JP5303873B2 - 車両形状計測方法と装置 - Google Patents
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Description
そのため、この手段は、図13に示すように、車両が通過する車路の両側に水平間隔Dを隔てかつ対向して設けられた1対のレーザレーダ52a,52bと、各レーザレーダを制御し得られたデータを処理する制御処理装置54とを備え、各レーザレーダにより、通過する車両に対して上下に所定の角度範囲でレーザ光をスキャンして車体の両側面の断面データを求め、これから各レーザレーダから車体の両側面までの水平距離L1,L2を計測し、その差W(=D−L1−L2)を車両の全長にわたり記憶し、その最大値を車幅とするものである。
そのため、この手段は、図14に示すように、走行路Rの上方からその幅方向に走査する走査型測距手段Lを1台として、これを走行路Rの片側の上方に設置することとし、この走査型測距手段Lで得られる測距データを処理して車幅および車高を求めるデータ処理部61では、走査される側の車両側面部の形状に対応するデータで、車両Mの反対側の側面形状に対応するデータを補う演算を行って車幅を求めるものである。
そのため、この手段は、図15に示すように、計測位置を通過する車両91を、複数のCCDカメラ72,対の非接触距離計74及び光電センサ76で同時に検出する。次いで、光電センサ76により車両を普通常用車として区分けする場合、同時に非接触距離計により車両の両側面位置La,Lbを検出し、検出された車両側面に最も近い1対のCCDカメラ72b,72cからの画像により、車幅を画像処理により計測する。また、光電センサにより車両をハイルーフ車として区分けする場合、同時に非接触距離計により車両の両側面位置La,Lbを検出し、両側面位置の間隔を車幅とするものである。
そのため、この手段は、車両の幅方向に直線状に延びた縞模様を有する計測床面と、計測床面の上部に鉛直下向きに設置されたCCDカメラと、撮像画像を処理する画像処理装置とを備え、図16に示すように、(A)CCDカメラにより、計測床面を背景とする車両両側面の画像を撮像し、(C)画像上の車両濃度と縞模様の濃度との差を微分処理して濃度の急変線分を抽出し、(D)急変線分のうち、ほぼ前後方向に所定の長さ以上延び、かつ幅方向に最も間隔を隔てた線分を抽出セグメントとし、(E)ほぼ同一線上に位置する抽出セグメントを結んで1対の平行線を求め、該平行線の間隔を車幅とするものである。
そのため、この手段は、図17に示すように、道路Mに対して垂直に等間隔の光線Bを照射する半導体レーザ群81A,81Bを、被測定車両82の進行方向に直角な上方位置に配設し、レーザ群81A,81Bの平行位置に光スポットを検出するCCDリニアセンサ83A,83Bを設け、道路M上にレーザ群81A,81Bに対向して、入力した光線Bをリニアセンサ83A,83Bへ反射する反射板84A,84Bを設け、リニアセンサ83A,83Bにて検出された反射光の光スポットの個数から被測定車両2の車幅を判定する車幅判定装置86を備えるものである。
しかし、CCDカメラを用いた場合、背景である床面と車両との濃淡のコントラスト差が高くないと安定性にかける欠点がある。
そこで、特許文献4では、床面に縞状の模様を描くなどコントラストを出すよう工夫しているが、駐車場等の床面を細工することは一般に駐車場オーナーの了解が得にくい。また、ドアミラーなどの突起物の検出は一般に難しい。
しかし、特許文献1,2のように、2次元レーザレーダを車両の通行路に配置して、車両が通過している間計測する手段では、車両の全体形状の情報を得ることができるが、車長(車両の進行方向)については、車両の速度によって変化するため、信頼できる値は得られない。
また、車両が移動していることから、車両の側面部分の同一箇所をレーザ光で1回しか計測することができず、レーザレーダの距離精度に大きく依存して、誤差が一般に大きく、ノイズとの区別も付きにくい。
