JP3898000B2

JP3898000B2 - Vehicle attitude angle measurement device

Info

Publication number: JP3898000B2
Application number: JP2001196928A
Authority: JP
Inventors: 愼二郎遠藤; 洋鵜川; 能北川
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: JP2003014436A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両姿勢角計測装置に関し、特に前方車両(以下、前車という。)の進行方向と自車の進行方向とによって形成される姿勢角を計測する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トラックやバスを対象とし、ドライバが運転する前車の走行軌跡に沿って後続車両を制御する所謂自動追従走行システムが研究・開発されている。
このような自動追従走行システムを導入することにより、トラックの輸送効率の向上(道路容量の確保、増大)、自動車交通の省エネルギー化(定速走行、空気抵抗軽減による燃料改善)を図ることができる。
【０００３】
この自動追従走行システムの研究は、最近、ITS(Intelligent Transport Systems)の一貫として、日本や欧米諸国で積極的に取り込まれており促進されているが、このシステムを実現するため、図1に示すように、自車1の進行方向Aと、前車2の進行方向Bとによって形成される姿勢角Sを求め、この姿勢角Sによって車両の隊列走行の縦方向制御と横方向制御を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような自動追従走行システムなどに用いられる姿勢角は、その要求条件が下記に示すように非常に厳しい。
(1)角度の精度要求が高いが、5°以下の微少角度を正確に測定することは困難であり、１°以下になると不可能に近い。計測結果に1°の誤差があっても、縦方向制御と横方向制御に大きな影響を与える。なお、姿勢角の変化範囲は、自動車道路を例にとると、最大±15°である。
【０００５】
(2)このため、自動追従走行システムを構築する際に前車の走行軌跡を想定しフィードフォワード制御するために高精度GPSを利用する試みが多くなされているが、トンネル内等での通信途絶の問題がある。
(3)計測速度の要求が高く、安全性を確保するため、姿勢角の計測速度は100ms/回以内が必要である。
【０００６】
従って本発明は、精度が高く、インフラの整備を必要とせず且つ計測速度が速い姿勢角計測装置を実現することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る車両姿勢角計測装置では、図1に示すように、姿勢角Sが自車1の進行方向Aに対する前車2の方位角Tと、前車2の進行方向Bに対する自車1の方位角であるグレイ角Gとを求めることにより、下記の式から前車2の自車1に対する相対的な姿勢角Sを算出しようとするものである。
【０００８】
【数１】

【０００９】
そして、上記の式(1)におけるグレイ角Gを求めるため、本発明では、同一又は異なる通光範囲角を有する複数個のシャドウ枠を水平方向及び垂直方向に配置するとともに該シャドウ枠の通光の有無により該垂直方向においてグレイコードを形成するように同一又は異なる傾斜角を離散的に持たせた離散シャドウ枠群3と、該離散シャドウ枠群3の背面に設置された光源と、該離散シャドウ枠群3を通過した該光源の出力光を受けて、該出力光によって示されるグレイコードと予め設定されたグレイ角とを比較して該出力のグレイ角Gを求める受光・演算部4とを備えている。
【００１０】
さらに、上記の受光・演算部4は、前車2に設置したマーカーを撮像装置によって得た画像情報と、車間距離検出手段によって検出された前車2−自車1間の距離とから前車2の方位角Tを求めることができる。
以下、上記のグレイ角G及び方位角Tの算出原理を順次説明する。
【００１１】
[1] グレイ角 G の算出
本発明においては、図2(1)に示すように、シャドウ枠30を用いる。このシャドウ枠30は、複数枚の遮光板5を一定の間隔で並べ、一つの枠内に組み立てたものである。
【００１２】
このようなシャドウ枠30を、図示の角度▲１▼〜▲３▼のそれぞれの角度から観察すると、同図（2)▲１▼〜▲３▼にそれぞれ示すような画像が得られる。
すなわち、このようなシャドウ枠30は、ブラインド状の遮光板5で組み立てたものであるので、或る角度(通光範囲角α)の光のみを通すことになるので、図2(1)に示したように、

【００１３】
の光のみを通すことになり(同図(2)▲２▼参照)、その他は遮光されてしまう(同▲１▼及び▲３▼参照)。
次に、図3に示すように、シャドウ枠を離散的な角度β_i(i＝1,2,3…)だけ傾斜させて並べたシャドウ枠311〜314を離散シャドウ枠群31として用いる。
【００１４】
従って、この場合は、

