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JP4797441B2 - 車両用画像処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像画像に基づいて路面上の白線及び立体物を検出する車両用画像処理装置に関する。
従来から、カメラにより撮像された画像の輝度分布に基づいて作成された輝度のヒストグラムを用いてカメラのシャッタスピードを制御する制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この制御装置は、輝度分布ヒストグラムの度数を輝度の低い側から順に加算した積算値と輝度の高い側から順に加算した積算値がそれぞれの設定値を超えるときの低い側と高い側での区間長さが互いに等しくなるようにシャッタスピードを調節するものである。
特開平11−258654号公報
しかしながら、上述の従来技術の制御装置は、路面上の白線と立体物を検出したいときに、それぞれを検出するために用いる画像のシャッタスピードを、白線検出と立体物検出を区別せずに撮像された画像全体の輝度分布に基づいて制御することになる。そのため、白線と立体物のそれぞれの検出処理に適した画像を撮像することができない。
そこで、本発明は、立体物検出と白線検出のそれぞれの処理に適した画像を得ることができる車両用画像処理装置の提供を目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、
フレームの露出を調節するためのカメラ制御値を算出処理する算出処理手段と、
前記算出処理手段により算出されたカメラ制御値を適用して撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像されたフレームに対して白線検出処理と立体物検出処理を行う検出処理手段とを備える車両用画像処理装置であって、
前記撮像手段は、前記算出処理手段により白線と立体物のそれぞれの検出に適するように算出処理されたカメラ制御値をフレーム毎に適用して撮像し、
前記検出処理手段は、白線用カメラ制御値が適用されて撮像されたフレームに対して白線検出処理を行い、立体物用カメラ制御値が適用されて撮像されたフレームに対して立体物検出処理を行うことを特徴とする車両用画像処理装置が提供される。これにより、白線検出と立体物検出に適した個別のカメラ制御値が適用された個別のフレームの使用が可能となるので、立体物検出と白線検出のそれぞれの処理に適した画像を得ることができる。
また、本局面において、前記撮像手段は、撮像したフレームを、フレームカウンタと撮像する際に適用したカメラ制御値とを付与した上で前記検出処理手段に送信し、前記検出処理手段は、その付与されたフレームカウンタに応じて、白線検出処理すべきフレームと立体物検出処理すべきフレームを区別することが好適である。これにより、検出処理手段が、検出処理すべきフレームを白線用と立体物用で間違えて取り込むことを防止することができる。
また、前記算出処理手段は、白線検出処理用と区別がなされたフレームを基に白線用カメラ制御値を算出処理し、立体物検出処理用と区別がなされたフレームを基に立体物用カメラ制御値を算出処理し、それらの算出処理されたカメラ制御値を所定の送信順序で前記撮像手段に送信することが好適である。この場合、撮像手段は、前記所定の送信順序でカメラ制御値の送信があることに従うことによって、白線用カメラ制御値と立体物用カメラ制御値を間違えてフレームに適用することを防止することができる。
また、前記算出処理手段は、前記撮像手段への所定の送信タイミングにカメラ制御値の算出処理が間に合わない場合には前回算出処理されたカメラ制御値を送信するようにしてもよい。この場合、前回算出処理されたカメラ制御値を撮像手段に送信したとしても、撮像手段が前記の送信順序に従っていれば、白線用カメラ制御値と立体物用カメラ制御値を間違えてフレームに適用することはない。
また、前記撮像手段は、受信しているうちで最新の白線用カメラ制御値と最新の立体物用カメラ制御値を適用して撮像するようにしてもよい。この場合、白線検出と立体物検出に適した最新の個別のカメラ制御値が適用された最新の個別のフレームの使用が可能となる。
本発明によれば、立体物検出と白線検出のそれぞれの処理に適した画像を得ることができる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図1は本発明の車両用画像処理装置を用いたシステムの構成の一例を示した図である。本画像処理システムは、カメラECU(Electric Control Unit)10とステレオECU20を備える。それぞれのECUは、中央処理演算装置(CPU)、プログラムを記憶するROM、データを一時的に記憶するRAM、入力インターフェース、出力インターフェースなどの複数の回路要素が一ユニットとして構成されたものである。コンピュータとも呼ばれる。
