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図面 (12)

課題

道路部分を含む領域の画像が暗くなるのを防止しつつ、上方を撮像した場合でもスミア等のないコントラストの良い画像が得られ、かつ常にコントラストの良い道路画像車線画像が得られる撮像装置を提供する。

解決手段

画像信号を出力するCCD3を有し、露光時間を制御可能なカメラ1と、CCD3の前面側に配置された分割駆動可能なLCD4と、撮像を開始させる同期信号を出力する撮像制御信号生成手段7と、奇数回目撮像範囲の空領域を検出する空領域検出手段13と、偶数回目の撮像時に用いる露光時間を空領域以外の領域の輝度に応じて算出する露光時間算出手段14と、検出された空領域内にあるLCD4のブロックを偶数回目の撮像開始前に駆動して透過光量を減衰させるフィルタ駆動手段15とを備え、偶数回目の撮像時に得られる画像データを外部へ出力する。走行時に画像の空領域が上下に変化しても、その変化に応じてLCD4により光量を減衰する領域を上下に変化させることができる。

概要

背景

従来、この種の撮像装置としては、例えば特開平6−105194号公報に開示された技術がある。この従来技術は、車両後方監視用等の車載カメラにおいて、CCDから出力される画面形成用の映像信号領域太陽光等の明るい光源入りこむ空の上部領域と、路上の状況等のより鮮明な確認を必要とする画面下側の下部領域を含む複数領域に分割し、下部領域からの映像信号出力のみを対象として、アイリスコントロールを作動させて、CCD平均出力レベルが被写体の明るさに関係なく一定になるようにするアイリスコントロールを設け、上部領域の所定以上の明るさに対応する映像信号出力に対しては、上部領域の光透過率を低下させ、明るさが所定値以下に押さえるように構成したオプトエレクトロニックフィルタを設けたことを特徴とするものである。

具体的には、上記従来技術では、CCD前方にあるレンズの前面上部の領域を覆うように配置されたエレクトロクロミック素子(オプトエレクトロニックフィルタ)と、この素子を制御するフィルタコントロール回路と、レンズとCCDの間に配置された絞りと、この絞りを駆動するアイリスコントロール回路とが設けられている。そして、この従来技術では、上部領域の明るさが所定値以上になったとき、上部領域の明るさを所定値以下に押さえるように、CCDから出力される上部領域の映像信号をフィルタコントロール回路へ出力してエレクトロクロミック素子を制御すると共に、下部領域におけるCCD平均出力レベルが一定になるように、CCDから出力される下部領域の映像信号をアイリスコントロール回路へ出力して絞りを制御するように構成されている。

概要

道路部分を含む領域の画像が暗くなるのを防止しつつ、上方を撮像した場合でもスミア等のないコントラストの良い画像が得られ、かつ常にコントラストの良い道路画像車線画像が得られる撮像装置を提供する。

画像信号を出力するCCD3を有し、露光時間を制御可能なカメラ1と、CCD3の前面側に配置された分割駆動可能なLCD4と、撮像を開始させる同期信号を出力する撮像制御信号生成手段7と、奇数回目撮像範囲の空領域を検出する空領域検出手段13と、偶数回目の撮像時に用いる露光時間を空領域以外の領域の輝度に応じて算出する露光時間算出手段14と、検出された空領域内にあるLCD4のブロックを偶数回目の撮像開始前に駆動して透過光量を減衰させるフィルタ駆動手段15とを備え、偶数回目の撮像時に得られる画像データを外部へ出力する。走行時に画像の空領域が上下に変化しても、その変化に応じてLCD4により光量を減衰する領域を上下に変化させることができる。

目的

(3)エレクトロクロミック素子を制御するためにフィルタコントロール回路へ出力する画像信号と、外部へ出力する画像信号とが同一であるため、車両の振動等によって太陽を撮像した場合、エレクトロクロミック素子によって光量が減衰されないスミアやブルーミングのある画像(図11の(B)参照)が一瞬出力されてしまう。このことは、画像処理により道路車線を検出する際に、コントラストの良い道路画像や車線画像が得られず、特に問題となる。この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は、道路部分を含む領域の画像が暗くなるのを防止しつつ、上方を撮像した場合でもスミア等のないコントラストの良い画像が得られ、かつ常にコントラストの良い道路画像や車線画像が得られる撮像装置を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

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請求項1

入射光の光強度に応じた画像信号を出力するイメージセンサを有し、該イメージセンサに対する入射光の露光時間を制御可能なカメラと、前記イメージセンサの前面側に配置された分割駆動可能な複数の透過光可変部を有し、各透過光量可変部は駆動されると透過光の光量を減衰させるフィルタ手段と、前記カメラによる撮像を開始させる同期信号を生成し、一定時間毎に前記カメラへ出力する撮像制御信号生成手段と、奇数回目の撮像時に得られる前記画像信号に基づき、奇数回目の撮像範囲における空部分の略全体が含まれる空領域を検出する空領域検出手段と、前記奇数回目の撮像時に得られる画像信号に基づき、前記奇数回目の撮像の次に行なう偶数回目の撮像時に用いる露光時間を前記空領域検出手段により検出された前記空領域以外の領域全体輝度に応じて算出し、該露光時間を表わす制御信号を前記カメラへ出力する露光時間算出手段と、前記複数の透過光量可変部のうち前記検出された空領域に対応する領域内にある全ての透過光量可変部を、前記奇数回目の撮像の次に行なう偶数回目の撮像開始前に駆動するフィルタ駆動手段とを備え、偶数回目の撮像時にそれぞれ得られる前記画像信号を外部から読み出せるように構成されていることを特徴とする撮像装置

