特許 6865660 距離算出装置および距離算出パラメータの設定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6865660

(24)【登録日】2021年4月8日

(45)【発行日】2021年4月28日

(54)【発明の名称】距離算出装置および距離算出パラメータの設定方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 3/06 20060101AFI20210419BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20210419BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20210419BHJP

   G06T 7/593 20170101ALI20210419BHJP

   G06T 7/60 20170101ALI20210419BHJP

【ＦＩ】

   G01C3/06 110V

   G01B11/00 H

   G06T1/00 330A

   G06T1/00 315

   G06T7/593

   G06T7/60 180B

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-173771(P2017-173771)

(22)【出願日】2017年9月11日

(65)【公開番号】特開2019-49468(P2019-49468A)

(43)【公開日】2019年3月28日

【審査請求日】2020年3月20日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100160989

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 正好

(74)【代理人】

【識別番号】100117330

【弁理士】

【氏名又は名称】折居 章

(74)【代理人】

【識別番号】100168745

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 彩子

(74)【代理人】

【識別番号】100176131

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 慎太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100197398

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 絢子

(74)【代理人】

【識別番号】100197619

【弁理士】

【氏名又は名称】白鹿 智久

(72)【発明者】

【氏名】菊池 貴好

【審査官】 九鬼 一慶

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−００６１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０３３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１０１４２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ ３／０６

Ｇ０１Ｂ １１／００

Ｇ０６Ｔ １／００

Ｇ０６Ｔ ７／５９３

Ｇ０６Ｔ ７／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の進行方向の路面の基準画像を取得する第１のカメラと、前記路面の参照画像を取得する第２のカメラとを有するステレオカメラと、
水平距離が既知である検出基準点の水平方向の視差と、前記基準画像における前記検出基準点の位置と、前記第１及び第２のカメラの光軸間距離と、水平方向に対する前記ステレオカメラの設置角度とに関する情報に基づいて予め設定された基準パラメータを記憶するメモリと、
前記基準パラメータを用いて、前記ステレオカメラと前記路面上の検出対象点までの水平距離を算出する演算処理回路と
を具備し、
前記ステレオカメラから前記検出基準点までの水平距離をＬ₀［ｍ］、前記検出基準点の水平方向の視差をｄ₀［ｐｉｘｅｌ］、前記基準画像における前記検出基準点の画素座標を（ｘ，ｙ）、前記光軸間距離をＢ［ｍｍ］、前記ステレオカメラの設置角度をθc［ｄｅｇ］、前記基準パラメータをBF値としたとき、前記基準パラメータは、
BF値＝｛ｄ₀Ｌ₀＋Ｂｓｉｎθc（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２｝／ｃｏｓθc
の関係を満たす
距離算出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の距離算出装置であって、
前記演算処理回路は、前記基準パラメータを用いて、前記検出対象点の高さをさらに算出する
距離算出装置。

【請求項3】

ステレオカメラを用いた距離算出装置の距離算出パラメータの設定方法であって、
水平距離が既知である検出基準点を前記ステレオカメラで撮像し、
前記ステレオカメラにおける第１のカメラで取得された基準画像と、前記ステレオカメラにおける第２のカメラで取得された参照画像とに基づいて、前記検出基準点の水平方向の視差を算出し、
前記ステレオカメラから前記検出基準点までの水平距離をＬ₀［ｍ］、前記視差をｄ₀［ｐｉｘｅｌ］、前記基準画像における前記検出基準点の画素座標を（ｘ，ｙ）、前記第１及び第２のカメラの光軸間距離をＢ［ｍｍ］、水平方向に対する前記ステレオカメラの設置角度をθc［ｄｅｇ］としたとき、前記ステレオカメラにより撮像される検出対象点までの水平距離を算出するための基準パラメータであるBF値を
BF値＝｛ｄ₀Ｌ₀＋Ｂｓｉｎθc（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２｝／ｃｏｓθc
の式で算出する
距離算出パラメータの設定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステレオカメラを用いた距離算出装置および距離算出パラメータの設定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

アクティブサスペンションシステムの制御方式として、車両前方の路面状況を検出してサスペンションの諸特性を適正に制御するプレビュー制御がある。車両前方の路面状況を検出する方法として、２台のカメラで撮像した車両前方の路面像の視差情報を用いるステレオ法が知られている。

