JP2007030734A - 走行路判定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 その時々の外部状況に左右されにくいトンネル検出技術を提供する。
【解決手段】 走行路判定方法は、車両に搭載された撮像機からの画像データについて輝度の特徴量と色相の特徴量とを算出し、特徴量データ格納部に格納し、特徴量データ格納部に格納された輝度の特徴量が輝度に関する条件を満たし、特徴量データ格納部に格納された色相の特徴量が色相に関する条件を満たしているか判断し判断結果に基づき、車両がトンネル内を走行しているか判定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、走行路判定技術に関し、より詳しくはトンネルの検出技術に関する。
例えば特開平11−139225号公報には、車両に備えられ車両の走行に従ってトンネルを検出するトンネル検出装置が開示されている。具体的には、撮像手段によって撮像された前方道路画像から、設定濃度領域検出手段が所定濃度の領域を検出する。トンネルは周囲環境と異なる照明条件で撮像されるので、トンネルの入口あるいは出口は画像上では異なる濃度となって現れる。従ってそれらを所定濃度として検出することによって、トンネルの存在を示す入口あるいは出口領域が検出されることになる。
また、特開2001−39210号公報には、車両がトンネル等の暗所に進入する前に適切に車両のライトを自動的に点灯させ、使用感や利便性及び安全性を向上させるための技術が開示されている。具体的には、ライト点灯制御装置は、照度計の照度測定値に対応して自動車のライトを自動的に点灯又は消灯するものであるが、進行方向を撮影するビデオカメラと、ビデオカメラで得られた前方視界画像の画像データに占める暗部の割合を算出し、この割合が予め決められた第1の暗部閾値を超えた場合、暗部検出通知を出力する暗部検出部と、暗部検出部からの暗部検出通知を受けた場合に、照度計の照度測定値に基づく点灯制御に優先して、自動的にライトを点灯させるライト制御部とを有する。したがって、日中に周囲が明るいところ走行していても、進行方向にトンネルのような暗所があった場合、暗所に入る十分手前でライトは自動的に点灯される。
さらに、特開平9−205645号公報には、車両がトンネルに入ったりあるいは出たりする際、画像信号値が全体的に過小あるいは過大となるのを防止することができ、適正な画像信号に基づいて常時確実に画像処理を行うための前方環境認識装置が開示されている。具体的には、画像処理手段のメモリにトンネル入口の画像パターンが予め記憶されていると、該画像パターンと道路白線の上方にある映像物体とのパターンマッチングに基づき、これがトンネルの入口であることが確認される。するとトンネル入口の下方に占める画素数に基づき、走行中の車両とトンネル入口との距離が逐次演算される。またメモリにトンネルの入口までの各距離ごとに設定したアイリス値データ(入口アイリスマップ)が予め記憶されていると、トンネルの入口が所定距離まで近づいた際、制御手段により通常のアイリス値制御(オートアイリス制御)からトンネル内のアイリス値制御へと徐徐に切り換えられ、トンネルの入口までの各距離に応じたアイリス値データに基づき、CCDカメラの絞り開度が制御される。この結果、トンネルに入る際に画像信号値が全体的に過小となるのが防止され、適正な画像信号に基づいて画像処理を確実に行うことができる。
さらに、特開2004−230963号公報には、先行車両がある場合でもトンネルの入口を確実に検出することができると共に、コストを低減化することができる車両用トンネル検出方法が開示されている。具体的には、イメージプロセッシングユニット(トンネル検出部)では、距離によるトンネル認識部において画像Aの左右両側部(トンネル入口の左右壁面)より中央部分(トンネル内)の距離が遠いと判断され、かつ、輝度によるトンネル認識部において画像の左右両側部(トンネル入口の左右壁面)より中央部分(トンネル内)の輝度が暗いと判断された場合にトンネルの入口を検出する。
特開平11−139225号公報 特開2001−39210号公報 特開平9−205645号公報 特開2004−230963号公報
上で述べた従来技術では、トンネルの入口や出口の明るさの違いを利用してトンネルを検出したり、トンネルの入口の画像パターンを予め用意してマッチングを行ってトンネルを検出したり、ステレオカメラを用いて距離情報を得てトンネル入口部分のみ距離が遠いことを利用してトンネル検出を行うものである。このような従来のトンネル検出方法はトンネルの入口や出口の特徴を利用することによりトンネルの検出を行っているため、先行車の存在や夜間などにトンネルの入口や出口が検出できなくなり、車両がトンネルの中を走行しているのか、トンネルの外を走行しているのか区別できないという問題がある。
従って、本発明の目的は、その時々の外部状況に左右されにくいトンネル検出技術を提供することである。
本発明に係る走行路判定方法は、車両に搭載された撮像機からの画像データ、または当該画像データに対して所定の変換を施した画像データについて、当該画像の所定の色空間における複数の成分のうち少なくともいずれかの成分について特徴量を算出し、特徴量データ格納部に格納する特徴量算出ステップと、特徴量データ格納部に格納された特徴量が所定の条件を満たしているか判断する判断ステップと、判断ステップにおける判断結果に基づき、車両がトンネル内を走行しているか判定する判定ステップとを含む。
このようにトンネル内とトンネル外では上で述べた特徴量が異なるため、当該特徴量に対して適切な条件を設定することにより、先行車や夜間といった外部状況に左右されずにトンネルを検出することができる。よってライトの点灯制御、ワイパーの動作制御などを適切に行うことができるようになる。なお、特徴量は、例えば画像データ全体またはそのほとんどの部分についての特徴量である。
