JP2001076128A - Device and method for detecting obstacle - Google Patents

Device and method for detecting obstacle

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JP2001076128A
JP2001076128A JP25545999A JP25545999A JP2001076128A JP 2001076128 A JP2001076128 A JP 2001076128A JP 25545999 A JP25545999 A JP 25545999A JP 25545999 A JP25545999 A JP 25545999A JP 2001076128 A JP2001076128 A JP 2001076128A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To fast detect an obstacle existing on a road surface with high accuracy even though stereo cameras are not corrected and even under a situation in which there are changes in vibrations during traveling and in slopes on a road surface by using the stereo cameras on a vehicle. SOLUTION: This obstacle detecting device consists of a plurality of uncorrected TV cameras inputting images, an image storing part 2 for storing a plurality of images inputted by the plurality of TV cameras, a characteristic extracting part 3 extracting a plurality of mutually parallel lines existing on a road surface, a parameter calculating part 4 calculating a relational expression established among projected positions to each image of an optional point on the road surface from the plurality of lines extracted by the part 3, and a detecting part 5 which uses the relational expression calculated by the part 4 and detects an object having height from the road surface.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】自動車の安全運転を支援する
ために、車載カメラにより、先行車や歩行者、駐車車両
等、道路上に存在する障害物を検出する障害物検出装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an obstacle detecting device for detecting an obstacle existing on a road, such as a preceding vehicle, a pedestrian, a parked vehicle, or the like, using an on-vehicle camera to assist safe driving of an automobile.

【0002】[0002]

【従来の技術】センサにより障害物を検知するための技
術は、レーザや超音波等を利用するものと、TVカメラ
を利用するものに大別される。レーザを利用するものは
高価であり、非実用的である。また、超音波を利用する
ものは超音波の解像度が低いため、障害物の検出精度に
問題がある。
2. Description of the Related Art Techniques for detecting an obstacle by a sensor are roughly classified into those using a laser or an ultrasonic wave, and those using a TV camera. Those using lasers are expensive and impractical. Further, those using ultrasonic waves have a low resolution of the ultrasonic waves, and thus have a problem in the detection accuracy of obstacles.

【0003】これに対し、TVカメラは比較的安価であ
り、解像度や計測精度、計測範囲の面からも障害物検出
に適する。TVカメラを用いる場合、1台のカメラを使
用する方法と複数台のカメラ(ステレオカメラ)を使用
する方法がある。
On the other hand, a TV camera is relatively inexpensive and is suitable for detecting an obstacle in terms of resolution, measurement accuracy, and measurement range. When a TV camera is used, there are a method using one camera and a method using a plurality of cameras (stereo cameras).

【0004】1台のカメラを使用する方法は、そのカメ
ラで撮影した1枚の画像から、輝度や色、あるいはテク
スチャ等の情報を手がかりにして道路領域と障害物領域
を分離する。例えば、画像中で彩度の低い中程度の輝度
領域、つまり灰色の領域を抽出し道路領域を求めたり、
テクスチャの少ない領域を求めて、道路領域を抽出し、
それ以外の領域を障害物領域とする。しかし、道路と似
た輝度、色、あるいはテクスチャを持つ障害物も数多く
存在するため、この方法で一般の状況下において障害物
領域と道路領域を切り分けるのは困難である。
In a method using one camera, a road area and an obstacle area are separated from one image captured by the camera by using information such as luminance, color, and texture. For example, in the image, a low-saturation medium luminance area, that is, a gray area is extracted to obtain a road area,
In order to find an area with less texture, extract the road area,
The other area is an obstacle area. However, since there are many obstacles having luminance, color, or texture similar to a road, it is difficult to separate an obstacle region from a road region in a general situation by this method.

【0005】これに対し、複数台のカメラを用いる方法
は3次元情報を手がかりにして障害物を検出する。複数
台のカメラを用いて対象シーンの3次元情報を得る技術
は、一般にステレオ視と呼ばれる。ステレオ視とは、例
えば2つのカメラを左右に配置し、3次元空間中で同一
点である点を左右画像間で対応づけ、三角測量の要領
で、その点の3次元位置を求めるものである。各カメラ
の道路平面に対する位置や姿勢等をあらかじめ求めてお
くと、ステレオ視により、画像中の任意の点の道路平面
からの高さが得られる。したがって、高さの有無によ
り、障害物領域と道路領域を分離することができる。1
台のカメラを用いる方式では、道路と似た輝度や色、テ
クスチャを持つ領域を障害物として検出することは困難
であるが、ステレオ視によれば、道路面からの高さを手
がかりにして障害物を検出するため、より一般的なシー
ンでの障害物検出が可能である。
On the other hand, the method using a plurality of cameras detects an obstacle using three-dimensional information as a clue. A technique for obtaining three-dimensional information of a target scene using a plurality of cameras is generally called stereo vision. Stereo vision refers to, for example, arranging two cameras on the left and right, associating a point that is the same point in a three-dimensional space between left and right images, and finding a three-dimensional position of the point in the manner of triangulation. . If the position, posture, and the like of each camera with respect to the road plane are obtained in advance, the height of an arbitrary point in the image from the road plane can be obtained by stereo vision. Therefore, the obstacle area and the road area can be separated depending on the presence or absence of the height. 1
It is difficult to detect an area having brightness, color, and texture similar to a road as an obstacle by using a single camera, but according to stereo vision, the obstacle from the height from the road surface is a clue. Since an object is detected, it is possible to detect an obstacle in a more general scene.

