JP4496964B2 - 車両用トンネル検出装置および車両用ライト制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用トンネル検出装置および車両用ライト制御装置に関するものである。

撮像装置を用いてトンネルを検出する車両用トンネル検出装置が特許文献１に開示されている。これは、白線を認識し自車が走行するであろう領域を探索し所定濃度の領域を抽出し、トンネルの入口あるいは出口を示す注目領域（低照度領域）を検出し、その高さを算出したり面積を算出したりすることでトンネルを検出している。
特開平１１−１３９２２５号公報

車両のトンネル検出技術においてトンネルと誤認しやすいものとして高架橋があり、特に車両のライト制御システムに用いた場合には昼間に高架橋の下を通過する際に不要な瞬灯が発生してしまう。上記の特許文献１の技術により高架橋の通過時の不要な瞬灯を防止しようとするとロジックの複雑化を招く。

本発明はこのような背景の下になされたものであり、トンネルを容易かつ確実に、特に高架橋といった道路の上を立体的に交差する状態の構造物をトンネルと誤認することなくトンネルを検出することができる車両用トンネル検出装置および車両用ライト制御装置を提供することにある。

本発明者はトンネル内部の照明を検出するということに着目して以下のようにした。

請求項１に記載の発明では、車両の進行方向における斜め上方領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段による進行方向における斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなったか否か判定する斜め上方領域輝度低下検出手段と、前記斜め上方領域輝度低下検出手段により斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなったと判定されると、前記撮像手段による進行方向における斜め上方領域の画像を２値化処理して所定輝度以上の高輝度領域を抽出する高輝度領域抽出手段と、前記高輝度領域抽出手段による所定輝度以上の高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていると、トンネルであると判定するトンネル判定手段と、を備えたことを要旨としている。

請求項１に記載の発明によれば、斜め上方領域輝度低下検出手段により撮像手段による進行方向における斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなったか否か判定され、斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなると、トンネルである可能性があると判定される。そして、高輝度領域抽出手段により撮像手段による進行方向における斜め上方領域の画像が２値化処理されて所定輝度以上の高輝度領域が抽出される。ここで、所定輝度以上の高輝度領域がトンネル内の照明に対応し、この高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていることによりトンネル内の照明であると特定することが可能となる。よって、トンネル判定手段により高輝度領域抽出手段による所定輝度以上の高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていると、トンネルであると判定される。このようにして、トンネルと高架橋等を見極めることが可能となる。その結果、トンネルを容易かつ確実に、特に高架橋といった道路の上を立体的に交差する状態の構造物をトンネルと誤認することなくトンネルを検出することができる。

請求項２に記載の発明では、車両の進行方向における前方領域および斜め上方領域を撮
像する撮像手段と、前記撮像手段による進行方向における斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなったか否か判定する斜め上方領域輝度低下検出手段と、前記斜め上方領域輝度低下検出手段により斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなったと判定されると、前記撮像手段による進行方向における斜め上方領域の画像を２値化処理して所定輝度以上の高輝度領域を抽出する高輝度領域抽出手段と、前記高輝度領域抽出手段による所定輝度以上の高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていると、前記撮像手段による前方領域の画像および斜め上方領域の画像における、その両画像での平均輝度の差を求める輝度差検出手段と、前記輝度差検出手段による前方領域の画像と斜め上方領域の画像での平均輝度の差が所定値よりも小さいと、トンネルであると判定するトンネル判定手段と、を備えたことを要旨としている。

請求項２に記載の発明によれば、斜め上方領域輝度低下検出手段により撮像手段による進行方向における斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなったか否か判定され、斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなると、トンネルである可能性があると判定される。そして、高輝度領域抽出手段により撮像手段による進行方向における斜め上方領域の画像が２値化処理されて所定輝度以上の高輝度領域が抽出される。ここで、所定輝度以上の高輝度領域がトンネル内の照明に対応し、この高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていることにより、ほぼトンネル内の照明であるとすることが可能となる。

