JP5962331B2 - 速度推定装置及び速度推定方法 - Google Patents
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Description
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を制限するものではないことを理解されたい。
車両が互いに異なる位置にある時に撮影された複数の画像を用いてその車両の運動を推定するためには、物体上の同一の点に対応する各画像上の特徴点の組が複数抽出される。そして、その特徴点の組ごとに、エピポーラ線が求められる。エピポーラ線は、ある物体上の一点を互いに異なる2地点に位置するカメラによって撮影した場合に、その2地点のうちの一方に位置するカメラにより撮影された画像上に投影された、その物体上の点と他方の地点とを結ぶ線である。そして特徴点の組ごとのエピポーラ線の交点(エピポーラと呼ばれる)が求められる。画像上のエピポーラの位置は車両の進行方向に対応する。
エピポーラ線の特性上、各特徴点の位置が離れていれば、特徴点ごとのエピポーラ線の傾きの差は大きくなる。そのため、図1(a)に示されるように、各特徴点101〜105について算出されたエピポーラ線111〜115同士がなす角も比較的大きくなる。一方、各特徴点が近ければ、特徴点ごとのエピポーラ線の傾きの差は小さい。したがって、画像上で特徴点が偏在していると、図1(b)に示されるように、各特徴点151〜153について算出されたエピポーラ線161〜163同士がなす角も比較的小さくなる。
また制御部7は、車両10が他の物体と衝突するといった事故が発生した時、あるいは、車両10が事故に巻き込まれる可能性がある危険挙動を行った時を検知して、その検知した時の前後の所定期間の画像を一時記憶部5から読み出して、記憶部6に保存させる。さらに制御部7は、撮像部2から得られた画像及び加速度検出部3から得られた車両10の横加速度に基づいて、車両10の速度を推定する。
あるいは、追跡部21は、特徴点として、その他の特徴的な点、例えば、周囲の画素の値よりも高いまたは低い画素値を持つ画素を、そのような特徴点に相当するテンプレートと画像との間でテンプレートマッチングを行うことによって抽出してもよい。
なお、追跡部21は、過去画像に対してHarrisオペレータなどを適用して特徴点を抽出し、KLT法に従って過去画像上の特徴点に対応する現画像上の特徴点を抽出してもよい。
追跡部21は、特徴点の組ごとに、その特徴点の組に含まれる二つの特徴点の位置などの情報を含む特徴点情報を生成する。そして追跡部21は、特徴点情報を速度推定部23へ渡す。
車両10の並進方位角γは、次式で表される。
そこで進行方向範囲算出部22は、(1)式に従って、車両10の最高速度vmaxに対応する並進方位角を、並進方位角が取り得る値の最小値γminとして、次式のように設定する。
なお、変形例によれば、車両10の最高速度vmaxは、例えば、一般的に認められている車道の最高速度(例えば、100km/hあるいは60km/h)に設定されてもよい。この場合には、位置検出部4は省略されてもよい。
ここで、横加速度Gと回転半径Lとの関係は、次式で表される。
なお、進行方向範囲算出部22は、(2)式及び(7)式において、横加速度Gを、過去画像の取得時から現画像の取得時までの間に計測された横加速度の平均値としてもよい。あるいは、進行方向範囲算出部22は、(2)式及び(7)式において、横加速度Gを、現画像の取得時の横加速度としてもよい。
まず、並進方位角の推定について説明する。本実施形態では、速度推定部23は、推定した車両10の進行方向に応じて現画像について抽出された複数の特徴点のそれぞれを過去画像へ投影する。そして速度推定部23は、投影された複数の特徴点のそれぞれと過去画像上の対応する特徴点間の位置の誤差を表す評価値が最小となるように車両の進行方向を推定する。
被写体上の点600は、実空間座標系(x,y,z)において、座標(x0,y0,z0)の位置にあるとする。ただし、路面鉛直方向がy軸であり、撮像部2の光軸に平行な方向がz軸であるとする。この場合において、その点600に対応する現画像610上の特徴点pは、その画像610の水平方向をu軸、垂直方向をv軸として座標(u1,v1)に位置するとする。一方、その点600に対応する過去画像620上の特徴点p'は、その画像620の水平方向をu'軸、垂直方向をv'軸として座標(u'2,v'2)に位置するとする。ここで、現画像610上の特徴点pに対応する、過去画像620上のエピポーラ線l(p){au'+bv'+c=0}は、基礎行列Eを用いて次式で表される。
一方、基礎行列Eが誤差を含んでいれば、その誤差に相当する距離だけ、特徴点p'はエピポーラ線l(p)から離れる。したがって、p'tEpの絶対値は、基礎行列Eの誤差に応じて大きくなる。
グラフ700に示されるように、評価値S(γ)は、並進方位角が取り得る値の範囲γmin〜γmaxから外れた値γ0にて最小値となる。そのため、並進方位角が取り得る値の範囲が定められていなければ、並進方位角の推定値はγ0となり、そのγ0に応じて誤った車速が推定される。
しかし本実施形態では、速度推定部23は、並進方位角γが取り得る値の範囲内で、評価値S(γ)が最小値となる並進方位角を、車両10の並進方位角の推定値として求める。そのため、図7の例では、並進方位角が取り得る値の範囲γmin〜γmax内で評価値S(γ)が最小となる、並進方位角γ1が車両10の並進方位角として推定される。その結果として、速度推定部23は、車両10の速度を正確に推定できる。
そのために、記録判定部24は、例えば、メモリを参照して、現画像の取得時における車速の推定値v*tと、所定フレーム数(例えば、3〜5フレーム)前の過去の画像の取得時における車速の推定値v*t-mとを比較する。そして記録判定部24は、過去の画像の取得時における車速の推定値v*t-mから現画像の取得時における車速の推定値v*tの差(v*t-m-v*t)が所定の閾値よりも大きい場合、現画像の取得時を録画時刻として決定する。なお、記録判定部24は、例えば、録画時刻の10秒前から、録画時刻の5秒後までの期間を、記憶部6に画像を保存する期間とする。また、所定の閾値は、例えば、ドライバが急ブレーキを掛けた場合の、上記のフレーム数に相当する時間の間の減速量に設定される。
