CN104508708B - 道路环境识别装置 - Google Patents
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Abstract
本发明所涉及的道路环境识别装置具有连接线确定部和分岔点判别部，其中，连接线确定部通过以位于靠近车辆的位置的候补点(81、86)为起点、沿着远离车辆的第1方向(D1)依次连接2个以上的候补点(81～84、86～89)的方式，确定表示车道分界线的1次连接线(85、90)，分岔点判别部基于1次连接线(85、90)与不构成1次连接线(85、90)的剩余候补点(100)之间的位置关系，对1次连接线(85、90)上是否存在分岔点(96)进行判别。
Description
技术领域
本发明涉及一种道路环境识别装置，该道路环境识别装置根据安装在车辆上的拍摄部所拍摄的图像，识别出设置在道路上的车道分界线。
背景技术
现有技术中公开有各种如下这样的装置，即，对车辆的前后方进行拍摄，基于拍摄得到的图像，对道路上的用于划分各车道的车道分界线进行识别。
在日本专利授权公报第4631197号中公开了一种如下这样的装置，即，以一次方程式近似表征2根白线间的距离随位置的变化，根据该一次方程式所表示的直线的倾斜度来判定是否存在道路分岔点。
另外，在日本专利授权公报第4162618号中公开了一种如下这样的装置，即，从图像中提取出各边缘(边界)线，用由至少2个以上的变量构成的实数参数来将该边缘线位置以及方向公式化，根据上述实数参数算出2根边缘线之间的特性差分向量，对该特性差分向量是否在规定的合理范围内进行判断，基于该判断结果对这些边缘线的交点是否有可能是车道的分岔点进行判定。
发明内容
然而，在上述日本授权专利公报第4631197号以及日本专利授权公报第4162618号中记载的装置中，存在如下问题：为了检测出呈直线状的部位，需要针对整个图像进行求出表示直线特征的变量的运算，因而运算量较多。
鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供一种道路环境识别装置， 该道路环境识别装置能够大幅度减少车道分界线识别处理所需要的运算量，同时能够提高分岔车道的识别精度。
本发明所涉及的道路环境识别装置具有拍摄部、候补点提取部、连接线确定部和分岔点判别部，其中，上述拍摄部安装在车辆上，拍摄得到包含上述车辆所行驶的道路在内的图像；上述候补点提取部从上述拍摄部所拍摄的上述图像中提取出多个候补点，上述多个候补点表示呈断续的线状的车道分界线的候补位置；上述连接线确定部以位于靠近上述车辆的位置的候补点为起点、沿着第1方向依次连接2个以上的候补点，从而确定表示车道分界线的1次连接线，上述第1方向是远离上述车辆的方向；上述分岔点判别部基于上述连接线确定部所确定的上述1次连接线与不构成上述1次连接线的剩余候补点之间的位置关系，对上述1次连接线上是否存在分岔点进行判别；在上述分岔点判别部判别出存在上述分岔点时，上述连接线确定部以上述分岔点为起点、沿着与上述第1方向交叉的第2方向依次连接上述剩余候补点中的2个以上的候补点，从而确定表示车道分界线的2次连接线。
如上述那样，由于设置了连接线确定部，该连接线确定部通过沿着第1方向以及第2方向依次连接2个以上的候补点的方式，来确定表示车道分界线1次连接线以及2次连接线，因而能够大幅度降低车道分界线的识别处理所需要的运算量。而且，由于还设置了分岔点判别部，该分岔点判别部基于1次连接线与不构成1次连接线的剩余候补点之间的位置关系，判别1次连接线上是否存在分岔点，因而根据1次连接线与剩余候补点之间的位置关系，而判别出1次连接线上是否存在分岔点(即2次连接线)的准确度(可靠性)变高。从而，能够在大幅度降低车道分界线的识别处理所需要的运算量的同时，提高分岔车道的识别精度。
另外，优选地，基于上述1次连接线上的分岔点候补处的切线方向与连接上述剩余候补点中最靠近于上述分岔点候补的候补点和上述分岔点候补的方向的夹角，上述分岔点判别部对上述分岔点候补是 否是上述分岔点进行判别。从而能够从各连接线的交叉角度的观点，来准确地捕捉分岔点的特征，进而使判别出是否存在分岔点的确率变得更高。
