JP2023130999A - Imaging system, imaging system control method, and program - Google Patents
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Abstract
【課題】 フリッカ低減機能を有効化させた際に、白飛び等で被写体情報を認識できなくなるのを抑えることが可能な車載カメラシステムを提供する。【解決手段】 フリッカを低減する第1撮像機能と、ダイナミックレンジを拡張する第2撮像機能と、を有し前記第1撮像機能および前記第2の撮像機能の切替えを行う撮像手段と、前記撮像手段から出力された画像の輝度分布範囲を算出する範囲算出手段と、算出された前記輝度分布範囲の情報に基づいて、前記第1撮像機能および前記第2撮像機能のうちどちらを用いるかを決定し、前記第1撮像機能と第2撮像機能とを切替える制御信号を前記撮像機能切替え手段に送信する撮像システム制御手段と、を備えることを特徴とする撮像システム。【選択図】 図1An object of the present invention is to provide an in-vehicle camera system that can prevent object information from becoming unrecognizable due to overexposure when a flicker reduction function is enabled. SOLUTION: Imaging means has a first imaging function that reduces flicker and a second imaging function that expands a dynamic range, and switches between the first imaging function and the second imaging function; a range calculation means for calculating a brightness distribution range of an image output from the means, and determining which of the first imaging function and the second imaging function to use based on information about the calculated brightness distribution range; An imaging system comprising: imaging system control means for transmitting a control signal for switching between the first imaging function and the second imaging function to the imaging function switching means. [Selection diagram] Figure 1
Description
本発明は、フリッカ低減機能とダイナミックレンジ拡張機能を適切に制御する撮像システムに関する。 The present invention relates to an imaging system that appropriately controls a flicker reduction function and a dynamic range extension function.
近年の車載カメラシステムには、異なる複数の露光条件で取得した画像を合成してダイナミックレンジの拡大(HDR:High Dynamic Range)を行った画像を生成するものがある。具体的には、長い露光時間で取得した画像の低輝度側の画素と、短い露光時間で取得した画像の高輝度側の画素を合成して1枚の合成画像を生成する。このような処理を行うことで、暗部の階調を保持しつつ、かつ明るい被写体も白飛びせずに表現出来る、高ダイナミックレンジの画像を取得することが可能となる。 Some recent vehicle-mounted camera systems generate an image with an expanded dynamic range (HDR: High Dynamic Range) by combining images acquired under a plurality of different exposure conditions. Specifically, one composite image is generated by combining the low-brightness pixels of an image acquired with a long exposure time and the high-brightness pixels of an image acquired with a short exposure time. By performing such processing, it is possible to obtain an image with a high dynamic range that maintains the gradation of dark areas and can express bright subjects without blown out highlights.
ところで近年、LEDを用いたデジタル方式の信号機や道路交通標識、車のテールランプなどがある。 Incidentally, in recent years, digital traffic lights, road traffic signs, and car tail lamps that use LEDs have become available.
しかし、LEDは点灯と消灯を周期的に繰り返しているため、目視だとLEDが点灯しているように見えても、LEDを撮影した画像信号にはLEDが消灯した状態で映ってしまうLEDフリッカという現象が発生する。LEDフリッカは、撮像装置のシャッター方式により出方が異なる。グローバルシャッター方式の場合、画像信号内のLED領域部分の全ての画素の輝度が1フレームごとに同時に変動し、露光期間のタイミングによっては完全に消灯するフレームが発生する。シャッター方式がローリングシャッター方式の場合、画像信号内のLED領域部分の輝度が1ラインごとに変動し、露光期間のタイミングによっては完全に消灯するラインが発生する。このLEDフリッカ現象は、撮像装置の露光期間がLEDが消灯している期間と重なりLED消灯期間中にのみ露光していることにより発生するもので、露光時間が短くなればなる程、LEDが完全に消灯する現象が発生し易くなる。つまり、車載用途として撮像装置を用いた場合、露光時間を短くし過ぎると、信号機や道路交通標識などの情報が取得出来ない状況が発生してしまうことになる。近年、自動運転が急速に普及してきている中で、自動運転による走行中に、信号機や道路交通標識などの情報がLEDフリッカにより認識困難になると、自動運転車が自己位置推定を誤る恐れがある。 However, since LEDs periodically turn on and off, even if it appears to the naked eye that the LED is on, the image signal captured by the LED shows that the LED is off, resulting in LED flicker. This phenomenon occurs. The appearance of LED flicker differs depending on the shutter method of the imaging device. In the case of the global shutter method, the brightness of all pixels in the LED area in the image signal changes simultaneously from frame to frame, and depending on the timing of the exposure period, some frames may be completely turned off. When the shutter method is a rolling shutter method, the brightness of the LED area portion in the image signal varies line by line, and depending on the timing of the exposure period, some lines may be completely turned off. This LED flicker phenomenon occurs because the exposure period of the imaging device overlaps with the period when the LED is off, and the exposure is only during the period when the LED is off.The shorter the exposure time, the more the LED is completely turned off. The phenomenon where the light goes out is more likely to occur. That is, when an imaging device is used for vehicle-mounted applications, if the exposure time is too short, a situation will occur in which information such as traffic lights and road traffic signs cannot be acquired. In recent years, with the rapid spread of self-driving cars, if information such as traffic lights and road traffic signs becomes difficult to recognize due to LED flicker during self-driving, there is a risk that self-driving cars will misestimate their own position. .
特許文献1では、複数種類の露光時間で撮影された画像信号からフリッカの振幅成分を検出し、その検出結果から画像合成時のブレンド率を変更することで、フリッカの影響を低減しつつ広いダイナミックレンジの画像を生成する技術が提案されている。 In Patent Document 1, the amplitude component of flicker is detected from image signals taken with multiple types of exposure times, and the blending ratio during image composition is changed based on the detection result, thereby reducing the influence of flicker while achieving a wide dynamic range. Techniques for generating range images have been proposed.
また、特許文献2では、長秒露光と短秒露光でサイクル撮影を行い、それぞれの露光条件の画像ごとにフレーム間差分を見ることでフリッカを検出し補正することで、フリッカを低減させる技術が提案されている。
In addition,
ところで、近年の車載センサには、フリッカ低減(LED Flicker Mitigation)機能を搭載したものがある。フリッカ低減機能の一例として、露光時間をLEDの明滅周期より長い時間になるように制限することで、LEDの完全消失を防ぐ機能がある。一般的には、LEDの明滅周期の中で最も長い90Hzを想定して、11ms以上の露光期間となるように露光時間を制限している。但し、必ずしも90Hzを前提とする必要は無いため、LEDの明滅周期に合わせて露光時間の制限条件は適宜変更することも可能である。 By the way, some recent vehicle-mounted sensors are equipped with a flicker reduction (LED flicker mitigation) function. An example of a flicker reduction function is a function that prevents the LED from completely disappearing by limiting the exposure time to a time longer than the blinking cycle of the LED. Generally, the exposure time is limited to 11 ms or more, assuming the longest blinking cycle of the LED, 90 Hz. However, since it is not necessarily necessary to assume 90 Hz, the limiting condition of the exposure time can be changed as appropriate according to the blinking cycle of the LED.
フリッカと露光期間のタイミングによってはLED点灯状態が捉えられず、フリッカの検出に時間がかかったり、フリッカ成分を検出することさえできないこともある。また、フリッカ低減機能により露光時間が所定以上の時間となるように制限してしまうと、ダイナミックレンジの拡大効果が低減してしまい、被写体を表現できる明るさの範囲が制限されてしまう。これにより、例えば自動運転車が、自動運転による走行中にフリッカ低減機能を常に有効化させてしまうと、トンネル出口等の暗い場所から明るい場所へと切り替わるような広いダイナミックレンジが要求される環境下において、白飛びが発生する。この白飛びにより信号機や道路交通標識等のみならず、全ての被写体情報が認識できなくなるおそれがある。 Depending on the flicker and the timing of the exposure period, the LED lighting state may not be detected, and it may take a long time to detect the flicker, or it may not even be possible to detect the flicker component. Furthermore, if the flicker reduction function limits the exposure time to a predetermined time or more, the effect of expanding the dynamic range will be reduced, and the range of brightness that can express the subject will be limited. As a result, for example, if a self-driving car constantly activates the flicker reduction function while driving autonomously, it would be difficult to use the flicker reduction function in environments where a wide dynamic range is required, such as when switching from a dark place to a bright place, such as at the exit of a tunnel. In some cases, overexposure occurs. This overexposure may make it impossible to recognize not only traffic lights and road traffic signs, but also all subject information.
