JP4375549B2 - 車両位置特定装置 - Google Patents
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Description
この場合、車両がどの車線を走行しているかを認識する必要があり、特許文献1において、車載カメラで路上の白線を撮像し、自車両の走行している位置、及び、走行車線を認識する技術が提案されている。
また、特許文献1に記載した方法により路上の白線を認識し、自車両の走行車線を認識する場合、夜間や雨等の天候により視界が悪くなっている場合には、撮像画像から白線を正確に捉えることができないという問題がある。さらに、古い道路の場合、路上の白線が消えてしまっていることがあり、この場合にも白線を撮像画像から認識することが難しかった。
このように、自車両が走行する車線を白線の撮像画像から認識する方法では、認識精度の低下、又は認識不可能な場合があった。
また、車両が走行している走行車線をより確実に特定することが可能な車両位置特定装置を提供することを第2の目的とする。
請求項2に記載した発明では、請求項1に記載の車両位置特定装置において、車両のオイラー角を検出するオイラー角検出手段と、をさらに備え、前記角度検出手段は、更に前記撮像画像から、前記車両の前後に存在する信号機に対する水平角を検出し、前記位置特定手段は、前記検出した車両の前後に存在する信号機に対する仰角と水平角と、前記取得した車両の前後に存在する信号機の位置データと、前記検出したオイラー角に基づき、信号機から車両までの車線方向の距離と車線幅方向の距離を算出し、車両位置を特定することを特徴とする。
請求項3に記載した発明では、請求項1又は請求項2に記載の車両位置特定装置において、道路の車線数及び車線幅が格納された車線格納手段と、前記特定した車両位置と、前記格納された車線数及び車線幅とから、自車両が走行する走行車線を特定する車線特定手段と、を具備することで前記第2の目的を達成する。
また、請求項2に記載した発明では、更に車両のオイラー角を使用して車両位置を特定するので、更に正確な車両位置を特定することができる。
請求項3に記載した発明では、信号機の撮像により、正確に車両位置を特定するので、より確実に自車両が走行する走行車線を特定することができる。
(1)実施形態の概要
本実施形態では、魚眼レンズカメラで撮像した信号機の位置から、自車両の位置と、走行車線を特定する。
すなわち、本実施形態では、車両の重心点Gを通る鉛直線上の車体上面に取り付けられた魚眼レンズ付きカメラを配置し、車両の周囲360度の範囲を撮像し、撮像画像中から、光源を有する交通標識としての信号機の画像を画像処理により抽出する。
撮像した信号機がどの信号機であるかについては、ナビゲーション装置などからおおまかな車両位置を取得することで特定する。そして特定した信号機の形状(縦型、横型、青色信号機の有無と取付位置等)に対応したパターンマッチング用のデータを使用して、撮像画像から信号機画像を抽出する。
さらに、相対角度と、信号機の設置位置(絶対位置)及び高さのデータとから、車両の信号機からの距離と、道路幅方向の距離とが求まる。
これにより、信号機の設置位置から車両の正確な位置が特定され、さらに、道路幅方向の距離と車線データ(車線数と車線幅)から車両の走行車線が特定される。
また、魚眼レンズ(画角180度以上)を用いることで、車両の前後の信号機を撮像、認識し、両信号機からの距離に基づきより正確な車両位置を特定することができる。
図1は、車両位置特定装置を含む車載装置の構成を表したものである。
この図1に示すように、車両位置特定装置は、各種制御及び演算処理を行うCPU(中央演算装置)10を備えており、システムバスを介してカメラI/F(インターフェイス)11、画像メモリ12、ナビI/F13、RAM/ROM14、通信I/F15、メモリ16が接続されている。
また、車両位置特定装置は、魚眼レンズ19が配置され、撮像手段として機能するカメラ18を備えている。
カメラ18は、図2に示されるように、車両本体(ボディ)上面の、車両の重心点Gを通る鉛直線上に配置される。魚眼レンズ19の光軸も重心点Gを通る鉛直線上に配置される。このように、カメラ18を重心点Gを通る鉛直線上に配置することで、ブレーキや遠心力等による車両の傾きに対してもカメラの設置高さHをほぼ一定に保つことが可能になる。
なお、魚眼レンズ19のみを車両本体上面に配置し、カメラ18を本体内に配置するようにしてもよい。
この画像メモリ12に格納された撮像画像から信号機を抽出し、その画像位置から車両に対する信号機の相対角が検出される。
ナビゲーション装置21は、GPS211(受信機)と地図データ212及び、図示しないコンピュータシステム(CPU、ROM、RAM等)を備えており、ディスプレイ(表示装置)22が接続されている。
地図データ212には、表示装置22に表示する地図情報の他、目的地までの経路探索に使用する道路データ、及び車線データ(車線数、車線幅等)が格納されている。
ナビゲーション装置21は、GPS211で受信する信号から大まかな車両の現在位置を検出して車線データと共に車両位置特定装置に送信し、車両位置特定装置からより正確な現在位置と走行車線、又はいずれか一方を取得する。
