JP5952532B2

JP5952532B2 - 画像処理装置および配光制御方法

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Publication number: JP5952532B2
Application number: JP2011124549A
Authority: JP
Inventors: 正自小林
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
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Filing date: 2011-06-02
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Description

本発明は、自動車などに用いられる画像処理装置に関する。

車両と歩行者との交通事故を防止するためには、車両のドライバが歩行者の存在をいかに的確に把握することができるかが重要な点である。そのためには、歩行者を認識しやすい環境となるように車両用灯具の配光を制御することが考えられる。例えば、特許文献１には、車両が走行する環境によって変化する視対象範囲の輝度が認知限界輝度の範囲を下回るような場合、視対象輝度が認知限界輝度の範囲に含まれるように、車両に設けられている前照灯ユニットの配光を制御する技術が開示されている。

特開２０１０−５２６０２号公報

ところで、歩行者に対する視認性は、背景輝度と視対象（歩行者）輝度との輝度対比により大きく変化する。また、車両が走行する環境の明るさは、特に夜間の場合に大きく変化するため、ドライバの視認性が急変する可能性がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、明るさが変化する車両の走行環境において、歩行者等に対するドライバの視認性を向上させる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の画像処理装置は、取得した車両前方の撮像画像を、車両から前方のそれぞれの領域までの距離に応じて区画された複数のブロックに分割する画像分割部と、複数のブロックの画像情報に基づいて、該ブロックに対応する領域のそれぞれについて雰囲気の明るさを推定する明るさ推定部と、車両からの距離が異なる複数の領域の推定された雰囲気の明るさに基づいて、前照灯ユニットの光により照射が可能な照射領域における雰囲気の明るさの変化を予見する明るさ予見部と、を備える。

この態様によると、車両から前方のそれぞれの領域までの距離に応じて区画された複数のブロックに対応する領域のそれぞれについて雰囲気の明るさが推定される。そのため、前照灯ユニットの光により照射が可能な照射領域における雰囲気の明るさの変化を予見することができる。

予見される照射領域における雰囲気の明るさの変化を緩和するように、前照灯ユニットの配光を制御する制御信号を予め算出する制御信号算出部を更に備えてもよい。これにより、雰囲気の明るさの急変による視認性の低下を抑制できる。

本発明の別の態様もまた、画像処理装置である。この装置は、取得した車両前方の撮像画像を、車両から前方のそれぞれの領域までの距離に応じて区画された複数のブロックに分割する画像分割部と、複数のブロックの画像情報に基づいて、該ブロックに対応する領域のそれぞれについて雰囲気の明るさを推定する明るさ推定部と、車両からの距離が異なる複数の領域の推定された雰囲気の明るさに基づいて、前照灯ユニットにより照射が可能な照射領域における可視度の変化を予見する可視度予見部と、を備える。

この態様によると、車両から前方のそれぞれの領域までの距離に応じて区画された複数のブロックに対応する領域のそれぞれについて雰囲気の明るさが推定される。そのため、前照灯ユニットの光により照射が可能な照射領域における可視度の変化を予見することができる。

予見される照射領域における可視度が所定の値以上となるように、前照灯ユニットの配光を制御する制御信号を予め算出する制御信号算出部を更に備えてもよい。これにより、雰囲気の明るさの急変による視認性の低下を抑制できる。

本発明のさらに別の態様は、配光制御方法である。この方法は、取得した車両前方の撮像画像から消失点を算出し、消失点に基づいて、車両から前方の領域までの距離に応じて区画されたブロックを撮像画像から抽出し、ブロックの画像情報に基づいて、該ブロックに対応する領域の雰囲気の明るさを推定し、前照灯ユニットの光により照射が可能な照射領域に次に含まれると予測される領域の、推定された雰囲気の明るさに応じて前照灯ユニットの配光を制御する。

この態様によると、推定された雰囲気の明るさの変化に応じて前照灯ユニットの配光が制御されるため、明るさが変化する車両の走行環境において、歩行者等に対するドライバの視認性を向上させることできる。

本発明によれば、明るさが変化する車両の走行環境においても歩行者等に対するドライバの視認性を向上させることができる。

背景輝度と視認限界における輝度対比Ｃｔｈとの関係を示した図である。被写体の輝度（明るさ）とカメラの映像出力である画像濃度との関係を示す図である。図３（ａ）は、グレーの着衣（上下の着衣類の反射率は異なる）を着た歩行者が暗い照明環境（１ｃｄ／ｍ^２）にいる場合の見え方、図３（ｂ）は、図３（ａ）と同様の歩行者が明るい照明環境（５ｃｄ／ｍ^２）にいる場合の見え方、図３（ｃ）および図３（ｄ）は、図３（ａ）と同様の歩行者が不均一な照明環境にいる場合の見え方、をそれぞれ模式的に示した図である。車速６０ｋｍ／ｈ（ＴＤ≒１７ｍ／ｓ）におけるドライバ前方視野を示す図である。車両前方の視野の分割例を示す模式図である。車速６０ｋｍ／ｈの場合における可視度ＶＬの目標値の設定と、実際の交通視環境における可視度ＶＬの変化の例を示す図である。図７（ａ）は、カットオフラインを揺動制御するロービーム用配光パターンの一例を示す模式図、図７（ｂ）は、カットオフラインを上下制御するロービーム用配光パターンの一例を示す模式図、図７（ｃ）は、重畳したスポット光を上下左右に移動制御したロービーム用配光パターンの一例を示す模式図、図７（ｄ）は、重畳した複数のスポット光を上下左右に移動制御するハイビーム用配光パターンの一例を示す模式図である。本実施の形態に係る車両用前照灯装置を適用した車両の外観を示す概略図である。本実施の形態に係る車両用前照灯装置の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る物体属性判別処理を含む配光制御方法を示すフローチャートである。

