WO2023170993A1 - 車載カメラシステム、および、車載カメラの露光条件決定方法 - Google Patents

車載カメラシステム、および、車載カメラの露光条件決定方法 Download PDF

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春樹 的野
英彰 城戸
耕太 入江
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    • H04N2013/0081—Depth or disparity estimation from stereoscopic image signals

Definitions

  • the present invention relates to an in-vehicle camera system that recognizes the outside world of a vehicle by using a plurality of cameras, and a method for determining exposure conditions for an in-vehicle camera.
  • Vehicle control technologies such as ACC (Adaptive Cruise Control), AEBS (Advanced Emergency Braking System), and LKAS (Lane Keeping Assist System) are known as technical elements of driving support systems and automatic driving systems.
  • the system uses images captured by an on-vehicle camera to detect targets around the vehicle (e.g., other vehicles, pedestrians, cyclists, traffic lights, traffic signs, white lines, obstacles).
  • targets around the vehicle e.g., other vehicles, pedestrians, cyclists, traffic lights, traffic signs, white lines, obstacles.
  • By constantly recognizing and tracking vehicles e.g.), it is known that the vehicle can follow the vehicle in front, apply emergency brakes, or control steering to avoid drifting out of the driving lane.
  • vehicles that enable automatic parking by arranging multiple cameras to monitor not only the front and rear of the vehicle but also the sides are becoming popular.
  • Patent Document 1 is known as a conventional technique for controlling the exposure time of a vehicle-mounted camera.
  • the abstract of the same document states that the problem is ⁇ capturing and displaying images of the surroundings of the vehicle while taking into consideration the driving conditions of the vehicle,'' and as a solution, ⁇ The on-vehicle camera control device and a camera control means that changes the exposure time of the vehicle-mounted camera according to the vehicle speed acquired by the vehicle speed acquisition means.
  • paragraph 0036 of the same document states, "When the vehicle is moving at high speed, an image of the surroundings of the vehicle can be displayed in real time, although the image is not clear.”
  • the exposure time control in Patent Document 1 uniformly changes the exposure time of the in-vehicle camera according to the vehicle speed in order to display images around the host vehicle in real time. had the problem of not being able to obtain clear images when moving at high speed. Therefore, if the blurred image captured by the technology of Patent Document 1 is used, targets around the own vehicle cannot be accurately recognized, and vehicle control such as ACC, AEBS, LKAS, etc. may not be properly realized. was there.
  • the in-vehicle camera system of the present invention includes a plurality of cameras arranged in the own vehicle so that at least a portion of the field of view has overlapping stereoscopic viewing areas, and based on the behavior of the own vehicle, a movement amount calculation unit that calculates a movement amount of a feature point in the stereo viewing area imaged by the plurality of cameras; and a first exposure that determines a first exposure condition of the plurality of cameras so that the movement amount is equal to or less than a threshold value.
  • An in-vehicle camera system includes: an exposure control unit that switches an exposure condition to the first exposure condition or the second exposure condition.
  • the in-vehicle camera system and the in-vehicle camera exposure condition determination method of the present invention by time-sharingly switching exposure control for distance measurement and exposure control for target object recognition, ACC, AEBS, LKAS It is possible to obtain accurate three-dimensional information and target object recognition information required for vehicle control, etc., without being affected by vehicle speed.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of an in-vehicle camera system according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a top view showing the relationship between the viewing area and the stereo viewing area of each camera.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the camera control section in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a processing flowchart of an in-vehicle camera system according to an embodiment. A specific example of a calculation line of three-dimensional information and a calculation area of a feature point movement amount.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of the in-vehicle camera system 100.
  • This on-vehicle camera system 100 is a system mounted on the own vehicle 1, and includes an arithmetic processing unit 10, a camera 20 (21 to 26), a vehicle control device 30, and a light projector 40.
  • arithmetic processing device 10 will be explained in detail.
  • the camera 20 is a sensor that images the surroundings of the own vehicle and outputs imaged data P.
  • the own vehicle 1 of this embodiment is equipped with a plurality of cameras 20 (21 to 26) so as to be able to image the entire outside of the vehicle. has been done. Note that each camera is installed so that at least a portion of its imaging range overlaps with the imaging range of other cameras.
  • FIG. 2 is a top view of the host vehicle 1, and is a diagram illustrating the relationship between the viewing area C of each camera and the stereo viewing area V.
  • the host vehicle 1 of this embodiment includes a front camera 21 that images a front viewing area C 21 shown by a solid line, a right front camera 22 that images a right front viewing area C 22 shown by a dashed line, and a right rear camera 22 that takes an image of a right front viewing area C 22 shown by a dashed line.
  • a right rear camera 23 that images a viewing area C 23 at the rear
  • a rear camera 24 that images a rear viewing area C 24 shown by a solid line
  • a left rear camera 25 that images a left rear viewing area C 25 shown by a dashed line.
  • a left front camera 26 is installed to take an image of a left front viewing area C 26 shown by a broken line, and these six cameras 20 can take images of the entire outside of the vehicle.
  • the same object can be imaged from multiple line-of-sight directions (stereo imaging), and if well-known stereo matching technology is used, the imaged object (moving objects, stationary objects, road surfaces, etc. around the vehicle) can be captured. ) can generate 3D information. Therefore, the area where the viewing areas C overlap is referred to as a stereo viewing area V.
  • FIG. 2 illustrates front, rear, left, and right stereo viewing areas V 1 to V 4
  • the number and direction of the stereo viewing areas V are not limited to this example.
  • FIG. 2 is a simplified illustration of the viewing area C of each camera, and the actual imaging distance of each camera does not have to be in the magnitude relationship shown.
  • the actual imaging distance of each camera is about 200 m for the front camera 21 and the rear camera 24, and about 50 m for the other cameras.
  • the imaging distance of the stereo viewing area V is approximately 50 m.
  • the vehicle control device 30 executes vehicle control such as ACC, AEBS, LKAS, automatic parking, etc. by controlling a steering system, a drive system, and a braking system (not shown) based on the results of target distance measurement, which will be described later. It is a control device that allows The vehicle control device 30 transmits vehicle speed information of the host vehicle 1 to the camera control unit 12, which will be described later, and prioritizes desired information (three-dimensional map, vehicle attitude, target object recognition, target distance measurement). You can also request it to be sent.