すなわち

【００１５】
の光のみを通すことになる。
このような離散シャドウ枠群31を横方向だけではなく縦方向にも用いたものが、図4に例示されている。すなわち、図3に示した離散シャドウ枠群31を、縦方向に4段分だけ、シャドウ枠31ａ〜31dとして設けたものであり、これらはそれぞれ後述するように4ビットのグレイコードに対応している。
【００１６】
ここで、例えばα/2＝1°のシャドウ枠を仮定するとともに、図5(3)に示すように傾斜角βのデータを設定することにより、各シャドウ枠31ａ〜31ｄの通光範囲角αは同図(2)に示すようなものとなる。
この結果、図4に示した離散シャドウ枠群3においては、光を通す明部分と通さない暗部分(網掛部分)とが存在することとなり、従って、図5(1)に示すような角度θと通光量ｘとの関係になる。すなわち、一個のシャドウ枠30はα＝2°の範囲をカバーするので、例えば0°〜8°の部分は、4個のシャドウ枠を用いることになる。
【００１７】
このように、同図(1)に示した明暗部分に着目すると、縦方向ｘは4ビットのグレイコードを構成していることが分かる。逆に言えば、同図(1)に示すようなグレイコードを実現するために、同図(2)に示す各シャドウ枠の通光範囲角αの値を決定し、かつ同図(3)に示す、傾斜角βを決定すればよいことになる。
【００１８】
すなわち、通光の有無を、“1”又は“0”で表現すると、例えば1ビット目(2⁰ビット)のシャドウ枠31aでは0°〜1°のシャドウ枠が設けられていないので、“無＝0”となり、1°〜3°は“有＝１”となる。同様にして、3°〜5°“0”、5°〜7°は“1”、7°〜9°は“0”、9°〜11°は“1”、11°〜13°は“0”、13°〜15°は“1”となり、15°〜16°はシャドウ枠が設けられていないので“0”となる。
【００１９】
同様にして、シャドウ枠群31b〜31dにそれぞれ対応する 2ビット目(2¹ビット)、3ビット目(2²ビット)、4ビット目(2³ビット)においてそれぞれ通光の有無によって“1”又は“0”のデータが得られることになる。
この結果、横軸の角度θにおいて通光範囲角αの中心毎に1°間隔で4ビットのデータを取ると、例えば、0.5°においては“1000”であり、1.5°においては“1001”となり、これを15.5°まで1°間隔でデータを取ると図６に示すようなグレイコード対グレイ角のデータが得られる。
【００２０】
これは、ｎ桁目を“1”にしてそこまでのコードを逆の順番に用いるという「グレイコード」になっており、必ず１文字しか変化しない状態になっていることが分かる。
従って、このようなグレイコードにより、図１に示した受光・演算部4がグレイコードとして例えば“0111”を受信した場合には、そのグレイ角Gは図6に示すように「10.5°」であり、そして、この場合の角度θの分解能はα/2＝0.5°であることが分かる。
【００２１】
[2] 方位角の算出
図1に示した自車1の進行方向Aに対する前車2の方位角Tの求め方は、従来より種々知られているが、例えば前車2に設置したマーカーを受光・演算部4に設けられている撮像装置によって得た画像情報と、同じく設けられている車間距離検出手段によって検出された前車―自車間距離とから前車2の方位角Tを求めることができる。
【００２２】
ここで、シャドウ枠における通光量について説明する。
図７において、遮光板5の間隔を“1”として正規化し、その長さをhとすると、角度θだけ傾斜した光が図示のように入力した時、その通光量（通光幅）xは次式で示される。
【００２３】
【数２】

【００２４】
すなわち、通光量xと角度θとの関係は図8に表わされることになる。
従って、x>1/2を通光範囲とし(入力通光量を判定する閾値＝1/2)、これを1°(α/2＝1°）とするためには、

より、

【００２５】
とすればよい。
この場合の離散シャドウ枠群3による通光量は図９に網掛で示すようになり、閾値＝1/2により太線で示す論理値が得られる。
ここで、上記のシャドウ枠30を用いた場合には、同図に示す如く、通光量が最大から最小（或いはその逆）まで2°であり、通光量と画像の明るさが必ずしも線形でないことを考慮すると、最大±1°の誤差が生じ得る。
【００２６】
すなわち、図9に示すように通光量は例えばθ＝8°において、シャドウ枠群31aを通過した光はこの境界において急激に変化しておらず、閾値＝1/2による判定に誤りが生ずる可能性があることが分かる。
これを改良するためには、通光量の傾きをより急峻にし、同時に閾値を下げれば良いが、下げ過ぎると光を通さない暗部分の溝が深くなる。従って、例えば、閾値＝1/4に設定すると、ｘ＝1−ｈ・tanθ＝1/4であるので、

