專利名稱：距離測量裝置和距離測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用拍攝圖像，測量與對象物的距離的距離測量裝置和距離測量方法。
背景技術(shù)：
以往，考慮通過搭載于車輛中的相機，對道路狀況進(jìn)行拍攝，并基于由此獲得的圖像，輔助駕駛或者控制車輛。此時，非常重要的是，通過對用相機所拍攝的圖像進(jìn)行規(guī)定的處理，檢測圖像中存在的道路交通標(biāo)志、指示路牌、信號機等的對象物，從而對檢測出的對象物和相機之間的距離進(jìn)行測量。一般而言，能夠通過下式(1)求相機和對象物之間的距離(對象物距離)。對象物距離=(相機的焦距X對象物實際大小)/(像素間距X對象物像素數(shù))…(1)這里，對象物實際大小是指，對象物的實際的大小，像素間距是指，拍攝元件 (CCD (charge coupled device,電冑華禹☆ 牛)CMOS (Complementary Metal Oxide kmiconductor，互補金屬氧化物半導(dǎo)體)等)的一個元件的大小，對象物像素數(shù)是指，顯示對象物的像素數(shù)。也就是說，像素間距X對象物像素數(shù)表示對象物的圖像大小。此外，焦距、像素間距為相機的規(guī)格(spec)特性，通常在各個相機中為固定值或已知值。作為利用式(1)的關(guān)系而測量相機和對象物之間的距離的技術(shù)，例如有專利文獻(xiàn) 1、2中公開的技術(shù)。專利文獻(xiàn)1中公開的技術(shù)是對道路標(biāo)志或信號機等按規(guī)格統(tǒng)一了大小的對象物進(jìn)行拍攝，并基于圖像內(nèi)的對象物的大小，測量至對象物的距離的技術(shù)。另外，在專利文獻(xiàn)2中公開的技術(shù)是通過對車輛的牌照(number plate)進(jìn)行拍攝，測定圖像中的牌照中的文字大小，并將測定出的文字大小與根據(jù)規(guī)格決定且已知的文字大小進(jìn)行比較，從而測量從相機至車輛的距離的技術(shù)。另外，在專利文獻(xiàn)3中，公開了通過考慮對象物的檢測誤差，能夠進(jìn)行對象物的準(zhǔn)確的位置記錄的位置記錄裝置。而且，在專利文獻(xiàn)3中，在使用GPS (global positioning system，全球定位系統(tǒng))等的定位裝置測量本車位置，并根據(jù)拍攝圖像計算對象物和本車的相對位置(相對距離和相對方向)的情況下，在本車位置的測量或相對位置的計算中產(chǎn)生誤差。因此，公開了將檢測出對象物的、多個地點中的最大誤差進(jìn)行比較，并記錄在最大誤差最小的地點中獲取的對象物的位置信息的技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利特開平8-219775號公報專利文獻(xiàn)2 日本專利特開2006-3^776號公報專利文獻(xiàn)3 日本專利特開2006-330908號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題然而，在專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2中公開的技術(shù)中，未考慮從圖像中檢測對象物時的檢測誤差。特別在由車載相機對標(biāo)志或先行車輛的牌照等的對象物進(jìn)行拍攝時，從車載相機至對象物相距數(shù)十米的情況較多，所以圖像中的對象物的大小變小。其結(jié)果，圖像大小和圖像大小中包含的誤差的比例即相對誤差變大。若該相對誤差變大，則距離的測量精度隨之劣化。圖1表示從實際的車載相機的圖像中檢測出限速標(biāo)志的例子。圖IA是車載相機圖像，圖IB表示將從大致連續(xù)的幀中檢測出限速標(biāo)志的結(jié)果歸一化為64X64的大小的情形。如圖IB所示，即使車輛的實際移動距離小，也由于照明或相對方向等的環(huán)境變化，檢測圖像的圖像大小的變化劇烈。另一方面，雖然在專利文獻(xiàn)3中公開的技術(shù)中，考慮了對象物的檢測誤差，但僅考慮了作為理論值的最大誤差，而未考慮實際的檢測誤差。而且，最大誤差對每個測量位置是固定的，所以最終等同于選擇最佳位置，而未考慮照明變化等的影響。也就是說，難以充分地抑制起因于對象物的檢測誤差的距離檢測精度的劣化。