  • the light projector 40 is a device that projects visible light or near-infrared light in a desired amount of light within the stereo viewing area V so that each camera can capture clearer image data P. Note that if the outside world of the own vehicle 1 is sufficiently bright, it is not necessary to use the floodlight 40. Furthermore, even when using the light projector 40, it is not necessary to project light all the time, and it is sufficient to project light in synchronization with the imaging timing of each camera.
  • the processing unit 10 Based on the output of the camera 20 (image data P), the processing unit 10 acquires three-dimensional information around the own vehicle, estimates the own vehicle attitude, and detects targets around the own vehicle (for example, other vehicles). , pedestrians, cyclists, traffic lights, traffic signs, white lines, obstacles, etc.) and to measure the distance to targets.
  • the arithmetic processing device 10 is specifically a computer equipped with hardware such as an arithmetic device such as a CPU, a storage device such as a semiconductor memory, and a communication device. The arithmetic device executes a predetermined program to realize each functional unit, such as the camera control unit 12, which will be described later, but the following description will omit such well-known techniques as appropriate.
  • the arithmetic processing device 10 of this embodiment includes a sensor interface 11, a camera control section 12, a floodlight control section 13, an image distribution section 14, a feature point movement amount calculation section 15, and a three-dimensional information acquisition section 16. , a three-dimensional map storage section 17, an own vehicle attitude estimation section 18, a target object recognition section 19, and a target distance measuring section 1a. The functions of each part will be explained below.
  • the sensor interface 11 is a functional unit that transmits commands from the camera control unit 12 to the camera 20 (21 to 26), receives image data P from the camera 20 (21 to 26), and transmits it to the image distribution unit 14. . Thereby, each camera can image the image data P under the exposure conditions set by the camera control unit 12. Note that the details of the exposure conditions will be described later.
  • the camera control unit 12 is a functional unit that controls the camera 20 (21 to 26) via the sensor interface 11 and also controls the projector 40 via the projector control unit 13.
  • the camera control section 12 includes a reference exposure condition storage section 12a, a first exposure condition determination section 12b, an external light condition determination section 12c, a second exposure condition determination section 12d, an exposure control section 12e, and an imaging section 12a. It has a control section 12f and a lighting condition determining section 12g. Each part will be explained in detail below.
  • the reference exposure condition storage unit 12a is a functional unit that stores reference exposure conditions (reference exposure time) to be set for each camera when the arithmetic processing unit 10 is started up or when the vehicle speed or the environment outside the vehicle changes significantly.
  • the first exposure condition determining unit 12b is a functional unit that determines the first exposure condition based on the amount of feature point movement received from the feature point movement amount calculation unit 15, which will be described later, or the vehicle speed information received from the vehicle control device 30. It is.
  • This first exposure condition defines the exposure time when capturing the image data P1 for acquiring three-dimensional information, and is such that the amount of feature point movement is equal to or less than a predetermined threshold (for example, 2 pixels).
  • the exposure time is set to a certain value, or an exposure time that is inversely proportional to the vehicle speed.
  • the external light condition determination unit 12c is a functional unit that determines the external light condition outside the vehicle based on brightness information of image data P received from the image distribution unit 14, which will be described later. Note that when determining the external light condition, for example, the gain set for each camera and the average brightness in the image data P are taken into consideration. Therefore, even if the average brightness of the image data P is the same, if the gain is high, it is determined that the outside world is dark, and if the gain is low, it is determined that the outside world is bright.
  • the second exposure condition determining unit 12d is a functional unit that determines the second exposure condition based on the external light condition determined by the external light condition determining unit 12c.
  • This second exposure condition defines the exposure time when capturing the image data P2 for recognizing the target object, and the exposure time is set to be approximately inversely proportional to the amount of external light. Note that the relationship between the amount of external light and the second exposure condition may be obtained from a predetermined arithmetic expression, or may be obtained by referring to a table prepared in advance.
  • the image data P1 captured under the first exposure condition has the disadvantage that it is not suitable for target object recognition because the image is dark, it is possible to quickly detect changes in the environment around the host vehicle because the sampling period is short.
  • the image data P2 captured under the second exposure condition has a drawback that it is not suitable for quickly detecting environmental changes around the vehicle due to the long sampling period, but the image data P2 is bright and can accurately detect the target object. It has the advantage that it can be recognized.
  • the exposure control unit 12e selects one of the reference exposure condition, the first exposure condition, and the second exposure condition according to the processing procedure, vehicle speed, type, distance, collision possibility, etc. of the recognized target. , which is a functional unit that transmits data to the imaging control unit 12f.
  • each camera since the exposure conditions of each camera are set in a time-sharing manner while taking into account the priority use of each camera at the time, each camera receives image data P1 for acquiring three-dimensional information and the target object. Image data P2 for recognition will be output at a predetermined ratio. For example, if the priority use of the camera 20 is to obtain three-dimensional information, such as when the own vehicle 1 is traveling at high speed or when a target object with a possibility of collision is detected, the first exposure condition is used.
  • the ratio may be increased to capture a large number of image data P1 and a small number of image data P2, or for target object recognition, the ratio of use of the second exposure condition may be increased to capture a small number of image data P1 and a large number of image data P2. All you have to do is take an image.
  • the exposure conditions are set in consideration of the vehicle speed.
  • the first exposure condition for acquiring three-dimensional information is set preferentially for each camera.
  • the ratio (period or number of times) of setting the first exposure condition to each camera is increased, and the ratio (period or number of times) of setting the second exposure condition is suppressed.
  • the second exposure condition for target object recognition is set preferentially for each camera.
  • the first exposure condition for acquiring three-dimensional information is applied to the camera group (front camera 21, front right camera 22, front left camera 26) corresponding to the front stereo viewing area V1 .
  • the second exposure condition for target object recognition may be set preferentially to the camera group (right rear camera 23, rear camera 24, left rear camera 25) corresponding to the rear stereoscopic viewing area V3 .
