JP7383356B2

JP7383356B2 - 障害物検知装置

Info

Publication number: JP7383356B2
Application number: JP2020100815A
Authority: JP
Inventors: 知基中川
Original assignee: Alps Electric Co Ltd; Alps Alpine Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2020-06-10
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2023-11-20
Anticipated expiration: 2040-06-10
Also published as: JP2021196196A

Description

本発明は、シニアカー等の電動車両に搭載されて前方の路面上の障害物を検知する障害物検知装置に関する。

従来から、前方の走路をステレオカメラで撮像することにより走路領域までの３次元座標を計測し、走路領域内で傾斜や傾斜変化が予め設定された閾値を越える場合に、走路上に障害物が有ると判別するようにした車両用障害物検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置を用いることにより、前方に存在するある程度の高さを有する障害物を事前に検出することが可能となる。

特開２０１３－２０５４３号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された車両用障害物検出装置のようにステレオカメラを利用して測位を行う場合に、例えば、日向と日陰が半々程度になっているような明暗差の大きい環境下において、明るい部分が本来の路面よりも浮いたように測位されたり、暗い部分が路面より下側の方へ測位されたりして障害物として誤判定するおそれがあるという問題があった。

これは、ステレオカメラの自動露光時間調整により、日陰に入った場合には暗い環境に適した設定に、日向に入った場合には明るい環境に適した設定に自動的に切り替わることで、ダイナミックレンジを外れた部分の測位が正確にできないことに原因がある。

特に、このような誤判定の結果、部分的に日向になっている何もない場所がその周囲よりも高さが高い障害物として検知されることは望ましくない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、明暗差の大きい環境下において、明るい部分を障害物として誤判定することを防止することができる障害物検知装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の障害物検知装置は、周囲の明るさに応じて露光時間を調節して適正な露光量を設定する自動露光機能を有するステレオカメラと、ステレオカメラによる撮像によって得られた各画像に基づいて、撮像範囲に対応する各画素毎に、撮像範囲に含まれる各物体までの距離を算出する距離算出手段と、距離算出手段によって算出された各物体までの距離に基づいて、撮像範囲に含まれる障害物であって、所定のしきい値よりも高さが高い障害物の有無を判定する障害物判定手段と、ステレオカメラの露光時間を取得する露光時間取得手段と、障害物の輝度を検出する輝度検出手段と、露光時間取得時間によって取得した露光時間と、輝度検出手段によって検出した輝度とに基づいて、障害物判定手段の判定で用いるしきい値の値を可変設定するしきい値設定手段とを備えている。

自動露光機能によって自動的に設定された露光時間と障害物の輝度との関係に応じて障害物の有無判定のしきい値を変更することにより、障害物の輝度に対して適切な露光時間の設定がなされていない場合に障害物判定で用いるしきい値を変更することができるため、明暗差の大きい環境下において明るい部分を障害物として誤判定することを防止することが可能となる。

また、上述したしきい値設定手段は、露光時間が第１の基準値より長く輝度が第２の基準値より高いときにしきい値を高い側に変更して設定することが望ましい。これにより、周囲が暗く、検知対象の障害物周辺のみが明るくなって障害物の判定精度が低下する場合の誤判定を防止することができる。

また、上述した障害物判定手段によって障害物ありの判定がなされたときに所定の通知を行う通知手段とをさらに備えることが望ましい。これにより、障害物である旨の判定を行ったときに通知を行うとともに、低い段差のような実際には障害物とはいえない部分を誤って障害物として通知することを防止することができる。

また、上述した通知手段は、通知対象の障害物までの距離が第３の基準値よりも近いときに通知を行うことが望ましい。これにより、障害物の接近時に通知を行うとともに、低い段差等の接近に伴う誤った通知を回避することができる。

一実施形態の障害物検知装置の構成を示す図である。明暗に関する周囲の環境の具体例を示す図である。検出範囲内の障害物を検知する動作手順を示す流れ図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の障害物検知装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の障害物検知装置の構成を示す図である。図１に示す障害物検知装置１００は、シニアカー等の電動車両に搭載され、進行方向前方に存在する障害物を検知し、必要に応じて通知（警報）を出力するためのものであり、ステレオカメラ１１０、距離算出部１２０、深度画像作成部１３０、障害物判定部１４０、露光時間取得部１５０、輝度検出部１５２、しきい値設定部１５４、警報出力部１６０を備えている。

