专利名称：距离测量装置和距离测量方法
技术领域：
本发明涉及使用拍摄图像，测量与对象物的距离的距离测量装置和距离测量方法。
背景技术：
以往，考虑通过搭载于车辆中的相机，对道路状况进行拍摄，并基于由此获得的图像，辅助驾驶或者控制车辆。此时，非常重要的是，通过对用相机所拍摄的图像进行规定的处理，检测图像中存在的道路交通标志、指示路牌、信号机等的对象物，从而对检测出的对象物和相机之间的距离进行测量。一般而言，能够通过下式(1)求相机和对象物之间的距离(对象物距离)。对象物距离=(相机的焦距X对象物实际大小)/(像素间距X对象物像素数)…(1)这里，对象物实际大小是指，对象物的实际的大小，像素间距是指，拍摄元件 (CCD (charge coupled device,电冑華禹☆ 牛)CMOS (Complementary Metal Oxide kmiconductor，互补金属氧化物半导体)等)的一个元件的大小，对象物像素数是指，显示对象物的像素数。也就是说，像素间距X对象物像素数表示对象物的图像大小。此外，焦距、像素间距为相机的规格(spec)特性，通常在各个相机中为固定值或已知值。作为利用式(1)的关系而测量相机和对象物之间的距离的技术，例如有专利文献 1、2中公开的技术。专利文献1中公开的技术是对道路标志或信号机等按规格统一了大小的对象物进行拍摄，并基于图像内的对象物的大小，测量至对象物的距离的技术。另外，在专利文献2中公开的技术是通过对车辆的牌照(number plate)进行拍摄，测定图像中的牌照中的文字大小，并将测定出的文字大小与根据规格决定且已知的文字大小进行比较，从而测量从相机至车辆的距离的技术。另外，在专利文献3中，公开了通过考虑对象物的检测误差，能够进行对象物的准确的位置记录的位置记录装置。而且，在专利文献3中，在使用GPS (global positioning system，全球定位系统)等的定位装置测量本车位置，并根据拍摄图像计算对象物和本车的相对位置(相对距离和相对方向)的情况下，在本车位置的测量或相对位置的计算中产生误差。因此，公开了将检测出对象物的、多个地点中的最大误差进行比较，并记录在最大误差最小的地点中获取的对象物的位置信息的技术。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利特开平8-219775号公报专利文献2 日本专利特开2006-3^776号公报专利文献3 日本专利特开2006-330908号公报
发明内容
发明要解决的问题然而，在专利文献1和专利文献2中公开的技术中，未考虑从图像中检测对象物时的检测误差。特别在由车载相机对标志或先行车辆的牌照等的对象物进行拍摄时，从车载相机至对象物相距数十米的情况较多，所以图像中的对象物的大小变小。其结果，图像大小和图像大小中包含的误差的比例即相对误差变大。若该相对误差变大，则距离的测量精度随之劣化。图1表示从实际的车载相机的图像中检测出限速标志的例子。图IA是车载相机图像，图IB表示将从大致连续的帧中检测出限速标志的结果归一化为64X64的大小的情形。如图IB所示，即使车辆的实际移动距离小，也由于照明或相对方向等的环境变化，检测图像的图像大小的变化剧烈。另一方面，虽然在专利文献3中公开的技术中，考虑了对象物的检测误差，但仅考虑了作为理论值的最大误差，而未考虑实际的检测误差。而且，最大误差对每个测量位置是固定的，所以最终等同于选择最佳位置，而未考虑照明变化等的影响。也就是说，难以充分地抑制起因于对象物的检测误差的距离检测精度的劣化。本发明的目的在于，提供充分地抑制起因于对象物的检测误差的距离检测精度的劣化，并高精度地测量与拍摄出的对象物的距离的距离测量装置和距离测量方法。解决问题的方案本发明的距离测量装置的一个形态所采用的结构包括部位图像检测单元，从对象物的拍摄图像中检测所述对象物中包含的大小已知的多个部位的部位图像；相对误差比较单元，使用由所述部位图像检测单元检测出的所述多个部位的图像大小、以及与所述多个部位中已知的大小有关的信息，选择使所述图像大小与所述图像大小中包含的误差的比例即相对误差最小的部位图像大小；以及距离估计单元，使用所述选择出的部位图像大小， 估计与所述对象物的距离。发明的效果根据本发明，能够充分地抑制起因于对象物的检测误差的距离检测精度的劣化， 并高精度地测量与拍摄出的对象物的距离。