また、上で述べた特徴量が、輝度の特徴量と、色相の特徴量とを含むようにしてもよい。そして、所定の条件が、輝度に関する条件と色相に関する条件とを含むようにしてもよい。なお、輝度の特徴量は、例えば輝度の平均値であり、色相の特徴量は、色相の分散値である。また、輝度に関する条件は、例えば輝度の平均値に関する条件であり、色相に関する条件は、色相の分散値に関する条件である。
さらに、上で述べた特徴量が、画像データ全体についての特徴量と、画像データの所定の部分についての特徴量とを含むようにしてもよい。そして、所定の条件が、画像データ全体についての条件と、画像データの所定の部分についての条件とを含むようにしてもよい。画像データの所定の部分とは、例えばトンネル内とトンネル外とで特徴量が大きく異なる範囲(例えば前方上部)である。このように、画像データ全体についての特徴量に加えて、当該範囲についての特徴量を用いて、トンネル内およびトンネル外の走行について判別するようにすれば、精度良く判定することができるようになる。
さらに、上で述べた画像データと、当該画像データの撮影タイミングより前のタイミングにおける画像データとから画像変化に関する特徴量を算出し、特徴量データ格納部に格納するステップと、画像変化に関する特徴量が、トンネル内への進入を表す条件又はトンネル外への退出を表す条件を満たしているか判断する第2判断ステップとをさらに含むようにしてもよい。そして、判定ステップにおいて、第2判断ステップにおける判断結果にさらに基づき、車両がトンネル内を走行しているか判定するようにしてもよい。このように画像の時間変化からもトンネル内への進入又はトンネル外への退出を特定して、判定の精度を向上させることができる。なお、画像変化に関する特徴量は、例えば輝度の平均値の変化量又は変化率などである。
本発明に係る方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを作成することができ、当該プログラムは、例えばフレキシブル・ディスク、CD−ROM、光磁気ディスク、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶媒体又は記憶装置に格納される。また、ネットワークを介してディジタル信号にて頒布される場合もある。なお、処理途中のデータについては、コンピュータのメモリ等の記憶装置に一時保管される。
本発明によれば、その時々の外部状況に左右されずにトンネルを検出できるようになる。
[実施の形態1]
図1に第1の実施の形態に係る走行路判定装置の機能ブロック図を示す。本実施の形態に係る走行路判定装置は、例えばCCDカメラやCMOSカメラである撮像部1と、撮像部1で撮影された画像データを格納する画像データ格納部3と、画像データ格納部3に格納された画像データに対して以下で述べる処理を実施する画像特徴量分析部5と、画像特徴量分析部5の処理結果を格納する特徴量データ格納部7と、特徴量データ格納部7に格納されたデータに対して以下で述べる処理を実施する走行路判定部9と、走行路判定部9の処理結果を格納する状態データ格納部11と、状態データ格納部11に格納されたデータに基づき以下で述べる処理を実施するトンネル検出部13とを有する。
撮像部1は、車両等に搭載され、当該車両等の前方、後方、側方などの方向に向けて設置する。但し、以下では車両の前方に向けて設置する場合を説明する。撮像部1は、AGC(Auto Gain Control)機能と、ホワイトバランスの制御機能とを有するものとする。また、例えば30fps(frame per second)で画像を撮影し、1フレームごとに撮影した画像のデータを画像データ格納部3に格納する。
以下、図2乃至図7を用いて、図1に示した走行路判定装置の処理内容を説明する。まず、例えば画像特徴量分析部5は、トンネル内の走行に対する検出状態を表す変数Siを0に初期化する(図2:ステップS1)。そして、画像特徴量分析部5は、画像特徴量分析処理を実施する(ステップS3)。画像特徴量分析処理については図3を用いて説明する。ここでは、特徴量f(x,y)として画像データ全体についての色相h(x,y)の分散値σ1 2と輝度v(x,y)の平均値v2を用いた場合を例に挙げて説明する。
画像特徴量分析部5は、画像データ格納部3に格納された画像データ全体についての色相h(x,y)の分散値σ1 2を算出し、特徴量データ格納部7に格納する(ステップS11)。なお、xは横方向の画素の位置を示し、0を左端とする。また、yは縦方向の画素の位置を示し、0を上端とする。本実施の形態では、色相及び輝度を取り扱うので、画像データ格納部3に格納されている画像データがRGB又はYCC形式である場合には、まず色変換を実施してから処理を行う。
さらに、画像特徴量分析部5は、同じく画像データ格納部3に格納された画像データ全体についての輝度(明度)v(x,y)の平均値v2を算出し、特徴量データ格納部7に格納する(ステップS13)。
画像データにおける所定の範囲Sの輝度v(x,y)の平均値v2、及び所定の範囲Sの色相h(x,y)の分散値σ1 2は以下の式で算出される。
Figure 2007030734
Figure 2007030734
なお、hはh(x,y)の平均値である。また、ΣにおけるSは、S内の全ての画素について加算することを示し、分母のSは画像Sの面積(画素数)である。
図2の説明に戻って、次に走行路判定部9は、走行路判定処理を実施する(ステップS5)。走行路判定処理については図4及び図5を用いて説明する。
