JP4075800B2 - 白線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、白線検出装置に関する。

運転者の運転負荷を軽減するための走行支援システムとして、車線のほぼ中央を走行するために必要な補助操舵トルクを付加する車線維持支援システムや運転者の運転状況からその後の車両位置を予測し、車線から逸脱するおそれがあると判断された場合に警告を発して運転者に警告を促す車線逸脱警報システムが開発されている。

このような走行支援システムにおいては、自車両の走行すべき車線を認識する必要がある。そのための技術として、カメラで撮像した車両前方画像を画像処理することによって車線を区画する境界線（白線）を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の走行路検出装置は、ビデオカメラにより撮影された道路画像から輝度変化の大きいエッジを検出して二値化されたエッジ画像を取得し、直線路やカーブ路等の白線形状に合わせて設定されたサーチ範囲内で白線と判断されるエッジを探索することにより白線を検出するものである。
特開平９−３５１９８号公報（第４−６頁、第１図）

車両の運動が運転者の操舵に委ねられる車線逸脱警報システムでは、道路形状や車両挙動の変化に対して高い追従性が要求される。一方、車線のほぼ中央を走行するように制御される車線維持支援システムでは、車線逸脱警報システムよりも穏やかな追従性が要求される。このように、車線逸脱警報システムと車線維持支援システムとでは要求される追従性等の制御特性が異なる。

しかしながら、上記走行路検出装置では、複数の走行支援システムそれぞれにおいて要求される制御特性に応じて、白線候補点から各走行支援システムで用いられる白線データを求めることは考慮されていない。そのため、要求される追従性が異なる複数のシステムにおいて、同一の白線検出ロジックで求められた同一の白線データに基づいて制御が実行された場合、高い追従性の要求される車線逸脱警報システムでは警報に遅れが生じ、一方、車線維持支援システムではロバスト性が低下して誤作動が生じる恐れがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、複数の走行支援システムそれぞれが要求する制御特性に応じた白線データを提供することができる白線検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る白線検出装置は、択一的に選択される複数の走行支援制御モードを有する車両における白線検出装置において、車両周囲の画像を撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された画像データを画像処理することにより、道路上の白線位置の候補点を抽出する白線抽出手段と、抽出された候補点に基づいて、白線データを求める白線データ算出手段と、複数の走行支援制御モードの中から選択されている走行支援制御モードを判別する判別手段とを備え、白線データ算出手段が、判別手段により判別された走行支援制御モードに応じて、白線データを求めるための演算定数及び検出対象のうちの少なくとも一方を変更し、複数の走行支援制御モードには、自車両が白線により区画される車線から逸脱するおそれがあるときに警報を発し、運転者に警告を促す車線逸脱警報モードと、自車両が車線内を走行するように支援する車線維持支援モードとが含まれることを特徴とする。

本発明に係る白線検出装置によれば、選択されている走行支援制御モードに応じて白線データを求めるための演算定数及び検出対象のうちの少なくとも一方が変更される。そのため、抽出された白線候補点から、選択された走行支援制御モードの制御特性に応じて白線データを求めることができる。

また本発明に係る白線検出装置によれば、車線逸脱警報モード及び車線維持支援モードそれそれが要求する制御特性に応じて、各モードにおいて用いられる白線データが求められる。

本発明に係る白線検出装置では、白線データ算出手段が、車線維持支援モードが選択されている場合に、車線逸脱警報モードが選択されている場合と比較して、候補点のうち、より自車両側の候補点を検出対象として認識して白線データを求めることが好ましい。

車線維持支援モードでは、車線逸脱警報モードと異なり、複合線を構成する各白線を区別して検出する必要はなく、車線の中央を検出することができればよい。車線維持支援モードが選択されている場合には、抽出された白線の候補点のうち、より自車両側の候補点、即ち複合線の自車両側を検出対象として認識することによって、車線の中央を検出することができる。

本発明に係る白線検出装置では、車線逸脱警報モードが選択されている場合に、車線維持支援モードが選択されている場合よりも、白線データが大きく変動することが認容されるように、白線データ算出手段が演算定数を設定することが好ましい。

このようにすれば、車線逸脱警報モードが選択されている場合に、道路形状や車両挙動の変化に対して追従性を向上させることができる。

また、本発明に係る白線検出装置では、車線逸脱警報モードが選択されている場合に、白線データ算出手段が、誤警報を抑制することができるように演算定数を設定する構成としてもよい。

本発明に係る白線検出装置では、演算定数が、白線データの変動を抑制するフィルタの時定数及び白線データの取り得る範囲を設定する誤検出ガード値であり、白線データ算出手段が、車線逸脱警報モードが選択されている場合に、車線維持支援モードが選択されている場合よりも、フィルタの時定数を小さくすると共に、誤検出ガード値を大きくすることが好ましい。

