JPH04161809A - 車両用距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は車両用距離測定装置、特に複数のＣＣＤライン
センサを用い、これら複数のＣＣＤラインセンサに結像
する対象物の位相差により対象物までの距離を測定する
車両用距離測定装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より車両用の距離測定装置が周知である。

この種の装置においては通常２個のＣＣＤラインセンサ
等の撮像素子を並設し、この２個のＣＣＤラインセンサ
で生じる位相差を検出して測距を行う構成が採用されて
いる。この位相差検出方式による測距は比較的部品な構
成でありながら高精度の測距が行えるという利点を有し
、例えばＡＦ（オートフォーカス）１眼レフカメラの測
距機構として採用されている（写真工業　１９８７年７
月号　Ｐ４６〜４８ｒＡＦ−眼レフの位相差検出方式（
２）　Ｊ　）。

この位相差検出方式による測距は以下のような原理に基
づき測距を行うものである。すなわち、横一列に一次元
配列したＣＣＤラインセンサのうち、例えば石像の投射
される部分を基準部、左像の投射される部分を参照部と
すると、この基準像と参照像の横ずれは被測定物までの
距離に依存することとなり、この左右像の間隔を読み取
ることによって測距データを得ることができる。

通常、ＣＣＤラインセンサは等間隔にとびとびの受光素
子を有しており、基準部のｉ番目素子の出力をＳｔ、参
照部のｉ番目の素子の出力をＣｉとすると、左右像のず
れがちょうど基準部、参照部の間隔に等しいとすれば、 ５ｉ−ＣｉｊＯ となる。しかしながら、一般にはピントはずれに起因す
る横ずれが生じるのでこのようにＯになるとは限らない
。そこで、対応する素子の出力の差の絶対値の和をとり
、これをＡとし相関量の目安とする。

Ａ　（ｍ）　− ΣＩＳ　（ｉ十ｋ）　−Ｃ（ｊ十に＋ｍ）ｌここで、ｉ
は基準部の最初の素子の番号であり、ｊは参照部の素子
の最初の番号である。また、ｋは基準部、参照部の最初
の素子から数えてに番目の素子を表す。

そして、基準部のデータ番号を固定し、参照部のデータ
番号をｍにより１つずつシフトさせ、このシフト量ｍと
相関量Ａ　（ｍ）との関係を算出するのである。

第８図にこのようにして算出されたシフト量と相関量Ａ
　（ｍ）の−例を示す。その定義から明らかなように、
相関量Ａ　（ｍ）は左右像の不一致度の目安であり、従
ってこの相関量Ａ　（ｍ）が最小となるシフト量ｍが左
右像の相関か最も高い最適のシフト量であり、このシフ
ト量、すなわち左右像のずれ量が被測定物体までの距離
に依存することから被測定物体までの距離が算出される
こととなる。

第９図にこのようにして算出されたシフト量と車間距離
との関係を示す。シフト量をｎ、車間距離をＤとした時
、はぼ Ｄ　−ｃ　／　ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・　　（１）なる関係にある。但し、Ｃはレン
ズの焦点距離やＣＯＤ素子長により定まる定数である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この位相差検出方式による測距精度は用
いられるＣＣＤラインセンサの素子間ピッチで決定され
るため、特にこのような距＃ｉ測定装置を車両に搭載し
て前方車との車間距離に応じて車両の走行を制御するシ
ステムに用いる場合、必ずしも適当でない問題があった
。

すなわち、相関量Ａ　（ｍ）が最小となるシフト量は用
いられるＣＣＤラインセンサの素子長単位でしか算出す
ることが出来ず、従って得られる車間距離もこの素子長
単位の量子化が反映した段階的な値となる。そして、一
般にこの量子化に伴う車間距離誤差は車間距離が大なる
ほど大きな値となり、この誤差により車両のドライバビ
リティが悪化してしまうのである。

