JP2020027031A - 車載測距システム、測距方法および車両用灯具、自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な測距システムを提供する。【解決手段】赤外照明３１０は、自車からの距離が既知である赤外のライン光Ｌ１またはスポット光を含むパターンＰＴＮを路面に照射する。カメラ３２０は、パターンＰＴＮを含む態様にて撮影する。演算部３３０は、カメラ３２０の画像に含まれる物標とパターンＰＴＮにもとづいて、物標までの距離を取得する。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用の測距技術に関する。

物標までの距離は、自動運転に極めて重要な情報である。距離を測定する手段としては、ステレオカメラ、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）、ミリ波レーダ、超音波ソナーなどが採用されている。

ＬｉＤＡＲは物標までの距離が測定できる上、演算処理によって物標の種類の判定も可能であることから、自動運転用のセンサとして有望視されている。しかしながらＬｉＤＡＲは、サイズが大きく、コストが高いため、安価な車両に搭載するには敷居が高い。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、安価な測距システムの提供にある。

本発明のある態様によれば、自動車における測距方法あるいは装置が提供される。この方法／装置では、自車からの距離が既知である赤外のライン光またはスポット光を含むパターンが路面に照射される。そして、パターンを含む態様にて、カメラで車両の周囲を撮像する。そして、カメラの画像に含まれる物標とパターンにもとづいて、物標までの距離を取得する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、安価な測距システムを提供できる。

実施の形態に係る測距システムを示す図である。 図１の測距システムの動作を説明する図である。 第１実施例に係る自動車を示す図である。 第２実施例に係る自動車を示す図である。 第３実施例に係る自動車を示す図である。 第４実施例に係る自動車を示す図である。 測距システムを内蔵するヘッドランプを示す図である。

（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態は、車載測距システムに関する。車載測距システムは、赤外照明、カメラおよび演算部を備える。赤外照明は、赤外のパターンを路面に照射する。パターンは、自車からの距離が既知であるライン光またはスポット光を含む。自動車には、部位、方向ごとに、放射してよい光の強度や色が法規で定められているところ、パターンは赤外線であるが故に人間の目からは見えず、法規違反にもならない。演算部は、カメラの画像を受け、当該画像に含まれる物標とパターンにもとづいて、物標までの距離を取得する。

この実施の形態によれば、パターンを物差しとして、物標までの距離を取得できる。たとえば、パターンに含まれるひとつのライン光（あるいはスポット光の集合）に着目したとき、ライン光が歪んでいなければ、物標はそのライン光より奥側に位置し、歪んでいれば、物標はそのライン光より手前に位置することがわかる。パターンは、赤外線であるため、周囲の明るさの影響を受けず、したがって昼夜を問わずに測距可能である。

自動車には、車両の周囲を監視するためのカメラがすでに搭載されるケースが多い。こうしたケースでは、カメラと演算部については、元々存在するハードウェアが流用でき、新たに赤外照明を追加することで、従来のシステムに測距機能を追加できる。

好ましくはパターンは、平行な複数のラインを含んでもよい。複数のラインの距離は、等間隔であってもよいし、自車から遠いほど間隔が広くてもよい。

パターンは、カメラを中心とする同心円状に照射されてもよい。これにより、カメラからの距離を測定できる。

パターンは、それぞれが、車両を上から見たときの外縁に沿う方向に伸び、外縁と垂直方向に離間する複数のラインを含んでもよい。これにより、車両の外縁からの距離を測定できる。

（実施の形態）
以上が車両用灯具の概要である。以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、この用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。

図１は、実施の形態に係る測距システム３００を示す図である。測距システム３００は、自動車１００に搭載される。測距システム３００は、赤外照明３１０、カメラ３２０、演算部３３０を備える。赤外照明３１０は、自車からの距離が既知である赤外のライン光またはスポット光を含むパターンＰＴＮを路面に照射する。