はじめに、本発明者が本願発明をなすに至った経緯について説明する。歩行者の視認性は、背景と視対象（歩行者）間の輝度対比により大きく変化する。例えば、歩行者の背景が明るい場合（背景輝度が２〜１０ｃｄ／ｍ^２程度）、歩行者の着衣の色・反射率（例えば黒）によらず歩行者は確実に視認できる。一方、歩行者の背景が暗い場合（背景輝度１ｃｄ／ｍ^２以下）、歩行者の着衣が白であっても歩行者の視認性は悪い。

夜間における歩行者交通事故の原因は、その調査結果から、歩行者とドライバとの間における認知の錯誤と言われている。つまり「歩行者はドライバに視認されていると思っているが、ドライバには歩行者が見えていない」という状況が夜間における交通事故を引き起こす一因と考えられる。そのため、歩行者が多く存在し、視環境が急変する移動空間では、歩行者事故に遭遇する危険性が高まると考えられる。リスク工学の観点からは、リスクは危険方向に急変しないことが望まれる。

したがって、このような歩行者事故に遭遇する危険性を抑制させる必要がある。そのためには、安全走行にかかわる視環境のリスク変化を計測する方法を確立するとともに、それに対応した適切な照明制御を図る必要がある。以下では、リスクの定義、光学カメラによる視環境の計測手法、それらに対応した配光制御など、本願発明を成すに当たり検討した事項を含めて説明する。

（リスクの定義）
リスクは、主に、何秒先に車両が到達する空間に視対象が存在するか（予見時間）と、視対象が見えるか否（視認性）とに基づいて決定される。視対象が遠方に存在すればリスクは低くなり、事故回避が難しい位置に存在すればリスクは高くなる。そして、視対象が見えない場合にはリスクは高くなり、見える場合には低くなる。そこで、リスクは予見時間に対するその視対象（障害物、歩行者）の可視度レベルＶＬ（Visibility Level）で定義することが一つの方法として挙げられる。

（可視度ＶＬの定義）
可視度ＶＬは、以下の式（１）で定義される。
ＶＬ＝Ｃ／Ｃｔｈ・・・式（１）
ここで、Ｃは輝度対比であり、視対象の輝度をＬ、背景の輝度をＬｂとすれば式（２）で定義される。Ｃｔｈは視認限界における限界輝度対比である。
Ｃ＝（Ｌ−Ｌｂ）／Ｌｂ・・・式（２）

視認限界とは、見えるか見えないかの限界（視認確率５０％）である。図１は、背景輝度と視認限界における輝度対比Ｃｔｈとの関係を示した図である。このような視認限界の時のＣｔｈは、Ｂｌａｃｋｗｅｌｌなどにより求められている。図１に示すデータは、均一背景輝度下におけるＣｔｈのデータである。つまり、順応輝度下でのＣｔｈデータとも考えることもできる。

夜間の順応輝度は、走行環境にもよるが、０．５ｃｄ／ｍ^２（暗いロービーム）〜１ｃｄ／ｍ^２（ロービーム）〜２ｃｄ／ｍ^２（明るい道路照明下）である。順応輝度１ｃｄ／ｍ^２、背景輝度Ｌｂ＝１ｃｄ／ｍ^２とすれば、図１より限界輝度対比Ｃｔｈ≒０．６である。輝度対比Ｃが限界輝度対比Ｃｔｈの場合、式（２）より、視対象の輝度Ｌ＝１．６ｃｄ／ｍ^２、ΔＬｍｉｎ＝Ｌ−Ｌｂ＝０．６ｃｄ／ｍ^２となる。

つまり、順応輝度１ｃｄ／ｍ^２、背景輝度１ｃｄ／ｍ^２の条件下では、正の輝度対比Ｃｔｈ≒０．６に対する視認限界輝度は１．６ｃｄ／ｍ^２となる。なお、視対象が背景より暗い場合についても、視対象の限界輝度は限界輝度対比Ｃｔｈから算出でき、Ｌ＝０．４ｃｄ／ｍ^２となる。

以上の例は、ＶＬ＝１、つまりＣ＝Ｃｔｈ（見えるか見えないかの視認限界）の場合である。そして、ＶＬ＝０を全く見えない、ＶＬ＝５（Ｃ＝５×Ｃｔｈ）を「普通に見える」、ＶＬ＝２５を「良く見える」などと定義する。

