車両用距離画像データ生成装置
【課題】 自車両前方の状況を連続的に把握できる車両用距離画像データ生成装置を提供すること。
【解決手段】 投光器５と、イメージインテンシファイア７ｂ及び高速度カメラ８と、タイミングコントローラ９と、イメージインテンシファイア７ｂ及び高速度カメラ８により得られたターゲット距離の異なる複数の撮像画像における同一画素の輝度に基づいて、画素毎の物体までの距離を表す距離画像データを生成する画像処理部１０を備え、画像処理部１０は、ターゲット距離の異なる複数の撮像画像それぞれに対して輝度と頻度から物体以外のデータを距離画像データの生成から除外するステップS4〜S6の処理を備えた。
【解決手段】 投光器５と、イメージインテンシファイア７ｂ及び高速度カメラ８と、タイミングコントローラ９と、イメージインテンシファイア７ｂ及び高速度カメラ８により得られたターゲット距離の異なる複数の撮像画像における同一画素の輝度に基づいて、画素毎の物体までの距離を表す距離画像データを生成する画像処理部１０を備え、画像処理部１０は、ターゲット距離の異なる複数の撮像画像それぞれに対して輝度と頻度から物体以外のデータを距離画像データの生成から除外するステップS4〜S6の処理を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用距離画像データ生成装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、自車両前方を投光し、ターゲット距離から戻ってくる反射光のタイミングに合わせて撮像した画像に基づいて、当該ターゲット距離に障害物等の物体が存在するか否かを検出する技術が開示されている。
【特許文献１】米国特許第６７００１２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術にあっては、ターゲット距離以外の物体を検出できない。つまり、状況の把握が間欠的であり、自車両前方の状況を連続的に把握できないという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、自車両前方の状況を連続的に把握できる車両用距離画像データ生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の車両用距離画像データ生成装置では、自車両前方に所定周期でパルス光を投光する投光手段と、ターゲット距離に応じて設定される撮像タイミングで前記ターゲット距離から帰ってくる反射光を撮像する撮像手段と、前記ターゲット距離が連続的に変化するように前記撮像タイミングを制御するタイミング制御手段と、前記撮像手段により得られたターゲット距離の異なる複数の撮像画像における同一画素の輝度に基づいて、画素毎の物体までの距離を表す距離画像データを生成する距離画像データ生成手段と、を備え、前記距離画像データ生成手段は、ターゲット距離の異なる複数の撮像画像それぞれに対して輝度と頻度から物体以外のデータを距離画像データの生成から除外するフィルタ手段を備えた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、自車両前方の状況を連続的に把握できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の車両用距離画像データ生成装置を実現するための最良の形態を、図面に基づく実施例により説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は、本発明の車両用距離画像データ生成装置を適用した実施例１の障害物検出装置１の構成を示すブロック図であり、実施例１の障害物検出装置１は、距離画像データ生成装置２と、物体認識処理部３と、判断部４とを備えている。
【０００９】
距離画像データ生成装置２は、投光器（投光手段）５と、対物レンズ６と、光倍増部７と、高速度カメラ（撮像手段）８と、タイミングコントローラ（タイミング制御手段）９と、画像処理部（距離画像データ生成手段）１０とを備えている。
投光器５は、車両の前端部に配置した近赤外線LEDであり、タイミングコントローラ９から出力されるパルス信号に応じて、所定の投光時間tL（例えば、5ns）の間、パルス光を出力する。パルス信号の周期は、投光器５の投光周期tPであり、投光周期tPは、例えば、1/100s以下の間隔とする。
対物レンズ６は、物体からの反射光を受光するためのもので、投光器５と隣接配置している。例えば、自車両前方の所定範囲を撮像できる画角とするように設定された光学系である。
【００１０】
光倍増部７は、ゲート７ａとイメージインテンシファイア７ｂとを備えている。
ゲート７ａは、タイミングコントローラ９からの開閉指令信号に応じて開閉する。ここで、実施例１では、ゲート７ａの開時間（ゲート時間）tGを、投光時間tLと同じ5nsとしている。ここで、ゲート時間tGは、撮像エリア（ターゲット距離）の撮像対象幅に相当し、ゲート時間tGを長くするほど撮像エリアの撮像対象幅は長くなる。実施例１では、ゲート時間tG=5nsとしているため、撮像対象幅は、光速度（約3×108m/s）×ゲート時間(5ns)から、1.5mとなる。
【００１１】
イメージインテンシファイア７ｂは、極微弱な光（物体からの反射光等）を一旦電子に変換して電気的に増幅し、再度蛍光像に戻すことで光量を倍増してコントラストのついた像を見るデバイスである。イメージインテンシファイア７ｂの光電面より光電現象によって打ち出された光電子はkVオーダーの高電圧で加速され、陽極側の蛍光面に打ち込まれることにより、100倍以上の光子数の蛍光を発する。蛍光面で発生した蛍光は、ファイバオプティックプレートにより、そのままの位置関係を保ったまま散乱されることなく高速度カメラ８のイメージセンサに導かれる。
高速度カメラ８は、タイミングコントローラ９からの指令信号に応じて、光倍増部７から発せられた像を撮像し、撮像画像（カラー画像）を画像処理部１０へ出力する。実施例１では、解像度640×480（横：縦）、輝度値1〜255(256段階)、100fps以上のカメラを用いている。
【００１２】
タイミングコントローラ９は、高速度カメラ８により撮像される撮像画像が、狙った撮像エリアから帰ってくる反射光のタイミングとなるように、投光器５の投光開始時点からゲート７ａを開くまでの時間であるディレイ時間tDを設定し、ディレイ時間に応じた開閉指令信号を出力することで、撮像タイミングを制御する。つまり、ディレイ時間tDは、自車両から撮像エリアまでの距離（撮像対象距離）を決める値であり、ディレイ時間tDと撮像対象距離との関係は、以下の式となる。
撮像対象距離＝光速度（約3×108m/s）×ディレイ時間tD/2
図２に、１つの撮像エリアを撮像する際の、投光器５の動作（投光動作）とゲート７ａの動作（カメラゲート動作）との時間的な関係を示す。
【００１３】
