JPH09133524A - 距離計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】輝度変化の情報を的確に求め、対象物までの距
離を高精度に計測する。 【解決手段】左右一対の撮像装置１Ａ，１Ｂより出力さ
れる自車両前方の画像信号は、Ａ／Ｄ変換器２Ａ，２Ｂ
を介して距離計算器３に入力される。距離計算器３は、
得られた画像を細かい複数のブロックに分けると共に、
そのブロック毎に左右方向の視差を求めて、当該視差か
ら対象物までの距離を計測する。かかる場合、隣接する
ブロックを左右方向に互いに重なり合わせながら、順々
に各ブロックについて視差が求められる。その結果、電
柱や標識等、地面に垂直に立設されている物体に対して
もその輝度情報が的確に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、距離計測装置に
係り、詳しくは車両に搭載し、当該車両と障害物までの
距離を計測するための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】距離計測装置として、左右２つの撮像装
置を用い、この撮像装置により得られた二つの画像から
同一対象物を対応させて当該対象物までの距離を計測す
る、いわゆる立体視法を利用した装置が提案されてい
る。かかる立体視法では、２つの異なる視点からの輝度
情報を用いて２つの輝度情報群の位置ずれ（視差）が求
められ、予め計測しておいた２視点間の距離、画角、輝
度情報数等より対象物までの距離が計測される。以下に
その詳細を説明する。

【０００３】図１０は、従来の一般的な立体視法に基づ
く距離計測装置の光学系の概略構成を示す平面図であ
る。図１０（ａ）に示す物体Ｍは、計測される対象物で
ある。距離計測装置には、２つの視点を形成するために
対象物Ｍに対向して２つのレンズ１１，１２が設けら
れ、この２つのレンズ１１，１２の後ろにそれらの光軸
Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ一致する撮像素子１３，１４が設
けられる。光軸Ｓ１，Ｓ２は互いに平行な位置関係にあ
る。撮像素子１３，１４は、例えば、ＣＣＤ（Charge C
oupled Device ）で構成される。

【０００４】ここで、図中の「Ｄｅ」はレンズ１１，１
２と対象物Ｍとの距離、「ｆ」はレンズ１１，１２の焦
点距離、「Ｚ１」，「Ｚ２」はそれぞれ対象物Ｍからレ
ンズ１１，１２を経て撮像素子１３，１４へ焦点を結ぶ
点と光軸Ｓ１，Ｓ２との距離、「Ｐ」は光軸Ｓ１，Ｓ２
間のピッチである。また、図１０（ｂ）は、図１０
（ａ）の一方の撮像装置を移動させ、両者の光軸を重ね
た状態にしたものである。図１０（ｂ）に示すように、
三角形ＡＢＣと三角形ＡＤＥは互いに相似形になり、
（Ｚ１＋Ｚ２）とＰとの比は、ｆとＤｅとの比と同じに
なる。式にすると、 （Ｚ１＋Ｚ２）：Ｐ＝ｆ：Ｄｅ となり、これを変形すると、下記式が得られる。

【０００５】Ｄｅ＝Ｐ・ｆ／（Ｚ１＋Ｚ２） 上式において、ピッチＰ，レンズ１１，１２の焦点距離
ｆが既知であるため、（Ｚ１＋Ｚ２）を求めれば、対象
物Ｍまでの距離Ｄｅが算出できることになる。ここで、
（Ｚ１＋Ｚ２）を求めるには、左右の画像中の対象物の
輝度値を少しずつずらしながら比較し、最も一致するず
らし量を該当の値とする。即ち、このずらし量が（Ｚ１
＋Ｚ２）に相当し、このずらし量（Ｚ１＋Ｚ２）を視差
という。

【０００６】前記の最も一致するずらし量（視差）を求
める方法として、輝度情報の一致度を調べる方法に相関
計算を使う。以下、相関計算の方法について一般的な方
法を説明する。

【０００７】図１１は、車両に搭載された距離計測装置
において左右いずれかの撮像装置にて得られた画像を示
し、かかる画像は例えば８×８画素で構成される格子状
の小領域（以下、ブロックという）で分割されている。
また、図１２は、図１１の１つのブロックが８×８画素
で構成される状態を示しており、本相関計算では左右一
組のブロック２１，２２について画像を比較する。な
お、説明を簡素化するために、ここでは図１３に示すよ
うな縦１画素・横８画素（１×８）の一次元画像（ライ
ン）２３，２４に置き換えて説明する。

