JP2008032557A - 車載用ナビゲーション装置及び道路種判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一般道路や高速道路などの道路種を精度良く判別可能な車載用ナビゲーション装置を提供する。
【解決手段】撮像部１２は自車両の後方の路面を撮像する。路面標示認識部１３は撮像部１２にて撮像された路面の画像から路面標示の認識を行う。路面凸状態認識部１４は路面の画像から路面の高低の変化を路面凸状態として認識する。そして、判別部１５は路面標示の認識結果と路面凸状態の認識結果を加味して道路種の判別を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両を目的地まで案内する車載用ナビゲーション装置、及び一般道路、高速道路などの道路種を判別する道路種判別方法に関する。

ＧＰＳ（全地球測位システム）などの位置検知装置と地図情報とを用いて、自車両の現在の道路上の位置を特定するとともに、ユーザによって指定された目的地までの道路経路の表示などの走行案内を行う車載用ナビゲーション装置が知られている。

しかしながら、位置検知装置の精度の限界により、多数の道路が平行して密集しているような地域においては、近接する道路との判別の誤りなどが発生するおそれがある。特に高速道路と一般道路が併走している区間においては自車が走行している道路の判別を精度良く行うことは困難であった。
そこで、高速道路に見られる特徴を利用して自車両の走行している道路の種別を判別する技術がこれまで提案されてきた。例えば、高速道路への進入は、インターチェンジなど高速道路専用の出入り口（以下「ランプウェイ」と記述する。）からのみ可能であることから、ランプウェイと高速道路の境界線である分岐・合流用白線を検出して高速道路への進入の判別を行う方法（例えば特許文献１等を参照）、道路上におけるレーン分割白線の長さ・車両周辺の大気圧・先行車両との相対速度などの情報を収集して道路の種別を判別する方法（例えば特許文献２等を参照）などがある。
特開２００５−２８３２１９号公報 特開２００５−１１４５３５号公報

しかしながら、合流用・分岐用白線はランプウェイと高速道路の境界に引かれているとは限らない。また、天候の変化に長年晒されていたり、磨耗などによって、合流用・分岐用白線が掠れている場合には検出に失敗するおそれがある。

また、道路上におけるレーン分割白線の長さ・車両周辺の大気圧・先行車両との相対速度などの情報を収集して道路の種別を判別する方法では、画像認識、大気圧測定、相対速度測定などを実施するための多数の測定装置が必要であり、コストがかさむと共に装置全体の規模が大きくなるという問題があった。
本発明は、道路種を精度良く判別することのできる車載用ナビゲーション装置及び道路種判別方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明の車載用ナビゲーション装置は、車両に搭載され路面を撮影する撮像部と、前記撮像部からの入力画像より路面の高低の変化を認識する路面凸状態認識部と、前記路面凸状態認識部によって得られた認識結果を加味して自車両の存在する道路種を判別する判別部とを具備を特徴とする。

高速道路は一般道路に対して高さの異なる場所に設置されている場合が多く、車両が一般道路から高速道路に乗降する際にはランプウェイと呼ばれる坂を登ることになる。そこで、本発明では、判別部が、撮像部からの入力画像より路面の高低の変化を認識した結果を加味して自車両の存在する道路種を判別することで、道路種の判別精度を高めることができる。

また、路面凸状態認識部は、撮像部からの入力画像より路面の高低の変化を上りと下りとに分別して認識することとする。自車両の進行方向に沿って路面が上っていることを認識した結果を、自車両がランプウェイを上って一般道路から高速道路へ進入することを判別するための情報として用いることができる。逆に、自車両の進行方向に沿って路面が下がっていることを認識結果は、自車両がランプウェイを下って高速道路から一般道路に進入することを判別するための情報として用いることができる。