カメラECU10は、撮像手段として、撮像素子11,12やレンズ15,16といったステレオカメラを構成するカメラモジュール17、カメラCPU13、画像出力部14等を有する。撮像素子11,12は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)で構成されている。カメラCPU13は、ステレオECU20からの後述するカメラ制御値に基づいてカメラ側のフレームの露出を調節するカメラ制御を行う。カメラCPU13は、出力インターフェースである画像出力部14を介して、カメラモジュール17の撮像したフレーム、撮像する際に適用したカメラ制御値、フレームカウンタ等を画像信号としてステレオECU20に送信する。なお、撮像素子は2個に限らず、それ以上の数を有してもよい。
ステレオECU20は、入力インターフェースである画像入力部21、幾何変換LSI等を有する幾何変換処理部22、画像処理LSI等を有する画像認識処理部24及び各処理部を監督するSV−CPU23を有する。
カメラECU10の画像出力部14から出力された画像信号は、ステレオECU20の入力インターフェースである画像入力部21に送られる。画像出力部14と画像入力部21は、所定のデジタル伝送方式のインターフェースである。
画像信号を受けた画像入力部21は、画像信号の画像データを幾何変換処理部22に送る。幾何変換処理部22は、キャリブレーションデータを用いて、ステレオ演算処理に使用されるカメラモジュール17の撮像したフレームから、撮像素子11,12やレンズ15,16等によるハード的な内部誤差要因(レンズ歪み、光軸ずれ、焦点距離ずれ及び撮像素子歪み等)の影響を取り除き、エピポーラ線を画像水平線にあわせる周知の処理を行う。幾何変換処理部22は、メモリ25に記憶された幾何変換用のLUT(Look Up Table)に基づき入力画像を変換する。
画像認識処理部24は、幾何変換処理部22からの幾何変換された画像データに基づいて立体物検出処理や白線検出処理やシャッタ制御を行う。それらの処理や制御のための画像処理プログラムや処理すべき画像データはメモリ26に記録され、画像認識処理部24は、それらを読み込んでそれらの処理・制御を行う。
画像認識処理部24が実行する立体物検出処理は、例えばステレオ視の技術によって撮像したフレームから立体物を検出する画像処理プログラムによる処理である。立体物検出処理は、例えば左右に配置された撮像素子11,12により撮像された一対の画像の相関を求め、同一物体に対する視差に基づいて三角測量の要領でその物体までの距離を算出するものである。
つまり、画像認識処理部24は、撮像素子11,12により撮像された一組のステレオ画像から同一の撮像対象物が写っている部分を抽出し、一組のステレオ画像同士でその撮像対象物の同一点を対応づけ、対応づけられた点(対応点)のずれ量(視差)を求めることによって撮像対象物までの距離を算出する。撮像対象物が前方にある場合、撮像素子11による画像と撮像素子12による画像とを重ね合わせると、撮像対象物が左右横方向にずれる。そして、片方の画像を1画素ずつシフトしながら最も重なり合う位置を求める。このときシフトした画素数をnとする。レンズの焦点距離をf、光軸間の距離をm、画素ピッチをdとすると、撮像対象物までの距離Lは、『L=(f・m)/(n・d)』という関係式が成立する。この(n・d)が視差である。
また、画像認識処理部24が実行する白線検出処理は、撮像したフレームから路面上の白線を検出する画像処理プログラムによる処理である。白線検出処理では、まず、輝度によって2値化された撮像したフレームの中から路面上の白線に該当すると考えられる画素(白線候補点)が選出される。そして、白線候補点が直線的に並んでいれば、選出された白線候補点は路面上の白線であると判断される。
また、画像認識処理部24が実行するシャッタ制御は、適切なカメラ制御値(シャッタスピードSや制御ゲインK)を算出処理・調節する。フレームの露出はシャッタスピードSに応じて変化し、シャッタスピードSを遅くすれば通る光が保持されるため暗い場所での撮影も可能になる。画像認識処理部24は、撮像したフレームにおける目標明るさDと撮像したフレームにおける実明るさDから所定の関数Fに基づいて適切なカメラ制御値を算出する。例えば、シャッタスピードSの今回値をS、シャッタスピードSの前回値をSN−1、制御ゲインKとして、所定関数F『S=SN−1+K・(D−D)』に基づいて、カメラ制御値が算出される。
SV−CPU23は、各処理部を監督(supervisor)するCPUである。画像認識処理部24が兼ねても可である。SV−CPU23は、画像認識処理部24によるシャッタ制御の結果であるカメラ制御値をカメラECU10内のカメラCPU13に送信・指示する。
