JP7217577B2 - キャリブレーション装置、キャリブレーション方法 - Google Patents
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Description
本発明の第2の態様によるキャリブレーション方法は、路面を走行する車両に搭載され、カメラおよび記憶部を備えるキャリブレーション装置が実行するキャリブレーション方法であって、前記カメラで撮影して得られた撮影画像から特徴点を抽出し前記特徴点を追跡することと、前記特徴点の追跡によって得られる前記特徴点の軌跡を前記記憶部に記憶することと、前記特徴点の軌跡を用いて前記車両が走行する平面を推定することと、推定された前記平面に基づきキャリブレーションに用いる前記特徴点の軌跡であるキャリブレーション用軌跡を算出することと、前記キャリブレーション用軌跡を用いて前記カメラの外部パラメータのキャリブレーションを実行することとを含む。
本発明の第3の態様によるキャリブレーションプログラムは、路面を走行する車両に搭載され、カメラおよび記憶部を備えるキャリブレーション装置に、前記カメラで撮影して得られた撮影画像から特徴点を抽出し前記特徴点を追跡することと、前記特徴点の追跡によって得られる前記特徴点の軌跡を前記記憶部に記憶することと、前記特徴点の軌跡を用いて前記車両が走行する平面を推定することと、推定された前記平面に基づきキャリブレーションに用いる前記特徴点の軌跡であるキャリブレーション用軌跡を算出することと、前記キャリブレーション用軌跡を用いて前記カメラの外部パラメータのキャリブレーションを実行することとを実行させる。
以下、図1~図10を参照して、本発明にかかるキャリブレーション装置の第1の実施の形態を説明する。
図2(a)は、RAM102に保存される追跡点情報102Aの一例を示す図である。追跡点情報102Aには、特徴点ごとに、座標および状態の情報が格納される。ただし特徴点ごとの座標の情報は時刻ごとに記録される。すなわち・・には特徴点が移動した座標が記録されるので、・・に記録されている特徴点を以下では「特徴点軌跡」と呼ぶこともある。
図2(b)は、RAM102に保存される補正済み追跡点情報102Bの一例を示す図である。補正済み追跡点情報102Bには、特徴点ごとに、時刻ごとの補正された座標が記録される。補正済み追跡点情報102Bに記載される座標は、追跡点情報102Aと同様に撮影画像系における座標である。
図4は、路面推定部205による路面の推定処理の概念を説明する図である。図4(a)は道路の平面図、図4(b)は道路の断面図、図4(c)は特徴点の移動速度を示す図である。図4(a)~図4(c)では共通するXYZ軸を定義する。ただし画像座標系におけるX軸およびY軸と区別するために、図4に示す座標系を「空間座標系」と呼ぶ。空間座標系において、X軸は道路の幅方向に平行であり、Y軸は自車両Pの進行方向に平行であり、Z軸は天地方向を示す。図4(a)において自車両は符号Pで示す車両であり、車道には白線L101と、中央線L102と、白線L103とが描画されている。中央線L102を挟んで自車両Pの逆側には、対向車両Qが走行している。破線Mは勾配の頂点であり詳しくは後述する。
v = a1 * x + b1 ・・・式1
LV2から得られる近似直線を、
v = a2 * x + b2 ・・・式2
とすると、交点Mのx座標は、
M=-(b1-b2)/(a1-a2) ・・・式3
で得られる。また、
θ= k * (arctan(a1) - arctan(a2)) ・・・式4
で求められる。ここで、kは比例定数で車種によるカメラ配置によって異なる値である。また、arctanは正接関数(タンジェント)の逆関数である。この計算式により、図4(c)に示すLV1とLV2の関係から図4(b)に示す角度差θが算出できる。
図5は、算出部206が算出する特徴点を示す概念図である。算出部206は、RAM102に記録された特徴点軌跡のうち、第1面S11に存在する特徴点軌跡はそのまま出力し、第1面S11以外に存在する特徴点軌跡を構成する特徴点の位置を修正して出力する。算出部206は、特徴点軌跡が第1面S11に存在するか否かは、特徴点のX座標、自車両PのX座標、および頂点MのX座標に基づき判断する。具体的には、頂点MのX座標で2分した領域のうち自車両Pが存在する側の領域が第1面S11と判断できる。第1面S11以外に存在する特徴点の位置の修正を以下で説明する。