本發(fā)明的目的在于，提供充分地抑制起因于對象物的檢測誤差的距離檢測精度的劣化，并高精度地測量與拍攝出的對象物的距離的距離測量裝置和距離測量方法。解決問題的方案本發(fā)明的距離測量裝置的一個形態(tài)所采用的結(jié)構(gòu)包括部位圖像檢測單元，從對象物的拍攝圖像中檢測所述對象物中包含的大小已知的多個部位的部位圖像；相對誤差比較單元，使用由所述部位圖像檢測單元檢測出的所述多個部位的圖像大小、以及與所述多個部位中已知的大小有關(guān)的信息，選擇使所述圖像大小與所述圖像大小中包含的誤差的比例即相對誤差最小的部位圖像大小；以及距離估計單元，使用所述選擇出的部位圖像大小， 估計與所述對象物的距離。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠充分地抑制起因于對象物的檢測誤差的距離檢測精度的劣化， 并高精度地測量與拍攝出的對象物的距離。


圖1A、圖IB是表示從實際的車載相機的圖像中檢測限速標(biāo)志的情形的圖。圖2A、圖2B是表示限速標(biāo)志的圖。圖3是表示本發(fā)明的實施方式1的距離測量裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖4是表示圖3所示的相對誤差比較單元中的處理步驟的流程圖。圖5A 圖5D是以二進(jìn)制圖像(binary picture)表示圖IB所示的4個檢測結(jié)果的圖。圖6是表示本發(fā)明的實施方式2的距離測量裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖7是表示相對誤差的概率密度分布的圖。圖8A、圖8B是表示相對誤差的概率密度分布的圖。圖9是表示本發(fā)明的實施方式3的距離測量裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖IOA 圖IOC是表示在夜間拍攝出的暫停標(biāo)志的圖像的圖,圖11是表示牌照的圖。標(biāo)號說明101第1部位檢測單元102第2部位檢測單元103第3部位檢測單元104、302相對誤差比較單元105 距離估計單元301概率密度分布計算單元401部位質(zhì)量判定單元402相機參數(shù)控制單元403存儲單元
具體實施例方式以下，參照附圖，詳細(xì)地說明本發(fā)明的實施方式。(實施方式1)圖2A是表示限速標(biāo)志的圖，在該圖中，將標(biāo)志的外框的圓設(shè)為第1部位，將標(biāo)志的內(nèi)框的圓設(shè)為第2部位，將包圍左側(cè)的數(shù)字“5”或右側(cè)的數(shù)字“0”的長方形框定義為第3 部位。此外，圖2B表示圖2A的二進(jìn)制圖像。以下，以圖2所示的限速標(biāo)志為例進(jìn)行說明。[1]整體結(jié)構(gòu)圖3是表示本發(fā)明的實施方式1的距離測量裝置100的結(jié)構(gòu)的方框圖。距離測量裝置100搭載在汽車等的車輛中，并將圖像信息(二進(jìn)制圖像)輸入到第1部位檢測單元 101 第3部位檢測單元103。圖像信息是通過車輛中搭載的相機進(jìn)行實時拍攝所得的車輛周圍的圖像。第1部位檢測單元101 第3部位檢測單元103根據(jù)輸入的圖像信息，檢測與限速標(biāo)志對應(yīng)的各個部位，對檢測出的部位的像素數(shù)進(jìn)行計數(shù)，并將計數(shù)所得的像素數(shù)輸出到相對誤差比較單元104作為實測圖像大小Dl D3。具體而言，第1部位檢測單元101檢測圖2B的限速標(biāo)志的外側(cè)的圓作為第1部位。 第2部位檢測單元102檢測圖2B的限速標(biāo)志的內(nèi)側(cè)的圓作為第2部位。第3部位檢測單元103檢測圖2B的限速標(biāo)志的數(shù)字作為第3部位。這里，由圖2B明確可知，由于存在“外側(cè)的圓的圖像大小>內(nèi)側(cè)的圓的圖像大小>數(shù)字的圖像大小(例如，左側(cè)的數(shù)字5的外框大小)，，的關(guān)系，所以應(yīng)為"Dl > D2 > D3”的關(guān)系。相對誤差比較單元104使用通過第1部位檢測單元101、第2部位檢測單元102、 第3部位檢測單元103檢測出的多個部位的圖像大小D1、D2、D3、以及與多個部位中為已知的大小有關(guān)的信息，選擇使圖像大小D1、D2、D3與圖像大小D1、D2、D3中包含的誤差dl、d2、 d3的比例即相對誤差dl/Dl、d2/D2、d3/D3最小的部位圖像大小。距離估計單元105使用由相對誤差比較單元104選擇出的圖像大小，估計與對象物的距離。具體而言，距離估計單元105通過將從相對誤差比較單元104輸出的圖像大小應(yīng)用于上式(1)的對象物像素數(shù)，計算對象物距離。