タイミングコントローラ９は、撮像エリアが車両手前側から先方へと連続的に移動するように、ディレイ時間tDを所定間隔（例えば、10ns）ずつ長くすることで、高速度カメラ８の撮像範囲を車両前方側へ変化させる。なお、タイミングコントローラ９は、ゲート７ａが開く直前に高速度カメラ８の撮像動作を開始させ、ゲート７ａが完全に閉じた後に撮像動作を終了させる。但し、実施例１では、タイミングコントローラ９は、撮像対象距離に応じて、予め多重露光回数を設定しておき、このデータを読み出して、ある一つの撮像対象距離における撮像が所定回数の投光動作とゲート７ａの開閉動作で構成されるようにする。そのため、設定された所定回数が複数回の場合は、複数回の投光動作とゲート７ａの開閉動作後に撮像動作を終了させることになる。
【００１４】
また、実施例１では、図３に示すように、撮像対象距離をB1→B2→B3→…と連続的に変化させながら撮像する際、撮像エリアの撮像対象幅Aよりも撮像対象距離の増加量（B2-B1）を短くすることで、撮像エリアの一部がオーバーラップしながら変化するように撮像対象距離の増加量を設定している。
【００１５】
図４は、撮像対象距離の増加量を極限まで小さくした場合、言い換えると、撮像エリアを無限に増やして撮像を行った場合の時間的な輝度変化を示す模式図であり、撮像エリアの一部をオーバーラップさせることで、連続する複数の撮像画像における同一の画素の輝度値は、徐々に増加し、ピーク後は徐々に小さくなる特性となる。なお、実際には撮像エリアは有限個（１〜n）であるが、連続する撮像エリアの一部をオーバーラップさせることで、時間的な輝度変化は図４の特性に近くなる。
【００１６】
タイミングコントローラ９は、１フレーム分、すなわち、設定された所定範囲（エリア１、エリア２、…、エリアn）の撮像画像が全て撮像された場合、画像処理部１０に対し画像処理指令信号を出力する。
【００１７】
画像処理部１０は、高速度カメラ８により撮像された１フレーム分の撮像画像（撮像画素）から、距離情報を色や輝度等で表す距離画像データを生成し、生成した距離画像データを物体認識処理部３へ出力する。
【００１８】
物体認識処理部３は、距離画像データに含まれる物体に対して、画像処理、例えば、ラベリング、パターンマッチング等により距離画像データに含まれる物体を特定する。
判断部４は、物体認識処理部３により特定された物体（人、自動車、標識等）と自車両との関係（距離、相対速度等）に基づいて、警報等による運転者への情報提示、自動ブレーキ等の車両制御の要否を判断する。
【００１９】
［距離画像データ生成制御処理］
図５は、実施例１の画像処理部１０で実行される距離画像データ生成制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、この処理は、所定の演算周期で繰り返し実行される。
【００２０】
ステップS1では、画像処理部１０が、投光器５による投光を行わずに自車両前方を撮像した撮像画像の最も輝度の低い輝度値データを後の輝度判断のために記憶し、ステップS2へ移行する。このデータは、距離画像データ生成の際に用いるものとする。
【００２１】
ステップS2では、画像処理部１０が、撮像画像を入力し、ステップS3へと移行する。なお、実施例１においては、入力される撮像画像は、撮像する距離範囲に応じて予め設定された多重露光回数により複数回撮像された画像となる。
【００２２】
ステップS3では、画像処理部１０が、１フレーム分（エリア１、エリア２、…、エリアn）の画像入力が終了したか否かを判定する。YESの場合にはステップS4へ移行し、NOの場合にはステップS2へ移行する。
【００２３】
ステップS4では、画像処理部１０が、ｎ番目（例えば１や０から始まるものとする）の画像における輝度の頻度算出処理を行う。この処理では、画像の各画素の輝度値、例えば０〜２５６ビット値に対して、同じ輝度値の画素がいくつ存在するか、つまり頻度を算出するようにする。これを頻度算出処理とする。
【００２４】
ステップS5では、ステップS4の処理に得られる１画像の輝度と頻度の関係に対して、全体の頻度の合計、つまり全画素数のうち、輝度の高い方の所定P％分となる輝度値を算出し、これを閾値とする。詳細は後述する。
【００２５】
ステップS6では、ステップS5の処理で決定した閾値により低い輝度値のデータを後の距離画像生成に用いないようにする排除処理を行う。
【００２６】
ステップS7では、ｎ番目の画像の次の画像を処理するために、ｎを増加する処理を行う。例えばｎ＝ｎ＋１とする。
【００２７】
ステップS8では、１フレーム分の処理、つまり１フレーム分のｎ番目までの画像の処理が終了したかどうかを判断し、終了したならばステップS9へ進み、終了していないならばステップS4へ戻る。
【００２８】
ステップS9では、色や輝度により距離情報を伴う画像として、距離画像データを生成し、リターンへ移行する。
【００２９】
次に、作用を説明する。
［距離画像データ生成作用］
タイミングコントローラ９は、高速度カメラ８により撮像される撮像画像が、狙った撮像エリアから帰ってくる反射光のタイミングとなるように、ディレイ時間tDを設定し、高速度カメラ８の撮像タイミングを制御する。狙った撮像エリアに物体が存在している場合、投光器５から出射された光が撮像エリアから戻ってくる時間は、自車両と撮像エリアまでの距離（撮像対象距離）を光が往復する時間となるため、ディレイ時間tDは、撮像対象距離と光速度から求めることができる。
【００３０】
上記方法で得られた高速度カメラ８の撮像画像において、撮像エリアに物体が存在する場合、当該物体の位置に対応する画素の輝度値データは、反射光の影響を受け、他の画素の輝度値データよりも高い値を示す。これにより、各画素の輝度値データに基づいて、狙った撮像エリアに存在する物体との距離を求めることができる。
【００３１】
さらに、実施例１では、ディレイ時間tDを変化させながら撮像エリア１〜nの撮像画像を取得する。続いて、同じ画素位置の前後の距離の輝度値データを比較し、最も高い輝度値データを当該画素で検出する物体の距離とし、撮像範囲(640×480)の距離の情報を持つデータ（距離画像データ）を生成する。
【００３２】
従来のレーザレーダやステレオカメラを用いた距離検出方法では、雨、霧や雪などの影響を受けやすく、信号レベルに対するノイズレベルが大きくなる（SN比が小さい）ため、悪天候時の信頼性が低い。なお、悪天候の影響を受けにくいミリ波レーダを用いた場合、距離検出の信頼性は高くなるが、ミリ波レーダの信号から物体認識（物体の特定）を行うのは困難であり、別途カメラ画像が必要となる。そして、悪天候時にはカメラ画像が不明瞭となるため、正確な物体認識を行うことは困難である。
【００３３】
これに対し、実施例１では、狙った撮像エリアから帰ってくる反射波のみを撮像画像に反映させるため、雨、霧や雪などの影響により屈曲した光、すなわち、ノイズの混入レベルを低く抑え、高いSN比を得ることができる。つまり、悪天候や夜間にかかわらず、高い距離検出精度を得ることができる。
そして、生成された距離画像データにより、画像から検出される物体の距離が分かるため、その後パターンマッチング等の手法を用いて物体認識を行う場合、物体との距離を瞬時に把握できる。
【００３４】
さらに、実施例１では、撮像エリアを連続的に変化させて複数の撮像画像を取得し、各撮像画像を比較して各画素の距離を検出しているため、自車両前方の状況を連続的に、かつ、広範囲に亘って把握できる。例えば、自車両と先行車両との間に歩行者が飛び出してきた状況であっても、先行車と歩行者の距離をそれぞれ同時に把握でき、警報による運転者への情報提示や自動ブレーキ等の車両制御を行うことが可能である。