さらに、本発明は、撮像部からの入力画像より路面の標示を認識する路面標示認識部をさらに具備し、判別部は、路面凸状態認識部によって得られた認識結果及び路面標示認識部によって得られた認識結果を加味して自車両の存在する道路種を判別するようにしてもよい。すなわち、路面の高低の変化を認識した結果と路面の標示を認識した結果の２つを加味して自車両の存在する道路種を判別することで、道路種の判別精度をより一層高めることができる。

また、路面標示認識部は、撮像部から入力された連続する複数のフレーム画像に対して路面表示の認識を行い、複数のフレーム分の認識結果から最終的な認識結果を判定して出力するようにしてもよい。これにより、車両の揺れで画像が乱れ、路面標示の認識結果にばらつきが生じても、このばらつきが道路種の判別に影響することを防止でき、判別精度の向上を図ることができる。

さらに、本発明は、路面標示の位置を含む地図情報及び自車両の位置を提供する地図・位置情報提供部をさらに有し、判別部は、一般道路固有標示として予め決められた種類の路面標示が路面標示認識部によって認識されなかった場合、地図・位置情報提供部より提供された一般道路固有標示の位置と自車両の位置との距離を算出し、この距離が予め決められた閾値を超える場合に、当該自車両の存在する道路種を高速道路と判別することとしてもよい。

さらに、本発明は、自車両の走行速度の情報を入手するとともに、判別部によって判別された道路種をもとに自車両の適切な走行速度を計算し、自車両の走行速度と適切な走行速度とを比較して、比較結果を出力する計算部をさらに具備するものであってもよい。

本発明の車載用ナビゲーション装置及び道路種判別方法によれば、道路種の判別精度の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

図２７は本発明の一実施形態にかかる車載用ナビゲーション装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

同図に示すように、この車載用ナビゲーション装置１００は、ＧＰＳ受信機１と、ＨＤ（Hard Disk ）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory ）などのメディアから地図情報やそれに関連する情報を読み出すディスクドライブ２と、ユーザから出発地、目的地などの入力や各種操作のための入力を行う操作入力部３と、自車両の位置（自車位置）とその周辺の地図情報や自車両のナビゲーションのための情報表示を行うＣＲＴ（陰極線管）やＬＣＤ（液晶表示装置）などの表示装置４と、ナビゲーションに関する音声情報を出力するスピーカ５と、自車両の前方または後方の路面を撮像する撮像部１２であるカメラ６と、制御装置７とを備えて構成される。

制御装置７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７ａと、ＣＰＵ７ａの作業領域やデータ記憶領域を提供するＲＡＭ（Random Access Memory）７ｂと、ＣＰＵ７ａによって実行されるプログラムや各種のデータなどが固定的に格納されたＲＯＭ（Random Only Memory）７ｃと、電気的に消去および書き換えが可能なＲＯＭであるフラッシュメモリ７ｄとを備えて構成される。

ＧＰＳ受信機１はＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）により自車両の現在位置を測位して、自車両の現在位置（自車位置）を検出し、その自車位置検出結果を制御装置７へ提供するものである。

カメラ６は、自車両の車体のフロント部分やリア部分などに装着され、自車両の前方または後方の路面を撮像して、路面にペイントされた直進、左折、右折などの各種の標示やラインのイメージを取り込むための手段である。カメラ６は、具体的には、たとえばＣＣＤ（Charge-Coupled Devices）などの撮像素子と、この撮像素子によって撮像された信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換して制御装置７に出力する信号処理回路とを有している。

図１は本実施形態の車載用ナビゲーション装置１００の機能ブロックを示す図である。

同図に示すように、この車載用ナビゲーション装置１００は、地図・位置情報提供部１１と、撮像部１２と、路面標示認識部１３と、路面凸状態認識部１４と、判別部１５とを備えている。

