JP4143521B2 - 車載用カメラ - Google Patents
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Description
従来の車載用カメラとして、特に画像処理を前提としたカメラで、光学フィルタにより高い効果を得るカメラとしては、例えば、特開平9−83879号公報(以下特許文献1と称す。)に示されるカメラがある。
例えば、車両前方をビデオカメラで撮像した場合、逆光や路面が濡れていることに起因して生じる路面の反射光の影響で、車線や先行車が反射光に埋もれてしまい、画像処理による認識が不可能になる場合がある。
特許文献1の車載用カメラによれば、水平偏光した反射光成分のみが除去されるため、前記のような悪条件下においても、白線や先行車を鮮明に撮像でき、後段の画像処理が容易となるものである。
また、分光特性の異なる2種類のフィルタ(光学フィルタと赤外カットフィルタ)を組合せて使用する場合に、これらを一体化した1枚構造の光学フィルタとすることにより、内面反射に起因するゴースト像の発生を防止した車載用カメラを得ることを目的とするものである。
検出対象の輝度とその背景の輝度に差を生じさせる光学フィルタであって、n種の検出対象とその背景mにおいて、
光の波長をλ、
検出対象の分光特性をF1(λ)、F2(λ)、・・・・、Fn(λ)、背景mの分光特性をFm(λ)とした時、
∫F1(λ)F(λ)dλ > ∫Fm(λ)F(λ)dλ
∫F2(λ)F(λ)dλ > ∫Fm(λ)F(λ)dλ
・
・
・
・
∫Fn(λ)F(λ)dλ > ∫Fm(λ)F(λ)dλ
が成り立つ分光特性F(λ)を持つ光学フィルタを備えたものである。
470nm≦λ≦740nm
の条件を満たすλの波長を透過する光学フィルタを備えたものである。
図1はこの発明の実施の形態1である車載用カメラの要部を示す概略構成図である。
同図において、1は光を後述の撮像素子3に結像させるレンズ、2は透過する光の波長の選択が行える光学フィルタである。
この光学フィルタ2は、例えば、一般的にカラーフィルタや色ガラスフィルタと呼ばれるもので、有色イオンやコロイドによるガラスの着色を利用したフィルタである。
これには、長波長領域を透過するフィルタや比較的短波長域をよく透過するものなど、種々のフィルタがあり、図2は種々の光学フィルタの分光透過率を示した一例である。
3は光電変換を行う撮像素子で、例えば個体撮像素子としてCCD撮像素子等が用いられる。4は信号処理部で、3にて光電変換された信号を信号処理し、映像信号を出力するブロックである。
アスファルトに白線が引かれている路面の場合、路面よりも白線の方が明るいので問題は生じないが、コンクリート路に黄色線が引かれている場合には、路面よりも黄色線の方が暗くなり、認識不可能になる。
撮像素子3に到達する光量としては、この分光特性の積分値であるから、白線、黄色線、アスファルト、コンクリートの分光特性をそれぞれ、Wh(λ)、Ye(λ)、As(λ)、Co(λ)とすると、撮像素子3への入射光量はそれぞれ∫Wh(λ)dλ、∫Ye(λ)dλ、∫As(λ)dλ、∫Co(λ)dλ、となる。
このとき、図3においては、
∫Wh(λ)dλ>∫As(λ)dλ
∫Wh(λ)dλ>∫Co(λ)dλ
で、白線の光量は他の路面に対し大きいが、黄色線においては、
∫Ye(λ)dλ>∫As(λ)dλ
∫Ye(λ)dλ<∫Co(λ)dλ
となり、アスファルトに対しては問題なくても、コンクリート路よりはその光量が小さいことがわかる。
これに対し、黄色線Yeは、約600nm〜650nmにピークが存在し、このピーク周辺ではコンクリートに比べ黄色線の方が輝度が高い。
従って、黄色線の分光特性上のピークを生かすような光学フィルタを適切に設定することで、黄色線の光量がコンクリートよりも大きくなる。すなわち、光学フィルタの分光特性をF(λ)として、
∫Wh(λ)F(λ)dλ>∫As(λ)F(λ)dλ
∫Wh(λ)F(λ)dλ>∫Co(λ)F(λ)dλ
∫Ye(λ)F(λ)dλ>∫As(λ)F(λ)dλ
∫Ye(λ)F(λ)dλ>∫Co(λ)F(λ) dλ ・・・・・(1)
が成り立つF(λ)を設定することで、検出に有意な輝度差を生じさせる事ができ、上記問題が解決できる。
