JP2023516660A - 車両トレーラ角度計算方法およびシステム - Google Patents

車両トレーラ角度計算方法およびシステム Download PDF

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Abstract

本発明は、牽引車両(1)の前後方向軸(LAV)に対するトレーラ(2)のヨー角(YA)を決定する方法であって、-カメラ(3)を用いてトレーラ(2)の少なくとも第1および第2画像を撮影するステップにおいて、車両(1)に対するトレーラ(2)の方向が少なくとも2つの画像上において異なる、ステップ(S10)と、-第1および第2画像上において可視のトレーラ(2)の少なくとも第1および第2特徴(F1、F2)を決定するステップにおいて、第1および第2特徴(F1、F2)はトレーラ(2)の異なる位置に配置される、ステップ(S11)と、-第1角度推定(α1)を計算するステップにおいて、第1角度推定(α1)が、牽引車両(1)の固定点に対する、第1画像上の第1特徴(F1)と第2画像上の第1特徴(F1)との間の水平面におけるピボット角度を特徴付ける、ステップ(S12)と、-第2角度推定(α2)を計算するステップにおいて、第2角度推定(α2)が、牽引車両(1)の固定点に対する、第1画像上の第2特徴(F2)と第2画像上の第2特徴(F2)との間の水平面におけるピボット角度を特徴付ける、ステップ(S13)と、-第1および第2角度推定(α1、α2)に基づいてヨー角(YA)を計算するステップ(S14)と、を備える方法に関する。

Description

本発明は、一般に、車両支援システムの分野に関する。特に、本発明は、牽引車両と連結されているトレーラのヨー角を車両のカメラにより提供される画像情報に基づいて計算する方法およびシステムに関する。
牽引車両に対するトレーラの角度を車両のカメラにより提供される画像情報に基づいて計算する方法は既知である。
特に、既知の方法は、演算の複雑さは低いが、画質が不良の場合ロバストな角度情報は提供されない。
本発明の実施形態の課題は、トレーラのヨー角を高いロバストネスと高い信頼性で計算する方法であって、牽引棒の位置を得ることを必要としない方法を提供することである。本課題は、独立請求項の特徴により解決される。好ましい実施形態は従属請求項に記載されている。明示的に記載されていないが、本発明の実施形態は互いに自由に組み合わせ可能である。
1つの態様によると、本発明は、牽引車両の前後方向軸に対するトレーラのヨー角を決定する方法に関する。本方法は以下の方法を備える。
まず、カメラを用いてトレーラの少なくとも第1および第2画像が撮影される。第1および第2画像は、車両に対するトレーラの方向が少なくとも2つの画像上において異なるように撮影される。
この画像の撮影後、トレーラの少なくとも第1および第2特徴が決定される。この第1および第2特徴は第1および第2画像上において可視である必要がある。また、この第1特徴は、第2特徴とは異なるトレーラの位置に配置される。例えば、第1特徴は第1位置における明らかな第1特徴であってよく、第2特徴は第2位置における明らかな第2特徴であってよい。
この決定された第1および第2特徴に基づいて、第1角度推定は計算される。第1角度推定は、牽引車両の固定点に対する、第1画像上の第1特徴と第2画像上の第1特徴との間の水平面におけるピボット角度を特徴付ける。言い換えれば、第1角度推定は、第1画像上の第1特徴の位置とこの固定点の位置との間に延在する第1線と、第2画像上の第1特徴の位置とこの固定点の位置との間に延在する第2線との間で限定されるピボット角度に関する。このピボット角度は車両からトレーラに向かって開口している。
また、第2角度推定は計算される。第2角度推定は、牽引車両の固定点に対する、第1画像上の第2特徴と第2画像上の第2特徴との間の水平面におけるピボット角度を特徴付ける。言い換えれば、第1角度推定は、第1画像上の第2特徴の位置とこの固定点の位置との間に延在する第1線と、第2画像上の第2特徴の位置とこの固定点の位置との間に延在する第2線との間で限定されるピボット角度に関する。このピボット角度は車両からトレーラに向かって開口している。