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、フリッカ低減機能を使用する際に、ダイナミックレンジが十分な広さでないことにより被写体情報を認識できなくなるのを抑えることが可能な撮像システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides an imaging system that can prevent object information from becoming unrecognizable due to insufficient dynamic range when using a flicker reduction function. The purpose is to provide
上記目的を達成するため、本出願に係る請求項1記載の発明は、
フリッカを低減する第1撮像機能と、ダイナミックレンジを拡張する第2撮像機能と、を有し前記第1撮像機能および前記第2の撮像機能の切替えを行う撮像手段と、前記撮像手段から出力された画像の輝度分布範囲を算出する範囲算出手段と、
算出された前記輝度分布範囲の情報に基づいて、前記第1撮像機能および前記第2撮像機能のうちどちらを用いるかを決定し、前記第1撮像機能と第2撮像機能とを切替える制御信号を前記撮像機能切替え手段に送信する撮像システム制御手段と、を備える
ことを特徴とする撮像システムであることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present application:
an imaging means for switching between the first imaging function and the second imaging function, the imaging means having a first imaging function for reducing flicker and a second imaging function for expanding a dynamic range; a range calculation means for calculating a brightness distribution range of the image;
Based on information on the calculated luminance distribution range, it is determined which of the first imaging function and the second imaging function is to be used, and a control signal for switching between the first imaging function and the second imaging function is generated. The imaging system is characterized by comprising: imaging system control means for transmitting data to the imaging function switching means.
本発明によれば、フリッカ低減を有効化させた際に、ダイナミックレンジが十分な広さでないことにより被写体情報を認識できなくなるのを抑えることが出来る。 According to the present invention, it is possible to prevent object information from becoming unrecognizable due to insufficient dynamic range when flicker reduction is enabled.
<第1の実施形態>
以下、本発明の実施形態1について説明する。
<First embodiment>
Embodiment 1 of the present invention will be described below.
図1は、実施形態1における車載カメラシステム100の構成図である。車載カメラシステム100は、撮像システム101と、車載システム102の2つのシステムから構成されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of an in-
先ず、撮像システム101について説明する。撮像システム101は、撮像システム制御部103、撮像部104、撮像システム画像処理部108から構成されている。また、撮像部104はフリッカ低減部105、ダイナミックレンジ拡張部106、撮像機能切替え部107を、撮像システム画像処理部108はHDR(ハイダイナミックレンジ)画像生成部109と範囲算出部110を少なくとも持つ。
First, the
撮像システム制御部103は、撮像システム101全体の制御を行う。具体的には、撮像部104、撮像機能切替え部107、撮像システム画像処理部108、HDR画像生成部109の制御や、範囲算出部110、車載システム102からの情報取得等を行う。
The imaging
撮像部104は、図示しないレンズにより結像された被写体の光学像を、光電変換素子(フォトダイオード)を用いてアナログ電気信号に変換する機能と、そのアナログ電気信号をデジタル信号に変換する機能を持つ。また、撮像部104は撮像システム制御部103から入力される露光制御信号に従って露光時間の制御を行う機能も持つ。
The
図11は、車載カメラシステム100のハードウェア構成を示す図である。H11はCPUであり、システムバスH21に接続された各種デバイスの制御を行う。H12はROMであり、BIOSのプログラムやブートプログラムを記憶する。H13はRAMであり、CPUであるH11の主記憶装置として使用される。H14は外部メモリであり、車載カメラシステム100が処理するプログラムを格納する。入力部H15はキーボードやマウスなど情報等の入力に係る処理を行う。表示部H16はH11からの指示に従って車載カメラシステム100の演算結果を表示装置に出力する。なお、表示装置は液晶表示装置やプロジェクタ、LEDインジケーターなど、種類は問わない。H17は通信インターフェイスであり、ネットワークを介して情報通信を行うものであり、通信インターフェイスはイーサネットでもよく、USBやシリアル通信、無線通信等種類は問わない。H18はI/Oであり、撮像部104から画像を入力する。
FIG. 11 is a diagram showing the hardware configuration of the in-
ここで、本実施形態における露光制御方法について、図2を用いて説明する。 Here, the exposure control method in this embodiment will be explained using FIG. 2.
図2において、VD(Vertical Driving pulse)は1フレームの開始タイミングを示す信号である。撮像システム制御部103から撮像部104にVDの制御信号を送信し、VD信号が立ち上がった際に1フレーム分の画像を取得するためのリセットや読み出しなどの制御などが開始される。
In FIG. 2, VD (Vertical Driving pulse) is a signal indicating the start timing of one frame. A VD control signal is transmitted from the imaging
Reset信号は、光電変換素子をリセット電源に接続することで、光電変換素子の電位をリセット(基準)電位にするための制御信号であり、Reset信号がHighの期間にリセット制御が実行される。 The Reset signal is a control signal for setting the potential of the photoelectric conversion element to a reset (reference) potential by connecting the photoelectric conversion element to a reset power supply, and the reset control is executed while the Reset signal is High.
Read信号は、光電変換素子で発生した電荷を読み出すための制御信号であり、Read信号が立ち上がったタイミングで、電荷読み出し制御が開始される。 The Read signal is a control signal for reading charges generated in the photoelectric conversion element, and charge readout control is started at the timing when the Read signal rises.
露光時間は、Resetの立下りタイミングからReadの立ち上りまでの期間であり、光電変換素子に光を照射し電荷を蓄積させている期間を示す。露光時間の長さに応じて光電変換素子内で発生する電荷量が変化する。つまり、露光時間の長さによって入射光に対する出力輝度のレベルが変化する。本実施形態では、1フレーム目では短い露光時間による撮影を行い、2フレーム目では長い露光時間による撮影を行う。3フレーム目以降は、1フレームおきに短秒露光、長秒露光を交互に繰り返す露光制御を行う。本実施形態では長秒露光と短秒露光の2種類の露光条件を用いて説明するが、3種類以上の露光条件を組み合わせても良い。露光条件を増やし、画像合成を行うことで、ダイナミックレンジ拡大処理による性能向上が期待出来る。 The exposure time is a period from the falling timing of Reset to the rising edge of Read, and indicates the period during which the photoelectric conversion element is irradiated with light and charges are accumulated. The amount of charge generated within the photoelectric conversion element changes depending on the length of the exposure time. In other words, the output brightness level with respect to incident light changes depending on the length of the exposure time. In this embodiment, the first frame is photographed with a short exposure time, and the second frame is photographed with a long exposure time. From the third frame onward, exposure control is performed in which short-second exposure and long-second exposure are alternately repeated every other frame. Although this embodiment will be described using two types of exposure conditions, long-second exposure and short-second exposure, three or more types of exposure conditions may be combined. By increasing the exposure conditions and performing image synthesis, performance can be expected to improve due to dynamic range expansion processing.
図2のセンサ出力に示した期間は、撮像部104がRead制御に従って光電変換素子から読み出した電気信号をデジタル輝度信号に変換し、さらにHDR画像生成部109に出力する期間を示している。
The period shown in the sensor output in FIG. 2 indicates a period during which the
以上が、本実施形態における露光制御方法である。 The above is the exposure control method in this embodiment.
撮像部104は、フリッカ低減部105と、ダイナミックレンジ拡張機能を持つダイナミックレンジ拡張部106と、これらの機能を切替えるための撮像機能切替え部107を持つ。ここで、フリッカ低減機能とダイナミックレンジ拡張機能について図3、図4を用いて説明する。
The
先ず、フリッカ低減機能について説明する。図3は、時間変化に対するLED点灯状態と露光期間を示すグラフである。また、図4は、図3に示した露光制御を行った際のLEDの見えを、信号機を例として示した図である。 First, the flicker reduction function will be explained. FIG. 3 is a graph showing the LED lighting state and exposure period over time. Further, FIG. 4 is a diagram showing the appearance of an LED when the exposure control shown in FIG. 3 is performed, using a traffic light as an example.
