JP2013220729A - 車載カメラの取付角度補正装置および取付角度補正方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】取付角度パラメータの補正精度を向上させることが可能な「車載カメラの取付角度補正装置および取付角度補正方法」を提供する。
【解決手段】レーンマーク検出部1により撮影画像内から検出され、車載カメラ200の取付角度パラメータに基づいて視点変換部2により平面上に投影されたレーンマークが直線であるか否かを判定する直線性判定部3と、レーンマークが直線であると判定された場合に、撮影画像内から検出された1組のレーンマークが平行となるよう取付角度パラメータを補正するパラメータ補正部7とを備え、レーンマークが直線であると判定された場合に限り取付角度パラメータの補正を行い、直線でないと判定された場合は補正を行わないようにすることで、カーブ形状の道路を車両が直進している場合に、補正を行うことによって取付角度パラメータの誤差が却って増大してしまう不都合を防止する。
【選択図】図1
【解決手段】レーンマーク検出部1により撮影画像内から検出され、車載カメラ200の取付角度パラメータに基づいて視点変換部2により平面上に投影されたレーンマークが直線であるか否かを判定する直線性判定部3と、レーンマークが直線であると判定された場合に、撮影画像内から検出された1組のレーンマークが平行となるよう取付角度パラメータを補正するパラメータ補正部7とを備え、レーンマークが直線であると判定された場合に限り取付角度パラメータの補正を行い、直線でないと判定された場合は補正を行わないようにすることで、カーブ形状の道路を車両が直進している場合に、補正を行うことによって取付角度パラメータの誤差が却って増大してしまう不都合を防止する。
【選択図】図1
Description
本発明は、車載カメラの取付角度補正装置および取付角度補正方法に関し、特に、路上のレーンマークを検出する際の画像処理に用いる画像を撮影するために車両に搭載された車載カメラの取付角度パラメータを補正する装置に関するものである。
従来、走行中の車両が車線から逸脱する恐れがある場合に警報を発する車線逸脱警報装置が提供されている。この種の車線逸脱警報装置では一般的に、車載カメラにより撮影された画像の処理によって路上のレーンマーク(車線境界線)を検出し、検出したレーンマークを跨いで車両が車線から逸脱する恐れがある場合に、警報を発するようになされている。
この車線逸脱警報装置においては、撮影画像内から抽出されたレーンマークを3次元座標の路面(平面)に投影した上で、車両がレーンマークを跨いで車線から逸脱する恐れがあるか否かを判定している。なお、3次元座標の路面への投影とは、車載カメラより入力した撮影画像を、車両上方の仮想視点から見た真上からの画像に視点変換することをいう。
この視点変換を行うために、車載カメラの取り付け時にキャリブレーションを行うことによって、カメラパラメータ(取付位置、取付角度)をあらかじめ算出して記憶しておく必要がある。このカメラパラメータを正確に求めておくことにより、当該カメラパラメータを用いて3次元座標の路面への投影した左右のレーンマークが平行となり、車線逸脱の恐れを精度良く判定することが可能となる。
しかしながら、荷物の積載量や加減速などに起因する車両の姿勢変化により、車載カメラと路面との位置関係(特に、ピッチ角)がキャリブレーション時から変化することがある。この場合、キャリブレーションによって求めたカメラパラメータを用いてレーンマークを検出すると、その検出位置に誤差(ピッチ角1度につき10〜15cm)が生じ、レーンマーク逸脱の警報を適切に行うことできなくなってしまうという問題があった。
このような問題を解決するための手段として、車両の走行状態に応じてカメラパラメータを補正する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載の技術では、車両が所定速度以上で直進走行中であり、かつ、視点変換された1組のレーンマークが平行でない(挟み角が所定値以上である)場合に、当該1組のレーンマークが平行になるよう車載カメラのピッチ角を補正するように成されている。
上記特許文献1に記載の技術では、車両が直進走行中か否かをハンドル操舵角に基づいて判定し、直進走行中であると判定した場合に、左右のレーンマークが平行であることを前提としてカメラパラメータを補正している。しかしながら、図7のように、カーブ形状の道路を車両が直進している場合、実際には左右のレーンマークは平行でないため、これを平行となるように補正をかけると、カメラパラメータの誤差が増大してしまう。その結果、レーンマークの位置を正しく検出することができなくなってレーンマーク逸脱の警報を適切に行うことできず、警報遅れまたは未警報となってしまう問題があった。
