JP2004536387A - 画像データを処理する装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、例えば乗員拘束システムのための画像検知システムにおける、画像データを処理する装置及び方法に関する。
【0002】
マイクロソフト研究技術報告書MSR-TR-98-71「A Flexible New Technique for Camera Calibration」から画像の歪みを補償する方法が公知であり、この方法では数学的な計算則が使用され、この計算則でもってカメラによって記録されたソース画像がターゲット画像にマッピングされる。計算則は動作メモリにロードされたソース画像から、歪み補正されたターゲット画像を計算する。
【0003】
乗員拘束システムにおいては、最適な画像識別の速度に対する高度の要求が課される。何故ならば事故の際に車両シート上の人間の位置は、乗員拘束システムを相応にトリガするために、迅速に確定されなければならないからである。画像検知システムのカメラに設けられている画像センサは、短い間隔で画像領域の画像を記録し、この際に生じた画像の画像データは次の画像が記録される前に、既に制御ユニットによって画像センサから読み出されなければならない。
【0004】
この際、制御ユニット内に1つの画像の画像データを記憶するための多くの記憶スペース、画像データを制御ユニットに伝送するための正確なタイミング、及び制御ユニットにおいて画像をさらに処理するための高度の計算能力が必要とされる。
【0005】
したがって本発明の課題は、画像データを処理する手間をコストを掛けずに低減することである。
【0006】
この課題は独立請求項の特徴によって解決される。
【0007】
殊に乗員拘束システムのための画像検知システムにおいて使用できる、画像の歪みを補償する方法が提案される。カメラシステムの光学系によって歪められた画像は、カメラシステムの画像センサにおいてソース画像(源画像)を生じさせ、このソース画像は光学系の品質、カメラシステムの焦点距離及び他の光学パラメータに依存して、種々に歪められている。ソース画像は個々のソースピクセルに分割され、この個々のソースピクセルはソース画像内の所定の位置に配置されており、また画像センサによって記録されたソースピクセルのグレースケールはそれぞれ画像センサにおける所定のソースピクセルアドレスに記憶されている。
【0008】
所定のマッピング規則によってソース画像はターゲット画像にマッピングされ、これによって歪み補正されたターゲット画像が生じる。ターゲット画像はターゲットピクセルから成り、このターゲットピクセルのグレースケールはそれぞれ、ターゲットメモリにおけるターゲットピクセルアドレスに記憶される。ソースピクセルは1つまたは複数のターゲットピクセルにはマッピングされない。ソースピクセルアドレスのグレースケールはターゲットピクセルアドレスへと引き継がれる。
【0009】
ソース画像の歪みを補正するためのターゲット画像へのマッピング規則は、第1の制御ユニットのメモリにおいてテーブル状で修正テーブルに格納されている。第1の制御ユニットは、1つまたは複数の画像センサの包括的且つ時間に正確な制御も行う。これによって有利にはマッピング規則の迅速な処理が可能となる。さらにはソース画像を中間記憶する必要なく、これによって記憶スペースは大幅に節約される。
【0010】
これによって有利には必要とされる記憶スペースが低減され、それと同時に遅延無くソース画像の歪み補正が行われる。このことは殊に乗員拘束システムには必要である。
【0011】
所定のマッピング規則に応じてソース画像をターゲット画像にマッピングすることによって、ソース画像のピクセルよりも少ないピクセルを有するターゲット画像が生じる。したがって、ターゲットピクセルにマッピングされないソースピクセルも存在する。さらに画像センサは一般的に、実際に必要とされる情報よりも多くの情報を記録する。これらの冗長的な情報はマッピング規則によってフィルタリング除去される。したがって有利にはフィルタリング及びデータ縮小が行われる。さらに第1の制御ユニットには、マッピング規則によって形成されたターゲット画像が記憶される。これによってやはり第1の制御ユニットにおける記憶スペースが節約される。