同図より、黄色線の光量がコンクリートのそれに比べて低い波長領域はカットし、逆に黄色線の光量がコンクリートのそれに比べて高い波長領域が撮像素子3に入射するため、各々の光量は、白線Wh、黄色線Ye、コンクリートCo、アスファルトAsの順に大きくなり、(1)式を満たすことが出来る。
∫Wh(λ)dλ/∫As(λ)dλ<∫Wh(λ)F(λ)dλ/∫As(λ)F(λ)dλ
∫Wh(λ)dλ/∫Co(λ)dλ<∫Wh(λ)F(λ)dλ/∫Co(λ)F(λ)dλ
となり、その光量比を強調する、すなわちコントラストを向上することができる。
実施の形態1では、黄色線に対して説明したが、青色線についても同様の考え方で有意な光量差を発生させる事ができる。
青色線に関しても、コンクリート路と比べるとその輝度値は低く、青色線を検出する事は困難である。
青色線の場合は、黄色線とは逆に、450nm〜600nm付近にピークがあるため、この領域の波長を生かすように光学フィルタの遮断周波数を決定すれば、黄色線時と同様に、コンクリート路に対して有意な輝度差を得る事ができる。
同図より、青色線の光量がコンクリートのそれに比べて低い波長領域はカットし、逆に青色線の光量がコンクリートのそれに比べて高い波長領域が入射するため、各々の光量は、白線Wh、青色線Bl、コンクリートCo、アスファルトAsの順に大きくなり、実施の形態1と同様に、所望の対象、すなわち青色線を検出することが出来る。
実施の形態1、2においては、路面上の境界線を対象に説明したが、この発明は、分光特性に特徴のある撮像対象であれば、路面だけに限定する物では無い。
例えば、車両のリアのテールランプが赤い事に着目し、これを検出することを考えた場合、テールランプの赤色成分を透過する光学フィルタを用いる事によって、その波長領域をほとんど含まない背景との間に輝度差を生じさせることができる。
この課題についても、ヘッドライトが比較的広い範囲の分光特性を持つことに対し、テールランプの場合は、赤から近赤外にかけてピークを持つ分光特性であることに着目すると、この特徴に着目した光学フィルタ、すなわち、赤い光のみを透過する光学フィルタを用いる事によって、特にカラー処理を必要とせず、その輝度情報だけで外乱を含む背景とテールランプの分離が可能となり、背景の外乱に惑わされることなく、後段の画像処理での検出が容易となる。
実施の形態1では光学フィルタ2として、580nm以上の波長を透過するフィルタを用いて説明したが、上記(1)式の関係を満たす光学フィルタには幅がある。
図3におけるA点付近からB点付近までであれば(1)式を満たすことが出来る事は自明であるが、(1)式が成立する限界の波長は、
∫Ye(λ)F(λ)dλ=∫Co(λ)F(λ)dλ ・・・・・(2)
を満たすF(λ)の遮断波長である。
この限界遮断波長をΛbとし、例えば、撮像素子3の赤外側の感度の限界波長Λrまで受光するとすると、(2)式をλ=Λbからλ=Λrまで定積分することで得られる。
すなわち、
λ=Λr λ=Λr
∫Ye(λ)F(λ)dλ = ∫Co(λ)F(λ)dλ ・・・・・(3)
λ=Λb λ=Λb
であるから、これを求めると、Λb=470nmが得られる。
なお、470nm以上であっても、黄色線とコンクリートの分光特性がほぼ等しくなる所では、目的の輝度差を生じさせる事ができない。この波長は、740nmより長い波長領域で発生するため、この限界遮断波長Λbの上限は、740nmであるといえる。
従って、470nm以上740nm以下の遮断周波数を持つ光学フィルタを用いれば、(1)式を満たす事ができる。
上述した実施の形態では、赤外領域について特に対処していないが、通常、カメラのレンズ1は可視光領域において収差が少なくなるよう設計されているため、赤外領域では焦点ズレを生じ、さらに、撮像素子3の分光感度特性が赤外領域にまで達していることから、得られる映像の鮮明度が低下してしまう。
特に夜間においては、各種光源が赤外成分を含むため、非常にぼけた映像になる。
このような問題を解決するためには赤外カットフィルタが有効である。
ただし、光学フィルタを用いることで引き出された撮像対象の特徴、すなわち黄色線の有効な波長領域である550nm〜650nmに影響しないような赤外カットフィルタを選定することが重要となる。
図7において、5は赤外カットフィルタであり、光学フィルタ2と撮像素子3の間に設置されているが、その設置場所は特に問わない。
なお、その他の構成については、図1と同様のものであり、図1との同一符号は、同一または相当部分を示すので説明は省略する。