【００３５】
図６は、自車両前方の異なる位置に４人の歩行者A〜Dが存在している状況を示し、自車両と各歩行者との距離の関係は、A<B<C<Dとする。
このとき、実施例１では、１つの物体からの反射光が連続する複数の撮像エリアにおける撮像画像のオブジェクトを構成する画素に反映されるように、撮像エリアの一部をオーバーラップさせている。このため、各歩行者に対応するオブジェクトを構成する画素の時間的な輝度変化は、図７に示すように、歩行者の位置でピークを取る三角形の特性を示す。
【００３６】
なお、距離画像データは、警報や車両制御に用いるデータであるため、ある程度の演算速度が要求される以上、撮像エリアを無限に細かく設定することは時間的に不可能であるが、１つの物体からの反射光が複数の撮像画像の含まれるようにすることで、図８に示すように、画素の時間的な輝度変化を上記特性に近似させ、三角形部分のピークと対応する撮像エリアを、当該画素における物体の距離とすることで、検出精度を高めることができる。
【００３７】
[多重露光による輝度補正]
実施例１の距離画像データ生成装置２では、撮像対象距離を徐々に遠くしながら複数の撮像画像を取得しているため、遠くの撮像エリアに存在する物体からの反射光は、近くの撮像エリアに存在する物体の反射光よりも弱くなる。このため、各撮像エリアで撮像時間（ゲート時間tG）を一定とした場合、遠い撮像エリアほど撮像画像が暗くなってしまう。
【００３８】
一方、画像処理部１０では、複数の撮像画像における同一画素の輝度に基づいて、画素毎の物体までの距離を表す距離画像データを生成しているため、撮像画像間で上述した撮像対象距離の違いによる輝度差が生じると、同一画素の輝度を比較する際、正確な比較を行うことができない。
【００３９】
これに対し、実施例１では、物体が存在する撮像エリアにおける撮像画像の輝度ピーク値（輝度の最大値）が目標輝度となるよう、撮像対象距離に対して多重露光回数を設定し、記憶させる。そして、タイミングコントローラ９が、設定された多重露光回数に従って１画像に対して投光動作とゲート７ａの開閉動作の複数組を行う。つまり、本実施例１の多重露光回数とは、高速度カメラ８で撮像する１画像に対して、タイミングコントローラ９の制御により行われる、投光器５の投光動作と、上記説明のように投光動作と対になる（ディレイ時間tDによる）ゲート７ａの開閉動作の繰り返し回数を意味する。
【００４０】
このため、撮像対象距離の異なる各撮像画像の輝度レンジ幅（輝度最小値と輝度最大値との差）を撮像エリアにかかわらず均一化し、予め良好な処理ができるように設定された目標輝度に近づけることができる（図９参照）。
【００４１】
[距離検出精度の向上作用]
図１０は実施例１の距離画像データ生成装置の画像処理部が輝度の頻度を用いた処理を行う状態の説明図である。
実施例１では、悪天候における距離検出精度をさらに向上させている。以下、詳細に説明する。
実施例１の距離画像データ生成装置２において、例えば霧などがある場合の悪天候条件下では、検出されるべき物体の手前にある霧等（雨の場合もある）からの反射光により得られる画像の輝度が、物体からの反射光より得られる画像の輝度より高くなる場合がある。すると、画像の輝度のピーク値を算出した場合に、霧を物体として検出してしまう。
【００４２】
これに対して実施例１の距離画像データ生成装置２では、上記多重露光による距離における輝度の均一化により、物体が輝度のピークとして検出されやすくしている。
さらに、撮像画像に対して、輝度の頻度の算出処理を行う（ステップS4）。
つまり、１フレームを構成する複数画像の各画像において、輝度に対する頻度を算出する。すると、例えば図１０(b)に示すような横軸に輝度、縦軸に頻度のグラフを得ることができる。なお、図１０(b)においては、霧等がないときの日ストグラムの輪郭線を符号１０１で示し、霧等があるときのヒストグラムの輪郭線を符号１０２で示す。
【００４３】
すると、図１０(b)の横軸と、ヒストグラムの輪郭線１０１，１０２により、輝度と頻度の特性が面積で表現される。この面積で表現した輝度と頻度の特性に対して、輝度の高い方の面積割合(%)を所定の割合、例えば５％〜１５％などとして輝度値で仕切る。図１０(b)には面積部分１０１ａ，１０２ａで示す。そして、仕切った境目となる輝度値を閾値１０１ｂ，１０２ｂとして決定する（ステップS5）。
そして、この閾値１０１ｂ，１０２ｂよりも輝度の低い部分の画素データを、ステップＳ９の距離画像データ生成に用いないように排除する（ステップS6）。
【００４４】
なお、この処理は、撮像対象距離ごとに撮像される各画像について行われる（ステップS7,S8）。霧等がない場合の輝度と頻度の特性（符号１０１）は、図１０(b)に示すように、輝度の低い部分の頻度が高く、輝度の高いピーク値近傍は頻度が低くなる。この特性では、例えば図１０(b)に示す輝度の高い面積範囲（符号１０１ａ）以外を除外しても、この輝度の高い面積範囲に検出されるべき物体からの反射による画像の輝度ピーク値が含まれることになるので、輝度ピーク値による物体の検出が良好に行われる。
【００４５】
これに対して、霧等があり、その反射が強い場合の輝度と頻度の特性（符号１０２）は、図１０(b)に示すように、霧等の反射により輝度がある程度高い値まで頻度が高くなる。この特性で、例えば図１０(b)に示す輝度の高い面積範囲（符号１０２ａ）以外を除外する（ステップS6）。輝度の高い面積範囲に検出されるべき物体からの反射による画像の輝度ピーク値は、多重露光による輝度補正により、霧等の反射輝度ピーク値近傍まで引き上げられている。そのため、検出されるべき物体からの反射による画像の輝度ピーク値は、輝度の高い面積範囲に含まれることになる。
【００４６】
すると、この除外処理によって、霧等の部分が大きく距離画像から排除されることになり、遠い撮像対象距離になる物体が距離画像において、よりはっきりと見えるようになっていく。これにより、悪天候化で、近い距離の霧等の反射が強い場合で物体の距離画像における検出性能が低下するような場合であっても、物体の検出性能を向上させる。
【００４７】
実施例１の距離画像データ生成装置２の作用を明確にするためにさらに説明を加える。
図１０(a)に示すように、物体がある距離の画像よりも、物体より手前の距離の画像における霧等の輝度が広い面積で高い場合、距離画像を生成すると、図１０(d)に符号２０１として示すように、霧等が強く検出されてしまい物体が隠れるようになる。
画像処理部１０で生成される距離画像データでは、例えば、距離が近くから遠くになるにつれ、赤→黄→緑→青というように色等で画素ごとに表現されることになる。そのため、特にこのように物体がその距離から青く複数画素で見える場合にその手前の霧等が大きな面積で黄色に見えると物体が隠れるように見えることになる。この隠れて見える感覚は、そのまま、その後のパターンマッチング等の難しさを示すことになる。
【００４８】
