撮像装置
【課題】外部からの入射波による影響を低減し、撮像された対象者画像の鮮明さを向上させることが可能な撮像装置を提供すること。
【解決手段】被投影面６上に投影された対象者６の画像を撮像する撮像手段２と、被投影面６と撮像手段２との間の光路Ｌ２上に設けられ、被投影面６の対象者Ｄ側からの入射波Ｌ２による反射波Ｌ２及び被投影面６の対象者Ｄ側とは反対側からの入射波Ｌ４を透過又は反射させた状態である第１の偏光状態を実現する第１の偏光手段２２Ａと、被投影面６と撮像手段２との間の光路Ｌ２上に設けられ、被投影面６の反対側からの入射波Ｌ４を透過又は反射させた状態である第２の偏光状態を実現する第２の偏光手段２２Ｂとを備える構成とする。第１の偏光状態での撮像画像と、第２の偏光状態での撮像画像との差分画像を生成し、被投影面の反対側からの入射波を考慮して、画像の鮮明さを向上させる。
【解決手段】被投影面６上に投影された対象者６の画像を撮像する撮像手段２と、被投影面６と撮像手段２との間の光路Ｌ２上に設けられ、被投影面６の対象者Ｄ側からの入射波Ｌ２による反射波Ｌ２及び被投影面６の対象者Ｄ側とは反対側からの入射波Ｌ４を透過又は反射させた状態である第１の偏光状態を実現する第１の偏光手段２２Ａと、被投影面６と撮像手段２との間の光路Ｌ２上に設けられ、被投影面６の反対側からの入射波Ｌ４を透過又は反射させた状態である第２の偏光状態を実現する第２の偏光手段２２Ｂとを備える構成とする。第１の偏光状態での撮像画像と、第２の偏光状態での撮像画像との差分画像を生成し、被投影面の反対側からの入射波を考慮して、画像の鮮明さを向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用表示装置として、表示装置から発した光を運転者の前方に映し出して表示像を表示することにより、運転者に対して種々の情報を報知するヘッドアップディスプレイがある。このヘッドアップディスプレイでは、運転者が視認できるように表示像の表示位置を調整する必要があり、表示像の表示位置は運転者の眼の位置に応じて調整される。運転者の眼の位置は、運転者の体格や体勢などに応じて変わるため、運転者の正しい眼の位置を検出し、検出された眼の位置に応じて表示像の表示位置が調整される。
【０００３】
表示像の表示位置を調整可能なヘッドアップディスプレイとして、特開２００８−１５５７２０号公報（特許文献１）に記載された技術がある。特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイは、利用者（運転者）に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段、及び利用者を反射した赤外線を感受して利用者を撮像する赤外線カメラを備えている。特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイでは、複数の赤外線カメラによって利用者を撮像し、撮像された複数の顔画像に基づいて眼球位置の３次元座標を算出することで、眼球位置を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５５７２０号公報
【特許文献２】特開平１１−９５１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、外部から強い太陽光が車室内へ入射した場合には、運転者の画像が不鮮明になり運転者の画像の認識が困難になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、外部から入射する入射波による影響を低減し、撮像された対象者の画像の鮮明さを向上させることが可能な撮像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】
【０００７】
本発明による撮像装置は、被投影面上に投影された対象者の画像を撮像する撮像手段と、被投影面と撮像手段との間の光路上に設けられ、被投影面の対象者側からの入射波による反射波及び被投影面の対象者側とは反対側からの入射波を、透過又は反射させた状態である第１の偏光状態を実現する第１の偏光手段と、被投影面と撮像手段との間の光路上に設けられ、被投影面の反対側からの入射波を透過又は反射させた状態である第２の偏光状態を実現する第２の偏光手段と、第１の偏光状態で撮像された第１の撮像画像と第２の偏光状態で撮像された第２の撮像画像との差分画像を取得する差分画像取得手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
このような撮像装置では、被投影面上に投影された対象者の画像を撮像する撮像手段と、被投影面と撮像手段との間の光路上に設けられ、被投影面の対象者側からの入射波による反射波及び被投影面の対象者側とは反対側からの入射波を透過又は反射させた状態である第１の偏光状態を実現する第１の偏光手段と、被投影面と撮像手段との間の光路上に設けられ、被投影面の反対側からの入射波を透過又は反射させた状態である第２の偏光状態を実現する第２の偏光手段とを備えている。ここで、本発明では、第１の偏光状態で撮像された第１の撮像画像と、第２の偏光状態で撮像された第２の撮像画像との差分画像を取得することができるので、第１の撮像画像に映り込んだ対象者画像及び被投影面の反対側からの入射波による画像のうち、第２の撮像画像に映り込んだ被投影面の反対側からの入射波による画像を取り除くことが可能となる。これにより、被投影面の反対側からの入射波を考慮することができ、被投影面の反対側からの入射波による影響を低減して、対象者画像の鮮明さを向上させることができる。
【０００９】
また、車両用撮像装置として、被投影面を有するウインドシールド上に投影された対象者である運転者の画像を撮像する撮像手段と、ウインドシールドと撮像手段との間の光路上に設けられ、ウインドシールドの運転者側からの入射波による反射波及びウインドシールドの運転者側とは反対側からの入射波を、透過又は反射させた状態である第１の偏光状態を実現する第１の偏光手段と、ウインドシールドと撮像手段との間の光路上に設けられ、ウインドシールドの反対側からの入射波を透過又は反射させた状態である第２の偏光状態を実現する第２の偏光手段と、を備える構成が好適である。これにより、第１の撮像画像に映り込んだ運転者画像及び車室外からの入射光による画像のうち、第２の撮像画像に映り込んだ車室外からの入射光による画像を取り除くことが可能となる。その結果、車両外部からの入射光を考慮することができ、入射光として強い太陽光が車両外部から入射した場合であっても太陽光による影響を低減して運転者画像を撮像することができるため、撮像される運転者画像が不鮮明になることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の撮像装置によれば、外部から入射する入射光を考慮しているため、撮像される対象者画像の鮮明さを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置を備えた車両用表示装置を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る撮像装置を備えた車両用表示装置の模式的断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るカメラ部をウインドシールドの上方から示す平面図である。
