JP2007241398A - 車両の視界解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シミュレーションソフトを単純化でき、かつ視界評価に関するシミュレーションを高精度に短時間で行うことができる車両の視界解析装置を提供する。
【解決手段】三次元ＣＡＤに設定した画像取得ファイル、車両モデル１１と、車両モデル１１の運転室１１ｄ内に配置した光源モデル１２と、車両モデル１１の外側に配置した光源モデル１２を撮影するためのカメラモデル１３と、カメラモデル１３の複数の撮影位置とを設定し、三次元ＣＡＤを用いて複数の撮影位置のそれぞれの位置でカメラモデル１３により撮影された複数の画像を取得する。画像解析プログラムにより、複数の画像に対して光源モデル１２が写り込んでいるか否かを判別し、その判別結果を記録する。
【選択図】 図５

Description

本発明は車両の視界解析装置に係わり、特に、三次元ＣＡＤを用いたシミュレーション技術により油圧ショベル等の作業車両の視界を解析する車両の視界解析装置に関する。

従来、三次元ＣＡＤ（Computer Aided Design：コンピュータ支援設計装置）を用いた作業車両の視界評価に関するシミュレーション技術としては、コマツ技報（1993／Vol.39／No.2）「三次元CADによる視界性の検討」に記載のものがある。これは、ＥＣ規制試験のシミュレーション技術であり、三次元ＣＡＤにより、油圧ショベルの運転室内におけるオペレータのアイポイントをみたてた水平方向の２点の位置に視界妨害物毎に光源（フィラメント）を設定し、車体外側に設定した試験円にできる影の弦長を測定するものである。２光源の設定は、視界妨害物（運転室内オペレータの視界を遮るもの；例えばピラー）に対して、視界妨害物の中心点と２光源間の中心を結んだ直線と２光源を結ぶ直線が垂直になるように２光源を水平に置くことで行っている。

コマツ技報 1993／Vol．39／No.2 「三次元CADによる視界性の検討」

上記従来技術では、運転室内の所定位置に水平方向に設定された２光源はオペレータの頭部の位置が変化しない場合のアイポイント位置に対応する。しかし、油圧ショベル等、車両（特に産業車両）に乗車しているオペレータは車両の運転中に頭部の位置が変化し、このオペレータの頭部の位置の変化に伴ってオペレータのアイポイント位置も変化する。したがって、視界評価のシミュレーション精度の向上という観点では、オペレータの頭部の位置の変化に伴うアイポイント位置の変化（特に前後方向の変化）を考慮した視界評価を行うことが望まれる。

また、上記従来技術では、光源側からの視界妨害物の影を測定する方式であるため、オペレータの頭部の位置の変化に伴うアイポイント位置の変化（特に前後方向の変化）を考慮したシミュレーションを行う場合は、アイポイント位置の変化範囲内に多数の光源を設定する必要があり、しかも、視界妨害物毎に多数の光源によるシミュレーションを行う必要がある。その場合、シミュレーションソフトが複雑となり、かつシミュレーションソフトにより処理時間も膨大となる可能性がある。

本発明の目的は、シミュレーションソフトを単純化でき、かつ視界評価に関するシミュレーションを高精度に短時間で行うことができる車両の視界解析装置を提供することである。

（１）本発明は、上記目的を達成するために、車両モデルと、この車両モデルの運転室内に配置した光源モデルと、前記車両モデルの外側に配置した前記光源モデルを撮影するためのカメラモデルと、前記カメラモデルの複数の撮影位置とを三次元ＣＡＤに設定し、この三次元ＣＡＤを用いて前記複数の撮影位置のそれぞれで前記カメラモデルにより撮影した複数の画像を取得する画像取得手段と、前記複数の画像のそれぞれに前記光源モデルが含まれているか否かを判別し、その判別結果を記録する画像判別手段とを備えるものとする。

このように本発明は、画像取得手段と画像判別手段を設け、車両モデルの外側に配置したカメラモデルにより画像を取得し、その画像に光源モデルが含まれているかどうかを判別することによって、車両モデル外側から光源モデルの写り込みの有無を検知する構成としたため、光源モデルのサイズを適切に設定するだけで、容易に、オペレータの頭部の位置の変化に伴うアイポイント位置の変化（特に前後方向の変化）を考慮したシミュレーションが可能となり、視界評価に関するシミュレーションを高精度に行うことができる。

また、光源モデルの写り込みの有無を車両モデル外側から検知する構成であるため、オペレータの頭部の位置の変化に伴うアイポイント位置の変化（特に前後方向の変化）を考慮したシミュレーションを行うのに、多数の光源モデルを設定する必要が無く、かつ視界妨害物毎にシミュレーションを行う必要も無く、シミュレーションソフトを単純化でき、視界評価に関するシミュレーションを短時間で行うことができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、更に、前記画像判別手段で記録された判別結果を前記複数の撮影位置に関する遮蔽領域の分布図として表示する判別結果表示手段を更に備える。

これによりその分布図を見ることで容易に視界評価を行うことができる。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記光源モデルは、上方から見たときに所定の輪郭形状を有している。

これにより光源モデルは、オペレータの頭部の位置の変化に伴うアイポイント位置の変化（特に前後方向の変化）を考慮した設定となり、視界評価に関するシミュレーションを高精度に行うことができる。

（４）また、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記光源モデルは、上方から見たときの形状が円形である。

これによっても、光源モデルは、オペレータの頭部の位置の変化に伴うアイポイント位置の変化（特に前後方向の変化）を考慮した設定となり、視界評価に関するシミュレーションを高精度に行うことができる。

（５）また、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記光源モデルは、上方から見たときに所定の輪郭形状を有しかつ上下方向に所定の厚みを有している。

これにより、光源モデルは、オペレータの頭部の位置の変化に伴うアイポイント位置の変化として、前後方向だけでなく上下方向の変化も考慮した設定となり、視界評価に関するシミュレーションを更に高精度に行うことができる。

（６）また、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記光源モデルは他の部分と異なる属性情報を持たせている。他の部分と異なる属性情報としては例えば異なる色、輝度等がある。

