JP2728174B2

JP2728174B2 - 移動車の前方車認識装置

Info

Publication number: JP2728174B2
Application number: JP1132688A
Authority: JP
Inventors: 健二藤田
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1989-05-29
Filing date: 1989-05-29
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JPH03535A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は移動車の前方車認識装置に関し、特に、例え
ば自車の前方を走行する前方車の自車進行方向に対する
姿勢角を認識するための認識装置に関する。

（従来の技術）画像処理により外界を認識する従来技術として、例え
ば特開昭61−240307号がある。この特開昭の技術は、移
動体の特徴点（複数）の像と無限遠線とから、移動体の
位置及び方向を推定するものである。この場合の移動体
の方向とは自車位置からその移動体までの方位角であ
る。

一方、CCDカメラ等の撮像装置を用いて前方車両を認
識して、その前方車両に対して追従走行を行なうのに必
要なパラメータは、：その前方車までの車間距離、：自車と前方車との横方向の偏差距離、：そして、自車の進行方向に対する前方車の進行方向
角度（即ち、姿勢角）である。

（発明が解決しようとする課題）の車間距離、の偏差距離は従来からも種々の方法
で容易に求められていた。しかし、の姿勢角は、従来
では高度な画像解析に頼つていたものであつた。また、
前記従来技術に用いられている画像解析は簡便なもので
あるものの、せいぜい、自車位置からその移動体までの
方位角が求めることができるに過ぎず、とても姿勢角を
検出するまでには至つていない。

そこで、本発明の目的は、簡便にこの姿勢角を検出す
ることにより前方車を認識する移動車の前方車認識装置
を提案するところにある。

（課題を達成するための手段及び作用）第１図に本発明の原理を示す。図中、1,2は車両の左
右対称の部分、例えば、左右のテールランプを示す。こ
のテールランプ1,2の夫々の縦の左辺３及び右辺４の長
さは、T_L,T_R（T_L＝T_R）である。また、このテールラン
プの左右間の距離は２・ｌである。このテールランプ等
の左右対称物をカメラ等の画像入力手段で取り込むとき
の光学像がＺ軸方向から見た状態で第１図に示されてい
る。入力手段としてのカメラ５の光軸は上記対称物の中
心を通るように設定されているとする。また、カメラ５
の位置（即ち、自車位置）から前方車のテールランプま
での距離Ｄは従来の手法で検出する。

テールランプ1,2がXY平面でＺ軸の周りにθだけ回転
しているとする、即ち、前方車の姿勢角がθであるとす
る。尚、θはＹ軸から反時計回り方向を正とし、０≦θ
＜90度である。カメラ５から左辺３までのＸ方向距離
は、Ｄ−ｌ・sinθ カメラ５から右辺４までのＸ方向距離は、Ｄ＋ｌ・sinθ である。テールランプ1,の左辺3,右辺４の像を６に示
し、夫々の像の長さを、T_L′,T_R′とする。カメラ５の
レンズに近軸条件が成立しているとすれば、が成り立つから、が得られる。ここで、γ^＊は線分比であり、とした。尚、（２）式では対称物間の実際の長さｌを用
いているが、その代わりに、画像６中で測定された距離
ｌ′を用いても等価である。

然して、本発明の構成は、外界認識のための画像入力
手段を備えた移動車の前方車認識装置において、自車と
前方車との車間距離を検出する第１の検出手段と、前記
画像入力手段より入力された画像より、前方車の所定の
左右対称部分について抽出された部分画像に基づいて、
前記対称部分の左右夫々の画像中の大きさ並びにこの対
称部分間の距離を検出する第２の検出手段と、これら検
出手段により検出された車間距離と前記対称部分の左右
夫々の画像中の大きさとこの対称部分間の距離とに基づ
いて、前方車の自車に対する相対的姿勢角を演算する演
算手段とを備えたことを特徴とする。

（実施例）以下添付図面を参照して、本発明の姿勢角検出を、前
方車の追従走行制御に応用した実施例を説明する。この
実施例は、第１図に示した原理を更に拡張したもので、
前方車が自車に対して横に偏位している場合でも姿勢角
θを検出しようというものである。また、本発明では本
質的には対称物の像の長さを問題にすればよいが、実際
の車両では、直線的な形状の対称物は少なく弧状のもの
の方が多いことに鑑みて、以下説明する実施例では、こ
の対称物の線の長さではなく面積を問題にすることとす
る。これは、曲線形状は矩形等で近似してその矩形の線
分比γ^＊を（３）式に従つて求めるよりも、面積比から
線分比γ^＊を計算する方が誤差が少ないからである。こ
の点について後述の説明から明らかになる。