本実施の形態における走行路判定部9は、撮像部1が設置されている車両がトンネル内を走行しているのか否かを判定するものである。トンネルの内部の照明は、1つのトンネル内部では色や明るさが同じである場合が多い。また、赤、黄色、または白などの色調が一定な照明である場合も多い。本実施の形態の走行路判定部9は、この特徴を用いてトンネル内を走行していることを検出する。具体的には、照明の設置されているトンネル内は、太陽光のある昼間や、様々な照明の影響のある夜間などに比べ、照明が一定のため、輝度(明度)はある範囲内に収まり、特定の色に偏るために色相の分散は小さくなる。そのため、輝度の平均値v2は、その下限t2l、上限t2hの間に、色相の分散値σ1 2は、その下限t1l、上限t1hの間に収まるはずである。これらの関係をグラフに表すと図4のようになる。図4のグラフにおいて、横軸は輝度の平均値v2、縦軸は色相の分散値σ1 2を表す。そして、範囲T1を、トンネル内を走行していると判定する範囲とする。但し、範囲T1はこのような矩形の範囲に限らず、より実体に合わせて規定するようにしても良い。
従って図5に示すように、走行路判定部9は、特徴量データ格納部7に格納されている輝度の平均値v2と色相の分散値σ1 2とから、t1l≦σ1 2≦t1h且つt2l≦v2≦t2hという条件を満たしているか判断する(ステップS21)。もし、満たしていないと判断された場合には元の処理に戻る。すなわちSi=0のままとなる。一方、上記の条件を満たしていると判断された場合には、Si=1と設定する(ステップS23)。Siは状態データとして、状態データ格納部11に格納される。そして元の処理に戻る。
図2の説明に戻って、次にトンネル検出部13は、トンネル検出処理を実施する(ステップS7)。この処理については図6を用いて説明する。トンネル検出部13は、状態データ格納部11に格納されたSiの値が1であるか判断する(ステップS31)。もし、Si=1であれば、トンネル内走行中を表す信号を出力する(ステップS33)。この信号を受信したライト点灯制御部は、ライトを点灯させる。また、この信号を受信したワイパー制御部は、ワイパーの動作を停止させる。その他トンネル内で必要となる装置については動作を開始させ、不要となる装置については動作を停止させる。一方、Si=0であれば、トンネル外走行中を表す信号を出力する(ステップS35)。この信号を受信したライト点灯制御部は、ライトを消灯させる。また、この信号を受信したワイパー制御部は、例えば雨が降っていることを検出すると自動的にワイパーの動作を開始させる。その他トンネル外で必要となる装置については動作を開始させ、不要となる装置については動作を停止させる。そしてステップS33又はS35の後に元の処理に戻る。
なお、Si=1ではない場合には、状態不明と判定することも可能である。
このようにすれば、トンネル内を走行しているかトンネル外を走行しているかを、先行車両や時間帯などの外部状況の影響を抑えつつ、精度良く判定することができるようになる。
なお、図2に示した処理については、フレーム毎など所定の間隔で実行する。
例えば、t1l=0、t1h=48、t2l=0、t2h=98とする。そして、図7に示すようなσ1 2及びv2が算出されると、上から3フレーム目及び4フレーム目において前提となる条件を満たしていると判断され、Si=1と設定される。すなわち、3フレーム目及び4フレーム目においてトンネル内を走行していると判定される。
なお、図3の画像特徴量分析処理においては、特徴量として画像データ全体についての色相h(x,y)の分散値σ1 2と輝度v(x,y)の平均値v2を用いた場合を例に挙げて説明したが、分散値又は平均値もしくはその両方を画像内の予め定めた任意の領域Sについて算出してもよい。特徴量f(x,y)については、HSV形式で示す輝度(V)、色相(H)、または彩度(S)のうち少なくともいずれかだけではなく、RGB形式、YCbCr形式、L*a*b*形式、L*u*v*形式など様々な形式で表される空間における少なくともいずれかの成分を用いてもよい。また、それらのいずれかの形式で表された画像データに対してラプラシアンフィルタやSobelフィルタに代表される空間フィルタを適用した結果を特徴量f(x,y)算出に用いるようにしてもよい。その場合、図3のステップS11の前に空間フィルタを用いた処理を実施する。
また、図5の走行路判定処理において、トンネル内を走行していると判定される範囲は、図4のグラフに示されているように、輝度の平均値の上限及び下限、並びに色相の分散値の上限及び下限によって規定されていたが、特徴量f(x,y)が輝度及び色相以外の場合においても、特徴量f(x,y)として採用された成分について統計的にトンネル内を走行していると判定される範囲を特定すればよい。
[実施の形態2]
図8に第2の実施の形態に係る走行路判定装置の機能ブロック図を示す。本実施の形態に係る走行路判定装置は、撮像部1と、撮像部1で撮影された画像データを格納する画像データ格納部3と、画像データ格納部3に格納された画像データに対して以下で述べる処理を実施する画像特徴量分析部15と、画像特徴量分析部15の処理結果を格納する特徴量データ格納部7と、特徴量データ格納部7に格納されたデータに対して以下で述べる処理を実施する第1走行路判定部9と、特徴量データ格納部7に格納されたデータに対して以下で述べる処理を実施する第2走行路判定部17と、第1走行路判定部9及び第2走行路判定部17の処理結果を格納する状態データ格納部11と、状態データ格納部11に格納されたデータに基づき以下で述べる処理を実施するトンネル検出部19とを有する。なお、図1と同じ符号が付された処理部及びデータ格納部は、第1の実施の形態と同じ機能を有するものである。
次に第2の実施の形態に係る走行路判定装置の処理内容について図9乃至図15を用いて説明する。まず、例えば画像特徴量分析部15は、トンネル内の走行に対する検出状態を表す変数Si及びトンネル外の走行に対する検出状態を表す変数Soを0に初期化する(ステップS41)。次に、画像特徴量分析部15は、画像特徴量分析処理を実施する(ステップS43)。本実施の形態における画像特徴量分析処理については図10及び図11を用いて説明する。
画像特徴量分析部15は、画像データ格納部3に格納された画像データ全体についての色相h(x,y)の分散値σ1 2を算出し、特徴量データ格納部7に格納する(図10:ステップS51)。また、画像特徴量分析部15は、同じく画像データ格納部3に格納された画像データ全体についての輝度(明度)v(x,y)の平均値v2を算出し、特徴量データ格納部7に格納する(ステップS53)。ここまでは、第1の実施の形態と同じである。