これにより画像取得手段により取得した画像に光源モデルが含まれているか否かの判別を精度良く行うことができる。

（７）また、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記カメラモデルは所定の経路上を移動可能に設定され、前記複数の撮影位置はこの経路上に設定されている。

これにより三次元ＣＡＤの動画機能を用いて複数の撮影位置を容易に設定することができる。

（８）上記（７）において、好ましくは、前記所定の経路は、前記光源モデルを中心とし、所定の半径を有する円である。

（９）上記（７）において、前記所定の経路は、前記光源モデルから所定距離離れた直線であってもよい。

本発明によれば、三次元ＣＡＤを用いた車両の視界評価に関するシミュレーション技術において、車両モデル外側から光源モデルの写り込みの有無を検知する構成としたため、シミュレーションソフトを単純化でき、視界評価に関するシミュレーションを高精度に短時間で行うことができる

以下、本実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態の作業車両の視界解析装置を備えたコンピュータの外観を示す図である。パソコン１は、制御装置本体であるコントローラ２と、表示手段であるモニタ３と、キーボード４、マウス５等の操作手段とを備えている。

図２はコントローラ２の内部構成を示す図である。コントローラ２は、キーボード４、マウス５等の操作手段からの操作信号を入力する操作入力インターフェース２ａ、所定の演算処理を行うＣＰＵ２ｂ、パソコンの基本ソフト等のプログラムや定数が記憶されているＲＯＭ２ｃ、演算途中のデータなどを一時的に記憶するＲＡＭ２ｄ、三次元ＣＡＤソフト（アプリケーションソフト）、画像取得ファイル、画像解析プログラム、表計算ソフトのようなドキュメント作成用ソフト（アプリケーションソフト）などが格納されたＨＤ（ハードディスク）２ｅ、モニタ３に表示データを出力したりモニタ３からのマウス等からの指令信号を入力するモニタ入出力インターフェース２ｆと、プリンタ（図示せず）に印刷指令を出力するプリンタ出力インターフェース２ｇ、通信、その他の入出力インターフェース２ｈとを備えている。三次元ＣＡＤソフトは市販のアプリケーションソフトであり、コントローラ２のＨＤ２ｅにその三次元ＣＡＤソフトが格納されていることにより、パソコン１は三次元ＣＡＤとして機能する。また、画像取得ファイルは三次元ＣＡＤを用いて作成したものである。

図３（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、三次元ＣＡＤの画像取得ファイルに設定する車両モデル、光源モデル、カメラモデルの概念を示す図である。

図３（ａ）において、車両モデル１１は油圧ショベルであり、油圧ショベルの車両モデル１１は、左右のクローラを有する下部走行体１１ａ、上部旋回体１１ｂ、作業フロント１１ｃを備え、上部旋回体１１ｂの前部右側には運転室（キャブ）１１ｄが配置され、運転室１１ｄ内には運転席１１ｅ（図６参照）が設置されている。この車両モデル１１は実際の車両（油圧ショベル）の寸法情報を含む設計ＣＡＤデータを読み込んで作成したものであり、三次元ＣＡＤの車両モデルフォルダにファイルとして保存されている。

光源モデル１２は図３（ｂ）に示すように円柱体として構成され、かつ他の部分と識別できるように他の部分と異なる属性情報を持たせている。他の部分と異なる属性情報としては、色、輝度等がある。本実施の形態では、他の部分と異なる色（識別色）が付されている。カメラモデル１３は図３（ｃ）に示すようにカメラ本体を模擬した形状を有している。光源モデル１２とカメラモデル１３は、視界解析用テンプレートモデルとして三次元ＣＡＤソフトのテンプレートフォルダにファイルとして保存されている。

図４及び図５は、三次元ＣＡＤの画像取得ファイルに設定した画像取得演算処理により視界解析用の画像を取得するときに設定される車両モデルと光源モデルとカメラモデルの位置関係を示す図である。車両モデル１１は地表面位置Ａに関して配置され、光源モデル１２は、車両モデル１１の運転室１１ｄ内の運転席１１ｅ（図６参照）に着座して作業を行う標準体型のオペレータのアイポイント位置Ｂに配置される。カメラモデル１３は車両モデル１１の外側の光源モデル１２を撮影可能な位置Ｃに配置される。地表面位置Ａはアイポイント位置Ｂの真下に位置している。これらの地表面位置Ａ、アイポイント位置Ｂ、撮影位置Ｃは、三次元ＣＡＤの画面座標系に対する座標値を入力することにより設定される（後述）。光源モデル１２のサイズはオペレータのアイポイント位置の変化を考慮した大きさであり、円柱体の直径及び高さ（厚さ）の数値を入力することにより設定される（後述）。光源モデル１２は、その中心がアイポイント位置に位置するように設定される。

カメラモデル１３は、図５に示すように、光源モデル１２が位置するアイポイント位置Ｂを中心とした規定円Ｄの円周上を地表面に沿って移動可能であり、規定円Ｄの円周上にカメラモデル１３の撮影位置が等間隔に複数個設定されている。撮影位置Ｃはカメラモデル１３の初期位置であり、アイポイント位置Ｂを中心として車両モデル１１の運転室１１ｄの正面に位置している。テンプレートフォルダのカメラモデルのファイルには、カメラモデル１３の形状と共に、三次元ＣＡＤの動画機能によりカメラモデル１３の規定円Ｄ上での３６０°回転移動経路が設定されている。

図６は、カメラモデル１３が初期位置Ｃにあるときにカメラモデル１３により撮影された画像を示す図である。初期位置Ｃにおいて、カメラモデル１３の撮影画像には運転室１１ｄと光源モデル１２が写り込んでいる。なお、本明細書において、「カメラモデルにより撮影された画像」とは、ＣＡＤソフトの機能を利用して、カメラモデル位置から車体モデルを見た場合にその位置から読み取り可能（認識可能）な車体モデルの画素データを記録することを意味する。

図７及び図８は、三次元ＣＡＤを用いて行う画像取得処理を示す図であり、図７は画像取得処理の全体の流れを示し、図８は三次元ＣＡＤの画像取得ファイルに設定した画像取得演算処理を示すフローチャートである。