【００２７】
となり、この場合の通光量ｘは図10に示すようになる。
ただし、この場合の通光量は0→1→1/2→1…のように変化する。このように同じ通光範囲であっても角度により通光量が変化することは、画像処理の閾値判定の上で好ましくない。
そこで、閾値＝1/4とした状態(h＝43)でさらに、ピークを(点線部分)を半分にカットするため、図11に示すように遮光板5にヒレ板6を付けることが好ましい。
【００２８】
すなわち、1/4幅のヒレ板6を2個、遮光板5の中央部に付ければよい。これにより図12に示すように、通光量xは半分になるが、閾値判定は安定する。
さらに、図10に示されている閾値＝1/4からはみ出している部分を無くすため(θ＝4°/3→1°)には、閾値は限りなく“0”に近づけることが好ましいので、図13に示すようになる。
【００２９】
この場合、
2³ビットh＝43、板間＝1（幅hは不変とし、傾斜角βを調整）
2²ビットh＝43、板間＝1（幅hは不変とし、傾斜角βを調整）
2¹ビットh＝43、板間＝1（幅hは不変とし、傾斜角βを調整）
2⁰ビットh＝57.3、板間＝1（又はh＝43、板間＝0.75）（幅hを可変）
である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る車両姿勢角計測装置の実施例をグレイ角の算出と方位角の算出に分けて説明する。
[1] グレイ角の算出における実施例
図１に示したグレイ角Gを求めるために使用する離散シャドウ枠群については図4に一例を示した。この例では、シャドウ枠の通光量は一種類で済むが、数は16個必要であり、しかもそれぞれ傾斜角βを変える必要があった。
【００３１】
そこで、本発明のより好適な実施例として、図14に示すように、上位のビットに関する遮光板間隔を三種類(α＝2°,4°,8°)としてシャドウ枠群にまとめ、シャドウ枠の数を8個に減らして、コストを下げたものである。
すなわち、この離散シャドウ枠群3は、2⁰ビットにおいてα＝2°で共通であるが、傾斜角βが、それぞれ、2°,6°,10°,14°のシャドウ枠311〜314を用いる。また2¹ビットにおいては、α＝4°で共通であるが、β＝4°のシャドウ枠321を左端に設置し、β＝12°のシャドウ枠322を右から2番目に設置している。
【００３２】
さらに、2²ビットにおいてはα＝8°でβ＝8°のシャドウ枠331を左端に設け、そして、2³ビットにおいても左端にα＝8°でβ＝4°のシャドウ枠341を設けている。
これらα、βの値を上記の式

に代入して各シャドウ枠のθ範囲を求めると、それぞれ図示のようになり、これは丁度、図5(1)のグレイコードに相当することが分かる。
【００３３】
グレイコードへの変換手順は、図14の8個のシャドウ枠各々について光っているか否かを判定する。4段中、下2段は、2個及び4個のシャドウ枠があるが、同時に複数個がONになることはなく、グレイコードを形成している。上段から順に各段でONとなっているシャドウ枠があれば“1”、なければ“0”(２³→２²→2¹→2⁰ビット)とし、図6の表からグレイ角Gが求められる。
【００３４】
[2] 方位角の算出における実施例
一方、図1に示す方位角Tを求めるために、本発明の好適な実施例として、図15(1)に示すマーカー20を、前車2の離散シャドウ枠群3が、そのマーカー中心Mになるように設ける。このマーカー20には図示のように中心点Mの周囲に4つのテンプレート21を設けている。同図(2)はこのようなマーカー20を撮像装置により撮像した時のマーカー画像を示しており、画面の一部分にマーカー20の画像が現れることになる。
【００３５】
図1から方位角Tは次式で表わすことができる。
【００３６】
【数３】