【0006】通常のステレオ視は、画像上の任意の点の
ステレオカメラからの距離を求める技術であり、このた
めには、あらかじめ複数のカメラの間隔や向き、および
カメラレンズの焦点距離、画像中心等に関するパラメー
タを求める必要がある。これらを求める作業をキャリブ
レーションと呼ぶ。キャリブレーションは、3次元位置
が既知な点を多数用意し、その点の画像への投影位置を
求め、カメラの位置や姿勢、カメラレンズの焦点距離等
に関するパラメータを算出する。しかし、この作業は多
大な時間と労力を必要とし、ステレオ視による障害物検
出の実用化を妨げる原因の1つとなっている。
[0006] Ordinary stereo vision is a technique for determining the distance of an arbitrary point on an image from a stereo camera. To this end, the distance and orientation of a plurality of cameras, the focal length of a camera lens, the center of the image, and the like are determined in advance. It is necessary to find parameters related to The operation for obtaining these is called calibration. In the calibration, a number of points whose three-dimensional positions are known are prepared, the projection positions of the points on the image are obtained, and parameters relating to the position and orientation of the camera, the focal length of the camera lens, and the like are calculated. However, this operation requires a great deal of time and effort, and is one of the factors that hinders practical use of obstacle detection by stereo vision.

【0007】しかし、画像上で道路領域と障害物領域を
分離すればよいのであれば、必ずしもキャリブレーショ
ンは必要でない。すなわち、道路平面上の点の左右画像
への投影点を(u,v)、(u,v)とすれ
ば、
However, if it is sufficient to separate the road area and the obstacle area on the image, the calibration is not necessarily required. That is, the projection point to the left and right image points on the road plane (u l, v l), if (u r, v r),

【数1】 (Equation 1)

【外1】 各カメラの道路平面に対する位置と姿勢、さらに、各カ
メラのレンズの焦点距離、画像原点に関するパラメータ
である。hは、あらかじめ道路平面上の4点以上の左右
画像への投影点から求めておく。この関係式を用いて、
左画像上の任意の点P(u,v)が道路平面上に存
在すると仮定した場合の右画像上の対応点P'(u
)を求める。点Pが道路平面上に存在すれば、点P
とP′が正しい対応点の組となるので、2点の輝度の差
は小さくなる。したがって、点PとP′の輝度の違いが
大きい場合には、点Pは障害物領域に属すると判定す
る。以下では式1を道路平面拘束と呼ぶ。
[Outside 1] These are parameters relating to the position and orientation of each camera with respect to the road plane, the focal length of the lens of each camera, and the image origin. h is obtained in advance from four or more projected points on the left and right images on the road plane. Using this relation,
Arbitrary point P (u l, v l) on the left image corresponding point P on the right image when it is assumed that exists on the road plane '(u r,
v r ). If point P exists on the road plane, point P
And P 'are a correct set of corresponding points, so that the difference in luminance between the two points is small. Therefore, when the difference in luminance between the points P and P 'is large, it is determined that the point P belongs to the obstacle area. Hereinafter, Equation 1 is referred to as road plane constraint.

【0008】この方式には、キャリブレーションと並ん
で、ステレオ視の問題である対応探索が不要というメリ
ットもある。通常のステレオ視は、左右画像間で同一点
を対応づける必要があり、その対応づけは探索計算によ
り行われるため、計算コストが高い。しかし、上記の方
式は、その対応探索が不要であるため、計算コストが極
めて低く、実用的な方式である。
This method has another merit that, along with calibration, it is not necessary to search for correspondence which is a problem of stereo vision. In normal stereo vision, it is necessary to associate the same point between the left and right images, and the association is performed by search calculation, so that the calculation cost is high. However, the above-described method is a practical method that requires extremely low computational cost because no corresponding search is required.

