JPWO2016117213A1 - 撮像装置及び方法、並びにプログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
撮像画角範囲内に位置する被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像手段と、
前記撮像画角範囲に少なくとも部分的に重なる探知範囲内に存在する物体を検知して、該物体の方向を示す情報及び該物体までの距離を示す情報を出力する探知手段と、
前記探知手段から出力される、前記物体の方向を示す情報及び前記距離を示す情報に基づいて1又は2以上の物体を選択し、選択された物体の前記撮像画像中における位置を示す情報及び前記選択された物体までの距離を示す情報を出力する注目物体選択手段と、
前記注目物体選択手段から出力された、前記選択された物体の位置を示す情報及び前記選択された物体までの距離を示す情報から、前記撮像画像における、前記選択された物体を含む領域を、注目領域として特定する注目領域特定手段と、
前記注目領域特定手段で特定された注目領域における前記撮像画像の明るさを算出する明るさ算出手段と、
前記明るさ算出手段で算出された前記明るさに基づいて前記撮像手段を露光制御する露光制御手段と
を備えることを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態1の撮像装置の構成を示すブロック図である。
図示の撮像装置は、車両に搭載されるものであり、レンズ1と、撮像素子2と、カメラ信号処理回路3と、レーダー4と、注目物体選択回路5と、注目領域特定回路6と、明るさ算出回路7と、露光制御回路8とを有する。
撮像素子2は、撮像面上に形成された被写体像を光電変換して、撮像画像を表す撮像信号を生成する。撮像素子2で生成された撮像信号D2は、カメラ信号処理回路3に供給される。
以下では、撮像素子2により動画撮影が行われ、撮像素子2からフレーム期間毎に撮像信号が出力される場合を想定して説明する。
撮像素子2は、撮像装置を搭載した車両(自車両)の車体の前方を撮像するように設けられており、レンズ1の光軸の方向は、自車両の車体の前方向に一致しているものとする。
出力される映像信号D3は、例えば運転支援処理における物体認識のために利用される。
カメラ信号処理回路3は、また、映像信号D3で表される各フレームの撮像画像の各画素の輝度を表す輝度信号Y3を出力する。輝度信号Y3は、明るさ算出回路7に供給される。
上記の階調補正処理においては、例えばガンマ特性の階調特性となるようにテーブルを参照して階調補正を行う。
上記の輪郭補正処理においては、例えば平滑処理などで鈍った輪郭を、例えば高域通過フィルタで強調することで補正する。
上記の色補正処理においては、R信号、G信号、及びB信号に対してマトリクス演算を行うことで色相、及び彩度を補正する。
レーダー4は、図2に示すように、送出信号を生成する送信部41と、送出信号に対応する送出電波を特定方向に送出し、各物体からの反射電波を受信する指向性の高いアンテナ42と、アンテナ42で受信した電波から反射波を抽出する受信部43とを備え、送出波及び反射波から、探知範囲内の物体の方向と距離を測定する。
レーダー4は、測定された方向を示す情報(方向情報)D4a及び距離を示す情報(距離情報)D4bを、各物体の位置情報D4として出力する。
方向情報D4aで示される方向は、撮像素子2の撮像画像内の位置に対応付けられている。撮像画像内の位置は、例えば、撮像画像内の水平方向位置及び垂直方向位置で表される。
以下では、レーダー4による物体の検知は、撮像素子2による撮像に同期して、即ち、同じ周期で、且つ同じタイミングで行われるものとする。
位置情報D4は注目物体選択回路5に供給される。
選択した物体の位置を示す情報D5には、選択した物体の、撮像画像中における位置を示す情報D5aと、自車両から当該物体までの距離を示す情報D5bが含まれる。
上記のように、レーダー4から出力される位置情報D4に含まれる方向情報D4aで示される方向は、撮像画像内の位置に対応付けられている。従って、レーダー4から出力される、各物体についての方向情報D4aから、撮像画像内の対応する位置を特定することができる。
注目物体選択回路5はさらに、レーダー4から出力される、各物体について距離情報D4bから、上記の選択された物体までの距離を示す情報D5bを抽出する。
露光制御は、露光条件のパラメータ、即ち、撮像素子2に対する露光時間Teの制御及びカメラ信号処理回路3に対する信号増幅ゲインGsの制御により行われる。露光制御回路8は、露光時間Teの制御のための制御信号Ctを撮像素子2に供給し、信号増幅ゲインGsの制御のための制御信号Cgをカメラ信号処理回路3に供給する。
