JPH07120258A - 車載カメラを用いた距離検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステレオ視カメラではなく１つのカメラで捕
えた画像上のポイントの、車両からの距離を検出する場
合に、ピッチング等によって路面に対して変化するカメ
ラの高さ及び角度を、車高センサや傾斜センサ等の外部
センサを用いることなく検出し、この検出結果を利用し
て精度良く距離を検出すること。 【構成】 自動車専用道路や高速道路の路面に引かれた
中央破線など、端点間の間隔が既知の破線状物体を物指
しとして、３つ以上の端点の画像上の座標値をβ ₁ 〜β
_n を画像処理装置１１で求め、求めた座標値と既知の端
点間の間隔及びカメラの焦点距離とから最小二乗法等に
より高さ及び角度算出装置１２でＣＣＤカメラ８の高さ
Ｈ及び角度θまたはtan θを算出し、算出した値を用い
て距離算出装置１３により任意物体の距離Ｙをその画像
上の座標値βから算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車載カメラを用いた距離
検出装置に関し、特に、ステレオ視カメラではなく１つ
のカメラで捕えた画像を画像処理することにより画像上
のポイントの車両からの実際の距離を検出する場合に、
車両のピッチング等により路面に対して変化するカメラ
の高さ及び角度を、車高センサや傾斜センサ等の外部セ
ンサを用いることなく補正して検出することにより、距
離検出の精度向上を図ったものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の運転操作を軽減するために、定
速走行装置が実用化され、また車間距離制御装置が開発
されている。

【０００３】「定速走行装置」は、「オートマチック・
スピード・コントロール」や「クルーズ・コントロー
ル」とも称ばれている。この装置を備えた自動車では、
セットスイッチを押すと、アクセルペダルから足を離し
ても、設定した車速を維持して走行を行う。設定車速は
コントロールスイッチの操作により変更することができ
る。運転者がブレーキを踏んだり、クラッチを踏んだ
り、ギヤシフトをするなどの操作をすると、この機能が
キャンセルされるようになっている。

【０００４】上述した定速走行装置を利用したときの安
全性を確保するため、次のような機能を付加したものも
ある。即ち先行車との距離を、車載カメラでとらえた画
像を画像処理して検出したり、レーザレーダ等で検出し
ておき、先行車に異常接近したときには、警報を発して
運転者に注意を促したり、ギヤシフト段を４速（オーバ
ードライブ）から３速へシフトダウンしてエンジンブレ
ーキを作動させるオーバドライブオフにより減速したり
する。

【０００５】一方「車間距離制御装置」を備えた自動車
では、セットスイッチを押すと、そのときの自車の車速
から目標車間距離を演算し、また先行車との車間距離を
検出し、先行車との車間距離が目標車間距離となるよう
にエンジン出力やブレーキの制御をして、先行車を追尾
して走行する。この場合、先行車との車間距離の検出
は、車載カメラでとらえた画像を画像処理して求めた
り、レーザレーダ等により求める。

【０００６】車載カメラを用いた距離検出方法には、ス
テレオ視カメラ法と、単一カメラ法とが知られている。

【０００７】ステレオ視カメラ法では、次のようにして
距離検出が行われる。図６に示すようにステレオ視カメ
ラ１は２つのカメラ例えばＣＣＤカメラ２，３を横方向
に間隔Ｌをおいてボディー４内に配置したものであり、
車両に水平に取り付けられる。これら左右のカメラ２，
３からは、図７（ａ），（ｂ）に示すように２つの画像
が得られる。そして右側の画像中のウインドウ５で囲ん
だ自動車画像６Ｒと同じ画像６Ｌが、左側の画像中に少
し横方向にずれた位置に存在する。そこで、ウインドウ
５で囲んだ右側の自動車画像６Ｒを、左側の画像のサー
チ範囲７内で１画素づつシフトしながら、最も整合する
画の位置を求める。このとき、図８に示すように左右各
カメラ２，３の焦点距離をｆ、左右カメラ２，３の光軸
間の距離をＬとし、ＣＣＤの画素ピッチをＰ、左右の自
動車画像が整合するまでにシフトした画素数をｎとする
と、先行する自動車までの距離（車間距離）Ｒは、三角
測量の原理により、次式（１）で計算できる。