  • the imaging control section 12f is a functional section that controls the imaging timing of each camera using the exposure conditions set by the exposure control section 12e.
  • the camera groups corresponding to the same stereoscopic viewing area V need to take images in synchronization, but if the cameras have different stereoscopic viewing areas V, the imaging timings may be made different. Therefore, for example, the camera group (21, 22, 26) corresponding to the front stereo viewing area V1 and the camera group (23, 24, 25) corresponding to the rear stereo viewing area V3 have the same imaging period (for example, , 50 ms), a time difference of, for example, half a cycle (for example, 25 ms) may be provided between the former and latter imaging timings. As a result, the sampling period for capturing images outside the vehicle can be substantially halved.
  • the light projection condition determination section 12g is a functional section that determines the light projection timing and light projection amount of the light projector 40 based on the output of the imaging control section 12f, and transmits the determined light projection amount to the light projector control section 13. As mentioned above, it is sufficient for the light projector 40 to emit light while each camera is taking an image, so if it is controlled so that it does not emit light while each camera is not taking an image, the power consumption of the projector 40 can be reduced. Can be suppressed.
  • the light projector control section 13 is a functional section that controls the light projection of the light projector 40 according to the light projection timing and light projection amount determined by the light projection condition determination section 12g.
  • the image distribution unit 14 transmits the image data P received via the sensor interface 11 to the camera control unit 12 and feature point movement according to the control procedure, the driving situation of the own vehicle 1, the request from the vehicle control device 30, etc.
  • This is a functional unit that is distributed to the quantity calculation unit 15, the three-dimensional information acquisition unit 16, or the target object recognition unit 19. It is assumed that information indicating exposure conditions (or exposure time) is added to the image data P so that the image distribution unit 14 can distinguish the type of the image data P.
  • the feature point movement amount calculation section 15 is a functional section that calculates the movement amount within the image data P for any feature point within the image data P received from the image distribution section 14 .
  • FIG. 4(a) is an example of movement of feature points within the image data P.
  • the feature point movement amount calculation unit 15 calculates the movement amount of the feature point based on the clarity of the image near the feature point. Note that since the amount of movement of the feature point is proportional to the vehicle speed, the calculation of the amount of movement of the feature point can also be regarded as an approximate estimation of the vehicle speed.
  • the three-dimensional information acquisition unit 16 acquires three-dimensional information for each pixel on an arbitrary calculation line on a set of image data P obtained by synchronously capturing the stereo viewing area V using a well-known stereo matching technique. It is a functional part.
  • FIG. 4(b) is a calculation line illustrated in the image data P for obtaining three-dimensional information.
  • the sky is imaged in approximately the upper half
  • the road surface is imaged in approximately the lower half
  • a calculation line is set in the vertical direction of the image data P
  • the calculation line is
  • distance information is calculated that is the closest to the road surface pixel at the bottom of the image data P, and gradually becomes farther away for the road surface pixels from the bottom of the image data P to approximately the center.
  • Distance information is calculated, and distance information indicating that it is invalid (distance cannot be measured) is calculated for empty pixels from approximately the center to the upper end.
  • Only one calculation line is shown in FIG. 4, if there is surplus calculation capacity, a plurality of calculation lines with arbitrary angles can be set on the image data P, and 3 calculation lines can be set for each of them. Dimensional information may also be calculated.
  • the three-dimensional map storage unit 17 accumulates the three-dimensional information acquired by the three-dimensional information acquisition unit 16 in chronological order to generate and store a three-dimensional map showing the road surface slope, targets, etc. around the own vehicle. It is a functional part. Note that if the past three-dimensional information of a target that is considered to be a moving object is stored in the three-dimensional map storage unit 17, the first exposure condition is set as a priority for each camera, and the current three-dimensional information of the moving object is stored. It is desirable to be able to track the moving object by being able to update the dimensional information.
  • the own vehicle attitude estimating unit 18 is a functional unit that estimates the attitude of the own vehicle 1 with respect to the road surface based on the three-dimensional map stored in the three-dimensional map storage unit 17.
  • the target recognition unit 19 is a functional unit that recognizes the target captured in the image data P2 using a well-known pattern matching technique.
  • FIG. 4(c) is an example of a target recognized from the image data P by the target recognition unit 19.
  • a preceding vehicle traveling in the own vehicle's lane and a preceding vehicle traveling in the right lane of the own vehicle's traveling lane are recognized.
  • the former is recognized as a target (another vehicle) by pattern matching with an image pattern taken from the rear of the vehicle
  • the latter is recognized as a target object (another vehicle) by pattern matching with an image pattern taken from the rear left of the vehicle. It was recognized as a target (another vehicle).
  • the target distance measuring unit 1a is a functional unit that estimates the distance to the target recognized by the target object recognition unit 19 based on the total width, total height, etc. of the target in the image data P. Note that if the target is within the stereo viewing area V, the distance to the target may be calculated using stereo matching technology, or if the distance to the target is registered in advance as a three-dimensional map. The distance indicated by the three-dimensional map may be used as the distance to the target. Information on the distance to the target obtained here is sent to the vehicle control device 30, so the vehicle control device 30 performs various vehicle controls such as ACC, AEBS, and automatic parking depending on the distance to the target. can be executed.
  • step S1 the camera control unit 12 (12a, 12e, 12f) sets reference exposure conditions for each camera 20, and causes each camera 20 to capture image data P.
  • step S2 the feature point movement amount calculation unit 15 calculates the feature point movement amount based on the image data P captured in step S1.
  • step S3 the camera control unit 12 (12b) determines whether the calculated feature point movement amount is less than or equal to a predetermined threshold. If the feature point movement amount is less than or equal to a predetermined threshold value, the process proceeds to step S5; otherwise, the process proceeds to step S4.
  • step S4 the camera control unit 12 (12b, 12e, 12f) sets the camera 20 to a shorter exposure time and causes the camera 20 to capture the image data P. Since the processes of steps S2 and S3 described above are executed also on the newly captured image data P, the exposure time at which the feature point movement amount is equal to or less than a predetermined threshold is finally determined.
