JP2015087323A - 画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
X=CD/2+Z×PW×(i−IV) …[式1]
Y=CH+Z×PW×(j−JV) …[式2]
Z=CD/{PW×(dp−DP)} …[式3]
但し、上記[式3]における「DP」は視差オフセット値であり、一対のカメラの車両への取り付け時に決定され、それ以降は決定された値に固定されるものである。
そこで、このようなカメラの取付状態の経時的な変化に伴い生じる視差オフセット値DPの誤差を補正するための技術として、先に本出願人は上記特許文献1に記載される補正技術を提案している。具体的に、特許文献1では、異なる2つの時点においてそれぞれ先行車両の見かけの大きさと視差dpの計4値(大きさb1、b2、視差dp1、dp2)を取得し、これら4値から実際に算出された視差dpと真の視差dp*との誤差である視差誤差εを算出し、視差誤差εにより視差オフセット値DPを補正している。
これにより、例えば点灯中の左右ブレーキランプとして検出された物体が同一先行車両の左右ブレーキランプでない可能性が高い場合や何らかの検出誤差要因が生じている可能性がある場合等での信頼性の低いフレーム画像については、補正値の算出に係る処理の対象から除外される。
これにより、例えば一方のブレーキランプのみに順光が当たっているケースなどで左右ブレーキランプの幅に差が生じている信頼性の低いフレーム画像については、補正値の算出に係る処理の対象から除外される。
これにより、自車両や先行車両が旋回中でロール角をもっていたり左右ブレーキランプの一方にブレーキランプ以外の赤色発光体を誤検出している場合や何らかの検出誤差要因が生じている可能性がある場合等での信頼性の低いフレーム画像については、補正値の算出に係る処理の対象から除外される。
これにより、自車両が先行車両の後面と正対しておらず先行車両の見かけの大きさが不正確となる場合に得られたフレーム画像については補正値の算出に係る処理の対象から除外される。
図1は、本発明に係る実施の形態としての画像処理装置を備えた車両制御システム1の構成を示している。なお、図1では、車両制御システム1の構成のうち主に本発明に係る要部の構成のみを抽出して示している。
車両制御システム1は、自車両に対して設けられた撮像部2、画像処理部3、メモリ4、運転支援制御部5、表示制御部6、エンジン制御部7、トランスミッション制御部8、ブレーキ制御部9、センサ・操作子類10、表示部11、エンジン関連アクチュエータ12、トランスミッション関連アクチュエータ13、ブレーキ関連アクチュエータ14、及びバス15を備えて構成される。
運転支援制御部5は、同じくマイクロコンピュータで構成された表示制御部6、エンジン制御部7、トランスミッション制御部8、ブレーキ制御部9の各制御部とバス15を介して接続されており、これら各制御部との間で相互にデータ通信を行うことが可能とされる。運転支援制御部5は、上記の各制御部のうち必要な制御部に対して指示を行って運転支援に係る動作を実行させる。
また、操作子としては、エンジンの始動/停止を指示するためのイグニッションスイッチや、AT(オートマティックトランスミッション)車における自動変速モード/手動変速モードの選択や手動変速モード時におけるシフトアップ/ダウンの指示を行うためのセレクトレバーや、後述する表示部11に設けられたMFD(Multi Function Display)における表示情報の切り換えを行うための表示切換スイッチなどがある。
例えばエンジン制御部7は、前述したイグニッションスイッチの操作に応じてエンジンの始動/停止制御を行う。また、エンジン制御部7は、エンジン回転数センサやアクセル開度センサ10C等の所定のセンサからの検出信号に基づき、燃料噴射タイミング、燃料噴射パルス幅、スロットル開度等の制御も行う。
例えばトランスミッション制御部8は、前述したセレクトレバーによって自動変速モードが選択されている際には、所定の変速パターンに従い変速信号をコントロールバルブに出力して変速制御を行う。
また、トランスミッション制御部8は、手動変速モードの設定時には、セレクトレバーによるシフトアップ/ダウン指示に従った変速信号をコントロールバルブに出力して変速制御を行う。