此外，优选地，基于上述剩余候补点中的最靠近于上述分岔点候补的候补点与上述分岔点候补之间的距离，上述分岔点判别部对上述分岔点候补是否是上述分岔点进行判别。从而能够从各候补点间的距离的观点，来准确地捕捉分岔点的特征，进而使判别出是否存在分岔点的准确度变得更高。
采用本发明所涉及的道路环境识别装置，由于设置了连接线确定部，该连接线确定部通过沿着第1方向以及第2方向依次连接2个以上的候补点的方式，来确定表示车道分界线的1次连接线以及2次连接线，因而能够大幅度降低车道分界线的识别处理所需要的运算量。而且，由于还设置了分岔点判别部，该分岔点判别部基于1次连接线与不构成1次连接线的剩余候补点之间的位置关系，判别1次连接线上是否存在分岔点，因而根据1次连接线与剩余候补点之间的位置关系，而判别出1次连接线上是否存在分岔点(即2次连接线)的准确度变高。从而，能够在大幅度降低车道分界线的识别处理所需要的运算量的同时，提高分岔车道的识别精度。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的用作道路环境识别装置的驾驶辅助装置的结构的框图。
图2是概略地表示安装有图1所示驾驶辅助装置的车辆的立体图。
图3是用于说明图1所示驾驶辅助装置的动作的流程图。
图4A是用摄像头拍摄而获得的拍摄图像的示例图，图4B是俯视时的与图4A所示拍摄图像相对应的示意图。
图5A是俯视时的与图4A所示拍摄图像中的边缘检测图像相对应的示意图，图5B是表示车道候补位置的示意图。
图6是概略地说明1次连接线的确定方法的图。
图7A以及图7B是概略地说明分岔点的判别方法的图。
图8A以及图8B是概略地说明2次连接线的确定方法的图。
图9是概略地说明在图4A所示拍摄图像上识别车道分界线的结果的图。
图10是俯视时的与不同于图5A的边缘检测图像相对应的示意图。
图11是表示对图10所示边缘检测图像进行转换处理后的结果的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图以优选实施方式为例，对本发明所涉及的道路环境识别装置进行说明。
【驾驶辅助装置10的结构】
图1是本实施方式所涉及的用作道路环境识别装置的驾驶辅助装置10的框图。图2是概略地表示安装了图1所示驾驶辅助装置10的车辆12的立体图。
本实施方式所涉及的驾驶辅助装置10起到驾驶辅助作用，以使正在行驶的车辆12不偏离车道。各车道是通过设置在道路上的连续或者断续的线状的车道分界线划分而成的。车道分界线可以是由白线等构成的连续的线，除此之外，还可以是由以大致等间隔的方式配设的线形图案、道钉(Botts Dots)、猫眼(cat's-eye)等构成的断续的线。
如图1所示，驾驶辅助装置10具有摄像头14(拍摄部)、速度传感器16、偏航角速率传感器17、转向角传感器18、ECU20(Electronic Control Unit；电子控制单元)、转向装置22、制动装置24和加速装置26，其中，摄像头14对车辆12的周围进行拍摄，速度传感器16用于检测车辆12的速度，偏航角速率传感器17用于检测车辆12的偏航角速率，转向角传感器18用于检测车辆12的方向盘的转向角， ECU20用于从摄像头14所拍摄的图像中识别出车道分界线。
如图2所示，摄像头14安装在车辆12的前挡风玻璃上，透过该前挡风玻璃进行拍摄，该摄像头14所拍摄到的图像(图4A所示拍摄图像60)中包含有车辆12所行驶的道路。具体而言，摄像头14是数码摄像头，能够以规定的帧频间隔(例如每秒30帧)拍摄图像。在摄像头14上以如下方式定义空间坐标系，即，以其安装位置为原点，以车辆12的车宽方向(水平方向)为X轴，以车轴方向(行进方向)为Y轴，车高方向(垂直方向、铅直方向)为Z轴。
ECU20是由微处理器等构成的计算机。在本实施方式中，ECU20具有输入输出部30、运算部32以及存储部34。
