JPH05296766A

JPH05296766A - 障害物検出装置

Info

Publication number: JPH05296766A
Application number: JP9639592A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Arai; 秀雪新井; Masaki Higashihara; 正樹東原; Koichi Omori; 功一大森; Katsumi Azusazawa; 勝美梓澤; Shigeru Ogino; 滋荻野; Hiroyuki Wada; 宏之和田; Takashi Kawabata; 隆川端
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【目的】夜間、霧、雨といった車外の周囲環境の変化
に応じて例えば進行方向に沿った車両等の障害物の距離
を正確に測距する障害物検出装置を提供することを目的
とする。【構成】ｍ×ｎの画素からなり、各画素の光電変換信
号を個々に取り出しできる撮像素子３のａ、ｂゾーンに
分割された経路を経て２像を結像し、その２像の位相差
から距離を求める測距方式において、１行おきに赤外カ
ットフィルタ（図中斜線部）を画素の上部（入光する部
分）に配置し、赤外カットフィルタを有する領域と、そ
うでない領域とから電気信号を選択的に取り出し可能と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車に代表される車
両、ＦＡ（ファクトリオートメーション）に使用され
るロボットなどに搭載されて、例えば移動方向の障害物
を検出する障害物検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の走行安全性を高める為に車両に障
害物等の検出を行なう障害物検出装置を取り付けること
がすでに実用化されている。

【０００３】この種の障害物検出装置としては種々の方
式が提案されており、例えば赤外線を発光し障害物から
の反射光を受けて、三角測距により障害物までの距離を
得る、いわゆるパッシブ型の方式、また赤外線のかわり
にレーダー光を使って、測距する方式、さらに最近は画
像を撮影しその面積から障害物までの距離を求めたりす
ることも提案されている。また、正確に遠くの障害物ま
での距離を測定するために、入射されてくる光を２つの
異なる経路を経て、２つの撮像素子に各々像を結像させ
各々の像の位相差を検出し、測距する技術がすでに提案
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、赤外光のみの光信号で障害物を検出した
り、また可視光のみの光で障害物を検出するようになっ
ているため、車両のさまざまな外部環境に対して、最適
な障害物検出ができなかった。例えば、具体的に説明す
ると、可視光のみで障害物の測距を行なうと霧や大雨な
どの条件においては正確な測距ができず、また、赤外光
のみで障害物の測距を行なうと、赤外光の投射には限界
があり、遠い距離の測距が正確にできない欠点があっ
た。また従来例の位相差検出方式では、撮像素子が入射
光の分岐される２つの経路に対して夫々設けられている
ため、撮像素子の駆動系が別々に必要となり、高価な装
置として考えられていた。

【０００５】本発明の目的は、上記した従来の問題を解
決し、例えば車両に搭載された場合に、車両周囲の環境
に応じて正確に障害物を検知して距離を求めることがで
きる障害物検出装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を実現する
障害物検出装置の具体的構成は、特許請求の範囲に記載
した通りである。

【０００７】

【実施例】図１は本発明による障害物検出装置の一実施
例を示すブロック図で、車両に搭載されて車両の衝突防
止システムに用いられる。

【０００８】１は物体（障害物）の像を分割された経路
を経て並列的に２像を結像させるための複数のレンズ及
び絞り２等から構成される光学系、３は光を結像させて
電気信号に変換するＣＣＤ等のｍ×ｎの画素からなる撮
像素子で、光学系１に対して所定の位置に配置されてカ
メラを構成しており、１つの障害物像を２像に結像する
光学系１により、２像が結像される。４は撮像素子３の
信号を取り出すサンプルホールドおよびＣＤＳ回路、５
はサンプルホールド＆ＣＤＳ回路４により取り出された
信号を増幅するアンプ回路、６はアンプ回路５により増
幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換させるＡ／
Ｄ変換器、７はＡ／Ｄ変換器６によりデジタル変換され
た画像信号の処理を行なうＤＳＰ回路、８はＤＳＰ回路
７で処理されたデジタル信号をアナログの映像信号１５
として出力するＤ／Ａ変換器である。