カメラ３２０は、可視光領域のみでなく、赤外照明３１０の波長にも感度を有し、したがって、パターンＰＴＮと周囲の物標ＯＢＪを同時に撮影可能である。カメラ３２０が生成する画像ＩＭＧは、演算部３３０に入力される。

演算部３３０は、カメラ３２０の画像ＩＭＧに含まれる物標ＯＢＪとパターンＰＴＮにもとづいて、物標ＯＢＪまでの距離（すなわち位置）を取得する。演算部３３０は、ＣＰＵおよびメモリを含みソフトウェア制御可能なマイクロコントローラであってもよい。あるいは演算部３３０は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェアであってもよいし、専用設計されたＩＣ（Integrated Circuit）であってもよい。

この例では、パターンＰＴＮは複数（ｎ本）のライン光Ｌ１〜Ｌｎを含み、各ライン光Ｌ１〜Ｌｎは、車両を上から見たときの外縁（ここでは前縁）Ｅ１に沿った方向（図中、ｙ方向）に伸びている。また複数のライン光は、外縁と垂直方向（図中、ｘ方向）に等間隔に離間している。各ライン光は、ライン状に離散的に配置された複数のスポット光の集合であってもよい。

以上が測距システム３００の基本構成である。続いてその動作を説明する。図２は、図１の測距システム３００の動作を説明する図である。図２には、カメラの画像ＩＭＧが示される。

画像ＩＭＧには、複数のライン光Ｌ１〜Ｌｎを含むパターンＰＴＮと、物標ＯＢＪが含まれている。ひとつのライン光Ｌｉに着目したとき、ライン光Ｌｉが歪んでいなければ、物標ＯＢＪはそのライン光Ｌｉより奥側に位置し、歪んでいれば、物標ＯＢＪはそのライン光Ｌｉより手前に位置することがわかる。図２の例では、ライン光Ｌ１，Ｌ２は歪まずに路面に描画されるが、ライン光Ｌ３は、物標ＯＢＪにより遮られるので、その一部が歪んでいる。つまり物標ＯＢＪは、ライン光Ｌ２とＬ３の間に位置することが分かる。各ライン光Ｌ１〜Ｌｎが、路面に描画される位置（自車からの距離）は、赤外照明３１０の光学系によって一意に定まり、既知である。したがって演算部３３０は、物標ＯＢＪまでの距離（位置）を取得することができる。この演算部３３０は、画像ＩＭＧから物標の種類（歩行者、先行車、対向車など）を識別してもよい。

測距システム３００によって得られた距離の用途は特に限定されないが、たとえば自動運転に用いることができる。

以上が測距システム３００の動作である。測距システム３００の構成要素である赤外照明３１０、カメラ３２０、演算部３３０のうち、カメラ３２０および演算部３３０は、多くの自動車に既に搭載されているハードウェアであり安価である。また赤外照明３１０も、ＬｉＤＡＲに比べれば安価に構成できる。

測距システム３００では、赤外のパターンを用いているため、周囲の明るさの影響を受けず、したがって昼夜を問わずに測距可能であるという利点がある。また赤外は目に見えず、赤色、白色光のいずれにも属さないため、法規的に照射方向が制約を受けないという利点がある。

本発明は、図１あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。

（第１実施例）
図１の例では、車両前方の測距に用いたが、赤外光は照射方向の制約を受けない。したがって測距システム３００は、車両前方のみでなく、車両側方、あるいは車両後方の測距にも用いることができる。

図３は、第１実施例に係る自動車１００Ａを示す図である。自動車１００Ａは、車両の前方、後方、左側方、右側方それぞれに設けられた４個の測距システム３００Ｆ，３００Ｂ，３００Ｌ，３００Ｒを備える。