【図４】入射角と反射率との関係を示すグラフである。
【図５】Ｓ偏光画像を撮影する第１カメラに入射されるＳ偏光波の光路、及び虚像光路を示す図である。
【図６】Ｓ偏光画像、Ｐ偏光画像、及び差分画像を示す模式図である。
【図７】Ｐ偏光画像を撮影する第２カメラに入射されるＰ偏光波の光路、及び虚像光路を示す図である。
【図８】ＨＵＤ−ＥＣＵで実行される虚像表示位置の自動調整処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】画像処理部で実行される画像処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】追跡演算部で実行される処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】ミラーの駆動制御と、表示光路との関係を説明するための概略斜視図である。
【図１２】画像処理部で実行される運転姿勢判別処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態に係る撮像装置を備えた車両用表示装置について詳細に説明する。また、本実施形態の説明においては、「位置」の基準を車両の位置とする。また、本実施形態における運転者の眼球は、運転者の両眼の眼球とする。
【００１３】
まず、図１〜図３を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置を備えた車両用表示装置の構成を説明する。図１〜図３に示す車両用表示装置Ｍは、所謂ヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」という。）であり、車両に搭載され、車両の運転者Ｄの視界内に表示像を表示するものである。図１に示すように、車両用表示装置Ｍは、カメラ部（撮像手段）２、表示部３、ミラー４、ミラー駆動部５、及びＨＵＤ−ＥＣＵ１０を備えている。カメラ部２、表示部３、及びミラー駆動部５は、それぞれがＨＵＤ−ＥＣＵ１０に電気的に接続されている。また、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０には、イグニッションボタン９が電気的に接続されている。
【００１４】
図２では、車両の運転者Ｄが車両前方を見ながら車両を運転する様子を示している。図２に示すように、車両用表示装置Ｍは、本装置の主要部となるＨＵＤ本体１内に、上記のカメラ部２、表示部３、ミラー４、ミラー駆動部５、及びＨＵＤ−ＥＣＵ１０を収容している。ＨＵＤ本体１は、ウインドシールド６の下方に設けられたダッシュボード７内に配置されている。ダッシュボード７の天板７ａには、開口部７ｂが設けられ、ＨＵＤ本体１は、開口部７ｂの下側に配置されている。
【００１５】
表示部３は、例えば液晶ディスプレイなどであり、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０からの信号を受信して表示像を表示するものである。ミラー４は、表示部３の正面側に配置され、表示部３から投射された表示像をウィンドシールドガラス６に向けて反射させるものである。ミラー４は、例えば凹面鏡であり、表示部３とは反対側へ窪むように湾曲する反射面を有している。ミラー駆動部５は、ミラー４を駆動制御するものであり、例えば、モータ、ラック＆ピニオン、ガイドレールなどを備え、ミラー４の角度、位置を調整するものである。ミラー駆動部５は、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０によって算出された表示光路Ｌ１を形成するようにミラー４を駆動制御する。
【００１６】
ＨＵＤ−ＥＣＵ１０は、表示部３から発せられた光が、ブリュースター角を外した角度でウインドシールド６に入射し、ウインドシールド６で反射した光が運転者Ｄの眼の位置に入射する表示光路を形成するように、ミラー駆動部５を制御する。
【００１７】
カメラ部２は、ウインドシールド６で反射した運転者Ｄの顔画像を撮像するものである。カメラ部２は、ウインドシールド６に映った運転者Ｄの虚像を用いて運転者Ｄを撮影する。カメラ部２は、第１カメラ２１Ａ、第２カメラ２１Ｂ、第１偏光板２２Ａ、第２偏光板２２Ｂを備えている。これらの第カメラ２１Ａ、第２カメラ２１Ｂ、第１偏光板２２Ａ及び第２偏光板２２Ｂは、ダッシュボード７の開口部７ｂに対応するように配置されている。
【００１８】
第１カメラ２１Ａ及び第２カメラ２１Ｂは、ブリュースター角（もしくはブリュースター角近傍の角度）でウインドシールド６に映り込んだ運転者Ｄの虚像の反射光路（以下、「虚像光路」という。）Ｌ２上に設置されている。図４は、入射角と反射率との関係を示すグラフである。図４に示すように、ブリュースター角で入射した光が反射すると、反射光のＰ偏光成分がゼロになる。カメラ部２は、この特性を利用して、運転者Ｄの虚像を撮影する。
【００１９】
第１偏光板２２Ａは、Ｓ偏光成分の光のみを透過させる偏光板であり、第１カメラ２１Ａに入射する虚像光路Ｌ２上に設けられている。第１偏光板２２Ａは、例えば、第１カメラ２１Ａの直前に配置されている。この第１偏光板２２Ａは、第１の偏光手段に相当するものであり、ウインドシールド６と第１カメラ２１Ａとの間の虚像光路Ｌ２上に設けられ、車室内からの反射波及び車室外からの入射波を透過又は反射する第１の偏光状態とする機能を有するものである。
【００２０】
第２偏光板２２Ｂは、Ｐ偏光成分の光のみを透過させる偏光板であり、第２カメラ２２Ｂに入射する虚像光路Ｌ２上に設けられている。第２偏光板２２Ｂは、例えば、第２カメラ２１Ｂの直前に配置されている。この第２偏光板２２Ｂは、第２の偏光手段に相当するものであり、ウインドシールド６と第２カメラ２１Ｂとの間の虚像光路Ｌ２上に設けられ、車室外からの入射波Ｌ２を透過又は反射する第２の偏光状態とする機能を有するものである。
【００２１】
次に、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０について説明する。ＨＵＤ−ＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。ＨＵＤ−ＥＣＵ１０では、記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、画像処理部３０、追跡演算部４０、表示制御部５０が構築される。
【００２２】
画像処理部３１は、カメラ部２から入力された画像信号を受信して画像処理を行うものであり、Ｓ偏光画像及びＰ偏光画像を用いて差分画像を取得する差分画像取得部３１、差分画像を用いて運転者Ｄの頭部の特徴点を検出する特徴点検出部３２、運転者Ｄの顔向きを検出する顔向き検出部３３、運転者Ｄの左右の瞳の位置を検出する瞳位置検出部３４を有する。追跡演算部４０は、表示光路を算出する表示光路算出部４１、ミラー駆動部５を制御する駆動制御部４２を有する。
【００２３】
