JP2012122911A - 位置特定装置、位置特定方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像位置特定部1は、位置情報が既知である基準位置の当該位置情報と、当該基準位置で対象物を撮像して得た基準位置画像と、任意の撮像位置で当該対象物を撮像して得た撮像位置画像とに基づいて、当該撮像位置の位置情報の特定を行う。対象物位置特定部2は、既知位置の位置情報と、当該既知位置で当該対象物を撮像して得た既知位置画像と、当該撮像位置の位置情報と、当該撮像位置で該対象物を撮像して得た撮像位置画像とに基づいて、当該対象物の位置情報の特定を行う。なお、既知位置とは、撮像位置特定部1で位置情報が特定された撮像位置からの距離が前述の基準位置よりも大きい地点に位置しており、且つ、位置情報が既知である位置のことである。
【選択図】図1
Description
また、このような安全運転の支援技術として、自車両の周囲に存在する各物体の自車両からの距離を計測し、例えば、その自車両の周囲の三次元画像を生成として表示することで、その周囲の情報をドライバへ違和感なく提供するようなシステムも考えられている。このようなシステムの実現には、自車両の速度に依存しない安定した距離計測の技術と、低廉なコストとが求められる。
また、前述した第二技術では、単眼ステレオと複眼ステレオとの両者を使用するため、システムコストが高価なものになる。
上述した問題に鑑み、本明細書で後述する位置特定装置は、基準位置からのベースライン長を十分に確保できない位置での撮像画像を用いて行うステレオ視による対象物の位置特定の精度を向上させる。
撮像位置特定部1は、位置情報が既知である基準位置の当該位置情報と、当該基準位置で対象物を撮像して得た基準位置画像と、任意の撮像位置で当該対象物を撮像して得た撮像位置画像とに基づいて、当該撮像位置の位置情報の特定を行う。
この選択部3は、前述の既知位置が複数存在する場合に、当該複数の既知位置のうちから、対象物位置特定部2による前述の対象物の位置特定の基礎として用いるときの適性を表している所定の条件に合致するものを、前述の選択既知位置として選択する。
すなわち、対象物位置特定部2は、まず、対象物についての位置情報の特定を、選択部3が選択した複数個の選択既知位置の各々について行う。そして、この特定により得られる複数の位置情報で示される複数の位置の重心を求め、その重心の位置情報を、当該対象物の位置情報の特定結果とする。このようにして、複数個の選択既知位置の各々について特定された複数の位置情報の重心を、当該対象物の位置情報の特定結果とすることで、位置特定の精度の更なる向上が期待できる。
すなわち、対象物位置特定部2は、対象物についての位置情報の特定を、選択部3が選択した複数個の選択既知位置の各々についてまず行う。次に、この特定により得られる複数の位置情報で示される複数の位置の各々に対して、位置情報の特定に用いた選択既知位置を選択部3が選択したときの選択順序に応じた重み付けを与える。そして、この重み付けが各々与えられた複数の位置の重み付け重心を求め、その重み付け重心の位置情報を、当該対象物の位置情報の特定結果とする。このようにして、複数個の選択既知位置の各々について特定された複数の位置情報に、選択既知位置の選択順序に応じた重みを与えたときの重み付き重心を、当該対象物の位置情報の特定結果とすることで、位置特定の精度の更なる向上が期待できる。
図3Aに図解されているように、カメラ11は自動車のドアミラー19の先端部分に固定されており、当該自動車の側方の対象物を撮像する。アクチュエータ12は、このドアミラー19の自動開閉動作の駆動用のモータであり、アクチュエータ制御部13がアクチュエータ12を制御してドアミラー19を開閉動作させることで、カメラ11を移動させることができる。従って、ドアミラー19を開閉動作させたときのカメラ11の移動の経路(軌跡)は既知である。
画像取得部14は、カメラ11が移動しながら複数枚撮像した対象物の画像を取得する。
図4A及び図4Bは、ドアミラー19の開閉動作により移動するカメラ11の視野の変化を図解している。
距離算出部18は、位置特定部17により特定された第一対象物、第二対象物、第三対象物、…の各対象物についての、カメラ11が設置されている自動車の所定位置からの距離を算出する。
図5は、ドアミラー19を開閉動作させてカメラ11を移動させながら、対象物A(図5では丸印で表現)、対象物B(図5では四角印で表現)、及び対象物C(図5では三角印で表現)を撮像する様子を模式的に表したものである。