以下、第１０図乃至第１１図を用いてこのドライバビリ
ティの悪化をより詳細に説明する。

第１０図は車間距離と制御すべきブレーキ圧力との関係
を示したものであり、短い車間距離ｄ１においてはブレ
ーキ圧力Ｂを印加し、長い車間距離ｄ２においてはブレ
ーキ圧力を０とする制御を行うことにより車間距離に応
じた走行制御が行われる。

ここで、車両が走行している場合の実際の前方車両との
車間距離が第１１図（Ａ）の破線で示されるプロファイ
ルであった場合、すなわち実車間距離がｄｌと６２の近
くで周期的に変動している場合、前述した従来の車両用
距離測定装置によって測定された車間距離は量子化され
て実線で示すプロファイルとなる（第９図参照）。この
時、車間距Ｍｄｌの時はブレーキ圧力Ｂであり車間距離
ｄ２の時はブレーキ圧力０とする制御が行われることか
ら、このような車間距離の場合のブレーキ圧力プロファ
イルは第１１図（Ｂ）に示されるように０とＢの間で急
激に変動し、同図（Ｃ）に示されるような急峻な前後加
速度が出現してスムーズな走行ができな（なるのである
。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は用いられるＣＣＤラインセンサの素子間ピッチ
によらず高精度に対象物までの距離を測定し、例えば前
方車両との車間距離に応じた走行制御を行う自動追従シ
ステムに適用した場合にスムーズな走行を可能とする車
両用距離測定装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る車両用距離測
定装置は対象物像を撮像する２個のＣＣＤラインセンサ
とこれら２個のＣＣＤラインセンサにて得られる基準対
象物像及び参照対象物像の撮像位置のずれ量を算出する
演算手段を備え、この演算手段が得られた参照対象物像
をＣＣＤラインセンサを構成する素子単位でシフトさせ
て基準対象物像との相関の度合を算出する第１算出手段
と、得られた相関の度合が極大となる極大すれ量を選択
する選択手段と、得られた極大すれ量近傍の相関の度合
の変化から相関の度合か最大となるずれ量を算出する第
２演算手段とを有することを特徴としている。

［作用］ 本発明の車両用距離測定装置はこのような構成を有して
おり、用いられるＣＣＤラインセンサのビット長に規定
される相関の度合いの極大となる極大ずれ量から演算に
より相関の度合いが最大となる最適ずれ量を算出するも
のである。

すなわち、第１算出手段により算出されたシフト量毎の
相関の度合いがら、選択手段により相関の度合いが極大
となるシフト量を選択する。

シフト量はＣＣＤラインセンサを構成するビット長の整
数倍で表せるから、この極大となるシフト量もビット長
の整数倍であり、従って必ずしも最適値とは限らない。

そこで、第２算出手段により、得られた極大シフト量近
傍の相関の度合いの変化を用いてビット長以下の精度で
最適シフト量を演算で求め、高精度の測距を行うのであ
る。

［実施例］ 以下、図面を用いながら本発明に係る車両用距離測定装
置の好適な実施例を説明する。

第２図乃至第３図に本実施例における車両用距離測定装
置の概略構成図を示す。本実施例の車両用距離測定装置
は本体部１０と信号処理部１２とから構成され、本体部
１０は自車両のフロント部中央に取り付けられる。

この本体部１０には一対のミラー１４，１６、一対のレ
ンズ１８，２０、プリズム２２、第１ＣＣＤラインセン
サ３０、第２ＣＣＤラインセンサ３２が自車両の前後方
向に延びる前後基準軸に関して対称となる位置に配設さ
れる。また、プリズム２２はその頂角を挟む二面が反射
面３６．　３８を形成し、自車両の前方に存在する対象
物から発した光はミラー１４、レンズ１８及びプリズム
２２の反射面３６を紅て第１ＣＣＤラインセンサ３０に
入射すると共に、ミラー１６、レンズ２０及びプリズム
２２の反射面３８を経て第２ＣＣＤラインセンサ３２に
入射する。第１及び第２ＣＣＤラインセンサ３０，３２
は複数の受光素子（以下、ビットという）から構成され
、各ビットはそれに入射した光の光量に応じたアナログ
信号を後述する信号処理部１２に供給する。