これに対して、多重露光による輝度補正と、輝度と頻度の特性から高い輝度の所定面積部分以外を除外する処理により、霧等は例えば図１０(c)に符号２０２として示すように、この処理を行わない図１０(d)の符号２０１で示す部分に対して霧等の面積を大幅に縮小させ、符号３０１で示す物体が明らかに見えるようにする。
これによって、その後のパターンマッチング等による物体の検出性能が向上される。
【００４９】
次に、効果を説明する。
実施例１の距離画像データ生成装置２にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
【００５０】
(1)自車両前方に所定周期でパルス光を投光する投光器５と、ターゲット距離に応じて設定される撮像タイミングでターゲット距離から帰ってくる反射光を撮像するイメージインテンシファイア７ｂ及び高速度カメラ８と、ターゲット距離が連続的に変化するように撮像タイミングを制御するタイミングコントローラ９と、イメージインテンシファイア７ｂ及び高速度カメラ８により得られたターゲット距離の異なる複数の撮像画像における同一画素の輝度に基づいて、画素毎の物体までの距離を表す距離画像データを生成する画像処理部１０を備え、画像処理部１０は、ターゲット距離の異なる複数の撮像画像それぞれに対して輝度と頻度から物体以外のデータを距離画像データの生成から除外するステップS4〜S6の処理を備えたため、自車両前方の状況を連続的に把握できる。また、悪天候条件下の影響を抑制して精度よく物体が検出される距離画像を生成することができる。
【００５１】
(2)上記(1)において、画像処理部１０が実行するステップS4〜S6の処理は、ターゲット距離の異なる複数の撮像画像それぞれの輝度と頻度の特性を算出するステップS4の頻度算出処理と、輝度と頻度の特性での全面積に対する高輝度側の所定割合を仕切る輝度の閾値を決定するステップS5の閾値決定処理と、閾値より低い輝度の画素の輝度を、距離画像データの生成から除外するステップS6の除外処理とを備えるため、悪天候下で、物体の手前で霧等が輝度高く光を反射する場合に、霧等の範囲部分を大きく縮小させ、物体をより明らかにし、霧等より奥側の物体をより検出しやすくでき、これにより精度を向上した距離画像データを生成できる。
【００５２】
(3)上記(1)又は(2)において、タイミングコントローラ９は、一つのターゲット距離の撮像画像が、投光器５による複数回の投光と、イメージインテンシファイア７ｂ及び高速度カメラ８による撮像タイミングでの複数回の撮像で生成されるよう制御を行うため、多重露光により、遠くに位置する物体の輝度ピークが、近くに位置する物体の輝度ピークに近い値が得られるようにでき、遠い距離の物体が確実に検出された距離画像データを生成できる。また、悪天候下で、物体の手前で霧等が輝度高く光を反射する場合に、物体をより明らかにし、霧等より奥側の物体をより検出しやすくでき、これにより精度を向上した距離画像データを生成できる。
【００５３】
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づき説明したが、本発明の具体的な構成については、実施例の構成に限らず、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計変更や追加等は許容される。
【００５４】
例えば、投光周期、投光時間、ゲート時間、撮像対象幅、撮像対象距離の変化量、１フレーム中の撮像エリア数は、撮像手段の性能や距離画像データ生成手段の性能に応じて適宜設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例１の障害物検出装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】１つの撮像エリアを撮像する際の、投光器５の動作（投光動作）とゲート７ａの動作（カメラゲート動作）との時間的な関係を示す図である。
【図３】撮像エリアの一部がオーバーラップする状態を示す図である。
【図４】撮像エリアを無限に増やして撮像を行った場合の時間的な輝度変化を示す模式図である。
【図５】実施例１の画像処理部１０で実行される距離画像データ生成制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】自車両前方の異なる位置に４人の歩行者A〜Dが存在している状況を示す図である。
【図７】各歩行者A〜Bに対応する画素の時間的な輝度変化を示す模式図である。
【図８】実施例１の距離画像データ生成作用を示す図である。
【図９】実施例１の多重露光による距離画像データ生成作用を示す図である。
【図１０】実施例１の距離画像データ生成装置の画像処理部が輝度の頻度を用いた処理を行う状態の説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 障害物検出装置
２ 距離画像データ生成装置
３ 物体認識処理部
４ 判断部
５ 投光器（投光手段）
６ 対物レンズ
７ 光増倍部
７ａ ゲート
７ｂ イメージインテンシファイア
８ 高速度カメラ（撮像手段）
９ タイミングコントローラ（タイミング制御手段）
１０ 画像処理部（距離画像データ生成手段）
１０１ （霧等がない場合のヒストグラムの）輪郭線
１０１ａ （霧等がない場合の全体に対して所定の面積割合の輝度が高い側の）面積部分
１０１ｂ （霧等がない場合の全体に対して所定の面積割合に仕切る）閾値
１０２ （霧等がある場合のヒストグラムの）輪郭線
１０２ａ （霧等がある場合の全体に対して所定の面積割合の輝度が高い側の）面積部分
１０２ｂ （霧等がある場合の全体に対して所定の面積割合に仕切る）閾値
２０１ （距離画像データにおける）霧等の部分
２０２ （距離画像データにおける）霧等の部分
３０１ （距離画像データにおける）物体の部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用距離画像データ生成装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、自車両前方を投光し、ターゲット距離から戻ってくる反射光のタイミングに合わせて撮像した画像に基づいて、当該ターゲット距離に障害物等の物体が存在するか否かを検出する技術が開示されている。