「第1/第2画像上の第1/第2特徴の位置」の記載は、この画像上の点に関するのではなく、画像が撮影される所定の時点において各トレーラ特徴が位置する、牽引車両の周辺における所定の位置に関することは言及に値する。
最後に、トレーラのヨー角はこの第1および第2角度推定に基づいて計算される。
この方法が有利であるのは、角度推定を計算するために、2つ以上の画像を用いかつ2つ以上のトレーラ特徴を用いるからであり、トレーラ特徴の検出が高ノイズを有し、画質が劣悪である場合でさえも、ヨー角決定の結果は非常に信頼性高くロバストである。
固定点の位置を考慮に入れてよい他の方法は、多くの場合、正確な角度を生成するために、特徴の位置について三角法を用いる必要がある。その結果、これら特徴は、追跡されている特徴におけるノイズまたは不正確さの影響を受けやすくなる。これら特徴が不正確な場合、そのような方法は数学的に不安定であるか、全く結果を生成しない場合がある。
1つの形態によると、第1または第2画像において、車両に対するトレーラのヨー角はゼロである。これにより、この画像を「ゼロポーズ画像」として、つまり車両の前後方向軸とトレーラの前後方向軸との厳密な位置合わせの基準として用いることができる。その一方、別のヨー角も基準値として用いることができる。この別のヨー角が既知ではない場合、システムは絶対トレーラ角度ではなく、むしろトレーラ角度の変化を計算してよい。
1つの形態によると、この固定点はカメラの位置または牽引棒の位置である。カメラを用いて画像を撮影するため、カメラを固定点として用いることは技術的に単純である。その一方、牽引棒を固定点として用いることがより厳密である場合がある。このようにして、固定点、例えば牽引棒の位置を用いて光線を調整することにより正確度の損失を緩和するために、カメラにより撮影された画像に含まれる情報は変換されてよい。その一方、牽引棒がカメラの比較的近傍にあり、トレーラ特徴が比較的離隔している場合、提案される方法は、牽引棒位置を調節することなく自動化トレーラ反転システムにとって十分に正確であるトレーラ角度を計算してよい。牽引棒がカメラの位置の近傍にあり(例えば水平方向において0.3mm未満)、トレーラ特徴が水平方向において2m以上離隔している場合、提案される方法により、結果が改善される場合がある。
1つの形態によると、第1および第2角度推定を計算することは、この固定点と第1および第2画像におけるこの第1および第2特徴との間の光線を決定することを含む。この光線は、この固定点とこの第1および第2特徴との間に延在する線に関する。この光線に基づいて、現在のピボット角度を、例えば幾何的方法に基づいて、演算コストを抑えつつ決定することができる。
1つの形態によると、この第1および/または第2特徴の位置を光線へと変換するために、カメラ較正情報が用いられる。例えば、カメラ較正情報を用いてカメラ位置を得ることで、画像上のある特徴の位置を、カメラの位置に応じてまたはそれに相関付けて位置情報に変換することができる。
1つの形態によると、ヨー角を計算するために、この第1および第2特徴に加えて、トレーラの少なくとも1つのさらなる特徴が用いられる。3つ以上の特徴を用いることで、ヨー角決定のロバストネスと信頼性がさらに向上する。
1つの形態によると、ヨー角は、少なくとも2つの角度推定に基づいて中央値を構築することにより計算される。これにより、非常に安定したヨー角決定を得ることができる。
他の形態によると、ヨー角は、少なくとも2つの角度推定の平均値を構築することによりまたはこの角度推定に適用される統計的方法を用いることにより計算される。
1つの形態によると、本方法は、角度窓を決定するステップをさらに備える。この角度窓は、このヨー角の周りに上方境界と下方境界とを備えてよい。さらに、1セットの特徴が決定され、このセットの特徴内のこの特徴によりこの角度窓内に位置する角度推定が得られる。この決定されたセットの特徴、好ましくはこのセットの特徴に含まれる特徴のみが以降のヨー角計算に用いられる。従って、言い換えれば、以前のヨー角決定の情報を用いることにより、決定されたヨー角に非常に近い角度推定(つまり角度窓内)となるトレーラの2つ以上の特徴を決定し、決定されたヨー角から著しく逸脱する角度推定(つまり角度窓外)となるような特徴は追跡されない。これにより、角度推定の演算の複雑さと正確度を著しく低減することができる。