（カメラによる視環境の計測手法）
本実施の形態では、カメラの画像データから視認確率ＶＲ（可視度ＶＬ）と予見時間リスクＰＲを求め、それらから所定位置における安全視環境を推定するとともに、それに基づいて総合リスクＲを決定する。ここではそれらの決定方法に先立ち、画像計測方法について説明する。

図２は、被写体の輝度（明るさ）とカメラの映像出力である画像濃度との関係を示す図である。被写体の輝度分布が適正露光範囲内にあれば物体の輝度は適正に求まり、明瞭な明るさ分布の画像となる。一方、被写体の輝度分布が適正露光範囲外（明るすぎる、暗すぎる）であれば物体の輝度が適切に求まらないとともにその画像も不鮮明な画像となる。なお、画面内の所定位置の輝度は、その露光条件（絞りの面積と露光（開口）時間）における受光素子の濃度−輝度特性（図２に示すガンマ特性）により求まる。

（輝度対比Ｃの推定方法と可視度ＶＬの推定方法）
通常、ドライバは、歩行者の一部、例えば膝から下や頭部のみを視認した場合でも、それら視対象の輝度と背景輝度の輝度対比が大きければ視対象を歩行者と認識できる。一般に、移動体である車両のカメラは、所定範囲の濃度分布あるいは輝度分布は測定できる。しかし、移動するカメラでは、歩行者はもとより歩行者の一部を認識することは難しい。これは、カメラの移動（オプティカルフロー）を考慮しなければならないことと、夜間の背景の輝度分布が複雑であり、その中から種々の反射率・色材の着衣を着ている歩行者を見分けることが難しいからである。

そこで、所定範囲に歩行者の存在が特定できない、あるいは特定できないと思われる場合には、その所定範囲の輝度分布あるいは濃度分布から、歩行者が存在するとした場合の視認確率ＶＬを推定するしかない。以下では、その方法を説明する。

一般に、歩行者は種々の反射率・色の着衣を組み合わせて着ている。しかし、歩行者がどのような反射率・色の着衣を着ていても背景輝度が明るければ明るいほど歩行者の視認はしやすくなる（可視度ＶＬが大きくなる）。また、背景輝度が一定であれば、反射率が大きいほど歩行者の視認はしやすくなる（可視度ＶＬが大きくなる）。

図３（ａ）は、グレーの着衣（上下の着衣類の反射率は異なる）を着た歩行者が暗い照明環境（１ｃｄ／ｍ^２）いる場合の見え方、図３（ｂ）は、図３（ａ）と同様の歩行者が明るい照明環境（５ｃｄ／ｍ^２）にいる場合の見え方、図３（ｃ）および図３（ｄ）は、図３（ａ）と同様の歩行者が不均一な照明環境にいる場合の見え方、をそれぞれ模式的に示した図である。

図３（ｂ）に示すように、背景輝度Ｌｂ＞５ｃｄ／ｍ^２の明るい照明環境であれば、歩行者はよく見える（可視度ＶＬ＝２５）。一方、図３（ａ）に示すように、背景輝度Ｌｂ＝１ｃｄ／ｍ^２程度の暗い照明環境では見える限界となり（ＶＬ＝１）、背景輝度Ｌｂ＜０．２ｃｄ／ｍ^２であればほとんど見えない状況となる（ＶＲ＝０）。

一方、実環境では、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように、背景の輝度分布は不均一である。このような場合の歩行者の視認性は、歩行者の輪郭が認識しにくくなるため、背景が均一の場合と比べてやや劣る。しかしながら、歩行者の一部がよく見えるケースもあり、視認性は、均一な輝度背景の場合と同程度になる。

したがって、所定範囲内の歩行者の可視度ＶＬは、その範囲の平均輝度（画像濃度）が推定できれば推定することができる。平均輝度（平均濃度）は画像センサの適正露光範囲内で算出するとよい。なお、所定範囲内に露光範囲外の明るさの照明光源やグレア光源が存在する場合がある。反対に暗い視対象が存在する場合もある。このようなケースで受光素子の濃度−輝度特性によりその範囲の平均輝度（画像濃度）を求めると平均値が不正確になる。そのような場合には適正露光範囲の最大または最小輝度（あるいは濃度）や、ヘッドランプで照明できる最大または最小輝度（あるいは濃度）として、平均輝度（濃度）を求めた方が適切である。

（予見時間（Preview Distance）の影響）
視対象がどの程度の距離に存在するかを予見時間という。前述のように、視対象が遠方に存在すればリスクは低くなり、事故回避が難しい位置に存在すればリスクは高くなる。

車両の停止距離ＳＤは、式（３）に示すように、空走距離ＴＤと制動距離の和で示される。
停止距離ＳＤ＝空走距離（Ｖ・ｔ／３．６）＋制動距離｛（Ｖ／３．６）^２／（２ｇ・ｆ）｝・・・式（３）
ここでＶ：車速［ｋｍ／ｈ］、ｔ：運転者の認知反応時間＝０．５〜１．０［ｓ］、ｆ：路面の摩擦係数（乾燥時６０ｋｍ／ｈでは０．５３）、ｇ：重力加速度（９．８ｍ／ｓ^２）。