明るさ算出回路7から輝度平均値Yavが入力されると、露光制御回路8は、露光時間Te及び信号増幅ゲインGsの調整を行う。
逆に、輝度目標値Yrfよりも輝度平均値Yavが小さければ、露光時間を長くする調整、或いは信号増幅ゲインを大きくする調整を行う。
なお、レンズ1の絞りを制御して露光制御を行っても良い。
調整後の露光時間Te又は信号増幅ゲインGsの値は、次のフレーム期間以降における撮像に際して、撮像素子2及びカメラ信号処理回路3に供給されて、露光制御に用いられる。
図示の例では、自車両(図示しない)が、片側2車線の道路の追越し車線TFLを走行して、トンネルTNにさしかかった場合を想定している。
レーダー4は、検知した物体の位置を示す情報(位置情報)D4として例えば、自車両から見た、物体の方向を示す情報(方向情報)D4a、及び自車両から物体までの距離を示す情報(距離情報)D4bを出力する。
その場合、同じ物体からの反射波が受信された方向範囲のうちの中心の方向、或いは同じ物体から反射波の強度が最も強い方向を、物体の中心の方向とみなす。
また、物体の中心の方向からの反射波に基づいて計算される距離を物体の中心までの距離として扱う。
レーダー4としては、比較的低性能のものを想定しており、レーダー4の出力からは、物体の大きさ及び形状を正確に知ることはできず、従って物体の種類を特定することはできないものとする。
各物体までの距離を示す情報D5bとしては、レーダー4から出力される同じ物体までの距離を示す情報D4bをそのまま用いることができる。
図5の例では、物体Dが自車両からの距離が最も短く、従って注目度が最も高いと判定される。この場合、注目物体選択回路5は、物体Dを選択する。
図6には、特定された注目領域Rdに含まれる物体Dのほか、物体A、B、及びCが、背景シーン(トンネルTN、中央分離帯MD、車線区分線LM)とともに示されている。注目領域Rdの位置関係をわかりやすくするためである。
図6に示す例では、注目領域Rdは、その全体がトンネルTNの外部にある。日中、快晴の場合、トンネルTNの外は明るい。従って、撮像画像のうち、注目領域Rd内の部分の輝度平均値Yavは高い。このように輝度平均値Yavが高い場合には、露光時間を短くする調整、或いは信号増幅ゲインを小さくする調整が行われる。
その結果、カメラ信号処理回路3から出力される映像信号D3で表される画像の明るさが変わり、注目領域Rdにおいて、明るさが最適に制御された画像が得られる。即ち、注目領域Rd内の画像部分が白飛びすることなく、注目領域Rd内の物体Dの視認性の高い画像が得られる。
上記のように、自車両に対する物体A〜Dの相対位置が、図3と同じであるので、レーダー4による探知結果は、図5と同じである。
図10に示すように、注目領域Rdは、トンネルTN内部に位置しており、注目領域Rdの輝度平均値が低いため、例えば、露光時間を長くする調整、或いは信号増幅ゲインを大きくする調整が行われる。
その結果、図11に示すように、トンネル外に位置する物体Aは白飛びするものの、物体Dの視認性の高い画像が得られる。
撮像素子を用いず、レーダーのみで障害物を検知するシステムでは、障害物の種類を特定できず、例えば車両であるか否かも判別できない場合がある。
これに対して、上記の実施の形態では、レーダーと撮像素子とを組合せることで、レーダーで検知した物体のうちの注目度の高い物体が最適露光となるように露光制御を行うので、注目度の高い物体が黒潰れ或いは白飛びすることなく視認できるという効果が得られる。従って、運転の支援、或いは事故の防止を図る上で有効である。
図12は、本発明の実施の形態2の撮像装置の構成を示すブロック図である。
図12の撮像装置は、図1の撮像装置と概して同じであるが、注目物体選択回路5の代わりに注目物体選択回路5bが設けられ、進行方向検知回路10が付加されている点で異なる。
上記以外の構成要素の動作は、実施の形態1の図1の説明と同様であり、同様の処理を行うので説明を省略する。
図12の注目物体選択回路5bは、図1の注目物体選択回路5と概して同じであるが以下の点で異なる。
例えば、各物体の方向が自車両の進行方向に近いほど、方向評価値を高くするとともに、各物体の距離が短いほど、距離評価値を高くし、方向評価値と距離評価値とを総合することで注目度を決める。この場合、方向評価値が高いほど注目度を高くするとともに、距離評価値が高くなるほど注目度を高くする。そして、注目度が最も高い物体を選択する。