図3において、LED点灯状態はLEDが点灯している状態であるか消灯している状態であるかを示している。本実施形態では、Highの期間が点灯状態、Lowの期間が消灯状態を示している。また、本実施形態ではLEDの明滅周期が11msである前提で説明する。 In FIG. 3, the LED lighting state indicates whether the LED is on or off. In this embodiment, a High period indicates a lighting state, and a Low period indicates a non-lighting state. Furthermore, the present embodiment will be described on the assumption that the blinking cycle of the LED is 11 ms.
VD、露光期間については、前述した図2と同様であるため説明を省略する。 The VD and exposure period are the same as those shown in FIG. 2 described above, so their explanation will be omitted.
図3において、LED点灯状態と露光期間は完全に非同期である。本実施形態においては、t1~t2がLEDが点灯している期間、t2~t3がLEDが消灯している期間、t4~t5が撮像部104の露光期間を示している。
In FIG. 3, the LED lighting state and the exposure period are completely asynchronous. In this embodiment, t1 to t2 indicates a period when the LED is on, t2 to t3 indicates a period when the LED is off, and t4 to t5 indicates an exposure period of the
図3(a)の場合、t4からt5の期間においてLED点灯状態が「点灯」状態であるため、撮像部104に正常に電荷が蓄積される。つまり、撮像システム101が図3(a)の制御タイミングで信号機を撮影した場合、人が目視で信号機を見たときの見え方と同様に、信号機のLEDが点灯した状態の画像が出力される。その際の信号機の見えは、図4(a)のようにLEDが点灯した状態となる。図4では青信号を想定して左側のLEDを点灯させた図にしているが、他の色の信号についても同様である。
In the case of FIG. 3A, since the LED lighting state is "on" during the period from t4 to t5, charge is normally accumulated in the
図3(b)の場合、t4からt5の期間においてLED点灯状態が「消灯」状態であるため、撮像部104に電荷が蓄積されない。つまり、撮像システム101が図3(b)の制御タイミングで信号機を撮影した場合、人が目視で信号機を見たときの見え方とは異なり、信号機のLEDが消灯した状態の画像が出力される。その際の信号機の見えは、図4(b)のように信号機のLEDが消灯した状態となる。図4(b)はグローバルシャッター方式の車載センサを想定しているが、ローリングシャッター方式の場合、図4(c)のように信号機のLEDの特定ラインが部分的に消灯した画像となることもある。
In the case of FIG. 3B, since the LED lighting state is "off" during the period from t4 to t5, no charge is accumulated in the
LEDフリッカとは、撮像システム101により取得した画像のLED領域が、図4(b)や図4(c)に示したように消灯した状態が発生する現象のことであり、撮像部104の露光時間が短くなるほど発生確率が上がる。そして、そのLEDフリッカが発生するのを抑制する機能がフリッカ低減機能である。
LED flicker is a phenomenon in which the LED area of an image acquired by the
フリッカ低減機能を有効化するためには、露光条件に制限を設ける必要がある。具体的には、短秒露光画像を取得する際の露光時間を、最低でも11ms以上となるように制限する。理由は、LEDの明滅周期は長いもので90Hz程度であるため、最低露光時間を11ms以上にすることで撮像部104の露光期間にLEDの点灯期間が必ず重なるためである。フリッカ低減機能を有効化させた際のLED点灯状態と露光期間は、図3(c)のようになる。t4~t5の期間が11ms以上となることで、露光タイミングがどんなずれたとしても、LEDが点灯した状態を必ず露光することが可能となる。本実施形態では、LEDの明滅周期を90Hzとしているが、LEDの明滅周期がもっと長い場合は、さらに最低露光時間を長く設定しても良い。フリッカ低減機能を有効化することで、車載センサから取得した画像において、LEDを用いた信号機や道路交通標識などの情報が完全に消失されるのを防ぐことが可能となる。
In order to make the flicker reduction function effective, it is necessary to set restrictions on exposure conditions. Specifically, the exposure time when acquiring a short exposure image is limited to at least 11 ms. This is because the blinking period of the LED is long, about 90 Hz, so by setting the minimum exposure time to 11 ms or more, the lighting period of the LED necessarily overlaps with the exposure period of the
続いて、ダイナミックレンジ拡張機能について説明する。ダイナミックレンジ拡張機能は、フリッカ低減機能による露光時間の制限を設けず、フリッカ低減機能の有効化状態よりもさらにダイナミックレンジを拡張するための機能である。フリッカ低減機能を有効化させている際もダイナミックレンジ拡大は行っているため、本実施形態ではダイナミックレンジ拡張という表現を用いて説明する。ダイナミックレンジ拡張機能を用いる場合、フリッカ低減機能を解除することになる。本実施形態では、フリッカ低減機能による最低露光時間の制限を無くし、短秒露光画像を取得する際の露光時間を11msよりも短く設定する。そうすることで、撮像部104がフリッカ低減機能を有効化させた状態で通常のダイナミックレンジ拡大処理を行っているときよりも、さらに広いダイナミックレンジの被写体を、白飛び無く表現することが可能となる。前述した図3(a)や図3(b)の状態が、ダイナミックレンジ拡張機能を有効化した際の露光制御方法に該当する。
Next, the dynamic range extension function will be explained. The dynamic range extension function is a function for extending the dynamic range further than in the enabled state of the flicker reduction function without imposing restrictions on the exposure time due to the flicker reduction function. Since the dynamic range is expanded even when the flicker reduction function is enabled, this embodiment will be described using the expression "dynamic range expansion." When using the dynamic range extension function, the flicker reduction function will be canceled. In this embodiment, the minimum exposure time is not limited by the flicker reduction function, and the exposure time when acquiring a short exposure image is set to be shorter than 11 ms. By doing so, it is possible to express a subject with a wider dynamic range without overexposure than when the
以上が、フリッカ低減機能とダイナミックレンジ拡張機能についての説明である。 The above is the explanation about the flicker reduction function and the dynamic range extension function.
撮像機能切替え部107は、撮像システム制御部103からの制御信号に基づいて、フリッカ低減部105とダイナミックレンジ拡張部106を切替えるためのものである。本実施形態における、車載用途としての具体的な制御方法の考え方について説明する。自動運転車が自動運転により走行する際に、信号機や道路交通標識等の情報の完全消失を防ぐために、通常はフリッカ低減機能を有効化させておく。しかし、LEDフリッカによる被写体情報の消失よりも、ダイナミックレンジ不足による被写体情報の消失による悪影響が上回ると判断された場合、一時的にフリッカ低減機能を解除しダイナミックレンジ拡張機能に切替える。本制御方法を用いて撮像部104から取得された画像は、撮像システム画像処理部108に出力される。
The imaging
撮像システム画像処理部108は、少なくともHDR画像生成部109と範囲算出部110を持つ。また、出力画像のデータ量を減らすための階調圧縮処理部など、必要に応じてその他の処理部を設けても良い。
The imaging system
HDR画像生成部109は、撮像部104から2種類の異なる露光条件で取得した2つの画像信号を用いて、HDR(ハイダイナミックレンジ)画像を生成する処理を行うためのものである。本実施形態におけるHDR画像の生成方法について、図5を用いて説明する。
The HDR
図5(a)は、HDR画像生成部109の構成の概要を示す。HDR画像生成部109は、長秒露光画像メモリ501、短秒露光画像メモリ502、輝度補正部503、画像合成部504から構成される。
FIG. 5(a) shows an outline of the configuration of the HDR