式（３）で認知反応時間を１．０ｓ、車速６０ｋｍ／ｈとすれば、その時の空走距離ＴＤは約１７ｍ、制動距離は約２７ｍとなり、停止距離は約４４ｍとなる。したがって、４４ｍ（予見時間ＰＤ≒２．６秒）より遠方の視対象が視認できれば、ほぼ安全に走行（停止）できることになる。そのため、予見時間に対応する距離より遠方の視対象を視認する必要がある。

また、１．０秒先（予見時間ＰＤ＝１．０ｓ）に車両が到達する位置より先の視対象が視認できれば、ハンドル操作により危険を回避できることになり、この予見時間１．０秒に対応する位置の視認は更に重要である。一方、１．０秒先に車両が到達する位置よりも手前の視対象（例えば予見時間ＰＤが０．５秒前方）は視認できたとしても停車も回避も事実上できないことから、その領域を照射する必要性は乏しい。このように、視対象の存在位置（予見時間）そのものもリスクにかかわる。

図４は、車速６０ｋｍ／ｈ（ＴＤ≒１７ｍ／ｓ）におけるドライバ前方視野を示す。予見時間ＰＤ＜１ＴＤ（１秒間の空走距離）の場合（角度で−２°より下方）は事故回避が困難であり、照明しても余り効果が認められない。それより前方である予見時間ＰＤ＞１ＴＤの領域は重要であるが、左右１０度より側方は、離れるにしたがって照明価値は少なくなる。したがって、安全走行に最も重要な視認範囲は、車速６０ｋｍ／ｈの場合、左右１０度、上下２度の範囲である。しかし、この範囲の中でも距離Ｄが１００ｍより遠方の場合は安全走行にかかわるリスクが低くなり、照明価値は低い。

そこで、後述する配光制御においては、視対象の位置（予見時間）により必要な可視度ＶＬを変化させるとよい。例えば、事故を回避できる限界付近（予見時間ＰＤ≒１．０ｓ）の可視度ＶＬを最も高め、それより前方、手前では可視度ＶＬを低く定義してもよい。

次に、視対象の予見時間ＰＤにおけるリスク（予見時間リスク）ＰＲの定義の一例として、視対象の予見時間ＰＤに対して要求される可視度ＶＬを表１に示す。

表１に示すテーブルでは、視対象の位置が３秒先（ＰＤ＝３．０秒）までは可視度ＶＬ＝１０と定義され、安定した視認性が求められている。予見時間ＰＤ＞３．０秒より遠方に行くに従い、段階的に可視度ＶＬを小さくし、ＶＬ＝５の「見える」から視認限界のＶＬ＝１まで下げている。

（視野の分割例）
次に、視対象の存在する位置をカメラにより取得した画像データから推定するために好適な、車両前方の視野の分割例について説明する。図５は、車両前方の視野の分割例を示す模式図である。

具体的には、図５の右側に示すように、取得した車両前方の撮像画像を、車両から前方のそれぞれの領域までの距離に応じて区画された複数の正方形のブロックＡ１〜Ａ４に分割する。あるいは、図５の左側に示すように、台形のブロックＢ１〜Ｂ４に分割してもよい。なお、図５では、複数のブロックとして、撮像画像に含まれている路側帯や路肩が分割されている。

いずれのブロックも、消失点Ｃに向かうに従ってブロックのサイズが小さくなるように規定されている。また、ブロックの上下方向の範囲は、路側帯や路肩に歩行者がいると仮定した場合に歩行者の全体像を含むように規定されている。これにより、歩行者がブロックの範囲に存在した場合の可視度ＶＬが画像解析から求められる。

撮像画像における車両進行方向の分割は、予見時間ＰＤを考慮した複数のブロックにより行われる。具体的な分割は、予見時間ＰＤが０．５〜１．１の範囲のブロック、予見時間ＰＤが０．９〜１．５の範囲のブロック、予見時間ＰＤが１．４〜２．１の範囲のブロック、予見時間ＰＤが１．８〜２．６の範囲のブロック、予見時間ＰＤが２．４〜３．７の範囲のブロック、予見時間ＰＤが３．３〜４．８の範囲のブロック、予見時間ＰＤが４．５〜６．５の範囲のブロック、というように予見時間とその測定視野のサイズを考慮して決められる。また、分割された領域（ブロック）は互いに重なるようにしても良い。

（可視度ＶＬに基づく安全走行リスク評価の例）
安全走行にかかわるリスクは、車両の移動空間において一定であることがリスク管理上求められる。したがって、それを規定する可視度ＶＬ（ＶＬ＝０；見えない、ＶＬ＝１；見える限界、ＶＬ＝５；普通に見える、ＶＬ＝２５；はっきり見える）が急変しないこと、また可視度ＶＬの値が所定値以上に維持されていることが好ましい。

しかしながら、移動照明であるヘッドランプは、遠方の照明性能の確保が難しい。特に水平線近傍にカットオフ（明暗の境界線）が存在するロービーム用配光パターンを形成するヘッドランプは、遠方の照明性能の確保が難しい。一方、車両前方に存在する物体の交通事故への関与は、遠方に行くに従い低くなる。したがって、遠方物体の可視度ＶＬは低く設定してよいことになる。