図6は特徴点抽出部202の動作を表すフローチャートである。特徴点抽出部202は、画像取得部201から撮影画像が送信されるたびに以下の動作を実行する。以下に説明する各ステップの実行主体はCPU101である。
図7は、追跡部203の動作を表すフローチャートである。追跡部203は、画像取得部201から撮影画像が送信されるたびに以下の動作を実行する。以下に説明する各ステップの実行主体はCPU101である。
図8は、路面推定部205の動作を表すフローチャートである。路面推定部205は、蓄積部204から特徴点列が送信されるたびに、以下の動作を実行する。以下に説明する各ステップの実行主体はCPU101である。
図9は、算出部206の動作を表すフローチャートである。算出部206は、路面推定部205から実行指令が送信されるたびに、以下の動作を実行する。以下に説明する各ステップの実行主体はCPU101である。
図10は、外部パラメータ推定部208の動作を表すフローチャートである。外部パラメータ推定部208は、実施判定部207から実行指令を受けるたびに、以下の動作を実行する。以下に説明する各ステップの実行主体はCPU101である。
(1)キャリブレーション装置100は、路面を走行する車両Pに搭載されるカメラ111と、カメラ111で撮影して得られた撮影画像から特徴点を抽出する特徴点抽出部202と、特徴点抽出部202が抽出する特徴点を追跡する追跡部203と、特徴点の追跡によって得られる特徴点の軌跡を記憶するRAM102(記憶部)と、特徴点の軌跡を用いて車両が走行する平面を推定する路面推定部205と、推定された平面に基づきキャリブレーションに用いる特徴点の軌跡であるキャリブレーション用軌跡を算出する算出部206と、キャリブレーション用軌跡を用いてカメラの外部パラメータのキャリブレーションを実行する外部パラメータ推定部208とを備える。そのため車両Pの周囲の路面が、図4(b)に示すように複数の平面から構成されている場合であっても、外部パラメータのキャリブレーションを高精度に行うことができる。
上述した実施の形態では、キャリブレーション装置100の車両運動取得部210は、車速センサ105および舵角センサ106から出力を受けた。しかし車両運動取得部210は、自車両Pの位置情報を入力として受け付けてもよい。たとえば自車両PがGPS受信機を備える場合は、車両運動取得部210はGPS受信機から車両Pの位置情報が入力され、車両運動取得部210は入力されたその位置情報をそのまま車両運動情報として走行中キャリブレーションプログラム103Aに出力してもよい。なおGPS受信機は、衛星航法システムを構成する複数の衛星から電波を受信し、その電波に含まれる信号を解析することで自車両Pの位置、すなわち緯度と経度を算出する。
キャリブレーション装置100は、実施判定部207および採否判定部209のいずれか一方を備えなくてもよいし、両方を備えなくてもよい。それぞれがキャリブレーション装置100に備えられない場合は、備えられない構成が肯定的な判断を行った場合と同様に処理が実行される。たとえば実施判定部207および採否判定部209の両方がキャリブレーション装置100に備えられない場合は、蓄積部204が特徴点軌跡をRAM102に記録すると次の処理が行われる。すなわち外部パラメータ推定部208が外部パラメータ102Cを推定し、外部パラメータ推定部208が推定した外部パラメータ102Cがそのまま外部パラメータ112Aとしてフラッシュメモリ112に記録される。
算出部206は、射影座標の算出を行わなくてもよい。この場合は算出部206は、図9のステップS601において否定判断する場合にステップS603およびS604の処理を実行せずに、次の追跡終了軌跡を処理対象とする。本変形例によれば、車両Pの接地面と同一平面上に存在する特徴点のみをキャリブレーションに用い、射影座標の算出による計算量を削減できる利点を有する。
算出部206は、路面を3以上の平面から構成されると仮定して路面を算出してもよい。
カメラ111は、キャリブレーション装置100に内蔵されてもよい。
図11~図12を参照して、本発明にかかるキャリブレーション装置の第2の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、車両が接地している路面の算出方法が第1の実施の形態と異なる。