また、誤差の影響も考慮していないため、得られた計測結果に対して、実際の車幅の範囲を推定することもできない。
さらに、計測点群で車両側面を再構成しているため、誤差の影響によってドアミラーなどの突起物と側面部との境界や、ノイズとの区別が付きにくい。
また、車両が移動していることから、車両の側面部分の同一箇所をレーザ光で1回しか計測することができない。
複数の3次元レーザレーダにより、前記駐車エリア内の車両の両側面に向けてパルスレーザ光を3次元的に照射し、前記両側面で反射されたパルスレーザ光から両側面の3次元座標値を計測する3次元座標値計測ステップと、
コンピュータにより、前記3次元座標値をデータ処理して、車両の車長及び車幅を含む車両データを決定するデータ処理ステップと、
前記決定された車両データを出力する車両データ出力ステップとを有する、ことを特徴とする車両形状計測方法が提供される。
前記駐車エリアの存在する空間領域を、境界表面が互いに直交する直方体からなる複数のボクセルに分割し、各ボクセル位置を記憶する環境モデルを構築するモデル構築ステップと、
前記座標値に対応するボクセルの内部に代表点とその誤差分布を設定し記憶するマッチングステップと、
各ボクセルの代表点の位置に基づいて車体の表面を再構成する表面再構成ステップと、
得られたボクセルの3次元データから車長や車幅を決定する車両データ決定ステップとを有する。
ボクセルが保有する誤差分布が十分収束して小さいボクセル内に代表点が存在するボクセルがある一定以上連なっている部分を車両の側面部とみなして、ノイズ点やドアミラー等の付属品と側面部とを分離する。
該ボクセル内に代表点がない場合に、前記座標値と誤差分布を代表点の座標値と誤差分布として設定する。
前記ボクセル内に既に設定した代表点がある場合に、新たに取得した誤差分布と既に設定したボクセル内の誤差分布とを比較し、
誤差分布が互いに重複する場合に、両誤差分布から新たな誤差分布と新たな代表点を再設定し、
誤差分布が互いに重複しない場合に、単一のボクセル内に単一の代表点のみが存在するように、該ボクセルを更に分割して階層的に複数のボクセルに分割する。
前記駐車エリア内の車両の両側面に向けてパルスレーザ光を3次元的に照射し、前記両側面で反射されたパルスレーザ光から両側面の3次元座標値を計測する複数の3次元レーザレーダと、
前記3次元座標値をデータ処理して、車両の車長及び車幅を含む車両データを決定するデータ処理装置と、
前記決定された車両データを出力する車両データ出力装置とを有する、ことを特徴とする車両形状計測装置が提供される。
前記駐車エリアに存在する空間領域を、境界表面が互いに直交する直方体からなる複数のボクセルに分割し、各ボクセル位置を記憶する環境モデルを構築するモデル構築装置と、
前記座標値に対応するボクセルの内部に代表点とその誤差分布を設定し記憶するマッチング装置と、
各ボクセルの代表点の位置に基づいて車体の表面を再構築する表面再構築装置と、
得られたボクセルの3次元データから車長や車幅を決定する車両データ決定装置とを有する。
コンピュータを用いたデータ処理ステップにおいて、前記3次元座標値をデータ処理して、車両の車長及び車幅を含む車両データを決定するので、車幅だけではなく、車長を含め車両の全体形状を把握することができる。
(1)車両の同一箇所を数回計測することができ、統計処理によって精度向上が図れる。
(2)視点の異なる複数のセンサの計測結果を統合することが可能となり、精度向上が図れる。
(3)センサの誤差モデルを考慮することによって、計測誤差の向上や、計測誤差の推定が可能となり、車両のサイズに応じた駐車スペースの割り当てや、車両の自動/手動誘導時に、安全性を考慮することが可能となる。
(4)ノイズとそれ以外との区別が可能となり、精度向上が期待できる。
(5)ドアミラーなどの突起部分と車両の側面部分との区別が精度向上によって可能となるので、ドアミラーまで含めた車幅とドアミラーを含めない車幅とをアプリケーションによって使い分けることが可能となる。
