WO2021193645A1 - ゲーティングカメラ、センシングシステム、車両用灯具 - Google Patents

ゲーティングカメラ、センシングシステム、車両用灯具 Download PDF

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WO2021193645A1
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WO
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range
light
light source
gating camera
lighting device
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Inventor
原田　知明
安男 中村
Original Assignee
株式会社小糸製作所
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q1/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor
    • B60Q1/02—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments
    • B60Q1/04—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • This disclosure relates to a gating camera.
  • An object identification system that senses the position and type of objects existing around the vehicle is used for automatic driving and automatic control of the light distribution of headlamps.
  • the object identification system includes a sensor and an arithmetic processing unit that analyzes the output of the sensor.
  • the sensor is selected from cameras, LiDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging), millimeter-wave radar, ultrasonic sonar, etc. in consideration of application, required accuracy, and cost.
  • Depth information cannot be obtained from a general monocular camera. Therefore, when a plurality of objects located at different distances overlap, it is difficult to separate them.
  • the TOF camera is known as a camera that can obtain depth information.
  • a TOF (TimeOfFlight) camera emits infrared light with a light emitting device, measures the flight time until the reflected light returns to the image sensor, and obtains an image obtained by converting the flight time into distance information. be.
  • a gating camera instead of a TOF camera has been proposed (Patent Documents 1 and 2).
  • the gating camera divides the shooting range into a plurality of ranges, changes the exposure timing and the exposure time for each range, and captures images a plurality of times. As a result, slice images are obtained for each target range, and each slice image contains only objects included in the corresponding range.
  • the present disclosure has been made in such circumstances, and one of the exemplary purposes of that aspect is to provide a gating camera that can obtain good sliced images over different distance ranges.
  • the gating camera is a gating camera that divides into a plurality of ranges in the depth direction and generates a plurality of slice images corresponding to the plurality of ranges, and can control the light emission timing and the light distribution. It includes a lighting device that irradiates probe light, an image sensor that can control the exposure timing, and a controller that controls the light emission timing and light distribution of the lighting device and the imaging timing of the image sensor for each range.
  • good slice images can be obtained in different distance ranges.
  • FIG. 8A is a diagram showing a headlamp including a lighting device
  • FIG. 8B is a diagram illustrating irradiation ranges of a plurality of light sources.
  • FIG. 9 (a) to 9 (c) are views for explaining the light distribution of the lighting device of FIG. 10 (a) and 10 (b) are views showing an automobile equipped with a gating camera. It is a block diagram which shows the lamp for a vehicle provided with the object detection system.
  • the gating camera is a gating camera that divides the depth direction into a plurality of ranges and generates a plurality of slice images corresponding to the plurality of ranges, and can control the light emission timing and the light distribution.
  • a lighting device that irradiates probe light, an image sensor that can control the exposure timing, and a controller that controls the light emission timing and light distribution of the lighting device and the imaging timing of the image sensor for each range.
  • a good slice image can be obtained by switching the light distribution of the probe light according to the distance.
  • the light distribution of the lighting device may be set so that the range in the horizontal direction becomes narrower as the range becomes farther, and the peak brightness decreases.
  • the range in the horizontal direction becomes narrower as the range becomes farther, and the peak brightness decreases.
  • the light distribution of the lighting device when shooting the closest range may be substantially flat, at least in the range of plus or minus 10 ° to the left and right.
  • the light distribution of the lighting device when shooting the farthest range may include 90% or more of the total light amount in the range of plus or minus 10 ° to the left and right.
  • the illuminating device may include a plurality of light sources, each of which is responsible for different irradiation ranges in the horizontal direction.
  • the emission intensity of each light source may be controlled according to the range.
  • the lighting device may include a first light source to a sixth light source.
  • the first light source and the fourth light source illuminate the first range centered on 0 °
  • the second light source illuminates the second range whose center is located to the left of the center of the first range
  • the third light source illuminates the second range.
  • the center illuminates the third range located to the left of the center of the second range
  • the fifth light source illuminates the fourth range whose center is located to the right of the center of the first range
  • the sixth light source is the center. May irradiate the fifth range located to the right of the center of the fourth range.
  • the first to third light sources may be built into the left headlamp, and the fourth to sixth light sources may be built into the right headlamp.
  • the lighting device of the gating camera can be built into the headlamp while maintaining the left-right symmetry of the headlamp.
  • FIG. 1 is a block diagram of an object identification system 10 including the gating camera 20 according to the embodiment.
  • This object identification system 10 is mounted on a vehicle such as an automobile or a motorcycle, and determines the type (also referred to as a category or class) of an object OBJ existing around the vehicle.
  • the object identification system 10 is a sensing system, and mainly includes a gating camera 20 and an arithmetic processing unit 40.
  • the gating camera 20 includes a lighting device (floodlight) 22, an image sensor 24, and a controller 26.
  • the imaging by the gating camera 20 is performed by dividing into a plurality of N (N ⁇ 2) ranges RNG 1 to RNG N in the depth direction. Adjacent ranges may overlap in the depth direction at their boundaries.
  • the lighting device 22 irradiates the probe light L1 to the front of the vehicle in synchronization with the light emission timing signal S1a given from the controller 26.
