測距装置
【課題】ステレオカメラの撮像画像の視差から対象物までの距離分布を求め、先行車の検知に使用される測距装置において、距離分布演算の計算時間を短縮し安全性を向上する。
【解決手段】測距装置２１は、低速高精度な第１の距離分布演算部３と、高速低精度な第２の距離分布演算部２２と、追突回避距離計算部２４とを備え、車速センサ１２からの車速情報は追突回避距離算出部２４に入力され、この追突回避距離算出部２４において車速に対応した追突回避距離が求められ、設定部２３は、第２の距離分布演算部２２の３Ｄ計測部２２ｂで求められた距離分布の内、前記追突回避距離から±αの距離に該当する部分を、第１の距離分布演算部３の処理領域に設定する。
【解決手段】測距装置２１は、低速高精度な第１の距離分布演算部３と、高速低精度な第２の距離分布演算部２２と、追突回避距離計算部２４とを備え、車速センサ１２からの車速情報は追突回避距離算出部２４に入力され、この追突回避距離算出部２４において車速に対応した追突回避距離が求められ、設定部２３は、第２の距離分布演算部２２の３Ｄ計測部２２ｂで求められた距離分布の内、前記追突回避距離から±αの距離に該当する部分を、第１の距離分布演算部３の処理領域に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載され、いわゆるステレオカメラの撮像画像などから測距を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の安全性を高める取り組みとして、前方の障害物を検出して危険を警告したり、先行車との距離を測って車間距離を一定に保つ装置がある。そのような従来技術として、特許文献１が提案されている。その従来技術によれば、ステレオカメラで撮影した画像が画像処理部で処理されて画像全体の３次元距離分布が演算され、その距離分布情報から道路形状や立体物の３次元位置が高速で検出されるとともに、衝突判断部で各種センサの出力から撮影画像内における自車の走行領域が求められ、その走行領域に掛かる総ての車両や障害物について衝突危険度が算出され、高い場合はユーザに報知するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２８３５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術では、衝突判断部が、撮影画像内における自車の走行領域を推定し、その推定した領域内で車両や障害物の探索を行っている。しかしながら、前記衝突判断部が、前記警告などに使用しない前記走行領域以外の領域においても、前記３次元距離分布を算出しているので、計算時間が掛かってしまう。このため、前記警告などを発するまでにタイムラグが発生し、安全性が低下してしまう。また、上述の従来技術は、ステレオ法によって前記３次元距離分布を算出しているので、高速ではあるが低精度である。このため、得られた距離データの信頼性が低く、これによってもまた、安全性が低下してしまう。
【０００５】
本発明の目的は、距離分布演算の計算時間を短縮することができる測距装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の測距装置は、車両に搭載され、複数の撮像部による撮像画像の視差から、第１の距離分布演算部が先行車までの距離分布を求めるにあたって、速度検出部が前記車両の速度を検出し、その速度情報から、追突回避距離算出部が先行車への追突を回避可能な追突回避距離を算出する一方、第２の距離分布演算部が、撮像画像全域を処理領域とし、前記第１の距離分布演算部に比べて、高速低精度な距離分布演算を行っており、設置部が、前記第２の距離分布演算部による距離分布の演算結果において、前記追突回避距離算出部で求められた追突回避距離に該当する距離の領域を、前記第１の距離分布演算部における処理領域に設定する。
【発明の効果】
【０００７】
このように構成することで、現在の速度から、運転者などが衝突回避に必要な範囲（確実に止まれる距離範囲）だけ距離分布の演算を行うことになり、距離分布演算の計算時間を短縮し、安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の第１の形態に係る測距装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】ステレオ法による測距方法を説明するための図である。
【図３】前記測距装置における視差検出部の一構成例を示すブロック図である。
【図４】図３で示す視差検出部で得られるＰＯＣ値の例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の第１の形態に係る設定部による距離分布演算の処理領域の設定動作を説明するための図である。
【図６】ステレオカメラの距離による視野の変化を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の第１の形態に係る設定部による距離分布演算の処理領域の変化を説明するための図であり、低速域の場合を示す。
【図８】本発明の実施の第１の形態に係る設定部による距離分布演算の処理領域の変化を説明するための図であり、中速域の場合を示す。
【図９】本発明の実施の第１の形態に係る設定部による距離分布演算の処理領域の変化を説明するための図であり、高速域の場合を示す。
【図１０】図８の処理領域で距離分布を求めた結果の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の第２の形態に係る測距装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１で示す視差検出部で行われる対応点探索手法であるＳＡＤ法を説明するための図である。
【図１３】図１１で示す測距装置の動作を説明するための図である。
【図１４】図１１で示す測距装置の動作を説明するための図である。
【図１５】図１１で示す測距装置の動作を説明するための図である。
【図１６】図１１で示す測距装置の動作を説明するための図である。
【図１７】本発明の実施の第３の形態に係る測距装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施の第４の形態に係る測距装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の実施の第４の形態に係る設定部による距離分布演算の処理領域の設定動作を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施の第５の形態に係る設定部による距離分布演算の処理領域の設定動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施の第１の形態に係る測距装置１１の電気的構成を示すブロック図である。この測距装置１１は、大略的に、車両に搭載され、複数の撮像部であるステレオカメラ１，２を使用して、それらの撮像画像の視差から、第１の距離分布演算部３が距離分布を計測し、出力部４から運転者に、対象物である先行車までの距離情報を通知するシステムである。前記出力部４には、オーディオからの音声出力、カーナビ画面への出力および表示装置への出力などが用いられ得る。前記第１の距離分布演算部３は、前記視差を求める視差検出部３ａと、その求められた視差から対象物の３次元位置を計測する３Ｄ計測部３ｂとを備えて構成される。
【００１０】
図２は、ステレオ法による測距方法を説明するための図である。前記視差検出部３ａは、ステレオカメラ１，２による２つの撮像画像に対して、後述するようにして対応点探索を行い、同じ対象物５に対する位置ずれ量（＝視差ｄ）を求める。前記３Ｄ計測部３ｂは、求められた位置ずれ量（＝視差ｄ）から、前記ステレオ法によって対象物５までの距離を求める。図２は、少なくとも焦点距離（ｆ）、撮像面（ＣＣＤ）の画素数、１画素の大きさ（μ）が相互に等しい２台の前記ステレオカメラ１，２を用い、所定の基線長（Ｌ）だけ左右に離間させて光軸１ａ，２ａを平行に配置して対象物５を撮影した状態を示している。この状態で、撮像面１ｂ，２ｂ上の視差（ずれ画素数）がｄ（＝ｄ１＋ｄ２）であると、対象物５までの距離（Ｄ）は、斜線を施して示す三角形が相似であることから、
Ｄ：ｆ＝Ｌ：μ×ｄ
の関係があり、
Ｄ＝（Ｌ×ｆ）／（μ×ｄ）
で求めることができる。
【００１１】