图1A、图IB是表示从实际的车载相机的图像中检测限速标志的情形的图。图2A、图2B是表示限速标志的图。图3是表示本发明的实施方式1的距离测量装置的结构的方框图。图4是表示图3所示的相对误差比较单元中的处理步骤的流程图。图5A 图5D是以二进制图像(binary picture)表示图IB所示的4个检测结果的图。图6是表示本发明的实施方式2的距离测量装置的结构的方框图。图7是表示相对误差的概率密度分布的图。图8A、图8B是表示相对误差的概率密度分布的图。图9是表示本发明的实施方式3的距离测量装置的结构的方框图。
图IOA 图IOC是表示在夜间拍摄出的暂停标志的图像的图,图11是表示牌照的图。标号说明101第1部位检测单元102第2部位检测单元103第3部位检测单元104、302相对误差比较单元105 距离估计单元301概率密度分布计算单元401部位质量判定单元402相机参数控制单元403存储单元
具体实施例方式以下，参照附图，详细地说明本发明的实施方式。(实施方式1)图2A是表示限速标志的图，在该图中，将标志的外框的圆设为第1部位，将标志的内框的圆设为第2部位，将包围左侧的数字“5”或右侧的数字“0”的长方形框定义为第3 部位。此外，图2B表示图2A的二进制图像。以下，以图2所示的限速标志为例进行说明。[1]整体结构图3是表示本发明的实施方式1的距离测量装置100的结构的方框图。距离测量装置100搭载在汽车等的车辆中，并将图像信息(二进制图像)输入到第1部位检测单元 101 第3部位检测单元103。图像信息是通过车辆中搭载的相机进行实时拍摄所得的车辆周围的图像。第1部位检测单元101 第3部位检测单元103根据输入的图像信息，检测与限速标志对应的各个部位，对检测出的部位的像素数进行计数，并将计数所得的像素数输出到相对误差比较单元104作为实测图像大小Dl D3。具体而言，第1部位检测单元101检测图2B的限速标志的外侧的圆作为第1部位。 第2部位检测单元102检测图2B的限速标志的内侧的圆作为第2部位。第3部位检测单元103检测图2B的限速标志的数字作为第3部位。这里，由图2B明确可知，由于存在“外侧的圆的图像大小>内侧的圆的图像大小>数字的图像大小(例如，左侧的数字5的外框大小)，，的关系，所以应为"Dl > D2 > D3”的关系。相对误差比较单元104使用通过第1部位检测单元101、第2部位检测单元102、 第3部位检测单元103检测出的多个部位的图像大小D1、D2、D3、以及与多个部位中为已知的大小有关的信息，选择使图像大小D1、D2、D3与图像大小D1、D2、D3中包含的误差dl、d2、 d3的比例即相对误差dl/Dl、d2/D2、d3/D3最小的部位图像大小。距离估计单元105使用由相对误差比较单元104选择出的图像大小，估计与对象物的距离。具体而言，距离估计单元105通过将从相对误差比较单元104输出的图像大小应用于上式(1)的对象物像素数，计算对象物距离。