【0009】ステレオカメラが3次元空間中で固定して
いれば、道路平面と各カメラの幾何学的な関係は不変で
あるので、一度求めたパラメータhを使って、道路平面
上に存在する障害物を検出可能である。しかし、車が走
行している場合には、車自身の振動や道路の傾斜の変化
等のため、道路平面と各カメラの相対的な位置や姿勢の
関係は時々刻々変化する。つまり、走行中にパラメータ
hは変化するため、静止時に求めた道路平面拘束を走行
中の障害物検出に用いることはできない。
If the stereo camera is fixed in the three-dimensional space, the geometric relationship between the road plane and each camera is invariable. An object can be detected. However, when the car is running, the relationship between the road plane and the relative position and attitude of each camera changes every moment due to vibration of the car itself, changes in the inclination of the road, and the like. That is, since the parameter h changes during traveling, the road plane constraint obtained at rest cannot be used for detecting an obstacle during traveling.

【0010】通常、このような問題に対しては、道路面
上の多数の特徴点(道路上のペイントの角点等)を使っ
て道路平面拘束を計算し、障害物を検出するという方法
が用いられる。しかし、道路面上の多数の特徴点を抽出
することは困難であり、障害物上の特徴点を誤抽出する
ことが多い。さらに、抽出した特徴点の対応探索を行な
う必要があるため、計算コストが高い。また、求めるパ
ラメータの数が多いため、安定に道路平面拘束を求める
ことは極めて難しいという問題があった。
To solve such a problem, a method of calculating a road plane constraint by using a large number of feature points on a road surface (corner points of paint on a road, etc.) and detecting an obstacle is known. Used. However, it is difficult to extract a large number of feature points on a road surface, and often erroneous extraction of feature points on an obstacle. Furthermore, since it is necessary to perform a correspondence search for the extracted feature points, the calculation cost is high. Further, there is a problem that it is extremely difficult to stably obtain the road plane constraint because the number of parameters to be obtained is large.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、障害物
検出装置はレーザや超音波を用いるものとTVカメラを
用いるものに大別できるが、レーザや超音波を利用する
障害物検出装置は高価であったり、計測精度が低いとい
う問題があった。また、TVカメラを利用する障害物検
出装置は、使用環境が限定されていたり、多大な時間と
労力を必要とするキャリブレーションが必要であった
り、計算コストが高い左右画像の対応探索が必要であっ
たり、車の走行中の振動や道路の傾斜に対処する実用的
な方策がないという問題があった。そこで、本発明は上
記事情を鑑みてなされたもので、キャリブレーションの
手間が少なく、道路両端の2本の白線の走行中の画像上
の動きだけから、道路平面と各カメラの幾何学的な関係
を求めることにより、走行中に振動や道路自身に傾斜が
あっても、道路平面上に存在する障害物を高速に検出す
る障害物検出装置を提供する。
As described above, obstacle detecting devices can be roughly classified into those using a laser or an ultrasonic wave and those using a TV camera. There were problems that it was expensive and the measurement accuracy was low. In addition, an obstacle detection device using a TV camera has a limited use environment, requires calibration that requires a great deal of time and effort, and requires a search for correspondence between left and right images at high computational costs. And there is no practical measure to cope with the vibration and the inclination of the road while the vehicle is running. Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and requires only a small amount of labor for calibration, and the movement of the two white lines at both ends of the road on the moving image on the basis of the movement of the road plane and the geometrical shape of each camera. By obtaining a relationship, an obstacle detection device for quickly detecting an obstacle existing on a road plane even if the road or the road itself is inclined during traveling is provided.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】画像を入力する複数台の
TVカメラと、複数のTVカメラにより入力された複数
枚の画像を蓄積するための画像蓄積部と、道路面上に存
在する線を抽出する特徴抽出部と、特徴抽出部により抽
出された複数の線から、道路面上の任意の点の各画像へ
の投影位置の間に成り立つ関係式を求めるパラメータ計
算部と、パラメータ計算部によって求めた関係式を用い
て、道路面から異なる高さを有する物体を検出する検出
部から構成される。
A plurality of TV cameras for inputting images, an image storage unit for storing a plurality of images input by the plurality of TV cameras, and a line existing on a road surface are identified. A feature extraction unit to be extracted, a parameter calculation unit that obtains a relational expression that holds a projection position of an arbitrary point on a road surface onto each image from a plurality of lines extracted by the feature extraction unit, and a parameter calculation unit. It comprises a detection unit for detecting objects having different heights from the road surface using the obtained relational expression.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下で、本発明の実施例を図面に
従い説明する。本実施例は、図1に示すように車に搭載
した左右2台のステレオカメラから、歩行者や先行車、
駐車車両等、道路平面上に存在する障害物を検出する状
況を想定している。図2は同実施例における本装置の概
略構成を示すもので、ここでは画像入力部1、画像蓄積
部2、特徴抽出部3、パラメータ計算部4、検出部5か
ら構成している。本装置は、道路平面上の点の左右画像
への投影位置の間に成り立つ関係式(以下では道路平面
拘束と呼ぶ)を静止時にあらかじめ求めておいて、自車
の振動や道路の傾斜等により時々刻々変化する走行時の
道路平面拘束を、道路上に存在する2本の白線の動きの
みから計算し、それを用いて道路平面上に存在する障害
物と道路領域を識別する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment uses two left and right stereo cameras mounted on a car as shown in FIG.
It is assumed that an obstacle, such as a parked vehicle, existing on a road plane is detected. FIG. 2 shows a schematic configuration of the present apparatus in the embodiment, which comprises an image input unit 1, an image storage unit 2, a feature extraction unit 3, a parameter calculation unit 4, and a detection unit 5. This device obtains in advance a relational expression (hereinafter referred to as road plane constraint) that holds between the projected positions of points on the road plane onto the left and right images when the vehicle is stationary, and calculates the relational expression based on the vibration of the vehicle, the inclination of the road, and the like. The road plane constraint that changes every moment during traveling is calculated only from the movement of the two white lines existing on the road, and is used to identify obstacles and road areas existing on the road plane.