図７において、画像取得処理は、入力処理２１と、設定処理２２と、画像取得演算処理２３とで構成されている。入力処理２１はオペレータのマニュアル操作によるものであり、入力処理２１に応答して設定処理２２が動作する。設定処理２２は三次元ＣＡＤソフトのアプリケーション内での動作である。設定処理２２の動作完了後に実行を指示すると、三次元ＣＡＤソフトのファイルに設定した画像取得演算処理２３が動作する。画像取得演算処理２３は三次元ＣＡＤソフトのアプリケーション内の動作である。

入力処理２１及び設定処理２２の詳細を以下に説明する。
１．視界解析用テンプレートモデル読込み及び表示
＜入力処理２１＞
オペレータのマニュアル操作により光源モデル１２とカメラモデル１３を、視界解析用テンプレートモデルとして保存しておいた三次元ＣＡＤソフトのテンプレートフォルダのファイルから読み込む。このとき、同時に、カメラモデル１３のファイルから動画機能によるカメラモデル１３の３６０°回転移動経路が読み込まれる。

＜設定処理２２＞
光源モデル１２とカメラモデル１３がファイルから読み込まれると、光源モデル１２及びカメラモデル１３がモニタ３がモニタ３の画面に表示される。
２．車両モデル読込み及び表示
＜入力処理２１＞
次いで、車両モデル１１を寸法データと共に三次元ＣＡＤソフトの車両モデルフォルダのファイルから読み込む。

＜設定処理２２＞
車両モデル１１がファイルから読み込まれると、車両モデル１１がモニタ３がモニタ３の画面に表示される。
３．各座標値・設定値入力
３−１．アイポイント座標値入力及びモデル配置
＜入力処理２１＞
オペレータのマニュアル操作により三次元ＣＡＤソフトの画面座標系に対するアイポイント位置Ｂの座標値を入力する。アイポイント位置Ｂとは、車両（油圧ショベル）の運転室内の運転席にオペレータが着座して作業を行う場合のオペレータの２つの目の中間位置をいう。視界評価試験のＩＳＯ規格によれば、標準体格の産業車両オペレータの目の位置がアイポイントと定義されており、本実施の形態でも、そのようなオペレータの２つの目の中間の位置をアイポイント位置Ｂと定義する。アイポイント位置Ｂの座標値としては、例えばｘ＝５００ｍｍ、ｙ＝１５００ｍ、ｚ＝１０００ｍｍというように実寸法を入力する。ｘ及びｚは水平方向の直交座標軸であり、ｙは垂直方向の座標軸である。

＜設定処理２２＞
アイポイント位置Ｂの座標値が入力されると、モニタ３の画面上のその座標値に対応する位置に光源モデル１２が配置され、同時に、そのアイポイント位置が運転席に対して所定の位置関係となるように車両モデル１１が配置される。

３−２．光源モデルサイズ入力及び表示
＜入力処理２１＞
オペレータのマニュアル操作により光源モデル１２のサイズを入力する。光源モデル１２のサイズとしては、例えば直径Ｄ＝１００ｍｍ、高さ（厚さ）Ｔ＝１０ｍｍというように円柱体の実寸法を入力する。

＜設定処理２２＞
光源モデル１２のサイズが入力されると、モニタ３の画面上の光源モデル１２が入力したサイズに対応した大きさに表示される。

３−３．地表面座標値入力及び車両モデルの配置
＜入力処理２１＞
オペレータのマニュアル操作により地表面位置Ａの座標値を入力する。地表面位置Ａはアイポイント位置Ｂの真下にあるため、そのｘ座標値及びｚ座標値はアイポイント位置Ｂの座標値と同じである。したがって、例えばｙ＝−１０００ｍｍというように垂直方向の座標値のみを実寸法で入力する。

＜設定処理２２＞
地表面位置Ａの座標値が入力されると、モニタ３の画面上のその座標値に対応する位置に地表面が表示され、その地表面上に車両モデル１１が位置するように車両モデル１１が再配置される。

３−４．カメラモデル座標値入力及び配置
＜入力処理２１＞
オペレータのマニュアル操作によりカメラモデル１３の撮影位置（初期位置）Ｃを入力する。カメラモデル１３はアイポイント位置Ｂを中心とした規定円Ｄの円周上の地表面上であって、アイポイント位置Ｂの正面に位置しているので、そのｙ及びｚ座標値は地表面位置Ａの座標値と同じである。したがって、例えば測定半径＝１２ｍというようにｘ座標値だけを実寸法で入力する。

＜設定処理２２＞
カメラモデル１３の座標値が入力されると、モニタ３の画面上のその座標値に対応する位置にカメラモデル１３が配置される。

３−５．画像取得サンプリング数入力及び設定
＜入力処理２１＞
オペレータのマニュアル操作によりカメラモデル１３による画像取得サンプリング数ｎ（例えば６００）を入力する。この画像取得サンプリング数ｎはカメラ総フレーム数に相当する。

＜設定処理２２＞
画像取得サンプリング数ｎが入力されると、そのサンプリング数で規定円Ｄの円周が等間隔（等角度）に分割され、その分割位置にカメラモデルの撮影位置１〜ｎが設定される。

入力処理２１及び設定処理２２の終了後、オペレータが実行操作をすると画像取得演算処理２３が動作を開始する。画像取得処理演算処理２３の動作の詳細を図８を用いて説明する。

画像取得処理演算処理２３の動作の詳細を図８を用いて説明する。

入力処理２１及び設定処理２２の終了後、オペレータが実行操作をすると画像取得演算処理２３が動作を開始する。まず、ｉ＝１と置くことでカメラモデル１３の撮影位置の初期設定を行う（ステップＳ１１０）。次いで、撮影位置（ｉ）から光源モデル１２を撮影し（ステップＳ１２０）、その撮影画像を位置（ｉ）の画像としてファイルに出力する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１１０で初期設定をした後の最初の処理では、撮影位置（１）から光源モデル１２を撮影し（ステップＳ１２０）、その撮影画像を位置（１）画像としてファイルに出力する（ステップＳ１３０）。次いで、ｉ＝ｉ＋１と置くことで撮影位置を更新し（ステップＳ１４０）、ｉ＞ｎかどうかの判定を行うことにより全ての撮影位置での画像取得処理が完了したかどうかを判定し（ステップＳ１５０）、ｉ＞ｎでなければ、カメラモデル１３を次の撮影位置ｉに移動させ（ステップＳ１６０）、その撮影位置ｉから光源モデル１２を撮影し（ステップＳ１２０）、その撮影画像を位置（ｉ）画像としてファイルに出力する（ステップＳ１３０）。以下、これらの処理を繰り返し、ｉ＞ｎがｙｅｓと判定されて全ての撮影位置での画像取得処理が完了すると、画像取得演算処理２３の動作を終了する。