【0003】

例えば特許文献１には、路面をステレオ撮影した第１の画像と第２の画像とをＸＹ平面座標に投影し、該平面座標上に特定の座標（Ｘ，Ｙ）を中心とする検出領域を設定し、検出領域の画像が路面位置にある場合の視差ｖ１を算出し、第２の画像に視差ｖ１を差し引いた座標（Ｘ−ｖ１，Ｙ）を中心とする比較領域を設定し、検出領域の画像と比較領域の画像とを比較して、検出領域の路面からの高さを検出する、路面段差検出方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−８９５４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ステレオ画像を用いた距離の算出には、演算パラメータとして、ステレオカメラの設置高さや設置角度等の設置パラメータのほか、ステレオカメラを構成するカメラシステムの焦点距離や画素サイズ等の情報を含むカメラパラメータが用いられる。特に、カメラパラメータは、カメラシステム毎に個体差があるため、個々に最適化（補正）が必須となっている。

【0006】

しかしながら、カメラパラメータの最適化には煩雑な実験が必要とされ、実験環境によっても結果が大きく左右される。このため、カメラパラメータの高精度な最適化が困難であり、検出対象点までの距離の算出精度の向上に限界があった。

【0007】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、カメラパラメータの個体差の影響を受けることなく、検出対象点までの距離を高精度に算出することができる距離算出装置および距離算出パラメータの設定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る距離算出装置は、ステレオカメラと、メモリと、演算処理回路とを具備する。
上記ステレオカメラは、車両の進行方向の路面の基準画像を取得する第１のカメラと、上記路面の参照画像を取得する第２のカメラとを有する。
上記メモリは、水平距離が既知である検出基準点の水平方向の視差と、上記基準画像における上記検出基準点の位置と、上記第１及び第２のカメラの光軸間距離と、水平方向に対する上記ステレオカメラの設置角度とに関する情報に基づいて予め設定された基準パラメータを記憶する。
上記演算処理回路は、上記基準パラメータを用いて、上記ステレオカメラと上記路面上の検出対象点までの水平距離を算出する。

【0009】

上記距離算出装置は、ステレオカメラの焦点距離や画素サイズ等のカメラパラメータに代えて、水平距離が既知である検出基準点のステレオカメラ画像に基づいて予め設定された基準パラメータを用いて検出対象点の距離を算出するように構成されている。これにより、カメラパラメータの個体差の影響を受けることなく、検出対象点までの距離を高精度に算出することができる。

【0010】

上記基準パラメータとしては、上記ステレオカメラから上記検出基準点までの水平距離をＬ₀［ｍ］、上記検出基準点の水平方向の視差をｄ₀［ｐｉｘｅｌ］、上記基準画像における上記検出基準点の画素座標を（ｘ，ｙ）、上記光軸間距離をＢ［ｍｍ］、上記ステレオカメラの設置角度をθc［ｄｅｇ］、上記基準パラメータをBF値としたとき、
BF値＝｛ｄ₀Ｌ₀＋Ｂｓｉｎθc（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２｝／ｃｏｓθc
の関係式を用いることができる。
これにより、ステレオカメラの焦点距離や画素サイズ等を演算パラメータを用いることなく、検出対象点までの水平距離を算出することができる。

【0011】

上記演算処理回路は、上記基準パラメータを用いて、上記検出対象点の高さをさらに算出するように構成されてもよい。

【0012】

本発明の一形態に係る距離算出パラメータの設定方法は、ステレオカメラを用いた距離算出装置の距離算出パラメータの設定方法であって、水平距離が既知である検出基準点を上記ステレオカメラで撮像することを含む。
上記ステレオカメラにおける第１のカメラで取得された基準画像と、上記ステレオカメラにおける第２のカメラで取得された参照画像とに基づいて、上記検出基準点の水平方向の視差が算出される。
上記ステレオカメラから上記検出基準点までの水平距離と、上記視差と、上記基準画像における上記検出基準点の位置と、上記第１及び第２のカメラの光軸間距離と、水平方向に対する上記ステレオカメラの設置角度とに関する情報に基づいて、上記ステレオカメラにより撮像される検出対象点までの水平距離を算出するための基準パラメータが設定される。

【発明の効果】

【0013】

以上述べたように、本発明によれば、カメラパラメータの個体差の影響を受けることなく、検出対象点までの距離を高精度に算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】ステレオカメラの各カメラと検出対象点を含む路面を上から示す図である。

