JPWO2006035510A1 - 車両の外界認識装置 - Google Patents

Abstract

従来の外界認譏装置では、画像情報を取得する手段と、信号の送受信により該対象物を検出する物体検知手段とを別々に車体に取り付けているため、これらの情報を組み合わせて外界認識を行う場合に、画像情報を取得する手段及び物体検知手段の車体への取り付け精度によって検知性能が大きく左右されるという課題がある。本発明では、画像情報を取得する手段と、信号の送受信により該対象物を検出する物体検知手段と、を備え、該画像取り込み手段による情報と該物体検知手段による情報とを用いて車両の外界環境を認識する車両の外界認識装置において、画像取り込み手段と物体検知手段とを共通の保持部材に配置することにより、画像情報を取得する手段と物体検知手段との相互間の取り付け誤差が低減される。またこれらの相対的位置関係の課整作業が蘭略化される。

Description

本発明は車両の外界認識装置に関する。

近年、先行車に所定の車間距離等を保って追従するＡＣＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ、追従走行制御装置）や、自動車の車線逸脱の危険性を検知して運転者に警報する車線逸脱警報等の運転支援装置が実用化されている。また衝突の危険性を検知し、衝突回避困難と判断される場合にブレーキの踏み込みをアシストしたり、自動でブレーキをかけたりする運転支援制御（いわゆるプリクラッシュセーフティ）が実用化されている。このような運転支援装置については普及に向けてより安全で便利な制御の実現が期待されている。
上記のような運転支援装置においては、自動車が置かれた外界環境、すなわち周囲の状況や自車，他車の走行状態等を精度よく検出することが、より高度な制御を実現する上で重要である。
この課題を解決する方法として、特開平１１−２６４８６８号公報のように、自車両周囲の状況を撮影する撮像手段と、前記撮像手段による撮影画像から走行車線と他の車両とを少なくとも認識する画像処理手段と、探査すべき領域へ向けて電磁波を放射し該電磁波の反射波を検出することで自車両周囲に存在する他の車両の位置を検出するものがある。
また、外界認識装置の取り付け構造としては、特開平５−３０１５４１号公報に記載のように、ドア・ミラーあるいは、サイドミラーにカメラやセンサを内蔵させ、自動車の前方の対向車の状況や、前方の隣車線の状況を確認できるようにするものがある。
上記従来技術のように、カメラとレーダとを組み合わせて外界環境を認識するものにおいては、カメラで検出された物標とレーダで検出された物標が同じ車両であるか、別の車両であるかを判定する情報処理（マッチング処理）が重要となる。このマッチング処理においては、カメラの撮像方向とレーダの検知方向が所定の精度で一致している必要がある。
しかしながら、上記従来技術では、車両に取り付けた際におけるカメラとレーダとの間の相互取り付け精度の点について配慮がされていない。このため、カメラまたはレーダの車体への取り付け精度で検知性能が大きく左右されるといった課題があった。また、上記カメラとレーダの、筐体もしくは取り付けブラケットは、車両の取り付けの上で、個々に軸調整を行わなければならないといった課題があった。

本発明は、複数のセンサを組み合わせた外界認識装置において、複数のセンサ間相互の取り付け誤差および、経年変化による誤差の変化を低減すること、及び外界認識装置の車両への取り付け作業の簡略化を図ることを目的とする。
上記課題を解決する為、本発明は画像情報を取得する手段と、信号の送受信により該対象物を検出する物体検知手段と、を備え、該画像取り込み手段による情報と該物体検知手段による情報とを用いて車両の外界環境を認識する車両の外界認識装置において、画像取り込み手段と物体検知手段とを共通の保持部材に配置する。

第１図は、複合センサユニットのシステム構成の一実施例。
第２図は、複合センサユニットの一実施例。
第３図は、複合センサユニットの一実施例。
第４図は、複合センサユニットの一実施例。
第５図は、複合センサユニットの車両への取り付けの一実施例。
第６図は、複合センサユニットの車両への取り付けの一実施例。
第７図は、複合センサユニットの車両への取り付けの一実施例。
第８図は、複合センサユニットの車両への取り付けの一実施例。
第９図は、複合センサユニットの一実施例。
第１０図は、センサ実装基板の一実施例。
第１１図は、光軸ずれ量の測定と、補正方法の一実施例。
第１２図は、従来技術の例。