撮像部104から出力された画像信号のうち、長秒露光で取得された画像は長秒露光画像メモリ501に記憶される。また、短秒露光で取得された画像は短秒露光画像メモリ502に記憶される。輝度補正部503は、短秒露光で取得された画像を長秒露光で取得された画像相当の輝度レベルに合わせこむためのものである。本手段を用いて長秒露光画像と短秒露光画像の輝度値を合わせこむことで、2つの画像を違和感なく合成することが出来る。
Among the image signals output from the
輝度補正部503での処理を図5(b)を用いて具体的に説明する。図5(b)において、横軸は被写体の光量、縦軸は撮像部104の出力輝度を示す。
The processing in the
5Aは長秒露光時における被写体の光量に対する出力輝度を示すグラフ、5Bは短秒露光時における被写体の光量に対する出力輝度を示すグラフ、5B’は5Bの出力輝度に対して輝度補正部503により輝度補正処理が行われた後のグラフを示す。また、縦軸に記載しているSatとは、光電変換素子の飽和レベルを示している。
5A is a graph showing the output brightness relative to the light amount of the object during long exposure, 5B is a graph showing the output brightness relative to the light amount of the object during short exposure, and 5B' is the brightness calculated by the
5Aは露光時間が長いため、被写体の光量が大きくなるとすぐにSatレベルに到達する。5Bは露光時間が短いため、5Aよりも被写体の光量が大きくなってからSatレベルに到達する。輝度補正部503は、5Bの輝度出力に対し、Gainを乗算することにより5Aと5Bの輝度出力を合わせこむ。具体的には、長秒露光時の露光時間を短秒露光時の露光時間で除算したものをGainとして算出し、そのGainを短秒露光画像の輝度出力にそのまま乗算する。そうすることで、長秒露光で取得した画像の輝度出力と、短秒露光で取得した画像の輝度出力が同等の輝度値となる。
Since 5A has a long exposure time, it quickly reaches the Sat level when the amount of light on the subject increases. Since 5B has a short exposure time, it reaches the Sat level after the amount of light on the subject becomes greater than in 5A. The
画像合成部504は、5Aの輝度出力と5B’の輝度出力を合成することで、長秒露光画像と短秒露光画像を合成させた1枚のダイナミックレンジ拡大画像を生成する。本実施形態における、画像合成部504を用いて合成画像を生成する方法について、図5(c)を用いて説明する。図5(c)において、横軸は入力輝度を表し、縦軸は長秒露光画像と短秒露光画像の合成比率を示す。また、横軸のα~βの輝度は、長秒露光画像と短秒露光画像のちょうど切り替え付近の輝度であり、理想的にはβの輝度を図5(b)のSat近傍の輝度に設定することが好ましい。
The
入力輝度値がα以下だった場合、長秒露光画像の輝度値5Aを100%用いる。輝度値がα~βだった場合、長秒露光画像の輝度値5Aと、短秒露光画像の輝度値5B’それぞれに対して図5(c)のグラフに示した合成比率を乗算し、それらの結果を足し合わせる。輝度値がβ以上だった場合、短秒露光画像の輝度値5B’を100%用いる。本処理を行うことで、長秒露光により取得した画像と短秒露光により取得した画像を合成し、ダイナミックレンジを拡大させた1枚のHDR合成画像を生成することが出来る。HDR画像生成部109により生成されたHDR合成画像は、範囲算出部110と車載システム102内の車載システム画像処理部112に出力される。
If the input brightness value is equal to or less than α, the
範囲算出部110は、HDR画像生成部109により生成されたHDR合成画像の輝度分布範囲を算出する。具体的には、ヒストグラムを生成するときと同様の方法で、各輝度値ごとの発生頻度をカウントすることで輝度分布情報を生成する。そして、その生成された輝度分布グラフ中の最大輝度値と最小輝度値の差分を輝度分布範囲として算出する。本実施形態における輝度分布範囲についての詳細な説明は後述する。
The
車載システム102は、車載システム制御部111、車載システム画像処理部112、走行速度取得部113により構成される。
The in-
車載システム制御部111は、車載システム102全体の制御を行う。具体的には、車載システム画像処理部112からの画像情報の取得や、走行速度取得部113からの自車の走行速度の取得、およびその情報を用いた判定処理を行い、必要に応じて撮像システム制御部103にその判定結果を情報として送信する。
The in-vehicle
車載システム画像処理部112は、少なくとも画像受信機能を持つ。画像受信機能は、撮像システム101から出力された画像信号を受信するための機能である。受信された画像信号は、自動運転を目的とした認識用途や、運転者が車外の状況を把握するための視認用途として使用される。車載システム画像処理部112は、画像の使用目的や用途に応じて必要な画像処理を行う。また、撮像システム画像処理部108で階調圧縮処理を行った場合には伸長処理を行ったり、ホワイトバランス処理や現像処理など必要に応じてその他の処理を行っても良い。
The in-vehicle system
走行速度取得部113は、自車の走行速度情報を取得するためのものである。具体的には、タイヤの回転速度に基づいて算出された、図示しない速度表示部に表示させるための走行速度を取得する。
The traveling
以上、本実施形態における車載カメラシステム100の構成の概要について説明した。本構成は本実施形態で説明するフリッカ低減機能とダイナミックレンジ拡張機能の切替え方法を実現するための構成にしか過ぎないため、目的を達成するための構成となっていれば、本構成に限定されるものではない。
The outline of the configuration of the in-
本実施形態におけるフリッカ低減機能を有効化させた状態から、ダイナミックレンジ拡張機能に切替える際の制御フローについて、図6のフローチャートを用いて説明する。 A control flow when switching from a state in which the flicker reduction function is enabled to a dynamic range extension function in this embodiment will be explained using the flowchart of FIG. 6.
S601では、撮像機能切替え部107が、フリッカ低減部とダイナミックレンジ拡張部のうち、優先させたい方の機能を初期値として設定する。本実施形態では、自動運転を想定し、フリッカ低減機能を優先させる前提とする。具体的には、撮像システム制御部103が、撮像部104内の撮像機能切替え部107を介してフリッカ低減部105を有効化させる。本実施形態では、フリッカ低減部105を有効化させたが、フリッカ低減機能よりもダイナミックレンジ拡張機能を優先させたい場合は、ダイナミックレンジ拡張部106を初期設定として有効化させても良い。S601の処理が完了したら、S602に進む。
In S601, the imaging
S602では、走行速度取得部113を用いて、自車の走行速度情報を取得する。本実施形態では、前述したようにタイヤの回転速度の情報から自車の走行速度情報を算出する。S602の処理が完了したら、S603に進む。
In S602, the travel
S603では、S602で取得した走行速度が所定以上の速度であるかどうかを、車載システム制御部111が判定する。ここで、S603の判定処理を行う理由について簡単に説明する。渋滞や低速走行など走行速度が遅い場合は、そもそも運転上の危険性が低いことや、広いダイナミックレンジを要する環境が在ったとしても、車の移動速度が遅いため、明るさの変化に対する追従が十分に間に合う。それよりも、渋滞や低速走行の状況が発生しやすい市街地などの環境下で、信号機や道路交通標識等の情報が取得出来ないことの方が、運転に支障を来す可能性が高い。上記した状況を鑑みて、本実施形態ではダイナミックレンジ拡張機能よりもフリッカ低減機能を優先させる処理を行う。S603において、走行速度が所定以上の速度であった場合は、車載システム制御部111から撮像システム制御部103に走行速度が所定以上であったという情報を送信し、S604に進む。走行速度が所定未満の速度であった場合は、再びS602に戻る。
In S603, the in-vehicle
S604では、HDR画像生成部109から出力された画像信号に対して、範囲算出部110を用いて輝度分布範囲を算出する。具体的には、先ず最初に一般的なヒストグラムを生成するときと同様の方法で、各輝度値ごとの発生頻度をカウントし、カウント結果から輝度分布グラフを生成する。
In S604, the
ここで、図7と図8を用いて、輝度分布グラフを生成した結果の一例について説明する。本実施形態では、所定値以上のダイナミックレンジが要求される特定位置としてトンネル出口を想定して説明する。 Here, an example of the results of generating a brightness distribution graph will be described using FIGS. 7 and 8. In this embodiment, a description will be given assuming a tunnel exit as a specific location where a dynamic range of a predetermined value or more is required.
図7は、撮像システム101を用いてトンネル内からトンネル出口方向を撮影したときにおける、HDR画像生成部109からの出力画像である。図7において、7Aの領域はトンネル出口を示しており、7Bの領域はトンネル出口よりも手前側、すなわちトンネル内にあるトンネルの内壁や道路を示している。図7の画像において、7Aで示す領域はダイナミックレンジ不足により輝度が飽和して白飛びした状態となっており、7Bで示す領域は輝度が低く暗い状態となっている。
FIG. 7 shows an output image from the HDR
図8は、図7で示した画像における輝度分布グラフを示している。 FIG. 8 shows a brightness distribution graph in the image shown in FIG.