図2により、本実施の形態で実行される画像処理について説明する。
なお、図2では画像処理について説明するため、画像処理部3の構成と共に図1に示した撮像部2の内部構成及びメモリ4も併せて示している。先ず、画像処理に用いる撮像画像データを得るための撮像部2について簡単に説明しておく。
撮像部2には、第1カメラ部20−1、第2カメラ部20−2、A/D変換器21−1、A/D変換器21−2、及び画像補正部22が設けられている。
第1カメラ部20−1、第2カメラ部20−2は、それぞれカメラ光学系とCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などの撮像素子とを備えて構成され、前記カメラ光学系により前記撮像素子の撮像面に被写体像が結像され、該撮像素子にて受光光量に応じた電気信号が画素単位で得られる。
第1カメラ部20−1、第2カメラ部20−2は、いわゆるステレオ撮像法による測距が可能となるように設置される。すなわち、視点の異なる複数の撮像画像が得られるように配置されている。本例における第1カメラ部20−1、第2カメラ部20−2は、自車両のフロントガラス上部近傍において、車幅方向に所定間隔を空けて配置されている。第1カメラ部20−1、第2カメラ部20−2の光軸は平行とされ、焦点距離はそれぞれ同値とされる。また、フレーム周期は同期し、フレームレートも一致している。
暗画像は、後述する視差オフセット値補正処理部3Eが先行車両のブレーキランプの点灯等を検出する際に用いられる。後述する三次元位置情報の生成や先行車両検出処理部3Dによる物体検出処理には、明画像が用いられる。
図2においては、画像処理部3が実行する各種の画像処理を機能ごとに分けてブロック化して示している。図のように画像処理部3は、機能ごとに大別すると、三次元位置情報生成処理部3A、車線検出処理部3B、車線モデル形成処理部3C、先行車両検出処理部3D、及び視差オフセット値補正処理部3Eを有している。
上記のような視差dpとしての座標のずれを算出するにあたっては、予め第1撮像画像データ、第2撮像画像データのうちの一方が「基準画像」、他方が「比較画像」として定められる。比較画像は、基準画像上の水平方向端部に位置する物体についての視差dpの算出を可能とするため、基準画像よりも水平方向画素数が多い画像として生成されている。
三次元位置情報としてのX,Y,Zの各値は、基準画像における水平方向に平行な軸をi軸、垂直方向に平行な軸をj軸としたときの画素の座標を(i,j)で表し、一対のカメラの間隔をCD、1画素当たりの視野角をPW、一対のカメラの取り付け高さをCH、カメラ正面の無限遠点の基準画像上でのi座標、j座標をそれぞれIV、JVとしたときに、下記[式1]〜[式3]で表される座標変換により求まる。
X=CD/2+Z×PW×(i−IV) …[式1]
Y=CH+Z×PW×(j−JV) …[式2]
Z=CD/{PW×(dp−DP)} …[式3]
上記[式3]における「DP」は、消失点視差や無限遠対応点などとも称されるが、要するに基準画像と比較画像の間の対応点間の視差dpと、対応点までの実空間上での距離Zとが上記[式3]を満たすようにして決定される値である。以下、この「DP」については「視差オフセット値DP」と表記する。
ここで、上記の距離画像はフレームごとに順次得られるものである。先行車両検出処理では、複数フレームにわたって検出物体の距離Zの情報をモニタすることで、自車両の走行路上に存在する物体であって、自車両と略同じ方向に所定の速度で移動するものを先行車両として抽出する。このとき、車両以外の物体の誤検出を抑制するために、基準画像を用いたパターンマッチング(例えばブレーキランプ部分等の車両の特徴点に基づくパターンマッチング)も併せて行う。
先行車両を検出した場合は、先行車両検出情報として先行車距離(=自車両との車間距離)、先行車速度(=車間距離の変化割合+自車速)、先行車加速度(=先行車速の微分値)を算出・保持する。
なお、上記の先行車両検出処理の手法は特開2012−66759号公報に開示された手法と同様であり、詳しくは該文献を参照されたい。