【００３７】
ここで、
d_oo'；マーカー画像の中心OとCCDカメラの中心O’間の距離(図1参照)
d_i；車間距離(同図参照)
また、車間距離d_iは図示しない距離センサなどにより既に分かっているものとする。
【００３８】
従って、上記の式(3)において、距離d_oo'が分かれば方位角Tを算出することができる。
この場合、距離d_oo'は図15(2)に示す偏移距離μから画像処理により次のとおり求めることができる。
【００３９】
1)CCDカメラの画像から、面積大小によって条件による4つのテンプレート21をサーチし、マーカー20の幾何学的中心Mを取得する。
2)マーカー中心Mと画像座標中心Oから偏移距離μを求める。
3)偏移距離μから実際の偏移距離doo_'を求める。
【００４０】
次に、図14に示した、離散シャドウ枠群3および図15に示したマーカー20を用いて図1に示した姿勢角Sを計測する場合の受光・演算部4の動作手順を以下に説明する。
▲１▼まず受光・演算部4は、内蔵するCCDカメラ(図示せず)で撮像した画像の取得処理を行う。この場合の取得した画像が図16の上半分に示されている。
【００４１】
そして、この画像におけるマーカー20の中心Mを抽出し、この中心Mに基づいて画像中の4ビットのシャドウ枠発光エリア位置を決定する。
▲２▼画像中の4ビットのシャドウ枠発光エリアを取得し、図16の下半分右側に示されているような二値化された画像閾値イメージに変換する。
【００４２】
▲３▼このようにして求めたシャドウ枠発光エリアの二値化画像の明るい部分の面積を求める。この二値化された画像の明るい部分の面積合計値を基準値と比べて、この基準値より大きい場合はビットを白＝“1”に設定し、逆の場合はビットを黒＝“0”に設定する。
【００４３】
4)このようにして、4ビットのシャドウ枠発光エリアの二値化画像により、図14に示した離散シャドウ枠群3の通光量をグレイコードによって表すことができる。
【００４４】
このようにして求めたグレイコードを図6に示したグレイコード表を参照することによりグレイ角Gを取得することができる。
なお、図16に示した二値化画像の場合は、“1111”であるので、図6の表からグレイ角G＝5.5°であることが分かる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る車両姿勢角計測装置によれば、同一又は異なる通光範囲角を有する複数個のシャドウ枠を水平方向及び垂直方向に配置するとともに該シャドウ枠の通光の有無により該垂直方向においてグレイコードを形成するように同一又は異なる傾斜角を離散的に持たせた離散シャドウ枠群と、該離散シャドウ枠群の背面に設置された光源と、該離散シャドウ枠群を通過した該光源の出力光を受けて、該出力光によって示されるグレイコードと予め設定されたグレイ角とを比較して該出力光へのグレイ角を求める受光・演算部とを備えるように構成したので、前車の進行方向に対する自車の方位角であるグレイ角を正確且つ精密に求めることができ、このグレイ角と自車の進行方向に対する前車の方位角とから前車の自車に対する相対姿勢角を正確且つ精密に迅速な計測を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両の自動追従走行システムにおける本発明の車両姿勢角計測装置の原理を説明するための平面ブロック図である。
【図２】本発明に係る車両姿勢計測装置に用いるシャドウ枠とその画像を示した図である。
【図３】図2に示したシャドウ枠に傾斜角を与えて離散シャドウ枠を形成した状態を示した図である。
【図４】本発明に係る車両姿勢計測装置に用いる離散シャドウ枠群の一例を示した正面図である。
【図５】本発明に係る車両姿勢計測装置における各シャドウ枠とグレイコードとの関係を示した図である。
【図６】本発明に係る車両姿勢角計測装置で求めたグレイコードとグレイ角との関係を示した図である。
【図７】本発明に係る車両姿勢角計測装置に用いるシャドウ枠の通光状態を説明するための平面図である。
【図８】図7におけるシャドウ枠の通光量を説明するための図である。
【図９】本発明に係る車両姿勢角計測装置に用いる離散シャドウ枠群の通光量を閾値＝1/2に設定した場合の波形図である。
【図１０】本発明に係る車両姿勢計測装置においてヒレ板無しの離散シャドウ枠を用いた場合の通光量（閾値＝1/4）を示した波形図である。
【図１１】本発明に係る車両姿勢計測装置に用いるシャドウ枠における遮光板にヒレ板を付けた状態を示した平面図である。
【図１２】本発明に係る車両姿勢計測装置においてヒレ板付き離散シャドウ枠を用いた場合の通光量（閾値＝1/4）を示した波形図である。
【図１３】本発明に係る車両姿勢計測装置においてヒレ板なしの離散シャドウ枠を用いた場合の通光量（閾値＝0）を示した波形図である。
【図１４】本発明に係る車両姿勢計測装置に用いる離散シャドウ枠群の一実施例を示した正図面である。
【図１５】本発明に係る車両姿勢計測装置に用いるマーカーとその画像を示した表面図である。
【図１６】本発明に係る車両姿勢角計測装置で取得されるCCDカメラ画像を示した図である。
【符号の説明】
1 自車（追従車）
2 前車
30,311〜314,321,322,331,341 シャドウ枠
3,31,31ａ〜31ｄ離散シャドウ枠群
4 受光・演算部
5 遮光板
6 ヒレ板
T 方位角
G グレイ角
S 姿勢角
20 マーカー
21 テンプレート
図中、同一符号は同一または相当部分を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle attitude angle measuring apparatus, and more particularly to an apparatus for measuring an attitude angle formed by a traveling direction of a preceding vehicle (hereinafter referred to as a front vehicle) and a traveling direction of the host vehicle.
[0002]
[Prior art]
Research and development have been conducted on so-called automatic following traveling systems for trucks and buses that control the following vehicle along the traveling locus of the preceding vehicle driven by the driver.
By introducing such an automatic following traveling system, it is possible to improve the transportation efficiency of trucks (secure and increase road capacity) and save energy in automobile traffic (constant speed traveling, fuel improvement by reducing air resistance). .
[0003]
Research on this automatic tracking system has recently been actively promoted and promoted in Japan and Western countries as part of ITS (Intelligent Transport Systems). Thus, the posture angle S formed by the traveling direction A of the host vehicle 1 and the traveling direction B of the front vehicle 2 is obtained, and the vertical direction control and the lateral direction control of the vehicle platooning are performed by the posture angle S. Yes.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The posture angle used in such an automatic following traveling system has very strict requirements as shown below.
(1) Although the angle accuracy requirement is high, it is difficult to accurately measure a minute angle of 5 ° or less, and it is almost impossible when it is 1 ° or less. Even if there is an error of 1 ° in the measurement result, it has a significant effect on the vertical and horizontal controls. Note that the range of change in posture angle is a maximum of ± 15 ° when an automobile road is taken as an example.
[0005]
(2) For this reason, many attempts have been made to use high-accuracy GPS for feedforward control assuming the driving trajectory of the preceding vehicle when constructing an automatic following traveling system. There is a problem.
(3) The measurement speed of posture angle must be 100ms / time or less to ensure safety and to ensure safety.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to realize an attitude angle measuring apparatus that has high accuracy, does not require infrastructure maintenance, and has a high measurement speed.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the vehicle attitude angle measuring device according to the present invention, as shown in FIG. 1, the attitude angle S is the azimuth angle T of the front vehicle 2 with respect to the traveling direction A of the host vehicle 1, and the front vehicle 2 By calculating the gray angle G that is the azimuth angle of the own vehicle 1 with respect to the traveling direction B, the relative attitude angle S of the front vehicle 2 with respect to the own vehicle 1 is calculated from the following equation.
[0008]
[Expression 1]