【図2】上記各カメラと検出対象点を含む路面を側方から示す図である。

【図3】所定の設置角度で設置されたステレオカメラと検出対象点を含む路面を側方から示す図である。

【図4】ステレオカメラで撮像された検出対象の基準画像および参照画像を示す模式図である。

【図5】本実施形態の距離算出装置の構成を示すブロック図である。

【図6】上記距離算出装置による路面変位検出の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

【0016】

［概要］
本実施形態は、ステレオカメラによって撮影された複数の画像を用いて、車両前方の路面上の検出対象点までの距離を算出する距離算出装置および距離算出方法、並びに、ステレオカメラを用いた距離計測システムにおける距離算出パラメータの設定方法に関するものである。

【0017】

図１および図２は、ステレオカメラから路面上の検出対象点までの距離算出方法の説明図である。図１は、各カメラと検出対象点を含む路面を上から示す図であり、図２は、各カメラと検出対象点を含む路面を側方から示す図である。

【0018】

ステレオカメラ１０は、２つのカメラ１０Ｒ，１０Ｌを有する。２つのカメラ１０Ｒ，１０Ｌは各々、車両前方を撮像範囲とし、水平方向に視差が生じ得るように互いに離間し、かつ、各々の光軸１１Ｒ，１１Ｌが平行となるように配置される。

【0019】

カメラ１０Ｒ，１０Ｌにより各々撮像された画像は、図示しない演算処理回路によって処理される。演算処理回路は、各画像の対応点どうしの視差情報を算出し、算出した視差情報を基に、ステレオカメラ１０から路面Ｒ上の検出対象点Ｋまでの距離に関する情報を算出する。演算処理回路はさらに、算出された距離に関する情報を基に、路面の高さや路面上の障害物の有無などの路面状態を検出する。

【0020】

以下、ステレオカメラ１０を用いた検出対象点の距離算出原理について説明する。

【0021】

図１において、路面Ｒ上の検出対象点Ｋは、図２に示すように、カメラ１０Ｒ，１０Ｌの光軸１１Ｒ，１１Ｌから角度θ［ｄｅｇ］だけ下方に傾いた方向に見える。カメラ１０Ｒ，１０Ｌから検出対象点Ｋまでの距離Ｄ１［ｍ］は、下記の式により算出される。
Ｄ１＝（Ｂ・ｆ）／｜ｘ１−ｘ２｜

【0022】

ここで、Ｂ［ｍｍ］は、カメラ間距離（光軸１１Ｒ，１１Ｌ間の距離）、ｆ［ｍｍ］は、各カメラ１０Ｒ，１０Ｌにおける撮像素子１０１とレンズ１０２との間の距離（レンズ１０２の焦点距離）である。ｘ１は、一方のカメラ１０Ｒ（第１のカメラ）の画像における検出対象点Ｋの像のＸ座標であり、ｘ２は、他方のカメラ１０Ｌ（第２のカメラ）の画像における検出対象点Ｋの像のＸ座標である。図２において角度θv［ｄｅｇ］は、ステレオカメラ１０の画角である。
なお、撮像素子１０１は、典型的には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の固体撮像素子で構成される。

【0023】

カメラ１０Ｒ，１０Ｌの光軸１１Ｒ，１１Ｌの向きが水平（進行方向に平行）な場合、カメラ１０Ｒ，１０Ｌから検出対象点Ｋまでの水平方向（Ｙ軸方向）の距離（水平距離）Ｌ［ｍ］は、
Ｌ＝Ｄ１・ｃｏｓθ
により算出される。
また、検出対象点Ｋの高さｈ［ｍ］は、
ｈ＝Ｈ−Ｄ１・ｓｉｎθ …（１）
により算出される。
ここで、Ｈは、カメラ１０Ｒ，１０Ｌの光軸１１Ｒ，１１Ｌの路面Ｒからの高さ［ｍ］である。

【0024】

このように、ステレオ法によって、ステレオカメラ１０から検出対象点Ｋまでの距離Ｌと高さｈを算出することができる。

【0025】

一方、ステレオカメラ１０から検出対象点Ｋまでの各軸方向における距離をそれぞれＤｘ，Ｄｙ，Ｄｚ［ｍ］とすると、式（１）は、以下のように表すことができる。
Ｄ１＝（Ｄｘ^２＋Ｄｙ^２＋Ｄｙ^３）^１／２ …（２）