図8において、横軸は輝度値を示しており、フリッカ低減(LED Flicker Mitigation)機能を有効化させた場合の飽和輝度レベルをSat(LFM)と定義し、これを100%(基準)とする。また、輝度値の分解能は、0~9%、10~19%、20~29%というように、10%刻みの輝度範囲ごとに分類している。本実施形態では、画像処理負荷を軽減するために10個の輝度範囲に分類しているが、輝度範囲の分類数はもっと多くても良いし、出力輝度値をそのまま用いてグラフを生成しても良い。 In FIG. 8, the horizontal axis indicates the brightness value, and the saturation brightness level when the LED Flicker Mitigation function is enabled is defined as Sat (LFM), which is taken as 100% (reference). . Further, the resolution of the brightness value is classified into brightness ranges in 10% increments, such as 0 to 9%, 10 to 19%, and 20 to 29%. In this embodiment, the luminance ranges are classified into 10 to reduce the image processing load, but the number of luminance range classifications may be larger, or the output luminance values may be used as they are to generate a graph. Also good.
縦軸は、1フレームの画像内において各輝度範囲の画素が何回発生したか、つまり発生頻度を示している。具体的には、HDR画像生成部109から出力された画像信号の輝度値をもとに、各輝度範囲ごとの発生頻度をカウントした結果を示している。グレーのグラフは飽和していない画素の発生頻度、網掛け状のグラフは飽和して白飛びした画素の発生頻度を示している。また、網掛け状のグラフで示した白飛び画素の本来の輝度値を、参考として点線のグラフで示している。
The vertical axis indicates how many times pixels in each luminance range occur within one frame of an image, that is, the frequency of occurrence. Specifically, it shows the result of counting the frequency of occurrence for each brightness range based on the brightness value of the image signal output from the HDR
図7(a)、図7(b)、図7(c)に示すHDR画像生成部109からの出力画像と、図8(a)、図8(b)、図8(c)に示す輝度分布グラフはそれぞれ対応している。前述の説明では画素単位で輝度値の発生頻度をカウントする前提としていたが、1フレームの画像を領域分割し、各領域ごとの平均値を用いても良い。各分割領域の平均値を用いることで処理するデータ量を減らせるため、画像処理負荷を軽減することが出来る。
The output images from the HDR
図7(a)は、自車の走行位置から見てトンネル出口がかなり遠くに在るときの画像である。図7(a)では、自車の走行位置に対してトンネル出口が遠いところに在るため、7Aで示す白飛び領域の画素数は、7Bで示す暗い領域の画素数に比べて圧倒的に少ない。このときの輝度分布グラフは、図8(a)のようになる。図8(a)に示すように、トンネル出口がかなり遠くに在るときは低輝度画素の発生頻度が圧倒的に多く、飽和輝度レベルである100%の画素の発生頻度は少ない。 FIG. 7(a) is an image when the tunnel exit is quite far away from the driving position of the own vehicle. In FIG. 7(a), since the tunnel exit is far away from the driving position of the vehicle, the number of pixels in the overexposed area shown by 7A is overwhelmingly larger than the number of pixels in the dark area shown by 7B. few. The brightness distribution graph at this time is as shown in FIG. 8(a). As shown in FIG. 8(a), when the tunnel exit is quite far away, the frequency of occurrence of low-luminance pixels is overwhelmingly high, and the frequency of occurrence of pixels at 100%, which is the saturation luminance level, is low.
図7(b)は、自車の走行位置から見てトンネル出口が比較的近くなってきたときの画像である。図7(b)では、自車の走行位置に対してトンネル出口が近くなってきたため、図7(a)と比べて7Bで示す暗い領域が徐々に減っていき、代わりに7Aで示す白飛び領域が徐々に広くなる。このときの輝度分布グラフは、図8(b)のようになる。図8(b)に示すように、トンネル出口が近付いてくると低輝度画素の発生頻度が図8(a)よりも減少し、飽和輝度レベルである100%の画素の発生頻度が増加する。 FIG. 7(b) is an image taken when the tunnel exit is relatively close as seen from the driving position of the own vehicle. In FIG. 7(b), since the tunnel exit is getting closer to the driving position of the own vehicle, the dark area shown by 7B gradually decreases compared to FIG. 7(a), and instead the white area shown by 7A is The area gradually becomes wider. The brightness distribution graph at this time is as shown in FIG. 8(b). As shown in FIG. 8(b), as the tunnel exit approaches, the frequency of occurrence of low-luminance pixels decreases compared to FIG. 8(a), and the frequency of occurrence of pixels at 100%, which is the saturated luminance level, increases.
図7(c)は、自車の走行位置から見てトンネル出口が近くに在るときの画像である。図7(c)では、自車の走行位置に対してトンネル出口が近いため、図7(b)と比べて7Bで示す暗い領域がさらに減っていき、代わりに7Aで示す白飛び領域がさらに広くなる。このときの輝度分布グラフは、図8(c)のようになる。図8(c)に示すように、トンネル出口が近くに在るときは低輝度画素の発生頻度が大きく減少し、飽和輝度レベルである100%の画素の発生頻度が大きく増加する。 FIG. 7(c) is an image when the tunnel exit is nearby when viewed from the driving position of the own vehicle. In FIG. 7(c), since the tunnel exit is close to the driving position of the own vehicle, the dark area indicated by 7B is further reduced compared to FIG. 7(b), and instead the overexposed area indicated by 7A is further reduced. It becomes wider. The brightness distribution graph at this time is as shown in FIG. 8(c). As shown in FIG. 8C, when the tunnel exit is nearby, the frequency of occurrence of low-luminance pixels decreases greatly, and the frequency of occurrence of pixels at 100%, which is the saturated luminance level, increases greatly.
上述したように、HDR画像生成部109から出力された画像信号に対して、範囲算出部110を用いて輝度分布グラフを生成することで、被写体のダイナミックレンジの広さを判断する際に必要となる被写体の明るさの分布状態を知ることが出来る。
As described above, by generating a brightness distribution graph using the
続いて、輝度分布グラフの情報から輝度分布範囲を算出する。具体的には、輝度分布グラフのうち発生頻度が所定回数以上発生している輝度値を抽出し、その抽出された輝度値のうち最大輝度値と最小輝度値の差分を求める。本実施形態では、発生頻度がTh(8α)以上となった輝度範囲を、輝度分布範囲を算出するための対象とする。図8(a)では、0~9%、10~19%、20~29%、30~39%の輝度値が対象として抽出される。つまり、0~39%の輝度値が高い頻度で発生していることになるため、輝度分布範囲は39%と算出される。図8(b)、図8(c)では、少なくとも0~9%と100%の両方の輝度範囲において発生頻度がTh(8α)以上となっている。つまり、最大輝度値と最小輝度値の差分である輝度分布範囲は100%となる。輝度分布範囲を算出することで、撮影被写体のダイナミックレンジの広さを把握することが出来る。S604において、輝度分布範囲を算出する処理が完了したら、S605に進む。 Next, a brightness distribution range is calculated from the information on the brightness distribution graph. Specifically, the brightness values that occur more than a predetermined number of times in the brightness distribution graph are extracted, and the difference between the maximum brightness value and the minimum brightness value among the extracted brightness values is determined. In this embodiment, the luminance range in which the frequency of occurrence is equal to or higher than Th(8α) is used as a target for calculating the luminance distribution range. In FIG. 8(a), luminance values of 0 to 9%, 10 to 19%, 20 to 29%, and 30 to 39% are extracted as targets. In other words, since luminance values of 0 to 39% occur with high frequency, the luminance distribution range is calculated to be 39%. In FIGS. 8(b) and 8(c), the occurrence frequency is at least Th(8α) or higher in both the 0 to 9% and 100% luminance ranges. In other words, the brightness distribution range, which is the difference between the maximum brightness value and the minimum brightness value, is 100%. By calculating the brightness distribution range, it is possible to understand the extent of the dynamic range of the photographic subject. When the process of calculating the brightness distribution range is completed in S604, the process advances to S605.
