WO2007097444A1 - ステレオカメラ - Google Patents

Abstract

　右カメラ（１）と左カメラ（２）と、右カメラ（１）と左カメラ（２）とを所定の位置で保持したカメラステイ（３）と、カメラステイ（３）を車両に固定する取り付け穴部（５），（６），（７）を有する取り付け部（４）とを備え、これらの取り付け穴部は右カメラ（１）と左カメラ（２）とを結ぶ基線に対し平行な複数の仮想線上に配置されており、カメラステイ（３）から遠い仮想の平行線上に配置された取り付け穴部の数を複数個とし、遠い仮想の平行線よりもカメラステイ（３）から近い仮想の平行線上に配置された取り付け穴部の数を１個とした構成とする。このような構成により、取り付け部（４）とカメラステイ（３）の膨張の違いによりカメラステイ（３）が歪んで左右のカメラ（１）、（２）の基線長や光軸のずれが生じる事を防止し、周囲温度が変化しても高い測距精度を有するステレオカメラを提供する。

Description

明 細 書

ステレオカメラ

技術分野

[0001] 本発明は、左右のカメラから取り入れた 2つの画像の視差を処理して前方の物体ま での距離を算出するステレオカメラに関する。

背景技術

[0002] 2個のカメラがそれらの光軸を所定の間隔 (基線長)だけ離して車両前方に向けて 配置され、左右のカメラから取り入れた 2つの画像の視差を処理することにより、前方 の物体までの距離を算出するステレオカメラが知られている。このステレオカメラは、 対象物までの距離を測定するための距離測定装置として車両に搭載され、車間距離 警報、障害物警報を発する衝突防止システムに利用されている。

[0003] 図 7は従来のステレオカメラの斜視図である。図 7において、従来のステレオカメラ は、右カメラ 21、左カメラ 22と、右カメラ 21と左カメラ 22とを所定の位置で保持した力 メラスティ 23と、カメラスティ 23を車体取り付け部 25に固定する取り付け部 24とから 構成されている。そしてステレオカメラは、取り付け部 24に設けられた取り付け穴部 2 6、 27、 28を利用して 3本のビスにより車体取り付け部 25に固定されている。

[0004] 一般的に測定距離の誤差は、ステレオカメラの左右 2個のカメラの配置精度に依存 する。従って、 2個のカメラの距離が変わったり、カメラの光軸が所定の方向よりずれ たりした場合には、測定距離の誤差が生じ衝突防止システムの信頼性が低下する（ 例えば、特許文献 1参照)。

[0005] し力しながら、ステレオカメラが搭載された自動車の車体取り付け部 25は、例えば 駐車中に直射日光が照り付け高温になる。従来のステレオカメラは、カメラスティ 23 に近い側を 2個のビスにより取り付けていたために、取り付け部 24に設けられた取り 付け穴部 26、 27を利用して車体の取り付け部に固定されている部分が車体取り付け 部 25の取り付け穴部 29と取り付け穴部 30間隔に拘束される。これに対しカメラスティ 23は直接車体に固定されていないため自由に膨張するので、一体構造で構成され る取り付け部 24とカメラスティ 23の間の膨張の違いによりカメラスティ 23の部分が歪 んで左右のカメラの基線長や光軸のずれが生じ距離測定の精度が低下する。

特許文献 1 :特開 2001— 88623号公報

発明の開示

[0006] 本発明は、過酷な環境下においても基線長やカメラの光軸のずれを防止して測距 精度を維持できるステレオカメラを提供する。

[0007] 本発明のステレオカメラは、右カメラおよび左カメラと、右カメラと左カメラとを所定の 位置で保持したカメラスティと、カメラスティを車両に固定する取り付け穴部を有する 取り付け部とを備え、取り付け穴部の中心は、右カメラと左カメラとを結ぶ基線に対し 平行な複数の仮想線上に配置されており、カメラスティカ 遠 、仮想の平行線上に 配置された取り付け穴部の数を複数個とし、遠い仮想の平行線よりもカメラスティカ 近い仮想の平行線上に配置された取り付け穴部の数を 1個とした構成としている。