[2]關(guān)于使用了相對誤差的處理這里，說明使用相對誤差，選擇用于距離計算的部位的圖像大小的處理。能夠使用實測圖像大小Dl D3和實測誤差dl d3，如下式(2)那樣地表示第1 部位 第3部位的真正的圖像大小Cl C3。Cl = Dl+dlC2 = D2+d2.........(2)C3 = D3+d3此外，Cl C3和dl d3為未知值。另外，Cl C3與進(jìn)行了歸一化的對象物的大小成比例，所以具有下式(3)的關(guān)系。Cl = k21XC2C3 = k23XC2.........(3)其中，k21和k23為已知的常數(shù)。也就是說，相對誤差比較單元104能夠根據(jù)Cl C3中的任意一個，計算其他兩個。以下，假設(shè)在通常情況下Cl C3與同一距離Z對應(yīng)。若將根據(jù)Dl、D2、D3計算的距離分別記為Z+zl、Z+z2、Z+z3,則能夠根據(jù)對象物距離和圖像大小的關(guān)系，求得下式⑷的關(guān)系。其中，zl、z2、z3分別為圖像大小中含有誤差 dl、d2、d3時的距離的誤差。zl/Z = dl/Dlz2/Z = d2/D2.........(4)z3/Z = d3/D3這表示各個部位的圖像大小的相對誤差分別等于計算出的距離的相對誤差。因此，通過使相對誤差最小化，能夠提高計算出的距離的精度。然而，由于Cl C3和dl d3 為未知，所以無法求相對誤差的真值(true value) 0因此，本發(fā)明的發(fā)明人找出了以下方法，S卩通過使用與多個部位中為已知的大小有關(guān)的信息，找到使相對誤差最小的圖像大小，并使用該圖像大小進(jìn)行距離計算，從而提高計算出的距離的精度。實際上，在本實施方式中，作為與多個部位中為已知的大小有關(guān)的信息，使用如式(3)所示的與多個部位間為已知的大小比率有關(guān)的信息。此外，使用了相對誤差是因為如下理由。也就是說，若要比較絕對誤差，選擇誤差最小的圖像大小，則必然是圖像大小越小的部位，絕對誤差越小，所以圖像大小越小的部位，越容易被選擇作為用于距離計算的圖像。由于距離測量裝置100如本實施方式那樣地使用相對誤差，所以無論部位的大小如何，都能夠平等地選擇適合用于距離計算的圖像大在本實施方式中，作為找出使相對誤差最小的圖像大小的方法，記述以下三個方法。[2-1]方法1 使用了相對誤差和最小化規(guī)則的方法相對誤差比較單元104使用從第1部位檢測單元101 第3部位檢測單元103輸出的實測圖像大小Dl D3、以及第1部位的實測誤差dl 第3部位的實測誤差d3，計算相對誤差和dl/Dl+d2/D2+d3/D3。然后，相對誤差比較單元104求使該相對誤差和dl/Dl+d2/ D2+d3/D3最小的圖像大小，判斷該圖像大小為適合用于距離計算的圖像大小，并將該圖像大小傳送到距離估計單元105。
6
具體而言，相對誤差比較單元104按照如下的步驟，求使該相對誤差和dl/Dl+d2/ D2+d3/D3最小的圖像大小。(i)首先，假設(shè)C2為某一值。由圖2B的關(guān)系可知，通常C2在[D3，D1]的范圍內(nèi)， 所以將假設(shè)的C2的值設(shè)定在[D3，Dl]的范圍內(nèi)。(ii)接著，使用假設(shè)的C2和式(3)，計算(1、03的值。(iii)接著，使用Cl C3的值、Dl D3的值、以及式O)，計算dl、d2、d3的值。(iv)接著，計算相對誤差和 dl/Dl+d2/D2+d3/D3。相對誤差比較單元104使上述(i)中假設(shè)的C2的值在[D3，D1]的范圍內(nèi)變化，將使按上述(iv)獲得的相對誤差和最小的C2的值判斷為最適合于距離計算的圖像大小，并輸出到距離估計單元105。使用圖4，說明使用了該相對誤差和最小化規(guī)則的方法的更具體的處理例。在圖4 中，在步驟ST201中，第1部位檢測單元101 第3部位檢測單元103獲取第1部位的實測圖像大小Dl 第3部位的實測圖像大小D3。接著，在步驟ST202中，相對誤差比較單元104通過將獲取了的D3和Dl的差分平分為N等分，設(shè)定使假設(shè)的C2依序變化的變化量b。