[0009]
In order to determine the gray angle G in the above equation (1), in the present invention, a plurality of shadow frames having the same or different light transmission range angles are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, and the light transmission of the shadow frames is performed. A discrete shadow frame group 3 having discretely the same or different inclination angles so as to form a gray code in the vertical direction depending on the presence or absence of the light source, a light source installed on the back of the discrete shadow frame group 3, and the discrete A light receiving / calculating unit 4 that receives the output light of the light source that has passed through the shadow frame group 3 and compares the gray code indicated by the output light with a preset gray angle to obtain the gray angle G of the output; It has.
[0010]
Further, the light receiving / calculating unit 4 described above is based on the image information obtained by the imaging device for the marker installed on the front vehicle 2 and the distance between the front vehicle 2 and the host vehicle 1 detected by the inter-vehicle distance detection means. The azimuth angle T of 2 can be obtained.
Hereinafter, the calculation principle of the gray angle G and the azimuth angle T will be sequentially described.
[0011]
[1] Calculation of gray angle G In the present invention, a shadow frame 30 is used as shown in FIG. 2 (1). This shadow frame 30 is formed by arranging a plurality of light shielding plates 5 at regular intervals and assembling them in one frame.
[0012]
When such a shadow frame 30 is observed from the angles (1) to (3) shown in the drawing, images as shown in (1) to (3) in FIG.
That is, since such a shadow frame 30 is assembled by the blind-shaped light shielding plate 5, only light of a certain angle (light transmission range angle α) is allowed to pass, so FIG. As shown,

[0013]
Only light (see (2) (2) in the figure) and the others are shielded (see (1) and (3)).
Next, as shown in FIG. 3, the shadow frames 311 to 314 in which the shadow frames are arranged to be inclined by the discrete angles β _i (i = 1, 2, 3...) Are used as the discrete shadow frame group 31.
[0014]
Therefore, in this case,

Ie

[0015]
Only light of the light will pass through.
An example in which such a discrete shadow frame group 31 is used not only in the horizontal direction but also in the vertical direction is illustrated in FIG. That is, the discrete shadow frame group 31 shown in FIG. 3 is provided as shadow frames 31a to 31d for four stages in the vertical direction, and these correspond to 4-bit gray codes as described later. Yes.
[0016]
Here, for example, assuming a shadow frame of α / 2 = 1 °, and setting data of the inclination angle β as shown in FIG. 5 (3), the light transmission range angle α of each shadow frame 31a to 31d. Is as shown in FIG.
As a result, in the discrete shadow frame group 3 shown in FIG. 4, there are a bright part through which light passes and a dark part (shaded part) through which light does not pass.Therefore, an angle θ as shown in FIG. And the light transmission amount x. That is, since one shadow frame 30 covers a range of α = 2 °, for example, four shadow frames are used in a portion of 0 ° to 8 °.
[0017]
Thus, paying attention to the light and dark parts shown in FIG. 1A, it can be seen that the vertical direction x constitutes a 4-bit gray code. In other words, in order to realize the gray code as shown in FIG. 1A, the value of the light transmission range angle α of each shadow frame shown in FIG. The inclination angle β shown in FIG.
[0018]
That is, the presence or absence of light passing, is expressed by "1" or "0", for example because the first bit (2 ⁰ bit), the shadow frame 31a 0 ° to 1 ° of the shadow frame is not a provided for, " No = 0 ", and 1 ° to 3 ° is" Yes = 1 ". Similarly, 3 ° to 5 ° “0”, 5 ° to 7 ° “1”, 7 ° to 9 ° “0”, 9 ° to 11 ° “1”, 11 ° to 13 ° “ “0” and 13 ° to 15 ° are “1”, and 15 ° to 16 ° are “0” because no shadow frame is provided.
[0019]
Similarly, the corresponding second bit each shadow frame group 31b-31d (2 ¹ bit), the third bit (2 ² bits), by the presence or absence of each communication light in the fourth bit (2 ³ bits) "1" Alternatively, data “0” is obtained.
As a result, taking 4-bit data at 1 ° intervals for each center of the light transmission range angle α at the angle θ on the horizontal axis, for example, it is “1000” at 0.5 ° and “1001” at 1.5 °. If the data is taken at intervals of 1 ° up to 15.5 °, data of gray code versus gray angle as shown in FIG. 6 is obtained.
[0020]
This is a “gray code” in which the nth digit is set to “1” and the codes up to that are used in the reverse order, and it can be seen that only one character is always changed.
Therefore, when the light receiving / calculating unit 4 shown in FIG. 1 receives, for example, “0111” as the gray code, the gray angle G is “10.5 °” as shown in FIG. It can be seen that the resolution of the angle θ in this case is α / 2 = 0.5 °.
[0021]
[2] Calculation of azimuth angle Various methods for determining the azimuth angle T of the front vehicle 2 with respect to the traveling direction A of the host vehicle 1 shown in FIG. The azimuth angle of the front vehicle 2 from the image information obtained by the imaging device provided for the marker installed in the light receiving / calculating unit 4 and the front-vehicle distance detected by the same inter-vehicle distance detection means T can be obtained.
[0022]
Here, the light transmission amount in the shadow frame will be described.
In FIG. 7, assuming that the interval between the light shielding plates 5 is normalized as “1” and the length thereof is h, when light inclined by an angle θ is input as illustrated, the light transmission amount (light transmission width) x is It is shown by the following formula.
[0023]
[Expression 2]