図３は、前記視差検出部３ａの一構成例を示すブロック図である。この視差検出部３ａは、前記対応点探索手法として、位相限定相関法（ＰＯＣ法）を用いている。そして、この視差検出部３ａは、変換にフーリエ変換を用い、フーリエ級数の振幅成分を抑制した位相成分のみの相関演算を行うようにした場合の処理の流れを示すものである。前記ステレオカメラ１，２による基準画像および参照画像は、フーリエ変換部３１，３２においてそれぞれフーリエ変換され、規格化部３３，３４において規格化された後、合成部３５において合成され、逆フーリエ変換部３６において逆フーリエ変換される。図３を数式で表すと以下のとおりである。
【００１２】
【数１】
【００１３】
上記ＰＯＣ処理で得られるＰＯＣ値は、図４に示すように、画像間（基準ウインドウと参照ウインドウ）の移動量の座標に急峻な類似度ピークを持つことが知られており、画像マッチングにおけるロバスト性が高い。そのＰＯＣのピークの高さが、パターン類似度を示す。前記位置ズレ量（＝視差ｄ−sub）は、視差検出部３ａが、ＰＯＣのピーク位置を推定することで求められる。ＰＯＣ値は離散的に求まるので、ピーク位置をサブピクセルで補間推定することによって、前記視差検出部３ａは、高分解な対応点座標を求めることができる。ピーク位置の補間推定方法としては、放物線などの関数を、フィッティングして行うことができる。そして、候補領域間の前記位置ズレ量ｄは、候補領域間のピクセルレベルの位置ズレ量ｄ−pixelに、ＰＯＣ法で求めたサブピクセルの位置ズレ量ｄ−subを加えた量となる。
【００１４】
このように視差検出部３ａは、前記撮像画像上に定めたウインドウ内のパターンを周波数分解し、振幅成分を抑制した位相成分のみの信号の類似度に基づいて対応点探索を行うことで、左右のカメラ１，２の撮影条件の差や、ノイズなどの影響を受け難く、ロバストな対応点探索を行うことができる。なお、前記ウインドウ内のパターンを周波数分解する手法には、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）を用いているけれども、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）、ＤＣＴ（離散コサイン変換）、ＤＳＴ（離散サイン変換）、ウエーブレット変換、アダマール変換などの他の手法が用いられてもよい。前記ＤＦＴに加えて、これらの周波数分解手法は、一般的に広く用いられ、性質が安定した手法で好適である。
【００１５】
また、前記ＰＯＣ法（位相限定相関法）では、逆フーリエ変換後に得られるＰＯＣ値は、画像間（基準ウインドウと参照ウインドウ）の移動量の座標に急峻な相関ピークを持つことが知られており、前記視差検出部３ａは、対応点探索処理にこのＰＯＣ法を用いることで、画像マッチングにおけるロバスト性と移動量推定精度とが高くなり、好適である。
【００１６】
上述のように構成される測距装置１１において、注目すべきは、本実施の形態では、速度検出部である前記搭載車両の車速センサ１２からの速度情報を取得し、その速度情報に対応して、前記第１の距離分布演算部３に、撮像画像における距離分布演算の処理領域を設定する設定部１３が設けられることである。具体的には、前記設定部１３は、視差検出部３ａにおいて、前記視差ｄが求められる範囲を、速度が遅くなる程拡げ、速くなる程狭め、重要な領域のみ距離分布を算出するようにする。前記車速センサ１２には、車輪回転数を基に速度を計測する装置、ＧＰＳの現在地情報を基に速度を計測する装置または加速度センサからの加速度情報を積分して速度を計測する装置などを用いることができる。
【００１７】
図５は、そのような設定部１３による視差ｄの検出範囲の設定動作を説明するための図である。この図５は、前記ステレオカメラ１，２の撮像画像の一例を示すものであり、車両から遠い位置に存在する路面は画像中の上部に映り、近い位置に存在する路面は画像中の下部に映る。またこのような状況下では、横一列のラインは路面上の同じ距離に相当する可能性が高いので、設定部１３は、画像中の等距離の部分を簡単に抜き出すことができる。よって本実施の形態では、設定部１３は、前記速度情報に対応した上下のラインＬｕ，Ｌｂで規定した横一列のライン群を、現在の速度から注視すべき前記処理領域として抽出する。こうして、設定部１３は、処理領域を容易に設定することができる。
【００１８】
ここで、日本交通心理学会で推奨されている危険回避に最低限必要な車間距離として、「車間距離２秒以上」がある。この危険回避に最低限必要な車間距離を安全距離（運転者が注意すべき距離を追突回避距離）とする。したがって、前記安全距離を求める計算式は、速度（ｋｍ／ｈ）をＳとすると、下式で表すことができる。
【００１９】
安全距離（ｍ）＝２×Ｓ×（１０００／３６００）
たとえば、時速６０ｋｍ／ｈで走行している場合は、安全距離は３３．３ｍとなり、３３．３ｍ以上の車間距離が危険回避に必要な距離となる。このような安全距離（追突回避距離）が、各車速について予め計算され、後述するようにして、その安全距離の範囲が撮像画面上のどのラインからどのラインに該当するかのテーブルが求められ、このテーブルが前記設定部１３に、車速−処理領域のテーブルとして予め格納されている。そして、車速が変化すると、設定部１３は、前記テーブルを参照して、処理領域を規定する上下ラインＬｕ，Ｌｂを前記視差検出部３ａに設定する。
【００２０】
ここで、図６で示すように、ステレオカメラ１，２の鉛直方向の画角θおよび測距の対象物５までの距離にもよるが、該ステレオカメラ１，２の取付け高さＣ（これを画面中心に設定する）よりも低い位置（路面まで）は、該ステレオカメラ１，２が殆どカバーできる（捉えることができる）が、高い位置は、該ステレオカメラ１，２がどの程度までカバーするのかは、比較的任意に定められる。そこで、本実施の形態では、該ステレオカメラ１，２は、日本の道路運送車両法による自動車の分類において、四輪以上で小型と分類されている高さ２ｍ以下をカバーするものとする（大きい車両も、前記２ｍ以下の高さの部分で検知できる）。
【００２１】
そして、図５で示すように、追突回避距離Ｒにおける高さ２ｍが、前記ステレオカメラ１，２の何画素に当るかが、前記上ラインＬｕとして設定部１３のテーブルに格納される。また同様に、前記追突回避距離における路面が、前記ステレオカメラ１，２の何画素に当るかが、前記下ラインＬｂとして設定部１３のテーブルに格納される。ここで、図５において、参照符号Ｄはステレオカメラ１，２の高さ方向の全画素数であり、参照符号Ｅはステレオカメラ１，２の１画素当りが受け持つ鉛直方向の高さであり、前記上下ラインＬｕ，Ｌｂは画素数（画素Ｎｏ．、以下ｐｉｘｅｌで示す）として格納される。
【００２２】
以下に、前記上下ラインＬｕ，Ｌｂ（画素数）の求め方を説明する。ステレオカメラ１，２が車両６に水平に取付けられており、前記追突回避距離Ｒ（ｍ）だけ離れた位置での撮像画像が示す鉛直方向の長さをＡ（ｍ）とすると、この高さＡは下式で求めることができる。
【００２３】
Ａ＝Ｒ×ｔａｎ（θ／２）×２
したがって、前記追突回避距離Ｒの位置において、ステレオカメラ１，２の１画素当りが受け持つ前記鉛直方向の高さＥ（ｍ／ｐｉｘｅｌ）は、前記全画素数をＤとすると、下式で求めることができる。
【００２４】
Ｅ＝Ａ／Ｄ
そして、図５に示すように画像原点（０ｐｉｘｅｌ）を左上とした場合、中心ラインＣから画像上方向に世界座標系で、Ｂ−Ｃ（＝０．５ｍ）進めた位置（ステレオカメラ１，２から追突回避距離Ｒだけ離れた位置における小型車の高さ限界）に相当する画像上の位置である前記上ラインＬｕ（ｐｉｘｅｌ）は、下式で求めることができる。
【００２５】
Ｌｕ＝（Ｄ／２）−（（Ｂ−Ｃ）／Ｅ） （ただし、０≦Ｌｕ＜Ｄ／２）
また、図５の中心ラインＣから画像下方向に世界座標系でＣ（＝１．５ｍ）進めた位置（ステレオカメラ１，２から追突回避距離Ｒだけ離れた位置における路面の高さ）に相当する画像上の位置である前記下ラインＬｂ（ｐｉｘｅｌ）は、下式で求めることができる。
【００２６】
Ｌｂ＝（Ｄ／２）＋（Ｃ／Ｅ） （ただし、Ｄ／２＜Ｌｂ≦Ｂ）
具体的には、前記ステレオカメラ１，２の鉛直方向の画角θを４０°、鉛直方向の画素数を４８０ｐｉｘｅｌ、追突回避距離Ｒを安全距離とした場合、該測距装置１１が搭載された車両が時速７ｋｍ／ｈ（低速と中速の閾値）で走行していた場合、Ｌｕ＝４６ｐｉｘｅｌ，Ｌｂ＝４８０ｐｉｘｅｌとなる。これに対して、前記車両が時速６０ｋｍ／ｈ（中速と高速の閾値）で走行していた場合、Ｌｕ＝２３０ｐｉｘｅｌ，Ｌｂ＝２７０ｐｉｘｅｌとなる。以下、低速は、該測距装置１１が搭載される車両（自動車）６のクリープ現象での最高速度である前記７ｋｍ／ｈ未満、高速は高速道路を走行する際の最低速度である６０ｋｍ／ｈ以上、中速はそれらの間の７ｋｍ／ｈ以上、６０ｋｍ／ｈ未満とするが、他の値でも構わない。