【0012】
有利には、第1の制御ユニットには2つの画像センサが接続されている。有利には、歪み補正されたターゲット画像は第1の制御ユニットにおいて、行ごとに相互に相関され、これによってグレースケール情報以外にもカメラから該当する像点までの距離情報も包含する距離画像が生じる。有利には2つのターゲット画像の画像データからはそれぞれ距離画像の一部のみが形成され、中間記憶されて、周期的または必要に応じて第2の制御ユニットへと出力される。これによって有利には記憶スペースが節約される。
【0013】
第1の制御ユニットは1つないし複数の画像センサを制御し、画像センサに適合されたタイミングを考慮し、実質的に時間が重要であり且つ計算が集中する画像処理ステップを実施する。この際に生じる画像データは所定のインタフェース、有利には例えばPCI、ローカルバスなどのような標準インタフェースを介して、第2の制御ユニットへと送出される。第2の制御ユニットは第1の制御ユニットの計算結果、例えば距離画像または距離画像の一部を受け取り、第1の制御ユニットを制御する。第2の制御ユニットにおいては、得られた画像データがシート占有状態を等級化するためのアルゴリズムを用いて評価される。例えば車両シートにおける乗員の位置、乗員の頭部の位置、チャイルドシートの位置または占有されていない車両シートを識別することができる。その識別の結果生じたデータはエアバッグ制御装置(ECU)に転送される。
【0014】
画像センサのカメラ光学系は製造許容差を有する。製造許容差を補償調整するために、製造ラインの最後において、画像センサの内の1つによって記録された基準画像の画像データが第1のメモリに中間記憶されることによって、所定のカメラ光学系に属する修正テーブルが決定される。この第1のメモリは第1の制御ユニットまたは第2の制御ユニットに設けられている。初期化ルーチンを用いて適切な修正テーブルが作成されて、この第1のメモリに記憶され、その結果第1のメモリの記憶スペースは有利には二重に使用される。この初期化ルーチンは有利には第2の制御ユニットにおいて実行される。修正テーブルは第1の制御ユニットのROMに記憶される。択一的には、修正テーブルは第2の制御ユニットのROM、例えばフラッシュメモリに記憶され、起動時には第1の制御ユニットに伝送される。
【0015】
本発明の有利な実施形態及び構成は従属請求項に示されている。
【0016】
本発明を図面に基づき説明する。ここで、図1は光学的な画像検知システムを備えた車両の客室である。図2は、画像処理するための装置のブロック図である。図3は、カメラ光学系の製造許容差を補償調整するための初期化ルーチンのフローチャートである。図4は、画像処理ルーチンのフローチャートである。
【0017】
同一の機能的な特徴を有する図中の要素には、図中同一の参照符号を付してある。
【0018】
図1には車両1が概略的に示されており、この車両1内には着座面23、背もたれ21及びこの背もたれ21に設けられているヘッドレスト22を備えた車両シート2が存在する。車両屋根3の天井空間には有利には前部の2つの車両シート間に、光学カメラシステム7、71、B1、B2、C1、C2が配置されており、これらのカメラシステムを用いて、車両客室の所定の画像領域Biを検知することができる。有利には2つの画像センサB1、B2はカメラ光学系を介して、車両シート2がある画像領域Biをこの車両シート2上の自由選択的な物体9と共に検知する。図1には対象は概略的に車両乗員として示されている。
【0019】
別の実施形態においては、対象9はチャイルドシート、物体などであっても良く、または車両シート2は占有されていなくても良い。
【0020】
車両1の前方部分においては、フロントガラス4の下方に計器板5が配置されており、この計器板5の下方には、乗員9の足及び腿のための脚部空間8があり、また計器板にはエアバッグ26が設けられている。脚部空間8は下方に向かって車両フロア6によって区切られており、この車両フロア6にはシート位置レール24が配置されている。車両シート2は着座面23の下部領域において支持手段を介してシート位置レール24と接続されている。したがって車両シート2はX方向において、すなわち車両方向においてスライド可能に配置されている。