さらに、高輝度領域抽出手段による所定輝度以上の高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていると、輝度差検出手段により撮像手段による前方領域の画像および斜め上方領域の画像における、その両画像での平均輝度の差が求められる。ここで、トンネルと高架橋等において撮像画像を比較した場合、トンネル内の照明が斜め上方領域の画像に映し出されると、前方領域の画像と斜め上方領域の画像での平均輝度の差が小さくなる。よって、トンネル判定手段により、輝度差検出手段による前方領域の画像と斜め上方領域の画像での平均輝度の差が所定値よりも小さいと、トンネルであると判定される。このようにして、トンネルと高架橋等を見極めることが可能となる。その結果、トンネルを容易かつ確実に、特に高架橋といった道路の上を立体的に交差する状態の構造物をトンネルと誤認することなくトンネルを検出することができる。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の車両用トンネル検出装置を用いて、前記トンネル判定手段がトンネルであると判定すると車両ランプを点灯させる車両用ライト制御装置に適用するとよい。

（比較例）
以下、比較例を図面に従って説明する。
図１は、本比較例における車両用トンネル検出装置および当該車両用トンネル検出装置を用いた車両用ライト制御装置の概略構成図である。

図１において、車両１のルームミラー２の裏面には撮像手段としてのカメラ３が設けられている。このカメラ３により、車両１の進行方向における前方領域および斜め上方領域を撮像することができるようになっている。撮像素子として、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳが挙げられる。カメラ３はＣＰＵ４に接続され、カメラ３により撮像された画像がＣＰＵ４に送られる。ＣＰＵ４は当該画像からトンネルを検出する。

なお、本比較例では一台のカメラで進行方向における前方領域と斜め上方領域を撮像し
たが、二台のカメラを用い第１のカメラで進行方向における前方領域を、第２のカメラで進行方向における斜め上方領域を撮像するようにしてもよい。

ＣＰＵ４にはライト制御用の電子制御装置（ＥＣＵ）５が接続されている。電子制御装置５にてヘッドランプ等の車両ランプ６を点灯／消灯させることができる。ＣＰＵ４は昼間にトンネルに入る際に電子制御装置５を介して車両ランプ６を点灯させるとともにトンネル出口で車両ランプ６を消灯させるようになっている。

本比較例においては、ＣＰＵ４にて、斜め上方領域輝度低下検出手段、輝度差検出手段およびトンネル判定手段を構成している。
次に、本比較例における車両用ライト制御装置（車両用トンネル検出装置）の作用を説明する。

図２，３はＣＰＵ４が実行する処理内容を示すフローチャートである。また、図４にはトンネル入口付近を走行中の車両を示し、図５にはトンネル出口付近を走行中の車両を示し、図６には高架橋の手前を走行中の車両を示す。

図２において、ＣＰＵ４はステップ１０１において、カメラ３により撮像された画像を入力する。図７にはトンネルや高架橋の無い場所を走行しているときのカメラ３による撮像画像を示し、符号１０にて道路を示すとともに図１の前方領域Ａ１での撮像画像（エリア）と斜め上方領域Ａ２での撮像画像（エリア）を示す。

ＣＰＵ４は画像データをメモリに記憶した後、図２のステップ１０２でメモリから画像データを入力し、斜め上方領域の画像での平均輝度を算出する。さらに、ＣＰＵ４はステップ１０３で斜め上方領域の画像における平均輝度が所定値よりも小さくなったか否か判定し、所定値以上（明るい）ならば、昼間においてトンネルや高架橋の無い場所を走行しているとしてステップ１０１に戻る。

一方、ＣＰＵ４は斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなると（暗くなると）、図４や図６に示すようにトンネルや高架橋に近づいた可能性があるとして（トンネルである可能性があると判定して）ステップ１０４に進み、ステップ１０４で前方領域の画像における平均輝度を算出する。さらに、ＣＰＵ４はステップ１０５で斜め上方領域の画像と前方領域の画像における、その両画像での平均輝度の差（差分）を算出する。ＣＰＵ４はステップ１０６でその差分値が所定値より小さいか否か判定する。

図８にはトンネル入口を走行しているときのカメラ３による撮像画像を示す（符号１１にてトンネル内の照明を示す）。図９には高架橋の手前を走行しているときのカメラ３による撮像画像を示す（符号２０にて高架橋を示す）。

ＣＰＵ４は図２のステップ１０６において斜め上方領域の画像での平均輝度と前方領域の画像での平均輝度との差分値が所定値よりも小さいならば図４に示すようにトンネル（トンネル入口）であると判定し、ステップ１０７で車両ランプ６を点灯させる。一方、ＣＰＵ４はステップ１０６において斜め上方領域の平均輝度と前方領域の平均輝度との差分値が所定値より大きいならば、図６に示したように高架橋と判断しステップ１０１に戻り車両ランプは点灯させない。

