nm(ここでは、λ3=940nm、λ4=1000nm)の赤外光領域の入射光を透過させ、波長範囲670nm〜940nmの入射光をカットする透過率特性を有する。波長範囲400nm〜670nm及び波長範囲940〜1000nmの透過率は30%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。波長範囲670nm〜940nmの透過率は20%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましい。   Hereinafter, the spectral characteristics of the spectral filter layer 221 included in the optical filter 205 will be described. FIG. 14 is a graph showing the spectral characteristics of the spectral filter layer 221. As shown in FIG. 14, the spectral filter layer 221 includes incident light in a so-called visible light region having a wavelength range of 400 nm to 670 nm (here, λ1 = 400 nm, λ2 = 670 nm) and a wavelength range of 940 nm to 1000 nm (here, λ3 = 940 nm, λ4 = 1000 nm) in the infrared light region, and has transmittance characteristics that cut incident light in the wavelength range of 670 nm to 940 nm. The transmittance in the wavelength range of 400 nm to 670 nm and the wavelength range of 940 to 1000 nm is preferably 30% or more, and more preferably 90% or more. The transmittance in the wavelength range of 670 nm to 940 nm is preferably 20% or less, and more preferably 5% or less.

ここで、車両100のヘッドランプ104の投光波長は、分光フィルタ層221の赤外側の透過波長範囲940nm〜1000nmとオーバラップするものとする。   Here, it is assumed that the light projection wavelength of the headlamp 104 of the vehicle 100 overlaps the transmission wavelength range of 940 nm to 1000 nm on the infrared side of the spectral filter layer 221.

可視光領域の入射光は車両周辺情報の検出に用いられ、赤外光領域の入射光は夜間時の路面状態の検出や障害物の検出に用いられる。波長範囲670nm〜940nmの入射光を透過させない理由は、この波長範囲の入射光を撮像素子206が取り込んだ場合、得られる撮像画像データが全体的に赤くなってしまい、赤色標識の赤色を示す部分等を抽出することや、テールランプに対応する赤色の画像部分を識別することが困難となる場合があるからである。   Incident light in the visible light region is used for detecting vehicle periphery information, and incident light in the infrared light region is used for detecting road surface conditions and obstacles at night. The reason why the incident light in the wavelength range of 670 nm to 940 nm is not transmitted is that when the imaging element 206 takes in the incident light in this wavelength range, the obtained captured image data becomes entirely red, and the red sign indicates the red color This is because it may be difficult to extract the red image portion corresponding to the tail lamp.

そこで、図14に示すような赤外光領域の大部分の波長範囲(670nm〜940nm)をカットする特性をもつ分光フィルタ層221を有効撮像領域全体に形成すれば、外乱光を除去できるため、例えば日本での一時停止標識など赤色を含む標識の検出精度や、テールランプの識別精度を向上させることができる。なお、波長範囲940〜1000nm、及び、波長範囲400nm〜670nmは、本発明に係る波長範囲の代表的な一例である。   Therefore, if the spectral filter layer 221 having the characteristic of cutting most of the wavelength range (670 nm to 940 nm) of the infrared light region as shown in FIG. 14 is formed over the entire effective imaging region, disturbance light can be removed. For example, it is possible to improve the detection accuracy of red signs such as a stop sign in Japan and the identification accuracy of tail lamps. Note that the wavelength range of 940 to 1000 nm and the wavelength range of 400 nm to 670 nm are representative examples of the wavelength range according to the present invention.

ところで、撮像ユニット101の撮像方向を下方へ傾けていくと、撮像領域内の下部に自車両のボンネットが入り込んでくる場合がある。この場合、自車両のボンネットで反射した太陽光や先行車両のテールランプなどが外乱光となり、これが撮像画像データに含まれることで対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の誤識別の原因となる。このような場合でも、本実施形態では、有効撮像領域全体に波長範囲670nm〜940nmの光を遮断する分光フィルタ層221が形成されているので、ボンネットで反射した太陽光や先行車両のテールランプなどの外乱光が除去される。よって、対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の識別精度が向上する。   By the way, when the imaging direction of the imaging unit 101 is tilted downward, the hood of the host vehicle may enter the lower part of the imaging area. In this case, sunlight reflected by the bonnet of the host vehicle or the tail lamp of the preceding vehicle becomes disturbance light, which is included in the captured image data, which may cause misidentification of the head lamp of the oncoming vehicle, the tail lamp of the preceding vehicle, and the white line. Become. Even in such a case, in the present embodiment, the spectral filter layer 221 that blocks the light in the wavelength range of 670 nm to 940 nm is formed over the entire effective imaging region, so that the sunlight reflected by the bonnet, the tail lamp of the preceding vehicle, etc. The disturbance light is removed. Therefore, the head lamp of the oncoming vehicle, the tail lamp of the preceding vehicle, and the white line identification accuracy are improved.

なお、既に述べたように、光学フィルタ205は、撮像素子206の撮像レンズ204側の面に近接配置されている。これは、光学フィルタ205と撮像素子206が離れるほど、隣接する画素間で光学的なクロストークが生じやすくなるためである。従って、光学フィルタ205と撮像素子206との隙間は2μm以下となるように接着などの方法により密着接合されることが望ましい。これにより、光学フィルタ205の路面状態検出用領域と標識検出用領域の境界と、撮像素子206の画素の境界とを一致させやすくなる。   As already described, the optical filter 205 is disposed close to the surface of the image sensor 206 on the imaging lens 204 side. This is because optical crosstalk is more likely to occur between adjacent pixels as the optical filter 205 and the image sensor 206 are separated from each other. Therefore, it is desirable that the gap between the optical filter 205 and the image pickup element 206 is closely bonded by a method such as adhesion so that the gap is 2 μm or less. As a result, the boundary between the road surface state detection region and the sign detection region of the optical filter 205 and the pixel boundary of the image sensor 206 can be easily matched.

光学フィルタ205と撮像素子206は、例えば、UV接着剤で接合されてもよいし、有効撮像領域外でスペーサにより支持された状態で有効撮像領域外の四辺領域をUV接着や熱圧着されてもよい。   For example, the optical filter 205 and the imaging element 206 may be bonded with a UV adhesive, or may be bonded to the four sides outside the effective imaging area by UV bonding or thermocompression bonding while being supported by the spacer outside the effective imaging area. Good.

以降では、光学フィルタ205の各部詳細について説明する。基板220は、使用波長帯域(本実施形態では可視光領域と赤外光領域)の光を透過可能な透明な材料、例えば、ガラス、サファイア、水晶などで構成されている。本実施形態では、ガラス、特に、安価でかつ耐久性もある石英ガラス(屈折率1.46)やテンパックスガラス(屈折率1.51)を好適に用いることができる。   Hereinafter, each part of the optical filter 205 will be described in detail. The substrate 220 is made of a transparent material, such as glass, sapphire, or quartz, that can transmit light in the used wavelength band (visible light region and infrared light region in this embodiment). In the present embodiment, glass, particularly quartz glass (refractive index 1.46) and Tempax glass (refractive index 1.51) which are inexpensive and durable can be suitably used.

基板220上に形成される偏光フィルタ層223は、図15に示すようなワイヤグリッド構造で形成された偏光子で構成され、撮像素子206側の面は凹凸面である。ワイヤグリッド構造は、アルミニウムなどの金属で構成された特定方向に延びる金属ワイヤ(導電体線)を特定のピッチで配列した構造である。ワイヤグリッド構造のワイヤピッチを、入射光の波長帯(例えば、400nm〜800nm)に比べて十分に小さいピッチ(例えば1/2以下)とすることで、金属ワイヤの長手方向に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射し、金属ワイヤの長手方向に対して直交する方向に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光子として使用できる。   The polarizing filter layer 223 formed on the substrate 220 is composed of a polarizer formed with a wire grid structure as shown in FIG. 15, and the surface on the image sensor 206 side is an uneven surface. The wire grid structure is a structure in which metal wires (conductor lines) made of metal such as aluminum and extending in a specific direction are arranged at a specific pitch. By making the wire pitch of the wire grid structure a sufficiently small pitch (for example, ½ or less) compared to the wavelength band of incident light (for example, 400 nm to 800 nm), the wire grid structure vibrates in parallel to the longitudinal direction of the metal wire. Therefore, it can be used as a polarizer for producing a single polarized light because it reflects most of the light of the electric field vector component and transmits almost the light of the electric field vector component that vibrates in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the metal wire.

ワイヤグリッド構造の偏光子は、一般に、金属ワイヤの断面積が増加すると、消光比が増加し、更に周期幅に対する所定の幅以上の金属ワイヤでは透過率が減少する。また、金属ワイヤの長手方向に直交する断面形状がテーパ形状であると、広い帯域において透過率、偏光度の波長分散性が少なく、高消光比特性を示す。   In a wire grid polarizer, the extinction ratio generally increases as the cross-sectional area of the metal wire increases, and the transmittance decreases for metal wires having a predetermined width or more with respect to the period width. Further, when the cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction of the metal wire is a tapered shape, the wavelength dispersion of the transmittance and the polarization degree is small in a wide band, and a high extinction ratio characteristic is exhibited.