【０００８】図１４は、図１３のライン２３，２４の輝
度値をそれぞれに取り出して示すグラフであり、図中、
実線は右画像の輝度値、破線は左画像の輝度値を示す。
同図において、左画像のグラフを右画像のグラフに重な
るまでずらしたずらし量が視差に相当する。

【０００９】この場合、図１３に示す左右の一次元画像
の輝度値の並びを数列として扱い、それらを「ａn 」，
「ｂn 」として次式にて相関値Ｖ（ｉ）を計算する。

【００１０】

【数１】 但し、「ｉ」はずらし量、「ｎ」は画像の画素番号、
「Ｗ」は領域の大きさ（この事例では８）である。そし
て、この事例では、右画像のデータを基準として、左画
像のデータを１画素ずつずらして、即ち「ｉ」を１つず
つ増やして相関値Ｖ（ｉ）を計算する。

【００１１】図１５は、相関値Ｖ（ｉ）の計算結果を示
すグラフであり、このグラフで相関値Ｖ（ｉ）が最小値
となる点のずらし量ｉが視差である。なお、補間計算に
よって前記最小値をとるずらし量ｉを計算する方法もい
くつか提案されている。一方、二次元画像で視差を求め
る場合には、左右の二次元画像の輝度値の並びを数列と
して扱い、それらを「ａm,n 」，「ｂm,n 」として次式
にて相関値Ｖ（ｉ）を計算する。

【００１２】

【数２】

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の距離
計測装置では、以下に示す問題を生ずる。即ち、二つの
画像を比較する上記方式は、対象とするブロックの中に
輝度のパターンが存在することが必要であり、特に輝度
の大きな変化を含むことが有効である。しかし、ブロッ
クの中の輝度の変化がなく一様な場合には、図１５のグ
ラフにおいて相関値Ｖ（ｉ）が最小をなす点が不明確に
なる。また、前記図１１に示すように、電柱２５や標識
２６等、地面に垂直に立設された物体が画像内に存在す
る場合において、当該電柱２５等の輪郭が左右に隣接す
るブロックに跨がってしまうと、そこが輝度の急変する
部分であっても該当する輝度情報が得られないという場
合が生じる。かかる場合、輝度の変化があるにもかかわ
らず視差の計算ができなくなる。極端な場合には、画像
でははっきりと電柱があるにもかかわらず、距離が全く
計測されないことが起こりえる。

【００１４】この発明は、上記問題に着目してなされた
ものであって、その目的とするところは、輝度変化の情
報を的確に求め、対象物までの距離を高精度に計測する
ことができる距離計測装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】先ず以て、本発明の距離
計測装置は、一定間隔を離して設けられ、対象物の画像
を得る一対の撮像手段と、得られた画像を細かい複数の
ブロックに分けると共に、そのブロック毎に各撮像手段
の離間方向の視差を求めて、当該視差から対象物までの
距離を計測する距離計測手段とを備える。そして、請求
項１に記載の発明は、前記複数のブロックを撮像手段の
離間方向に互いに重なり合わせた距離計測装置をその要
旨としている。また、請求項２に記載の発明は、前記撮
像手段の離間方向に一列に並んだブロックを、前記離間
方向に直交する方向の列間で所定のずらし量をもって配
列した距離計測装置をその要旨としている。

【００１６】かかる請求項１又は２に記載の発明によれ
ば、隣接するブロックを撮像手段の離間方向に重ね合わ
したこと、又は同離間方向に一列に並んだブロックを離
間方向に直交する方向の列間で所定のずらし量をもって
配列したことにより、電柱や標識等、地面に垂直に立設
されている物体に対してもその輝度情報を的確に得るこ
とができる。また、特に請求項１に記載したようにブロ
ックを重ね合わせるようにすれば、画像内に対象物が存
在する場合において、同対象物の輝度パターンをいずれ
かのブロック内で確実に捉えることができる。その結
果、いかなる場合にも、対象物までの距離を高精度に計
測することができる。