この信号処理部１２は第１ＣＣＤラインセンサ３０及び
第２ＣＣＤラインセンサ３２からのアナログ信号をデジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６２、電子制御装置Ｅ
ＣＵ６０、このＥＣＵ６０での演算結果を出力する表示
器６４から構成されており、特にＥＣＵ６０は入出力イ
ンターフェース、所定のプログラムが格納されたＲＯＭ
、このプログラムに従い演算処理を行うＣＰＵ及び演算
結果を記憶するＲＡＭなどを内蔵し、第１及び第２ＣＣ
Ｄラインセンサ３０，３２からの信号を処理して対象物
までの測距を行う構成である。

以下、このＥＣＵ６０にて行われる演算処理を図面に基
づき詳細に説明する。

第４図に第１及び第２ＣＣＤラインセンサ３０゜３２と
撮像領域との関係を概念的に示す。各ＣＣＤラインセン
サ３０，３２を構成するビットにはそれぞれ１〜Ｎ　　
までの絶対番号Ｎが順に付さ１ａＸ れており、これらＮ　　個のビットはそれぞれがｆａＸ ｎ　　個のビットから構成されるｍ　　個のプロ１１ａ
Ｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　ＩａＸツク（図においては６個）に分けられ
る。そして、これら各ブロックには１〜ｍ　　までのブ
ロックａｘ 番号ｍが順に付されている。

ここで、第５図に示すように対象物がレンズ１８の光軸
上のＡ点に位置する場合を考える。Ａ点からの光はレン
ズ１８を経て第１ＣＣＤラインセンサ３０の第ｍブロッ
クの相対番号ｎが１であるビット（図中斜線部分）に入
射すると共に、レンズ２０を経て第２ＣＣＤラインセン
サ３２の絶対番号ＮがＮ１であるビットに入射する。

一方、対象物が図中Ｂ点に位置する場合、Ｂ点からの光
の第１ＣＣＤラインセンサ３０への入射位置は変化しな
いが、第２ＣＣＤラインセンサ３２への入射位置は図に
おいて左方へ移動する。

さらに、対象物がレンズ１８の光軸に沿って無限遠に位
置する場合には第２ＣＣＤラインセンサ３２への入射位
置はレンズ２０の光軸上にある絶対番号Ｎ２のビットに
入射することになる。

このように対象物の位置によって入射位置が変化するた
め、第１ＣＣＤラインセンサ３０の対象物像を基準とし
、第２ＣＣＤラインセンサ３２の対象物像を参照像とし
てそのずれ量を算出することにより対象物までの距離デ
ータが得られることとなる。

このずれ量を算出するため、第１ＣＣＤラインセンサの
第ｍブロック像と第２ＣＣＤラインセンサ３２の対象物
像とが重ね合せられる。すなわち、第１ＣＣＤラインセ
ンサ３０の第ｍブロックに結像された両像がビット単位
で１つずつシフトさせられ、かつそのシフト毎に第２Ｃ
ＣＤラインセンサ３２の両像と比較される。

本実施例においてはこの比較の結果は以下のような相関
量を用いて評価される。すなわち、基準対象物像をＳ、
参照対象物像をＣとした場合、Ａ　（ｍ）　− Σｌ　Ｓ　（ｉ十ｋ）−Ｃ（ｊ＋に十ｍ）ｌここで、ｉ
は基準部の最初の素子の番号であり、ｊは参照部の素子
の最初の番号である。また、ｋは基準部、参照部の最初
の素子から数えてに番目の素子を表す。

そして、基準部のデータ番号を固定し、参照部のデータ
番号をｍにより１つずつシフトさせ、このシフト量ｍと
相関量Ａ　（ｍ）との関係を算出するのである。

この相関量Ａ　（ｍ）は基準対象物像と参照対象物像と
が一致するほど小さな値となり、従ってこの相関量Ａ　
（ｍ）が最小となるシフト量ｍを算出することにより参
照対象物像がどれだけずれているかを算出することがで
きる。