本実施形態では、偏光フィルタ層223がワイヤグリッド構造で形成されていることにより、以下のような効果を有する。ワイヤグリッド構造は、広く知られた半導体製造プロセスを利用して形成することができる。具体的には、基板220上にアルミニウム薄膜を蒸着した後、パターニングを行い、メタルエッチングなどの手法によってワイヤグリッドのサブ波長凹凸構造を形成すればよい。このような製造プロセスにより、撮像素子206の撮像画素サイズ相当(数μmレベル)で金属ワイヤの長手方向、即ち偏光方向(偏光軸)を調整することが可能となる。よって、本実施形態のように、撮像画素単位で金属ワイヤの長手方向、即ち偏光方向(偏光軸)を異ならせた偏光フィルタ層223を作成することができる。   In the present embodiment, the polarizing filter layer 223 is formed in a wire grid structure, and thus has the following effects. The wire grid structure can be formed using a widely known semiconductor manufacturing process. Specifically, after depositing an aluminum thin film on the substrate 220, patterning is performed, and the sub-wavelength uneven structure of the wire grid may be formed by a technique such as metal etching. By such a manufacturing process, it becomes possible to adjust the longitudinal direction of the metal wire, that is, the polarization direction (polarization axis) corresponding to the imaging pixel size (several μm level) of the imaging element 206. Therefore, as in the present embodiment, it is possible to create the polarizing filter layer 223 in which the longitudinal direction of the metal wire, that is, the polarization direction (polarization axis) is different for each imaging pixel.

また、ワイヤグリッド構造は、アルミニウムなどの金属材料によって作製されるため、耐熱性に優れ、高温になりやすい車両室内などの高温環境下においても好適に使用できるという利点もある。   Further, since the wire grid structure is made of a metal material such as aluminum, there is an advantage that it is excellent in heat resistance and can be suitably used even in a high-temperature environment such as a vehicle interior that is likely to become high temperature.

上述のように、偏光フィルタ層223の偏光子はサブ波長サイズのワイヤグリッド構造であり、機械的強度が弱く、わずかな外力によって金属ワイヤが損傷してしまう。本実施形態の光学フィルタ205は、撮像素子206に密着配置することが望まれるため、その製造段階において光学フィルタ205と撮像素子206とが接触する可能性がある。また、光学フィルタ205と撮像素子206は平行に配置されることが望ましく、間に平坦化層が形成されていることが望ましい。   As described above, the polarizer of the polarizing filter layer 223 has a sub-wavelength sized wire grid structure, has low mechanical strength, and a metal wire is damaged by a slight external force. Since it is desired that the optical filter 205 of the present embodiment is placed in close contact with the image sensor 206, there is a possibility that the optical filter 205 and the image sensor 206 come into contact with each other in the manufacturing stage. The optical filter 205 and the image sensor 206 are preferably arranged in parallel, and a planarization layer is preferably formed therebetween.

充填材224は、偏光フィルタ層223の積層方向上面を平坦化するために用いられ、偏光フィルタ層223の金属ワイヤ間の凹部に充填される。この充填材224としては、基板220よりも屈折率が低いか、または同等の屈折率を有する無機材料を好適に利用できる。なお、本実施形態における充填材224は、偏光フィルタ層223の金属ワイヤ部分の積層方向上面も覆うように形成される。   The filler 224 is used to flatten the upper surface of the polarizing filter layer 223 in the stacking direction, and is filled in the recesses between the metal wires of the polarizing filter layer 223. As the filler 224, an inorganic material having a refractive index lower than or equal to that of the substrate 220 can be suitably used. In addition, the filler 224 in this embodiment is formed so as to cover the upper surface in the stacking direction of the metal wire portion of the polarizing filter layer 223.

充填材224は、偏光フィルタ層223の偏光特性を劣化させないように、その屈折率が空気の屈折率(屈折率=1)に極力近い低屈折率材料からなることが好ましい。具体的な材料としては、例えば、セラミックス中に微細な空孔を分散させて形成してなる多孔質のセラミックス材料が好ましく、具体的には、ポーラスシリカ(SiO2)、ポーラスフッ化マグネシウム(MgF)、ポーラスアルミナ(Al23)などが挙げられる。また、これらの低屈折率の程度は、セラミックス中の空孔の数や大きさ(ポーラス度)によって決まる。基板220の主成分がシリカの水晶やガラスからなる場合には、ポーラスシリカ(n=1.22〜1.26)が好適に使用できる。 The filler 224 is preferably made of a low refractive index material whose refractive index is as close as possible to the refractive index of air (refractive index = 1) so as not to deteriorate the polarization characteristics of the polarizing filter layer 223. As a specific material, for example, a porous ceramic material formed by dispersing fine pores in ceramics is preferable, and specifically, porous silica (SiO 2 ), porous magnesium fluoride (MgF). And porous alumina (Al 2 O 3 ). The degree of these low refractive indexes is determined by the number and size of pores in the ceramic (porosity). When the main component of the substrate 220 is made of silica crystal or glass, porous silica (n = 1.2-1.26) can be preferably used.

充填材224の形成方法としては、例えば、無機系塗布膜(SOG:Spin On Glass)法を好適に用いることができる。具体的には、シラノール(Si(OH)4)をアルコールに溶かした溶剤を、基板220上に形成された偏光フィルタ層223上にスピン塗布し、その後に熱処理によって溶媒成分を揮発させ、シラノール自体を脱水重合反応させるような経緯で充填材224が形成される。 As a method for forming the filler 224, for example, an inorganic coating film (SOG: Spin On Glass) method can be suitably used. Specifically, a solvent in which silanol (Si (OH) 4 ) is dissolved in alcohol is spin-coated on the polarizing filter layer 223 formed on the substrate 220, and then the solvent component is volatilized by heat treatment, whereby the silanol itself Thus, the filler 224 is formed in such a manner as to cause a dehydration polymerization reaction.

以上述べたように、本実施形態では、偏光フィルタ層223の積層方向上面、即ち撮像素子206側の面が充填材224によって覆われているので、撮像素子206と接触した際にワイヤグリッド構造が損傷するような事態が抑制される。   As described above, in the present embodiment, the upper surface in the stacking direction of the polarizing filter layer 223, that is, the surface on the image sensor 206 side is covered with the filler 224. The situation that damages is suppressed.

また、本実施形態のように充填材224を偏光フィルタ層223のワイヤグリッド構造における金属ワイヤ間の凹部へ充填することで、その凹部への異物進入を防止することができる。   Further, by filling the filler 224 into the recesses between the metal wires in the wire grid structure of the polarizing filter layer 223 as in the present embodiment, it is possible to prevent foreign matter from entering the recesses.

本実施形態の分光フィルタ層221は、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とを交互に多層重ねた多層膜構造で作製されている。このような多層膜構造を採用すれば、光の干渉を利用することで分光透過率の設定自由度が高くなり、また、薄膜を多層重ねることで特定波長(例えば赤色以外の波長帯域帯)に対して100%近い反射率を実現することも可能である。   The spectral filter layer 221 of the present embodiment is made of a multilayer film structure in which high refractive index thin films and low refractive index thin films are alternately stacked. If such a multilayer film structure is adopted, the degree of freedom in setting the spectral transmittance is increased by using light interference, and a specific wavelength (for example, a wavelength band other than red) is obtained by stacking thin films in multiple layers. On the other hand, it is also possible to realize a reflectance close to 100%.

以上説明したように、本実施形態の画像処理システム及びそれを備えた車両は、カラーセンサ及び偏光フィルタ層を有しているため、路面状態の検出に加え、標識認識においては色で表現された注意レベルも検出することができ、標識認識の精度を向上させることができる。   As described above, the image processing system according to the present embodiment and the vehicle including the image processing system have the color sensor and the polarization filter layer, and thus are expressed in color in the sign recognition in addition to the detection of the road surface state. The attention level can also be detected, and the accuracy of sign recognition can be improved.

(第2の実施形態)
本発明に係る画像処理システム及びそれを備えた車両の第2の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、既に説明した実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
(Second Embodiment)
An image processing system according to a second embodiment of the present invention and a vehicle including the image processing system will be described with reference to the drawings. In addition, description is abbreviate | omitted suitably about the structure and operation | movement similar to embodiment already demonstrated.

本実施形態では、偏光フィルタ層の領域分割方法を変更した例を示す。本実施形態における偏光フィルタ層には、各画素グループに含まれる2つのG画素の一方に入射光の水平偏光成分Pを入射させるための偏光子、及び、2つのG画素の他方に入射光の垂直偏光成分Sを入射させるための偏光子が形成されている。   In this embodiment, the example which changed the area | region division method of the polarizing filter layer is shown. In the polarization filter layer in the present embodiment, a polarizer for causing the horizontal polarization component P of incident light to enter one of the two G pixels included in each pixel group, and incident light to the other of the two G pixels. A polarizer for allowing the vertical polarization component S to enter is formed.

図16は、第1の実施形態の図5に示した光学フィルタ205の偏光フィルタ層223と、撮像素子206の画素との対応を例示する模式図に関して、偏光子のパターンの他の一例を示すものである。   FIG. 16 is a schematic diagram illustrating the correspondence between the polarizing filter layer 223 of the optical filter 205 and the pixels of the image sensor 206 shown in FIG. 5 of the first embodiment, and shows another example of the pattern of the polarizer. Is.

即ち、図16は、入射光の水平偏光成分Pを透過させる偏光子が、領域g1に配置されたG画素と対応するように配置されるとともに、入射光の垂直偏光成分Sを透過させる偏光子が、領域g2に配置されたG画素と対応するように配置される例を示している。領域r及びbには、偏光子は配置されておらず、これらの領域への入射光は偏光制限を受けない。即ち、偏光子が配置される領域は有効撮像領域の1/2を占める。   That is, FIG. 16 shows a polarizer that transmits the horizontal polarization component P of incident light so as to correspond to the G pixel disposed in the region g1 and transmits the vertical polarization component S of incident light. Shows an example of being arranged so as to correspond to the G pixels arranged in the region g2. Polarizers are not disposed in the regions r and b, and light incident on these regions is not subject to polarization restrictions. That is, the area where the polarizer is arranged occupies 1/2 of the effective imaging area.

この結果、各画素グループからは、偏光制限されない領域rのR画素の画素値Irと、水平偏光成分Pのみが透過する領域g1のG画素の画素値Ig1と、垂直偏光成分Sのみが透過する領域g2のG画素の画素値Ig2と、偏光制限されない領域bのB画素の画素値Ibが出力される。   As a result, from each pixel group, only the pixel value Ir of the R pixel in the region r where polarization is not restricted, the pixel value Ig1 of the G pixel in the region g1 through which only the horizontal polarization component P is transmitted, and only the vertical polarization component S are transmitted. The pixel value Ig2 of the G pixel in the region g2 and the pixel value Ib of the B pixel in the region b where the polarization is not limited are output.