請求項2

入射光の光強度に応じた画像信号を出力するイメージセンサを有し、該イメージセンサに対する入射光の露光時間を制御可能なカメラと、前記イメージセンサの前面側に配置された分割駆動可能な複数の透過光量可変部を有し、各透過光量可変部は駆動されると透過光の光量を減衰させるフィルタ手段と、動作の基準となるクロック信号を出力するクロック生成手段と、前記カメラによる撮像を開始させる同期信号と奇数回目及び偶数回目の撮像をそれぞれ示すフレーム信号とを前記クロック信号から生成し、出力する撮像制御信号生成手段と、前記画像信号を画像データに変換するA/D変換手段と、前記フレーム信号に基づき、前記画像データを奇数回目の撮像時に得られる第1の画像データと偶数回目の撮像時に得られる第2の画像データに分類する分類手段と、前記第1及び第2の画像データをそれぞれ記憶する第1及び第2の記憶手段と、前記第1の記憶手段が前記第1の画像データを、前記第2の記憶手段が前記第2の画像データをそれぞれ記憶するように、前記両記憶手段を前記同期信号及びフレーム信号に基づき制御する記憶制御手段と、前記第1の記憶手段に記憶された前記第1の画像データから、奇数回目の撮像範囲における空部分の略全体が含まれる空領域を検出する空領域検出手段と、前記第1の記憶手段に記憶された前記第1の画像データから、前記奇数回目の撮像の次に行なう偶数回目の撮像時に用いる露光時間を前記空領域検出手段により検出された前記空領域以外の領域全体の輝度に応じて算出し、該露光時間を表わす制御信号を前記カメラへ出力する露光時間算出手段と、前記フレーム信号と空領域検出手段の検出結果とに基づき、前記複数の透過光量可変部のうち前記検出された空領域に対応する領域内にある全ての透過光量可変部を、前記奇数回目の撮像の次に行なう偶数回目の撮像開始前に駆動するフィルタ駆動手段とを備え、前記第2の記憶手段に記憶された前記第2の画像データを外部から読み出せるように構成されていることを特徴とする撮像装置。

請求項3

前記露光時間算出手段は、前記奇数回目の撮像時に、次次回に行なう奇数回目の撮像時に用いる露光時間を撮像範囲全体の平均輝度に応じて算出し、該露光時間を表わす制御信号を前記カメラへ出力するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。

請求項4

前記複数の透過光量可変部は、前記イメージセンサの前面の略全体を覆うように、少なくとも縦1列に配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像装置。

請求項5

前記空領域検出手段は、前記複数の透過光量可変部の各々の横方向中央に対応する位置で、奇数回目の撮像範囲における縦方向輝度変化を検出し、この検出した輝度変化データに対し平滑化を行なった後に、前記平滑化した輝度変化データの変化率の絶対値を求め、求めた前記絶対値の最大値より小さい所定値をしきい値とし、かつ前記輝度変化データの先頭から前記しきい値を越える位置を探索し、最初に前記しきい値を越えた位置を奇数回目の撮像範囲における空領域と空領域以外の領域との境界であると判定し、この境界より上の領域を空領域として検出するように構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置。

請求項6

前記フィルタ手段は液晶装置で構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像装置。

請求項7

前記しきい値は、前記最大値の1/2の値であることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。

技術分野

0001

この発明は、自動車等の車両や他の乗り物に搭載される撮像装置、特に、前方の走行路を検出するための画像や、車両後方視界を確認するための画像等を得るための撮像装置に関する。

背景技術

0002

従来、この種の撮像装置としては、例えば特開平6−105194号公報に開示された技術がある。この従来技術は、車両後方監視用等の車載カメラにおいて、CCDから出力される画面形成用の映像信号領域太陽光等の明るい光源入りこむ空の上部領域と、路上の状況等のより鮮明な確認を必要とする画面下側の下部領域を含む複数領域に分割し、下部領域からの映像信号出力のみを対象として、アイリスコントロールを作動させて、CCD平均出力レベルが被写体の明るさに関係なく一定になるようにするアイリスコントロールを設け、上部領域の所定以上の明るさに対応する映像信号出力に対しては、上部領域の光透過率を低下させ、明るさが所定値以下に押さえるように構成したオプトエレクトロニックフィルタを設けたことを特徴とするものである。

0003

具体的には、上記従来技術では、CCD前方にあるレンズの前面上部の領域を覆うように配置されたエレクトロクロミック素子(オプトエレクトロニックフィルタ)と、この素子を制御するフィルタコントロール回路と、レンズとCCDの間に配置された絞りと、この絞りを駆動するアイリスコントロール回路とが設けられている。そして、この従来技術では、上部領域の明るさが所定値以上になったとき、上部領域の明るさを所定値以下に押さえるように、CCDから出力される上部領域の映像信号をフィルタコントロール回路へ出力してエレクトロクロミック素子を制御すると共に、下部領域におけるCCD平均出力レベルが一定になるように、CCDから出力される下部領域の映像信号をアイリスコントロール回路へ出力して絞りを制御するように構成されている。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上記従来技術では、下記の問題点(1)〜(3)がある。これらの問題点を図10及び図11に基づいて説明する。図10の(A)は水平路走行時の撮像状態を、同図の(B)は下り坂の入口又は上り坂出口での撮像状態を、(C)は車両の振動による上方撮像時の状態を、(D)は(A)の撮像時に得られる画像を、(E)は(B)の撮像時に得られる画像を、(F)は(C)の撮像時に得られる画像をそれぞれ示している。そして、図11の(A)〜(E)は走行中に画像が刻々と変化する様子を示している。
(1)上部領域の明るさを押さえるためのエレクトロクロミック素子は、レンズの前面上部の領域を通る光だけに作用してその光量(図4の(D)〜(F)に示す領域aの光量)を減衰させる。すなわち、エレクトロクロミック素子が光量を減衰できる光は、レンズの前面上部の領域を通る光に限られる。そのため、図10の(B)で示すように走行中に車両が下り坂の入口や上り坂の出口にさしかかることにより又は図10の(C)で示すように車両の振動によりカメラ光軸が水平方向より上方へ向き、これによって撮像画面における空部分を含む空領域の上下方向の幅が図10の(E)、(F)及び図11の(B)で示すように大きくなった場合には、空領域全体をエレクトロクロミック素子でカバーできなくなることがある。このような場合、図11(B)で示すようにエレクトロクロミック素子でカバーできない空領域内に太陽が撮像されていると、画像内にスミアブルーミングが発生してしまい、コントラストの良い画像が得られないという問題があった。