也就是說，相對誤差比較單元104根據(jù) D3-D1 =NXb，設(shè)定變化量b。接著，在步驟ST203中，首先，作為初始值，設(shè)定η = 0，且將相對誤差和E的最小值即Emin設(shè)定為⑴。接著，在步驟ST204中，將假設(shè)的C2的值設(shè)定為C2 = D3+nXb。在步驟 ST205 中，使用式(3)，計算 Cl = k21XC2、C3 = k23XC2。在步驟ST206中，使用式O)，計算實測誤差dl d3，在步驟ST207中，計算相對誤差和 E( = dl/Dl+d2/D2+d3/D3)。在步驟ST208中，判定步驟ST207中求出的相對誤差和E是否小于至此為止的最小值Emin，在E小于Emin ( “是”)的情況下，轉(zhuǎn)移到步驟ST209，而在E不小于Emin ( “否”) 的情況下，轉(zhuǎn)移到步驟ST210。在步驟ST209中，將Emin設(shè)定為在步驟ST207中計算出的E，將此時的C2設(shè)定為最佳的C(Copt)并暫時存儲，在步驟ST210中，判定η是否到達(dá)了 N，在非η = N( “否”)的情況下，轉(zhuǎn)移到步驟ST211，而在n = N( “是”)的情況下，轉(zhuǎn)移到步驟ST212。在步驟ST211中，將η增值，并返回到步驟ST204。在步驟ST212中，將步驟ST209中存儲的Copt決定為C2，并結(jié)束相對誤差比較處理。這樣，能夠求使相對誤差和最小的C2的值、也就是最適合于距離計算的圖像大小。此外，在上述的例子中，說明了假設(shè)C2為某一值，使假設(shè)的C2的值在[D3，Dl]的范圍內(nèi)變化，將使相對誤差和dl/Dl+d2/D2+d3/D3最小的C2判斷為最適合于距離計算的圖像大小的情況。在上述的例子中，還可以代替C2，而假設(shè)Cl或C3為某一值，通過與上述相同的方法，將使相對誤差和最小的Cl或C3的值判斷為最適合于距離計算的圖像大小，并輸出到距離估計單元105。[2-2]方法2 從現(xiàn)有的實測圖像大小Dl D3中選擇精度最高的值的方法在方法1中，說明了搜索最佳的C2的方法，但這里說明不搜索最佳的C2而從現(xiàn)有的實測圖像大小Dl D3中選擇精度最高的值的方法。首先，相對誤差比較單元104假設(shè)dl =0，且設(shè)Cl =D1。另外，相對誤差比較單元104通過使用多個部位間已知的大小比率，求C2和C3。例如，在圖2B的情況下，由于Cl、 C2、C3的比率Cl/C2/C3(與Cl C2 C3為相同含義)唯一地決定為60/40/23. 5，所以使用該比率，根據(jù)Cl求C2和C3。進(jìn)而，相對誤差比較單元104使用式(2)求d2和d3。然后，相對誤差比較單元104求除了將誤差設(shè)為0的一個部位以外的其他部位的相對誤差和。 這里，求相對誤差和el = d2/D2+d3/D3作為其他部位的相對誤差和。同樣地，相對誤差比較單元104假設(shè)d2 = 0，且設(shè)C2 = D2。另外，相對誤差比較單元104使用已知的比率C1/C2/C3，根據(jù)C2求Cl和C3，進(jìn)而求dl和d3。然后，相對誤差比較單元104求相對誤差和e2 = dl/Dl+d3/D3作為其他部位的相對誤差和。另外，相對誤差比較單元104同樣地假設(shè)d3 = 0，且設(shè)C3 = D3。另外，相對誤差比較單元104使用已知的比率C1/C2/C3，根據(jù)C3求Cl和C2，進(jìn)而求dl和d2。然后，相對誤差比較單元104求相對誤差和e3 = dl/Dl+d2/D2作為其他部位的相對誤差和。相對誤差比較單元104檢測這樣求出的其他部位的相對誤差和el e3之中的最小值。然后，選擇將其他部位的相對誤差和成為最小時的誤差設(shè)為0的部位的圖像大小作為使相對誤差最小的部位的圖像大小。例如，在其他部位的相對誤差和el e3之中el最小的情況下，選擇實測圖像大小Dl作為使相對誤差最小的部位圖像大小。同樣地，在其他部位的相對誤差和el e3之中e2最小的情況下，選擇實測圖像大小D2作為使相對誤差最小的部位圖像大小。然后，相對誤差比較單元104將選擇出的實測圖像大小D1、D2或D3判斷為最適合于距離計算的圖像大小，并輸出到距離估計單元105。舉出具體例子。圖5以二進(jìn)制圖像表示圖IB所示的四個檢測結(jié)果。作為實測圖像大小Dl D3，假設(shè)在圖5A中獲得Dl = 64、D2 = 45、D3 = 26，在圖5B中獲得Dl = 64、 D2 = 57、D3 = 33，在圖 5C 中獲得 Dl = 64、D2 = 47、D3 = 31，在圖 OT 中獲得 Dl = 64、D2 =59、D3 = 43。此時，對圖5A 圖5D的各個圖，el e3如表1所示，為了計算對象物距離所選擇的實測圖像大小如表1所示。[表1]