このようにして、トンネル内部の照明を検出するということに着目して、これをカメラ３にて撮像し画像処理することにより、トンネルと高架橋においてカメラ３の撮像画像を比較した場合、トンネル内の照明が斜め上方領域の画像に映し出されると、前方領域の画像と斜め上方領域の画像での平均輝度の差が小さくなる。これにより、トンネルと高架橋とを見極めることができる。その結果、トンネルを容易かつ確実に、特に高架橋といった道路の上を立体的に交差する状態の構造物をトンネルと誤認することなくトンネルを検出することができる。よって、車両用ライト制御装置においては、高架橋下で車両ランプの誤点灯を防止することができる。また、トンネル内部の照明を検出するため、白線認識により走行路を算出する必要がなく、ロジックが簡単になり、安価なマイコンで成立する。さらに、カメラは斜め上方領域を撮像しているので、トンネルに入る直前でトンネル（トンネル内部の照明）を検出して車両ランプを点灯させることができる。これにより、車両がトンネルに入ってからランプ点灯する場合に比べ、ドライバーの違和感を低減させることができ、安全性も向上する。

また、前記特許文献１に比べ、車両の前方に障害物（黒っぽい車両）があり近づいて行った場合においてもトンネルと判定してしまうこともない。また、逆光等の周囲の環境に左右されることもなくトンネルが検出可能となる（逆光等で山が低照度領域となりトンネル入口が判定できにくい状況下においても誤点灯することもない）。

次に、図３のフローチャートに従ってトンネル内を走行している時の処理を説明する。
まず、ＣＰＵ４はステップ２０１において、カメラ３により撮像された画像を入力する。ＣＰＵ４は画像データをメモリに記憶した後、ステップ２０２で斜め上方領域の平均輝度を算出する。そして、ＣＰＵ４はステップ２０３で斜め上方領域の平均輝度が所定値より大きい（明るい）か否か判定する。ＣＰＵ４は斜め上方領域の平均輝度が所定値より小さい（暗い）ならば、トンネル内における出口から遠い場所を走行しているとしてステップ２０１に戻る。これにより、車両ランプの点灯状態が保持される。一方、ＣＰＵ４はステップ２０３において斜め上方領域の平均輝度が所定値より大きい（明るい）ならば、図５に示したようにトンネル出口であるとしてステップ２０４で車両ランプを消灯させる。

このようにして、ＣＰＵ４は、トンネル内におけるカメラ３による進行方向における斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも大きいと、トンネル出口であると判定して消灯する。
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を、比較例との相違点を中心に図面に従って説明する。

図２に代わる本実施形態のフローチャートを図１０に示す。
図１０において、ＣＰＵ４はステップ１０１でカメラ３により撮像された斜め上方領域の画像を入力する。ＣＰＵ４は画像データをメモリに記憶した後、ステップ１０２でメモリから画像データを入力し、斜め上方領域の画像での平均輝度を算出する。さらに、ＣＰＵ４はステップ１０３で斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなったか否か判定し、所定値以上（明るい）ならば、昼間においてトンネルや高架橋の無い場所を走行しているとしてステップ１０１に戻る。

一方、ＣＰＵ４は斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなると（暗くなると）、図４や図６に示すようにトンネルや高架橋に近づいた可能性があるとして（トンネルである可能性があると判定して）ステップ１１０に進み、ステップ１１０で、斜め上方領域の画像を所定の濃度（所定の閾値）で２値化処理して所定輝度以上の高輝度領域を抽出する。これによりトンネル内部の照明を検出することが可能となる。図１１には図８の画像データの２値化処理後の画像を示す。

ＣＰＵ４はステップ１１１で所定輝度以上の高輝度領域の大きさ（サイズ）を算出して、ステップ１１２において所定の大きさ（サイズ）以上の高輝度領域の数が所定以上あったならばトンネル（トンネル入口）であるとしてステップ１１３で車両ランプ６を点灯させる。つまり、所定輝度以上の高輝度領域がトンネル内の照明に対応し、この高輝度領域の大きさおよび個数が所定の条件を満たしていることによりトンネル内の照明であると特定することが可能となり、例えば、図１１において所定の大きさ以上の高輝度領域が４つ以上あったならばトンネル内の照明であると判定する。

一方、ＣＰＵ４はステップ１１２において所定の大きさ（サイズ）以上の高輝度領域の数が所定以上なかったならば、高架橋の下面に雨水が付着して光が反射している等として、即ち、図６に示したように高架橋と判断しステップ１０１に戻り車両ランプは点灯させない。