【0026】

｜ｘ１−ｘ２｜は、カメラ１０Ｒ，１０Ｌのピクセルサイズ（ΔCCD）［μｍ］と水平方向の視差（ｄ）との積（ｄ・ΔCCD）に相当する。したがって、Ｄｘ、ＤｙおよびＤｚは、以下の式により算出される。
Ｄｘ＝Ｂ・ｘ／ｄ …（３）
Ｄｙ＝Ｂ・ｙ／ｄ …（４）
Ｄｚ＝Ｂ・ｆ／（ｄ・ΔCCD） …（５）
ここで、ｘ、ｙは、ステレオカメラ１０の画像上での検出対象点Ｋの座標位置である。

【0027】

ステレオカメラ１０から検出対象点Ｋまでの距離Ｌは、距離Ｄｚと同一である（Ｌ＝Ｄｚ）。しかし、この関係が成り立つのは、図２のようにステレオカメラ１０の光軸１１Ｒ，１１Ｌが路面と平行に設置される場合に限られる。本実施形態では、ステレオカメラ１０は、水平方向（Ｚ軸方向）に対して光軸１１Ｒ，１１Ｌが路面Ｒに向けて所定の角度傾斜した状態で車両に設置される。以下、この角度（俯角）を、ステレオカメラ１０の設置角度ともいう。

【0028】

図３は、所定の設置角度θcで設置されたステレオカメラ１０と検出対象点Ｋを含む路面を側方から示す図である。同図において、角度θおよび水平距離Ｌは、以下の式により算出される。
θ＝ｃｏｓ^−１（Ｄｚ／Ｄ１） …（６）
Ｌ＝Ｄ１ｃｏｓ（θ＋θc） …（７）
（７）式を用いることで、ステレオカメラ１０の傾きを考慮して検出対象点Ｋまでの水平距離Ｌを算出することができる。

【0029】

ここで、水平距離Ｌの算出にあたり、（２）〜（５）式を用いたＤ１の算出に必要なカメラパラメータ、すなわち、カメラ間距離Ｂ、焦点距離ｆ、ピクセルサイズΔCCDは、使用するステレオカメラ１０によって決定されるものであり、これら３つのパラメータから算出される値（BF）、下記の関係式から求められる。
BF値＝Ｂ・ｆ／ΔCCD …（８）

【0030】

上記３つのパラメータのうち、焦点距離ｆおよびピクセルサイズΔCCDの２パラメータは、使用するカメラによって決定される。しかし、これらの２パラメータは使用するカメラによって個体差をもち、カメラメーカが公表している値はあくまで公称値であるため、その値をそのまま用いてしまうと誤差が生じてしまう。さらに、個体差を求めるにしても、上記２パラメータはカメラ内部のパラメータであるため、正しい数値を求めるのが非常に困難である。

【0031】

一方、上記２パラメータの個々の個体差を算出するのではなく、カメラ間距離Ｂを含む３パラメータを（８）式のように算出されるBF値として一体的に捉え、この値を距離が既知の対象を用いた実験ベースで最適化する方法がある。例えば、水平距離の真値が５［ｍ］となる位置に対象を設置し、（７）式のＬが５［ｍ］となるBF値を手探りで抽出することで、BF値としての最適パラメータを算出することができる。

【0032】

しかし、この方法では、最適パラメータの算出に熟練度が必要であり、実験環境に応じて算出される視差が変化してしまうため（算出ミス）、最適パラメータを一意に決定することが困難であった。

【0033】

そこで本実施形態の距離算出パラメータの設定方法は、BF値を手探りで変更せず、BF値を一意に決定できるように予め定式化し、そこに実験ベースで得られた測定値を代入することで、BF値として最適化された基準パラメータを算出する。以下、本実施形態の距離算出パラメータの設定方法の詳細について説明する。

【0034】

［距離算出パラメータの設定方法］
本実施形態の距離算出パラメータの設定方法は、ステレオカメラを用いた距離算出装置の距離算出パラメータの設定方法であって、以下のステップを有する。

