JP3543116B2

JP3543116B2 - Matching method between sensor detection position and road alignment

Info

Publication number: JP3543116B2
Application number: JP2001061042A
Authority: JP
Inventors: 純一西崎; 博文吉川
Original assignee: National Institute for Land and Infrastructure Management
Current assignee: National Institute for Land and Infrastructure Management
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: JP2002262277A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ検出位置と道路線形のマッチング方法に関し、詳しくは、正確な位置が特定できる目標物を検出した画像をもとにして、自己の取り付け位置及び角度を求めるセンサカメラの較正および道路線形データを入力する方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００２】
【従来の技術】
従来、道路監視用のセンサカメラでは、そのセンサカメラを取り付けた時の取付位置及び角度の較正が必ず必要になる。また、このデータを使用して安全に関するサービスを行おうとすると、道路線形のデータを計算機内に記憶させておく必要がある。
【０００３】
従来のセンサカメラの較正方法を図２に示す。図２の上部がセンサカメラの取付状況を横から見た図であり、下図が上から見た図である。１がセンサカメラ、２が目標物、３が道路、４が道路線形データとして記憶する道路線形基準線である。従来のセンサカメラの較正方法は、絶対位置座標がわかっている道路上の３個の目標物をセンサカメラの視野に入れて、これを検出することにより、センサカメラの取付座標（ｘｃ、ｙｃ、ｈｃ）、取付角（θｃ、δｃ）を求めるものである。ただし、θｃが高さ方向取付角であり、δｃはｘｙ平面取付角である。
【０００４】
今、目標物が設置されている点をＰ１、Ｐ２、Ｐ３とし、各点の座標値を（ｘ１、ｙ１、ｈ１）、（ｘ２、ｙ２、ｈ２）、（ｘ３、ｙ３、ｈ３）、各点のセンサカメラでの検出角を（θ１、δ１）、（θ２、δ２）、（θ３、δ３）とすると、図２より、次の関係式が得られる。
【数１】