  • the probe light L1 is preferably infrared light, but is not limited to this, and may be visible light having a predetermined wavelength.
  • a laser diode (LD) or an LED can be used as the lighting device 22 .
  • the lighting device 22 is a variable light distribution lamp, and its light distribution can be controlled according to the light distribution control signal S1b from the controller 26.
  • the image sensor 24 is configured to be capable of exposure control synchronized with the exposure timing signal S2 given from the controller 26 and to be able to generate a slice image IMG.
  • the image sensor 24 has sensitivity to the same wavelength as the probe light L1 and photographs the reflected light (return light) L2 reflected by the object OBJ.
  • the controller 26 controls the timing of irradiation of the probe light L1 by the lighting device 22 and imaging by the image sensor 24 for each range.
  • the controller 26 changes the light emission timing signal S1a and the exposure timing signal S2 for each range RNG to change the time difference between the light emission by the lighting device 22 and the exposure of the image sensor 24.
  • the light emission timing signal S1 defines the light emission start timing and the light emission time.
  • the exposure timing signal S2 defines the exposure start timing (time difference from the light emission) and the exposure time.
  • the controller 26 changes the light distribution control signal S1b for each range RNG to switch the light distribution of the lighting device 22.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the basic operation of the gating camera 20.
  • FIG. 2 shows a state when measuring the i-th range RNG i.
  • the lighting device 22 emits light during the light emission period ⁇ 1 between the times t 0 and t 1 in synchronization with the light emission timing signal S1a.
  • a diagram of rays with time on the horizontal axis and distance on the vertical axis is shown. From gating camera 20, the distance d MINi up before the boundary of the range RNG i, the distance to the far side of the boundary of the range RNG i and d MAXi.
  • T MINi 2 ⁇ d MINI / c Is. c is the speed of light.
  • T MAXi 2 ⁇ d MAXi / c Is.
  • the controller 26 may repeat the above-mentioned exposure operation a plurality of times in a predetermined period ⁇ 2.
  • FIG. 3 (a) and 3 (b) are diagrams illustrating slice images obtained by the gating camera 20.
  • the object to the range RNG 2 (pedestrian) OBJ 2 are present, there is an object (vehicle) OBJ 3 to the range RNG 3.
  • FIG. 3 (b) shows a plurality of slice images IMG 1 to IMG 3 obtained in the situation of FIG. 3 (a).
  • the image sensor is exposed only by the reflected light from the range RNG 1, so that no object image is captured in the slice image IMG 1.
  • the image sensor When the slice image IMG 2 is photographed, the image sensor is exposed only by the reflected light from the range RNG 2, so that only the object image OBJ 2 is captured in the slice image IMG 2. Similarly, when the slice image IMG 3 is photographed, the image sensor is exposed only by the reflected light from the range RNG 3, so that only the object image OBJ 3 is captured in the slice image IMG 3. In this way, according to the gating camera 20, it is possible to separate and shoot an object for each range.
  • the gating camera 20 generates a plurality of slice images IMG 1 to IMG N corresponding to the plurality of ranges RNG 1 to RNG N. Only the objects included in the corresponding range RNG i are captured in the i-th slice image IMG i.
  • the arithmetic processing unit 40 is configured to be able to identify the type (class or category) of an object based on a plurality of slice images IMG 1 to IMG N corresponding to a plurality of ranges RNG 1 to RNG N obtained by the gating camera 20. Will be done.
  • the arithmetic processing unit 40 includes a classifier 42 implemented based on a trained model generated by machine learning.
  • the algorithm of the classifier 42 is not particularly limited, but YOLO (You Only Look Once), SSD (Single Shot MultiBox Detector), R-CNN (Region-based Convolutional Neural Network), SPPnet (Spatial Pyramid Pooling), Faster R-CNN. , DSSD (Deconvolution -SSD), Mask R-CNN, etc. can be adopted, or algorithms developed in the future can be adopted.
  • the arithmetic processing unit 40 can be implemented by combining a processor (hardware) such as a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), or a microcomputer, and a software program executed by the processor (hardware).
  • a processor such as a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), or a microcomputer
  • the arithmetic processing unit 40 may be a combination of a plurality of processors. Alternatively, the arithmetic processing unit 40 may be configured only by hardware.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating light distribution control of the gating camera 20 of FIG.
  • FIG. 4 shows the light distribution patterns LD N , LD M , and LD F corresponding to the three ranges.
  • a short-distance range RNG N a wide light distribution pattern LD N is formed in the horizontal direction
  • a narrow light distribution pattern LD F is formed in the horizontal direction.
  • a range RNG M a light distribution pattern LD M having a width of about the middle in the horizontal direction is formed.
  • Figure 5 (a) ⁇ (c) are diagrams illustrating a short distance, middle distance, the light distribution pattern LD N for long distance, LD M, an example of LD F.
  • the horizontal axis represents the horizontal angle
  • the vertical axis represents the emission intensity. 0 ° corresponds to the front of the vehicle.
  • a short distance means within 20 m from the own vehicle
  • a medium distance means 20 to 50 m from the own vehicle
  • a long distance means 50 m or more.
  • the light distribution of the lighting device is determined so that the range in the horizontal direction becomes narrower as the range becomes farther, and the peak brightness decreases.