【００２７】
図７〜図９には、ステレオカメラ１，２から追突回避距離Ｒだけ離れた地点で、処理領域となる上述のようにして求められた路面から高さ２ｍまでの範囲の違いが示されている。前記処理領域は、網掛けして示しており、図７は前記低速域のＬｕ＝４６ｐｉｘｅｌ，Ｌｂ＝４８０ｐｉｘｅｌの場合を示す。図８は中速域であり、図９は高速域のＬｕ＝２３０ｐｉｘｅｌ，Ｌｂ＝２７０ｐｉｘｅｌの場合を示している。設定部１３は、車速に対応して前記テーブルから読出したこれらの上下ラインＬｕ，Ｌｂの値を視差検出部３ａに設定し、視差検出部３ａは、それらの上下ラインＬｕ，Ｌｂ間の処理領域のみ対応点探索を行い、視差ｄを求める。図８のような処理領域で距離分布が求められると、図１０で示すようになる。
【００２８】
このように設定部１３が車速に応じて対応点探索、したがって距離分布演算の処理領域を設定することで、距離分布演算部３は、現在の速度から、運転者などが衝突回避に必要な範囲（確実に止まれる距離範囲）だけ距離分布の演算を行うことになり、距離分布演算の計算時間を短縮し、安全性を向上することができる。
【００２９】
＜実施例２＞
図１１は、本発明の実施の第２の形態に係る測距装置２１の電気的構成を示すブロック図である。この測距装置２１は、前述の測距装置１１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この測距装置２１は、撮像画像全域を前記処理領域とし、前記第１の距離分布演算部３に比べて、高速低精度な第２の距離分布演算部２２をさらに備え、設定部２３は、前記車速センサ１２の検出結果に加えて、前記第２の距離分布演算部２２による距離分布の演算結果から、前記第１の距離分布演算部３に、前記撮像画像における距離分布演算の処理領域を設定することである。
【００３０】
具体的には、前記第２の距離分布演算部２２は、前記ステレオカメラ１，２から入力された撮像画像から、ＳＡＤ法によって高速に対応点探索を行い、視差を求める視差検出部２２ａと、求められた視差からステレオ法で対象物５までの距離を求める３Ｄ計測部２２ｂとを備えて構成される。３Ｄ計測部２２ｂで求められた距離分布は設定部２３に入力される。一方、前記車速センサ１２からの車速情報は追突回避距離算出部２４に入力され、この追突回避距離算出部２４において前述のように車速に対応した追突回避距離Ｒが求められ、前記設定部２３に入力される。設定部２３は、上述のようにして車速から予め求められている処理領域に、この３Ｄ計測部２２ｂで求められた距離分布の内、前記追突回避距離から±αの距離に該当する部分を、第１の距離分布演算部３の処理領域に加える。
【００３１】
図１２は、前記視差検出部２２ａで行われる対応点探索手法である前記ＳＡＤ法を説明するための図である。このＳＡＤ法では、前記視差検出部２２ａは、基準画像１ｃ上の画像Ｉｍｇ１が参照画像２ｃ上のどこにあるのかを探索する。具体的には、前記視差検出部２２ａは、前記基準画像１ｃ上で、縦横方向にそれぞれＷ画素分の大きさを持つウインドウ（前記画像Ｉｍｇ１）を設定し、同様に、参照画像２ｃ上にも同じ大きさを持つウインドウ（前記画像Ｉｍｇ２）を設定する。そして、前記視差検出部２２ａは、参照画像２ｃ上において、基準画像１ｃ上におけるウインドウＩｍｇ１と同じ位置から、基線長方向に或る範囲（０＜ｐ＜ｍａｘ＿ｄｉｓｐ）でウインドウＩｍｇ２の走査を開始させて、それぞれの位置で相関演算を行う。その相関演算には、前記視差検出部２２ａは、先ず、下式で示すように、ウインドウの同じ対応画素の明るさの差の絶対値をそれぞれ求める。
【００３２】
【数２】
【００３３】
次に、前記視差検出部２２ａは、それをウインドウ内の全画素に亘って加算した値ＳＡＤｐから、下式によって相関値（ＣＯＲ）を求める。
【００３４】
【数３】
【００３５】
前記視差検出部２２ａは、このような作業を１画素ずつずらして行ってゆき、最も相関値の高いウインドウ位置に画像Ｉｍｇ１と等しい画像があると判定し、そのずらした画素数を前記視差ｄとする。なお、この説明では、前記視差検出部２２ａはピクセル単位で最も相関値の高い位置から視差ｄを求めているが、ピーク前後の相関値を用いて、サブピクセル単位でピークを補間して求めてもよい。
【００３６】
図１３〜図１６は、この測距装置２１の動作を説明するための図である。ステレオカメラ１，２の撮像画像が図１３で示すような場合、前記第１の距離分布演算部３が上述のように単に速度に対応した上下ラインＬｕ，Ｌｂで規定した処理領域について距離分布を求めると、図１４で示すようになる。これらの図１３〜図１６の例は、中速で上り坂にさしかかる箇所を走行している例を示しており、対象物５である先行車５ａ，５ｂが存在し、先行車５ａは前記追突回避距離Ｒである２０ｍ付近に存在するものの、上り坂の関係で、撮像画面上に映る位置が速度に相当した位置よりも上になっており、これに対して先行車５ｂは、同じ高さの路面の遠くを走行している。
【００３７】
したがって、前記第１の距離分布演算部３が単に速度に対応した上下ラインＬｕ，Ｌｂで規定した処理領域について距離分布を求めると、前記上り坂の関係で、先行車５ａは検知できていない。しかしながら、前記第２の距離分布演算部２２が距離分布を簡易演算した結果は、図１５で示すようになり、設定部２３は、この図１５において、参照符号β１，β２で示す前記追突回避距離Ｒ＝３３（ｍ）±α（ｍ）の領域を第１の距離分布演算部３の処理領域に加える。これによって、実際に第１の距離分布演算部３で求められた前記追突回避距離Ｒ付近の距離分布は、図１６で示すようになり、該第１の距離分布演算部３は、上り坂の関係で検知できていなかった先行車５ａを捉えることができる。
【００３８】
このように構成することで、設定部２３は、路面のアップダウンなどで前記速度情報に対応した処理領域が正しく設定できなくても、前記第２の距離分布演算部２２で簡易な演算によって求めた結果から、処理領域を正しく設定することができる。前記αは、たとえば前記道路運送車両法による自動車の分類が二輪で、区分が軽のものに対応した２．５ｍに設定することができるが、他の値が用いられてもよい。
【００３９】
また、該測距装置２１を先行車までの距離を計測する測距装置として用いるにあたって、該測距装置２１には、車速センサ１２からの速度情報から、先行車５ａ，５ｂへの追突を回避可能な追突回避距離Ｒを算出する追突回避距離算出部２４を設けている。そして、設定部２３が前記第２の距離分布演算部２２による距離分布の演算結果において、その追突回避距離算出部２４で求められた追突回避距離Ｒ±αの領域だけを、前記第１の距離分布演算部３の処理領域に設定している。これによって、前記第１の距離分布演算部３は、Ｒ＋α以遠の領域は以後の処理で対応し、Ｒ−αより近い領域は既に以前の処理で対応しているものとして、現在追突回避距離Ｒ付近に存在する物体だけを該第１の距離分布演算部３が高精度に距離分布を求めるので、瞬時の処理量を一層削減することができる。
【００４０】
＜実施例３＞
図１７は、本発明の実施の第３の形態に係る測距装置４１の電気的構成を示すブロック図である。この測距装置４１は、前述の測距装置２１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この測距装置４１では、少なくとも路面状況（舗装の有無、晴雨または雪等）、および好ましくはタイヤ状況（種類、摩耗等）に関する車両パラメータを入力する入力装置４２がさらに設けられており、追突回避距離算出部４４は、前記車速センサ１２からの速度情報および前記車両パラメータから、前記追突回避距離を算出することである。前記入力装置４２には、たとえばタッチパネルや、表示装置に、キーボード、リモコン、マウスまたはマイクロフォンの組合わせなどが用いられる。
【００４１】
具体的には、ここでは、前記追突回避距離Ｒとして、停止距離を考える。停止距離は、ステレオカメラ１，２が搭載されている車両６が走行している途中で、運転者が危険を感じてからブレーキをかけ、ブレーキが効き始めるまでに車が走る距離（空走距離）と、ブレーキが効き始めてから実際に車両６が停止するまでの距離（制動距離）とを合わせたものである。運転者が危険を感じて急ブレーキが必要と判断した時点から、ブレーキペダルを踏み込んでブレーキが効き始める時点までの反応時間（空走時間）は、個人差はあるが、通常人の平均的な反応時間を０．７５秒として、前記空走距離が計算される。したがって、車速をＶ（ｋｍ／ｈ）とすると、
空走距離＝０．７５×Ｖ×（１０００／３６００）