圖5A圖邪圖5C圖5Del(dl = 0)8. 71%49. 13%28. 25%69. 27%e2(d2 = 0)7. 59%35. 5%20. 71%57. 33%e3(d3 = 0)5. 37%33. 06%35. 65%95. 23%選擇的圖像大小D3D3D2D2 以下，具體地表示上述表1中的與圖5A對應(yīng)的el = 8. 71的求得方法。在圖5A 中，由于Dl = 64，D2 = 45，D3 = 26，且C1/C2/C3的比例關(guān)系為60/40/23. 5，所以若相對誤差比較單元104假設(shè)dl = 0且設(shè)Cl = D1，則能夠求出C2 = 42.9X3 = 25。接著，相對誤差比較單元 104 求 d2 = C2-D2 = 42. 9-45 = 2. 1、d3 = | C3-D3 | = 25-26 = 1。 其結(jié)果，相對誤差比較單元 104 求出 el = d2/D2+d3/D3 = 2. 1/45+1/26 = 4. 71% +4% = 8. 71%。[2-3]方法3 使最大相對誤差最小化的方法首先，相對誤差比較單元104假設(shè)dl =0，且設(shè)Cl =D1。接著，相對誤差比較單元104求d2/D2、d3/D3，選擇dl/Dl、d2/D2、d3/D3中的最大值(最大相對誤差)。同樣地，相對誤差比較單元104在假設(shè)d2 = 0且設(shè)C2 = D2時，選擇dl/Dl、d2/ D2、d3/D3之中的最大相對誤差。另外，同樣地，相對誤差比較單元104在假設(shè)d3 = 0且設(shè) C3 = D3時，選擇dl/Dl、d2/D2、d3/D3之中的最大相對誤差。接著，相對誤差比較單元104求在dl = 0、d2 = 0、d3 = 0的各個情形中求得的最大相對誤差中的最小的最大相對誤差。然后，選擇將獲得該最小的最大相對誤差時的誤差設(shè)為O的部位的圖像大小作為使相對誤差最小的部位圖像大小。例如，在dl = 0、d2 = 0、 d3 = 0的各個情形中求出的最大相對誤差之中dl = 0時求出的最大相對誤差為最小的情況下，選擇實測圖像大小Dl作為使相對誤差最小的部位圖像大小。同樣地，在dl = 0、d2 =0、d3 = 0的各個情形中求出的最大相對誤差之中d2 = 0時求出的最大相對誤差為最小的情況下，選擇實測圖像大小D2作為使相對誤差最小的部位圖像大小。然后，相對誤差比較單元104將選擇出的實測圖像大小D1、D2或D3判斷為最適合于距離計算的圖像大小，并輸出到距離估計單元105。這里，以下，舉例表示相對誤差比較單元104使用了圖5A的Dl = 64、D2 = 45、 = ^的情況。首先，若相對誤差比較單元104假設(shè)dl = 0且設(shè)Cl =D1，則d2/D2 =
4. 71%, d3/D3 = 4% ο 求得 max (dl/Dl，d2/D2，d3/D3) = max (0,4. 71,4) =4.71%。接著，若假設(shè)d2 = 0 且設(shè) C2 = D2，則可求出 max(dl/Dl，d2/D2，d3/D3)= max (5. 47,0,2. 12) = 5.47%。同樣地，若假設(shè) d3 = 0 且設(shè) C3 = D3，則可求得 max (dl/Dl， d2/D2, d3/D3) = max(3. 59,1. 78,0) = 3.59%。然后，由于minG. 71，5. 47,3.59) = 3. 59，所以選擇實測圖像大小D3作為用于對象物距離的計算的圖像大小。[3]效果如上所說明，根據(jù)本實施方式，由于設(shè)置了如下的單元，所以能夠充分地抑制起因于對象物的檢測誤差的距離檢測精度的劣化，并高精度地測量與拍攝出的對象物的距離， 即部位檢測單元101 部位檢測單元103，從對象物的拍攝圖像中檢測對象物中包含的大小已知的多個部位的部位圖像；相對誤差比較單元302，使用由部位檢測單元101 部位檢測單元103檢測出的多個部位的圖像大小Dl D3以及與多個部位中為已知的大小有關(guān)的信息，選擇使圖像大小Dl、D2、D3和圖像大小中包含的誤差dl、d2、d3的比例即相對誤差 dl/Dl、d2/D2、d3/D3最小的部位圖像大?。灰约熬嚯x估計單元105，使用選擇出的部位圖像大小，估計與對象物的距離。(實施方式2)在本發(fā)明的實施方式2中，說明利用相對誤差dl/Dl、d2/D2、d3/D3各自的概率密度分布的情況。在實際的距離測定之前，預(yù)先求該概率密度分布作為事前統(tǒng)計知識。