図６は、車速６０ｋｍ／ｈの場合における可視度ＶＬの目標値の設定と、実際の交通視環境における可視度ＶＬの変化の例を示す図である。図６のグラフの横軸は、予見時間ＰＤで規格化された対象範囲までの前方距離を示す。また、グラフの縦軸は可視度ＶＬを対数表記したものである。

図６には、可視度ＶＬの目標値（ＶＬ目標）の設定例のほか、ロービームの照射による各予見時間における可視度ＶＬ（Ｌｏ性能）、ハイビームの照射による各予見時間における可視度ＶＬ（Ｈｉ性能）、および、市街地で店舗照明等による明暗の変化が存在する視環境における可視度ＶＬの経時変化例（現時点とその２秒後）が記載されている。なお、ロービームの照射による各予見時間における可視度ＶＬ、および、ハイビームの照射による各予見時間における可視度ＶＬは、道路周辺に建造物や光源が存在しない状況における値である。

本実施の形態では、可視度ＶＬの目標値は、予見時間ＰＤ＝３（３秒先）まではＶＬ＝１０とし、普通に見えるレベル（ＶＬ＝５）より高く設定されており、予見時間ＰＤ＝３より前方では徐々にＶＬの値を下げ、予見時間ＰＤ＝５以上の範囲でＶＬ＝１（見える限界）に設定している。これは遠方に存在する物体の視認性の要求は低くても良いからである。

一方、ロービームの照射による各予見時間における可視度ＶＬ（以下、ロービーム可視度ＶＬという）は、予見時間ＰＤ＜２の範囲ではＶＬ目標の値を上回る性能を確保できるが、ＰＤ＞２の範囲ではＶＬ目標の値を下回る。実際、７０ｍ先（ＰＤ≒４）におけるロービーム可視度ＶＬの値は、見える限界（可視度ＶＬ＝１）レベルを下回っている。

なお、ハイビームの照射による各予見時間における可視度ＶＬは、ハイビーム配光パターンの中心光度が十分高いため、車速６０ｋｍ／ｈにおけるＶＬ目標の値を常に上回ることができる。

商業地域の市街地を模擬した視環境は、図６に示すように、現時点で予見時間ＰＤ＝３秒先から急激に環境輝度が低下し、ＶＬ目標の値を下回り、予見時間ＰＤ＝５秒先付近で最低値となり、それより前方で環境輝度が向上するような例である。車両がロービームで前方を照射しながら走行している場合には、この部分の環境輝度を向上させるようにロービームの配光を制御する必要がある。

更に、２秒後にはロービーム照射光の影響も受けて可視度ＶＬはやや改善するが、可視度ＶＬがＶＬ目標の値を下回る位置、および可視度ＶＬの最低値の位置（ＰＤ≒４．５）は手前に近づく。このような可視度ＶＬの時間変化を予測してヘッドランプの配光制御をすることで、更に視認性の時間変化（リスク変化）に対応した照明が可能となる。

また、道路照明や店舗照明などで視環境の可視度ＶＬが高い場合には、車両直近、例えば予見時間ＰＤ＜１の位置における路肩や路側帯方向へのヘッドランプの照射光量を低めても良い。また、狭い細路において路肩が明るくなりすぎることでドライバに煩わしさを感じさせるような場合（例えば、可視度ＶＬ＞５０以上の場合）がある。このような場合には、ロービームの側方照射光量を低くして適正な可視度ＶＬとなるように制御してもよい。

また、車速が低い場合、そもそも視環境の明るさ（可視度ＶＬ）の急変が生じにくい。そのため、可視度ＶＬの変化を抑制するための配光制御は、所定の車速（４０ｋｍ／ｈ）以上の場合に実行するようにしてもよい。また、対向車線側はグレア対策のため基本配光の光量を高められない。そこで、自車線側か対向車線側かでＶＬ目標を変えても良い。

（配光制御）
次に、可視度ＶＬの低い領域において、可視度ＶＬが所定の値以上となるような配光を実現できるヘッドランプの配光制御について説明する。図７（ａ）は、カットオフラインを揺動制御するロービーム用配光パターンの一例を示す模式図、図７（ｂ）は、カットオフラインを上下制御するロービーム用配光パターンの一例を示す模式図、図７（ｃ）は、重畳したスポット光を上下左右に移動制御したロービーム用配光パターンの一例を示す模式図、図７（ｄ）は、重畳した複数のスポット光を上下左右に移動制御するハイビーム用配光パターンの一例を示す模式図である。

図７（ａ）や図７（ｂ）に示すカットオフ制御は、例えばプロジェクタタイプのヘッドランプの、左右に分割されたシェードを、対向車側・先行車側で独立制御する。カットオフの制御は、上下に平行移動制御（図７（ｂ））する方式や、消失点を基準に扇形に揺動制御（図７（ａ））する方式などが考えられる。

また、図７（ｃ）に示すスポット配光移動制御は、例えばプロジェクタタイプのヘッドランプでスポット配光パターンを形成し、可視度ＶＬが目標値より低い領域をその配光パターンで照射する制御である。