[2]关于使用了相对误差的处理这里，说明使用相对误差，选择用于距离计算的部位的图像大小的处理。能够使用实测图像大小Dl D3和实测误差dl d3，如下式(2)那样地表示第1 部位 第3部位的真正的图像大小Cl C3。Cl = Dl+dlC2 = D2+d2.........(2)C3 = D3+d3此外，Cl C3和dl d3为未知值。另外，Cl C3与进行了归一化的对象物的大小成比例，所以具有下式(3)的关系。Cl = k21XC2C3 = k23XC2.........(3)其中，k21和k23为已知的常数。也就是说，相对误差比较单元104能够根据Cl C3中的任意一个，计算其他两个。以下，假设在通常情况下Cl C3与同一距离Z对应。若将根据Dl、D2、D3计算的距离分别记为Z+zl、Z+z2、Z+z3,则能够根据对象物距离和图像大小的关系，求得下式⑷的关系。其中，zl、z2、z3分别为图像大小中含有误差 dl、d2、d3时的距离的误差。zl/Z = dl/Dlz2/Z = d2/D2.........(4)z3/Z = d3/D3这表示各个部位的图像大小的相对误差分别等于计算出的距离的相对误差。因此，通过使相对误差最小化，能够提高计算出的距离的精度。然而，由于Cl C3和dl d3 为未知，所以无法求相对误差的真值(true value) 0因此，本发明的发明人找出了以下方法，S卩通过使用与多个部位中为已知的大小有关的信息，找到使相对误差最小的图像大小，并使用该图像大小进行距离计算，从而提高计算出的距离的精度。实际上，在本实施方式中，作为与多个部位中为已知的大小有关的信息，使用如式(3)所示的与多个部位间为已知的大小比率有关的信息。此外，使用了相对误差是因为如下理由。也就是说，若要比较绝对误差，选择误差最小的图像大小，则必然是图像大小越小的部位，绝对误差越小，所以图像大小越小的部位，越容易被选择作为用于距离计算的图像。由于距离测量装置100如本实施方式那样地使用相对误差，所以无论部位的大小如何，都能够平等地选择适合用于距离计算的图像大在本实施方式中，作为找出使相对误差最小的图像大小的方法，记述以下三个方法。[2-1]方法1 使用了相对误差和最小化规则的方法相对误差比较单元104使用从第1部位检测单元101 第3部位检测单元103输出的实测图像大小Dl D3、以及第1部位的实测误差dl 第3部位的实测误差d3，计算相对误差和dl/Dl+d2/D2+d3/D3。然后，相对误差比较单元104求使该相对误差和dl/Dl+d2/ D2+d3/D3最小的图像大小，判断该图像大小为适合用于距离计算的图像大小，并将该图像大小传送到距离估计单元105。
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具体而言，相对误差比较单元104按照如下的步骤，求使该相对误差和dl/Dl+d2/ D2+d3/D3最小的图像大小。(i)首先，假设C2为某一值。由图2B的关系可知，通常C2在[D3，D1]的范围内， 所以将假设的C2的值设定在[D3，Dl]的范围内。(ii)接着，使用假设的C2和式(3)，计算(1、03的值。(iii)接着，使用Cl C3的值、Dl D3的值、以及式O)，计算dl、d2、d3的值。(iv)接着，计算相对误差和 dl/Dl+d2/D2+d3/D3。相对误差比较单元104使上述(i)中假设的C2的值在[D3，D1]的范围内变化，将使按上述(iv)获得的相对误差和最小的C2的值判断为最适合于距离计算的图像大小，并输出到距离估计单元105。使用图4，说明使用了该相对误差和最小化规则的方法的更具体的处理例。在图4 中，在步骤ST201中，第1部位检测单元101 第3部位检测单元103获取第1部位的实测图像大小Dl 第3部位的实测图像大小D3。接着，在步骤ST202中，相对误差比较单元104通过将获取了的D3和Dl的差分平分为N等分，设定使假设的C2依序变化的变化量b。也就是说，相对误差比较单元104根据 D3-D1 =NXb，设定变化量b。接着，在步骤ST203中，首先，作为初始值，设定η = 0，且将相对误差和E的最小值即Emin设定为⑴。接着，在步骤ST204中，将假设的C2的值设定为C2 = D3+nXb。