この場合にも、実施の形態1で説明したのと同様に、注目物体選択回路5bで選択された物体Aの中心を中心とし、物体Aが大型車両であると仮定して、その距離に応じた大きさの領域Raを特定する。例えば、図13に示す領域Raを特定し、注目領域として明るさ算出回路7に通知する。
物体AはトンネルTN内にあり、領域Raは撮像画像中のトンネルTNの部分内にある。
トンネルTN内にある領域Raは比較的輝度平均値が低いので、例えば、露光時間を長くする調整、或いは信号増幅ゲインを大きくする調整が行われる。その結果、注目領域Raにおいて、明るさが最適に制御された撮像画像が得られる。即ち、注目領域Ra内の画像部分が黒潰れすることなく、注目領域Ra内の物体Aの視認性の高い画像が得られる。
この場合、レーダー4により探知された物体の位置は、図9のごとくである。注目物体選択回路5bは、自車両の進行方向を重視して注目度の評価を行い、その結果、自車両と同じ車線に位置する物体Aが注目度が最も高いと判定する。そして、注目領域特定回路6は、図15に示すように、物体Aに対応する注目領域Raを特定する。
図17は、本発明の実施の形態3の撮像装置の構成を示すブロック図である。
図17の撮像装置は、図1の撮像装置と概して同じであるが、注目物体判別回路11が付加され、注目領域特定回路6の代わりに注目領域特定回路6cが設けられている。
注目物体判別回路11は、映像信号D3のうち、情報D5aで示される位置の、予め定められた大きさの領域(解析領域)の画像を解析し、物体の種類を判別する。
判定結果を示す情報D11は、注目領域特定回路6cに供給される。
判定結果が大型車両以外であることを示す場合、注目領域特定回路6cにより特定される注目領域は、実施の形態1の場合の注目領域よりも小さくなる。
注目領域特定回路6cは、注目領域を示す情報D6を、明るさ算出回路7に供給する。
注目領域特定回路6cは、注目領域Rmdを示す情報を明るさ算出回路7に供給する。
その結果、カメラ信号処理回路3から出力される映像信号D3で表される画像の明るさが変わり、注目領域Rmdにおいて、明るさが最適に制御された撮像画像が得られる。即ち、注目領域Rmd内の画像部分が白飛びすることなく、注目領域Rmd内の物体Dの視認性の高い画像が得られる。
その結果物体Dの視認性が一層向上する。
図17の撮像装置は、図1の撮像装置に対して変形を加えたものであるが、図12の撮像装置に対しても同様の変形を加えることができる。
図20は、本発明の実施の形態4の撮像装置の構成を示すブロック図である。
図20の撮像装置は、図12の撮像装置と概して同じであるが、注目物体判別回路11が付加され、注目領域特定回路6の代わりに注目領域特定回路6cが設けられている。
注目物体判別回路11及び注目領域特定回路6cは実施の形態3に関して説明したのと同じものである。
この場合、注目物体判別回路11は、注目物体選択回路5bから、撮像画像中の物体Aの位置を示す情報D5aを受け、該情報D5aで示される位置に対応する、映像D3中の画像部分を解析して、物体Aが小型車であると判定し、判定結果を示す情報D11を、注目領域特定回路6cに供給する。
注目領域特定回路6cは、注目領域Rmaを示す情報を明るさ算出回路7に供給する。
その結果物体Aの視認性が一層向上する。
図23は本発明の実施の形態5の撮像装置の構成を示すブロック図である。図23の撮像装置は図1の撮像装置と概して同じであるが、注目物体選択回路5の代わりに注目物体選択回路5cが設けられ、車線検知回路12が新たに付加されている。
実施の形態1に関し、図6及び図7を参照して説明した例では、注目度が最も高い物体のみを選択して、選択した物体を含む領域を注目領域として、該注目領域の輝度に基づいて露光制御を行うこととしている。しかしながら、選択する物体の数は一つに限定されない。即ち、複数の物体を選択し、それぞれ選択した物体を含む複数の領域を注目領域とし、複数の注目領域の輝度に基づいて露光制御を行うこととしても良い。
図24の撮像装置は、図1の撮像装置と概して同じである。但し、注目物体選択回路5、注目領域特定回路6、及び明るさ算出回路7の代わりに注目物体選択回路5d、注目領域特定回路6d、及び明るさ算出回路7bが設けられている。
この結果、注目領域Rb及びRdにおいて明るさが最適に制御された画像が得られる。即ち、注目領域Rb及びRd内の画像部分が白飛びすることなく、注目領域Rb及びRd内の物体B及びDの視認性の高い画像が得られる。
実施の形態2〜5に対しても同様の変形を加えることができる。
