JP6390459B2 - 光軸ずれ検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光軸ずれ検出装置に関する。
従来、車両に搭載したカメラを用いて取得した画像に基づき、車両前方の白線や障害物等を認識する技術が知られている。この技術において白線等の位置を正確に認識するためには、カメラにおける光軸のずれを精度よく求めることが必要となる。
特許文献1記載の発明は、画像において左右の白線を認識し、その左右の白線の交点を消失点とする。そして、消失点の縦方向での位置に基づき、カメラの光軸を検出する。
特開2000−242899号公報
特許文献1記載の発明では、左右の白線を認識できない場合(例えば、渋滞時に先行車両により白線が隠されている場合や、道路上に白線が存在しない場合等)は、カメラの光軸を検出できない。
本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、カメラにおける光軸のずれを容易に検出できる光軸ずれ検出装置を提供することを目的としている。
本発明の光軸ずれ検出装置は、カメラを用いて画像を取得する画像取得ユニットと、画像において物標を認識する物標認識ユニットと、画像における物標の縦方向での位置と、画像における縦方向での基準位置との位置関係に基づき、物標までの距離である第1の距離を算出する第1の距離算出ユニットと、飛行時間測距法を用いて物標までの距離である第2の距離を算出する第2の距離算出ユニットと、第1の距離と第2の距離との距離差に基づき、カメラにおける光軸のずれを検出する光軸ずれ検出ユニットとを備える。
本発明の光軸ずれ検出装置は、道路上の白線を必ずしも認識していなくても、カメラにおける光軸のずれを容易に検出することができる。
光軸ずれ検出装置1の構成を表すブロック図である。 自車両21におけるカメラ5及びミリ波センサ7の配置を表す説明図である。 光軸ずれ検出装置1が実行する処理を表すフローチャートである。 第1の距離を算出する方法を表す説明図である。 光軸Kのずれを表す説明図である。 光軸Kのずれと、物標29の位置、座標Y、及びΔYとの関係を表す説明図である。 図7Aは、光軸Kが下向きにずれている場合の補正方法を表す説明図であり、図7Bは、光軸Kが上向きにずれている場合の補正方法を表す説明図である。 光軸ずれ検出装置1が実行する処理を表すフローチャートである。 光軸ずれ検出装置1が実行する処理を表すフローチャートである。
本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
<第1の実施形態>
1.光軸ずれ検出装置1の構成
光軸ずれ検出装置1の構成を図1、図2に基づき説明する。光軸ずれ検出装置1は、車両に搭載される車載装置である。以下では、光軸ずれ検出装置1を搭載する車両を自車両とする。光軸ずれ検出装置1は、図1に示すように、制御ユニット3と、カメラ5と、ミリ波センサ7とを備える。
制御ユニット3は、CPU、RAM、ROM等を備える周知のコンピュータである。制御ユニット3は、ROMに記憶したプログラムにより、後述する処理を実行する。制御ユニット3は、機能的に、画像取得ユニット9、物標認識ユニット11、第1の距離算出ユニット13、第2の距離算出ユニット15、光軸ずれ検出ユニット17、及び補正ユニット19を備える。各ユニットの機能は後述する。
カメラ5は単眼カメラである。カメラ5は、図2に示すように、自車両21の車室内のうち、前方側に固定されている。カメラ5は、自車両21の前方の風景を撮影し、画像を作成することができる。カメラ5の地上からの高さは一定である。カメラ5の光軸Kは、本来、図2に示す光軸Kである。ただし、光軸Kは、何らかの理由により、光軸Kからずれることがある。
ミリ波センサ7は、ミリ波を自車両の前方に射出する。また、ミリ波センサ7は、自車両の前方にある物標において反射したミリ波(反射波)を受信する。ミリ波センサ7は、飛行時間測距法(Time of Flight、TOF)を用いて、自車両から、ミリ波を反射した物標までの距離を算出する。すなわち、ミリ波を射出した時刻から、反射波を受信した時刻までの時間に、ミリ波が進行する距離の1/2を、自車両から物標までの距離として算出する。以下では、このように算出した距離を第2の距離とする。ミリ波センサ7で検出する物標としては、他の車両(例えば、先行車両、停止車両、対向車両等)、道路上の固定物、歩行者等が挙げられる。
ミリ波センサ7は、図2に示すように、自車両21の前端に取り付けられており、自車両21の前方にミリ波を射出することができる。よって、ミリ波センサ7は、自車両21の前方に存在する物標を検出し、自車両からその物標までの距離(第2の距離)を測定することができる。