【0014】同実施例では、図3に示すように、道路両
端の2本の白線をl、lとし、直線l、l方向
をY軸、左右、上下方向を各々X、Z軸、傾斜のない平
面(基準面)をXY平面とするステレオカメラ座標系を
設定する。画像入力部1は、左右2台のTVカメラを用
いて2枚の画像を入力する。これら2台のカメラの位置
や姿勢をあらかじめ求めておく必要はないが、ここでは
各カメラは車に固定されており、走行中には変化しない
ものとする。
[0014] In the embodiment, as shown in FIG. 3, the two white lines of the road ends and l 1, l 2, straight lines l 1, l 2 directions Y-axis, right and left, each X in the vertical direction, Z A stereo camera coordinate system in which a plane (reference plane) having no axis and no inclination is set as an XY plane is set. The image input unit 1 inputs two images using two left and right TV cameras. It is not necessary to determine the positions and orientations of these two cameras in advance, but here, each camera is fixed to the car and does not change during traveling.

【0015】画像蓄積部2は、画像入力部1により入力
された2枚の画像を画像メモリに蓄積する。
The image storage unit 2 stores two images input by the image input unit 1 in an image memory.

【0016】特徴抽出部3は、画像蓄積部2により蓄積
された2枚の画像上において、図6に示すように、2本
の直線l、lを各々検出し、その交点(消失点)を
求める。この直線検出はエッジ抽出処理とHough変
換等を用いて行なう。
The feature extracting unit 3 detects two straight lines l 1 and l 2 on the two images stored by the image storing unit 2 as shown in FIG. ). This straight line detection is performed using edge extraction processing and Hough transform.

【0017】パラメータ計算部部4は、静止時に求めた
基準平面に対する道路平面拘束と、特徴抽出部3により
求めた2本の白線とその消失点から、走行時の道路平面
拘束を計算する。以下に、この方法について説明する。
3次元空間中の点(X,Y,Z)の画像への投影点
(u,v)とすると、一般に、
The parameter calculating unit 4 calculates the road plane constraint at the time of running from the road plane constraint on the reference plane obtained at the time of stopping and the two white lines obtained by the feature extracting unit 3 and their vanishing points. Hereinafter, this method will be described.
Assuming that a point (X, Y, Z) in a three-dimensional space is a projection point (u, v) on an image, generally,

【数2】 (Equation 2)

【外2】 心に関するパラメータである。hは定数倍しても同一の
カメラモデルを表すので、hの任意の1要素を"1"とし
ても一般性を失わない。そこで以下ではh32=1とす
る。
[Outside 2] These are parameters related to the mind. Since h represents the same camera model even when multiplied by a constant, generality is not lost even if an arbitrary element of h is set to "1". Therefore, in the following, h 32 = 1.

【0018】図3に示したステレオカメラ座標系では道
路平面(基準面)はZ=0と表されるため、道路平面上
の点P(X,Y)の投影点は上式にZ=0を代入して、
In the stereo camera coordinate system shown in FIG. 3, since the road plane (reference plane) is represented by Z = 0, the projection point of the point P (X, Y) on the road plane is represented by Z = 0 in the above equation. And assign

【数3】 となる。ここで以下の前提下でカメラモデルを考える。 (a)カメラから比較的遠方を対象領域とする。 (b)左右カメラの前後の位置ずれが微小である。(Equation 3) Becomes Here, a camera model is considered under the following assumptions. (A) The target area is relatively far from the camera. (B) The positional deviation between the left and right cameras before and after is very small.