本発明の好適な実施例の説明に先立ち、先行技術の内容と課題について第１２図（ｂ），第１２図（ａ）を用いて説明する。
第１２図（ａ）に示すように、従来はレーダユニット１３とカメラユニット１４の２つのセンサを別々の場所に配置していた。これは、レーダ単体の検知性能に着目して考えれば、レーダユニット１３を車の先端に配置したほうが自身の発信した電波を効率良く受信することができるため、より良い検出精度を得ることができるからであり、また同様にカメラによる画像認識の性能のみに着目するならば、カメラユニット１４はなるべく車両の高い位置から鳥瞰的に捉えたほうが認識しやすいからである。
しかしながら、レーダユニット１３による情報とカメラユニット１４による情報との双方を組み合わせて外界環境を認識する場合には、レーダユニット１３とカメラユニット１４との相対的位置関係を厳密に設定することが望ましい。
このため、従来技術のようにレーダユニット１３とカメラユニット１４とを別々に車体に取り付ける場合には、レーダユニット１３とカメラユニット１４との相対的位置関係が所定の関係となるようにレーダユニット１３とカメラユニット１４を車体に取り付ける必要があり、軸調整の作業を２回行う必要があるという課題が生じる。
また一般に、レーダユニット１３やカメラユニット１４を構成する筐体や基盤の形状には製造上の公差があり、撮像素子もしくはレーダアンテナの基盤への搭載誤差や、筐体と基盤との組み合わせ誤差もある。この他、車両への取り付け等もろもろの誤差が積み上げられる結果、第１２図（ｂ）に示すように、レーダユニット１３とカメラユニット１４は、理論的な取り付け角Ｘ，Ｙ，Ｚに対し、ロール角誤差ΔＸ１及びΔＸ２、ピッチ角誤差ΔＹ１及びΔＹ２、ヨー角誤差ΔＺ１及びΔＺ２を有することになる。
ここで従来技術では、レーダユニット１３とカメラユニット１４を別々に取り付けているため、
ΔＸ１≠ΔＸ２，ΔＹ１≠ΔＹ２，ΔＺ１≠ΔＺ２
となる。よって、センサの車両への取り付けにおいて、レーダユニット１３とカメラユニット１４をそれぞれ別々に軸調整するという作業が発生する。すなわち従来技術では軸調整作業は必ず２回行わなければならない。この軸調整作業は、車体とレーダユニット１３またはカメラユニット１４との取り付け位置，角度を実際に擬似的なターゲットを撮像又は検知させながら調整していく煩雑な作業であるため、軸調整を２回行えば、自動車の組立工程に要する時間が増大し、結果として生産コストも上昇することになる。
以下、図を用いて本発明の好適な実施例について説明する。
第１図は、カメラとレーダを一体化した外界認識装置のシステムブロック図である。
センサ実装基板１には、画像取り込み部２と送受信部３が実装されている。画像取り込み部２は、一般的にＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子を用いる。画像処理部５は、画像取り込み部２で得た画像データから、先行車や対向車との相対距離量、もしくは道路上のレーンマークから求められる自車位置などの定量的なセンサ量を求める。送受信部３には、ミリ波などの送信回路と、その反射信号を受信する受信回路が備えられている。レーダ信号処理部７は、送受信部３で得た送受信の信号を処理し、レーダ検知範囲内にある反射体との距離，相対速度及び方位角度を検知する。例えば、この方位角度情報をもとに、先行車が自車レーン内に存在しているか判断することができる。信号処理部４は、画像処理部５とレーダ信号処理部７の情報に基づいて外界認識量を計算するものであり、例えばマイコンによって実装することができる。ここで光軸誤差記憶部６には、複合センサユニット９と車体との組み付け誤差（光軸ずれ量）が記録されており、信号処理部４は画像処理部５とレーダ信号処理部７の情報に基づいて外界認識量を計算する際に、この光軸誤差記憶部６に記憶された光軸ずれ量の情報を用いる。ここで、画像取り込み部２と送受信部３を同一基板上に設けたので、車体と複合センサユニット９との取り付けに伴う光軸の誤差は双方に共通であり、同じ光軸誤差記憶部６に記憶した共通の情報を用いることができる。なお、組み付け誤差の情報は複合センサユニット９を組み上げたのちに測定し、記憶する。この誤差情報の取得と補正については第１１図を用いて後述する。制御部１０は、複合センサユニット９で算出した外界認識量に基づいて、車両のブレーキやアクセルを制御するコントローラであり、例えば障害物や先行車との距離に応じて車速を制御する。