在步骤 ST205 中，使用式(3)，计算 Cl = k21XC2、C3 = k23XC2。在步骤ST206中，使用式O)，计算实测误差dl d3，在步骤ST207中，计算相对误差和 E( = dl/Dl+d2/D2+d3/D3)。在步骤ST208中，判定步骤ST207中求出的相对误差和E是否小于至此为止的最小值Emin，在E小于Emin ( “是”)的情况下，转移到步骤ST209，而在E不小于Emin ( “否”) 的情况下，转移到步骤ST210。在步骤ST209中，将Emin设定为在步骤ST207中计算出的E，将此时的C2设定为最佳的C(Copt)并暂时存储，在步骤ST210中，判定η是否到达了 N，在非η = N( “否”)的情况下，转移到步骤ST211，而在n = N( “是”)的情况下，转移到步骤ST212。在步骤ST211中，将η增值，并返回到步骤ST204。在步骤ST212中，将步骤ST209中存储的Copt决定为C2，并结束相对误差比较处理。这样，能够求使相对误差和最小的C2的值、也就是最适合于距离计算的图像大小。此外，在上述的例子中，说明了假设C2为某一值，使假设的C2的值在[D3，Dl]的范围内变化，将使相对误差和dl/Dl+d2/D2+d3/D3最小的C2判断为最适合于距离计算的图像大小的情况。在上述的例子中，还可以代替C2，而假设Cl或C3为某一值，通过与上述相同的方法，将使相对误差和最小的Cl或C3的值判断为最适合于距离计算的图像大小，并输出到距离估计单元105。[2-2]方法2 从现有的实测图像大小Dl D3中选择精度最高的值的方法在方法1中，说明了搜索最佳的C2的方法，但这里说明不搜索最佳的C2而从现有的实测图像大小Dl D3中选择精度最高的值的方法。首先，相对误差比较单元104假设dl =0，且设Cl =D1。另外，相对误差比较单元104通过使用多个部位间已知的大小比率，求C2和C3。例如，在图2B的情况下，由于Cl、 C2、C3的比率Cl/C2/C3(与Cl C2 C3为相同含义)唯一地决定为60/40/23. 5，所以使用该比率，根据Cl求C2和C3。进而，相对误差比较单元104使用式(2)求d2和d3。然后，相对误差比较单元104求除了将误差设为0的一个部位以外的其他部位的相对误差和。 这里，求相对误差和el = d2/D2+d3/D3作为其他部位的相对误差和。同样地，相对误差比较单元104假设d2 = 0，且设C2 = D2。另外，相对误差比较单元104使用已知的比率C1/C2/C3，根据C2求Cl和C3，进而求dl和d3。然后，相对误差比较单元104求相对误差和e2 = dl/Dl+d3/D3作为其他部位的相对误差和。另外，相对误差比较单元104同样地假设d3 = 0，且设C3 = D3。另外，相对误差比较单元104使用已知的比率C1/C2/C3，根据C3求Cl和C2，进而求dl和d2。然后，相对误差比较单元104求相对误差和e3 = dl/Dl+d2/D2作为其他部位的相对误差和。相对误差比较单元104检测这样求出的其他部位的相对误差和el e3之中的最小值。然后，选择将其他部位的相对误差和成为最小时的误差设为0的部位的图像大小作为使相对误差最小的部位的图像大小。例如，在其他部位的相对误差和el e3之中el最小的情况下，选择实测图像大小Dl作为使相对误差最小的部位图像大小。同样地，在其他部位的相对误差和el e3之中e2最小的情况下，选择实测图像大小D2作为使相对误差最小的部位图像大小。然后，相对误差比较单元104将选择出的实测图像大小D1、D2或D3判断为最适合于距离计算的图像大小，并输出到距离估计单元105。举出具体例子。图5以二进制图像表示图IB所示的四个检测结果。作为实测图像大小Dl D3，假设在图5A中获得Dl = 64、D2 = 45、D3 = 26，在图5B中获得Dl = 64、 D2 = 57、D3 = 33，在图 5C 中获得 Dl = 64、D2 = 47、D3 = 31，在图 OT 中获得 Dl = 64、D2 =59、D3 = 43。此时，对图5A 图5D的各个图，el e3如表1所示，为了计算对象物距离所选择的实测图像大小如表1所示。[表1]