S605では、範囲算出部110を用いて算出された輝度分布範囲が所定以上となっているかどうかを判定する。本実施形態では、輝度分布範囲が90%以上であるかどうかを、ダイナミックレンジが広いかどうかを判定するための判定閾値として用いる。図8(a)は、輝度分布範囲が39%であるため所定未満となり、ダイナミックレンジが広くないと判定される。一方、図8(b)、図8(c)は、輝度分布範囲が100%であるため所定以上となり、ダイナミックレンジが広いと判定される。本処理を行う目的は、単にトンネル出口などの明るい被写体の白飛びを抑えるためだけでなく、かつトンネル内などの暗い被写体の階調も表現したいためである。被写体の白飛びを抑えるだけであれば、ゲイン制御や、他にも絞りやNDフィルタなどの機構があればそれらの制御を行うことで実現可能だが、暗い被写体領域の階調やノイズ感が損なわれてしまう。本フローの処理を行い、ダイナミックレンジ拡張を行うかどうかを判定することで、暗部の階調を保持しつつ、かつ明るい被写体も白飛びせずに表現することを目的としている。また、本実施形態ではダイナミックレンジの広さを判定する閾値を90%としているが、他の設定にしても良い。ダイナミックレンジ拡張機能への切替えを積極的に行いたいのであれば、閾値を低めに設定しても良いし、誤検出を抑えたいのであれば閾値を高めに設定しても良い。S605において、輝度分布範囲が所定以上であると判定された場合、S606に進み、輝度分布範囲が所定未満であると判定された場合、再びS602に戻る。つまり、トンネル出口までの距離が図8(b)や図8(c)のように一定以内の距離まで近付いたときに、S606に進むことになる。
In S605, it is determined whether the brightness distribution range calculated using the
S606では、範囲算出部110を用いて算出された輝度分布範囲のうち、飽和輝度レベルである100%の画素の発生頻度が所定以上であるかどうかを判定する。本処理を行う目的は、白飛びにより被写体情報が消失することによる運転上の危険性を判断するためである。例えば、トンネル出口がまだ遠くにある状態においては、白飛び領域の発生による運転上の危険性よりも、フリッカ低減機能を解除したことでトンネル内の道路交通標識の情報が消失されることの方がかえって危険な可能性が高い。白飛び領域の発生による運転上の危険性が、信号機や道路交通標識などの消失による危険性を上回ると判断されたときのみ、フリッカ低減機能を解除してダイナミックレンジ拡張機能を優先させたい。本実施形態では、飽和輝度レベルの画素の発生頻度がTh(8β)以上となった場合に、自車がもうすぐトンネル出口に到達すると判断し、フリッカ低減機能からダイナミックレンジ拡張機能に切替える判断をする。
In S606, it is determined whether the frequency of occurrence of pixels at 100%, which is the saturated brightness level, in the brightness distribution range calculated using the
S606において、飽和輝度レベルの画素の発生頻度がTh(8β)以上であると判定された場合、S607に進む。また、飽和輝度レベルの画素の発生頻度がTh(8β)未満であると判定された場合、再びS602に戻る。本実施では、図8(b)の輝度分布グラフだと100%の画素の発生頻度がTh(8β)未満、図8(c)の輝度分布グラフだとTh(8β)以上であるため、トンネル出口までの距離が図8(c)の条件となったときのみ、S607に進むことになる。 If it is determined in S606 that the frequency of occurrence of pixels at the saturated luminance level is equal to or greater than Th(8β), the process advances to S607. Furthermore, if it is determined that the frequency of occurrence of pixels at the saturated luminance level is less than Th(8β), the process returns to S602 again. In this implementation, the occurrence frequency of 100% of pixels is less than Th (8β) in the brightness distribution graph of FIG. 8(b), and is greater than Th(8β) in the brightness distribution graph of FIG. The process proceeds to S607 only when the distance to the exit meets the condition shown in FIG. 8(c).
S607では、S606で飽和輝度レベルの画素の発生頻度がTh(8β)以上であると判定されたフレーム数が、所定フレーム数以上連続したかどうかを判定する。本処理を行う目的は、1フレームだけたまたま輝度分布範囲が広い画像が取得されたときに、誤ってフリッカ低減機能が解除されてしまうのを防ぐためである。例えば、夜中に交差点を通過する際に、前方から右折してきた対向車のヘッドライトで一瞬だけ強い光が照射された場合などに、意図せずフリッカ低減機能が解除されてしまう状況が考えられる。もし誤ってフリッカ低減機能が解除されてしまうと、信号機や道路交通標識などの情報がLEDフリッカにより消失されてしまい、運転上の危険性が生じる可能性がある。本実施形態では対向車のヘッドライトを一例として挙げたが、暗い山道を走行中に一瞬だけ木漏れ日が射した場合など、他の様々な状況においても誤検出が生じる恐れがある。このような状況を防ぐために、本実施形態ではフレームカウント制御を行う。 In S607, it is determined whether the number of frames in which it was determined in S606 that the frequency of occurrence of pixels at the saturated luminance level is equal to or higher than Th(8β) continues for a predetermined number of frames or more. The purpose of performing this processing is to prevent the flicker reduction function from being erroneously canceled when an image with a wide brightness distribution range happens to be acquired for one frame. For example, if you are passing through an intersection at night and the headlights of an oncoming vehicle making a right turn illuminate your vehicle for a moment, the flicker reduction function may be unintentionally disabled. If the flicker reduction function is canceled by mistake, information such as traffic lights and road traffic signs may be lost due to LED flicker, creating a risk for driving. In this embodiment, the headlights of an oncoming vehicle are used as an example, but false detections may also occur in various other situations, such as when sunlight shines through the trees for a moment while driving on a dark mountain road. In order to prevent such a situation, frame count control is performed in this embodiment.
本実施形態では、上記した所定フレーム数を30フレームと設定する。所定フレーム数は必ずしも30フレームである必要はなく、前述した走行速度情報や、輝度分布範囲および飽和輝度レベルの画素の発生頻度の算出結果等に基づいて適宜変更しても良い。S607において、飽和輝度レベルの画素の発生頻度がTh(8β)以上であると判定されたフレーム数が30フレーム以上連続したと判定された場合、S608に進む。また、30フレーム以上連続していないと判定された場合、再びS602に戻る。 In this embodiment, the above-mentioned predetermined number of frames is set to 30 frames. The predetermined number of frames does not necessarily have to be 30 frames, and may be changed as appropriate based on the aforementioned traveling speed information, the brightness distribution range, the calculation result of the frequency of occurrence of pixels at the saturated brightness level, and the like. In S607, if it is determined that the number of frames in which it is determined that the frequency of occurrence of pixels at the saturated luminance level is equal to or higher than Th(8β) is 30 or more consecutive frames, the process advances to S608. Furthermore, if it is determined that 30 frames or more are not consecutive, the process returns to S602 again.
S608では、フリッカ低減機能からダイナミックレンジ拡張機能に切替える処理を行う。具体的には、撮像システム制御部103が撮像機能切替え部107を介してフリッカ低減部105を無効化し、ダイナミックレンジ拡張部106を有効化させる。
In S608, processing is performed to switch from the flicker reduction function to the dynamic range extension function. Specifically, the imaging
本実施形態では、トンネル出口先の白飛びを想定して、飽和輝度レベルの画素の発生頻度情報を基に撮像機能の切替えの判定を行ったが、トンネル内の黒つぶれを想定して、黒レベル付近の輝度レベル情報を用いて撮像機能の切替えの判定を行っても良い。 In this embodiment, the switching of the imaging function is determined based on information on the frequency of occurrence of pixels at the saturation luminance level, assuming that there will be blown-out highlights at the end of the tunnel. The switching of the imaging function may be determined using brightness level information near the brightness level.
以上が、本実施形態におけるフリッカ低減機能を有効化させた状態から、ダイナミックレンジ拡張機能に切替える際の制御フローである。 The above is the control flow when switching from a state in which the flicker reduction function is enabled to a dynamic range expansion function in this embodiment.
ここで、フリッカ低減機能を有効化させた状態から、ダイナミックレンジ拡張機能に切替える際の露光時間の変更方法について図9を用いて説明する。 Here, a method of changing the exposure time when switching from a state in which the flicker reduction function is enabled to the dynamic range extension function will be explained using FIG. 9.