  • the light distribution when shooting the closest range is substantially flat, at least in the range of plus or minus 10 ° to the left and right.
  • the light distribution when shooting the farthest range is such that the light is concentrated in the range of plus or minus 10 ° to the left and right, and includes 90% or more of the total amount of light.
  • the above is an example of light distribution.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a comparative technique.
  • the same light distribution is used regardless of the distance (range), and the emission intensity is changed according to the distance.
  • the intensity of the reflected light from a near object and the intensity of the reflected light from a distant object can be made uniform.
  • a good image can be obtained in a plurality of ranges by switching the light distribution according to the shooting range, that is, the distance.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the lighting device 22.
  • the lighting device 22 includes a plurality of light sources 30_1 to 30_N (N ⁇ 2) and a lighting circuit 32 for driving them.
  • a plurality of light sources 30 _ 1 ⁇ 30_N are each configured to be able irradiate the irradiation range ⁇ 1 ⁇ ⁇ N different horizontally.
  • individual irradiations of a plurality of light sources 30_1 to 30_N are combined to form a light distribution pattern.
  • the lighting circuit 32 is configured so that the brightness of the plurality of light sources 30_1 to 30_N can be controlled independently.
  • the lighting circuit 32 changes the brightness of the plurality of light sources 30_1 to 30_N based on the light distribution control signal S1b, thereby switching to a different light distribution pattern for each range.
  • FIG. 8A is a diagram showing headlamps 302L and 302R provided with the lighting device 22.
  • the lighting circuit 32 is provided for each of the left and right lamps.
  • the lighting device 22 includes the first light source 30_1 to the sixth light source 30_6.
  • the first light source 30_1 to the third light source 30_3 are built in the left headlamp 302L
  • the fourth light source 30_1 to the sixth light source 30_6 are built in the right headlamp 302R.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating irradiation ranges of a plurality of light sources.
  • the first light source 30_1 and the fourth light source 30_1 irradiate the first range ⁇ 1 (-10 to 10 °) centered on 0 °.
  • the second light source 30_2 irradiates the second range ⁇ 2 ( ⁇ 20 to 0 °) whose center is located on the left side of the center of the first range ⁇ 1.
  • the third light source 30_3 irradiates the third range ⁇ 3 (-30 to ⁇ 10 °) whose center is located on the left side of the center of the second range ⁇ 2.
  • the fifth light source 30_5 irradiates the fourth range ⁇ 4 (0 to 20 °) whose center is located on the right side of the center of the first range ⁇ 1.
  • the sixth light source 30_6 irradiates the fifth range ⁇ 5 (10 to 30 °) whose center is located on the right side of the center of the fourth range ⁇ 4.
  • the irradiation ranges ⁇ 1 and ⁇ 3 , ⁇ 1 and ⁇ 5 , and ⁇ 2 and ⁇ 4 may overlap.
  • FIG. 9A when forming the light distribution for a short distance, the brightness of the first light source 30_1 and the fourth light source 30_4 is weakened, whereby the light distribution LD N is flat over a wide irradiation angle. Is formed.
  • FIG. 9B when forming the light distribution for a medium distance, the brightness of the light sources 30_3 and 30_6 corresponding to the outer irradiation area is lowered, and conversely, the light source corresponding to the central irradiation area is reduced. The brightness of 30_1 and 30_4 is increased. Accordingly, the light distribution pattern LD M is formed. As shown in FIG.
  • the irradiation range of the light sources 30_1 and 30_4 is defined so as to match the width of the light distribution pattern to be formed when photographing a distant range.
  • the light distribution can be switched by controlling the brightness of a plurality of light sources for each range.
  • Modification example 1 In the embodiment, the case of switching the three types of light distribution of short distance, medium distance, and long distance has been described, but the present invention is not limited to this, and four or more types of light distribution may be switched, or the short distance may be switched. You may switch between two ways, long distance and long distance.
  • the configuration of the lighting device 22 is not limited to that described in the embodiment.
  • a light source for a short distance, a light source for a medium distance, and a light source for a long distance may be provided and switched for each range.
  • FIG. 10 (a) and 10 (b) are views showing an automobile 300 equipped with a gating camera 20. See FIG. 10 (a).
  • the automobile 300 includes headlamps (lamps) 302L and 302R.
  • one lighting device 22 is provided in the center of the vehicle, and the image sensor 24 is built in either or both of the left and right headlamps 302L and 302R.
  • the position of the lighting device 22 is not particularly limited, but may be provided on, for example, the front bumper (i) or the front grill (ii), or may be mounted on the back side (iii) of the rearview mirror inside the front window.
  • the position of the controller 26 is not particularly limited, and may be provided in the engine room, in the vehicle interior, or built in the headlamp.
  • FIG. 10 (b) This configuration corresponds to the lighting device 22 of FIG.
  • the lighting device 22 is divided into left and right headlamps 302L and 302R and mounted.
  • the image sensor 24 may be built in one of the headlamps 302L and 302R, or may be built in both. Alternatively, the image sensor 24 may be provided outside the headlamps 302L and 302R.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a vehicle lamp 200 including an object detection system 210.
  • the vehicle lamp 200 constitutes the lamp system 310 together with the vehicle side ECU 304.
  • the vehicle lamp 200 includes a light source 202, a lighting circuit 204, and an optical system 206. Further, the vehicle lamp 200 is provided with an object detection system 210.