そして、画像特徴量分析部15は、画像データ格納部3に格納された画像データのうち予め定められた部分画像S'について輝度v(x,y)の平均値v3を算出し、特徴量データ格納部7に格納する(ステップS55)。部分画像S'は、例えば図11に示すような範囲である。図11は、撮像部1を車両前方に向けて設置した場合に撮影される画像の一例であって、部分画像S'は、空が含まれる可能性が高い部分である。部分画像S'の範囲は、昼間の時間帯で晴天時に空が所定の割合以上入る部分として規定される。ステップS55の後に図9の処理に戻る。
次に、第1走行路判定部9は、特徴量データ格納部7に格納された画像データ全体の輝度の平均値v2及び色相の分散値σ1 2とを読み出し、第1走行路判定処理を実施する(ステップS45)。この処理については、第1の実施の形態における走行路判定処理と同じであり、図5に従う。また、第2走行路判定部17は、特徴量データ格納部7に格納された部分画像S'の輝度の平均値v3を読み出し、第2走行路判定処理を実施する(ステップS47)。この処理については図12及び図13を用いて説明する。
第2走行路判定部17は、特徴量データ格納部7に格納された部分画像S'の輝度の平均値v3が、t3l以上t3h以下であるか判断する(ステップS61)。上でも述べたように部分画像S'においては、トンネル外を走行中ならば、空の割合が画像データ全体に比して高くなるため、部分画像S'における輝度の平均値は全体の輝度の平均値に比して高くなる。従って、トンネル外を走行している場合に生じ得る部分画像S'の輝度の平均値の範囲及びそれと区別するためにトンネル内を走行している場合に生じ得る部分画像S'の輝度の平均値の範囲などを実際に計測して、トンネル外を走行中と判定する範囲T2を、図13に示すように、t3l以上t3h以下の範囲と予め定めておく。
従ってステップS61において条件を満たしていると判断されると、S0=1として設定する(ステップS63)。Soは状態データとして、状態データ格納部11に格納される。そして元の処理に戻る。一方、条件を満たしていないとされる場合には、そのまま元の処理に戻る。すなわちSo=0である。
図9の説明に戻って、次にトンネル検出部19は、トンネル検出処理を実施する(ステップS49)。この処理については図14に示す。トンネル検出部19は、状態データ格納部11に格納されたSoの値が1であるか判断する(ステップS71)。もし、S0=1であれば、トンネル外で走行中と判断できるため、トンネル外走行中を表す信号を出力する(ステップS77)。そして元の処理に戻る。
一方、So=0であれば、トンネル外走行中とは言えないので、状態データ格納部11に格納されたSiの値が1であるか判断する(ステップS73)。Si=0であればトンネル内走行中とは言えないので、ステップS77に移行する。Si=1であれば、トンネル内走行中と判断できるので、トンネル内走行中を表す信号を出力する(ステップS75)。
このようにトンネル内を走行中であることを判別するための画像データ全体についての輝度の平均値v2及び色相の分散値σ1 2に加えて、特定の画像部分S'における輝度の平均値v3を用いてトンネル外を走行中であることを判別することにより、判定の精度を高めることができる。
なお、ステップS73でSi=0の場合にはステップS77に移行する例を示したが、走行路不明と判定するようにしても良い。さらに、ステップS71とステップS73の判定順番を逆にしても良い。
なお、図9に示した処理については、フレーム毎など所定の間隔で実行する。
例えば、t1l=0、t1h=48、t2l=0、t2h=98、t3l=148、t3h=255として、図15に示すようなσ1 2、v2、v3が算出されたものとする。そうすると、第1フレームではSi=1及びSo=0となり、トンネル内を走行中であると判定される。第2フレームではSi=1及びSo=1となり、ステップS71でSoが優先的に採用されて、トンネル外を走行中と判定される。第3フレームではSi=0及びSo=1となり、第2フレームと状態データは異なるが同じくSoが優先的に採用されて、トンネル外を走行中と判定される。一方、第4フレームではSi=0及びSo=0となり、ステップS73においてSiに基づきトンネル外を走行中と判定される。第4フレームの場合、走行路不明と判定しても良い。
なお、図10のステップS55においては、部分画像S'の特徴量として輝度v(x,y)の平均値v2を用いた場合を例に挙げて説明したが、特徴量f(x,y)については、HSV形式で示す輝度(V)、色相(H)、または彩度(S)のうち少なくともいずれかだけではなく、RGB形式、YCbCr形式、L*a*b*形式、L*u*v*形式など様々な形式で表される空間における少なくともいずれかの成分を用いてもよい。また、それらのいずれかの形式で表された画像データに対してラプラシアンフィルタやSobelフィルタに代表される空間フィルタを適用した結果を特徴量f(x,y)算出に用いるようにしてもよい。その場合、図10のステップS55の前に空間フィルタを用いた処理を実施する。
また、図12の走行路判定処理において、トンネル外を走行していると判定される範囲は、図13のグラフに示されているように、輝度の平均値の上限及び下限によって規定されていたが、特徴量f(x,y)が輝度以外の場合においても、特徴量f(x,y)として採用された成分について統計的にトンネル外を走行していると判定される範囲を特定すればよい。
[実施の形態3]