本実施形態における露光時間の切替え方法の基本的な考え方は、ダイナミックレンジを一度で急激に広げるのではなく、徐々に広げるというものである。理由としては、急激にダイナミックレンジを拡張すると、被写体の明るさが同じであるにも関わらず、撮像部104からの出力輝度が急激に変わるためである。撮像部104からの出力輝度が急激に変化すると、自動運転時に誤認識が起きたり、視認用途として用いた場合でも視認性の悪い映像となってしまう。本実施形態においては、ダイナミックレンジを1フレームあたり√2倍ずつ広げる前提で説明する。
The basic idea of the exposure time switching method in this embodiment is to gradually widen the dynamic range instead of rapidly widening it all at once. The reason is that if the dynamic range is suddenly expanded, the output brightness from the
図9において、横軸は図8と同様に輝度値を示している。また、フリッカ低減機能を有効化させたときの飽和輝度レベルをSat(LFM)、ダイナミックレンジ拡張機能を有効化させたときの飽和輝度レベルをSat(HDR)で示している。 In FIG. 9, the horizontal axis indicates the brightness value as in FIG. Further, the saturation brightness level when the flicker reduction function is enabled is shown as Sat (LFM), and the saturation brightness level when the dynamic range extension function is enabled is shown as Sat (HDR).
縦軸は、図8と同様に各輝度値の発生頻度を示している。また、ダイナミックレンジ拡張を行うかどうかを判定するための閾値をTh(9β)で示している。 The vertical axis indicates the frequency of occurrence of each luminance value, as in FIG. Further, a threshold value for determining whether to extend the dynamic range is indicated by Th(9β).
図9(a)は、前記S607からS608に進んだタイミングにおける輝度分布グラフを示す。このとき、飽和輝度レベルである100%の画素の発生頻度がTh(9β)を上回っているため、フリッカ低減機能からダイナミックレンジ拡張機能に撮像機能を切替える。このタイミングにおける露光時間は11msである。 FIG. 9A shows a brightness distribution graph at the timing when the process advances from S607 to S608. At this time, since the frequency of occurrence of pixels at 100%, which is the saturation brightness level, exceeds Th(9β), the imaging function is switched from the flicker reduction function to the dynamic range expansion function. The exposure time at this timing is 11 ms.
図9(b)は、図9(a)の次のフレームにおける輝度分布グラフである。前述したように、本実施形態ではダイナミックレンジを1フレームあたり√2倍ずつ広げるため、Sat(HDR)が約140%となる。また、このときの露光時間は、7.8msである。図9(b)において、Sat(HDR)における飽和輝度レベルの画素の発生頻度がまだTh(9β)を上回っている。そこで、次のフレームでは、さらにダイナミックレンジを√2倍に広げる必要がある。 FIG. 9(b) is a brightness distribution graph in the next frame of FIG. 9(a). As described above, in this embodiment, the dynamic range is expanded by a factor of √2 per frame, so Sat (HDR) is approximately 140%. Further, the exposure time at this time was 7.8 ms. In FIG. 9B, the frequency of occurrence of pixels at the saturation luminance level in Sat (HDR) is still higher than Th (9β). Therefore, in the next frame, it is necessary to further widen the dynamic range by a factor of √2.
図9(c)は、図9(b)の次のフレームにおける輝度分布グラフである。図9(c)のフレームにおいては、Sat(HDR)は200%となる。また、このときの露光時間は、5.5msである。図9(c)において、Sat(HDR)における飽和輝度レベルの発生頻度がTh(9β)を上回っていないため、次のフレームではダイナミックレンジを広げない。 FIG. 9(c) is a brightness distribution graph in the next frame of FIG. 9(b). In the frame of FIG. 9(c), Sat (HDR) is 200%. Further, the exposure time at this time is 5.5 ms. In FIG. 9C, the frequency of occurrence of the saturated luminance level in Sat (HDR) does not exceed Th (9β), so the dynamic range is not expanded in the next frame.
本実施形態では、飽和輝度レベルの発生頻度によりダイナミックレンジを広げる方法について説明したが、ダイナミックレンジを広げすぎた場合は、輝度分布グラフの生成結果に基づいてダイナミックレンジを狭める方向に調整し直しても良い。また、本実施形態では√2倍刻みでの変更としていたが、他の拡大比率でダイナミックレンジを変更しても良い。 In this embodiment, we have explained how to widen the dynamic range based on the frequency of occurrence of the saturated luminance level. However, if the dynamic range has been widened too much, the dynamic range can be readjusted to narrow it based on the generation results of the luminance distribution graph. Also good. Further, in this embodiment, the dynamic range is changed in steps of √2 times, but the dynamic range may be changed in other enlargement ratios.
また、本実施形態では、短秒露光の露光時間を決定する前提で説明したが、短秒露光の露光時間を短くし過ぎると、撮像システム101からの出力画像のノイズ感が低下してしまう。それを抑えるために、短秒露光の露光時間と合わせて長秒露光の露光時間を同時に変更しても良い。
Furthermore, although the present embodiment has been described on the premise that the exposure time for short-second exposure is determined, if the exposure time for short-second exposure is made too short, the noise of the output image from the
以上が、本実施形態における露光時間の切替え方法の一例である。 The above is an example of the exposure time switching method in this embodiment.
以上のように、フリッカ低減機能を有効化させた状態で、広いダイナミックレンジが要求される環境下であると判定された場合、フリッカ低減機能を一時的に解除する。そしてダイナミックレンジ拡張機能に切替えることで、被写体情報が白飛びにより消失されることによる運転上の危険を抑えることが可能となる。 As described above, when it is determined that the environment requires a wide dynamic range with the flicker reduction function enabled, the flicker reduction function is temporarily canceled. By switching to the dynamic range extension function, it is possible to reduce the risk of driving due to subject information being lost due to overexposure.
続いて、本実施形態におけるダイナミックレンジ拡張機能からフリッカ低減機能に切替える際の制御フローについて、図10のフローチャートを用いて説明する。先ず前提として、撮像部104はフリッカ低減部105が無効化され、ダイナミックレンジ拡張部106が有効化された状態となっている。
Next, the control flow when switching from the dynamic range expansion function to the flicker reduction function in this embodiment will be explained using the flowchart of FIG. 10. First, as a premise, the
S1001では、走行速度取得部113を用いて、前述したようにタイヤの回転速度の情報から自車の走行速度情報を取得する。S1001の処理が完了したら、S1002に進む。
In S1001, the traveling
S1002では、S1001で取得した走行速度が所定未満の速度であるかどうかを判定する。S1002の判定処理を行う理由は、S603の説明で述べた通りである。S1002において、走行速度が所定未満の速度であった場合はS1003に進み、所定以上の速度であった場合は、S1004に進む。 In S1002, it is determined whether the traveling speed acquired in S1001 is less than a predetermined speed. The reason for performing the determination process in S1002 is as described in the explanation of S603. In S1002, if the traveling speed is less than a predetermined speed, the process advances to S1003, and if the traveling speed is equal to or higher than the predetermined speed, the process advances to S1004.
S1003では、ダイナミックレンジ拡張機能からフリッカ低減機能に撮像機能を切替える処理を行う。具体的には、撮像システム制御部103は撮像機能切替え部107を介してダイナミックレンジ拡張部106を無効化し、フリッカ低減部105を有効化させる。
In S1003, processing is performed to switch the imaging function from the dynamic range extension function to the flicker reduction function. Specifically, the imaging
S1004では、S604と同様の方法で、HDR画像生成部109から出力された画像信号に対して、範囲算出部110を用いて輝度分布範囲を算出する。S1004において、輝度分布範囲を算出する処理が完了したら、S1005に進む。
In S1004, the brightness distribution range is calculated using the
S1005では、S605と同様の方法で、範囲算出部110を用いて算出された輝度分布範囲が所定未満となっているかどうかを判定する。S1005において、輝度分布範囲が所定未満であると判定された場合、S1006に進み、輝度分布範囲が所定未満でないと判定された場合、再びS1001に戻る。
In S1005, it is determined whether the brightness distribution range calculated using the
S1006では、S607と同様の方法で、S1005で範囲算出部110を用いて算出された輝度分布範囲が所定未満となっていると判定されたフレーム数が、所定フレーム数以上連続したかどうかを判定する。S1006において、輝度分布範囲が所定未満となっていると判定されたフレーム数が、所定フレーム数以上連続したと判定された場合、S1003に進む。所定フレーム数以上連続していないと判定された場合、再びS1001に戻る。
In S1006, in the same manner as in S607, it is determined whether the number of frames in which it was determined that the brightness distribution range calculated using the
以上のように、ダイナミックレンジ拡張機能を有効化させた状態で、自車の走行速度が所定未満の速度となった場合や、広いダイナミックレンジが要求される環境が近くに無い場合に、ダイナミックレンジ拡張機能を解除する。そしてフリッカ低減機能を再度優先させることで、信号機や道路交通標識等の情報が消失されることによる運転上の危険を抑えることが可能となる。 As described above, when the dynamic range expansion function is enabled and the vehicle's driving speed is lower than the specified speed, or when there is no nearby environment that requires a wide dynamic range, the dynamic range Deactivate extensions. By prioritizing the flicker reduction function again, it is possible to reduce the dangers associated with driving due to the disappearance of information such as traffic lights and road traffic signs.