【特許文献１】米国特許第６７００１２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術にあっては、ターゲット距離以外の物体を検出できない。つまり、状況の把握が間欠的であり、自車両前方の状況を連続的に把握できないという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、自車両前方の状況を連続的に把握できる車両用距離画像データ生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の車両用距離画像データ生成装置では、自車両前方に所定周期でパルス光を投光する投光手段と、ターゲット距離に応じて設定される撮像タイミングで前記ターゲット距離から帰ってくる反射光を撮像する撮像手段と、前記ターゲット距離が連続的に変化するように前記撮像タイミングを制御するタイミング制御手段と、前記撮像手段により得られたターゲット距離の異なる複数の撮像画像における同一画素の輝度に基づいて、画素毎の物体までの距離を表す距離画像データを生成する距離画像データ生成手段と、を備え、前記距離画像データ生成手段は、ターゲット距離の異なる複数の撮像画像それぞれに対して輝度と頻度から物体以外のデータを距離画像データの生成から除外するフィルタ手段を備えた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、自車両前方の状況を連続的に把握できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の車両用距離画像データ生成装置を実現するための最良の形態を、図面に基づく実施例により説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は、本発明の車両用距離画像データ生成装置を適用した実施例１の障害物検出装置１の構成を示すブロック図であり、実施例１の障害物検出装置１は、距離画像データ生成装置２と、物体認識処理部３と、判断部４とを備えている。
【０００９】
距離画像データ生成装置２は、投光器（投光手段）５と、対物レンズ６と、光倍増部７と、高速度カメラ（撮像手段）８と、タイミングコントローラ（タイミング制御手段）９と、画像処理部（距離画像データ生成手段）１０とを備えている。
投光器５は、車両の前端部に配置した近赤外線LEDであり、タイミングコントローラ９から出力されるパルス信号に応じて、所定の投光時間tL（例えば、5ns）の間、パルス光を出力する。パルス信号の周期は、投光器５の投光周期tPであり、投光周期tPは、例えば、1/100s以下の間隔とする。
対物レンズ６は、物体からの反射光を受光するためのもので、投光器５と隣接配置している。例えば、自車両前方の所定範囲を撮像できる画角とするように設定された光学系である。
【００１０】
光倍増部７は、ゲート７ａとイメージインテンシファイア７ｂとを備えている。
ゲート７ａは、タイミングコントローラ９からの開閉指令信号に応じて開閉する。ここで、実施例１では、ゲート７ａの開時間（ゲート時間）tGを、投光時間tLと同じ5nsとしている。ここで、ゲート時間tGは、撮像エリア（ターゲット距離）の撮像対象幅に相当し、ゲート時間tGを長くするほど撮像エリアの撮像対象幅は長くなる。実施例１では、ゲート時間tG=5nsとしているため、撮像対象幅は、光速度（約3×108m/s）×ゲート時間(5ns)から、1.5mとなる。
【００１１】
イメージインテンシファイア７ｂは、極微弱な光（物体からの反射光等）を一旦電子に変換して電気的に増幅し、再度蛍光像に戻すことで光量を倍増してコントラストのついた像を見るデバイスである。イメージインテンシファイア７ｂの光電面より光電現象によって打ち出された光電子はkVオーダーの高電圧で加速され、陽極側の蛍光面に打ち込まれることにより、100倍以上の光子数の蛍光を発する。蛍光面で発生した蛍光は、ファイバオプティックプレートにより、そのままの位置関係を保ったまま散乱されることなく高速度カメラ８のイメージセンサに導かれる。
高速度カメラ８は、タイミングコントローラ９からの指令信号に応じて、光倍増部７から発せられた像を撮像し、撮像画像（カラー画像）を画像処理部１０へ出力する。実施例１では、解像度640×480（横：縦）、輝度値1〜255(256段階)、100fps以上のカメラを用いている。
【００１２】
タイミングコントローラ９は、高速度カメラ８により撮像される撮像画像が、狙った撮像エリアから帰ってくる反射光のタイミングとなるように、投光器５の投光開始時点からゲート７ａを開くまでの時間であるディレイ時間tDを設定し、ディレイ時間に応じた開閉指令信号を出力することで、撮像タイミングを制御する。つまり、ディレイ時間tDは、自車両から撮像エリアまでの距離（撮像対象距離）を決める値であり、ディレイ時間tDと撮像対象距離との関係は、以下の式となる。
撮像対象距離＝光速度（約3×108m/s）×ディレイ時間tD/2
図２に、１つの撮像エリアを撮像する際の、投光器５の動作（投光動作）とゲート７ａの動作（カメラゲート動作）との時間的な関係を示す。
【００１３】
タイミングコントローラ９は、撮像エリアが車両手前側から先方へと連続的に移動するように、ディレイ時間tDを所定間隔（例えば、10ns）ずつ長くすることで、高速度カメラ８の撮像範囲を車両前方側へ変化させる。なお、タイミングコントローラ９は、ゲート７ａが開く直前に高速度カメラ８の撮像動作を開始させ、ゲート７ａが完全に閉じた後に撮像動作を終了させる。但し、実施例１では、タイミングコントローラ９は、撮像対象距離に応じて、予め多重露光回数を設定しておき、このデータを読み出して、ある一つの撮像対象距離における撮像が所定回数の投光動作とゲート７ａの開閉動作で構成されるようにする。そのため、設定された所定回数が複数回の場合は、複数回の投光動作とゲート７ａの開閉動作後に撮像動作を終了させることになる。
【００１４】
また、実施例１では、図３に示すように、撮像対象距離をB1→B2→B3→…と連続的に変化させながら撮像する際、撮像エリアの撮像対象幅Aよりも撮像対象距離の増加量（B2-B1）を短くすることで、撮像エリアの一部がオーバーラップしながら変化するように撮像対象距離の増加量を設定している。
【００１５】
図４は、撮像対象距離の増加量を極限まで小さくした場合、言い換えると、撮像エリアを無限に増やして撮像を行った場合の時間的な輝度変化を示す模式図であり、撮像エリアの一部をオーバーラップさせることで、連続する複数の撮像画像における同一の画素の輝度値は、徐々に増加し、ピーク後は徐々に小さくなる特性となる。なお、実際には撮像エリアは有限個（１〜n）であるが、連続する撮像エリアの一部をオーバーラップさせることで、時間的な輝度変化は図４の特性に近くなる。
【００１６】
タイミングコントローラ９は、１フレーム分、すなわち、設定された所定範囲（エリア１、エリア２、…、エリアn）の撮像画像が全て撮像された場合、画像処理部１０に対し画像処理指令信号を出力する。
【００１７】
画像処理部１０は、高速度カメラ８により撮像された１フレーム分の撮像画像（撮像画素）から、距離情報を色や輝度等で表す距離画像データを生成し、生成した距離画像データを物体認識処理部３へ出力する。
【００１８】
物体認識処理部３は、距離画像データに含まれる物体に対して、画像処理、例えば、ラベリング、パターンマッチング等により距離画像データに含まれる物体を特定する。
判断部４は、物体認識処理部３により特定された物体（人、自動車、標識等）と自車両との関係（距離、相対速度等）に基づいて、警報等による運転者への情報提示、自動ブレーキ等の車両制御の要否を判断する。
【００１９】
［距離画像データ生成制御処理］
図５は、実施例１の画像処理部１０で実行される距離画像データ生成制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、この処理は、所定の演算周期で繰り返し実行される。
【００２０】
ステップS1では、画像処理部１０が、投光器５による投光を行わずに自車両前方を撮像した撮像画像の最も輝度の低い輝度値データを後の輝度判断のために記憶し、ステップS2へ移行する。このデータは、距離画像データ生成の際に用いるものとする。