0005

(2)下部領域におけるCCD平均出力レベルが一定になるように絞りを制御しているので、図11の(A)の画像で下部領域が適正露出となるように調整されている場合、図11の(B)で示すように上述した理由によりエレクトロクロミック素子でカバーできない空領域ができ、下部領域内に高輝度な空領域が含まれてしまうと、下部領域におけるCCD平均出力レベルが大きくなって絞りが絞られる。その結果、道路部分を含む下部領域の画像が暗くなってしまうという問題があった。この問題を解決するために、エレクトロクロミック素子の大きさを下方向へ拡大してこの素子でカバーできる空領域を下方向へ拡大すると、水平路走行時に下部領域の受光量がエレクトロクロミック素子の拡大部分で減衰されてしまい、下部領域の画像が暗くなってしまう。

0006

(3)エレクトロクロミック素子を制御するためにフィルタコントロール回路へ出力する画像信号と、外部へ出力する画像信号とが同一であるため、車両の振動等によって太陽を撮像した場合、エレクトロクロミック素子によって光量が減衰されないスミアやブルーミングのある画像(図11の(B)参照)が一瞬出力されてしまう。このことは、画像処理により道路車線を検出する際に、コントラストの良い道路画像車線画像が得られず、特に問題となる。この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は、道路部分を含む領域の画像が暗くなるのを防止しつつ、上方を撮像した場合でもスミア等のないコントラストの良い画像が得られ、かつ常にコントラストの良い道路画像や車線画像が得られる撮像装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

前述の課題を解決するため請求項1記載の発明に係る撮像装置は、入射光の光強度に応じた画像信号を出力するイメージセンサを有し、イメージセンサに対する入射光の露光時間を制御可能なカメラと、イメージセンサの前面側に配置された分割駆動可能な複数の透過光可変部を有し、各透過光量可変部は駆動されると透過光の光量を減衰させるフィルタ手段と、カメラによる撮像を開始させる同期信号を生成し、一定時間毎に前記カメラへ出力する撮像制御信号生成手段と、奇数回目の撮像時に得られる画像信号に基づき、奇数回目の撮像範囲における空部分の略全体が含まれる空領域を検出する空領域検出手段と、奇数回目の撮像時に得られる画像信号に基づき、奇数回目の撮像の次に行なう偶数回目の撮像時に用いる露光時間を空領域検出手段により検出された空領域以外の領域全体の輝度に応じて算出し、該露光時間を表わす制御信号をカメラへ出力する露光時間算出手段と、複数の透過光量可変部のうち検出された空領域に対応する領域内にある全ての透過光量可変部を、奇数回目の撮像の次に行なう偶数回目の撮像開始前に駆動するフィルタ駆動手段とを備え、偶数回目の撮像時にそれぞれ得られる画像信号を外部から読み出せるように構成されているものとした。

0008

また、前述の課題を解決するため請求項2記載の発明に係る撮像装置は、入射光の光強度に応じた画像信号を出力するイメージセンサを有し、イメージセンサに対する入射光の露光時間を制御可能なカメラと、イメージセンサの前面側に配置された分割駆動可能な複数の透過光量可変部を有し、各透過光量可変部は駆動されると透過光の光量を減衰させるフィルタ手段と、動作の基準となるクロック信号を出力するクロック生成手段と、カメラによる撮像を開始させる同期信号と奇数回目及び偶数回目の撮像をそれぞれ示すフレーム信号とをクロック信号から生成し、出力する撮像制御信号生成手段と、画像信号を画像データに変換するA/D変換手段と、フレーム信号に基づき、画像データを奇数回目の撮像時に得られる第1の画像データと偶数回目の撮像時に得られる第2の画像データに分類する分類手段と、第1及び第2の画像データをそれぞれ記憶する第1及び第2の記憶手段と、第1の記憶手段が第1の画像データを、第2の記憶手段が第2の画像データをそれぞれ記憶するように、両記憶手段を同期信号及びフレーム信号に基づき制御する記憶制御手段と、第1の記憶手段に記憶された第1の画像データから、奇数回目の撮像範囲における空部分の略全体が含まれる空領域を検出する空領域検出手段と、第1の記憶手段に記憶された第1の画像データから、奇数回目の撮像の次に行なう偶数回目の撮像時に用いる露光時間を空領域検出手段により検出された空領域以外の領域全体の輝度に応じて算出し、該露光時間を表わす制御信号をカメラへ出力する露光時間算出手段と、フレーム信号と空領域検出手段の検出結果とに基づき、複数の透過光量可変部のうち検出された空領域に対応する領域内にある全ての透過光量可変部を、奇数回目の撮像の次に行なう偶数回目の撮像開始前に駆動するフィルタ駆動手段とを備え、第2の記憶手段に記憶された第2の画像データを外部から読み出せるように構成されているものとする。