画像解析ユニット102は、各画素グループから水平偏光成分Pのみの情報が含まれた画素値Ig1と、垂直偏光成分Sのみの情報が含まれた画素値Ig2を取得し、公知の画像補間処理を行うことにより、水平偏光成分画像と垂直偏光成分画像の2種類の画像を生成する。例えば、水平偏光成分画像を形成する場合には、領域g2、r、及びbの画素値を、同一の画素グループ及び隣接する画素グループが有する領域g1の画素値の平均値とすればよい。一方、垂直偏光成分画像を形成する場合には、領域g1、r、及びbの画素値を、同一の画素グループ及び隣接する画素グループが有する領域g2の画素値の平均値とすればよい。   The image analysis unit 102 obtains a pixel value Ig1 containing only information on the horizontal polarization component P and a pixel value Ig2 containing information on only the vertical polarization component S from each pixel group, and performs known image interpolation processing. By doing so, two types of images, a horizontal polarization component image and a vertical polarization component image, are generated. For example, when forming a horizontal polarization component image, the pixel values of the regions g2, r, and b may be the average value of the pixel values of the region g1 included in the same pixel group and adjacent pixel groups. On the other hand, when forming a vertical polarization component image, the pixel values of the regions g1, r, and b may be average values of the pixel values of the region g2 included in the same pixel group and adjacent pixel groups.

さらに、画像解析ユニット102は、水平偏光成分画像の画素値をI(P)、垂直偏光成分画像の画素値をI(S)として、既に示した式(1)から各画素の偏光度を求めることにより、輝度情報に依存しない偏光度画像を生成する。図16に示した例では、画素グループごとの偏光度は(Ig1−Ig2)/(Ig1+Ig2)に相当するものとなる。   Further, the image analysis unit 102 obtains the degree of polarization of each pixel from Equation (1) already shown, where I (P) is the pixel value of the horizontal polarization component image and I (S) is the pixel value of the vertical polarization component image. As a result, a polarization degree image independent of luminance information is generated. In the example shown in FIG. 16, the degree of polarization for each pixel group corresponds to (Ig1-Ig2) / (Ig1 + Ig2).

さらに、画像解析ユニット102は、上記のような画像補間技術を用いることで、カラー画像を生成する。本実施形態においては、画素グループの2つのG画素が、入射光の水平偏光成分Pと垂直偏光成分Sの情報が含まれた画素値を出力するため、これらの和を取ったものが偏光制限を受けない画素値相当と考えてよい。ここで、G画素2個相当の画素値は、2×(Ig1+Ig2)となる。   Further, the image analysis unit 102 generates a color image by using the image interpolation technique as described above. In the present embodiment, the two G pixels in the pixel group output pixel values including information on the horizontal polarization component P and the vertical polarization component S of the incident light. It may be considered that the pixel value is not affected. Here, the pixel value corresponding to two G pixels is 2 × (Ig1 + Ig2).

即ち、画素値Ig1とIg2の和の2倍と、偏光制限を受けない画素値Ir及びIbからR画像、G画像、B画像が得られるため、これらの重ね合わせによりカラー画像が生成される。   That is, since an R image, a G image, and a B image are obtained from twice the sum of the pixel values Ig1 and Ig2 and the pixel values Ir and Ib that are not subjected to polarization limitation, a color image is generated by superimposing these.

以上説明したように、本実施形態の画像処理システム及びそれを備えた車両は、第1の実施形態に比べて水平偏光成分Pの値が真値に近いため偏光度画像の精度を向上できる。また、カラー画像に関しても、上述の演算により解像度を損なうことなく生成することが可能となる。   As described above, the image processing system according to the present embodiment and the vehicle including the image processing system can improve the accuracy of the polarization degree image because the value of the horizontal polarization component P is close to the true value as compared with the first embodiment. Also, a color image can be generated by the above calculation without losing resolution.

(第3の実施形態)
本発明に係る画像処理システム及びそれを備えた車両の第3の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、既に説明した実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
(Third embodiment)
An image processing system according to a third embodiment of the present invention and a vehicle including the image processing system will be described with reference to the drawings. In addition, description is abbreviate | omitted suitably about the structure and operation | movement similar to embodiment already demonstrated.

本実施形態では、偏光フィルタ層の領域分割方法を変更した他の例を示す。本実施形態における偏光フィルタ層には、各画素グループに含まれる2つのG画素の一方に入射光の垂直偏光成分Sを入射させるための偏光子、2つのG画素の他方に入射光の水平偏光成分Pを入射させるための偏光子、並びに、R画素及びB画素に入射光の水平偏光成分Pを入射させるための偏光子が形成されている。   In the present embodiment, another example in which the region dividing method of the polarizing filter layer is changed is shown. The polarizing filter layer in the present embodiment has a polarizer for causing the vertical polarization component S of incident light to enter one of the two G pixels included in each pixel group, and the horizontal polarization of incident light to the other of the two G pixels. A polarizer for making the component P incident and a polarizer for making the horizontal polarization component P of the incident light incident on the R pixel and the B pixel are formed.

図17は、第1の実施形態の図5に示した光学フィルタ205の偏光フィルタ層223と、撮像素子206の画素との対応を例示する模式図に関して、偏光子のパターンの他の一例を示すものである。即ち、図17は、入射光の垂直偏光成分Sを透過させる偏光子が、領域g1に配置されたG画素と対応するように配置されるとともに、入射光の水平偏光成分Pを透過させる偏光子が、領域g2、r、及びbに配置されたG画素と対応するように配置される例を示している。即ち、偏光子が配置される領域は有効撮像領域の全体を占める。   FIG. 17 is a schematic diagram illustrating the correspondence between the polarizing filter layer 223 of the optical filter 205 and the pixels of the image sensor 206 shown in FIG. 5 of the first embodiment, and shows another example of the pattern of the polarizer. Is. That is, FIG. 17 shows that a polarizer that transmits the vertical polarization component S of incident light is disposed so as to correspond to the G pixel that is disposed in the region g1, and a polarizer that transmits the horizontal polarization component P of incident light. Shows an example of being arranged so as to correspond to the G pixels arranged in the areas g2, r, and b. That is, the area where the polarizer is arranged occupies the entire effective imaging area.

この結果、各画素グループからは、水平偏光成分Pのみが透過する領域rのR画素の画素値Irと、垂直偏光成分Sのみが透過する領域g1のG画素の画素値Ig1と、水平偏光成分Pのみが透過する領域g2のG画素の画素値Ig2と、水平偏光成分Pのみが透過する領域bのB画素の画素値Ibが出力される。   As a result, from each pixel group, the pixel value Ir of the R pixel in the region r where only the horizontal polarization component P is transmitted, the pixel value Ig1 of the G pixel in the region g1 where only the vertical polarization component S is transmitted, and the horizontal polarization component The pixel value Ig2 of the G pixel in the region g2 through which only P is transmitted and the pixel value Ib of the B pixel in the region b through which only the horizontal polarization component P is transmitted are output.

画像解析ユニット102は、各画素グループから垂直偏光成分Sのみの情報が含まれた画素値Ig1と、水平偏光成分Pのみの情報が含まれた画素値Ig2を取得し、公知の画像補間処理を行うことにより、水平偏光成分画像と垂直偏光成分画像の2種類の画像を生成する。例えば、垂直偏光成分画像を形成する場合には、領域g2、r、及びbの画素値を、同一の画素グループ及び隣接する画素グループが有する領域g1の画素値の平均値とすればよい。一方、水平偏光成分画像を形成する場合には、領域g1の画素値を、同一の画素グループが有する領域g2、r、及びbの画素値の平均値とすればよい。   The image analysis unit 102 obtains a pixel value Ig1 containing only information of the vertical polarization component S and a pixel value Ig2 containing information of only the horizontal polarization component P from each pixel group, and performs known image interpolation processing. By doing so, two types of images, a horizontal polarization component image and a vertical polarization component image, are generated. For example, when forming a vertical polarization component image, the pixel values of the regions g2, r, and b may be the average value of the pixel values of the region g1 included in the same pixel group and adjacent pixel groups. On the other hand, when a horizontal polarization component image is formed, the pixel value of the region g1 may be an average value of the pixel values of the regions g2, r, and b included in the same pixel group.

さらに、画像解析ユニット102は、水平偏光成分画像の画素値をI(P)、垂直偏光成分画像の画素値をI(S)として、既に示した式(1)から各画素の偏光度を求めることにより、輝度情報に依存しない偏光度画像を生成する。図17に示した例では、画素グループごとの偏光度は(Ig2−Ig1)/(Ig2+Ig1)に相当するものとなる。   Further, the image analysis unit 102 obtains the degree of polarization of each pixel from Equation (1) already shown, where I (P) is the pixel value of the horizontal polarization component image and I (S) is the pixel value of the vertical polarization component image. As a result, a polarization degree image independent of luminance information is generated. In the example shown in FIG. 17, the degree of polarization for each pixel group corresponds to (Ig2−Ig1) / (Ig2 + Ig1).

さらに、画像解析ユニット102は、上記のような画像補間技術を用いることで、カラー画像を生成する。本実施形態においては、画素値Irから得られるR画像、画素値Ig2から得られるG画像、画素値Ibから得られるB画像の重ね合わせによりカラー画像が生成される。当該の画素値に着目すると、Ir+Ig2×2+Ibで色情報が得られる。   Further, the image analysis unit 102 generates a color image by using the image interpolation technique as described above. In the present embodiment, a color image is generated by superimposing the R image obtained from the pixel value Ir, the G image obtained from the pixel value Ig2, and the B image obtained from the pixel value Ib. Focusing on the pixel value, color information can be obtained by Ir + Ig2 × 2 + Ib.