【数１】 Ｒ＝（ｆ・Ｌ）／（ｎ・Ｐ） ・・・式（１）

【０００８】しかし、ステレオ視カメラは高価であり、
またシステム構成が複雑でありコスト高になる。

【０００９】これに対し、単一カメラ法では、次のよう
にして距離検出が行われる。図９に示すように、１つの
カメラ例えばＣＣＤカメラ８が路面９に対して高さＨ、
角度θで車両１０に設置される。このＣＣＤカメラ８か
らは、図１０に示すように１つの画像が得られる。そこ
で、画像座標系を図１０の如くｉ−ｊ直交座標系（ｉ座
標は横方向の位置、ｊは縦方向の位置）とし、自動車画
像６のｊ座標値をβ、カメラ８の焦点距離をｆとする
と、先行する自動車までの実際の距離Ｙは、次式（２）
で計算できる。

【数２】 Ｙ＝Ｈ（β・tan θ＋ｆ）／（ｆ・tan θ−β） ・・・式（２）

【００１０】上述した単一カメラ法は、カメラを１つし
か必要とせず、ステレオ視カメラ法に比べて安価であ
り、システム構成も簡単である。しかし、ＣＣＤカメラ
８の高さＨ及び角度θを固定値にして式（２）の演算が
行われていた。そのため、車両１０の車高や姿勢がピッ
チング等により変化した場合、路面９に対するＣＣＤカ
メラ８の実際の高さＨ及び角度θが変化するため、距離
検出に誤差が生じる。

【００１１】このＣＣＤカメラ８の路面９に対する高さ
Ｈ及び角度θの変化による影響を除去する方法として、
特開平１−２７３７４６号、特開平３−１１８６１１号
等により開示された技術が知られている。

【００１２】特開平１−２７３７４６号では、Ｇセンサ
等を用いた傾斜センサにより車両のピッチ角を検出し、
検出結果に応じてカメラの電子シャッタの作動タイミン
グを補正することにより、車両が傾斜していない状態の
画像を得る。しかし、傾斜センサが必要となる分、コス
ト高になる。特開平３−１１８６１１号では、ジャイロ
等を用いた傾斜センサにより車両のピッチ角を検出し、
ピッチ角をラスタ数に変換して画像取り込み開始のラス
タ位置を変更することにより、車両のピッチングをキャ
ンセルした画像を得る。しかし、この場合も傾斜センサ
が必要となる分、コスト高になる。その他に、車高セン
サにより車高を検出し、検出結果に応じてカメラの高さ
値を補正することもあるが、この場合も車両センサが必
要となる分、コスト高になる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術に鑑
み、本発明の目的は、ステレオ視カメラではなく１つの
カメラで捕えた画像を画像処理することにより画像上の
ポイントの車両からの実際の距離を検出する場合に、車
両のピッチング等によって路面に対して変化するカメラ
の高さ及び角度を、車高センサや傾斜センサ等の外部セ
ンサを用いることなく画像処理により補正して検出し、
この検出結果を利用することにより精度良く距離を検出
することができる装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の車載カメラを用いた距離検出装置は、車両に搭載し
た１つのカメラを用い、このカメラの路面に対する高さ
及び角度と，カメラの焦点距離と，画像上の座標値とか
ら、画像上のポイントの車両からの実際の距離を検出す
る装置において、車両の走行路に形成された端点間の間
隔が既知の破線状物体の３つまたはそれ以上の端点につ
いて画像上の座標値を求める手段と、求めた各端点の画
像上の座標値と、端点間の既知の間隔と，カメラの焦点
距離とを用いて、距離検出誤差を最小とするカメラの路
面に対する高さ及び角度を求める手段とを有することを
特徴とするものである。

【００１５】

【作用】自動車専用道路や高速道路の路面には中央破線
として、長さ８ｍの白線が２０ｍ毎に引かれており、従
って中央破線の端点間の間隔は８ｍと１２ｍの既知の値
である。本発明では中央破線のような破線状物体を物指
しに利用して、カメラの高さ及び角度を校正する。即
ち、中央破線のように端点間の間隔が既知の破線状物体
について、或る端点の画像上の座標値を求めると、この
座標値はカメラの路面に対する高さ及び角度と，カメラ
の焦点距離と，この端点の車両からの実際の距離とに依
存する。この場合、カメラの焦点距離は既知であるが、
端点の車両からの実際の距離は当然未知であり、また前
述の如くカメラの路面に対する高さ及び角度は車両のピ
ッチング等により変化するのでやはり未知である。そこ
で、３つまたはそれ以上の端点について画像上の座標値
を求めれば、端点間の実際の間隔が既知であることか
ら、カメラの路面に対する実際の高さ及び角度が求ま
る。但し、端点間の間隔の誤差、あるいは画像上の座標
値の誤差があるため、最小二乗法等により、距離検出誤
差が最小になるような高さ及び角度を求める。このよう
にして求めたカメラの路面に対する高さ及び角度を用い
ることにより、ステレオ視カメラではなく１つのカメラ
で捕えた画像の画像処理により画像上のポイントの車両
からの距離を検出する場合の精度が向上する。また、カ
メラの路面に対する高さ及び角度は、距離検出の画像処
理の一環として求めることができるので、車高センサや
傾斜センサ等の外部センサが不要である。更に、車両に
カメラを設置する場合に、高さ及び角度に誤差があって
もこれを吸収することができるので、設置作業の容易化
に寄与する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は実施例に係る車載カメラを用いた距離検
出装置を適用した自動車の走行制御システムの構成を示
す図である。図２は処理フローを示し、図３はカメラが
捕えた画像と画像上の端点の座標値を示し、図４は道路
上の白い中央破線とその端点の認識方法を示す。