0009

好ましくは、露光時間算出手段は、奇数回目の撮像時に、次次回に行なう奇数回目の撮像時に用いる露光時間を撮像範囲全体の平均輝度に応じて算出し、該露光時間を表わす制御信号をカメラへ出力するように構成されている。好ましくは、複数の透過光量可変部は、イメージセンサの前面の略全体を覆うように、少なくとも縦1列に配置されている。好ましくは、空領域検出手段は、複数の透過光量可変部の各々の横方向中央に対応する位置で、奇数回目の撮像範囲における縦方向輝度変化を検出し、この検出した輝度変化データに対し平滑化を行なった後に、平滑化した輝度変化データの変化率の絶対値を求め、求めた絶対値の最大値より小さい所定値をしきい値とし、かつ輝度変化データの先頭からしきい値を越える位置を探索し、最初にしきい値を越えた位置を奇数回目の撮像範囲における空領域と空領域以外の領域との境界であると判定し、この境界より上の領域を空領域として検出するように構成されている。好ましくは、フィルタ手段は液晶装置で構成されている。好ましくは、しきい値は、最大値の1/2の値である。

0010

請求項1記載の撮像装置では、カメラは同期信号の入力により各回の撮像を開始する。奇数回目(2n−1回目)の撮像時には、撮像範囲における空領域が空領域検出手段により検出されると共に、偶数回目(2n回目)の撮像時に用いる露光時間が、検出された空領域以外の領域全体の輝度に応じて露光時間算出手段により算出される。偶数回目(2n回目)の撮像の前に、フィルタ手段の複数の透過光量可変部のうち、奇数回目の撮像時に検出された空領域に対応する領域内にある全ての透過光量可変部が、空領域の光量を減衰させるようにフィルタ駆動手段により駆動されている。そのため、偶数回目(2n回目)の撮像時には、空領域の光量が空領域に対応する領域内にある透過光量可変部により減衰された状態で、かつ露光時間算出手段により算出された露光時間で撮像がなされる。そして、偶数回目の撮像時にそれぞれ得られる画像信号を外部ヘ出力することができる。

0011

また、請求項2記載の撮像装置では、カメラは同期信号の入力により各回の撮像を開始する。各回の撮像時に得られる画像信号はA/D変換手段により画像データに変換された後、フレーム信号に基づき奇数回目の撮像時に得られる第1の画像データと偶数回目の撮像時に得られる第2の画像データに分類手段により分類される。記憶制御手段による制御により、第1の画像データは第1の記憶手段に、第2の画像データは第2の記憶手段にそれぞれ記憶される。奇数回目(2n−1回目)の撮像時には、記憶された第1の画像データから、撮像範囲における空領域が空領域検出手段により検出されると共に、偶数回目(2n回目)の撮像時に用いる露光時間が、検出された空領域以外の領域全体の輝度に応じて露光時間算出手段により算出される。偶数回目(2n回目)の撮像の前には、フィルタ手段の複数の透過光量可変部のうち、奇数回目の撮像時に検出された空領域に対応する領域内にある全ての透過光量可変部がフィルタ駆動手段により既に駆動されている。そのため、偶数回目(2n回目)の撮像時には、空領域の光量が空領域に対応する領域内にある透過光量可変部により減衰された状態で、かつ露光時間算出手段により算出された露光時間で撮像がなされる。そして、第2の記憶手段に記憶された第2の画像データを外部へ出力することができる。

0012

このように、請求項1記載の撮像装置では、偶数回目の撮像が、その撮像の前に行なわれる奇数回目の撮像時に検出された空領域の光量をフィルタ手段により減衰した状態でなされるので、車両走行時に撮像される画像の空領域が上下方向に変化しても、その変化に応じてフィルタ手段により光量を減衰させる領域を上下方向に変化させることができる。また、偶数回目の撮像に用いる露光時間が、奇数回目の撮像時に、空領域以外の領域全体の輝度に応じて算出されるので、すなわち、輝度の高い空領域を除いて算出されるので、空領域以外の領域すなわち道路部分を含む領域がコントラスト良く撮像されかつ常に適正な明るさとなる。しかも、フィルタ手段を制御するのに用いる画像信号と出力する画像信号とが異なるため、車両の振動等によって太陽を撮像した場合に、フィルタ手段によって光量が減衰されないままのスミアやブルーミングのある画像が一瞬でも出力されることはない。

0013

また、請求項2記載の撮像装置では、奇数回目の撮像時に空領域を検出しかつ露光時間を算出するのに用いる第1の画像デ−タと、偶数回目の撮像時に装置外部へ出力するのに用いる第2の画像デ−タとを別の記憶手段に記憶するので、スミアやブルーミングのある画像が出力されるのを、より確実に防止できる。また、奇数回目の撮像時に、次次回の撮像時に用いる露光時間を撮像範囲全体の平均輝度に応じて算出することにより、各奇数回目の撮像が刻刻と変化する撮像範囲の明かるさに応じた露光時間でなされる。また、複数の透過光量可変部を、イメージセンサの前面の略全体を覆うように、少なくとも縦1列に配置することにより、イメージセンサの任意の領域の光量を透過光量可変部で減衰することができる。また、空領域の境界を検出する際に、検出した輝度変化データに対し平滑化を行なうことにより、輝度変化データに含まれる微少な輝度変化を除去することができ、ノイズによる影響の少ない境界検出を行なえる。また、フィルタ手段を液晶装置とすれば、フィルタ手段を市販のデバイスで実現できる。また、しきい値を最大値の1/2としたことにより、輝度変化データの先頭からしきい値を越える位置を探索する際の時間を短縮できる。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1はこの発明の一実施形態に係る撮像装置を示している。この撮像装置は、自動車等の車両に搭載されるもので、例えば前方の走行路を検出するための道路画像や車線画像を得るのに使用される。図1に示す撮像装置は、CCDカメラ(以下、単にカメラという)1を備えている。このカメラ1は、レンズ2と、レンズ2を通って入射する光の光強度に応じた画像信号を出力するCCD3と、CCD3の前面(受光面)側に配置されたLCD(液晶装置)4とを備え、CCD3に対する入射光の露光時間を制御可能に構成されている。