一般に、撮像装置を車両内に設置して車両外の画像を撮像しようとする場合、ダッシュボードやボンネットなどで反射された不要光が撮像画像データ中に重畳される場合がある。これらはノイズ光として、本来の標識検出などの認識率を低減させる要因となりうるが、このような不要光の偏光成分の大部分はS偏光成分である。従って、S偏光成分を抑制することでこれらの不要光は軽減可能である。   In general, when an imaging device is installed in a vehicle and an image outside the vehicle is to be captured, unnecessary light reflected by a dashboard or a hood may be superimposed on the captured image data. These may be noise light and cause a reduction in the recognition rate of original label detection, etc., but most of the polarization component of such unnecessary light is the S polarization component. Therefore, these unnecessary lights can be reduced by suppressing the S polarization component.

この点を考慮して、本実施形態の画像処理システム及びそれを備えた車両は、カラー画像をP偏光成分に限定して生成しているため、不要光の影響を受けないカラー画像を生成できる。   Considering this point, the image processing system according to the present embodiment and the vehicle including the image processing system can generate a color image that is not affected by unnecessary light because the color image is generated only by the P polarization component. .

(第4の実施形態)
本発明に係る画像処理システム及びそれを備えた車両の第4の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、既に説明した実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
(Fourth embodiment)
An image processing system according to a fourth embodiment of the present invention and a vehicle including the image processing system will be described with reference to the drawings. In addition, description is abbreviate | omitted suitably about the structure and operation | movement similar to embodiment already demonstrated.

本実施形態では、偏光フィルタ層の領域分割方法を変更した他の例を示す。本実施形態における偏光フィルタ層には、各画素グループに含まれる2つのG画素の一方にのみ、入射光の水平偏光成分P及び垂直偏光成分Sのいずれか一方を入射させるための偏光子が形成されている。   In the present embodiment, another example in which the region dividing method of the polarizing filter layer is changed is shown. In the polarization filter layer according to the present embodiment, a polarizer is formed for making one of the horizontal polarization component P and the vertical polarization component S of incident light enter only one of the two G pixels included in each pixel group. Has been.

より具体的には、本実施形態における偏光フィルタ層には、1つの画素グループに含まれる2つのG画素の一方に入射光の水平偏光成分Pを入射させるための偏光子、前記一方のG画素から縦及び横に1画素離れたG画素に入射光の垂直偏光成分Sを入射させるための偏光子、及び、前記一方のG画素から斜めに1画素離れたG画素に入射光の水平偏光成分Pを入射させるための偏光子が、縦横に隣接する4つの画素グループを単位として周期的に形成されている。   More specifically, the polarizing filter layer in the present embodiment includes a polarizer for causing the horizontal polarization component P of incident light to enter one of two G pixels included in one pixel group, and the one G pixel. A polarizer for causing the vertical polarization component S of the incident light to enter the G pixel that is 1 pixel vertically and horizontally from the horizontal axis, and a horizontal polarization component of the incident light to the G pixel that is diagonally separated from the one G pixel by 1 pixel Polarizers for entering P are periodically formed in units of four pixel groups that are vertically and horizontally adjacent to each other.

図18は、光学フィルタ205の偏光フィルタ層223と、撮像素子206の画素との対応を例示する模式図である。即ち、図18は、画素グループI及びIVの領域g1に入射光の水平偏光成分Pを透過させる偏光子が配置され、画素グループII及びIIIの領域g1に入射光の垂直偏光成分Sを透過させる偏光子が配置される例を示している。画素グループI〜IVの領域g2、r及びbには、偏光子は配置されておらず、これらの領域への入射光は偏光制限を受けない。即ち、偏光子が配置される領域は有効撮像領域の1/4を占める。   FIG. 18 is a schematic view illustrating the correspondence between the polarization filter layer 223 of the optical filter 205 and the pixels of the image sensor 206. That is, in FIG. 18, a polarizer that transmits the horizontally polarized component P of incident light is disposed in the region g1 of the pixel groups I and IV, and a vertically polarized component S of incident light is transmitted to the region g1 of the pixel groups II and III. The example by which a polarizer is arrange | positioned is shown. Polarizers are not arranged in the regions g2, r, and b of the pixel groups I to IV, and the incident light to these regions is not subjected to polarization limitation. That is, the area where the polarizer is arranged occupies 1/4 of the effective imaging area.

この結果、画素グループI及びIVからは、偏光制限されない領域rのR画素の画素値Irと、水平偏光成分Pのみが透過する領域g1のG画素の画素値Ig1と、偏光制限されない領域g2のG画素の画素値Ig2と、偏光制限されない領域bのB画素の画素値Ibが出力される。   As a result, from the pixel groups I and IV, the pixel value Ir of the R pixel in the region r where polarization is not limited, the pixel value Ig1 of the G pixel in the region g1 through which only the horizontal polarization component P is transmitted, and the region g2 where polarization is not limited The pixel value Ig2 of the G pixel and the pixel value Ib of the B pixel in the region b where the polarization is not limited are output.

一方、画素グループII及びIIIからは、偏光制限されない領域rからの画素値Irと、垂直偏光成分Sのみが透過する領域g1からの画素値Ig1'と、偏光制限されない領域g2からの画素値Ig2と、偏光制限されない領域bからの画素値Ibが出力される。   On the other hand, from the pixel groups II and III, the pixel value Ir from the region r where the polarization is not restricted, the pixel value Ig1 ′ from the region g1 through which only the vertical polarization component S is transmitted, and the pixel value Ig2 from the region g2 where the polarization is not restricted. Then, the pixel value Ib from the region b where the polarization is not limited is output.

画像解析ユニット102は、画素グループI及びIVから水平偏光成分Pのみの情報が含まれた画素値Ig1と、画素グループII及びIIIから垂直偏光成分Sのみの情報が含まれた画素値Ig1'を取得し、公知の画像補間処理を行うことにより、水平偏光成分画像と垂直偏光成分画像の2種類の画像を生成する。   The image analysis unit 102 obtains a pixel value Ig1 including only the horizontal polarization component P from the pixel groups I and IV and a pixel value Ig1 ′ including only the vertical polarization component S from the pixel groups II and III. By obtaining and performing known image interpolation processing, two types of images, a horizontal polarization component image and a vertical polarization component image, are generated.

さらに、画像解析ユニット102は、水平偏光成分画像の画素値をI(P)、垂直偏光成分画像の画素値をI(S)として、既に示した式(1)から各画素の偏光度を求めることにより、輝度情報に依存しない偏光度画像を生成する。図18に示した例では、縦または横に隣接する2つの画素グループごとの偏光度は(Ig1−Ig1')/(Ig1+Ig1')に相当するものとなる。   Further, the image analysis unit 102 obtains the degree of polarization of each pixel from Equation (1) already shown, where I (P) is the pixel value of the horizontal polarization component image and I (S) is the pixel value of the vertical polarization component image. As a result, a polarization degree image independent of luminance information is generated. In the example shown in FIG. 18, the degree of polarization for each two pixel groups adjacent vertically or horizontally corresponds to (Ig1−Ig1 ′) / (Ig1 + Ig1 ′).

さらに、画像解析ユニット102は、上記のような画像補間技術を用いることで、カラー画像を生成する。本実施形態においては、偏光制限を受けない画素値Irから得られるR画像、偏光制限を受けない画素値Ig2から得られるG画像、偏光制限を受けない画素値Ibから得られるB画像の重ね合わせによりカラー画像が生成される。当該の画素値に着目すると、Ir+Ig2×2+Ibで色情報が得られる。   Further, the image analysis unit 102 generates a color image by using the image interpolation technique as described above. In the present embodiment, the R image obtained from the pixel value Ir not subject to polarization restriction, the G image obtained from the pixel value Ig2 not subject to polarization restriction, and the B image obtained from the pixel value Ib not subject to polarization restriction are superimposed. As a result, a color image is generated. Focusing on the pixel value, color information can be obtained by Ir + Ig2 × 2 + Ib.

本実施形態の画像処理システム及びそれを備えた車両は、偏光子が形成された領域が第1〜3の実施形態に比べて少ないため、撮像素子に入射する光量をより多く取ることができ、結果、明るくかつ解像度の高いカラー画像を生成できるため、標識検出などを好適に行うことが可能である。   The image processing system of the present embodiment and the vehicle equipped with the image processing system can take a larger amount of light incident on the image sensor because the area where the polarizer is formed is smaller than in the first to third embodiments. As a result, a bright and high-resolution color image can be generated, so that label detection and the like can be suitably performed.

一方、本実施形態では、偏光度の演算が8画素(2つの画素グループ)で行われるため解像度は低下してしまうが、撮像画像データの比較的大きい領域の変化を捉えればよい場合(例えば、路面状態の変化など)は本実施形態における偏光子のパターンでも十分好適である。   On the other hand, in the present embodiment, since the calculation of the degree of polarization is performed with 8 pixels (two pixel groups), the resolution is lowered, but it is only necessary to capture a change in a relatively large area of the captured image data (for example, The change of the road surface state etc.) is also adequately suitable for the polarizer pattern in this embodiment.

なお、さらに解像度を低下させてもよい場合は、水平偏光成分Pの透過領域と垂直偏光成分Sの透過領域をさらに離散的(例えば、画素グループの縦横2組や3組おきに偏光子を形成するなど)に配置した構成であってもよい。   If the resolution can be further reduced, the transmission region of the horizontal polarization component P and the transmission region of the vertical polarization component S are further discretely formed (for example, a polarizer is formed every two or three pairs of vertical and horizontal pixel groups). Or the like.