このようなカメラECU10やステレオECU20を車両に搭載することによって、路上の障害物等の画像認識情報を利用する制御に使用することが可能である。例えば、SV−CPU23が、車内LANを介して、画像認識処理結果を必要とする他のECUにその結果を送信すればよい。他のECUとは、例えば、衝突回避・衝突軽減システムを制御するECU、車線維持支援システムや車線逸脱警報システムを制御するECU、車間ECU、ブレーキECU等である。
それでは、本発明の車両用画像処理装置の動作について図を参照しながら説明する。
ある対象物を画像処理により検出する場合、その対象物が最適な明るさとなるように、シャッタスピード等のカメラ制御値を調節することによって、カメラの露出を制御することが好ましい。その一つの手法として、カメラ制御値の決定の基準となるウィンドウを撮像画像上に設定するものがある。図7で示されるように、白線検出処理において検出された白線30を適切に認識できるようにするためには、路面に明るさ基準ウィンドウ33を設定すればよい。一方、図8で示されるように、立体物検出処理において検出された先行車や障害物をはじめとする立体物32を適切に認識できるようにするためには、立体物32の周囲に明るさ基準ウィンドウ34を設定すればよい。しかしながら、白線検出と立体物検出の両方を行う場合には、明るさの基準をどのように設定するのかという点が重要になってくる。
また、立体物を検出するときに白線用のカメラ制御値を用いると、映像がサチュレーションを起こしてしまい、立体物の情報を収集できなくなってしまうことがある。さらに、カメラECU10側が、白線用カメラ制御値を適正に適用した白線用映像と立体物用カメラ制御値を適正に適用した立体物用映像を単純に切り替えることができたとしても、カメラECU10とステレオECU20間で撮像したフレームに関する整合がとれていなければ、ステレオECU20側が、画像処理のタイミングをずらしてしまったり、画像処理すべき画像を取り込み間違いしてしまったりするおそれがある。
そこで、本発明の車両用画像処理装置は、立体物検出と白線検出のそれぞれの処理に適した画像を得るために、以下のように動作する。
図2は、カメラECU10とステレオECU20間で行われる画像処理シーケンスの一部を切り出した図である。
ステレオECU20内のSV−CPU23は、カメラECU10内のカメラCPU13とシリアル通信を行う。SV−CPU23は、シリアル通信で、画像認識処理部24のシャッタ制御で算出された白線用カメラ制御値(図2上方にある符号a1,a2,a3の実線矢印)と立体物用カメラ制御値(図2上方にある符号b1,b2,b3の点線矢印)を必ず交互にカメラCPU13に送信する。例えば50msの送信周期で、白線用カメラ制御値と立体物用カメラ制御値が送信される(図5参照)。また、白線用カメラ制御値と立体物用カメラ制御値の送信順序が定められ、通信カウンタが、奇数の場合(図2中の符号(i),(iii),(v))には白線用カメラ制御値が送信され、偶数の場合(図2中の符号(ii),(iv),(vi))には立体物用カメラ制御値が送信される。
なお、SV−CPU23は、カメラ制御値を送信する場合、画像認識処理部24のカメラ制御値の算出タイミングにかかわらず、その送信タイミングにおける最新の算出結果であるカメラ制御値を送信する。すなわち、画像認識処理部24によるカメラ制御値の算出処理が高負荷等の理由により送信タイミングに間に合わなければ、前回算出されたカメラ制御値が送信される。
一方、カメラECU10は、2フレームを最小単位に白線用カメラ制御を行い、1フレームを最小単位に立体物用カメラ制御を行う。つまり、SV−CPU23からの白線用カメラ制御値は2フレーム毎に適用され、SV−CPU23からの立体物用カメラ制御値は1フレーム毎に適用される。
ここで、カメラの1フレームは2つのフィールドという要素から成り立っている。つまり、走査線の奇数本目に走査が行われる「奇数(ODD)フィールド」と、走査線の偶数本目に走査が行われる「偶数(EVEN)フィールド」である。カメラECU10は、撮像した1フレーム毎にフレームカウンタN(N=1,2,3,・・・)を順番に付与する。フィールドもさらに区別できるように「1o,1e」,「2o,2e」,・・・と付与してもよい。
このような条件の下、カメラECU10によるカメラ制御は、以下のように行われる。図6は、カメラECU10がカメラ制御する際のフローチャートである。カメラECU10は、フレームカウンタNに応じて白線用カメラ制御を行うか立体物用カメラ制御を行うかを決定している(ステップ70)。フレームカウンタNを3で割った余りが0であるカウンタを付与したフレームに対しては白線用カメラ制御値を適用して白線用カメラ制御を実行する(ステップ72)。一方、フレームカウンタNを3で割った余りが1であるカウンタを付与したフレームに対しては立体物用カメラ制御値を適用して立体物用カメラ制御を実行する(ステップ74)。