車線逸脱警報モードが選択されている場合には、フィルタの時定数が小さくされると共に誤検出ガード値が大きくされることにより、道路形状や車両挙動の変化に対して追従性が向上される。

本発明によれば、選択されている走行支援制御モードに応じて白線データを求めるための演算定数及び検出対象のうちの少なくとも一方が変更される構成としたので、複数の走行支援システムそれぞれが要求する制御特性に応じた白線データを提供することが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。

まず、図１を用いて、実施形態に係る白線検出装置１の全体構成について説明する。図１は、白線検出装置１を用いた走行支援システム２の全体構成を示す図である。本実施形態に係る白線検出装置１は、車線を区画する白線の候補点を抽出し、この候補点に基づいて走行支援システム２で用いられる白線データを出力するものである。走行支援システム２は、白線検出装置１から入力された白線データに基づいて、自車両が走行車線から逸脱するおそれがあると判断されたときに警報を発し、運転者に警告を促す車線逸脱警報機能と、自車両が走行車線内を走行するように支援する車線維持支援機能とを有し、運転者の運転負荷を軽減するものである。詳細は後述する。

なお、本明細書では、道路上において、各車線の区切りを示すために描画されている白色や黄色などの線（点線等も含む）を全て「白線」と称するものとする。

白線検出装置１は、車両前方の風景を撮像して画像データを取得するカメラ（撮像手段）１０と、該画像データに対して画像処理を施すことにより車線を区画する白線の候補点を抽出すると共に、抽出された候補点に基づいて走行支援システム２で用いられる白線データを求める白線検出ＥＣＵ１１とを備えている。

カメラ１０は、自車両のフロントウィンドウ上部（例えば、バックミラーの裏側）に配置されており、車両前方の画像、つまり、車両前方の走行車線の画像を取得するものである。カメラ１０により取得された画像データは、白線検出ＥＣＵ１１に出力される。なお、カメラ１０は、前方画像が取り込める場所であれば、車体のどの位置に設けてもよい。

白線検出ＥＣＵ１１は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ及び１２Ｖバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等により構成されている。

白線検出ＥＣＵ１１は、カメラ１０により取得された画像データから道路上の白線位置の候補点を抽出する白線抽出部１２と、白線抽出部１２により抽出された白線候補点に基づいて走行支援システム２で用いられる白線データを求める白線データ算出部１３と、後述するモード切替えスイッチ２１の操作状態に応じて、選択されている制御モードを判別するモード判別部１４とを備えている。白線抽出部１２は白線抽出手段として機能し、白線データ算出部１３は白線データ算出手段として機能し、モード判別部１４は判別手段として機能する。

なお、白線データ算出部１３で求められる白線データとしては、図３に示されるように、車両６０の車線中央からの横変位Ｘ、横速度ｄＸ／ｄｔ、車線７０の車線幅Ｗ、車両６０の車線７０に対するヨー角度θ、車線７０のカーブ曲率Ｒ及びカメラ１０の光軸に対するピッチ角ψ等が挙げられる。

白線検出ＥＣＵ１１は、後述する走行支援ＥＣＵ２０と通信回線１５で接続されており、相互にデータの交換が可能となるように構成されている。白線検出ＥＣＵ１１で求められた白線データは、通信回線１５を介して走行支援ＥＣＵ２０に読み込まれる。

一方、走行支援ＥＣＵ２０には、走行支援ＥＣＵ２０の主電源をオン・オフするメインスイッチ２２及び制御モードを切替えるためのモード切替えスイッチ２１が接続されている。走行支援ＥＣＵ２０に入力されたモード切替えスイッチ２１の操作状態及びメインスイッチ２２の開閉状態は、通信回線１５を介して白線検出ＥＣＵ１１に読み込まれる。

走行支援システム２は、走行支援ＥＣＵ２０、ステアリングに付与されるアシスト力を制御する電動パワーステアリングＥＣＵ（以下「ＥＭＰＳ ＥＣＵ」という）３０、エンジンを統合的に制御するエンジンＥＣＵ（以下「ＥＦＩ ＥＣＵ」という）４０及びメータパネルの表示等を制御するメータＥＣＵ５０を備えて構成されている。

走行支援ＥＣＵ２０、ＥＭＰＳ ＥＣＵ３０、ＥＦＩ ＥＣＵ４０及びメータＥＣＵ５０は通信回線２５を介して相互に接続されている。そして、通信回線２５を介して走行支援ＥＣＵ２０、ＥＭＰＳ ＥＣＵ３０、ＥＦＩ ＥＣＵ４０及びメータＥＣＵ５０相互間でデータの交換を行うことが可能とされている。