第２図にセンサ実装基板１の詳細な実施例を示す。センサ実装基板１には撮像素子である画像取り込み部２と、アンテナユニット１が配置されている。この場合、撮像素子とアンテナユニット１間の軸ずれ誤差は、近年の基板実装技術により、極めて小さくすることが可能である。よって、第１２図（ｂ）の記号を引用すると、
ΔＸ１≒ΔＸ２，ΔＹ１≒ΔＹ２，ΔＺ１≒ΔＺ２
とあらわすことができる。つまり、相互の取り付け誤差および経年変化による誤差の変化を、演算処理上無視可能な程度にまで低減することが可能となる。
このように画像取り込み部２と送受信部３との双方を一つのセンサ実装基板１に実装することにより、画像取り込み部２と送受信部３との相対的位置関係は、基盤実装の公差で決定される精度で実質的に一定に保つことが可能となるので、一台一台について、画像取り込み部２と送受信部３との相対的位置関係を調節し、記憶する作業が不要となる。また信号処理部４においても、画像取り込み部２と送受信部３との相対的位置関係のずれを補正する演算が不要となる。
また、車体への取り付け後の振動等に起因する画像取り込み部２と送受信部３との相対的位置関係の変化を実質的に無くすことができるので、従来技術に比べて、外界認識量の計算において相対的位置関係の経年変化を考慮する必要がないという効果が得られる。
さらに本実施例の構成によれば、画像取り込み部２及び送受信部３の車両への取り付けは、複合センサユニット９の車両への取り付けにより一度に行われるので、車両における軸調整の作業は１回のみ行えば済む。
次に、複合センサユニット９の構造の一実施例について、第３図を用いて詳細に説明する。
センサ実装基板１の上に、撮像素子である画像取り込み部２と送受信部３とを実装する。ここで画像取り込み部２と送受信部３についてＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置とヨー角度，ロール角度、ピッチ角度が所定となるように実装する。特に同一のセンサ実装基板１の上に実装することで、画像取り込み部２と送受信部３のヨー角とピッチ角を合わせることができる。
ここでセンサ実装基板１には、画像取り込み部２を駆動する画像取り込み回路部１６及び送受信部３に送信信号を供給する高周波回路部１５を実装する構成とする。またセンサ実装基板１の背面には信号処理部４を配置し、画像処理部５とレーダ信号処理部７を実装して、これらの情報に基づいて外界認識量を計算する。画像取り込み部２の前部には、レンズホルダ１９とレンズ１８を配置する。そして、これらを筐体カバー２０で保護した形状とする。なお、信号処理部４とセンサ実装基板１は基板間接続ハーネス２６で接続されている。車両取り付けブラケット１７は、車両のフレームに取り付けられ、光軸調整部８で車両取り付け後の微調整を可能な構造とする。また複合センサユニット９には筐体側コネクタ２３が設けられており、当該コネクタには複合センサユニット９内部に電源を供給する電源線，グランド線（ＧＮＤ）、及び検知した情報を複合センサユニット９の外部に出力する信号線が集められており、外部のハーネス２５に設けられたハーネス側コネクタ２４と嵌合する構成となっている。
なお、本実施例では、複合センサユニット９内部に信号処理部４を設けて、認識した外界環境の情報を外部に出力することとしたが、画像取り込み部２と送受信部３により取得されたデータを外部機器に送信して、外部機器側でそれぞれの情報を組み合わせて外界認識を行う構成としても良い。
続いて、複合センサユニット９の構造の別の実施例について第４図を用いて説明する。なお基本的な構造は第３図と同一であり、相違点を説明する。
