JP6838285B2 - レーンマーカ認識装置、自車両位置推定装置 - Google Patents

Description

本発明はセンサを用いたレーンマーカ認識装置、およびそれを利用した自車両位置の推定装置に関する。

自動運転システムでは自車両の正確な位置を推定する必要がある。特許文献１では、車両前方の撮像画像から道路特性や周辺特徴を判断し、道路特性や周辺特徴を予め対応づけた道路特性データを参照して、相関の高い地点を含む道路を自車両が走行する道路であると特定し、特定された道路を含む地図情報と検出された現在位置とに基づいて、地図情報上における自車両の位置を算出する方法が開示されている。

特開２０１５−６８６６５号公報

特許文献１では、道路特性や周辺特徴を基準に自車両位置を推定している。しかし、自動運転システムにおいては車線と自車両位置の関係が重要になるため、車線あるいは車線と車線の間の境界線を示すレーンマーカを基準とした自車両位置の推定手段が必要となる。そこで、本発明ではセンサを用いたレーンマーカ認識手段、およびそれを利用した自車両位置の推定手段を提供する。

上記課題を解決するため、代表的な本発明の実施の形態の１つは、自車情報センサの出力による自車軌跡の生成と、センサによって認識されたレーンマーカの情報により、自車両周辺のレーンマーカ地図を広範囲に生成するものである。

本発明によれば車線に対する自車両位置の推定精度を向上させることができる。上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係るレーンマーカ認識装置と、そのレーンマーカ認識装置を利用した自車両位置推定装置の実施の形態を示す図 マーカ位置算出部の動作を説明する図 間引き処理部の実施の形態を示す図 マーカ位置算出部の動作を説明する図

以下、図面を用いて実施例を説明する。

図１は、本実施形態に係るレーンマーカ認識装置と、そのレーンマーカ認識装置を利用した自車両位置推定装置の実施の形態を示す図である。

レーンマーカ認識装置１００は、信頼度生成部１０２、自車軌跡生成部１０４、マーカ位置算出部１０５、マーカ認識データ１０６、マネージャ１０７、間引き処理部１０８から構成される。レーンマーカ認識装置１００は１つ以上のｍ個の周辺認識センサ１０１、１つ以上のｎ個の自車情報センサ１０３からデータを入力される。レーンマーカ認識装置１００は形状マッチ処理部１１３に対してレーンマーカ認識結果を出力する。

周辺認識センサ１０１は、例えばカメラやレーダ、レーザレーダのような、自車両の周辺を認識するセンサであり、レーンマーカを認識して、その位置データをレーンマーカ認識装置１００に向けて出力する。また、周辺認識センサ１０１は、レーンマーカ認識の信頼度に関わるデータをレーンマーカ認識装置１００に向けて出力しても良い。例えば周辺認識センサ１０１がカメラで合った場合、撮像された画像の明るさや、認識されたレーンマーカのかすれ具合、車線の曲率半径をレーンマーカ認識の信頼度に関わるデータとすることができる。レーンマーカ認識装置１００では、その構成要素である信頼度生成部１０２が周辺認識センサ１０１の個数ｍと同じ個数だけ準備され、周辺認識センサ１０１からの入力を受け取る。

自車情報センサ１０３は、例えばヨーレートセンサ、車速センサのような、自車両の走行状態を認識するセンサであり、データをレーンマーカ認識装置１００に向けて出力する。レーンマーカ認識装置１００では、その構成要素である自車軌跡生成部１０４が自車情報センサ１０３の個数ｎと同じ個数だけ準備され、自車情報センサ１０３からの入力を受け取る。

信頼度生成部１０２は、周辺認識センサ１０１から受け取ったレーンマーカの位置データに対して信頼度を生成し、レーンマーカ位置とその信頼度をマーカ位置算出部１０５に向けて出力する。信頼度の生成には、周辺認識センサ１０１から入力されたレーンマーカ認識の信頼度に関わるデータを用いることができる。例えば、撮像された画像が明るいほうが正しい認識が可能だと判断し、撮像された画像の明るさが明るくなるに応じて高い信頼度を設定することができる。レーンマーカがかすれている場合には認識が困難となるため、認識されたレーンマーカがかすれるに応じて低い信頼度を設定することができる。車線の曲率半径小さく、急なカーブの場合にはレーンマーカの認識が困難になるため、車線の曲率半径が小さくなるに応じて低い信頼度を設定することができる。また、位置が遠くなるほどレーンマーカの認識は困難となるため、レーンマーカ位置の遠さに応じて低い信頼度を設定することができる。