[0024]
That is, the relationship between the light quantity x and the angle θ is expressed in FIG.
Therefore, in order to set x> 1/2 as a light transmission range (threshold for determining input light intensity = 1/2) and to set this to 1 ° (α / 2 = 1 °),

Than,

[0025]
And it is sufficient.
In this case, the amount of light transmitted through the discrete shadow frame group 3 is shown by shading in FIG. 9, and a logical value indicated by a thick line is obtained by threshold = 1/2.
Here, when the shadow frame 30 is used, as shown in the figure, the light passing amount is 2 ° from the maximum to the minimum (or vice versa), and the light passing amount and the brightness of the image are not necessarily linear. Can cause an error of up to ± 1 °.
[0026]
That is, as shown in FIG. 9, when the light passing amount is, for example, θ = 8 °, the light passing through the shadow frame group 31a does not change abruptly at this boundary, and an error may occur in the determination by the threshold = 1/2. You can see that there is sex.
In order to improve this, it is only necessary to make the gradient of the light transmission amount steeper and at the same time lower the threshold value. Therefore, for example, when the threshold value is set to 1/4, x = 1−h · tan θ = 1/4.

[0027]
In this case, the light transmission amount x is as shown in FIG.
However, the amount of light passing in this case changes as 0 → 1 → 1/2 → 1. In this way, even in the same light transmission range, it is not preferable for the threshold value of image processing to change the light transmission amount depending on the angle.
Therefore, it is preferable to attach a fin plate 6 to the light shielding plate 5 as shown in FIG. 11 in order to cut the peak (dotted line portion) in half in the state where the threshold value is 1/4 (h = 43).
[0028]
That is, two quarter-width fin plates 6 may be attached to the central portion of the light shielding plate 5. Thereby, as shown in FIG. 12, the light transmission amount x is halved, but the threshold determination is stable.
Furthermore, in order to eliminate the portion protruding from the threshold value = 1/4 shown in FIG. 10 (θ = 4 ° / 3 → 1 °), the threshold value is preferably as close to “0” as possible. As shown in FIG.
[0029]
in this case,
2 ³ bits h = 43, board spacing = 1 (width h is unchanged, tilt angle β is adjusted)
2 ² bits h = 43, board spacing = 1 (width h is unchanged, tilt angle β is adjusted)
2 ¹ bit h = 43, board spacing = 1 (width h is unchanged, tilt angle β is adjusted)
2 ⁰ bit h = 57.3, plates = 1 (or h = 43, plates = 0.75) (varying width h available)
It is.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a vehicle attitude angle measuring device according to the present invention will be described by dividing it into gray angle calculation and azimuth angle calculation.
[1] Example in calculation of gray angle FIG. 4 shows an example of the discrete shadow frame group used for obtaining the gray angle G shown in FIG. In this example, the amount of light passing through the shadow frame is only one, but the number is 16 and the inclination angle β must be changed.
[0031]
Therefore, as a more preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 14, the light shielding plate intervals for the upper bits are grouped into three types (α = 2 °, 4 °, 8 °) into a shadow frame group, The number is reduced to 8 to reduce the cost.
That is, the discrete shadow frame group 3, is common in alpha = 2 ° in 2 ⁰ bit, the inclination angle β, respectively, 2 °, 6 °, 10 °, using a shadow frame 311 to 314 of 14 ° . In the 2 ¹ bit, it is common in alpha = 4 °, have established a shadow frame 321 of the beta = 4 ° was placed at the left end, the shadow frame 322 of the beta = 12 ° at the second position from the right.
[0032]
Furthermore, 2 in the ^2-bit provided a shadow frame 331 of the beta = 8 ° to the left end in alpha = 8 °, then 2 ³ shadow frame 341 of the beta = 4 ° in alpha = 8 ° to the left end provided in the bit Yes.
The values of α and β