自車両は、図1に示すように、光軸ずれ検出装置1に加えて、報知装置23、及び車両制御装置25を備えている。報知装置23は、後述するように、光軸Kのずれを検出した場合、画像や音声等により、自車両のドライバに報知を行う。
車両制御装置25は、第1の距離算出ユニット13及び第2の距離算出ユニット15が後述するように算出した物標までの距離に基づき、自車両の制御を行う。
例えば、自車両の前方に存在する物標までの距離が所定の閾値以下である場合、車両制御装置25は、衝突回避処理(自動ブレーキ、自動操舵等)を行う。また、車両制御装置25は、先行車両(物標の一例)との距離を一定に保つように、クルーズコントロールを行う。
2.光軸ずれ検出装置1が実行する処理
光軸ずれ検出装置1(特に制御ユニット3)が所定時間ごとに繰り返し実行する処理を図3〜図7に基づき説明する。
図3のステップ1では、画像取得ユニット9が、カメラ5を用いて自車両の前方を撮影し、画像を取得する。
ステップ2では、物標認識ユニット11が、前記ステップ1で取得した画像に対し、周知の画像認識処理を実行し、物標を認識する。認識する物標としては、例えば、他の車両、道路上の固定物、歩行者等が挙げられる。
ステップ3では、自車両から、前記ステップ2で認識した物標までの距離Dを、第1の距離算出ユニット13が算出する。この算出方法を図4に基づき説明する。図4は、前記ステップ1で取得した画像27と、その画像27中に存在する、前記ステップ2で認識した物標29とを示している。第1の距離算出ユニット13は、予め、画像27中の消失点31の位置を記憶している。画像27における消失点31の位置は固定されている。画像27の下端27Aを原点とする縦方向の軸をY軸とする。消失点31のY軸での座標はY(固定値)である。
なお、画像27における消失点31の位置は、カメラ5の光軸Kが本来の光軸Kと一致するとき、真実の消失点と一致する。一方、カメラ5の光軸Kが本来の光軸Kからずれているとき、消失点31は真実の消失点からずれている。
物標29のY軸での座標をYとし、YとYとの差をΔYとする。ΔYの値と、自車両から物標29までの距離Dとの間には相関関係があり、ΔYを決めると、それに対応する距離Dは一義的に決まる。すなわち、距離Dが大きいほど、Yは高くなり、ΔYは小さくなる。また、距離Dが小さいほど、Yは低くなり、ΔYは大きくなる。
第1の距離算出ユニット13は、予め、距離DとΔYとの関係を規定したマップを備えている。第1の距離算出ユニット13は、画像27において、まず、Yを求め、次にYからYを差し引いてΔYを求め、最後に、そのΔYを上述したマップに代入し、距離Dを算出する。このように算出した距離Dを、以下では第1の距離とする。
なお、第1の距離は、カメラ5における光軸Kのずれに応じて変動する。このことを図5、図6に基づき説明する。光軸Kが本来の光軸KであるときのYをYs1とし、光軸Kが本来の光軸Kよりも下向きの光軸Kである場合のYをYs2とし、光軸Kが本来の光軸Kよりも上向きの光軸Kである場合のYをYs3とする。
また、光軸Kが本来の光軸KであるときのΔY(YとYs1との差)をΔYとし、光軸Kが本来の光軸Kよりも下向きの光軸Kである場合のΔY(YとYs2との差)をΔYとし、光軸Kが本来の光軸Kよりも上向きの光軸Kである場合のΔY(YとYs3との差)をΔYとする。
図6に示すように、ΔYはΔYより小さいから、光軸Kが光軸Kであるときの第1の距離は、光軸Kが光軸Kであるときの第1の距離より大きくなる。また、ΔYはΔYより大きいから、光軸Kが光軸Kであるときの第1の距離は、光軸Kが光軸Kであるときの第1の距離より小さくなる。
上述したマップは、光軸Kが光軸Kであるとき、第1の距離が正しい値(第2の距離と一致する値)となるように設定されている。よって、光軸Kが光軸Kであるとき、第1の距離は、第2の距離より大きくなり、光軸Kが光軸Kであるとき、第1の距離は、第2の距離より小さくなる。また、光軸Kが光軸Kから大きくずれるほど、第1の距離と第2の距離との差は大きくなる。
なお、消失点31は、画像27における縦方向での基準位置の一例である。また、座標Yは、画像27における物標29の縦方向での位置の一例である。また、上述した第1の距離の算出方法は、画像27における物標29の縦方向での位置と、画像27における縦方向での基準位置との位置関係に基づき、自車両から物標29までの第1の距離を算出する方法の一例である。
