JPH11281350A

JPH11281350A - 車間距離測定装置

Info

Publication number: JPH11281350A
Application number: JP10061698A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ugawa; 洋鵜川
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】先行車両１までの車間距離を計る車間距離測
定装置として、車両前部に前方へ向けた２つのカメラ
３，４（ステレオカメラ）を備えておき、両カメラで撮
影した画像を基に、演算装置５で計算して求めるものが
ある。しかし、車両の直前にできる直前死角領域が比較
的大きく、ここにすっぽりと入ってしまうような走行体
（例、２輪車）があった場合、それを検知することは出
来ず、ましてやそこまでの距離を測定することは出来な
かった。【解決手段】カメラ３，４を車両前部の左右に設置す
る際、それらのカメラの光軸の向きを、車両前方におい
て互いに近寄る側に傾けて（輻輳角θ）設置する。そう
すると、車両の直前に出来る死角領域（△ＣＡ₁Ｂ₁）
が狭くなると共に、直前死角領域最遠点Ｃまでの距離も
短くなる。そのため、車両の直前を走行する小さな走行
体を車間距離測定装置で検知し、そこまでの距離を測定
し得る確率が大となる。なお、距離の測定精度が落ちる
ということはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステレオ視を利用
して先行車両までの車間距離を計る車間距離測定装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】先行車両までの車間距離を計る車間距離
測定装置としては、車両前部の左右に前方へ向けた２つ
のカメラ（ステレオカメラ）を備えておき、両カメラで
撮影した画像を基に、演算装置で計算して求めるものが
知られている。図４は、そのような従来の車間距離測定
装置を説明する図である。図４において、１は先行車
両、２は車両、３，４はカメラ、５は演算装置、６，７
は視野境界線、９，１０は光軸、２αは視野角、αは視
野半角、Ａ，Ｂはレンズ中心点、Ｃは直前死角領域最遠
点、Ｍは中間点、２Ｌは撮像面基準点間距離、Ｒ_Sは直
前死角領域最遠距離である。

【０００３】カメラ３，４と演算装置５とで、車間距離
測定装置を構成している。従来の車間距離測定装置で
は、カメラ３，４は正面前方に向けて設置されている。
両カメラの設置間隔（正確に言えば、撮像面基準点間距
離）は２Ｌであり、その中間点はＭである。光軸９はカ
メラ３の光軸であり、光軸１０はカメラ４の光軸であ
る。カメラ３の視野は２本の視野境界線６で鋭角に区切
られた領域であり、カメラ４の視野は２本の視野境界線
７で鋭角に区切られた領域である。ここでは、両方のカ
メラとも性能が同じであるとし、従って視野角も同じで
２αとしている。即ち、視野は、それぞれの光軸９，１
０を中心として、左右に視野半角αだけ開いた領域とな
る。

【０００４】いずれの視野にも入らない領域が、この車
間距離測定装置の死角領域ということになる。車両２の
中央部前方で交差する視野境界線６，７の交点をＣとす
ると、図４より直ちに明らかなように、死角領域として
は、車両２の直前の領域（△ＡＢＣの領域）と、左
側の視野境界線６より左側の領域と、右側の視野境界
線７より右側の領域との３つが出来る。の死角領域の
ことを「直前死角領域」と言うことにすると、Ｃは直前
死角領域最遠点である。カメラ３，４は、中間点Ｍに対
して左右対称に設置されているから、点Ｃは、中間点Ｍ
より直線ＡＢに直交するよう引いた直線上にある。直前
死角領域最遠距離Ｒ_Sは、中間点Ｍより直前死角領域最
遠点Ｃまでの距離であり、△ＣＡＭに注目することによ
り、次式で求められる。Ｒ_S＝Ｌ／ｔａｎα （１）