图5A图邪图5C图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%选择的图像大小D3D3D2D2 以下，具体地表示上述表1中的与图5A对应的el = 8. 71的求得方法。在图5A 中，由于Dl = 64，D2 = 45，D3 = 26，且C1/C2/C3的比例关系为60/40/23. 5，所以若相对误差比较单元104假设dl = 0且设Cl = D1，则能够求出C2 = 42.9X3 = 25。接着，相对误差比较单元 104 求 d2 = C2-D2 = 42. 9-45 = 2. 1、d3 = | C3-D3 | = 25-26 = 1。 其结果，相对误差比较单元 104 求出 el = d2/D2+d3/D3 = 2. 1/45+1/26 = 4. 71% +4% = 8. 71%。[2-3]方法3 使最大相对误差最小化的方法首先，相对误差比较单元104假设dl =0，且设Cl =D1。接着，相对误差比较单元104求d2/D2、d3/D3，选择dl/Dl、d2/D2、d3/D3中的最大值(最大相对误差)。同样地，相对误差比较单元104在假设d2 = 0且设C2 = D2时，选择dl/Dl、d2/ D2、d3/D3之中的最大相对误差。另外，同样地，相对误差比较单元104在假设d3 = 0且设 C3 = D3时，选择dl/Dl、d2/D2、d3/D3之中的最大相对误差。接着，相对误差比较单元104求在dl = 0、d2 = 0、d3 = 0的各个情形中求得的最大相对误差中的最小的最大相对误差。然后，选择将获得该最小的最大相对误差时的误差设为O的部位的图像大小作为使相对误差最小的部位图像大小。例如，在dl = 0、d2 = 0、 d3 = 0的各个情形中求出的最大相对误差之中dl = 0时求出的最大相对误差为最小的情况下，选择实测图像大小Dl作为使相对误差最小的部位图像大小。同样地，在dl = 0、d2 =0、d3 = 0的各个情形中求出的最大相对误差之中d2 = 0时求出的最大相对误差为最小的情况下，选择实测图像大小D2作为使相对误差最小的部位图像大小。然后，相对误差比较单元104将选择出的实测图像大小D1、D2或D3判断为最适合于距离计算的图像大小，并输出到距离估计单元105。这里，以下，举例表示相对误差比较单元104使用了图5A的Dl = 64、D2 = 45、 = ^的情况。首先，若相对误差比较单元104假设dl = 0且设Cl =D1，则d2/D2 =
4. 71%, d3/D3 = 4% ο 求得 max (dl/Dl，d2/D2，d3/D3) = max (0,4. 71,4) =4.71%。接着，若假设d2 = 0 且设 C2 = D2，则可求出 max(dl/Dl，d2/D2，d3/D3)= max (5. 47,0,2. 12) = 5.47%。同样地，若假设 d3 = 0 且设 C3 = D3，则可求得 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，所以选择实测图像大小D3作为用于对象物距离的计算的图像大小。