JP5480917B2 - 車両周辺監視装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に取り付けられたカメラによる撮像画像から、車両周辺の監視対象物を認識する車両周辺監視装置に関する。
従来より、カメラにより撮像された自車両周辺の画像から、自車両に接触する可能性がある歩行者等の監視対象物を検知して、運転者に報知するようにした車両周辺監視装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載された車両周辺監視装置においては、赤外線カメラにより撮像されたから歩行者の画像部分と他車両の画像部分とを識別して抽出するために、自車両からの距離が同一であって赤外線量が規定値以下であり、対称の位置に存在する一対の画像部分を含む画像領域を、他車両の画像領域であると認識している。
特許第3839329号公報
上記特許文献1に記載された車両周辺監視装置による場合には、自車両と監視対象物との距離を算出するために、ステレオカメラによる構成やレーダ等による測距装置を備える必要がある。また、自車両と監視対象物との距離の検出誤差が大きいと、他車両の認識精度が低くなるという不都合がある。
そこで、本発明は、自車両と監視対象物との距離情報を用いずに、他車両の画像を精度良く認識することができる車両周辺監視装置を提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、車載カメラによる撮像画像に基づいて、自車両周辺の監視対象物を認識する車両周辺監視装置に関する。
そして、本発明の車両周辺監視装置の第1の態様は、前記撮像画像から、水平方向で線対称となる位置に存在する第1画像部分及び第2画像部分を抽出する対称画像部分抽出部と、前記第1画像部分を含む所定サイズの領域を、第1拡張領域として設定する拡張領域設定部と、前記第2画像部分を含む前記第1拡張領域のサイズよりも広い範囲を、拡張探索範囲として設定する拡張探索範囲設定部と、前記拡張探索範囲内で前記第1拡張領域又は前記第1拡張領域のミラー反転画像との相関度が所定レベル以上である第2拡張領域を探索し、該第2拡張領域が探知されたときに、前記第1画像部分及び前記第2画像部分を含む画像を車両と認識する対象物種別認識部とを備え、前記拡張領域設定部は、対応する実空間上の位置の路面からの高さが所定高さ以上であることを条件として、前記第1拡張領域を設定することを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記対象物種別認識部により、前記第1拡張領域又は前記第1拡張領域のミラー反転画像との相関度が所定レベル以上である前記第2拡張領域が、前記拡張探索範囲内に存在するか否かにより、前記第1画像部分及び前記第2画像部分を含む画像が他車両であるか否かが認識される。そして、この場合は、前記第1画像部分と前記第2画像部分の対称性に加えて、前記第1画像部分及び前記第2画像部分の周囲の画像の形態(形状、大きさ、明度等)の相関度が判断され、前記第1画像部分及び前記第2画像部分が同一の車両の画像部分であれば、この相関度が高くなる。そのため、自車両と監視対象物との距離の情報を用いることなく、監視対象物が他車両であるか否かを精度良く認識することができる。
さらに本発明によれば、他車両の下部に備えられた単一の部品(マフラー等)の画像が、前記第1周囲領域と前記第2周囲領域のいずれか一方にのみ含まれることを防止して、前記相関度が低くなることを抑制することができる。