である。
【００４２】
一方、前記制動距離は、
制動距離＝｛Ｖ×（１０００／３６００）｝２／（２×９．８×摩擦係数）
であり、前記停止距離は、
停止距離＝０．７５×Ｖ×（１０００／３６００）
＋｛Ｖ×（１０００／３６００）｝２／（２×９．８×摩擦係数）
となる。
【００４３】
たとえば、車速Ｖが６０ｋｍ／ｈ、摩擦係数が乾燥路面の０．７の場合、
０．７５×６０×（１０００／３６００）
＋｛６０×（１０００／３６００）｝２／（２×９．８×０．７）＝３２．７
となり、停止距離は３２．７ｍとなる。
【００４４】
また、運転者が入力装置４２から路面状況、タイヤの種類や摩耗状態を入力すると、追突回避距離計算部４４において、予め用意された摩擦係数テーブル（前記路面状況、タイヤの種類、摩耗状態をパラメータとして前記摩擦係数を決定するテーブル）や、補正係数の演算などによって、適宜前記摩擦係数が適切な値に補正される。
【００４５】
このように前記追突回避距離計算部４４が前記追突回避距離Ｒを求めるにあたって、速度情報だけでなく、少なくとも路面状況（舗装の有無、晴雨または雪等）、および好ましくはタイヤ状況（種類、摩耗等）に関する車両パラメータも考慮して算出することで、一層正確に算出することができる。
【００４６】
＜実施例４＞
図１８は、本発明の実施の第４の形態に係る測距装置５１の電気的構成を示すブロック図である。この測距装置５１は、前述の測距装置２１，４１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この測距装置５１では、前記第１の距離分布演算部３に比べて、高速低精度な第２の距離分布演算部５２をさらに備え、設定部５３は、前記車速センサ１２の検出結果に応答して、前記第１の距離分布演算部３の視差検出部３ａに処理領域を設定するとともに、ステレオカメラ１，２の撮像画像の残余の領域を、前記第２の距離分布演算部５２の視差検出部５２ａの処理領域に設定して処理を行わせることである。
【００４７】
図１９は、車両が中速（７ｋｍ／ｈ以上、６０ｋｍ／ｈ未満）で移動している場合の例を示している。図１９では、基準画像および参照画像の両方に対して、画像上部側の上ラインＬｕから下部側の下ラインＬｂまでの範囲が第１の距離分布演算部３の処理領域となり、上ラインＬｕより上側の範囲および下ラインＬｂより下側の範囲が第２の距離分布演算部５２の処理領域となっている。
【００４８】
したがって、現在の速度から、運転者などが衝突回避に必要な範囲（確実に止まれる距離範囲）を第１の距離分布演算部３が高精度な距離分布演算を行うだけでなく、それ以外の範囲は高速低精度な第２の距離分布演算部５２が演算を行うことで、前記運転者は不用意な物体の飛び出しなどに対応することができるとともに、さらに遠方の先行車などを第１の距離分布演算部３で捉える前に、第２の距離分布演算部５２が事前に捉え、運転者の注意喚起などに使用することもできる。
【００４９】
＜実施例５＞
図２０は、本発明の実施の第５の形態に係る測距装置における距離分布演算の方法を説明するための図である。この測距装置には、前述の測距装置５１の構成を用いることができ、その説明を省略する。注目すべきは、この測距装置では、前記第２の距離分布演算部５２が、前記第１の距離分布演算部３で処理されない領域の総てを処理するのではなく、その中でも、予め設定され、この図２０で示すように、撮像画像上に分散した複数の狭小領域（図２０では、縦方向にγ行おきに，横方向にδ列おきに設定される円形の領域）を処理可能領域とすることである。前記狭小領域は、前記設定部５３によって、第２の距離分布演算部５２による処理領域の設定の際に除外するように設定されてもよく、或いは、第２の距離分布演算部５２に予め設定され、設定部５３は上下のラインＬｕ，Ｌｄを設定するだけでもよい。
【００５０】
このように構成することで、第２の距離分布演算部５２での距離演算の処理を削減することができる。
【００５１】
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
【００５２】
本発明の一態様に従う測距装置は、車両に搭載され、複数の撮像部による撮像画像の視差から、第１の距離分布演算部が先行車までの距離分布を求める測距装置において、前記車両の速度情報を取得する速度検出部と、撮像画像全域を処理領域とし、前記第１の距離分布演算部に比べて、高速低精度な第２の距離分布演算部と、前記速度検出部からの速度情報から、先行車への追突を回避可能な追突回避距離を算出する追突回避距離算出部と、前記第１の距離分布演算部に、前記撮像画像における距離分布を演算するための処理領域として、前記第２の距離分布演算部による距離分布の演算結果において、前記追突回避距離算出部で求められた追突回避距離に該当する距離の領域を設定する設定部とを含む。
【００５３】
上記の構成によれば、車両に搭載され、ステレオカメラなどの複数の撮像部による撮像画像の視差から、第１の距離分布演算部が対象物までの距離分布を求め、先行車の検知に使用される測距装置において、撮像画像全域を処理領域とし、前記第１の距離分布演算部に比べて、高速低精度な第２の距離分布演算部を設けるとともに、追突回避距離算出部および設定部を設け、前記追突回避距離算出部は、車速センサなどの前記車両の速度情報を取得する速度検出部の検出結果に応答して、先行車への追突を回避可能な追突回避距離を算出し、前記設定部は、前記第２の距離分布演算部による距離分布の演算結果において、その追突回避距離算出部で求められた追突回避距離に該当する距離の領域だけを前記処理領域に設定する。
【００５４】
したがって、それ以遠の領域は以後の処理で対応し、近い領域は既に以前の処理で対応しているものとして、現在追突回避距離に存在する先行車だけを第１の距離分布演算部によって高精度に距離分布を求めるので、瞬時の処理量を一層削減することができる。
【００５５】
本発明のさらに他の態様に従う測距装置は、少なくとも路面状況、および好ましくはタイヤ状況に関する車両パラメータを入力する入力部をさらに備え、前記追突回避距離算出部は、前記速度検出部からの速度情報および前記車両パラメータから、追突回避距離を算出する。
【００５６】
上記の構成によれば、前記追突回避距離算出部は、前記追突回避距離を求めるにあたって、速度情報だけでなく、少なくとも路面状況（舗装の有無、晴雨または雪等）、および好ましくはタイヤ状況（種類、摩耗等）に関する車両パラメータも考慮して算出する。
【００５７】
したがって、前記追突回避距離を一層正確に算出することができる。
【００５８】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切かつ充分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、先行車の検知に使用される測距装置において、距離分布演算の計算時間を短縮し、安全性を向上することができる測距装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１，２ ステレオカメラ
３ 第１の距離分布演算部
４，５４ 出力部
１１，２１，４１ 測距装置
１２ 車速センサ
１３，２３，５３ 設定部
２２ 第２の距離分布演算部
２４，４４ 追突回避距離計算部
４２ 入力装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載され、いわゆるステレオカメラの撮像画像などから測距を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の安全性を高める取り組みとして、前方の障害物を検出して危険を警告したり、先行車との距離を測って車間距離を一定に保つ装置がある。そのような従来技術として、特許文献１が提案されている。その従来技術によれば、ステレオカメラで撮影した画像が画像処理部で処理されて画像全体の３次元距離分布が演算され、その距離分布情報から道路形状や立体物の３次元位置が高速で検出されるとともに、衝突判断部で各種センサの出力から撮影画像内における自車の走行領域が求められ、その走行領域に掛かる総ての車両や障害物について衝突危険度が算出され、高い場合はユーザに報知するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２８３５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術では、衝突判断部が、撮影画像内における自車の走行領域を推定し、その推定した領域内で車両や障害物の探索を行っている。しかしながら、前記衝突判断部が、前記警告などに使用しない前記走行領域以外の領域においても、前記３次元距離分布を算出しているので、計算時間が掛かってしまう。このため、前記警告などを発するまでにタイムラグが発生し、安全性が低下してしまう。また、上述の従来技術は、ステレオ法によって前記３次元距離分布を算出しているので、高速ではあるが低精度である。このため、得られた距離データの信頼性が低く、これによってもまた、安全性が低下してしまう。