ステレオカメラ１１０は、左右に一定の間隔で配置された右カメラ１１０Ｒと左カメラ１１０Ｌを含んでおり、電動車両前方の検出範囲に含まれる物体をこれら２つのカメラで並行して撮像する。例えば、夜間時などの検知機能を高めるために、赤外線カメラが用いられている。また、このステレオカメラ１１０は、周囲の明るさに応じて露光時間を調節して適正な露光量を設定する自動露光機能を有している。具体的には、ステレオカメラ１１０の周囲が暗い場合には露光時間が長く、周囲が明るい場合には露光時間が短く設定される。

距離算出部１２０は、右カメラ１１０Ｒと左カメラ１１０Ｌのそれぞれによって撮像された画像に含まれる同じ物体における視差や、右カメラ１１０Ｒと左カメラ１１０Ｌの間隔、焦点距離に基づいて、撮像範囲（検出範囲）に含まれる各画素毎に、各画素に対応する物体までの距離を算出する。ステレオカメラ１１０を用いた距離算出手法は、従来から行われている手法をそのまま用いることができるため、詳細な算出方法の説明は省略する。

深度画像作成部１３０は、各画素の画素値を、距離算出部１２０によって算出した距離に対応させた深度画像を作成する。

障害物判定部１４０は、深度画像を構成する各画素の画素値（距離算出部１２０によって算出された各画素毎の距離）と、後述するしきい値設定部１５４によって設定したしきい値に基づいて、検出範囲内であって電動車両前方における障害物の有無を判定する。例えば、走行中の電動車両前方の路面上に、路面からの高さが所定のしきい値（後述する図２に示す「標準」状態に対応する標準値）よりも高い物体がある場合にこの物体を障害物候補として選択し、しきい値設定部１５４によって設定したしきい値よりもその障害物候補の高さが高い場合に障害物と判定するものとする。

露光時間取得部１５０は、自動露光機能によって自動設定されたステレオカメラ１１０の露光時間を取得する。

輝度検出部１５２は、障害物判定部１４０による判定の対象である障害物候補の輝度を検出する。この輝度は、ステレオカメラ１１０による撮像によって得られた画像（赤外画像）の中から、障害物候補に対応する画素の画素値（輝度）を抽出することによって行われる。

しきい値設定部１５４は、露光時間取得部１５０によって取得した露光時間と、輝度検出部１５２によって検出した輝度に基づいて、障害物判定部１４０による判定の対象とされている障害物候補毎に、判定で用いるしきい値を設定する。

ところで、本実施形態では、自動設定された露光時間に基づいて、明暗に関する周囲の環境を３種類に分類している。

図２は、明暗に関する周囲の環境の具体例を示す図である。図２に示す例では、露光時間に基づいて周囲の環境を分類する際に、１５００μｓｅｃと２５００μｓｅｃの２種類の境界値が用いられている。露光時間が２５００μｓｅｃ以上の場合が周囲の環境が「暗い」状態に、露光時間が１５００μｓｅｃ以下の場合が周囲の環境が「明るい」状態に、露光時間が１５００～２５００μｓｅｃの間にある場合が周囲の環境が「標準」状態にそれぞれ対応する。

周囲の環境が「暗い」状態では、露光時間が長く設定される。電動車両が日陰に入った場合などを想定しており、光量が足りない暗い状況下で検出範囲内の物体を明瞭に撮像することが可能になる。その一方で、検出範囲の一部が日向になっているような場合には、この日向部分が明るすぎてステレオカメラ１１０のダイナミックレンジから外れてしまい、この日向部分の測位精度が低下する。実際には、このような日向部分については、その高さが実際よりも高い値に算出されることが知られている。

また、周囲の環境が「明るい」状態では、露光時間が短く設定される。電動車両が日向を走行中の場合などを想定しており、光量が多い明るい状況下で検出範囲内の物体を明瞭に撮像することが可能になる。その一方で、検出範囲の一部が日陰になっているような場合には、この日陰部分が暗すぎてステレオカメラ１１０のダイナミックレンジから外れてしまい、この日陰部分の測位精度が低下する。実際には、このような日陰部分については、その高さが実際よりも低い値に算出されることが知られている。

しきい値設定部１５４は、上述したような原因により測位精度が低下しない通常時（図２に示す露光時間が１５００～２５００μｓｅｃの間にある「標準」状態）には、しきい値を標準値（例えば８ｃｍ）に設定する。この場合には、障害物判定部１４０は、高さ８ｃｍよりも高い物体を障害物として判定する。