求めたいのは、センサカメラ較正用パラメータ（ｘｃ、ｙｃ、ｈｃ、θｃ、δｃ）であり、上記６個の式の中から、５個を選択し、これを解くことにより、５個のパラメータを求めていた。
【０００５】
また、道路線形データについては、道路線形基準線の複数の点列データとして、本較正作業とは別に入力していた。
【０００６】
しかし、この方法では、下記の問題点があった。
（１）検出角θ１、θ２、θ３、δ１、δ２、δ３は、誤差を伴って、検出されるものであり、これをもとに算出されたパラメータｘｃ、ｙｃ、ｈｃ、θｃ、δｃも、おのずと誤差をともなうものとなり、正確な較正ができないという結果になる。
（２）センサカメラの設置位置がわかっても、道路線形データの入力は、別作業として行っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来の方法による問題点を解決し、センサカメラ位置の較正と道路線形データの入力を同時に行う方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、路側に設置された道路監視用のセンサカメラと、このセンサカメラが検出したデータを処理する記憶機能および演算機能を有した路側処理装置とを具え、位置検出可能な検出器を搭載した車両を道路線形基準線に沿って、センサカメラの視野内を走行させ、該センサカメラ視野内における、前記車両を表した位置データを該車両で検出するとともに、この位置データに対応して該車両を表した角度データを前記センサカメラで検出し、これらの位置データおよび角度データの組合わせからなる所定組数の計測データを、前記路側処理装置に記憶させ、この路側処理装置は、これらの所定組数の計測データから、最小二乗法を用いて、校正用パラメータを求め、この校正用パラメータを、前記センサカメラの取付位置及び取付角度としていることを特徴とするセンサ検出位置と道路線形のマッチング方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の１実施形態を示すものであり、絶対位置検出が可能な車両をセンサカメラの視野内を走行させることにより、センサカメラ位置の較正と道路線形データの入力を同時に行うものである。
【００１０】
図１において、１が較正対象となるセンサカメラ、２がＧＰＳ等の絶対位置座標の検出が可能な位置検出器を搭載した車両、３が道路線形を入力対象とする道路、４が入力すべき道路線形基準線であり、また路側には、図示しない路側処理装置が設けられており、この路側処理装置は、記憶機能および演算機能を有して、センサカメラ１が検出したデータを所定に処理するようにしている。
【００１１】
車両２は、道路線形基準線４上を走行し、センサカメラ１のカメラ視野内における適当なタイミングでそのときの位置座標（ｘｉ、ｙｉ、ｈｉ）（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）を検出し、車両２の位置データとして記憶する。ただし、ここで、Ｎは、位置データを取得した時点を時系列順に示すように附された番号である。それと同時に、センサカメラ１は、その視野の中に捕らえた当該車両１の検出角θｉ、回転角δｉを検出し、このセンサカメラ１が検出した角度データ（θｉ、δｉ）（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）として路側処理装置に記憶する。
【００１２】
車両２側に記憶された位置データを、有線、無線などの通信や、記憶媒体を介するなどのように、何らかの一般的な手段や方法を用いて、路側処理装置に転送し、この路側処理装置で位置データおよび角度データからなるＮ組の計測データとして記憶する。そして、このＮ組の計測データ（ｘｉ、ｙｉ、ｈｉ、θｉ、δｉ）（ｉ＝１，Ｎ）（Ｎは、３以上）から、路側処理装置は、センサカメラ１の較正用パラメータ（ｘｃ、ｙｃ、ｈｃ、θｃ、δｃ）を決定するとともに、位置データ（ｘｉ、ｙｉ、ｈｉ）（ｉ＝１，Ｎ）を道路線形データとして記憶する。
【００１３】
本発明においては、従来基準として使用していた固定目標物の代わりに、位置検出が可能な車両を用いている。これにより、道路上に特別な目標物の設置を不要にしている。
【００１４】
センサカメラの較正手順は次の通りである。計測データ（ｘｉ、ｙｉ、ｈｉ、θｉ、δｉ）（ｉ＝１，Ｎ）とセンサカメラ較正用パラメータ（ｘｃ、ｙｃ、ｈｃ、θｃ、δｃ）の間には、以下の式の関係があるはずである。しかしながら、センサの検出時には検出誤差が存在するために以下の式は、完全な等式としては成立していない。すなわち、下記の（７），（８）式において、それぞれ左辺を右辺に移項すると、理論的な数式上では、左辺の項は０となるはずである。しかしながら、このように移項した式に、実際に検出した計測データ（ｘｉ、ｙｉ、ｈｉ、θｉ、δｉ）を代入して算定すると、少なくとも（θｉ、δｉ）には検出誤差が含まれているので、この左辺の項は、０とならずに、推測値と実際に検出した測定値との差である残差が算出される。しかも、この残差は、Ｎ組のそれぞれの組みの計測データに含まれる検出誤差同士が、一致することは殆ど考えられず互いに異なったものとなるので、各計測データを代入して算出する毎に、それぞれ異なる値をとる。したがって、（７），（８）式において、測定値である計測データに対して、係数とみなせるセンサカメラ較正用パラメータを、最小二乗法の手法を用いて、求めることができる。この最小二乗法とは、残差の二乗和が最小となるように各係数を求める手法とされている。
【数２】