実施の形態6では、複数の物体を選択し、選択した物体に対応する複数の領域を注目領域とする場合、複数の注目領域をまとめて一つの検波枠とし、該検波枠についての輝度平均値を求めて、求めた輝度平均値に基づいて露光制御を行う。このようにする代わりに、撮像素子2による撮像の、互いに異なるフレーム期間に互いに異なる注目領域を指定し、指定された注目領域を検波枠として、輝度平均値を求め、求めた輝度平均値に基づいて定められた露光条件を、その後に同じ注目領域が指定されるフレーム期間の撮像に適用することとしても良い。以下選択される物体の数がM(Mは2以上の整数)、従って、注目領域の数がMであるものとして説明する。この場合、撮像装置はMフレーム期間を1動作周期乃至動作サイクルとして動作する。
カウンタ14のカウント値mは明るさ算出回路7d及び露光制御回路8dに供給される。
具体的には、1動作周期のm番目のフレーム期間に得られた撮像画像については、m番目の注目領域を検波枠として輝度平均値Yavmを計算する。
例えば、Mが2であり、注目領域Rb及びRdが特定された場合、注目領域Rb及びRdの各々を交互に、即ち1フレーム期間おきに、注目領域Rb、Rdの輝度平均値Yav1、Yav2を計算する。
明るさ算出回路7dは、上記の計算結果Yavmを露光制御回路8dに供給する。
具体的には、1動作周期のm番目のフレーム期間における撮像に際しては、メモリ81に記憶されている露光条件のパラメータTem、Gsmを用いて、撮像素子2及びカメラ信号処理回路3に対する露光制御を行う。
処理対象となる撮像画像が、1動作周期のm番目のフレーム期間に得られた撮像画像であることは、カウンタ14のカウント値がmであることから確認可能である。
例えば、図1、図17、図23、図24又は図27の、レンズ1、撮像素子2、及びレーダー4以外の各部分の機能をそれぞれ別個の処理回路で実現してもよいし、複数の部分の機能をまとめて一つの処理回路で実現しても良い。同様に、図12又は図20の、レンズ1、撮像素子2、レーダー4、及び進行方向検知回路10以外の各部分の機能をそれぞれ別個の処理回路で実現してもよいし、複数の部分の機能をまとめて一つの処理回路で実現しても良い。
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
第1の入力インターフェース53Aには、撮像素子2からの撮像信号D2が入力される。
Claims (15)
- 撮像画角範囲内に位置する被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像手段と、
前記撮像画角範囲に少なくとも部分的に重なる探知範囲内に存在する物体を検知して、該物体の方向を示す情報及び該物体までの距離を示す情報を出力する探知手段と、
前記探知手段から出力される、前記物体の方向を示す情報及び前記距離を示す情報に基づいて1又は2以上の物体を選択し、選択された物体の前記撮像画像中における位置を示す情報及び前記選択された物体までの距離を示す情報を出力する注目物体選択手段と、
前記注目物体選択手段から出力された、前記選択された物体の位置を示す情報及び前記選択された物体までの距離を示す情報から、前記撮像画像における、前記選択された物体を含む領域を、注目領域として特定する注目領域特定手段と、
前記注目領域特定手段で特定された注目領域における前記撮像画像の明るさを算出する明るさ算出手段と、
前記明るさ算出手段で算出された前記明るさに基づいて前記撮像手段を露光制御する露光制御手段と
を備えることを特徴とする撮像装置。 - 前記注目物体選択手段は、前記探知手段から出力される、各物体についての前記距離を示す情報で表される各物体までの距離が短いほど、当該物体の注目度を高く評価し、該注目度に基づいて物体の選択を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記撮像装置は、車両に搭載されるものであり、
ハンドルの操舵方向から、当該車両の進行方向を検知して、進行方向を示す情報を出力する進行方向検知手段をさらに備え、
前記注目物体選択手段は、
前記進行方向検知手段から出力された前記進行方向を示す情報と、前記探知手段から出力された前記物体の方向を示す情報及び前記物体の距離を示す情報とに基づいて、物体の選択を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記注目物体選択手段は、
前記探知手段から出力される、各物体についての前記方向を示す情報で表される各物体の方向が、前記進行方向に近いほど、当該物体の注目度を高く評価し、該注目度に基づいて物体の選択を行う
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 - 前記撮像装置は、車両に搭載されるものであり、
