JPS60236014A - 車両用３次元測距装置 - 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】 く技術分野〉 本発明は、先行車追従、障害物検知等のための車両用３
次元測距装置に関する。

〈従来技術〉 従来の測距装置として、自動焦点カメラ用の／ｌ！１距
装置炉装置。そして、これを応用した？、のとして、２
つの２次元イメージセンリに、１すｉｌられる画像を画
素毎にパターンマツチング（７、■ノー１−ングされた
画素の座標のズレから一角ａｔＩｌｈｔに、１５．（測
距をするものが考えられ°（いる。

しかし、このような装；打Ｃは、Ｑ′Ｌに画素間１／Ｉ
　ｔｈｉ＋１が最小値となるものを見一つ１１てパター
ンマツチングするため、物体に１Ｑ様が４１゛い場合（
例λば壁などの場合）、パターンマノーエーングの６Ｉ
ｌｌ差が人きく、正確に測距できないという間Ａ’ｆ１
点かあ、、た。例えば、第８図（Ａ）に示−４，ｌ゛う
に物体を２箇所から撮像し、第８図（Ｉ３）に示す１Ｌ
うな２−）の画１象を得たものとして、パターンマツチ
ングする場合、一方の画像のｉ＝ｌの画素と仙／、の画
像のｊ２の画素とのマツチングは良＆（に１１う、二と
がＣきるが、ｉ＝２の画素とｊ・−３〜６の画素と（１
１全゛Ｃ画素間距離が等しくなっ゛こしょうから、画像
の小さな乱れで大きなマツチングＣじぐを牛１；　’（
Ｌ　；Ｉ：　）。

また、レーザス、１−ヤナを用いた測１／ｌｌＪ法も＋
）ｊ７１６これは、第９図に示すように、レーザ光源５
１からＸ軸ミラー５２及びＹ軸ミラー５３を介して物体
にレーザ光を照１・１シ、かつＸ軸ミラー５２及びＹ軸
ミラー５３に、ｌ−リレーリ′スポットを掃引する。そ
して、２次元ＣＣＤカメラ５４によりレンズ５４ａを通
して（最像面５４ｂにレーザ光を撮像し、その撮像面５
４ｂにお＋ＪるＬ・−ザスボソトの座標（ｘ、ｙ）から
、三角測演によって、物体の距離と角度（方向）とをめ
る。峰しくは、撮像面５４ｂの座標（ｘ、ｙ）と、予め
りえられる距１１ｆＲ及びＳと、レーザ照射角度θ、（
ｘ軸）、θ、（ｙ軸）とから、点Ｐ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の３
次元座標をめる。

しかし、このようにレーザ光を用いるものでは、車両応
用の場合、安全−に、レーザ光の強度を上げることがで
きず、そのため遠方の物体は測距不能となり、また太陽
光との区別も必要で、尚課題を残している。

〈発明の目的〉 本発明はこのような従来の問題点に鑑み、物体の模様も
エツジもない部分についても、誤差のない測距を行うこ
とができる、１、うに４るごとを目的とする。

〈発明の構成〉 このため、本発明でｌｅｔ、第１図に示す、１、・）に
、三角測量方式に基づい°（配；ｒｒされた・月の光学
系のそれぞれに対応して設（１られた２次元イメージセ
ンナにより、物体の像を結像して、画像信５Ｊを得、Ｄ
Ｐマツチング手段に、１、す、−・力の＋＋ｂｉ像のあ
る座標軸方向の画素座標と他方の画像のある１４１１軸
方向の画素座標とに、１、り定まる各格子点についてそ
の座標に対応する画素間距離をめＣ１各４ｈ子点の画素
間距離の総和を最小にするマツチング軌跡を検索し、次
いで距ｆ、ＩＩ演算手段に、ｌ、す、マツチング軌跡か
ら画素毎に物体までの距ん１を演１γするようにした。

〈実施例〉 以下に実施例を説明する。

第２図は概略構成を示している。

カメラ１とカメラ２は水平（＋７置にｔｉ′いに平行に
距離Ｒを隔てて配置され、それぞれレンズをｉｌｎ　Ｌ
−てＮＸＭ画崇からなる２次元マトリクス構造の撮像素
子（２次元イメージセンサ）」二に物体の像を結像する
。