[0008] この構成により、取り付け部とカメラスティの膨張の違いによりカメラスティが歪んで 左右のカメラの基線長や光軸のずれが生じることを防止し、測定精度を維持する。

[0009] また、本発明のステレオカメラは、上記の複数個の取り付け穴部の数は 2個であり、 上記の 1個の取り付け穴部とで 2等辺三角形を構成し、 2等辺三角形の等しい 2辺の 頂点の位置に 1個の取り付け穴部の中心を配置している。

[0010] この構成により、カメラスティの回転を防止し左右のカメラの基線長や光軸のずれが 生じることを防止し、測定精度を維持することができる。

[0011] また、本発明のステレオカメラは、 1個の取り付け穴部の中心位置は、前記右カメラ と前記左カメラとを結ぶ基線長の中心としている。

[0012] この構成により、左右のカメラを均等に保持することができるので、走行中の振動や 衝撃に対して安定性を確保することができる。

[0013] さらに、本発明のステレオカメラは、カメラスティと取り付け部は一体で形成している

[0014] この構成により、組み立て時の取り付けによる誤差をなくし取り付け精度を向上する ことができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1は本発明の実施の形態におけるステレオカメラの斜視図である。 [図 2]図 2は本発明の実施の形態におけるステレオカメラの車体への取り付け状態を 示した図である。

[図 3]図 3は本発明の実施の形態におけるステレオカメラの取り付け部を示す図であ る。

[図 4]図 4は本発明の実施の形態におけるステレオカメラを用いた場合の左右カメラ の角度変位量を示す図である。

[図 5]図 5は比較例のステレオカメラの取り付け部を示す図である。

[図 6]図 6は比較例のステレオカメラを用いた場合の左右カメラの角度変位量を示す 図である。

[図 7]図 7は従来のステレオカメラの斜視図である。

符号の説明

[0016] 1 右カメラ

2 左カメラ

3 カメラスティ

4, 14 取り付け部

5, 6, 7, 15, 16, 17, 18 取り付け穴部

8, 9, 10 ビス

11 車体側取り付け部

12, 13, 14 車体側取り付け穴部

発明を実施するための最良の形態

[0017] 以下、本発明の実施の形態におけるステレオカメラについて、図面を用いて説明す る。

[0018] 図 1は、本発明の実施の形態におけるステレオカメラの斜視図である。図 1において 、本発明のステレオカメラは、右カメラ 1と、左カメラ 2と、右カメラ 1と左カメラ 2とを所定 の位置で保持したカメラスティ 3と、カメラスティ 3を車両に固定する取り付け穴部を有 する取り付け部 4とを備える。また、取り付け穴部 5、 6、 7の中心は、右カメラ 1と左カメ ラ 2とを結ぶ基線に対し平行な複数本（図 1においては、破線 AA の 2本)の仮 想線上に配置されている。そして、カメラスティ 3から遠い仮想の平行線 AA'上に配 置された取り付け穴部の数を複数個（図 1においては、 2個）とし、遠い仮想の平行線 AA'よりもカメラスティ 3から近い仮想の平行線 BB'上に配置された取り付け穴部の 数を 1個とした構成として 、る。

[0019] カメラスティ 3は長方形状の板で、中央部の後部端面力 突出して取り付け部 4が 設けられている。カメラスティ 3と取り付け部 4は軽量で高い剛性を有し、かつ熱伝導 率の良 、アルミニウム合金により一体で構成されて 、る。

[0020] このように一体で構成することによりカメラスティ 3と取り付け部 4を別の部材で構成 する場合に比べ、組み立て時の取り付けによる誤差をなくし取り付け精度の良いステ レオカメラを実現することができる。また、熱伝導率の良いアルミニウム合金を使用す ることによりステレオカメラの軽量ィ匕を実現できる。さらに、カメラスティ 3の内部に実装 された撮像処理回路基板からの熱を放熱効果が高 ヽので信頼性の高 ヽステレオカメ ラを実現することがでさる。