図3に戻り、ステップ4では、第2の距離算出ユニット15が、ミリ波センサ7を用いて、自車両から、前記ステップ2で認識した物標までの距離(第2の距離)を算出する。第2の距離の算出方法は、上述したように、飛行時間測距法を用いる方法である。
ステップ5では、光軸ずれ検出ユニット17が、前記ステップ3で算出した第1の距離から、前記ステップ4で算出した第2の距離を差し引き、距離差を算出する。第1の距離の方が第2の距離より大きい場合、距離差は正の値となり、第1の距離の方が第2の距離より小さい場合、距離差は負の値となる。
ステップ6では、前記ステップ5で算出した距離差の絶対値が、予め設定された閾値より大きいか否かを、光軸ずれ検出ユニット17が判断する。距離差の絶対値が閾値より大きい場合はステップ7に進み、距離差の絶対値が閾値未満である場合はステップ8に進む。
なお、上述したように、光軸Kが光軸Kから大きくずれるほど、第1の距離と第2の距離との差は大きくなるから、光軸Kが光軸Kから大きくずれている場合はステップ7に進み、光軸Kが光軸Kから大きくずれてはいない場合はステップ8に進むことになる。
ステップ7では、光軸ずれ検出ユニット17が、報知装置23を用いて報知を行う。
ステップ8では、補正ユニット19が、前記ステップ5で算出した距離差が減少する方向に、消失点31の位置を補正する。この補正について図7A及び図7Bを用いて説明する。
図7Aは、光軸KがKであるため(光軸Kより下向きであるため)、画像27において物標29が実際よりも上方に存在している場合を表す。この場合、ΔY(すなわちΔY)がΔYより小さくなり、第1の距離は第2の距離よりも大きい。補正ユニット19は、この場合、消失点31の位置を、上方に補正する。補正量は、補正後の消失点31を用いて算出した第1の距離が第2の距離と等しくなる量とする。
図7Bは、光軸KがKであるため(光軸Kより上向きであるため)、画像27において物標29が実際よりも下方に存在している場合を表す。この場合、ΔY(すなわちΔY)がΔYより大きくなり、第1の距離は第2の距離よりも小さい。補正ユニット19は、この場合、消失点31の位置を、下方に補正する。補正量は、補正後の消失点31を用いて算出した第1の距離が第2の距離と等しくなる量とする。
3.光軸ずれ検出装置1が奏する効果
(1A)光軸ずれ検出装置1は、カメラ5における光軸Kのずれを容易に検出することができる。特に、道路上の白線を必ずしも認識していなくても、光軸Kのずれを検出することができる。
(1B)光軸ずれ検出装置1は、光軸Kのずれを補正し、第1の距離の算出精度を高めることができる。
(1C)光軸ずれ検出装置1は、距離差の絶対値が予め設定された閾値より大きい場合に報知を行う。そのことにより、自車両のドライバは、光軸Kのずれが大きいことを知ることができる。また、報知を行うのは、光軸Kのずれが大きい場合に限られるので、過度の報知によってドライバが煩わされることが起こり難い。
(1D)光軸ずれ検出装置1は、ミリ波センサ7を用いて第2の距離を取得する。そのことにより、第2の距離を正確に算出することができる。
<第2の実施形態>
1.光軸ずれ検出装置1の構成
本実施形態の光軸ずれ検出装置1の構成は前記第1の実施形態と同様である。
2.光軸ずれ検出装置1が実行する処理
本実施形態の光軸ずれ検出装置1が実行する処理を、図8に基づき説明する。本実施形態の光軸ずれ検出装置1が実行する処理は基本的には前記第1の実施形態と同様である。以下では、前記第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
ステップ11では、画像取得ユニット9が、カメラ5を用いて自車両の前方を撮影し、画像を取得する。
ステップ12では、物標認識ユニット11が、前記ステップ11で取得した画像に対し、周知の画像認識処理を実行し、物標を認識する。
ステップ13では、前記ステップ12において複数の物標を認識できたか否かを、物標認識ユニット11が判断する。複数の物標を認識できた場合はステップ14に進み、それ以外の場合(単一の物標のみを認識したか、全く物標を認識しなかった場合)は本処理を終了する。
ステップ14では、第1の距離算出ユニット13が、複数の物標のそれぞれについて、第1の距離を算出する。第1の距離の算出方法は前記第1の実施形態と同様である。
ステップ15では、第2の距離算出ユニット15が、複数の物標のそれぞれについて、第2の距離を算出する。第2の距離の算出方法は前記第1の実施形態と同様である。
ステップ16では、光軸ずれ検出ユニット17が、複数の物標のそれぞれについて、距離差(第1の距離から第2の距離を差し引いた値)を算出する。