画像取得演算処理２３の動作が終了すると、その時点で、ＨＤ２ｅには、ステップＳ１３０の処理により出力された位置（ｉ）でのｎ個の画像ファイルが保存されている。取得した画像に光源モデル１２が取り込まれている場合は、その画像には、光源モデル１２を他の部分と識別する色情報が含まれている。

図９及び図１０は、コントローラ２のＨＤ２ｅに格納した画像解析プログラムを用いた画像解析処理を示す図であり、図９は画像解析処理の全体の流れを示し、図１０は画像解析プログラム演算処理を示すフローチャートである。

図９において、画像解析処理は、入力処理３１と画像解析プログラム演算処理３２とで構成されている。入力処理３１はオペレータのマニュアル操作によるものであり、入力処理３１での入力処理完了後、実行を指示すると、画像解析プログラム演算処理３２が動作する。

入力処理３１では、オペレータのマニュアル操作により画像解析プログラムを起動した後、以下の処理を行う。
１．画像ファイル名入力
画像取得演算処理２３で取得したｎ個の画像ファイル名を入力する。画像取得演算処理２３で取得したｎ個の画像ファイル名は、例えば、車両モデルの機種名等、共通部分があり、ここでは、その共通部分を入力する。
２．ファイル数（サンプリング数）入力
ｎを入力する。
３．実行
オペレータのマニュアル操作により実行を指示する。

画像解析プログラム演算処理３２の動作の詳細を図１０を用いて説明する。

入力処理３１で実行が指示されると、画像解析プログラム演算処理３２が動作を開始する。まず、ｉ＝１と置くことで処理画像（フレーム）番号の初期設定を行い、かつｊ＝０と置くことで遮蔽領域数判別フラグの初期設定を行う（ステップＳ２１０）。次いで、画像ファイル（ｉ）の画像に光源モデル１２の識別色が含まれるか否か（光源モデル１２が写り込んでいるかどうか）を判定し（ステップＳ２１５）、ｙｅｓであれば、画像ファイル（ｉ）の画像（ｉ番目フレーム）は遮蔽領域外であると判定し（ステップＳ２２０）、ｎｏであれば画像ファイル（ｉ）の画像（ｉ番目フレーム）は遮蔽領域内であると判定する（ステップＳ２５０）。ステップＳ２２０でｉ番目フレームが遮蔽領域外であると判定された場合は、ｉ−１≠０かどうかを判定することで前回の画像ファイル（ｉ−１）が存在するかどうかを判定し（ステップＳ２２５）、ｎｏであれば前回の画像ファイル（ｉ−１）が存在しないので、ｉ＝ｉ＋１と置くことで処理画像（フレーム）番号を更新し（ステップＳ２４０）、ｙｅｓであれば、前回の画像ファイル（ｉ−１）が存在するので、更に、前回の画像ファイル（ｉ−１）である（ｉ−１）番目フレームが遮蔽領域内であったかどうかを判定し（ステップＳ２３０）、ｎｏであればｉ＝ｉ＋１と置くことで処理画像（フレーム）番号を更新し（ステップＳ２４０）、ｙｅｓであれば、（ｉ−１）番目フレームはｊ番目の遮蔽領域の終端位置にあったと判定し、その判定結果をファイルに出力する（ステップＳ２３５）。

ステップＳ２４０で処理画像（フレーム）番号を更新されると、次いで、ｉ＞ｎかどうかどうかの判定を行うことにより全ての画像（フレーム）が処理されたかどうかを判定し（ステップＳ２４５）、ｉ＞ｎでなければ（全ての画像が処理されていなければ）ステップＳ２１５に戻って、再び、画像ファイル（ｉ）の画像に光源モデル１２の識別色が含まれるか否かを判定する。

ステップＳ２１５でｉ番目フレームが遮蔽領域内であると判定され、ステップＳ２５０に進んだ場合は、更に、前回の画像ファイル（ｉ−１）である（ｉ−１）番目フレームが遮蔽領域外であったかどうかを判定し（ステップＳ２５５）、ｎｏであればステップＳ２４０に進んで処理画像（フレーム）番号を更新し、ｙｅｓであれば、ｊ＝ｊ＋１と置くことで遮蔽領域数を更新し（ステップＳ２６０）、ｉ番目フレームはｊ番目の遮蔽領域の始端位置にあると判定し、その判定結果をファイルに出力する（ステップＳ２６５）。次いで、ステップＳ２４０に進んで処理画像（フレーム）番号を更新し、全ての画像（フレーム）が処理されているかどうかを判定し（ステップＳ２４５）、処理されていない場合は、再び、画像ファイル（ｉ）の画像に光源モデル１２の識別色が含まれるか否かを判定する（ステップＳ２１５）。

ステップＳ２４０で全ての画像（フレーム）が処理されたと判定されると、画像解析プログラムの動作を終了する。

画像解析プログラム演算処理３２の動作が終了すると、その時点で、ＨＤ２ｅには、ステップＳ２３５，Ｓ２６５の処理で出力された判定結果が、例えば下記のように遮蔽領域範囲テキストデータとして保存されている。

ａ［１］→ｂ［１］
ａ［２］→ｂ［２］
・・・
ａ［ｍ］→ｂ［ｍ］
ただし、ａ：遮蔽領域始端位置（フレームＮｏ．）
ｂ：遮蔽領域終端位置（フレームＮｏ．）
ｍ：遮蔽領域Ｎｏ．
遮蔽領域範囲テキストデータの一例を下記に示す。