When the θ range of each shadow frame is calculated by substituting into, it becomes as shown in the figure, and it can be seen that this corresponds to the gray code of FIG. 5 (1).
[0033]
In the conversion procedure to the gray code, it is determined whether or not each of the eight shadow frames in FIG. 14 is illuminated. Among the four stages, the lower two stages have two and four shadow frames, but a plurality of them are not turned ON at the same time, and a gray code is formed. If there is a shadow frame that is ON in each stage in order from the top, set it to “1”, otherwise set it to “0” (2 ³ → 2 ² → 2 ¹ → 2 ⁰ bits). Desired.
[0034]
[2] Example in calculation of azimuth On the other hand, in order to obtain the azimuth T shown in FIG. 1, as a preferred example of the present invention, a marker 20 shown in FIG. Two discrete shadow frame groups 3 are provided so as to be the marker center M. As shown in the figure, the marker 20 is provided with four templates 21 around the center point M. FIG. 2B shows a marker image when such an image of the marker 20 is picked up by the image pickup device, and the image of the marker 20 appears on a part of the screen.
[0035]
From FIG. 1, the azimuth angle T can be expressed by the following equation.
[0036]
[Equation 3]

[0037]
here,
d _{oo '} ; distance between the center O' of the marker image and the center O 'of the CCD camera (see Fig. 1)
d _i ： Distance between vehicles (See the figure)
Further, the inter-vehicle distance d _i and those already known due distance sensor (not shown).
[0038]
Therefore, in the above equation (3), the azimuth angle T can be calculated if the distance _{doo ′} is known.
In this case, the distance d _{oo ′} can be obtained from the deviation distance μ shown in FIG. 15 (2) by image processing as follows.
[0039]
1) The four templates 21 according to conditions are searched from the image of the CCD camera according to the size of the area, and the geometric center M of the marker 20 is acquired.
2) The deviation distance μ is obtained from the marker center M and the image coordinate center O.
3) determine the shift distance doo _'the actual from shift distance mu.
[0040]
Next, the operation procedure of the light receiving / calculating unit 4 when measuring the posture angle S shown in FIG. 1 using the discrete shadow frame group 3 shown in FIG. 14 and the marker 20 shown in FIG. 15 will be described below. To do.
(1) First, the light receiving / calculating unit 4 performs processing for acquiring an image captured by a built-in CCD camera (not shown). The acquired image in this case is shown in the upper half of FIG.
[0041]
Then, the center M of the marker 20 in this image is extracted, and a 4-bit shadow frame light emitting area position in the image is determined based on this center M.
{Circle around (2)} A 4-bit shadow frame emission area in the image is acquired and converted into a binarized image threshold image as shown on the right side of the lower half of FIG.
[0042]
(3) The area of the bright part of the binarized image of the shadow frame light emitting area thus obtained is obtained. The total area value of the bright part of the binarized image is compared with the reference value. If it is larger than the reference value, the bit is set to white = “1”, and vice versa. Set to.
[0043]
4) In this way, the light intensity of the discrete shadow frame group 3 shown in FIG. 14 can be represented by the Gray code by the binarized image of the 4-bit shadow frame light emitting area.
[0044]
The gray angle G can be obtained by referring to the gray code table shown in FIG.
In the case of the binarized image shown in FIG. 16, since “1111”, it can be seen from the table in FIG. 6 that the gray angle G = 5.5 °.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the vehicle attitude angle measuring device of the present invention, a plurality of shadow frames having the same or different light transmission range angles are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, and whether or not light is transmitted through the shadow frames. A discrete shadow frame group discretely having the same or different inclination angles so as to form a gray code in the vertical direction, a light source installed on the back of the discrete shadow frame group, and the discrete shadow frame group A light receiving / calculating unit that receives the output light of the light source that has passed and compares the gray code indicated by the output light with a preset gray angle to obtain a gray angle for the output light. Therefore, the gray angle which is the azimuth angle of the own vehicle with respect to the traveling direction of the preceding vehicle can be accurately and precisely obtained, and the own vehicle of the preceding vehicle can be obtained from this gray angle and the azimuth angle of the preceding vehicle with respect to the traveling direction of the own vehicle. It is possible to perform accurate and precise rapid measurement relative orientation angle against.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan block diagram for explaining the principle of a vehicle attitude angle measuring device of the present invention in a vehicle automatic tracking system.
FIG. 2 is a diagram showing a shadow frame and its image used in the vehicle attitude measurement device according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a state in which a discrete shadow frame is formed by giving an inclination angle to the shadow frame shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a front view showing an example of a discrete shadow frame group used in the vehicle posture measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between each shadow frame and a gray code in the vehicle attitude measurement device according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a gray code and a gray angle obtained by the vehicle attitude angle measuring device according to the present invention.
FIG. 7 is a plan view for explaining a light passing state of a shadow frame used in the vehicle attitude angle measuring device according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining the amount of light passing through the shadow frame in FIG.
FIG. 9 is a waveform diagram when the light amount of the discrete shadow frame group used in the vehicle attitude angle measuring device according to the present invention is set to threshold = 1/2.
FIG. 10 is a waveform diagram showing a light transmission amount (threshold = 1/4) when a discrete shadow frame without fins is used in the vehicle attitude measurement device according to the present invention.
FIG. 11 is a plan view showing a state in which a fin plate is attached to the light shielding plate in the shadow frame used in the vehicle attitude measuring device according to the present invention.
FIG. 12 is a waveform diagram showing a light transmission amount (threshold = 1/4) when a discrete shadow frame with fins is used in the vehicle attitude measurement device according to the present invention.
FIG. 13 is a waveform diagram showing a light transmission amount (threshold value = 0) when a discrete shadow frame without fins is used in the vehicle attitude measurement device according to the present invention.
FIG. 14 is a front view showing one embodiment of a discrete shadow frame group used in the vehicle posture measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 15 is a front view showing a marker used in the vehicle posture measuring apparatus according to the present invention and an image thereof.
FIG. 16 is a diagram showing a CCD camera image acquired by the vehicle attitude angle measuring device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Own car (follow-up car)
2 Front car
30,311〜314,321,322,331,341 Shadow frame
3,31,31a-31d Discrete shadow frame group
4 Light receiving / calculating section
5 Shading plate
6 Fin plate
T azimuth
G Gray angle
S posture angle
20 markers
21 In the template diagrams, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims

自車の進行方向に対する前車の方位角と、該前車の進行方向に対する該自車の方位角であるグレイ角とを求めて該前車の該自車に対する相対姿勢角を算出する車両姿勢角計測装置であって、
同一又は異なる通光範囲角を有する複数個のシャドウ枠を水平方向及び垂直方向に配置するとともに該シャドウ枠の通光の有無により該垂直方向においてグレイコードを形成するように同一又は異なる傾斜角を離散的に持たせた離散シャドウ枠群と、
該離散シャドウ枠群の背面に設置された光源と、
該離散シャドウ枠群を通過した該光源の出力光を受けて、該出力光によって示されるグレイコードと予め設定されたグレイ角とを比較して該出力光のグレイ角を求める受光・演算部と、
を備えたことを特徴とする車両姿勢角計測装置。A vehicle attitude for calculating a relative attitude angle of the front vehicle with respect to the own vehicle by obtaining a azimuth angle of the front vehicle with respect to the traveling direction of the own vehicle and a gray angle that is an azimuth angle of the own vehicle with respect to the traveling direction of the front vehicle. An angle measuring device,
A plurality of shadow frames having the same or different light transmission range angles are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, and the same or different inclination angles are formed so as to form a gray code in the vertical direction depending on the presence or absence of light transmission of the shadow frames. A group of discrete shadow frames,
A light source installed on the back of the discrete shadow frame group;
A light receiving / calculating unit that receives the output light of the light source that has passed through the group of discrete shadow frames and compares the gray code indicated by the output light with a preset gray angle to obtain a gray angle of the output light; ,
A vehicle attitude angle measuring device comprising:

請求項１において、
該受光・演算部は、該前車に設置したマーカーを撮像装置によって得た画像情報と、車間距離検出手段によって検出された前車-自車間距離とから該前車の方位角を求めることを特徴とした車両姿勢角計測装置。In claim 1,
The light receiving / calculating unit obtains the azimuth angle of the front vehicle from the image information obtained by the imaging device of the marker installed in the front vehicle and the front-vehicle distance detected by the inter-vehicle distance detection means. A vehicle attitude angle measuring device.

請求項１または２において、
該シャドウ枠が、複数枚の遮光板を一定間隔で並べ、１つの枠内に組み立てたものであることを特徴とした車両姿勢角計測装置。In claim 1 or 2,
The vehicle attitude angle measuring device, wherein the shadow frame is a plurality of light shielding plates arranged at regular intervals and assembled in one frame.

請求項３において、
該遮光板に通光量を制限するためのヒレ板を設けたことを特徴とする車両姿勢角計測装置。In claim 3,
A vehicle attitude angle measuring device comprising a fin plate for restricting the amount of light passing through the light shielding plate.