前方車両認識装置
【課題】光を投光して種々の対象物との距離又は傾きを検出可能な前方車両認識装置を提供すること。
【解決手段】投光パターン２０が投光された対称物を撮影し、撮影された投光パターン２０の形状に基づき対象物との距離Ｌ又は傾きθを検出する車両認識装置１において、投光パターンを投光するための複数の点灯パターンを記憶した点灯パターン記憶手段１３ｂと、撮影された投光パターン２０の検出状態に基づき点灯パターンを変更する変更手段１４ａと、を有することを特徴とする。
【解決手段】投光パターン２０が投光された対称物を撮影し、撮影された投光パターン２０の形状に基づき対象物との距離Ｌ又は傾きθを検出する車両認識装置１において、投光パターンを投光するための複数の点灯パターンを記憶した点灯パターン記憶手段１３ｂと、撮影された投光パターン２０の検出状態に基づき点灯パターンを変更する変更手段１４ａと、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物との距離又は傾きを検出する前方車両認識装置に関し、特に、光が投光された対象物の撮影画像により対象物との距離又は傾きを検出する前方車両認識装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両と対象物の距離を検出して種々の制御を行うため、レーダ（電波）やレーザ光（Ｌｉｄａｒ）を車両前方に照射してその反射波から車間距離等を検出する車間距離センサが知られているが、レーダ装置やＬｉｄａｒ装置はコスト高であったり車載時の搭載レイアウトの制約を受けるなどの課題がある。また、レーダ装置やＬｉｄａｒ装置では対象物の位置及び方向は検出可能であっても、対象物に対する自車両の傾きを検出することは困難である。
【０００３】
また、駐車場などに車庫入れする際に、壁等の障害物からの距離を検出する変位検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載の変位検出装置は、レーザ光等の複数の光線を障害物に向かって照射し、投影された光線を撮影した画像データに基づき、障害物までの距離及び壁に対する車両の傾きを検出する。例えば、点状の３本の光線を、１本は車両から垂直に他の２本は垂直な光線と所定角をなして壁に向けて照射し、壁に投光された３つの光点の光点間の長さから壁との距離及び傾きを検出する。
【特許文献１】特開２００１−５６２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の変位検出装置は単一の光線を投光するため、対象となる障害物の形状や距離によっては検出精度が低下するという問題がある。例えば、壁との距離が大きいと、壁に形成される３つの光点間の距離が離れすぎしまいカメラなどで撮影することが困難になる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、光を投光して種々の対象物との距離又は傾きを検出可能な前方車両認識装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、投光パターンが投光された対称物を撮影し、撮影された投光パターンの形状に基づき対象物との距離又は傾きを検出する車両認識装置において、投光パターンを投光するための複数の点灯パターンを記憶した点灯パターン記憶手段と、撮影された投光パターンの検出状態に基づき点灯パターンを変更する変更手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
なお、検出状態とは例えば撮影される投光パターンの大きさや検出精度（検出の有無を含む画像処理により得られる投光パターンの確からしさ）をいう。また、投光パターンはサーバからダウンロードしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
光を投光して種々の対象物との距離又は傾きを検出可能な前方車両認識装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の前方車両認識装置１の構成図を示す。前方車両認識装置１は、ＬＥＤヘッドライト１１が前方の車両に照射した投光パターンをカメラ１０により撮影し、撮影された投光パターンの画像データから投光パターンの大きさや形状に基づき前方車両との距離及び前方車両に対するヨー角を検出する。
【００１０】
前方車両認識装置１は、前方車両検出ＥＣＵ１５により制御される。前方車両検出ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１５は、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車内ＬＡＮを介し、ＬＥＤヘッドライト１１の点灯を制御するボディＥＣＵ１３に接続されている。
【００１１】
ボディＥＣＵ１３はコンビネーションスイッチなどの操作を検出して駆動回路１２を制御してＬＥＤヘッドライト１１を点灯又は消灯する。また、後述するようにボディＥＣＵ１３は、カメラ制御ＥＣＵ１４から送信される点灯パターン指示情報を受信して、点灯パターン指示情報により指定された点灯パターンを、駆動回路１２を制御して投光する。
【００１２】
ボディＥＣＵ１３、カメラ制御ＥＣＵ１４及び前方車両検出ＥＣＵ１５は、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムを記憶したＲＯＭ、データやプログラムを一時的に記憶するＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）、データを入力及び出力する入出力インターフェイス、他のＥＣＵと通信する通信部がバスを介して接続されたマイコンとして構成される。
【００１３】
ＣＰＵがプログラムを実行することで、種々の点灯パターンを指示して投光する投光手段１３ａ、投光パターンの投光角度を補正する投光角度補正手段１３ｃ、撮影された投光パターンの大きさや検出精度に基づき点灯パターンを変更する変更手段１４ａ、撮影された投光パターンから前方車両との距離Ｌ及びヨー角θを検出する検出手段１４ｂ、が実現される。
【００１４】
ＬＥＤヘッドライト１１について説明する。なお、同様のＬＥＤヘッドライト１１が車両前方を照らすように車幅方向に２つ以上設けられている。また、ヘッドライトと兼用するのでなく別体の光源として配設されていてもよい。
【００１５】
ＬＥＤヘッドライト１１はプロジェクタータイプであってＬＥＤモジュール１０からの光をレンズ１７と遮光板１８で配光制御する。ＬＥＤモジュール１０は、例えば全光束５００〜５０００ｌｍ程度の光出力を有する白色ＬＥＤで構成されている。図２はＬＥＤモジュール１０の正面図（光の照射面）を示す。ＬＥＤモジュール１０は、基板上に複数のＬＥＤチップ１０ａが格子状に配列されて面光源を構成する。ＬＥＤチップ１０ａは、発光層の大きさが例えば数ｍｍ角程度であり、中心波長が約４７０ｎｍの青色ＬＥＤである。ＬＥＤチップ１０ａの周囲には黄色蛍光体を含んだ樹脂層が所定の厚さで形成されており、この黄色蛍光体がＬＥＤチップ１０ａの発する４７０ｎｍの光によって励起され、黄色光を発すると、青色と黄色が混合され白色光を得ることが出来る。
【００１６】
各ＬＥＤチップ１０ａはすり鉢状に凹んだ底部に配置され、反射板１０ｂにより囲まれているため、ＬＥＤチップ１０ａの光を効率的に照射できるように、狭指向性を持って放射する。ＬＥＤチップ１０ａは、１〜１０個／ｃｍ２程度の密度で実装されている。本実施形態では、一例としてＬＥＤモジュール１０にはＬＥＤチップ１０ａが１個／ｃｍ２の密度で１００個（縦１０個×横１０個）実装されている。ＬＥＤチップ１個あたりの光出力を２０ｌｍとすると、全光束は２０００ｌｍとなる。
【００１７】
なお、後述するように各ＬＥＤチップ１０ａを選択的に点灯することで複数の幾何学的形状に点灯するため、ＬＥＤモジュール１０の一部の点灯色を変えてもよい。この点灯色は、夜間、白色に車両前方を照らした場合にも画像データから検出しやすい、白色と輝度の差が大きい点灯色（例えば、赤色、黄、青色、紫外、等）であることが好適となる。
【００１８】