相違点は、筐体カバー２１をレンズ１８も覆う形状とした点である。このことにより、筐体の防水対応を容易にすることが可能である。この構成は複合センサユニット９を従来のレーダユニットのように車両のボンネット下部等に取り付ける場合に特に好適である。このとき第４図（ｂ）に示すように視野窓２２を設け、外界の撮像を考慮する。また、視野窓２２は、偏光フィルタや、光学的パスフィルタの機能を持たせることが可能である。
次に、複合センサユニットの車両への取り付けの実施例について第５図を用いて説明する。なお複合センサユニット９の構造は第３図または第４図と同様である。
第５図に示すように、画像取り込み部２の画素中心と送受信部３の中心とが車体に略垂直な線上に位置するように複合センサユニット９を車両１２に取り付ける。このように取り付けることで、画像取り込み部２と送受信部３との車体横方向への取り付け位置のオフセット量を実質的に無くすることができ、画像情報とレーダ情報とを組み合わせて外界環境を認識する際における、センサ間のオフセット量の補正を省略することが可能となる。
さらに第５図に示すように、画像取り込み部２の画素中心と送受信部３の中心とが、車両中心に対して同軸になるように、複合センサユニット９を車両１２へ取り付ける。この場合、複合センサユニットの取り付け位置を車両の中心に配置することにより、外界環境を認識する際における複合センサユニットのオフセット位置の補正を省略できる。この具体的取り付け例を第６図に示す。
第７図は、複合センサユニットを横置きに配置した場合の実施例である。この場合、複合センサユニット内の、画像取り込み部２の画素中心と、送受信部３の中心が同一車両の左右に対しての中心線と同一にならない。しかしながら、あらかじめ左右に対しての中心線とのオフセット量が設計的に既知であるで、制御時の後処理でそのオフセット量を補正可能である。
第８図に複合センサユニットの車両への取り付けの他の実施例を示す。取り付けられる車両の車種，形状によっては、取り付けスペースや美観上などの都合によって車両のボンネット前方に複合センサユニット９を取り付けることができない場合がある。このような場合には車室内に複合センサユニット９を取り付ける場合が考えられるが、この場合には、車室内への複合センサユニット９の飛び出し量を抑えるため、第８図に示すように複合センサユニットを横置きに配置することが有効である。
第９図（ａ）を用いて、第８図に示す横置き配置型の複合センサユニットについて、より詳細な実施例を示す。第９図（ａ）に示すように、筐体２０内にはセンサ実装基板１が収納されており、このセンサ実装基板１に画像取り込み部２と送受信部３が配置されている。画像取り込み部２の前方にはレンズホルダ１９とレンズ１８が取り付けられており、本実施例ではレンズ１８を筐体２０に設けた穴部から外側に突出させる構成としている。また信号処理部４には、画像取り込み部２で得た画像データに基づいて、例えば先行車や対向車との相対距離量、もしくは道路上のレーンマークから求められる自車位置などのセンサ量を求める画像処理部５と、送受信部３で得た送受信の信号を処理し、例えば、レーダ検知範囲内にある反射体との距離，相対速度及び方位角度等を検知するレーダ信号処理部７が設けられている。
ここで信号処理部４は回路基板により実装することができるが、その場合は、信号処理部４に要求される演算処理能力や放熱等の問題から、基板にはある程度の基板面積が必要となり、一般にその面積はセンサ実装基板１よりも大きくなる。
複合センサユニットの車室内への搭載を考えると、信号処理部４の基板をセンサ実装基板１と略平行に配置した場合には、センサユニットの上下方向の寸法が大きくなり、車室内への飛び出し量が大きくなって運転者に圧迫感を与える可能性がある。そこで第９図（ａ）に示すように信号処理部４の基板を長手方向に配置し、センサ実装基板１との間を基板間接続ハーネス２６で接続する構成とする。ここで基板間接続ハーネス２６は電線を用いてもよいが、第９図（ａ），第９図（ｂ）に示すようにフレキシブルハーネスを用いる方が小型化にはより効果的である。