【0035】

（ステップ１：検出基準点の撮像）
まず、水平距離（Ｌ₀）が既知である検出基準点がステレオカメラ１０で撮像される。

【0036】

図４は、ステレオカメラ１０で撮像された検出対象Ｐの撮影画像である。ここでは、一方のカメラ１０Ｌ（第１のカメラ）で取得された検出対象Ｐの画像を基準画像１３Ｌとし、他方のカメラ１０Ｒ（第２のカメラ）で取得された検出対象Ｐの画像を参照画像（比較画像）１３Ｒとする。これに限られず、一方のカメラ１０Ｌで取得された検出対象Ｐの画像を参照画像とし、他方のカメラ１０Ｒで取得された検出対象Ｐの画像を基準画像としてもよい。

【0037】

カメラ１０Ｌ，１０Ｒの画素数は同一であり、例えば、横１２８０×縦７２０である。検出基準点Ｐ１は、任意の点に設定可能であり、典型的には、検出対象Ｐの像を構成する任意の画素座標に設定され、図示の例では、画像の最下端の中心に設定される。この点は、車両に搭載されたステレオカメラから見ると、最も手前の路面の位置に相当する。画像の横方向をｘ軸、縦方向をｙ軸とし、画像の中心をｘｙ座標の原点とすると、図示の例では、検出基準点Ｐ１の座標（ｘ，ｙ）は、（０，−３６０）である。ステレオカメラ１０から検出対象Ｐ（検出基準点Ｐ１）までの水平距離（Ｌ₀）は、例えば、５ｍに設定される。

【0038】

（ステップ２：視差の算出）
続いて、第１のカメラ１０Ｌで取得された基準画像１３Ｌと、第２のカメラ１０Ｒで取得された参照画像１３Ｒとに基づいて、検出基準点Ｐ１の水平方向の視差（ｄ₀）が算出される。

【0039】

ここでは、基準画像１３Ｌおよび参照画像１３Ｒの差分をとり、得られた差分画像を用いて、検出対象Ｐ（検出基準点Ｐ１）が黒くなる位置（差分が０となる位置）を求める。この際に水平方向（ｘ軸方向）に移動した画素数が、視差（ｄ₀）として算出される。

【0040】

（ステップ３：BF値の算出）
続いて、ステレオカメラ１０から検出基準点Ｐ１までの水平距離（Ｌ₀）と、上述のようにして算出された視差（ｄ₀）と、基準画像１３Ｌにおける検出基準点Ｐ１の位置（ｘ，ｙ）と、カメラ間距離（Ｂ）と、水平方向に対するステレオカメラ１０の設置角度（θc）とに関する情報に基づいて、ステレオカメラ１０により撮像される検出対象点までの水平距離Ｌ（図３参照）を算出するための基準パラメータ（BF値）を設定する。

【0041】

水平距離Ｌ₀、検出基準点Ｐ１の位置（ｘ，ｙ）および視差ｄ₀は、ステップ１およびステップ２により取得される。カメラ間距離Ｂ、設置角度θcは、実測により得られる。これらのパラメータを次の（９）式に代入することで、基準パラメータ（BF値）が算出される。
なお、（８）式の導出方法については後述する。

【0042】

BF値＝｛ｄ₀Ｌ₀＋Ｂｓｉｎθc（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２｝／ｃｏｓθc …（９）

【0043】

このようにして算出された基準パラメータ（BF値）は、使用するステレオカメラ１０に固有のパラメータであり、カメラ１０Ｒ，１０Ｌの焦点距離ｆやピクセルサイズΔCCDといった個体差のあるカメラパラメータを使用することなく求められる演算値であるため、カメラメーカから公表される公称値を用いる場合と比較して精度の誤差が生じにくい。

【0044】

さらに、本実施形態によれば、必要な初期パラメータ（Ｌ₀、検出対象物Ｐ１の座標位置、カメラ間距離Ｂ、カメラ設定角度θc）を作業者が入力するだけで、コンピュータを用いてステップ１〜ステップ３の各処理を自動的に計算することができる。したがって、既知の水平距離に対応するBF値を手探りで抽出する方法と比較して、作業に熟練度を必要とすることなく、また試験条件によって左右されることなく、BF値を一意的に設定することができる。

【0045】

以上のように本実施形態によれば、（９）式で算出される基準パラメータ（BF値）を用いて、（２）式、（５）式および（７）式の演算を実行することにより、カメラパラメータの個体差の影響を受けることなく、路面Ｒ上の検出対象点Ｋまでの水平距離Ｌを高精度に算出することができる。