図16に第3の実施の形態に係る走行路判定装置の機能ブロック図を示す。本実施の形態に係る走行路判定装置は、撮像部1と、撮像部1で撮影された画像データを格納する画像データ格納部3と、画像データ格納部3に格納された画像データに対して以下で述べる処理を実施する画像特徴量分析部15と、画像特徴量分析部15の処理結果を格納する特徴量データ格納部7と、特徴量データ格納部7に格納されたデータに対して上で述べた処理を実施する第1走行路判定部9と、特徴量データ格納部7に格納されたデータに対して上で述べた処理を実施する第2走行路判定部17と、特徴量データ格納部7に格納されたデータに対して以下に説明する処理を実施するトンネル進入検出部23と、特徴量データ格納部7に格納されたデータに対して以下に説明する処理を実施するトンネル退出検出部25と、第1走行路判定部9、第2走行路判定部17、トンネル進出検出部23及びトンネル退出検出部25の処理結果を格納する状態データ格納部11と、状態データ格納部11に格納されたデータに基づき以下で述べる処理を実施するトンネル検出部27とを有する。なお、図1及び図8と同じ符号が付された処理部及びデータ格納部は、第1及び第2の実施の形態と同じ機能を有するものである。
次に第3の実施の形態に係る走行路判定装置の処理内容について図17乃至図20を用いて説明する。まず、例えば画像特徴量分析部15は、トンネル内の走行に対する検出状態を表す変数Si及びトンネル外の走行に対する検出状態を表す変数Soを0に初期化する(ステップS81)。次に、画像特徴量分析部15は、画像特徴量分析処理を実施する(ステップS83)。本実施の形態における画像特徴量分析処理については第2の実施の形態における画像特徴量分析処理と同じであり図10の処理フローに従う。なお、画像特徴量分析処理の結果は時系列で特徴量データ格納部7に蓄積されるものとする。
そして、第1走行路判定部9は、特徴量データ格納部7に格納された画像データ全体の輝度の平均値v2及び色相の分散値σ1 2とを読み出し、第1走行路判定処理を実施する(ステップS85)。この処理については、第1の実施の形態における走行路判定処理と同じであり、図5に従う。また、第2走行路判定部17は、特徴量データ格納部7に格納された部分画像S'の輝度の平均値v3を読み出し、第2走行路判定処理を実施する(ステップS87)。この処理については第2の実施の形態における第2走行路判定処理と同じであり、図12に従う。
その後、トンネル進入又はトンネル退出を表す変数Stが1であるか判断し(ステップS89)、St=1であればトンネル退出検出部25は、トンネル退出検出処理を実施する(ステップS91)。一方、St=0であればトンネル進入検出部23は、トンネル進入検出処理を実施する(ステップS93)。これらの処理については、図18及び図19を用いて説明する。
トンネル進入検出部23及びトンネル退出検出部25は、以下の原理に基づきトンネル内への車両の進入及びトンネル外への車両の退出を検出する。すなわち、トンネル進入時又はトンネル退出時には、トンネルの中と外の明るさが異なるので、撮像部1のAGCが作動して自動的に露出を下げたり上げたりする。昼間にトンネルに進入した時は画像が一瞬暗くなったり、夜間にトンネルに進入した時は画像が一瞬明るくなったりする。昼間と夜間でトンネル内とトンネル外の輝度の関係が変化するため、以下は昼間の場合について述べる。
従って、トンネル退出検出部25は、現フレームの輝度の平均値v2(n)とnフレーム前のv2(0)との変化量xを算出する(ステップS101)。v2(0)乃至v2(n)の中から最小値と最大値を探し、最小値をv2(min)、最大値をv2(max)とする。このとき、minをv2(min)のときのフレーム番号とし、maxをv2(max)のときのフレーム番号とする。min<maxのときは変化量xはv2(max)−v2(min)とし、max<minのときは変化量xはv2(min)−v2(max)とする。nは、常に特定の値を採用するようにしても良い。また、車両のスピードのデータを取得できる場合には、速度が増加した場合にはnを減らし、速度が減少した場合にはnを増加させるようにして、特徴的な画像の発生タイミングをとらえて適切にトンネルからの退出及びトンネルへの進入を検出する。次に、トンネル退出検出部25は、変化量xと変化量増加時の閾値であるt4hとを比較し、変化量x≧t4hという条件を満たしているか判断する(ステップS103)。もし、満たしていると判断されたら、暗い場所(トンネル内)から明るい場所(トンネル外)に移動したと考えられるため、St=0に設定する(ステップS105)。そして元の処理に戻る。Stも状態データとして状態データ格納部11に格納する。なお、ステップS101で差を算出するような例を示していたが、比を算出するようにしても良い。いずれにせよ輝度の平均値の急激な増加を検出し、検出できた場合にはトンネルの退出を表す変数Stを0に設定する。
一方、変化量x≧t4hという条件を満たしていないと判断されたら、トンネルの退出は検出できないのでそのまま元の処理に戻る。
同様に、トンネル進入検出部23は、現フレームの輝度の平均値v2(n)とnフレーム前のv2(0)との変化量xを算出する(図19:ステップS111)。nは、上で述べたとおり設定される。次に、トンネル進入検出部23は、変化量xと変化量減少時の閾値であるt4lとを比較し、変化量x≦t4lという条件を満たしているか判断する。(ステップS113)。もし、満たしていると判断されたら、明るい場所(トンネル外)から暗い場所(トンネル内)に移動したと考えられるため、St=1に設定する(ステップS115)。そして元の処理に戻る。Stも状態データとして状態データ格納部11に格納する。なお、ステップS111で差を算出するような例を示していたが、比を算出するようにしても良い。いずれにせよ急激な輝度の平均値の減少を検出し、検出できた場合にはトンネルの進入を表す変数Stを1に設定する。
一方、変化量x≦t4lという条件を満たしていないと判断されたら、トンネルの進入は検出できないのでそのまま元の処理に戻る。なお、Stについては走行路判定装置の初期化時に0とすることとし、各フレーム処理時には初期化しない。