地図・位置情報提供部１１は、ＧＰＳ受信機１（図１参照）にて受信した自車位置の座標情報とメディアに記録されている地図情報とをもとに、自車位置が特定地点に接近したことを示す接近情報を出力する。地図・位置情報提供部１１は、自車位置の座標と地図情報の中の特定地点の座標との距離を計算し、この距離が予め決められた閾値以下ならば、その特定地点への「接近」を判断して出力する。ここで、接近しているか否かを示す変数の初期状態を”０”として特定地点に接近していないことを示すものとする。すなわち、地図・位置情報提供部１１にて計算された上記の距離が閾値より大きい場合は変数に”０”が格納され、上記の距離が閾値以下であった場合は変数に”１”が格納される。この変数は判別部１５に与えられ、判別部１５は変数に”１”が格納されていれば、撮像部１２を起動させるように制御を行う。

なお、特定地点の座標の情報は予めディスクドライブ２（図１参照）などに構築されたデータベースに格納されている。地図・位置情報提供部１１は、自車位置の座標をキーにデータベースから最も近い特定地点の座標を検索して、自車位置の座標との距離の計算を行う。また、接近情報を示す変数の値は２種類の値を表現できれば”０”，”１”以外の値を用いてよい。さらに、特定地点に近付くときと遠ざかるときとで判別用の距離の閾値を変更するなど、状況に応じて閾値を変更するようにしてもよい。故に、特定地点に接近したとみなす領域は閾値を一定とした場合には円となるが、その他の形をとることも可能である。

撮像部１２は、カメラ６（図１参照）により自車両の周辺の路面画像を取得する。図２は撮像部１２により取得した路面画像の例を示す図である。この例では、自車両の後方の路面画像をカメラ６（図１参照）で撮像することを想定している。撮像部１２は、たとえば、地図・位置情報提供部１１によって特定地点への接近が判断されることによって判別部１５からの制御指令を受けて撮像を開始する。

路面標示認識部１３は、撮像部１２によって撮像された路面画像を入力として受け取り、路面表示の認識に適した情報を得るために必要な処理を行ってから、入力画像に含まれている道路種の判別に必要な路面標示の認識を行って、その結果を示すコードを変数ｒの値として判別部に出力する。

図３は路面標示認識部１３の構成を示すブロック図である。同図に示すように、路面標示認識部１３は、画像処理部１３Ａと認識実行部１３Ｂから構成される。画像処理部１３Ａは撮像部１２から画像を取得して、この画像に種々の処理を施して路面標示の認識に適した画像に変換する。

この画像処理部１３Ａによる画像処理の具体例を次に示す。ここでは入力画像がカラーである場合を想定する。画像処理部１３Ａは、まず、このカラー画像に対しグレー画像への変換を行う。画像処理部１３Ａは、例えば、入力されたカラー画像をＹＵＶ表色系に変換し、その中のＹ（輝度）成分を取り出すことによってグレー画像を得る。次に、画像処理部１３Ａは、変換したグレー画像に対し透視変換を行う。透視変換とは、入力画像を路面真上から見下ろした画像へ変換する処理である。続いて、画像処理部１３Ａは透視変換後のグレー画像に対して二値化を行う。これは、個々の画素の値を決められた閾値を基準に二種類の値に表現し直す処理である。例えば、黒画素を”１”、白画素を”０”とする。ここまでで、路面の真上から見下ろした白黒の路面二値画像が得られる。

なお、これらの処理及びその手法は一例であり、認識に適した情報を得るという主旨を逸脱しない限りにおいてその他の処理及び手法を用いてよい。また、入力画像の種類（カラー、グレースケールなど）及び次に実施する認識処理の内容に合わせ、実施する処理の組み合わせも変更されてよい。

認識実行部１３Ｂは、画像処理部１３Ａによって得られた路面二値画像に対して路面標示の認識のために必要な情報の抽出を行い、この抽出情報をもとに路面標示の認識を行う。この認識実行部１３Ｂによる路面標示の認識処理の具体例を次に示す。

認識実行部１３Ｂは、まず、画像処理部１３Ａより路面二値画像を取得する。次に認識実行部１３Ｂは、取得した路面二値画像に対してハフ変換を行うことで画像中の直線を抽出し、その直線の座標などのパラメータを得る。以後この直線のパラメータを得るまでの処理を「直線の検出」と呼ぶ。