図３は、ＬＥＤチップ１０ａを選択的に点灯して得られる点灯パターンの一例を示す図である。点灯パターンは、三角形、ひし形、六角形、直線の組み合わせ等、幾何学的な形状のそれぞれについて異なる大きさもの（相似形）が予めボディＥＣＵ１３又は駆動回路１２に記憶されている。点灯パターンは簡単な形状から複雑な形状まで記憶されていて、本実施形態では頂角の数又は辺の数が少ないものを簡単な形状と、頂角の数又は辺の数が多いものほど複雑な形状と称す。複雑な形状であるほど、撮影された投光パターンの形状にかかる特徴が多いことになり、多くの情報が得られる。なお、後述するようにヨー角を検出する上では、点灯パターンは左右に線対称であることが好適である。
【００１９】
各点灯パターンには識別番号（図では１Ａ〜４Ｃ）が付与されていて、前方車両検出ＥＣＵ１５が点灯パターン指示情報により識別番号を指定すると、投光手段１３ａは識別番号に対応する点灯パターンの形状にＬＥＤモジュール１０を点灯する。
【００２０】
なお、各点灯パターンの形状の特徴量は既知である。例えば、各点灯パターンの絶対的な大きさ（各辺の長さ・頂角の角度・対角線の長さなど）に加え、三角形であれば各辺の長さの関係（正三角形・２等辺三角形）、ひし形であれば各辺の長さの関係・２つの対角線の長さの比、６角形であれば各辺の長さの関係、直線の組み合わせであれば各直線の長さの比・格子点間の距離の比、である。
【００２１】
次に画像データの撮影について説明する。カメラ制御ＥＣＵ１４はルームミラーの背面などの搭載位置から車両前方へ向けて水平下向きに所定角範囲で広がる領域を撮影するカメラ１０に接続され、カメラ１０はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）の光電変換素子により、入射した光を所定の輝度階調（例えば、２５６階調）の画像データをカメラ制御ＥＣＵ１４に出力する。
【００２２】
カメラ制御ＥＣＵ１４は画像データを画像処理して、白線や車両前方の障害物などを検出する。例えば、白線を検出する場合、画像データに映し出されている道路上に描かれた走行レーンを区切る白線を検出する。カメラ制御ＥＣＵ１４は、例えば、画像データの輝度に基づき、所定の閾値以上の輝度を有する領域を画像データの底部から上方に向けて探索する。白線は両端に高周波成分たるエッジを有するので、車両前方の画像データの輝度値を水平方向に微分すると、白線の両端にピークが得られるので白線部分が推定できる。さらに推定した白線部分について、白線の特徴である、輝度が高い、線状の形状である等の特徴のある領域に、マッチングなどの手法を適用して白線を検出する。また、カメラ制御ＥＣＵ１４としてステレオカメラを備えれば、視差画像を利用して障害物との距離、方向、相対速度を検出することができる。
【００２３】
レーンキーピング制御を行う場合、カメラ制御ＥＣＵ１４は、検出した白線の曲率、白線に対する車両のヨー角、左右の白線間の距離（車線幅）、車線幅の略中央に設定した目標走行線からのオフセット位置、等を算出し、電動パワーステアリングＥＣＵに送出する。
【００２４】
また、カメラ制御ＥＣＵ１４は撮影された画像データから前方の車両に投光された図３のような投光パターンを検出する。図４（ａ）は前方車両に投光された投光パターン２０の一例を示す。図４（ａ）では前方車両の後部バンパの上方に三角形の投光パターン２０が投影されている。
【００２５】
撮影された投光パターン２０から距離及びヨー角を検出する手順について説明する。投光パターン２０は白色光であるので他の部分よりも輝度が高い。そこで、検出手段１４ｂは所定の閾値（例えば、２５６段階の場合では１８０〜２２０）で画像データを２値化し、画像データから投光パターン２０のみを抽出する。
【００２６】
投光された投光パターン２０はカメラ制御ＥＣＵ１４が指示したものであるため、検出手段１４ｂにとって投光パターン２０の形状及び大きさは既知である。検出手段１４ｂは、２値化した画像データから、投光した投光パターン２０の形状を標準テンプレートを用いてパターンマッチングにより投光パターン２０を検出する。したがって、パターンマッチングにより投光パターン２０が検出された場合は、撮影された投光パターン２０の検出精度は正常であると判定できる。
【００２７】
投光パターン２０が撮影されていた場合、検出手段１４ｂは投光パターン２０の大きさに基づき先行車両までの距離を検出する。はじめに、前方車両に対するヨー角がゼロの場合について説明する。
【００２８】
図４（ｂ）は投光パターン２０の大きさと投光面（前方車両）までの距離Ｌの関係を示す図である。図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤヘッドライト１１の光が完全に平行光線でない限り、投光パターン２０は距離Ｌに比例して大きくなる。
【００２９】
そこで、予め投光パターン２０毎に標準距離（例えば、１０ｍ）Ｌ０に投光された場合に撮影される投光パターン２０の大きさを記憶しておく。カメラ１０の焦点距離が既知であるので、撮影される投光パターン２０の大きさは、例えば光電変換素子に占めるピクセル数により判定すればよい。
【００３０】
標準距離Ｌ０に投光された場合に撮影された投光パターン２０の大きさが既知であるので、標準距離Ｌ０に投影された時の大きさと未知の距離に投影された時の投光パターン２０の大きさを比較するだけで、前方車両までの距離Ｌを検出することができる。
【００３１】
例えば、投光パターン２０の大きさとして三角形の底辺の長さを用いた場合であって、標準距離Ｌ０に投光した場合の底辺の長さがａ、未知の距離Ｌに投光した場合の底辺の長さがｂの場合、前方車両までの距離Ｌは次のように表すことができる。
Ｌ＝（ｂ／ａ）×Ｌ０
続いて、撮影された投光パターン２０が歪んでいる場合について説明する。図４（ｂ）に示したように、投光パターン２０は距離Ｌに比例して大きくなるため、予め２つの距離で投光パターン２０を撮影しておけば、ＬＥＤヘッドライト１１の光の広がり角αは既知となる。αが既知であれば、前方車両Ａに対するヨー角と距離Ｌを算出することができる。
【００３２】
なお、自車両に対する前方車両の相対的なヨー角が０度でない場合、すなわち、前方車両が真後ろを向けていない場合、投光パターン２０と相似形の標準テンプレートではマッチングが困難な場合あるので、カメラ制御ＥＣＵ１４にはヨー角に対応して歪んだ投光パターンを標準テンプレートとして記憶しておくことが好適である。
【００３３】
図５（ａ）は左右が線対称となっていない投光パターン２０の一例を、図５（ｂ）は、ヨー角の算出を説明するための図を示す。投光パターン２０は平行光線でないため、図５（ａ）に示すように垂線を降ろした点Ｏ０は底辺を二等分しない。そこで、ｍとｎの関係から距離Ｌ及びヨー角θを求める。なお、図５（ｂ）では、ヨー角をθ、底辺に垂線を降ろした点をＯ０、底辺を挟む頂角の点をそれぞれＯ１、Ｏ２、とした。
【００３４】
図示するような関係から、
（Ｌ＋ｎsinθ）／ｎcosθ＝（L−ｍsinθ）／ｍcosθ
が得られるので、これを変形すると
L ＝ ２ｎｍsinθ／｛（ｎ＋ｍ）tanα｝ … （１）
が得られる。
【００３５】
また、図示する関係から、
L＝ｎcosθ／tanα−ｎsinθ
L＝ｍcosθ／tanα＋ｍsinθ
が得られるので、Lを消去すると、
tanθ＝（ｎ−ｍ）／（ｎ＋ｍ）tanα
θ＝arctan［（ｎ−ｍ）／（ｎ＋ｍ）tanα］ … （２）
が得られる。
【００３６】
したがって、式（１）から前方車両との距離Ｌが、式（２）から前方車両に対するヨー角θが得られる。
【００３７】
〔点灯パターンの選択〕
・前方車両の形状に応じた点灯パターンの選択
これまで説明したように、検出手段１４ｂは撮影された投光パターン２０の幾何学的な特徴から距離Ｌ及びヨー角θを求めるため、投光パターン２０は前方車両の平面の部位に投光されることが好ましい。しかしながら、車両の形状は様々であるため１つの投光パターン２０を投光していたのでは、前方車両の平面に投光されるとは限らない。例えば、ハッチバッグ型やワンボックス型では車両の後部が斜めに傾斜している場合があり、斜面に投光された投光パターン２０はヨー角θがゼロであっても歪んでしまい、また、直線が直線として撮影されなくなるので距離Ｌの検出も困難になる。
【００３８】
そこで、本実施形態の前方車両認識装置１は前方車両の形状に応じて点灯パターンを変更する。図６（ａ）は前方車両の斜面に投光された投光パターン２０の一例を示す。前方車両の斜面に投光された場合、投光パターン２０は縦方向に伸長される場合が多い。前方車両とのヨー角θがゼロでない場合は、投光パターン２０は横方向に伸長するので、変更手段１４ａは、検出された投光パターン２０が縦方向に所定以上伸長してる場合（例えば、外接矩形により判定）、投光する点灯パターンを変更する。