【０００９】９は撮像素子３を駆動させるドライバ回
路、１０は撮像素子３の１画素づつの電荷を読み出すた
めのタイミングジェネレータ（ＴＧ）回路、１１はデジ
タル処理された映像信号を記憶するメモリ−回路であ
る。

【００１０】１２はＤＳＰ回路７により処理された２つ
の像の位相差より障害物の距離を演算するマイコン等よ
りなる測距演算回路で、演算した測距情報を衝突警告表
示回路１３、衝突警告音回路１４に出力する。

【００１１】１６は可視光と、赤外光との切換を行なう
可視／赤外切換回路で、車両の外部環境状態を検出する
外部環境検出回路１７により選択的に切換えが行なわれ
る。図４は、上述した位相差を検出して障害物までの距
離を測定する原理を説明するための図である。この図に
おいて、障害物Ｘ₁ からの光は、レンズＬＮＳによって
Ｘ₂ という像を形成する。このとき、レンズＬＮＳの焦
点距離をｆ、障害物Ｘ₁ からレンズＬＮＳまでの距離を
ｂ、レンズＬＮＳから像Ｘ₂ までの距離をａとすると、
これらの距離の関係は次式のように表わすことができ
る。

【００１２】１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ …（１）（１）式より、レンズＬＮＳ（距離計測装置）から障害
物Ｘ₁ までの距離ｂはｂ＝１／（１／ｆ−１／ａ） …（２）となり、レンズの焦点距離ｆとレンズＬＮＳから像Ｘ₂
までの距離ａが検出できれば、障害物までの距離が検出
できる。

【００１３】ここで、レンズの焦点距離ｆについては、
光学設計あるいは、組立検査工程にて、正確な値を得る
ことができるので、像Ｘ₂ の位置検出手段について説明
する。

【００１４】図５および図６は、本実施例における焦点
検出原理説明図である。対物レンズは、焦点位置調節用
フォーカスレンズＬＮＳＦ（以下フォーカスレンズと呼
ぶ）と、画角変更用ズームレンズＬＮＳＺ（以下ズーム
レンズと呼ぶ）から成っている。

【００１５】これは、焦点位置検出を行なう領域や精度
を可変にすることができるようにすることによって、様
々な状況下において、適正な障害検知を行なえるように
するためであり、一定の条件下で使用するのであれば、
これらのレンズを可変とする必要はない。

【００１６】障害物からの光は、対物レンズＬＮＳＦ、
ＬＮＳＺによって、コンデンサーレンズＬＮＳＣの近傍
に結像する。そして、コンデンサーレンズＬＮＳＣを透
過した光束は、フィルターＦＩＬによって、不必要な波
長域の光例えば、赤外光が取り除かれる。実際には、昼
間は赤外光を除去するようにし、夜間、霧などの悪条件
下では可視光を除去し、赤外光を透過させるように、フ
ィルターの切換を行なうようにしても良い。

【００１７】次に、絞り２は、対物レンズの特定の領域
を透過した光束を取り出すためのもので、この絞り２
を、コンデンサーレンズＬＮＳＣにて、逆投影した絞り
の位置が対物レンズの瞳の位置近傍になるように、コン
デンサーレンズＬＮＳＣのパワーと、絞り２の距離を設
定する必要がある。この条件を満足していれば、撮像素
子３の周辺部の光束が対物レンズの瞳によってけられる
ことを防止することができ、撮像素子３の周辺部の光を
確保することができる。

【００１８】コンデンサーレンズＬＮＳＣ及び絞り２に
よって、対物レンズの瞳分割を行なった光束は再結像レ
ンズＬＮＳＳによって、受光素子ＣＣＤ上に障害物の像
を形成する。これは、コンデンサーレンズＬＮＳＣの近
傍に結像した障害物の空中像を再結像レンズＬＮＳＳに
よって、撮像素子３上に再結像させているためである。
撮像素子３の構成については以下に詳述するが、縦、横
を複数のエリアに分割した撮像素子（エリアセンサー）
であり、受光面上の障害物像を、電気信号に変換する。

