JPS5824732B2 - 陸上移動機械のための通路パタ−ン認識方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 自動車、トラクター、電車などによって代表される陸上
移動機械の安全は、その進行方向にあたる通路内での障
害物検出能力によって左右される。

特に移動を目的としたロボットを想定すれば通路内での
障害物分布の検出能力、すなわち通路パターン認識能力
は必要不可欠の機能である。

これまで、このような観点からの研究開発は世界各国で
推進されていたが、主としてマイクロ波、レーザー、超
音波等によるレーダー手法の応用にとどまっていた。

ところがこのレーダー手法ではビームのひろがりに起因
する分解能の低下によって、複雑な道路環境内での認識
能力が極めて不正確になる欠点を有していた。

そこで、本発明者らは特許第７０１６０８号（特公昭４
８−２９７９号）において、移動機械上に上下に離間し
て配置した２個の光電変換面（テレビカメラなど）上に
外界の映像を結像させ、それを電気的に走査することに
よって二次元の映像パターンを一次元の電気信号に変換
したうえで簡単な論理回路により通路パターンを認識す
る方法を提案した。

この方法によれば、レーダ一方式に比べて格段に精密な
映像情報が得られることから、処理方法さえ工夫すれば
複雑な道路環境内における障害物分布状況をかなり正確
に認識できる可能性がある。

しかしながら、上記方法において、一定の距離のところ
に存在する立体構造物を、その構造物上において高さ方
向に分布する複数個の明暗変化点の存在によって認識す
るために、それらの明暗変化点に対応する複数個のパル
スが発生するか否かを障害物判定のモデルパターンとし
た場合、明暗変化点のパルス巾の有限性とか路面上の複
雑模様に起因する錯覚、すなわち平面模様を立体障害物
として認識するおそれがあった。

上記明暗変化点のパルス巾に起因する錯覚は、そのパル
ス巾をできるだけ狭くすること、２個のテレビカメラ間
の距離を大きくすること、認識可能距離を制限すること
等によって解決することができる。

これに対して路面の平面模様に起因する錯覚はその認識
過程そのものに含まれる問題であって、それほど簡単に
は解決できない。

そこで、まず第１図に示す通路パターン認識装置によっ
て上記方法における路面の平面模様に起因する錯覚の一
例について具体的に説明する。

いま、第１図に示すような通路パターン認識装置を装備
した移動機械が、Ａ、Ｂ、Ｃの各点に明暗変化点のある
黒白模様を画かれた路面上を走行する場合、この装置は
そのテレビカメラの映像信号を第２図に示すような態様
で処理して障害物を認識する。

すな６ち、第１図の２個のテレビカメラがいずれも上か
ら下へ向けて上下に走査しているものとすれば、それぞ
れのテレビカメラの出力ａ、ｂとしては第２図にａ、ｂ
で示した映像信号が発生する。

これらの映像信号は次段の微分回路で信号Ｃ２ｄに変換
されたのち、波形整形回路で一定の振幅と巾を持つパル
ス系列ｅ、ｆに変換される。

これが第１図の黒白模様の明暗変化点Ａ、Ｂ、Ｃに対応
するものである。

いま、第１図の二つのパルス系列ｅ、ｆのなかでＡ点に
対応する明暗変化点を相互に一致させるため、パルス系
列ｅをシフトレジスタによってパルス系列ｇのように遅
延させたうえでパルス系列ｆと共に次段のアンド回路に
印加すれば、その出力としてパルス系列りが発生する。

そして、これに対して次段の波形整形回路で障害物の高
さに対応したパルス巾を与えれば第２図ｉの波形を得る
ことができる。

その結果、最終段の複数パルス判定回路では第２図ｊの
出力が発生し、この通路パターン認識装置は路面上の黒
白模様を立体的障害物として錯覚するのである。

上記の例は最悪の場合であるが、実際の道路上では木と
か電柱などによる複雑な模様が存在し、かなりの確率で
上記の錯覚現象が発生する。

このように、平面模様等を立体障害物として錯覚するこ
とは、セーフティファーストの立場では問題にならない
が、認識装置として好ましいことではない。

特に、通路パターン認識装置を利用して自動車の衝突防
止とか自動操縦等を行う場合は、その制御目的からして
も上記錯覚を除去しなければならない。

本発明は、このような通路パターン認識方法における錯
覚の問題を、その情報処理手法に改良を加えることによ
って解決することを目的とするものであって、上記方法
に対して錯覚現象を除去するための次の認識操作を付加
している。

（１）明暗変化点を走査方向に対して暗から明へ変化し
ている点と明から暗に変化している点とに分類して障害
物認識を実施する。

（２）垂直走査方向に対して明暗変化点の２個以上が連
続して存在するとき、障害物として認識する。

（３）互いに隣接した複数個の垂直走査において、障害
物の存在が認識されたとき、はじめてそれを障害物とし
て確認する。

ここで、（１）の操作は明暗変化点を二つの種類に大別
することにより認識操作を確実にし、第１図及び第２図
で説明した錯覚現象を減少させるものであり、また（２
）の操作は上下のテレビカメラで発生する同一障害物の
明暗変化点が相似していることから設定されたものであ
って、（１）の操作と同様に錯覚現象を除去する目的を
有している。

これに対して（３）の操作は複数個の垂直走査による認
識結果から障害物の有無を判断しようとするものであっ
て、対象とする障害物が左右方向にもある程度の大きさ
を有することを前程としている。