在對與圖3對應(yīng)的部分附加相同標(biāo)號而表示的圖6中，表示本實施方式的距離測量裝置300的結(jié)構(gòu)。距離測量裝置300與實施方式1的距離測量裝置100(圖3)相比，追加了概率密度分布計算單元301，相對誤差比較單元104被變更為相對誤差比較單元302。概率密度分布計算單元301在實際的距離測定之前求概率密度分布作為事前統(tǒng)計知識。概率密度分布計算單元301輸入樣本圖像數(shù)據(jù)，對固定數(shù)的樣本，以規(guī)定的方法檢測第1部位 第3部位，并比較檢測結(jié)果和真值，從而獲得如圖7所示的表示相對誤差值的分布的概率密度分布。圖7是表示第1部位 第3部位的相對誤差的概率密度分布的圖。 在圖7中，橫軸表示相對誤差，縱軸表示概率密度。另外，Pl表示dl/Dl的分布，p2表示d2/ D2的分布，p3表示d3/D3的分布。概率密度分布計算單元301將這樣事先求出的概率密度分布Pl p3輸出到相對誤差比較單元302。相對誤差比較單元302使用從第1部位檢測單元101 第3部位檢測單元103輸出的圖像大小Dl D3以及與多個部位中為已知的大小有關(guān)的信息，計算相對誤差dl/Dl、 d2/D2、d3/D3。例如，能夠通過進(jìn)行以下的⑴ (iv)的處理，求該相對誤差dl/Dl、d2/D2、d3/ D3。(i)首先，假設(shè)C2為某一值。由圖2B的關(guān)系可知，通常C2在[D3，D1]的范圍內(nèi)， 所以將假設(shè)的C2的值設(shè)定在[D3，Dl]的范圍內(nèi)。(ii)接著，使用假設(shè)的C2和式(3)，計算(1、03的值。(iii)接著，使用Cl C3的值、Dl D3的值、以及式O)，計算dl、d2、d3的值。(iv)接著，分別計算相對誤差dl/Dl、d2/D2、d3/D3。接著，相對誤差比較單元302從利用概率密度分布計算單元301作為事前統(tǒng)計知識而求出的概率密度分布pl、p2、p3中讀出與相對誤差dl/Dl、d2/D2、d3/D3對應(yīng)的概率密度P1、P2、P3。接著，相對誤差比較單元302通過對讀出的概率密度P1、P2、P3進(jìn)行乘法運算，計算相對誤差的概率密度積Pl X P2 X P3。相對誤差比較單元302使上述(i)中假設(shè)的C2的值在[D3，D1]的范圍內(nèi)變化，并計算與其對應(yīng)的相對誤差dl/Dl、d2/D2、d3/D3。另外，相對誤差比較單元302根據(jù)概率密度分布？1、？2、？3，讀出與計算出的相對誤差(11/1)1、(12/1)2、(13/1)3對應(yīng)的新的概率密度？1、 2、？3，并計算新的概率密度積？1\ 2父？3。相對誤差比較單元302從這樣計算出的多個概率密度積P1XP2XP3中找出最小的概率密度積。然后，相對誤差比較單元302將使概率密度積最小的C2的值判斷為最適合于距離計算的圖像大小，并輸出到距離估計單元105。如上所說明，根據(jù)本實施方式，除了使用由部位檢測單元101 部位檢測單元103 檢測出的多個部位的圖像大小Dl D3、以及與多個部位中為已知的大小有關(guān)的信息之外， 還使用對于多個部位的相對誤差的概率密度分布，選擇使相對誤差dl/Dl、d2/D2、d3/D3最小的部位圖像大小。也就是說，在實施方式1中，以相對誤差和為基準(zhǔn)而選擇了最佳的部位圖像大小，但在本實施方式中，以相對誤差的概率密度積為基準(zhǔn)而選擇最佳的部位圖像大小。由此，與實施方式1同樣地，能夠充分地抑制起因于對象物的檢測誤差的距離檢測精度的劣化，并更高精度地測量與拍攝出的對象物的距離。