  • step S5 the camera control unit 12 (12b) determines the exposure time during which the amount of feature point movement is equal to or less than a predetermined threshold as the first exposure condition.
  • step S6 the camera control unit 12 (12c) acquires the external light conditions outside the vehicle based on the image data P.
  • step S7 the camera control unit 12 (12d) determines the second exposure condition based on the external light condition.
  • step S8 the camera control unit 12 (12e) sets the purpose of the next imaging, taking into account the exposure conditions etc. prioritized for each camera. If the next imaging purpose is to acquire distance information (three-dimensional information, vehicle attitude information), the process advances to step S9, and the next imaging purpose is to acquire target information (target recognition information, target ranging information). If it is an acquisition, the process advances to step S12.
  • step S9 the camera control unit 12 (12b, 12e, 12f, 12g) sets the first exposure condition on the camera 20 and causes the camera 20 to capture the image data P1.
  • step S10 the three-dimensional information acquisition unit 16 acquires three-dimensional information based on a plurality of image data P1 obtained by synchronously capturing images of the same stereoscopic viewing area V. Further, the acquired three-dimensional information is stored in the three-dimensional map storage unit 17 as a three-dimensional map.
  • step S11 the own vehicle attitude estimating unit 18 estimates the attitude of the own vehicle 1.
  • the estimated vehicle posture is transmitted to the vehicle control device 30 and used for vehicle control.
  • step S12 the camera control unit 12 (12d, 12e, 12f, 12g) sets the second exposure condition on the camera 20, and causes the camera 20 to capture the image data P2.
  • step S13 the target recognition unit 19 recognizes the target in the image data P2.
  • step S14 the target distance measuring unit 1a measures the distance to the recognized target.
  • the measured distance to the target object is transmitted to the vehicle control device 30 and used for desired vehicle control.
  • step S15 the arithmetic processing unit 10 determines whether the traveling has ended. If the travel has not ended, the process returns to step S8 and continues imaging. Thereby, each camera can capture image data P1 and P2 at a predetermined ratio. On the other hand, when the travel is finished, the process of FIG. 5 is finished. Note that if the brightness outside the vehicle or the vehicle speed changes significantly, the process from step S1 may be executed again.
  • vehicle control such as ACC, AEBS, LKAS, etc.
  • vehicle control such as ACC, AEBS, LKAS, etc.
  • SYMBOLS 1 Self-vehicle, 100... In-vehicle camera system, 10... Arithmetic processing unit, 11... Sensor interface, 12... Camera control section, 12a... Reference exposure condition storage section, 12b... First exposure condition determining section, 12c... External light condition Judgment unit, 12d... Second exposure condition determination unit, 12e... Exposure control unit, 12f... Imaging control unit, 12g... Light projection condition determination unit, 13... Emitter control unit, 14... Image distribution unit, 15...
