自動運転・ADASを知る

ADAS(先進運転支援システム)における車載カメラについて

ADAS(先進運転支援システム)においてカメラはドライバーの視界補助や後方画像のモニターをして行う駐車支援をはじめとした、様々な機能を支える重要なデバイスです。

近年は画像認識関連の技術革新により、視覚的な補助だけでなく、自動車を直接制御する為のセンサー機能を果たすようになりました。本ページではADASカメラについて、その機器の役割、構造、種類などについて徹底解説します。さらにZMPが提供するカメラ関連製品についてご紹介します。

1.ADASにおける車載カメラの役割について

従来の車載カメラは、バックモニタなど運転時の死角を補う「ビューカメラ」としての機能が主流でした。
近年は画像認識技術が大幅に向上したため、カメラで撮影したデジタル画像データを元に車両や歩行者、交通標識などを認識してドライバーに注意、警告を促したり、場合によっては、直接自動車を制御するための入力センサーとして、すなわち「センシングカメラ」としての機能を持つようになりました。

ADASにおいて、車載カメラは以下の機能に用いられています。

・周囲の視界補助システムとしての機能:アラウンド・ビュー・モニタ、ドライバが車の死角を映像で確認、
 車線変更時における後側方障害物警報など
・後方画像をモニターに映し、駐車支援
・単眼カメラで道路のレーンマーカを検知
・ステレオカメラで前方の障害物や先行者を検知
・速度表示などの道路標識の認識
・歩行者検知・衝突警報
・ドライブレコーダーのようなドライバ・自動車モニタリング
・ドライバモニタリング技術

2. ADASに用いられるカメラの普及の背景と今後

ドライバーがより安全なクルマを選ぶために、自動車の安全性能を評価することを自動車アセスメントといいます。各国にアセスメントを行う機関があり、米国では、NCAP(New Car Assessment Program)、欧州では、Euro NCAP、日本ではJNCAPと呼ばれています。この自動車アセスメントに基づいて、自動車保険の割引などを行う動きが欧州を中心に拡大しており、ADAS製品の中でカメラの導入が拡大しています。

 特に、2013~2018年に、NCAPが指定する対象に、LCW(白線検知機能)、TSR(交通標識認識)、CA(衝突回避ブレーキ)など、車載カメラが重要な役割を果たす機能が増えました。

 また、米国では、2018年5月以降、4.5t以下の新規登録車両にリアビューカメラとモニターを義務化されるようになりました。

これらの制度整備により、世界的に車載カメラの需要が急速に拡大しています。

3.ADASに使われる車載カメラの撮像素子(イメージセンサ)について

車載カメラの代表的な撮像素子(イメージセンサ)にはCCD (Charge Coupled Device) とCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)があります。モニタとして利用される自動車用車載カメラでは、CCDより低価格のCMOSを用いる場合が多いです。
しかし、CMOSはノイズが多い、高速移動時に歪みが出るなどの欠点があり、画像認識にはCCDが向いているといわれています。例えば「LKAS:車線逸脱防止支援システム」において、白線を認識するためのカメラのイメージセンサは主にCCDが採用されています。

4. ADAS用カメラの種類

ADASに用いられる車載カメラは大きく分けて、単眼カメラ(モノカメラ)とステレオカメラに分類されます。本節では単眼カメラとステレオカメラについて、特徴や技術について解説します。

4−1.単眼カメラ(モノカメラ)

単眼カメラ(モノカメラ)とは、日常で我々が良く目にするカメラの事を指します。モニタ機能として使わえるカメラは単眼カメラが主流です。
4-1-1. ADASにおける単眼カメラの使われ方
ADASにおいて、単眼カメラは以下のようなシーンで用いられています。
・後方や側方の死角を補うビューカメラ。
・駐車支援のアラウンドビューモニタの画像取得
・車線維持を目的とした白線認識
・制限速度などの交通標識を認識して運転者に警告機能
・横断歩道認識
4-1-2. 単眼カメラのメリットとデメリット
単眼カメラの場合、距離計測をする場合は認識した画像座標の縦方向のピクセル位置から算出しますが、誤差は一般的に大きくなります。主な利点としては、低コストで設置でき、サイズが小さいため設置場所の自由度が高いことが挙げられます。キャリブレーションは比較的容易に行うことができます。欠点としては認識する対象が限定されることです。
4-1-3. 単眼カメラを用いた車両や歩行者、交通標識などの検出方法
単眼カメラを用いた車両や歩行者、交通標識などは、一般に次の4つのプロセスを経て検出されます。
(1)特徴抽出
(2)オブジェクトのモデル化
(3)学習
(4)オブジェクトの追跡