【0046】

さらに本実施形態によれば、（９）式で算出される基準パラメータ（BF値）を用いて、（１）式、（２）式および（５）式の演算を実行することにより、カメラパラメータの個体差の影響を受けることなく、検出対象点Ｋの高さ（路面変位ｈ）を高精度に算出することができる。

【0047】

（BF値の導出）
続いて、上述した（９）式の導出方法について説明する。
（７）式におけるcos(θ＋θc)は、加法定理により以下のように示される。
cos（θ＋θc）＝cosθ・cosθc−sinθ・sinθc …（１０）
（６）式より、
cosθ＝cos｛cos^−１（Dz/D1）｝＝Dz/D1 …（１１）
同様に、（６）式より、
sinθ＝sin｛cos^−１（Dz/D1）｝＝｛1−（Dz/D1）^２｝^１／２ …（１２）
（７）、（１０）〜（１２）式より、
L₀＝D1［（Dz/D1）cosθc−｛1−（Dz/D1）^２｝^１／２sinθc］
したがって、
L₀＝Dz cosθc−（D1^２−Dz^２）^１／２sinθc …（１３）
（２）式より、
（D1_２−Dz^２）^１／２＝（Dx^２＋Dy^２＋Dz^２−Dz^２）^１／２＝（Dx^２＋Dy^２）^１／２
これを（１３）式に代入して、
L₀＝Dz cosθc−（Dx^２＋Dy^２）^１／２sinθc …（１４）
一方、（３）および（４）式より、
（Dx^２＋Dy^２）^１／２＝｛（Bx/d ₀）^２＋（By/d ₀）^２｝^１／２
＝｛（B/d ₀）^２（x^２＋y^２）｝^１／２
したがって、
（Dx^２＋Dy^２）^１／２＝（B/d ₀）（x^２＋y^２）^１／２ …（１５）
（１４）式に（１５）式を代入して、
L₀＝Dz cosθc−（B/d ₀）（x^２＋y^２）^１／２sinθc …（１６）
（５）および（８）式より、
Dz＝B・f／（d ₀・ΔCCD）＝BF値／d ₀
これを（１６）式に代入して、
L₀＝（BF値／d ₀）cosθc−（B/d ₀）（x^２＋y^２）^１／２sinθc
したがって、
BF値＝｛d ₀・L₀＋B sinθc（x^２＋y^２）^１／２｝／cosθc
となり、（９）式が導かれる。

【0048】

［距離算出装置］
続いて、本実施形態の距離算出装置について説明する。

【0049】

図５は、本実施形態の距離算出装置１００の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、本実施形態の距離算出装置１００は、ステレオカメラ１０と、演算処理回路２０と、メモリ３０とを備える。なお、メモリ３０は、演算処理回路２０内に設けられてもよい。

【0050】

ステレオカメラ１０は、２つのカメラ１０Ｒ，１０Ｌを有する。２つのカメラ１０Ｒ，１０Ｌは、図１および図３に示すように、車両の前方を撮像範囲とし、視差が生じ得るように互いに離間し、かつ各々の光軸が平行となるように所定の設置角度θcで車両に設置される。各々のカメラ１０Ｒ，１０Ｌにより得られた撮像信号は、演算処理回路２０へ供給される。

【0051】

演算処理回路２０は、路面変位検出のための演算処理を行うデバイスである。演算処理回路２０は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などにより構成される。これに限られず、演算処理回路２０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの他の集積回路により構成されたものであってもよい。

【0052】

演算処理回路２０は、機能的に、画像処理部２１と、路面変位算出部２２とを有する。

【0053】

画像処理部２１は、ステレオカメラ１０より供給された２つの映像信号をデジタル化して画像とし、前処理として、各々の画像の歪み補正、各々の画像からのノイズ除去などのフィルタ処理などを行う。さらに、画像処理部２１は、前処理が施された一方の画像を基準画像、他方の画像を参照画像（比較画像）として各々の画像の対応関係を探索し、２つの画像の視差情報を生成する。

【0054】

路面変位算出部２２は、舵角センサ５０の出力等を参照して、ステレオカメラ１０の画像空間において車両の左右のタイヤがこれから辿ることが予測される２本のタイヤ予想走行軌跡の座標を算出する。路面変位算出部２２は、算出されたタイヤ予想走行軌跡において、ステレオカメラ１０からの距離（水平距離Ｌ）が異なる複数の検出対象点Ｋ（図３参照）の路面の高さを、画像処理部２１において生成された視差情報を用いて算出する。