(6)2次元平面情報にし、その包含図形を求めることで、車長や車幅、姿勢を安定して求めることができる。
この図に示すように、3次元レーザレーダ10は、レーダヘッド12と制御器20から構成される。レーザダイオード13から発振されたパルスレーザ光1は、投光レンズ14で平行光2に整形され、ミラー18a,18bと回転・揺動するポリゴンミラー15で二次元方向に走査され、測定対象物に照射される。測定対象物から反射されたパルスレーザ光3は、ポリゴンミラー15を介して受光レンズ16で集光され、光検出器17で電気信号に変換される。
rは計測位置(レーダヘッド設置位置)を原点とする距離であり、r=c×t/2 の式で求められる。ここでcは光速である。
判定処理ユニット23は、信号処理ボードからの極座標データを、レーダヘッド設置位置を原点とした3次元空間データ(x,y,z)へ変換して、検出処理を行うようになっている。なおこの図で24はドライブユニットである。
また、計測データを各画素に対して奥行き方向の距離値を持った距離画像で表示する場合、1フレームの計測点数を、横方向166点、スキャン方向50点とすると、1フレームに166×50=8300点が表示される。この場合にフレームレートは、例えば約2フレーム/秒である。
図2(A)に示すように、任意の計測位置を原点とする極座標値(r,θ,φ)を計測結果として計測する。距離センサによる計測結果には、図に示すような誤差分布が通常存在する。
この誤差分布は、誤差分布のrs,θs,φsでの存在確率をP(rs,θs,φs)とした場合、誤差分布は計測の軸r,θ,φ方向に正規分布しているとし、例えば式(1)で表すことができる。ここで、r,θ,φはセンサからの計測値、σr,σθ,σφは は標準偏差、Aは規格化定数である。
図2(B)に示すように、誤差分布は、通常r方向に長い切頭円錐形(左図)に内包される分布であるが、遠方においてaとbの差は小さい。従って、この誤差分布を直方体に包含される楕円体として安全サイドに近似することができる。
この図に示すように、本発明の車両形状計測装置は、複数の3次元レーザレーダ10、データ処理装置30、及び車両データ出力装置40を備える。
複数(この例では2台)の3次元レーザレーダ10は、所定の駐車エリア11内の車両9の両側面に向けてパルスレーザ光を3次元的に照射し、車両9の両側面で反射されたパルスレーザ光から両側面の3次元座標値を計測する。
データ処理装置30は、3次元レーザレーダ10で得られた3次元座標値をデータ処理して、車両9の車長及び車幅を含む車両データを決定する。
車両データ出力装置40は、データ処理装置30で決定された車両データを別の装置50に出力する。
外部記憶装置33は、ハードディスク、フロッピ(登録商標)ーディスク、磁気テープ、コンパクトディスク等である。外部記憶装置33は、入力された車両9の3次元座標値、ボクセル位置、及び代表点とその誤差分布及び本発明の方法を実行するためのプログラムを記憶する。
内部記憶装置34は、例えばRAM,ROM等であり、演算情報を保管する。
中央処理装置35(CPU)は、モデル構築装置およびマッチング装置として機能し、演算や入出力等を集中的に処理し、内部記憶装置34と共に、プログラムを実行する。
出力装置36は、例えば表示装置とプリンタであり、外部記憶装置33に記憶したデータ及びプログラムの実行結果を出力するようになっている。
本発明の方法は、所定の駐車エリア11内に静止している車両9の車長及び車幅を車両9から離れた位置から計測する車両形状計測方法であり、3次元座標値計測ステップS1、データ処理ステップS2、および車両データ出力ステップS3を有する。
データ処理ステップS2では、コンピュータ(上述したデータ処理装置30)により、車両9の3次元座標値をデータ処理して、車両9の車長及び車幅を含む車両データを決定する。