自車軌跡生成部１０４は、自車情報センサ１０３から受け取った自車両の走行状態のデータから、自車の走行軌跡を生成し、その結果をマーカ位置算出部１０５に向けて出力する。

マーカ位置算出部１０５は、信頼度生成部１０２からレーンマーカ位置データとその信頼度を受け取り、自車軌跡生成部１０４から自車の走行軌跡を受け取る。マーカ位置算出部１０５は、レーンマーカ位置データとその信頼度、自車の走行軌跡から、過去に取得したレーンマーカ位置データと現在のレーンマーカ位置データの位置関係を算出し、その結果に応じてマーカ認識データ１０６に格納されているデータを更新する。その動作内容を図２で説明する。レーンマーカ位置データ２０１が周辺認識センサ１０１から受け取ったレーンマーカの位置データ、走行軌跡２０２が自車軌跡生成部１０４から受け取った自車軌跡を示す。ここでは、周辺認識センサ１０１が自車の前方のレーンマーカをある程度の距離にわたって認識できることを想定している。走行軌跡２０２内で、２１１が２回前に測定された自車位置、２１２が１回前に測定された自車位置、２１３が現在の自車位置を示している。レーンマーカ位置算出結果２０３は、過去に取得したレーンマーカ位置データと現在のレーンマーカ位置データの位置関係の算出結果を示している。２２１が２回前に測定されたレーンマーカ位置データ、２２２が１回前に測定されたレーンマーカ位置データ、２１３が現在のレーンマーカ位置データを示している。マーカ位置算出部１０５は、マーカ認識データ１０６に格納されている過去に測定されたレーンマーカ位置データを読み出し、走行軌跡２０２で得られる過去に測定された自車位置と現在の自車位置の位置・方向の関係に基づいてレーンマーカ位置データの位置を修正して、レーンマーカ位置データ２２１、２２２とし、さらに現在のレーンマーカ位置データ２２３を付け加えて、マーカ認識データ１０６を更新する。マーカ認識データ１０６を更新する際には、レーンマーカ位置データに対応する信頼度データをペアにして更新する。マーカ位置算出部１０５は自車位置の情報をマネージャ１０７に向けて出力する。

マーカ認識データ１０６は、レーンマーカ位置データと信頼度のペアを格納する。データはマーカ位置算出部１０５とマネージャ１０７によって更新される。また、マーカ認識データ１０６に格納されたデータは間引き処理部１０８の処理で使用される。

マネージャ１０７は、マーカ位置算出部１０５から自車位置の情報を受け取り、マーカ認識データ１０６を更新する。マーカ認識データ１０６に格納されているデータのうち、自車位置から遠く離れた位置のデータは不要となるため、マーカ位置算出部１０５から受けとった自車位置情報を基準として、ある閾値を越えて遠く離れた位置のレーンマーカ位置データを削除する。また、過去のデータは現在のデータと比べて信頼度が低下するため、マーカ認識データ１０６に格納されたデータの信頼度を、時間の経過に応じて低下させる。以上の変更に従って、マネージャ１０７はマーカ認識データ１０６のデータを更新する。

間引き処理部１０８は、マーカ認識データ１０６に格納されているデータを読み出し、データの間引きを実施して、形状マッチ処理部１１３に向けて出力する。この出力は、レーンマーカ認識装置１００の出力となる。マーカ認識データ１０６に格納されるデータは、そのデータ量が大きくなる傾向にあり、そのままでは形状マッチ処理部１１３の処理量が増大するという問題がある。その問題に対応するため、間引き処理部１０８でデータの間引きを実施する。また、マーカ認識データ１０６に格納されるデータは、同一位置に対するレーンマーカ認識データを複数保持している可能性があるため、間引き処理部１０８では信頼度を用いて複数のレーンマーカ認識データを融合する。

実車位置センサ１０９は、例えばＧｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＰＳ）のような自車位置を測定するセンサであり、測定された自車位置を自車周辺地図取得部１１０に向けて出力する。

自車周辺地図取得部１１０は、実車位置センサ１０９から受け取った自車位置データに基づき、高精度地図１１１に格納されている高精度地図から、自車周辺の部分を選択して取り出す。高精度地図１１１が格納している地図は、位置精度の高い地図であり、車線あるいはレーンマーカの位置情報や車線幅の情報も地図として保持している。自車周辺地図取得部１１０は、取り出した自車周辺の高精度地図を車線−マーカ変換部１１２へ向けて出力する。

