JP4812165B2 - 進行可能範囲決定装置及び進行可能範囲決定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は進行可能範囲決定装置及び進行可能範囲決定方法に係り、特に自動車に搭載可能な進行可能範囲決定装置及び進行可能範囲決定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年自動車に搭載されたミリ波レーダ、画像センサにより自車の前方に存在する障害物を検出し、衝突を未然に防止しようとすることが試みられている。そして確実に衝突を防止するためには、障害物までの距離、自車と障害物の相対速度及び障害物の形状を確実に検出が要求される。
【0003】
しかし、ミリ波レーダは障害物までの距離及び障害物の相対速度の測定には適しているものの、障害物の形状の検出にはあまり適していない。
一方、TVカメラをはじめとする画像センサは障害物の形状の検出には適しているものの、障害物までの距離及び障害物の相対速度の測定にはあまり適していない。
【0004】
そこで本出願人は、ミリ波レーダと画像センサを組み合わせて、障害物までの距離及び障害物の相対速度だけでなく障害物の形状も検出可能な周辺監視センサをすでに提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら自動走行制御システムを制御して障害物への衝突を確実に防止するためには、単に自車の周辺を監視するだけでなく、障害物までの距離、障害物の相対速度及び障害物の形状に基づいて自車が進行可能な範囲を決定することが必要となる。
【0006】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、自動車に搭載可能な進行可能範囲決定装置及び進行可能範囲決定方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
第1の発明に係る進行可能範囲決定装置は、前方に存在する障害物の有無、障害物までの距離及び障害物の相対移動速度を検出する障害物検出手段と、障害物検出手段の出力に基づいて自車が進行可能な範囲を決定する進行可能範囲決定手段を具備する。
また、本発明に係る進行可能範囲決定装置は、前方に存在する障害物の有無、障害物までの距離及び障害物の相対移動速度を検出するミリ波レーダと、前方に存在する障害物を検出する画像センサと、前記画像センサの出力を処理して障害物の複数のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、前記エッジ抽出手段で抽出された隣接する2つのエッジを連結して生成される面上に、前記ミリ波レーダにより前記障害物が検出されたとき及び前記障害物は検出されないが該面を自車が通過不可能なときは該面を画像面上の進行禁止面として、前記障害物が検出されず且つ該面を自車が通過可能なときは該面を画像面上の進行許容面として認識する面認識手段と、自車の走行車線の境界線を検出する境界線検出手段と、前記進行禁止面が自車の走行車線内にあるときは、前記自車の走行車線内で自車に最も近いエッジを通り前記境界線検出手段で検出された境界線に垂直な線と、前記境界線と、前記自車の前部に接する前記境界線への垂線とで囲まれた領域を、前記進行禁止面の一方のエッジが自車の走行車線内にあり、他方のエッジが前記自車の走行車線の外にあるときは、当該進行禁止面と自車の走行車線の境界線と、前記自車の前部に接する前記境界線への垂線及び、当該自車の走行車線内にあるエッジから前記境界線への垂線、又は当該進行禁止面と自車の走行車線の境界線との交点から前記境界線への垂線で囲まれた領域を進行可能範囲として出力する出力手段と、を具備する。
【0008】
本発明にあっては、前方に存在する障害物情報に基づいて自車が進行可能な範囲が決定される。
第2の発明に係る進行可能範囲決定装置は、障害物検出手段が、前方に存在する障害物までの距離及び該障害物の相対移動速度を検出するミリ波レーダと、前方に存在する障害物を検出する画像センサと、を具備する。
【0009】
本発明にあっては、ミリ波レーダと画像センサによって障害物が検出される。
第3の発明に係る進行可能範囲決定装置は、進行可能範囲決定手段が、画像センサの出力を処理して障害物のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、エッジ抽出手段で抽出されたエッジを連結して生成される面上にミリ波レーダによりターゲットが検出されたとき、及びターゲットは検出されないが該面を自車が通過不可能なときは該面を進行禁止面として、ターゲットが検出されず、かつ該面を自車が通過可能なときは該面を進行許容面として認識する面認識手段と、を具備する。