【0019】これらの前提の下では、Under these assumptions,

【数4】 となる。ここで、βは図5に示すような左右カメラの視
点の中点と座標原点のY方向のずれであり、t=β+
Δtである。したがって、式(4)は、
(Equation 4) Becomes Here, β is a shift in the Y direction between the middle point of the viewpoint of the left and right cameras and the coordinate origin as shown in FIG. 5, and t 3 = β +
Δt 3 . Therefore, equation (4) becomes

【数5】 と簡略化できる。さらにYc=Y+βとおくと、(Equation 5) It can be simplified. Further, if Yc = Y + β,

【数6】 (Equation 6)

【外3】 の投影点を各々ul、とすれば、[Outside 3] Let u l and ur be the projection points of

【数7】 となる(t、tは白線の消失点)。これより、(Equation 7) To become (t l, t r is the vanishing point of the white line). Than this,

【数8】 となる。ここで、"l"、"r"は各々左右画像に対する添
字である。ステレオカメラのキャリブレーションを行な
っていないので、M、Mは未知であるが、Aは静止
時に傾斜のない道路平面上の特徴点から、あらかじめ求
めておく。
(Equation 8) Becomes Here, “l” and “r” are subscripts for the left and right images, respectively. Since the stereo camera has not been calibrated, M 1 and M r are unknown, but A is obtained in advance from feature points on a road plane that is not inclined when stationary.

【0020】走行時の道路の傾斜変化や自車の振動によ
って、道路平面が基準面Z=0から傾斜面Z=pYと変
化したとする(図4)。X方向の勾配は、一般にY方向
の勾配に比べて十分小さいので無視することができ、傾
斜面と基準面の交線をX軸にとれば、傾斜面の方程式は
Z=pYと表現できる。Z=pYに対する道路平面拘束
を2本の白線の動き(図7)から計算可能する方法を示
す。傾斜面上の点(X,Y,Z)の画像への投影位置
(u',v')は、式(2)にZ=pYを代入すると、前
述の2つの前提下では、
It is assumed that the road plane changes from the reference plane Z = 0 to the inclined plane Z = pY due to a change in the inclination of the road during traveling or the vibration of the own vehicle (FIG. 4). In general, the gradient in the X direction can be ignored because it is sufficiently smaller than the gradient in the Y direction. If the intersection of the inclined surface and the reference surface is taken as the X axis, the equation of the inclined surface can be expressed as Z = pY. A method for calculating a road plane constraint for Z = pY from the movement of two white lines (FIG. 7) will be described. The projection position (u ′, v ′) of the point (X, Y, Z) on the image on the inclined plane is obtained by substituting Z = pY into the equation (2), under the above two assumptions.

【数9】 (Equation 9)

【外4】 [Outside 4]

【数10】 Yc=Y+βとおき、さらに式(3)よりv'について
も同様の式変形を行うと、
(Equation 10) By setting Yc = Y + β and performing the same equation modification on v ′ from equation (3),

【数11】 [Equation 11]

【外5】 だから上式は、[Outside 5] So the above formula is

【数12】 (Equation 12)

【外6】 [Outside 6]

【数13】 であり、(Equation 13) And

【数14】 [Equation 14]

【外7】 [Outside 7]

【数15】 となる。ただし、β=m21β、β=m22βとし
た。図7のように傾斜によって画像上の片方の
(Equation 15) Becomes Here, β 1 = m 21 β and β 2 = m 22 β. As shown in FIG. 7, one side of the image

【外8】 [Outside 8]

【数16】 を得る。もう1本の白線(l→l')についても同
様に式変形を行なうと、
(Equation 16) Get. When the equation transformation is similarly performed for another white line (l 2 → l ′ 2 ),

【数17】 [Equation 17]

【外9】 (16)の行列Kを求めることができる。左右画像に各
々について上記の処理を行なうと、道
[Outside 9] The matrix K in (16) can be obtained. When the above processing is performed on each of the left and right images,

【外10】 れる。したがって、式(9)を用いると、[Outside 10] It is. Therefore, using equation (9),

【数18】 となる。式(9)のAが、傾斜によりA'=KAK
−1と変化したことになる。式(19)が傾斜面に対す
る道路平面拘束である。
(Equation 18) Becomes A of formula (9), A the slope '= K r AK l
This means that it has changed to -1 . Equation (19) is the road plane constraint on the slope.