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、撮影画像内から検出されるレーンマークを用いたカメラパラメータ(取付角度パラメータ)の補正精度を向上させることにより、レーンマーク検出の位置精度を向上させることができるようにすることを目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明では、撮影画像内から検出されたレーンマークであって、車載カメラの取付角度パラメータを含むカメラパラメータに基づいて3次元座標の平面上に投影されたレーンマークが直線であるか否かを判定し、直線であると判定された場合に限り、撮影画像内から検出された1組のレーンマークが平行となるよう取付角度パラメータを補正するようにしている。
上記のように構成した本発明によれば、撮影画像内から検出されたレーンマークが直線でないと判定された場合は、撮影画像内から検出された1組のレーンマークが平行であるか否か(つまり、車両の姿勢変化が生じているか否か)にかかわらず、取付角度パラメータの補正は行われない。そのため、カーブ形状の道路を車両が直進している場合には、取付角度パラメータの補正が行われることがなくなるので、補正をすることによって取付角度パラメータの誤差が却って増大してしまう不都合を防止することができる。これにより、取付角度パラメータの補正精度が向上し、レーンマーク検出の位置精度を向上させることができる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態による車載カメラの取付角度補正装置100の機能構成例を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態の取付角度補正装置100は、車両に搭載された車載機に組み込まれるものであり、車載カメラ200に接続されている。車載カメラ200は、例えば、車両の後方に設置されたリアカメラである。
取付角度補正装置100は、その機能構成として、レーンマーク検出部1、視点変換部2、直線性判定部3、走行速度判定部4、平行性判定部5、直進性判定部6、パラメータ補正部7およびパラメータ記憶部8を備えている。また、レーンマーク検出部1は、具体的な機能構成として、スライス抽出部11を備えている。また、直線性判定部3は、具体的な機能構成として、直線算出部31および誤差判定部32を備えている。
なお、図1に示す各機能ブロック1〜7は、ハードウェア構成、DSP、ソフトウェアの何れによっても実現することが可能である。例えばソフトウェアによって実現する場合、上記各機能ブロック1〜7は、実際にはコンピュータのCPUあるいはMPU、RAM、ROMなどを備えて構成され、RAMやROMに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。
図1において、レーンマーク検出部1は、車載カメラ200より入力される撮影画像内からレーンマークを所定時間毎に検出する。具体的には、レーンマーク検出部1のスライス抽出部11が、撮影画像を水平方向に1ラインずつスキャンしていったときに周囲との輝度差が大きくなる部分をスライスとして抽出し、複数のスライスの集合をレーンマークとして検出する。
図2および図3は、スライス抽出部11の処理を説明するための図である。まず、スライス抽出部11は、車載カメラ200より入力された撮影画像から、グレースケールの輝度画像を生成する。そして、スライス抽出部11は、図2に示すように、輝度画像を水平方向にスキャンして、閾値以上の輝度が一定間隔続く水平部分をラインとして取り出す。これを撮影画像の全体に対して行う。なお、取り出したラインの1つ1つを「スライス」という。
次に、スライス抽出部11は、図3に示すように、取り出した各スライスに対して、垂直方向に隣接するスライスどうしで水平方向の座標値の少なくとも一部が重複している複数のスライスをグルーピングする。図3に示す例では、撮影画像内からスライスの3つのグループ1〜3が抽出されている。スライス抽出部11は、このようにしてグルーピングした複数のスライスの集合をそれぞれレーンマークとして検出する。
視点変換部2は、レーンマーク検出部1により検出された少なくとも1組のレーンマークの画像を、車載カメラ200の取付角度パラメータを含むカメラパラメータに基づいて3次元座標の平面上に投影する。具体的には、視点変換部2は、図4に示すように、各グループ1〜3のスライスを3次元座標の路面(Z=0)に投影する。なお、3次元座標の路面への投影とは、各スライスの集合から成るレーンマークの画像を、車両上方の仮想視点から見た真上からの画像に視点変換することをいう。3次元座標の原点は、車両中心の位置である。また、X軸において車両の前方がプラス、Y軸において車両の左側がプラスで右側がマイナスである。