【０００５】
本発明の目的は、距離分布演算の計算時間を短縮することができる測距装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の測距装置は、車両に搭載され、複数の撮像部による撮像画像の視差から、第１の距離分布演算部が先行車までの距離分布を求めるにあたって、速度検出部が前記車両の速度を検出し、その速度情報から、追突回避距離算出部が先行車への追突を回避可能な追突回避距離を算出する一方、第２の距離分布演算部が、撮像画像全域を処理領域とし、前記第１の距離分布演算部に比べて、高速低精度な距離分布演算を行っており、設置部が、前記第２の距離分布演算部による距離分布の演算結果において、前記追突回避距離算出部で求められた追突回避距離に該当する距離の領域を、前記第１の距離分布演算部における処理領域に設定する。
【発明の効果】
【０００７】
このように構成することで、現在の速度から、運転者などが衝突回避に必要な範囲（確実に止まれる距離範囲）だけ距離分布の演算を行うことになり、距離分布演算の計算時間を短縮し、安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の第１の形態に係る測距装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】ステレオ法による測距方法を説明するための図である。
【図３】前記測距装置における視差検出部の一構成例を示すブロック図である。
【図４】図３で示す視差検出部で得られるＰＯＣ値の例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の第１の形態に係る設定部による距離分布演算の処理領域の設定動作を説明するための図である。
【図６】ステレオカメラの距離による視野の変化を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の第１の形態に係る設定部による距離分布演算の処理領域の変化を説明するための図であり、低速域の場合を示す。
【図８】本発明の実施の第１の形態に係る設定部による距離分布演算の処理領域の変化を説明するための図であり、中速域の場合を示す。
【図９】本発明の実施の第１の形態に係る設定部による距離分布演算の処理領域の変化を説明するための図であり、高速域の場合を示す。
【図１０】図８の処理領域で距離分布を求めた結果の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の第２の形態に係る測距装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１で示す視差検出部で行われる対応点探索手法であるＳＡＤ法を説明するための図である。
【図１３】図１１で示す測距装置の動作を説明するための図である。
【図１４】図１１で示す測距装置の動作を説明するための図である。
【図１５】図１１で示す測距装置の動作を説明するための図である。
【図１６】図１１で示す測距装置の動作を説明するための図である。
【図１７】本発明の実施の第３の形態に係る測距装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施の第４の形態に係る測距装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の実施の第４の形態に係る設定部による距離分布演算の処理領域の設定動作を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施の第５の形態に係る設定部による距離分布演算の処理領域の設定動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施の第１の形態に係る測距装置１１の電気的構成を示すブロック図である。この測距装置１１は、大略的に、車両に搭載され、複数の撮像部であるステレオカメラ１，２を使用して、それらの撮像画像の視差から、第１の距離分布演算部３が距離分布を計測し、出力部４から運転者に、対象物である先行車までの距離情報を通知するシステムである。前記出力部４には、オーディオからの音声出力、カーナビ画面への出力および表示装置への出力などが用いられ得る。前記第１の距離分布演算部３は、前記視差を求める視差検出部３ａと、その求められた視差から対象物の３次元位置を計測する３Ｄ計測部３ｂとを備えて構成される。
【００１０】
図２は、ステレオ法による測距方法を説明するための図である。前記視差検出部３ａは、ステレオカメラ１，２による２つの撮像画像に対して、後述するようにして対応点探索を行い、同じ対象物５に対する位置ずれ量（＝視差ｄ）を求める。前記３Ｄ計測部３ｂは、求められた位置ずれ量（＝視差ｄ）から、前記ステレオ法によって対象物５までの距離を求める。図２は、少なくとも焦点距離（ｆ）、撮像面（ＣＣＤ）の画素数、１画素の大きさ（μ）が相互に等しい２台の前記ステレオカメラ１，２を用い、所定の基線長（Ｌ）だけ左右に離間させて光軸１ａ，２ａを平行に配置して対象物５を撮影した状態を示している。この状態で、撮像面１ｂ，２ｂ上の視差（ずれ画素数）がｄ（＝ｄ１＋ｄ２）であると、対象物５までの距離（Ｄ）は、斜線を施して示す三角形が相似であることから、
Ｄ：ｆ＝Ｌ：μ×ｄ
の関係があり、
Ｄ＝（Ｌ×ｆ）／（μ×ｄ）
で求めることができる。
【００１１】
図３は、前記視差検出部３ａの一構成例を示すブロック図である。この視差検出部３ａは、前記対応点探索手法として、位相限定相関法（ＰＯＣ法）を用いている。そして、この視差検出部３ａは、変換にフーリエ変換を用い、フーリエ級数の振幅成分を抑制した位相成分のみの相関演算を行うようにした場合の処理の流れを示すものである。前記ステレオカメラ１，２による基準画像および参照画像は、フーリエ変換部３１，３２においてそれぞれフーリエ変換され、規格化部３３，３４において規格化された後、合成部３５において合成され、逆フーリエ変換部３６において逆フーリエ変換される。図３を数式で表すと以下のとおりである。
【００１２】
【数１】
【００１３】
上記ＰＯＣ処理で得られるＰＯＣ値は、図４に示すように、画像間（基準ウインドウと参照ウインドウ）の移動量の座標に急峻な類似度ピークを持つことが知られており、画像マッチングにおけるロバスト性が高い。そのＰＯＣのピークの高さが、パターン類似度を示す。前記位置ズレ量（＝視差ｄ−sub）は、視差検出部３ａが、ＰＯＣのピーク位置を推定することで求められる。ＰＯＣ値は離散的に求まるので、ピーク位置をサブピクセルで補間推定することによって、前記視差検出部３ａは、高分解な対応点座標を求めることができる。ピーク位置の補間推定方法としては、放物線などの関数を、フィッティングして行うことができる。そして、候補領域間の前記位置ズレ量ｄは、候補領域間のピクセルレベルの位置ズレ量ｄ−pixelに、ＰＯＣ法で求めたサブピクセルの位置ズレ量ｄ−subを加えた量となる。
【００１４】
このように視差検出部３ａは、前記撮像画像上に定めたウインドウ内のパターンを周波数分解し、振幅成分を抑制した位相成分のみの信号の類似度に基づいて対応点探索を行うことで、左右のカメラ１，２の撮影条件の差や、ノイズなどの影響を受け難く、ロバストな対応点探索を行うことができる。なお、前記ウインドウ内のパターンを周波数分解する手法には、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）を用いているけれども、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）、ＤＣＴ（離散コサイン変換）、ＤＳＴ（離散サイン変換）、ウエーブレット変換、アダマール変換などの他の手法が用いられてもよい。前記ＤＦＴに加えて、これらの周波数分解手法は、一般的に広く用いられ、性質が安定した手法で好適である。
【００１５】