図17の説明に戻って、トンネル検出部27は、トンネル検出処理を実施する(ステップS95)。このトンネル検出処理については図20及び図21を用いて説明する。トンネル検出部27は、状態データ格納部11に格納されたSoが1であるか判断する(ステップS121)。トンネル外であると判断される場合にはSo=1となるので、So=1であればトンネル外走行中を表す信号を出力する(ステップS129)。そして元の処理に戻る。
一方、So=0であれば、状態データ格納部11に格納されたSiが1であるか判断する(ステップS123)。トンネル内であると判断される場合にはSi=1となるので、Si=1であればトンネル内走行中を表す信号を出力する(ステップS127)。そして元の処理に戻る。
i=0であれば、状態データ格納部11に格納されたStが1であるか判断する(ステップS125)。トンネル内に進入したと判断された場合にはSt=1となるので、St=1であればステップS127に移行する。一方、トンネル外に退出したと判断された場合にはSt=0となるので、St=0であればステップS129に移行する。
このような処理を行うことにより、トンネル進入又はトンネル退出の検出結果を補助的に用いることによって判定精度を向上させることができる。
なお、図17に示した処理については、フレーム毎など所定の間隔で実行する。
例えば、t1l=0、t1h=48、t2l=0、t2h=98、t3l=148、t3h=255、t4h=18、t4l=−18として、図21に示すようなσ1 2、v2、v3及びv2の変化量xが算出されたものとする。なお、ここではn=1とする。また、初期的にSt=1とする。そうすると、第1フレームではSi=1及びSo=0となり、トンネル内を走行中であると判定される。次に第2フレームではSi=1及びSo=1となり、さらにv2の変化量xが20でt4h以上となっており、Stが0に設定される。本実施の形態では、ステップS121においてSoが効いてトンネル外を走行中であると判断される。
さらに、第3フレームではSi=0、So=1、さらにSt=0のままとなる。ここでは、Soが優先的に効いてくるので第2フレームと同じ判定結果となる。また。第4フレームではSi=0、v3が減少しているのでSo=0となるが、St=0のままとなる。これにより、ステップS125でトンネル外を走行中であると判定される。
なお、図18のステップS101および、図19のステップS111においては、特徴量としてフレームについての輝度v(x,y)の平均値v2を用いた場合を例に挙げて説明したが、平均値はフレーム内の予め定めた任意の領域Sについて算出してもよい。特徴量f(x,y)については、HSV形式で示す輝度(V)、色相(H)、または彩度(S)のうち少なくともいずれかだけではなく、RGB形式、YCbCr形式、L*a*b*形式、L*u*v*形式など様々な形式で表される空間における少なくともいずれかの成分を用いてもよい。また、それらのいずれかの形式で表された画像データに対してラプラシアンフィルタやSobelフィルタに代表される空間フィルタを適用した結果を特徴量f(x,y)算出に用いるようにしてもよい。その場合、図18のステップS101および、図19のステップS111の前に空間フィルタを用いた処理を実施する。
また、図18および図19においては昼間の場合について説明しているが、夜間の場合は明るい場所から暗い場所に移動したときにトンネルから退出したと考えられるため、図18のステップS103は変化量xと変化量減少時の閾値であるt5lとを比較し、変化量x≦t5lという条件を満たしているかを判断し、暗い場所から明るい場所に移動したときにトンネルへ進入したと考えられるため、図19のステップS113は変化量xと変化量増加時の閾値であるt5hとを比較し、変化量x≧t5hという条件を満たしているかを判断する。昼間と夜間とを判別するためには、カメラの露光時間が、特定の閾値よりも短い場合を昼間、長い場合を夜間と認識することにより判別する手段を用いる。
[実施の形態4]
図22に第4の実施の形態に係る走行路判定装置の機能ブロック図を示す。本実施の形態に係る走行路判定装置は、露出制御部1aを有する撮像部1と、撮像部1で撮影された画像データを格納する画像データ格納部3と、画像データ格納部3に格納された画像データに対して上で述べた処理を実施する画像特徴量分析部5と、画像特徴量分析部5の処理結果及び露出制御部1aの出力結果を格納する特徴量データ格納部7と、特徴量データ格納部7に格納されたデータに対して以下で述べる処理を実施する走行路判定部29と、走行路判定部29の処理結果を格納する状態データ格納部11と、状態データ格納部11に格納されたデータに基づき以下で述べる処理を実施するトンネル検出部31とを有する。図1と同じ符号が付された処理部及びデータ格納部は、第1の実施の形態と同じ機能を有するものである。
本実施の形態では、露出制御部1aは撮像部1に備えられており、露出はシャッタースピードを変えることにより調整されるものとする。すなわち、このシャッタースピードsを露出量として取り扱う。露出制御部1aは、撮像される画像が明るければシャッタースピードを速くし、暗ければシャッタースピードを遅くすることで撮像される画像の明るさを調整する。そして、露出制御部1aは、シャッタースピードsのデータをフレーム毎に特徴量データ格納部7に格納する。
本実施の形態における処理フローは、第1の実施の形態における図2と同じであり、画像特徴量分析部5の処理内容も図3と同じである。走行路判定部29の処理内容は、図23に示すものとなる。
本実施の形態では、照明のあるトンネル内では明るさがある一定範囲に保たれるため、シャッタースピードもある範囲内に収まる、という事実を用いて、走行路判定部29は以下のような処理を実施する。すなわち、走行路判定部29は、シャッタースピードsが、シャッタースピードsの下限値tsl以上、上限値tsh以下であるか判断する(ステップS131)。シャッタースピードsがこの範囲内ではないと判断されると、Si=0に設定する(ステップS137)。Siは状態データであって状態データ格納部11に格納される。一方、シャッタースピードsが上記範囲内であると判断されると、走行路判定部29は、特徴量データ格納部7に格納されている輝度の平均値v2と色相の分散値σ1 2とから、t1l≦σ1 2≦t1h且つt2l≦v2≦t2hという条件を満たしているか判断する(ステップS133)。もし、満たしていないと判断された場合にはステップS137に移行する。すなわちSi=0となる。一方、上記の条件を満たしていると判断された場合には、Si=1と設定する(ステップS135)。Siは状態データとして、状態データ格納部11に格納される。そして元の処理に戻る。