図12は、第2の実施の形態における路面推定部205の動作を示すフローチャートである。図12では第1の実施の形態と同様の処理には同一のステップ番号を付し、説明を省略する。路面推定部の前半の処理、すなわち全ての追跡が終了した軌跡を対象にステップS501~S503の処理を行う点は第1の実施の形態と同様なので説明を省略する。次に路面推定部205はステップS521において、自車両Pの内側のプロットを直線で近似する。ステップS521の処理は、図11(b)に示す例において、特徴点軌跡C21~C23を用いて、直線LV11を算出することに相当する。
(6)路面推定部205は、車両Pが走行する領域における特徴点の軌跡を用いて車両Pが走行する平面を推定する。そのため車両Pの乗員や積み荷の分布に偏りがあり、車両Pが路面に対して傾いている場合でも、車両Pの接地面を含む平面を正確に算出できる。
102A…追跡点情報
102B…補正済み追跡点情報
102C、112A…外部パラメータ
103C…外部パラメータ初期値
111…カメラ
112…フラッシュメモリ
201…画像取得部
202…特徴点抽出部
203…追跡部
204…蓄積部
205…路面推定部
206…算出部
207…実施判定部
208…外部パラメータ推定部
Claims (6)
- 路面を走行する車両に搭載されるカメラと、
前記カメラで撮影して得られた撮影画像から特徴点を抽出する特徴点抽出部と、
前記特徴点抽出部が抽出する前記特徴点を追跡する追跡部と、
前記特徴点の追跡によって得られる前記特徴点の軌跡を記憶する記憶部と、
前記特徴点の軌跡を用いて前記車両が走行する平面を推定する路面推定部と、
推定された前記平面に基づきキャリブレーションに用いる前記特徴点の軌跡であるキャリブレーション用軌跡を算出する算出部と、
前記キャリブレーション用軌跡を用いて前記カメラの外部パラメータのキャリブレーションを実行する外部パラメータ推定部とを備え、
前記算出部は、前記記憶部に記憶された前記特徴点の軌跡のうち、前記車両の接地面と同一の平面上に存在しない前記特徴点の軌跡を構成する座標を、前記車両の接地面と同一の平面上の座標に補正することで前記キャリブレーション用軌跡として算出するキャリブレーション装置。 - 請求項1に記載のキャリブレーション装置において、
前記算出部は、前記記憶部に記憶された前記特徴点の軌跡のうち、前記車両の接地面と同一の平面上に存在する前記特徴点の軌跡を前記キャリブレーション用軌跡として算出するキャリブレーション装置。 - 請求項1に記載のキャリブレーション装置において、
前記算出部は、前記特徴点の軌跡の分布から複数の近似直線を算出して、該複数の近似直線同士の交点から、前記車両の接地面である第1面と、前記交点に対して該第1面と反対側の第2面とのなす角度差を算出するキャリブレーション装置。 - 請求項1に記載のキャリブレーション装置において、
前記路面推定部は、前記路面の形状を2つの平面の組み合わせと仮定して、前記車両が走行する平面を推定するキャリブレーション装置。 - 請求項1に記載のキャリブレーション装置において、
前記路面推定部は、前記車両が走行する領域における前記特徴点の軌跡を用いて前記車両が走行する平面を推定するキャリブレーション装置。 - 路面を走行する車両に搭載され、カメラおよび記憶部を備えるキャリブレーション装置が実行するキャリブレーション方法であって、
前記カメラで撮影して得られた撮影画像から特徴点を抽出し前記特徴点を追跡することと、
前記特徴点の追跡によって得られる前記特徴点の軌跡を前記記憶部に記憶することと、
前記特徴点の軌跡を用いて前記車両が走行する平面を推定することと、
推定された前記平面に基づきキャリブレーションに用いる前記特徴点の軌跡であるキャリブレーション用軌跡を算出することと、
前記キャリブレーション用軌跡を用いて前記カメラの外部パラメータのキャリブレーションを実行することとを含み、
前記記憶部に記憶された前記特徴点の軌跡のうち、前記車両の接地面と同一の平面上に存在しない前記特徴点の軌跡を構成する座標を、前記車両の接地面と同一の平面上の座標に補正することで前記キャリブレーション用軌跡として算出するキャリブレーション方法。
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