【０００５】次に、このような車間距離測定装置で、測
定対象物までの距離を測定し得る原理を説明する。図６
は、従来例での距離の算出を説明する図である。符号は
図４のものに対応し、１１，１２はレンズ、１３はレン
ズ面、１４は撮像面、Ｄは測定対象物、Ｅ，Ｆは撮像面
基準点、ｆは焦点距離、Ｇは画像（結像点）、Ｒは距
離、Ｘ₀は画像シフト量である。レンズ１１，１２は、
そのレンズ面（レンズ中心を通り、レンズの厚み方向に
直交する平面）が一致するよう設置されているものとす
る。１３は、そのレンズ面である。レンズ１１，１２の
焦点距離をｆとすれば、それらの撮像面は、レンズ面よ
り焦点距離ｆだけ離れた面となる。１４は、その撮像面
である。撮像面１４と光軸９との交点Ｅはレンズ１１の
撮像面基準点であり、撮像面１４と光軸１０との交点Ｆ
はレンズ１２の撮像面基準点である。測定対象物がレン
ズの光軸上にあれば、その画像は撮像面基準点に結ばれ
る。

【０００６】説明の便宜上、これから測定しようとして
いる測定対象物Ｄは、レンズ１１の光軸９上にあるもの
とし、そこまでの距離をＲとする。測定対象物Ｄよりレ
ンズ１２のレンズ中心点Ｂを通過する光が、撮像面１４
上に結ぶ画像をＧとする（従って、正確に言えばＧは
「結像点」とでも言うべきであろうが、ここでは単に
「画像」と言うことにする。）。画像Ｇと撮像面基準点
Ｆからのずれが、画像シフト量Ｘ₀である。△ＧＦＢ∽
△ＧＥＤであるから、これを式変形して、が成立する。即ち、測定対象物Ｄまでの距離Ｒは、
（３）式で算出される。ｆ，２Ｌの大きさは、使用する
レンズおよびレンズの設置位置が決まれば定まるから、
ｆ×２Ｌは一定の値である。従って、ＲとＸ₀とは反比
例の関係となる。

【０００７】前記（３）式のＸ₀を変数Ｘで置き換え、
一般形で表すと、次のようになる。図５は、従来例における画像シフト量Ｘと対象物までの
距離Ｒとの関係を示す図である。縦軸は距離Ｒ，横軸は
画像シフト量Ｘである。つまり前記（４）式をグラフに
描いたものであり、ＲとＸとの関係は曲線イの如くとな
る。例えば、画像シフト量がＸｐであった場合、それに
対応する曲線イ上の点はＰとなり、点Ｐに対応する縦軸
の値はＲ_Pであるから、測定対象物までの距離はＲ_Pと
求められる。これがステレオ視を利用した距離測定の原
理である。なお、ステレオ視を利用した車間距離測定装
置に関する従来の文献としては、例えば、特開平９−１
２６７５８号公報がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の車間距離測定装置では、車両の直前にできる直
前死角領域が比較的大きく、ここにすっぽりと入ってし
まうような走行体（例、２輪車）があった場合、それを
検知することは出来ず、ましてやそこまでの距離を測定
することは出来ないという問題点があった。本発明は、
前記のような問題点を解決することを課題とし、出来る
だけ直前死角領域を小さくすることを目的とするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、車両前部の左右に搭載された第１，第
２のカメラと、該第１，第２のカメラで撮影した測定対
象物の画像を基に該測定対象物までの距離を算出する演
算装置とを具えた車間距離測定装置において、前記第
１，第２のカメラの光軸の向きを車両前方において互い
に近寄る側に傾けて、前記第１，第２のカメラを設置す
ることとした。

【００１０】（解決する動作の概要）車間距離測定装置
の第１，第２のカメラを車両前部の左右に設置する際、
それらのカメラの光軸の向きを、車両前方において互い
に近寄る側に傾けて設置する。そうすると、車両の直前
に出来る死角領域が狭くなると共に、直前死角領域最遠
点までの距離も短くなる。そのため、車両の直前を走行
する走行体を画像に捕らえれる領域が広がるので、小さ
な走行体（例、２輪車）であっても車間距離測定装置で
検知し、そこまでの距離を測定する確率が大となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の車間距離測
定装置を説明する図である。符号は図４のものに対応
し、θはカメラ３，４の光軸の向きを車両前方において
互いに近寄るように傾けた角（輻輳角）である。本発明
によるカメラ３の光軸は、カメラ３が正面に向いている
場合の光軸９より、カメラ４側へ輻輳角θだけ傾けられ
た光軸２０となる。そして、カメラ３の視野は、光軸２
０を中心として両側に視野半角αだけ開いた領域、即
ち、図１の視野境界線６で鋭角に区切られた領域とな
る。