ここで、ステップ１１１，１１２において、抽出した高輝度領域に関して、所定の大きさ以上の高輝度領域の数が所定以上あったならばトンネル（照明）であるとしたが、高輝度領域の大きさが所定値以上であるならばトンネル（照明）であると判定したり、高輝度領域の個数が所定値以上であるならばトンネル（照明）であると判定するようにしてもよい。要は、斜め上方領域の画像を２値化処理して所定輝度以上の高輝度領域を抽出し、所定輝度以上の高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていると、トンネル（トンネル入口）であると判定すればよい。

このようにして、所定輝度以上の高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていると、トンネル（トンネル入口）であると判定され、トンネルと高架橋を見極めることが可能となる。その結果、トンネルを容易かつ確実に、特に高架橋といった道路の上を立体的に交差する状態の構造物をトンネルと誤認することなくトンネルを検出することができる。また、カメラは斜め上方領域を撮像しているので、トンネルに入る直前でトンネルを検出して車両ランプを点灯させることができる。

本実施形態においては、ＣＰＵ４にて、斜め上方領域輝度低下検出手段、高輝度領域抽出手段、トンネル判定手段を構成している。
なお、トンネル出口判定については図３と同じなので説明は省略する。

また、本実施形態においては、カメラ３は少なくとも車両の進行方向における斜め上方領域を撮像すればよい。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、比較例および第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図２，１０に代わる本実施形態のフローチャートを図１２に示す。
図１２において、ＣＰＵ４はステップ１０１において、カメラ３により撮像された画像を入力する。ＣＰＵ４は画像データをメモリに記憶した後、ステップ１０２でメモリから画像データを入力し、斜め上方領域の画像での平均輝度を算出する。さらに、ＣＰＵ４はステップ１０３で斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなったか否か判定し、所定値以上（明るい）ならば、昼間においてトンネルや高架橋の無い場所を走行しているとしてステップ１０１に戻る。

一方、ＣＰＵ４は斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなると（暗くなると）、トンネルや高架橋に近づいた可能性があるとして（トンネルである可能性があると判定して）ステップ１２０に進み、ステップ１２０で斜め上方領域の画像を所定の濃度（所定の閾値）で２値化処理して所定輝度以上の高輝度領域を抽出する。これによりトンネル内部の照明を検出することが可能となる（図１１参照）。さらに、ＣＰＵ４はステップ１２１で所定輝度以上の高輝度領域の大きさ（サイズ）を算出して、ステップ１２２において所定の大きさ（サイズ）以上の高輝度領域の数が所定以上あったならば、トンネル内の照明である可能性が高いとしてステップ１２３に移行する。具体的には、例えば、図１１において所定の大きさ以上の高輝度領域が４つ以上あったならばトンネル内の照明である可能性が高いと判定する。

ここで、ステップ１２１，１２２において、抽出した所定輝度以上の高輝度領域に関して、所定の大きさ以上の高輝度領域の数が所定以上あったならばトンネル内の照明である可能性が高いとしたが、高輝度領域の大きさが所定値以上であるならばトンネル内の照明である可能性が高いと判定したり、高輝度領域の個数が所定値以上であるならばトンネル内の照明である可能性が高いと判定するようにしてもよい。要は、斜め上方領域の画像を２値化処理して所定輝度以上の高輝度領域を抽出し、所定輝度以上の高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていると当該領域がトンネル内の照明である可能性が高いと判定すればよい。

ＣＰＵ４はステップ１２３において進行方向における前方領域の画像における平均輝度を算出する。さらに、ＣＰＵ４はステップ１２４で斜め上方領域の画像と前方領域の画像における、その両画像での平均輝度の差分を算出する。ＣＰＵ４はステップ１２５でその差分値が所定値より小さいか否か判定する。ＣＰＵ４は斜め上方領域の画像と前方領域の画像での平均輝度の差分値が所定値よりも小さいならばトンネル（トンネル入口）であると判定しステップ１２６で車両ランプ６を点灯させる（図４参照）。一方、ＣＰＵ４はステップ１２５において斜め上方領域の平均輝度と前方領域の平均輝度との差分値が所定値よりも大きいならば、高架橋と判断しステップ１０１に戻り車両ランプは点灯させない（図６参照）。