来自摄像头14、速度传感器16、偏航角速率传感器17以及转向角传感器18的各信号经由输入输出部30被输入到ECU20。另外，ECU20的各信号经由输入输出部30输出到转向装置22、制动装置24以及加速装置26。输入输出部30具有未图示的A/D转换回路，该A/D转换回路将输入的模拟信号转换成数字信号。
运算部32基于来自摄像头14、速度传感器16、偏航角速率传感器17以及转向角传感器18的各信号执行运算，并基于运算结果生成用于控制转向装置22、制动装置24以及加速装置26的信号。运算部32具有边缘检测部36、候补点提取部38、连接线确定部40、分岔点判别部42以及车道识别部44。
运算部32中的各部的作用是通过读取并执行存储于存储部34的程序来实现的。或者，上述程序也可以不存储于存储部34，而是通过未图示的无线通信装置(手机，智能机等)从外部提供。
存储部34由RAM(Random Access Memory；随机存取存储器)以及ROM(Read OnlyMemory；只读存储器)等构成，其中，RAM用于存储被转换成数字信号的拍摄信号、用于各种运算处理的暂时性数据等，ROM用于存储执行程序、表格以及地图等。
【驾驶辅助装置10的动作】
本实施方式所涉及的驾驶辅助装置10基本上采用上述结构。下面，参照图3所示的流程图对该驾驶辅助装置10的动作进行说明，具体而言，对车道分界线识别处理进行说明。
在步骤S1中，ECU20获取每帧由摄像头14的输出信号，即获取所拍摄的车辆12前方(规定视角范围)的拍摄图像60(参照图4A)。然后，ECU暂时将所获取到的拍摄图像60存储在存储部34中。例如，在摄像头14采用RGB摄像头时，所得到的拍摄图像60是有3个颜色通道的多色阶图像。
图4A是用摄像头14拍摄而获取到的拍摄图像60的示例图。图4B是俯视时的与图4A所示的拍摄图像60相对应的示意图。
如图4A所示，在拍摄图像60中拍摄到了车辆12行驶的道路(以下简称道路62)。即，在道路62上设有表示道路环境的标线群(以下称为道路标识64)。在以下的说明中将构成道路标识64的各要素称为“标识要素”。在图4A所示的例子中，对离车辆12最近的2个标识要素标注参考符号65、66。图4B所示的俯视图像70是摄像头14的视角范围内的空间领域从上方(沿着图2中示出的Z轴)俯视时的图像。
为了易于理解发明，使用俯视图像70来对该识别处理的步骤进行说明。另外，一般在道路62上或者其他场所还存在别的物体，但在此为便于说明，省略了关于该物体的图示。
在步骤S2中，边缘检测部36对在步骤S1中获取到的拍摄图像60执行公知的边缘检测处理，从而得到边缘检测图像72。如图5A所示，在边缘检测图像72上存在与道路标识64的形状相对应的边缘(标识)群74。另外，呈矩形且尺寸较短的边缘部位75与标识要素65相对应，并且，呈矩形且尺寸较长的边缘部位76与标识要素66相对应。
在步骤S3中，候补点提取部38基于在步骤S2中得到的边缘检测图像72，提取出多个候补点78，该多个候补点78分别表示车道界线的候补位置。具体而言，候补点提取部38将边缘部位75、76等所表示的区域的代表点(详细而言，重心位置、端点等)作为各候补 点78提取出来。结果使得，如图5B所示，提取出了候补点78，所提取出候补点78的个数与构成边缘群74的边缘部位的个数相同，即14个。
在步骤S4中，连接线确定部40从步骤S3中提取出来的多个候补点78中选择出位于靠近车辆12一侧(拍摄图像60的下方侧)的候补点78，并将选择出的候补点78作为后述1次连接线的起点。
在步骤S5中，连接线确定部40根据步骤S4中选择的起点确定1次连接线85、90(参照图6)，该1次连接线85、90的方向为沿着箭头D1方向(第1方向)。在此，1次连接线85、90是依次连接2个以上的候补点78的线，是表示车道分界线的线。在下面的说明中，将被作为构成1次连接线85、90的点确定下来的候补点78称为“1次确定点”。