この視点変換処理で用いるカメラパラメータは、パラメータ記憶部8に記憶されている。このカメラパラメータは、車載カメラ200の取り付け時にキャリブレーションを行うことによって算出されたものであるが、以下に述べるようにパラメータ補正部7によって適宜補正されるようになっている。本実施形態において補正の対象とするパラメータは、車載カメラ200の取付角度パラメータである。より具体的には、ピッチ角のパラメータである。
直線性判定部3は、視点変換部2により平面上に投影されたレーンマークが直線であるか否かを判定する。そして、その判定結果をパラメータ補正部7に通知する。具体的には、まず、直線算出部31において、レーンマーク検出部1のスライス抽出部11により抽出され視点変換部2により平面上に投影された複数のスライスのそれぞれの中点から、最小2乗法でレーンマークの近似直線式Y=aX+b(Z=0)を算出する。ここで、aは近似直線の傾き、bは近似直線のY切片である。
図4に示した例において、スライスのグループ1から抽出される近似直線の直線式はY=a1X+b1、グループ2から抽出される近似直線の直線式はY=a2X+b2、グループ3から抽出される近似直線の直線式はY=a3X+b3である。
ここで、直線算出部31は、各グループ1〜3について算出した近似直線の直線式のうち、傾きaおよびY切片bの値がある範囲内に入る複数の直線式がある場合は、それらの直線式に該当するグループを1つにまとめる。図4の例では、グループ2とグループ3を1つのグループにまとめている。そして、直線算出部31は、1つにまとめたグループについて、その中に含まれる各スライスの情報から1本の近似直線を再度抽出する。その結果、まとめた近似直線の直線式はY=a4X+b4となる。
次に、誤差判定部32は、直線算出部31により算出された近似直線と、視点変換部2により平面上に投影された複数のスライスの中点との誤差の大きさからレーンマークの直線性を判定する。例えば、誤差判定部32は、近似直線と中点との誤差の大きさが所定値以上となるスライスが存在する場合に、レーンマークが直線ではないと判定する。
例えば、図5に示すように、車両がカーブ路の直後を直進走行している場合、撮影画像の奥の方にカーブ形状のレーンマークが写り、手前の方に直線形状のレーンマークが写っている。この場合、直線形状のレーンマーク部分では近似直線とスライスの中点との誤差は所定値より小さくなるが、カーブ形状のレーンマーク部分(一点鎖線の円で示した部分)では誤差が所定値以上となる。つまり、近似直線と中点との誤差の大きさが所定値以上となるスライスが存在するので、誤差判定部32はレーンマークが直線ではないと判定する。
なお、誤差判定部32による直線性の判定方法は、この例に限定されるものではない。例えば、誤差判定部32は、近似直線の直線式Y=aX+bと各スライスの中点との誤差の大きさから、以下に示す算出式によって直線性評価値MatchingValueを算出し、当該直線性評価値が所定値より小さい場合にレーンマークが直線ではないと判定するようにしてもよい。
MatchingValue=1.0−Diffrence/MaxDiffrence
ただし、
Diffrence:直線式と各スライスの中点との距離の平均値
MaxDiffrence:距離誤差の閾値
MatchingValue=1.0−Diffrence/MaxDiffrence
ただし、
Diffrence:直線式と各スライスの中点との距離の平均値
MaxDiffrence:距離誤差の閾値
走行速度判定部4は、車両の走行速度が所定値以上であるか否かを判定する。具体的には、走行速度判定部4は、図示しない車速センサにより検出された走行速度情報を入力し、当該入力した走行速度情報が所定値(例えば、45[km/h]以上を示しているか否かを判定する。そして、その判定結果をパラメータ補正部7に通知する。
平行性判定部5は、視点変換部2により平面上に投影された1組のレーンマーク(車両の左右のレーンマーク)が平行であるか否かを判定する。具体的には、平行性判定部5は、視点変換部2により平面上に投影された1組のレーンマークについて直線算出部31により算出された直線式に基づいて、1組の直線式の角度差が所定値(例えば、1度)以上の場合に、1組のレーンマークが平行でないと判定する。そして、その判定結果をパラメータ補正部7に通知する。
直進性判定部6は、車両が直進走行しているか否かを判定する。具体的には、直進性判定部6は、視点変換部2により平面上に投影された1組のレーンマークについて直線算出部31により算出された直線式に基づいて、1組の直線式の角度が異符号であるか、角度相対角が所定値(例えば、1.5度)以下の場合に、車両が直進走行していると判定する。そして、その判定結果をパラメータ補正部7に通知する。なお、車両が直進走行しているか否かは、ハンドル操舵角の情報に基づいて判定することも可能である。