【0055】

路面変位算出部２２は、フレーム毎に、ステレオカメラ１０からの距離Ｌが異なる複数の検出対象点Ｋの高さｈの情報を、車速センサ４０の出力等に基づいて算出される当該複数のフレーム間の車両の移動距離を考慮して重ね合わせる。路面変位算出部２２は、重ね合わせた結果から、アクティブサスペンションを含むサスペンションシステム６０のプレビュー制御のための路面変位情報を生成する。

【0056】

メモリ３０は、演算処理回路２０において視差情報、各検出対象点Ｋまでの水平距離Ｌに関する情報、各検出対象点の高さｈに関する情報などを生成するための演算アルゴリズム（プログラム）を記憶する。メモリ３０は、演算処理回路２０において生成された上記各種情報を記憶することが可能に構成される。メモリ３０は、典型的には、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの不揮発性メモリで構成される。

【0057】

本実施形態において、メモリ３０は、水平距離Ｌの算出ための演算パラメータとして、（９）式を用いた算出されたBF値を記憶する。すなわち、メモリ３０は、水平距離（Ｌ₀）が既知である検出基準点Ｐ１の水平方向の視差情報（ｄ）と、基準画像における検出基準点の位置（ｘ，ｙ）と、カメラ１０Ｒ，１０Ｌの光軸間距離（Ｂ）と、ステレオカメラ１０の設置角度θcとに関する情報に基づいて予め設定された基準パラメータ（BF値）を記憶する。

【0058】

［距離算出方法］
続いて、距離算出装置１００の典型的な動作について説明する。図６は、距離算出装置１００（演算処理回路２０）による路面変位検出の手順を示すフローチャートである。

【0059】

まず、演算処理回路２０は、車両に設置されたステレオカメラ１０によって所定のフレームレートで撮像された車両進行方向の路面Ｒの画像信号を取得する（Ｓ１０１）。

【0060】

続いて、演算処理回路２０は、ステレオカメラ１０における第１のカメラ１０Ｌで取得された基準画像と、ステレオカメラ１０における第２のカメラ１０Ｒで取得された参照画像とに基づいて、路面Ｒ上の検出対象点Ｋの水平方向の視差ｄを算出する（Ｓ１０２）。

【0061】

続いて、演算処理回路２０は、メモリ３０に格納された基準パラメータ（BF値）を読み出す（Ｓ１０３）。

【0062】

基準パラメータ（BF値）は、図４を参照して説明したように、水平距離（Ｌ₀）が既知である検出基準点Ｐ１の水平方向の視差（ｄ₀）と、基準画像１３Ｌにおける検出基準点Ｐ１の位置と、カメラ１０Ｌ、１０Ｒの光軸間距離（Ｂ）と、水平方向に対するステレオカメラ１０の設置角度（θc）とに関する情報に基づいて予め設定された距離算出パラメータであり、上記（９）式を用いて算出される。

【0063】

続いて、演算処理回路２０は、基準パラメータ（BF値）、（２）および（７）式を用いて、ステレオカメラ１０と検出対象点Ｋまでの水平距離（Ｌ）を算出する（Ｓ１０４）。これにより、検出対象点Ｋまでの距離情報が生成される。
さらに演算処理回路２０は、基準パラメータ（BF値）、（１）および（２）式を用いて、検出対象点Ｋの高さ（路面変位ｈ）に関する情報が生成される（Ｓ１０５）。

【0064】

以上の処理は、すべての検出対象点Ｋについての路面変位情報が生成されるまで繰り返し実行される（Ｓ１０６）。生成された距離情報および路面変位情報は、サスペンションシステム６０へ供給され、アクティブサスペンションのプレビュー制御に供される。

【0065】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

【0066】

例えば以上の実施形態では、車両のタイヤ予想走行軌跡上の検出対象点における距離情報や路面変位情報を生成するように構成されたが、これに限られず、タイヤ予想走行軌跡上にない検出対象点における距離情報や路面変位情報を生成するように構成されてもよい。

【0067】

さらに以上の実施形態では、路面を走行する車両に設置される距離算出装置を例に挙げて説明したが、これに限られず、室内の床面などの走行面を移動する各種運搬用の機器やロボットなどにも本発明は適用可能である。

【符号の説明】

【0068】

１０…ステレオカメラ
２０…演算処理回路
３０…メモリ
１００…距離算出装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】