【0021】検出部5は、パラメータ計算部4で求めた
道路平面拘束を用いて、障害物を検出する。左画像の任
意の点(u,v)の輝度をI(u,v)と
し、点(u,v)が道路平面上に存在すると仮定した場
合の右画像上の対応点(u,v)を式(19)から
求め、その輝度をI(u,v)とする。点(u,
v)が実際に道路平面上に存在すれば、点PとP'は正
しい対応点の組となるから、基本的には点PとP'の輝
度が同じになる。つまり、
The detection unit 5 detects an obstacle using the road plane constraint obtained by the parameter calculation unit 4. Arbitrary point (u l, v l) of the left image luminance I L (u l, v l ) and then, the point (u, v) is the corresponding point on the right image when it is assumed that exists on the road plane (u r, v r) calculated from equation (19), and the luminance I R (u r, v r ) and. The point (u,
If v) actually exists on the road plane, the points P and P 'are a correct set of corresponding points, so that the luminances of the points P and P' are basically the same. That is,

【数19】 として、D≠0、あるいは誤差を考慮し、D>Thr
(Thrはあらかじめ設定した閾値)となる点Pは障害
物領域に属すると判定する。
[Equation 19] In consideration of D あ る い は 0 or an error, D> Thr
(Thr is a threshold value set in advance) The point P is determined to belong to the obstacle area.

【0022】以上のようにして、車載のステレオカメラ
から走行時に道路平面上の障害物を検出することができ
る。
As described above, an obstacle on a road plane can be detected from a stereo camera mounted on a vehicle during traveling.

【0023】本実施例は画像入力部1で、2台のTVカ
メラを左右に並べて2枚の画像を入力しているが、これ
らのカメラは上下に配置してもよい。また、3台以上の
カメラを配置してもよい。
In this embodiment, the image input unit 1 inputs two images by arranging two TV cameras side by side, but these cameras may be arranged vertically. Further, three or more cameras may be arranged.

【0024】また、特徴抽出部3は、道路平面上の2本
の線を抽出する場合について説明したが、3本以上の線
を抽出してもよい。
The case where the feature extracting unit 3 extracts two lines on the road plane has been described. However, the feature extracting unit 3 may extract three or more lines.

【0025】また、走行中の自車の振動のみを考慮すれ
ばよい場合には、式(16)でβ=0(β=β
0)と仮定してよいので、同式右辺の行列がK=I(I
は単位行列)となり、式(19)において、A'=Aと
なる。これにより、さらに高速に傾斜面に対する道路平
面拘束を得ることができる。
If it is sufficient to consider only the vibration of the own vehicle during traveling, β = 0 (β 1 = β 2 =
0), the matrix on the right side of the equation is K = I (I
Is a unit matrix), and in equation (19), A ′ = A. Thereby, the road plane constraint on the inclined surface can be obtained even faster.

【0026】また、検出部5はさらに図8に示す構成を
とることもできる。ここでは、画像変換部5−1、差異
計算部5−2から構成している。画像変換部5−1は、
右画像を以下の手順に従って画像変換する。一般に、画
像は画像上の点(u,v)を変数とし、その各点に対し
て輝度値が定義された関数f(u,v)として表現でき
る。以下では画像をこのように表現する。
Further, the detecting section 5 can further have a configuration shown in FIG. Here, it is configured by an image conversion unit 5-1 and a difference calculation unit 5-2. The image conversion unit 5-1 includes:
The right image is converted according to the following procedure. Generally, an image can be expressed as a function f (u, v) in which points (u, v) on the image are variables and a luminance value is defined for each point. Hereinafter, an image is represented in this manner.

【0027】図9に示すようなステレオ画像が入力され
たとし、右画像をg(u,v)、その変換後の画像を
g'(u,v)とする。以下のように、g'(u,v)を
求める。
Assuming that a stereo image as shown in FIG. 9 has been input, the right image is g (u, v), and the converted image is g '(u, v). G ′ (u, v) is obtained as follows.

【数20】 ただし、(u',v')は、式19より求める。g'
(u,v)は、画像g(u,v)上の任意の点が道路平
面上に存在すると仮定した場合に、左カメラで得られる
画像である。例えば、図10の右画像からは、同図に示
すような変換画像を得る。図11に示すように、道路平
面上にある点の投影点は、左画像と変換画像で同一とな
るのに対し、道路平面上にない点、すなわち、障害物
(この場合は先行車両)上の点は、道路からの高さに応
じて異なる位置に投影される。したがって、この左画像
と変換画像の差分を取ることにより、道路平面上の障害
物を検出する。つまり、左画像をf(u,v)とする
と、
(Equation 20) Here, (u ′, v ′) is obtained from Expression 19. g '
(U, v) is an image obtained by the left camera, assuming that an arbitrary point on the image g (u, v) exists on the road plane. For example, a converted image as shown in FIG. 10 is obtained from the right image in FIG. As shown in FIG. 11, the projected point of the point on the road plane is the same in the left image and the converted image, but on the point not on the road plane, that is, on the obstacle (in this case, the preceding vehicle). Are projected at different positions depending on the height from the road. Therefore, an obstacle on the road plane is detected by taking the difference between the left image and the converted image. That is, if the left image is f (u, v),

【数21】 として、D'≠0、あるいは誤差を考慮して、D'>Th
r(Thrはあらかじめ設定した閾値)となる点(u,
v)は障害物領域に属すると判定する。
(Equation 21) D ′ ≠ 0 or, considering the error, D ′> Th
r (Thr is a preset threshold) (u,
v) is determined to belong to the obstacle area.