ａ［１］＝１１４→ｂ［１］＝１５５
ａ［２］＝１６９→ｂ［２］＝１７８
ａ［３］＝１９０→ｂ［３］＝３１４
ａ［４］＝４２４→ｂ［４］＝４２７
以上において、コントローラ２のＨＤ２ｅに格納した図７及び図８の画像取得処理を行う三次元ＣＡＤの画像取得ファイルは、車両モデル１１と、この車両モデル１１の運転室１１ｄ内に配置した光源モデル１２と、車両モデル１１の外側に配置した光源モデル１２を撮影するためのカメラモデル１３と、カメラモデル１３の複数の撮影位置とを三次元ＣＡＤに設定し、この三次元ＣＡＤを用いて複数の撮影位置のそれぞれでカメラモデル１３により撮影された複数の画像を取得する画像取得手段を構成し、コントローラ２のＨＤ２ｅに格納した図９及び図１０の画像解析処理を行う画像解析プログラムは、画像取得手段で取得した複数の画像に光源モデル１２が含まれているか否かを判別し、その判別結果を記録する画像判別手段を構成する。

次に、以上のようにして取得した画像解析結果の出力データ（画像判別手段で記録された判別結果）は、例えば表計算ソフトを用いて複数の撮影位置に関する遮蔽領域の分布図としてモニタ３の表示画面（判別結果表示手段）に表示する。

図１１は、表計算ソフトを用いて表示する遮蔽領域分布図の一例である。表示画面の図示上側の領域４２には、中心位置に車両モデルを配置した環状円グラフが表示され、表示画面の図示下側の領域４４，４５には、遮蔽角度及び遮蔽領域長が表示されている。図示の例では、領域４２の環状円グラフには明暗で遮蔽領域の分布が表示されている。また、領域４４，４５にはそれぞれの遮蔽領域の遮蔽角度と遮蔽領域長が数値で表示されている。

次に、以上のように構成した本実施の形態の作用効果を説明する。

図１２は、従来技術による遮蔽領域の検討結果を示す図である。図１２において、従来技術では、三次元ＣＡＤを用いて視界評価をする場合、視界妨害物（例えばピラー）Ｇの中心点と２光源Ｐ１，Ｐ２間の中心を結んだ直線と２光源Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線が垂直になるように視界妨害物Ｇに対して２光源Ｐ１，Ｐ２を水平に置き、車体外側に設定した試験円Ｈにできる影Ｊの弦長を測定する。このような測定を運転室内に存在する視界妨害物Ｇ毎に行い、視界評価を行う。

しかし、このような従来技術の視界評価のシミュレーション技術には次のような改善すべき点がある。

油圧ショベル等、車両（特に産業車両）に乗車しているオペレータは車両の運転中に頭部の位置が変化し、このオペレータの頭部の位置の変化に伴ってオペレータのアイポイント位置も変化する。しかし、図１２に示した従来技術では、運転室内の所定位置に水平方向に２光源Ｐ１，Ｐ２を設定しているだけであって、オペレータの頭部の位置の変化に伴うアイポイント位置の変化（特に前後方向の変化）は考慮されていない。

例えば、図１２の上側の上面図に、オペレータの頭部の位置の変化に伴うアイポイント位置の変化範囲を破線の円で示している。破線の円上のＬ１はアイポイントの最後方位置であり、Ｌ１はアイポイントの最前方位置である。位置Ｌ１，Ｌ２も試験円Ｈ上の影Ｊの弦長の範囲内にある。図１２の下側は視界妨害物Ｇを側面方向から見た図である。この図１２の下側のように視界妨害物Ｇを側面方向から見た場合は、アイポイントの最後方位置Ｌ１では、地上の試験円Ｈの点Ｋは影の領域外（オペレータから見える領域）となっている。また、視界妨害物Ｇにのぞき窓のような穴Ｗが空いてある場合は、アイポイントの最前方位置Ｌ２でも、地上の試験円Ｈの点Ｋは影の領域外（オペレータから見える領域）となることがある。このようにオペレータに対して遮蔽領域であるか否かを厳密に考える場合、水平方向に置かれた２光源Ｐ１，Ｐ２のみを考慮すればよいと言うことはなく、オペレータの頭部の位置の変化（アイポイント位置の変化）を考慮して、視界妨害物Ｇの前後方向の位置からも遮蔽領域の評価を行い、総合的に遮蔽領域か否かを判断する必要がある。

また、図１２に示した従来技術では、２光源Ｐ１，Ｐ２からの視界妨害物Ｇの影Ｊを測定する方式であるため、オペレータの頭部の位置の変化に伴うアイポイント位置の変化（特に前後方向の変化）を考慮したシミュレーションを行おうとしても、アイポイント位置の変化範囲内に多数の光源を設定する必要があり、しかも、視界妨害物Ｇ毎にシミュレーションを行う必要がある。

図１３は、本発明による遮蔽領域の検討結果を示す図である。図１３において、本発明の視界解析装置では、運転室内のアイポイント位置に円柱体の光源モデル１２が水平に配置される。図１３では、便宜上、光源モデル１２の円柱体のアイポイント位置を通る水平断面で見た平面部分（円形）のみを示している。また、地上の試験円Ｈの点Ｋの位置にカメラモデル１３が配置され、カメラモデル１３から光源モデル１２側を撮影し、光源モデル１２の写り込みの有無を検知する。光源モデル１２において、視界妨害物Ｇに直交する直径上に位置する円周上の２点Ｎ１，Ｎ２は従来技術の２光源Ｐ１，Ｐ２に相当し、図１３の上側の上面図では、試験円Ｈ上の影Ｊの弦長が遮蔽領域となっている。しかし、図１３の下側に示す視界妨害物Ｇを側面方向から見た図では、光源モデル１２の後方の円周上の点Ｍ１では、地上の試験円Ｈの点Ｋは遮蔽領域外となっており、カメラモデル１２の画像には光源モデル１２が写り込んで撮影される。また、視界妨害物Ｇにのぞき窓のような穴Ｗが空いてある場合、光源モデルの前方の円周上の点Ｍ２では、地上の試験円Ｈの点Ｋは遮蔽領域外となっており、この場合も、カメラモデル１２の画像には光源モデル１２が写り込んで撮影される。