(第5の実施形態)
本発明に係る画像処理システム及びそれを備えた車両の第5の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、既に説明した実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
(Fifth embodiment)
An image processing system according to a fifth embodiment of the present invention and a vehicle including the image processing system will be described with reference to the drawings. In addition, description is abbreviate | omitted suitably about the structure and operation | movement similar to embodiment already demonstrated.

本実施形態では、偏光フィルタ層の領域分割方法を変更した他の例を示す。本実施形態における偏光フィルタ層には、入射光の水平偏光成分P及び垂直偏光成分Sのいずれか一方を入射させるための偏光子が、ストライプ状のパターンとして形成されている。各画素グループは、ストライプ状のパターンに対応した第1の画素グループ群と、偏光子が配置されていない第2の画素グループ群と、に分類される。   In the present embodiment, another example in which the region dividing method of the polarizing filter layer is changed is shown. In the polarizing filter layer in the present embodiment, a polarizer for making any one of the horizontal polarization component P and the vertical polarization component S of incident light incident is formed as a stripe pattern. Each pixel group is classified into a first pixel group group corresponding to a striped pattern and a second pixel group group in which no polarizer is arranged.

図19は、第4の実施形態の図18に示した光学フィルタ205の偏光フィルタ層223と、撮像素子206の画素との対応を例示する模式図に関して、偏光子のパターンの他の一例を示すものである。即ち、図19は、第1の画素グループ群(画素グループI及びIII)の全画素に入射光の水平偏光成分Pを透過させる偏光子が配置される例を示している。第2の画素グループ群(画素グループII及びIV)の全画素には、偏光子は配置されておらず、これらの領域への入射光は偏光制限を受けない。即ち、偏光子が配置される領域は有効撮像領域の1/2を占める。   FIG. 19 is a schematic diagram illustrating the correspondence between the polarization filter layer 223 of the optical filter 205 and the pixels of the image sensor 206 shown in FIG. 18 of the fourth embodiment, and shows another example of the pattern of the polarizer. Is. That is, FIG. 19 shows an example in which polarizers that transmit the horizontal polarization component P of incident light are arranged in all the pixels of the first pixel group group (pixel groups I and III). All the pixels of the second pixel group group (pixel groups II and IV) are not provided with a polarizer, and light incident on these regions is not subject to polarization restrictions. That is, the area where the polarizer is arranged occupies 1/2 of the effective imaging area.

この結果、画素グループI及びIIIからは、水平偏光成分Pのみが透過する領域rのR画素の画素値Irと、水平偏光成分Pのみが透過する領域g1のG画素の画素値Ig1と、水平偏光成分Pのみが透過する領域g2のG画素の画素値Ig2と、水平偏光成分Pのみが透過する領域bのB画素の画素値Ibが出力される。   As a result, from the pixel groups I and III, the pixel value Ir of the R pixel in the region r through which only the horizontal polarization component P is transmitted, the pixel value Ig1 of the G pixel in the region g1 through which only the horizontal polarization component P is transmitted, and the horizontal The pixel value Ig2 of the G pixel in the region g2 through which only the polarization component P is transmitted and the pixel value Ib of the B pixel in the region b through which only the horizontal polarization component P is transmitted are output.

一方、画素グループII及びIVからは、偏光制限されない領域rのR画素の画素値Ir'と、偏光制限されない領域g1のG画素の画素値Ig1'と、偏光制限されない領域g2のG画素の画素値Ig2'と、偏光制限されない領域bのB画素の画素値Ib'が出力される。   On the other hand, from the pixel groups II and IV, the pixel value Ir ′ of the R pixel in the non-polarized region r, the pixel value Ig1 ′ of the G pixel in the non-polarized region g1, and the G pixel of the region g2 in the non-polarized region The value Ig2 ′ and the pixel value Ib ′ of the B pixel in the region b where the polarization is not limited are output.

即ち、画素値Ig1及びIg2には水平偏光成分Pのみの情報が含まれており、偏光制限されていない画素値Ig1'及びIg2'には水平偏光成分Pと垂直偏光成分Sの和に相当する情報が含まれている。例えば、第1の画素グループ群に属する画素グループIのG画素と、画素グループIに隣接する第2の画素グループ群に属する画素グループIIのG画素との間で、例えば(Ig1'+Ig2')と(Ig1+Ig2)の差分を取ることにより、G画素の垂直偏光成分Sのみの検出が可能となる。   That is, the pixel values Ig1 and Ig2 contain only the information on the horizontal polarization component P, and the pixel values Ig1 ′ and Ig2 ′ that are not polarization limited correspond to the sum of the horizontal polarization component P and the vertical polarization component S. Contains information. For example, between the G pixel of the pixel group I belonging to the first pixel group group and the G pixel of the pixel group II belonging to the second pixel group group adjacent to the pixel group I, for example, (Ig1 ′ + Ig2 ′) And the difference between (Ig1 + Ig2) can detect only the vertical polarization component S of the G pixel.

画像解析ユニット102は、画素値Ig1及びIg2と、画素値Ig1'及びIg2'を取得し、公知の画像補間処理を行うことにより、G画素から水平偏光成分画像と垂直偏光成分画像の2種類の画像を生成する。なお、水平偏光成分画像及び垂直偏光成分画像は、G画素の代わりにR画素またはB画素から生成されてもよく、あるいは、3色全ての画素(R画素、G画素、及びB画素)から生成されてもよい。   The image analysis unit 102 acquires the pixel values Ig1 and Ig2 and the pixel values Ig1 ′ and Ig2 ′, and performs a known image interpolation process, so that two types of horizontal polarization component image and vertical polarization component image are obtained from the G pixel. Generate an image. The horizontal polarization component image and the vertical polarization component image may be generated from R pixels or B pixels instead of G pixels, or generated from pixels of all three colors (R pixels, G pixels, and B pixels). May be.

さらに、画像解析ユニット102は、水平偏光成分画像の画素値をI(P)、垂直偏光成分画像の画素値をI(S)として、既に示した式(1)から各画素の偏光度を求めることにより、輝度情報に依存しない偏光度画像を生成する。上述のように、隣接する2つの画素グループごとの偏光度は、G画素のみを用いる場合には(Ig1'+Ig2'−2×(Ig1+Ig2))/(Ig1'+Ig2'+2×(Ig1+Ig2))、3色全ての画素を用いる場合には(Ir'+Ig1'+Ig2'+Ib'−2×(Ir+Ig1+Ig2+Ib))/(Ir'+Ig1'+Ig2'+Ib'+2×(Ir+Ig1+Ig2+Ib))に相当するものとなる。   Further, the image analysis unit 102 obtains the degree of polarization of each pixel from Equation (1) already shown, where I (P) is the pixel value of the horizontal polarization component image and I (S) is the pixel value of the vertical polarization component image. As a result, a polarization degree image independent of luminance information is generated. As described above, the degree of polarization for each two adjacent pixel groups is (Ig1 ′ + Ig2′−2 × (Ig1 + Ig2)) / (Ig1 ′ + Ig2 ′ + 2 × (Ig1 + Ig2)) when only G pixels are used. When all three colors of pixels are used, this corresponds to (Ir ′ + Ig1 ′ + Ig2 ′ + Ib′−2 × (Ir + Ig1 + Ig2 + Ib)) / (Ir ′ + Ig1 ′ + Ig2 ′ + Ib ′ + 2 × (Ir + Ig1 + Ig2 + Ib)) .

さらに、画像解析ユニット102は、上記のような画像補間技術を用いることで、カラー画像を生成する。本実施形態においては、カラー画像は、第1の画素グループ群に属する画素グループIやIIIからの出力で生成されてもよいし、第2の画素グループ群に属する画素グループIIやIVからの出力で生成されてもよい。前者は映りこみ光が排除されたカラー画像となり、後者は明るいカラー画像となる。   Further, the image analysis unit 102 generates a color image by using the image interpolation technique as described above. In the present embodiment, the color image may be generated by output from the pixel groups I and III belonging to the first pixel group group, or output from the pixel groups II and IV belonging to the second pixel group group. May be generated. The former is a color image from which reflected light is excluded, and the latter is a bright color image.

例えば、光量を十分に取れる昼間や、街灯などの光が十分にある夜間は、画素グループIやIIIからの画素値に基づいて生成されるカラー画像を用いて、太陽光や街灯に起因する映りこみ光を除去して標識認識などを行うことが可能となる。一方、映りこみ光がなく、暗い夜間などに関しては、画素グループIIやIVの画素値に基づいて生成されるカラー画像を用いるなどの切換が画像解析ユニット102によって行われてもよい。   For example, in the daytime when there is enough light, or at night when there is enough light such as streetlights, color images generated based on pixel values from pixel groups I and III can be used to reflect images caused by sunlight or streetlights. It is possible to remove the spotlight and perform label recognition. On the other hand, for a dark night where there is no reflected light, the image analysis unit 102 may perform switching such as using a color image generated based on the pixel values of the pixel groups II and IV.

例えば、画像解析ユニット102は、運転者の動作(例えばハイビーム照射時)に応じて、カラー画像の生成に用いる画素グループを決定してもよいし、不図示の光量センサなどが車両100のフロントガラス105に貼り付けられている場合には、そのセンサからの照度出力値に応じて、カラー画像の生成に用いる画素グループを決定してもよい。   For example, the image analysis unit 102 may determine a pixel group used for generating a color image in accordance with a driver's action (for example, during high beam irradiation), or a light amount sensor (not shown) may be used as a windshield of the vehicle 100. In the case of being attached to 105, a pixel group used for generating a color image may be determined according to the illuminance output value from the sensor.

以上説明したように、本実施形態では、偏光子が形成された領域が2画素幅であるため、偏光フィルタ層と撮像素子の接合精度が緩和される。特に、図19に示したように、偏光子の形成領域がストライプ状であるため、図中横方向の位置調整のみ精密に行えばよく、偏光フィルタ層と撮像素子の接合のための調整がより容易な構成となっている。   As described above, in this embodiment, since the region where the polarizer is formed has a width of 2 pixels, the bonding accuracy between the polarizing filter layer and the imaging element is reduced. In particular, as shown in FIG. 19, the region where the polarizer is formed is in a stripe shape, so that only the position adjustment in the horizontal direction in the figure needs to be precisely performed, and the adjustment for bonding the polarizing filter layer and the image sensor is more effective. It has an easy configuration.