第2A図及び第2B図は夫々、実施例の前方車認識装置及
び前方車追従走行制御装置をブロツク的に示したもので
ある。第2A図において、10は外界の画像を得るためのカ
メラである。カメラ10で得られた画像は画像処理部12で
例えば所定の色の画像信号を抽出し、さらに二値化処理
等を行なう。所定色とは、例えば、テールランプの色等
である。これらの処理を行なわれた画像信号は前方車認
識装置18に送られる。一方、11は前方車との車間距離Ｄ
を測定するためのレーザ光を放射するレーダヘツドであ
り、反射レーザ光はヘツド11で受信され、この受信信号
は測距信号処理部13でノイズ成分の除去等の処理が行な
われて、前方車認識装置18に送られる。

認識装置18は４つの算出モジュールからなる。面積比
／対称体長算出モジュール18aは、対称物である左右の
テールランプ等の画像の面積比γ及び長さｌを計算する
モジュールである。横偏差算出モジュール18bは自車に
対する前方車の横偏差ｙを、画像処理部12が取り込んだ
画像及び車間距離Ｄから算出する。車間距離算出モジュ
ール18cは測距信号から前方車との車間距離Ｄを算出す
る。

姿勢角算出モジュール18dはγ,l,y,Dから前方車の姿
勢角θを計算して、γ,l,y,Dに加えて姿勢角θを、第2B
図に示された追従走行制御装置30に送る。

第2B図において、40は加減速制御部であり、41は操舵
制御部である。これら制御部40,41は、認識装置18によ
る前方車までの距離D,横偏差y,姿勢角θ等の認識結果に
基づいてスロツトルアクチュエータ43,ステアリングア
クチュエータ44及びブレーキアクチュエータ42を制御し
て走行制御を行なう。即ち、加減速制御部40は、前方車
までの距離Ｄ、及び車速等に基づいて自車の車速を決定
し、この車速に対応するようにスロツトルアクチュエー
タ43若しくはブレーキアクチュエータ42を制御する。同
じく、操舵制御部41は、前方車の自車に対する横偏差y,
前方車の姿勢角θ等に基づいてステアリングアクチュエ
ータ30を制御する。こうして、前方車に対する追従走行
制御が行なわれる。

第3A図は一般的な車両の背面図であり、この車両が前
方車であるとする。この図においては、ブレーキランプ
50L,50Rやウインカ51L,51R等は左右対称である。第４図
は自車60の前方に前方車61があり、即ち、前方車61は自
車60に対し、Ｘ軸方向にＤ、Ｙ軸方向にｙだけずれ、そ
のときの姿勢角をθとする。第3B図は、第４図の状態で
後述の画像入力手段から得られた画像を示したものであ
る。

面積比γの算出原理を第５図に従つて説明する。第５
図は第3A図に示された前方車の背面像からテールランプ
部分を抽出したものである。もし対称物として、ブレー
キランプ50の面積比を求めるのであれば、前述の所定色
を赤として、画像処理部12がブレーキランプ像を抽出し
て、二値化処理を施す。この二値化像は第５図に示すよ
うになる筈である。第５図において、Ｇ′は左右のブレ
ーキランプの画像間の中心であり、ｌ′はＧ′から左右
のテールランプ画像の夫々の端部までの画像上の距離で
ある。算出モジュール18aは、第５図に示された左テー
ルランプ画像50Lと右テールランプ画像50Rの夫々の画素
数N_L,N_Rを数え、から、面積比γを計算する。

次に、横偏差y,左右のブレーキランプ間の実際の長さ
ｌの算出方法について、第５図，第６図により説明す
る。図中、第６図のＡは自車のカメラ位置であり、P,Q
は前方車の背面の両端部をモデル化したときのエツジ部
を示し、直線PQの長さ2lである。また、ｆはカメラのレ
ンズの焦点距離であり、αは視角、また、直線EFは撮像
面である。第５図の点Ｇ′は第６図では直線EFの中点に
相当する。

車間距離Ｄは算出モジュール18cが測距信号に基づい
て計算する。また、ｌ′は、第５図から分かるように、（Ｇから端部までの画素数）×１画素の長さで与えられる。また、第６図で、 EG′＝Ｇ′Ｆ＝ｌ′、 PG＝ｌ≒Ｐ′Ｇであるから、従って、である。横偏差ｙについても、第６図で、画像上の点
Ｇ′からＸ軸までの画素数をNyとすれば、である。以上が、算出モジュール18a,18b,18cにおける
γ,l,y,Dの算出手法である。