走行支援ＥＣＵ２０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ及び演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ等により構成されている。

走行支援ＥＣＵ２０は、白線検出ＥＣＵ１１から通信回線１５を介して入力された白線データ及び運転者の運転状況からその後の車両位置を予測し、自車両が走行車線から逸脱するおそれがあると判断された場合に警報信号をメータＥＣＵ５０に出力する車線逸脱警報制御を実行する車線逸脱警報制御部２３を備えている。車線逸脱警報制御部２３は、車線逸脱判断時に所定の時間小操舵力を逸脱回避側に加える制御も併せて実行する。

また、走行支援ＥＣＵ２０は、白線検出ＥＣＵ１１から入力された白線データに基づいて算出された前方推定自車位置、操舵角センサ４２で検出されＥＦＩ ＥＣＵ及び通信回線２５を介して読み込まれた操舵角、車速センサ４１で検出されＥＦＩ ＥＣＵ及び通信回線２５を介して読み込まれた車両速度より、自車両が車線のほぼ中央を走行するための操舵力をアシストするためのトルク（電流）値を算出してＥＭＰＳ ＥＣＵ３０に出力する車線維持支援制御を実行する車線維持支援制御部２４を備える。

走行支援ＥＣＵ２０には、制御モードを切替えるモード切替えスイッチ２１が接続されている。そして、走行支援ＥＣＵ２０は、モード切替えスイッチ２１の操作状態に応じて、車線逸脱警報制御と車線維持支援制御とを切替えて実行する。

メータＥＣＵ５０には、警告音を発するブザー５１及び警告時に点滅する警告ランプ５２が接続されている。メータＥＣＵ５０は、通信回線２５を介して走行支援ＥＣＵ２０から入力された警報信号に基づいて、ブザー５１から警告音を発すると共に、警告ランプ５２を点滅させる。なお、警報は、ブザー５１及び警告ランプ５２のいずれか一方のみにより行うこととしてもよい。

ＥＭＰＳ ＥＣＵ３０には、ステアリングに対してアシスト力を付与するステアリングアクチュエータ３１が接続されている。ＥＭＰＳ ＥＣＵは、通信回線２５を介して走行支援ＥＣＵ２０から入力されたトルク（電流）値に応じて、ステアリングアクチュエータ３１を駆動する。なお、ステアリングアクチュエータ３１としては電動モータ等が用いられる。

ＥＦＩ ＥＣＵ４０には、車両速度を検出する車速センサ４１及びステアリングの操舵角を検出する操舵角センサ４２等が接続されている。ＥＦＩ ＥＣＵ４０は、車速センサ４１で検出された車両速度及び操舵角センサ４２で検出された操舵角等を通信回線２５を介して走行支援ＥＣＵ２０に出力する。

次に、図２を参照して、白線検出装置１の動作について説明する。図２は、白線検出装置１による白線データ算出処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は所定時間毎に繰り返して実行される。なお、以下に説明する処理は、特に記載のない限り、白線検出ＥＣＵ１１によって行われる。

ステップＳ１００では、通信回線２５を介して走行支援ＥＣＵ２０から、制御許可フラグ及び選択されている制御モードの読み込みが行われる。

次に、ステップＳ１０２では、カメラ１０で撮像された画像データが読み込まれる。

続くステップＳ１０４では、ステップＳ１００で読み込まれた制御許可フラグがセットされているか否かについての判断が行われる。ここで、制御許可フラグは、メインスイッチ２２がオン状態であり且つ車両速度が所定値以上である等、車線逸脱警報制御又は車線維持支援制御を実行できる条件がすべて満足された場合にセットされる。

ここで、制御許可フラグがセットされていない場合には、車線逸脱警報制御又は車線維持支援制御を実行できる条件が満足されていないので、一旦本フローチャートから抜ける。一方、制御許可フラグがセットされている場合、即ち車線逸脱警報制御又は車線維持支援制御を実行することが可能な場合には、ステップＳ１０６に処理が移行する。

ステップＳ１０６では、選択されている制御モードが車線逸脱警報モードであるか否かについての判断が行われる。ここで、車線逸脱警報モードが選択されていると判別された場合にはステップＳ１１０に処理が移行する。一方、車線逸脱警報モードが選択されていないと判別される場合、即ち車線維持支援モードが選択されている場合にはステップＳ１０８に処理が移行する。