なお、制御部7は、ステップS102及びS103の処理とステップS104の処理の順序を入れ換えてもよく、あるいは、ステップS102及びS103の処理とステップS104の処理を並列に実行してもよい。
(付記1)
車両の進行方向に対して垂直かつ路面に平行な方向の加速度を検出する加速度検出部と、
前記車両の周囲の少なくとも一部が写った画像を順次生成する撮像部と、
前記撮像部により生成された画像を一定期間の間記憶する一時記憶部と、
前記一時記憶部の記憶容量以上の記憶容量を持つ記憶部と、
前記車両が第1の地点から第2の地点へ移動したときに、前記車両の周囲にある複数の点のそれぞれについて、前記第1の地点で前記撮像部により生成された第1の画像上の対応する特徴点を抽出し、かつ、前記第2の地点で前記撮像部により生成された第2の画像上の対応する特徴点を抽出し、
前記加速度に基づいて、前記第1の地点から前記第2の地点へ向かう前記車両の進行方向が取り得る範囲を特定し、
前記範囲内で推定した前記車両の進行方向に応じて前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの一方の画像について抽出された複数の前記特徴点のそれぞれを前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの他方の画像へ投影し、該投影された複数の前記特徴点のそれぞれと前記他方の画像上の対応する前記特徴点間の位置の誤差を表す評価値が最小となるように前記車両の進行方向を推定し、該推定された進行方向に基づいて前記車両の速度を推定し、
前記車両の速度の変化が所定の条件を満たした時点で、当該時点の前後の前記一定期間に含まれる画像を前記一時記憶部から読み出し、該一定期間に含まれる画像を前記記憶部に保存させる制御部と、
を有するドライブレコーダ。
2 撮像部
3 加速度検出部
4 位置検出部
5 一時記憶部
6 記憶部
7 制御部
10 車両
21 追跡部
22 進行方向範囲算出部
23 速度推定部
24 記録判定部
Claims (5)
- 車両の進行方向に対して垂直かつ路面に平行な方向の加速度を検出する加速度検出部と、
前記車両が第1の地点から第2の地点へ移動したときに、前記第1の地点において前記車両の周囲の少なくとも一部が写った第1の画像を生成し、前記第2の地点において前記車両の周囲の少なくとも一部が写った第2の画像を生成する撮像部と、
前記車両の周囲にある複数の点のそれぞれについて、前記第1の画像上の対応する特徴点を抽出し、かつ、前記第2の画像上の対応する特徴点を抽出する追跡部と、
前記加速度に基づいて、前記第1の地点から前記第2の地点へ向かう前記車両の進行方向が取り得る範囲を特定する進行方向範囲算出部と、
前記範囲内で推定した前記車両の進行方向に応じて前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの一方の画像について抽出された複数の前記特徴点のそれぞれを前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの他方の画像へ投影し、該投影された複数の前記特徴点のそれぞれと前記他方の画像上の対応する前記特徴点間の位置の誤差を表す評価値が最小となるように前記車両の進行方向を推定し、該推定された進行方向に基づいて前記車両の速度を推定する速度推定部と、
を有する速度推定装置。 - 前記速度推定部は、前記一方の画像上の複数の前記特徴点のそれぞれに対応する前記他方の画像上のエピポーラ線と当該一方の画像上の特徴点に対応する前記他方の画像上の前記特徴点との間の距離の総和を前記評価値として算出する、請求項1に記載の速度推定装置。
- 前記進行方向範囲算出部は、前記車両の最小回転半径が小さくなるほど前記第1の地点において前記車両が直進する方向と前記進行方向のなす角の最大値が大きくなるように、当該最大値を算出する、請求項1または2に記載の速度推定装置。
- 前記車両の位置を検出する位置検出部と、
地図情報を記憶する記憶部とをさらに有し、
前記進行方向範囲算出部は、前記第1の地点における前記車両の位置及び前記地図情報を参照することにより、前記第1の地点が属する道路について規定された最高速度を求めて、該最高速度が速くなるほど前記第1の地点において前記車両が直進する方向と前記進行方向のなす角の最小値が小さくなるように、当該最小値を算出する、請求項1〜3の何れか一項に記載の速度推定装置。 - 車両の進行方向に対して垂直かつ路面に平行な方向の加速度を検出し、
前記車両が第1の地点から第2の地点へ移動したときに、前記第1の地点において前記車両の周囲の少なくとも一部が写った第1の画像を生成し、前記第2の地点において前記車両の周囲の少なくとも一部が写った第2の画像を生成し、
前記車両の周囲にある複数の点のそれぞれについて、前記第1の画像上の対応する特徴点を抽出し、かつ、前記第2の画像上の対応する特徴点を抽出し、
前記加速度に基づいて、前記第1の地点から前記第2の地点へ向かう前記車両の進行方向が取り得る範囲を特定し、
前記範囲内で推定した前記車両の進行方向に応じて前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの一方の画像について抽出された複数の前記特徴点のそれぞれを前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの他方の画像へ投影し、該投影された複数の前記特徴点のそれぞれと前記他方の画像上の対応する前記特徴点間の位置の誤差を表す評価値が最小となるように前記車両の進行方向を推定し、
前記推定された進行方向に基づいて前記車両の速度を推定する、
ことを含む速度推定方法。
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