【0021】
カメラシステム7は有利には2つの画像センサB1、B2を包含し、これらの画像センサB1、B2の内の一方は、有利には複数の発光ダイオードまたは少なくとも1つのレーザダイオードを備えた光源71であり、他方は評価ユニットC1、C2である。画像領域Biは光源71によっても、場合によっては存在する周囲光によっても照明される。2つの画像センサB1、B2の光学軸は所定の距離Lを有する。これによって、2つの画像センサB1、B2が記録した画像から、ステレオ画像処理方法によって所定の画像領域Biにおける物体のカメラシステム7までの距離情報を検知することができる。カメラ7は有利には2つの画像センサB1、B2及び光源71を1つのコンパクトなケーシング内に包含する。評価ユニットC1、C2も同様に有利にはコンパクトなケーシング内に配置されており、何故ならば画像センサB1、B2から評価ユニットC1、C2へと伝送されるデータ量は大きいからである。模範的な画像センサB1は、320×288ピクセルの解像度且つピクセル毎に8ビット=256グレースケールのグレースケールの深さないしグレースケール解像度を有するマトリクス状のピクセル配置を有する。画像センサはB1及びB2の2つであり且つサンプリング率が各画像センサつき1秒ごとに50画像である場合には、画像センサB1、B2と評価ユニットC1、C2との間の全データ伝送率は
320×288×8×2×50=73.728Mbit/s
である。
【0022】
別の実施形態では1つの画像センサB1またはB2のみが設けられており、これによってコストが低減される。ここでは必要とされる距離情報は有利には光の伝送時間測定または別の画像処理方法により求められる。
【0023】
図2には、画像処理を行う装置のブロック図が示されている。2つの画像センサB1(左側)及びB2(右側)はそれぞれ光学系OPT1、OPT2を介して1つの画像領域Biを検知する。2つの画像センサB1、B2においては実質的に同一のプロセスが実施されるので、以下では左側の画像センサB1に基づき例示的に画像処理の機能を説明する。
【0024】
光学系OPT1によって画像領域Biの検知すべき画像が歪められ、その結果画像センサB1においては歪んだソース画像S1が生じる。画像センサB1は第1の制御ユニットC1によって制御される。第1の制御ユニットC1における検出タイミングユニットT1は、時間に正確に画像センサB1に必要な制御信号を供給する。画像センサB1によって検知されたソース画像S1は短時間の内に読み出す必要がある。例えば、1秒毎に50画像のサンプリング率では数ミリ秒の内に読み出す必要がある。それに加え、画像センサB1のアナログ的な構造に基づき、画像センサB1においてはソース画像の記憶時間は僅かである。
【0025】
画像センサB1に存在する画像データはピクセル毎に第1の制御ユニットC1に伝送され、この際ピクセルは所定のピクセルアドレスにグレースケールを包含する。画像センサB1から供給される画像データは、第1の制御ユニットC1における修正制御部C13によって処理される。修正制御部C13はソース画像S1をターゲット画像T1にする歪み補正を制御する。ソース画像S1は実質的にピクセル毎に、メモリM10に格納されている修正テーブルTAを用いてターゲット画像にマッピングされる。左側の歪み補正された(修正された)ターゲット画像T1及び相応の右側のターゲット画像T2は、第1の制御ユニットC1の中間メモリ(ターゲットメモリ)M11、M12に格納される。センサス変換部(Census-Transformator)C11は少なくとも、2つのターゲット画像T1、T2の部分を読み出し、この部分を処理し、左側のターゲット画像T1及び右側のターゲット画像T2の部分を相互に相関させ、これによって記録された画像の距離情報が取得される。
【0026】