[0021] 図 1に示した座標軸において、 Pitchは右カメラ 1と左カメラ 2を結ぶ基線を軸とする 回転を示す。 Rollは右カメラ 1と左カメラ 2の光軸方向の回転を示す。 Yawは右カメラ 1と左カメラ 2の基線および光軸で構成される平面と垂直方向を軸とする回転を示す

[0022] 取り付け部 4にはビスを通すための取り付け穴部 5、 6、 7が設けられている。

[0023] 取り付け穴部 6と 7は所定の間隔を持って配置され、取り付け穴部 5は基線方向に おいて取り付け穴部 6と取り付け穴部 7の中心位置に配置されている。取り付け穴部 5、 6、 7は、取り付け穴部 5の中心を等しい 2辺の頂点とする 2等辺 3角形を構成する ように配置されている。

[0024] このように取り付け穴部を配置してカメラスティ 3に取り付け部 4を固定することにより 、 Pitch, Roll, Yaw3方向の回転を防止し、左右のカメラの基線長や光軸のずれが 生じる事を防止し、測定精度を維持することができる。

[0025] また、取り付け穴部 5、 6、 7の中心は、右カメラ 1と左カメラ 2とを結ぶ基線に対し平 行な 2本の仮想線上に配置されている。そして、カメラスティ 3から遠い仮想の平行線 AA'上に配置された取り付け穴部の数を 2個とし、遠い仮想の平行線 よりもカメ ラスティ 3から近い仮想の平行線 BB'上に配置された取り付け穴部の数を 1個として いる。

[0026] このような配置にすることにより、車外の熱による膨張率が車体側取り付け部 11と取 り付け部 4の間で異なったとしても、カメラスティ 3に近い方の取り付け穴部 5が 1箇所 のみなので、取り付け部 4は車体側取り付け部 11側の取り付けピッチに拘束されず、 後述する車体側取り付け部 11の熱膨張による伸縮の影響を受けない。従って、取り 付け部 4はカメラスティ 3は一体となって膨張し、カメラスティ 3は歪まないので、左右 のカメラの基線長や光軸のずれが生じることはなく距離測定の精度を維持することが できる。

[0027] さらに、カメラスティ 3側の取り付け穴部 5の中心のカメラ基線長方向の位置はカメラ 基線上で右カメラ 1と左カメラ 2の中心位置に設けている。この配置により、右カメラ 1 と左カメラ 2を均等に保持することが出来るので、走行中の振動や衝撃に対して安定 性を確保することができる。

[0028] 図 2は、本発明の実施の形態におけるステレオカメラの車体への取り付け状態を示 した図である。図 2において、車体側取り付け部 11には、車体側取り付け穴部 12、 1 3、 14が設けられている。ステレオカメラは取り付け部 4に設けられた取り付け穴部 5、 6、 7を通して 3本のビス 8、 9、 10によって車体側取り付け部 11に締め付け固定され る。

[0029] 車両に搭載されたステレオカメラは、前方の物体の画像を右カメラ 1、左カメラ 2それ ぞれの内部の撮像素子から取り入れる。カメラスティ 3の内部に実装された画像処理 基板（図示せず)では、左右のカメラ内の 2つの撮像素子より所定のタイミングで画像 を取り入れ、取り入れた左右の画像のずれを処理することにより前方の物体までの距 離を算出する。

[0030] これにより、ステレオカメラは前方車両との車間距離を検知し、また前方にある障害 物までの距離を検知することができる。そしてあら力じめ設定された距離に入った場 合には音や光により運転者にその旨の警告を発する。

[0031] 次に、図 3から図 6までを用いて本発明の実施の形態におけるステレオカメラと、比 較例のステレオカメラを使用して実験を行った結果について説明する。

[0032] 図 3は、実験に使用した本発明の実施の形態におけるステレオカメラの取り付け部 4の取り付け穴部 5の配置図である。取り付け穴部 5はカメラスティ 3から近い位置に 配置し、取り付け穴部 6と 7はカメラスティ 3から離れた位置に配置されている。また、 取り付け穴部 6と 7は間隔を持って配置され、取り付け穴部 5は基線方向において取 り付け穴部 6、 7の中心位置に配置されている。