【００３９】
図６（ｂ）は前方車両の段差を跨いで投光された投光パターン２０の一例を示す。図６（ｂ）に示すように、段差を含んで投光された場合、投光パターン２０は欠損したり直線部に折れ部が現れる。直線部が直線として得られない投光パターン２０の場合、変更手段１４ａはマッチングにより該投光パターンを検出できないと判定し、投光する点灯パターンを変更する。
【００４０】
したがって、変更手段１４ａは撮影された投光パターン２０がマッチングしない場合や縦方向の伸長が検出される場合、投光パターン２０の検出精度が低いと判定して、少なくとも大きさ又は形状のいずれかが異なる点灯パターンにより投光する。
【００４１】
また、投光パターン２０は前方車両の平面部に投光することが好ましいので、変更される点灯パターンは第１に小さい投光パターン２０である。投光パターン２０が小さいことで、平面部に投影される確率が高まる。また、車両の平面部は、例えば、ナンバープレートやバンパ、トランクなど、比較的、車両の下方にあるので、投光されるような点灯パターンを選択する。また、同じ形状及び大きさの投光パターン２０を投光する場合でも、車両の下方であれば平面部に投光されやすいので、点灯するＬＥＤチップ１０ａを投光パターンを保ったまま全体に下方に移動してもよい。
【００４２】
・複数の投光パターン２０からの選択
また、平面に投影された場合であっても前方車両の距離Ｌや投光パターン２０の大きさによっては検出精度に差が生じる。例えば、前方車両の平面の領域が小さい場合、投光パターン２０が小さくなり、撮影される投光パターン２０も小さくなる（ピクセル数が少なくなる）ため距離Ｌ及びヨー角θの誤差が大きくなる。また、前方車両との距離が大きい場合も撮影される投光パターン２０が小さくなるため、同様の理由により距離Ｌ及びヨー角θの誤差が大きくなる。
【００４３】
ここで、投光パターン２０は複雑な形状のものほど距離Ｌ及びヨー角θを算出するための幾何学形状（例えば辺）を多く取り出すことができる。例えば、三角形では３つの辺から距離Ｌを、底辺からヨー角θを検出することしかできないが、ひし形では４つの辺の長さから距離Ｌを算出でき、ひし形の上半分と下半分のそれぞれからヨー角θを算出することができる。
【００４４】
しかしながら、一方で、複雑な投光パターン２０は光の影響や画像データのノイズなどによる影響を受けやすく、画像データの画質によっては誤差を含みやすい。そこで、カメラ制御ＥＣＵ１４は、投光パターン２０の検出精度に応じて点灯パターンを選択する。検出精度は上記のように撮影された投光パターン２０の大きさ（例えば、外接矩形の大きさ）及びマッチングの程度により判定する。また、各投光パターン２０は複雑さ（例えば、頂角の数）に応じて予めランク付けされている。
【００４５】
このようにして変更手段１４ａは、投光パターン２０の検出精度に応じて点灯パターンを変更する。すなわち、投光パターン２０の検出精度がよい場合には複雑な形状の点灯パターン（例えば、３角形から６角形に変更）を投光するので、距離Ｌ及びヨー角θの精度が向上する。
【００４６】
逆に、投光パターン２０の検出精度が低い場合、簡易な形状の投光パターン２０を投光する。例えば、６角形の投光パターン２０では辺の一部が欠損して撮影された場合、ひし形や三角形など辺の角の少ない点灯パターンを投光する。また、平面に収まるように投光パターン２０の大きさを小さくする。例えば、ヨー角θは式（２）により算出されるため辺の数が少ないと誤差を含みやすいので、複雑さが所定以下（単純）の点灯パターンを投光する場合、検出手段１４ｂはヨー角θを検出しないとしてもよい。投光パターン２０の検出精度が低い場合には簡易な形状の点灯パターンを投光するので、距離Ｌやヨー角θの検出精度の悪化を限定できる。
【００４７】
・点灯パターンの大きさの選択
投光パターン２０が大きく撮影されるほど、算出される距離Ｌ及びヨー角θの誤差は小さくなるため、投光パターン２０はできる限り大きく投影されることが好ましい。そこで、変更手段１４ａは、前方車両との距離Ｌや形状に応じて投光パターン２０の大きさを制御する。例えば、同じ大きさの投光パターン２０を投影し続けた場合、前方車両に接近すると投光パターン２０は小さく撮影されるので、撮影される投光パターン２０が小さくなった場合、変更手段１４ａは大きな点灯パターンを投光する。
【００４８】
逆に、前方車両との距離が離れると投光パターン２０は大きく投影される。しかしながら、距離Ｌが大きいと投光パターン２０は小さく撮影されるため、前方車両との距離が離れた場合も、変更手段１４ａは可能な限り大きな点灯パターンを投光する。このように、投光パターン２０が大きく撮影されるように点灯パターンを変更することで、算出される距離Ｌ及びヨー角θの精度が向上する。
【００４９】
〔複数の異なる点灯パターンの投光〕
投光パターン２０は点灯するＬＥＤチップ１０ａを選択するだけで変更できるため、所定のサイクル時間毎に点灯パターンを切り替えたり、ＬＥＤモジュール１０の領域を区分して異なる点灯パターンを投光したり、左右のＬＥＤモジュール１０で異なる点灯パターンを投光することができる。
【００５０】
投光パターン２０は各辺の角度や長さが異なるため同一の前方車両が同一の距離Ｌを走行している場合でも、距離Ｌやヨー角θを検出する上でより好適な投光パターン２０が存在するものと考えられる。最も好適な投光パターン２０が選択されればよいが、最適な投光パターン２０を決定することは困難か時間がかかるため、同一の前方車両に複数の異なる投光パターン２０を投光し、撮影されるそれぞれの投光パターン２０から距離Ｌ及びヨー角θを検出することが好適となる。
【００５１】
変更手段１４ａは複数の異なる投光パターン２０を投光し、例えば、検出手段１４ｂがマッチングの結果や撮影された投光パターン２０の大きさから精度の低い投光パターン２０を排除する。検出手段１４ｂは、排除されなかった投光パターン２０のそれぞれから算出した距離Ｌ及びヨー角θの平均値や中央値を算出することで、距離Ｌ及びヨー角θの検出精度を向上することができる。
【００５２】
〔同じ大きさになるように投光パターン２０を投光することで距離Ｌを検出する〕
上記では距離Lを式により算出することとしたが、距離Ｌを投光パターン２０の投光の制御量から求めてもよい。図４（ｂ）に示したように、同一の投光パターン２０であっても前方車両との距離Ｌに応じて投光される投光パターン２０の大きさは異なるが、投光パターン２０の大きさに比例して距離Ｌが変わるため、投光パターン２０が一定の大きさになるように制御した場合、制御量がそのまま距離Ｌを示すことになる。
【００５３】
図７は投光パターンの大きさの制御を説明するための図である。投光パターン２０はＬＥＤモジュール１０に形成されるので、レンズ１９をＬＥＤモジュール１０に近づければ投光パターン２０は小さく、レンズ１９をＬＥＤモジュール１０から遠ざければ投光パターン２０は大きくなる。
【００５４】
撮影された投光パターン２０の大きさによりその時の距離Ｌが算出されたら、以降は、カメラ制御ＥＣＵ１４は撮影される投光パターン２０が一定の大きさになるようにレンズ１９を移動する。レンズ１９の移動量と距離の変化は予め対応づけられているので移動量が分かれば前方車両までの距離Ｌをそのまま検出できる。レンズ１９が例えばステップモータにより移動される場合、その制御量はステップモータに入力したパルス数により検出される。
【００５５】
なお、投光パターン２０の大きさは、点灯するＬＥＤチップ１０ａを同心状に変更してもよい（中心位置は同じままＬＥＤチップ１０ａが点灯して形成する点灯パターンを大きく又は小さくする）。
【００５６】
レンズ１９の制御量そのものが距離Ｌになるので、画像処理負担が低減され、また、画像処理を行わないので精度が向上する。また、同じ投光パターン２０を継続的に検出するため、投光パターン２０の検出及びノイズの排除が容易になり、投光パターン２０を検出する上でＳ／Ｎ比が有利になる。
【００５７】
〔自車両の姿勢による投光角度の補整〕
自車両の姿勢がピッチング方向やロール方向に傾いている場合点灯パターンも傾いてしまい、投光パターン２０が前方車両に投光されなかったり形状が歪むおそれがある。そこで、自車両の姿勢を検出して投光角度を補正することが好ましい。
【００５８】
