JP3398937B2 - 車両用監視方法及び装置 - Google Patents

車両用監視方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車などの車両
に設置したビデオカメラによって撮像した画像を用い
て、車両の走行の際に他の車両又は障害物を検知して例
えば運転者に警告を与えるための車両用監視方法及び装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の方法及び装置として、例
えば特願平2−241855号公報に開示されたものが
ある。同公報に開示された方法は、走行している自車両
から前景を撮影し、この撮影した前景の同一点の移動を
所定時間毎にオプティカルフローとして認識し、このオ
プティカルフローと前方車両との車間距離を測定する距
離センサをもとに自車両に対する先行車両の位置、相対
速度からなる情報を得、この情報をもとに危険と判断し
た場合に運転者にその旨を知らせるものである。
【0003】また、オプティカルフローを求めるため
に、従来、2コマの画像間で対応する点を検出するマッ
チング法と呼ばれる手法が採用されていた。このマッチ
ング法は、図9(a)に示す時点tにおける画像上にお
いて着目する画素Pに対し窓W1をとり、画像内全域又
は周辺の領域に対し窓を移動しながら相関値を計算し、
図9(b)に示すように、相関値が最大となった窓W2
の点を対応点、すなわち対応する画素Qとして求め、こ
のPQ(矢印)がオプティカルフローとなる。上記相関
値を求めるためには、 Σ(W1(x,y) ×W2(x,y) )/(ΣW12 (x,y) ×ΣW22 (x,y) 1/2 ……(1) なる計算を行う。なお、W1(x,y) ,W2(x,y) は窓W
1,W2内の(x,y)座標の出力である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の方法及び装置では、危険を判断するために、前景を
撮影するビデオカメラに加え、自車両に対する先行する
他の車両の位置を知るために前方車両との車間距離を測
定するための距離センサをも同時に必要としている。
【0005】また、オプティカルフローを求めるため
に、2枚の画像間で対応する点を検出するという演算処
理を行う必要があるが、上述したようにこの演算処理
は、ある一点の対応点を検出するために、画像内の一画
素に対し、画像内の全領域あるいは周辺の領域の全ての
画素に対して検索を行うといったものである。画像全体
にわたって対応点を検出するためには、この処理を全画
素に対して行わなければならない。また、検索を行うた
めに指標として使用する相関値を求めるためにも多くの
計算を必要とする。
【0006】従って、計算量が膨大になるため実時間化
が困難であったり、実現するためには、高速度の演算処
理装置を必要とするため装置自体が高価格化してしまう
というような問題があげられる。また、オプティカルフ
ローが、先行する他の車両の部分から生じているもの
か、道路外の風景または路面上の文字や記号あるいは白
線などから生じているものかといったことを区別するこ
とが困難であるという問題点もあげられる。
【0007】よって本発明は、上述した従来の問題点に
鑑み、ビデオカメラで撮像して得た画像において、所定
時間毎に同一点の移動をオプティカルフローとして高速
に認識することができるようにした車両用監視方法及び
装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によりなされた車両用監視方法は、走行している
自車両から撮像して得た所定時間相前後する2コマの画
像中の同一点の移動をオプティカルフローとして検出
し、自車両に対する他の車両又は路上障害物の相対関係
を監視する車両用監視方法において、走行している自車
両に搭載したビデオカメラで撮像した画像から得たオプ
ティカルフロー情報をもとに、オプティカルフローが生
じている路面上の車線や文字、記号などからビデオカメ
ラまでの高さを求め、該高さが路面からのビデオカメラ
の高さと一致しているオプティカルフローを前記相対関
係を監視するオプティカルフローから除去することを特
徴としている。
【0009】
【0010】
【0011】上記方法によれば、走行している自車両に
搭載したビデオカメラで撮像した画像から得たオプティ
カルフロー情報を用いて、オプティカルフローが生じて
いる路面上の車線や文字、記号などからビデオカメラま
での高さを求め、該高さが路面からのカメラの高さと一
致しているオプティカルフローを前記相対関係を監視す
るオプティカルフローから除去することにより、何ら格
別な手段を要することなく、路面上に描かれた車線や文
字、記号などから生じるオプティカルフローを相対関係
を監視するオプティカルフローから除去できる。
【0012】上記目的を達成するため本発明によりなさ
れた車両用監視装置は、走行している自車両から撮像し
て得た所定時間相前後する2コマの画像中の同一点の移
動をオプティカルフローとして検出する検出手段を有
し、該検出手段によって検出したオプティカルフローを
用いて自車両に対する他の車両又は路上障害物の相対関