有利には相関器C12において相関が実施され、この相関器C12にはそれぞれ、左側のターゲット画像T1の6つの処理された行及び右側のターゲット画像の6つの処理された行が供給される。相関され、且つ距離情報を備えた距離画像ABがメモリM0に格納される。有利には相関された画像の僅かな行のみが格納される、または変換される。第1の制御ユニットC1に設けられた中央制御ユニットC10は第1の制御ユニットC1に包含されている全ての機能ブロックT1、C13、MUX1、MUX2、C11、C12及びメモリM10、M11、M12、M0を制御する。ターゲットメモリM11、M12及びメモリM10の手前にはそれぞれマルチプレクサMUX2、MUX1が設けられており、これらのマルチプレクサMUX2、MUX1を用いて中央制御ユニットC10は個々のメモリ領域へのメモリアクセスを制御する。
【0027】
中央制御ユニットC10は第2の制御ユニットC2によって制御される。第2の制御ユニットC2は、画像センサB1、B2を読み出すための時間が重要な要求及び画像データの修正並びに相関から十分に解放されており、したがって時間的に分離されている。これによって制御ユニットC2はフレキシブルに、例えばインタフェースを介して接続されているエアバッグ制御装置C3から生じるような外部のイベントに反応することができる。第2の制御ユニットC2には動作メモリM2及び不揮発性メモリM3が設けられている。第1の制御ユニットC1のメモリM0に記憶されている歪み補正され相関づけられた画像データは、第2の制御ユニットC2の要求に応じてこの第2の制御ユニットC2へと伝送される。さらに、中央制御ユニットC2はシステムクロックを供給し、命令(実行、Execute)を第1の制御ユニットC1の中央制御ユニットC10へと伝送する。メモリM0から伝送される画像データは第2の制御ユニットC2においてさらに処理される。第2の制御ユニットC2においては、パターン識別のためのアルゴリズムが実施され、これによって画像データから車両シートの占有状態が等級化される。
【0028】
有利には第1の制御ユニットC1にM10、M11、M12が設けられていることにより、相応に多数の必要な線路を有する外部メモリは必要とされない。
【0029】
図3には、画像処理を行う装置を初期化するためのフローチャートが示されている。光学系OPT1及びOPT2は可能な限りコストをかけずに生産すべきものであり、これによって高い製造許容差が生じる。これによって光学系OPT1、OPT2はそれぞれ異なる歪みを有する。以下説明する初期化ルーチンを用いて、各光学系に対して製造ラインの最後に、それぞれの光学系に属する修正テーブルTAが作成される。これによって有利には、ある光学系の製造シリーズの高い製造許容差も補償調整される。
【0030】
初期化ルーチンの開始時には、基準画像RBが画像センサB1の光学系OPT1前方の所定の位置に固定される。基準画像RBは所定のパターン、例えば垂直方向の線L2及び平行方向の線L1及び/又はそれぞれが所定の位置を取る点Pを有する。画像センサB1は基準画像RBを検知し、これによって歪んだ基準画像、例えば画像センサB1におけるソース画像S1が生じる。ソース画像S1に対応する画像データが第1の制御ユニットC1によって読み出され、メモリM10に記憶される。第1の制御ユニットC1は画像データから所定の計算則を用いて修正テーブルTAを求め、この修正テーブルTAをメモリM10または第2の制御ユニットC2のROMM13に記憶する。修正テーブルTAのテーブルデータは後に、例えば乗員拘束システムの起動時に、初期化の際にメモリM10にコピーされる。
【0031】
別の実施形態では、修正テーブルTAを求めるための計算則が第2の制御ユニットC2において実行される。このことは、製造ラインの最後において修正テーブルTAが作成され、したがって時間が重要ではないので可能である。
【0032】
ここで修正テーブルTAをROMM3において使用することができる。したがって初期化は終了している。
【0033】
図4には画像処理ルーチンのフローチャートが示されている。ルーチンの開始時には修正テーブルTAが、第2の制御ユニットC2のROMM3から第1の制御ユニットC1のメモリM10にロードされる。修正テーブルTAは、例えば画像センサB1のソース画像S1の処理を表す。有利には、各画像センサに対しては1つの修正テーブルが設けられている。
【0034】