  • Feature point movement amount Arithmetic unit 16...3D information acquisition unit, 17...3D map storage unit, 18...Vehicle attitude estimation unit, 19...Target recognition unit, 1a...Target distance measurement unit, 20 (21 to 26)...Camera , 30... Vehicle control device, 40... Floodlight, C... Viewing area, V... Stereo viewing area, P... Image data

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Abstract

正確な3次元情報と物標認識情報を、車速の影響を受けることなく取得できる、車載カメラシステムを提供する。視野領域の少なくとも一部が重複したステレオ視領域を有するように自車両に配置された複数のカメラと、自車両の挙動に基づいて、複数のカメラが撮像したステレオ視領域の特徴点の移動量を求める移動量演算部と、移動量が閾値以下となるように複数のカメラの第1露光条件を決定する第1露光条件決定部と、車外の外光条件に基づいて、複数のカメラの第2露光条件を決定する第2露光条件決定部と、第1露光条件で撮像した画像を用いて、ステレオ視領域の3次元情報を取得する3次元情報取得部と、第2露光条件で撮像した画像を用いて、自車両周辺の物標を認識する物標認識部と、複数のカメラの各々の露光条件を第1露光条件または第2露光条件に切り替える露光制御部と、を備える車載カメラシステム。

Description

車載カメラシステム、および、車載カメラの露光条件決定方法
 本発明は、複数のカメラを併用して自車両の外界を認識する、車載カメラシステム、および、車載カメラの露光条件決定方法に関する。
 運転支援システムや自動運転システムの技術要素として、ACC(Adaptive Cruise Control)や、AEBS(Advanced Emergency Braking System)や、LKAS(Lane Keeping Assist System)などの車両制御技術が知られている。これらの車両制御技術を実現する具体的な構成として、車載カメラで撮像した画像に基づいて自車両周辺の物標(例えば、他車両、歩行者、サイクリスト、交通信号機、交通標識、白線、障害物など)を常時認識・追跡することで、先行車に追従走行したり、緊急ブレーキを発動したり、走行車線をはみ出さぬよう操舵制御したりするものが知られている。また、自車両の前後だけでなく側方も監視できるように複数のカメラを配置することで、自動駐車を可能にした車両も普及しつつある。
 ここで、車載カメラの露光時間を制御する従来技術して、特許文献1が知られている。同文献の要約書には、課題として「車両の走行状態に配慮して、車両周辺の画像を撮像して表示する。」と記載されており、解決手段として「車載カメラ制御装置は、車載カメラが搭載された車両の車速を取得する車速取得手段と、車速取得手段で取得した車速に応じて、車載カメラの露光時間を変更するカメラ制御手段とを備える。」と記載されている。また、同文献の段落0036には「車両が高速に移動しているときは、鮮明な画像ではないものの、リアルタイムに車両周辺の画像を表示することができる。」との記載がある。
特開2008-174078号公報
 上記のように、特許文献1の露光時間制御は、自車両周辺の画像をリアルタイム表示するために、車速に応じて車載カメラの露光時間を一律に変更するものであるが、この露光時間制御によっては、高速移動時に鮮明な画像を取得できないという問題があった。従って、特許文献1の技術で撮像された不鮮明な画像を利用すると、自車両周辺の物標を正確に認識することができず、ACC、AEBS、LKAS等の車両制御を適切に実現できない可能性があった。
 そこで、本発明では、距離測定用の露光制御と物標認識用の露光制御を時分割に切り替えて撮像することで、ACC、AEBS、LKAS等の車両制御に必要とされる、正確な3次元情報と物標認識情報を、車速の影響を受けることなく取得できる、車載カメラシステム、および、車載カメラの露光条件決定方法を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するため、本発明の車載カメラシステムは、視野領域の少なくとも一部が重複したステレオ視領域を有するように自車両に配置された複数のカメラと、自車両の挙動に基づいて、前記複数のカメラが撮像した前記ステレオ視領域の特徴点の移動量を求める移動量演算部と、前記移動量が閾値以下となるように前記複数のカメラの第1露光条件を決定する第1露光条件決定部と、車外の外光条件に基づいて、前記複数のカメラの第2露光条件を決定する第2露光条件決定部と、前記第1露光条件で撮像した画像を用いて、前記ステレオ視領域の3次元情報を取得する3次元情報取得部と、前記第2露光条件で撮像した画像を用いて、自車両周辺の物標を認識する物標認識部と、前記複数のカメラの各々の露光条件を前記第1露光条件または前記第2露光条件に切り替える露光制御部と、を備える車載カメラシステムとした。
 本発明の車載カメラシステム、および、車載カメラの露光条件決定方法によれば、距離測定用の露光制御と物標認識用の露光制御を時分割に切り替えて撮像することで、ACC、AEBS、LKAS等の車両制御に必要とされる、正確な3次元情報と物標認識情報を、車速の影響を受けることなく取得することができる。
一実施例の車載カメラシステムの機能ブロック図。 各カメラの視野領域とステレオ視領域の関係を示す上面図。 図1のカメラ制御部の機能ブロック図。 一実施例の車載カメラシステムの処理フローチャート。 3次元情報の演算ライン、および、特徴点移動量の演算領域の具体例。
 以下、本発明の一実施例に係る車載カメラシステム100を、図面を用いて説明する。
 図1は、車載カメラシステム100の機能ブロック図である。この車載カメラシステム100は、自車両1に搭載されたシステムであり、演算処理装置10と、カメラ20(21~26)と、車両制御装置30と、投光器40を備える。以下、カメラ20、車両制御装置30、投光器40の概説後、演算処理装置10を詳細に説明する。
 <カメラ20>
 カメラ20は、自車両周辺を撮像して撮像データPを出力するセンサであり、本実施例の自車両1には、車外全周を撮像できるように複数のカメラ20(21~26)が設置されている。なお、各カメラは、撮像範囲の少なくとも一部が他カメラの撮像範囲と重複するように設置されているものとする。