次に、本発明の車両周辺監視装置の第2の態様は、単一の車載カメラによる撮像画像に基づいて、前記撮像画像から、水平方向で線対称となる位置に存在する第1画像部分及び第2画像部分を抽出する対称画像部分抽出部と、前記第1画像部分を含む所定サイズの領域を、第1拡張領域として設定する拡張領域設定部と、前記第2画像部分を含む前記第1拡張領域のサイズよりも広い範囲を、拡張探索範囲として設定する拡張探索範囲設定部と、前記拡張探索範囲内で前記第1拡張領域又は前記第1拡張領域のミラー反転画像との相関度が所定レベル以上である第2拡張領域を探索し、該第2拡張領域が探知されたときに、前記第1画像部分及び前記第2画像部分を含む画像を車両と認識する対象物種別認識部と、自車両から監視対象物までの距離を、前記カメラの撮像画像における前記第1画像部分と前記第2画像部分との水平方向の間隔に基づいて算出する距離算出部とを備え、前記距離算出部は、自車両から監視対象物までの距離を、異なる時刻での前記カメラの撮像画像間における該監視対象物の画像の大きさの変化率に基づいて算出し、前記対象物種別認識部は、同一の監視対象物について前記距離算出部により算出された、前記第1画像部分と前記第2画像部分との水平方向の間隔に基づく距離と該監視対象物の画像の大きさの変化率に基く距離との差が所定値以上であるときに、該監視対象物が移動体であると認識することを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記第1画像部分と前記第2画像部分との間隔(車両の左右のヘッドライト又はテールライトの間隔)は、車両の幅(概ね150cm〜200cm)に対応したものとなる。そして、自車両からの距離が長くなるに従って、前記第1画像部分と前記第2画像部分との間隔が短くなる。そこで、例えば、車両の幅が170cmであると仮定したときの、撮像画像上での車両の画像の水平方向の幅と実空間距離との対応関係のデータを予め用意することにより、前記第1画像部分と前記第2画像部分との間隔から、該車両までの距離を算出することができる。
さらに本発明において、前記監視対象物の画像の大きさの変化率に基く距離の算出は、監視対象物が静止していることを前提とするため、監視対象物が車両のような移動体であるときには距離の算出誤差が大きくなる。そこで、前記対象物種別認識部は、同一の監視対象物について前記距離算出部により算出された、前記第1画像部分と前記第2画像部分との間隔に基づく距離と該監視対象物の画像の大きさの変化率に基づく距離との差が所定値以上であるときに、該監視対象物が移動体であると認識することができる。
そして、このように、監視対象物が移動体であると認識されたときには、該監視対象物の画像の大きさの変化率に基く距離の算出を禁止することで、誤差の大きい距離が用いられることを回避することができる。また、監視対象物が移動体であるときには、静止物体とみなされる歩行者ではないことが確実であるため、例えば、歩行者用の接触判定の対象から除外することができる。
本発明の車両周辺監視装置の構成図。 図1に示した車両周辺監視装置の車両への取り付け態様の説明図。 図1に示した画像処理ユニットによる一連の処理のフローチャート。 対称画像部分抽出処理のフローチャート。 対称画像部分抽出処理の説明図。 対称信頼性判定処理のフローチャート。 対称信頼性判定処理のフローチャート。 形状信頼性判定処理の説明図。
本発明の実施形態について、図1〜図8を参照して説明する。図1を参照して、本発明の車両周辺監視装置は、遠赤外線を検出可能な1台の赤外線カメラ2と、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ3と、車両の走行速度を検出する車速センサ4と、運転者によるブレーキの操作量を検出するブレーキセンサ5と、赤外線カメラ2により得られる画像から車両前方の監視対象物(歩行者等)を検出し、この監視対象物と車両が接触する可能性が高い場合に警報を出力する画像処理ユニット1と、音声により警報を出力するためのスピーカ6と、赤外線カメラ2により得られた画像を表示すると共に、接触の可能性が高い監視対象物を運転者い視認させる表示を行うためのヘッドアップディスプレイ7(以下、HUD7という)とを備えている。
図2を参照して、赤外線カメラ2は車両10の前部に配置され、撮像物の温度が高い程出力レベルが高くなる(輝度が大きくなる)特性を有している。また、HUD7は、車両10のフロントウィンドウの運転者側の前方位置に画面7aが表示されるように設けられている。