図１の車高センサ１６は、各車輪に対応する位置の実車高を検出するセンサであって、各車輪に対応するように設けられたサスペンションのストローク量を検出する。したがって、各輪における車高から車両の姿勢を検出することができる。
【００５９】
図８（ａ）は自車両がδ１ロール運動している図を、図８（ｂ）はδ２ピッチング運動している図を示す。投光角度補正手段１３ｃは車高センサ１６からロール角δ１を演算し、δ１回転した点灯パターンをＬＥＤモジュール１０から投光する。図８（ｃ）はロール角に応じて選択的にＬＥＤチップ１０ａを点灯させたＬＥＤモジュール１０の一例を示す。このように、投光角度補正手段１３ｃがロール角に応じて点灯パターンを回転させることで、ロール運動による投光角度の変化を低減することができる。なお、ＬＥＤヘッドライト１１の全体をモータにより回転してもよい。
【００６０】
また、ピッチング運動している場合、投光角度補正手段１３ｃは車高センサ１６からピッチング角δ２を演算し、ＬＥＤヘッドライト１１の投光方向を変更する。図８（ｄ）はピッチング角に応じて、投光方向を制御可能なＬＥＤヘッドライト１１の一例を示す。ＬＥＤヘッドライト１１の筐体には前方下側にバー２３が当接しており、バー２３はギアボックス２２によりモータ２１の回転軸と歯合している。モータ２１及びギアボックス２２は車体側に固定されているため、モータ２１を回転するとＬＥＤヘッドライト１１の前方を上下方向にスイングすることができる。ピッチング角に応じて投光角度補正手段１３ｃがＬＥＤヘッドライト１１の投光方向を制御することで、ピッチング運動による投光角度の変化を低減することができる。
【００６１】
なお、自車両の姿勢により撮影された投光パターン２０が前後左右に傾いた場合、撮影された投光パターン２０を補正してもよい。画像データを補正する場合、前方車両検出ＥＣＵ１５は、車高センサ１６に基づきロール角δ１及びピッチング角δ２を演算し、撮影された投光パターン２０を、例えばアフィン変換などにより回転・変形して補正する。また、姿勢が所定以上に傾いた場合は投光パターン２０の投光を行うことを禁止してもよい。これにより、投光方向又は画像の補正が距離Ｌやヨー角θに与える誤差が過大になることを防止できる。
【００６２】
〔距離検出の調整〕
距離検出のため、予め投光パターン２０毎に標準距離（例えば、１０ｍ）Ｌ０に投光された場合に撮影される投光パターン２０の大きさを記憶しておくとしたが、標準距離Ｌ０に壁を設けるなどの設備を用意せずに、出荷時に距離を検出するためのカメラパラメータを算出することができる。
【００６３】
図９は、カメラパラメータの算出を説明するための図である。点灯パターン１と相似形の点灯パターン２のある辺の長さをａ、ｂとし、壁などの対象物にそれぞれを投光した際の投光パターン１と投光パターン２のある辺の長さをＡ、Ｂとした。ａとｂの長さは既知であり、ＡとＢの長さはカメラ１０の焦点距離から求められる。
【００６４】
実際にはＬＥＤヘッドライト１１の位置が同じなので点灯パターン１と２の位置も同じであるが、点灯パターン１と２は相似形であるので図示するような投光の広がりに一致する点灯位置が存在する。また、投光パターン１，２も互いに相似形であるの投光の広がりに一致する投光位置に投光されるものである。
【００６５】
ここで、点灯パターン１と２を同じ距離にある対象物に投光すると、点灯パターン１から投光パターン１までの距離Ｌ１と点灯パターン２から投光パターン２までの距離Ｌ２とは同じ距離になるので、点灯パターン１と２の距離ｋと投光パターン１と投光パターン２の距離ｎは等しい。これらの関係と図示する相似関係から距離Ｌ＝Ｌ１＝Ｌ２を算出することができる。したがって、相似形の点灯パターンを同一の対象物に投光することで距離Ｌを算出でき、この時の投光パターン１と２の大きさを記憶しておけば、以降は１つの投光パターンを投光することで前方車両との距離Ｌを検出できるようになる。
【００６６】
〔前方車両認識装置１の動作〕
図１０は、前方車両認識装置１が距離Ｌ及びヨー角θを検出する手順を示すフローチャート図である。図１０のフローチャート図は例えばイグニッションがオンにされるとスタートする。
【００６７】
ボディＥＣＵ１３は車高センサ１６から送出される信号を所定のサイクル時間毎に受信するので、投光角度補正手段１３ｃは車両の姿勢を演算し、姿勢に応じて投光角度を補正する（Ｓ１）。
【００６８】
投光手段１３ａは投光角度補正手段１３ｃにより補正された投光角度で点灯パターンを投光する（Ｓ２）。投光手段１３ａは、当初複数の点灯パターンを複雑なものから順次投光する。
【００６９】
そして、変更手段１４ａは投光パターン２０の検出精度を判定し、検出精度がよい場合には複雑な投光パターン２０を、検出精度が低い場合には簡単な形状の点灯パターンを選択する（Ｓ３）。
【００７０】
ついで、変更手段１４ａは点灯パターンの大きさを決定する（Ｓ４）。投光パターン２０は大きい方が検出精度が向上するので、前方車両の平面部が許容する大きな点灯パターンを投光する。
【００７１】
ついで、検出手段１４ｂは、撮影された投光パターン２０に基づき距離Ｌ及びヨー角θを検出する（Ｓ４）。これにより、投光パターン２０が投光された前方車両を撮影して前方車両との距離Ｌ及びヨー角θを検出できた。
【００７２】
そして、検出手段１４ｂは、更に、異なる形状及び大きさの投光パターン２０を投光して距離Ｌ及びヨー角θを検出し、それら複数の距離Ｌ及びヨー角θの例えば平均を算出することで、より精度のよい距離Ｌ及びヨー角θを検出する（Ｓ５）。
【００７３】
本実施形態の前方車両認識装置１によれば、光を投光した対象物の画像を撮影することで、種々の対象物との距離を検出できる。また、レーダ等では困難な傾き（ヨー角）を検出することができる。距離及びヨー角を検出するに当たっては、複数の点灯パターンから好適なものを選択するので対象物に応じて適切な点灯パターンを選択でき、精度よく距離及びヨー角を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】前方車両認識装置の構成図の一例である。
【図２】ＬＥＤモジュールの正面図（光の照射面）である。
【図３】ＬＥＤチップを選択的に点灯して得られる点灯パターンの一例を示す図である。
【図４】前方車両に投光される投光パターンの一例を示す図である。
【図５】撮影された投光パターンに基づく距離及びヨー角の検出を説明するための図である。
【図６】前方車両の斜面又は段差部に投光された投光パターンの一例を示す図である。
【図７】投光パターンの大きさの制御を説明するための図である。
【図８】自車両の姿勢に基づき補正される投光角度を説明するための図である。
【図９】距離Ｌの検出の調整を説明するための図である。
【図１０】前方車両認識装置１が距離Ｌ及びヨー角θを検出する手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 前方車両認識装置
１０ カメラ
１１ ＬＥＤヘッドライト
１２ 駆動回路
１３ ボディＥＣＵ
１４ カメラセンサ
１５ 前方車両検出ＥＣＵ
１６ 車高センサ
１７、１９ レンズ
１８ 遮光板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物との距離又は傾きを検出する前方車両認識装置に関し、特に、光が投光された対象物の撮影画像により対象物との距離又は傾きを検出する前方車両認識装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両と対象物の距離を検出して種々の制御を行うため、レーダ（電波）やレーザ光（Ｌｉｄａｒ）を車両前方に照射してその反射波から車間距離等を検出する車間距離センサが知られているが、レーダ装置やＬｉｄａｒ装置はコスト高であったり車載時の搭載レイアウトの制約を受けるなどの課題がある。また、レーダ装置やＬｉｄａｒ装置では対象物の位置及び方向は検出可能であっても、対象物に対する自車両の傾きを検出することは困難である。
【０００３】
また、駐車場などに車庫入れする際に、壁等の障害物からの距離を検出する変位検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載の変位検出装置は、レーザ光等の複数の光線を障害物に向かって照射し、投影された光線を撮影した画像データに基づき、障害物までの距離及び壁に対する車両の傾きを検出する。例えば、点状の３本の光線を、１本は車両から垂直に他の２本は垂直な光線と所定角をなして壁に向けて照射し、壁に投光された３つの光点の光点間の長さから壁との距離及び傾きを検出する。