パラメータ補正部7は、所定時間毎に以下の4つの条件(1)〜(4)を全て満たしたときに、視点変換部2により視点変換された1組のレーンマークが平行となるように、パラメータ記憶部8に記憶されている取付角度パラメータ(ピッチ角)を補正する。
(1)直線性判定部3によりレーンマークが直線であると判定されること
(2)走行速度判定部4により車両の走行速度が所定値以上であると判定されること
(3)平行性判定部5により1組のレーンマークが平行でないと判定されること
(4)直進性判定部6により車両が直進走行していると判定されること
(1)直線性判定部3によりレーンマークが直線であると判定されること
(2)走行速度判定部4により車両の走行速度が所定値以上であると判定されること
(3)平行性判定部5により1組のレーンマークが平行でないと判定されること
(4)直進性判定部6により車両が直進走行していると判定されること
ピッチ角の具体的な補正方法は、本実施形態においては特に限定するものでなく、種々の方法を適用することが可能である。例えば、1組のレーンマークの間隔をΔd[m]、1組の直線式の角度差をΔΦ[deg]、車載カメラ200の路上からの取り付け高さをZc[m]としたとき、ピッチ角補正値ΔPを以下の式により算出する。そして、このピッチ角補正値ΔPに基づいて取付角度パラメータの補正を行う。
ΔP=ΔΦ/(Δd×Zc)
ΔP=ΔΦ/(Δd×Zc)
次に、上記のように構成した本実施形態による取付角度補正装置100の動作を説明する。図6は、本実施形態による取付角度補正装置100の動作例を示すフローチャートである。なお、図6に示すフローチャートは、取付角度補正装置100の組み込まれた車載機が起動されたときに開始する。
まず、レーンマーク検出部1のスライス抽出部11は、車載カメラ200より入力された撮影画像をグレースケールの輝度画像に変換する。そして、輝度画像を水平方向にスキャンすることによって複数のスライスを抽出し、その集合をレーンマークとして検出する(ステップS1)。視点変換部2は、レーンマーク検出部1により検出された各レーンマークの画像(複数のスライスの集合)を、パラメータ記憶部8に記憶されたカメラパラメータに基づいて3次元座標の平面上に投影する(ステップS2)。
次に、直線性判定部3の直線算出部31は、視点変換部2により平面上に投影された複数のスライスのそれぞれの中点から、最小2乗法でレーンマークの近似直線式を算出する(ステップS3)。続いて、誤差判定部32は、直線算出部31により算出された近似直線と、複数のスライスの中点との誤差の大きさに基づいて、レーンマークが直線であるか否かを判定する(ステップS4)。
また、走行速度判定部4は、車両の走行速度が所定値以上であるか否かを判定する(ステップS5)。また、平行性判定部5は、視点変換部2により平面上に投影された1組のレーンマークが平行であるか否かを判定する(ステップS6)。さらに、直進性判定部6は、車両が直進走行しているか否かを判定する(ステップS7)。
そして、パラメータ補正部7は、上記ステップS4〜S7における4つの判定結果に基づいて、レーンマークが直線で、車両の走行速度が所定値以上で、1組のレーンマークが平行でなく、かつ、車両が直進走行しているという4つの条件を満たすか否かを判定する(ステップS8)。これら4つの条件を全て満たすと判定したとき、パラメータ補正部7は、視点変換部2により視点変換された1組のレーンマークが平行となるように、パラメータ記憶部8に記憶されている取付角度パラメータ(ピッチ角)を補正する(ステップS9)。一方、4つの条件のうち1つでも満たさないものがある場合、パラメータ補正部7は取付角度パラメータの補正は行わない。
その後、レーンマーク検出部1は、車載機の電源がオフとされたか否かを判定する(ステップS10)。車載機の電源がオフとされていない場合、処理はステップS1に戻る。一方、車載機の電源がオフとされた場合は、図6に示すフローチャートの処理を終了する。
以上詳しく説明したように、本実施形態では、レーンマーク検出部1により撮影画像内から検出され視点変換部2により3次元座標の平面上に投影されたレーンマークが直線であるか否かを直線性判定部3において判定し、直線であると判定された場合に限り、パラメータ補正部7において取付角度パラメータ(ピッチ角)の補正を行うようにしている。
このように構成した本実施形態によれば、車両がカーブ路付近を走行していて、撮影画像内から検出されたレーンマークが直線でないと判定された場合は、撮影画像内から検出された1組のレーンマークが平行でない(つまり、車両の姿勢変化が生じている)場合であっても、取付角度パラメータの補正は行われない。その後、車両が走行を続けて直線路に移り、撮影画像内から検出されたレーンマークが直線であると判定されると、取付角度パラメータの補正が行われる。