カメラ１．２により得られた画像は画像ベクトル生成部
３に送られ、画素毎に数次光のベクトルが発４１−され
る。例えば数種類の空間フィルタリング処理や、カラー
カメラの場合のＲＧＢ信号が考えられる。

次にＤＰマツチング演算部４において、２つの画像間で
画素毎の画像ベクトルを基にしてＤＰマツチングが行わ
れ、そのマツチング軌跡により、距離演算部５において
、各画素毎に対応する物体までの距離が算出される。

第３図にカメラ１とカメラ２でとらえた画像データの一
例を示す。それぞれの水平座標をｔ、ｊとする。Ｎは水
平方向の画素数である。垂直座標は共に一定の値と仮定
する。もし、全ての画素について測距を行う場合は、以
下の処理を各垂直座標に対して行えばよい。

令、ある垂直座標に対し、それぞれの水平座標ｉ、ｊ（
−１〜Ｎ）の画像ベクトルが、Ｘａｉ　（ａ＝１．・・
・・・・Ａ） ｙｍ、（ａ＝１．・・・・・・Ａ） と表されるものとする。Ａはベクトルの次元数で、例え
ばカラー信号を用いるとすわば、八−３となる。このと
き、Ｘ＋＋、ｙｌ；はＲ信号、Ｘ２１＋　ｙｚ、はＧ信
号、Ｘ：ｌｉ＋　ｙ：ｌｊはＩ３信号などとなる。

この場合、一方の画像のある画素と他方の画像のある画
素との画素間距離ｄ　（ｉ、ｊ）ＩＪ次式（チェビシェ
フ距１ｃｆｌｙ）で表される。

ｄ（ｉ、ｊ）＝Σ１ｘ、１−ｙ、、１・Ｗａ（Ｗａは重
み係数である。） 又は、 ｄ（ｉ、　ｊ）　−Ｘ　ｌＩｎ１＋／ｙａＪ旨Ｗ　ａな
どとしてもよい。

この画素間距翔１を用いて、画素間で１）１）マ・ノチ
ングを行う。すなわら、第４図に示す、１、うに−１７
の画素座標ｉと他方の画素座標ｊとに、１、り定τトる
格子状平面を想定し、各格子点について、その座標（ｉ
、ｊ）に対応する画素間距＾１１＋１　（１，Ｊ）をめ
、格子点（１，１）からスタートとして格子点（Ｎ、Ｎ
）に至る経路で、通過する各格子点の画素間ｈ’１ｊｌ
ｔｌｌｄ　（ｉ、ｊ）の総和が最小となるマツチング軌
跡ｊ　＝　ｆ　ｆｉｌを探索する。尚、ＤＰ（ｄｙ−ｎ
ｎｍｉｃ　ｐｒｏｇｒａｎ＋ｍｉｎｇ）マツチングは音
声認識の分野でよく用いられている（１’１７８年２月
　ＩεＥ［Ｔｒａｎ−８ａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ａｃｏｕ
ｓｔｉｃｓ、　５ｐｅｅｃｈ　＆　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒ
ｏｃｅｓｓ−ｉｎｇ　ｖｏｌ＾ＳＳ１’−２６，ｌ１ｈ
ｌ、　Ｐ、４３〜）。

かかるＩ）　ｌ）マツチングは、次の漸化式により行う
。

初朋値　Ｂ（１，１）＝ｗ・ｄ　（１，１）漸化式　ｇ
　（ｉ、ｊ） 制約条件ｊ≧ｉ ここで、ｇ　（１，ｊ）は評価量である。また、Ｗはｔ
ｌ【み係数で、Ｑ＜ｗ＜２である。

尚、−１：記の漸化式によれば、（ｉ、ｊ）の格子点へ
移る経路は第４図に示されるように３通りである。制約
条件ｊ≧ｉはカメラ１．２のレイアウトによるものであ
る。更に、重み係数Ｗを２未満としたのは、Ｗを２以上
にすると、何の模様も２＜い平面物体の場合でも、（ｉ
−１，ｊ　ｌ）から（１、ｊ）へ移行する軌跡が第５図
に破線で小゛・ｊ゛如くとなってしまうからであり、（
Ｉ−１の模様もない平面物体の場合、軌跡口凹凸しない
力が１１．ｉもらし。