[3]效果如上所说明，根据本实施方式，由于设置了如下的单元，所以能够充分地抑制起因于对象物的检测误差的距离检测精度的劣化，并高精度地测量与拍摄出的对象物的距离， 即部位检测单元101 部位检测单元103，从对象物的拍摄图像中检测对象物中包含的大小已知的多个部位的部位图像；相对误差比较单元302，使用由部位检测单元101 部位检测单元103检测出的多个部位的图像大小Dl D3以及与多个部位中为已知的大小有关的信息，选择使图像大小Dl、D2、D3和图像大小中包含的误差dl、d2、d3的比例即相对误差 dl/Dl、d2/D2、d3/D3最小的部位图像大小；以及距离估计单元105，使用选择出的部位图像大小，估计与对象物的距离。(实施方式2)在本发明的实施方式2中，说明利用相对误差dl/Dl、d2/D2、d3/D3各自的概率密度分布的情况。在实际的距离测定之前，预先求该概率密度分布作为事前统计知识。
在对与图3对应的部分附加相同标号而表示的图6中，表示本实施方式的距离测量装置300的结构。距离测量装置300与实施方式1的距离测量装置100(图3)相比，追加了概率密度分布计算单元301，相对误差比较单元104被变更为相对误差比较单元302。概率密度分布计算单元301在实际的距离测定之前求概率密度分布作为事前统计知识。概率密度分布计算单元301输入样本图像数据，对固定数的样本，以规定的方法检测第1部位 第3部位，并比较检测结果和真值，从而获得如图7所示的表示相对误差值的分布的概率密度分布。图7是表示第1部位 第3部位的相对误差的概率密度分布的图。 在图7中，横轴表示相对误差，纵轴表示概率密度。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。概率密度分布计算单元301将这样事先求出的概率密度分布Pl p3输出到相对误差比较单元302。相对误差比较单元302使用从第1部位检测单元101 第3部位检测单元103输出的图像大小Dl D3以及与多个部位中为已知的大小有关的信息，计算相对误差dl/Dl、 d2/D2、d3/D3。例如，能够通过进行以下的⑴ (iv)的处理，求该相对误差dl/Dl、d2/D2、d3/ D3。(i)首先，假设C2为某一值。由图2B的关系可知，通常C2在[D3，D1]的范围内， 所以将假设的C2的值设定在[D3，Dl]的范围内。(ii)接着，使用假设的C2和式(3)，计算(1、03的值。(iii)接着，使用Cl C3的值、Dl D3的值、以及式O)，计算dl、d2、d3的值。(iv)接着，分别计算相对误差dl/Dl、d2/D2、d3/D3。接着，相对误差比较单元302从利用概率密度分布计算单元301作为事前统计知识而求出的概率密度分布pl、p2、p3中读出与相对误差dl/Dl、d2/D2、d3/D3对应的概率密度P1、P2、P3。接着，相对误差比较单元302通过对读出的概率密度P1、P2、P3进行乘法运算，计算相对误差的概率密度积Pl X P2 X P3。相对误差比较单元302使上述(i)中假设的C2的值在[D3，D1]的范围内变化，并计算与其对应的相对误差dl/Dl、d2/D2、d3/D3。另外，相对误差比较单元302根据概率密度分布？1、？2、？3，读出与计算出的相对误差(11/1)1、(12/1)2、(13/1)3对应的新的概率密度？1、 2、？3，并计算新的概率密度积？1\ 2父？3。相对误差比较单元302从这样计算出的多个概率密度积P1XP2XP3中找出最小的概率密度积。然后，相对误差比较单元302将使概率密度积最小的C2的值判断为最适合于距离计算的图像大小，并输出到距离估计单元105。如上所说明，根据本实施方式，除了使用由部位检测单元101 部位检测单元103 检测出的多个部位的图像大小Dl D3、以及与多个部位中为已知的大小有关的信息之外， 还使用对于多个部位的相对误差的概率密度分布，选择使相对误差dl/Dl、d2/D2、d3/D3最小的部位图像大小。也就是说，在实施方式1中，以相对误差和为基准而选择了最佳的部位图像大小，但在本实施方式中，以相对误差的概率密度积为基准而选择最佳的部位图像大小。由此，与实施方式1同样地，能够充分地抑制起因于对象物的检测误差的距离检测精度的劣化，并更高精度地测量与拍摄出的对象物的距离。