【００１７】また、請求項１又は２に記載の発明におい
て、請求項３に記載の発明では、撮像手段は、対象物の
複数本の一次元画像を得るようにした。この場合、画面
内の画像情報を得るための演算処理（視差計算等）が少
なくなり、演算負荷を軽減することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下、この発明を具体化した第１の
実施形態を図面に従って説明する。

【００１９】図１は、本実施形態の構成を示す概略図で
ある。同図において、撮像手段としての撮像装置１Ａ，
１Ｂは、前記図１０で説明した左右一対のレンズ及び撮
像素子を有し、自車両前方の画像信号を出力する。同撮
像装置１Ａ，１ＢにはＡ／Ｄ変換器２Ａ，２Ｂが接続さ
れ、同Ａ／Ｄ変換器２Ａ，２Ｂは前記画像信号を例えば
２５６階調の輝度値に変換する。Ａ／Ｄ変換器２Ａ，２
Ｂには、例えばマイクロコンピュータを中心に構成され
る距離計算器３が接続されている。距離計算器３は、左
右画像の輝度情報から相関計算を行うと共に、同計算に
よる相関値の最小値から視差を検出する視差検出部４
と、視差検出部４により検出された視差から対象物まで
の距離を計算する距離計算部５と、対象物までの距離が
自車両にとって危険域にあるか否かを判断する判断部６
とを備える。また、判断部６には、計測された距離、又
は障害物に対する警告等を表示する距離又は警告表示器
７が接続されている。

【００２０】なお、図１では、距離計算器３を機能ブロ
ック毎に図示したが、実際には各ブロックの処理はマイ
クロコンピュータによる演算処理にて一括して実施され
る。本実施形態では、距離計算器３により距離計測手段
が構成されている。

【００２１】次に、本実施形態における作用を図２，図
３を用いて説明する。本作用の概略を説明すれば、従来
技術では基準となる画像（例えば右画像）に対して、図
１１の如く区画されたブロック毎に相関計算並びに視差
検出を行っていたが、本実施形態では左右に隣接するブ
ロックを半ブロックずつオーバーラップさせて相関計算
並びに視差検出を行う。即ち、図３においては、８×８
画素で構成されるブロックＢ１〜Ｂ３が半ブロック（４
画素）ずつオーバーラップして設定され、Ｂ１→Ｂ２→
Ｂ３の順に相関計算並びに視差検出が行われる。以下、
視差検出処理を図２を用いて詳細に説明する。

【００２２】図２は、本実施形態における画面全体の視
差検出処理を示す概略フローであり、本処理は距離演算
器３により所定時間毎（例えば、０．２秒毎）に実行さ
れる。さて、図２がスタートすると、先ずステップ１０
１では、例えば右画像を基準として、同画像の所定ブロ
ックに対応する左画像のブロックについてその時の輝度
情報に応じた相関値Ｖ（ｉ）を算出する。

【００２３】また、続くステップ１０２では、補間計算
を行って相関値Ｖ（ｉ）が最小となる点（ずらし量ｉ＝
視差）を算出する。ここで、補間計算は例えば次の手順
に従って行われる。即ち、図４に示すように、相関値Ｖ
（ｉ）が最小を示した点Ｃ２の前後の点Ｃ１，Ｃ３で
は、相関値（ｉ）はＣ１＞Ｃ３であるから、点Ｃ１と点
Ｃ２とを通る直線Ｌ１を引く。次に、垂線に対して直線
Ｌ１と対称で且つ点Ｃ３を通る直線Ｌ２を引き、これら
直線Ｌ１，Ｌ２の交点Ｃｏのずらし量ｉｏを補間値とす
る。こうして算出されたずらし量ｉｏが視差となる。

【００２４】その後、ステップ１０３では、直前に視差
検出を終えたブロックが画像内の列の終わりのブロック
であったか否かを判別し、終わりのブロックでなけれ
ば、ステップ１０３を否定判別してステップ１０４に進
む。ステップ１０４では、ブロックの開始点を半ブロッ
ク分（４画素分）だけ進める。そして、前述のステップ
１０１〜１０３を再度実行する。こうして、図３のＢ１
→Ｂ２→Ｂ３のように半ブロック分をオーバーラップさ
せて視差検出が行われる。