 図2は、自車両1の上面図であり、各カメラの視野領域Cと、ステレオ視領域Vの関係を例示した図である。本実施例の自車両1には、実線で示す前方の視野領域C21を撮像する前方カメラ21と、一点鎖線で示す右前の視野領域C22を撮像する右前カメラ22と、破線で示す右後の視野領域C23を撮像する右後カメラ23と、実線で示す後方の視野領域C24を撮像する後方カメラ24と、一点鎖線で示す左後の視野領域C25を撮像する左後カメラ25と、破線で示す左前の視野領域C26を撮像する左前カメラ26が設置されており、これら六つのカメラ20によって、車外全周を撮像することができる。
 複数の視野領域Cが重複する領域では、同一物体を複数の視線方向から撮像(ステレオ撮像)でき、周知のステレオマッチングの技術を用いれば撮像物(自車両周辺の移動体、静止物、路面など)の3次元情報を生成できる。そのため、視野領域Cが重複する領域を、ステレオ視領域Vと称する。
 なお、図2では、前後左右のステレオ視領域V1~V4を例示しているが、ステレオ視領域Vの数や方向はこの例に限定されない。また、図2は、各カメラの視野領域Cを単純化して図示したものであり、各カメラの実際の撮像可能距離は、図示する大小関係である必要はない。一例を挙げれば、各カメラの実際の撮像可能距離は、前方カメラ21と後方カメラ24が200m程度であり、その他のカメラが50m程度である。この場合、ステレオ視領域Vの撮像可能距離は、50m程度となる。
 <車両制御装置30>
 車両制御装置30は、後述する物標測距の結果などに基づいて、図示しない、操舵系、駆動系、制動系を制御することで、ACC、AEBS、LKAS、自動駐車等の車両制御を実行させる制御装置である。なお、車両制御装置30は、後述するカメラ制御部12に、自車両1の車速情報を送信したり、所望の情報(3次元地図、自車姿勢、物標認識、物標測距)の優先送信を要請したりもする。
 <投光器40>
 投光器40は、各カメラでより鮮明な画像データPを撮像できるようにするため、ステレオ視領域Vの範囲内に可視光または近赤外線を所望の光量で投光する装置である。なお、自車両1の外界が十分に明るい場合は、投光器40を使用しなくても良い。また、投光器40を使用する場合も、常時投光は必要無く、各カメラの撮像タイミングと同期して投光すれば良い。
 <演算処理装置10>
 演算処理装置10は、カメラ20の出力(画像データP)に基づいて、自車両周辺の3次元情報を取得したり、自車姿勢を推定したり、自車両周辺の物標(例えば、他車両、歩行者、サイクリスト、交通信号機、交通標識、白線、障害物など)を認識したり、物標までの距離を計測したりするための装置である。なお、この演算処理装置10は、具体的には、CPU等の演算装置、半導体メモリ等の記憶装置、および、通信装置などのハードウェアを備えたコンピュータである。そして、演算装置が所定のプログラムを実行することで、後述するカメラ制御部12等の各機能部を実現するが、以下では、このような周知技術を適宜省略しながら説明する。
 本実施例の演算処理装置10は、図1に示すように、センサインターフェース11、カメラ制御部12、投光器制御部13、画像分配部14、特徴点移動量演算部15、3次元情報取得部16、3次元地図記憶部17、自車姿勢推定部18、物標認識部19、物標測距部1aを備えている。以下、各部の機能を順次説明する。
 <<センサインターフェース11>>
 センサインターフェース11は、カメラ制御部12の指令をカメラ20(21~26)に送信するとともに、カメラ20(21~26)から画像データPを受信し、画像分配部14に送信する機能部である。これにより、各カメラは、カメラ制御部12が設定した露光条件で画像データPを撮像することができる。なお、露光条件の詳細は後述する。
 <<カメラ制御部12>>
 カメラ制御部12は、センサインターフェース11を介してカメラ20(21~26)を制御するとともに、投光器制御部13を介して投光器40を制御する機能部である。このカメラ制御部12は、図3に示すように、基準露光条件記憶部12a、第1露光条件決定部12b、外光条件判定部12c、第2露光条件決定部12d、露光制御部12e、撮像制御部12f、投光条件決定部12gを有している。以下、各部を詳細に説明する。
 基準露光条件記憶部12aは、演算処理装置10の起動時、または、車速や車外環境が大きく変化した場合に、各カメラに設定する基準露光条件(基準露光時間)を記憶した機能部である。
 第1露光条件決定部12bは、後述する特徴点移動量演算部15から受信した特徴点移動量、または、車両制御装置30から受信した車速情報に基づいて、第1露光条件を決定する機能部である。この第1露光条件は、3次元情報を取得するための画像データP1を撮像する際の露光時間を規定したものであり、特徴点移動量が所定の閾値(例えば、2画素)以下となるような露光時間、あるいは、車速に反比例する露光時間が設定される。
 外光条件判定部12cは、後述する画像分配部14から受信した画像データPの輝度情報に基づいて、車外の外光条件を判定する機能部である。なお、外光条件を判定する際には、例えば、各カメラに設定されたゲインと、画像データP内の平均輝度を考慮する。従って、画像データPの平均輝度が同等であっても、ゲインが高ければ外界が暗いと判定され、ゲインが低ければ外界が明るいと判定される。
 第2露光条件決定部12dは、外光条件判定部12cで判定した外光条件に基づいて、第2露光条件を決定する機能部である。この第2露光条件は、物標を認識するための画像データP2を撮像する際の露光時間を規定したものであり、外光量に略反比例する露光時間が設定される。なお、外光量と第2露光条件の関係は、所定の演算式から求めても良いし、予め用意したテーブルを参照しても良い。
 なお、第1露光条件の露光時間と、第2露光条件の露光時間を比較すると、基本的には、前者が短く、後者が長い関係にある。従って、第1露光条件下で撮像された画像データP1には、画像が暗いため物標の認識には適さないという欠点があるが、サンプリング周期が短いため自車両周辺の環境変化を素早く検知できるという利点がある。一方、第2露光条件下で撮像された画像データP2には、サンプリング周期が長いため自車両周辺の環境変化を素早く検知するには適さないという欠点があるが、画像が明るいため物標を正確に認識できるという利点がある。
 露光制御部12eは、処理手順や、車速や、認識した物標の種別・距離・衝突可能性等に応じて、基準露光条件、第1露光条件、第2露光条件の何れかを選択して、撮像制御部12fに送信する機能部である。なお、本実施例では、各カメラの露光条件を、その時々の各カメラの優先用途を考慮しつつも時分割で設定するため、各カメラからは3次元情報取得用の画像データP1と物標認識用の画像データP2が所定比率で出力されることとなる。例えば、自車両1が高速走行中である場合や衝突可能性のある物標を検知した場合などのように、カメラ20の優先用途が3次元情報の取得であれば、第1露光条件の使用割合を高めて多数の画像データP1と少数の画像データP2を撮像すれば良いし、物標認識であれば、第2露光条件の使用割合を高めて少数の画像データP1と多数の画像データP2を撮像すれば良い。
 また、車速を考慮して露光条件を設定する場合であれば、次のように露光条件が設定される。例えば、自車両1が一定速度(例えば、10km/h)以上で移動中の場合は、各カメラに対し、3次元情報取得用の第1露光条件を優先して設定する。具体的には、各カメラに第1露光条件を設定する割合(期間または回数)を高め、第2露光条件を設定する割合(期間または回数)を抑制する。逆に、自車両1が一定速度未満で移動中の場合は、各カメラに対し、物標認識用の第2露光条件を優先して設定する。