このように本実施の形態では、運転室内部の光源側から視界妨害物Ｇを見た場合の影Ｊの有無を判断するのではなく、運転室外部のＫ点の位置にカメラモデル１３を設置し、そのカメラモデル１３から光源モデル１２が見えるかどうかを判断し、遮蔽領域の有無を判断する（つまり、光源モデル１２の写り込みの有無を車両モデル外側から検知する）構成であるため、光源モデル１２に面積を持たせた設定が可能であり、光源モデル１２のサイズを適切に設定するだけで、容易に、図１３の下側に示すように視界妨害物Ｇを側面方向から見た場合のオペレータの頭部の位置の変化（アイポイント位置の変化）や視界妨害物Ｇの穴Ｗの有無等の状況を全て考慮したシミュレーションが可能となり、視界評価に関するシミュレーションを高精度に行うことができる。

また、本実施の形態では、光源モデル１２は円柱体であり、上方から見たときに所定の輪郭形状を持つだけでなく、上下方向にも所定の厚みを有するため、光源モデル１２は、オペレータの頭部の位置の変化に伴うアイポイント位置の変化として、前後方向だけでなく上下方向の変化も考慮した設定となり、視界評価に関するシミュレーションを更に高精度に行うことができる。

更に、本実施の形態では、光源モデル１２の写り込みの有無を車両モデル外側から検知する構成であるため、オペレータの頭部の位置の変化に伴うアイポイント位置の変化（特に前後方向の変化）を考慮したシミュレーションを行うのに、多数の光源モデルを設定する必要が無く、かつ視界妨害物毎にシミュレーションを行う必要も無く、シミュレーションソフトを単純化でき、視界評価に関するシミュレーションを短時間で行うことができる。

以上のように本実施の形態によれば、三次元ＣＡＤを用いた車両の視界評価に関するシミュレーション技術において、光源モデル１２の写り込みの有無を車両モデル１１の外側から検知するため、シミュレーションソフトを単純化でき、かつ視界評価に関するシミュレーションを高精度に短時間で行うことができる。

本発明の他の車両への適用例を図１４〜図１８を用いて説明する。図１４〜図１８は、本発明をテレハンドラーと呼ばれる産業車両の視界評価に適用した場合のものであり、図中、上記実施の形態において図示したものと同様の部分には同じ符号を付している。

図１４はテレハンドラーの車両モデルの概念を示す図である。図１４において、テレハンドラーの車両モデル５１は、前輪５１ａ及び後輪５１ｂと、車体フレーム５１ｃと、車体フレーム５１ｃの片側中央部に設置された運転室（キャブ）５１ｄと、車体フレーム５１ｃの後端部に上下動可能に連結され、運転室５１ｄの側方を長手方向に延び、かつ先端部に作業具５１ｅを装着した伸縮可能なブーム５１ｆとを備え、運転室５１ｄ内には運転席５１ｇ（図１８参照）が設置されている。この車両モデル５１は実際の車両（テレハンドラー）の寸法情報を含む設計ＣＡＤデータを読み込んで作成したものであり、三次元ＣＡＤの車両モデルフォルダにファイルとして保存されている。

光源モデル１２（図３（ｂ）参照）及びカメラモデル１３（図３（ｃ）参照）は第１の実施の形態で説明したものと同じであり、光源モデル１２には他の部分と識別できるように他の部分と異なる色（識別色）が付されている。

これらの車両モデル５１、光源モデル１２、カメラモデル１３は事前に作成され、三次元ＣＡＤの画像取得ファイルに設定される。

図１５〜図１７は、視界解析用の画像を取得するときに画像取得ファイルに設定されるテレハンドラーの車両モデルと光源モデルとカメラモデルの位置関係を示す図である。車両モデル５１は地表面位置Ａに関して配置され、光源モデル１２は、車両モデル５１の運転室５１ｄ内の運転席５１ｇ（図１７参照）に着座して作業を行うオペレータのアイポイント位置Ｂに配置され、カメラモデル１３は車両モデル５１の外側の光源モデル１２を撮影可能な位置Ｃに配置される。地表面位置Ａはアイポイント位置Ｂの真下に位置している。これらの地表面位置Ａ、アイポイント位置Ｂ、撮影位置Ｃは、三次元ＣＡＤの画面座標系に対する座標値を入力することにより設定される。光源モデル１２のサイズはオペレータのアイポイント位置の変化を考慮した大きさであり、円柱体の直径及び高さ（厚さ）の数値を入力することにより設定される。

カメラモデル１３は、図１６及び図１７に示すように、光源モデル１２が位置するアイポイント位置Ｂの周囲の複数の高さ位置に設定された直線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４上を地表面に平行に移動可能であり、直線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４上にカメラモデル１３の撮影位置が等間隔に複数個設定されている。直線Ｓ１は車両モデル５１の運転室５１ｄの前方正面に設定された直線であり、直線Ｓ２及びＳ３は車両モデル５１の左右に、直線Ｓ１に直交するよう設定された直線であり、直線Ｓ４は車両モデル５１の後方に、直線Ｓ２に平行に設定された直線である。直線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４はそれぞれ高さ位置の異なる複数の直線で構成されている。撮影位置Ｃはカメラモデル１３の初期位置であり、アイポイント位置Ｂを中心として車両モデル５１の運転室５１ｄの正面の例えば地表面に位置している。テンプレートフォルダのカメラモデルのファイルには、カメラモデル１３の形状と共に、三次元ＣＡＤの動画機能によりカメラモデル１３の直線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４上での移動経路が設定されている。

図１８は、カメラモデル１３が初期位置Ｃにあるときにカメラモデル１３により撮影された画像を示す図である。初期位置Ｃにおいて、カメラモデル１３の撮影画像には運転室５１ｄと光源モデル１２が写り込んでいる。

このように三次元ＣＡＤの画像取得ファイル（画像取得手段）には、視界解析を行う車両の種類に応じて種々の車両モデル及び光源モデル、それらの位置関係、及びカメラモデルの移動経路が設定可能であり、その場合も、上述したのと同じ画像取得ファイルの画像取得処理機能（画像取得手段）と画像解析プログラム（画像判別手段）を用いて、同様の視界解析及び評価を行うことができる。