【００１２】同様に、カメラ４の光軸は、カメラ４が正
面に向いている場合の光軸１０より、カメラ３側へ輻輳
角θだけ傾けられた光軸２１となる。そして、カメラ４
の視野は、光軸２１を中心として両側に視野半角αだけ
開いた領域、即ち、図１の視野境界線７で鋭角に区切ら
れた領域となる。両方の視野が互いに接近するように傾
けられるから、車両２の中央部前方における視野境界線
６，７の交点である直前死角領域最遠点Ｃは、図４の従
来例の場合より車両２に近くなる。車両２からそこまで
の距離である直前死角領域最遠距離Ｒ_Sは、△ＣＡ₁Ｍ
に注目することにより、次式で求められる（なお、∠Ａ
₁ＣＭ＝α＋θとなることは、幾何学の錯角の知識によ
り理解されよう。）。Ｒ_S＝Ｌ／ｔａｎ（α＋θ）（５）

【００１３】ｔａｎ（α＋θ）＞ｔａｎαであるから
（なぜなら、αも（α＋θ）も９０度より小ゆえ）、
（１）式と比べることにより、本発明における直前死角
領域最遠距離Ｒ_Sの方が従来例のそれより小であること
が、数式的にも証明される。カメラ３，４間の距離（＝
撮像面基準点間距離２Ｌ）は同じであって、直前死角領
域最遠点Ｃまでの距離Ｒ_Sが小になるから、結局、直前
死角領域も狭くなる。その結果、車両２の直前に２輪車
のような小さな走行体があった場合に、それを検知し、
距離を測定できる領域が従来より広がる。

【００１４】車両２の直前死角領域は、カメラ３，４の
光軸の向きを前記のように互いに近寄るように傾けれ
ば、なるほど狭くなり好都合であるが、それにより距離
測定精度が落ちてしまうようでは好ましくない。しか
し、本発明のようにしても、距離測定精度が落ちること
はない。それを、次に説明する。図３は、本発明での距
離の算出を説明する図である。符号は図６のものに対応
し、２０，２１は光軸、２２はレンズ中心点間線、２３
はレンズ面、２４は撮像面、２５はレンズ面、２６は撮
像面、Ａ，Ａ₁，Ｂ，Ｂ₁はレンズ中心点、Ｄは測定対
象物、Ｋ，Ｇは画像、Ｌ₁，Ｌ₂は長さ、Ｘ₁，Ｘ₂は
画像シフト量、β₁，β₂は角、θは輻輳角である。図
３（イ）は全体図、図３（ロ）はレンズ１１の周辺の要
部拡大図である。まず、図３（イ）を基に説明する。

【００１５】カメラ３のレンズ１１の光軸２０は、正面
に向けられていた場合の光軸９に対して輻輳角θだけ傾
けられる。レンズ面２３，撮像面２４は、傾けられたレ
ンズ１１のレンズ面，撮像面であり、両者の間隔は焦点
距離ｆである。図３では、図６との対比のために、レン
ズ１１は、光軸２０と撮像面２４との交点である撮像面
基準点Ｅが、正面に向けられていた場合のそれと一致す
るように設置するものとする。今回測定しようとしてい
る測定対象物Ｄから、レンズ中心点Ａ₁に入射する光の
角度は光軸２０に対してβ₁であるとし、その画像をＫ
とする。測定対象物Ｄが車両の略中央前方の位置にある
今回の場合、画像Ｋは撮像面基準点Ｅより外方（左側）
に出来る。撮像面基準点Ｅから画像Ｋまでの撮像面２４
上での長さＸ₁が、画像シフト量である。