第１実施例において、測距システム３００＃（＃＝Ｆ，Ｂ，Ｌ，Ｒ）が生成するパターンＰＴＮ＿＃は、複数のラインＬ_＃１〜Ｌ_＃ｎを含んでいる。測距システム３００Ｆ（３００Ｂ）が生成するラインは、車両を上から見たときの前縁Ｅ１（後縁Ｅ２）に沿う方向（ｙ方向）に伸びる。また測距システム３００Ｌ（３００Ｒ）が生成するラインは、車両を上から見たときの左縁Ｅ３（右縁Ｅ４））に沿う方向（ｘ方向）に伸びる。外縁からの距離が等しいライン同士Ｌ_Ｆ＿ｉ，Ｌ_Ｂ＿ｉ，Ｌ_Ｌ＿ｉ，Ｌ_Ｒ＿ｉは車両を取り囲むように連続的に形成されてもよい。

（第２実施例）
図４は、第２実施例に係る自動車１００Ｂを示す図である。第２実施例では、４個の測距システム３００ＦＬ，３００ＦＲ，３００ＲＬ，３００ＲＲが、自動車１００の４隅に設けられている。各測距システム３００＃（＃＝ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲ）は、パターンＰＴＮ＿＃を形成する。

４個の測距システム３００が設けられる４隅には、左右のヘッドランプ１１０Ｌ，１１０Ｒ、左右のリアランプ１４０Ｌ，１４０Ｒが設けられている。したがって測距システム３００の構成要素のうち赤外照明３１０、カメラ３２０、演算部３３０の少なくともひとつを、ランプ１１０，１４０に内蔵することができる。

ヘッドランプ１１０やリアランプ１４０には、各種光源を点灯するための回路や光学系、演算処理装置が内蔵されているため、測距システム３００の構成要素をランプに内蔵することで、ハードウェア資源の一部を兼用することができ、コストを下げることができる。

（第３実施例）
図５は、第３実施例に係る自動車１００Ｃを示す図である。自動車１００Ｃは、車両の前方、後方、左側方、右側方それぞれに設けられた４個の測距システム３００Ｆ，３００Ｂ，３００Ｌ，３００Ｒを備える。

第３実施例では、赤外照明３１０が生成するパターンＰＴＮの形状が、第１実施例や第２実施例と異なっており、パターンは、カメラ３２０を中心とする同心円状に照射される。図１で示したのと同様に、カメラ３２０は赤外照明３１０と近接して配置される。

（第４実施例）
図６は、第４実施例に係る自動車１００Ｄを示す図である。第４実施例では、第２実施例と同様に、４個の測距システム３００ＦＬ，３００ＦＲ，３００ＲＬ，３００ＲＲが、車両の４隅に配置される。各測距システム３００＃（＃＝ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲ）が生成するパターンＰＴＮ＿＃は、図４と同様である。図６においても、測距システム３００はヘッドランプ１１０や１４０に内蔵してもよい。

図７は、測距システム３００を内蔵するヘッドランプ１１０を示す図である。ヘッドランプ１１０は、ＡＤＢ（Adaptive Driving Beam ）システムを搭載しており、周囲の状況に応じて、配光パターンを適応的に制御可能となっている。

ヘッドランプ１１０は、車両側ＥＣＵとバスを介して接続されるインタフェース回路１２０を備え、車両側ＥＣＵからの情報を受信し、またヘッドランプ１１０の状態をＥＣＵに送信可能である。ヘッドランプ１１０が形成すべき配光パターンは、車両側ＥＣＵにおいて演算してもよく、インタフェース回路１２０は、配光パターンを指示するデータを受信する。

そのほかインタフェース回路１２０は、車速、ステアリング角などに、車両の情報を受信してもよい。

白色光源１１２は、たとえばＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）などの半導体光源を含む。点灯回路１１６は、白色光源１１２に供給される駆動電流を制御し、白色光源１１２の点消灯や輝度を制御する。光学系１１４は、白色光源１１２の出射光を車両前方に投影する。

たとえば光学系１１４は、ＤＭＤ(Digital Mirror Device)をはじめとするパターニングデバイスを含んでもよい。マイコン１１８は、ＤＭＤを制御することにより、配光パターンを変化させる。