[0033] 図 5は、比較例のステレオカメラの取り付け部 14の取り付け穴部 15から 18の配置 図である。取り付け部 14の形状、大きさは、本発明の実施の形態に力かる取り付け部 4と同じである。また、取り付け穴部 17と 18は本発明の実施の形態に力かる取り付け 部 4の取り付け穴部 6と 7と同じ位置に設けられている。カメラスティに近い側の取り付 け穴部 15、 16が 2箇所設けられていることが本発明の実施の形態に力かる取り付け 部 4と異なり、他の条件は全て同じである。

[0034] 図 4は、図 3の本発明の実施の形態におけるステレオカメラを車両に取り付けた場 合の、周囲温度と左右のカメラの角度変位量との関係を示した図である。図 4におい て、横軸はステレオカメラの周囲温度を示している。また、縦軸は右カメラ 1の位置を 基準とした左カメラ 2との Yaw、 Pitch, Roll方向の角度変位量を示している。

[0035] 左右のカメラの基線方向や光軸方向の位置関係において左右のカメラが同じ方向 に回転することは相対的な位置関係において基線や光軸のずれを生じない。一方で 、左右のカメラの回転方向が異なり角度変位量が生じると、基線や光軸のずれを生じ 距離測定精度の低下の原因となる。そこで、左右カメラの角度変位量をパラメータと して距離測定精度を評価する。

[0036] Yaw, Pitch, Rollの回転の 3方向の中で、特に右カメラ 1と左カメラ 2の Yaw方向 の回転方向が異なると、距離測定の対象物の方向に向力う左右のカメラの光軸がず れる。このずれがステレオカメラの距離測定の精度低下に大きく影響する。

[0037] ここで、本発明の実施の形態におけるステレオカメラは 1Z3サイズで 40万画素の 撮像素子 1を用いている。 1画素ピッチは 6. 35 mであり、距離測定の精度を確保 するためには、左右のカメラ力 取り入れた 2つの画像のずれを撮像素子 1の 1画素 のピッチに相当する 6. 35 /z m以下に抑える必要がある。また、本発明の実施の形態 におけるステレオカメラに使用する左右のカメラの画角は 43° であり、撮像素子 1の 受光面長さが 4. 9mmであることからレンズの焦点距離は 6. 2mmとなる。したがって 、 1画素分のピッチを Yaw方向の角度に換算すると、ピッチ 6. 35 mをレンズの焦 点距離 6. 2mmで割って 0. 06° となる。

[0038] また、ステレオカメラを車両に搭載した場合、寒冷地や夏季における太陽光の照射 下での使用を考慮すると、周囲温度が—40°Cから 85°Cまでの範囲で距離測定の精 度を確保する必要がある。よって、図 4の点線に示すように— 40°Cから 85°Cの範囲 で Yaw方向の角度変位量を 0. 06° 以下に抑えることが必要になる。

[0039] 図 4に示すとおり、周囲温度と角度変位量の関係は、 25°Cを基準としているのでこ のときに角度変位量を 0° に合わせている。そして、周囲温度の低下と共に、右カメラ 1を基準として左カメラ 2が図 1の Yaw方向（ステレオカメラの基線と光軸で構成される 平面状に垂直な軸方向）の矢印向きの回転角度の大きくなる方向に変化する。逆に 、周囲温度の上昇した場合には、右カメラ 1を基準として左カメラ 2が図 1の Yaw方向 の矢印の逆向きの回転角度の大きくなる方向に変化する。このように左右の角度変 位量は周囲温度に対し一定の割合で変化する線形の特性を有する。

[0040] 本発明の実施の形態における取り付け部 4を用いて車両に取り付けた場合には、 図 4に示すように周囲温度 40°Cにおける Yaw方向の回転の変位量は、 0. 0464 ° であり実用上問題のない値となった。また、上述のとおり周囲温度に対し角度変量 は一定の割合で変化する線形の関係にある。従って、 25°Cからの温度変化が対称 の位置にある 85°Cにお 、ても左右カメラの Yawの角度変位量が同程度となることが 推定されうる。