【００２１】
ステップS2では、画像処理部１０が、撮像画像を入力し、ステップS3へと移行する。なお、実施例１においては、入力される撮像画像は、撮像する距離範囲に応じて予め設定された多重露光回数により複数回撮像された画像となる。
【００２２】
ステップS3では、画像処理部１０が、１フレーム分（エリア１、エリア２、…、エリアn）の画像入力が終了したか否かを判定する。YESの場合にはステップS4へ移行し、NOの場合にはステップS2へ移行する。
【００２３】
ステップS4では、画像処理部１０が、ｎ番目（例えば１や０から始まるものとする）の画像における輝度の頻度算出処理を行う。この処理では、画像の各画素の輝度値、例えば０〜２５６ビット値に対して、同じ輝度値の画素がいくつ存在するか、つまり頻度を算出するようにする。これを頻度算出処理とする。
【００２４】
ステップS5では、ステップS4の処理に得られる１画像の輝度と頻度の関係に対して、全体の頻度の合計、つまり全画素数のうち、輝度の高い方の所定P％分となる輝度値を算出し、これを閾値とする。詳細は後述する。
【００２５】
ステップS6では、ステップS5の処理で決定した閾値により低い輝度値のデータを後の距離画像生成に用いないようにする排除処理を行う。
【００２６】
ステップS7では、ｎ番目の画像の次の画像を処理するために、ｎを増加する処理を行う。例えばｎ＝ｎ＋１とする。
【００２７】
ステップS8では、１フレーム分の処理、つまり１フレーム分のｎ番目までの画像の処理が終了したかどうかを判断し、終了したならばステップS9へ進み、終了していないならばステップS4へ戻る。
【００２８】
ステップS9では、色や輝度により距離情報を伴う画像として、距離画像データを生成し、リターンへ移行する。
【００２９】
次に、作用を説明する。
［距離画像データ生成作用］
タイミングコントローラ９は、高速度カメラ８により撮像される撮像画像が、狙った撮像エリアから帰ってくる反射光のタイミングとなるように、ディレイ時間tDを設定し、高速度カメラ８の撮像タイミングを制御する。狙った撮像エリアに物体が存在している場合、投光器５から出射された光が撮像エリアから戻ってくる時間は、自車両と撮像エリアまでの距離（撮像対象距離）を光が往復する時間となるため、ディレイ時間tDは、撮像対象距離と光速度から求めることができる。
【００３０】
上記方法で得られた高速度カメラ８の撮像画像において、撮像エリアに物体が存在する場合、当該物体の位置に対応する画素の輝度値データは、反射光の影響を受け、他の画素の輝度値データよりも高い値を示す。これにより、各画素の輝度値データに基づいて、狙った撮像エリアに存在する物体との距離を求めることができる。
【００３１】
さらに、実施例１では、ディレイ時間tDを変化させながら撮像エリア１〜nの撮像画像を取得する。続いて、同じ画素位置の前後の距離の輝度値データを比較し、最も高い輝度値データを当該画素で検出する物体の距離とし、撮像範囲(640×480)の距離の情報を持つデータ（距離画像データ）を生成する。
【００３２】
従来のレーザレーダやステレオカメラを用いた距離検出方法では、雨、霧や雪などの影響を受けやすく、信号レベルに対するノイズレベルが大きくなる（SN比が小さい）ため、悪天候時の信頼性が低い。なお、悪天候の影響を受けにくいミリ波レーダを用いた場合、距離検出の信頼性は高くなるが、ミリ波レーダの信号から物体認識（物体の特定）を行うのは困難であり、別途カメラ画像が必要となる。そして、悪天候時にはカメラ画像が不明瞭となるため、正確な物体認識を行うことは困難である。
【００３３】
これに対し、実施例１では、狙った撮像エリアから帰ってくる反射波のみを撮像画像に反映させるため、雨、霧や雪などの影響により屈曲した光、すなわち、ノイズの混入レベルを低く抑え、高いSN比を得ることができる。つまり、悪天候や夜間にかかわらず、高い距離検出精度を得ることができる。
そして、生成された距離画像データにより、画像から検出される物体の距離が分かるため、その後パターンマッチング等の手法を用いて物体認識を行う場合、物体との距離を瞬時に把握できる。
【００３４】
さらに、実施例１では、撮像エリアを連続的に変化させて複数の撮像画像を取得し、各撮像画像を比較して各画素の距離を検出しているため、自車両前方の状況を連続的に、かつ、広範囲に亘って把握できる。例えば、自車両と先行車両との間に歩行者が飛び出してきた状況であっても、先行車と歩行者の距離をそれぞれ同時に把握でき、警報による運転者への情報提示や自動ブレーキ等の車両制御を行うことが可能である。
【００３５】
図６は、自車両前方の異なる位置に４人の歩行者A〜Dが存在している状況を示し、自車両と各歩行者との距離の関係は、A<B<C<Dとする。
このとき、実施例１では、１つの物体からの反射光が連続する複数の撮像エリアにおける撮像画像のオブジェクトを構成する画素に反映されるように、撮像エリアの一部をオーバーラップさせている。このため、各歩行者に対応するオブジェクトを構成する画素の時間的な輝度変化は、図７に示すように、歩行者の位置でピークを取る三角形の特性を示す。
【００３６】
なお、距離画像データは、警報や車両制御に用いるデータであるため、ある程度の演算速度が要求される以上、撮像エリアを無限に細かく設定することは時間的に不可能であるが、１つの物体からの反射光が複数の撮像画像の含まれるようにすることで、図８に示すように、画素の時間的な輝度変化を上記特性に近似させ、三角形部分のピークと対応する撮像エリアを、当該画素における物体の距離とすることで、検出精度を高めることができる。
【００３７】
[多重露光による輝度補正]
実施例１の距離画像データ生成装置２では、撮像対象距離を徐々に遠くしながら複数の撮像画像を取得しているため、遠くの撮像エリアに存在する物体からの反射光は、近くの撮像エリアに存在する物体の反射光よりも弱くなる。このため、各撮像エリアで撮像時間（ゲート時間tG）を一定とした場合、遠い撮像エリアほど撮像画像が暗くなってしまう。
【００３８】
一方、画像処理部１０では、複数の撮像画像における同一画素の輝度に基づいて、画素毎の物体までの距離を表す距離画像データを生成しているため、撮像画像間で上述した撮像対象距離の違いによる輝度差が生じると、同一画素の輝度を比較する際、正確な比較を行うことができない。
【００３９】
これに対し、実施例１では、物体が存在する撮像エリアにおける撮像画像の輝度ピーク値（輝度の最大値）が目標輝度となるよう、撮像対象距離に対して多重露光回数を設定し、記憶させる。そして、タイミングコントローラ９が、設定された多重露光回数に従って１画像に対して投光動作とゲート７ａの開閉動作の複数組を行う。つまり、本実施例１の多重露光回数とは、高速度カメラ８で撮像する１画像に対して、タイミングコントローラ９の制御により行われる、投光器５の投光動作と、上記説明のように投光動作と対になる（ディレイ時間tDによる）ゲート７ａの開閉動作の繰り返し回数を意味する。
【００４０】
このため、撮像対象距離の異なる各撮像画像の輝度レンジ幅（輝度最小値と輝度最大値との差）を撮像エリアにかかわらず均一化し、予め良好な処理ができるように設定された目標輝度に近づけることができる（図９参照）。