また、図７（ｄ）に示すスポット配光合成制御は、プロジェクタタイプのヘッドランプで台形のスポット配光を形成するユニットを、左右のヘッドライトに装着する。そして、可視度ＶＬが目標値より低い領域をその配光パターンで照射する。また、対向車が存在しない場合には、左右のヘッドライトの合成でハイビームを作ってもよい。

本実施の形態に係るヘッドランプの構成は、前述のプロジェクタタイプのヘッドランプだけではなく、その他の方式であってもよい。また、配光パターンの一部や全部を点消灯できるタイプのヘッドランプが好ましい。また、配光制御は、配光パターンの制御だけでなく、ランプやＬＥＤの照射光量の制御であってもよい。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図８は、本実施の形態に係る車両用前照灯装置を適用した車両の外観を示す概略図である。図８に示すように、本実施の形態に係る車両１０は、前照灯装置１２と、前照灯装置１２による光の照射を制御する前照灯制御装置としての制御システム１４と、車両１０の走行状況を示す情報を検出してその検出信号を制御システム１４へ出力する各種センサと、車両前方を監視する前方監視カメラ１６と、ＧＰＳ衛星からの軌道信号や車車間通信の信号などを受信して制御システム１４へ出力するアンテナ１８と、を備える。

各種センサとしては、例えば、ステアリングホイール２０の操舵角を検出するステアリングセンサ２２と、車両１０の車速を検出する車速センサ２４と、自車両の周囲の照度を検出する照度センサ２６とが設けられており、これらのセンサ２２，２４，２６が前述の制御システム１４に接続されている。

本発明に適用できる前照灯装置としては、予見される照射領域における可視度が所定の値以上となるように、配光を制御できる構成であれば特に限定されない。例えば、ハロゲンランプやガスディスチャージヘッドランプ、ＬＥＤを用いたヘッドランプを採用することができる。本実施の形態では、車両前方のハイビーム領域の配光を変化させることができる多灯式の方式（複数のＬＥＤなどで構成）を例として説明するが、ランプをスイブルできる方式や、前述のカットオフ制御、スポット配光移動制御、スポット配光合成制御などが可能なプロジェクタタイプのヘッドランプを採用することも可能である。

前照灯装置１２は、左右一対の前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌを有する。前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌは、内部構造が左右対称であるほかは互いに同じ構成であり、右側のランプハウジング内にロービーム用灯具ユニット２８Ｒおよびハイビーム用灯具ユニット３０Ｒが、左側のランプハウジング内にロービーム用灯具ユニット２８Ｌおよびハイビーム用灯具ユニット３０Ｌがそれぞれ配置されている。

制御システム１４は、入力された各種センサの各出力に基づいて車両の前部の左右にそれぞれ装備された、ロービーム領域やハイビーム領域の配光を変化させることができる前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌ、すなわち複数のＬＥＤの点消灯をそれぞれ制御してその配光特性を変化することが可能な前照灯装置１２を制御する。この種のＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）によれば、車両前方に存在する物体の属性（先行車、対向車、道路照明など）に応じて、前方車にグレアを与えることなく、前方の視認性を向上することができ、走行安全性を高める上で有効である。

（車両用前照灯装置）
次に、本実施の形態に係る車両用前照灯装置について説明する。図９は、本実施の形態に係る車両用前照灯装置１１０の概略構成を示すブロック図である。車両用前照灯装置１１０は、前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌと、前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌによる光の照射を制御する制御システム１４とを備える。そして、車両用前照灯装置１１０は、制御システム１４において、取得した車両前方の撮像画像を、車両から前方のそれぞれの領域までの距離に応じて区画された複数のブロックに分割し、複数のブロックの画像情報に基づいて、該ブロックに対応する領域のそれぞれについて雰囲気の明るさ（または可視度ＶＬ）を推定し、車両からの距離が異なる複数の領域の推定された雰囲気の明るさに基づいて、前照灯ユニットの光により照射が可能な照射領域における雰囲気の明るさ（または可視度ＶＬの変化）を予見することができる。そして、車両用前照灯装置１１０は、予見した雰囲気の明るさの変化、または、可視度ＶＬの変化に基づいて配光制御条件を決定し、決定された配光制御条件に基づいて前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌによる光の照射を制御する。

そこで、本実施の形態に係る制御システム１４には、ドライバの視対象を含む車両前方の撮像画像を取得するための前方監視カメラ１６が接続されている。また、車両の走行状態を判断する際に参照される、操舵情報や車速を検出するためのステアリングセンサ２２や車速センサ２４、照度センサ２６が接続されている。照度センサ２６としては、例えば、対向車や人工光源（道路照明や店舗照明）から受けた光の鉛直面照度（人工光源によるグレア量）を計測できるように受光面を鉛直に設置したものや、走行環境や車両上方から受けた光の水平面照度を計測できるように受光面を水平に設置したものが用いられる。