【００１７】図１において、距離検出装置は１つのＣＣ
Ｄカメラ８と、画像処理装置１１と、高さ及び角度算出
装置１２と、距離算出装置１３とからなっている。高さ
及び角度算出装置１２及び距離算出装置１３は、車間距
離制御用あるいは定速走行用等の走行制御装置１４内の
一機能部になっている。符号９は路面を示す。

【００１８】ＣＣＤカメラ８は図９に示したように車両
１０に、前方やや下向きに搭載されている。高速道路や
自動車専用道路を車両が走行している時は、道路上に長
さ８ｍの白線を２０ｍ毎に引いた中央破線があるので、
ＣＣＤカメラ８はこの中央破線を撮影することができ
る。画像処理装置１１は、ＣＣＤカメラ８からのビデオ
信号を入力することにより、図３に示すような画像を取
り込む。この画像中で、１５は中央破線の白線像であ
る。また、１６は路側の連続線の像、１７は地平線であ
る。画像処理装置１１は、取り込んだ画像を画像処理す
ることにより、中央破線を認識して図３のｉ−ｊ画像座
標系における各白線像１５の端点のｊ座標値を３つ以上
手前から順にβ₁ ，β₂ …β_n （ｎ≧３）として求め、
高さ及び角度算出装置１２に与える。但し、ｉ座標は車
両の横方向、ｊ座標は車両の前後方向の座標である。

【００１９】中央破線の認識は、例えば次のようにして
行う。即ち、図４に示すように、横方向の４本のライン
Ｗ１〜Ｗ４に沿って画素の明度を調べ、明るい点を白線
候補として選定し、上方の候補点と下方の候補点を補間
して結んだ線分を白線として抽出する。そして、この線
分上及びその延長線上に沿って画素の明度を調べ、暗い
点から明るい点に、或いは明るい点から暗い点に変化し
た点を白線の端点とする。

【００２０】高さ及び角度算出装置１２には、端点間の
間隔とカメラの焦点距離が既知の値としてセットされて
おり、これらの値と画像処理装置１１から与えられる各
端点のｊ座標値とを用いて、例えば最小二乗法により、
距離検出誤差を最小とするカメラの路面に対する高さＨ
及び角度θを求める。

【００２１】次に、高さＨ及び角度θの算出処理例を説
明する。図３に示した例では、手前からｋ番目の端点の
ｊ座標値β_k （ｋ＝１〜ｎ，ｎ≧３）の実際の距離ｄ_k
は、１番目の端点の距離をｄ₀ と仮定すると、ｄ_k ＝ｄ
₀ ＋Δ_k となる。Δ_k は既知であり、端点間隔即ち白線
長８ｍと白線の周期２０ｍより、ｋが奇数の場合はΔ_k
＝２０（ｋ−１）ｍ、ｋが偶数の場合はΔ_k ＝〔２０
（ｋ−１）−８〕ｍとなる。なお、Δ₁ ＝０である。一
方、カメラの高さＨ及び角度θと焦点距離ｆを用いて手
前からｋ番目の端点のｊ座標値β_k に対応する距離を計
算したとすれば、その値Ｙ_k は次式（３）で与えられ
る。

【数３】 Ｙ_k ＝Ｈ（β_k ・tan θ＋ｆ）／（ｆ・tan θ−β_k ） ・・・式（３）

【００２２】前式（３）を変形すると次式（４）とな
る。また、計算値Ｙ_k と実際の距離ｄ ₀ ＋Δ_k は、それ
ぞれｊ座標値β_k の関数であるから、次式（５）のよう
に対応する。