以上説明したように、通常はフリッカ低減機能を優先することで信号機などのLED情報が消失されるのを防ぎつつ、かつ広いダイナミックレンジが要求される環境下ではフリッカ低減機能を一時的に解除する。これによりダイナミックレンジ拡大を優先させることで、被写体情報が白飛び等で消失されることによる運転上の危険を抑えることが可能となる。 As explained above, the flicker reduction function is usually prioritized to prevent LED information from being lost in traffic lights, etc., and the flicker reduction function is temporarily canceled in environments where a wide dynamic range is required. . By giving priority to expanding the dynamic range, it is possible to reduce driving risks caused by subject information being lost due to overexposure or the like.
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。 Although the present invention has been described above in detail based on its preferred embodiments, the present invention is not limited to these specific embodiments, and the present invention may take various forms without departing from the gist of the present invention. included. Some of the embodiments described above may be combined as appropriate.
また、上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線/無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。 Further, a case where a software program that implements the functions of the above-described embodiments is supplied directly from a recording medium or using wired/wireless communication to a system or device having a computer capable of executing the program, and the program is executed. Also included in the present invention.
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。 Therefore, in order to realize the functional processing of the present invention on a computer, the program code itself that is supplied and installed in the computer also realizes the present invention. In other words, the present invention also includes a computer program itself for realizing the functional processing of the present invention.
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、OSに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。 In this case, the form of the program does not matter, such as an object code, a program executed by an interpreter, or script data supplied to the OS, as long as it has the function of a program.
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光/光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。 The recording medium for supplying the program may be, for example, a hard disk, a magnetic recording medium such as a magnetic tape, an optical/magnetic optical storage medium, or a nonvolatile semiconductor memory.
また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータはがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。 Further, as a method of supplying the program, a method may be considered in which a computer program forming the present invention is stored in a server on a computer network, and a connected client computer downloads and programs the computer program.
100 車載カメラシステム
101 撮像システム
102 車載システム
103 撮像システム制御部
104 撮像部
105 フリッカ低減部
106 ダイナミックレンジ拡張部
107 撮像機能切替え部
108 撮像システム画像処理部
109 HDR画像生成部
110 範囲算出部
111 車載システム制御部
112 車載システム画像処理部
113 走行速度取得部
501 長秒露光画像メモリ
502 短秒露光画像メモリ
503 輝度補正部
504 画像合成部
100 Vehicle-mounted
Claims (12)
算出された前記輝度分布範囲の情報に基づいて、前記第1撮像機能および前記第2撮像機能のうちどちらを用いるかを決定する撮像システム制御手段と、を備えることを特徴とする撮像システム。 an imaging means for switching between the first imaging function and the second imaging function, the imaging means having a first imaging function for reducing flicker and a second imaging function for expanding a dynamic range; a range calculation means for calculating a brightness distribution range of the image;
An imaging system comprising: an imaging system control unit that determines which of the first imaging function and the second imaging function to use based on information on the calculated brightness distribution range.
前記車載システムから取得した走行速度が所定未満の速度である場合に、前記第1撮像機能および前記第2撮像機能の切り替えを行う
請求項1に記載の撮像システム。 The imaging system control means communicates with an in-vehicle system,
The imaging system according to claim 1, wherein the first imaging function and the second imaging function are switched when the traveling speed acquired from the in-vehicle system is less than a predetermined speed.
前記範囲算出手段は、前記ハイダイナミックレンジ画像生成手段から出力された画像信号から輝度ごとに発生頻度をカウントし、そのカウント結果に基づいて輝度分布情報を生成する請求項1または2に記載の撮像システム。 comprising high dynamic range image generation means for performing dynamic range expansion processing by combining a plurality of images output from the imaging means;
The imaging according to claim 1 or 2, wherein the range calculation means counts the frequency of occurrence for each brightness from the image signal output from the high dynamic range image generation means, and generates brightness distribution information based on the count result. system.
前記撮像システム制御手段は、前記輝度分布範囲の情報に基づいて前記第1撮像機能および前記第2撮像機能のうちどちらを用いるかを決定する
請求項3に記載の撮像システム。 The range calculation means calculates a brightness distribution range from the difference between the maximum brightness value and the minimum brightness value among the brightness distribution information,
The imaging system according to claim 3, wherein the imaging system control means determines which of the first imaging function and the second imaging function to use based on information on the brightness distribution range.
前記撮像システム制御手段は、前記輝度分布情報のうち発生頻度が所定回数以上となる輝度値のみを用いた前記輝度分布範囲の情報に基づいて前記第1撮像機能および第2撮像機能のうちどちらを用いるかを決定する
請求項3または4に記載の撮像システム。 The range calculating means calculates a brightness distribution range using only brightness values whose occurrence frequency is a predetermined number of times or more among the brightness distribution information,
The imaging system control means selects which of the first imaging function and the second imaging function is selected based on information on the luminance distribution range using only luminance values whose occurrence frequency is equal to or greater than a predetermined number of luminance distribution information. The imaging system according to claim 3 or 4, wherein the imaging system determines whether to use the imaging system.
請求項2乃至5のいずれか1項に記載の撮像システム。 The imaging system control means determines which of the first imaging function and the second imaging function to use based on information on the frequency of occurrence of the maximum brightness value calculated by the range calculation means. The imaging system according to any one of the above.
請求項6に記載の撮像システム。 When switching the imaging function, the imaging system control means determines whether the traveling speed is a predetermined speed or higher, or whether the brightness distribution range is less than a predetermined value, and determines the frequency of occurrence of the maximum brightness value. 6. The switching from the first imaging function to the second imaging function is performed when at least one determination result of the determination of whether or not the number of times or not is the same for a predetermined number of frames or more consecutively. The imaging system described in .
前記撮像手段は、前記第2撮像機能により前記短秒露光の露光時間を所定値未満にすることでダイナミックレンジを拡張し、前記撮像システム制御手段は、前記第1撮像機能および前記第2撮像機能の切替えを行う際に、前記最大輝度値の発生頻度の情報に基づいて前記短秒露光の露光時間を決定する
請求項6または7に記載の撮像システム。 The imaging system includes high dynamic range image generation means for generating an expanded dynamic range image by combining short exposure and long exposure images captured by the imaging means,
The imaging means expands the dynamic range by using the second imaging function to make the exposure time of the short exposure less than a predetermined value, and the imaging system control means controls the first imaging function and the second imaging function. 8. The imaging system according to claim 6, wherein when switching, the exposure time of the short exposure is determined based on information about the frequency of occurrence of the maximum brightness value.
請求項8に記載の撮像システム。 When switching between the first imaging function and the second imaging function, the imaging system control means shortens the exposure time of the short exposure when the maximum brightness value occurs more frequently than a predetermined value. The imaging system according to claim 8.
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の撮像システム。 The imaging system control means is configured to switch the first imaging function from the first imaging function when a frequency of occurrence of pixels at a saturated brightness level in an image taken by the imaging means at a specific position where a dynamic range of a predetermined value or more is required exceeds a threshold. The imaging system according to any one of claims 1 to 9, wherein the imaging system switches to a second imaging function.
前記範囲算出工程により算出された輝度分布範囲の情報に基づいて、前記第1工程および第2工程のうちどちらを用いるかを決定し、前記第1工程および第2工程を切替える制御信号を撮像機能切替え手段に送信する撮像システム制御工程と、を備える
ことを特徴とする撮像システム制御方法。 A first step of reducing flicker, a second step of expanding the dynamic range, a switching step of switching between the first step and the second step, and calculating a brightness distribution range of the image output from the imaging means. Range calculation process,
Based on the information on the brightness distribution range calculated in the range calculation step, it is determined which of the first step and the second step is to be used, and a control signal for switching between the first step and the second step is sent to the imaging function. An imaging system control method, comprising: an imaging system control step of transmitting data to a switching means.
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