【0010】
本発明にあっては、障害物のエッジが検出され、このエッジを結ぶ面が進行禁止面又は進行許容面として認識される。
第4の発明に係る進行可能範囲決定装置は、エッジの信頼度を評価する信頼度評価手段を具備し、信頼性評価手段で評価された信頼度が予め定められた閾値以上であるエッジだけを抽出エッジとして出力する。
【0011】
本発明にあっては、エッジ検出の信頼度が評価され、閾値以上の信頼度を有するエッジが出力される。
第5の発明に係る進行可能範囲決定装置は、進行可能範囲決定手段が、
自車の走行車線の境界線を検出する境界線検出手段と、進行禁止面が自車の走行車線内にあるときは自車に最も近いエッジを通り境界線検出手段で検出された境界線に垂直な線と境界線で囲まれた領域を、進行禁止面の一方のエッジが自車の走行車線内にあるときは当該進行禁止面と自車の走行車線の境界線との交点で囲まれた領域を進行可能範囲として出力する出力手段をさらに具備する。
【0012】
本発明にあっては、進行禁止面と走行車線に基づき進行可能範囲が決定される。
本発明に係る進行可能範囲決定方法は、ミリ波レーダにより前方に存在する障害物の有無、障害物までの距離及び障害物の相対移動速度を検出し、画像センサにより前方に存在する障害物を検出し、前記画像センサの出力を処理して障害物の複数のエッジを抽出し、抽出された隣接する2つのエッジを連結して生成される面上に前記ミリ波レーダにより前記障害物が検出されたとき及び前記障害物は検出されないが該面を自車が通過不可能なときは該面を画像面上の進行禁止面として、前記障害物が検出されず且つ該面を自車が通過可能なときは該面を画像面上の進行許容面として認識し、自車の走行車線の境界線を検出し、前記進行禁止面が自車の走行車線内にあるときは、前記自車の走行車線内で自車に最も近いエッジを通り検出された境界線に垂直な線と前記境界線と、前記自車の前部に接する前記境界線への垂線とで囲まれた領域を、前記進行禁止面の一方のエッジが自車の走行車線内にあり、他方のエッジが前記自車の走行車線の外にあるときは、当該進行禁止面と自車の走行車線の境界線と、前記自車の前部に接する前記境界線への垂線及び、当該自車の走行車線内にあるエッジから前記境界線への垂線、又は当該進行禁止面と自車の走行車線の境界線との交点から前記境界線への垂線で囲まれた領域を進行可能範囲として出力する、ことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係る進行可能範囲決定装置の構成図であって、自動車1に搭載される。
即ち本発明に係る進行可能範囲決定装置は、自動車1のフロントグリルに設置されたミリ波アンテナ11及び自動車1の屋根に搭載されたテレビカメラ13、並びに自動車1の車内に搭載されるレーダ装置12、ビデオ装置14及びマイクロコンピュータシステム15から構成される。
【0014】
レーダ装置12はミリ波アンテナ11に送信波を供給するとともに、ミリ波アンテナ11で受信された受信波を処理して、ターゲットまでの距離及びターゲットの相対速度を出力する。
ビデオ装置14は、テレビカメラ12で撮影された画像をビデオ信号として出力する。
【0015】
マイクロコンピュータシステム15は、バス150を中心としてCPU151、メモリ152、入力I/F(インターフェイス)153及び出力I/F154から構成され、入力I/F153を介してレーダ装置12及びビデオ装置14と接続される。
図2はメモリ152に記憶され、CPU151で実行される進行可能範囲決定ルーチンのフローチャートであって、所定時間(例えば100ミリ秒)ごとの割り込み処理で実行される。
【0016】
図3は進行可能範囲決定ルーチンの処理を説明するための状況説明図であって、自車1の前方に3台の自動車31〜33が走行している状態を示す。
自車1及び自動車33は走行車線34を、自動車31及び32は右側の追い越し車線35を走行しているものとする。以下図3を参照しながら進行可能範囲決定ルーチンの処理を説明する。
【0017】
ステップ20でビデオ装置14から出力されるビデオ信号を読み込み、ステップ21でレーダ装置12から出力されるターゲット(障害物)情報を読み込む。