此外，在难以直接求概率密度分布的情况下，能够使用相对误差的最大值而近似地求出概率密度分布。具体而言，在通过样本统计或理论性概算而获取相对误差dl/Dl、d2/ D2、d3/D3中的最大值gl、g2、g3的情况下，能够如图8A或图8B所示地设定概率密度分布。 图8A表示假设在正/负的最大值之间概率密度分布相同而设定了概率密度分布的例子。此时，计算概率密度分布的高度值，以使规定的矩形的面积(积分和)为1。另外，图8B表示将正/负的相对误差最大值的概率密度设定为0，计算与相对误差0对应的概率密度分布的最大值，以使规定的三角形的面积(积分和)为1的例子。其后，能够使用上述获取了的近似概率密度分布，测量距离。(实施方式3)在本发明的实施方式3中，说明控制相机的曝光等的相机参数，并更高精度地检测道路标志等的各个部位的方法。对与图3对应的部分附加相同标号而表示的图9是表示本实施方式的距离测量装置400的结构的图。距离测量装置400与实施方式1的距离测量装置100(图3)相比，追加了部位质量判定单元401、相机参数控制单元402和存储单元403。部位质量判定单元401判定从第1部位检测单元101 第3部位检测单元103输出的各个部位的拍摄质量，决定下一帧中应重新检测的部位，并将表示决定了的部位的信息输出到相机参数控制单元402。相机参数控制单元402估计对从部位质量判定单元401输出的应重新检测的部位而言最佳的拍摄条件，并在相机中设定相机参数，例如光圈、焦距(focus)、感光度等，以成为该最佳的拍摄条件。存储单元403将多帧的从第1部位检测单元101 第3部位检测单元103输出的部位进行比较，并存储各个部位中拍摄质量最优的拍摄图像。但是，需要考虑因拍摄时间所带来的距离的变动。为了减小帧间的距离的变动，优选为将帧图像的拍摄间隔设定得较短。如上所述，本发明从图像中检测多个部位，并使用检测出的多个部位的图像，测量距离，所以若各个部位的拍摄质量高，则距离测量的精度也变高。然而，还存在对每个部位用以提高拍摄质量的拍摄条件不同的情况。图10表示在夜间拍摄了的暂停标志的图像。图IOA是经高曝光产生的图像，标志的外框对于背景较清晰，但标志区域内的文字部分的识别则非常困难。另一方面，图IOB是经低曝光产生的图像，标志的外框的检测较为困难，但标志区域内的文字部分的识别则较容易。如图IOC所示，若将标志的外框设为第1部位，将各个文字的框设为第2部位，则为了检测第1部位，优选为高曝光，相反地，为了检测第2部位，优选为低曝光。这样，根据各个部位控制曝光等，相机参数控制单元402控制相机参数，从而能够提高每个部位的拍摄质量。因此，在本实施方式中，通过部位质量判定单元401，判定多个部位的拍摄质量，决定下一帧中应重新检测的部位。然后，在利用相机参数控制单元402设定适合于应重新检测的部位的相机参数之后，相机拍摄下一帧的图像。由此，在存储单元403中，对各个部位存储高质量的部位图像。相对误差比较单元104和距离估计单元105使用存储单元403中存储的高质量的部位图像，进行实施方式1或实施方式2中说明的处理。由此，能够进一步抑制起因于对象物的检测误差的距离检测精度的劣化，并更高精度地测量与拍摄出的对象物的距离。此外，上述的各实施方式中以道路标志为例进行了说明，但本发明并不限于此，例如还可以使用车辆的牌照。例如，能够通过检测车辆的牌照，测量与先行车辆的距离。图11 是表示牌照的四个部位的图。若将图11的第1部位 第3部位设为实施方式1的D1、D2、 D3，则能够使用实施方式1中说明的方法，高精度地测量与牌照即先行车辆的距离。另外， 距离测量装置400还可以将图11的第1部位、第2部位、第4部位设为实施方式1的D1、 D2、D3。