まず、第一位置特定部17aは、対象物A(第一対象物)の位置を特定する。第一位置特定部17aは、この位置の特定を、位置が既知である2つの既知点P1及びP2の各々からカメラ11が撮像して得た2枚の撮像画像(第一撮像画像)であるP1画像及びP2画像に基づいて行う。つまり、第一位置特定部17aは、第一撮像画像を視差画像として使用して、前述した三角測量の原理により対象物Aの位置(特徴点抽出部15aが抽出した各特徴点に対応する対象物Aの各部の位置)を算出することで、その位置を特定する。
Xm=Ri(Xrm−Ti)………………式[1]
まず、Xj及びXkを、ドアミラー19の開閉動作によりカメラ11が移動することで描かれるP1・P2間の軌跡上の任意の位置とする。
まず、基準位置X0から位置Xjまでの移動によるカメラ11の移動量の回転成分を回転行列Rjと表し、並進成分を並進行列Tjと表すものとする。また、基準位置X0から位置Xkまでの移動によるカメラ11の移動量の回転成分を回転行列Rkと表し、並進成分を並進行列Tkと表すものとする。
このとき、
Xj=Rj(X0−Tj)………………式[2]
Xk=Rk(X0−Tk)………………式[3]
上記の[2]式及び[3]からX0を消去すると、下記の式[4]が得られる。
Xk=RkRjT {Xj−Rj(Tk−Tj)}………………式[4]
なお、『RjT』はRjの転置行列である。
Xk=Rjk(Xj−Tjk)………………式[5]
図7において、まず、ステップ1では、基準位置を設定する処理を撮像装置位置特定部26が行う。この処理では、静止区間と走行開始区間の境界点、すなわち、自動車Vが静止状態であり且つドアミラー19が完全に開いた状態であるときのカメラ11の位置を基準位置に設定する処理が行われる。なお、前に説明した図5においては、ドアミラー19が完全に開いた状態であるときのカメラ11の位置をP2と表示していたが、図8では、この位置を、基準位置P0と改めて表示している。
まず図9について説明する。図9は、図7におけるステップ2の処理である、画像取得処理の処理内容を図解したフローチャートである。
図10において、まず、S301では、ステップ2の画像取得処理によって記録装置25に保存されている基準位置画像から撮像位置画像への特徴点の追跡結果を読み出す処理を撮像装置位置特定部26が行う。
まず、基準位置画像上の特徴点のうち、自動車が静止状態であるときに行われた処理によって基準位置P0からの距離が既知であるものを
撮像装置位置特定部26による撮像位置P1の位置情報の特定は、例えば以上のようにして行われる。この特定結果は、距離記録装置29に記録される。
図11において、まず、S401では、ステップ3の撮像位置特定処理によって算出されたカメラ11の移動量(基準位置P0から撮像位置P1までの移動量)を撮像装置位置特定部26から取得する処理を撮像位置選択部27が行う。
このような既知位置を選択すれば、対象物Aの位置特定に用いる2枚の画像の撮像位置間(すなわち撮像位置P1と選択既知位置との間)のベースラインが最長となる。従って、距離算出部28が行うステレオ視による対象物の位置の特定を高い精度で行うことができる。
前述したように、ステレオ視による対象物の位置の特定の精度は、その位置特定に用いる2枚の画像を撮像した2つの撮像位置からの距離の差が少ないほど向上する。ここで、上述の第二の条件に従って既知位置を選択すれば、対象物Aの位置特定に用いる2枚の画像を撮像した2つの撮像位置(すなわち撮像位置P1及び選択既知位置)から対象物Aの位置までの距離の差が最短となる。従って、距離算出部28が行うステレオ視による対象物の位置の特定を高い精度で行うことができる。
また、S404の処理において、上述した条件に合致する既知位置を1つのみ選択するのではなく、条件に合致する程度に応じた順序に複数個選択してもよい。すなわち、第一の条件に関しては、複数の既知位置のうちで、撮像位置P1からの距離が大きい順序(長い順序)に複数個選択してもよい。また、第二の条件に関しては、複数の既知位置のうちで、撮像位置P1を結ぶ線分の垂直二等分線から対象物Aの位置までの距離が短い順序に複数個選択してもよい。なお、このS404の処理において既知位置を複数選択した場合における、距離算出部28による対象物Aの位置の特定の手法については後述する。
なお、撮像位置選択部27が行った選択の結果は、距離記録装置29に格納される。