また、しきい値設定部１５４は、上述したような原因により測位精度が低下した明暗時（図２に示す露光時間が２５００μｓｅｃ以上の「暗い」状態や露光時間が１５００μｓｅｃ以下の「明るい」状態）には、精度低下に伴って、実際には障害物ではない部分（日向となっている路面の一部など）を誤って障害物として誤判定することを防止するために、しきい値を標準値よりも高い値（例えば４０ｃｍ）に設定する。この場合には、障害物判定部１４０は、高さ４０ｃｍよりも高い物体を障害物として判定し、高さがそれよりも低い物体については障害物として判定しない。

警報出力部１６０は、障害物判定部１４０によって前方の物体が障害物として判定されたときであって、この障害物までの距離が基準値（第３の基準値）よりも近いときに、この障害物の存在を知らせる所定の警報（通知）を行う。例えば、警報画面の表示や警報音の出力などを行うことにより、電動車両の搭乗者（利用者）に対して、前方に障害物が存在することを知らせることができる。

上述した距離算出部１２０が距離算出手段に、障害物判定部１４０が障害物判定手段に、露光時間取得部１５０が露光時間取得手段に、輝度検出部１５２が輝度検出手段に、しきい値設定部１５４がしきい値設定手段に、警報出力部１６０が通知手段にそれぞれ対応する。

本実施形態の障害物検知装置１００はこのような構成を有しており、次に、その動作を説明する。

図３は、検出範囲内の障害物を検知する動作手順を示す流れ図である。この一連の動作手順は、一定の時間間隔で繰り返し実施される。

まず、ステレオカメラ１１０を用いて前方の検出範囲が撮像されると（ステップ１００）、距離算出部１２０は、この撮像によって得られた右画像と左画像とに基づいて、検出範囲内にある各物体に対応する距離を画素単位で算出する（ステップ１０２）。

次に、障害物判定部１４０は、自車両から所定範囲内に障害物候補となる物体があるか否かを判定する（ステップ１０４）。ここで、「所定範囲」とは警報出力の有無を判定する基準値（第３の基準値）よりも遠い範囲までを含んでいる。また、「障害物候補」とは、自車両が走行中の路面よりも所定のしきい値よりも高い物体が該当する。この障害物候補を探すために用いるしきい値としては標準値（例えば、８ｃｍ）が用いられる。障害物候補が検出範囲内に存在しない場合には否定判断が行われ、障害物検知に関する一連の動作が終了する。

また、障害物候補が検知範囲内に一つ以上存在する場合にはステップ１０４の判定において肯定判断が行われる。次に、露光時間取得部１５０は、ステレオカメラ１１０の露光時間を取得する（ステップ１０６）。また、障害物判定部１４０は、障害物候補の中から一つを選択する（ステップ１０８）。例えば、自車両から最も近い位置にある障害物候補が選択される。

次に、輝度検出部１５２は、この選択された障害物候補に対応する輝度を検出する（ステップ１１０）。また、しきい値設定部１５４は、ステップ１０６において取得した露光時間と、ステップ１１０において検出した輝度とに基づいて、この障害物候補が障害物であるか否かを判定するためのしきい値を設定する（ステップ１１２）。

具体的には、図２に示すように、露光時間が２５００μｓｅｃ（第１の基準値）よりも長く、輝度値が１３０（第２の基準値）よりも高い場合（ケースＡ）や、露光時間が１５００μｓｅｃよりも短く、輝度値が８０よりも低い場合（ケースＢ）には、しきい値設定部１５４は、しきい値を標準値（例えば、８ｃｍ）よりも高い４０ｃｍに設定する。上述したケースＡは、周囲の環境が「暗い」状態（図２）で障害物候補の物体の輝度が相対的に明るい場合であり、障害物判定の精度が低い。ケースＢは、周囲の環境が「明るい」状態（図２）で障害物候補の物体の輝度が相対的に暗い場合であり、同様に、障害物判定の精度が低い。このように判定精度が低い場合には、障害物でない路面等を誤って障害物として判定してしまわないように、しきい値が高い値に設定される。また、それ以外の場合は、しきい値が標準値に設定される。