次に、Ｓ偏光画像の撮影方法について説明する。図５に示すように、車室内からのＳ偏光波Ｌ３がウインドシールド６に入射し、ウインドシールド６に運転者Ｄの虚像が映し出される。車室内からのＳ偏光波Ｌ３がウインドシールド６に入射する際の角度は、ブリュースター角（もしくはブリュースター角近傍の角度）とされている。そして、車室内からのＳ偏光波Ｌ３は、ウインドシールド６で反射して、カメラ部２へ向かう。このとき、ウインドシールド６で反射するＳ偏光波Ｌ３と、車室外から入射してウインドシールド６を透過するＳ偏光波Ｌ４とが重なり、虚像光路Ｌ２に沿って進み開口部７ｂを通過する。開口部７ｂを通過したＳ偏光波（Ｌ３，Ｌ４）は、第１偏光板２２Ａを透過して、第１カメラ２１Ａによって撮影される。そのとき、第１偏光板２２Ａは、図６（Ａ）に示す状態になっており、Ｓ偏光成分の光のみを通過させる。第１カメラ２１Ａは、図６（Ｂ）に示すように、運転者Ｄと車室外の景色Ｓとが重なった画像であるＳ偏光画像を撮影する。
【００２４】
次に、Ｐ偏光画像の撮影方法について説明する。図７に示すように、車室外からのＰ偏光波Ｌ５がウインドシールド６に入射し、ウインドシールド６を透過して、開口部７ｂを通過する。開口部７ｂを通過したＰ偏光波は、第２偏光板２２Ｂを透過して、第２カメラ２１Ｂによって撮影される。そのとき、第２偏光板２２Ｂは、図６（Ｃ）に示す状態になっており、Ｐ偏光成分の光のみを通過させる。第２カメラ２２Ｂは、図６（Ｄ）に示すように、景色Ｓのみの画像であるＰ偏光画像を撮影する。
【００２５】
次に、運転者の状態（体格）虚像表示位置の自動調整方法について説明する。図８は、虚像表示位置の自動調整処理における手順を示すフローチャートである。なお、ステップをＳと略記することがある。まず、運転者ＤによってイグニッションボタンがＯＮ操作（電源投入）されると、車両表示装置Ｍの電源も投入される（Ｓ１）。
【００２６】
電源が投入されると、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０の表示制御部５０は、ＨＵＤの虚像Ｖとしてブート画面を表示するために、表示部３にブート画面を投影する（Ｓ２）。
【００２７】
駆動制御部４２は、ミラー駆動部５を制御してミラー４を駆動し、ミラー４を初期状態の位置に設定し（Ｓ３）、ミラー４の位置が初期状態に設定されると、表示制御部５０はブート画面を消去する（Ｓ４）。
【００２８】
次に、表示制御部５０は、ＨＵＤの虚像ＶとしてＨＵＤの通常画面を表示するために、表示部３に通常表示を投影する（Ｓ５）。ＨＵＤの通常画面としては、例えば、スピード表示、ナビゲーション情報表示などがある。
【００２９】
ここで、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０は、運転者Ｄの状態（体格）に合わせて、運転者ＤがＨＵＤの虚像Ｖを常に視認することができるようにするため、画像処理（Ｓ６）、追跡演算処理（Ｓ７）を行う。「画像処理」、「追跡演算処理」については、後述する。
【００３０】
続くステップ８では、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０は、イグニッションボタン９のＯＦＦを検出したか否かを判定する。ＨＵＤ−ＥＣＵ１０は、イグニッションボタン９のＯＦＦ状態を検出した場合には、処理を終了し、イグニッションボタン９のＯＦＦ状態を検出しない場合には、ステップ５〜ステップ８の処理を順次繰り返す。
【００３１】
次に、画像処理部における画像処理について説明する。図９は、画像処理部における処理手順を示すフローチャートである。画像処理部３０に電源が投入されると、画像処理部３０は、第１カメラ２１Ａから出力されたＳ偏光画像（図６（Ｂ）参照）を入力し、第２カメラ２１Ｂから出力されたＰ偏光画像（図６（Ｄ）参照）を入力する。
【００３２】
次に、画像処理部３０は、Ｓ偏光画像とＰ偏光画像の補正を行う（Ｓ１１）。画像処理部３０は、第１カメラ２１Ａ又は第２カメラ２１Ｂの何れか一方の位置を基準として、ウインドシールド６の曲率を考慮して画像補正を行う。具体的には、第１カメラ２１Ａの位置を基準とした場合、第２カメラ２１Ｂで撮影されたＰ偏光画像を、第１カメラ２１Ａの位置で撮影したように、画像処理により補正する。なお、画像補正における基準位置は、その他の位置でもよい。
【００３３】
続いて、画像処理部３０の差分画像取得部３１は、Ｓ偏光画像とＰ偏光画像の差分画像を取得する（Ｓ１２）。これにより、差分画像取得部３１は、図６（Ｅ）に示すように、差分画像として、運転者Ｄのみの虚像画像を取得することができる。
【００３４】
次に、画像処理部３０の特徴点検出部３２は、ステップ１２で取得した差分画像を用いて画像処理を行うことにより、運転者Ｄの頭部における特徴点の位置を検出する（Ｓ１３）。ここで、特徴点としては、例えば、鼻、目、耳、口、眉毛、あご、額などがある。
【００３５】
続いて、画像処理部３０の顔向き検出部３３は、運転者Ｄの頭部における特徴点の位置に基づいて、運転者Ｄの顔の向きを検出する（Ｓ１４）。次に、画像処理部３０の瞳位置検出部３４は、運転者Ｄの頭部における特徴点の位置に基づいて、運転者Ｄの左右の瞳の位置を特定（推定）する（Ｓ１５）。
【００３６】
そして、画像処理部３０は、ステップ１５で推定された左右の瞳の位置に基づいて中心部を算出しアイボックスの中心位置を決定する。次に、画像処理部３０は、アイボックスの中心位置が決定されたか否かを判定する（Ｓ１６）。アイボックスの中心位置が決定された場合には、ここでの処理を終了してステップ７の追跡演算処理を実行し、アイボックスの中心位置が検出されなかった場合には、ステップ１１〜ステップ１６の処理を順次繰り返す。
【００３７】
次に、追跡演算部における追跡演算処理について説明する。図１０は、追跡演算部における処理手順を示すフローチャートである。ステップ７の画像処理でアイボックスの中心位置を検出すると、追跡演算部４０の表示光路算出部４１は、ＨＵＤ光源（表示部３）からアイボックス中心位置までの光路を算出する（Ｓ２１）。ここでいう「光路」は、図２に示す表示光路Ｌ１である。
【００３８】
続いて、追跡演算部４０の駆動制御部４２は、ステップ２２で算出された表示光路に適合するように、ミラー駆動部５を制御して、ミラー４の角度を調整する（Ｓ２２）。図１１は、ミラーの駆動制御と、表示光路との関係を説明するための概略斜視図である。例えば、表示光路Ｌ１ｂでのアイボックスの位置より、アイボックスの位置を高く調整する場合には、表示光路Ｌ１ｂを表示部３側へ傾斜させて表示光路Ｌ１ａとする。一方、表示光路Ｌ１ｂでのアイボックスの位置より、アイボックスの位置を低く調整する場合には、表示光路Ｌ１ｂを表示部３とは反対側へ傾斜させて表示光路Ｌ１ｃとする。
【００３９】
このような本実施形態に車両用表示装置では、表示光路Ｌ１がブリュースター角を外した角度でウインドシールド６に入射しているため、運転者Ｄが偏光サングラスを着用しているか否かに関わらず、運転者Ｄはフラットな虚像Ｖを視認することが可能となる。また、太陽光のような強烈な光がウインドシールド６からカメラ部２に入射した場合においても、Ｓ偏光画像とＰ偏光画像の差分画像を生成することで太陽光の影響が抑制された画像を取得することができる。そのため、太陽光の影響を抑制して、運転者画像を正面から撮像することができる。
【００４０】
このように、ウインドシールド６で反射した運転者Ｄの虚像を偏光板２２Ａ，２２Ｂ及びカメラ２１Ａ，２１Ｂを用いて撮像することにより、運転者Ｄに緊張感を与えず、正面から撮影することで、運転者の目の位置を検出し、確実なアイポイントの位置を把握し、自動調整することが可能なＨＵＤを実現することができる。