【特許文献１】特開２００１−５６２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の変位検出装置は単一の光線を投光するため、対象となる障害物の形状や距離によっては検出精度が低下するという問題がある。例えば、壁との距離が大きいと、壁に形成される３つの光点間の距離が離れすぎしまいカメラなどで撮影することが困難になる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、光を投光して種々の対象物との距離又は傾きを検出可能な前方車両認識装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、投光パターンが投光された対称物を撮影し、撮影された投光パターンの形状に基づき対象物との距離又は傾きを検出する車両認識装置において、投光パターンを投光するための複数の点灯パターンを記憶した点灯パターン記憶手段と、撮影された投光パターンの検出状態に基づき点灯パターンを変更する変更手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
なお、検出状態とは例えば撮影される投光パターンの大きさや検出精度（検出の有無を含む画像処理により得られる投光パターンの確からしさ）をいう。また、投光パターンはサーバからダウンロードしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
光を投光して種々の対象物との距離又は傾きを検出可能な前方車両認識装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の前方車両認識装置１の構成図を示す。前方車両認識装置１は、ＬＥＤヘッドライト１１が前方の車両に照射した投光パターンをカメラ１０により撮影し、撮影された投光パターンの画像データから投光パターンの大きさや形状に基づき前方車両との距離及び前方車両に対するヨー角を検出する。
【００１０】
前方車両認識装置１は、前方車両検出ＥＣＵ１５により制御される。前方車両検出ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１５は、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車内ＬＡＮを介し、ＬＥＤヘッドライト１１の点灯を制御するボディＥＣＵ１３に接続されている。
【００１１】
ボディＥＣＵ１３はコンビネーションスイッチなどの操作を検出して駆動回路１２を制御してＬＥＤヘッドライト１１を点灯又は消灯する。また、後述するようにボディＥＣＵ１３は、カメラ制御ＥＣＵ１４から送信される点灯パターン指示情報を受信して、点灯パターン指示情報により指定された点灯パターンを、駆動回路１２を制御して投光する。
【００１２】
ボディＥＣＵ１３、カメラ制御ＥＣＵ１４及び前方車両検出ＥＣＵ１５は、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムを記憶したＲＯＭ、データやプログラムを一時的に記憶するＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）、データを入力及び出力する入出力インターフェイス、他のＥＣＵと通信する通信部がバスを介して接続されたマイコンとして構成される。
【００１３】
ＣＰＵがプログラムを実行することで、種々の点灯パターンを指示して投光する投光手段１３ａ、投光パターンの投光角度を補正する投光角度補正手段１３ｃ、撮影された投光パターンの大きさや検出精度に基づき点灯パターンを変更する変更手段１４ａ、撮影された投光パターンから前方車両との距離Ｌ及びヨー角θを検出する検出手段１４ｂ、が実現される。
【００１４】
ＬＥＤヘッドライト１１について説明する。なお、同様のＬＥＤヘッドライト１１が車両前方を照らすように車幅方向に２つ以上設けられている。また、ヘッドライトと兼用するのでなく別体の光源として配設されていてもよい。
【００１５】
ＬＥＤヘッドライト１１はプロジェクタータイプであってＬＥＤモジュール１０からの光をレンズ１７と遮光板１８で配光制御する。ＬＥＤモジュール１０は、例えば全光束５００〜５０００ｌｍ程度の光出力を有する白色ＬＥＤで構成されている。図２はＬＥＤモジュール１０の正面図（光の照射面）を示す。ＬＥＤモジュール１０は、基板上に複数のＬＥＤチップ１０ａが格子状に配列されて面光源を構成する。ＬＥＤチップ１０ａは、発光層の大きさが例えば数ｍｍ角程度であり、中心波長が約４７０ｎｍの青色ＬＥＤである。ＬＥＤチップ１０ａの周囲には黄色蛍光体を含んだ樹脂層が所定の厚さで形成されており、この黄色蛍光体がＬＥＤチップ１０ａの発する４７０ｎｍの光によって励起され、黄色光を発すると、青色と黄色が混合され白色光を得ることが出来る。
【００１６】
各ＬＥＤチップ１０ａはすり鉢状に凹んだ底部に配置され、反射板１０ｂにより囲まれているため、ＬＥＤチップ１０ａの光を効率的に照射できるように、狭指向性を持って放射する。ＬＥＤチップ１０ａは、１〜１０個／ｃｍ２程度の密度で実装されている。本実施形態では、一例としてＬＥＤモジュール１０にはＬＥＤチップ１０ａが１個／ｃｍ２の密度で１００個（縦１０個×横１０個）実装されている。ＬＥＤチップ１個あたりの光出力を２０ｌｍとすると、全光束は２０００ｌｍとなる。
【００１７】
なお、後述するように各ＬＥＤチップ１０ａを選択的に点灯することで複数の幾何学的形状に点灯するため、ＬＥＤモジュール１０の一部の点灯色を変えてもよい。この点灯色は、夜間、白色に車両前方を照らした場合にも画像データから検出しやすい、白色と輝度の差が大きい点灯色（例えば、赤色、黄、青色、紫外、等）であることが好適となる。
【００１８】
図３は、ＬＥＤチップ１０ａを選択的に点灯して得られる点灯パターンの一例を示す図である。点灯パターンは、三角形、ひし形、六角形、直線の組み合わせ等、幾何学的な形状のそれぞれについて異なる大きさもの（相似形）が予めボディＥＣＵ１３又は駆動回路１２に記憶されている。点灯パターンは簡単な形状から複雑な形状まで記憶されていて、本実施形態では頂角の数又は辺の数が少ないものを簡単な形状と、頂角の数又は辺の数が多いものほど複雑な形状と称す。複雑な形状であるほど、撮影された投光パターンの形状にかかる特徴が多いことになり、多くの情報が得られる。なお、後述するようにヨー角を検出する上では、点灯パターンは左右に線対称であることが好適である。
【００１９】
各点灯パターンには識別番号（図では１Ａ〜４Ｃ）が付与されていて、前方車両検出ＥＣＵ１５が点灯パターン指示情報により識別番号を指定すると、投光手段１３ａは識別番号に対応する点灯パターンの形状にＬＥＤモジュール１０を点灯する。
【００２０】
なお、各点灯パターンの形状の特徴量は既知である。例えば、各点灯パターンの絶対的な大きさ（各辺の長さ・頂角の角度・対角線の長さなど）に加え、三角形であれば各辺の長さの関係（正三角形・２等辺三角形）、ひし形であれば各辺の長さの関係・２つの対角線の長さの比、６角形であれば各辺の長さの関係、直線の組み合わせであれば各直線の長さの比・格子点間の距離の比、である。
【００２１】
次に画像データの撮影について説明する。カメラ制御ＥＣＵ１４はルームミラーの背面などの搭載位置から車両前方へ向けて水平下向きに所定角範囲で広がる領域を撮影するカメラ１０に接続され、カメラ１０はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）の光電変換素子により、入射した光を所定の輝度階調（例えば、２５６階調）の画像データをカメラ制御ＥＣＵ１４に出力する。
【００２２】
カメラ制御ＥＣＵ１４は画像データを画像処理して、白線や車両前方の障害物などを検出する。例えば、白線を検出する場合、画像データに映し出されている道路上に描かれた走行レーンを区切る白線を検出する。カメラ制御ＥＣＵ１４は、例えば、画像データの輝度に基づき、所定の閾値以上の輝度を有する領域を画像データの底部から上方に向けて探索する。白線は両端に高周波成分たるエッジを有するので、車両前方の画像データの輝度値を水平方向に微分すると、白線の両端にピークが得られるので白線部分が推定できる。さらに推定した白線部分について、白線の特徴である、輝度が高い、線状の形状である等の特徴のある領域に、マッチングなどの手法を適用して白線を検出する。また、カメラ制御ＥＣＵ１４としてステレオカメラを備えれば、視差画像を利用して障害物との距離、方向、相対速度を検出することができる。