以下、第６図のフローチャートを用いてその算出工程を
具体的に説明する。

ＥＣＵ６０の電源ＯＮ後、Ｓｌにおいて問題とされる第
１ＣＣＤラインセンサ３０のブロック番号ｍの値が１に
セットされる。その後、Ｓ２において第ｍブロックに対
応するシフト動作の初回の先頭番号Ｓｍと終回の先頭番
号Ｅｍが求められ、かつそれらの差がシフト量ｉの最終
値である最終シフト量１ｅｎｄとして演算される。

次に、Ｓ３において第ｍブロック像のシフト量ｉの値が
Ｏにセットされ、Ｓ４においてシフト量ｉの現在位置が
最終シフト量’　ｅｎｄより大きいが否かが判定される
。この８４にてＮＯ，すなわちシフト量ｉの現在位置が
最終シフト量１ｅｎｄより小と判定された場合には次の
８５においてビットの相対番号ｎの値が１にセットされ
、更にＳ６において相関量Ａの値が０にセットされる。

次に８７において相対番号ｎの値が第ｍブロックに属す
るビットの数ｎ　　より大きいが否かがａＸ 判定される。この５７においてＮＯと判定された場合に
はＳ８において第ｍブロックの相対番号ｎのビットから
の出力Ｘ　と第２ＣＣＤラインセンす３２の絶対番号が
（（Ｓｍ＋ｎ−１）　−ｉ）であるビットからの出力Ｙ
との差の絶対値が相関量Ａｉの現在位置に加算される。

そして、Ｓ９において相対番号ｎの値が１だけ増加され
、８７〜Ｓ９の実行はＳ７の判定結果がＹＥＳとなるま
で繰り返される。このような処理の結果、相関量Ａの最
終値が今回のシフト量ｉの下での相関量となる。

Ｓ７の判定結果がＹＥＳとなった場合、Ｓ１０においで
シフト量ｉが１だけ増加された後再びＳ４に戻る。そし
て、Ｓ４〜ＳＩＯの実行はＳ４の判定結果がＹＥＳとな
るまで繰り返され、その結果、０からｉ。ｎｄまでのシ
フト量１のそれぞれについて相関量Ａｔが求められる。

第１図にこのようにして求められたシフト量ｉと相関ｆ
ｉＡｉとの関係を示す。横軸はシフト量（Ｎ　　　、Ｎ
、Ｎ　　　、・・・）を示し、縦軸は相ｌｌｌ−１ａｌ
１１１＋１ 閣員Ａ　（Ｎ、−１）、Ａ　（Ｎ、）・・・を示してい
る。

そして、Ｓ４の判定結果がＹＥＳとなった場合にはＳｌ
ｌにおいて（１８ｎｄ＋１）個の相関ｆｉＡｉのうち極
小であるものに対応するシフト量」。

が求められ、さらにＳ１２においてこのシフト量ｉ　を
基にずれ量が算出される。

本実施例において特徴的なことは、このすれ量を算出す
る際、Ｓｌｌにて得られた極小シフト量近傍の相関量変
化から相関量が最小、すなわち最も相関の度合いが大き
い最適ずれ量を演算することにある。

以下、第１図及び第７図を用いてこの最適ずれ量算出方
法を説明する。第１図において極小シフト量Ｎ　に対応
する相関量とこの極小シフト量に騙 隣接する前後±１．±２ンフトｊｉＮ　　　、Ｎ　　　
。

ｍ−２ｍ−Ｉ Ｎ　　　、Ｎ　　　に対応する相関量との差をそれそ■
＋ｌ　　　ｍ＋２ れｂ２．ｂｌ、ａｌ、ａ２とする。ます、第７図のフロ
ーチャートに示すように８１０１において隣接シフト量
の相関量差ａ１とｂｌの大小比較か行われ、ＹＥＳ、す
なわちａ１≦ｂ１と判定された場合には、ビット長以下
の補正値としてＫｏｏｆ＝　（ａ２−ａｌ）　／　（ｂ
ｌ＋ｂ２）を計算し、８１０３にて極小シフトｆｆ１Ｎ
　　に加算「 してビット長以下の補正を行い最適シフト値を算出する
。