このようにすれば、シャッタースピードsが適切な範囲内である場合のみ輝度の平均値及び色相の分散値による判定を行うので、トンネル内を走行中という判定につき精度を向上させることができる。
なお、シャッタースピードsの下限値tsl=1/2000、上限値tsh=1/10000とし、t1l=0、t1h=48、t2l=0、t2h=98とする場合、s、σ1 2、v2が、図24のように特定されたものとする。第1フレームの場合には、シャッタースピードsが条件を満たさないので、自動的にSi=0となる。第2及び第3フレームについても同様である。第4フレームになると、シャッタースピードsが上記条件を満たし、且つ輝度の平均値v2と色相の分散値σ1 2も条件を満たすので、Si=1となる。
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各機能ブロックは、必ずしも実際のプログラムモジュールとは対応しない。また、処理フローにおいても、処理結果が変化しない範囲においてステップの順番を入れ替えたり並列実行を行っても良い。
(付記1)
車両に搭載された撮像機からの画像データ、または当該画像データに対して所定の変換を施した画像データについて、当該画像の所定の色空間における複数の成分のうち少なくともいずれかの成分について特徴量を算出し、特徴量データ格納部に格納する特徴量算出ステップと、
前記特徴量データ格納部に格納された前記特徴量が所定の条件を満たしているか判断する判断ステップと、
前記判断ステップにおける判断結果に基づき、前記車両がトンネル内を走行しているか判定する判定ステップと、
を含み、コンピュータにより実行される走行路判定方法。
(付記2)
前記特徴量算出ステップにおける特徴量が、輝度の特徴量と色相の特徴量とを含み、
前記所定の条件が、輝度に関する条件と、色相に関する条件とを含む
付記1記載の走行路判定方法。
(付記3)
前記輝度の特徴量が輝度の平均値であり、
前記色相の特徴量が色相の分散値である
付記2記載の走行路判定方法。
(付記4)
前記特徴量算出ステップにおける特徴量が、
前記画像データ全体についての特徴量と、前記画像データの所定の部分についての特徴量とを含み、
前記所定の条件が、
前記画像データ全体についての条件と、前記画像データの所定の部分についての条件とを含む、
付記1記載の走行路判定方法。
(付記5)
前記画像データ全体についての特徴量が、輝度の平均値および色相の分散値であり、
前記画像データの所定の部分についての特徴量が、前記車両の進行方向を撮影した画像データの上方所定範囲についての輝度の平均値であり、
前記画像データ全体についての条件が、輝度の平均値に関する条件、および色相の分散値に関する条件を含み、
前記画像データの所定の部分についての条件が、前記車両の進行方向を撮影した画像データの上方所定範囲についての輝度の平均値に関する条件を含む、
付記4記載の走行路判定方法。
(付記6)
前記画像データと、当該画像データの撮影タイミングより前のタイミングにおける画像データとから画像変化に関する特徴量を算出し、前記特徴量データ格納部に格納するステップと、
前記画像変化に関する特徴量が、トンネル内への進入を表す条件又はトンネル外への退出を表す条件を満たしているか判断する第2判断ステップと、
をさらに含み、
前記判定ステップにおいて、前記第2判断ステップにおける判断結果にさらに基づき、前記車両がトンネル内を走行しているか判定する
付記1、2、4、5のいずれか1つ記載の走行路判定方法。
(付記7)
前記画像変化に関する特徴量が、輝度の平均値の変化量又は変化率である
付記6記載の走行路判定方法。
(付記8)
前記第2判断ステップが、
トンネル内への進入を表す条件を満たしたと判断された場合には、前記画像変化に関連する特徴量がトンネル外への退出を表す条件を満たしているか判断するステップと、
トンネル外への退出を表す条件を満たしたと判断された場合には、前記画像変化に関連する特徴量がトンネル内への進入を表す条件を満たしているか判断するステップと、
を含む付記6記載の走行路判定方法。
(付記9)
前記判定ステップにおいて、
前記判断ステップにおける判断結果に基づき、前記車両がトンネル内を走行していると判定できなかった場合に、前記第2判断ステップにおける判断結果に基づき判定する
付記6記載の走行路判定方法。
(付記10)
前記判定ステップにおいて、前記撮像機の露光制御パラメータにさらに基づき前記車両がトンネル内を走行しているか判定する
付記1、2、4乃至6のいずれか1つ記載の走行路判定方法。
(付記11)
前記露光制御パラメータが、シャッタースピードである
付記10記載の走行路判定方法。
(付記12)
前記判定ステップにおいて、前記露光制御パラメータに基づき前記車両がトンネル内を走行していると判断された場合に、前記判断ステップの判定結果に基づき判定する
付記10記載の走行路判定方法。
(付記13)
付記1乃至12のいずれか1つ記載の走行路判定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
(付記14)
車両に搭載された撮像機からの画像データ、または当該画像データに対して所定の変換を施した画像データについて、当該画像の所定の色空間における複数の成分のうち少なくともいずれかの成分について特徴量を算出し、前記特徴量データ格納部に格納する特徴量算出手段と、