【００４１】
[距離検出精度の向上作用]
図１０は実施例１の距離画像データ生成装置の画像処理部が輝度の頻度を用いた処理を行う状態の説明図である。
実施例１では、悪天候における距離検出精度をさらに向上させている。以下、詳細に説明する。
実施例１の距離画像データ生成装置２において、例えば霧などがある場合の悪天候条件下では、検出されるべき物体の手前にある霧等（雨の場合もある）からの反射光により得られる画像の輝度が、物体からの反射光より得られる画像の輝度より高くなる場合がある。すると、画像の輝度のピーク値を算出した場合に、霧を物体として検出してしまう。
【００４２】
これに対して実施例１の距離画像データ生成装置２では、上記多重露光による距離における輝度の均一化により、物体が輝度のピークとして検出されやすくしている。
さらに、撮像画像に対して、輝度の頻度の算出処理を行う（ステップS4）。
つまり、１フレームを構成する複数画像の各画像において、輝度に対する頻度を算出する。すると、例えば図１０(b)に示すような横軸に輝度、縦軸に頻度のグラフを得ることができる。なお、図１０(b)においては、霧等がないときの日ストグラムの輪郭線を符号１０１で示し、霧等があるときのヒストグラムの輪郭線を符号１０２で示す。
【００４３】
すると、図１０(b)の横軸と、ヒストグラムの輪郭線１０１，１０２により、輝度と頻度の特性が面積で表現される。この面積で表現した輝度と頻度の特性に対して、輝度の高い方の面積割合(%)を所定の割合、例えば５％〜１５％などとして輝度値で仕切る。図１０(b)には面積部分１０１ａ，１０２ａで示す。そして、仕切った境目となる輝度値を閾値１０１ｂ，１０２ｂとして決定する（ステップS5）。
そして、この閾値１０１ｂ，１０２ｂよりも輝度の低い部分の画素データを、ステップＳ９の距離画像データ生成に用いないように排除する（ステップS6）。
【００４４】
なお、この処理は、撮像対象距離ごとに撮像される各画像について行われる（ステップS7,S8）。霧等がない場合の輝度と頻度の特性（符号１０１）は、図１０(b)に示すように、輝度の低い部分の頻度が高く、輝度の高いピーク値近傍は頻度が低くなる。この特性では、例えば図１０(b)に示す輝度の高い面積範囲（符号１０１ａ）以外を除外しても、この輝度の高い面積範囲に検出されるべき物体からの反射による画像の輝度ピーク値が含まれることになるので、輝度ピーク値による物体の検出が良好に行われる。
【００４５】
これに対して、霧等があり、その反射が強い場合の輝度と頻度の特性（符号１０２）は、図１０(b)に示すように、霧等の反射により輝度がある程度高い値まで頻度が高くなる。この特性で、例えば図１０(b)に示す輝度の高い面積範囲（符号１０２ａ）以外を除外する（ステップS6）。輝度の高い面積範囲に検出されるべき物体からの反射による画像の輝度ピーク値は、多重露光による輝度補正により、霧等の反射輝度ピーク値近傍まで引き上げられている。そのため、検出されるべき物体からの反射による画像の輝度ピーク値は、輝度の高い面積範囲に含まれることになる。
【００４６】
すると、この除外処理によって、霧等の部分が大きく距離画像から排除されることになり、遠い撮像対象距離になる物体が距離画像において、よりはっきりと見えるようになっていく。これにより、悪天候化で、近い距離の霧等の反射が強い場合で物体の距離画像における検出性能が低下するような場合であっても、物体の検出性能を向上させる。
【００４７】
実施例１の距離画像データ生成装置２の作用を明確にするためにさらに説明を加える。
図１０(a)に示すように、物体がある距離の画像よりも、物体より手前の距離の画像における霧等の輝度が広い面積で高い場合、距離画像を生成すると、図１０(d)に符号２０１として示すように、霧等が強く検出されてしまい物体が隠れるようになる。
画像処理部１０で生成される距離画像データでは、例えば、距離が近くから遠くになるにつれ、赤→黄→緑→青というように色等で画素ごとに表現されることになる。そのため、特にこのように物体がその距離から青く複数画素で見える場合にその手前の霧等が大きな面積で黄色に見えると物体が隠れるように見えることになる。この隠れて見える感覚は、そのまま、その後のパターンマッチング等の難しさを示すことになる。
【００４８】
これに対して、多重露光による輝度補正と、輝度と頻度の特性から高い輝度の所定面積部分以外を除外する処理により、霧等は例えば図１０(c)に符号２０２として示すように、この処理を行わない図１０(d)の符号２０１で示す部分に対して霧等の面積を大幅に縮小させ、符号３０１で示す物体が明らかに見えるようにする。
これによって、その後のパターンマッチング等による物体の検出性能が向上される。
【００４９】
次に、効果を説明する。
実施例１の距離画像データ生成装置２にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
【００５０】
(1)自車両前方に所定周期でパルス光を投光する投光器５と、ターゲット距離に応じて設定される撮像タイミングでターゲット距離から帰ってくる反射光を撮像するイメージインテンシファイア７ｂ及び高速度カメラ８と、ターゲット距離が連続的に変化するように撮像タイミングを制御するタイミングコントローラ９と、イメージインテンシファイア７ｂ及び高速度カメラ８により得られたターゲット距離の異なる複数の撮像画像における同一画素の輝度に基づいて、画素毎の物体までの距離を表す距離画像データを生成する画像処理部１０を備え、画像処理部１０は、ターゲット距離の異なる複数の撮像画像それぞれに対して輝度と頻度から物体以外のデータを距離画像データの生成から除外するステップS4〜S6の処理を備えたため、自車両前方の状況を連続的に把握できる。また、悪天候条件下の影響を抑制して精度よく物体が検出される距離画像を生成することができる。
【００５１】
(2)上記(1)において、画像処理部１０が実行するステップS4〜S6の処理は、ターゲット距離の異なる複数の撮像画像それぞれの輝度と頻度の特性を算出するステップS4の頻度算出処理と、輝度と頻度の特性での全面積に対する高輝度側の所定割合を仕切る輝度の閾値を決定するステップS5の閾値決定処理と、閾値より低い輝度の画素の輝度を、距離画像データの生成から除外するステップS6の除外処理とを備えるため、悪天候下で、物体の手前で霧等が輝度高く光を反射する場合に、霧等の範囲部分を大きく縮小させ、物体をより明らかにし、霧等より奥側の物体をより検出しやすくでき、これにより精度を向上した距離画像データを生成できる。
【００５２】
(3)上記(1)又は(2)において、タイミングコントローラ９は、一つのターゲット距離の撮像画像が、投光器５による複数回の投光と、イメージインテンシファイア７ｂ及び高速度カメラ８による撮像タイミングでの複数回の撮像で生成されるよう制御を行うため、多重露光により、遠くに位置する物体の輝度ピークが、近くに位置する物体の輝度ピークに近い値が得られるようにでき、遠い距離の物体が確実に検出された距離画像データを生成できる。また、悪天候下で、物体の手前で霧等が輝度高く光を反射する場合に、物体をより明らかにし、霧等より奥側の物体をより検出しやすくでき、これにより精度を向上した距離画像データを生成できる。