【００１９】コンデンサーレンズＬＮＳＣ近傍に結像し
ている障害物像の光軸方向の結像位置（焦点位置）が変
化すると、これに応じて２つの受光素子ＣＣＤ上の２像
の相対位置（位相差）が変化する。この位相差を、撮像
素子３からの像信号を処理して検出することによって、
障害物像の焦点位置を検出するようにしたものである。

【００２０】次に撮像素子３について詳述する。

【００２１】撮像素子３は、図２に示すように、ｍ×ｎ
個の画素から構成されており、幅方向の中心Ｌを境にし
て左右にａゾーンとｂゾーンが形成され、光学系１によ
り形成される２つの像はａゾーンとｂゾーンに夫々結像
される。なお、撮像素子３の各画素からは単独に電気信
号が取り出せる。

【００２２】本実施例の撮像素子３は、一行おきに画素
の上部（入光する部分）にＩＲ（赤外）カットフィルタ
（図２中斜線で示す個所）を貼り付け、赤外カットされ
た撮像領域と、入力された光信号を全て通過させる全波
長通過領域とに分けている。したがって、赤外カットフ
ィルタを貼り付けた画素のみから信号を取り出すと、そ
の映像信号は可視領域の光信号により変換された電気信
号であり、また赤外カットフィルタの貼り付けられてい
ない画素のみから取り出された映像は赤外領域も含めた
光信号が変換された電気信号となる。このような画素毎
の信号の取り出しは、サンプルホールド＆ＣＤＳ回路４
により行なわれ、その出力信号は図３のようになる。

【００２３】図３の（Ａ）は障害物がまったくない場合
で、（Ｂ）はある障害物を撮影した時の撮像出力信号を
表わしている。なお、ａ１，ｂ１はＩＲカットフィルタ
を有する画素列からの可視光線のみの出力信号を示し、
ａ２，ｂ２はＩＲカットフィルタのない画素列からの赤
外線・可視光線を含めた出力信号を示している。

【００２４】次に、上記の信号はＡＭＰ回路５で増幅さ
れ、さらにＡ／Ｄ変換器６でデンジタル信号に加工され
ＤＳＰ回路７に入力される。

【００２５】ここで、ａゾーンの画素列ａ１とｂゾーン
の画素列ｂ１、ａ２とｂ２、・・・・・ａαとｂα、・
・・・ａ_m とｂ_m の像の位相を比較し、測距演算回路１
２で像までの距離を演算し、像（障害物）が何ｍの距離
にあるか前述の方法により求められる。

【００２６】次にその距離が所定の値よりも近い場合
は、衝突警告表示回路１３及び衝突警告音回路に、警告
信号を送り、表示または音で運転手に知らせる。

【００２７】一方、外部環境検出回路１７は、車の周囲
の状況を検出する回路で、例えば、映像信号、色温度セ
ンサー、温度センサー、湿度センサーなどのセンサーに
よって、夜間や霧や大雨の状況を把握し、そのような状
況では可視領域の光線では正確に測距することができな
い。そこで夜間や霧や大雨の時を外部環境検出回路１７
で検出し、夜間や霧や大雨と判断した時は、可視／赤外
切換回路１６で赤外モードに切換え、前述した測距演算
回路１２で赤外線と可視光線を含めた信号による測距演
算を行ない、障害物までの距離を算出し、必要があれ
ば、警告信号を出力する。

【００２８】また、前記の説明では、１ラインの説明を
したが、全てのライン（ｍライン）において、各々の位
相検出し、演算することにより画面内の全ての障害物ま
での距離が得られ、衝突を防止することができる。特
に、夜間や霧や大雨などの見通しが悪い場合において
も、赤外領域の撮像信号出力を使うことによって、障害
物に衝突することを防ぐことが可能となる。

【００２９】なお、本実施例では撮像素子３のＩＲカッ
トフィルタは一行おきに設けているが、これに限定され
るものではなく、任意の画素に設けてもよい。

【００３０】次に、図７のフローチャートを用いてその
動作を説明する。

【００３１】まず、可視モードで測距が可能であるか否
かが確認され（ステップ１）、測距可能であると、赤外
線成分が除去された撮像信号ａ１，ｂ１の信号の位相差
から物体（障害物）までの距離を演算する（ステップ
２）。