(第6の実施形態)
本発明に係る画像処理システム及びそれを備えた車両の第6の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、既に説明した実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。本実施形態では、光学フィルタにおける分光フィルタ層の他の構成例を示す。
(Sixth embodiment)
An image processing system according to a sixth embodiment of the present invention and a vehicle including the image processing system will be described with reference to the drawings. In addition, description is abbreviate | omitted suitably about the structure and operation | movement similar to embodiment already demonstrated. In the present embodiment, another configuration example of the spectral filter layer in the optical filter is shown.

図20は、光学フィルタの構造の他の例を示す光透過方向に沿った断面模式図である。また、図21は、本実施形態における光学フィルタ205'をセンサ基板207側から見た正面模式図である。即ち、光学フィルタ205'は、図3等に示した光学フィルタ205の構成に加えて、基板220の撮像素子206側の面における有効撮像領域の所定領域(例えば、有効撮像領域の下部領域)に、上記偏光フィルタ層223及び充填材224を介して形成され、波長λ3〜λ4の範囲の波長成分の光を選択的に透過させる分光フィルタ層222(第2の分光フィルタ層)を有し、分光フィルタ層222の撮像素子206側の面が撮像素子206に近接配置されてなる。   FIG. 20 is a schematic cross-sectional view along the light transmission direction showing another example of the structure of the optical filter. FIG. 21 is a schematic front view of the optical filter 205 ′ in the present embodiment as viewed from the sensor substrate 207 side. In other words, in addition to the configuration of the optical filter 205 shown in FIG. A spectral filter layer 222 (second spectral filter layer) that is formed through the polarizing filter layer 223 and the filler 224 and selectively transmits light having a wavelength component in the wavelength range of λ3 to λ4. The surface of the filter layer 222 on the image sensor 206 side is disposed close to the image sensor 206.

つまり、光学フィルタ205'は、分光フィルタ層221と分光フィルタ層222とが光透過方向に重ね合わせられた構造となっている。   That is, the optical filter 205 ′ has a structure in which the spectral filter layer 221 and the spectral filter layer 222 are overlapped in the light transmission direction.

ここで、カラーセンサに用いられるカラーフィルタの分光特性は、一般に図22のような特性を示す。図22においては、R画素の分光特性は実線、G画素の分光特性は破線、B画素の分光特性は一点鎖線で示されている。即ち、800nmよりも短波長に関しては、R画素、G画素、及びB画素の各画素で分光特性が異なる。   Here, the spectral characteristics of the color filter used in the color sensor generally show characteristics as shown in FIG. In FIG. 22, the spectral characteristic of the R pixel is indicated by a solid line, the spectral characteristic of the G pixel is indicated by a broken line, and the spectral characteristic of the B pixel is indicated by a one-dot chain line. That is, with respect to wavelengths shorter than 800 nm, the spectral characteristics of the R pixel, G pixel, and B pixel are different.

これに対して、上記の光学フィルタ205'が有する分光フィルタ層222の分光特性は図23に示すようなものであるとよい。即ち、分光フィルタ層222は、例えば波長範囲940nm〜1000nmの近赤外光領域を透過帯域とする(波長940nmよりも短波長側の光をカットする)分光特性を有するものであるとよい。   On the other hand, the spectral characteristic of the spectral filter layer 222 included in the optical filter 205 ′ is preferably as shown in FIG. That is, the spectral filter layer 222 may have spectral characteristics having, for example, a near-infrared light region in the wavelength range of 940 nm to 1000 nm as a transmission band (cutting light on a shorter wavelength side than the wavelength 940 nm).

波長範囲940nm〜1000nmの近赤外光領域は、図22に示したカラーフィルタの分光特性において3色全ての画素(R画素、G画素、及びB画素)の分光特性がほぼ一致する波長帯である。従って、例えば偏光フィルタ層223が3色全ての画素に対応する偏光子を有する場合に、本実施形態の画像処理システム及びそれを備えた車両は、分光フィルタ層222が形成された領域において、輝度情報の差異がほとんどない3色の画素を用いて、安定的かつ解像度の高い偏光度画像を生成することができる。これにより、分光フィルタ層222が形成された領域において、路面状態の検出精度を向上させることが可能となる。   The near-infrared light region in the wavelength range of 940 nm to 1000 nm is a wavelength band in which the spectral characteristics of all three colors of pixels (R pixel, G pixel, and B pixel) in the spectral characteristics of the color filter shown in FIG. is there. Therefore, for example, when the polarizing filter layer 223 has polarizers corresponding to pixels of all three colors, the image processing system of the present embodiment and the vehicle including the same have luminance in the region where the spectral filter layer 222 is formed. A stable and high-resolution polarization degree image can be generated using pixels of three colors with almost no difference in information. Thereby, it becomes possible to improve the detection accuracy of the road surface state in the region where the spectral filter layer 222 is formed.

次に、分光フィルタ層222の構造や作製方法について説明する。分光フィルタ層222は、分光フィルタ層221と同様に、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とを交互に多層重ねた多層膜構造として作製可能である。   Next, the structure and manufacturing method of the spectral filter layer 222 will be described. Similar to the spectral filter layer 221, the spectral filter layer 222 can be manufactured as a multilayer film structure in which high refractive index thin films and low refractive index thin films are alternately stacked.

本実施形態においては、撮像画像データの使用波長範囲が略可視光波長帯から赤外光波長帯であるため、当該使用波長範囲に感度を有する撮像素子206を採用している。分光フィルタ層222は、赤外光の一部のみを透過させればよいので、分光フィルタ層222の多層膜部分の透過波長範囲を例えば900nm以上に設定し、それ以外の波長帯は反射するカットフィルタ(図23参照)を形成すればよい。   In the present embodiment, since the use wavelength range of the captured image data is substantially from the visible light wavelength band to the infrared light wavelength band, the image sensor 206 having sensitivity in the use wavelength range is employed. Since the spectral filter layer 222 only needs to transmit a part of infrared light, the transmission wavelength range of the multilayer film portion of the spectral filter layer 222 is set to, for example, 900 nm or more, and other wavelength bands are reflected. A filter (see FIG. 23) may be formed.

このようなカットフィルタは、光学フィルタ205の積層方向下側から順に、「基板/(0.125L 0.25H 0.125L)p/媒質A」のような構成の多層膜を作製することで得られる。ここでいう「基板」は、上述した充填材224を意味する。また、「0.125L」は、低屈折率材料(例えばSiO2)の膜厚標記方法でnd/λを1Lとしたものであり、従って「0.125L」の膜は、1/8波長の光路長となるような膜厚をもつ低屈折率材料の膜である。なお、「n」は屈折率であり、「d」は厚みであり、「λ」はカットオフ波長である。 Such a cut filter is obtained by forming a multilayer film having a configuration of “substrate / (0.125L 0.25H 0.125L) p / medium A” in order from the lower side in the stacking direction of the optical filter 205. It is done. The “substrate” here means the filler 224 described above. In addition, “0.125L” is obtained by setting nd / λ to 1L in the film thickness marking method of a low refractive index material (for example, SiO 2 ). Therefore, the film of “0.125L” has 1/8 wavelength. It is a film of a low refractive index material having a film thickness that becomes an optical path length. “N” is a refractive index, “d” is a thickness, and “λ” is a cutoff wavelength.

同様に、「0.25H」は、高屈折率材料(例えばTiO2)の膜厚標記方法でnd/λを1Hとしたものであり、従って「0.25H」の膜は、1/4波長の光路長となるような膜厚をもつ高屈折率材料の膜である。また、「p」は、かっこ内に示す膜の組み合わせを繰り返す(積層する)回数を示し、「p」が多いほどリップルなどの影響を抑制できる。また、媒質Aは、空気あるいは撮像素子206との密着接合のための樹脂や接着剤を意図するものである。 Similarly, “0.25H” is a film thickness marking method of a high refractive index material (for example, TiO 2 ) in which nd / λ is 1H. Therefore, a film of “0.25H” has a quarter wavelength. It is a film of a high refractive index material having a film thickness such that the optical path length becomes. “P” indicates the number of times the film combination shown in parentheses is repeated (laminated), and the more “p”, the more the influence of ripple and the like can be suppressed. The medium A is intended for air or a resin or adhesive for tight bonding with the image sensor 206.

また、分光フィルタ層222において、赤外光波長帯のみを透過する多層膜構造としては、透過波長範囲が940〜970nmの範囲であるバンドパスフィルタであってもよい。このようなバンドパスフィルタは、例えば、「基板/(0.125L 0.5M 0.125L)p(0.125L 0.5H 0.125L)q(0.125L 0.5M 0.125L)r/媒質A」のような構成の多層膜を作製することで得られる。なお、高屈折率材料として二酸化チタン(TiO2)、低屈折率材料として二酸化珪素(SiO2)等を使用すれば、対候性の高い分光フィルタ層222を実現できる。 Further, the spectral filter layer 222 may be a band-pass filter having a transmission wavelength range of 940 to 970 nm as a multilayer film structure that transmits only the infrared wavelength band. Such a band-pass filter is, for example, “substrate / (0.125L 0.5M 0.125L) p (0.125L 0.5H 0.125L) q (0.125L 0.5M 0.125L) r / It can be obtained by producing a multilayer film having a configuration such as “medium A”. If titanium dioxide (TiO 2 ) is used as the high refractive index material and silicon dioxide (SiO 2 ) is used as the low refractive index material, a highly weather resistant spectral filter layer 222 can be realized.