【００２５】画像内の列の終わりに達すると、ステップ
１０３が肯定判別され、ステップ１０５に進む。ステッ
プ１０５では、画像内の一番最後の列であったか否かを
判別し、最後の列でなければ、同ステップ１０５を否定
判別してステップ１０６に進む。ステップ１０６では、
視差検出を実施する列を次の列に進める。そして、前述
のステップ１０１〜１０５を再度実行する。その後、画
像内の一番最後の列の最終ブロックについて視差検出が
完了すると、同処理を一旦終了する。

【００２６】そして、距離計算器３は、上記の如く算出
された視差に基づいて、前方車両や電柱や標識等、障害
物までの距離を算出する。以上詳述した本実施形態によ
れば、撮像装置１Ａ，１Ｂの離間方向（本実施形態では
左右方向）に隣接するブロックを重ね合わしたことによ
り、電柱や標識等、地面に垂直に立設されている物体に
対してもその輝度情報を的確に得ることができる。ま
た、画像内に対象物が存在する場合において、同対象物
の輝度パターンをいずれかのブロック内で確実に捉える
ことができる。その結果、いかなる場合にも、対象物
（障害物）までの距離を高精度に計測することができ
る。

【００２７】なお、上記実施形態では、４画素分（半ブ
ロック分）をオーバーラップさせて視差検出を行った
が、図５に示すように、２画素分をオーバーラップさせ
て視差検出を行うように変更してもよい。かかる場合、
距離計算器３の演算負荷が軽減される。

【００２８】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態を図６〜図８を用いて説明する。但し、本実施
形態の構成等において、前記第１の実施形態と共通する
部分については説明を省略する。なお、図６は、本実施
形態における視差検出処理を示すフローチャートであ
り、これは第１の実施形態における図２のフローチャー
トに相当する。また、図７は、画像内のブロックを上下
に隣接する列で半ブロックずつずらして区画設定した図
であり、図８は上記の如く区画されたブロックに自車両
の前方画像を組み合わせた図である。以下、本実施形態
の視差検出処理を図６に従って説明する。

【００２９】さて、図６がスタートすると、先ずステッ
プ２０１では、画像内のブロック位置の初期設定を行
う。かかる初期設定では、例えば画像最上列の最も左に
位置するブロックが視差検出の開始ブロックとして設定
される。また、続くステップ２０２，２０３では、前記
図２と同様に、左右画像の対応するブロックについて輝
度情報に応じた相関値Ｖ（ｉ）を算出すると共に、補間
計算を行って相関値Ｖ（ｉ）が最小となる点（ずらし量
ｉ＝視差）を算出する。

【００３０】その後、ステップ２０４では、直前に視差
検出を終えたブロックが画像内の列の終わりのブロック
であったか否かを判別し、終わりのブロックでなけれ
ば、ステップ２０４を否定判別してステップ２０５に進
む。ステップ２０５では、視差検出の対象ブロックを次
のブロックに進める。そして、前述のステップ２０２〜
２０４を再度実行する。

【００３１】画像内の列の終わりに達すると、ステップ
２０４が肯定判別され、ステップ２０６に進む。ステッ
プ２０６では、視差検出する対象列を次の列（下の列）
に進める。ステップ２０７では、次の列が最上列から数
えて奇数番目であるか又は偶数番目であるかを判別す
る。ここで、列番号は図７に示す如く決められる。そし
て、奇数番目であれば、ステップ２０８でブロックの開
始点を半ブロック分戻し、偶数番目であれば、ステップ
２０９でブロックの開始点を半ブロック分進める。

【００３２】その後、ステップ２１０では、画像内の一
番最後の列であったか否かを判別し、最後の列でなけれ
ば、前述のステップ２０２〜２０９を再度実行する。そ
の後、画像内の一番最後の列の最終ブロックについて視
差検出が完了すると、同処理を一旦終了する。