撮像画像中に検出された先行車両の視差及び見かけの大きさの変化に基づいて補正を行う点は先に挙げた特許文献1の場合と同様であるが、本例では、先行車両の見かけの大きさについては先行車両の左右ブレーキランプ間の幅の情報を用いる。
ここで、「先行車両の見かけの大きさ」とは、自車位置を基準として見える先行車両の大きさを意味するものである。
本例においては、少なくとも異なる2つの時点において先行車両の見かけの大きさとしてのブレーキランプ間幅と先行車両の視差(本例では後述するブレーキランプ視差)の計4値を取得し、取得した少なくとも4値を、横軸/縦軸にそれぞれ見かけの大きさ(ブレーキランプ間幅)/視差をとった二次元座標空間上に展開した際に得られる少なくとも2点の座標に基づく近似直線(y=ax+b)を求め、当該近似直線の切片(b)の値により視差オフセット値DPの補正を行う。
しかしながら、上述のようにカメラの取付状態の経時的な変化が生じると、先行車両が無限遠点にあるときのブレーキランプ視差の値は「0」にならず、切片bの値に所要のオフセットが生じる。
上記した補正処理の概要を踏まえ、以下、画像処理部3が視差オフセット値補正処理として実行する具体的な処理の手順を説明する。
図4は、画像処理部3が実行する視差オフセット値補正処理におけるメイン処理のフローチャートである。なお、図4に示すメイン処理は、明画像と暗画像が一組得られるごとに繰り返し実行されるものである。
自車両が旋回中であるとの肯定結果が得られた場合、画像処理部3は図4に示すメイン処理を終える。
先行車両があり且つ入れ替わりがないとの条件が満たされていないとして否定結果が得られた場合、画像処理部3はステップS107に進んで蓄積データをクリアし、図4に示すメイン処理を終える。すなわち、次に説明するステップS103で蓄積したブレーキランプ視差及びブレーキランプ間幅の蓄積データをクリア(消去)し、メイン処理を終える。
これにより、異なる先行車両についてそれぞれ蓄積されたブレーキランプ視差及びブレーキランプ間幅のデータに基づいて不正確な補正値が算出されてしまうことが防止され、補正精度の向上が図られる。
画像処理部3は、先ずステップS201で、先行車両の左右ブレーキランプが点灯しているか否かを判別する。このステップS201の判別処理は、前述した暗画像を用いて行う。具体的には、暗画像中における先行車両が検出されている画像範囲と同じ画像範囲内において、赤色の輝度値が所定値以上となる画像部分が二箇所以上存在するか否かを判別する。
一方、左右ブレーキランプが点灯していないとの否定結果が得られた場合、画像処理部3は図5に示す処理を終える。すなわち、以降で説明するブレーキランプ視差とブレーキランプ間幅のデータ蓄積のための処理は実行されない。
この点に鑑み、本実施の形態では、視差オフセット値DPの補正値の算出にあたって上記のように先行車両のブレーキランプが点灯しているか否かを判定し、当該判定結果に基づいて補正値の算出に係る処理を開始する(又は開始しない)こととしている。これにより、先行車両が減速状態となる、すなわち先行車両の視差及び見かけの大きさの変化が確実に期待できる場合に対応して補正値の算出に係る処理を開始することが可能となり、先行車両の視差及び見かけの大きさについて離散した値を効率的に取得することができる。
ここで、左右のブレーキランプ幅は、図6に示すように先行車両の左側のブレーキランプの幅WL、右側ブレーキランプの幅WRである。これら幅WL、WRについては、暗画像における先行車両の画像範囲と同範囲内に検出された赤色輝度値が所定値以上の画像部分(赤色発光部分)の幅をそれぞれ求める。
なお、先行車両の車種によってはハイマウントストップランプなど左右ブレーキランプの間に赤色発光体が検出される場合もある。先行車両の画像範囲内に3以上の赤色発光部分が検出されている場合は、そのうちの左右の両端にある赤色発光部分のみを抽出してこれを左右ブレーキランプと定める。
さらに、ブレーキランプ間画像上幅は、図6において「BW」で表すものであり、上記のように求めた左右ブレーキランプ中心座標間の幅を意味する。
また、ブレーキランプ視差は、前述もしたように先行車両のブレーキランプの視差dpである。本例では、ブレーキランプ視差として、左右ブレーキランプそれぞれの視差dpの平均値を計算する。このとき、左右ブレーキランプそれぞれの視差dpは、左側ブレーキランプの中心座標と右側ブレーキランプの中心座標を第1撮像画像データ側と第2撮像画像データ側の双方で求め、それら中心座標間の視差dpとしてそれぞれ求める。