図４から図７はそれぞれ認識の対象である路面標示の模式図であり、図４は車線２１，２２、図５は横断歩道２３、図６は停止線２４、図７は高速道路２５とランプウェイ２６との境に存在する分岐・合流線２７の模式図である。認識実行部１３Ｂは、それぞれの路面標示に対して予め決められた条件と直線のパラメータをもとに上記の車線、横断歩道、停止線、分岐・合流線などの路面標示を認識する。

路面標示に対して予め決められた条件とは、例えば、図４に示した車線２１，２２の場合には「直線が縦方向に、端から端まで伸びた部分」、図５に示した横断歩道２３の場合には「縦方向に引かれた直線が複数本並んだ部分」、図６に示した停止線２４の場合には「直線が横方向に伸び、かつその上下方向には何も存在しない部分」、図７に示した分岐・合流線２７の場合には「長さが一定値以下の短い直線が複数連続して同一直線上に存在する部分」などとして設定される。勿論、精度を高めるために、より最適な条件を設定してもよい。例えば、横断歩道２３の場合には「縦方向に引かれた複数の直線がそれぞれ縦方向に同じ位置にある。」などの条件を加えてもよい。なお、分岐・合流線２７の場合には、類似した他の路面標示例えばセンターラインとの判別精度を高めるために、「短い直線」と見なすための長さの値をセンターラインなどの他のラインのそれと確実に識別できるような値に設定することが重要である。図７に示すように、一般的には分岐・合流線２７は破線であり、この破線を構成する個々の線分の長さは、センターライン２８などの他の破線のラインのそれよりも短いので、「短い直線」と見なすための長さの値を最適に選定することによって、十分な認識精度を得ることが可能である。

次に、認識実行部１３Ｂは、路面上の左右の車線２１，２２の間にペイントされている矢印などの標示２９（図４参照）の認識を行う。左右の車線２１，２２の間にペイントされているという点で横断歩道２３、停止線２４なども共通であるため、矢印などの標示２９の認識はそれら横断歩道２３、停止線２４などが認識されなかったフレーム画像について行われる。

矢印などの標示の認識は、例えば、次のようにして行われる。認識実行部１３Ｂは、まず、画像中の矢印などの標示の範囲を特定する処理を行う。この処理は射影を用いるなどして実施する。一般的に、図４に示したように、矢印などの標示２９は２本の車線２１，２２の間に存在する。そこで、縦軸方向と横軸方向の射影をとれば、それぞれの軸方向の射影値の分布に矢印などの標示２９と車線２１，２２それぞれの特徴が現れるので、これをもとに画像中の矢印などの標示の範囲を特定することができる。以下に、路面上の矢印などの標示の範囲を射影により特定する方法を説明する。

図８は射影処理の例を示す図、図９はその射影処理の結果に基づく標示の範囲の特定結果を示す図である。図８に示すように、認識実行部１３Ｂは、まず、横軸上の位置ごとに白画素数をカウントし、この白画素数のカウント値が予め決められた閾値Ａを超える部分を検出する。認識実行部１３Ｂは、このようにして検出された部分を車線２１，２２に相当する部分と見なし、このような車線２１，２２に相当する部分が二箇所に検出されたならば、各々の車線２１，２２の部分に挟まれた範囲を横軸上の路面標示の探索範囲として絞り込む。次に、認識実行部１３Ｂは、絞り込んだ路面標示の探索範囲について、閾値Ａよりも小さい値として予め決めておいた閾値Ｂを超える部分を検出し、この部分を矢印などの標示２９が存在する横軸上の範囲と判定する。次に、認識実行部１３Ｂは、縦軸方向についても同様に縦軸上の位置ごとの白画素数の値をカウントし、この白画素数のカウント値が予め決められた閾値Ｃを超える部分を検出する。認識実行部１３Ｂは、このようにして検出された部分を、矢印などの標示２９が存在する縦軸上の範囲として判定する。そして認識実行部１３Ｂは、判定した路面標示の横軸上の存在範囲と縦軸上の存在範囲とを合せて、矢印などの標示２９の範囲３０として特定する。