【００１５】
そこで、次の評価関数Ｒを導入し、この関数を最小化するようにセンサカメラ較正用パラメータ（ｘｃ、ｙｃ、ｈｃ、θｃ、δｃ）を決定する。
【数３】

【００１６】
具体的には、次の手順で求める
評価関数Ｒが最小となるためには、次の条件が必要である。
【数４】

これにより、５個の方程式が得られ、これを解くことにより、センサカメラ較正用パラメータ（ｘｃ、ｙｃ、ｈｃ、θｃ、δｃ）が求めらる。
【００１７】
この発明の方法によれば、式において生じる誤差が最小となる解としてセンサカメラ較正用パラメータ（ｘｃ、ｙｃ、ｈｃ、θｃ、δｃ）が提供されるので、センサカメラ１の較正作業における計測誤差の影響を最小化できる。すなわち、計測誤差の影響を最小化して較正されたものとして得たセンサカメラ較正用パラメータを、センサカメラによる各種の検出を行なうために必要な基準となるセンサカメラの取付位置及び取付角度とすることができる。
【００１８】
さらに、道路線形基準線に沿って、車両を走行させることにより、車両位置の計測結果そのものを道路線形データとして使用することができるため、道路線形の入力を別作業で行う必要がなくなる。また、工事などで、走行基準線を変更する場合でも、その走行基準線に沿って、車両を走らせることで、自動的に道路線形データの変更が可能である
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、センサカメラの較正が正確に行うことができ、さらに、車両で検出した位置座標がそのまま道路線形とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサカメラの較正方法及び道路線形データの入力方法を示す図である。
【図２】従来のセンサカメラの較正方法を示す図である。
【符号の説明】
１センサカメラ
２位置検出器を搭載した車両
３道路
４道路線形基準線
５目標物[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of matching a sensor detection position and a road alignment, and more particularly, to calibration of a sensor camera and a road, which determine its own mounting position and angle based on an image obtained by detecting a target whose exact position can be specified. It relates to a method of inputting linear data.
[Means for Solving the Problems]
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a sensor camera for monitoring a road, it is always necessary to calibrate a mounting position and an angle when the sensor camera is mounted. In order to provide services related to safety using this data, it is necessary to store road alignment data in a computer.
[0003]
FIG. 2 shows a conventional method of calibrating a sensor camera. The upper part of FIG. 2 is a view of the mounting state of the sensor camera viewed from the side, and the lower part is a view viewed from above. 1 is a sensor camera, 2 is a target, 3 is a road, and 4 is a road alignment reference line stored as road alignment data. A conventional sensor camera calibration method includes three target objects on a road whose absolute position coordinates are known, which are set in the field of view of the sensor camera, and by detecting the three targets, the sensor camera mounting coordinates (xc, yc, hc) and the mounting angles (θc, δc). Here, θc is the height direction mounting angle, and δc is the xy plane mounting angle.
[0004]
Now, the points where the target is set are P1, P2, and P3, and the coordinate values of each point are (x1, y1, h1), (x2, y2, h2), (x3, y3, h3), and each point. If the detection angles of the sensor cameras are (θ1, δ1), (θ2, δ2), (θ3, δ3), the following relational expression is obtained from FIG.
(Equation 1)

What we want to obtain are the sensor camera calibration parameters (xc, yc, hc, θc, δc). From the above six equations, five are selected and solved to solve the five parameters. I was asking.
[0005]
In addition, the road alignment data was input as a plurality of point sequence data of the road alignment reference line separately from this calibration work.
[0006]
However, this method has the following problems.
(1) The detection angles θ1, θ2, θ3, δ1, δ2, δ3 are detected with an error, and the parameters xc, yc, hc, θc, δc calculated based on these are also Naturally, there is an error, and the result is that accurate calibration cannot be performed.
(2) Even if the installation position of the sensor camera is known, the input of the road alignment data is performed as a separate operation.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the conventional method and to provide a method for simultaneously calibrating a sensor camera position and inputting road linear data.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention includes a roadside sensor camera for monitoring a road installed on the roadside, and a roadside processing device having a storage function and an arithmetic function for processing data detected by the sensor camera, A vehicle equipped with a position-detectable detector is driven along the road linear reference line in the field of view of the sensor camera, and in the field of view of the sensor camera, position data representing the vehicle is detected by the vehicle, The angle data representing the vehicle is detected by the sensor camera in accordance with the position data, and a predetermined number of sets of measurement data including a combination of the position data and the angle data are stored in the roadside processing device. the roadside apparatus from these predetermined number of sets of measurement data, by using the least squares method to obtain the calibration parameters, the calibration parameter, the Sensakame It is a sensor detecting the position and the road linear matching method characterized by that the are the mounting position and mounting angle.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which a vehicle capable of detecting an absolute position is caused to travel within the field of view of a sensor camera to simultaneously calibrate a sensor camera position and input road linear data. It is.
[0010]
In FIG. 1, 1 is a sensor camera to be calibrated, 2 is a vehicle equipped with a position detector capable of detecting absolute position coordinates such as GPS, 3 is a road whose road alignment is to be input, and 4 is an input. road Ri linear baseline der, also the roadside, roadside processing apparatus is provided which is not shown, the roadside apparatus includes a storage function and an arithmetic function, the predetermined data sensor camera 1 has been detected To be processed .
[0011]
The vehicle 2 travels on the road linear reference line 4 and, at an appropriate timing within the camera view of the sensor camera 1, the position coordinates (xi, yi, hi) (i = 1, 2,..., N) ) Is detected and stored as position data of the vehicle 2 . Here, N is a number attached so as to indicate the time when the position data was acquired in chronological order . At the same time, the sensor camera 1 is detected angle .theta.i of the vehicle 1 captured in its field, detecting the rotation angle .delta.i, angle data the sensor camera 1 has been detected (θi, δi) (i = 1,2 ,..., N) are stored in the roadside processing device .
[0012]
The position data stored in the vehicle 2 is transferred to the roadside processing device by using some general means or method, such as communication such as wired or wireless communication, or via a storage medium. Are stored as N sets of measurement data consisting of position data and angle data. Then, the N sets of measurement data (xi, yi, hi, θi , δi) (i = 1, N) (N is 3 or more) from the roadside apparatus, the calibration parameters of the sensor camera 1 (xc, yc, hc, θc, δc) are determined, and the position data (xi, yi, hi) (i = 1, N) is stored as road linear data.
[0013]
In the present invention, a vehicle capable of detecting a position is used instead of a fixed target used as a conventional reference. This eliminates the need for setting special targets on the road.
[0014]
The calibration procedure of the sensor camera is as follows. There should be a relationship of the following equation between the measurement data (xi, yi, hi, θi, δi) (i = 1, N) and the sensor camera calibration parameters (xc, yc, hc, θc, δc). It is. However, the following equation does not hold as a perfect equation because there is a detection error when detecting the sensor. That is, in the following equations (7) and (8), if the left side is shifted to the right side, the term on the left side should be 0 on a theoretical equation. However, when calculation is performed by substituting the actually detected measurement data (xi, yi, hi, θi, δi) into the equation thus transposed, at least (θi, δi) includes a detection error. The term on the left-hand side does not become 0, and a residual which is a difference between the estimated value and the actually detected measurement value is calculated. In addition, since the detection errors included in the measurement data of each of the N sets are unlikely to coincide with each other and are different from each other, the residuals are different from each other. Take different values. Therefore, in the formulas (7) and (8), a sensor camera calibration parameter that can be regarded as a coefficient can be obtained for the measurement data that is the measurement value by using the least squares method. The least-squares method is a method of calculating each coefficient so that the sum of squares of the residual is minimized.
(Equation 2)