3次元レーザレーダ10による3次元座標値は、所定の計測位置を原点とする距離データであり、極座標値(r,θ,φ)で表される。また、各座標値の誤差分布は、極座標値(r,θ,φ)から演算で求めるか、予め別の入力手段(例えばキーボード)で入力する。
距離データの補正処理では、孤立点の除去、統計的処理、等を行う。孤立点は、周囲の点から孤立して存在する点であり、計測データは複数の近接する点で構成されることから、孤立点は誤計測と仮定して除去することができる。統計的処理は、計測データが含む誤差分布を考慮して、複数回の計測を統計処理(例えば平均値等)することで、距離の補正を行う。
さらに、対象とする3次元形状が、直線近似又は平面近似できる場合にはこれらを行うのがよい。
ボクセル6の形状は、各辺の長さが等しい立方体でも、各辺の長さが異なる直方体でもよい。
また、ボクセル6の各辺の長さは、最大のボクセル6を必要最小限の分解能に相当する大きさに設定するのがよい。以下、最大のボクセル6をレベル1のボクセルと呼ぶ。
また、単一のボクセル内に複数の被計測点が存在する場合には、単一のボクセル内に単一の被計測点のみが存在するように、ボクセルを更に八分割して階層的に複数のボクセルに分割する。以下、最大のボクセル6の八分割を1回実施した空間領域をレベル2のボクセル、k回実施した空間領域をレベルk+1のボクセルと呼ぶ。
マッチングステップS24では、この図に示すように、3次元形状上の座標値に対応するボクセル6の内部に代表点7とその誤差分布8を設定し記憶する。末端のボクセルは計測値の代表点を1つだけ持つことができる。各ボクセルが計測値の代表点とその誤差分布を持つことで、物体の形状を表す。
この図において、図8(A)は、各ボクセルデータのメモリレイアウト例である。この図において、矢印はデータへのリンクを表し、値としてはデータへのポインタを保持する。
図8(B)は、レベル2(1,1,0)のボクセルが代表点を持つ場合の例を示している。なおこの図において、nullは空集合を表す。
(1)内容:空間を小直方体で分割して各ボクセルに計測点の代表点と誤差分布を保持する。
(2)精度:ボクセル毎に持つ計測点の代表値相当である。
(3)存在:物体の存在の有無を表現できる。
(4)データ量:ボクセルの個数に比例してメモリを必要とするが、サイズ固定である。
(5)点群からの変換:適しており、計算量は少ない。
(6)アクセス速度:シンプルな構造をしているため、要素へのアクセスが高速である。
効果A:誤差を考慮した表現が可能である。
効果B:必要なメモリ量と計算量が一定量以下である。
効果C:物体の存在だけでなく、物体が存在しないことを表せる。
また、このステップST3において、新しい計測位置(原点)と被計測点の間には、原理的に物体が存在しないはずである。従って新しい計測位置(原点)と被計測点の間に位置するボクセル内の代表点と誤差分布を再設定もしくは消去する。
図9のステップST2で該当するボクセル内に既に設定した代表点がある場合には、ステップST4で新たに取得した誤差分布と既に設定したボクセル内の誤差分布とを比較する(すなわち異なる点か同一点かを判断する)。
この比較で、誤差分布が互いに重複する場合(図10A)には、ステップST5で両誤差分布から新たな誤差分布と新たな誤差分布の中心を再設定する(すなわち誤差分布を合成する)。
またこの比較で、誤差分布が互いに重複しない場合(図10B)には、ステップST6、ST7で単一のボクセル内に単一の代表点のみが存在するように、該ボクセルを更に八分割して階層的に複数のボクセルに分割し新規に登録する。
分割と合成の基準は、例えば誤差分布の一致度から判断する。誤差分布の一致度には例えば、マハラノビス距離のような距離尺度を利用できる。また、2つの誤差分布に基づき、両者が同一点を表しているかを統計的検定によって判定してもよい。
別の装置50は、例えば、(1)車両の形状ないしは寸法に応じて駐車エリアを選択する手段、(2)車両の形状ないしは寸法に応じて料金計算手段、(3)車両の形状ないしは寸法に応じて該当する駐車スペースまでの車両の移動方法を案内する案内手段、(4)自動搬送装置により自動で車両を駐車スペースまで誘導/運搬する誘導・運搬手段である。