これにより、複合センサユニット９の車室内への飛び出し量は、センサ実装基板１の上下方向の大きさに依存することになり、信号処理部４の基板をセンサ実装基板１と略平行に配置した場合に比べて、車室内への飛び出し量を低減できる。また本実施例では直方体形状の筐体を用いているが、信号処理部４を収納する部分の上下方向の寸法を、センサ実装基板１を収納する部分の上下方向の寸法よりも小さくすることで、さらに運転者に圧迫感を与えにくい構成とすることができる。
第１０図（ａ），第１０図（ｂ）は、第２図，第３図，第４図，第５図，第９図（ａ），第９図（ｂ）に示したセンサ実装基板１のより詳細な実施例である。センサ実装基板１には、ユニット正面側に、少なくとも撮像素子である画像取り込み部２と導薄で形成された送受信部３を配置する。第１０図（ｂ）はセンサ実装基板１を第１０図（ａ）とは反対側からみた図である。センサ実装基板の背面には、画像取り込み部２を駆動する画像取り込み回路部１６とその配線部および、送受信部３に高周波信号を供給する高周波回路部１５とその配線部を設けている。このように画像処理とレーダの処理系を分離することで、複数のセンサ間の相互干渉を低減することが出来る。ここでいう相互干渉とは、例えば、画像取り込み部２が発する電磁波が高周波回路部１５に影響を与える場合や、設置電位であるＧＮＤ電圧の変動（揺らぎ）により、高周波回路部１５においてノイズレベルが上昇したり、画像取り込み回路部において画像データが乱れたりする場合が考えられる。
第１１図を用いて、複合センサユニット９と車体との取り付けに伴う光軸ずれ量の測定，記憶と、実際の外界認識における補正について説明する。
光軸ずれの調整操作は、ステップＳ１０にて、軸調整実施フラグがＯＮかどうかで移行する。このフラグの確認は、外部スイッチの状態の取り込み、もしくは、マイコンへのデータ通信で行う。このフラグがＯＦＦの場合、ステップＳ２０へ移行し、レーダとカメラの軸誤差値を光軸誤差記憶部６から読み出す。光軸誤差記憶部６は不揮発性メモリなどで構成される。
フラグがＯＮのときは、ステップＳ１１に移行し、決められたターゲットをレーダで計測し、軸調整値として計測する。
なお複合センサユニットの製造後の初期設定では軸調整実施フラグをＯＮとし、ステップＳ２０以下の調整処理を実行して計測した新たな軸誤差を光軸誤差記憶部６に記憶する。
次に、ステップＳ１２で、決められたターゲットの真値から、計測値の誤差ΔＸ１，ΔＹ１，ΔＺ１を取得し、ステップＳ１３へ移行する。ステップＳ１３では、レーダと同様に、決められたターゲットをカメラで計測し、軸調整値として計測する。次に、ステップＳ１４で、決められたターゲットの真値から、計測値の誤差ΔＸ２，ΔＹ２，ΔＺ２を取得する。ステップＳ１５では、以上で求められたそれぞれの軸誤差値を軸誤差記憶装置６へ記憶し、実走行時の補正係数として使えるようにする。
ステップＳ３１からは、実走行時の計測の動作である。ステップＳ３１では、まず、レーダにより障害物の位置Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３を計測する。その後、ステップＳ３２では、ステップＳ２０で計測済みの補正データを用いて、真値Ｘ３′，Ｙ３′，Ｚ３′を求めることができる。
次に、ステップＳ３３で、カメラにより障害物の位置Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４を計測する。
その後、ステップＳ３４では、ステップＳ２０で計測済みの補正データを用いて、真値Ｘ４′，Ｙ４′，Ｚ４′を求めることができる。
ステップＳ３５では、レーダにより求めたＸ３′，Ｙ３′，Ｚ３′とカメラにより求めたＸ４′，Ｙ４′，Ｚ４′を用い、先に述べたカメラによる情報とレーダによる情報とを組み合わせて制御を行う。次に、ステップＳ３６では、センサの総合結果を出力した後、ステップＳ３１に戻り、計測を繰り返す。ここで、ステップＳ３１とＳ３２によるレーダによる計測と、ステップＳ３３とＳ３４によるカメラによる計測の順序は逆でもよい。