その後、ステップ22で面検出処理を、ステップ23で通過判定処理を、ステップ24でターゲットロック処理を、さらにステップ26で出力処理を実行してこのルーチンを終了するが、各処理の詳細は後述する。
【0018】
図4は進行可能範囲決定ルーチンのステップ22で実行される面検出処理のフローチャートであって、ステップ22aでビデオ装置から伝送されてくる画像からエッジを検出する。そして、検出されたエッジに、例えば左から順に番号を付け、各エッジの座標及び相対速度を算出する。
図3においては、自車の前面中心を原点とするX−Y座標で左から順に7個のエッジE1=(X1,Y1)、E2=(X2,Y2)、E3=(X3,Y3)、E4=(X4,Y4)、E5=(X5,Y5)、E6=(X6,Y6)及びE7=(X7,Y7)が検出された状況を示している。
【0019】
次にステップ22bで検出されたエッジの対応付けを実施する。即ちエッジを結ぶ面内にターゲットが検出されるかを判定し、ターゲットが検出された面の両端のエッジを関連付けてこのルーチンを終了する。
エッジの検出及び関連付けは周知の方法を適用することが可能であるが、特に本出願人が平成11年9月29日に出願した特願平11−276930に記載された方法を適用することが望ましく、この方法によれば検出されたエッジの座標だけでなく、そのエッジの信頼度を付加することも可能となる。
【0020】
即ち、エッジの信頼度は、当該エッジに対するミリ波レーダからの情報及びビデオ装置からの情報に基づいて算出される。
図5は進行可能範囲決定ルーチンのステップ23で実行される通過判定処理のフローチャートであって、ステップ23aでiを初期値 '1' に、ステップ23bで同じくエッジの番号を示すインデックjを初期値 'i+1' に設定する。
【0021】
ステップ23cでエッジEiと関連するエッジEjがあるかを判定する。そして、ステップ23cで肯定判定されたとき、即ち関連するエッジが存在するときは、ステップ23dで面F(i,j)を自車が通過できないことを示すためにF(i,j)の値を '1' に設定してステップ23kに進む。
一方ステップ23cで否定判定されたとき、即ち関連するエッジが存在しないときは、ステップ23eでエッジEiとエッジEjの間の距離L(i,j)を算出する。
【0022】
そして、ステップ23fでインデックスjが検出されたエッジの総数I未満であるかを判定する。
ステップ23fで肯定判定されたとき、即ちインデックスjが検出されたエッジの総数I未満であるときは、ステップ23gでインデックスjをインクリメントして、ステップ23cに戻る。
【0023】
逆にステップ23fで否定判定されたとき、即ちインデックスjが検出されたエッジの総数I以上となったときは、ステップ23hに進む。
そして、ステップ23hでステップ23eで算出された距離L(i,j)(但しi+1≦j≦I)のうちの最小の距離L(i,j)が所定値Lref以上であるか、即ちエッジEiとEjを結ぶ面F(i,j)を自車が通過可能であるかを判定する。
【0024】
ステップ23hで否定判定されたとき、即ち検査面F(i,j)を自車が通過できないときはステップ23dでF(i,j)の値を‘1' に設定してステップ24iに進む。
逆に、ステップ23hで肯定判定されたとき、即ち検査面F(i,j)を自車が通過できるときは直接ステップ24iに進む。
【0025】
ステップ23iではインデックiが検出されたエッジの総数I未満であるかを判定し、肯定判定されたときはステップ23jでインデックスiをインクリメントしてステップ23bに戻る。
逆にステップ24kで否定判定されたとき、即ちインデックiが検出されたエッジの総数I以上となったときは、この処理を終了する。
【0026】
この処理の結果、図3に状況においては、F(2,3)、F(3,4)、F(4,5)、F(5,6)及びF(6,7)が‘1' に設定される。
図6は進行可能範囲決定ルーチンのステップ24で実行されるターゲットロック処理のフローチャートであって、誤決定を防止するために必要に応じて実行される。
【0027】
まず、ステップ24aで実行周期ごと(例えば100ミリ秒ごと)に7個のエッジの座標を5つ記憶し、ステップ24bでレーダ装置12から出力されるターゲット情報を実行周期の所定倍ごとに5つ記憶する。例えば、所定倍を2倍とすれば、実施形態ではターゲット情報は200ミリ秒ごとに記憶される。
ステップ24cで平均エッジ座標としてステップ24aで記憶された5つの座標に基づいて500ミリ秒間の時間平均値を演算し、ステップ24dで平均レーダ装置出力としてステップ24bで記憶された5つのデータに基づいて1秒間の時間平均値を演算する。