【００２３】
レーンキーピング制御を行う場合、カメラ制御ＥＣＵ１４は、検出した白線の曲率、白線に対する車両のヨー角、左右の白線間の距離（車線幅）、車線幅の略中央に設定した目標走行線からのオフセット位置、等を算出し、電動パワーステアリングＥＣＵに送出する。
【００２４】
また、カメラ制御ＥＣＵ１４は撮影された画像データから前方の車両に投光された図３のような投光パターンを検出する。図４（ａ）は前方車両に投光された投光パターン２０の一例を示す。図４（ａ）では前方車両の後部バンパの上方に三角形の投光パターン２０が投影されている。
【００２５】
撮影された投光パターン２０から距離及びヨー角を検出する手順について説明する。投光パターン２０は白色光であるので他の部分よりも輝度が高い。そこで、検出手段１４ｂは所定の閾値（例えば、２５６段階の場合では１８０〜２２０）で画像データを２値化し、画像データから投光パターン２０のみを抽出する。
【００２６】
投光された投光パターン２０はカメラ制御ＥＣＵ１４が指示したものであるため、検出手段１４ｂにとって投光パターン２０の形状及び大きさは既知である。検出手段１４ｂは、２値化した画像データから、投光した投光パターン２０の形状を標準テンプレートを用いてパターンマッチングにより投光パターン２０を検出する。したがって、パターンマッチングにより投光パターン２０が検出された場合は、撮影された投光パターン２０の検出精度は正常であると判定できる。
【００２７】
投光パターン２０が撮影されていた場合、検出手段１４ｂは投光パターン２０の大きさに基づき先行車両までの距離を検出する。はじめに、前方車両に対するヨー角がゼロの場合について説明する。
【００２８】
図４（ｂ）は投光パターン２０の大きさと投光面（前方車両）までの距離Ｌの関係を示す図である。図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤヘッドライト１１の光が完全に平行光線でない限り、投光パターン２０は距離Ｌに比例して大きくなる。
【００２９】
そこで、予め投光パターン２０毎に標準距離（例えば、１０ｍ）Ｌ０に投光された場合に撮影される投光パターン２０の大きさを記憶しておく。カメラ１０の焦点距離が既知であるので、撮影される投光パターン２０の大きさは、例えば光電変換素子に占めるピクセル数により判定すればよい。
【００３０】
標準距離Ｌ０に投光された場合に撮影された投光パターン２０の大きさが既知であるので、標準距離Ｌ０に投影された時の大きさと未知の距離に投影された時の投光パターン２０の大きさを比較するだけで、前方車両までの距離Ｌを検出することができる。
【００３１】
例えば、投光パターン２０の大きさとして三角形の底辺の長さを用いた場合であって、標準距離Ｌ０に投光した場合の底辺の長さがａ、未知の距離Ｌに投光した場合の底辺の長さがｂの場合、前方車両までの距離Ｌは次のように表すことができる。
Ｌ＝（ｂ／ａ）×Ｌ０
続いて、撮影された投光パターン２０が歪んでいる場合について説明する。図４（ｂ）に示したように、投光パターン２０は距離Ｌに比例して大きくなるため、予め２つの距離で投光パターン２０を撮影しておけば、ＬＥＤヘッドライト１１の光の広がり角αは既知となる。αが既知であれば、前方車両Ａに対するヨー角と距離Ｌを算出することができる。
【００３２】
なお、自車両に対する前方車両の相対的なヨー角が０度でない場合、すなわち、前方車両が真後ろを向けていない場合、投光パターン２０と相似形の標準テンプレートではマッチングが困難な場合あるので、カメラ制御ＥＣＵ１４にはヨー角に対応して歪んだ投光パターンを標準テンプレートとして記憶しておくことが好適である。
【００３３】
図５（ａ）は左右が線対称となっていない投光パターン２０の一例を、図５（ｂ）は、ヨー角の算出を説明するための図を示す。投光パターン２０は平行光線でないため、図５（ａ）に示すように垂線を降ろした点Ｏ０は底辺を二等分しない。そこで、ｍとｎの関係から距離Ｌ及びヨー角θを求める。なお、図５（ｂ）では、ヨー角をθ、底辺に垂線を降ろした点をＯ０、底辺を挟む頂角の点をそれぞれＯ１、Ｏ２、とした。
【００３４】
図示するような関係から、
（Ｌ＋ｎsinθ）／ｎcosθ＝（L−ｍsinθ）／ｍcosθ
が得られるので、これを変形すると
L ＝ ２ｎｍsinθ／｛（ｎ＋ｍ）tanα｝ … （１）
が得られる。
【００３５】
また、図示する関係から、
L＝ｎcosθ／tanα−ｎsinθ
L＝ｍcosθ／tanα＋ｍsinθ
が得られるので、Lを消去すると、
tanθ＝（ｎ−ｍ）／（ｎ＋ｍ）tanα
θ＝arctan［（ｎ−ｍ）／（ｎ＋ｍ）tanα］ … （２）
が得られる。
【００３６】
したがって、式（１）から前方車両との距離Ｌが、式（２）から前方車両に対するヨー角θが得られる。
【００３７】
〔点灯パターンの選択〕
・前方車両の形状に応じた点灯パターンの選択
これまで説明したように、検出手段１４ｂは撮影された投光パターン２０の幾何学的な特徴から距離Ｌ及びヨー角θを求めるため、投光パターン２０は前方車両の平面の部位に投光されることが好ましい。しかしながら、車両の形状は様々であるため１つの投光パターン２０を投光していたのでは、前方車両の平面に投光されるとは限らない。例えば、ハッチバッグ型やワンボックス型では車両の後部が斜めに傾斜している場合があり、斜面に投光された投光パターン２０はヨー角θがゼロであっても歪んでしまい、また、直線が直線として撮影されなくなるので距離Ｌの検出も困難になる。
【００３８】
そこで、本実施形態の前方車両認識装置１は前方車両の形状に応じて点灯パターンを変更する。図６（ａ）は前方車両の斜面に投光された投光パターン２０の一例を示す。前方車両の斜面に投光された場合、投光パターン２０は縦方向に伸長される場合が多い。前方車両とのヨー角θがゼロでない場合は、投光パターン２０は横方向に伸長するので、変更手段１４ａは、検出された投光パターン２０が縦方向に所定以上伸長してる場合（例えば、外接矩形により判定）、投光する点灯パターンを変更する。
【００３９】
図６（ｂ）は前方車両の段差を跨いで投光された投光パターン２０の一例を示す。図６（ｂ）に示すように、段差を含んで投光された場合、投光パターン２０は欠損したり直線部に折れ部が現れる。直線部が直線として得られない投光パターン２０の場合、変更手段１４ａはマッチングにより該投光パターンを検出できないと判定し、投光する点灯パターンを変更する。
【００４０】
したがって、変更手段１４ａは撮影された投光パターン２０がマッチングしない場合や縦方向の伸長が検出される場合、投光パターン２０の検出精度が低いと判定して、少なくとも大きさ又は形状のいずれかが異なる点灯パターンにより投光する。
【００４１】
また、投光パターン２０は前方車両の平面部に投光することが好ましいので、変更される点灯パターンは第１に小さい投光パターン２０である。投光パターン２０が小さいことで、平面部に投影される確率が高まる。また、車両の平面部は、例えば、ナンバープレートやバンパ、トランクなど、比較的、車両の下方にあるので、投光されるような点灯パターンを選択する。また、同じ形状及び大きさの投光パターン２０を投光する場合でも、車両の下方であれば平面部に投光されやすいので、点灯するＬＥＤチップ１０ａを投光パターンを保ったまま全体に下方に移動してもよい。
【００４２】
・複数の投光パターン２０からの選択
また、平面に投影された場合であっても前方車両の距離Ｌや投光パターン２０の大きさによっては検出精度に差が生じる。例えば、前方車両の平面の領域が小さい場合、投光パターン２０が小さくなり、撮影される投光パターン２０も小さくなる（ピクセル数が少なくなる）ため距離Ｌ及びヨー角θの誤差が大きくなる。また、前方車両との距離が大きい場合も撮影される投光パターン２０が小さくなるため、同様の理由により距離Ｌ及びヨー角θの誤差が大きくなる。
【００４３】
