JP6593390B2 - 移動距離計測装置 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、自動車の移動距離計測装置に関する。特に、車載のカメラが異なる時間に撮影した複数の画像から車両の移動距離を求める移動距離計測装置に関する。

ＧＰＳ電波が届かないトンネル内などでは、他のセンサで自車の移動距離が計測できることが望ましい。特許文献１、２に、車載カメラが異なる時間に撮影した複数の画像から車両の移動距離と移動方向を得る技術が例示されている。その技術は、複数の画像を照合し、被写体の位置のずれから車両の移動距離と移動方向を求める。

特開２００７−１１４０２０号公報 特開２００７−１２７５２５号公報

車載カメラで撮影する場合、適当な対象物がない場合もあり得るため、車両下の道路など、比較的に近距離の被写体を撮影することが望ましい。一方、走行する車両から撮影した複数の画像に同じ被写体が含まれるためには、比較的広い範囲が撮影できることが望ましい。夜間や雨天でも良好な画像を得るにはカメラとともに光源も備える必要がある。近距離で広範囲を良好に撮影する一つの方法として、複数のカメラと複数の光源を格子状に配置し、複数のカメラの画像を合成して一つの広範囲画像を得ることが考えられる。この場合、夫々のカメラの撮影範囲に、対応する光源が光を照射することになる。このとき、特定のカメラが対応する光源の照射光だけでなく隣の光源の照射光の影響を受けると、画像が不鮮明となるおそれがある。例えば雨天など、隣の光源の照射光の入射角の影響により、路面ではなく水膜表面で光が反射する場合があり、特定のカメラは正確な路面テクスチャ画像を送ることができないためである。本明細書は、複数のカメラと複数の光源を用いて広範囲画像を取得し、異なる時間の広範囲画像から車両の移動距離を得る移動距離計測装置において、良好な画像を得て精度良く移動距離を求めることができる技術を提供する。

本明細書が開示する移動距離計測装置は、車載された複数のカメラと複数の光源とコンピュータを備えている。複数のカメラは、車両下方の路面へレンズを向けており、撮影範囲が隣り合うように車両に配置されている。複数の光源は、対応するカメラの撮影範囲に光を照射するように車両に配置されている。コンピュータは、同時に撮影された複数のカメラの画像を一つの広範囲画像に合成する。さらに、コンピュータは、異なる時間に撮影された画像から得られる複数の広範囲画像における路面の特徴点のずれから車両の移動距離を算出する。ここで、撮影範囲が隣接しているカメラは、反応する（感応する）光の特性が異なっており、夫々の光源が照射する光は、対応するカメラが反応する特性を含み、隣接しているカメラが反応する特性を含まない。光の特性は、例えば、カメラが反応する光の波長帯域あるいは、偏光方向である。波長の場合、夫々の光源が照射する光は、対応するカメラが反応する波長帯域の光を含み、隣接するカメラが反応する波長帯域の光を含んでいない。カメラと光源の上記の関係により、夫々のカメラは、夫々対応する光源の光に頼って路面を撮影することができ、隣接する光源の光の影響を受けない。それゆえ、各カメラは良好な画像を得ることができ、精度よく移動距離を求めることができる。

なお、異なる時間に撮影された画像から車両の移動方向を求めるアルゴリズムは、例えば、特許文献１、２に開示された技術を用いればよい。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の移動距離計測装置の模式図である。 複数のカメラの撮影範囲と夫々のカメラに対応する照明の照射範囲を示す図である。 移動距離算出アルゴリズムを説明する模式図である。

図面を参照して実施例の移動距離計測装置２を説明する。図１に、移動距離計測装置２の模式図を示す。移動距離計測装置２は、自動車１００に搭載されている。移動距離計測装置２は、４台のカメラ３ａ−３ｄ、４台の光源４ａ−４ｄ、コンピュータ５を備えている。４台のカメラ３ａ−３ｄは、車両下方の路面へレンズを向けて配置されている。また、４台のカメラ３ａ−３ｄは、夫々の撮影範囲（路面の撮影範囲）が隣り合うように車両に配置されている。なお、図１では、第１カメラ３ａの撮影範囲Ｒａと第２カメラ３ｂの撮影範囲Ｒｂが隣り合うように、２台のカメラ３ａ、３ｂが配置されている様子が描かれている。第３カメラ３ｃは第１カメラ３ａの紙面奥側に配置されており、第４カメラ３ｄは第２カメラ３ｂの紙面奥側に配置されている。

なお、図１は、カメラ３ａ、３ｂ、光源４ａ、４ｂの配置を模式的に示す図であり、カメラや光源は必ずしも車体の右側面に取り付けられているものではないことに留意されたい。カメラ３ａ−３ｄ、光源４ａ−４ｄは、好ましくは前輪よりも前方で車体の下部に備えられる。前輪よりも前方に配置することで、水はねなどからカメラと光源を保護することができる。