なお、車両の現在位置については、車両位置特定装置で特定されたより正確な車両位置を使用するが、GPS211により検出した車両位置と地図データとのマップマッチングにより車両位置を特定することも可能である。
車両ECU24は車両の走行に関連する各種制御を行う制御装置で、この車両ECU24には、オイラー角検出センサ25が接続されている。
オイラー角検出センサ25は、車両の水平面に対する角度(ピッチ角とロール角)及び鉛直面に対する角度(ヨー角)を検出するセンサである。
オイラー角検出センサ25で検出されたオイラー角は車両ECU24から、通信I/F15を介して車両位置特定装置に供給される。
そして、x軸上の点がz軸方向に移動した角度、すなわち、ピッチング軸(y軸)を中心に回転した角度がピッチ角である。
また、y軸上の点がz軸方向に移動した角度、すなわち、ローリング軸(x軸)を中心に回転した角度がロール角である。
x軸上の点がy軸方向に移動した角度、すなわち、ヨー軸(x軸)中心に回転した角度がヨー角である。
また、オイラー角検出センサ25による検出角度は直接車両信号I/F等から車両位置特定装置に供給するようにしてもよく、オイラー角検出センサ25自体を車両位置特定装置が備えるようにしてもよい。
信号機データ161は、信号機の位置データ(緯度、経度)、形式(形状)、高さH、車道境界線からの距離Lの各データが各信号機毎に格納されている。
信号機の形式(形状)は、縦長か横長か、青矢印式信号機の有無と有る場合にはその数と取付位置等に応じて決められている。
なお、信号機データとパターンマッチング用データの双方又は一方を、ナビゲーション装置21に格納するようにしてもよい。
車両高データ163には、自車両の高さ(撮像装置の高さ)Hを表すデータ等が格納される。
図3は、信号機と車両の位置関係及び撮像した信号機画像の状態を表したものである。
図3(b)は、信号機A、信号機Bと、両信号機A、B間に存在する車両a〜fを上から見た状態を表したもので、図3(c)は側面から見た状態を表したものである。
また、図3(a)は、車両a〜fがカメラ18で撮像した信号機A、Bの撮像画像における位置関係を表したものである。
図3(b)、(c)に示されるように、信号機Aの中心点が高さH1で、車道外側線から車道中央線方向の距離がL1であるものとする。
また、車両aのカメラ18位置が、高さHで、車道外側線からの距離がL4で有るものとする。
信号機Aの高さH1及び自車の高さHは信号機データ161、車両高データ163から取得する。そして、車両a(車両aのカメラ18を意味する。以下同じ。)に対する信号機Aの仰角をθh1とすると、仰角θh1は、後述するように、信号機Aの撮像画像から求めることができる。
従って、Lxは次の式(1)で算出される。
Lyは、式(1)で求めたLxと、車両aに対する信号機Aの水平角をθa1とすると、次の式(2)から算出される。
なお、車道外側線からの信号機Aの位置L1は信号機データ161から取得し、水平角θa1は後述するように、信号機Aの撮像画像から算出する。
オイラー角の3要素である、ヨー角をθY、ピッチ角をθP、ロール角をθRで表すと、補正後のLx、Lyは次の式(3)、(4)で表される。
Ly=〔(H1−H)/tan(θh1+θP+θR)〕×tan(θa1+θY) (4)
この場合のL5は、L5=L1+L4で、L4は、支柱から車道外側線までの距離であり、L1、L4、L5の内の少なくとも2つが信号機データ161に格納される。
以上により、特定された車両位置および走行車線の双方又は一方は、例えば、ナビゲーション装置に送信されて、走行経路の案内用のデータとして使用される。
図3(a)において表示された各円形内の領域が撮像画像であり、撮像画像J1が車両a、bからの撮像画像、撮像画像J2が車両c、dからの撮像画像、撮像画像J3が車両e、fからの撮像画像である。ただし、両車両aとb、cとd、eとfからの撮像画像を合わせて表示しており、実際には6つの撮像画像が存在する。
そして、図3(b)に示されるように、車両が信号機Aに近づくに従って、車両の信号機Aに対する水平角は大きくなり、図3(a)に示されるように、撮像画像J中の信号機画像はAe→Ac→Aaというように、進行方向と並行な中心線から離れた位置に移動する。
この信号機画像Ae、Ac、Aaと撮像画像中心Oとを結ぶ線分と、進行方向と並行な中心線との角度が水平角θe1、θc1>θa1(θe1<θc1<θa1)である。
図4は、仰角θhの算出方法を概念的に表したものである。
図4に示されるように、魚眼レンズ19の原点(撮像中心点)Oに対して仰角θhに存在する信号機からの光は、魚眼レンズ19で屈折され、撮像中心点Oから距離qの位置に結像したものとする。
この場合、撮像画像の半径をmとすると、式(5)から仰角θhが算出される。
図5は、走行車線特定処理の動作を表したフローチャートである。
車両位置特定装置のCPU10は、ROMに格納された走行車線特定プログラムに従って、ナビI/F13を介して、GPS211で特定された車両のおおまかな現在位置と、現在位置に対応する走行道路の車線データ(車線数、及び車線幅等)をナビゲーション装置21に要求し、取得する(ステップ51)。