1つの形態によると、過小評価を矯正するために、計算されたヨー角の値はある程度分またはある割合分だけスケール化して増加される。計算結果の過小評価を矯正するために、例えば、計算されたヨー角は5%~15%分、特に10%分だけスケール化されてよい。
1つの形態によると、カメラは、車両のリアビューカメラである。リアビューカメラに基づいて、技術的コストを抑えてトレーラの画像を撮影することができる。
さらなる態様によると、牽引車両の前後方向軸に対するトレーラのヨー角を決定するシステムが開示される。本システムは、トレーラの画像を撮影するカメラと、この撮影された画像を処理する処理エンティティと、を備える。本システムは、
-カメラを用いてトレーラの少なくとも第1および第2画像を撮影するステップにおいて、車両に対するトレーラの方向が少なくとも2つの画像上において異なる、ステップと、
-第1および第2画像上において可視のトレーラの少なくとも第1特徴を決定するステップにおいて、この第1および第2特徴はトレーラの異なる位置に配置される、ステップと、
-第1角度推定を計算するステップにおいて、第1角度推定が、牽引車両の固定点に対する、第1画像上の第1特徴と第2画像上の第1特徴との間の水平面におけるピボット角度を特徴付ける、ステップと、
-第2角度推定を計算するステップにおいて、第2角度推定が、牽引車両の固定点に対する、第1画像上の第2特徴と第2画像上の第2特徴との間の水平面におけるピボット角度を特徴付ける、ステップと、
-この第1および第2角度推定に基づいてヨー角を計算するステップと、を実行するようにさらに構成される。
本方法の1つの形態として記載された上記特徴の何れも、本開示のシステムにおけるシステム特徴としても適用可能である。
さらに別の形態によると、上記形態の何れか1つによるシステムを備える車両が開示される。
本開示で用いられる「車両」の用語は、乗用車、貨物自動車、バス、列車または任意の他の船舶に関してよい。
本開示で用いられる「ヨー角」の用語は、車用の前後方向軸とトレーラの前後方向軸との間のピボット角度に関してよい。
本開示で用いられる「中央値」の用語は、データサンプルまたは確率分布の上半分と下半分を分ける値に関してよい。
本発明で用いられる「本質的に」または「略」の語は、厳密な値に対する+/-10%、好ましくは+/-5%の偏差ならびに/または関数および/もしくは交通法規に関して重要ではない変化の形態の偏差を意味する。
その具体的な特徴と有利な点とを含む本発明の様々な態様は、以下の詳細な説明と添付の図面から容易に理解されるだろう。
図1は、トレーラを牽引する車両の例示的な上面図を示す。 図2は、トレーラと牽引車両との間の異なるピボット角度でカメラ画像により捕捉された第1および第2特徴に基づく角度推定を概略的に示す。 図3は、牽引車の前後方向軸に対するトレーラのヨー角を決定する方法のステップを示す概略的なブロック図を示す。
以下、例示的な実施形態が示される添付の図面を参照して本発明をより完全に説明する。図中の実施形態は好ましい実施形態に関する一方、実施形態に関連して説明される全ての要素および特徴は、適切である限り、特に上記した任意の他の実施形態に関連する、本明細中において説明される任意の他の実施形態および特徴とも組み合わせて用いられてよい。その一方、本発明は、本明細書に記載されている実施形態に限定されると見なされるべきではない。以下の説明を通して、同様の参照符号は、該当する場合、同様の要素、部材、アイテムまたは特徴を示すために用いられている。
明細書、特許請求の範囲、実施形態例および/または図面により開示されている本発明の特徴は、別個とその任意の組み合わせの両方において、その様々な形態において本発明を実現する材料であってよい。
図1は、トレーラ2を牽引する車両1の上面図を示す。車両1は、車両1の中心を通る前後方向軸LAVを備える。同様に、トレーラ2は、トレーラ2の中心を通る前後方向軸LATを備える。トレーラ2は、牽引棒4を備えるトレーラヒッチを用いて車両1と連結されている。