く、できるだりｊ−１の直線に平１「に軌跡をとるのが
妥当だ力）らである。

こうして得られるｇ　（Ｎ、Ｎ）６．１：　ｐｌＩＩ像
間の類伯度となるが、本発明で必要なもの口、すｒ１似
度ｅ（１１なく、ＤＰマツチングの軌跡である。

例として、第３図（１３）に１〕Ｉトンノ・Ｊ−ングの
軌跡ｊ　＝　（（１１を示しである。ごごで、物体との
Ｍｌｉｌｄｌは、軌跡−にのｉとｊとの差、ずなわら、
ｉと「（１）との差、に反比例する。

実際のアルゴリズＪ、について、第に図のソ１゛１−チ
ャートに基づいて説明”４る。

Ｓｌで＋−＝＋、ｊ−＋に設定し、Ｓ２でＩｌｌ。

１）　−ｗ−ｄ　（１，Ｉ）をめた後、漸化式の繰返し
演算を行う。

ずなわら、Ｓ３でｊを１アツプし、Ｓ４での判定でｊ＞
Ｎでないときは、そのままＧ５に進んで、漸化式の演算
を行い、再びＳ３に戻ってｊを更に１アツプし、Ｓｉで
ｊ＞Ｎとなるまで、ｉを固定したまま、Ｓ５での漸化式
の演算を繰返す。

そして、ｊ＞Ｎとなったときは、Ｓ４がらＳ６へｉ［ん
でｉを１アンプし、Ｓ７での判定でｉ＞Ｎでないときは
、Ｓ８でｊ−ｊとして、Ｓ４へ戻り、ｊ＞Ｎとなるまで
、１アツプしたｉについて、Ｓ５での漸化式の演算を繰
返す。

こうして、ｉを１からＮまで変化させつつ、各ｌについ
°Ｃ，ｊを１からＮまで変化させて、Ｇ５で漸化式によ
り評価量ｇ　（ｉ、ｊ）を計算し、Ｓ７でｌ＞Ｎとなっ
たときにループから脱出して、１）　Ｐマツチングを終
了する。

また、Ｓ５では、評価Ｎｇ　（１，ｊ）の計算と共に、
マツチング軌跡を知るため、次の処理を行っている。

ｈ、（ｉ、ｊ）、Ｊ　（ｉ、ｊ）４：を軌ｙ亦を表ずデ
ータであり、現座標い、」）を（）１）″１７千ングの
軌跡が通るとすると、その１つ曲のｊ・１・控（，１、
（ｈｔ　（ｉ、ｊ）　、ｈＪ（ｉ、ｊ）　）で表される
。、二わらはメモリに記憶さ−Ｕる。

ＤＰマツチングが終自１ろと、軌跡を陛４１１業を行う
。これは、（Ｎ、Ｎ）からＩ＋ｊｆｉにｈ；（ｉ、Ｊ）
とＪ　（ｉ、ｊ）の値をたどっていＧ１ば、１い。

このため、Ｓ９でｉ　−Ｎ、ｊ−Ｎ、ｋ　Ｏと設定した
後、ＳＩＯでＩＨ（ｋｌ−ｉｔ、（ｉ、ｊ）　、ｆＪｉ
ｋｌ−ｈＪ　（ｉ、ｊ）とする。そして、８１１及びＳ
１２での判定でｉ＝ｌかつＪ−１でないとき番１１、Ｓ
ｌ；（へ進んでｉ−ｈ、（ｉ、ｊ）、ｊ・Ｊ　（１，３
）とし、更にｋを１アツプして、Ｓ１０へ戻る。ごうし
て、ｉ＝１かツｊ　−１となる：ｉ−（：、ｒ＋ｔｈ＋
、ｒ。

ｆｋｌをめる。

次にｊ−１，・・・Ｎのそわぞ４′１に文、１応する軌
０ 跳上の点ｒ（１）をめる。曲＆ｉｌ　ｊ　＝　ｒ　（［
１がマツチング軌跡である。

このため、Ｓ１４でｉ＝ｆ、（ｋｌとし、そのｉに対し
、ｆ　ｆｌｌ＝　ｆ　、　ｆｋｌをめる。そして、Ｓ１
５での判定でに＝ｏでない場合は、ＳＩ６へ進んでｋを
１ダウンして、ＳＩ４へ戻る。こうして、ｋ＝ｏまでｆ
（１）＝　ｆ　、　（ｋｌをめる。