0015

カメラ1は、レンズ2側が前方を向きかつカメラ光軸(レンズ2の光軸)が水平方向に対して所定の角度をなすように、自動車5の所定箇所、例えばフロントガラス5aの上部内側に設置されている(図6参照)。CCD3は、二次元的に配置された多数の画素を有する二次元CCDで、入射光の光強度を各画素の光電変換部で電気信号に変換した出力を順次読み出し、画像信号として出力する。

0016

LCD4は、CCD3の前面側に配置された分割駆動可能な複数のブロック(透過光量可変部)を有する。すなわち、LCD4は図2に示すようにn×m個のブロック4aに分割されており、各ブロック4aは液晶セル、一対の偏光板等から構成されている。各ブロック4aに与える電圧を制御することにより、各ブロック4aは独立に駆動されてその透過率が変化するので、駆動された各ブロック4aの領域を透過してCCD3に入射する光の光量のみを減衰させることができる。したがって、複数のブロック4aのうちの任意の領域にあるブロック4aを駆動することにより、カメラ1により撮像される撮像範囲内における任意の領域の光量を減衰させることができる。

0017

図1に示す撮像装置は、カメラ1の他に、動作の基準となるクロック信号を出力するクロック生成回路6、撮像制御信号生成回路7、A/D変換器8、切替回路9、第1の記憶回路10、第2の記憶回路11、記憶制御回路12、空領域検出回路13、露光時間算出回路14、及びLCD駆動回路15を備えている。撮像制御信号生成回路7は、クロック生成回路6から出力されるクロック信号から、カメラ1による撮像を開始させる同期信号S1と、奇数回目の撮像及び偶数回目の撮像をそれぞれ示すフレーム信号S2とを生成し、出力する。同期信号S1は一定時間毎に出力されるパルス信号である。一方、フレーム信号S2は、奇数回目の撮像時には”0”になり、偶数回目の撮像時には”1”になる。

0018

A/D変換器8は、CCD3から出力される画像信号をデジタル信号の画像データに変換する。切替え回路9は、撮像制御信号生成回路7から出力されるフレーム信号S2に基づき、A/D変換器8から出力される画像データを奇数回目(2n−1回目。ここで、nは1以上の整数)の撮像時の画像データ(第1の画像データ)と偶数回目(2n回目)の撮像時の画像データ(第2の画像データ)に振り分ける。記憶制御回路12は、第1の記憶回路10が奇数回目の撮像時の画像データを、第2の記憶回路11が偶数回目の撮像時の画像データをそれぞれ適時に記憶するように、クロック信号、同期信号S1、フレーム信号S2及び後述する露出時間を表わす信号から生成する記憶制御信号により両記憶回路10、11を制御するように構成されている。

0019

空領域検出回路13は、第1の記憶回路10に記憶された第1の画像データから、奇数回目の撮像範囲(撮像画面)における空部分の略全体が含まれる空領域を検出し、この検出した空領域を表わす信号を出力するように構成されている。露光時間算出手段14は、第1の記憶手段10に記憶された第1の画像データから、奇数回目(2n−1回目)の撮像範囲における空領域検出手段13により検出された空領域以外の領域全体の平均輝度に応じて次回すなわち偶数回目(2n回目)の撮像時に用いる露光時間(T2n)を算出し、この露光時間を表わす信号を偶数回目の撮像時にカメラ1へ出力するように構成されている。また、露光時間算出手段14は、奇数回目(2n−1回目)の撮像時に、その撮像範囲全体の平均輝度に応じて次次回すなわち奇数回目(2n+1回目)の撮像時の露光時間(T2n+1)を算出し、この露光時間を表わす信号を次次回の撮像時にカメラ1へ出力するように構成されている。さらに、露光時間算出手段14は、撮像装置の起動後の1回目の撮像時には、露光時間として設定可能な範囲の中央値の露光時間を表わす信号をカメラ1に出力するようになっている。なお、算出された露光時間(2n、2n+1)を不図示のメモリに記憶し、この記憶した各露光時間を対応する撮像時に使用するように構成してもよい。

0020

LCD駆動手段15は、LCD4の複数のブロック4aのうち、奇数回目(2nー1回目)の撮影時に空領域検出手段13により検出された空領域に対応する領域内にある全てのブロック4aを、偶数回目(2n回目)の撮像開始前に透過率を低下するように駆動する。各ブロック4aはLCD駆動手段15により独立に駆動されてその透過率が低下するので、各ブロック4aを透過してCCD3に入射する光の光量のみを減衰させることができる。

0021

カメラ1は、撮像制御信号生成手段7から同期信号S1が出力されると、露光を開始するように構成されている。すなわち、カメラ1は、同期信号S1が入力されると、CCD3の各画素の電荷蓄積部に蓄積された電荷リセットする。これによって、CCD3の各画素の電荷蓄積部が入射光の光強度に応じた電荷を蓄積し始め、露光が開始されて各回の撮像が開始される。また、カメラ1は、各回の撮像時に、CCD3の各画素の電荷蓄積部に蓄積される電荷量(平均値)が、露光時間算出手段14から出力される信号が表わす露光時間に対応する電荷量になったとき、CCD3の各画素の電荷読み出し部から出力の読み出しを開始するように構成されている。このように、カメラ1は、各回の撮像時に、CCD3の各画素の電荷蓄積部に蓄積された電荷をリセットしてからCCD3の各画素の出力の読み出しを開始するまでの露光時間を、同期信号S1及び露光時間を表わす信号により制御する。なお、露光時間と露光時間に対応する電荷量との関係は、実験により求められる。さらに、図1に示す撮像装置は、第2の記憶手段11に記憶された第2の画像データ、すなわち偶数回目(2n回目)の画像データを装置出力として外部から読み出せるように構成されている。