作为确定1次连接线85、90的方法，例如可以使用参照边缘部位75等的形状以及方向、将指向同一方向的候补点78连接起来的方法，或者依次选择到车辆的距离最短的候补点78的方法等。另外，也可以进一步参照速度传感器16、偏航角速率传感器17或者转向角传感器18的各信号。
如图6所示，以1次确定点81为起点，依次连接1次确定点82、83、84，从而确定1次连接线85。同样，以1次确定点86为起点，依次连接1次确定点87、88、89，从而确定1次连接线90。下面在图6以及后述图7A～图8B中，将多个候补点78中不构成1次连接线85、90的剩余的候补点称为“剩余候补点100”。
在步骤S6中，分岔点判别部42选择步骤S5中确定的1次连接线85、90中的任意一个。首先，对选择1次连接线85的情况进行说明。
在步骤S7中，分岔点判别部42对步骤S6中选择的1次连接线85上是否存在分岔点进行判别。具体而言，在假设1次连接线85上存在分岔点时，分岔点判别部42对该分岔点与不构成1次连接线85的剩余候补点100之间的位置关系是否满足第1位置关系逐个进行判别。在此，第1位置关系是指与分岔点的距离不超过上限值rth。
下面，参照图7A～图8B对分岔点判别部42的判别方法进行说明。例如，以分岔点与构成1次连接线85的1次确定点81～84中的一个一致为前提进行说明。
如图7A所示，在假设1次确定点81是分岔点候补92时，邻近点94a所存在的位置到分岔点候补92的距离r1不超过上限值rth，邻近点94a与分岔点候补92的位置关系满足第1位置关系。
然后，分岔点判别部42对分岔点候补92与邻近点94a之间的位置关系是否满足第2位置关系进行判别。在此，第2位置关系是指交叉角θ1满足θmin(自由设定的下限值)≦θ1≦θmax(自由设定的上限值)。另外，交叉角θ1是1次连接线85上的分岔点候补92处的切线方向(箭头D1方向)与连接分岔点候补92和邻近点94a的方向的夹角。
换言之，在交叉角θ1满足θmin≦θ1≦θmax的情况下，分岔点判别部42判别为1次确定点81是分岔点，并且，在除此之外的情况下，分岔点判别部42判别为1次确定点81不是分岔点。在图7A所示的例子中，由于θ1<θmin、不满足第2位置关系，因而根据1次确定点81与邻近点94a的关系，分岔点判别部42判别为1次确定点81不是分岔点。
如图7B所示，在假设1次确定点82是分岔点候补92时，邻近点94b所存在的位置到分岔点候补92的距离r2不超过上限值rth，邻近点94b与分岔点候补92之间的位置关系满足第1位置关系。交叉角θ2是1次连接线85上的分岔点候补92处的切线方向(箭头D1方向)与连接分岔点候补92和邻近点94b的方向的夹角。在图7B所示的例子中，由于θ2>θmax、不满足第2位置关系，因而根据1次确定点82与邻近点94b的关系，分岔点判别部42判别为1次确定点82不是分岔点。
如图8A所示，在假设1次确定点82是分岔点候补92时，邻近点94c存在的位置到分岔点候补92的距离r3不超过上限值rth，邻近 点94c与分岔点候补92之间的位置关系满足第1位置关系。交叉角θ3是1次连接线85上的分岔点候补92处的切线方向(箭头D1方向)与连接分岔点候补92和邻近点94c的方向的夹角。在图8A所示的例子中，由于θmin≦θ3≦θmax、满足第2位置关系，因而根据1次确定点82与邻近点94c的关系，分岔点判别部42判别为1次确定点82是分岔点。
下面，对余下的1次确定点83、84进行与上述相同的判别处理。其结果为，分岔点判别部42判别出在1次连接线85上存在着1个分岔点96(1次确定点82)。
在步骤S8中，根据步骤S7中的判别结果，连接线确定部40执行追加(进一步的)处理。在判别出存在分岔点96时(步骤S8：是)，连接线确定部40以分岔点96为起点确定2次连接线(步骤S9)，该2次连接线的方向为沿着箭头D2的方向(第2方向)。在此，2次连接线99是依次连接1次连接线85上的分岔点96、以及2个以上的剩余候补点100的线，是表示车道分界线的线。下面将被作为构成2次连接线99的点确定下来的候补点78(除分岔点96外)称为“2次确定点”。另外，作为确定2次连接线99的方法，可以使用与确定1次连接线85、90时相同的或者不同的方法。