【0028】また、検出部5は画素間差分をとることに
よって2枚の画像の差異を検出したが、各点に対して
(2w+1)×(2w+1)のウィンドウを設定し、ウ
ィンドウ内の輝度値の正規化相互相関Cを計算して差異
を検出してもよい。2枚の画像F(u,v)、G(u,
v)の点(u,v)のCは、
The detection unit 5 detects the difference between the two images by calculating the difference between the pixels. However, the detection unit 5 sets a (2w + 1) × (2w + 1) window for each point, and sets the luminance value in the window. The difference may be detected by calculating the normalized cross-correlation C of. Two images F (u, v), G (u,
C at point (u, v) in v) is

【数22】 ここで、N=(2w+1)×(2w+1)、a、a
は2枚の画像のウィンドウ内の輝度の平均、
(Equation 22) Here, N = (2w + 1) × (2w + 1), a 1 , a 2
Is the average brightness in the window of the two images,

【外11】 らかじめ設定した閾値)となる点(u,v)が障害物領
域に属すると判定する。
[Outside 11] It is determined that the point (u, v) serving as the threshold value set in advance belongs to the obstacle area.

【0029】また、本実施例では道路両端の2本の白線
を直線として抽出したが、道路がカーブしている場合に
は白線は曲線となる。この場合には、白線を曲線として
抽出すれば、同様に障害物を検出することができる。
In this embodiment, two white lines at both ends of the road are extracted as straight lines. However, when the road is curved, the white lines are curved. In this case, if the white line is extracted as a curve, an obstacle can be detected in the same manner.

【0030】また、道路面として平面を仮定して説明し
たが、曲面の場合であっても、平面の場合と同様に障害
物を検出することができる。
Although the description has been made on the assumption that the road surface is a plane, an obstacle can be detected even in the case of a curved surface as in the case of a plane.

【0031】また、本実施例は、車載カメラからの障害
物検出に関して記述したが、例えば、移動ロボットの自
律走行にも適用することが可能であり、本手法は車載カ
メラからの障害物検出に限定されるものではない。
Although the present embodiment has been described with reference to the detection of an obstacle from an on-vehicle camera, the present invention can be applied to, for example, autonomous traveling of a mobile robot. It is not limited.

【0032】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
変形を実施できる。
In addition, modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0033】[0033]

【発明の効果】道路平面からの高さの有無により障害物
を検出するため、明るさの変動や影の影響を受けず、画
像中から先行車や歩行者等の障害物を検出することがで
きる。また、道路平面と各カメラの幾何学的な関係から
成り立つ拘束式を、道路両端の2本の白線のみから求め
ているため、走行中の振動や道路平面に傾斜にある場合
でも、高速に道路平面上の障害物を検知することがで
き、実用的効果は多大である。
According to the present invention, an obstacle is detected based on the presence or absence of a height from a road plane. Therefore, it is possible to detect an obstacle such as a preceding vehicle or a pedestrian from an image without being affected by a change in brightness or a shadow. it can. In addition, since the constraint equation, which is based on the geometric relationship between the road plane and each camera, is obtained only from the two white lines at both ends of the road, even if the road is vibrating or inclined on the road plane, the road can be driven at high speed. An obstacle on a plane can be detected, and the practical effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態の例。FIG. 1 is an example of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の全体構成。FIG. 2 is an overall configuration of the present invention.

【図3】ステレオカメラ座標系を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining a stereo camera coordinate system.

【図4】傾斜面を説明するための図。FIG. 4 is a diagram illustrating an inclined surface.

【図5】パラメータβを説明するための図。FIG. 5 is a diagram for explaining a parameter β.

【図6】道路両端の2本の白線と、その消失点を説明す
るための図。
FIG. 6 is a diagram for explaining two white lines at both ends of a road and vanishing points thereof.

【図7】道路両端の2本の白線の走行中の変化を説明す
るための図。
FIG. 7 is a diagram for explaining changes during traveling of two white lines at both ends of a road.

【図8】検出部5の変形例。FIG. 8 is a modified example of the detection unit 5.

【図9】ステレオ画像。FIG. 9 is a stereo image.

【図10】右画像とその変換画像を説明するための図。FIG. 10 is a diagram for explaining a right image and its converted image.