【００５３】
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づき説明したが、本発明の具体的な構成については、実施例の構成に限らず、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計変更や追加等は許容される。
【００５４】
例えば、投光周期、投光時間、ゲート時間、撮像対象幅、撮像対象距離の変化量、１フレーム中の撮像エリア数は、撮像手段の性能や距離画像データ生成手段の性能に応じて適宜設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例１の障害物検出装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】１つの撮像エリアを撮像する際の、投光器５の動作（投光動作）とゲート７ａの動作（カメラゲート動作）との時間的な関係を示す図である。
【図３】撮像エリアの一部がオーバーラップする状態を示す図である。
【図４】撮像エリアを無限に増やして撮像を行った場合の時間的な輝度変化を示す模式図である。
【図５】実施例１の画像処理部１０で実行される距離画像データ生成制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】自車両前方の異なる位置に４人の歩行者A〜Dが存在している状況を示す図である。
【図７】各歩行者A〜Bに対応する画素の時間的な輝度変化を示す模式図である。
【図８】実施例１の距離画像データ生成作用を示す図である。
【図９】実施例１の多重露光による距離画像データ生成作用を示す図である。
【図１０】実施例１の距離画像データ生成装置の画像処理部が輝度の頻度を用いた処理を行う状態の説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 障害物検出装置
２ 距離画像データ生成装置
３ 物体認識処理部
４ 判断部
５ 投光器（投光手段）
６ 対物レンズ
７ 光増倍部
７ａ ゲート
７ｂ イメージインテンシファイア
８ 高速度カメラ（撮像手段）
９ タイミングコントローラ（タイミング制御手段）
１０ 画像処理部（距離画像データ生成手段）
１０１ （霧等がない場合のヒストグラムの）輪郭線
１０１ａ （霧等がない場合の全体に対して所定の面積割合の輝度が高い側の）面積部分
１０１ｂ （霧等がない場合の全体に対して所定の面積割合に仕切る）閾値
１０２ （霧等がある場合のヒストグラムの）輪郭線
１０２ａ （霧等がある場合の全体に対して所定の面積割合の輝度が高い側の）面積部分
１０２ｂ （霧等がある場合の全体に対して所定の面積割合に仕切る）閾値
２０１ （距離画像データにおける）霧等の部分
２０２ （距離画像データにおける）霧等の部分
３０１ （距離画像データにおける）物体の部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車両前方に所定周期でパルス光を投光する投光手段と、
ターゲット距離に応じて設定される撮像タイミングで前記ターゲット距離から帰ってくる反射光を撮像する撮像手段と、
前記ターゲット距離が連続的に変化するように前記撮像タイミングを制御するタイミング制御手段と、
前記撮像手段により得られたターゲット距離の異なる複数の撮像画像における同一画素の輝度に基づいて、画素毎の物体までの距離を表す距離画像データを生成する距離画像データ生成手段と、
を備え、
前記距離画像データ生成手段は、
ターゲット距離の異なる複数の撮像画像それぞれに対して輝度と頻度から物体以外のデータを距離画像データの生成から除外するフィルタ手段を備えた、
ことを特徴とする車両用距離画像データ生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用距離画像データ生成装置において、
前記フィルタ手段は、
ターゲット距離の異なる複数の撮像画像それぞれの輝度と頻度の特性を算出する頻度特性算出手段と、
輝度と頻度の特性での全面積に対する高輝度側の所定割合を仕切る輝度の閾値を決定する閾値決定手段と、
前記閾値より低い輝度の画素の輝度を、距離画像データの生成から除外する除外手段と、
を備える、
ことを特徴とする車両用距離画像データ生成装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用距離画像データ生成装置において、
前記タイミング制御手段は、
一つのターゲット距離の撮像画像が、前記投光手段による複数回の投光と、前記撮像手段による前記撮像タイミングでの複数回の撮像で生成されるよう制御を行う、
ことを特徴とする車両用距離画像データ生成装置。
【請求項１】
自車両前方に所定周期でパルス光を投光する投光手段と、
ターゲット距離に応じて設定される撮像タイミングで前記ターゲット距離から帰ってくる反射光を撮像する撮像手段と、
前記ターゲット距離が連続的に変化するように前記撮像タイミングを制御するタイミング制御手段と、
前記撮像手段により得られたターゲット距離の異なる複数の撮像画像における同一画素の輝度に基づいて、画素毎の物体までの距離を表す距離画像データを生成する距離画像データ生成手段と、
を備え、
前記距離画像データ生成手段は、
ターゲット距離の異なる複数の撮像画像それぞれに対して輝度と頻度から物体以外のデータを距離画像データの生成から除外するフィルタ手段を備えた、
ことを特徴とする車両用距離画像データ生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用距離画像データ生成装置において、
前記フィルタ手段は、
ターゲット距離の異なる複数の撮像画像それぞれの輝度と頻度の特性を算出する頻度特性算出手段と、
輝度と頻度の特性での全面積に対する高輝度側の所定割合を仕切る輝度の閾値を決定する閾値決定手段と、
前記閾値より低い輝度の画素の輝度を、距離画像データの生成から除外する除外手段と、
を備える、
ことを特徴とする車両用距離画像データ生成装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用距離画像データ生成装置において、
前記タイミング制御手段は、
一つのターゲット距離の撮像画像が、前記投光手段による複数回の投光と、前記撮像手段による前記撮像タイミングでの複数回の撮像で生成されるよう制御を行う、
ことを特徴とする車両用距離画像データ生成装置。
【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２０１０−５４４６１（Ｐ２０１０−５４４６１Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２２２２０（Ｐ２００８−２２２２２０）
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
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