[0041] 図 6は、図 5の比較例におけるステレオカメラを車両に取り付けた場合の周囲温度と 左右のカメラの角度変位量との関係を示した図である。図 6における横軸および縦軸 、それぞれの軸のスケールは図 4と同様である。

[0042] 従来の取り付け部を用いて車両に取り付けた場合には、—40°Cにおける右カメラ 1 の位置を基準とした右カメラ 1と左カメラ 2の Yaw方向の角度変位量は、 0. 0605° と なった。この値は、本発明の実施の形態におけるステレオカメラを車両に取り付けた 場合に比べて角度変位量は約 1. 3倍であり、測定精度が大幅に低下する。

[0043] 以上の結果を分析すると、本発明の実施の形態におけるステレオカメラを車両に取 り付けた場合には、周囲の熱による膨張率が車体側取り付け部 11と取り付け部 4の 間で異なったとしても、カメラスティ 3に近い取り付け穴部が 1箇所のみなので、取り付 け部 4は車体側取り付け部 11側の取り付けピッチに拘束されず、車体側取り付け部 1 1の熱膨張による伸縮の影響を受けない。従って、取り付け部 4はとカメラスティ 3は 一体で膨張し、カメラスティ 3は歪まないので、左右のカメラの角度変位量を小さく押 さ免ることがでさる。

[0044] 一方、比較例におけるステレオカメラを車両に取り付けた場合には、周囲の熱によ る膨張率が車体側取り付け部 11と取り付け部 4の間で異なった場合に、カメラスティ 3に近い取り付け穴部が 2箇所あるので、取り付け部 4は車体側取り付け部 11側の取 り付けピッチに拘束され、車体側取り付け部 11の熱膨張による伸縮の影響を受ける。 これに対しカメラスティ 3は自由であるので、取り付け部 4とカメラスティ 3の伸びの違 いによりカメラスティ 3が歪み、左右のカメラの角度変位量が大きくなる。

[0045] 以上説明したように本発明の実施の形態におけるステレオカメラは、取り付け穴部 の中心を右カメラと左カメラとを結ぶ基線に対し平行な複数の仮想線上に配置し、力 メラスティカゝら遠い仮想の平行線 AA'上に配置された取り付け穴部の数を 2個とし、 カメラスティカも近い仮想の平行線 上に配置された取り付け穴部の数を 1個とし たことにより、 2つのカメラの位置のずれの発生を少なくし精度の高い距離測定を実 現することができる。

産業上の利用可能性

[0046] 本発明に力かるステレオカメラは、取り付け部とカメラスティの膨張の違いによりカメ ラスティが歪んで左右のカメラの基線長や光軸のずれが生じる事を防止し、測距精 度を維持することができる。よって、左右のカメラから取り入れた 2つの画像の視差を 処理して前方の物体までの距離を算出するステレオカメラとして有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 右カメラと、

左カメラと、

前記右カメラと前記左カメラとを所定の位置で保持したカメラスティと、

前記カメラスティを車両に固定する取り付け穴部を有する取り付け部と、を備え、 前記取り付け穴部の中心は、前記右カメラと前記左カメラとを結ぶ基線に対し平行な 複数の仮想線上に配置されており、

前記カメラスティカゝら遠い仮想の平行線上に配置された取り付け穴部の数を複数個 とし、

前記遠 、仮想の平行線よりもカメラスティカ 近 、仮想の平行線上に配置された取り 付け穴部の数を 1個とした

ステレオカメラ。

[2] 前記複数個の取り付け穴部の数は 2個であり、前記 1個の取り付け穴部とで 2等辺三 角形を構成し、前記 2等辺三角形の等しい 2辺の頂点の位置に前記 1個の取り付け 穴部の中心を配置した

請求項 1に記載のステレオカメラ。

[3] 前記 1個の取り付け穴部の中心位置は、前記右カメラと前記左カメラとを結ぶ基線長 の中心である

請求項 1または請求項 2のいずれか一つに記載のステレオカメラ。

[4] 前記カメラスティと前記取り付け部は一体で形成した

請求項 1から請求項 3までのいずれか一つに記載のステレオカメラ。