[数20]にも掲げた下記の関係式
なお、図6の撮像装置は、カメラ11が撮像位置画像の取得後に続いて画像を新たに撮像した場合における当該新画像の撮像位置P2の特定についても、同様に行うことができる。すなわち、この場合には、図7のステップ1において、前述のようにして特定した撮像位置P1を新たな基準位置P0に設定する処理を撮像装置位置特定部26が行うことで、後は同様の処理によって、当該新画像の撮像位置P2を特定することができる。
まず、基準位置P0、撮像位置P1、及び上記の新画像の撮像位置P2の位置を表す座標を、それぞれX0、X1、及びX2とする。
X1=R1(X0−T1)………………式[6]
X2=R2(X0−T2)………………式[7]
上記の式[6]を変形すると、
X0=R1T X1+T1…………………式[8]
この式[8]を式[7]に代入すると、
X2=R2(R1T X1+T1−T2)
=R2R1T (X1−R1(T2−T1))…………………式[9]
ここで、R12=R2R1T 及びT12=R1(T2−T1)と置くと、式[9]は、
X2=R12(X1−T12)…………式[10]
と表される。
なお、前述した各実施例に係る位置特定装置の各機能ブロックを、コンピュータを用いて構成することもできる。
このコンピュータ30は、MPU31、ROM32、RAM33、入力装置34、表示装置35、インタフェース装置36、及び記録媒体駆動装置37を備えている。なお、これらの構成要素はバスライン38を介して接続されており、MPU31の管理の下で各種のデータを相互に授受することができる。
ROM(Read Only Memory)32は、所定の制御プログラムや各種の定数値が予め記録されている読み出し専用半導体メモリである。MPU31は、この制御プログラムをコンピュータ30の起動時に読み出して実行することにより、このコンピュータ30の各構成要素の動作制御が可能となる。
インタフェース装置36は、このコンピュータ30に接続される各種機器との間での各種データの授受の管理を行う。より具体的には、インタフェース装置36は、カメラ11から送られてくる撮像画像信号のアナログ−デジタル変換や、アクチュエータ12を駆動させるための駆動信号の出力などを行う。
2 対象物位置特定部
3 選択部
4 記録部
5 判定部
6 撮像装置
7、18、28 距離算出部
11 カメラ
12 アクチュエータ
13 アクチュエータ制御部
14 画像取得部
15 画像処理部
15a、22 特徴点抽出部
15b、23 特徴点追跡部
16 特徴点追跡結果格納メモリ
17、24 位置特定部
17a 第一位置特定部
17b 第二位置特定部
17c 第三位置特定部
19 ドアミラー
21 撮像装置
25 記録装置
26 撮像装置位置特定部
27 撮像装置位置選択部
29 距離記録装置
30 コンピュータ
31 MPU
32 ROM
33 RAM
34 入力装置
35 表示装置
36 インタフェース装置
37 記録媒体駆動装置
38 バスライン
39 可搬型記録媒体
Claims (11)
- 位置情報が既知である基準位置の該位置情報と、該基準位置で対象物を撮像して得た基準位置画像と、任意の撮像位置で該対象物を撮像して得た撮像位置画像とに基づいて、該撮像位置の位置情報の特定を行う撮像位置特定部、及び
前記撮像位置特定部で位置情報が特定された撮像位置からの距離が前記基準位置よりも大きい地点に位置しており位置情報が既知である既知位置の位置情報と、該既知位置で前記対象物を撮像して得た既知位置画像と、該撮像位置の位置情報と、該撮像位置で該対象物を撮像して得た撮像位置画像とに基づいて、該対象物の位置情報の特定を行う対象物位置特定部、
を備えることを特徴とする位置特定装置。 - 前記既知位置が複数存在する場合に、該複数の既知位置のうちから、前記対象物位置特定部による前記対象物の位置特定の基礎として用いるときの適性を表している所定の条件に合致するものを、選択既知位置として選択する選択部を更に備え、
前記対象物位置特定部は、前記選択部が選択した前記選択既知位置の位置情報と、該選択既知位置で前記対象物を撮像して得た選択既知位置画像と、前記撮像位置の位置情報と、前記撮像位置画像とに基づいて、該対象物の位置情報の特定を行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の位置特定装置。 - 前記選択部は、前記複数の既知位置のうちで、前記撮像位置特定部が位置情報を特定した撮像位置からの距離が大きい順に所定数個を、前記選択既知位置として選択することを特徴とする請求項2に記載の位置特定装置。