画像情報を取得する手段と物体検知手段との相互間の取り付け誤差が低減される。またこれらの相対的位置関係の調整作業が簡略化される。また、車体への取り付け後の振動等に起因する、画像情報を取得する手段と物体検知手段との相対的位置関係の経年変化を実質的に無くすことができる。
さらに外界認識装置を車両に取り付ける際に行う軸調整についても、画像情報を取得する手段と物体検知手段のいずれか一方について調整すれば済むので、車両への取り付けにおける軸調整の作業が軽減される。

Claims (10)

1. 画像情報を取得する画像取り込み手段と、
   信号を送信し、対象物からの反射信号を受信して、該対象物を検出する物体検知手段と、を備え、前記画像取り込み手段による情報と前記物体検知手段による情報とを用いて車両の外界環境を認識する車両の外界認識装置であって、
   前記画像取り込み手段と、前記物体検知手段とを共通の保持部材に配置することを特徴とする車両の外界認識装置。
2. 画像情報を取得する撮像素子と、
   前記撮像素子を駆動する撮像素子駆動部と、
   信号を送信し対象物からの反射信号を受信する送受信部と、
   前記送受信部に高周波信号を供給する高周波回路部と、
   前記画像取り込み手段による情報と前記物体検知手段による情報とを用いて車両の外界環境を認識する信号処理部とを備え、
   前記画像取り込み手段と、前記物体検知手段とを共通の保持部材に配置することを特徴とする車両の外界認識装置。
3. 一方の面に、画像情報を取得する画像取り込み部と、信号を送信し対象物からの反射波を受信する送受信部とを備え、他方の面に前記画像取り込み部を駆動する画像取り込み回路部と、前記送受信部に高周波信号を供給する高周波回路部とを備え、
   前記画像取り込み部と前記送受信部とを同一基準面に配置したことを特徴とするセンサ実装基板。
4. 請求項２において、
   前記撮像素子を覆うレンズホルダと、
   前記レンズホルダに取り付けられたレンズと、
   前記保持部材を覆うカバー部材とを備え、
   前記レンズホルダの一部が、前記カバーに設けられた穴部から突出していることを特徴とする車両の外界認識装置。
5. 請求項２において、
   前記撮像素子を覆うレンズホルダと、
   前記レンズホルダに取り付けられたレンズと、
   前記保持部材を覆うカバー部材とを備え、
   前記カバー部材は、前記レンズホルダ及び前記レンズを覆うように構成され、前記レンズと向かい合う位置に視野窓が設けられていることを特徴とする車両の外界認識装置。
6. 請求項５において、
   前記カバー部材は、偏光フィルタ又は光学的パスフィルタの機能を備えることを特徴とする車両の外界認識装置。
7. 請求項２において、
   前記信号処理部が前記保持部材とは別の部材に設けられており、
   該別の保持部材と前記保持部材とが所定の角度を為すことを特徴とする車両の外界認識装置。
8. 請求項７において
   前記保持部材と前記別の部材とを収納する筐体を備え、
   前記保持部材と前記別の部材とが略直角を為し、
   車両に取り付けられる向きにおいて、前記筐体の前記別の部材を収納する部分の上下方向の寸法が、前記保持部材を収納する部分に比べて小さいことを特徴とする車両の外観認識装置。
9. 請求項２記載の車両の外界認識装置であって、
   前記撮像素子と前記送受信部とが、実質的に車両の中心軸上に位置するように取り付けられていることを特徴とする車両の外界認識装置。
10. 請求項２において、
    該外界認識装置の車体への取り付け時に生じる光軸ずれ量を記憶する光軸誤差記憶部を備え、
    前記信号処理部は、前記光軸誤差記憶部に記憶した光軸ずれ量に基づいて、前記撮像素子の画像処理における光軸誤差補正と、前記送受信部の信号処理における光軸誤差補正とを行うことを特徴とする車両の外界認識装置。

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