これらの手段(別の装置50)を併用することにより、(1)の手段により車両の形状ないしは寸法に応じて駐車エリアを選択することができ、(2)の料金計算手段により車両の形状ないしは寸法に応じて料金を計算することができ、(3)の案内手段により車両の形状ないしは寸法に応じて該当する駐車スペースまでの車両の移動方法を案内することができ、(4)の誘導・運搬手段により自動搬送装置により自動で車両を駐車スペースまで誘導/運搬することができる。
この図から、複数回の計測データを統合することにより、精度向上が図れることがわかる。
コンピュータを用いたデータ処理ステップにおいて、前記3次元座標値をデータ処理して、車両の車長及び車幅を含む車両データを決定するので、車幅だけではなく、車長を含め車両の全体形状を把握することができる。
(1)車両の同一箇所を数回計測することができ、統計処理によって精度向上が図れる。
(2)視点の異なる複数のセンサの計測結果を統合することが可能となり、精度向上が図れる。
(3)センサの誤差モデルを考慮することによって、計測誤差の向上や、計測誤差の推定が可能となり、車両のサイズに応じた駐車スペースの割り当てや、車両の自動/手動誘導時に、安全性を考慮することが可能となる。
(4)ノイズとそれ以外との区別が可能となり、精度向上が期待できる。
(5)ドアミラーなどの突起部分と車両の側面部分との区別が精度向上によって可能となるので、ドアミラーまで含めた車幅とドアミラーを含めない車幅とをアプリケーションによって使い分けることが可能となる。
(6)2次元平面情報にし、その包含図形を求めることで、車長や車幅、姿勢を安定して求めることができる。
4 スタートパルス、5 ストップパルス、
6 ボクセル、7 代表点、8 誤差分布、
10 三次元レーザレーダ、12 レーダヘッド、13 レーザダイオード、
14 投光レンズ、15 ポリゴンミラー、16 受光レンズ、
17 光検出器、18a,18b ミラー、
20 制御器、21 時間間隔カウンタ、22 信号処理ボード、
23 判定処理ユニット、24 ドライブユニット、
32 データ入力装置、33 外部記憶装置、34 内部記憶装置、
35 中央処理装置、36 出力装置
Claims (9)
- 所定の駐車エリア内に静止している車両の車長及び車幅を該車両から離れた位置から計測する車両形状計測方法であって、
複数の3次元レーザレーダにより、前記駐車エリア内の車両の両側面に向けてパルスレーザ光を3次元的に照射し、前記両側面で反射されたパルスレーザ光から両側面の3次元座標値を計測する3次元座標値計測ステップと、
コンピュータにより、前記3次元座標値をデータ処理して、車両の車長及び車幅を含む車両データを決定するデータ処理ステップと、
前記決定された車両データを出力する車両データ出力ステップとを有し、
前記データ処理ステップは、
3次元座標値計測ステップで計測した3次元座標値をコンピュータに入力するデータ入力ステップと、
前記駐車エリアの存在する空間領域を、境界表面が互いに直交する直方体からなる複数のボクセルに分割し、各ボクセル位置を記憶する環境モデルを構築するモデル構築ステップと、
前記座標値に対応するボクセルの内部に代表点とその誤差分布を設定し記憶するマッチングステップと、
各ボクセルの代表点の位置に基づいて車体の表面を再構成する表面再構成ステップと、
得られたボクセルの3次元データから車長及び車幅を決定する車両データ決定ステップとを有する、ことを特徴とする車両形状計測方法。 - 前記車両データ決定ステップにおいて、表面再構成ステップで得られたボクセルの3次元データを床面に投影して2次元平面情報にして、その2次元形状の包含図形を求めることによって、車長や車幅を決定する、ことを特徴とする請求項1に記載の車両形状計測方法。