 ここで、同じステレオ視領域Vに対応するカメラ群に対しては同じ露光条件が設定する必要があるが、ステレオ視領域Vが異なるカメラ間であれば異なる露光条件を同期時に設定しても良い。例えば、自車両1が前進中の場合は、前方のステレオ視領域V1に対応するカメラ群(前方カメラ21、右前カメラ22、左前カメラ26)に、3次元情報取得用の第1露光条件を優先設定し、後方のステレオ視領域V3に対応するカメラ群(右後カメラ23、後方カメラ24、左後カメラ25)に、物標認識用の第2露光条件を優先設定しても良い。
 撮像制御部12fは、露光制御部12eで設定された露光条件を用いて、各カメラの撮像タイミングを制御する機能部である。ここで、同じステレオ視領域Vに対応するカメラ群は同期して撮像する必要があるが、ステレオ視領域Vが異なるカメラ間であれば撮像タイミングを異ならせても良い。従って、例えば、前方のステレオ視領域V1に対応するカメラ群(21、22、26)と、後方のステレオ視領域V3に対応するカメラ群(23、24、25)に同じ撮像周期(例えば、50ms)が設定された場合、前者と後者の撮像タイミングに、例えば半周期分の時間差(例えば、25ms)を設けても良い。これにより、車外撮像するサンプリング周期を実質的に半減させることができる。
 投光条件決定部12gは、撮像制御部12fの出力に基づいて、投光器40の投光タイミングと投光量を決定し、投光器制御部13に送信する機能部である。上記したように、投光器40は、各カメラの撮像中に投光していれば足りるので、各カメラが撮像していない期間中は投光しないように制御すれば、投光器40での消費電力を抑制することができる。
 <<投光器制御部13>>
 投光器制御部13は、投光条件決定部12gで決定した投光タイミング、投光量に従って、投光器40の投光を制御する機能部である。
 <<画像分配部14>>
 画像分配部14は、センサインターフェース11を介して受信した画像データPを、制御手順、自車両1の走行状況や、車両制御装置30の要請内容などに応じて、カメラ制御部12、特徴点移動量演算部15、3次元情報取得部16、または、物標認識部19に分配する機能部である。なお、画像分配部14で画像データPの種別を区別できるよう、画像データPには、露光条件(または露光時間)を示す情報が付加されているものとする。
 <<特徴点移動量演算部15>>
 特徴点移動量演算部15は、画像分配部14から受信した画像データP内の任意の特徴点について、その画像データP内での移動量を演算する機能部である。
 図4(a)は、画像データP内での特徴点の移動の一例である。図示するように、路面に引かれた白線の奥側端部を特徴点とした場合、仮に自車両1が停止していれば、白線の奥側端部とその奥側の路面の境界は明確であるため、特徴点の移動量が小さいと判定することができるが、高速走行中の自車両1から撮像した図4の画像データPでは、白線の奥側端部と路面の境界が曖昧になるため、特徴点の移動量が大きいと判定することができる。そこで、特徴点移動量演算部15では、特徴点近傍の画像の明瞭さなどに基づいて、特徴点の移動量を演算する。なお、特徴点の移動量は車速に比例するため、特徴点の移動量の演算を、車速の概算と見做すこともできる。
 <<3次元情報取得部16>>
 3次元情報取得部16は、周知のステレオマッチングの技術を用いて、ステレオ視領域Vを同期撮像した一組の画像データP上の任意の演算ライン上の各画素について、3次元情報を取得する機能部である。
 図4(b)は、画像データP内に例示した、3次元情報を取得するための演算ラインである。図4に例示する画像データPでは、略上半分に空が撮像されており、略下半分に路面が撮像されているため、画像データPの縦方向に演算ラインを設定して、その演算ライン上でステレオマッチングを実施すると、画像データPの下端の路面の画素に対しては最も近い距離情報が演算され、画像データPの下端から略中央までの路面の画素に対しては徐々に遠くなる距離情報が演算され、略中央から上端までの空の画素に対しては無効(距離測定不能)を示す距離情報が演算される。なお、図4では、1本の演算ラインのみを図示しているが、演算能力に余力があれば、画像データP上に複数の数、任意の角度の演算ラインを設定し、その夫々について3次元情報を演算しても良い。
 <<3次元地図記憶部17>>
 3次元地図記憶部17は、3次元情報取得部16で取得した3次元情報を時系列に蓄積することで、自車両周辺の路面勾配や物標等を示す3次元地図を生成して記憶する機能部である。なお、3次元地図記憶部17に移動体と思われる物標の過去の3次元情報が記憶されている場合は、各カメラに第1露光条件を優先設定して、その移動体の現在の3次元情報を更新できるようにすることで、当該移動体を追跡できるようにすることが望ましい。
 <<自車姿勢推定部18>>
 自車姿勢推定部18は、3次元地図記憶部17に記憶された3次元地図に基づいて、路面に対する自車両1の姿勢を推定する機能部である。
 <<物標認識部19>>
 物標認識部19は、周知のパターンマッチングの技術を用いて、画像データP2に撮像された物標を認識する機能部である。
 図4(c)は、物標認識部19が画像データPから認識した物標を例示したものである。この例では、自車両走行車線を走行する先行車と、自車両走行車線の右車線を走行する先行車が認識されている。この場合、前者は、車両を後方から撮像した画像パターンとのパターンマッチングにより物標(他車両)として認識されたものであり、後者は、車両を左後方から撮像した画像パターンとのパターンマッチングにより物標(他車両)として認識されたものである。
 <<物標測距部1a>>
 物標測距部1aは、物標認識部19が認識した物標の、画像データP内での全幅、全高などに基づいて、当該物標までの距離を推測する機能部である。なお、物標がステレオ視領域V内にある場合はステレオマッチングの技術を用いて物標までの距離を演算しても良いし、物標までの距離が3次元地図として予め登録されている場合は、3次元地図が示す距離を、物標までの距離として採用しても良い。ここで求めた物標までの距離の情報は、車両制御装置30に送信されるため、車両制御装置30は、物標までの距離に応じて、ACCやAEBS、自動駐車等の各種車両制御を実行することができる。
 <フローチャート>
 次に、図5のフローチャートを用いて、上記した車載カメラシステム100の各部の処理を順次説明する。なお、ここでは、説明を簡略化するため、車外の明るさは一定であり、また、車速も一定であるものとする。
 まず、ステップS1では、カメラ制御部12(12a、12e、12f)は、各々のカメラ20に基準露光条件を設定して、画像データPを撮像させる。
 ステップS2では、特徴点移動量演算部15は、ステップS1で撮像した画像データPに基づいて、特徴点移動量を演算する。
 ステップS3では、カメラ制御部12(12b)は、演算した特徴点移動量が所定の閾値以下であるかを判定する。そして、特徴点移動量が所定の閾値以下であればステップS5に進み、そうでなければ、ステップS4に進む。
 ステップS4では、カメラ制御部12(12b、12e、12f)は、より短縮した露光時間をカメラ20に設定して画像データPを撮像させる。新たに撮像した画像データPに対しても、上記したステップS2,S3の処理が実行されるため、最終的には、特徴点移動量が所定の閾値以下となる露光時間が決定される。