車線−マーカ変換部１１２は、自車周辺地図取得部１１０から受け取った高精度地図に保持されている車線位置情報と、車線幅情報から、レーンマーカを算出して、形状マッチ処理部１１３に向けて出力する。

形状マッチ処理部１１３は、レーンマーカ認識装置１００の構成要素である間引き処理部１０８からレーンマーカ認識データを受け取り、車線−マーカ変換部１１２からレーンマーカの高精度位置情報を受け取る。形状マッチ処理部１１３は受け取った２つのレーンマーカ位置情報に対してマッチング処理を実施する。マッチング処理方法にはＩｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ（ＩＣＰ）のような公知のアルゴリズムを活用することができる。これにより、レーンマーカ認識装置１００から入力されたレーンマーカが、車線−マーカ変換部１１２から入力されたレーンマーカの高精度位置情報の中で、どの位置に相当するかを算出することができる。この結果により、高精度地図１１１に格納されている地図の範囲内で、自車位置がどの場所に相当するかを算出することができる。形状マッチ処理部１１３は、ここで算出された高精度地図上の自車位置データを、フィルタ処理部１１４に向けて出力する。

フィルタ処理部１１４は、形状マッチ処理部１１３から受け取った高精度地図上の自車位置データにフィルタ処理を実施する。フィルタ処理とは、例えばカルマンフィルタ処理のことであり、自車位置の推定精度を向上させるために実施される。この結果で得られる自車位置推定値が自動運転等のアプリケーションで利用される。

レーンマーカ認識装置１００は、周辺認識センサと自車情報センサのデータの組み合わせにより、自車周辺の広い範囲のレーンマーカ認識データを構築して出力することが可能なレーンマーカ認識装置を実現することができる。このレーンマーカ認識装置１００用いて図１に示すような自車両位置推定装置を構成することで、広い範囲のレーンマーカ認識データを高精度地図とマッチングすることで、精度の高い自車位置推定値を得ることが可能となる。

図３は、図１に記載の間引き処理部１０８の実施の形態を示す図である。

レーンマーカ位置データ２２１、２２２、２２３は、それぞれ２回前、１回前、現在のレーンマーカ位置データである。ここでは２回前までを図示してあるが、処理負荷や使用メモリ量が許す限り多くのレーンマーカ位置データを使用しても良い。これらのレーンマーカ位置データからデータを間引くため、間引きレーンマーカ算出位置２１３−１、２１３−２、２１３−３、２１３−４、２１３−５、２１３−６を設定する。間引きレーンマーカ算出位置の設定に制限は無いが、例えば自車位置を基準として、道なりに等間隔に間引きレーンマーカ算出位置を定めることができる。ここで定めた間引きレーンマーカ算出位置におけるレーンマーカ位置を推定して間引き処理部１０８の出力とする。

間引きレーンマーカ算出位置２１３−５におけるレーンマーカ位置推定を例にして推定方法を説明する。間引きレーンマーカ算出位置２１３−５付近を拡大して図３右に示す。間引きレーンマーカ算出位置２１３−５付近には、レーンマーカ位置データ２２１と２２２のデータが存在する。レーンマーカ位置データ２２１の左側レーンマーカ位置データが３１１−Ｌ、３１２−Ｌ、右側レーンマーカ位置データが３１１−Ｒ、３１２−Ｒである。レーンマーカ位置データ２２２の左側レーンマーカ位置データが３２１−Ｌ、３２２−Ｌ、右側レーンマーカ位置データが３２１−Ｒ、３２２−Ｒである。ここでは、間引きレーンマーカ算出位置２１３−５における左側レーンマーカ位置３３１−Ｌの推定について説明するが、右側レーンマーカ位置３３１−Ｒの推定も同様に可能である。まず、間引きレーンマーカ算出位置２１３−５が、レーンマーカ位置データ２２１の左側レーンマーカ位置データ３１１−Ｌ、３１２−Ｌを結ぶ直線上のどの位置にあたるかを算出して、レーンマーカ位置データ３１３−Ｌとする。そして、左側レーンマーカ位置データ３１１−Ｌ、３１２−Ｌとレーンマーカ位置データ３１３−Ｌとの距離をそれぞれｘ３２１、ｘ３２２とする。以上のデータを用いてレーンマーカ位置データ３１３−Ｌの信頼度を算出する。例えば、左側レーンマーカ位置データ３１１−Ｌ、３１２−Ｌの信頼度と、距離ｘ３２１、ｘ３２２を用いて線形補完することでレーンマーカ位置データ３１３−Ｌの信頼度を算出することができる。同様に、間引きレーンマーカ算出位置２１３−５が、レーンマーカ位置データ２２２の左側レーンマーカ位置データ３２１−Ｌ、３２２−Ｌを結ぶ直線上のどの位置にあたるかを算出してレーンマーカ位置データ３２３−Ｌとし、その信頼度を算出する。さらに、レーンマーカ位置データ３１３−Ｌの信頼度と、レーンマーカ位置データ３２３−Ｌの信頼度から、間引きレーンマーカ算出位置２１３−５における左側レーンマーカ位置３３１−Ｌを推定する。例えば、レーンマーカ位置データ３１３−Ｌの座標と、レーンマーカ位置データ３２３−Ｌの座標に対して、それぞれの信頼度を重みとして、重み付き平均を計算することで左側レーンマーカ位置３３１−Ｌを推定することができる。