したがって、図2の場合、カメラECU10は、「フレームカウンタ3」,「6」,「9」毎に白線用カメラ制御値を適用して撮像し、「フレームカウンタ1」,「4」,「7」,「10」毎に立体物用カメラ制御値を適用して撮像する。
なお、カメラECU10は、受信している最新の立体物用カメラ制御値若しくは白線用カメラ制御値をそれぞれの最小単位毎に適用して撮像する。つまり、カメラ制御値の受信タイミングと撮像のタイミングとの同期はとれていなくてもよい。
したがって、カメラECU10が、上述のように、フレームカウンタが3のフレームに対してカメラ制御を行う場合には白線用カメラ制御値a1が適用され、フレームカウンタが7のフレームに対してカメラ制御を行う場合には立体物用カメラ制御値b1が適用される。これに対し、フレームカウンタが5のフレームに対してカメラ制御が行われる場合には、白線用カメラ制御値a2はまだ受信していないため、そのとき最新のカメラ制御値である白線用カメラ制御値a1が適用される。フレームカウンタが2や8のフレームについても、同様である。
次に、上述のようなカメラ制御を行ったカメラECU10は、撮像したフレームの画像データとともに、当該フレームのカメラ制御値とフレームカウンタをステレオECU20に送信する。このとき、「1.フレームカウンタNを3で割った余りが0(N mod 3=0)であるフレームは白線用カメラ制御により撮像した白線用フレームである」、「2.フレームカウンタNを3で割った余りが1又は2(N mod 3=1,2)であるフレームは立体物用カメラ制御により撮像した立体物用フレームである」といった通信定義を予め設定しておく。カメラECU10はそれらのデータをこの通信定義に従ってステレオECU20に送信する。
カメラECU10から画像データを受けたステレオECU20は、フレームに付与されたフレームカウンタに応じて白線用フレームと立体物フレームを区別する。ステレオECU20は、上記の通信定義に従い、処理すべきフレームのフレームカウンタNが「N mod 3=0」を満たすとき白線用カメラ制御により撮像した白線用フレームであるとして白線検出処理を行う。一方、処理すべきフレームのフレームカウンタNが「N mod 3=1,2」を満たすとき立体物用カメラ制御により撮像した立体物用フレームであるとして立体物検出処理を行う。そして、白線検出処理の後に白線用カメラ制御値算出等の白線認識後処理が行われ、立体物検出処理の後に立体物用カメラ制御値算出等の立体物認識後処理が行われる。
ここで、図3及び図4は、カメラECU10から画像データを受けたステレオECU20が処理するフローチャートである。図3において、ステレオECU20は、上記の通信定義に従い、処理すべきフレームのフレームカウンタNの確認を行う(ステップ10,12)。「N mod 3=1」ならば、ステレオECU20内の画像認識処理部24は立体物検出処理を行う(ステップ14)。そして、画像認識処理部24は、立体物検出処理がなされたフレームを基に立体物用カメラ制御値を算出する(ステップ16)。一方、ステップ12において「N mod 3=1」でなければ、フェール処理が行われる(ステップ18)。
また、図4においても同様に、ステレオECU20は、上記の通信定義に従い、処理すべきフレームのフレームカウンタNの確認を行う(ステップ30,32)。「N mod 3=0」ならば、ステレオECU20内の画像認識処理部24は白線検出処理を行う(ステップ34)。そして、画像認識処理部24は、白線検出処理がなされたフレームを基に白線用カメラ制御値を算出する(ステップ36)。一方、ステップ32において「N mod 3=0」でなければ、フェール処理が行われる(ステップ38)。
ここで、ステップ12とステップ32のように、ステレオECU20は、フレームカウンタに従って制御を切り替えている。処理負荷増大等の理由により、白線検出処理若しくは立体物検出処理の時間が増えてタイミングがずれた場合には、その回のメイン周回をあきらめ(ステップ18,38のフェール処理)、タイミングを取り直して再スタートする。処理時間の制限として、例えば、白線検出処理は16.7ms以内、立体物検出処理は83.3ms以内に設定しておく。また、ステレオECU20内の画像認識処理部24の起動タイミングは、白線検出はEVEN起動、立体物検出はODD起動であるため、初期起動時にフレームカウンタとODD/EVEN起動のタイミングを合わせるために、空回しをする必要がある。例えば、立体物の画像をEVEN起動で受けたり、白線の画像をODD起動で受けたりすることがある。その場合には、その回の処理を廃棄して、SV−CPU23による白線用カメラ制御値と立体物用カメラ制御値のカメラECU10への送信タイミングに合わせる必要がある。