ステップＳ１０８では、白線候補点を抽出する抽出対象（検出対象）、ノイズやデータのばらつきを抑制しつつ白線候補点から白線データを算出するカルマンフィルタの定数（フィルタの時定数）及びカルマンフィルタから出力された白線データの取り得る範囲を設定する誤検出ガード値が設定される。ここで、白線が、区画線、視線誘導線及び合流線等により構成される複合線である場合、複合線のうちの自車両側の白線が抽出対象とされる。フィルタの時定数は、車線逸脱警報モードが選択されている場合に比べて大きい値（例えば１秒）が設定される。また、誤検出ガード値は、妥当でない白線データの算出を防止するために、車線逸脱警報モードが選択されている場合に比べて小さい値（例えば、横速度では０．５ｍ／ｓ）が設定される。その後、処理がステップＳ１１２に移行する。

ステップＳ１１０では、白線候補点を抽出する抽出対象、白線候補点から白線データを算出するカルマンフィルタの定数及びカルマンフィルタから出力された白線データの取り得る範囲を設定する誤検出ガード値が設定される。ここで、白線が、区画線、視線誘導線及び合流線等により構成される複合線である場合、複合線のうちの中央に位置する白線が抽出対象とされる。フィルタ時定数は、道路形状や車両挙動の変化に対して追従性を向上させるために、車線維持支援モードが選択されている場合に比べて小さい値（例えば０．５秒）が設定される。また、誤検出ガード値は、車線逸脱警報モードが選択されている場合に比べて大きい値（例えば、横速度では１．０ｍ／ｓ）が設定される。なお、誤警報を防止することができるように、より大きな値のフィルタ時定数を設定し、且つより小さな値の誤検出ガード値を設定してもよい。

ステップＳ１１２では、ステップＳ１０２で読み込まれたが画像データをエッジ抽出処理することによって画像内の白線候補点を抽出する。例えば、画像内の平均輝度をしきい値とし、左側の画素の輝度がしきい値未満で右側の画素の輝度がしきい値以上の画素をエッジとして抽出する。これにより、白線の左側境界線に対応する位置の画素位置が抽出される。エッジ抽出はこれに限られるものではなく、例えば、左側の画素との輝度の差がしきい値以上となる画素をエッジとして抽出してもよい。これらは暗から明に変化するエッジを抽出することで白線の左側境界線に対応する位置の画素位置を抽出するものであったが、逆に明から暗に変化するエッジを抽出することで白線の右側境界線に対応する位置の画素位置を抽出してもよい。

次に、ステップＳ１１４では、ステップＳ１０８又はステップＳ１１０で設定された検出対象、フィルタ時定数及び誤検出ガード値に基づいて、ステップＳ１１２で抽出された白線候補点から自車両の車線中央からの横変位Ｘ、横速度ｄＸ／ｄｔ、車線幅Ｗ、自車両の車線に対するヨー角度θ、カーブ曲率Ｒ及びカメラの光軸に対するピッチ角ψ等の白線データが求められる。

続くステップＳ１１６では、ステップＳ１１４で求められた、横変位Ｘ、横速度ｄＸ／ｄｔ、車線幅Ｗ、ヨー角度θ、カーブ曲率Ｒ及びピッチ角ψ等の白線データが、通信回線１５を介して走行支援ＥＣＵ２０に出力される。その後、本処理から一旦抜ける。

白線検出装置１では、車線逸脱警報制御が選択されている場合、車線維持支援制御が選択されている場合よりも、フィルタの時定数が小さくされると共に、誤検出ガード値が大きくされる。そのため、道路形状や車両挙動の変化に対する追従性を向上することができる。

一方、車線維持支援制御が選択されている場合には、車線逸脱警報制御が選択されている場合よりも、フィルタの時定数が大きくされると共に、誤検出ガード値が小さくされる。そのため、妥当でない白線データの算出を防止することができる。

このように、白線検出装置１によれば、車線逸脱警報制御及び車線維持支援制御それそれが要求する制御特性に応じて、各制御において用いられる白線データが求められるので、車線逸脱警報制御及び車線維持支援制御それぞれが要求する制御特性に応じた白線データを提供することが可能になる。

走行支援ＥＣＵ２０では、通信回線１５を介して受信された白線データ等に基づいて、車線逸脱警報制御及び車線維持支援制御が実行される。次に、白線データを利用した車線逸脱警報制御及び車線維持支援制御について説明する。

走行支援ＥＣＵ２０では、モード切替えスイッチ２１の操作状態が読み込まれる。走行支援ＥＣＵ２０は、読み込まれたモード切替えスイッチ２１の操作状態に応じて、車線逸脱警報制御と車線維持支援制御とを択一的に選択し、実行する。