ここでは、自車走行車線のレーンマーカのみについて記載したが、隣接車線等、複数車線についてのレーンマーカが認識されていれば、それぞれについて同様の処理を実施することが可能である。また、ここでは、レーンマーカ位置データが２つ存在する場合を説明したが、３つ以上存在する場合にも同様に処理することが可能である。

以上の方法によって、間引き処理部１０８において、信頼度を用いた複数のレーンマーカ認識データの融合を実現することができる。

図３を用いて、図１に記載の間引き処理部１０８の実施の形態について、実施例２とは異なる形態を説明する。

レーンマーカ位置データ３１３−Ｌは左側レーンマーカ位置データ３１１−Ｌ、３１２−Ｌを結ぶ直線状の点である。レーンマーカ位置データ３１１−Ｌ、３１２−Ｌのうち、レーンマーカ位置データ３１３−Ｌに近い方を選択する。図３ではレーンマーカ位置データ３１１−Ｌが選択される。

レーンマーカ位置データ３２３−Ｌは左側レーンマーカ位置データ３２１−Ｌ、３２２−Ｌを結ぶ直線状の点である。レーンマーカ位置データ３２１−Ｌ、３２２−Ｌのうち、レーンマーカ位置データ３２３−Ｌに近い方を選択する。図３ではレーンマーカ位置データ３２２−Ｌが選択される。

以上で選択されたレーンマーカ位置データ３１１−Ｌ、３２２−Ｌを用いて、間引きレーンマーカ算出位置２１３−５における左側レーンマーカ位置３３１−Ｌを推定する。例えば、レーンマーカ位置データ３１１−Ｌの座標と、レーンマーカ位置データ３２２−Ｌの座標に対して、それぞれの信頼度を重みとして、重み付き平均を計算することで左側レーンマーカ位置３３１−Ｌを推定することができる。

ここでは、自車走行車線のレーンマーカのみについて記載したが、隣接車線等、複数車線についてのレーンマーカが認識されていれば、それぞれについて同様の処理を実施することが可能である。また、ここでは、レーンマーカ位置データが２つ存在する場合を説明したが、３つ以上存在する場合にも同様に処理することが可能である。

以上の方法によって、間引き処理部１０８において、信頼度を用いた複数のレーンマーカ認識データの融合を実現することができる。

実施例１のマーカ位置算出部１０５において、レーンマーカ位置データとその信頼度、自車の走行軌跡から、過去に取得したレーンマーカ位置データと現在のレーンマーカ位置データの位置関係を算出し、その結果に応じてマーカ認識データ１０６に格納されているデータを更新する方法について、実施例１とは異なる形態を図４で説明する。

周辺認識センサには、自車近傍のみを認識範囲とするセンサがあり、レーンマーカの認識可能範囲が狭い、あるいはレーンマーカを１点でしか認識できない場合がある。ここでは、そのような場合のマーカ認識データ１０６に格納されているデータの更新方法を示す。