  • the object detection system 210 corresponds to the above-mentioned object identification system 10, and includes a gating camera 20 and an arithmetic processing unit 40.
  • the information about the object OBJ detected by the arithmetic processing unit 40 may be used for the light distribution control of the vehicle lamp 200.
  • the lamp side ECU 208 generates an appropriate light distribution pattern based on the information regarding the type of the object OBJ generated by the arithmetic processing unit 40 and its position.
  • the lighting circuit 204 and the optical system 206 operate so as to obtain the light distribution pattern generated by the lamp side ECU 208.
  • the information about the object OBJ detected by the arithmetic processing unit 40 may be transmitted to the vehicle side ECU 304.
  • the vehicle-side ECU may perform automatic driving based on this information.
  • the embodiment merely shows one aspect of the principle and application of the present invention, and the embodiment includes many modifications and examples as long as the idea of the present invention defined in the claims is not deviated. Arrangement changes are allowed.
  • This disclosure relates to a gating camera.

Abstract

ゲーティングカメラ２０は、奥行き方向について複数のレンジＲＮＧに区切り、複数のレンジＲＮＧに対応する複数のスライス画像ＩＭＧを生成する。照明装置２２は、発光タイミングおよび配光が制御可能であり、プローブ光Ｌ１を照射する。イメージセンサ２４は、露光タイミングが制御可能である。コントローラ２６は、レンジ毎に、照明装置２２の発光タイミングおよび配光と、イメージセンサ２４の撮像のタイミングを制御する。

Description

ゲーティングカメラ、センシングシステム、車両用灯具
　本開示は、ゲーティングカメラに関する。
　自動運転やヘッドランプの配光の自動制御のために、車両の周囲に存在する物体の位置および種類をセンシングする物体識別システムが利用される。物体識別システムは、センサと、センサの出力を解析する演算処理装置を含む。センサは、カメラ、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）、ミリ波レーダ、超音波ソナーなどの中から、用途、要求精度やコストを考慮して選択される。
　一般的な単眼のカメラからは、奥行きの情報を得ることができない。したがって、異なる距離に位置する複数の物体が重なっている場合に、それらを分離することが難しい。
　奥行き情報が得られるカメラとして、ＴＯＦカメラが知られている。ＴＯＦ（Time Of Flight）カメラは、発光デバイスによって赤外光を投光し、反射光がイメージセンサに戻ってくるまでの飛行時間を測定し、飛行時間を距離情報に変換した画像を得るものである。
　ＴＯＦカメラに代わるアクティブセンサ（以下、本明細書においてゲーティングカメラと称する）が提案されている（特許文献１，２）。ゲーティングカメラは、撮影範囲を複数のレンジに区切り、レンジ毎に露光タイミングおよび露光時間を変化させて複数回、撮像する。これにより、対象のレンジ毎にスライス画像が得られ、各スライス画像は対応するレンジに含まれる物体のみを含む。
特開２００９－２５７９８１号公報 国際公開ＷＯ２０１７／１１０４１７Ａ１
　本開示は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、異なる距離のレンジにおいて良好なスライス画像が得られるゲーティングカメラの提供にある。
　本開示のある態様に係るゲーティングカメラは、奥行き方向について複数のレンジに区切り、複数のレンジに対応する複数のスライス画像を生成するゲーティングカメラであって、発光タイミングおよび配光が制御可能であり、プローブ光を照射する照明装置と、露光タイミングが制御可能なイメージセンサと、レンジ毎に、照明装置の発光タイミングおよび配光と、イメージセンサの撮像のタイミングを制御するコントローラと、を備える。