車線逸脱警報制御が選択された場合、走行支援ＥＣＵ２０は、白線検出ＥＣＵ１１から入力された白線データ及びＥＦＩ ＥＣＵから入力された操舵角等の運転状況から所定時間後の車両位置を予測し、自車両が走行車線から逸脱するおそれがあると判断された場合に警報信号をメータＥＣＵ５０に出力する。また、走行支援ＥＣＵ２０は、車線逸脱判断時に逸脱回避側に付与するアシストトルク値を算出してＥＭＰＳ ＥＣＵ３０に出力する。

メータＥＣＵ５０は、走行支援ＥＣＵ２０から入力された警報信号に基づいて、ブザー５１から警告音を発すると共に、警告ランプ５２を点滅させる。また、ＥＭＰＳ ＥＣＵは、走行支援ＥＣＵ２０から入力されたアシストトルク値に応じて、ステアリングアクチュエータ３１を駆動する。このようにして、運転者に対して警告が促される。

一方、車線維持支援制御が選択された場合、走行支援ＥＣＵ２０は、白線検出ＥＣＵ１１から入力された白線データに基づいて算出された前方推定自車位置、ＥＦＩ ＥＣＵ４０から読み込まれた操舵角及び車両速度に基づいて、自車両が車線のほぼ中央を走行するための操舵力をアシストするためのトルク値を算出してＥＭＰＳ ＥＣＵ３０に出力する。

そして、ＥＭＰＳ ＥＣＵ３０が、走行支援ＥＣＵ２０から入力されたアシストトルク値に応じて、ステアリングアクチュエータ３１を駆動することにより、走行車線内の走行が維持される。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、白線検出装置１及び走行支援システム２を構成する各ＥＣＵの接続形態や機能分担等は上記実施形態に限られるものではない。

本実施形態に係る白線検出装置を用いた走行支援システムの全体構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る白線検出装置による白線データ算出処理の処理手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る白線検出装置により求められる白線データを説明するための図である。

符号の説明

１…白線検出装置、２…走行支援システム、１０…カメラ、１１…白線検出 ＥＣＵ、１２…白線抽出部、１３…白線データ算出部、１５，２５…通信回線、２０…走行支援ＥＣＵ、２１…モード切替えスイッチ、２２…メインスイッチ、３０…ＥＭＰＳ ＥＣＵ、３１…ステアリングアクチュエータ、４０…ＥＦＩ ＥＣＵ、４１…車速センサ、４２…操舵角センサ、５０…メータＥＣＵ、５１…ブザー、５２…警告ランプ。

Claims (5)

1. 択一的に選択される複数の走行支援制御モードを有する車両における白線検出装置において、
   前記車両周囲の画像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された画像データを画像処理することにより、道路上の白線位置の候補点を抽出する白線抽出手段と、
   前記抽出された候補点に基づいて、白線データを求める白線データ算出手段と、
   前記複数の走行支援制御モードの中から選択されている走行支援制御モードを判別する判別手段と、を備え、
   前記白線データ算出手段は、前記判別手段により判別された前記走行支援制御モードに応じて、前記白線データを求めるための演算定数及び検出対象のうちの少なくとも一方を変更し、
   前記複数の走行支援制御モードには、自車両が白線により区画される車線から逸脱するおそれがあるときに警報を発し、運転者に警告を促す車線逸脱警報モードと、前記自車両が車線内を走行するように支援する車線維持支援モードとが含まれること、
   を特徴とする白線検出装置。
2. 前記白線データ算出手段は、前記車線維持支援モードが選択されている場合に、前記車線逸脱警報モードが選択されている場合と比較して、前記候補点のうち、より自車両側の候補点を検出対象として認識して前記白線データを求める、ことを特徴とする請求項１に記載の白線検出装置。
3. 前記白線データ算出手段は、前記車線逸脱警報モードが選択されている場合に、前記車線維持支援モードが選択されている場合よりも、前記白線データが大きく変動することが認容されるように前記演算定数を設定する、ことを特徴とする請求項１に記載の白線検出装置。
4. 前記白線データ算出手段は、前記車線逸脱警報モードが選択されている場合に、誤警報を抑制することができるように前記演算定数を設定する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の白線検出装置。
5. 前記演算定数は、前記白線データの変動を抑制するフィルタの時定数及び前記白線データの取り得る範囲を設定する誤検出ガード値であり、
   前記白線データ算出手段は、前記車線逸脱警報モードが選択されている場合に、前記車線維持支援モードが選択されている場合よりも、前記フィルタの時定数を小さくすると共に、前記誤検出ガード値を大きくすることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の白線検出装置。
   

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