【００４１】
次に、本発明の撮像装置の変形例１について説明する。例えば、偏光板２２Ａ，２２Ｂに減光フィルタを重ね合わせて用いることができる。外部から入射する太陽光が強い場合には、減光フィルタを偏光板２２Ａ，２２Ｂに重ね合わせて使用することで、太陽光による影響を一層低減させることが可能である。上述の画像処理部３１によって、Ｓ偏光画像とＰ偏光画像に基づいて差分画像を取得する際に、減光フィルタを用いた場合には、減光フィルタを用いていない場合と比較して、差分画像におけるコントラストが大きくなるため、運転者Ｄの頭部の特徴点位置を検出し易くなるという利点がある。
【００４２】
次に、本発明の撮像装置の変形例２について説明する。上述の画像処理では、例えば、鼻、目、耳、口、眉毛、あご、額などの頭部にある特徴点の位置に基づいて、アイボックスの中心位置を算出しているが、頭部以外の体の形状、位置に基づいて、アイボックスの中心の位置を算出してもよい。例えば、差分画像を用いて運転者Ｄの肩の形状を検出し運転者の体格を判定して、アイボックスの中心点の位置を検出してもよい。
【００４３】
また、上述の画像処理において、運転者の運転姿勢を判別する処理を実行してもよい。図１２は、画像処理部で実行される運転姿勢判別処理の手順を示すフローチャートである。図１２に示す運転姿勢判別処理は、ステップ１５の瞳位置検出が実行された後であり、ステップ１６のアイボックスの中心位置決定処理が実行される前に実行される。
【００４４】
運転姿勢判別処理では、まず、ステップ１４で検出された運転者Ｄの顔向きと、ステップ１５で検出された左右の瞳の位置とに基づいて、運転者Ｄの視線位置（運転者Ｄが見ている方向）を検出する（Ｓ３１）。
【００４５】
次に、画像処理部３０は、ステップ３１で検出した視線位置に基づいて、運転者Ｄの脇見判定を行う（Ｓ３２）。運転者Ｄの視線位置が予め設定されている範囲内に収まっているか否かの判定を行うことで、脇見判定を行う。例えば、画像処理部３０は、基準となる視線位置（例えば自車両の進行方向の前方）と、検出された運転者Ｄの視線位置との角度が判定閾値以上であるか否かの判定を行う。基準の視線位置と運転者Ｄの視線位置との角度が判定閾値以上である場合には、脇見運転であると判定しステップ３３に進み、基準の視線位置と運転者Ｄの視線位置との角度が判定閾値以上であると判定されなかった場合には、脇見運転であると判定せずステップ３４に進む。
【００４６】
ステップ３３では、画像処理部３０は、表示制御部５０に警告信号を出力し、表示部３に警告画像を表示させる。警告画像の表示を行うことで、運転者Ｄに、脇見運転を止めるよう注意喚起を行う。
【００４７】
続く、ステップ３４では、画像処理部３０は、ステップ１４で検出された運転者Ｄの顔向き、ステップ１５で検出された左右の瞳の位置、ステップ３１で検出された視線方向に基づいて、覚醒判定を行う（Ｓ３４）。予め設定された判定条件である判定閾値以上である場合に、覚醒度が低いと判定し、ステップ３５に進み、判定閾値以上であると判定されなかった場合には、覚醒度が高いと判定し、ステップ３５の処理を実行せずに、運転姿勢判別処理を終了する。
【００４８】
ステップ３５では、画像処理部３０は、表示制御部５０に警告信号を出力し、表示部３に警告画像を表示させる。警告画像の表示を行うことで、運転者Ｄに、注意喚起を行う。また、警告画像の表示とは別に、警告音を発することで、運転者Ｄに注意喚起を行ってもよい。運転姿勢判別処理の終了後、ステップ１６に進み、アイボックスの中心位置決定を行う。このような運転姿勢判別処理を行うことで、運転者Ｄの状態に応じて、警告を発することが可能となる。
【００４９】
次に、本発明の撮像装置の変形例３について説明する。上記の撮像装置では、第１偏光板２２Ａを用いてＳ偏光画像を取得する第１カメラ２１Ａと、第２偏光板２２Ｂを用いてＰ偏光画像を取得する第２カメラ２１Ｂとを備える構成としているが、１枚の偏光板及び１台のカメラを備える撮像装置としてもよい。このような撮像装置では、偏光板の位置を変更する駆動装置を備え、偏光板の回転位置を９０度回転移動させて、図６（Ａ）に示す状態と、図６（Ｃ）に示す状態とを切替可能な構成とする。また、他の方法として、電気的に、第１の偏光状態、及び第２の偏光状態を作り出す構成としてもよい。そして、カメラ部においては、所定の間隔毎にストロボ信号が出力され、このストロボ信号を受信したカメラでは、画像の撮影が行われる。偏光部においては、ストロボ信号に応じて、第１の偏光状態及び第２の状態を交互に作り出すようにする。このような構成とすることで、１枚の偏光板及び１台のカメラを用いて、運転者Ｄの画像を撮影することができる。
【００５０】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるもではない。第１の偏光手段は、被投影面（ウインドシールド６）の対象者（運転者Ｄ）側からの入射波による反射波及び被投影面の対象者側とは反対側からの入射波（太陽光）を、反射させた状態である第１の偏光状態を実現するものでもよい。第２の偏光手段は、被投影面の反対側からの入射波を反射させた状態である第２の偏光状態を実現するものでもよい。
【００５１】
また、撮像装置は、車両用搭載されるものでもよく、例えば飛行機などその他の乗り物に搭載されて、その乗り物を操縦する操縦者を撮像するものでもよい。また、例えば、屋外で使用される表示装置に搭載される撮像装置として、コンバイナに反射した対象者の虚像を撮像するものでもよい。また、屋内で使用される表示装置と共に、本発明の撮像装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
Ｍ…車両用表示装置（ヘッドアップディスプレイユニット）、１…ＨＵＤ本体、２…カメラ部、２１Ａ…第１カメラ、２１Ｂ…第２カメラ、２２Ａ…第１偏光板、２２Ａ…第２偏光板、３…表示部、４…ミラー、５…ミラー駆動部、６…ウインドシールド、１０…ＨＵＤ−ＥＣＵ、３０…画像処理部、３１…差分画像取得部、３２…特徴点検出部、３３…顔向き検出部、３４…瞳位置検出部、４０…追跡演算部、４１…表示光路算出部、４２…駆動制御部、５０…表示制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用表示装置として、表示装置から発した光を運転者の前方に映し出して表示像を表示することにより、運転者に対して種々の情報を報知するヘッドアップディスプレイがある。このヘッドアップディスプレイでは、運転者が視認できるように表示像の表示位置を調整する必要があり、表示像の表示位置は運転者の眼の位置に応じて調整される。運転者の眼の位置は、運転者の体格や体勢などに応じて変わるため、運転者の正しい眼の位置を検出し、検出された眼の位置に応じて表示像の表示位置が調整される。
【０００３】
表示像の表示位置を調整可能なヘッドアップディスプレイとして、特開２００８−１５５７２０号公報（特許文献１）に記載された技術がある。特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイは、利用者（運転者）に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段、及び利用者を反射した赤外線を感受して利用者を撮像する赤外線カメラを備えている。特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイでは、複数の赤外線カメラによって利用者を撮像し、撮像された複数の顔画像に基づいて眼球位置の３次元座標を算出することで、眼球位置を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５５７２０号公報