ステップ17では、光軸ずれ検出ユニット17が、距離差間のばらつきが予め設定された閾値以下であるか否かを判断する。ここで、距離差間のばらつきとは、以下の意味を有する。前記ステップ12で認識された複数の物標を29a、29b、29c・・・・とする。各物標における距離差を、Sa、Sb、Sc・・・とする。距離差間のばらつきとは、Sa、Sb、Sc・・・の標準偏差である。
距離差間のばらつきが閾値以下である場合はステップ18に進み、距離差間のばらつきが閾値より大きい場合は本処理を終了する。
ステップ18では、まず、光軸ずれ検出ユニット17が、各物標における距離差Sa、Sb、Sc・・・の平均値ave(S)を算出する。次に、平均値ave(S)の絶対値が、予め設定された閾値より大きいか否かを判断する。平均値ave(S)の絶対値が閾値より大きい場合はステップ19に進み、閾値以下である場合はステップ20に進む。
ステップ19では、光軸ずれ検出ユニット17が、報知装置23を用いて報知を行う。
ステップ20では、補正ユニット19が、前記ステップ18で算出した平均値ave(S)が減少する方向に、消失点31の位置を補正する。補正の方法は前記第1の実施形態と同様である。
3.光軸ずれ検出装置1が奏する効果
以上詳述した第2の実施形態によれば、前述した第1の実施形態の効果(1A)〜(1D)に加え、以下の効果が得られる。
(2A)光軸ずれ検出装置1は、複数の物標のそれぞれについて算出した距離差間のばらつきが予め設定された閾値以下であることを条件として、光軸Kのずれを検出する。そのため、光軸Kのずれを一層正確に検出できる。
<第3の実施形態>
1.光軸ずれ検出装置1の構成
本実施形態の光軸ずれ検出装置1の構成は前記第1の実施形態と同様である。
2.光軸ずれ検出装置1が実行する処理
本実施形態の光軸ずれ検出装置1が実行する処理を、図9に基づき説明する。本実施形態の光軸ずれ検出装置1が実行する処理は基本的には前記第1の実施形態と同様である。以下では、前記第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
ステップ21では、画像取得ユニット9が、カメラ5を用いて自車両の前方を撮影し、画像を取得する。
ステップ22では、物標認識ユニット11が、前記ステップ21で取得した画像に対し、周知の画像認識処理を実行し、物標を認識する。
ステップ23では、前記ステップ22で認識した物標が停止車両であるか否かを、物標認識ユニット11が判断する。停止車両である場合はステップ24に進み、それ以外の場合(停止車両以外の物標のみを認識したか、全く物標を認識しなかった場合)は本処理を終了する。
ステップ24では、認識した停止車両について、所定の時間ごとに、繰り返し、第1の距離及び第2の距離を算出する。すなわち、時刻t、t、t・・・tのそれぞれにおいて、第1の距離及び第2の距離を算出する。nは2以上の自然数である。第1の距離及び第2の距離の算出方法は前記第1の実施形態と同様である。なお、自車両が走行中であれば、時間が経過するにつれて、自車両と停止車両との距離は変化する。
ステップ25では、光軸ずれ検出ユニット17が、各時刻t、t、t・・・tにおける距離差をそれぞれ算出する。すなわち、時刻tにおいて算出した第1の距離から、同時刻において算出した第2の距離を差し引き、時刻tにおける距離差Pを算出する(i=1、2、3・・・・n)。
ステップ26では、光軸ずれ検出ユニット17が、距離差P間のばらつきが予め設定された閾値以下であるか否かを判断する。ここで、距離差P間のばらつきとは、距離差Pの標準偏差を意味する。
距離差P間のばらつきが閾値以下である場合はステップ27に進み、距離差P間のばらつきが閾値より大きい場合は本処理を終了する。
ステップ27では、まず、光軸ずれ検出ユニット17が、距離差Pの平均値ave(P)を算出する。次に、平均値ave(P)の絶対値が、予め設定された閾値より大きいか否かを判断する。平均値ave(P)の絶対値が閾値より大きい場合はステップ28に進み、閾値以下である場合はステップ29に進む。
ステップ28では、光軸ずれ検出ユニット17が、報知装置23を用いて報知を行う。
ステップ29では、補正ユニット19が、前記ステップ27で算出した平均値ave(P)が減少する方向に、消失点31の位置を補正する。補正の方法は前記第1の実施形態と同様である。
3.光軸ずれ検出装置1が奏する効果
以上詳述した第3の実施形態によれば、前述した第1の実施形態の効果(1A)〜(1D)に加え、以下の効果が得られる。
(3A)光軸ずれ検出装置1は、停止している同一の物標(停止車両)について繰り返し算出した距離差P間のばらつきが予め設定された閾値以下であることを条件として、光軸Kのずれを検出する。そのため、光軸Kのずれを一層正確に検出できる。