そして、これらの操作を行うことによって、路面模様等
に起因する錯覚現象をほとんど除去することができる。

以下、第３図にしたがって本発明の認識方法をさらに具
体的に説明する。

まず、陸上移動機械上において上下に離間して配置した
２個のテレビカメラ等の光電変換器は、対象空間の二次
元的映像を一次元の電気的映像信号に変換して、その信
号を「波形整形と遅延」の回路に送る。

この「波形整形と遅延」の回路は、第１図の場合と原理
的に同一であるが、明暗変化点を走査方゛向に対して暗
から明へ変化している点と、明から暗へ変化している点
との二つの種類に大別するため、前者を（ト）、後者を
←）として分離し、これらの各明暗変化点群に対して次
段の「垂直方向の障害物認識」が実施される。

一方のテレビカメラの映像信号から得られた明暗変化点
群のパルス系列は、シフトレジスタとシフトパルス発生
器からなるディジタル遅延回路によりある時間だけ遅延
させるが、この遅延時間はシフトレジスタのビット容量
によって自由に選択することができる。

「垂直方向の障害物認識」の回路における２個のアンド
回路Ａ１及びＡ２は、上記の二種の明暗変化点群につい
て態別の処理を行うものであって、アンド回路Ａ１にお
いては二つのテレビカメラの映像信号から得られた（イ
）の明暗変化点群についての論理積をとり、またアンド
回路Ａ２において←）の明暗変化点群の論理積をとる。

これにより抽出される汗）及びＨの明暗変化点のパルス
系列は、対象空間において上記遅延量に相当する距離の
ところに高さ方向に分布している暗から明、明から暗へ
、変化する明暗変化点に対応することになる。

上記アンド回路ＡＩ 、 Ａ２を３人力としているのは
、２個のワンショットマルチによつで垂直走査の上端、
下端の一定時間を認識対象から除去して、認識動作を確
実化するための処置である。

そして、アンド回路Ａ、Ａ２によって抽出された明暗変
化点は、オア回路０１を介して２ビツトのフリップフロ
ップに導かへアンド回路Ａ１．Ａ２において時間的に一
致した２個の明暗変化点が連続的にあられれたときだけ
、それに基づくオア回路０１の出力パルスにより上記２
ビツトのフリップフロップの出力が「１」となり、オア
回路０１からの出力パルスの間に時間的に一致しない明
暗変化点が存在する場合には、アンド回路Ａ３からオア
回路Ｏ６を経て与えられるリセット信号によりフリップ
フロップはリセットされる。

次に、「水平方向の障害物認識」の回路では、上記フリ
ップフロップの出力がアンド回路Ａ、に導かれ、ここで
２個のワンショットマルチにより水平走査の左端、右端
の一定時間を認識対象から除去して認識動作を確実化し
ている。

そして、上記フリップフロップの出力が連続する２個の
垂直走査で「１」のとき、Ｄ型フリップフロップと後段
のアンド回路Ａ６によってそれを検出し、アンド回路Ａ
６の出力が「１」となったときにこの通路パターン認識
装置が障害物を検出したことになる。

なお、上記の認識動作は、水平走査の１周期によって全
画面にわたる認識を完了する。

このように、本発明の通路パターン認識方法によれば、
２個のテレビカメラと簡単な論理回路によって、移動機
械の進行方向にあたる通路内での障害物分布を確実に認
識することができ、しかも前述した錯覚を大巾に減少さ
せることができ、自動車の衝突防止とか移動ロボットの
視覚等として広く応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は既提案の通路パターン認識装置のブロック構成
図、第２図ａ＝ｊは上記装置の各部における出力ａ ＝
ｊの波形を示す線図、第３図は本発明を実施する通路
パターン認識装置のブロック構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 対象空間の二次元的映像を、上下に離間して配置し
   た２個の光電変換器における垂直走査によってそれぞれ
   一次元あ電気的映像信号に変換し、それらの映像信号か
   ら得られる対象空間の明暗変化点に対応するパルス系列
   を、暗から明、明から暗に変化する二種の明暗変化点の
   パルス系列に分離すると共に、一方の映像信号から得ら
   れた明暗変化点のパルス系列を一定時間だけ遅延させて
   、両映像信号から得られた二種の明暗変化点のパルス系
   列についてそれぞれアンド回路により論理積をとり、こ
   れらによって抽出された明暗変化点の２個以上が連続し
   てあられれたときに、対象空間に障害物があるものとし
   て認識することを特徴とする陸上移動機械のための通路
   パターン認識方丸２ 対象空間の二次元的映像を、上下
   に離間して配置した２個の光電変換器における垂直走査
   によってそれぞれ一次元の電気的映像信号に変換し、そ
   れらの映像信号から得られる対象空間の明暗変化点に対
   応するパルス系列を、暗から明、明から暗に変化する二
   種の明暗変化点のパルス系列に分離すると共に、一方の
   映像信号から得られた明暗変化点のパルス系列を一定時
   間だけ遅延させて、両映像信号から得られた二種の明暗
   変化点のパルス系列についてそれぞれアンド回路により
   論理積をとり、これらによって抽出された明暗変化点の
   ２個以上が連続してあられれ、かつそれが隣接した複数
   個の垂直走査において連続してあられれたときに、対象
   空間に障害物があるものとして認識することを特徴とす
   る陸上移動機械のための通路パターン認識方法。