【0028】
次に、ステップ24eで関連有りと判定されている前回エッジEib,Ejbにそれぞれ対応するエッジEi,Ejが存在するか、即ち同じ検出物のエッジと推定されるエッジが存在するかを判定し、対応するエッジEi,Ejが存在する場合はそのエッジを結ぶ面F(i,j)内に今回もターゲットが存在する可能性が高いと推定されるので、エッジEi,Ejの関連の有無、即ちF(i,j)内にターゲットが検出されるか否かに関わらず、F(i,j)の値を‘1’に設定する。
【0029】
最後にステップ24fですべての前回エッジについてステップ24eのターゲットロック処理が完了したかを判定し、否判定されたときはステップ24eに戻る。逆に、ステップ24fで肯定判定されたときはこの処理を終了する。
図7は進行可能範囲決定ルーチンのステップ25で実行される出力処理のフローチャートであって、ステップ25aで最小Y座標Yminを初期化し、ステップ25bで自車が走行しているレーンの境界線を検出する。なお、境界線の検出には周知の方法を適用することができるが、特に本出願人が平成12年9月4日に出願した特願2000−266393に記載された方法を適用することが望ましい。
【0030】
ステップ25cで検査面F(i,j)=1が自車の走行レーン内に存在するかを判定する。
そして、ステップ25cで肯定判定されたとき、即ち検査面F(i,j)=1が自車の走行レーン内に存在するときは、ステップ25dで次式によりエッジEi及びEj並びに最小Y座標Yminの最小値をYminに設定した後ステップ25kに進む。
【0031】
Ymin ← Min(Yi,Yj,Ymin)
逆にステップ25cで否定判定されたとき、即ち検査面F(i,j)=1が自車の走行レーン内に存在しないときは、ステップ25eに進み検査面F(i,j)=1の一方のエッジEiが自車の走行レーン内に存在するかを判定する。
ステップ25eで肯定判定されたとき、即ちエッジEiが自車の走行レーン内に存在するときは、検査面F(i,j)=1と自車の走行レーンの境界線との交点Pの座標(X0,Y0)を算出し、ステップ25gで次式によりエッジEiのY座標Yi、交点P0のY座標Y0及び最小Y座標Yminの最小値をYminに設定した後ステップ25kに進む。
【0032】
Ymin ← Min(Yi,Y0,Ymin)
逆にステップ25eで否定判定されたとき、即ちエッジEiが自車の走行レーン内にないときは、ステップ25hに進みエッジEjが自車の走行レーン内にあるかを判定する。
ステップ25hで肯定判定されたとき、即ちエッジEjが自車の走行レーン内にあるときは、ステップ25iに進み検査面F(i,j)=1と自車の走行レーンの境界線との交点Pの座標(X0,Y0)を算出し、ステップ25jで次式によりエッジEjのY座標Yj,交点PのY座標Y0及び最小Y座標Yminの最小値をYminに設定した後ステップ25kに進む。
【0033】
Ymin ← Min(Yj,Y0,Ymin)
逆にステップ25hで否定判定されたとき、即ちエッジEjが自車の走行レーン内にないときは直接ステップ25kに進む。
ステップ25kで全ての検査面F(i,j)=1について処理が完了したかを判定し、否定判定されたときはステップ25cに戻る。逆に、ステップ25gで肯定判定されたときはステップ25hで最小Y座標を通る自車の走行レーンの境界線に対する垂直線と自車の走行レーンの境界線で囲まれた領域を自車の進行可能範囲として出力しするとともに、当該垂直線と自車の相対速度も出力してこの処理を終了する。
【0034】
図8は出力処理の説明図であって、エッジE5及びE6並びに交点P1及びP2の中で最小のY座標を有する点、即ち交点P1と自車の走行レーンの境界線で囲まれる斜線領域が進行可能範囲として出力される。
進行可能範囲及び当該垂直線の相対速度の利用方法については特に規定されないが、例えば液晶ディスプレイに進行可能範囲を表示するとともに、当該垂直線の相対速度に応じて自車の速度を制御することも可能である。
【0035】
【発明の効果】
第1の発明に係る進行範囲決定装置によれば、障害物の検出状況に応じて自車の進行可能範囲を決定することが可能である。
第2の発明に係る進行範囲決定装置によれば、障害物をミリ波レーダ及び画像センサによって確実に検出することが可能となる。
【0036】