図２に、４台のカメラ３ａ−３ｄの撮影範囲を示す。図２では、理解を助けるために、第１カメラ３ａの撮影範囲Ｒａを実線で描き、第２カメラ３ｂの撮影範囲Ｒｂを破線で描き、第３カメラ３ｃの撮影範囲Ｒｃを点線で描き、第４カメラ３ｄの撮影範囲Ｒｄを一点鎖線で描いてある。第３カメラ３ｃは、その撮影範囲Ｒｃが第１カメラ３ａの撮影範囲Ｒａと隣り合うように配置されている。第４カメラ３ｄは、その撮影範囲Ｒｄが第２カメラ３ｂの撮影範囲Ｒｂと第３カメラ３ｃの撮影範囲Ｒｃの夫々に隣り合うように配置されている。

４台の光源４ａ−４ｄは、夫々、対応するカメラ３ａ−３ｄの夫々に隣接して配置されている。図２には、光源４ａ−４ｄの照射範囲Ｓａ−Ｓｄも描かれている。第１光源４ａの照射範囲Ｓａは実線で描いてあり、第２光源４ｂの照射範囲Ｓｂは破線で描いてあり、第３光源４ｃの照射範囲Ｓｃは点線で描いてあり、第４光源４ｄの照射範囲Ｓｄは一点鎖線で描いてある。図２によく示されているように、第１光源４ａの照射範囲Ｓａには、第１カメラ３ａの撮影範囲Ｒａのほか、第２カメラ３ｂの撮影範囲Ｒｂの一部と第３カメラ３ｃの撮影範囲Ｒｃの一部が含まれる。同様に、特定の光源の照射範囲には、その光源に対応するカメラの撮影範囲のほか、他のカメラの撮影範囲の一部が含まれる。特定の光源から照射された光は、路面で反射し、対応するカメラのレンズに向かうほか、別のカメラのレンズにも向かう。しかし、以下で説明するように、４台のカメラ３ａ−３ｄは、反応する光の特性（波長域）が異なっており、また、４台の光源４ａ−４ｄも照射する光の特性（波長域）が異なっている。それゆえ、複数のカメラ３ａ−３ｄの夫々は、対応する光源からの光だけに反応し、他の光源の影響を受けない。

第１カメラ３ａは、波長域４００−５００［ｎｍ］の光に反応する特性を有している。そして、第１光源４ａは、波長域４００−５００［ｎｍ］の光を照射する。第２カメラ３ｂは、波長域５００−６００［ｎｍ］の光に反応する特性を有している。そして、第２光源４ｂは、波長域５００−６００［ｎｍ］の光を照射する。第３カメラ３ｃは、波長域６００−７００［ｎｍ］の光に反応する特性を有している。そして、第３光源４ｃは、波長域６００−７００［ｎｍ］の光を照射する。第４カメラ３ｄは、波長域７００−８００［ｎｍ］の光に反応する特性を有している。そして、第４光源４ｄは、波長域７００−８００［ｎｍ］の光を照射する。すなわち、撮影範囲が隣接しているカメラは、反応する光の特性（波長域）が異なっており、夫々の光源が照射する光は、対応するカメラが反応する特性（波長域）を含み、隣接しているカメラが反応する特性を含まない。上記の特徴により、複数のカメラ３ａ−３ｄの夫々は、対応する光源からの光だけに反応し、他の光源の影響を受けない。それぞれのカメラは、他の光源の光の影響を受けず、対応する光源の光の路面からの反射だけに反応するので、路面が濡れていても、水膜表面からの乱反射光による光ムラのない良好な画像が得られる。

コンピュータ５について説明する。なお、以下では、カメラ３ａ−３ｄのいずれかを区別なく示すときにはカメラ３と表記する。同様に、光源４ａ−４ｄのいずれかを区別なく示すときには光源４と表記する。

コンピュータ５は、同時に撮影された複数のカメラ３の画像を一つの画像に合成する。図２のグレーの線が示す範囲が、合成された画像（広範囲画像Ｒｓ）を示す。コンピュータ５は、定期的にカメラ３で路面を撮影し、広範囲画像Ｒｓを生成する。コンピュータ５は、異なる時間に撮影された複数の広範囲画像における路面の特徴点のずれから車両の移動距離を算出する。移動距離算出アルゴリズムを説明する模式図を図３に示す。図３は、時刻ｔ１に撮影された広範囲画像Ｒｓ１と、時刻ｔ２に撮影された広範囲画像Ｒｓ２を示している。コンピュータ５は、それぞれの画像から、特徴点を抽出する。特徴点は、路面の凹凸で作られる陰影を成すひとつひとつの塊、または凹凸そのものの輪郭でよい。図３に示す広範囲画像Ｒｓ１、Ｒｓ２には、特徴ある路面の特徴Ｍｋが写っている。図３は、２枚の広範囲画像Ｒｓ１、Ｒｓ２を、特徴Ｍｋが重なるように配置したときの図である。時刻ｔ１における広範囲画像Ｒｓ１の右上点Ｐ１（ｔ１）から、時刻ｔ２における広範囲画像Ｒｓ２の右上点Ｐ１（ｔ２）に向かうベクトルＶ１が移動距離と移動方向を示している。コンピュータ５は、図３のベクトルＶ１を算出し、時刻ｔ１からｔ２の間の車両の移動距離と方向を計測する。