【特許文献２】特開平１１−９５１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、外部から強い太陽光が車室内へ入射した場合には、運転者の画像が不鮮明になり運転者の画像の認識が困難になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、外部から入射する入射波による影響を低減し、撮像された対象者の画像の鮮明さを向上させることが可能な撮像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】
【０００７】
本発明による撮像装置は、被投影面上に投影された対象者の画像を撮像する撮像手段と、被投影面と撮像手段との間の光路上に設けられ、被投影面の対象者側からの入射波による反射波及び被投影面の対象者側とは反対側からの入射波を、透過又は反射させた状態である第１の偏光状態を実現する第１の偏光手段と、被投影面と撮像手段との間の光路上に設けられ、被投影面の反対側からの入射波を透過又は反射させた状態である第２の偏光状態を実現する第２の偏光手段と、第１の偏光状態で撮像された第１の撮像画像と第２の偏光状態で撮像された第２の撮像画像との差分画像を取得する差分画像取得手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
このような撮像装置では、被投影面上に投影された対象者の画像を撮像する撮像手段と、被投影面と撮像手段との間の光路上に設けられ、被投影面の対象者側からの入射波による反射波及び被投影面の対象者側とは反対側からの入射波を透過又は反射させた状態である第１の偏光状態を実現する第１の偏光手段と、被投影面と撮像手段との間の光路上に設けられ、被投影面の反対側からの入射波を透過又は反射させた状態である第２の偏光状態を実現する第２の偏光手段とを備えている。ここで、本発明では、第１の偏光状態で撮像された第１の撮像画像と、第２の偏光状態で撮像された第２の撮像画像との差分画像を取得することができるので、第１の撮像画像に映り込んだ対象者画像及び被投影面の反対側からの入射波による画像のうち、第２の撮像画像に映り込んだ被投影面の反対側からの入射波による画像を取り除くことが可能となる。これにより、被投影面の反対側からの入射波を考慮することができ、被投影面の反対側からの入射波による影響を低減して、対象者画像の鮮明さを向上させることができる。
【０００９】
また、車両用撮像装置として、被投影面を有するウインドシールド上に投影された対象者である運転者の画像を撮像する撮像手段と、ウインドシールドと撮像手段との間の光路上に設けられ、ウインドシールドの運転者側からの入射波による反射波及びウインドシールドの運転者側とは反対側からの入射波を、透過又は反射させた状態である第１の偏光状態を実現する第１の偏光手段と、ウインドシールドと撮像手段との間の光路上に設けられ、ウインドシールドの反対側からの入射波を透過又は反射させた状態である第２の偏光状態を実現する第２の偏光手段と、を備える構成が好適である。これにより、第１の撮像画像に映り込んだ運転者画像及び車室外からの入射光による画像のうち、第２の撮像画像に映り込んだ車室外からの入射光による画像を取り除くことが可能となる。その結果、車両外部からの入射光を考慮することができ、入射光として強い太陽光が車両外部から入射した場合であっても太陽光による影響を低減して運転者画像を撮像することができるため、撮像される運転者画像が不鮮明になることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の撮像装置によれば、外部から入射する入射光を考慮しているため、撮像される対象者画像の鮮明さを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置を備えた車両用表示装置を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る撮像装置を備えた車両用表示装置の模式的断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るカメラ部をウインドシールドの上方から示す平面図である。
【図４】入射角と反射率との関係を示すグラフである。
【図５】Ｓ偏光画像を撮影する第１カメラに入射されるＳ偏光波の光路、及び虚像光路を示す図である。
【図６】Ｓ偏光画像、Ｐ偏光画像、及び差分画像を示す模式図である。
【図７】Ｐ偏光画像を撮影する第２カメラに入射されるＰ偏光波の光路、及び虚像光路を示す図である。
【図８】ＨＵＤ−ＥＣＵで実行される虚像表示位置の自動調整処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】画像処理部で実行される画像処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】追跡演算部で実行される処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】ミラーの駆動制御と、表示光路との関係を説明するための概略斜視図である。
【図１２】画像処理部で実行される運転姿勢判別処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態に係る撮像装置を備えた車両用表示装置について詳細に説明する。また、本実施形態の説明においては、「位置」の基準を車両の位置とする。また、本実施形態における運転者の眼球は、運転者の両眼の眼球とする。
【００１３】
まず、図１〜図３を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置を備えた車両用表示装置の構成を説明する。図１〜図３に示す車両用表示装置Ｍは、所謂ヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」という。）であり、車両に搭載され、車両の運転者Ｄの視界内に表示像を表示するものである。図１に示すように、車両用表示装置Ｍは、カメラ部（撮像手段）２、表示部３、ミラー４、ミラー駆動部５、及びＨＵＤ−ＥＣＵ１０を備えている。カメラ部２、表示部３、及びミラー駆動部５は、それぞれがＨＵＤ−ＥＣＵ１０に電気的に接続されている。また、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０には、イグニッションボタン９が電気的に接続されている。
【００１４】
図２では、車両の運転者Ｄが車両前方を見ながら車両を運転する様子を示している。図２に示すように、車両用表示装置Ｍは、本装置の主要部となるＨＵＤ本体１内に、上記のカメラ部２、表示部３、ミラー４、ミラー駆動部５、及びＨＵＤ−ＥＣＵ１０を収容している。ＨＵＤ本体１は、ウインドシールド６の下方に設けられたダッシュボード７内に配置されている。ダッシュボード７の天板７ａには、開口部７ｂが設けられ、ＨＵＤ本体１は、開口部７ｂの下側に配置されている。