次に、障害物判定部１４０は、この設定されたしきい値を用いて、再度、選択されている障害物候補の高さがしきい値よりも高いか否かを判定する（ステップ１１４）。しきい値よりも高い場合には肯定判断が行われ、障害物判定部１４０は、この障害物候補となっている物体が障害物である旨の判定を行う（ステップ１１６）。

次に、警報出力部１６０は、自車両の移動に伴って、この障害物が第３の基準値より近づいたか否かを判定する（ステップ１１８）。近づいていない場合には否定判断が行われ、障害物検知に関する一連の動作が終了する。また、近づいた場合にはステップ１１８の判定において肯定判断が行われる。この場合には、警報出力部１６０は、障害物の接近を知らせる警報動作を行う（ステップ１２０）。その後、障害物検知に関する一連の動作が終了する。

また、選択されている障害物候補の高さがしきい値よりも低い場合にはステップ１１４の判定において否定判断が行われる。この場合には、障害物判定部１４０は、別の障害物候補があるか否かを判定する（ステップ１２２）。別の障害物候補が存在する場合には、ステップ１０８に戻って次に自車両から近い障害物候補が選択され、この次の障害物候補について同様の動作が繰り返される。また、別の障害物候補が存在しない場合にはステップ１２２の判定において否定判断が行われ、障害物検知に関する一連の動作が終了する。

このように、本実施形態の障害物検知装置１００では、自動露光機能によって自動的に設定されたステレオカメラ１１０の露光時間と障害物の輝度との関係に応じて障害物の有無判定のしきい値を変更することにより、障害物の輝度に対して適切な露光時間の設定がなされていない場合に障害物判定で用いるしきい値を変更することができるため、明暗差の大きい環境下において明るい部分を障害物として誤判定することを防止することが可能となる。

具体的には、露光時間が第１の基準値（２５００μｓｅｃ）より長く輝度が第２の基準値（１３０）より高いときにしきい値を高い側に変更することにより、周囲が暗く、検知対象の障害物周辺のみが明るくなって障害物の判定精度が低下する場合の誤判定を防止することができる。

また、障害物である旨の判定が行われたときに通知（警報出力）を行っており、低い段差のような実際には障害物とはいえない部分を誤って障害物として通知することを防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、シニアカー等の電動車両に搭載する物体検知装置について説明したが、他の車両に搭載する障害物検知装置や、車両以外の場所に設定する障害物検知装置に本発明を適用してもよい。

上述したように、本発明によれば、自動露光機能によって自動的に設定された露光時間と障害物の輝度との関係に応じて障害物の有無判定のしきい値を変更することにより、障害物の輝度に対して適切な露光時間の設定がなされていない場合に障害物判定で用いるしきい値を変更することができるため、明暗差の大きい環境下において明るい部分を障害物として誤判定することを防止することが可能となる。

１００障害物検知装置
１１０ステレオカメラ
１１０Ｒ右カメラ
１１０Ｌ左カメラ
１２０距離算出部
１３０深度画像作成部
１４０障害物判定部
１５０露光時間取得部
１５２輝度検出部
１５４しきい値設定部
１６０警報出力部

Claims

周囲の明るさに応じて露光時間を調節して適正な露光量を設定する自動露光機能を有するステレオカメラと、
前記ステレオカメラによる撮像によって得られた各画像に基づいて、撮像範囲に対応する各画素毎に、前記撮像範囲に含まれる各物体までの距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段によって算出された各物体までの距離に基づいて、前記撮像範囲に含まれる障害物であって、所定のしきい値よりも高さが高い障害物の有無を判定する障害物判定手段と、
前記ステレオカメラの露光時間を取得する露光時間取得手段と、
前記障害物の輝度を検出する輝度検出手段と、
前記露光時間取得手段によって取得した露光時間と、前記輝度検出手段によって検出した輝度とに基づいて、前記障害物判定手段の判定で用いる前記しきい値の値を可変設定するしきい値設定手段と、
を備えることを特徴とする障害物検知装置。
前記しきい値設定手段は、前記露光時間が第１の基準値より長く前記輝度が第２の基準値より高いときに前記しきい値を高い側に変更して設定することを特徴とする請求項１に記載の障害物検知装置。
前記障害物判定手段によって障害物ありの判定がなされたときに所定の通知を行う通知手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の障害物検知装置。
前記通知手段は、通知対象の障害物までの距離が第３の基準値よりも近いときに通知を行うことを特徴とする請求項３に記載の障害物検知装置。