次に、算出モジュール18dにおける姿勢角算出手法に
ついて第６図を参照しつつ説明する。同図において、三
角形AEFと三角形AP′Ｑ′とが相似であることから、姿
勢角θについての方程式を得ることができる。即ち、θ
は、（８）式で表わされるθの関数ｆ（θ）についての
方程式ｆ（θ）＝０ ……（７）を解いて得ることができる。ここで、ｆ（θ）はｆ（θ）＝（γ^＊＋１）・yD・sinθ−（γ^＊−１）・D²・cosθ −（γ^＊−１）・ylsin²θ＋（γ^＊＋１）・Dl・cos
θ・sinθ ……（８）で表わされる。ここで、γ^＊は（４）式から、 γ^＊＝γ^1/2 ……（９）である。何故なら、面積比は線分比の平方であるからで
ある。

（７）式は非線形方程式であるから、例えば、Newton
−Raphson法を適用して数値的に解くことができる。New
ton−Raphson法を適用した場合、姿勢角θは近似的に、で表わされる。ｎは1,2,3…であり、また、θ_ｎの初期
値θ_０は、（７），（８）式をｙ＝０について解くこと
により、となる。（11）式は、第１図に関連して説明した（２）
式と同じである。

以上が姿勢角算出モジュール18dにおけるθの算出方
法である。

尚、一般にカメラによる画像には、横偏差ｙにある像
に歪が発生している。この歪は視角αに比例するので、
（10）式のθを更に精度良く計算することができる。即
ち、その比例定数をεとすれば、 θ^＊＝θ_n+1＋ε・α ……（13）である。

本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能
である。例えば、第２図実施例では、横偏差ｙを考慮し
ていたが、このｙが小さい場合は、ｙによる影響は例え
ば面積比γを計算する精度に比して小さい。かかるとき
は、（２）式のように、ｙを無視してθを計算すること
ができる。

また、上記実施例では、テールランプを対称物として
説明してきた。しかし、本発明は車両の後部にある対称
物であれば、いかなるものにも適用可能である。

また、本発明によつて得た前方車の姿勢角の利用は、
前方車追従走行制御に限られない。

（発明の効果）以上説明したように本発明の移動車の前方車認識装置
によれば、車間距離と、画像より得られたところの前方
車の所定の左右対称部分夫々の画像中の大きさ並びにこ
の対称部分間の距離とに基づいて、前方車の自車に対す
る相対的姿勢角を演算することができるので、従来より
も遥かに容易に姿勢角を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明する図、第2A図及び第2B図は本発明を適用した実施例システムの
構成をブロツク的に示す図、第3A図，第3B図は夫々、前方車の背面図、斜め背面図、第４図は自車と前方車との位置関係を説明する図、第５図は前方車のブレーキランプの画像処理後の状態を
示す図、第６図は実施例における姿勢角θを算出する原理を説明
する図である。図中、 1,2……車両の左右対称部分、3,4……左右対称部分の左
辺及び右辺、５……画像入力手段、６……像、10……カ
メラ、11……レーザレーダヘツド、12……画像処理部、
13……測距信号処理部、18……前方車認識装置、18a…
…面積比／対称体長算出モジュール、18b……横偏差算
出モジュール、18c……車間距離算出モジュール、18d…
…姿勢角算出モジュール、30……追従制御装置、40……
加減速制御部、41……操舵制御部、42……ブレーキアク
チュエータ、43……スロツトルアクチュエータ、44……
ステアリングアクチュエータ、50L,50R……ブレーキラ
ンプ、51L,51R……テールランプ、60……自車、61……
前方車、Ａ……自車カメラ位置、Ｇ……前方車両中心、
ｌ……対称物長、Ｄ……車間距離、ｙ……横偏差、θ…
…姿勢角、ｆ……焦点距離である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｇ０５Ｄ 1/02 ＫＧ０８Ｇ 1/16 Ｇ０８Ｇ 1/16 ＥＡ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外界認識のための画像入力手段を備えた移
動車の前方車認識装置において、自車と前方車との車間距離を検出する第１の検出手段
と、前記画像入力手段より入力された画像より、前方車の所
定の左右対称部分について抽出された部分画像に基づい
て、前記対称部分の左右夫々の画像中の大きさ並びにこ
の対称部分間の距離を検出する第２の検出手段と、これら検出手段により検出された車間距離と前記対称部
分の左右夫々の画像中の大きさとこの対称部分間の距離
とに基づいて、前方車の自車に対する相対的姿勢角を演
算する演算手段とを備えた移動車の前方車認識装置。