次に、認識実行部１３Ｂは、特定した矢印などの標示２９の範囲３０に対して認識処理を行う。この認識処理には、基準となる矢印などの標示の二値画像とその名前を示すラベルとのセットを複数収めたデータベースが用いられる。ラベルは路面標示の一般名称、あるいは特定の規則に基づいて各路面標示に割り振られたコードなどである。認識実行部１３Ｂは、特定した矢印などの標示２９の範囲３０の二値画像を、データベースに格納されている基準となる矢印などの標示の二値画像のサイズに合せて拡大・縮小した後、データベースに格納されている各標示の二値画像と照合し、位置が重なるドットの値が一致した数を算出し、その結果を「類似度」とする。そして認識実行部１３Ｂは、算出された類似度が最大となった、データベース内の標示の二値画像のラベルを認識結果として出力する。

なお、上記の方法によらず、特定した矢印などの標示２９の範囲３０の画像から、標示の濃度・方向成分といった数値を求めて数次元のベクトルデータを生成し、データベースに格納された基準の標示ごとのベクトルデータとの内積を「類似度」として算出し、最大の類似度となったデータベース内の画像のラベルを認識結果として出力するようにしてもよい。ほか、類似性を評価するという主旨を逸脱しない限りにおいて、その他の手法を用いてもよい。

ここまでで、撮像部１２から得られた画像１フレーム分の認識結果が得られたことになる。認識実行部１３Ａは、以上の処理をフレームごとに行い、連続したフレームそれぞれの認識結果をもとに次のような認識エラーの対策処理を施して最終的な認識結果を求める。この処理は、自車両が一箇所の路面標示の地点を通過した際の特定の時間内に得られる認識結果は、同一の路面標示を撮影して得られるものであるから本来はすべて同一になるべきであるが、車両の揺れ等による画像のブレなどによって誤った認識結果が得られる場合があるので、この誤りの認識結果を排除して、より正確な認識結果を安定して得るためのものである。

図１０はこの路面標示の認識エラーの対策処理を説明するために、連続したフレームごとの路面標示認識結果を示す図である。認識実行部１３Ａは、予め一定領域を確保した配列を用意しておき、この配列に時系列順にフレームそれぞれの認識結果を示すコードを格納する。認識実行部１３Ａは、この配列上の特定の位置を開始点とする予め決められた範囲（フレーム枚数）３１についてコードの有無及び種類を調査し、コードが存在する場合にはその数をコードの種類ごとにカウントする。ここで、一箇所の路面標示がいくつのフレーム数にまたがって撮像されるかは、車両の走行速度にも拠るが法的な速度制限を考慮すれば、適切なフレーム数の範囲を推定することが可能である。そこで、認識実行部１３Ａは、適切なフレーム数の範囲の最小値を閾値として予め定めておき、この閾値より高い、種類ごとのコードのカウント値の有無を判定する。閾値より高いカウント値が存在するならば、認識実行部１３Ａは、その閾値より高いカウント値の中の最大のカウント値（第１のコードのカウント値とする。）と、閾値との大小に係わらず二番目に大きいカウント値（第２のコードのカウント値とする。）との差を算出し、この差が予め決められた値よりも大きければ、第１のコードを最終的な認識結果として判定するとともに、配列中の第１のコード以外を第１のコードに置き換える。以降も認識実行部１３Ａは、配列中の調査対象となる範囲の開始点を決められた数ずつずらしながら同様の処理を繰り返す。