第3の発明に係る進行範囲決定装置によれば、障害物のエッジを結ぶ面の中に障害物が検出されたとき、及び障害物が検出されないが自車が通過できないときは該面を進行禁止面と認識し、障害物が検出されず、かつ自車が通過できるときは該面を進行許容面と認識することが可能となる。
第4の発明に係る進行範囲決定装置によれば、検出信頼性の高いエッジのみを選択的に出力することが可能となる。
【0037】
第5の発明に係る進行範囲決定装置によれば、進行禁止面と自車の走行レーンに基づき進行可能範囲を決定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る進行可能範囲決定装置の構成図である。
【図2】進行可能範囲決定ルーチンのフローチャートである。
【図3】状況説明図である。
【図4】面検出処理のフローチャートである。
【図5】通過判定処理のフローチャート(1/2)である。
【図6】ターゲットロック処理のフローチャートである。
【図7】出力処理のフローチャートである。
【図8】進行可能範囲表示例である。
【符号の説明】
1…自車
11…ミリ波アンテナ
12…レーダ装置
13…テレビカメラ
14…ビデオ装置
15…マイクロコンピュータ
150…バス
151…CPU
152…メモリ
153…入力インターフェイス
154…出力インターフェイス
Claims (3)
- 前方に存在する障害物の有無、障害物までの距離及び障害物の相対移動速度を検出するミリ波レーダと、
前方に存在する障害物を検出する画像センサと、
前記画像センサの出力を処理して障害物の複数のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、
前記エッジ抽出手段で抽出された隣接する2つのエッジを連結して生成される面上に、前記ミリ波レーダにより前記障害物が検出されたとき及び前記障害物は検出されないが該面を自車が通過不可能なときは該面を画像面上の進行禁止面として、前記障害物が検出されず且つ該面を自車が通過可能なときは該面を画像面上の進行許容面として認識する面認識手段と、
自車の走行車線の境界線を検出する境界線検出手段と、
前記進行禁止面が自車の走行車線内にあるときは、前記自車の走行車線内で自車に最も近いエッジを通り前記境界線検出手段で検出された境界線に垂直な線と、前記境界線と、前記自車の前部に接する前記境界線への垂線とで囲まれた領域を、前記進行禁止面の一方のエッジが自車の走行車線内にあり、他方のエッジが前記自車の走行車線の外にあるときは、当該進行禁止面と自車の走行車線の境界線と、前記自車の前部に接する前記境界線への垂線及び、当該自車の走行車線内にあるエッジから前記境界線への垂線、又は当該進行禁止面と自車の走行車線の境界線との交点から前記境界線への垂線で囲まれた領域を進行可能範囲として出力する出力手段と、
を具備することを特徴とする進行可能範囲決定装置。 - 前記エッジ抽出手段が、
エッジの信頼度を評価する信頼度評価手段を具備し、
前記信頼度評価手段で評価された信頼度が予め定められた閾値以上であるエッジだけを抽出エッジとして出力するものである請求項1に記載の進行可能範囲決定装置。 - ミリ波レーダにより前方に存在する障害物の有無、障害物までの距離及び障害物の相対移動速度を検出し、
画像センサにより前方に存在する障害物を検出し、
前記画像センサの出力を処理して障害物の複数のエッジを抽出し、
抽出された隣接する2つのエッジを連結して生成される面上に前記ミリ波レーダにより前記障害物が検出されたとき及び前記障害物は検出されないが該面を自車が通過不可能なときは該面を画像面上の進行禁止面として、前記障害物が検出されず且つ該面を自車が通過可能なときは該面を画像面上の進行許容面として認識し、
自車の走行車線の境界線を検出し、
前記進行禁止面が自車の走行車線内にあるときは、前記自車の走行車線内で自車に最も近いエッジを通り検出された境界線に垂直な線と前記境界線と、前記自車の前部に接する前記境界線への垂線とで囲まれた領域を、前記進行禁止面の一方のエッジが自車の走行車線内にあり、他方のエッジが前記自車の走行車線の外にあるときは、当該進行禁止面と自車の走行車線の境界線と、前記自車の前部に接する前記境界線への垂線及び、当該自車の走行車線内にあるエッジから前記境界線への垂線、又は当該進行禁止面と自車の走行車線の境界線との交点から前記境界線への垂線で囲まれた領域を進行可能範囲として出力する、
ことを特徴とする進行可能範囲決定方法。
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