【００１５】
表示部３は、例えば液晶ディスプレイなどであり、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０からの信号を受信して表示像を表示するものである。ミラー４は、表示部３の正面側に配置され、表示部３から投射された表示像をウィンドシールドガラス６に向けて反射させるものである。ミラー４は、例えば凹面鏡であり、表示部３とは反対側へ窪むように湾曲する反射面を有している。ミラー駆動部５は、ミラー４を駆動制御するものであり、例えば、モータ、ラック＆ピニオン、ガイドレールなどを備え、ミラー４の角度、位置を調整するものである。ミラー駆動部５は、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０によって算出された表示光路Ｌ１を形成するようにミラー４を駆動制御する。
【００１６】
ＨＵＤ−ＥＣＵ１０は、表示部３から発せられた光が、ブリュースター角を外した角度でウインドシールド６に入射し、ウインドシールド６で反射した光が運転者Ｄの眼の位置に入射する表示光路を形成するように、ミラー駆動部５を制御する。
【００１７】
カメラ部２は、ウインドシールド６で反射した運転者Ｄの顔画像を撮像するものである。カメラ部２は、ウインドシールド６に映った運転者Ｄの虚像を用いて運転者Ｄを撮影する。カメラ部２は、第１カメラ２１Ａ、第２カメラ２１Ｂ、第１偏光板２２Ａ、第２偏光板２２Ｂを備えている。これらの第カメラ２１Ａ、第２カメラ２１Ｂ、第１偏光板２２Ａ及び第２偏光板２２Ｂは、ダッシュボード７の開口部７ｂに対応するように配置されている。
【００１８】
第１カメラ２１Ａ及び第２カメラ２１Ｂは、ブリュースター角（もしくはブリュースター角近傍の角度）でウインドシールド６に映り込んだ運転者Ｄの虚像の反射光路（以下、「虚像光路」という。）Ｌ２上に設置されている。図４は、入射角と反射率との関係を示すグラフである。図４に示すように、ブリュースター角で入射した光が反射すると、反射光のＰ偏光成分がゼロになる。カメラ部２は、この特性を利用して、運転者Ｄの虚像を撮影する。
【００１９】
第１偏光板２２Ａは、Ｓ偏光成分の光のみを透過させる偏光板であり、第１カメラ２１Ａに入射する虚像光路Ｌ２上に設けられている。第１偏光板２２Ａは、例えば、第１カメラ２１Ａの直前に配置されている。この第１偏光板２２Ａは、第１の偏光手段に相当するものであり、ウインドシールド６と第１カメラ２１Ａとの間の虚像光路Ｌ２上に設けられ、車室内からの反射波及び車室外からの入射波を透過又は反射する第１の偏光状態とする機能を有するものである。
【００２０】
第２偏光板２２Ｂは、Ｐ偏光成分の光のみを透過させる偏光板であり、第２カメラ２２Ｂに入射する虚像光路Ｌ２上に設けられている。第２偏光板２２Ｂは、例えば、第２カメラ２１Ｂの直前に配置されている。この第２偏光板２２Ｂは、第２の偏光手段に相当するものであり、ウインドシールド６と第２カメラ２１Ｂとの間の虚像光路Ｌ２上に設けられ、車室外からの入射波Ｌ２を透過又は反射する第２の偏光状態とする機能を有するものである。
【００２１】
次に、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０について説明する。ＨＵＤ−ＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。ＨＵＤ−ＥＣＵ１０では、記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、画像処理部３０、追跡演算部４０、表示制御部５０が構築される。
【００２２】
画像処理部３１は、カメラ部２から入力された画像信号を受信して画像処理を行うものであり、Ｓ偏光画像及びＰ偏光画像を用いて差分画像を取得する差分画像取得部３１、差分画像を用いて運転者Ｄの頭部の特徴点を検出する特徴点検出部３２、運転者Ｄの顔向きを検出する顔向き検出部３３、運転者Ｄの左右の瞳の位置を検出する瞳位置検出部３４を有する。追跡演算部４０は、表示光路を算出する表示光路算出部４１、ミラー駆動部５を制御する駆動制御部４２を有する。
【００２３】
次に、Ｓ偏光画像の撮影方法について説明する。図５に示すように、車室内からのＳ偏光波Ｌ３がウインドシールド６に入射し、ウインドシールド６に運転者Ｄの虚像が映し出される。車室内からのＳ偏光波Ｌ３がウインドシールド６に入射する際の角度は、ブリュースター角（もしくはブリュースター角近傍の角度）とされている。そして、車室内からのＳ偏光波Ｌ３は、ウインドシールド６で反射して、カメラ部２へ向かう。このとき、ウインドシールド６で反射するＳ偏光波Ｌ３と、車室外から入射してウインドシールド６を透過するＳ偏光波Ｌ４とが重なり、虚像光路Ｌ２に沿って進み開口部７ｂを通過する。開口部７ｂを通過したＳ偏光波（Ｌ３，Ｌ４）は、第１偏光板２２Ａを透過して、第１カメラ２１Ａによって撮影される。そのとき、第１偏光板２２Ａは、図６（Ａ）に示す状態になっており、Ｓ偏光成分の光のみを通過させる。第１カメラ２１Ａは、図６（Ｂ）に示すように、運転者Ｄと車室外の景色Ｓとが重なった画像であるＳ偏光画像を撮影する。
【００２４】
次に、Ｐ偏光画像の撮影方法について説明する。図７に示すように、車室外からのＰ偏光波Ｌ５がウインドシールド６に入射し、ウインドシールド６を透過して、開口部７ｂを通過する。開口部７ｂを通過したＰ偏光波は、第２偏光板２２Ｂを透過して、第２カメラ２１Ｂによって撮影される。そのとき、第２偏光板２２Ｂは、図６（Ｃ）に示す状態になっており、Ｐ偏光成分の光のみを通過させる。第２カメラ２２Ｂは、図６（Ｄ）に示すように、景色Ｓのみの画像であるＰ偏光画像を撮影する。
【００２５】
次に、運転者の状態（体格）虚像表示位置の自動調整方法について説明する。図８は、虚像表示位置の自動調整処理における手順を示すフローチャートである。なお、ステップをＳと略記することがある。まず、運転者ＤによってイグニッションボタンがＯＮ操作（電源投入）されると、車両表示装置Ｍの電源も投入される（Ｓ１）。
【００２６】
電源が投入されると、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０の表示制御部５０は、ＨＵＤの虚像Ｖとしてブート画面を表示するために、表示部３にブート画面を投影する（Ｓ２）。
【００２７】
駆動制御部４２は、ミラー駆動部５を制御してミラー４を駆動し、ミラー４を初期状態の位置に設定し（Ｓ３）、ミラー４の位置が初期状態に設定されると、表示制御部５０はブート画面を消去する（Ｓ４）。
【００２８】
次に、表示制御部５０は、ＨＵＤの虚像ＶとしてＨＵＤの通常画面を表示するために、表示部３に通常表示を投影する（Ｓ５）。ＨＵＤの通常画面としては、例えば、スピード表示、ナビゲーション情報表示などがある。
【００２９】
ここで、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０は、運転者Ｄの状態（体格）に合わせて、運転者ＤがＨＵＤの虚像Ｖを常に視認することができるようにするため、画像処理（Ｓ６）、追跡演算処理（Ｓ７）を行う。「画像処理」、「追跡演算処理」については、後述する。