【００１６】同様に、カメラ４のレンズ１２の光軸２１
は、正面に向けられていた場合の光軸１０に対して輻輳
角θだけ傾けられる。レンズ面２５，撮像面２６は、傾
けられたレンズ１２のレンズ面，撮像面であり、両者の
間隔は焦点距離ｆである。レンズ１２は、図６と対比の
ため、やはり光軸２１と撮像面２６との交点である撮像
面基準点Ｆが、正面に向けられていた場合のそれと一致
するように設置するものとする。今回測定しようとして
いる測定対象物Ｄから、レンズ中心点Ｂ₁に入射する光
の角度は光軸２１に対してβ₂であるとし、その画像を
Ｇとする。測定対象物Ｄが車両の略中央前方の位置にあ
る今回の場合、画像Ｇは撮像面基準点Ｆより外方（右
側）に出来る。撮像面基準点Ｆから画像Ｇまでの撮像面
２６上での長さＸ₂が、画像シフト量である。

【００１７】レンズ面１３は、レンズ１１，１２が正面
に向けられた場合のレンズ面であり、両方のレンズの前
後方向の位置が同じにしてあるから、同じ面となる。そ
の場合のレンズ中心点間線も、当然、その面上にある。
撮像面１４は、レンズ１１，１２が正面に向けられた場
合の撮像面であり、レンズ面１３との間隔が焦点距離ｆ
である面である。レンズ中心点間線２２は、レンズ１
１，１２が互いに内側に傾けられた場合のレンズ中心点
を結ぶ線である。レンズ１１，１２は、いずれの場合で
も左右対称の位置に設置されるので、正面に向けられた
場合のレンズ中心点間線（レンズ面１３）と、傾けられ
た場合のレンズ中心点間線２２とは平行となっている。
レンズ中心点間線２２の延長部分と光軸９との交点をＳ
とし、光軸１０との交点をＴとする。

【００１８】測定対象物Ｄよりレンズ面１３，レンズ中
心点間線２２、撮像面１４に対して直交する直線を引
き、それらとの交点をそれぞれＨ，Ｊ，Ｎとする。そし
て、点Ｅと点Ｎとの間の長さをＬ₁とし、点Ｆと点Ｎと
の間の長さをＬ₂とする。従って、２Ｌ＝Ｌ₁＋Ｌ₂ （６）である。また、錯角は等しいから、次のことが言える。 ∠Ａ₁ＤＪ＝θ＋β₁ （７） ∠Ｂ₁ＤＪ＝θ＋β₂ （８）

【００１９】図３（ロ）は、レンズ１１の周辺の要部拡
大図であるが、△Ａ₁ＫＥに注目すると、Ｘ₁＝ｆｔａｎβ₁ （９）ＥＳ＝ｆｃｏｓθ （１０）Ａ₁Ｓ＝ｆｓｉｎθ （１１）が成立する。一方、図３（イ）の△Ａ₁ＤＪに注目する
と、となる。３角関数の加法定理により、

【００２０】式（１３）の右辺の分母，分子にｆを乗じ
たものに、式（９）を代入し、式（１２）の右辺と等
しいと置いた式を変形して、次式を得る。ところで、輻輳角θは通常小さな角度であるので、ｃｏ
ｓθ≒１，ｔａｎθ≒θ，ｆ≫Ｘ₁ｔａｎθ，Ｌ₁≫ｆ
ｓｉｎθと見做せるので、次式が得られる。

【００２１】レンズ１２の方についても同様にして、次
式が得られる。よって、が成り立つ。２つの分数が等しい場合、その分母，分子
を加算した分数とも等しいという分数の定理により、次
式が成り立つ。