如图8B所示，以分岔点96(1次确定点82)为起点依次连接2次确定点97、98，从而确定2次连接线99。在步骤S9中得到的2次连接线99的根数与分岔点96的个数一致。即，在存在多个分岔点时，连接线确定部40确定分别以各分岔点为起点的2次连接线。
返回到步骤S8，在判别出不存在分岔点96时(步骤S8：否)，跳过步骤S9进入下一步骤(S10)。
在步骤S10中，连接线确定部40对连接处理是否完成进行判别。具体而言，在步骤S6中所有1次连接线85、90都已被选择时，连接线确定部40判别为连接处理完成。在此，由于1次连接线90还未被选择，因而连接线确定部40判别为连接处理没有完成(步骤S10：否)。于是，返回步骤S6，依次重复步骤S6～S10。
当在步骤S6中1次连接线90被选择时，从图6可知，分岔点判别部42判别为1次连接线上不存在分岔点(步骤S7)。之后，经过步骤S8，由于1次连接线85、90已全部被选择，因而连接线确定部40判别为连接处理完成(步骤S10：是)。
在步骤S11中，车道识别部44从在步骤S1中获取的拍摄图像60(参照图4中A)中识别各车道。具体而言，车道识别部44将在步骤S5中确定的1次连接线85、90、以及在步骤S9中确定的2次连接线99识别为车道分界线。
如图9所示，车道识别部44将车道分界线102和车道分界线104之间的区域识别为直行车道108，其中，车道分界线102与1次连接线85相对应，车道分界线104与1次连接线90相对应。另外，车道识别部44将车道分界线102和车道分界线106之间的区域识别为分岔车道110。
如上述那样，驾驶辅助装置10从安装在车辆上的摄像头14所拍摄的拍摄图像60中，分别识别出设置在道路62上的车道分界线102、104、106。
于是，基于ECU20所识别出的车道分界线102等，驾驶辅助装置10在规定条件下控制转向装置22、制动装置24以及加速装置26(参照图1)，从而对驾驶员所做的行驶操作进行辅助，使车辆12在车道的中心行驶。
如上述那样，驾驶辅助装置10被用作本实施方式所涉及的道路环境识别装置，该驾驶辅助装置10具有连接线确定部40和分岔点判别部42，其中，连接线确定部40通过以靠近车辆的候补点78(1次确定点81、86)为起点、沿着箭头D1方向(远离车道12的方向)依次连接2个以上的候补点78(1次确定点81～84、86～89)的方式，确定1次连接线85、90，该1次连接线85、90表示车道分界线102、104；分岔点判别部42基于1次连接线85、90与不构成1次连接线85、90的剩余候补点100之间的位置关系，判别1次连接线85、90上是否存在分岔点96。
由于设置了连接线确定部40，该连接线确定部40通过沿着箭头D1方向以及箭头D2方向依次连接2个以上的候补点78的方式，来确定表示车道分界线102、104、106的1次连接线85、90以及2次连接线99，因而能够大幅度降低车道分界线102等的识别处理所需要的运算量。而且，由于还设置了分岔点判别部42，该分岔点判别部42基于1次连接线85、90与不构成1次连接线85、90的剩余候补点100之间的位置关系，判别1次连接线85、90上是否存在分岔点96，因而根据1次连接线85、90与剩余候补点100之间的位置关系，而判别出1次连接线85、90上是否存在分岔点96(即2次连接线99)的准确度较高。从而，能够在大幅度降低车道分界线102等的识别处理所需要的运算量的同时，提高分岔车道110的识别精度。
另外，由于基于1次连接线85、90上的分岔点候补92处的切线方向与连接剩余候补点100中最靠近分岔点候补92的邻近点94a～94c和分岔点候补92的方向的夹角，分岔点判别部42对分岔点候补92是否是分岔点96进行判别，因而能够从各连接线的交叉角度的观点，来准确地捕捉分岔点96的特征，从而使判别出是否存在分岔点96的准确度变得更高。