赤外成分がカットされていると同時に、黄色線の有効な波長領域すなわち、550〜650nmでのロス分がすくないため、(1)式が満たされていることが分かる。
このように、赤外カットフィルタ5と光学フィルタ2を同時に用いることで、有害な赤外成分に影響されないで、前出の実施の形態1〜4と同様の効果を得ることが出来るものである。
実施の形態5では、光学フィルタと赤外カットフィルタの2枚のフィルタを用いるため、どうしても内面反射に起因するゴースト像が生じてしまう。
そこで、この実施の形態6においては、任意の波長領域を透過させる光学フィルタは比較的容易に作成できるため、実施の形態5で示した光学フィルタの特性と、赤外カットフィルタの特性を併せ持つ1枚フィルタを作成し、この一体化された1枚構造の光学フィルタを使用するものである。
このフィルタの特性を図9に示す。このフィルタを単一で用いても、もちろん、図8に示す分光特性結果と同様の結果が得られるものである。
また、フィルタを複数枚重ねた場合、それらの内面反射に起因するゴースト、フレア等の問題が生じるが、本構成であればこれらの問題点を改善でき、さらに、コスト的メリットの効果も期待できるものである。
3 撮像素子 4 信号処理部
5 赤外カットフィルタ
Claims (10)
- 車両の周囲を撮像し、所望の撮像対象を検出することに用いられるものであって、外部からの光をレンズにより撮像素子に結像させ、この撮像素子で光電変換された信号を信号処理部で処理する車載用カメラにおいて、
検出対象の輝度とその背景の輝度に差を生じさせる光学フィルタであって、n種の検出対象とその背景mにおいて、
光の波長をλ、
検出対象の分光特性をF1(λ)、F2(λ)、・・・・、Fn(λ)、背景mの分光特性をFm(λ)とした時、
∫F1(λ)F(λ)dλ > ∫Fm(λ) F(λ)dλ
∫F2(λ)F(λ)dλ > ∫Fm(λ) F(λ)dλ
・
・
・
・
∫Fn(λ)F(λ)dλ > ∫Fm(λ) F(λ)dλ
が成り立つ分光特性F(λ)を持つ光学フィルタを備えたことを特徴とする車載用カメラ。 - 上記光学フィルタは、所定の遮断波長を持ち、この遮断波長以上の波長を透過する分光特性を有することを特徴とする請求項1記載の車載用カメラ。
- 上記光学フィルタは、所定の遮断波長を持ち、この遮断波長以下の波長を透過する分光特性を有することを特徴とする請求項1記載の車載用カメラ。
- 上記光学フィルタは、特定色の波長領域のみを透過する分光特性を有することを特徴とする請求項1記載の車載用カメラ。
- 上記光学フィルタは、特定色の波長領域のみを遮断する分光特性を有することを特徴とする請求項1記載の車載用カメラ。
- 所望の検出対象が道路上の白と黄色の車線境界線を含み、背景がアスファルト、あるいはコンクリートの路面である時、光学フィルタの分光特性F(λ)が580nmに遮断波長を持ち、それ以上の波長を透過するものであることを特徴とする請求項2記載の車載用カメラ。
- 所望の検出対象が道路上の白と青色の車線境界線を含み、背景がアスファルト、あるいはコンクリートの路面である時、光学フィルタの分光特性F(λ)が600nm以下の波長を透過し、それ以上の波長を遮断するものであることを特徴とする請求項3記載の車載用カメラ。
- 車両の周囲を撮像し、所望の撮像対象を検出することに用いられるものであって、外部からの光をレンズにより撮像素子に結像させ、この撮像素子で光電変換された信号を信号処理部で処理することにより、映像信号を出力するよう構成された車載用カメラにおいて、
所望の検出対象が道路上の白と黄色の車線境界線を含み、背景がアスファルト、あるいはコンクリートの路面である時、
470nm≦λ≦740nm
の条件を満たすλの波長を透過する光学フィルタを備えたことを特徴とする車載用カメラ。 - 検出対象の輝度とその背景の輝度に差を生じさせるための所定の分光特性を有する光学フィルタと、赤外カットフィルタとを組合せて使用するようにしたことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の車載用カメラ。
- 上記光学フィルタと上記赤外カットフィルタとを一枚のフィルタ構造としたことを特徴とする請求項9記載の車載用カメラ。
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