　本開示のある態様によれば、異なる距離のレンジにおいて良好なスライス画像を得ることができる。
実施の形態に係るゲーティングカメラを備える物体識別システムのブロック図である。 ゲーティングカメラの基本動作を説明する図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、ゲーティングカメラにより得られるスライス画像を説明する図である。 図１のゲーティングカメラの配光制御を説明する図である。 図５（ａ）～（ｃ）は、近距離、中距離、長距離用の配光パターンの一例を示す図である。 比較技術を説明する図である。 照明装置の構成例を示す図である。 図８（ａ）は、照明装置を備えるヘッドランプを示す図であり、図８（ｂ）は、複数の光源の照射範囲を説明する図である。 図９（ａ）～（ｃ）は、図８の照明装置の配光を説明する図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、ゲーティングカメラを備える自動車を示す図である。 物体検出システムを備える車両用灯具を示すブロック図である。
（実施形態の概要）
　本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。
　この概要は、考えられるすべての実施形態の広範な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素または重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。その唯一の目的は、後で提示するより詳細な説明の前置きとして、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化した形で提示することである。
　一実施の形態に係るゲーティングカメラは、奥行き方向について複数のレンジに区切り、複数のレンジに対応する複数のスライス画像を生成するゲーティングカメラであって、発光タイミングおよび配光が制御可能であり、プローブ光を照射する照明装置と、露光タイミングが制御可能なイメージセンサと、レンジ毎に、照明装置の発光タイミングおよび配光と、イメージセンサの撮像のタイミングを制御するコントローラと、を備える。
　この構成によると、距離に応じて、プローブ光の配光を切り替えることにより、良好なスライス画像を得ることができる。
　一実施の形態において、照明装置の配光は、レンジが遠くなるほど水平方向の範囲が狭くなり、ピーク輝度が低下するように定められてもよい。これにより、近いレンジにおいて、広い範囲の物体を検出でき、また近いレンジの物体の輝度が飽和するのを防止できる。また遠いレンジの物体の輝度が不足するのを防止できる。
　一実施の形態において、最も近いレンジを撮影するときの照明装置の配光は、少なくとも左右プラスマイナス１０°の範囲において、実質的にフラットであってもよい。
　一実施の形態において、最も遠いレンジを撮影するときの照明装置の配光は、左右プラスマイナス１０°の範囲に、全光量の９０％以上が含まれてもよい。
　一実施の形態において、照明装置は、それぞれが水平方向に異なる照射範囲を受け持つ複数の光源を含んでもよい。レンジに応じて、各光源の発光強度が制御されてもよい。
　一実施の形態において、照明装置は、第１光源から第６光源を含んでもよい。第１光源および第４光源は、０°を中心とする第１範囲を照射し、第２光源は、中心が第１範囲の中心より左側に位置する第２範囲を照射し、第３光源は、中心が第２範囲の中心より左側に位置する第３範囲を照射し、第５光源は、中心が第１範囲の中心より右側に位置する第４範囲を照射し、第６光源は、中心が第４範囲の中心より右側の位置する第５範囲を照射してもよい。
　一実施の形態において、第１光源から第３光源は、左ヘッドランプに内蔵され、第４光源から第６光源は、右ヘッドランプに内蔵されてもよい。これにより、ヘッドランプの左右の対称性を維持したまま、ゲーティングカメラの照明装置をヘッドランプに内蔵するできる。
（実施の形態）
　以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
　図１は、実施の形態に係るゲーティングカメラ２０を備える物体識別システム１０のブロック図である。この物体識別システム１０は、自動車やバイクなどの車両に搭載され、車両の周囲に存在する物体ＯＢＪの種類（カテゴリ、あるいはクラスともいう）を判定する。
　物体識別システム１０はセンシングシステムであり、主としてゲーティングカメラ２０および演算処理装置４０を備える。ゲーティングカメラ２０は、照明装置（投光器）２２、イメージセンサ２４、コントローラ２６を含む。ゲーティングカメラ２０による撮像は、奥行き方向について複数Ｎ個（Ｎ≧２）のレンジＲＮＧ１～ＲＮＧＮに区切って行われる。隣接するレンジ同士は、それらの境界において奥行き方向にオーバーラップしてもよい。
　照明装置２２は、コントローラ２６から与えられる発光タイミング信号Ｓ１ａと同期して、プローブ光Ｌ１を車両前方に照射する。プローブ光Ｌ１は赤外光であることが好ましいが、その限りでなく、所定の波長を有する可視光であってもよい。照明装置２２は、たとえばレーザダイオード（ＬＤ）やＬＥＤを用いることができる。
　また照明装置２２は、配光可変ランプであり、その配光は、コントローラ２６からの配光制御信号Ｓ１ｂに応じて制御可能となっている。