 ステップS5では、カメラ制御部12(12b)は、特徴点移動量が所定の閾値以下となった露光時間を、第1露光条件に決定する。
 ステップS6では、カメラ制御部12(12c)は、画像データPに基づいて、車外の外光条件を取得する。
 ステップS7では、カメラ制御部12(12d)は、外光条件に基づいて、第2露光条件を決定する。
 ステップS8では、カメラ制御部12(12e)は、各カメラに優先設定された露光条件等を考慮して、次回撮像の目的を設定する。そして、次回撮像目的が距離情報(3次元情報、自車姿勢情報)の取得である場合は、ステップS9に進み、次回撮像目的が物標情報(物標認識情報、物標測距情報)の取得である場合は、ステップS12に進む。
 ステップS9では、カメラ制御部12(12b、12e、12f、12g)は、カメラ20に第1露光条件を設定し、画像データP1を撮像させる。
 ステップS10では、3次元情報取得部16は、同じステレオ視領域Vを同期撮像した複数の画像データP1に基づいて3次元情報を取得する。また、取得した3次元情報は、3次元地図として、3次元地図記憶部17に記憶される。
 ステップS11では、自車姿勢推定部18は、自車両1の姿勢を推定する。推定した自車姿勢は、車両制御装置30に送信され、車両制御に利用される。
 一方、ステップS12では、カメラ制御部12(12d、12e、12f、12g)は、カメラ20に第2露光条件を設定し、画像データP2を撮像させる。
 ステップS13では、物標認識部19は、画像データP2内の物標を認識する。
 ステップS14では、物標測距部1aは、認識した物標までの距離を測定する。測定した物標までの距離は、車両制御装置30に送信され、所望の車両制御に利用される。
 ステップS15では、演算処理装置10は、走行が終了したかを判定する。そして、走行が終了していなければ、ステップS8に戻り、撮像を継続する。これにより、各カメラは、画像データP1、P2を所定比率で撮像することができる。一方、走行が終了すれば、図5の処理を終了する。なお、車外の明るさや車速が大きく変化した場合は、ステップS1からの処理を再度実行すれば良い。
 以上で説明した本実施例の車載カメラシステムによれば、距離測定用の露光制御と物標認識用の露光制御を時分割に切り替えて撮像することで、ACC、AEBS、LKAS等の車両制御に必要とされる、正確な3次元情報と物標認識情報を、車速の影響を受けることなく取得することができる。
1…自車両、100…車載カメラシステム、10…演算処理装置、11…センサインターフェース、12…カメラ制御部、12a…基準露光条件記憶部、12b…第1露光条件決定部、12c…外光条件判定部、12d…第2露光条件決定部、12e…露光制御部、12f…撮像制御部、12g…投光条件決定部、13…投光器制御部、14…画像分配部、15…特徴点移動量演算部、16…3次元情報取得部、17…3次元地図記憶部、18…自車姿勢推定部、19…物標認識部、1a…物標測距部、20(21~26)…カメラ、30…車両制御装置、40…投光器、C…視野領域、V…ステレオ視領域、P…画像データ

Claims (8)

  1.  視野領域の少なくとも一部が重複したステレオ視領域を有するように自車両に配置された複数のカメラと、
     自車両の挙動に基づいて、前記複数のカメラが撮像した前記ステレオ視領域の特徴点の移動量を求める移動量演算部と、
     前記移動量が閾値以下となるように前記複数のカメラの第1露光条件を決定する第1露光条件決定部と、
     車外の外光条件に基づいて、前記複数のカメラの第2露光条件を決定する第2露光条件決定部と、
     前記第1露光条件で撮像した画像を用いて、前記ステレオ視領域の3次元情報を取得する3次元情報取得部と、
     前記第2露光条件で撮像した画像を用いて、自車両周辺の物標を認識する物標認識部と、
     前記複数のカメラの各々の露光条件を前記第1露光条件または前記第2露光条件に切り替える露光制御部と、
     を備えることを特徴とする車載カメラシステム。
  2.  請求項1に記載の車載カメラシステムにおいて、
     前記露光制御部は、自車両の車速が所定値以上である場合に、前記第2露光条件より前記第1露光条件を優先することを特徴とする車載カメラシステム。
  3.  請求項1に記載の車載カメラシステムにおいて、
     前記3次元情報取得部が過去に取得したステレオ視領域の3次元情報を当該ステレオ視領域に含まれる物標と対応付けて記憶する記憶部をさらに備え、
     前記露光制御部は、現時点で前記ステレオ視領域に含まれる物標の3次元情報が前記記憶部に記憶されている場合、前記第2露光条件よりも前記第1露光条件を優先することを特徴とする車載カメラシステム。
  4.  請求項1に記載の車載カメラシステムにおいて、
     前記複数のカメラは、複数の前記ステレオ視領域を有するように配置され、
     前記露光制御部は、各ステレオ視領域を撮像するカメラ群毎に、前記第1露光条件と前記第2露光条件を切り替えることを特徴とする車載カメラシステム。
  5.  請求項4に記載の車載カメラシステムにおいて、
     前記露光制御部は、複数のステレオ視領域のいずれかに自車両と衝突する可能性がある物標が存在する場合、前記物標を検知したステレオ視領域を撮像するカメラについて、前記第2露光条件よりも前記第1露光条件を優先することを特徴とする車載カメラシステム。
  6.  請求項4に記載の車載カメラシステムにおいて、
     前記複数のカメラのうち、第1ステレオ視領域を撮像するカメラと、第2ステレオ視領域を撮像するカメラと、の撮像タイミングが所定時間ずれるように撮像タイミングを制御する撮像タイミング制御部をさらに備え、
     前記3次元情報取得部は、前記第1ステレオ視領域で撮像した画像と、前記第2ステレオ視領域で撮像した画像と、に基づいて、前記3次元情報を取得することを特徴とする車載カメラシステム。
  7.  請求項1に記載の車載カメラシステムにおいて、
     前記カメラの撮像と同期して投光する投光器をさらに備えることを特徴とする車載カメラシステム。
  8.  複数のカメラの視野領域が重複したステレオ視領域を撮像する撮像ステップと、
     自車両の挙動に基づいて、前記複数のカメラが撮像した前記ステレオ視領域の特徴点の移動量を求める移動量演算ステップと、
     前記移動量が閾値以下となるように前記複数のカメラの第1露光条件を決定する第1露光条件決定ステップと、
     車外の外光条件に基づいて、前記複数のカメラの第2露光条件を決定する第2露光条件決定ステップと、
     前記第1露光条件で撮像した画像を用いて、前記ステレオ視領域の3次元情報を取得する3次元情報取得ステップと、
     前記第2露光条件で撮像した画像を用いて、自車両周辺の物標を認識する物標認識ステップと、
     前記複数のカメラの各々の露光条件を前記第1露光条件または前記第2露光条件に切り替える露光制御ステップと、
     を備えることを特徴とする車載カメラの露光条件決定方法。
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