いくつかの走行状況において、車両1の前後方向軸LAVおよびトレーラ2の前後方向軸LATは平行に配置されていない場合があり、互いに一致しない場合があるが、これらの軸はヨー角YAを限定できる。言い換えれば、ヨー角YAは、車両1の前後方向軸LAVに対するトレーラ2の前後方向軸LATの角度のずれを定義している。ヨー角YAは、トレーラ2の前後方向軸LATと車両1の前後方向軸LAVとを含む水平方向平面において測定されてよい。
ヨー角YAを得ることは、とりわけ、例えばトレーラ支援システムにおいて有利である。
ヨー角YAを決定するために、トレーラ2の少なくとも一部の複数の画像がカメラ3を用いて撮影される。カメラ3は、例えば、車両のリアビューカメラであってよく、リアビューカメラは後退時に車両の周辺の画像を撮影するために用いられてよい。
図2は、トレーラ2が牽引車両1に対して異なるヨー角YAを有する異なる時点におけるトレーラの第1および第2特徴F1、F2の角度関係を示す概略図を示す。
カメラ3は、車両1に対するトレーラ2の角度位置が異なっている、異なる時点における2つ以上の画像を撮影してよい。例えば、画像系列が撮影されてよい。
本例において、第2画像は、ヨー角YA=0°における、車両に対するトレーラ2の方向を示してよい。その一方、他の実施形態において、ヨー角YAは、既知のものであって、現在のヨー角を決定するために用いることができる他の任意の基準ヨー角であってもよい。
トレーラの特徴は、特徴検出およびマッチングのアルゴリズムを用いて位置特定およびマッチングされる。例えば、ハリスのコーナー検出法、スケール不変特徴変換(SIFT)アルゴリズム、高速化ロバスト特徴(SURF)アルゴリズム、バイナリロバスト不変スケーラブルキーポイント(BRISK)アルゴリズム、バイナリロバスト独立基本特徴(BRIEF)、方向付きFASTおよび回転BRIEF(ORB)アルゴリズムまたは他の好適な特徴検出およびマッチングのアルゴリズムを用いてよい。
特徴検出およびマッチングのアルゴリズムはトレーラ上にあるかまたはトレーラ上にはない画像特徴を検出してよい。トレーラ特徴を非トレーラ特徴からセグメント化するために、複数の様々な方法が用いられてよい。例えば、直線前進走行の場合、トレーラ特徴は、経時的に同一位置のままである特徴を探すことにより非トレーラ特徴からセグメント化されてよい。代替的に、背景特徴のモーションは車両の既知のモーションを用いて経時的にモデル化されてよい。これは、速度と操舵に関するCANデータから抽出されてよい。この場合、基本行列のエピポーラ拘束にフィットしない特徴をトレーラ特徴として考慮してよい。
カメラ3により撮影された画像上において、複数の異なる特徴が識別可能であってよい。図2において、車両1の固定点に対して異なる角度位置で識別されている特徴F1、F2が示されている。このようにして、第1および第2特徴F1、F2の上方ペア(特徴F1、F2をカメラ3と結ぶ実線の光線に関連)が第1画像において識別され、第1および第2特徴F1、F2の下方ペア(特徴F1、F2をカメラ3と結ぶ破線の光線に関連)が異なる時点で第2画像において識別される。特徴F1、F2をカメラ3と結ぶ光線Rを決定するために、カメラ3の較正情報を用いて、画像座標における特徴の位置を光線へと変換してよい。言い換えれば、カメラ位置と特徴位置とを関連付けるために、画像上の特徴の位置は、カメラ3の較正情報に基づいて、車両の固定点の位置と結合される。
固定点と第1および第2画像における少なくとも2つの特徴との間の光線Rを決定した後、第1特徴F1および第2特徴F2のピボット角度が決定される。図2において、α1は2つの撮影画像間の第1特徴F1のピボット角度を示し、α2はこれら画像間の第2特徴F2のピボット角度を示す。好ましくは、トレーラの3つ以上の特徴が決定され、複数の画像にわたって追跡される。さらに、好ましくは、ヨー角推定の結果を向上させるために、3つ以上の画像が異なる時点で撮影される。
このピボット角度α1、α2の決定後、このピボット角度α1、α2に基づいてヨー角YAを計算できる。ヨー角YAは様々な方法で展開可能である。