第1の制御ユニットC1は、歪んだソース画像S1の画像データを左側の画像センサB1からピクセル毎に読み出す。データは第1の制御ユニットC1の修正制御部C13においてピクセル毎に、修正テーブルに格納されているマッピング規則を用いて歪み補正されたターゲット画像T1へとマッピングされる。歪み補正されたターゲット画像T1はメモリM1に格納される。相応にして、歪んだソース画像S2の画像データが処理される。この際に生じたターゲット画像T2はターゲットメモリM12に格納される。
【0035】
ターゲット画像T1、T2の画像データは有利には行ごとにメモリM11、M12から読み出され、所定のセンサス変換部を用いて処理される。この際に左側及び右側のセンサス行が生じ、有利には左側及び右側の画像毎に6つの行が生じ、これらの行は中間記憶され、行毎に相互に相関される。相関された行のピクセルの画像データは、付加的に距離情報を包含し、メモリM10に格納される。照会に基づきこれらの画像データは第2の制御ユニットC2に伝送され、この第2の制御ユニットC2は伝送された画像データをパターン識別アルゴリズムを用いて等級化する。等級化の結果はエアバッグ制御装置C3(ECU)へと伝送される。
【0036】
第1の制御ユニットC1は有利にはASIC(Application Specific Integrated Circuit)またはFPGA(Field Programmable Gate Aray)として構成されている。第2の制御ユニットC2は有利にはマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサとして構成されている、第1の制御ユニットC1及び第2の制御ユニットC2はそれぞれ1つのケーシングに組み込むことができ、また相互に導電的な接触路を介して接続されている。別の実施形態においては第1の制御ユニットC1及び第2の制御ユニットC2は1つのケーシングに、それどころか1つのチップに統合されている。第2の制御ユニットC2においてはさらに、乗員拘束システムに対するトリガ決定を実行することができる。
【0037】
第1の制御ユニットC1においては多数のステップが並行して実施され、これに対して第2の制御ユニットC2においては僅かな数個のステップが並行して処理されるか、ただ1つのステップが処理される。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】光学的な画像検知システムを備えた車両の客室である。
【図2】画像処理のための装置のブロック図である。
【図3】カメラ光学系の許容差を補償調整するための初期化ルーチンのフローチャートである。
【図4】画像処理ルーチンのフローチャートである。
Claims (18)
- 例えば乗員拘束システムのための画像検知システムにおける、画像データを処理する装置において、
実質的にリアルタイムで、ソース画像ピクセルとして存在する画像データのグレースケールを少なくとも1つの画像センサ(B1、B2)から読み出す第1の制御ユニット(C1)が設けられており、
前記第1の制御ユニット(C1)は光学系によって歪んだ画像データの歪みを補正し、
前記第1の制御ユニット(C1)を制御し、該第1の制御ユニット(C1)によって処理された画像データを受け取り、シート占有状態の等級化を実施する第2の制御ユニット(C2)が設けられていることを特徴とする、画像データを処理する装置。 - 前記第1の制御ユニット(C1)は、第1のメモリ(M10)に格納されている修正テーブル(TA)を包含し、該修正テーブル(TA)を用いて、画像センサ(B1、B2)から供給される画像の歪みを補正するためのマッピング規則を実施する、請求項1記載の装置。
- 前記修正テーブル(TA)を初期化するために1つまたは複数の画像センサによって記録された基準画像の画像データが前記第1のメモリに記憶されている、請求項1または2記載の装置。
- 前記第1の制御ユニット(C1)はASICまたはFPAGとして構成されており、
前記第2の制御ユニット(C2)はマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサとして構成されており、