（制御システム）
図９に示すように、制御システム１４は、画像処理ＥＣＵ３２と、配光制御ＥＣＵ３４と、ＧＰＳナビゲーションＥＣＵ３６と、車車間通信ＥＣＵ３７と、車内ＬＡＮ制御ＥＣＵ３８とを備える。各種ＥＣＵおよび各種車載センサは、車内ＬＡＮバス４０により接続されデータの送受信が可能になっている。

画像処理装置としての画像処理ＥＣＵ３２は、取得した車両前方の撮像画像を、車両から前方のそれぞれの領域までの距離に応じて区画された複数のブロックに分割する画像分割部７０と、複数のブロックの画像情報に基づいて、該ブロックに対応する領域のそれぞれについて雰囲気の明るさを推定する明るさ推定部７２と、車両からの距離が異なる複数の領域の推定された雰囲気の明るさに基づいて、前照灯ユニットの光により照射が可能な照射領域における雰囲気の明るさの変化を予見する明るさ予見部７４と、を備える。なお、明るさ予見部７４の代わりにまたは加えて、車両からの距離が異なる複数の領域の推定された雰囲気の明るさに基づいて、前照灯ユニットにより照射が可能な照射領域における可視度の変化を予見する可視度予見部７６を備えても良い。

また、画像処理ＥＣＵ３２は、予見される照射領域における雰囲気の明るさの変化を緩和するように、または、予見される照射領域における可視度が所定の値以上となるように、前照灯ユニットの配光を制御する制御信号を予め算出する制御信号算出部７８を更に備えている。これにより、雰囲気の明るさや可視度の急変による視認性の低下を抑制できる。

なお、画像処理ＥＣＵ３２内部は各部が高速バス４２で接続されている。配光制御ＥＣＵ３４は、画像処理ＥＣＵ３２および各種車載センサの情報に基づいて、車両が置かれている走行環境に適した配光制御条件を決定し、その制御信号を前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌに出力する。

前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌは、配光制御ＥＣＵ３４から出力された制御信号が光学部品の駆動装置や光源の点灯制御回路に入力されることで、配光が制御される。前方監視カメラ１６は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの画像センサを備えた単眼カメラであり、その画像データから運転に必要な道路線形情報、道路附属施設、対向車・先行車の存在状況や位置の情報などを、必要であれば他のレーダセンサなどと協調して取得する。また、カメラがズームレンズ方式の場合、車速が４０ｋｍ／ｈ以上などの高速の場合にズームレンズを作動させ、そのズームレンズの倍率に応じて撮像視野を変化させてもよい。

図１０は、本実施の形態に係る物体属性判別処理を含む配光制御方法を示すフローチャートである。可視度ＶＬの変化の予見は、主に図１０に示す画像処理ＥＣＵ３２で実行され、配光制御は、主に配光制御ＥＣＵ３４で実行される。

所定のタイミングで処理が開始されると、各種車載センサ（ステアリングセンサ２２、車速センサ２４、照度センサ２６）、ＧＰＳナビゲーションＥＣＵ３６、車車間通信ＥＣＵ３７などから出力されたデータが車内ＬＡＮバス４０を介して外部データ入力手段４４で取得される（Ｓ１０）。また、前方監視カメラ１６によって撮像された車両前方の撮像画像の画像データが画像データ取得手段４６で取得される（Ｓ１２）。なお、前方監視カメラ１６から出力される画像データは、モノクロ画像に対応していてもよいしカラー画像に対応していてもよい。

取得された各画像データは、画像データ蓄積手段４８においてＲＡＭなどの記憶手段に一時的に記憶される（Ｓ１４）。画像分割部７０は、取得した車両前方の撮像画像のデータに基づいて、車両から前方のそれぞれの領域までの距離に応じて区画された複数のブロックに分割する（Ｓ１６）。

なお、画像分割部７０は、図５に示したように、車両と領域との距離が離れている（予見時間ＰＤが大きい）ほど、その領域に対応するブロックの水平方向の幅が狭くなるように、撮像画像を複数のブロックに分割してもよい。また、画像分割部７０は、複数のブロックとして、撮像画像に含まれている路側帯や路肩を分割してもよい。また、画像分割部７０は、路側帯や路肩に歩行者がいると仮定した場合にその歩行者の全体像を含むように、撮像画像を複数のブロックに分割してもよい。これにより、夜間の交通視環境において認知が重要となる、歩行者が存在しやすい路肩や路側帯などの領域の可視度を推定することができる。

また、画像分割部７０は、撮像画像の画像情報に基づいて消失点を算出し、消失点に基づいて撮像画像を複数のブロックに分割してもよい。これにより、車両から前方のそれぞれの領域までの距離に応じて区画された複数のブロックに簡便に分割することができる。また、道路消失点を含む領域（ブロック）をグレアゾーンとして対向車の検知を行うことで、対向車にグレアを与えないような配光制御も可能となる。

次に、濃度輝度変換手段５２において画像の濃度データが輝度（明るさ）データに変換される（Ｓ１８）。画像データの輝度への変換は、露光条件（撮像条件）下における画像濃度と車両前方の範囲の輝度との関係を求めておけば、露光条件を勘案して求めることができる（図２参照）。