　イメージセンサ２４は、コントローラ２６から与えられる露光タイミング信号Ｓ２と同期した露光制御が可能であり、スライス画像ＩＭＧを生成可能に構成される。イメージセンサ２４は、プローブ光Ｌ１と同じ波長に感度を有しており、物体ＯＢＪが反射した反射光（戻り光）Ｌ２を撮影する。
　コントローラ２６は、レンジ毎に、照明装置２２によるプローブ光Ｌ１の照射と、イメージセンサ２４による撮像のタイミングを制御する。コントローラ２６は、レンジＲＮＧごとに、発光タイミング信号Ｓ１ａと露光タイミング信号Ｓ２を変化させて、照明装置２２による発光と、イメージセンサ２４の露光の時間差を変化させる。発光タイミング信号Ｓ１は、発光開始のタイミングと発光時間を規定する。露光タイミング信号Ｓ２は、露光開始のタイミング（発光との時間差）と、露光時間を規定する。さらにコントローラ２６は、レンジＲＮＧごとに、配光制御信号Ｓ１ｂを変化させ、照明装置２２の配光を切り替える。
　図２は、ゲーティングカメラ２０の基本動作を説明する図である。ここでは理解の容易化のため、図２にはｉ番目のレンジＲＮＧｉを測定するときの様子が示される。照明装置２２は、発光タイミング信号Ｓ１ａと同期して、時刻ｔ０～ｔ１の間の発光期間τ１の間、発光する。最上段には、横軸に時間、縦軸に距離をとった光線のダイアグラムが示される。ゲーティングカメラ２０から、レンジＲＮＧｉの手前の境界までの距離をｄＭＩＮｉ、レンジＲＮＧｉの奥側の境界までの距離をｄＭＡＸｉとする。
　ある時刻に照明装置２２を出発した光が、距離ｄＭＩＮｉに到達してその反射光がイメージセンサ２４に戻ってくるまでのラウンドトリップ時間ＴＭＩＮｉは、
　ＴＭＩＮｉ＝２×ｄＭＩＮｉ／ｃ
である。ｃは光速である。
　同様に、ある時刻に照明装置２２を出発した光が、距離ｄＭＡＸｉに到達してその反射光がイメージセンサ２４に戻ってくるまでのラウンドトリップ時間ＴＭＡＸｉは、
　ＴＭＡＸｉ＝２×ｄＭＡＸｉ／ｃ
である。
　レンジＲＮＧｉに含まれる物体ＯＢＪのみを撮影したいとき、コントローラ２６は、時刻ｔ２＝ｔ０＋ＴＭＩＮｉに露光を開始し、時刻ｔ３＝ｔ１＋ＴＭＡＸｉに露光を終了するように、露光タイミング信号Ｓ２Ａを生成する。これが１回の露光動作である。
　ｉ番目のレンジＲＮＧｉを撮影する際に、複数回の露光を行ってもよい。この場合、コントローラ２６は、所定の周期τ２で、上述の露光動作を複数回にわたり繰り返せばよい。
　図３（ａ）、（ｂ）は、ゲーティングカメラ２０により得られるスライス画像を説明する図である。図３（ａ）の例では、レンジＲＮＧ２に物体（歩行者）ＯＢＪ２が存在し、レンジＲＮＧ３に物体（車両）ＯＢＪ３が存在している。図３（ｂ）には、図３（ａ）の状況で得られる複数のスライス画像ＩＭＧ１～ＩＭＧ３が示される。スライス画像ＩＭＧ１を撮影するとき、イメージセンサはレンジＲＮＧ１からの反射光のみにより露光されるため、スライス画像ＩＭＧ１にはいかなる物体像も写らない。
　スライス画像ＩＭＧ２を撮影するとき、イメージセンサはレンジＲＮＧ２からの反射光のみにより露光されるため、スライス画像ＩＭＧ２には、物体像ＯＢＪ２のみが写る。同様にスライス画像ＩＭＧ３を撮影するとき、イメージセンサはレンジＲＮＧ３からの反射光のみにより露光されるため、スライス画像ＩＭＧ３には、物体像ＯＢＪ３のみが写る。このようにゲーティングカメラ２０によれば、レンジ毎に物体を分離して撮影することができる。
　図１に戻る。ゲーティングカメラ２０により、複数のレンジＲＮＧ１～ＲＮＧＮに対応する複数のスライス画像ＩＭＧ１～ＩＭＧＮが生成される。ｉ番目のスライス画像ＩＭＧｉには、対応するレンジＲＮＧｉに含まれる物体のみが写ることとなる。
　演算処理装置４０は、ゲーティングカメラ２０によって得られる複数のレンジＲＮＧ１～ＲＮＧＮに対応する複数のスライス画像ＩＭＧ１～ＩＭＧＮにもとづいて、物体の種類（クラスあるいはカテゴリー）を識別可能に構成される。演算処理装置４０は、機械学習によって生成された学習済みモデルにもとづいて実装される分類器４２を備える。分類器４２のアルゴリズムは特に限定されないが、ＹＯＬＯ（You Only Look Once）とＳＳＤ（Single Shot MultiBox Detector）、R-CNN（Region-based Convolutional Neural Network）、SPPnet（Spatial Pyramid Pooling）、Faster R-CNN、DSSD（Deconvolution -SSD）、Mask R-CNNなどを採用することができ、あるいは、将来開発されるアルゴリズムを採用できる。
　演算処理装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）、マイコンなどのプロセッサ（ハードウェア）と、プロセッサ（ハードウェア）が実行するソフトウェアプログラムの組み合わせで実装することができる。演算処理装置４０は、複数のプロセッサの組み合わせであってもよい。あるいは演算処理装置４０はハードウェアのみで構成してもよい。
　以上がゲーティングカメラ２０を備える物体識別システム１０の構成である。続いてゲーティングカメラ２０の動作を説明する。図４は、図１のゲーティングカメラ２０の配光制御を説明する図である。図４には、３つのレンジに対応する配光パターンＬＤＮ，ＬＤＭ、ＬＤＦ示される。近距離のレンジＲＮＧＮを撮影するときには、水平方向に広い配光パターンＬＤＮが形成され、遠距離のレンジＲＮＧＦを撮影するときには、水平方向に狭い配光パターンＬＤＦが形成され、中距離のレンジＲＮＧＭを撮影するときには、水平方向に中くらいの幅をもつ配光パターンＬＤＭが形成される。