ここで、投光パターン２０は複雑な形状のものほど距離Ｌ及びヨー角θを算出するための幾何学形状（例えば辺）を多く取り出すことができる。例えば、三角形では３つの辺から距離Ｌを、底辺からヨー角θを検出することしかできないが、ひし形では４つの辺の長さから距離Ｌを算出でき、ひし形の上半分と下半分のそれぞれからヨー角θを算出することができる。
【００４４】
しかしながら、一方で、複雑な投光パターン２０は光の影響や画像データのノイズなどによる影響を受けやすく、画像データの画質によっては誤差を含みやすい。そこで、カメラ制御ＥＣＵ１４は、投光パターン２０の検出精度に応じて点灯パターンを選択する。検出精度は上記のように撮影された投光パターン２０の大きさ（例えば、外接矩形の大きさ）及びマッチングの程度により判定する。また、各投光パターン２０は複雑さ（例えば、頂角の数）に応じて予めランク付けされている。
【００４５】
このようにして変更手段１４ａは、投光パターン２０の検出精度に応じて点灯パターンを変更する。すなわち、投光パターン２０の検出精度がよい場合には複雑な形状の点灯パターン（例えば、３角形から６角形に変更）を投光するので、距離Ｌ及びヨー角θの精度が向上する。
【００４６】
逆に、投光パターン２０の検出精度が低い場合、簡易な形状の投光パターン２０を投光する。例えば、６角形の投光パターン２０では辺の一部が欠損して撮影された場合、ひし形や三角形など辺の角の少ない点灯パターンを投光する。また、平面に収まるように投光パターン２０の大きさを小さくする。例えば、ヨー角θは式（２）により算出されるため辺の数が少ないと誤差を含みやすいので、複雑さが所定以下（単純）の点灯パターンを投光する場合、検出手段１４ｂはヨー角θを検出しないとしてもよい。投光パターン２０の検出精度が低い場合には簡易な形状の点灯パターンを投光するので、距離Ｌやヨー角θの検出精度の悪化を限定できる。
【００４７】
・点灯パターンの大きさの選択
投光パターン２０が大きく撮影されるほど、算出される距離Ｌ及びヨー角θの誤差は小さくなるため、投光パターン２０はできる限り大きく投影されることが好ましい。そこで、変更手段１４ａは、前方車両との距離Ｌや形状に応じて投光パターン２０の大きさを制御する。例えば、同じ大きさの投光パターン２０を投影し続けた場合、前方車両に接近すると投光パターン２０は小さく撮影されるので、撮影される投光パターン２０が小さくなった場合、変更手段１４ａは大きな点灯パターンを投光する。
【００４８】
逆に、前方車両との距離が離れると投光パターン２０は大きく投影される。しかしながら、距離Ｌが大きいと投光パターン２０は小さく撮影されるため、前方車両との距離が離れた場合も、変更手段１４ａは可能な限り大きな点灯パターンを投光する。このように、投光パターン２０が大きく撮影されるように点灯パターンを変更することで、算出される距離Ｌ及びヨー角θの精度が向上する。
【００４９】
〔複数の異なる点灯パターンの投光〕
投光パターン２０は点灯するＬＥＤチップ１０ａを選択するだけで変更できるため、所定のサイクル時間毎に点灯パターンを切り替えたり、ＬＥＤモジュール１０の領域を区分して異なる点灯パターンを投光したり、左右のＬＥＤモジュール１０で異なる点灯パターンを投光することができる。
【００５０】
投光パターン２０は各辺の角度や長さが異なるため同一の前方車両が同一の距離Ｌを走行している場合でも、距離Ｌやヨー角θを検出する上でより好適な投光パターン２０が存在するものと考えられる。最も好適な投光パターン２０が選択されればよいが、最適な投光パターン２０を決定することは困難か時間がかかるため、同一の前方車両に複数の異なる投光パターン２０を投光し、撮影されるそれぞれの投光パターン２０から距離Ｌ及びヨー角θを検出することが好適となる。
【００５１】
変更手段１４ａは複数の異なる投光パターン２０を投光し、例えば、検出手段１４ｂがマッチングの結果や撮影された投光パターン２０の大きさから精度の低い投光パターン２０を排除する。検出手段１４ｂは、排除されなかった投光パターン２０のそれぞれから算出した距離Ｌ及びヨー角θの平均値や中央値を算出することで、距離Ｌ及びヨー角θの検出精度を向上することができる。
【００５２】
〔同じ大きさになるように投光パターン２０を投光することで距離Ｌを検出する〕
上記では距離Lを式により算出することとしたが、距離Ｌを投光パターン２０の投光の制御量から求めてもよい。図４（ｂ）に示したように、同一の投光パターン２０であっても前方車両との距離Ｌに応じて投光される投光パターン２０の大きさは異なるが、投光パターン２０の大きさに比例して距離Ｌが変わるため、投光パターン２０が一定の大きさになるように制御した場合、制御量がそのまま距離Ｌを示すことになる。
【００５３】
図７は投光パターンの大きさの制御を説明するための図である。投光パターン２０はＬＥＤモジュール１０に形成されるので、レンズ１９をＬＥＤモジュール１０に近づければ投光パターン２０は小さく、レンズ１９をＬＥＤモジュール１０から遠ざければ投光パターン２０は大きくなる。
【００５４】
撮影された投光パターン２０の大きさによりその時の距離Ｌが算出されたら、以降は、カメラ制御ＥＣＵ１４は撮影される投光パターン２０が一定の大きさになるようにレンズ１９を移動する。レンズ１９の移動量と距離の変化は予め対応づけられているので移動量が分かれば前方車両までの距離Ｌをそのまま検出できる。レンズ１９が例えばステップモータにより移動される場合、その制御量はステップモータに入力したパルス数により検出される。
【００５５】
なお、投光パターン２０の大きさは、点灯するＬＥＤチップ１０ａを同心状に変更してもよい（中心位置は同じままＬＥＤチップ１０ａが点灯して形成する点灯パターンを大きく又は小さくする）。
【００５６】
レンズ１９の制御量そのものが距離Ｌになるので、画像処理負担が低減され、また、画像処理を行わないので精度が向上する。また、同じ投光パターン２０を継続的に検出するため、投光パターン２０の検出及びノイズの排除が容易になり、投光パターン２０を検出する上でＳ／Ｎ比が有利になる。
【００５７】
〔自車両の姿勢による投光角度の補整〕
自車両の姿勢がピッチング方向やロール方向に傾いている場合点灯パターンも傾いてしまい、投光パターン２０が前方車両に投光されなかったり形状が歪むおそれがある。そこで、自車両の姿勢を検出して投光角度を補正することが好ましい。
【００５８】
図１の車高センサ１６は、各車輪に対応する位置の実車高を検出するセンサであって、各車輪に対応するように設けられたサスペンションのストローク量を検出する。したがって、各輪における車高から車両の姿勢を検出することができる。
【００５９】
図８（ａ）は自車両がδ１ロール運動している図を、図８（ｂ）はδ２ピッチング運動している図を示す。投光角度補正手段１３ｃは車高センサ１６からロール角δ１を演算し、δ１回転した点灯パターンをＬＥＤモジュール１０から投光する。図８（ｃ）はロール角に応じて選択的にＬＥＤチップ１０ａを点灯させたＬＥＤモジュール１０の一例を示す。このように、投光角度補正手段１３ｃがロール角に応じて点灯パターンを回転させることで、ロール運動による投光角度の変化を低減することができる。なお、ＬＥＤヘッドライト１１の全体をモータにより回転してもよい。
【００６０】
また、ピッチング運動している場合、投光角度補正手段１３ｃは車高センサ１６からピッチング角δ２を演算し、ＬＥＤヘッドライト１１の投光方向を変更する。図８（ｄ）はピッチング角に応じて、投光方向を制御可能なＬＥＤヘッドライト１１の一例を示す。ＬＥＤヘッドライト１１の筐体には前方下側にバー２３が当接しており、バー２３はギアボックス２２によりモータ２１の回転軸と歯合している。モータ２１及びギアボックス２２は車体側に固定されているため、モータ２１を回転するとＬＥＤヘッドライト１１の前方を上下方向にスイングすることができる。ピッチング角に応じて投光角度補正手段１３ｃがＬＥＤヘッドライト１１の投光方向を制御することで、ピッチング運動による投光角度の変化を低減することができる。
【００６１】
なお、自車両の姿勢により撮影された投光パターン２０が前後左右に傾いた場合、撮影された投光パターン２０を補正してもよい。画像データを補正する場合、前方車両検出ＥＣＵ１５は、車高センサ１６に基づきロール角δ１及びピッチング角δ２を演算し、撮影された投光パターン２０を、例えばアフィン変換などにより回転・変形して補正する。また、姿勢が所定以上に傾いた場合は投光パターン２０の投光を行うことを禁止してもよい。これにより、投光方向又は画像の補正が距離Ｌやヨー角θに与える誤差が過大になることを防止できる。