前記第1の制御ユニット(C1)及び前記第2の制御ユニット(C2)は別個に配置されている、または、1つのICケーシング内に及び/又は1つのチップ上に配置されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の装置。 - 2つの画像センサ(B1、B2)が設けられており、前記第1の制御ユニット(C1)はそれぞれ歪み補正された画像データを1つの距離画像について相関させる、請求項1から4までのいずれか1項記載の装置。
- 少なくとも1つの画像センサ、有利には2つまたは4つの画像センサが前記第1の制御ユニット(C1)を介して前記第2の制御ユニット(C2)と接続されている、請求項1から5までのいずれか1項記載の装置。
- 例えば乗員拘束システムのための画像検知システムにおける、画像を処理する方法において、
光学系によって歪められたソース画像(S)の、画像センサ(B1、B2)において使用可能な画像データを、該画像センサ(B1、B2)から第1の制御ユニット(C1)によって読み出し、該第1の制御ユニット(C1)においては前記画像データをリアルタイムでテーブル状のマッピング規則を用いて歪みを補正し、
歪み補正された画像データに距離情報を設け、等級化することを特徴とする、画像を処理する方法。 - 画像データはそれぞれグレースケールを包含し、該グレースケールをソース画像ないしターゲット画像におけるピクセルアドレスに記憶する、請求項7記載の方法。
- 前記ターゲット画像(T)ないし該ターゲット画像(T)の画像データを、前記第1の制御ユニット(C1)のメモリ(M11、M12)に中間記憶する、請求項7または8記載の方法。
- 第1の画像センサ(B1)及び第2の画像センサ(B2)が設けられている場合には、形成された歪み補正された2つのターゲット画像を、距離情報を求めるために相互に有利には行ごとに相関させ、
前記相関時に生じた距離情報を備えた画像ピクセルないし該画像ピクセルの画像データを、有利には少なくとも1つの画像行に配置し、前記第1の制御ユニットのメモリ(M0)に中間記憶し、
該中間記憶された画像ピクセルないし該画像ピクセルの画像データを有利には、第2の制御ユニット(C2)の要求に応じて、さらなる処理のために該第2の制御ユニット(C2)に伝送し、該第2の制御ユニット(C2)においては有利には車両シート占有状態の等級化を実施する、請求項7から9までのいずれか1項記載の方法。 - 前記車両シート占有状態の等級化の結果を中央乗員保護制御装置(C3)に転送する、請求項10記載の方法。
- 初期化ないし修正テーブルの作成のために所定の基準画像を少なくとも1つの画像センサ(B1、B2)によって記録し、
該記録された基準ソース画像を前記画像センサ(B1、B2)から読み出し、前記第1のメモリ(M10)に記憶し、
該記憶された基準ソース画像から修正テーブルを作成し、
該作成された修正テーブル(TA)を前記第1のメモリ(M10)に記憶し、
該第1のメモリ(M10)に記憶した基準画像を、有利には前記修正テーブル(TA)によって少なくとも部分的に上書きする、請求項7から11までのいずれか1項記載の方法。 - 前記基準画像は所定のパターンを有する、請求項7から12までのいずれか1項記載の方法。
- 前記基準画像を2つの画像センサによって記録し、相関の基準として使用する、請求項7から13までのいずれか1項記載の方法。
- 画像センサ(B1、B2)毎に1つの修正テーブル(TA)を設ける、または全ての画像センサ(B1、B2)に対して1つの修正テーブル(TA)を設ける、請求項7から14までのいずれか1項記載の方法。
- 前記第2の制御ユニット(C2)のシステムクロックは実質的に前記第1の制御ユニットのシステムクロックに依存しない、請求項7から15までのいずれか1項記載の方法。
- 前記第1の制御ユニット(C1)における前記画像処理を、前記第2の制御ユニット(C2)における前記等級化と並行して実行する、請求項1から16までのいずれか1項記載の方法。
- 前記第1の制御ユニット(C1)及び前記第2の制御ユニット(C2)は十分に相互に依存せずに動作する、請求項7から17までのいずれか1項記載の方法。
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