次に、明るさ推定部７２において、複数のブロックの画像情報（平均輝度または平均濃度）に基づいて、そのブロックに対応する領域のそれぞれについて雰囲気の明るさ（平均輝度や背景輝度）や視対象の輝度が推定される（Ｓ２０）。そして、背景輝度や視対象の輝度に基づいて可視度ＶＬが推定される。

次に、明るさ予見部７４において、複数の領域の推定された雰囲気の明るさに基づいて、前照灯ユニットの光により照射が可能な照射領域における雰囲気の明るさの変化が予見される（Ｓ２２）。

次に、制御信号算出部７８において、予見される照射領域における雰囲気の明るさの変化を緩和するように、または、予見される照射領域における可視度が所定の値以上となるように、前照灯ユニットの配光を制御する制御信号が予め算出される（Ｓ２４）。

そして、算出された制御信号は、車内ＬＡＮバス４０を介して配光制御ＥＣＵ３４に入力され、自車両の走行状態、天候条件などの他の情報に基づいて配光制御条件が決定される（Ｓ２６）。そして、配光制御ＥＣＵ３４は、決定された配光制御条件に基づいて前照灯ユニット１２Ｒ，１２Ｌ内に設けられている光源や駆動源へ制御信号を出力し配光を制御する（Ｓ２８）。

このように、車両用前照灯装置１１０は、取得した車両前方の撮像画像から消失点を算出し、消失点に基づいて、車両から前方の領域までの距離に応じて区画されたブロックを撮像画像から抽出し、ブロックの画像情報に基づいて、該ブロックに対応する領域の雰囲気の明るさを推定し、前照灯ユニットの光により照射が可能な照射領域に次に含まれると予測される領域の、推定された雰囲気の明るさに応じて前照灯ユニットの配光を制御することができる。これにより、推定された雰囲気の明るさの変化に応じて前照灯ユニットの配光が制御されるため、明るさが変化する車両の走行環境において、歩行者等に対するドライバの視認性を向上させることできる。

なお、走路形状（上下左右カーブ、車線数、道路内の自車車線位置）によっては、予見時間に対応するブロック位置を修正する必要がある。その場合には不図示のブロック位置変更手段からの指示によりブロック位置を変更する。また、所定の車速以上では、ブロック位置やブロック形状を一定にしてもよい。

本実施の形態に係る前照灯制御装置としての制御システム１４およびそれを備えた車両用前照灯装置１１０によれば、特に夜間の交通視環境（照明状況、対向車状況）の明るさ（可視度）の変化を予見して、明るさ（可視度）の変化を緩和する配光制御が可能となる。そのため、夜間走行時の視認性の急変が緩和されるため、夜間の安全走行に貢献できる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０車両、１２前照灯装置、１４制御システム、１６前方監視カメラ、３２画像処理ＥＣＵ、３４配光制御ＥＣＵ、５２濃度輝度変換手段、７０画像分割部、７２明るさ推定部、７４明るさ予見部、７６可視度予見部、７８制御信号算出部、１１０車両用前照灯装置。

Claims

前照灯ユニットの光により照射された状態で取得した車両前方の撮像画像を、車両から前方のそれぞれの領域までの距離に応じて区画された複数のブロックに分割する画像分割部と、
前記複数のブロックの画像情報に基づいて、該ブロックに対応する前記領域のそれぞれについて雰囲気の明るさを推定する明るさ推定部と、
車両からの距離が異なる複数の前記領域の推定された雰囲気の明るさに基づいて、車両の走行によって前照灯ユニットの光により照射が可能な照射領域に前記領域が含まれた場合における該それぞれの領域の領域毎の雰囲気の明るさの変化を予見する明るさ予見部と、
を備える画像処理装置。
予見される前記照射領域における雰囲気の明るさの変化を緩和するように、前照灯ユニットの配光を制御する制御信号を予め算出する制御信号算出部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
前照灯ユニットの光により照射された状態で取得した車両前方の撮像画像を、車両から前方のそれぞれの領域までの距離に応じて区画された複数のブロックに分割する画像分割部と、
前記複数のブロックの画像情報に基づいて、該ブロックに対応する前記領域のそれぞれについて雰囲気の明るさを推定する明るさ推定部と、
車両からの距離が異なる複数の前記領域の推定された雰囲気の明るさに基づいて、車両の走行によって前照灯ユニットの光により照射が可能な照射領域に前記領域が含まれた場合における該それぞれの領域の領域毎の可視度の変化を予見する可視度予見部と、
を備える画像処理装置。
予見される前記照射領域における可視度が所定の値以上となるように、前照灯ユニットの配光を制御する制御信号を予め算出する制御信号算出部を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
前照灯ユニットの光により照射された状態で取得した車両前方の撮像画像から消失点を算出し、
前記消失点に基づいて、車両から前方の領域までの距離に応じて区画されたブロックを前記撮像画像から抽出し、
前記ブロックの画像情報に基づいて、該ブロックに対応する領域の雰囲気の明るさを推定し、
車両の走行によって前照灯ユニットの光により照射が可能な照射領域に次に含まれると予測される前記領域の、推定された雰囲気の明るさに応じて前照灯ユニットの配光を制御する、
配光制御方法。