而且，由于基于邻近点94a～94c与分岔点候补92之间的距离，分岔点判别部42对分岔点候补92是否是分岔点96进行判别，因而能够从各候补点78间的距离的观点来准确地捕捉分岔点96的特征，从而使判别出是否存在分岔点96的准确度变得更高。
【其他动作例】
接下来，对其他实施方式的识别车道分界线的处理方法进行说明。
图10是不同于图5A的边缘检测图像118在俯视时的的示意图。边缘检测图像118中的边缘群120由环形的边缘部位122取代尺寸较短的边缘部位75(参照图5A)而构成。另外，该边缘部位122的形状与道钉的形状相对应。
在此，如果与上述步骤S3中同样地，基于边缘检测图像118而 提取出多个候补点，有时会使分岔点的识别精度变低。其理由在于，从边缘部位122的形状无法确定其方向，从而无法判别出其与哪个标线邻近，换言之，难以判别出其表示哪个车道。
因而，如图11所示，边缘检测部36对包含边缘部位122的边缘群120进行转换，变换为不包含边缘部位122的边缘群124。在边缘群124中由矩形的边缘部位126代替环形的边缘部位122。各边缘部位126设置在连接邻接的边缘部位122的线上。
基于如上述那样得到的边缘检测图像128，提取出多个候补点，从而以与上述方法中相同的步骤来执行车道分界线的识别处理。划阴影线的边缘部位126在步骤S6以及S9(参照图3)中的确定连接线的处理时不会被选择，从而被除外。
另外，本发明不局限于上述实施方式，当然能够在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变形。
在本实施方式中，在确定1次连接线85、90的形状后，对是否存在分岔点96进行判别，但判别处理的顺序并不局限于此。例如，也可以在由连接线确定部40确定1次确定点83之后，马上由分岔点判别部42对1次确定点82是否是分岔点96进行判别。
Claims (3)
1.一种道路环境识别装置，其特征在于，
具有拍摄部(14)、候补点提取部(38)、连接线确定部(40)和分岔点判别部(42)，其中，
所述拍摄部(14)安装在车辆(12)上，拍摄得到包含所述车辆(12)所行驶的道路在内的图像(60)，
所述候补点提取部(38)从所述拍摄部(14)所拍摄的所述图像(60)中提取出多个候补点(78)，所述多个候补点(78)表示断续的线状的车道分界线(102、104、106)的候补位置，
所述连接线确定部(40)以位于靠近所述车辆(12)的位置的候补点(81、86)为起点、沿着第1方向(D1)依次连接2个以上的候补点(81～84、86～89)，从而确定表示车道分界线(102、104)的1次连接线(85、90)，所述第1方向是远离所述车辆(12)的方向，
所述分岔点判别部(42)基于所述连接线确定部(40)所确定的所述1次连接线(85、90)与不构成所述1次连接线(85、90)的剩余候补点(100)之间的位置关系，对所述1次连接线(85、90)上是否存在分岔点(96)进行判别，
在所述分岔点判别部(42)判别出存在所述分岔点(96)时，所述连接线确定部(40)以所述分岔点(96)为起点、沿着与所述第1方向(D1)交叉的第2方向(D2)依次连接所述剩余候补点(100)中的2个以上的候补点(96～98)，从而确定表示车道分界线(106)的2次连接线(99)。
2.根据权利要求1所述的道路环境识别装置，其特征在于，
基于所述1次连接线(85、90)上的分岔点候补(92)处的切线方向与连接所述剩余候补点(100)中最靠近于所述分岔点候补(92)的候补点(94a、94b、94c)和所述分岔点候补(92)的方向的夹角，所述分岔点判别部(42)对所述分岔点候补(92)是否是所述分岔点(96)进行判别。
3.根据权利要求2所述的道路环境识别装置，其特征在于，
基于所述剩余候补点(100)中的最靠近于所述分岔点候补(92)的候补点(94a、94b、94c)与所述分岔点候补(92)之间的距离，所述分岔点判别部(42)对所述分岔点候补(92)是否是所述分岔点(96)进行判别。
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