【図11】左画像と右画像の変換画像を説明するための
図。
FIG. 11 is a view for explaining a converted image of a left image and a right image.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、画像入力部 2、画像蓄積部 3、特徴抽出部 4、パラメータ計算部 5、検出部 1, image input unit 2, image storage unit 3, feature extraction unit 4, parameter calculation unit 5, detection unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA04 AA24 DD06 FF05 JJ05 JJ19 JJ26 QQ00 QQ13 QQ17 QQ24 QQ31 QQ36 QQ41 5B057 AA16 BA02 CA08 CA12 CA16 CB08 CB13 CB16 CC01 CD01 CH08 DB03 DB09 DC07 DC16 5H180 AA01 CC04 LL01 LL08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued from the front page F term (reference)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画像を入力する複数台のTVカメラと、
複数台のTVカメラにより入力された複数枚の画像を蓄
積するための画像蓄積部と、3次元空間中のある面上に
存在する線を画像から抽出する特徴抽出部と、特徴抽出
部により抽出された線から、上記面上の任意の点の、上
記複数枚の各画像への投影位置間に成り立つ関係式を求
めるパラメータ計算部と、パラメータ計算部により算出
した関係式を用いて、上記面上に存在しない領域を検出
する検出部からなることを特徴とする障害物検出装置。
1. A plurality of TV cameras for inputting images,
An image storage unit for storing a plurality of images input by a plurality of TV cameras, a feature extraction unit for extracting a line existing on a certain surface in a three-dimensional space from the image, and an extraction by the feature extraction unit A parameter calculation unit that obtains a relational expression that holds between the projection positions of the arbitrary points on the surface on the plurality of images from the obtained line, and a relational expression calculated by the parameter calculation unit. An obstacle detection device, comprising: a detection unit that detects an area not existing above.
【請求項2】 請求項1に記載の複数台のTVカメラ
が、互いの位置、姿勢、及び、各カメラの焦点距離、画
像中心が未知であることを特徴とする請求項1記載の障
害物検出装置。
2. The obstacle according to claim 1, wherein the plurality of TV cameras according to claim 1 have unknown positions, postures, focal lengths, and image centers of the cameras. Detection device.
【請求項3】 請求項1に記載のパラメータ計算部が、
3次元空間中のある面上の任意の点の、複数枚の各画像
への投影位置の間に成り立つ関係式を2次元のアフィン
変換で表現し、そのアフィン変換パラメータを求めるこ
とを特徴とする請求項1、請求項2、のいずれかに記載
の障害物検出装置。
3. The parameter calculation unit according to claim 1,
A relational expression that holds between the projection positions of an arbitrary point on a certain surface in a three-dimensional space onto a plurality of images is represented by two-dimensional affine transformation, and the affine transformation parameter is obtained. The obstacle detection device according to claim 1.
【請求項4】 請求項1に記載の特徴抽出部が、3次元
空間中のある面上に存在し、請求項1に記載の複数台の
TVカメラとほぼ同一方向で、3次元空間中で互いに平
行な複数の線を画像から抽出し、それらの線の消失点を
求めることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3
のいずれかに記載の障害物検出装置。
4. The feature extraction unit according to claim 1, which is present on a certain surface in a three-dimensional space, and in a direction substantially the same as that of the plurality of TV cameras in the three-dimensional space. 4. The method according to claim 1, wherein a plurality of lines parallel to each other are extracted from the image, and vanishing points of the lines are obtained.
The obstacle detection device according to any one of the above.
【請求項5】 請求項1に記載の特徴抽出部が、3次元
空間中のある面上に存在し、請求項1に記載の複数台の
TVカメラとほぼ同一方向で、3次元空間中で互いに平
行な複数の線を画像から抽出し、それらの線の画像上で
の傾きと、消失点を求めることを特徴とする請求項1、
請求項2、請求項3のいずれかに記載の障害物検出装
置。
5. The feature extraction unit according to claim 1, which exists on a certain surface in a three-dimensional space, and which is substantially in the same direction as the plurality of TV cameras according to claim 1, and in the three-dimensional space. The method according to claim 1, wherein a plurality of lines parallel to each other are extracted from the image, and inclinations of the lines on the image and vanishing points are obtained.
The obstacle detection device according to claim 2.
【請求項6】 複数台のTVカメラにより入力された複
数枚の画像を蓄積し、3次元空間中のある面上に存在す
る線をこれらの画像から抽出し、特徴抽出部により抽出
された線から上記面上の任意の点の上記複数枚の各画像
への投影位置間に成り立つ関係式を求めて、求められた
関係式を用いて上記面上に存在しない領域を検出するこ
とを特徴とする障害物検出方法。
6. A method for accumulating a plurality of images input by a plurality of TV cameras, extracting a line existing on a certain surface in a three-dimensional space from these images, and extracting a line extracted by a feature extracting unit. Finding a relational expression that holds between the projection positions of the arbitrary points on the surface onto the plurality of images, and detecting an area that does not exist on the surface using the obtained relational expression. Obstacle detection method.
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