【００２２】但し、画像シフト量Ｘ₁，Ｘ₂の値は正負
の符号も含んだ値である。正負の符号は、ずれる方向に
よって異ならせる。例えば、図３において、右方向にず
れた場合を正とすれば、左方向にずれた場合は負とす
る。従って、図３のように測定対象物Ｄが略中央部前方
にある場合（両レンズの光軸２０，２１に挟まれた領域
にある場合）は、画像シフト量Ｘ₁は負となり、画像シ
フト量Ｘ₂は正となる。測定対象物Ｄが、いずれの光軸
２０，２１から見ても同じ側の領域にある場合（共に右
側，または共に左側）、Ｘ₁，Ｘ₂の符号は同じにな
る。Ｘ₁＋Ｘ₂＝Ｘというように、画像シフト量の合計
をＸと置けば、式（１８）は、次式のようになる。

【００２３】式（４）と式（１９）とを対比すれば分か
るように、分母のＸに２ｆθという一定数が加算されて
いる点だけが相違するだけであるので、従来例と同じ精
度で測定対象物Ｄまでの距離が算出できることが分か
る。式（１９）は、グラフで考えれば、式（４）のグラ
フ（図５）を、Ｘ軸方向に「−２ｆθ」だけ平行移動し
たグラフになる。それを、次に示す。図２は、本発明に
おける画像シフト量と対象物までの距離との関係を示す
図である。符号は図５のものに対応する。曲線ロは両者
の関係を表す曲線であるが、横軸であるＸ軸とＸ＝−２
ｆθの直線とを漸近線とする反比例の曲線となる。曲線
ロは、図５の曲線イを平行移動しただけのものである。
例えば、画像シフト量（合計値）がＸ_Qであった場合、
それに対応する曲線ロ上の点はＱとなり、点Ｑに対応す
る縦軸の値はＲ_Qであるから、測定対象物までの距離は
Ｒ_Qと求められる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の車間距離測定
装置によれば、車間距離測定装置の第１，第２のカメラ
を車両前部の左右に設置する際、それらのカメラの光軸
の向きを、車両前方において互いに近寄る側に傾けて設
置するので、車両の直前に出来る死角領域が狭くなると
共に、直前死角領域最遠点までの距離も短くなる。その
ため、車両の直前を走行する小さな走行体（例、２輪
車）でも車間距離測定装置で検知し、そこまでの距離を
測定出来る確率が大となる。なお、カメラの光軸を前記
のように傾けても、測定対象物までの距離の測定精度が
落ちるということはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車間距離測定装置を説明する図

【図２】本発明における画像シフト量と対象物までの
距離との関係を示す図

【図３】本発明での距離の算出を説明する図

【図４】従来の車間距離測定装置を説明する図

【図５】従来例における画像シフト量と対象物までの
距離との関係を示す図

【図６】従来例での距離の算出を説明する図

【符号の説明】

１…先行車両、２…車両、３，４…カメラ、５…演算装
置、６，７…視野境界線、９，１０…光軸、１１，１２
…レンズ、１３…レンズ面、１４…撮像面、２０，２１
…光軸、２２…レンズ中心点間線、２３…レンズ面、２
４…撮像面、２５…レンズ面、２６…撮像面、Ａ，
Ａ₁，Ｂ，Ｂ₁…レンズ中心点、Ｃ…直前死角領域最遠
点、Ｄ…測定対象物、Ｅ，Ｆ…撮像面基準点、Ｇ，Ｋ…
画像、２Ｌ…撮像面基準点間距離、Ｌ₁，Ｌ₂…長さ、
Ｍ…中間点、Ｒ…距離、Ｒ_S…直前死角領域最遠距離、
Ｘ，Ｘ₀，Ｘ₁，Ｘ₂…画像シフト量、ｆ…焦点距離、
α…視野半角、２α…視野角、β₁，β₂…角、θ…輻
輳角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両前部の左右に搭載された第１，第２
のカメラと、該第１，第２のカメラで撮影した測定対象
物の画像を基に該測定対象物までの距離を算出する演算
装置とを具えた車間距離測定装置において、前記第１，
第２のカメラの光軸の向きを車両前方において互いに近
寄る側に傾けて、前記第１，第２のカメラを設置したこ
とを特徴とする車間距離測定装置。