係を監視する車両用監視装置において、前記検出手段に
より求めた相対関係を監視するオプティカルフローか
、走行している自車両に搭載したビデオカメラで撮像
した画像から得たオプティカルフロー情報をもとに、オ
プティカルフローが生じている路面上の車線や文字、記
号などからビデオカメラまでの高さを求め、該高さが路
面からのビデオカメラの高さと一致しているオプティカ
ルフローを除去する除去手段を備えることを特徴として
いる。
【0013】上記装置によれば、走行している自車両に
搭載したビデオカメラで撮像した画像から得たオプティ
カルフロー情報をもとに、オプティカルフローが生じて
いる路面上の車線や文字、記号などからビデオカメラま
での高さを求め、該高さが路面からのビデオカメラの高
さと一致しているオプティカルフローを、検出手段によ
って求めた相対関係を監視するオプティカルフローから
除去手段が除去しているので、他の車両、障害物のみか
ら生じているオプティカルフローだけを処理すること
で、オプティカルフローを用いて危険度を知ることが可
能になる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図1は本発明による方法を実施するた
めの装置の構成を示し、同図において、1は前景を撮像
するビデオカメラ、2はビデオカメラ1によって得られ
た画像を入力し、後述する画像処理を行う演算処理装
置、3は自車両の速度を計測する速度計、4は演算処理
装置2の画像処理結果と速度計3から得られる自車両速
度とを入力して危険度判定処理を行う演算処理装置、5
は警報装置である。
【0015】図2は、ビデオカメラ1によって得られる
前景画像の変化を説明するための図であり、(b)は
(a)に示す自車両を含む状況においてビデオカメラ1
が時間tで撮像した画像、(c)は時間t+Δtで撮像
した画像をそれぞれ示す。
【0016】今、自車両は平坦な道を直進しているとす
る。例えば(a)に示される道路標識及び建物に注目す
ると、時間の経過により時間t、時間t+Δtにおい
て、(b)、(c)に示されるような画像が得られる。
この2枚の画像において対応する点を捜しそれらを結ぶ
と(d)に示されるような速度ベクトルが得られる。こ
れがオプティカルフローである。
【0017】ここでこれらオプティカルフローは、画像
内のFOE(Focus of Expansion)と呼ばれる1点から
放射状に現れる。FOEとは、無限遠点又は消失点と呼
ばれ、車両が直進している場合画像上において自車両の
進行方向である撮像方向を示す1点に対応する。このよ
うに、自車両が走行している場合に求められるオプティ
カルフローは、FOEから放射状の方向である。ここで
先行する他の車両から発せられたオプティカルフロー
は、自車両に対する先行する他の車両の位置、相対速度
からなる情報を含んでおり、オプティカルフローが長い
程危険度が高いと考えられる。
【0018】次に、その詳細を図3を参照して説明す
る。同図の光学的配置おいて、11はビデオカメラのレ
ンズ、12はビデオカメラのイメージプレーン、fはレ
ンズ11からイメージプレーン12までの距離、P
(X,Y,Z)は先行する他の車両又は障害物上の任意
の1点、p(x,y)はイメージプレーン12上の点P
に対応する点とすると、3角形の相似の比から x=f・X/Z ……(2) となる。
【0019】この式を変形して、時間微分すると、 X’=(Δx/Δt・Z+x・Z’)/f ……(3) となる。また、オプティカルフローのx方向成分uとは u=Δx/Δt ……(4) であるので、これを用いて Z=(f・X’−x・Z’)/u ……(5) となる。
【0020】ここで Z’=先行する他の車両ないし障害物と自車両との相対速度=−α …… (6) であるから上式(5)は Z=(f・X’+xα)/u ……(7) となる。よってオプティカルフローのx方向成分uは u=(f・X’+xα)/Z ……(8) となる。Yについても同様に求まる。
【0021】よって上式(8)より、Zが小、すなわち
先行する他の車両又は障害物までの距離が小である程、
又はαが大、すなわち先行車両との相対速度が大である
程、オプティカルフローのx成分は大きくなる。これは
Y方向についても同様である。従って、オプティカルフ
ローは先行する他の車両などとの距離が小さい程、更に
相対速度が大きい程長くなり、これよりオプティカルフ
ローが短いときより長いときの方が相対的に先行する他
の車両又は障害物に対する危険度が大きいと考えられ
る。
【0022】本発明では、オプティカルフローがFOE
から放射状の向きに求められるということを利用し、高
速にオプティカルフローを求めるようにしており、その
方法を図4に基づいて以下説明する。
【0023】図4は、高速にオプティカル・フローを求
める方法の一実施例を示した図である。まず、始めに時
間tでの画像において着目する一点に対しFOEから放
射状の方向に細長い窓を設定する(図4(a))。次
に、時間t+Δtでの画像において、窓をFOEから放
射状の方向に一点づつ移動しながら、時間tでの窓との
輝度差の絶対値の総和を求める。そして総和が最小にな