第1実施形態において、ヨー角YAはこの展開されたピボット角度α1、α2のチュおうちとして計算されてよい。別の実施形態において、ヨー角YAは展開されたピボット角度α1、α2の算術平均を計算することにより決定されてよい。さらなる別の実施形態において、確率過程を用いて計算されてよい。例えば、各特徴の角度の分散を考慮し、小さい分散を有する特徴のみを用いて中央値を導出してよい。
ヨー角は、カルマンフィルタまたは車両速度および操舵情報に基づく動的モデルによりさらに洗練可能である。速度および操舵はCANデータから導出可能であり、または例えば画像データを処理する視覚方法を用いて導出可能である。
中央値を用いることの1つの有利な点は、方法が非常にロバストであることである。照明条件が不良である場合、追跡されている特徴は1つのみであっても、中央値は信頼性が高く一貫した角度推定を提供し続ける。中央値は、特徴追跡が不良または画像が特にクラッタの影響を受けている場合に生じることがある外れ値に対しても、非常にロバストである。
撮影画像上において可視の全ての特徴がヨー角YAの計算に等しく好適であるわけではないようであった。演算の複雑さとロバストネスを小さくするために、そのような特徴が選択され、ヨー角YAを決定するためにさらに用いられ、これにより、実際のヨー角に非常に近いピボット角度が得られる。特徴選択のために、これらの特徴のみがそれ以降の画像において追跡され、これにより、実際のヨー角の周りの一定の窓におけるピボット角度α1、α2が得られる。例えば、窓は上方境界と下方境界により定義されてよく、この上方および下方境界はこの実際のヨー角の周りの角度窓を定義する。例えば、窓は2°~10°、特に3°~5°の距離にわたって広がってよい。最後の2つ以上のヨー角決定ステップにおいてこの窓内のピボット角度を導いた全ての特徴は、次の撮影画像中においてさらに追跡される。
また、実際のヨー角YAと比較して、計算されたヨー角YAの推定が低過ぎる場合、計算されたヨー角YAは、過小評価を緩和するために、ある程度分またはある割合分だけ増加される。
図3は、牽引車1の前後方向軸LAVに対するトレーラ2のヨー角YAを決定する方法の方法ステップを示すブロック図を示す。
第1ステップとして、トレーラの第1および第2画像が撮影される(S10)。
画像撮影後、第1および第2画像上において可視のトレーラの特徴が決定される(S11)。
特徴決定後、第1および第2角度推定が、決定された第1および第2特徴に基づいて計算される(S12、S13)。
最後に、ヨー角が、第1および第2角度推定に基づいて計算される(S14)。
なお、明細書と図面は提案される発明の原理を例示するに過ぎないことに留意すべきである。当業者であれば、明示的に本開示において説明または図示されていなくても、本発明の原理を具現化する様々な構成を実施できるだろう。
1 車両
2 トレーラ
3 カメラ
4 牽引棒
α1 第1角度推定
α2 第2角度推定
F1 第1特徴
F2 第2特徴
LAT トレーラの前後方向軸
LAV 車両の前後方向軸
R 光線
YA ヨー角

Claims (13)

  1. 牽引車両(1)の前後方向軸(LAV)に対するトレーラ(2)のヨー角(YA)を決定する方法であって、
    -カメラ(3)を用いて前記トレーラ(2)の少なくとも第1および第2画像を撮影するステップにおいて、前記車両(1)に対する前記トレーラ(2)の方向が前記少なくとも2つの画像上において異なる、ステップ(S10)と、
    -第1および第2画像上において可視の前記トレーラ(2)の少なくとも第1および第2特徴(F1、F2)を決定するステップにおいて、前記第1および第2特徴(F1、F2)は前記トレーラ(2)の異なる位置に配置される、ステップ(S11)と、
    -第1角度推定(α1)を計算するステップにおいて、前記第1角度推定(α1)が、前記牽引車両(1)の固定点に対する、前記第1画像上の前記第1特徴(F1)と前記第2画像上の前記第1特徴(F1)との間の水平面におけるピボット角度を特徴付ける、ステップ(S12)と、