また、前記ＰＯＣ法（位相限定相関法）では、逆フーリエ変換後に得られるＰＯＣ値は、画像間（基準ウインドウと参照ウインドウ）の移動量の座標に急峻な相関ピークを持つことが知られており、前記視差検出部３ａは、対応点探索処理にこのＰＯＣ法を用いることで、画像マッチングにおけるロバスト性と移動量推定精度とが高くなり、好適である。
【００１６】
上述のように構成される測距装置１１において、注目すべきは、本実施の形態では、速度検出部である前記搭載車両の車速センサ１２からの速度情報を取得し、その速度情報に対応して、前記第１の距離分布演算部３に、撮像画像における距離分布演算の処理領域を設定する設定部１３が設けられることである。具体的には、前記設定部１３は、視差検出部３ａにおいて、前記視差ｄが求められる範囲を、速度が遅くなる程拡げ、速くなる程狭め、重要な領域のみ距離分布を算出するようにする。前記車速センサ１２には、車輪回転数を基に速度を計測する装置、ＧＰＳの現在地情報を基に速度を計測する装置または加速度センサからの加速度情報を積分して速度を計測する装置などを用いることができる。
【００１７】
図５は、そのような設定部１３による視差ｄの検出範囲の設定動作を説明するための図である。この図５は、前記ステレオカメラ１，２の撮像画像の一例を示すものであり、車両から遠い位置に存在する路面は画像中の上部に映り、近い位置に存在する路面は画像中の下部に映る。またこのような状況下では、横一列のラインは路面上の同じ距離に相当する可能性が高いので、設定部１３は、画像中の等距離の部分を簡単に抜き出すことができる。よって本実施の形態では、設定部１３は、前記速度情報に対応した上下のラインＬｕ，Ｌｂで規定した横一列のライン群を、現在の速度から注視すべき前記処理領域として抽出する。こうして、設定部１３は、処理領域を容易に設定することができる。
【００１８】
ここで、日本交通心理学会で推奨されている危険回避に最低限必要な車間距離として、「車間距離２秒以上」がある。この危険回避に最低限必要な車間距離を安全距離（運転者が注意すべき距離を追突回避距離）とする。したがって、前記安全距離を求める計算式は、速度（ｋｍ／ｈ）をＳとすると、下式で表すことができる。
【００１９】
安全距離（ｍ）＝２×Ｓ×（１０００／３６００）
たとえば、時速６０ｋｍ／ｈで走行している場合は、安全距離は３３．３ｍとなり、３３．３ｍ以上の車間距離が危険回避に必要な距離となる。このような安全距離（追突回避距離）が、各車速について予め計算され、後述するようにして、その安全距離の範囲が撮像画面上のどのラインからどのラインに該当するかのテーブルが求められ、このテーブルが前記設定部１３に、車速−処理領域のテーブルとして予め格納されている。そして、車速が変化すると、設定部１３は、前記テーブルを参照して、処理領域を規定する上下ラインＬｕ，Ｌｂを前記視差検出部３ａに設定する。
【００２０】
ここで、図６で示すように、ステレオカメラ１，２の鉛直方向の画角θおよび測距の対象物５までの距離にもよるが、該ステレオカメラ１，２の取付け高さＣ（これを画面中心に設定する）よりも低い位置（路面まで）は、該ステレオカメラ１，２が殆どカバーできる（捉えることができる）が、高い位置は、該ステレオカメラ１，２がどの程度までカバーするのかは、比較的任意に定められる。そこで、本実施の形態では、該ステレオカメラ１，２は、日本の道路運送車両法による自動車の分類において、四輪以上で小型と分類されている高さ２ｍ以下をカバーするものとする（大きい車両も、前記２ｍ以下の高さの部分で検知できる）。
【００２１】
そして、図５で示すように、追突回避距離Ｒにおける高さ２ｍが、前記ステレオカメラ１，２の何画素に当るかが、前記上ラインＬｕとして設定部１３のテーブルに格納される。また同様に、前記追突回避距離における路面が、前記ステレオカメラ１，２の何画素に当るかが、前記下ラインＬｂとして設定部１３のテーブルに格納される。ここで、図５において、参照符号Ｄはステレオカメラ１，２の高さ方向の全画素数であり、参照符号Ｅはステレオカメラ１，２の１画素当りが受け持つ鉛直方向の高さであり、前記上下ラインＬｕ，Ｌｂは画素数（画素Ｎｏ．、以下ｐｉｘｅｌで示す）として格納される。
【００２２】
以下に、前記上下ラインＬｕ，Ｌｂ（画素数）の求め方を説明する。ステレオカメラ１，２が車両６に水平に取付けられており、前記追突回避距離Ｒ（ｍ）だけ離れた位置での撮像画像が示す鉛直方向の長さをＡ（ｍ）とすると、この高さＡは下式で求めることができる。
【００２３】
Ａ＝Ｒ×ｔａｎ（θ／２）×２
したがって、前記追突回避距離Ｒの位置において、ステレオカメラ１，２の１画素当りが受け持つ前記鉛直方向の高さＥ（ｍ／ｐｉｘｅｌ）は、前記全画素数をＤとすると、下式で求めることができる。
【００２４】
Ｅ＝Ａ／Ｄ
そして、図５に示すように画像原点（０ｐｉｘｅｌ）を左上とした場合、中心ラインＣから画像上方向に世界座標系で、Ｂ−Ｃ（＝０．５ｍ）進めた位置（ステレオカメラ１，２から追突回避距離Ｒだけ離れた位置における小型車の高さ限界）に相当する画像上の位置である前記上ラインＬｕ（ｐｉｘｅｌ）は、下式で求めることができる。
【００２５】
Ｌｕ＝（Ｄ／２）−（（Ｂ−Ｃ）／Ｅ） （ただし、０≦Ｌｕ＜Ｄ／２）
また、図５の中心ラインＣから画像下方向に世界座標系でＣ（＝１．５ｍ）進めた位置（ステレオカメラ１，２から追突回避距離Ｒだけ離れた位置における路面の高さ）に相当する画像上の位置である前記下ラインＬｂ（ｐｉｘｅｌ）は、下式で求めることができる。
【００２６】
Ｌｂ＝（Ｄ／２）＋（Ｃ／Ｅ） （ただし、Ｄ／２＜Ｌｂ≦Ｂ）
具体的には、前記ステレオカメラ１，２の鉛直方向の画角θを４０°、鉛直方向の画素数を４８０ｐｉｘｅｌ、追突回避距離Ｒを安全距離とした場合、該測距装置１１が搭載された車両が時速７ｋｍ／ｈ（低速と中速の閾値）で走行していた場合、Ｌｕ＝４６ｐｉｘｅｌ，Ｌｂ＝４８０ｐｉｘｅｌとなる。これに対して、前記車両が時速６０ｋｍ／ｈ（中速と高速の閾値）で走行していた場合、Ｌｕ＝２３０ｐｉｘｅｌ，Ｌｂ＝２７０ｐｉｘｅｌとなる。以下、低速は、該測距装置１１が搭載される車両（自動車）６のクリープ現象での最高速度である前記７ｋｍ／ｈ未満、高速は高速道路を走行する際の最低速度である６０ｋｍ／ｈ以上、中速はそれらの間の７ｋｍ／ｈ以上、６０ｋｍ／ｈ未満とするが、他の値でも構わない。
【００２７】
図７〜図９には、ステレオカメラ１，２から追突回避距離Ｒだけ離れた地点で、処理領域となる上述のようにして求められた路面から高さ２ｍまでの範囲の違いが示されている。前記処理領域は、網掛けして示しており、図７は前記低速域のＬｕ＝４６ｐｉｘｅｌ，Ｌｂ＝４８０ｐｉｘｅｌの場合を示す。図８は中速域であり、図９は高速域のＬｕ＝２３０ｐｉｘｅｌ，Ｌｂ＝２７０ｐｉｘｅｌの場合を示している。設定部１３は、車速に対応して前記テーブルから読出したこれらの上下ラインＬｕ，Ｌｂの値を視差検出部３ａに設定し、視差検出部３ａは、それらの上下ラインＬｕ，Ｌｂ間の処理領域のみ対応点探索を行い、視差ｄを求める。図８のような処理領域で距離分布が求められると、図１０で示すようになる。
【００２８】
このように設定部１３が車速に応じて対応点探索、したがって距離分布演算の処理領域を設定することで、距離分布演算部３は、現在の速度から、運転者などが衝突回避に必要な範囲（確実に止まれる距離範囲）だけ距離分布の演算を行うことになり、距離分布演算の計算時間を短縮し、安全性を向上することができる。
【００２９】
＜実施例２＞
図１１は、本発明の実施の第２の形態に係る測距装置２１の電気的構成を示すブロック図である。この測距装置２１は、前述の測距装置１１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この測距装置２１は、撮像画像全域を前記処理領域とし、前記第１の距離分布演算部３に比べて、高速低精度な第２の距離分布演算部２２をさらに備え、設定部２３は、前記車速センサ１２の検出結果に加えて、前記第２の距離分布演算部２２による距離分布の演算結果から、前記第１の距離分布演算部３に、前記撮像画像における距離分布演算の処理領域を設定することである。
【００３０】
具体的には、前記第２の距離分布演算部２２は、前記ステレオカメラ１，２から入力された撮像画像から、ＳＡＤ法によって高速に対応点探索を行い、視差を求める視差検出部２２ａと、求められた視差からステレオ法で対象物５までの距離を求める３Ｄ計測部２２ｂとを備えて構成される。３Ｄ計測部２２ｂで求められた距離分布は設定部２３に入力される。一方、前記車速センサ１２からの車速情報は追突回避距離算出部２４に入力され、この追突回避距離算出部２４において前述のように車速に対応した追突回避距離Ｒが求められ、前記設定部２３に入力される。設定部２３は、上述のようにして車速から予め求められている処理領域に、この３Ｄ計測部２２ｂで求められた距離分布の内、前記追突回避距離から±αの距離に該当する部分を、第１の距離分布演算部３の処理領域に加える。