一方、５１０１にてＮＯ，すなわちａｌ＞ｂｌと判定さ
れた場合には、５１０４にて補正値として Ｋｏｏｆ＝　（ｂ　２−ｂ　１）　／　（ａ　１　＋ａ
　２）を計算し、５１０５にて極小シフト量Ｎ　から減
算することによりビット長以下の補正を行い相関量が最
小となる最適シフト量か算出される。そして、この最適
シフトｆｉ　Ｎ　ｅｏ　ｆを用いて８１３（第６図参照
）で対象物までの距離が算出される。最適シフトｆｆ１
Ｎ。。、から対象物までの距離を算出するには従来と同
様に（１）式に基づき計算すれば良い。

このようにして第ｍブロックでの測距か行われた後、Ｓ
１４にてブロック番号ｍの値がまたけ増加された後、Ｓ
１５においてブロック番号ｍの現在位置が第１ＣＣＤラ
インセンサ３０に属するブロックの数ｍ　　より大きい
が否かが判定される。

ｌａＸ そして、Ｎｏと判定された場合には再びＳ２に戻りこの
Ｓ１５の判定結果かＹＥＳとなるまで繰り返され、最終
的にＳ１６にて対象物の位置情報が表示域６４に表示さ
れることとなる。

このように、本実施例においては相関量が極小、すなわ
ち基準対象物像と参照対象物像とがほとんど一致するシ
フト量をまず算出し、さらにこのシフト量の近傍で相関
量が最小となる最適シフト量を相関量の変化から演算に
より求めるものであり、従来の測距精度を規定していた
ＣＣＤラインセンサのピッチ、すなわちビット長によら
ず最適ずれ量を算出することが可能となり、極めて高精
度に対象物までの距離を測定することができる。

なお、本実施例においては基準像と参照像との相関の度
合いを評価するのに相関ｆｆ１Ａなる関数を用いたが、
本発明はこれに限定されるものではなく、他の評価関数
を用いる場合にも適用可能であることは言うまでもない
。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明に係る車両用距離測定装置
によれば、用いられるＣＣＤラインセンサのビット長に
よらず高精度に測距を行うことができ、本装置を例えば
車間距離に応じて自車両の走行を制御し前方車に追従走
行させる自動操縦装置に組み込んだ場合、車間距離に応
じた適切な加速及び減速を行うことができ、不要なブレ
ーキ回数などが低減されドライバビリティに優れた自動
操縦システムを得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る車両用距離測定装置の−実施例に
おける最適シフト量算出説明図、第２図乃至第３図は同
実施例の概略構成図、第４図は同実施例における第１及
び第２ＣＣＤラインセンサによる結像を説明する概念図
、Ｍ５図は同実施例におけるずれ量と対象物との関係を
示す説明図、 第６図は同実施例におけるＥＣＵの処理フローチャート
図、 第７図は同実施例における最適シフト量を算出する処理
フローチャート図、 第８図乃至第１１図は従来の車両用測定装置の説明図で
ある。 １０　・・・　本体部 １２　・・・　信号処理部 ３０　・・・　第１ＣＣＤラインセンサ３２　・・・　
第２ＣＣＤラインセンサ６０　・・・　ＥＣＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 対象物像を撮像する２個のＣＣＤラインセンサとこれら
   ２個のＣＣＤラインセンサにて得られる基準対象物像及
   び参照対象物像の撮像位置のずれ量を両像の相関の度合
   いを用いて算出する演算手段とを備え、算出されたずれ
   量から対象物までの距離を測定する車両用距離測定装置
   であって、前記演算手段が、 得られた参照対象物像をＣＣＤラインセンサを構成する
   素子単位でシフトさせて基準対象物像との相関の度合い
   を算出する第１算出手段と、得られた相関の度合いが極
   大となる極大ずれ量を選択する選択手段と、 得られた極大シフト量近傍の相関の度合いの変化から相
   関の度合いが最大となるずれ量を算出する第２算出手段
   と、 を有することを特徴とする車両用距離測定装置。