【数４】 Ｙ_k （ｆ・tan θ−β_k ）−Ｈ（β_k ・tan θ＋ｆ）＝０ ・・・式（４）

【数５】 （Ｙ_k ，β_k ）＝（ｄ₀ ＋Δ_k ，β_k ） ・・・式（５）

【００２３】また、前式（５）を正確に対応させるに
は、誤差の評価値ε_k として例えば次式（６）を考える
と、ｎ≧３としてε₁ ² からε_n ² までの和Σε_k ² が
最小となるように、未知数Ｈ，θ（またはtan θ）及び
ｄ₀ を算出すれば良く、これによってその時点でのカメ
ラの高さＨ及び角度tan θ、更には１番手前の端点の距
離ｄ₀ が求まる。

【数６】 ε_k ＝（ｄ₀ ＋Δ_k ）（ｆ・tan θ−β_k ）−Ｈ（β_k ・tan θ＋ｆ） ・・・式（６）

【００２４】そこで本実施例の高さ及び角度算出装置１
２は、前式（６）の誤差評価値ε_kを用い、下記算出式
（７）により、カメラの高さＨ及び角度tan θとｄ₀ と
を算出する。

【数７】∂（Σε_k ² ）／∂Ｈ＝０ ∂（Σε_k ² ）／∂（tan θ）＝０ ∂（Σε_k ² ）／∂ｄ₀ ＝０

【００２５】距離算出装置１３は、上述の如く算出した
ＣＣＤカメラ８の路面９に対する高さＨ、角度θまたは
tan θを用いて、任意物体の距離Ｙを画像上のｊ座標値
βとＣＣＤカメラ８の焦点距離ｆから前式（２）により
算出する。この場合、Ｈ，θ又はtan θは車両のピッチ
ング等による変化を正しく反映しているから、車両にピ
ッチング等があっても任意物体の距離を正しく検出する
ことができる。従って、高さ及び角度算出装置１２で算
出したＣＣＤカメラ８の正しい高さＨ及び角度tan θを
用いて、図５に示すような旋回路１８の画像上について
中央破線の各白線１５の端点の距離を検出することによ
り、端点の間隔または距離が実際の値からずれてくるの
で、ずれ量から旋回路１８の曲率半径を正確に算出する
ことができる。この曲率半径の算出値を用いることによ
り、車両が旋回路に進入する際に必要な減速、操舵等に
ついて走行制御装置１４で運転者に警告したり、あるい
は自動的に修正操作を行うなどの制御が可能である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、自動車専用道路や高速
道路の路面に引かれた中央破線など、端点間の間隔が既
知の破線状物体を物指しとして、３つ以上の端点の画像
上の座標値を求め、求めた座標値と既知の端点間の間隔
及びカメラの焦点距離とから最小二乗法等によりカメラ
の高さ及び角度を検出し、この検出した高さ及び角度を
用いて距離検出を行う。従って、車両のピッチング等に
よりカメラの高さ及び角度が変化しても、車高センサや
傾斜センサ等の外部センサを用いることなく、１つのカ
メラを用いて正確な距離検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る車載カメラを用いた距
離検出装置を適用した自動車の走行制御システムの構成
を示す図。

【図２】処理フローを示す図。

【図３】カメラが捕えた画像と端点の画像上の座標値を
示す図。

【図４】道路上の白い中央破線とその端点の認識手法を
示す図。

【図５】旋回路の画像を示す図。

【図６】ステレオ視カメラを示す図。

【図７】ステレオ視カメラ法の距離検出手法を示す図。

【図８】ステレオ視カメラによる三角測量の原理を示す
図。

【図９】単一カメラ法におけるカメラの高さと角度を示
す図。

【図１０】単一カメラ法の距離検出手法を示す図。

【符号の説明】

８ ＣＣＤカメラ ９ 路面 １０ 車両 １１ 画像処理装置 １２ 高さ及び角度算出装置 １３ 距離算出装置 １４ 走行制御装置 １５ 白線像 １６ 路側線像 １７ 地平線 １８ 旋回路像 Ｈ カメラの高さ θ カメラの角度 β₁ ，β₂ ，β₃ ，β₄ 端点のｊ座標値 ｄ₀ １番手前の端点の距離

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に搭載した１つのカメラを用い、こ
   のカメラの路面に対する高さ及び角度と，カメラの焦点
   距離と，画像上の座標値とから、画像上のポイントの車
   両からの実際の距離を検出する装置において、 車両の走行路に形成された端点間の間隔が既知の破線状
   物体の３つまたはそれ以上の端点について画像上の座標
   値を求める手段と、 求めた各端点の画像上の座標値と、端点間の既知の間隔
   と，カメラの焦点距離とを用いて、距離検出誤差を最小
   とするカメラの路面に対する高さ及び角度を求める手段
   とを有することを特徴とする車載カメラを用いた距離検
   出装置。