0022

次に、上記構成を有する撮像装置の動作を、図3に基づいて説明する。図3は撮像装置の動作の流れを、同期信号S1及びフレーム信号S2と一緒に示している。同図において、横軸は時間の経過を示している。

0023

(1)まず、各回の撮像に共通する動作について説明する。カメラ1は、同期信号S1の入力によりCCD3の各画素の電荷蓄積部に蓄積された電荷をリセットする。これによって、露光が開始されて各回の撮像が開始される。撮像開始後、カメラ1は、CCD3の各画素の電荷蓄積部に蓄積される電荷量が、露光時間算出手段14の出力信号が表わす露光時間に対応する電荷量になったとき、CCD3の各画素の電荷読み出し部から出力(画像信号)を読み出す。これによって、露光が終了する。CCD3から出力される画像信号はA/D変換器8により画像データに変換された後、フレーム信号S2に基づき奇数回目(2n−1回目)の撮像時に得られる第1の画像データと偶数回目(2n回目)の撮像時に得られる第2の画像データに分類手段9により分類される。そして、記憶制御手段による制御により、第1の画像データは第1の記憶手段10に、第2の画像データは第2の記憶手段11にそれぞれ記憶される。

0024

(2)次に、奇数回目(2n−1回目)の撮像について説明する。いま、偶数回目(2n−2回目)までの撮像が終了しているものとする。このとき、LCD4の全てのブロック4aは透過状態(LCD全面透過)になっている。図3のt1時に同期信号S1がカメラ1に入力されると、露光が開始されて撮像が開始される。撮像開始後、CCD3の各画素に蓄積される電荷量が、露光時間算出手段14の出力信号が表わす露光時間に対応する電荷量になったとき、CCD3の各画素から出力(画像信号)が読み出され、露光が終了する。このとき得られる画像信号は画像データに変換されて第1の記憶手段10に記憶される。

0025

次に、第1の記憶手段10に記憶された第1の画像データから、撮像範囲における空領域が空領域検出手段13により検出される。この検出後、偶数回目(2n回目)の撮像時に用いる露光時間(T2n)が、検出された空領域以外の領域全体の輝度に応じて露光時間算出手段14により算出される。このとき、次次回に行なう奇数回目(2n+1回目)の撮像時に用いる露光時間(T2n+1)も、検出された空領域及び空領域以外の領域を含む撮像範囲全体の平均輝度に応じて露光時間算出手段14により算出される。この算出と同時に又は少なくとも次に行なう偶数回目(2n回目)の撮像開始前に、LCD4の複数のブロック4aのうち、検出された空領域に対応する領域内にある全てのブロック4aを、各ブロックにより光量を減衰するようにLCD駆動手段15により駆動する。

0026

(3)次に、偶数回目(2n回目)の撮像について説明する。図3のt2時に同期信号S1がカメラ1に入力されると、露光が開始されて撮像が開始される。この撮像時には、LCD4の複数のブロック4aのうち、奇数回目(2n−1回目)の撮像時に検出された空領域に対応する領域内にある全てのブロック4aがLCD駆動手段15により既に駆動されているので、空領域の光量がこの領域に対応する領域内にある全てのブロック4aにより減衰された状態で撮像がなされる。撮像開始後、CCD3の各画素に蓄積される電荷量が、露光時間算出手段14で算出された露光時間(T2n)に対応する電荷量になったとき、CCD3の各画素から出力が読み出され、露光が終了する。このとき得られる画像信号は画像データに変換されて第2の記憶手段10に記憶される。この記憶された第2の画像データが外部へ読み出される。第2の画像データの記憶後、LCD駆動手段15によるLCD4の駆動を解除してLCD4の全ブロック4aを透過状態にする(LCD全面透過)。

0027

(4)次に、奇数回目(2n+1回目)の撮像について説明する。図3のt3時に同期信号S1がカメラ1に入力されると、露光が開始されて撮像が開始される。撮像開始後、CCD3の各画素に蓄積される電荷量が、露光時間算出手段14で算出された露光時間(T2n+1)に対応する電荷量になったとき、CCD3の各画素から出力が読み出され、露光が終了する。この後の動作は、上述した奇数回目(2n−1回目)の撮像時と同じであるので省略する。

0028

このようにして、奇数回目の撮像と偶数回目の撮像が走行時に交互に繰り返される。なお、撮像装置の起動時には、LCD4の全ブロック4aは透過状態(全面透過)になっている。また、1回目の撮像時には、露光時間算出手段14は、露光時間として設定可能な範囲の中央値を表わす信号を出力するようになっている。

0029

次に、空領域検出手段13が実行する空領域の検出処理図4及び図5に基づいて説明する。空領域の検出は、第1の記憶手段10に記憶された第1の画像データを用い、LCD4の各ブロック4aのX方向中央に対応する位置でのY方向の輝度値を処理することで行なう。ここでの動作説明として、LCD4は、説明を簡単にするために、例えば横方向に3分割(n=3)されかつ縦方向に8分割(m=8)されているものとし、車両が坂道出入口にさしかかったときに得られる画像についての処理の場合を説明する。