【００６２】
〔距離検出の調整〕
距離検出のため、予め投光パターン２０毎に標準距離（例えば、１０ｍ）Ｌ０に投光された場合に撮影される投光パターン２０の大きさを記憶しておくとしたが、標準距離Ｌ０に壁を設けるなどの設備を用意せずに、出荷時に距離を検出するためのカメラパラメータを算出することができる。
【００６３】
図９は、カメラパラメータの算出を説明するための図である。点灯パターン１と相似形の点灯パターン２のある辺の長さをａ、ｂとし、壁などの対象物にそれぞれを投光した際の投光パターン１と投光パターン２のある辺の長さをＡ、Ｂとした。ａとｂの長さは既知であり、ＡとＢの長さはカメラ１０の焦点距離から求められる。
【００６４】
実際にはＬＥＤヘッドライト１１の位置が同じなので点灯パターン１と２の位置も同じであるが、点灯パターン１と２は相似形であるので図示するような投光の広がりに一致する点灯位置が存在する。また、投光パターン１，２も互いに相似形であるの投光の広がりに一致する投光位置に投光されるものである。
【００６５】
ここで、点灯パターン１と２を同じ距離にある対象物に投光すると、点灯パターン１から投光パターン１までの距離Ｌ１と点灯パターン２から投光パターン２までの距離Ｌ２とは同じ距離になるので、点灯パターン１と２の距離ｋと投光パターン１と投光パターン２の距離ｎは等しい。これらの関係と図示する相似関係から距離Ｌ＝Ｌ１＝Ｌ２を算出することができる。したがって、相似形の点灯パターンを同一の対象物に投光することで距離Ｌを算出でき、この時の投光パターン１と２の大きさを記憶しておけば、以降は１つの投光パターンを投光することで前方車両との距離Ｌを検出できるようになる。
【００６６】
〔前方車両認識装置１の動作〕
図１０は、前方車両認識装置１が距離Ｌ及びヨー角θを検出する手順を示すフローチャート図である。図１０のフローチャート図は例えばイグニッションがオンにされるとスタートする。
【００６７】
ボディＥＣＵ１３は車高センサ１６から送出される信号を所定のサイクル時間毎に受信するので、投光角度補正手段１３ｃは車両の姿勢を演算し、姿勢に応じて投光角度を補正する（Ｓ１）。
【００６８】
投光手段１３ａは投光角度補正手段１３ｃにより補正された投光角度で点灯パターンを投光する（Ｓ２）。投光手段１３ａは、当初複数の点灯パターンを複雑なものから順次投光する。
【００６９】
そして、変更手段１４ａは投光パターン２０の検出精度を判定し、検出精度がよい場合には複雑な投光パターン２０を、検出精度が低い場合には簡単な形状の点灯パターンを選択する（Ｓ３）。
【００７０】
ついで、変更手段１４ａは点灯パターンの大きさを決定する（Ｓ４）。投光パターン２０は大きい方が検出精度が向上するので、前方車両の平面部が許容する大きな点灯パターンを投光する。
【００７１】
ついで、検出手段１４ｂは、撮影された投光パターン２０に基づき距離Ｌ及びヨー角θを検出する（Ｓ４）。これにより、投光パターン２０が投光された前方車両を撮影して前方車両との距離Ｌ及びヨー角θを検出できた。
【００７２】
そして、検出手段１４ｂは、更に、異なる形状及び大きさの投光パターン２０を投光して距離Ｌ及びヨー角θを検出し、それら複数の距離Ｌ及びヨー角θの例えば平均を算出することで、より精度のよい距離Ｌ及びヨー角θを検出する（Ｓ５）。
【００７３】
本実施形態の前方車両認識装置１によれば、光を投光した対象物の画像を撮影することで、種々の対象物との距離を検出できる。また、レーダ等では困難な傾き（ヨー角）を検出することができる。距離及びヨー角を検出するに当たっては、複数の点灯パターンから好適なものを選択するので対象物に応じて適切な点灯パターンを選択でき、精度よく距離及びヨー角を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】前方車両認識装置の構成図の一例である。
【図２】ＬＥＤモジュールの正面図（光の照射面）である。
【図３】ＬＥＤチップを選択的に点灯して得られる点灯パターンの一例を示す図である。
【図４】前方車両に投光される投光パターンの一例を示す図である。
【図５】撮影された投光パターンに基づく距離及びヨー角の検出を説明するための図である。
【図６】前方車両の斜面又は段差部に投光された投光パターンの一例を示す図である。
【図７】投光パターンの大きさの制御を説明するための図である。
【図８】自車両の姿勢に基づき補正される投光角度を説明するための図である。
【図９】距離Ｌの検出の調整を説明するための図である。
【図１０】前方車両認識装置１が距離Ｌ及びヨー角θを検出する手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 前方車両認識装置
１０ カメラ
１１ ＬＥＤヘッドライト
１２ 駆動回路
１３ ボディＥＣＵ
１４ カメラセンサ
１５ 前方車両検出ＥＣＵ
１６ 車高センサ
１７、１９ レンズ
１８ 遮光板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光パターンが投光された対称物を撮影し、撮影された前記投光パターンの形状に基づき前記対象物との距離又は傾きを検出する前方車両認識装置において、
前記投光パターンを投光するための複数の点灯パターンを記憶した点灯パターン記憶手段と、
撮影された前記投光パターンの検出状態に基づき前記点灯パターンを変更する変更手段と、
を有することを特徴とする前方車両認識装置。
【請求項２】
自車両の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
前記姿勢検出手段により検出した姿勢に基づき前記点灯パターンの投光角度を補正する投光角度補正手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の前方車両認識装置。
【請求項３】
前記投光パターンが検出されない場合、前記変更手段は、頂角又は直線の数がより少ない前記点灯パターンに変更する、
ことを特徴とする請求項１記載の前方車両認識装置。
【請求項４】
前記投光パターンが検出された場合、前記変更手段は、頂角又は直線の数がより多い前記点灯パターンに変更する、
ことを特徴とする請求項１記載の前方車両認識装置。
【請求項５】
前記投光パターンが検出された場合、前記変更手段は、より大きな前記点灯パターンに変更する、
ことを特徴とする請求項１記載の前方車両認識装置。
【請求項１】
投光パターンが投光された対称物を撮影し、撮影された前記投光パターンの形状に基づき前記対象物との距離又は傾きを検出する前方車両認識装置において、
前記投光パターンを投光するための複数の点灯パターンを記憶した点灯パターン記憶手段と、
撮影された前記投光パターンの検出状態に基づき前記点灯パターンを変更する変更手段と、
を有することを特徴とする前方車両認識装置。
【請求項２】
自車両の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
前記姿勢検出手段により検出した姿勢に基づき前記点灯パターンの投光角度を補正する投光角度補正手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の前方車両認識装置。
【請求項３】
前記投光パターンが検出されない場合、前記変更手段は、頂角又は直線の数がより少ない前記点灯パターンに変更する、
ことを特徴とする請求項１記載の前方車両認識装置。
【請求項４】
前記投光パターンが検出された場合、前記変更手段は、頂角又は直線の数がより多い前記点灯パターンに変更する、
ことを特徴とする請求項１記載の前方車両認識装置。
【請求項５】
前記投光パターンが検出された場合、前記変更手段は、より大きな前記点灯パターンに変更する、
ことを特徴とする請求項１記載の前方車両認識装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−８２７５０（Ｐ２００８−８２７５０Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６０６３７（Ｐ２００６−２６０６３７）
【出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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