【００３２】そして、算出距離及び自己車両の車速（不
図示の車速センサーからの速度情報）に基づいて、自己
車両が物体（障害物）に対し危険距離にある否かが確認
され（ステップ３）、危険距離であると運転者に対し警
告の表示あるいは音、音声を出力する（ステップ４）。

【００３３】次に、ステップ１において、可視モードで
測距が不能であるとされた場合、外部環境検出回路１７
により、外部環境を検出する（ステップ５）。そして、
外部環境が「夜間、霧、雨」等の悪環境で有るかが確認
され（ステップ６）、赤外モードにすべき悪環境である
と、可視／赤外切換回路１６により切換信号が測距演算
回路１２に出力され、赤外モードに切換えられる（ステ
ップ７）。

【００３４】そして、メモリー回路１１から赤外線成分
を含む撮像信号ａ２，ｂ２が読み出され、これらの位相
差から距離が算出される（ステップ８）。この後、ステ
ップ３に進み、危険距離であるか否かが確認され、危険
であると警告の表示、音の出力が行われる（ステップ
４）。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、撮像素子が可視領
域と赤外領域のエリア分けされた構成であり、可視領域
の信号と赤外領域と可視領域を含んだ信号を使いわける
ことにより、より正確に障害物までの距離を算出するこ
とが可能となり、車両に搭載して進行方向の前後の車両
の距離を得るようにすれば、車の衝突を防止することが
できる。

【００３６】すなわち、通常な場合は遠い距離の障害物
までの距離を正確に算出するために、可視光線のみ信号
で測距をし夜間や霧を大雨のように環境状況の悪い場合
は、赤外線と可視光線を含んだ信号で測距することによ
り、正確に障害物までの距離が得られ、その距離が衝突
の危険とみなされる距離においては警告信号を発生し、
運転手に知らせることによって車の衝突を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による障害物検出装置の一実施例を示す
ブロック図。

【図２】図１の撮像素子の構成を示す図。

【図３】図１のサンプルホールド＆ＣＤＳ回路の出力信
号波形図。

【図４】位相検出による測距原理を説明する図。

【図５】図１の光学系を示す図。

【図６】図５の斜視図。

【図７】図１の実施例の動作を説明するフローチャー
ト。

【符号の説明】

１…光学系２…絞り３…撮像素子４…サンプルホー
ルド＆ＣＤＳ回路５…アンプ回路６…Ａ／Ｄ変換器７…ＤＳＰ回路８…Ｄ／Ａ変換器９…ドライブ回路１０…タミングジ
ェネレータ１１…メモリー回路１２…測距演算回
路１３…衝突警告表示回路１４…衝突音警告
回路１６…可視／赤外切換回路１７…外部環境検
出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梓澤勝美東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者荻野滋東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者和田宏之東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者川端隆東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結像された光信号を電気信号に変換する
縦横を複数の領域に分割し、各領域の信号を個々に取り
出し可能とすると共に、該各領域は赤外カットフィルタ
手段を設けたものと赤外カットフィルタ手段を設けない
領域とに分けられた撮像手段と、入射する障害物像を２
つの分割された経路を経て該撮像手段に２像を結像させ
る光学系と、該撮像手段に結像された２像の位相差を検
出して障害物像の距離を演算する測距演算手段と、該測
距演算手段へ出力する２像位相差信号を該撮像手段の赤
外カットフィルタ手段を有する領域のみの信号とそれ以
外の領域の信号を選択する領域切換手段とを有すること
を特徴とする障害物検出装置。
【請求項２】請求項１において、撮像手段はｍ×ｎの
画素から構成されていることを特徴とする障害物検出装
置。
【請求項３】請求項２において、赤外カットフィルタ
は１行おきに設けられていることを特徴とする障害物検
出装置。
【請求項４】請求項１、２又は３において、領域切換
手段は周囲の環境を検出する環境検出手段により切換え
られることを特徴とする障害物検出装置。