- 過去に行われた前記対象物の位置情報の特定結果の履歴が記録されている記録部を更に備え、
前記選択部は、前記複数の既知位置のうちで、前記撮像位置特定部が位置情報を特定した撮像位置を結ぶ線分の垂直二等分線からの、前記記録部に記録されている過去の位置情報の特定結果に係る前記対象物の位置までの距離が短くなる順序に所定数個を、前記選択既知位置として選択する、
ことを特徴とする請求項2に記載の位置特定装置。 - 前記選択部が前記選択既知位置を複数個選択した場合には、前記対象物位置特定部は、前記対象物についての位置情報の特定を、該選択部が選択した複数個の選択既知位置の各々についてまず行い、該特定により得られる複数の位置情報で示される複数の位置の重心を求め、該重心の位置情報を該対象物の位置情報の特定結果とすることを特徴とする請求項2から4のうちのいずれか一項に記載の位置特定装置。
- 前記選択部が前記選択既知位置を複数個選択した場合には、前記対象物位置特定部は、前記対象物についての位置情報の特定を、該選択部が選択した複数個の選択既知位置の各々についてまず行い、該特定により得られる複数の位置情報で示される複数の位置の各々に対して、該位置情報の特定に用いた選択既知位置を前記選択部が選択したときの選択順序に応じた重み付けを与え、該重み付けが各々与えられた該複数の位置の重み付け重心を求め、該重み付け重心の位置情報を該対象物の位置情報の特定結果とすることを特徴とする請求項3又は4に記載の位置特定装置。
- 前記基準位置と前記撮像位置特定部が特定した撮像位置との間の距離である基線距離と所定の距離閾値との長短を判定する判定部を更に備え、
前記対象物位置特定部は、
前記基線距離が前記距離閾値よりも短いと前記判定部が判定したときには、前記選択部が選択した選択既知位置の位置情報と、該選択既知位置で前記対象物を撮像して得た選択既知位置画像と、前記撮像位置特定部が特定した撮像位置の位置情報と、該撮像位置で該対象物を撮像して得た撮像位置画像とに基づいて、該対象物の位置情報を特定し、
前記基線距離が前記距離閾値よりも長いと前記判定部が判定したときには、前記基準位置の位置情報と、前記基準位置画像と、前記撮像位置特定部が特定した撮像位置の位置情報と、該撮像位置で前記対象物を撮像して得た撮像位置画像とに基づいて、該対象物の位置情報を特定する、
ことを特徴とする請求項2から6のうちのいずれか一項に記載の位置特定装置。 - 移動体に設置されており、前記基準位置画像、前記撮像位置画像、及び前記既知位置画像の全ての撮像を行う単一の撮像装置を更に備えることを特徴とする請求項1から7のうちのいずれか一項に記載の位置特定装置。
- 前記撮像装置から前記対象物までの距離を、前記対象物位置特定部が特定した前記対象物の位置情報と、前記撮像位置特定部が特定した撮像位置の位置情報とに基づいて算出する距離算出部を更に備えることを特徴とする請求項8に記載の位置特定装置。
- 位置情報が既知である基準位置の該位置情報と、該基準位置で対象物を撮像して得た基準位置画像と、任意の撮像位置で該対象物を撮像して得た撮像位置画像とに基づいた、該撮像位置の位置情報の特定を撮像位置特定部が行い、
前記撮像位置特定部が位置情報を特定した撮像位置からの距離が前記基準位置よりも遠くに位置しており位置情報が既知である既知位置の位置情報と、該既知位置で前記対象物を撮像して得た既知位置画像と、該撮像位置の位置情報と、該撮像位置で該対象物を撮像して得た撮像位置画像とに基づいた、該対象物の位置情報の特定を対象物位置特定部が行う、
ことを特徴とする位置特定方法。 - 位置情報が既知である基準位置の該位置情報と、該基準位置で対象物を撮像して得た基準位置画像と、任意の撮像位置で該対象物を撮像して得た撮像位置画像とに基づいて、該撮像位置の位置情報の特定を行い、
前記撮像位置の位置情報の特定によって位置情報が特定された撮像位置からの距離が前記基準位置よりも遠くに位置しており位置情報が既知である既知位置の位置情報と、該既知位置で前記対象物を撮像して得た既知位置画像と、該撮像位置の位置情報と、該撮像位置で該対象物を撮像して得た撮像位置画像とに基づいて、該対象物の位置情報の特定を行う、
処理をコンピュータに実行させるプログラム。
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