また、画像処理ユニット1は、赤外線カメラ2から出力されるアナログの映像信号をデジタルデータに変換して画像メモリ(図示しない)に取り込み、該画像メモリに取り込んだ車両前方の画像に対して各種演算処理を行う機能を有している。図1を参照して、画像処理ユニット1は、画像メモリに取り込んだ車両前方の画像から監視対象物の画像部分の候補を抽出する対象物抽出部20、画像候補に中から水平方向の対称性を有する第1及び第2画像部分を抽出する対称画像部分抽出部21、及び第1画像部分を含む第1拡張領域を設定する拡張領域設定部22を備えている。
さらに、画像処理ユニット1は、第2画像部分を含む拡張探索範囲を設定する拡張探索範囲設定部23、拡張探索範囲内で第1拡張領域のミラー反転画像と所定レベル以上の相関性を有する第2拡張領域を探索することで、対称信頼性の有無を判断し、対称信頼性のある画像を、他車両の画像と認識する対象物種別認識部24、画像に対応する実空間上の位置を算出する実空間位置算出部25、及び監視対象物と車両10(自車両)との接触可能性を判定する接触判定部26を備えている。
また、画像処理ユニット1は、図示しないCPUやメモリ等により構成された電子ユニットであり、該CPUに車両周辺監視用のプログラムを実行させることによって、画像処理ユニット1は、対象物抽出部20、対称画像部分抽出部21、拡張領域設定部22、拡張探索範囲設定部23、対象物種別認識部24、実空間位置算出部25、及び接触判定部26として機能する。
次に図3に示したフローチャートに従って、画像処理ユニット1により実行される監視対象物が他車両であることの認識処理について説明する。画像処理ユニット1は、「前処理」(STEP100〜)→「対称画像部分抽出」(STEP200〜)→「対称信頼性判定」→「形状信頼性判定」、という工程を実行して他車両を認識する。
「前処理」は対象物抽出部20により実行される。対象物抽出部20は、赤外線カメラ2からの赤外線映像信号(アナログ信号)を入力して、デジタルの諧調(輝度)データに変換したグレースケール画像を画像メモリに取り込む。そして、画像処理ユニット1は、グレースケール画像の各画素について、輝度が所定の閾値以上である画素を「1」(白)とし、輝度が該閾値よりも小さい画素を「0」(黒)とする2値化処理を行って2値画像を取得する。
次に、画像処理ユニット1は、2値画像から監視対象物の特定の部位(例えば、歩行者の頭部)の画像部分の候補を抽出する。具体的には、2値画像中の白の各領域のランレングスデータを算出し、水平方向に重なる部分がある領域をまとめてラベルを付するラベリング処理を行い、ラベルが付された領域うち、予め設定された特徴量(円形状等)を有する領域を監視対象物の特定の部位の画像部分の候補として抽出する。
ここで、図5(a)は、他車両の画像30を含む2値画像Imを示しており、監視対象物の画像部分の候補として、他車両のヘッドライト部の画像部分31,32が抽出された状態を示している。以下では、図5(a)の画像Imに含まれる他車両を認識する場合を例にして説明する。
「対称画像部分抽出」は、図4に示したフローチャートに従って、対称画像部分抽出部21により実行される。対称画像部分抽出部21は、図4のSTEP101で、図5(b)に示したように、監視対象物の画像部分の候補31を含む水平方向dxP及び垂直方向dyPの幅の第1画像部分A1を設定する。
続くSTEP102で、対称画像部分抽出部21は、第1画像部分A1のミラー反転画像(第1画像部分A1の中心を通る垂直線に対して、第1画像部分A1の左右を反転させた画像)A1mを生成する。次のSTEP103で、対称画像部分抽出部21は、第1画像部分A1の右側に水平方向の幅がdxAで垂直方向の幅がdyAである右探索範囲ERを設定すると共に、第1画像部分A1の左側に水平方向の幅がdxAで垂直方向の幅がdyAである左探索範囲ELを設定する。
そして、続くSTEP104で、対称画像部分抽出部21は、右探索範囲ER及び左探索範囲EL内で、ミラー反転画像A1mとの相関度が所定レベル以上である(A1mとの相関度が高い)第2画像部分A2を探索する。図5(a)の例では、他車両の左ヘッドライトの画像部分32を含む第2画像部分A2が探知される。