【００３１】
図１２は、前記視差検出部２２ａで行われる対応点探索手法である前記ＳＡＤ法を説明するための図である。このＳＡＤ法では、前記視差検出部２２ａは、基準画像１ｃ上の画像Ｉｍｇ１が参照画像２ｃ上のどこにあるのかを探索する。具体的には、前記視差検出部２２ａは、前記基準画像１ｃ上で、縦横方向にそれぞれＷ画素分の大きさを持つウインドウ（前記画像Ｉｍｇ１）を設定し、同様に、参照画像２ｃ上にも同じ大きさを持つウインドウ（前記画像Ｉｍｇ２）を設定する。そして、前記視差検出部２２ａは、参照画像２ｃ上において、基準画像１ｃ上におけるウインドウＩｍｇ１と同じ位置から、基線長方向に或る範囲（０＜ｐ＜ｍａｘ＿ｄｉｓｐ）でウインドウＩｍｇ２の走査を開始させて、それぞれの位置で相関演算を行う。その相関演算には、前記視差検出部２２ａは、先ず、下式で示すように、ウインドウの同じ対応画素の明るさの差の絶対値をそれぞれ求める。
【００３２】
【数２】
【００３３】
次に、前記視差検出部２２ａは、それをウインドウ内の全画素に亘って加算した値ＳＡＤｐから、下式によって相関値（ＣＯＲ）を求める。
【００３４】
【数３】
【００３５】
前記視差検出部２２ａは、このような作業を１画素ずつずらして行ってゆき、最も相関値の高いウインドウ位置に画像Ｉｍｇ１と等しい画像があると判定し、そのずらした画素数を前記視差ｄとする。なお、この説明では、前記視差検出部２２ａはピクセル単位で最も相関値の高い位置から視差ｄを求めているが、ピーク前後の相関値を用いて、サブピクセル単位でピークを補間して求めてもよい。
【００３６】
図１３〜図１６は、この測距装置２１の動作を説明するための図である。ステレオカメラ１，２の撮像画像が図１３で示すような場合、前記第１の距離分布演算部３が上述のように単に速度に対応した上下ラインＬｕ，Ｌｂで規定した処理領域について距離分布を求めると、図１４で示すようになる。これらの図１３〜図１６の例は、中速で上り坂にさしかかる箇所を走行している例を示しており、対象物５である先行車５ａ，５ｂが存在し、先行車５ａは前記追突回避距離Ｒである２０ｍ付近に存在するものの、上り坂の関係で、撮像画面上に映る位置が速度に相当した位置よりも上になっており、これに対して先行車５ｂは、同じ高さの路面の遠くを走行している。
【００３７】
したがって、前記第１の距離分布演算部３が単に速度に対応した上下ラインＬｕ，Ｌｂで規定した処理領域について距離分布を求めると、前記上り坂の関係で、先行車５ａは検知できていない。しかしながら、前記第２の距離分布演算部２２が距離分布を簡易演算した結果は、図１５で示すようになり、設定部２３は、この図１５において、参照符号β１，β２で示す前記追突回避距離Ｒ＝３３（ｍ）±α（ｍ）の領域を第１の距離分布演算部３の処理領域に加える。これによって、実際に第１の距離分布演算部３で求められた前記追突回避距離Ｒ付近の距離分布は、図１６で示すようになり、該第１の距離分布演算部３は、上り坂の関係で検知できていなかった先行車５ａを捉えることができる。
【００３８】
このように構成することで、設定部２３は、路面のアップダウンなどで前記速度情報に対応した処理領域が正しく設定できなくても、前記第２の距離分布演算部２２で簡易な演算によって求めた結果から、処理領域を正しく設定することができる。前記αは、たとえば前記道路運送車両法による自動車の分類が二輪で、区分が軽のものに対応した２．５ｍに設定することができるが、他の値が用いられてもよい。
【００３９】
また、該測距装置２１を先行車までの距離を計測する測距装置として用いるにあたって、該測距装置２１には、車速センサ１２からの速度情報から、先行車５ａ，５ｂへの追突を回避可能な追突回避距離Ｒを算出する追突回避距離算出部２４を設けている。そして、設定部２３が前記第２の距離分布演算部２２による距離分布の演算結果において、その追突回避距離算出部２４で求められた追突回避距離Ｒ±αの領域だけを、前記第１の距離分布演算部３の処理領域に設定している。これによって、前記第１の距離分布演算部３は、Ｒ＋α以遠の領域は以後の処理で対応し、Ｒ−αより近い領域は既に以前の処理で対応しているものとして、現在追突回避距離Ｒ付近に存在する物体だけを該第１の距離分布演算部３が高精度に距離分布を求めるので、瞬時の処理量を一層削減することができる。
【００４０】
＜実施例３＞
図１７は、本発明の実施の第３の形態に係る測距装置４１の電気的構成を示すブロック図である。この測距装置４１は、前述の測距装置２１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この測距装置４１では、少なくとも路面状況（舗装の有無、晴雨または雪等）、および好ましくはタイヤ状況（種類、摩耗等）に関する車両パラメータを入力する入力装置４２がさらに設けられており、追突回避距離算出部４４は、前記車速センサ１２からの速度情報および前記車両パラメータから、前記追突回避距離を算出することである。前記入力装置４２には、たとえばタッチパネルや、表示装置に、キーボード、リモコン、マウスまたはマイクロフォンの組合わせなどが用いられる。
【００４１】
具体的には、ここでは、前記追突回避距離Ｒとして、停止距離を考える。停止距離は、ステレオカメラ１，２が搭載されている車両６が走行している途中で、運転者が危険を感じてからブレーキをかけ、ブレーキが効き始めるまでに車が走る距離（空走距離）と、ブレーキが効き始めてから実際に車両６が停止するまでの距離（制動距離）とを合わせたものである。運転者が危険を感じて急ブレーキが必要と判断した時点から、ブレーキペダルを踏み込んでブレーキが効き始める時点までの反応時間（空走時間）は、個人差はあるが、通常人の平均的な反応時間を０．７５秒として、前記空走距離が計算される。したがって、車速をＶ（ｋｍ／ｈ）とすると、
空走距離＝０．７５×Ｖ×（１０００／３６００）
である。
【００４２】
一方、前記制動距離は、
制動距離＝｛Ｖ×（１０００／３６００）｝２／（２×９．８×摩擦係数）
であり、前記停止距離は、
停止距離＝０．７５×Ｖ×（１０００／３６００）
＋｛Ｖ×（１０００／３６００）｝２／（２×９．８×摩擦係数）
となる。
【００４３】
たとえば、車速Ｖが６０ｋｍ／ｈ、摩擦係数が乾燥路面の０．７の場合、
０．７５×６０×（１０００／３６００）
＋｛６０×（１０００／３６００）｝２／（２×９．８×０．７）＝３２．７
となり、停止距離は３２．７ｍとなる。
【００４４】
また、運転者が入力装置４２から路面状況、タイヤの種類や摩耗状態を入力すると、追突回避距離計算部４４において、予め用意された摩擦係数テーブル（前記路面状況、タイヤの種類、摩耗状態をパラメータとして前記摩擦係数を決定するテーブル）や、補正係数の演算などによって、適宜前記摩擦係数が適切な値に補正される。
【００４５】
このように前記追突回避距離計算部４４が前記追突回避距離Ｒを求めるにあたって、速度情報だけでなく、少なくとも路面状況（舗装の有無、晴雨または雪等）、および好ましくはタイヤ状況（種類、摩耗等）に関する車両パラメータも考慮して算出することで、一層正確に算出することができる。
【００４６】
＜実施例４＞
図１８は、本発明の実施の第４の形態に係る測距装置５１の電気的構成を示すブロック図である。この測距装置５１は、前述の測距装置２１，４１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この測距装置５１では、前記第１の距離分布演算部３に比べて、高速低精度な第２の距離分布演算部５２をさらに備え、設定部５３は、前記車速センサ１２の検出結果に応答して、前記第１の距離分布演算部３の視差検出部３ａに処理領域を設定するとともに、ステレオカメラ１，２の撮像画像の残余の領域を、前記第２の距離分布演算部５２の視差検出部５２ａの処理領域に設定して処理を行わせることである。
【００４７】
図１９は、車両が中速（７ｋｍ／ｈ以上、６０ｋｍ／ｈ未満）で移動している場合の例を示している。図１９では、基準画像および参照画像の両方に対して、画像上部側の上ラインＬｕから下部側の下ラインＬｂまでの範囲が第１の距離分布演算部３の処理領域となり、上ラインＬｕより上側の範囲および下ラインＬｂより下側の範囲が第２の距離分布演算部５２の処理領域となっている。
【００４８】