<その他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。
(1)前記第1〜第3の実施形態にて、画像27における縦方向での基準位置は、消失点以外の位置であってもよい。
(2)前記第1〜第3の実施形態において、ミリ波センサ7に代えて、他の測距手段を用いてもよい。例えば、いずれかの波長の光、電波、音波を用い、飛行時間測距法により第2の距離を算出可能な手段(例えば、レーダー、ライダー等)を適宜選択して適用することができる。
(3)前記第1〜第3の実施形態において、補正を行うとき、消失点31の位置はそのままとし、物標29の位置を補正してもよい。この場合も、ΔYを、光軸Kのずれが無い場合の値であるΔYとすることができる。
(4)前記第2、第3の実施形態において、距離差間のばらつきは、標準偏差以外のものであってもよく、例えば、距離差のうち、最大値と最小値との差等としてもよい。
(5)前記第1〜第3の実施形態において、距離差の絶対値が所定の閾値より大きいことを条件として補正を行うようにしてもよい。
(6)上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
(7)上述した光軸ずれ検出装置の他、当該光軸ずれ検出装置を構成要素とするシステム、当該光軸ずれ検出装置の制御ユニットとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、光軸ずれ検出方法、光軸ずれ補正方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。
1…光軸ずれ検出装置、3…制御ユニット、5…カメラ、7…ミリ波センサ、9…画像取得ユニット、11…物標認識ユニット、13…第1の距離算出ユニット、15…第2の距離算出ユニット、17…光軸ずれ検出ユニット、19…補正ユニット、21…自車両、23…報知装置、25…車両制御装置、27…画像、27A…下端、29…物標、31…消失点

Claims (7)

  1. カメラを用いて画像を取得する画像取得ユニットと、
    前記画像において物標を認識する物標認識ユニットと、
    前記画像における前記物標の縦方向での位置と、前記画像における縦方向での基準位置との位置関係に基づき、前記物標までの距離である第1の距離を算出する第1の距離算出ユニットと、
    飛行時間測距法を用いて前記物標までの距離である第2の距離を算出する第2の距離算出ユニットと、
    前記第1の距離と前記第2の距離との距離差に基づき、前記カメラにおける光軸のずれを検出する光軸ずれ検出ユニットと、
    を備えることを特徴とする光軸ずれ検出装置。
  2. 請求項1に記載の光軸ずれ検出装置であって、
    前記距離差が減少する方向に、前記基準位置を補正する補正ユニットを備えることを特徴とする光軸ずれ検出装置。
  3. 請求項1又は2に記載の光軸ずれ検出装置であって、
    前記光軸ずれ検出ユニットは、複数の前記物標のそれぞれについて算出した前記距離差間のばらつきが予め設定された閾値以下であることを条件として、前記距離差に基づき、前記光軸のずれを検出することを特徴とする光軸ずれ検出装置。
  4. 請求項1又は2に記載の光軸ずれ検出装置であって、
    前記光軸ずれ検出ユニットは、停止している同一の前記物標について繰り返し算出した前記距離差間のばらつきが予め設定された閾値以下であることを条件として、前記距離差に基づき、前記光軸のずれを検出することを特徴とする光軸ずれ検出装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の光軸ずれ検出装置であって、
    前記光軸ずれ検出ユニットは、前記距離差が予め設定された閾値より大きい場合、前記光軸のずれが有ると判断することを特徴とする光軸ずれ検出装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の光軸ずれ検出装置であって、
    前記物標が車両であることを特徴とする光軸ずれ検出装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光軸ずれ検出装置であって、
    前記第2の距離算出ユニットは、ミリ波の飛行時間を用いて前記第2の距離を算出することを特徴とする光軸ずれ検出装置。
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