このように、第2画像部分A2が探知されたときは、次のSTEP105からSTEP106に進み、対称画像部分抽出部21は、対称画像部分(第1画像部分A1及び第2画像部分A2)があると判断してSTEP107に進む。この場合は、図3の「対称信頼性判定」の処理に進む。
一方、第2画像部分A2が探知されなかったときには、STEP105からSTEP110に分岐し、対称画像部分抽出部21は、対称画像部分がないと判断してSTEP107に進む。この場合には、図3の「対称信頼性判定」以降の処理は実行されない。なお、STEP100で他の監視対象物の画像部分の候補が抽出されていれば、この候補について、STEP200以降の処理が再度実行される。
「対称信頼性判定」は、図6に示したフローチャートに従って、拡張領域設定部22、拡張探索範囲設定部23、及び対象物種別認識部24により実行される。
図6のSTEP301〜STEP304は、拡張領域設定部22による処理である。拡張領域設定部22は、STEP301で、図5(a)に示した他車両の画像30の幅car_w(第1画像部部分A1と第2画像部分A2間の距離から推定)と、中心car_c(第1画像部分A1と第2画像部分A2の中間点)を算出する。
続くSTEP302で、拡張領域設定部22は、画像30の幅car_wと第1画像部分A1の水平方向の幅dxPとの差又は比が、一般的な車両における車幅とヘッドライトの幅との差又は比を想定して設定された規定範囲内であるか否かを判断する。そして、car_wとdxPとの差又は比が、規定範囲外であるときはSTEP320に分岐する。
STEP320は対象物種別認識部24による処理であり、対象物種別認識部24は、第1画像部分A1と第2画像部分A2との対称信頼性がなく、画像30は他車両の画像ではないと判断する。この場合には、図3のSTEP400の「形状信頼性判定」以降の処理は実行されない。なお、STEP100の「前処理」で他の監視対象物の画像部分の候補が抽出されていれば、この候補についてSTEP200以降の処理が再度実行される。
一方、STEP302で、画像30の幅car_wと第1画像部分A1の水平方向の幅dxPとの差又は比が規定範囲内であったときには、STEP303に進む。STEP303〜STEP304は、拡張領域設定部22による処理である。
STEP303で、拡張領域設定部22は、図7(a)に示したように、第1画像部分A1を含む第1拡張領域B1を設定する。例えば、拡張領域設定部22は、第1拡張領域B1を、第1画像部分A1の中心位置(xs,ys)から、所定マージン(xmg,ymg)分オフセットさせた点(xp,yp)(=(xs−xmg,ys−ymg))を基準とて、水平方向の幅dxQをcar_wの1/2程度、垂直方向の幅dyQを第1画像部分A1の高さdyP+2×ymg程度のサイズに設定する。また、STEP304で、拡張領域設定部22は、第1拡張領域B1のミラー反転画像B1mを生成する。
この場合、図7(b)に示したように、第1拡張領域B1は、第1画像部分A1と第2画像部分A2を結ぶ線分50と、この線分の中点Pcで直交する直線51を境界とした、第1画像部分A1側に設定されている。
続くSTEP305は、拡張探索範囲設定部23による処理である。拡張探索範囲設定部23は、図7(b)に示したように、水平方向については、第1画像部分A1と第2画像部分A2を結ぶ線分50の中点Pc(car_cx,car_cy)から、所定マージン(car_w/4)だけオフセットさせ、垂直方向についてはP1(xp,yp)から所定マージン(mgp)だけオフセットさせた基準点P2(xq,yq)(=(car_cx−car_w/4,yp−mgp))を設定する。
そして、拡張探索範囲設定部23は、拡張探索範囲Cを、基準点P2から、水平方向の幅dxBをcar_w程度、垂直方向の幅dyBをdyP+2×mgp程度のサイズに設定する。この場合、拡張探索範囲Cの水平方向の範囲は、中点Pcから第2画像部分A2までの範囲を含むようにして設定されている。