以上のように、ステレオECU20は、付与されたフレームカウンタに応じて白線検出処理すべきフレームと立体物検出処理すべきフレームを区別することによって、検出処理すべきフレームを白線用と立体物用で間違えて取り込むことを防止することができる。そして、フレームの区別を行ったステレオECU20は、白線検出処理用と区別がなされたフレームを基に白線検出処理と白線用カメラ制御値の算出処理を行い、立体物検出処理用と区別がなされたフレームを基に立体物検出処理と立体物用カメラ制御値の算出処理を行っている。
そして、このように算出処理された白線用カメラ制御値と立体物用カメラ制御値に関して、「通信カウンタが奇数の場合には白線用カメラ制御値を送信し、偶数の場合には立体物用カメラ制御値を送信する」といった送信順序の決め事を設定し、それに従ってステレオECU20がカメラECU10への送信を行っている。したがって、カメラECU10は、その送信順序でカメラ制御値の送信があることに従うことによって、白線用カメラ制御値と立体物用カメラ制御値を間違えてフレームに適用することを防止することができる。
さらに、このような送信順序によるステレオECU20からの各カメラ制御値に関して、カメラECU10は、フレームカウンタNを3で割った余りが0であるカウンタを付与したフレームに対しては白線用カメラ制御値を適用して白線用カメラ制御を実行する。一方、フレームカウンタNを3で割った余りが1であるカウンタを付与したフレームに対しては立体物用カメラ制御値を適用して立体物用カメラ制御を実行する。各カメラ制御を実行したカメラECU10は、撮像したフレームの画像データを、当該フレームのカメラ制御値とフレームカウンタとを付与した上で、ステレオECU20に送信する。このよう流れが、カメラECU10とステレオECU20間で繰り返されることとなり、立体物検出と白線検出のそれぞれの処理に適した画像を得ることができるようになる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。例えば、本発明の走査方式は特に限定せず、インターレース方式でもノンインターレース方式でもよい。
本発明の車両用画像処理装置を用いたシステムの構成の一例を示した図である。 カメラECU10とステレオECU20間で行われる画像処理シーケンスの一部を切り出した図である。 立体物検出処理のフローチャートである。 白線検出処理のフローチャートである。 カメラ制御値を一定周期で送信するタイマルーチンである。 カメラECU10がカメラ制御する際のフローチャートである。 路面に明るさ基準ウィンドウが設定されたことを示す図である。 立体物の周囲に明るさ基準ウィンドウが設定されたことを示す図である。
符号の説明
10 カメラECU
11,12 撮像素子
13 カメラCPU
14 画像出力部
15,16 レンズ
17 カメラモジュール
18,25,26 メモリ
20 ステレオECU
21 画像入力部
22 画像変換処理部
23 SV−CPU
24 画像認識処理部

Claims (4)

  1. フレームの露出を調節するためのカメラ制御値を算出処理する算出処理手段と、
    前記算出処理手段により算出されたカメラ制御値を適用して撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段により撮像されたフレームに対して白線検出処理と立体物検出処理を行う検出処理手段とを備える車両用画像処理装置であって、
    前記撮像手段は、前記算出処理手段により白線と立体物のそれぞれの検出に適するように算出処理されたカメラ制御値をフレーム毎に適用して撮像し、撮像したフレームとフレームカウンタを前記検出処理手段に送信し、
    前記検出処理手段は、前記フレームカウンタに応じて、白線検出処理すべきフレームと立体物検出処理すべきフレームを区別し、白線検出処理用と区別がなされたフレームを基に前記算出処理手段により算出処理された白線用カメラ制御値が適用されて撮像されたフレームに対して白線検出処理を行い、立体物検出処理用と区別がなされたフレームを基に前記算出処理手段により算出処理された立体物用カメラ制御値が適用されて撮像されたフレームに対して立体物検出処理を行うことを特徴とする車両用画像処理装置。
  2. 前記算出処理手段により算出処理されたカメラ制御値は、所定の送信順序で前記撮像手段に送信される、請求項1に記載の車両用画像処理装置。
  3. 前記算出処理手段は、前記撮像手段への所定の送信タイミングにカメラ制御値の算出処理が間に合わない場合には前回算出処理されたカメラ制御値を送信する請求項記載の車両用画像処理装置。
  4. 前記撮像手段は、受信しているうちで最新の白線用カメラ制御値と最新の立体物用カメラ制御値を適用して撮像する請求項記載の車両用画像処理装置。
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