前記撮像画像から、前記撮像画像中の車線区分線および中央分離帯の位置を検出し、検出した前記車線区分線および中央分離帯の位置を示す情報を出力する車線検知手段をさらに備え、
前記注目物体選択手段は、
前記車線検知手段から出力される前記車線区分線および中央分離帯の位置を示す情報と、前記探知手段から出力される前記物体の方向を示す情報及び前記距離を示す情報とに基づいて、物体の選択を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記注目領域特定手段は、
前記注目物体選択手段で選択された物体について、当該物体が、想定される複数種類の物体のうちで最も大きい種類のものであると仮定した場合に、前記撮像画像において、当該物体が占めると推定される部分を含む領域を、前記注目領域として特定する
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記注目物体選択手段は、前記物体の方向を示す情報及び前記距離を示す情報に基づいて、複数の物体を選択し、
前記注目領域特定手段は、前記注目物体選択手段で選択された複数の物体について、それぞれ注目領域を特定する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記明るさ算出手段は、前記複数の物体についてそれぞれ特定された複数の注目領域を一つの検波枠として明るさを算出することを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
- 前記撮像手段は、前記被写体の動画撮像を行ってフレーム期間毎に前記撮像画像を出力し、
前記明るさ算出手段は、各フレーム期間において、前記複数の物体についてそれぞれ特定された複数の注目領域の一つを検波枠として、明るさを算出する
ことを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。 - 前記露光制御手段は、あるフレーム期間において、前記複数の注目領域の一つを検波枠として算出した明るさに基づいて、露光条件を調整し、調整後の露光条件を、その後同じ注目領域を検波枠として明るさを算出するフレーム期間の撮像の際に用いることを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。
- 前記撮像手段から出力される撮像画像から、前記注目物体選択手段で選択した物体の種類を判別する注目物体判別手段をさらに備え、
前記注目領域特定手段は、前記注目物体判別手段で判別された物体の種類に基づいて前記注目領域を決定する
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記注目物体判別手段は、
前記注目物体選択手段で選択された物体について、当該物体が、想定される複数種類の物体のうちで最も大きい種類のものであると仮定した場合に、前記撮像画像において、当該物体が占めると推定される部分を解析することで、当該物体の種類を判別する
ことを特徴とする請求項11に記載の撮像装置。 - 撮像画角範囲内に位置する被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像手段と、
前記撮像画角範囲に少なくとも部分的に重なる探知範囲内に存在する物体を検知して、該物体の方向を示す情報及び該物体までの距離を示す情報を出力する探知手段とを備える撮像装置における撮像方法であって、
前記探知手段から出力される、前記物体の方向を示す情報及び前記距離を示す情報に基づいて1又は2以上の物体を選択し、選択された物体の前記撮像画像中における位置を示す情報及び前記選択された物体までの距離を示す情報を生成する注目物体選択ステップと、
前記注目物体選択ステップで生成された、前記選択された物体の位置を示す情報及び前記選択された物体までの距離を示す情報から、前記撮像画像における、前記選択された物体を含む領域を、注目領域として特定する注目領域特定ステップと、
前記注目領域特定ステップで特定された注目領域における前記撮像画像の明るさを算出する明るさ算出ステップと、
前記明るさ算出ステップで算出された前記明るさに基づいて前記撮像手段を露光制御する露光制御ステップと
を備えることを特徴とする撮像方法。 - 請求項13に記載の撮像方法における処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項14に記載のプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
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