前記特徴量データ格納部に格納された前記特徴量が所定の条件を満たしているか判断する判断手段と、
前記判断手段における判断結果に基づき、前記車両がトンネル内を走行しているか判定する判定手段と、
を有する走行路判定装置。
(付記15)
前記特徴量算出手段における特徴量が、輝度の特徴量と色相の特徴量とを含み、
前記所定の条件が、輝度に関する条件と、色相に関する条件とを含む、
付記14記載の走行路判定装置。
(付記16)
前記特徴量算出手段における特徴量が、
前記画像データ全体についての特徴量と、前記画像データの所定の部分についての特徴量とを含み、
前記所定の条件が、
前記画像データ全体についての条件と、前記画像データの所定の部分についての条件とを含む、
付記14記載の走行路判定装置。
(付記17)
前記画像データと、当該画像データの撮影タイミングより前のタイミングにおける画像データとから画像変化に関する特徴量を算出し、前記特徴量データ格納部に格納する手段と、
前記画像変化に関する特徴量が、トンネル内への進入を表す条件又はトンネル外への退出を表す条件を満たしているか判断する第2判断手段と、
をさらに有し、
前記判定手段が、前記第2判断手段における判断結果にさらに基づき、前記車両がトンネル内を走行しているか判定する
付記14乃至16のいずれか1つ記載の走行路判定装置。
(付記18)
前記判定手段が、前記撮像機の露光制御パラメータにさらに基づき前記車両がトンネル内を走行しているか判定する
付記14乃至17のいずれか1つ記載の走行路判定装置。
本発明の第1の実施の形態の機能ブロック図である。 本発明の第1の実施の形態におけるメイン処理フローを示す図である。 本発明の第1の実施の形態における画像特徴量分析処理の処理フローを示す図である。 本発明の第1の実施の形態における輝度の平均値の範囲及び色相の分散値の範囲を説明するための図である。 本発明の第1の実施の形態における走行路判定処理の処理フローを示す図である。 本発明の第1の実施の形態におけるトンネル検出処理の処理フローを示す図である。 本発明の第1の実施の形態における一具体例を示す図である。 本発明の第2の実施の形態の機能ブロック図である。 本発明の第2の実施の形態におけるメイン処理フローを示す図である。 本発明の第2の実施の形態における画像特徴量分析処理の処理フローを示す図である。 部分画像S'を説明するための図である。 本発明の第2の実施の形態における第2走行路判定処理の処理フローを示す図である。 本発明の第2の実施の形態における部分画像の輝度の平均値の範囲を説明するための図である。 本発明の第2の実施の形態におけるトンネル検出処理の処理フローを示す図である。 本発明の第2の実施の形態における一具体例を示す図である。 本発明の第3の実施の形態における機能ブロック図である。 本発明の第3の実施の形態におけるメイン処理フローを示す図である。 本発明の第3の実施の形態におけるトンネル退出検出処理の処理フローを示す図である。 本発明の第3の実施の形態におけるトンネル進入検出処理の処理フローを示す図である。 本発明の第3の実施の形態におけるトンネル検出処理の処理フローを示す図である。 本発明の第3の実施の形態における一具体例を示す図である。 本発明の第4の実施の形態における機能ブロック図である。 本発明の第4の実施の形態における走行路判定処理の処理フローを示す図である。 本発明の第4の実施の形態における一具体例を示す図である。
符号の説明
1 撮像部 3 画像データ格納部 5,15 画像特徴量分析部
7 特徴量データ格納部 9,29 走行路判定部
11 状態データ格納部 13,19,27,31 トンネル検出部
9 第1走行路判定部 17 第2走行路判定部
23 トンネル進入検出部 25 トンネル退出検出部

Claims (5)

  1. 車両に搭載された撮像機からの画像データ、または当該画像データに対して所定の変換を施した画像データについて、当該画像の所定の色空間における複数の成分のうち少なくともいずれかの成分について特徴量を算出し、特徴量データ格納部に格納する特徴量算出ステップと、
    前記特徴量データ格納部に格納された前記特徴量が所定の条件を満たしているか判断する判断ステップと、
    前記判断ステップにおける判断結果に基づき、前記車両がトンネル内を走行しているか判定する判定ステップと、
    を含み、コンピュータにより実行される走行路判定方法。
  2. 前記特徴量算出ステップにおける特徴量が、輝度の特徴量と色相の特徴量とを含み、
    前記所定の条件が、輝度に関する条件と、色相に関する条件とを含む
    請求項1記載の走行路判定方法。
  3. 前記特徴量算出ステップにおける特徴量が、
    前記画像データ全体についての特徴量と、前記画像データの所定の部分についての特徴量とを含み、
    前記所定の条件が、
    前記画像データ全体についての条件と、前記画像データの所定の部分についての条件とを含む、
    請求項1記載の走行路判定方法。
  4. 前記画像データと、当該画像データの撮影タイミングより前のタイミングにおける画像データとから画像変化に関する特徴量を算出し、前記特徴量データ格納部に格納するステップと、
    前記画像変化に関する特徴量が、トンネル内への進入を表す条件又はトンネル外への退出を表す条件を満たしているか判断する第2判断ステップと、
    をさらに含み、
    前記判定ステップにおいて、前記第2判断ステップにおける判断結果にさらに基づき、前記車両がトンネル内を走行しているか判定する
    請求項1乃至3のいずれか1つ記載の走行路判定方法。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1つ記載の走行路判定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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