ったときの窓の移動量が、着目する一点の速度ベクトル
として求められる(図4(b))。なお、上記輝度差
は、窓を構成する各画素について、例えば(a)及び
(b)に○で示す対応する位置の画素間のものである。
以上のような処理を時間tの画像の全ての点において繰
り返し行うことにより、画像全体のオプティカルフロー
を求めることができる。
【0024】また、従来の方法では、対応する窓同士を
比べる際に、相互相関値を用いていた。それに対し本発
明の方法では、輝度差の絶対値の総和を用いているの
で、計算量の軽減となり、処理の高速化が行える。
【0025】本発明では更に、画像内の全ての点に対し
速度ベクトルを求めているのではなく、時間tと時間t
+Δtとの画像で差を求め、その差である一定のしきい
値を越えた点だけに対し処理を行うようにしている。
【0026】一般に、車両走行中に前景を映した画像に
は、空や路面のように時間的な輝度変化がない場所が多
い。このような場所では、原理的にオプティカルフロー
を求めることが不可能である。従って、本発明の方法の
ように、時間tでの画像と時間t+Δtでの画像内で、
輝度差のあるとことに着目して処理を行うことにより、
無駄な処理を省くことが可能となり高速化が行える。
【0027】上述したような方法によって、高速にオプ
ティカルフローが求められる。しかし、ここで求まった
オプティカルフローには、道路以外の風景や路面の車線
などの障害物ではないものによって生じているオプティ
カルフローが含まれている。従って、ここで求められて
いるオプティカルフローを用いて前方の障害物の存在又
はその障害物による危険度を求めることは困難である。
よって、道路外の風景や路面の車線から生じているオプ
ティカルフローを除去する必要がある。次に、この方法
について説明する。
【0028】図5は、道路外の風景によるオプティカル
フローを除去する方法の一実施例である。同図において
斜線が引かれている位置が、道路上を示しているとし
て、それ以外の場所では、処理を行わないものとする。
こうすることにより、始めから道路外の風景から生じる
オプティカルフローは求まらないことになり、なおかつ
領域を制限することにより、処理時間の高速化が行える
こととなる。
【0029】次に、路面上のマークを消す方法について
図を用いて説明する。図6はこの方法の一実施例であ
り、まず光学的構成を説明する。図6はビデオカメラを
設置した車両が直進する代わりに、路面全体が近づいて
きたと仮定して描かれている。11は前方を撮像するビ
デオカメラのレンズ、12はビデオカメラのイメージプ
レーンを示す。13及び14は移動前後の車線を表して
いる。レンズの中心を原点とする3次元座標と、イメー
ジプレーン2上で上記FOEを原点とする2次元座標を
考える。
【0030】移動前の車線の位置をP(X,Y,Z+Δ
Z)、Z方向にΔZ移動後の位置をQ(X,Y,Z)と
すると、2つの3角形の相似比より式(1)のようにオ
プティカルフローの生じている車線のビデオカメラまで
の高さを知ることができる。 Y=y2 ΔZ/fΔy ……(9) この求まった高さ情報を用いて、高さがビデオカメラ高
と一致している、つまり路面上のマークなどによって生
じているオプティカルフローを除去することができる。
【0031】ここで、ΔZは2枚の画像の時間間隔Δt
の間に前進した距離であり、車両速度を知ることにより
求めることができる。以上説明したような処理によっ
て、前方の障害物以外から生じているオプティカルフロ
ーを除去することが可能となる。従って、いま残されて
いるオプティカルフローの位置及び長さから前方の障害
物がどの程度危険であるかを示す危険度を求めることが
可能となる。
【0032】次に、危険度を求める方法について説明す
る。図7はこの方法の一実施例を示すものである。まず
構成を説明すると、I 〜IVの各領域はそれぞれ自車線の
遠方、自車線の近方、隣車線の遠方、隣車線の近方を示
している。ここで危険度は、各領域に存在するオプティ
カルフローの長さの総和に対して各区域毎に重み付け
し、この重み付けした値によって求められる。更に、各
領域毎に所定のしきい値を設定しておき、フロー長さの
総和がこのしきい値を越えたらしきい値を越えた領域は
危険と判断される。しきい値を複数レベル設定してお
き、危険度のレベルを判断することもできる。
【0033】最後に、求められた危険度の大きさに従っ
て警報を鳴らすことによって運転者に対し注意を促せる
ことが可能となる。また、ディスプレイ上にどの領域が
どの程度危険かを表示することも可能になる。さらに危
険レベルにより警報の音色などの種類を変えることも可
能である。
【0034】以上説明した本発明の方法による画像処理
の手順を要約して示すと、図8のようになる。まず、ス
テップS1において時間tでの画像を取り込み、次にス
テップS2において時間t+Δtでの画像を取り込む。
その後ステップS3においてFOEの設定を行い、続く
ステップS4において処理領域の設定を行う。続いてス
テップS5に進み、ここで時間tと時間t+Δtの画像
で輝度差が一定のしきい値を越えた領域を抽出する。そ
の後ステップS6に進んで抽出した領域内でオプティカ