【００３０】
続くステップ８では、ＨＵＤ−ＥＣＵ１０は、イグニッションボタン９のＯＦＦを検出したか否かを判定する。ＨＵＤ−ＥＣＵ１０は、イグニッションボタン９のＯＦＦ状態を検出した場合には、処理を終了し、イグニッションボタン９のＯＦＦ状態を検出しない場合には、ステップ５〜ステップ８の処理を順次繰り返す。
【００３１】
次に、画像処理部における画像処理について説明する。図９は、画像処理部における処理手順を示すフローチャートである。画像処理部３０に電源が投入されると、画像処理部３０は、第１カメラ２１Ａから出力されたＳ偏光画像（図６（Ｂ）参照）を入力し、第２カメラ２１Ｂから出力されたＰ偏光画像（図６（Ｄ）参照）を入力する。
【００３２】
次に、画像処理部３０は、Ｓ偏光画像とＰ偏光画像の補正を行う（Ｓ１１）。画像処理部３０は、第１カメラ２１Ａ又は第２カメラ２１Ｂの何れか一方の位置を基準として、ウインドシールド６の曲率を考慮して画像補正を行う。具体的には、第１カメラ２１Ａの位置を基準とした場合、第２カメラ２１Ｂで撮影されたＰ偏光画像を、第１カメラ２１Ａの位置で撮影したように、画像処理により補正する。なお、画像補正における基準位置は、その他の位置でもよい。
【００３３】
続いて、画像処理部３０の差分画像取得部３１は、Ｓ偏光画像とＰ偏光画像の差分画像を取得する（Ｓ１２）。これにより、差分画像取得部３１は、図６（Ｅ）に示すように、差分画像として、運転者Ｄのみの虚像画像を取得することができる。
【００３４】
次に、画像処理部３０の特徴点検出部３２は、ステップ１２で取得した差分画像を用いて画像処理を行うことにより、運転者Ｄの頭部における特徴点の位置を検出する（Ｓ１３）。ここで、特徴点としては、例えば、鼻、目、耳、口、眉毛、あご、額などがある。
【００３５】
続いて、画像処理部３０の顔向き検出部３３は、運転者Ｄの頭部における特徴点の位置に基づいて、運転者Ｄの顔の向きを検出する（Ｓ１４）。次に、画像処理部３０の瞳位置検出部３４は、運転者Ｄの頭部における特徴点の位置に基づいて、運転者Ｄの左右の瞳の位置を特定（推定）する（Ｓ１５）。
【００３６】
そして、画像処理部３０は、ステップ１５で推定された左右の瞳の位置に基づいて中心部を算出しアイボックスの中心位置を決定する。次に、画像処理部３０は、アイボックスの中心位置が決定されたか否かを判定する（Ｓ１６）。アイボックスの中心位置が決定された場合には、ここでの処理を終了してステップ７の追跡演算処理を実行し、アイボックスの中心位置が検出されなかった場合には、ステップ１１〜ステップ１６の処理を順次繰り返す。
【００３７】
次に、追跡演算部における追跡演算処理について説明する。図１０は、追跡演算部における処理手順を示すフローチャートである。ステップ７の画像処理でアイボックスの中心位置を検出すると、追跡演算部４０の表示光路算出部４１は、ＨＵＤ光源（表示部３）からアイボックス中心位置までの光路を算出する（Ｓ２１）。ここでいう「光路」は、図２に示す表示光路Ｌ１である。
【００３８】
続いて、追跡演算部４０の駆動制御部４２は、ステップ２２で算出された表示光路に適合するように、ミラー駆動部５を制御して、ミラー４の角度を調整する（Ｓ２２）。図１１は、ミラーの駆動制御と、表示光路との関係を説明するための概略斜視図である。例えば、表示光路Ｌ１ｂでのアイボックスの位置より、アイボックスの位置を高く調整する場合には、表示光路Ｌ１ｂを表示部３側へ傾斜させて表示光路Ｌ１ａとする。一方、表示光路Ｌ１ｂでのアイボックスの位置より、アイボックスの位置を低く調整する場合には、表示光路Ｌ１ｂを表示部３とは反対側へ傾斜させて表示光路Ｌ１ｃとする。
【００３９】
このような本実施形態に車両用表示装置では、表示光路Ｌ１がブリュースター角を外した角度でウインドシールド６に入射しているため、運転者Ｄが偏光サングラスを着用しているか否かに関わらず、運転者Ｄはフラットな虚像Ｖを視認することが可能となる。また、太陽光のような強烈な光がウインドシールド６からカメラ部２に入射した場合においても、Ｓ偏光画像とＰ偏光画像の差分画像を生成することで太陽光の影響が抑制された画像を取得することができる。そのため、太陽光の影響を抑制して、運転者画像を正面から撮像することができる。
【００４０】
このように、ウインドシールド６で反射した運転者Ｄの虚像を偏光板２２Ａ，２２Ｂ及びカメラ２１Ａ，２１Ｂを用いて撮像することにより、運転者Ｄに緊張感を与えず、正面から撮影することで、運転者の目の位置を検出し、確実なアイポイントの位置を把握し、自動調整することが可能なＨＵＤを実現することができる。
【００４１】
次に、本発明の撮像装置の変形例１について説明する。例えば、偏光板２２Ａ，２２Ｂに減光フィルタを重ね合わせて用いることができる。外部から入射する太陽光が強い場合には、減光フィルタを偏光板２２Ａ，２２Ｂに重ね合わせて使用することで、太陽光による影響を一層低減させることが可能である。上述の画像処理部３１によって、Ｓ偏光画像とＰ偏光画像に基づいて差分画像を取得する際に、減光フィルタを用いた場合には、減光フィルタを用いていない場合と比較して、差分画像におけるコントラストが大きくなるため、運転者Ｄの頭部の特徴点位置を検出し易くなるという利点がある。
【００４２】
次に、本発明の撮像装置の変形例２について説明する。上述の画像処理では、例えば、鼻、目、耳、口、眉毛、あご、額などの頭部にある特徴点の位置に基づいて、アイボックスの中心位置を算出しているが、頭部以外の体の形状、位置に基づいて、アイボックスの中心の位置を算出してもよい。例えば、差分画像を用いて運転者Ｄの肩の形状を検出し運転者の体格を判定して、アイボックスの中心点の位置を検出してもよい。
【００４３】
また、上述の画像処理において、運転者の運転姿勢を判別する処理を実行してもよい。図１２は、画像処理部で実行される運転姿勢判別処理の手順を示すフローチャートである。図１２に示す運転姿勢判別処理は、ステップ１５の瞳位置検出が実行された後であり、ステップ１６のアイボックスの中心位置決定処理が実行される前に実行される。
【００４４】
運転姿勢判別処理では、まず、ステップ１４で検出された運転者Ｄの顔向きと、ステップ１５で検出された左右の瞳の位置とに基づいて、運転者Ｄの視線位置（運転者Ｄが見ている方向）を検出する（Ｓ３１）。
【００４５】
次に、画像処理部３０は、ステップ３１で検出した視線位置に基づいて、運転者Ｄの脇見判定を行う（Ｓ３２）。運転者Ｄの視線位置が予め設定されている範囲内に収まっているか否かの判定を行うことで、脇見判定を行う。例えば、画像処理部３０は、基準となる視線位置（例えば自車両の進行方向の前方）と、検出された運転者Ｄの視線位置との角度が判定閾値以上であるか否かの判定を行う。基準の視線位置と運転者Ｄの視線位置との角度が判定閾値以上である場合には、脇見運転であると判定しステップ３３に進み、基準の視線位置と運転者Ｄの視線位置との角度が判定閾値以上であると判定されなかった場合には、脇見運転であると判定せずステップ３４に進む。
【００４６】
ステップ３３では、画像処理部３０は、表示制御部５０に警告信号を出力し、表示部３に警告画像を表示させる。警告画像の表示を行うことで、運転者Ｄに、脇見運転を止めるよう注意喚起を行う。
【００４７】