分光フィルタ層222の作製方法の一例について説明すると、まず、基板220及び偏光フィルタ層223上に形成された充填材224上に、上述した多層膜を形成する。このような多層膜を形成する方法としては、周知の蒸着等の方法を用いればよい。続いて、非分光領域(例えば、撮像素子206の上側領域)に対応する箇所について多層膜を除去する。   An example of a method for manufacturing the spectral filter layer 222 will be described. First, the multilayer film described above is formed on the filler 224 formed on the substrate 220 and the polarizing filter layer 223. As a method for forming such a multilayer film, a known method such as vapor deposition may be used. Subsequently, the multilayer film is removed at a location corresponding to the non-spectral region (for example, the upper region of the image sensor 206).

この除去方法としては、一般的なリフトオフ加工法を利用すればよい。リフトオフ加工法では、目的とするパターンとは逆のパターンを、金属やフォトレジスト等で事前に充填材224の層上に形成しておき、その上に多層膜を形成してから、非分光領域に対応する箇所の多層膜を当該金属やフォトレジストと一緒に除去する。   As this removal method, a general lift-off processing method may be used. In the lift-off processing method, a pattern opposite to the target pattern is formed in advance on a layer of the filler 224 with a metal, a photoresist, or the like, a multilayer film is formed thereon, and then a non-spectral region. The multi-layer film corresponding to the above is removed together with the metal and photoresist.

本実施形態では、分光フィルタ層222として多層膜構造を採用しているので、分光特性の設定自由度が高いという利点がある。   In this embodiment, since the multilayer structure is adopted as the spectral filter layer 222, there is an advantage that the degree of freedom in setting the spectral characteristics is high.

なお、本実施形態では、充填材224の上に積層される分光フィルタ層222については充填材224のような保護層を設けていない。これは、本発明者らの実験によれば、撮像素子206に分光フィルタ層222が接触しても、撮像画像に影響を及ぼすような損傷が発生しなかったため、低コスト化を優先して保護層を省略したものである。   In the present embodiment, the spectral filter layer 222 laminated on the filler 224 is not provided with a protective layer like the filler 224. According to the experiments by the present inventors, even if the spectral filter layer 222 is in contact with the image sensor 206, damage that affects the captured image did not occur. The layer is omitted.

また、偏光フィルタ層223の金属ワイヤ(凸部)の高さは一般に使用波長の半分以下と低い一方、分光フィルタ層222の高さは、高さ(厚み)を増すほど遮断波長での透過率特性を急峻にできるため、使用波長と同等から数倍程度の高さとしている。   The height of the metal wire (convex portion) of the polarizing filter layer 223 is generally as low as half or less of the wavelength used, while the height of the spectral filter layer 222 increases the transmittance at the cutoff wavelength as the height (thickness) increases. Since the characteristics can be sharpened, the height is about the same as the used wavelength to several times higher.

充填材224の厚みが増すほど、その上面の平坦性を確保することが困難になり、光学フィルタ205の特性に影響を与えるので、充填材224を厚くするにも限度がある。そのため、本実施形態では、分光フィルタ層222を充填材で覆っていない。   As the thickness of the filler 224 increases, it becomes more difficult to ensure the flatness of the upper surface, which affects the characteristics of the optical filter 205, so that there is a limit to increasing the thickness of the filler 224. Therefore, in the present embodiment, the spectral filter layer 222 is not covered with a filler.

即ち、本実施形態では、偏光フィルタ層223を充填材224で覆った後に分光フィルタ層222を形成しているため、充填材224の層を安定的に形成できる。また、充填材224の層の上面に形成される分光フィルタ層222もその特性を最適に形成することが可能である。   That is, in this embodiment, since the spectral filter layer 222 is formed after the polarizing filter layer 223 is covered with the filler 224, the layer of the filler 224 can be stably formed. In addition, the spectral filter layer 222 formed on the upper surface of the layer of the filler 224 can be optimally formed.

100 車両
101 撮像ユニット(撮像手段)
102 画像解析ユニット(画像解析手段)
103 ヘッドランプ制御ユニット
104 ヘッドランプ
105 フロントガラス(透明部材)
106 ワイパー制御ユニット
107 ワイパー
108 車両走行制御ユニット
110 画像処理システム
111 タイヤ
112 バンパ
113 ナンバープレート
114 開口
204 撮像レンズ
205、205' 光学フィルタ
206 撮像素子
206a 画素アレイ
206b カラーフィルタ
207 センサ基板
208 信号処理部
220 基板
221 分光フィルタ層(第1の分光フィルタ層)
222 分光フィルタ層(第2の分光フィルタ層)
223 偏光フィルタ層
224 充填材
100 Vehicle 101 Imaging unit (imaging means)
102 Image analysis unit (image analysis means)
103 Headlamp control unit 104 Headlamp 105 Windshield (transparent member)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 106 Wiper control unit 107 Wiper 108 Vehicle travel control unit 110 Image processing system 111 Tire 112 Bumper 113 Number plate 114 Opening 204 Imaging lens 205,205 'Optical filter 206 Imaging element 206a Pixel array 206b Color filter 207 Sensor substrate 208 Signal processing part 220 Substrate 221 Spectral filter layer (first spectral filter layer)
222 Spectral filter layer (second spectral filter layer)
223 Polarizing filter layer 224 Filler

特許第2707426号明細書Japanese Patent No. 2707426 特開2007−86720号公報JP 2007-86720 A

Claims (14)