    -第2角度推定(α2)を計算するステップにおいて、前記第2角度推定(α2)が、前記牽引車両(1)の前記固定点に対する、前記第1画像上の前記第2特徴(F2)と前記第2画像上の前記第2特徴(F2)との間の水平面におけるピボット角度を特徴付ける、ステップ(S13)と、
    -前記第1および第2角度推定(α1、α2)に基づいて前記ヨー角(YA)を計算するステップ(S14)と、を備える方法。
  2. 第1または第2画像において、前記車両(1)に対する前記トレーラ(2)の前記ヨー角(YA)はゼロ、または基準角度として用いることが可能な任意の既知のヨー角(YA)である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記固定点は前記カメラ(3)の位置または前記牽引棒(4)の位置である、請求項1または2に記載の方法。
  4. 第1および第2角度推定(α1、α2)を計算することは、前記固定点と第1および第2画像における前記第1および第2特徴(F1、F2)との間の光線(R)を決定することを含む、請求項1~3の何れか1項に記載の方法。
  5. 前記第1および/または第2特徴(F1、F2)の位置を光線へと変換するために、カメラ較正情報が用いられる、請求項4に記載の方法。
  6. 前記ヨー角(YA)を計算するために、前記第1および第2特徴(F1、F2)に加えて、前記トレーラ(2)の少なくとも1つのさらなる特徴が用いられる、請求項1~5の何れか1項に記載の方法。
  7. 前記ヨー角(YA)は、前記少なくとも2つの角度推定に基づいて中央値を構築することにより計算される、請求項1~6の何れか1項に記載の方法。
  8. 前記ヨー角(YA)は、前記少なくとも2つの角度推定の平均値を構築することによりまたは前記角度推定に適用される統計的方法を用いることにより計算される、請求項1~7の何れか1項に記載の方法。
  9. 角度窓を決定するステップにおいて、前記角度窓は、ヨー角(YA)の周りに上方境界と下方境界とを備え、1セットの特徴を決定し、前記角度窓内の角度推定が得られ、以降のヨー角(YA)計算に前記決定されたセットの特徴を用いるステップをさらに備える、請求項1~8の何れか1項に記載の方法。
  10. 過小評価を矯正するために、計算されたヨー角(YA)の値は、ある程度分またはある割合分だけ増加される、請求項1~9の何れか1項に記載の方法。
  11. 前記カメラ(3)は、前記車両(1)のリアビューカメラである、請求項1~10の何れか1項に記載の方法。
  12. 牽引車両(1)の前後方向軸(LAV)に対するトレーラ(2)のヨー角(YA)を決定するシステムであって、前記トレーラ(2)の画像を撮影するカメラ(3)と、前記撮影された画像を処理する処理エンティティと、を備え、
    -カメラ(3)を用いて前記トレーラ(2)の少なくとも第1および第2画像を撮影するステップにおいて、前記車両(1)に対する前記トレーラ(2)の方向が前記少なくとも2つの画像上において異なる、ステップと、
    -第1および第2画像上において可視の前記トレーラ(2)の少なくとも第1および第2特徴(F1、F2)を決定するステップにおいて、前記第1および第2特徴(F1、F2)は前記トレーラ(2)の異なる位置に配置される、ステップと、
    -第1角度推定(α1)を計算するステップにおいて、前記第1角度推定(α1)が、前記牽引車両(1)の固定点に対する、前記第1画像上の前記第1特徴(F1)と前記第2画像上の前記第1特徴(F1)との間の水平面におけるピボット角度を特徴付ける、ステップと、
    -第2角度推定(α2)を計算するステップにおいて、前記第2角度推定(α2)が、前記牽引車両(1)の前記固定点に対する、前記第1画像上の前記第2特徴(F2)と前記第2画像上の前記第2特徴(F2)との間の水平面におけるピボット角度を特徴付ける、ステップと、
    -前記第1および第2角度推定(α1、α2)に基づいて前記ヨー角(YA)を計算するステップと、を実行するようにさらに構成されるシステム。
  13. 請求項12に記載のシステムを備える車両。
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