次のSTEP306〜STEP308は、対象物種別認識部24による処理である。対象物種別認識部24は、STEP306で、拡張探索範囲C内で、第1拡張領域B1のミラー反転画像B1mとの相関度が所定レベル以上である第2拡張領域を探索する。そして、図7(b)に示したように、ミラー反転画像B1mとの相関度が所定レベル以上である第2拡張領域B2を探知したときは、次のSTEP307からSTEP308に進む。
この場合は、直線51の左右で、広範囲の対称性を有する第1拡張領域B1及び第2拡張領域B2が存在することが確認されため、対象物種別認識部24は、画像30の対称信頼性があると判断してSTEP309に進み、「対象信頼性判定」の処理を終了する。そして、図3のSTEP400の「形状信頼性判定」の処理に進む。
一方、拡張探索範囲C内で、第1拡張領域B1のミラー反転画像B1mが探知されなかったときには、STEP307からSTEP320に分岐し、対象物種別認識部24は、画像30の対称信頼性がなく、画像30は他車両の画像ではないと判断する。この場合には、図3の「形状信頼性判定」の処理は実行されない。なお、STEP100で他の監視対象物の画像部分の候補が抽出されていれば、この候補について、STEP200以降の処理が再度実行される。
図3のSTEP400の「形状信頼性判定」は、対象物種別認識部24による処理である。対象物種別認識部24は、図8に示したように、対称性が認識された部分(左右のヘッドライトの画像部分31,32間の範囲)の上部又は下部に、車両特有の特徴を有する部分があるか否かを判断する。
ここで、車両特有の特徴として、例えば、ピラーの斜めエッジ(図中F1)、ルーフの水平エッジ(図中F2)、排気管の横長形状(図中F3)、タイヤの同じ大きさの2つの形状(図中F4,F5)の有無が判断される。そして、対象物種別認識部24は、車両特有の特徴を有する部分があったときに、画像30が他車両の画像であると認識する。
このようにして、画像30が他車両の画像であると認識されたときには、接触判定部26は、自車両との接触可能性の判断を行わない。
なお、本実施の形態では、図3に示したように、監視対象物の画像について、STEP200,300で左右(水平方向)の対称性を判断すると共に、STEP400で「形状信頼性判定」を行うことにより他車両認識の信頼性を向上させたが、「形状信頼性判定」を行わない場合であっても、本発明の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、単一のカメラ6による撮像画像から自車両と監視対象物との距離を算出する距離算出部25を示したが、2台のカメラ(ステレオカメラ)を備えて、この2台のカメラの視差から自車両と監視対象物との距離を算出してもよく、レーダ等の測距センサにより自車両と監視対象物との距離を検知するようにしてもよい。
また、本実施の形態では赤外線カメラ2を用いた例を示したが、可視カメラを用いた場合であっても本発明の適用が可能である。
また、本実施の形態では、第1拡張領域B1のミラー反転画像B1mとの相関度が所定レベル以上である第2拡張領域B2を探索したが、他車両の形状及び第1拡張領域B1の設定態様によっては、ミラー反転画像B1mではなく第1拡張領域B1との相関度が所定レベル以上である第2拡張領域B2を探索してもよい。
また、本実施の形態では、対称画像部分抽出部21により対称画像部分(第1画像部分A1及び第2画像部分A2)を抽出したが、本発明に関連する構成として、灯体の特徴(円形状等)を有する第1画像部分A1を抽出する灯体画像部分抽出部を備えて、拡張領域設定部22により第1画像部分A1を含む第1拡張領域を設定し、対象物種別認識部24により、該第1拡張領域が第1画像部分A1を中点とする水平方向の左右対称性を有するか否かを判定するようにしてもよい。
この場合、第1画像部分として抽出される車両のヘッドライトやテールライトの左右の近傍箇所は、対称性をもってデザインされるのが一般的であるため、第1拡張領域が第1画像部分を中点とする水平方向の左右対称性車両を有しているときには、第1画像部分を含む画像が車両の画像であると精度良く認識することができる。