R画素、G画素、及びB画素が2次元配列されたベイヤー配列の撮像素子、及び、該撮像素子の前段に配置される光学フィルタを有する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像結果を解析する画像解析手段と、を備え、
前記光学フィルタは、
入射光を透過させる基板と、
前記撮像素子の縦横に隣接する4画素からなる各画素グループに含まれる2つのG画素の一方にのみ、前記入射光の水平偏光成分及び垂直偏光成分のいずれか一方を入射させるための偏光子が形成された偏光フィルタ層と、を有し、
前記画像解析手段は、前記一方のG画素の画素値、及び、前記2つのG画素の他方のG画素の画素値を用いて、水平偏光成分画像、垂直偏光成分画像、及び偏光度画像を生成するとともに、前記他方のG画素の画素値、R画素の画素値、及び、B画素の画素値を用いてカラー画像を生成することを特徴とする画像処理システム。
An imaging device having a Bayer array in which R pixels, G pixels, and B pixels are two-dimensionally arrayed, and an optical filter disposed in a preceding stage of the image sensor;
Image analysis means for analyzing the imaging result of the imaging means,
The optical filter is
A substrate that transmits incident light;
A polarizer for causing one of the horizontal polarization component and the vertical polarization component of the incident light to enter only one of the two G pixels included in each pixel group including four pixels adjacent in the vertical and horizontal directions of the image sensor. A polarizing filter layer formed,
The image analysis unit generates a horizontal polarization component image, a vertical polarization component image, and a polarization degree image using the pixel value of the one G pixel and the pixel value of the other G pixel of the two G pixels. And a color image is generated using the pixel value of the other G pixel, the pixel value of the R pixel, and the pixel value of the B pixel.
R画素、G画素、及びB画素が2次元配列されたベイヤー配列の撮像素子、及び、該撮像素子の前段に配置される光学フィルタを有する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像結果を解析する画像解析手段と、を備え、
前記光学フィルタは、
入射光を透過させる基板と、
前記撮像素子の縦横に隣接する4画素からなる各画素グループに含まれる2つのG画素の一方に前記入射光の水平偏光成分を入射させるための偏光子、及び、前記2つのG画素の他方に前記入射光の垂直偏光成分を入射させるための偏光子が形成された偏光フィルタ層と、を有し、
前記画像解析手段は、前記2つのG画素の画素値を用いて、水平偏光成分画像、垂直偏光成分画像、及び偏光度画像を生成するとともに、前記2つのG画素の画素値、R画素の画素値、並びに、B画素の画素値を用いてカラー画像を生成することを特徴とする画像処理システム。
An imaging device having a Bayer array in which R pixels, G pixels, and B pixels are two-dimensionally arrayed, and an optical filter disposed in a preceding stage of the image sensor;
Image analysis means for analyzing the imaging result of the imaging means,
The optical filter is
A substrate that transmits incident light;
A polarizer for causing a horizontal polarization component of the incident light to enter one of two G pixels included in each pixel group including four pixels adjacent in the vertical and horizontal directions of the image sensor, and the other of the two G pixels. A polarizing filter layer on which a polarizer for making the vertically polarized component of the incident light incident is formed,
The image analysis unit generates a horizontal polarization component image, a vertical polarization component image, and a polarization degree image by using the pixel values of the two G pixels, and the pixel values of the two G pixels and the pixels of the R pixel. A color image is generated using a value and a pixel value of a B pixel.
R画素、G画素、及びB画素が2次元配列されたベイヤー配列の撮像素子、及び、該撮像素子の前段に配置される光学フィルタを有する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像結果を解析する画像解析手段と、を備え、
前記光学フィルタは、
入射光を透過させる基板と、
前記撮像素子の縦横に隣接する4画素からなる各画素グループに含まれる2つのG画素の一方に前記入射光の垂直偏光成分を入射させるための偏光子、前記2つのG画素の他方に前記入射光の水平偏光成分を入射させるための偏光子、並びに、R画素及びB画素に前記入射光の水平偏光成分を入射させるための偏光子が形成された偏光フィルタ層と、を有し、
前記画像解析手段は、前記2つのG画素の画素値を用いて、水平偏光成分画像、垂直偏光成分画像、及び偏光度画像を生成するとともに、前記他方のG画素の画素値、R画素の画素値、及び、B画素の画素値を用いてカラー画像を生成することを特徴とする画像処理システム。
An imaging device having a Bayer array in which R pixels, G pixels, and B pixels are two-dimensionally arrayed, and an optical filter disposed in a preceding stage of the image sensor;
Image analysis means for analyzing the imaging result of the imaging means,
The optical filter is
A substrate that transmits incident light;
A polarizer for causing a vertically polarized component of the incident light to enter one of two G pixels included in each pixel group consisting of four pixels adjacent in the vertical and horizontal directions of the image sensor, and the input to the other of the two G pixels. A polarizer for making the horizontal polarization component of the incident light incident, and a polarization filter layer on which a polarizer for making the horizontal polarization component of the incident light incident on the R pixel and the B pixel is formed,
The image analysis unit generates a horizontal polarization component image, a vertical polarization component image, and a polarization degree image using the pixel values of the two G pixels, and also includes a pixel value of the other G pixel and a pixel of the R pixel. A color image is generated using a value and a pixel value of a B pixel.
R画素、G画素、及びB画素が2次元配列されたベイヤー配列の撮像素子、及び、該撮像素子の前段に配置される光学フィルタを有する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像結果を解析する画像解析手段と、を備え、
前記光学フィルタは、
入射光を透過させる基板と、
前記撮像素子の縦横に隣接する4画素からなる各画素グループに含まれる2つのG画素の一方にのみ、前記入射光の水平偏光成分及び垂直偏光成分のいずれか一方を入射させるための偏光子が形成された偏光フィルタ層と、を有し、
前記偏光フィルタ層は、1つの前記画素グループに含まれる2つのG画素の一方に前記入射光の水平偏光成分を入射させるための偏光子、前記一方のG画素から縦及び横に1画素離れたG画素に前記入射光の垂直偏光成分を入射させるための偏光子、及び、前記一方のG画素から斜めに1画素離れたG画素に前記入射光の水平偏光成分を入射させるための偏光子が、縦横に隣接する4つの前記画素グループを単位として周期的に形成されてなり、
前記画像解析手段は、前記一方のG画素の画素値、及び、前記一方のG画素から縦または横に1画素離れたG画素の画素値を用いて、水平偏光成分画像、垂直偏光成分画像、及び偏光度画像を生成するとともに、前記2つのG画素の他方の画素値、R画素の画素値、及び、B画素の画素値を用いてカラー画像を生成することを特徴とする画像処理システム。
An imaging device having a Bayer array in which R pixels, G pixels, and B pixels are two-dimensionally arrayed, and an optical filter disposed in a preceding stage of the image sensor;
Image analysis means for analyzing the imaging result of the imaging means,
The optical filter is
A substrate that transmits incident light;
A polarizer for causing one of the horizontal polarization component and the vertical polarization component of the incident light to enter only one of the two G pixels included in each pixel group including four pixels adjacent in the vertical and horizontal directions of the image sensor. A polarizing filter layer formed,
The polarizing filter layer is a polarizer for causing a horizontal polarization component of the incident light to enter one of two G pixels included in one pixel group, and is separated from the one G pixel vertically and horizontally by one pixel. A polarizer for causing the vertical polarization component of the incident light to enter the G pixel, and a polarizer for causing the horizontal polarization component of the incident light to enter the G pixel obliquely separated from the one G pixel by one pixel. , Periodically formed in units of four pixel groups adjacent vertically and horizontally,
The image analysis means uses a pixel value of the one G pixel and a pixel value of the G pixel that is one pixel away from the one G pixel vertically or horizontally, and uses a horizontal polarization component image, a vertical polarization component image, And an image with a degree of polarization, and a color image is generated using the other pixel value of the two G pixels, the pixel value of the R pixel, and the pixel value of the B pixel.
R画素、G画素、及びB画素が2次元配列されたベイヤー配列の撮像素子、及び、該撮像素子の前段に配置される光学フィルタを有する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像結果を解析する画像解析手段と、を備え、
前記光学フィルタは、
入射光を透過させる基板と、
前記入射光の水平偏光成分及び垂直偏光成分のいずれか一方を入射させるための偏光子が、ストライプ状のパターンとして形成された偏光フィルタ層と、を有し、
前記撮像素子の縦横に隣接する4画素からなる各画素グループは、前記ストライプ状のパターンに対応した第1の画素グループ群と、前記偏光子が配置されていない第2の画素グループ群と、に分類され、
前記画像解析手段は、前記偏光子が配置された前記第1の画素グループ群に属する画素グループの画素の画素値、及び、当該画素グループに隣接する前記第2の画素グループ群に属する画素グループの対応する画素の画素値を用いて、水平偏光成分画像、垂直偏光成分画像、及び偏光度画像を生成するとともに、前記第1及び第2の画素グループ群のいずれか一方に属する画素グループのG画素の画素値、R画素の画素値、及び、B画素の画素値を用いてカラー画像を生成することを特徴とする画像処理システム。
An imaging device having a Bayer array in which R pixels, G pixels, and B pixels are two-dimensionally arrayed, and an optical filter disposed in a preceding stage of the image sensor;
Image analysis means for analyzing the imaging result of the imaging means,
The optical filter is
A substrate that transmits incident light;
A polarizer for making any one of a horizontal polarization component and a vertical polarization component of the incident light incident, and a polarization filter layer formed as a stripe pattern,
Each pixel group consisting of four pixels adjacent in the vertical and horizontal directions of the image sensor includes a first pixel group group corresponding to the stripe pattern and a second pixel group group in which the polarizer is not arranged. Classified,
The image analysis means includes a pixel value of a pixel group belonging to the first pixel group group in which the polarizer is disposed, and a pixel group belonging to the second pixel group group adjacent to the pixel group. A horizontal polarization component image, a vertical polarization component image, and a polarization degree image are generated using the pixel value of the corresponding pixel, and the G pixel of the pixel group belonging to one of the first and second pixel group groups A color image is generated using the pixel value of R, the pixel value of the R pixel, and the pixel value of the B pixel.
前記撮像手段は、路面を含む車両周辺情報を撮像するものであり、
前記画像解析手段は、前記偏光度画像の偏光度に基づいて路面状態を判別するとともに、前記カラー画像に基づいて標識認識を行うことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の画像処理システム。
The imaging means images vehicle surrounding information including a road surface,
The said image analysis means discriminates a road surface state based on the degree of polarization of the polarization degree image, and performs sign recognition based on the color image. The image processing system described in 1.
前記画像解析手段は、前記カラー画像から、前記偏光度画像に基づく所定の成分を差し引くことにより、前記カラー画像における霞を低減することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の画像処理システム。   The said image analysis means reduces the wrinkles in the said color image by subtracting the predetermined component based on the said polarization degree image from the said color image, The any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. The image processing system described in 1. 前記光学フィルタは、
前記基板の前記撮像素子と反対側の面における有効撮像領域の全面に形成され、波長λ1〜λ2、及び、λ3〜λ4(λ1<λ2<λ3<λ4)の範囲の波長成分の光を選択的に透過させる第1の分光フィルタ層をさらに有することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の画像処理システム。
The optical filter is
It is formed on the entire surface of the effective imaging region on the surface of the substrate opposite to the imaging device, and selectively selects light having a wavelength component in the range of wavelengths λ1 to λ2 and λ3 to λ4 (λ1 <λ2 <λ3 <λ4). The image processing system according to any one of claims 1 to 7, further comprising a first spectral filter layer that transmits the light.
前記光学フィルタは、
前記基板の前記撮像素子側の面における前記有効撮像領域の所定領域に形成され、波長λ3〜λ4の範囲の波長成分の光を選択的に透過させる第2の分光フィルタ層をさらに有することを特徴とする請求項8に記載の画像処理システム。
The optical filter is
And a second spectral filter layer that is formed in a predetermined region of the effective imaging region on the imaging element side surface of the substrate and selectively transmits light having a wavelength component in the wavelength range of λ3 to λ4. The image processing system according to claim 8.
前記撮像手段が前記偏光度画像用のフレームを撮像する際の露光量と、前記撮像手段が前記カラー画像用のフレームを撮像する際の露光量とが異なることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の画像処理システム。   The exposure amount when the imaging unit captures the frame for the polarization degree image is different from the exposure amount when the imaging unit captures the frame for the color image. Item 10. The image processing system according to any one of Items 9 to 9. 前記画像解析手段は、前記水平偏光成分画像の各画素の画素値をI(P)と、前記垂直偏光成分画像の各画素の画素値をI(S)とした場合、α×(I(P)−I(S))/(I(P)+I(S)) (ここでαは定数)の画像情報を算出するものであって、前記有効撮像領域の周辺部のαを前記有効撮像領域の中心部に比べて大きくすることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の画像処理システム。   When the pixel value of each pixel of the horizontal polarization component image is I (P) and the pixel value of each pixel of the vertical polarization component image is I (S), the image analysis means is α × (I (P ) −I (S)) / (I (P) + I (S)) (where α is a constant), and α in the periphery of the effective imaging region is calculated as the effective imaging region. The image processing system according to claim 1, wherein the image processing system is larger than a central portion of the image processing system. 前記画像解析手段は、前記偏光度画像に基づいて、暗部に存在する物体の検出を行うことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の画像処理システム。   The image processing system according to any one of claims 1 to 11, wherein the image analysis unit detects an object existing in a dark part based on the polarization degree image. 請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の画像処理システムと、
前記画像処理システムが備える前記画像解析手段により生成された偏光度画像及びカラー画像に基づいて、車両の走行を支援する走行支援制御を行う車両走行制御手段と、を備えることを特徴とする車両。
An image processing system according to any one of claims 1 to 12,
Vehicle driving control means for performing driving support control for supporting driving of a vehicle based on a polarization degree image and a color image generated by the image analysis means provided in the image processing system.
前記画像処理システムが備える前記第1及び第2の分光フィルタ層の透過波長λ3〜λ4の範囲に、車両のヘッドランプの投光波長帯の少なくとも一部が含まれることを特徴とする請求項13に記載の車両。   14. The transmission wavelength λ3 to λ4 of the first and second spectral filter layers included in the image processing system includes at least a part of a light projection wavelength band of a vehicle headlamp. Vehicle described in.
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