なお、ブレーキランプ視差は、左右ブレーキランプのうち一方の視差dpとしてもよい。
ステップS204においてブレーキランプ間実空間上幅が所定値以下であるとの肯定結果が得られた場合、画像処理部3は図5に示す処理を終える。すなわち、ブレーキランプ間実空間上幅が所定値以下であると判定されたフレーム画像については、後述する補正値算出用のブレーキランプ視差及びブレーキランプ間幅の計算(S207)やその蓄積(S208)が行われず、補正値の算出に係る処理の対象から除外される。
左右のブレーキランプ幅の差が所定値以上であるとの肯定結果が得られた場合、画像処理部3は図5に示す処理を終える。すなわち、現在のフレーム画像は補正値の算出に係る処理対象から除外される。
そこで、上記のように先行車両の左右ブレーキランプの幅の差が所定値以上であると判定したフレーム画像を処理対象から除外することで、信頼性の低いフレーム画像に基づく補正値の算出が行われてしまうことを防止し、補正値の精度の向上を図っている。
画像処理部3は、左右のブレーキランプ幅の差が所定値以上であるとの肯定結果が得られた場合は図5に示す処理を終える。すなわち、現在のフレーム画像は補正値の算出に係る処理対象から除外される。
補正値算出用ブレーキランプ視差=基線長/(画素ピッチ*焦点距離)/ブレーキランプ視差+視差オフセット値DP …[式4]
また、補正値算出用ブレーキランプ間幅は、ステップS202で求めたブレーキランプ間画像幅の値を用いて下記のように計算する。
補正値算出用ブレーキランプ間幅=(基線長*ブレーキランプ間画像幅)/{基線長/(画素ピッチ*焦点距離)}/距離 …[式5]
但し、[式5]において、「距離」は先行車両までの距離を意味し、例えばステップS202で求めたブレーキランプ視差の値を用いて先の[式3]で計算される距離Zの値を用いる。或いは、前述した先行車検出処理で求めた先行車距離の値を用いてもよい。
画像処理部3は、先のステップS104でデータ蓄積数が所定数以上であるとの肯定結果が得られたことに応じて、図7に示すステップS301で処理回数カウント値nを0リセットし、ステップS302で蓄積データに基づき最小自乗法ににより近似直線を計算する。すなわち、先のステップS208の処理によって蓄積された[補正値算出用ブレーキランプ視差,補正値算出用ブレーキランプ間幅]のデータに基づき、ブレーキランプ視差とブレーキランプ間幅の関係を表す近似直線(y=ax+b)を最小自乗法によって計算する。
これにより、処理回数カウント値nが上限値Nに達するまでステップS303によるデータ除去処理とステップS304による近似直線の再計算処理とが繰り返される。この繰り返しにより、近似直線としてより精度の高い直線を算出でき、従って補正値の精度の向上が図られる。なお、本例では上限値N=1として、最小自乗法による近似直線の算出が計3回行われるようにしている。
これにより、カメラの取付状態の経時的な変化に伴い生じる視差オフセット値DPの誤差を適正に補正することができる。すなわち、視差dpから距離Zを算出する計算式の補正を適正に行うことができる。
上記のように本実施の形態の画像処理装置(画像処理部3)は、自車両の進行方向をステレオ撮像して得られた一対の撮像画像に基づいて算出した被写体の視差に基づき前記被写体までの距離を算出する距離算出手段(三次元位置情報生成処理部3A)と、前記撮像画像と前記距離算出手段により算出された前記距離とに基づいて自車両の進行方向に存在する先行車両を検出する先行車両検出手段(先行車両検出処理部3D)と、前記先行車両検出手段により検出された先行車両に対応する前記視差及び前記先行車両の見かけの大きさの変化に基づいて、前記視差から前記距離を算出する計算式の補正を行う補正手段(視差オフセット値補正処理部3E)とを備えている。
そして、前記補正手段は、前記先行車両のブレーキランプが点灯しているか否かを判定した結果に基づき、前記計算式を補正するための補正値の算出に係る処理を開始する。
従って、視差から距離を算出する計算式の補正を行うシステムにおいて、補正に要する時間の短縮化及び補正に係る処理負担の軽減を図ることができる。