[0015]
Therefore, the following evaluation function R is introduced, and the sensor camera calibration parameters (xc, yc, hc, θc, δc) are determined so as to minimize this function.
[Equation 3]

[0016]
Specifically, the following condition is required in order to minimize the evaluation function R obtained in the following procedure.
(Equation 4)

As a result, five equations are obtained, and by solving them, the sensor camera calibration parameters (xc, yc, hc, θc, δc) are obtained.
[0017]
According to the method of the invention, the sensor camera calibration parameters as solution error occurring in the formula is minimized (xc, yc, hc, θc , δc) Since there is provided, a measurement error in the calibration procedure of the sensor camera 1 Impact can be minimized. In other words, the sensor camera calibration parameters obtained as being calibrated by minimizing the influence of the measurement error are used as the sensor camera mounting position and the mounting angle which are necessary references for performing various detections by the sensor camera. Can be.
[0018]
Further, by driving the vehicle along the road alignment reference line, the measurement result of the vehicle position itself can be used as the road alignment data, so that it is not necessary to input the road alignment by another operation. In addition, even when the traveling reference line is changed for construction or the like, the road alignment data can be automatically changed by driving the vehicle along the traveling reference line.
【The invention's effect】
According to the present invention, the calibration of the sensor camera can be accurately performed, and the position coordinates detected by the vehicle can be used as the road alignment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a method for calibrating a sensor camera and a method for inputting road linear data according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional calibration method of a sensor camera.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor camera 2 Vehicle equipped with position detector 3 Road 4 Road alignment reference line 5 Target