此外，在難以直接求概率密度分布的情況下，能夠使用相對誤差的最大值而近似地求出概率密度分布。具體而言，在通過樣本統(tǒng)計或理論性概算而獲取相對誤差dl/Dl、d2/ D2、d3/D3中的最大值gl、g2、g3的情況下，能夠如圖8A或圖8B所示地設(shè)定概率密度分布。 圖8A表示假設(shè)在正/負(fù)的最大值之間概率密度分布相同而設(shè)定了概率密度分布的例子。此時，計算概率密度分布的高度值，以使規(guī)定的矩形的面積(積分和)為1。另外，圖8B表示將正/負(fù)的相對誤差最大值的概率密度設(shè)定為0，計算與相對誤差0對應(yīng)的概率密度分布的最大值，以使規(guī)定的三角形的面積(積分和)為1的例子。其后，能夠使用上述獲取了的近似概率密度分布，測量距離。(實施方式3)在本發(fā)明的實施方式3中，說明控制相機的曝光等的相機參數(shù)，并更高精度地檢測道路標(biāo)志等的各個部位的方法。對與圖3對應(yīng)的部分附加相同標(biāo)號而表示的圖9是表示本實施方式的距離測量裝置400的結(jié)構(gòu)的圖。距離測量裝置400與實施方式1的距離測量裝置100(圖3)相比，追加了部位質(zhì)量判定單元401、相機參數(shù)控制單元402和存儲單元403。部位質(zhì)量判定單元401判定從第1部位檢測單元101 第3部位檢測單元103輸出的各個部位的拍攝質(zhì)量，決定下一幀中應(yīng)重新檢測的部位，并將表示決定了的部位的信息輸出到相機參數(shù)控制單元402。相機參數(shù)控制單元402估計對從部位質(zhì)量判定單元401輸出的應(yīng)重新檢測的部位而言最佳的拍攝條件，并在相機中設(shè)定相機參數(shù)，例如光圈、焦距(focus)、感光度等，以成為該最佳的拍攝條件。存儲單元403將多幀的從第1部位檢測單元101 第3部位檢測單元103輸出的部位進(jìn)行比較，并存儲各個部位中拍攝質(zhì)量最優(yōu)的拍攝圖像。但是，需要考慮因拍攝時間所帶來的距離的變動。為了減小幀間的距離的變動，優(yōu)選為將幀圖像的拍攝間隔設(shè)定得較短。如上所述，本發(fā)明從圖像中檢測多個部位，并使用檢測出的多個部位的圖像，測量距離，所以若各個部位的拍攝質(zhì)量高，則距離測量的精度也變高。然而，還存在對每個部位用以提高拍攝質(zhì)量的拍攝條件不同的情況。圖10表示在夜間拍攝了的暫停標(biāo)志的圖像。圖IOA是經(jīng)高曝光產(chǎn)生的圖像，標(biāo)志的外框?qū)τ诒尘拜^清晰，但標(biāo)志區(qū)域內(nèi)的文字部分的識別則非常困難。另一方面，圖IOB是經(jīng)低曝光產(chǎn)生的圖像，標(biāo)志的外框的檢測較為困難，但標(biāo)志區(qū)域內(nèi)的文字部分的識別則較容易。如圖IOC所示，若將標(biāo)志的外框設(shè)為第1部位，將各個文字的框設(shè)為第2部位，則為了檢測第1部位，優(yōu)選為高曝光，相反地，為了檢測第2部位，優(yōu)選為低曝光。這樣，根據(jù)各個部位控制曝光等，相機參數(shù)控制單元402控制相機參數(shù)，從而能夠提高每個部位的拍攝質(zhì)量。因此，在本實施方式中，通過部位質(zhì)量判定單元401，判定多個部位的拍攝質(zhì)量，決定下一幀中應(yīng)重新檢測的部位。然后，在利用相機參數(shù)控制單元402設(shè)定適合于應(yīng)重新檢測的部位的相機參數(shù)之后，相機拍攝下一幀的圖像。由此，在存儲單元403中，對各個部位存儲高質(zhì)量的部位圖像。相對誤差比較單元104和距離估計單元105使用存儲單元403中存儲的高質(zhì)量的部位圖像，進(jìn)行實施方式1或?qū)嵤┓绞?中說明的處理。由此，能夠進(jìn)一步抑制起因于對象物的檢測誤差的距離檢測精度的劣化，并更高精度地測量與拍攝出的對象物的距離。此外，上述的各實施方式中以道路標(biāo)志為例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于此，例如還可以使用車輛的牌照。例如，能夠通過檢測車輛的牌照，測量與先行車輛的距離。圖11 是表示牌照的四個部位的圖。若將圖11的第1部位 第3部位設(shè)為實施方式1的D1、D2、 D3，則能夠使用實施方式1中說明的方法，高精度地測量與牌照即先行車輛的距離。另外， 距離測量裝置400還可以將圖11的第1部位、第2部位、第4部位設(shè)為實施方式1的D1、 D2、D3。另外，在上述各實施方式中檢測出第1部位 第3部位，但本發(fā)明并不限于此，還可以檢測四個以上的部位，使用該四個以上的部位的圖像大小和已知大小的信息，選擇使相對誤差最小的部位圖像大小，并使用選擇出的部位圖像大小，估計與對象物的距離。在這樣使用四個以上的部位的情況下進(jìn)行的處理與使用了三個部位的情況(上述的實施方式) 基本上相同，僅單純地增加部位的數(shù)量。在2009年6月3日提交的特愿第2009-134225號的日本專利申請中包含的說明書、附圖以及說明書摘要的公開內(nèi)容，全部引用于本申請。工業(yè)實用性本發(fā)明適合于例如測量與道路標(biāo)志或車輛的牌照等按規(guī)格統(tǒng)一了大小的物體的距離的距離測量裝置。