これにより、例えば点灯中の左右ブレーキランプとして検出された物体が同一先行車両の左右ブレーキランプでない可能性が高い場合や何らかの検出誤差要因が生じている可能性がある場合等での信頼性の低いフレーム画像については、補正値の算出に係る処理の対象から除外される。
従って、補正値の精度の向上が図られ、距離Zの算出精度を向上できる。
これにより、例えば一方のブレーキランプのみに順光が当たっているケースなどで左右ブレーキランプの幅に差が生じている信頼性の低いフレーム画像については、補正値の算出に係る処理の対象から除外される。
従って、補正値の精度の向上が図られ、距離Zの算出精度を向上できる。
これにより、自車両や先行車両が旋回中でロール角をもっていたり左右ブレーキランプの一方にブレーキランプ以外の赤色発光体を誤検出している場合や何らかの検出誤差要因が生じている可能性がある場合等での信頼性の低いフレーム画像については、補正値の算出に係る処理の対象から除外される。
従って、補正値の精度の向上が図られ、距離Zの算出精度を向上できる。
これにより、自車両が先行車両の後面と正対しておらず先行車両の見かけの大きさが不正確となる場合に得られたフレーム画像については補正値の算出に係る処理の対象から除外される。
従って、補正値の精度の向上が図られ、距離Zの算出精度を向上できる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記で説明した具体例に限定されず、多様な変形例が考えられるものである。
例えば、補正値の算出に係る処理の対象から除外するフレーム画像の条件は、上記で例示したものに限定されない。例えば、自車両の前/後ピッチ量が所定値以上の場合には補正値の算出精度の低下が懸念されるため、そのような場合に得られたフレーム画像は処理対象から除外することもできる。なお、自車両の前/後ピッチ量はGセンサ10Fの検出信号に基づき得ることができる。また、自車両がブレーキON状態では前方向へのピッチが生じるため、ブレーキスイッチ10BがONであることが判定された場合のフレーム画像を処理対象から除外してもよい。
さらに、自車両が旋回中であるか否かの判定(ステップS101)に代えて、自車両の進行路上の所定距離内にカーブがあるか否かを判定してもよい。
Claims (5)
- 自車両の進行方向をステレオ撮像して得られた一対の撮像画像に基づいて算出した被写体の視差に基づき前記被写体までの距離を算出する距離算出手段と、
前記撮像画像と前記距離算出手段により算出された前記距離とに基づいて自車両の進行方向に存在する先行車両を検出する先行車両検出手段と、
前記先行車両検出手段により検出された先行車両に対応する前記視差及び前記先行車両の見かけの大きさの変化に基づいて、前記視差から前記距離を算出する計算式の補正を行う補正手段とを備え、
前記補正手段は、
前記先行車両のブレーキランプが点灯しているか否かを判定した結果に基づき、前記計算式を補正するための補正値の算出に係る処理を開始する
画像処理装置。 - 前記補正手段は、
前記先行車両の左右ブレーキランプ間の実空間上幅が所定値以下であると判定したフレーム画像を前記補正値の算出に係る処理の対象から除外する
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記補正手段は、
前記先行車両の左右ブレーキランプの幅の差が所定値以上であると判定したフレーム画像を前記補正値の算出に係る処理の対象から除外する
請求項1又は請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記補正手段は、
前記先行車両の左右ブレーキランプの縦位置の差が所定値以上であると判定したフレーム画像を前記補正値の算出に係る処理の対象から除外する
請求項1乃至請求項3の何れかに記載の画像処理装置。 - 前記補正手段は、
自車両が旋回中であると判定したときのフレーム画像を前記補正値の算出に係る処理の対象から除外する
請求項1乃至請求項4の何れかに記載の画像処理装置。
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