另外，在上述各实施方式中检测出第1部位 第3部位，但本发明并不限于此，还可以检测四个以上的部位，使用该四个以上的部位的图像大小和已知大小的信息，选择使相对误差最小的部位图像大小，并使用选择出的部位图像大小，估计与对象物的距离。在这样使用四个以上的部位的情况下进行的处理与使用了三个部位的情况(上述的实施方式) 基本上相同，仅单纯地增加部位的数量。在2009年6月3日提交的特愿第2009-134225号的日本专利申请中包含的说明书、附图以及说明书摘要的公开内容，全部引用于本申请。工业实用性本发明适合于例如测量与道路标志或车辆的牌照等按规格统一了大小的物体的距离的距离测量装置。
权利要求
1.距离测量装置，包括部位图像检测单元，从对象物的拍摄图像中检测所述对象物中包含的大小已知的多个部位的部位图像；相对误差比较单元，使用由所述部位图像检测单元检测出的所述多个部位的图像大小、以及与所述多个部位中已知的大小有关的信息，选择使所述图像大小与所述图像大小中包含的误差的比例即相对误差最小的部位图像大小；以及距离估计单元，使用所述选择出的部位图像大小，估计与所述对象物的距离。
2.如权利要求1所述的距离测量装置，所述相对误差比较单元使用在所述多个部位间已知的大小比率。
3.如权利要求1所述的距离测量装置，所述相对误差比较单元求每个所述部位的相对误差之和即相对误差和，并选择使所述相对误差和最小的部位的图像大小。
4.如权利要求1所述的距离测量装置，所述相对误差比较单元通过进行如下的处理(i) (iii)，选择使所述相对误差最小的部位图像大小，即(i).假设所述多个部位中的任一个部位的所述误差为0，且依序改变假设所述误差为 0的部位；(ii).在所述(i)的条件下，求除了将所述误差设为0的一个部位以外的其他部位的所述相对误差和；以及(iii).搜索将哪个部位的所述误差设为0时所述(ii)的相对误差和为最小，并选择该相对误差和为最小时的所述误差设为0的部位图像大小作为使所述相对误差最小的部位图像大小。
5.如权利要求1所述的距离测量装置，所述相对误差比较单元除了使用由所述部位图像检测单元检测出的所述多个部位的图像大小、以及与所述多个部位中已知的大小有关的信息之外，还使用作为事前统计知识而准备的、对所述多个部位的所述相对误差的概率密度分布，选择使所述相对误差最小的部位图像大小。
6.如权利要求1所述的距离测量装置，还包括部位质量判定单元，判定所述多个部位的拍摄质量，并决定下一帧中应重新检测的部位；以及相机参数控制单元，设定适合于应重新检测的部位的相机参数。
7.距离测量方法，包括部位图像检测步骤，从对象物的拍摄图像中检测所述对象物中包含的大小已知的多个部位的部位图像；相对误差比较步骤，使用在所述部位图像检测步骤中检测出的所述多个部位的图像大小、以及与所述多个部位中已知的大小有关的信息，选择使所述图像大小与所述图像大小中包含的误差的比例即相对误差最小的部位图像大小；以及距离估计步骤，使用所述选择出的部位图像大小，估计与所述对象物的距离。
全文摘要
提供充分地抑制起因于对象物的检测误差的距离检测精度的劣化，并高精度地测量与拍摄出的对象物的距离的距离测量装置和距离测量方法。第1部位检测单元(101)～第3部位检测单元(103)从对象物的拍摄图像中检测对象物中包含的大小已知的多个部位的部位图像。相对误差比较单元(104)使用由部位检测单元(101～103)检测出的多个部位的图像大小D1～D3、以及与多个部位中已知的大小有关的信息，选择使图像大小D1、D2、D3和图像大小中包含的误差d1、d2、d3的比例即相对误差d1/D1、d2/D2、d3/D3最小的部位图像大小。距离估计单元(105)使用选择出的部位图像大小，计算对象物的距离。
文档编号G01C3/06GK102428345SQ20108002117
公开日2012年4月25日 申请日期2010年5月21日 优先权日2009年6月3日
发明者刘伟杰 申请人:松下电器产业株式会社