ルフローを求め、次のステップS7において道路上のオ
プティカルフローを除去し、更に次のステップS8にお
いて各区域毎に重み付けした値によって危険度を計算す
る。上記ステップ6及び7の処理を実行することによっ
て演算処理装置2は、走行している自車両から撮像して
得た所定時間相前後する2コマの画像中の同一点の移動
をオプティカルフローとして検出する検出手段、及び、
検出手段により求めたオプティカルフローから道路外の
風景や路面上に描かれた車線や文字、記号などから生じ
るオプティカルフローを除去する除去手段としてそれぞ
れ機能している。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように請求項1及び2記
の発明によれば、自車両に搭載したビデオカメラで撮像
した画像から得たオプティカルフロー情報を用いて求め
たビデオカメラまでの高さが路面からのカメラの高さと
一致しているオプティカルフローを相対関係を監視する
オプティカルフローから除去し、何ら格別な手段を要す
ることなく、オプティカルフローを用いて確実に危険度
を知ることが可能になる他、路面上に描かれた車線や文
字、記号などから生じるオプティカルフローを相対関係
を監視するオプティカルフローから除去しているので、
その分、処理時間の高速化が図れる
【0036】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による方法を実施するための装置の一例
を示すブロック図である。
【図2】図1のビデオカメラが撮像する前景、画像及び
得られるオプティカルフローを示す図である。
【図3】本発明の方法による障害物などの検出の仕方を
説明するための図である。
【図4】本発明の方法によりオプティカルフローの求め
方を説明するための図である。
【図5】本発明の方法によりオプティカルフローの求め
るため設定した領域の一例を示す図である。
【図6】本発明の方法により路面上の車線によるオプテ
ィカルフローの除去の仕方を説明するための図である。
【図7】本発明の方法により危険度を判定するため分け
た区域の一例を示す図である。
【図8】本発明の方法の一連の処理を示す図である。
【図9】従来の方法の問題点を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
1 ビデオカメラ 2,4 演算処理装置 5 警報装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G06T 7/20 G06T 7/20 B G08B 21/00 G08B 21/00 H G08G 1/16 G08G 1/16 C H04N 7/18 H04N 7/18 J (72)発明者 佐々木 一幸 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会 社内 (56)参考文献 特開 平2−241855(JP,A) 特開 平3−282709(JP,A) 特開 平2−11438(JP,A) 特開 昭64−66712(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06T 7/20 B60R 21/00 G03B 15/00 G03B 15/16 G08G 1/16 H04N 7/18

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 走行している自車両から撮像して得た所
    定時間相前後する2コマの画像中の同一点の移動をオプ
    ティカルフローとして検出し、自車両に対する他の車両
    又は路上障害物の相対関係を監視する車両用監視方法に
    おいて、走行している自車両に搭載したビデオカメラで撮像した
    画像から得たオプティカルフロー情報をもとに、オプテ
    ィカルフローが生じている路面上の車線や文字、記号な
    どからビデオカメラまでの高さを求め、該高さが路面か
    らのビデオカメラの高さと一致している オプティカルフ
    ローを前記相対関係を監視するオプティカルフローから
    除去することを特徴とする車両用監視方法。
  2. 【請求項2】 走行している自車両から撮像して得た所
    定時間相前後する2コマの画像中の同一点の移動をオプ
    ティカルフローとして検出する検出手段を有し、該検出
    手段によって検出したオプティカルフローを用いて自車
    両に対する他の車両又は路上障害物の相対関係を監視す
    る車両用監視装置において、 前記検出手段により求めたオプティカルフローから、走
    行している自車両に搭載したビデオカメラで撮像した画
    像から得たオプティカルフロー情報をもとに、オプティ
    カルフローが生じている路面上の車線や文字、記号など
    からビデオカメラまでの高さを求め、該高さが路面から
    のビデオカメラの高さと一致しているオプティカルフロ
    ーを除去する除去手段を備えることを特徴とする車両用
    監視装置。
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