　図５（ａ）～（ｃ）は、近距離、中距離、長距離用の配光パターンＬＤＮ，ＬＤＭ，ＬＤＦの一例を示す図である。横軸は水平方向の角度を、縦軸は発光強度を示す。０°は、車両正面に対応する。たとえば近距離は、自車から２０ｍ以内を、中距離は自車から２０～５０ｍを、遠距離は５０ｍ以上をいう。
　図５（ａ）～（ｃ）に示すように、照明装置の配光は、レンジが遠くなるほど水平方向の範囲が狭くなり、ピーク輝度が低下するように定められる。
　最も近いレンジを撮影するときの配光は、少なくとも左右プラスマイナス１０°の範囲において、実質的にフラットである。また最も遠いレンジを撮影するときの配光は、左右プラスマイナス１０°の範囲に光が集中しており、全光量の９０％以上が含まれる。以上が配光の一例である。
　この配光制御をともなうゲーティングカメラ２０の利点は、比較技術との対比によって明確となる。図６は、比較技術を説明する図である。比較技術では、距離（レンジ）にかかわらず、同じ配光が用いられ、距離に応じて発光強度を変化させる。比較技術によれば、近い物体からの反射光の強さと、遠い物体からの反射光の強さを揃えることができる。
　しかしながら、図６の配光制御では、近距離を撮影する際に、－３０～２０°、あるいは＋２０～３０°の範囲で、光量が不足し、その範囲にいる物体を検出することが難しくなる。この問題を解決するために、近距離において広い範囲を照射できる配光パターンを採用すると、それを用いて遠くを撮影する際に、その範囲が強く照射されてしまう。
　これに対して、本実施の形態によれば、撮影レンジ、すなわち距離に応じて配光を切り替えることで、複数のレンジにおいて良好な画像を得ることができる。
　図７は、照明装置２２の構成例を示す図である。照明装置２２は複数の光源３０＿１～３０＿Ｎ（Ｎ≧２）と、それらを駆動する点灯回路３２を備える。複数の光源３０＿１～３０＿Ｎは、それぞれが、水平方向に異なる照射範囲θ１～θＮを照射できるように構成される。車両前方において、複数の光源３０＿１～３０＿Ｎの個別の照射が合成され、配光パターンが形成される。点灯回路３２は、複数の光源３０＿１～３０＿Ｎの輝度を独立に制御可能に構成される。点灯回路３２は、配光制御信号Ｓ１ｂにもとづいて複数の光源３０＿１～３０＿Ｎの輝度を変化させ、これにより、レンジ毎に異なる配光パターンに切り替える。
　図８（ａ）は、照明装置２２を備えるヘッドランプ３０２Ｌ，３０２Ｒを示す図である。図７において、光源の個数Ｎを偶数２ｍ（この例では、Ｎ＝６、ｍ＝３）とし、左右のヘッドランプ３０２Ｌ，３０２Ｒに、ｍ個（３個）ずつの光源を内蔵してもよい。この場合、点灯回路３２は、左右のランプそれぞれに設けられる。
　具体的には照明装置２２は、第１光源３０＿１から第６光源３０＿６を含む。第１光源３０＿１から第３光源３０＿３は、左ヘッドランプ３０２Ｌに内蔵され、第４光源３０＿４から第６光源３０＿６は、右ヘッドランプ３０２Ｒに内蔵される。
　図８（ｂ）は、複数の光源の照射範囲を説明する図である。第１光源３０＿１および第４光源３０＿４は、０°を中心とする第１範囲θ１（－１０～１０°）を照射する。第２光源３０＿２は、中心が第１範囲θ１の中心より左側に位置する第２範囲θ２（－２０～０°）を照射する。第３光源３０＿３は、中心が第２範囲θ２の中心より左側に位置する第３範囲θ３（－３０～－１０°）を照射する。第５光源３０＿５は、中心が第１範囲θ１の中心より右側に位置する第４範囲θ４（０～２０°）を照射する。第６光源３０＿６は、中心が第４範囲θ４の中心より右側の位置する第５範囲θ５（１０～３０°）を照射する。照射範囲θ１とθ３、θ１とθ５、θ２とθ４は、オーバーラップしていても良い。
　図９（ａ）～（ｃ）は、図８の照明装置２２の配光を説明する図である。図９（ａ）に示すように、近距離用の配光を形成する際には、第１光源３０＿１，第４光源３０＿４の輝度が弱められ、これにより幅広い照射角にわたり平坦な配光ＬＤＮが形成される。図９（ｂ）に示すように、中距離用の配光を形成する際には、外側の照射領域に対応する光源３０＿３，３０＿６の輝度が下げられ、反対に中央の照射領域に対応する光源３０＿１，３０＿４の輝度が高められる。これにより、配光パターンＬＤＭが形成される。図９（ｃ）に示すように、遠距離用の配光を形成する際には、照射領域に対応する光源３０＿１，３０＿４のみが強く発光し、残りの光源３０＿２，３０＿３，３０＿５，３０＿６は消灯する。つまり、光源３０＿１，３０＿４の照射範囲は、遠方のレンジを撮影するときに形成すべき配光パターンの幅と一致するように定められる。
　このように、レンジ毎に、複数の光源の輝度を制御することにより、配光を切り替えることができる。
（変形例１）
　実施の形態では、近距離、中距離、遠距離の３通りの配光を切り替える場合を説明したが、本発明はそれに限定されず、４通り以上の配光を切り替えてもよいし、近距離と遠距離の２通りで切り替えてもよい。
（変形例２）
　照明装置２２の構成は、実施の形態で説明したものに限定されない。たとえば、近距離用の光源、中距離用の光源、遠距離用の光源を設け、それらをレンジごとに切り替えてもよい。
（用途）