さらに、実空間距離算出部25により、自車両から監視対象物までの距離を、赤外線カメラ2の撮像画像における第1画像部分A1と第2画像部分A2との水平方向の間隔に基づいて算出してもよい。この場合には、例えば、車両の幅を170cmであると仮定して設定した、撮像画像における車両の画像の幅(画素数)と自車両10から該車両までの距離との対応マップのデータを予めメモリに保持し、この対応マップに第1画像部分と第2画像部分との間隔(画素数)を適用して、自車両10から他車両までの距離を求めることができる。
また、対象物種別認識部24により、このように、第1画像部分と第2画像部分との間隔に基づいて算出した自車両10と他車両との距離と、上述した画像の大きさの変化率に基いて算出した自車両10と他車両との距離との差が、所定値以上であるか否かを判断し、所定値以上であったときには他車両が移動体であると認識するようにしてもよい。
以上のように、本発明の車両周辺監視装置によれば、自車両と監視対象物との距離情報を用いずに、他車両の画像を精度良く認識することができるため、自車両の周辺を監視するために有用である。
1…画像処理ユニット、20…対象物抽出部、21…対称画像部分抽出部、22…拡張領域設定部、23…拡張探索範囲設定部、24…対象物種別認識部、A1…第1画像部分、A1m…第1画像部分のミラー反転画像、A2…第2画像部分、B1…第1拡張領域、B2…第2拡張領域、C…拡張探索範囲。

Claims (2)

  1. 車載カメラによる撮像画像に基づいて、自車両周辺の監視対象物を認識する車両周辺監視装置において、
    前記撮像画像から、水平方向で線対称となる位置に存在する第1画像部分及び第2画像部分を抽出する対称画像部分抽出部と、
    前記第1画像部分を含む所定サイズの領域を、第1拡張領域として設定する拡張領域設定部と、
    前記第2画像部分を含む前記第1拡張領域のサイズよりも広い範囲を、拡張探索範囲として設定する拡張探索範囲設定部と、
    前記拡張探索範囲内で前記第1拡張領域又は前記第1拡張領域のミラー反転画像との相関度が所定レベル以上である第2拡張領域を探索し、該第2拡張領域が探知されたときに、前記第1画像部分及び前記第2画像部分を含む画像を車両と認識する対象物種別認識部とを備え
    前記拡張領域設定部は、対応する実空間上の位置の路面からの高さが所定高さ以上であることを条件として、前記第1拡張領域を設定することを特徴とする車両周辺監視装置。
  2. 単一の車載カメラによる撮像画像に基づいて、自車両周辺の監視対象物を認識する車両周辺監視装置において、
    前記撮像画像から、水平方向で線対称となる位置に存在する第1画像部分及び第2画像部分を抽出する対称画像部分抽出部と、
    前記第1画像部分を含む所定サイズの領域を、第1拡張領域として設定する拡張領域設定部と、
    前記第2画像部分を含む前記第1拡張領域のサイズよりも広い範囲を、拡張探索範囲として設定する拡張探索範囲設定部と、
    前記拡張探索範囲内で前記第1拡張領域又は前記第1拡張領域のミラー反転画像との相関度が所定レベル以上である第2拡張領域を探索し、該第2拡張領域が探知されたときに、前記第1画像部分及び前記第2画像部分を含む画像を車両と認識する対象物種別認識部と
    自車両から監視対象物までの距離を、前記カメラの撮像画像における前記第1画像部分と前記第2画像部分との水平方向の間隔に基づいて算出する距離算出部とを備え、
    前記距離算出部は、自車両から監視対象物までの距離を、異なる時刻での前記カメラの撮像画像間における該監視対象物の画像の大きさの変化率に基づいて算出し、
    前記対象物種別認識部は、同一の監視対象物について前記距離算出部により算出された、前記第1画像部分と前記第2画像部分との水平方向の間隔に基づく距離と該監視対象物の画像の大きさの変化率に基く距離との差が所定値以上であるときに、該監視対象物が移動体であると認識することを特徴とする車両周辺監視装置。
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