したがって、現在の速度から、運転者などが衝突回避に必要な範囲（確実に止まれる距離範囲）を第１の距離分布演算部３が高精度な距離分布演算を行うだけでなく、それ以外の範囲は高速低精度な第２の距離分布演算部５２が演算を行うことで、前記運転者は不用意な物体の飛び出しなどに対応することができるとともに、さらに遠方の先行車などを第１の距離分布演算部３で捉える前に、第２の距離分布演算部５２が事前に捉え、運転者の注意喚起などに使用することもできる。
【００４９】
＜実施例５＞
図２０は、本発明の実施の第５の形態に係る測距装置における距離分布演算の方法を説明するための図である。この測距装置には、前述の測距装置５１の構成を用いることができ、その説明を省略する。注目すべきは、この測距装置では、前記第２の距離分布演算部５２が、前記第１の距離分布演算部３で処理されない領域の総てを処理するのではなく、その中でも、予め設定され、この図２０で示すように、撮像画像上に分散した複数の狭小領域（図２０では、縦方向にγ行おきに，横方向にδ列おきに設定される円形の領域）を処理可能領域とすることである。前記狭小領域は、前記設定部５３によって、第２の距離分布演算部５２による処理領域の設定の際に除外するように設定されてもよく、或いは、第２の距離分布演算部５２に予め設定され、設定部５３は上下のラインＬｕ，Ｌｄを設定するだけでもよい。
【００５０】
このように構成することで、第２の距離分布演算部５２での距離演算の処理を削減することができる。
【００５１】
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
【００５２】
本発明の一態様に従う測距装置は、車両に搭載され、複数の撮像部による撮像画像の視差から、第１の距離分布演算部が先行車までの距離分布を求める測距装置において、前記車両の速度情報を取得する速度検出部と、撮像画像全域を処理領域とし、前記第１の距離分布演算部に比べて、高速低精度な第２の距離分布演算部と、前記速度検出部からの速度情報から、先行車への追突を回避可能な追突回避距離を算出する追突回避距離算出部と、前記第１の距離分布演算部に、前記撮像画像における距離分布を演算するための処理領域として、前記第２の距離分布演算部による距離分布の演算結果において、前記追突回避距離算出部で求められた追突回避距離に該当する距離の領域を設定する設定部とを含む。
【００５３】
上記の構成によれば、車両に搭載され、ステレオカメラなどの複数の撮像部による撮像画像の視差から、第１の距離分布演算部が対象物までの距離分布を求め、先行車の検知に使用される測距装置において、撮像画像全域を処理領域とし、前記第１の距離分布演算部に比べて、高速低精度な第２の距離分布演算部を設けるとともに、追突回避距離算出部および設定部を設け、前記追突回避距離算出部は、車速センサなどの前記車両の速度情報を取得する速度検出部の検出結果に応答して、先行車への追突を回避可能な追突回避距離を算出し、前記設定部は、前記第２の距離分布演算部による距離分布の演算結果において、その追突回避距離算出部で求められた追突回避距離に該当する距離の領域だけを前記処理領域に設定する。
【００５４】
したがって、それ以遠の領域は以後の処理で対応し、近い領域は既に以前の処理で対応しているものとして、現在追突回避距離に存在する先行車だけを第１の距離分布演算部によって高精度に距離分布を求めるので、瞬時の処理量を一層削減することができる。
【００５５】
本発明のさらに他の態様に従う測距装置は、少なくとも路面状況、および好ましくはタイヤ状況に関する車両パラメータを入力する入力部をさらに備え、前記追突回避距離算出部は、前記速度検出部からの速度情報および前記車両パラメータから、追突回避距離を算出する。
【００５６】
上記の構成によれば、前記追突回避距離算出部は、前記追突回避距離を求めるにあたって、速度情報だけでなく、少なくとも路面状況（舗装の有無、晴雨または雪等）、および好ましくはタイヤ状況（種類、摩耗等）に関する車両パラメータも考慮して算出する。
【００５７】
したがって、前記追突回避距離を一層正確に算出することができる。
【００５８】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切かつ充分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、先行車の検知に使用される測距装置において、距離分布演算の計算時間を短縮し、安全性を向上することができる測距装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１，２ ステレオカメラ
３ 第１の距離分布演算部
４，５４ 出力部
１１，２１，４１ 測距装置
１２ 車速センサ
１３，２３，５３ 設定部
２２ 第２の距離分布演算部
２４，４４ 追突回避距離計算部
４２ 入力装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、複数の撮像部による撮像画像の視差から、第１の距離分布演算部が先行車までの距離分布を求める測距装置において、
前記車両の速度情報を取得する速度検出部と、
撮像画像全域を処理領域とし、前記第１の距離分布演算部に比べて、高速低精度な第２の距離分布演算部と、
前記速度検出部からの速度情報から、先行車への追突を回避可能な追突回避距離を算出する追突回避距離算出部と、
前記第１の距離分布演算部に、前記撮像画像における距離分布を演算するための処理領域として、前記第２の距離分布演算部による距離分布の演算結果において、前記追突回避距離算出部で求められた追突回避距離に該当する距離の領域を設定する設定部とを含むことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
路面状況に関するパラメータを入力する入力部をさらに備え、
前記追突回避距離算出部は、前記速度検出部からの速度情報および前記車両パラメータから、追突回避距離を算出することを特徴とする請求項１記載の測距装置。
【請求項３】
前記入力部は、さらにタイヤ状況に関するパラメータを入力することを特徴とする請求項２記載の測距装置。
【請求項１】
車両に搭載され、複数の撮像部による撮像画像の視差から、第１の距離分布演算部が先行車までの距離分布を求める測距装置において、
前記車両の速度情報を取得する速度検出部と、
撮像画像全域を処理領域とし、前記第１の距離分布演算部に比べて、高速低精度な第２の距離分布演算部と、
前記速度検出部からの速度情報から、先行車への追突を回避可能な追突回避距離を算出する追突回避距離算出部と、
前記第１の距離分布演算部に、前記撮像画像における距離分布を演算するための処理領域として、前記第２の距離分布演算部による距離分布の演算結果において、前記追突回避距離算出部で求められた追突回避距離に該当する距離の領域を設定する設定部とを含むことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
路面状況に関するパラメータを入力する入力部をさらに備え、
前記追突回避距離算出部は、前記速度検出部からの速度情報および前記車両パラメータから、追突回避距離を算出することを特徴とする請求項１記載の測距装置。
【請求項３】
前記入力部は、さらにタイヤ状況に関するパラメータを入力することを特徴とする請求項２記載の測距装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図４】
【図６】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図４】
【図６】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−７７４８（Ｐ２０１３−７７４８Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６５０００（Ｐ２０１２−１６５０００）
【出願日】平成２４年７月２５日（２０１２．７．２５）
【分割の表示】特願２００９−５５３３０６（Ｐ２００９−５５３３０６）の分割
【原出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２５日（２０１２．７．２５）
【分割の表示】特願２００９−５５３３０６（Ｐ２００９−５５３３０６）の分割
【原出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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