　図１０（ａ）、（ｂ）は、ゲーティングカメラ２０を備える自動車３００を示す図である。図１０（ａ）を参照する。自動車３００は、ヘッドランプ（灯具）３０２Ｌ，３０２Ｒを備える。図１０（ａ）の自動車３００は、車両の中央に１個の照明装置２２が設けられ、左右のヘッドランプ３０２Ｌ，３０２Ｒのいずれか、あるいは両方にイメージセンサ２４が内蔵される。照明装置２２の位置は特に限定されないが、たとえばフロントバンパー（i）やフロントグリル（ii）に設けてもよいし、フロントウィンドウの内側のルームミラーの裏側（iii）に取り付けてもよい。またコントローラ２６の位置も特に限定されず、エンジンルームに設けてもよいし、車室内に設けてもよいし、ヘッドランプに内蔵してもよい。
　図１０（ｂ）を参照する。この構成は、図８の照明装置２２に対応する。照明装置２２は、左右のヘッドランプ３０２Ｌ，３０２Ｒに分割して実装される。
　イメージセンサ２４は、ヘッドランプ３０２Ｌ，３０２Ｒの一方に内蔵してもよいし、両方に内蔵してもよい。あるいはイメージセンサ２４は、ヘッドランプ３０２Ｌ，３０２Ｒの外側に設けてもよい。
　図１１は、物体検出システム２１０を備える車両用灯具２００を示すブロック図である。車両用灯具２００は、車両側ＥＣＵ３０４とともに灯具システム３１０を構成する。車両用灯具２００は、光源２０２、点灯回路２０４、光学系２０６を備える。さらに車両用灯具２００には、物体検出システム２１０が設けられる。物体検出システム２１０は、上述の物体識別システム１０に対応しており、ゲーティングカメラ２０および演算処理装置４０を含む。
　演算処理装置４０が検出した物体ＯＢＪに関する情報は、車両用灯具２００の配光制御に利用してもよい。具体的には、灯具側ＥＣＵ２０８は、演算処理装置４０が生成する物体ＯＢＪの種類とその位置に関する情報にもとづいて、適切な配光パターンを生成する。点灯回路２０４および光学系２０６は、灯具側ＥＣＵ２０８が生成した配光パターンが得られるように動作する。
　また演算処理装置４０が検出した物体ＯＢＪに関する情報は、車両側ＥＣＵ３０４に送信してもよい。車両側ＥＣＵは、この情報にもとづいて、自動運転を行ってもよい。
　実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
　本開示は、ゲーティングカメラに関する。
　Ｓ１ａ　発光タイミング信号
　Ｓ１ｂ　配光制御信号
　Ｓ２　露光タイミング信号
　１０　物体識別システム
　２０　ゲーティングカメラ
　２２　照明装置
　２４　イメージセンサ
　２６　コントローラ
　４０　演算処理装置
　４２　分類器
　２００　車両用灯具
　２０２　光源
　２０４　点灯回路
　２０６　光学系
　３００　自動車
　３０２　ヘッドランプ
　３０４　車両側ＥＣＵ
　３１０　灯具システム

Claims (9)

  1. 　奥行き方向について複数のレンジに区切り、前記複数のレンジに対応する複数のスライス画像を生成するゲーティングカメラであって、
    　発光タイミングおよび配光が制御可能であり、プローブ光を照射する照明装置と、
    　露光タイミングが制御可能なイメージセンサと、
    　レンジ毎に、前記照明装置の前記発光タイミングおよび前記配光と、前記イメージセンサの撮像のタイミングを制御するコントローラと、
    　を備えることを特徴とするゲーティングカメラ。
  2. 　前記照明装置の配光は、レンジが遠くなるほど水平方向の範囲が狭くなり、ピーク輝度が低下するように定められることを特徴とする請求項１に記載のゲーティングカメラ。
  3. 　最も近いレンジを撮影するときの前記照明装置の配光は、少なくとも左右プラスマイナス１０°の範囲において、実質的にフラットであることを特徴とする請求項１または２に記載のゲーティングカメラ。
  4. 　最も遠いレンジを撮影するときの前記照明装置の配光は、左右プラスマイナス１０°の範囲に、全光量の９０％以上が含まれることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のゲーティングカメラ。
  5. 　前記照明装置は、それぞれが水平方向に異なる照射範囲を受け持つ複数の光源を含み、
    　レンジに応じて、各光源の発光強度が制御されることを特徴とする請求項１または２に記載のゲーティングカメラ。
  6. 　前記照明装置は、第１光源から第６光源を含み、
    　前記第１光源および前記第４光源は、０°を中心とする第１範囲を照射し、
    　前記第２光源は、中心が前記第１範囲の中心より左側に位置する第２範囲を照射し、
    　前記第３光源は、中心が前記第２範囲の中心より左側に位置する第３範囲を照射し、
    　前記第５光源は、中心が前記第１範囲の中心より右側に位置する第４範囲を照射し、
    　前記第６光源は、中心が前記第４範囲の中心より右側の位置する第５範囲を照射することを特徴とする請求項５に記載のゲーティングカメラ。
  7. 　前記第１光源から前記第３光源は、左ヘッドランプに内蔵され、前記第４光源から前記第６光源は、右ヘッドランプに内蔵されることを特徴とする請求項６に記載のゲーティングカメラ。
  8. 　請求項１から７のいずれかに記載のゲーティングカメラと、
    　前記ゲーティングカメラが撮影する前記複数のスライス画像を処理する演算処理装置と、
    　を備えることを特徴とするセンシングシステム。
  9. 　請求項１から７のいずれかに記載のゲーティングカメラを備えることを特徴とする車両用灯具。
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