- 前記モデル構築ステップにおいて、最大のボクセルを必要最小限の分解能に相当する大きさに設定し、かつ単一のボクセル内に複数の被計測点が存在する場合に、単一のボクセル内に単一の被計測点のみが存在するように、該ボクセルを更に分割して階層的に複数のボクセルに分割する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の車両形状計測方法。
- 前記マッチングステップの後に、前記環境モデルを更新するモデル更新ステップを有し、該モデル更新ステップにおいて、新たに入力された被計測点の座標値に対応するボクセルを探索し、
ボクセルが保有する誤差分布が十分収束して小さいボクセル内に代表点が存在するボクセルがある一定以上連なっている部分を車両の側面部とみなして、ノイズ点やドアミラー等の付属品と側面部とを分離する、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の車両形状計測方法。 - 前記マッチングステップの後に、前記環境モデルを更新するモデル更新ステップを有し、該モデル更新ステップにおいて、新たに入力された被計測点の座標値に対応するボクセルを探索し、
該ボクセル内に代表点がない場合に、前記座標値と誤差分布を代表点の座標値と誤差分布として設定する、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の車両形状計測方法。 - 前記マッチングステップの後に、前記環境モデルを更新するモデル更新ステップを有し、該モデル更新ステップにおいて、新たに入力された被計測点の座標値に対応するボクセルを探索し、
前記ボクセル内に既に設定した代表点がある場合に、新たに取得した誤差分布と既に設定したボクセル内の誤差分布とを比較し、
誤差分布が互いに重複する場合に、両誤差分布から新たな誤差分布と新たな代表点を再設定し、
誤差分布が互いに重複しない場合に、単一のボクセル内に単一の代表点のみが存在するように、該ボクセルを更に分割して階層的に複数のボクセルに分割する、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の車両形状計測方法。 - ボクセルの内部に代表点とその誤差分布に加えて、確率値を併せ持つ、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の車両形状計測方法。
- 所定の駐車エリア内に静止している車両の車長及び車幅を該車両から離れた位置から計測する車両形状計測装置であって、
前記駐車エリア内の車両の両側面に向けてパルスレーザ光を3次元的に照射し、前記両側面で反射されたパルスレーザ光から両側面の3次元座標値を計測する複数の3次元レーザレーダと、
前記3次元座標値をデータ処理して、車両の車長及び車幅を含む車両データを決定するデータ処理装置と、
前記決定された車両データを出力する車両データ出力装置とを有し、
前記データ処理装置は、
3次元レーザレーダで計測した3次元座標値をコンピュータに入力するデータ入力装置と、
前記駐車エリアに存在する空間領域を、境界表面が互いに直交する直方体からなる複数のボクセルに分割し、各ボクセル位置を記憶する環境モデルを構築するモデル構築装置と、
前記座標値に対応するボクセルの内部に代表点とその誤差分布を設定し記憶するマッチング装置と、
各ボクセルの代表点の位置に基づいて車体の表面を再構築する表面再構築装置と、
得られたボクセルの3次元データから車長及び車幅を決定する車両データ決定装置とを有する、ことを特徴とする車両形状計測装置。 - 前記車両データ決定装置により、表面再構築装置で得られたボクセルの3次元データを床面に投影して2次元平面情報にして、その2次元形状の包含図形を求めることによって、車長や車幅を決定する、ことを特徴とする請求項8に記載の車両形状計測装置。
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