本発明の更に他の実施の形態を図１９を用いて説明する。図１９は、本実施の形態における画像解析プログラム演算処理を示すフローチャートである。

本発明の先の実施の形態では、図７の入力処理２１の「３−４．カメラモデル座標値入力」でカメラモデル１３の初期位置Cとして車両モデル１１の運転室１１ｄの正面位置を入力し、設定処理２２の「３−４．カメラモデルの配置」でその位置にカメラモデルを配置し、図８の画像取得処理で、カメラモデル１３の初期位置がその位置（運転室１１ｄの正面位置）にあることを前提として各撮影位置での画像を取得し、図１０の画像解析処理で、そのように取得した各画像を解析した。しかし、図７の入力設定処理では、入力処理２１の「３−４．カメラモデル座標値入力」でカメラモデル１３の初期位置Cとして車両モデル１１の運転室１１ｄの正面位置以外も含めた規定円Ｄ上の任意の位置を入力し、設定処理２２の「３−４．カメラモデルの配置」でその任意の位置にカメラモデルを配置し、図８の画像取得処理で画像を取得してもよい。本実施の形態は、そのような場合の画像解析処理で撮影画像を解析する場合のものである。

図１８のフローチャートにおける図１０のフローチャートとの相違点は、ステップＳ２５０とステップＳ２５５との間にステップＳ３１０が追加され、ステップＳ２６５とステップＳ２４０との間にステップＳ３１５〜Ｓ３３５が追加された点である。

前述したように、ステップＳ２１５では、画像ファイル（ｉ）の画像に光源モデル１２の識別色が含まれるか否か（光源モデル１２が写り込んでいるかどうか）を判定し、ｙｅｓであれば、画像ファイル（ｉ）の画像（ｉ番目フレーム）は遮蔽領域外であると判定し（ステップＳ２２０）、ｎｏであれば画像ファイル（ｉ）の画像（ｉ番目フレーム）は遮蔽領域内であると判定する（ステップＳ２５０）。

先の実施の形態のように、図７の入力設定処理でカメラモデル１３の初期位置Cを運転室１１ｄの正面に設定し、図８の画像取得処理で画像を取得した場合は、最初の画像ファイルの画像（１番目フレーム）は運転室１１ｄの正面位置の画像であるため、通常は、光源モデル１２が写り込んでおり、遮蔽領域内とはなり得ない。そのためステップＳ２１５ではｙｅｓと判定され、ステップＳ２２０へと進む。しかし、本実施の形態では、図７の入力設定処理でカメラモデル１３の初期位置Cを運転室１１ｄの正面一意が意も含めた任意の位置に設定するため、最初の画像ファイルの画像（１番目フレーム）に光源モデル１２が写り込んでおらず、１番目フレームが遮蔽領域内であることがあり得る。この場合、ステップＳ２１５でｎｏ（１番目フレームが遮蔽領域内である）と判定され、ステップＳ２５０へ進む。

ステップＳ２１５でｉ番目フレームが遮蔽領域内であると判定され、ステップＳ２５０に進んだ場合は、ｉ−１≠０かどうか、つまり、解析しようとする現在フレームが１番目フレームかどうかを判定する（ステップＳ３１０）。この判定で現在フレームが１番目フレームであると判定された場合は、（ｉ−１）番目のフレームは存在せず、ステップＳ２５５で（ｉ−１）番目フレームが遮蔽領域外であったかどうかの判定ができないので、その場合は直接ステップＳ２６０に進んでｊ＝ｊ＋１と置き、ｊ＝１を設定する。つまり、１番目フレームの判別結果が遮蔽領域である場合は、その遮蔽領域が最初の遮蔽領域であることを示すフラグ番号を付し、１番目フレームは１番目の遮蔽領域の始端位置にあると判定し、その判定結果をファイルに出力する（ステップＳ２６５）。

また、ステップＳ２６５で、ｉ番目フレームがｊ番目の遮蔽領域の始端位置にあると判定した後、直ちにステップＳ２４０に進むのではなく、ｉ＝ｎかどうか、つまり現在フレームが最終フレームかどうかを判定し（ステップＳ３１５）、ｎｏであれば最終フレームでないので、ステップＳ２４０に進み、次のフレームを解析するための処理を行い、ｙｅｓでれば、現在フレームが最終フレームであるので、１番目フレームが遮蔽領域であった場合の遮蔽領域番号の調整処理を行う。つまり、１番目フレームが遮蔽領域外であったかどうかを判定し（ステップＳ３２０）、ｙｅｓであれば、遮蔽領域番号の調整処理は不要なので、ｉ番目フレームはｊ番目の遮蔽領域の終端位置として出力し（ステップＳ３２５）、ｎｏであれば、遮蔽領域番号の調整処理が必要であるので、ｊ番目の遮蔽領域の始端位置として定義されたフレーム番号は１番目の遮蔽領域の始端位置として再出力し（ステップＳ３３０）、ｊ番目の遮蔽領域の始端定義を削除する（ステップＳ３３５）。

以上のように構成した本実施の形態によれば、カメラモデルの初期位置を常に車両モデル１１の運転室１１ｄの正面に設定しなくてもよくなるので、カメラモデル初期位置の入力操作の自由度が増し、操作性及び使い勝手が向上する。

なお、本発明は、油圧ショベル及びテレハンドラー以外の車両、例えば、ホイールローダ、クレーン、ダンプトラック、乗用車等、他の車両にも適用可能である。

また、上記実施の形態では、光源モデルの形状をボリュームのある円柱体としたが、上方から見たときに円形の輪郭形状だけが見える、ボリュームのない円筒体であってもよい。この場合も、カメラモデルから光源モデルをみたときは、光源モデルを円柱体の場合と同様に認識することができ、オペレータの頭部の位置が前後方向だけでなく上下方向にも変化した場合のアイポイント位置の変化を考慮した高精度の視界評価シミュレーションを行うことができる。また、オペレータのアイポイント位置の前後方向の変化のみを考慮した視界評価シミュレーションを行う場合は、光源モデルは、上方から見たときに所定の輪郭形状と面積を持つ円板、或いは所定の輪郭形状のみを持つリング等、高さのない形状であってもよい。更に、光源モデルを上方から見たときに所定の輪郭形状のみを持つリング等の形状とする場合は、その形状は連続した線ではなく破線（点線）であってもよい。このような場合も、点光源を用いた従来技術に比べ、視界評価に関するシミュレーションを高精度に行うことができる。