走行車線の数が1車線の場合(ステップ52;N)、走行車線を認識する必要がないので、CPU10は処理終了してメインルーチンにリターンする。
ただし、走行車線を特定するだけではなく、撮像した信号機画像から車両位置を特定する場合には、車線数に関係なくステップ53に移行する。(すなわち、この場合にはステップ52の判断は行わない。)
なお、パターンマッチングする範囲は、ステップ51で取得しておいた車線数と車線幅に基づき、範囲を決定する。これにより、マッチング処理の負荷を低減することが可能となる。
なお、算出したLx、Ly及び、信号機Aの座標位置(X,Y)と距離L1から、車両の正確な位置(X+Lx,Y+Ly+L1)まで求めて、ナビゲーション装置21に供給するようにしてもよい。
ナビゲーション装置21では、受信した警告情報に従って、音声や表示により運転者に警告をするようにしてもよい。その際、警告と共に、どちらに移動すべきかを告知するようにしてもよい。
更に、車道外側線から信号機までの道路幅方向の距離と、斜線データ(車線数と車線幅)とから、車両が現在走行している走行車線を特定することができる。
また、常時光りを発している信号機(光源を有する交通標識)を撮像及び認識の対象としているので、夜間、雨天などの悪環境であっても、確実に信号機の認識、抽出が可能になる。従って、夜間や雨天等であっても、車両位置や走行車線を確実に特定することができる。
また、魚眼レンズ(画角180度以上)を用いることで、車両の前後の信号機を撮像、認識することで、両信号機からの距離に基づき、より正確な車両位置を特定することができる。
例えば、説明した実施形態では、魚眼レンズによる撮像画像の全領域に対して信号機画像データ(パターンマッチング用データ)のパターンマッチングを行うことで信号機画像を抽出する場合について説明したが、撮像画像内の特定の領域、例えば前後約45度の領域についてパターンマッチングを行うことで、その領域内に存在する信号機画像を抽出するようにしてもよい。
このように、撮像画像の全領域のうち、特定領域内に存在する信号機を抽出対象とすることで、車両位置や走行車線の特定に有効な位置に存在する信号機に限定して抽出することが可能になると共に、画像処理(パターンマッチング処理)に伴う処理負荷も低減できる。
そして、広角レンズの撮像範囲としては、車両に対して、車両位置や走行車線の特定に有効な位置(領域内)に存在する信号機を撮像可能な画角のレンズを使用する。
この場合、撮像画像から、撮像画像中心(カメラ)に対する信号機の仰角と水平角の算出式は、使用する広角レンズに対応した式を使用する。
例えば、ナビゲーション装置21による走行経路の案内中で、右左折等の進路変更の案内を実行する所定距離手前において、走行車線を変更する案内の必要があるか否かを判断するために、ナビゲーション装置21からの要求に応じて走行車線を特定するために撮像を行う。
例えば、ナビゲーション装置21から取得するおおまかな車両位置と信号機との距離が、ナビゲーション装置21の誤差を考慮した一定の距離Umに到達した際に撮像するようにしてもよい。
また、ステアリング角0度で所定距離、または所定時間走行した後に撮像することで、より車両の傾きの可能性を少なくするようにしてもよい。
例えば、撮像画像をHSV表色系で2値化し、輝点の位置から、撮像画像における信号機の位置を特定するようにしてもよい。
11 カメラI/F
12 画像メモリ
13 ナビI/F
14 RAM/ROM
15 通信I/F
16 メモリ
161 信号機データ
162 パターンマッチング用データ
18 カメラ
19 魚眼レンズ
21 ナビゲーション装置
211 GPS
212 地図データ
22 ディスプレイ
24 車両ECU
25 オイラー角検出センサ
Claims (3)
- 車両の前後に存在する信号機の位置データを取得する取得手段と、
車両に配置され、前記車両の前後に存在する信号機を撮像する撮像手段と、
前記撮像した車両の前後に存在する信号機の撮像画像から、車両の前後に存在する信号機に対する仰角を検出する角度検出手段と、
前記検出した車両の前後に存在する信号機に対する仰角と、前記取得した車両の前後に存在する信号機の位置データとから、車両位置を特定する位置特定手段と、を具備することを特徴とする車両位置特定装置。
- 車両のオイラー角を検出するオイラー角検出手段と、をさらに備え、
前記角度検出手段は、更に前記撮像画像から、前記車両の前後に存在する信号機に対する水平角を検出し、
前記位置特定手段は、前記検出した車両の前後に存在する信号機に対する仰角と水平角と、前記取得した車両の前後に存在する信号機の位置データと、前記検出したオイラー角に基づき、信号機から車両までの車線方向の距離と車線幅方向の距離を算出し、車両位置を特定することを特徴とする請求項1に記載の車両位置特定装置。
- 道路の車線数及び車線幅が格納された車線格納手段と、
前記特定した車両位置と、前記格納された車線数及び車線幅とから、自車両が走行する走行車線を特定する車線特定手段と、を具備することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両位置特定装置。
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