權(quán)利要求
1.距離測量裝置，包括部位圖像檢測單元，從對象物的拍攝圖像中檢測所述對象物中包含的大小已知的多個部位的部位圖像；相對誤差比較單元，使用由所述部位圖像檢測單元檢測出的所述多個部位的圖像大小、以及與所述多個部位中已知的大小有關(guān)的信息，選擇使所述圖像大小與所述圖像大小中包含的誤差的比例即相對誤差最小的部位圖像大??；以及距離估計單元，使用所述選擇出的部位圖像大小，估計與所述對象物的距離。
2.如權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，所述相對誤差比較單元使用在所述多個部位間已知的大小比率。
3.如權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，所述相對誤差比較單元求每個所述部位的相對誤差之和即相對誤差和，并選擇使所述相對誤差和最小的部位的圖像大小。
4.如權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，所述相對誤差比較單元通過進(jìn)行如下的處理(i) (iii)，選擇使所述相對誤差最小的部位圖像大小，即(i).假設(shè)所述多個部位中的任一個部位的所述誤差為0，且依序改變假設(shè)所述誤差為 0的部位；(ii).在所述(i)的條件下，求除了將所述誤差設(shè)為0的一個部位以外的其他部位的所述相對誤差和；以及(iii).搜索將哪個部位的所述誤差設(shè)為0時所述(ii)的相對誤差和為最小，并選擇該相對誤差和為最小時的所述誤差設(shè)為0的部位圖像大小作為使所述相對誤差最小的部位圖像大小。
5.如權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，所述相對誤差比較單元除了使用由所述部位圖像檢測單元檢測出的所述多個部位的圖像大小、以及與所述多個部位中已知的大小有關(guān)的信息之外，還使用作為事前統(tǒng)計知識而準(zhǔn)備的、對所述多個部位的所述相對誤差的概率密度分布，選擇使所述相對誤差最小的部位圖像大小。
6.如權(quán)利要求1所述的距離測量裝置，還包括部位質(zhì)量判定單元，判定所述多個部位的拍攝質(zhì)量，并決定下一幀中應(yīng)重新檢測的部位；以及相機參數(shù)控制單元，設(shè)定適合于應(yīng)重新檢測的部位的相機參數(shù)。
7.距離測量方法，包括部位圖像檢測步驟，從對象物的拍攝圖像中檢測所述對象物中包含的大小已知的多個部位的部位圖像；相對誤差比較步驟，使用在所述部位圖像檢測步驟中檢測出的所述多個部位的圖像大小、以及與所述多個部位中已知的大小有關(guān)的信息，選擇使所述圖像大小與所述圖像大小中包含的誤差的比例即相對誤差最小的部位圖像大小；以及距離估計步驟，使用所述選擇出的部位圖像大小，估計與所述對象物的距離。
全文摘要
提供充分地抑制起因于對象物的檢測誤差的距離檢測精度的劣化，并高精度地測量與拍攝出的對象物的距離的距離測量裝置和距離測量方法。第1部位檢測單元(101)～第3部位檢測單元(103)從對象物的拍攝圖像中檢測對象物中包含的大小已知的多個部位的部位圖像。相對誤差比較單元(104)使用由部位檢測單元(101～103)檢測出的多個部位的圖像大小D1～D3、以及與多個部位中已知的大小有關(guān)的信息，選擇使圖像大小D1、D2、D3和圖像大小中包含的誤差d1、d2、d3的比例即相對誤差d1/D1、d2/D2、d3/D3最小的部位圖像大小。距離估計單元(105)使用選擇出的部位圖像大小，計算對象物的距離。
文檔編號G01C3/06GK102428345SQ20108002117
公開日2012年4月25日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日
發(fā)明者劉偉杰 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社