また、上記実施の形態では、光源モデルの上から見た形状を円形としたが、オペレータのアイポイント位置の変化を考慮した形状であれば、楕円形、六角形等、その他の多角形等、円形以外の形状（高さのある形状、高さのない形状、点線を含む）であってもよい。

更に、上記実施の形態では、カメラモデルにより光源モデルを直接撮影し、その画像に光源モデルが含まれているかを判別したが、車体モデルに設置されている後方視界用ミラーに光源モデルを写り込ませ、この後方視界用ミラーに写り込んだ光源モデルも含めて光源モデルを撮影し、その画像に光源モデルが含まれているかを判別してもよい。この場合は、後方視界用ミラーの使用を含めた視界評価に関するシミュレーションを高精度に行うことができる。

本実施の形態の作業車両の視界解析装置を備えたパソコンの外観を示す図である。 コントローラ２の内部構成を示す図である。 （ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、三次元ＣＡＤソフトの画像取得ファイルに設定する車両モデル、光源モデル、カメラモデルの概念を示す図である。 三次元ＣＡＤのファイルに設定した画像取得演算処理により視界解析用の画像を取得するときに設定される車両モデルと光源モデルとカメラモデルの位置関係を示す図である。 三次元ＣＡＤのファイルに設定した画像取得演算処理により視界解析用の画像を取得するときに設定される車両モデルと光源モデルとカメラモデルの位置関係を示す図であって、特にカメラモデルの移動経路を示す図である。 カメラモデルが初期位置にあるときにカメラモデルにより撮影された画像を示す図である。 三次元ＣＡＤソフトを用いた画像取得処理の全体の流れを示す図である。 三次元ＣＡＤソフトのファイルに設定した画像取得演算処理を示すフローチャートである。 画像解析プログラムを用いた画像解析処理の全体の流れを示す図である。 画像解析処理における画像解析プログラム演算処理を示すフローチャートである。る。 表計算ソフトを用いて表示する遮蔽領域分布図の一例である。 従来技術による遮蔽領域の検討結果を示す図である。 本発明による遮蔽領域の検討結果を示す図である。 本発明の第２の実施の形態において、三次元ＣＡＤソフトの画像取得ファイルに設定する車両モデルの概念を示す図である。 三次元ＣＡＤのファイルに設定した画像取得演算処理により視界解析用の画像を取得するときに設定される車両モデルと光源モデルとカメラモデルの位置関係を示す図である。 三次元ＣＡＤのファイルに設定した画像取得演算処理により視界解析用の画像を取得するときに設定される車両モデルと光源モデルとカメラモデルの位置関係を示す図であって、特にカメラモデルの移動経路を示す図である。 車両モデルを一方の側面から見たカメラモデルの移動経路を示す図である。 カメラモデルが初期位置にあるときにカメラモデルにより撮影された画像を示す図である。 本発明の第３の実施の形態における画像解析プログラム演算処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ パソコン
２ コントローラ
２ａ 操作入力インターフェース
２ｂ ＣＰＵ
２ｃ ＲＯＭ
２ｄ ＲＡＭ
２ｅ ＨＤ（ハードディスク）
２ｆ モニタ入出力インターフェース
２ｇ プリンタ出力インターフェース
２ｈ その他の入出力インターフェース
３ モニタ
４ キーボード
１１ 車両モデル（油圧ショベル）
１１ａ 下部走行体
１１ｂ 上部旋回体
１１ｃ 作業フロント
１１ｄ 運転室（キャブ）
１１ｅ 運転席
１２ 光源モデル
１３ カメラモデル
２１ 入力処理
２２ 設定処理
２３ 画像取得演算処理
５１ 車両モデル（テレハンドラー）
５１ａ 前輪
５１ｂ 後輪
５１ｃ 車体フレーム
５１ｄ 運転室（キャブ）
５１ｅ 作業具
５１ｆ ブーム
５１ｇ 運転席
Ａ 地表面位置
Ｂ アイポイント位置
Ｃ 撮影位置

Claims (9)

1. 車両モデルと、この車両モデルの運転室内に配置した光源モデルと、前記車両モデルの外側に配置した前記光源モデルを撮影するためのカメラモデルと、前記カメラモデルの複数の撮影位置とを三次元ＣＡＤに設定し、この三次元ＣＡＤを用いて前記複数の撮影位置のそれぞれで前記カメラモデルにより撮影した複数の画像を取得する画像取得手段と、
   前記複数の画像のそれぞれに前記光源モデルが含まれているか否かを判別し、その判別結果を記録する画像判別手段とを備えることを特徴とする車両の視界解析装置。
2. 請求項１記載の車両の視界解析装置において、
   更に、前記画像判別手段で記録された判別結果を前記複数の撮影位置に関する遮蔽領域の分布図として表示する判別結果表示手段を更に備えることを特徴とする車両の視界解析装置。
3. 請求項１又は２記載の車両の視界解析装置において、
   前記光源モデルは、上方から見たときに所定の輪郭形状を有することを特徴とする車両の視界解析装置。
4. 請求項１又は２記載の車両の視界解析装置において、
   前記光源モデルは、上方から見たときの形状が円形であることを特徴とする車両の視界解析装置。
5. 請求項１又は２記載の車両の視界解析装置において、
   前記光源モデルは、上方から見たときに所定の輪郭形状を有しかつ上下方向に所定の厚みを有することを特徴とする車両の視界解析装置。
6. 請求項１又は２記載の車両の視界解析装置において、
   前記光源モデルに他の部分と異なる属性情報を持たせたことを特徴とする車両の視界解析装置。
7. 請求項１又は２記載の車両の視界解析装置において、
   前記カメラモデルは所定の経路上を移動可能に設定され、前記複数の撮影位置はこの経路上に設定されていることを特徴とする車両の視界解析装置。
8. 請求項７記載の車両の視界解析装置において、
   前記所定の経路は、前記光源モデルを中心とした所定の半径を有する円であることを特徴とする車両の視界解析装置。
9. 請求項７記載の車両の視界解析装置において、
   前記所定の経路は、前記光源モデルから所定距離離れた直線であることを特徴とする車両の視界解析装置。

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