このようにして、カメラ３による進行方向における斜め上方領域の画像を２値化処理して所定輝度以上の高輝度領域を抽出する。このとき、所定輝度以上の高輝度領域がトンネル内の照明に対応し、この高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていることにより、ほぼトンネル内の照明であるとすることが可能となる。そして、所定輝度以上の高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていると、前方領域の画像および斜め上方領域の画像における、その両画像での平均輝度の差を求める。ここで、トンネルと高架橋において撮像画像を比較した場合、トンネル内の照明が斜め上方領域の画像に映し出されると、前方領域の画像と斜め上方領域の画像での平均輝度の差が小さくなる。よって、前方領域の画像と斜め上方領域の画像での平均
輝度の差が所定値よりも小さいと、トンネルであると判定することができる。このようにして、比較例や第１の実施形態に比べ更に正確にトンネルと高架橋を見極めることが可能となる。その結果、トンネルを容易かつ確実に、特に高架橋といった道路の上を立体的に交差する状態の構造物をトンネルと誤認することなくトンネルを検出することができる。また、カメラ３は斜め上方領域を撮像しているので、トンネルに入る直前でトンネルを検出して車両ランプを点灯させることができる。

本実施形態においては、ＣＰＵ４にて、斜め上方領域輝度低下検出手段、高輝度領域抽出手段、輝度差検出手段、トンネル判定手段を構成している。
トンネル出口判定については図３と同じなので説明は省略する。

なお、比較例、並びに第１、第２の実施形態においては車両用トンネル検出装置および当該装置を用いた車両用ライト制御装置（トンネルを検出して車両ランプを点灯させるシステム）に適用した場合について説明したが、他にもトンネルを検出するとエアコンの外気取り入れモードから内気循環モードに切り替える等を行う場合（システム）に適用してもよい。

比較例および実施形態における車両用ライト制御装置（車両用トンネル検出装置）の概略構成図。 比較例における車両用ライト制御装置（車両用トンネル検出装置）の作用を説明するためのフローチャート。 比較例における車両用ライト制御装置（車両用トンネル検出装置）の作用を説明するためのフローチャート。 トンネル入口付近を走行中の車両を示す概略構成図。 トンネル出口付近を走行中の車両を示す概略構成図。 高架橋の手前を走行中の車両を示す概略構成図。 撮像した画像を示す図。 撮像した画像を示す図。 撮像した画像を示す図。 第１の実施形態における車両用ライト制御装置（車両用トンネル検出装置）の作用を説明するためのフローチャート。 ２値化処理後の画像を示す図。 第２の実施形態における車両用ライト制御装置（車両用トンネル検出装置）の作用を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１…車両、３…カメラ、４…ＣＰＵ、５…ライト制御用の電子制御装置。

Claims (3)

1. 車両の進行方向における斜め上方領域を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段による進行方向における斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなったか否か判定する斜め上方領域輝度低下検出手段と、
   前記斜め上方領域輝度低下検出手段により斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなったと判定されると、前記撮像手段による進行方向における斜め上方領域の画像を２値化処理して所定輝度以上の高輝度領域を抽出する高輝度領域抽出手段と、
   前記高輝度領域抽出手段による所定輝度以上の高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていると、トンネルであると判定するトンネル判定手段と、
   を備えたことを特徴とする車両用トンネル検出装置。
2. 車両の進行方向における前方領域および斜め上方領域を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段による進行方向における斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなったか否か判定する斜め上方領域輝度低下検出手段と、
   前記斜め上方領域輝度低下検出手段により斜め上方領域の画像での平均輝度が所定値よりも小さくなったと判定されると、前記撮像手段による進行方向における斜め上方領域の画像を２値化処理して所定輝度以上の高輝度領域を抽出する高輝度領域抽出手段と、
   前記高輝度領域抽出手段による所定輝度以上の高輝度領域の大きさおよび個数の少なくとも一方が所定の条件を満たしていると、前記撮像手段による前方領域の画像および斜め上方領域の画像における、その両画像での平均輝度の差を求める輝度差検出手段と、
   前記輝度差検出手段による前方領域の画像と斜め上方領域の画像での平均輝度の差が所定値よりも小さいと、トンネルであると判定するトンネル判定手段と、
   を備えたことを特徴とする車両用トンネル検出装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用トンネル検出装置を用いて、前記トンネル判定手段がトンネルであると判定すると車両ランプを点灯させることを特徴とする車両用ライト制御装置。

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