0030

図4の(A)のX1、X2、X3は、横方向に3分割されたLCD4の3つの縦列のうちの、左縦列にある各ブロック4aのX方向中央、中央縦列にある各ブロック4aのX方向中央、右側縦列にある各ブロック4aのX方向中央をそれぞれ示している。図4の(A)に示す画像のY座標は、Y=0〜Ymaxで表わされるものとする。

0031

まず、図4の(A)に示す画像のX1の位置でのY方向の輝度変化を検出する。この輝度変化が図5の(A)で示されている。同図で示すように、空領域は輝度値が大きく、微小な変化はあるがその変化量は小さい。空領域から山並み建物、道路等を含む空領域以外の領域に移行する部分では、輝度値が急激に小さくなり、輝度値の変化が大きい。

0032

次に、図5の(A)で示す輝度変化データに対し平滑化を行ない、微小な変化を除去する。この平滑化を行なうために、例えば下記の式1で示される移動平均処理を用いる。
D(i+c/2)=(Di +Di+1 +…+Di+c )/(c+1)
(式1)
ただし、Di はY=iの輝度値、i=0〜Ymax−c、cは偶数である。cの値は、画角により変化するが、通常Ymaxの数%とする。平滑化した輝度変化データが、図5の(B)で示されている。

0033

次に、移動平均処理により平滑化した輝度変化データの変化率の絶対値を下記の式2により演算する。この演算結果が図5の(C)で示されている。
Di =|Di+1 −Di | (式2)
ただし、i=c/2〜Ymax+1−cである。図5の(C)で示される波形は、輝度変化が急激な部分で大きな値を示す。次に、式2で求めた絶対値の最大値を求め、この最大値の1/2をしきい値とし、図5の(C)で示す波形の先頭からそのしきい値を越える位置を探索し、最初にしきい値を越えた位置(Y座標)を奇数回目の撮像範囲における空領域と空領域以外の領域との境界であると判定する。

0034

次に、求めた境界の位置(Y座標)に基づき、LCD駆動手段15により駆動するLCD4のブロック4aの縦方向の番号kを下記の式(3)により算出する。このとき、求めた境界の位置より上の領域が空領域であるので、この空領域に対応する領域全体の光量をLCD4により減衰させるように、すなわち、LCD4による光量の減衰領域が空領域を包み込むように、前記縦方向の番号kを算出する。
1≦k≦(Ys ×m)/(Ymax+1)の整数部+1 (式3)
ただし、Ysは空領域と空領域以外の領域の境界のY座標、mはLCD4の縦方向の分割数(ここではm=8)である。

0035

このような検出処理を、図4の(A)に示す画像のX1、X2、X3の各位置について行なう。その結果、式3の右辺の値は、X1の位置では4、X2の位置では5、X3の位置では4となる。このような検出処理を行なった結果、すなわち上記処理例ではX1の位置で4、X2の位置で5、X3の位置で4の位置データが、空領域検出手段13からLCD駆動手段15へ出力される。これによって、図4の(B)に示すように、空領域に対応する領域全体の光量がLCD4により減衰される。

0036

ところで、車両が道路の突起物等を通過する場合、車体が大きく振動し、カメラ1の光軸の水平方向に対する角度θが初期角度θ0 から増減する(図6及び図7参照)。この間、奇数回目の撮像された画像は図8の(A)〜(E)で示すように変化する。同図の(A)の画像は、角度θが初期角度θ0 に略等しい時のもの、(B)の画像は、角度θが初期角度θ0 より大きくなった時のもの、(C)の画像は、角度θが再び初期角度θ0 に略等くなった時のもの、(D)の画像は、角度θが初期角度θ0 より小さくなった時のもの、そして(E)の画像は、角度θが再び初期角度θ0 に略等しくなった時のものをそれぞれ示している。

0037

図9において、9A〜9Eは、奇数回目の撮像の開始時期をそれぞれ示しかつ図8の(A)〜(E)で示す撮像画面にそれぞれ対応している。また、10A〜10Eは、偶数回目の撮像の開始時期をそれぞれ示す。11A〜11Eは、偶数回目の撮像時に得られる撮像範囲内の画像で、空領域に対応する領域の光量がLCD4により減衰されている(フィルタリングされている)様子をそれぞれ示している。

0038

図8の(A)〜(E)で示すように車両走行時に車両の振動等により撮像された画像が変化する場合にも、上述した奇数回目及び偶数回目の撮像動作を繰り返えすことにより、図9で示すように刻々と上下方向に変化する空領域に追従しながら、その空領域に対応する領域の光量をLCD4により減衰させていく。これによって、車両走行時に撮像された画像の空領域が上下方向に変化しても、その変化に応じてLCD4により光量を減衰させる領域を変化させることができる。

0039

以上説明したように、上記実施形態に係る撮像装置によれば、下記の効果(1)〜(3)が得られる。
(1)偶数回目の撮像が、その撮像の前回に行なわれる奇数回目の撮像時に検出された空領域の光量をLCD4により減衰した状態でなされるので、車両走行時に撮像された画像の空領域が上下方向に変化しても、その変化に応じてLCD4により光量を減衰させる領域を変化させることができる。したがって車両の振動等により上方を撮像した場合でもスミアやブルーミングのないコントラストの良い画像が得られる。
(2)また、偶数回目の撮像に用いる露光時間が、奇数回目の撮像時に空領域以外の領域全体の輝度に応じて算出されるので、すなわち輝度の高い空領域を除いて算出されるので、空領域以外の領域すなわち道路部分を含む領域がコントラスト良く撮像されかつ常に適正な明るさとなる。したがって、空領域以外の領域すなわち道路部分を含む領域が暗くなるのを防止することができる。
(3)さらに、LCD4を制御するのに用いる画像信号と外部へ出力する画像信号とが異なる。そのため、車両の振動等によって太陽を撮像した場合に、LCD4によって光量が減衰されないスミアやブルーミングのある画像が一瞬でも出力されることはない。したがって、常にコントラストの良い道路画像や車線画像を得ることができる。