Claims

路側に設置された道路監視用のセンサカメラと、このセンサカメラが検出したデータを処理する記憶機能および演算機能を有した路側処理装置とを具え、
位置検出可能な検出器を搭載した車両を道路線形基準線に沿って、センサカメラの視野内を走行させ、該センサカメラ視野内における、前記車両を表した位置データを該車両で検出するとともに、この位置データに対応して該車両を表した角度データを前記センサカメラで検出し、
これらの位置データおよび角度データの組合わせからなる所定組数の計測データを、前記路側処理装置に記憶させ、この路側処理装置は、これらの所定組数の計測データから、最小二乗法を用いて、校正用パラメータを求め、この校正用パラメータを、前記センサカメラの取付位置及び取付角度としていることを特徴とするセンサ検出位置と道路線形のマッチング方法。 A sensor camera for road monitoring installed on the roadside, and a roadside processing device having a storage function and an arithmetic function for processing data detected by the sensor camera,
A vehicle equipped with a position-detectable detector is driven along the road linear reference line in the field of view of the sensor camera, and in the field of view of the sensor camera, position data representing the vehicle is detected by the vehicle, Angle data representing the vehicle is detected by the sensor camera in accordance with the position data,
A predetermined number of sets of measurement data consisting of a combination of these position data and angle data is stored in the roadside processing device, and the roadside processing device uses the least squares method from the predetermined number of sets of measurement data. , determine the calibration parameter, the calibration parameter, the sensor detection position and the road linear matching method which is characterized in that in the mounting position and mounting angle of the sensor camera.

前記校正用パラメータは、前記センサカメラの取付位置座標および取付角度を表わしたそれぞれ１つの値をとる各定数（ｘｃ、ｙｃ、ｈｃ、θｃ、δｃ）からなり、The calibration parameters include constants (xc, yc, hc, θc, δc) each having one value representing the mounting position coordinates and the mounting angle of the sensor camera,
前記位置データは、前記車両の位置座標を表わした組ごとに異なる値をとる各変数（ｘｉ、ｙｉ、ｈｉ）からなり、前記角度データは、前記センサカメラから車両への角度を表わした組ごとに異なる値をとる各変数（θｉ、δｉ）からなり、前記計測データは、前記車両の位置および角度を表わした組ごとに異なる値をとる各変数（ｘｉ、ｙｉ、ｈｉ、θｉ、δｉ）からなり、The position data is composed of variables (xi, yi, hi) that take different values for each set indicating the position coordinates of the vehicle, and the angle data is set for each set indicating the angle from the sensor camera to the vehicle. The measurement data is obtained from the variables (xi, yi, hi, θi, δi) having different values for each set representing the position and angle of the vehicle. Become
前記校正用パラメータと前記計測データとの関係を規定した所定式を設定し、Set a predetermined formula that defines the relationship between the calibration parameters and the measurement data,
前記校正用パラメータは、前記所定式に各組の計測データを代入して、各組ごとに導き出される残差の二重和を、すべての組から総計したとき、この総和が最小となるように決定していることを特徴とする請求項１記載のセンサ検出位置と道路線形のマッチング方法。The calibration parameters are obtained by substituting the measurement data of each set into the predetermined formula and summing up the double sum of the residuals derived for each set from all the sets, so that this sum is minimized. 2. The matching method according to claim 1, wherein the position is determined by the sensor.

前記所定式に基づき、各組における残差の二重和を総和して評価する評価関数Ｒを導入し、この評価関数Ｒを、前記校正用パラメータの各定数（ｘｃ、ｙｃ、ｈｃ、θｃ、δｃ）で偏微分した式をそれぞれ０とした５本の連立方程式を立てて解くことにより、これらの各定数（ｘｃ、ｙｃ、ｈｃ、θｃ、δｃ）を決定していることを特徴とする請求項２に記載のセンサ検出位置と道路線形のマッチング方法。Based on the predetermined formula, an evaluation function R for summing and evaluating the double sum of the residuals in each set is introduced, and this evaluation function R is defined as each constant (xc, yc, hc, θc, θc, Each of these constants (xc, yc, hc, θc, δc) is determined by establishing and solving five simultaneous equations in which the equations partially differentiated by δc) are set to 0. Item 3. A matching method between a sensor detection position and a road alignment according to item 2.

前記路側処理装置は、前記車両側で検出した車両の位置データを、道路線形データとして記憶することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のセンサ検出位置と道路線形のマッチング方法。 The roadside processing apparatus, the position data of the vehicle detected by the vehicle, the sensor detecting the position and the road linear matching method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that stored as the road line shape data.

前記位置検出可能な検出器を搭載した車両は、ＧＰＳ搭載車であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のセンサ検出位置と道路線形のマッチング方法。 The position sensitive detector equipped with vehicle, the sensor detects the position and the road linear matching method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a GPS-equipped vehicles.

前記校正用パラメータは、３個組数以上の計測データを用いて決定していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のセンサ検出位置と道路線形のマッチング方法。The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the calibration parameters are determined using three or more sets of measurement data.