コンピュータ５は、光源４も制御する。コンピュータ５は、数マイクロ秒から数ミリ秒の間という短いパルス状に光源４を光らせ、照射光に照らされた路面をカメラ３で撮影する。短い時間だけ光源で路面を照らすことで、相対的に移動する路面の鮮明な画像を得ることができる。コンピュータ５は、車両の速度に依存して路面を撮影する間隔を設定する。高速で移動中は、短い間隔で路面を撮影し、路面の特徴点が複数の広範囲画像に写るようにする。

移動距離計測装置２の利点を説明する。移動距離計測装置２は、レンズを路面に向けており、撮影範囲が隣り合うように配置された複数のカメラ３を備えている。コンピュータ５は、複数のカメラ３で撮影された画像を合成して一枚の広範囲画像を得る。一つのカメラ３で広範囲画像を得ると、撮影範囲の端で画像が歪んだり、暗くなったりする。実施例の移動距離計測装置２では、複数のカメラ３の画像から広範囲画像を得るので、鮮明な広範囲の画像を得ることができる。また、移動距離計測装置２は、複数のカメラ３の夫々に対して光源４を備えている。夫々の光源４は夫々のカメラ３の撮影範囲を照らす。それゆえ、夫々のカメラ３から鮮明な画像が得られる。さらに、撮影範囲が隣接しているカメラ３は、反応する光の特性が異なっており、夫々の光源４が照射する光は、対応するカメラ３が反応する特性を含み、隣接しているカメラ３が反応する特性を含まない。この特徴により、夫々のカメラ３は夫々に対応しないカメラの光源４によって、発生する水膜表面からの乱反射光の影響を受けない。このことも、鮮明な画像を得ることに貢献する。

実施例では、複数のカメラ３の夫々は、反応する光の帯域が異なっており、夫々のカメラ３に対応する光源４が照射する光は、対応するカメラ３が反応する帯域の光のみを照射する。複数のカメラ３と複数の光源４の夫々で光の帯域を特定するには、カメラ３のレンズ前、及び、光源４の前に特定波長域の光のみを通すフィルタを備えればよい。

複数のカメラ３は、ある特定の波長帯域の赤外カメラ（８００−１７００［ｎｍ］）を用いてもよい。また複数の光源４は、夫々の複数のカメラ３に対応する波長帯域の赤外光源（８００−１７００［ｎｍ］）を用いてもよい。

複数のカメラ３と複数の光源４は、光の波長を異ならすことに代えて、偏光方向を変えてもよい。

図３では、時刻ｔ１の画像と時刻ｔ２の画像は向きが同じであった。異なる時刻の広範囲画像中の特徴点のマッチングの際に画像の回転も許容すれば、車両の旋回角度も検出することができる。

コンピュータ５は、車両の前後方向の路面傾斜を計測する傾斜角センサを備えている。路面が傾斜している場合、コンピュータ５は、路面に沿った移動距離に対して路面傾斜の余弦を乗ずることで水平方向の移動距離を得ることができ、正弦を乗ずることで垂直方向の移動距離を得ることができる。

実施例の移動距離計測装置２は、４台のカメラ３ａ−３ｄが、撮影範囲が隣り合うように配置されている。本明細書が開示する技術では、カメラの台数は４台に限らない。例えば、９台のカメラを撮影範囲が３×３の格子状に隣り合うように配置してもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：移動距離計測装置
３、３ａ−３ｄ：カメラ
４、４ａ−４ｄ：光源
５：コンピュータ
１００：自動車

Claims (2)

1. 車両下方の路面へレンズを向けており、撮影範囲が隣り合うように車両に配置されている複数のカメラと、
   対応する前記カメラの撮影範囲に光を照射するように前記車両に配置されている複数の光源と、
   同時に撮影された複数の前記カメラの画像を一つの広範囲画像に合成するとともに、異なる時間に撮影された複数の前記広範囲画像における路面の特徴点のずれから車両の移動距離を算出するコンピュータと、
   を備えており、
   撮影範囲が隣接している前記カメラは、反応する光の特性が異なっており、
   夫々の前記光源が照射する光は、対応する前記カメラが反応する特性を含み、隣接しているカメラが反応する特性を含まない、移動距離計測装置。
2. 前記光の特性は、カメラが反応する光の波長帯域あるいは、偏光方向である、請求項１に記載の移動距離計測装置。