あるいは白色光源１１２は、ライン状にマトリクス状に配置される複数のＬＥＤを含んでもよい。点灯回路１１６は複数のＬＥＤを個別に点消灯可能に構成されており、マイコン１１８は、配光パターンに応じて、複数のＬＥＤの点消灯を指示するデータを、点灯回路１１６に供給してもよい。

赤外照明３１０は、赤外光源３１２、光学系３１４、点灯回路３１６を含む。赤外光源３１２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）あるいはＬＤ（レーザダイオード）などの半導体光源を用いることができる。点灯回路３１６は、赤外光源３１２に電流を供給し、赤外光源３１２を発光させる。光学系３１４は、赤外光源３１２の赤外出力をパターニングし、路面にパターンＰＴＮを投影する。

演算部３３０は、カメラ３２０が撮影した画像ＩＭＧにもとづいて、車両前方の物標を検出するとともに、物標までの距離を取得する。取得した距離は、インタフェース回路１２０を介して、車両側ＥＣＵに送信してもよい。演算部３３０の機能は、ヘッドランプ１１０が備えるマイコン１１８に実装してもよい。これによりコストを下げることができる。

たとえば点灯回路１１６と点灯回路３１６は、ハードウェアの一部を共有してもよい。たとえば、点灯回路１１６と３１６とで、電源回路などを共有してもよい。これによりコストを下げることができる。

さらにヘッドランプ１１０は、カメラ３２０が撮影した画像にもとづいて、配光パターンを自身で生成してもよい。この場合、配光パターンの制御と測距のためのカメラを兼用できるため、さらにコストを下げることができる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１変形例）
パターンＰＴＮは、マトリクス状に配置された複数のスポット光を含んでもよい。

（第２変形例）
実施の形態では、複数のラインを固定的に照射したがその限りでない。たとえば、図１を例にとると、ｙ方向に伸びるライン光Ｌ１を、ｘ方向にスキャンしてもよい。スキャンにより、距離の分解能を高めることができる。もちろん、図１に示す複数のライン光Ｌ１〜Ｌ４を、ｘ方向にスキャンしてもよい。

（第３変形例）
いくつかの実施例においては、車両の前後、左右の４方向について、測距システム３００により測距することとしたがその限りでない。たとえば、前方については高精度なＬｉＤＡＲによる測距システムを採用し、側方（あるいは後方）について、実施の形態に係る安価な測距システムを採用してもよい。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

３００ 測距システム
３１０ 赤外照明
３１２ 赤外光源
３１４ 光学系
３１６ 点灯回路
３２０ カメラ
３３０ 演算部
１００ 自動車
１１０ ヘッドランプ
１１２ 白色光源
１１４ 光学系
１１６ 点灯回路
１１８ マイコン
１２０ インタフェース回路
１４０ リアランプ

Claims (6)

1. 自車からの距離が既知である赤外のライン光またはスポット光を含むパターンを路面に照射する赤外照明と、
   カメラと、
   前記カメラの画像に含まれる物標と前記パターンにもとづいて、前記物標までの距離を取得する演算部と、
   を備えることを特徴とする車載測距システム。
2. 前記パターンは、前記カメラを中心とする同心円状に照射されることを特徴とする請求項１に記載の車載測距システム。
3. 前記パターンは、それぞれが、車両を上から見たときの外縁に沿う方向に伸び、前記外縁と垂直方向に離間する複数のラインを含むことを特徴とする請求項１に記載の車載測距システム。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の車載測距システムを備えることを特徴とする自動車。
5. 請求項１から３のいずれかに記載の車載測距システムを備えることを特徴とする車両用灯具。
6. 自車からの距離が既知である赤外のライン光またはスポット光を含むパターンを路面に照射するステップと、
   カメラで撮像するステップと、
   前記カメラの画像に含まれる物標と前記パターンにもとづいて、前記物標までの距離を取得するステップと、
   を備えることを特徴とする自動車における測距方法。

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