【００３３】上述した第２の実施形態によれば、撮像装
置１Ａ，１Ｂの離間方向に一列に並んだブロックを、離
間方向に直交する方向（本実施形態では、上下方向）の
列間で所定のずらし量をもって配列したことにより、電
柱や標識等、地面に垂直に立設されている物体に対して
もその輝度情報を的確に得ることができる。その結果、
いかなる場合にも、対象物までの距離を高精度に計測す
ることができる。

【００３４】なお、本発明は上記実施形態の他に次の様
態にて具体化することができる。 （１）撮像装置１Ａ，１Ｂにより得られた画像について
視差検出を実行する領域を次のように設定してもよい。
即ち、上記第１，第２の実施形態では画面全体、即ち二
次元画像を得る構成としていたが、これ撮像装置１Ａ，
１Ｂによる走査間隔を拡げて複数本の一次元画像を得る
構成に変更してもよい。かかる場合、例えば図９に示す
如くブロックが設定される。これにより、画面内の画像
情報を得るための演算処理（視差計算等）が少なくな
り、演算負荷を軽減することができる。本実施形態は、
請求項３に記載した発明に相当する。

【００３５】（２）上記第２の実施形態では、上下方向
に隣接する列間で各々のブロックを半ブロックずつずら
したが、このずらし量をブロックの１／３や１／４等に
変更してもよい。

【００３６】（３）上記各実施形態では、一対の撮像装
置１Ａ，１Ｂの離間方向を左右方向としたが、これを上
下方向に変更してもよい。この場合、視差検出時におけ
るブロックのずらし方向が上下方向に変更されるため、
前記第１の実施形態を実現するには、上下方向に隣接す
るブロックを重ね合わせればよい。また、前記第２の実
施形態を実現するには、上下方向に一列に並んだブロッ
クを、左右方向で隣接する列間で互いにずらして配列す
ればよい。

【００３７】（４）上記各実施形態では、距離計算器３
をマイクロコンピュータにて構成し、視差分布や距離の
計測をソフト処理にて実現したが、これを電気回路等の
ハードにて構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態における距離計測装置の構成
を示すブロック図。

【図２】第１の実施形態における視差検出処理を示すフ
ローチャート。

【図３】前後する視差検出の対象ブロックを重ね合わせ
た状態を示す図。

【図４】補間によるずらし量の計算例を説明するための
グラフ。

【図５】前後する視差検出の対象ブロックが重ね合わせ
た状態を示す図。

【図６】第２の実施形態における視差検出処理を示すフ
ローチャート。

【図７】第２の実施形態におけるブロックの区画状態を
示す図。

【図８】第２の実施形態におけるブロックと画像とを組
み合わせて示す図。

【図９】他の実施形態におけるブロックと画像とを組み
合わせて示す図。

【図１０】一般的な立体視法に基づく距離計測装置の構
成を示す図。

【図１１】画像と格子状に区画されたブロックとを組み
合わせて示す図。

【図１２】左右のブロックを二次元で示す図。

【図１３】左右のブロックを一次元で示す図。

【図１４】左右画像の輝度値と画素のずらし量との関係
を示すグラフ。

【図１５】相関値と画素のずらし量との関係を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ…撮像手段としての撮像装置、３…距離計測
手段としての距離計算器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定間隔を離して設けられ、対象物の画像
   を得る一対の撮像手段と、 得られた画像を細かい複数のブロックに分けると共に、
   そのブロック毎に各撮像手段の離間方向の視差を求め
   て、当該視差から対象物までの距離を計測する距離計測
   手段とを備えた距離計測装置において、 前記複数のブロックを撮像手段の離間方向に互いに重な
   り合わせたことを特徴とする距離計測装置。
2. 【請求項２】一定間隔を離して設けられ、対象物の画像
   を得る一対の撮像手段と、 得られた画像を細かい複数のブロックに分けると共に、
   そのブロック毎に各撮像手段の離間方向の視差を求め
   て、当該視差から対象物までの距離を計測する距離計測
   手段とを備えた距離計測装置において、 前記撮像手段の離間方向に一列に並んだブロックを、前
   記離間方向に直交する方向の列間で所定のずらし量をも
   って配列したことを特徴とする距離計測装置。
3. 【請求項３】前記撮像手段は、対象物の複数本の一次元
   画像を得るものである請求項１又は２に記載の距離計測
   装置。