最後に画素ｉに対応する物体までの距離を算出する。こ
れはマツチング軌跡上の座標（ｉ、ｊ）ずなわち（ｉ、
ｆｕｌｌ）の１と「（１）との差に反比例し、次式で表
される。

Ｒはカメラ間の距離、Ｓはレンズと撮像面との距Ａｌｌ
、１（は撮像面にお４Ｊる１画素当りの実距離である。

なぜなら、第７図を参照して説明すると、レンズ軸の水
平座標を１）、１画素当りの実距離をＫとしたとき、 Ｋ１−１）：Ｓ＝Ｔ：Ｚ（１１ １ Ｋ（Ｐ−ｆ（１１）：Ｓ′Ｉ’Ｒ：Ｚｉｌ＋であり、ご
れらから、′１゛４消去４る１１１、ｉ記の代が得られ
る。

ごのため、Ｓ１７でｉｌ、１した桟・、　：ｉ　１ｌｔ
ＣＺ　ｉｌ＋を計算し、Ｓ１９での判η−′ごｉ−Ｎ’
（Ｊ１′い場合４．１、Ｓ２０へ進んごｉを１−〆ノブ
して、５１）（・、１）ぼる。こうして、ｉ＝Ｎまで、
Ｚｌ））の１１０りをｔ（ｉ　ｉｋ　１．、各画素に欠
ｌ応する物体：Ｉ−（の：？１軸１１７．　ｉ１１〜７
．（Ｎ）をめる。

〈発明の効果〉 以１・説明したように本発明Ｇこ、１．わば、２゛つの
２次元イメージセンリに３１、り得らねた画像を１）１
）マツチングにてパターンマツチングし、＝７ノーＩン
グ軌跡により測距を行う３１、・）Ｃごしまたため、１
１力体の模様４）エツジもない部分についで４）、模様
のある部分やエノンの部分からイトさなｌｌｔ定が行％
、Ａ’、’を差の少ない測ｔｌｌｉを行うごとが（きろ
とい′Ｉ効里がｊ゛（られる。

【図面の簡単な説明】

第１図番１１本発明の構成を小ずブｌｉｔ　、、り図、
第２２ し１　ｉ、ｔ　、１、発明の一実施例を示す概略構成図
、第３図（八１．（＋（）は画像データ及びそのＤＰマ
ツチングの一例を小ず図、第４図はＤＰマツチングの説
明図、第５図は同じ＜　Ｄ　Ｉ＞マツチングの説明図、
第（１図【、１本発明の一実施例を示すフローチャー１
・、第７図Ｇ、１光学系の模式図、第８図は従来の測距
方式を小゛１図、第９図は従来のレーザスキャナによる
測距）１式を小ず図である。 １．２・・・カメ−７３・・・画像ベクトル生成部４・
ｌ）１〉マツチング演算部　５・・・距離演ｐ部勃酌出
願人　Ｉ］産自動市株弐会社 代理人　弁理［笹　島　富二雄 ３ ［′ ［′ 第３図（Ｂ） 第５図 （ｉ−１，ｊ）　１　（ｉ、１） （ｉ−１、ｊ−１）　（ｉ　、ｊ−１ン第７図 第８図（Ａ） 第８図（Ｂ） （，１１２３４り［：ｉ７８　Ｎ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 三角測量方式に基づいて配置された一対の光学系のそれ
   ぞれに対応して設けられ、物体の像を結像して画像信号
   を得る２次元イメージセンサと、一方の画像のある座標
   軸方向の画素座標と他方の画像のある座標軸方向の画素
   座標とにより定まる各格子点についてその座標に対応す
   る画素間距離をめて、各格子点の画素間距離の総和を最
   小にするマツチング軌跡を探索するＤＰマンチング手段
   と、マツチング軌跡から画素毎に物体までの距離を演蒐
   する距離演算手段とを備えてなる車両用３次元測距装置
   。