走行軌跡２０２内で、２１１が２回前に測定された自車位置、２１２が１回前に測定された自車位置、２１３が現在の自車位置を示している。レーンマーカ位置算出結果２０３は、過去に取得したレーンマーカ位置データと現在のレーンマーカ位置データの位置関係の算出結果を示している。２２１が２回前に測定されたレーンマーカ位置データ、２２２が１回前に測定されたレーンマーカ位置データ、２１３が現在のレーンマーカ位置データを示している。マーカ位置算出部１０５は、マーカ認識データ１０６に格納されている過去に測定されたレーンマーカ位置データを読み出し、走行軌跡２０２で得られる過去に測定された自車位置と現在の自車位置の位置・方向の関係に基づいてレーンマーカ位置データの位置を修正して、レーンマーカ位置データ２４１、２４２とし、さらに現在のレーンマーカ位置データ２４３を付け加えて、マーカ認識データ１０６を更新する。このとき、過去のレーンマーカ位置と、現在のレーンマーカ位置データ間には直線情のレーンマーカが存在するとして、レーンマーカ位置データ２４１、２４２、２４３が連結されているものとする。

このようにマーカ認識データ１０６に格納されているデータを更新することで、実施例２、３に記載の間引き処理部１０８の実施が可能となる。

１００：レーンマーカ認識装置
１０１：周辺認識センサ
１０２：自車情報センサ
１０３：信頼度生成部
１０４：自車軌跡生成部
１０５：マーカ位置算出部
１０６：マーカ認識データ
１０７：マネージャ
１０８：間引き処理部
１０９：自車位置センサ
１１０：自車周辺地図取得部
１１１：高精度地図
１１２：車線−マーカ変換部
１１３：形状マッチ処理部
１１４：フィルタ処理部
２０１：レーンマーカ位置データ
２０２：走行軌跡
２０３：レーンマーカ位置算出結果
２１１：２回前に測定された自車位置
２１２：１回前に測定された自車位置
２１３：現在の自車位置
２２１：２回前のレーンマーカ位置データ
２２２：１回前のレーンマーカ位置データ
２２３：現在のレーンマーカ位置データ
２３１：間引きレーンマーカ算出位置
２４１：２回前のレーンマーカ位置データ
２４２：１回前のレーンマーカ位置データ
２４３：現在のレーンマーカ位置データ
３１１、３１２、３１３：レーンマーカ位置データ２２１に属するレーンマーカ位置データ
３２１、３２２、３２３：レーンマーカ位置データ２２２に属するレーンマーカ位置データ
３３１：推定されたレーンマーカ位置

Claims (4)

1. １つ以上の周辺認識センサと、１つ以上の自車情報センサからのデータを受け取り、レーンマーカ位置データを出力するレーンマーカ認識装置において、
   前記自車情報センサから自車両の走行状態を受け取り、自車の走行軌跡を生成する自車軌跡生成部と、
   前記自車軌跡生成部から前記自車の走行軌跡を受け取り、前記走行軌跡を使用してレーンマーカ位置データを更新し、更新したデータを出力するマーカ位置算出部と、を具備し、
   前記レーンマーカ位置データは、前記自車の前記走行軌跡に含まれる過去に測定された自車位置と現在の自車位置との位置・方向の関係に基づいて修正したレーンマーカ位置データの位置に、現在のレーンマーカ位置データを付け加えて更新されることを特徴とする、レーンマーカ認識装置。
2. 請求項１に記載のレーンマーカ認識装置において、
   前記レーンマーカ位置データに信頼度を付与する信頼度生成部と、
   前記信頼度を用いて前記レーンマーカ位置データから所定のデータを間引く間引き処理を実施する間引き処理部と、を具備し、
   レーンマーカ位置データを出力し、
   前記信頼度の付与は、所定の条件に基づいて設定された重み付け係数を前記レーンマーカ位置データに付与することである、レーンマーカ認識装置。
3. 請求項１に記載のレーンマーカ認識装置において、
   前記周辺認識センサを複数具備し、
   前記間引き処理部において、前記複数の周辺認識センサから受け取ったレーンマーカ位置データに対して、前記レーンマーカ位置データの間引き処理を実施し、
   レーンマーカ位置データを出力することを特徴とする、レーンマーカ認識装置。
4. 高精度地図を用いて自車位置を推定し、自車位置推定値を出力する自車両位置推定装置において、
   前記請求項１から３のいずれかに記載のレーンマーカ認識装置を具備し、
   前記高精度地図から生成したレーンマーカ位置情報と、前記レーンマーカ認識装置から受け取った前記レーンマーカ位置データでマッチング処理を行うことで自車位置推定値を生成し、
   前期自車位置推定値を出力することを特徴とする自車両位置推定装置。

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