続く、ステップ３４では、画像処理部３０は、ステップ１４で検出された運転者Ｄの顔向き、ステップ１５で検出された左右の瞳の位置、ステップ３１で検出された視線方向に基づいて、覚醒判定を行う（Ｓ３４）。予め設定された判定条件である判定閾値以上である場合に、覚醒度が低いと判定し、ステップ３５に進み、判定閾値以上であると判定されなかった場合には、覚醒度が高いと判定し、ステップ３５の処理を実行せずに、運転姿勢判別処理を終了する。
【００４８】
ステップ３５では、画像処理部３０は、表示制御部５０に警告信号を出力し、表示部３に警告画像を表示させる。警告画像の表示を行うことで、運転者Ｄに、注意喚起を行う。また、警告画像の表示とは別に、警告音を発することで、運転者Ｄに注意喚起を行ってもよい。運転姿勢判別処理の終了後、ステップ１６に進み、アイボックスの中心位置決定を行う。このような運転姿勢判別処理を行うことで、運転者Ｄの状態に応じて、警告を発することが可能となる。
【００４９】
次に、本発明の撮像装置の変形例３について説明する。上記の撮像装置では、第１偏光板２２Ａを用いてＳ偏光画像を取得する第１カメラ２１Ａと、第２偏光板２２Ｂを用いてＰ偏光画像を取得する第２カメラ２１Ｂとを備える構成としているが、１枚の偏光板及び１台のカメラを備える撮像装置としてもよい。このような撮像装置では、偏光板の位置を変更する駆動装置を備え、偏光板の回転位置を９０度回転移動させて、図６（Ａ）に示す状態と、図６（Ｃ）に示す状態とを切替可能な構成とする。また、他の方法として、電気的に、第１の偏光状態、及び第２の偏光状態を作り出す構成としてもよい。そして、カメラ部においては、所定の間隔毎にストロボ信号が出力され、このストロボ信号を受信したカメラでは、画像の撮影が行われる。偏光部においては、ストロボ信号に応じて、第１の偏光状態及び第２の状態を交互に作り出すようにする。このような構成とすることで、１枚の偏光板及び１台のカメラを用いて、運転者Ｄの画像を撮影することができる。
【００５０】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるもではない。第１の偏光手段は、被投影面（ウインドシールド６）の対象者（運転者Ｄ）側からの入射波による反射波及び被投影面の対象者側とは反対側からの入射波（太陽光）を、反射させた状態である第１の偏光状態を実現するものでもよい。第２の偏光手段は、被投影面の反対側からの入射波を反射させた状態である第２の偏光状態を実現するものでもよい。
【００５１】
また、撮像装置は、車両用搭載されるものでもよく、例えば飛行機などその他の乗り物に搭載されて、その乗り物を操縦する操縦者を撮像するものでもよい。また、例えば、屋外で使用される表示装置に搭載される撮像装置として、コンバイナに反射した対象者の虚像を撮像するものでもよい。また、屋内で使用される表示装置と共に、本発明の撮像装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
Ｍ…車両用表示装置（ヘッドアップディスプレイユニット）、１…ＨＵＤ本体、２…カメラ部、２１Ａ…第１カメラ、２１Ｂ…第２カメラ、２２Ａ…第１偏光板、２２Ａ…第２偏光板、３…表示部、４…ミラー、５…ミラー駆動部、６…ウインドシールド、１０…ＨＵＤ−ＥＣＵ、３０…画像処理部、３１…差分画像取得部、３２…特徴点検出部、３３…顔向き検出部、３４…瞳位置検出部、４０…追跡演算部、４１…表示光路算出部、４２…駆動制御部、５０…表示制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被投影面上に投影された対象者の画像を撮像する撮像手段と、
前記被投影面と前記撮像手段との間の光路上に設けられ、前記被投影面の対象者側からの入射波による反射波及び前記被投影面の前記対象者側とは反対側からの入射波を、透過又は反射させた状態である第１の偏光状態を実現する第１の偏光手段と、
前記被投影面と前記撮像手段との間の光路上に設けられ、前記被投影面の前記反対側からの入射波を透過又は反射させた状態である第２の偏光状態を実現する第２の偏光手段と、
前記第１の偏光状態で撮像された第１の撮像画像と前記第２の偏光状態で撮像された第２の撮像画像との差分画像を取得する差分画像取得手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記被投影面を有するウインドシールド上に投影された前記対象者である運転者の画像を撮像する前記撮像手段と、
前記ウインドシールと前記撮像手段との間の光路上に設けられ、前記ウインドシールドの前記運転者側からの入射波による反射波及び前記ウインドシールの前記運転者側とは反対側からの入射波を、透過又は反射させた状態である前記第１の偏光状態を実現する前記第１の偏光手段と、
前記ウインドシールと前記撮像手段との間の光路上に設けられ、前記ウインドシールの前記反対側からの入射波を透過又は反射させた状態である前記第２の偏光状態を実現する前記第２の偏光手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項１】
被投影面上に投影された対象者の画像を撮像する撮像手段と、
前記被投影面と前記撮像手段との間の光路上に設けられ、前記被投影面の対象者側からの入射波による反射波及び前記被投影面の前記対象者側とは反対側からの入射波を、透過又は反射させた状態である第１の偏光状態を実現する第１の偏光手段と、
前記被投影面と前記撮像手段との間の光路上に設けられ、前記被投影面の前記反対側からの入射波を透過又は反射させた状態である第２の偏光状態を実現する第２の偏光手段と、
前記第１の偏光状態で撮像された第１の撮像画像と前記第２の偏光状態で撮像された第２の撮像画像との差分画像を取得する差分画像取得手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記被投影面を有するウインドシールド上に投影された前記対象者である運転者の画像を撮像する前記撮像手段と、
前記ウインドシールと前記撮像手段との間の光路上に設けられ、前記ウインドシールドの前記運転者側からの入射波による反射波及び前記ウインドシールの前記運転者側とは反対側からの入射波を、透過又は反射させた状態である前記第１の偏光状態を実現する前記第１の偏光手段と、
前記ウインドシールと前記撮像手段との間の光路上に設けられ、前記ウインドシールの前記反対側からの入射波を透過又は反射させた状態である前記第２の偏光状態を実現する前記第２の偏光手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１５２８８３（Ｐ２０１１−１５２８８３Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６７４８（Ｐ２０１０−１６７４８）
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【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２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【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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