0040

このように、常にコントラストの良い道路画像や車線画像を得ることができるので、この画像データを用いて特開平3−314775号公報等に開示された画像処理により図9にも示されているような走行路を、路面の白線エッジ情報を用いて検出する場合に、特に有効である。なお、上記実施形態に係る撮像装置の変形例として、LCD4に代えて、光量を減衰できる複数のブロックを有する分割駆動可能な他の素子、例えばエレクトロクロミック素子等を使用してもよい。

0041

また、上記説明では、LCD4が横方向に3分割されかつ縦方向に8分割されたものとしたが、少なくとも縦1列で複数に分割されているLCDであればよい。また、上記実施形態では、空領域の検出処理で、式2で求めた絶対値の最大値を求め、この最大値の1/2をしきい値としている。このしきい値は、最大値より小さければよいが、しきい値を最大値の1/2にしたことにより、輝度変化データの先頭からしきい値を越える位置を探索する際の時間を短縮できる。また、上記一実施形態に係る撮像装置の変形例として、CCD3に代えて、他のイメージセンサを使用可能である。また、上記一実施形態に係る撮像装置の変形例として、カメラ1に、露光時間を制御するためのシャッタ手段を設けてもよい。シャッタ手段は、入射光をCCD3に入射可能にする開状態と、入射不能にする閉状態との間で切り替え可能なもので、機械式のシャッタや、透光状態遮光状態の間で切り替え可能な光学素子等が使用可能である。また、本発明に係る撮像装置は、自動車等の車両に限らず、他の乗り物例えば走行中における揺れの大きいモータボート等の船舶にも有効に使用可能である。

発明の効果

0042

以上説明したように、請求項1記載の発明に係る撮像装置によれば、偶数回目の撮像が、その撮像の前に行なわれる奇数回目の撮像時に検出された空領域の光量をフィルタ手段により減衰した状態でなされるので、車両走行時に撮像される画像の空領域が上下方向に変化しても、その変化に応じてフィルタ手段により光量を減衰させる領域を上下方向に変化させることができる。また、偶数回目の撮像に用いる露光時間が、奇数回目の撮像時に、空領域以外の領域全体の輝度に応じて算出されるので、すなわち、輝度の高い空領域を除いて算出されるので、空領域以外の領域すなわち道路部分を含む領域がコントラスト良く撮像されかつ常に適正な明るさとなる。しかも、フィルタ手段を制御するのに用いる画像信号と出力する画像信号とが異なるため、車両の振動等によって太陽を撮像した場合に、フィルタ手段によって光量が減衰されないままのスミアやブルーミングのある画像が一瞬でも出力されることはない。従って、道路部分を含む領域の画像が暗くなるのを防止しつつ、上方を撮像した場合でもスミア等のないコントラストの良い画像が得ることができ、かつ常にコントラストの良い道路画像や車線画像を得ることができる。特に、請求項2記載の発明に係る撮像装置では、奇数回目の撮像時に空領域を検出しかつ露光時間を算出するのに用いる第1の画像デ−タと、偶数回目の撮像時に装置外部へ出力するのに用いる第2の画像デ−タとを別の記憶手段に記憶するので、スミアやブルーミングのある画像が出力されるのをより確実に防止できる。また、奇数回目の撮像時に、次次回の撮像時に用いる露光時間を撮像範囲全体の平均輝度に応じて算出することにより、各奇数回目の撮像を刻刻と変化する撮像範囲の明かるさに応じた露光時間で行なうことができる。また、複数の透過光量可変部を、イメージセンサの前面の略全体を覆うように、少なくとも縦1列に配置することにより、イメージセンサの任意の領域の光量を透過光量可変部で減衰することができる。また、空領域の境界を検出する際に、検出した輝度変化データに対し平滑化を行なうことにより、輝度変化データに含まれる微少な輝度変化を除去することができ、ノイズによる影響の少ない境界検出を行なえる。また、フィルタ手段を液晶装置とすることにより、フィルタ手段を市販のデバイスで実現できる。また、しきい値を最大値の1/2とすれば、輝度変化データの先頭からしきい値を越える位置を探索する際の時間を短縮できる。

図面の簡単な説明

0043

図1この発明の一実施形態に係る撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
図2LCDを示す平面図である。
図3一実施形態に係る撮像装置の動作説明図である。
図4空領域の検出処理を説明するための図で、撮像された画像を示す説明図である。
図5空領域の検出のための信号処理の説明図である。
図6カメラ光軸の説明図である。
図7車両走行時のカメラ光軸の変化を示す説明図である。
図8車両走行中の奇数回時撮像画像を示す説明図である。
図9刻々と変化する空領域に追従しながらLCDを駆動している様子を示す動作説明図である。
図10従来例の説明図である。
図11従来例におけるカメラ光軸変動時の画像を示す図である。

--

0044

1カメラ
3 CCD(イメージセンサ)
4 LCD(フィルタ手段)
4aブロック(透過光量可変部)
6クロック生成回路(クロック生成手段)
7撮像制御信号生成回路(撮像制御信号生成手段)
8 A/D変換器(A/D変換手段)
切り替え回路(分類手段)
10 第1の記憶回路(第1の記憶手段)
11 第2の記憶手段(第2の記憶手段)
12記憶制御回路(記憶制御手段)
13 空領域検出回路(空領域検出手段)
14露光時間算出回路(露光時間算出手段)
15LCD駆動回路(フィルタ駆動手段)

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