このように、本実施形態によれば、カーブ路付近を車両が直進している場合には、取付角度パラメータの補正が行われなくなるので、補正をすることによって取付角度パラメータの誤差が却って増大してしまう不都合を防止することができる。これにより、取付角度パラメータの補正精度が向上し、レーンマーク検出の位置精度を向上させることができる。
なお、上記実施形態では、直線性判定部3、走行速度判定部4、平行性判定部5および直進性判定部6の4つの条件を全て満たすときにパラメータ補正部7が取付角度パラメータの補正を行う例について説明したが、これら全ての条件を判定することは必須ではない。少なくとも直線性判定部3および直進性判定部6は必須である。
その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
1 レーンマーク検出部
2 視点変換部
3 直線性判定部
4 走行速度判定部
5 平行性判定部
6 直進性判定部
7 パラメータ補正部
8 パラメータ記憶部
11 スライス抽出部
31 直線算出部
32 誤差判定部
100 取付角度補正装置
200 車載カメラ
2 視点変換部
3 直線性判定部
4 走行速度判定部
5 平行性判定部
6 直進性判定部
7 パラメータ補正部
8 パラメータ記憶部
11 スライス抽出部
31 直線算出部
32 誤差判定部
100 取付角度補正装置
200 車載カメラ
Claims (5)
- 車載カメラより入力される撮影画像内からレーンマークを検出するレーンマーク検出部と、
上記レーンマーク検出部により検出された少なくとも1組のレーンマークを、上記車載カメラの取付角度パラメータを含むカメラパラメータに基づいて3次元座標の平面上に投影する視点変換部と、
上記視点変換部により上記平面上に投影されたレーンマークが直線であるか否かを判定する直線性判定部と、
上記直線性判定部により上記レーンマークが直線であると判定された場合に、上記1組のレーンマークが平行となるよう上記取付角度パラメータを補正するパラメータ補正部とを備えたことを特徴とする車載カメラの取付角度補正装置。 - 上記レーンマーク検出部は、上記撮影画像を水平方向に1ラインずつスキャンしていったときに周囲との輝度差が大きくなる部分をスライスとして抽出し、複数のスライスの集合を上記レーンマークとして検出するスライス抽出部を備え、
上記直線性判定部は、上記スライス抽出部により抽出された複数のスライスであって、上記視点変換部により上記平面上に投影された複数のスライスのそれぞれの中点から近似直線を算出する直線算出部と、
上記直線算出部により算出された近似直線と、上記視点変換部により上記平面上に投影された複数のスライスの中点との誤差の大きさから上記直線性を判定する誤差判定部とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の車載カメラの取付角度補正装置。 - 上記誤差判定部は、上記近似直線と上記中点との誤差の大きさが所定値以上となるスライスが存在する場合に、上記レーンマークが直線ではないと判定することを特徴とする請求項2に記載の車載カメラの取付角度補正装置。
- 車両の走行速度が所定値以上であるか否かを判定する走行速度判定部と、
上記視点変換部により上記平面上に投影された上記1組のレーンマークが平行であるか否かを判定する平行性判定部と、
上記車両が直進走行しているか否かを判定する直進性判定部とを更に備え、
上記パラメータ補正部は、上記車両の走行速度が所定値以上であると上記走行速度判定部により判定され、上記1組のレーンマークが平行でないと上記平行性判定部により判定され、上記車両が直進走行していると上記直進性判定部により判定され、かつ、上記直線性判定部により上記レーンマークが直線であると判定された場合に、上記取付角度パラメータを補正することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の車載カメラの取付角度補正装置。 - 車載機のレーンマーク検出部が、車載カメラより入力される撮影画像内からレーンマークを検出する第1のステップと、
上記車載機の視点変換部が、上記レーンマーク検出部により検出された少なくとも1組のレーンマークを、上記車載カメラの取付角度パラメータを含むカメラパラメータに基づいて3次元座標の平面上に投影する第2のステップと、
上記車載機の直線性判定部が、上記視点変換部により上記平面上に投影されたレーンマークが直線であるか否かを判定する第3のステップと、
上記車載機のパラメータ補正部が、上記直線性判定部により上記レーンマークが直線であると判定された場合に、上記1組のレーンマークが平行となるよう上記取付角度パラメータを補正する第4のステップとを有することを特徴とする車載カメラの取付角度補正方法。
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