詳しくは弊社発行の書籍「自動車の走行環境認識技術とその応用」をご覧ください。
4-1-4. 単眼カメラ技術の今後
ニッサンのセレナなどに搭載されているADAS機能の「プロパイロット」は、単眼カメラのみで測距を実現しています。また、画像認識の技術などNVIDIA社のGPUなどを用いた技術開発も進んでおり、単眼カメラの認識技術は今後さらに進化することが予測されます。

4−2.ステレオカメラ

ADAS(先進運転支援システム)のみならず、AD(自動運転)の実現に向けて、車両の走行環境の3次元認識が重要になりつつあります。このため撮影シーンの奥行情報を正確に抽出する必要があります。ステレオカメラはその構造により、奥行き情報をより正確に捉えることができます。
4-2-1. ステレオカメラの原理
ステレオカメラとは、人間の眼のように2つのカメラで対象を測定し、その視差により制度の高い距離測定を可能にしています。

ステレオカメラの仕組みや原理について、詳しくは「ADAS(先進運転支援システム)で使われるステレオカメラの仕組みや原理について」をご覧ください。

4-2-2. ステレオカメラのメリットとデメリット
ステレオカメラは、その原理から交通標識や白線といった静止しているオブジェクトだけでなく、移動しているオブジェクトの距離情報を生成することが可能になります。
ステレオカメラは、キャリブレーションが難しく、計算量が増加することが欠点となりますが、カーエレクトロニクス技術の発展、すなわち車載ECUや半導体の技術革新により、利用の幅が進んでいます。
4-2-3. ステレオカメラの実例

ステレオカメラの実用化事例には、スバルのアイサイトやダイハツのスマートアシスト3などがあります。主に前方車両への衝突防止に利用されています。

5.車載カメラの課題とセンサフュージョンについて

車載カメラは主に車外部の光学情報を入手する機器です。従ってその特性により、昼夜、トンネルの出入り、日差しと日陰、朝陽や西日、路面の濡れ、白線のかすれ、グレア、ハレーションなど、悪天候時に光源を適切に受け止めることができなかったりと、光学的な外乱の影響を受けやすくなります。
光学的により正確な外部情報を入手するためにはイメージセンサ、露光制御、レンズ鏡筒のなどの技術革新が重要ですが、ミリ波レーダーやレーザーレーダなど、他のセンサとカメラを組み合わせる、センサフュージョン技術が登場しています。例えば、衝突回避機能を実現する際、カメラとミリ波レーダーと組み合わせるセンサフュージョン技術によって、衝突の可能性をより精度よく計算できるため、最適にブレーキを制御できるようになっています。

6. ZMPのADASカメラ分野製品

ZMPはADAS分野のカメラソリューション向けの製品を豊富に用意しています。

6-1. ステレオカメラRoboVisionシリーズ

RoboVision2s:測距や物体検出ソフトに対応した超高感度ステレオカメラシステム

RoboVison3:最大150m、水平100°の距離と視野のセンシングが可能なステレオカメラ

6-2. 画像処理ソフトウェア

RoboVision2s物体検出オプション:検出した物体の大きさや位置座標データをリアルタイムに表示可能なソフトウェア

RoboVision2s CarTrackオプション:周辺の物体の追跡・相対速度を検出&CAN出力が可能なソフトウェア

また、ZMPではADAS機能の開発・設計に最適な製品を多数ご用意しておりますので、お気軽にお問合わせ下さい。

7. ADASカメラ関連情報

また、御社のADASカメラ関連のプレスリリースなどのリンクを下記に掲載いたします。

8. お問合わせ、資料請求

上記内容及び製品に関する問合せ、資料請求先については下記よりお問い合わせいただければと思います。
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