以上のようにして、路面画像から、横断歩道、停止線、分岐・合流線、さらには矢印などの標示を認識することができる。

次に、路面凸状態認識部１４について説明する。

図１１は路面凸状態認識部１４の構成を示すブロック図である。同図に示すように、路面凸状態認識部１４は、画像処理部１４Ａと認識実行部１４Ｂから構成される。画像処理部１４Ａは撮像部１２から画像を取得して、この画像に種々の処理を施して路面凸状態の認識に適した画像に変換し出力する。この画像処理部１４Ａの具体的な処理は先に説明した路面標示認識部１３の画像処理部１３Ａと同様であるため、ここでは詳細な説明を省く。

路面凸状態認識部１４の認識実行部１４Ｂは、画像処理部１４Ａから処理済みの画像を受け取り、路面凸状態の認識に必要な情報を抽出してこの抽出情報をもとに路面凸状態の認識を行い、その認識結果を出力する。なお、路面凸状態認識部１４の出力は路面標示認識部１３と同様に認識結果である凸状態などの種類を示すコードを格納した変数ｒ’の値とする。

この路面凸状態認識部１４の認識実行部１４Ａによる路面凸状態の認識処理の具体例を次に示す。自車両が走行中の道路における高低の変化は路面の凸状態から求められる。この凸状態を求めるため、認識実行部１４Ｂは、画像処理部１４Ａにて生成された路面二値画像に対してハフ変換を行うことによって得られた直線のパラメータをもとに画像中の車線の線分を抽出する。この線分の抽出は、ハフ変換により得られた個々の直線のパラメータをもとに、はじめ画像の縦方向に直線の長さを算出し、次いで左右に少しずつ傾けた方向について直線の長さをそれぞれ算出し、算出された長さが予め定めた閾値を超えるすべての直線を、抽出すべき線分のパラメータと見なすことなどによって行われる。線分が曲線であった場合も、曲線を短い弧の連続とし、また短い弧を直線と近似して、その直線を前記の手法で抽出して行くことで曲線全体を抽出できる。以後この処理を「線分の検出」と呼ぶ。この線分の検出によって、平坦な路面の場合には図１２に示すように、直線の線分３１が検出され、上り坂や下り坂のように路面が平坦でない場合には図１３に示すように、曲線の線分３２が検出される。

続いて、路面凸状態認識部１４の認識実行部１４Ａは、検出された線分（ここでは仮に曲線３２とする。）に対して、図１４に示すように、画像縦方向に直線（以下、基準線）３３を引き、検出された線分３２と接線３４，３５とのなす角度を求める。すなわち、検出された線分３２の一番下（車両から見て最も手前側）の点Ｐにおける接線３４と基準線３３の為す角度θと、検出された線分３２の一番上（車両から見て最も奥側）の点Ｑにおける接線３５と基準線３３とのなす角度θ’との差θ’−θを算出する。認識実行部１４Ａは、この計算結果が一定以上の正の値だった場合、上に凸な路面であることを判断し、逆に一定以上の負の値だった場合は下に凸な路面であることを判別する。これにより、自車両の存在する路面の高低の変化を検出することができる。なお、差の絶対値が一定以下であった場合は、上下ともに凸でない、つまり高低に変化のない平坦な路面と判別する。路面凸状態認識部１４は、これらの判別結果を特定の変数に代入し、出力する。

この手法は、カメラ６を車体の後部に搭載した場合には、図１５に示すように坂の下りはじめ、および坂の上り終わりにおいて上に凸の画像（図１３を参照）が得られ、図１６に示すように坂の上りはじめ、および坂の下り終わりにおいて下に凸の画像（図１７を参照）が得られることを根拠としている。

なお、線分中の接線を得る点は複数個存在すればよく、接点の場所は特に限定されない。

図１８は別の路面凸状態の認識方法を示す図である。これは、時系列ごとに並べられた画像フレームそれぞれから路面の曲がり具合を示す値θ’−θを算出し、それを現時刻におけるθ’−θの値と比較する手法である。すなわち、ある一定の時間Ａ及びＢを定めておき、現時刻におけるフレームより一定時間Ａだけ前のフレームから一定時間Ｂだけ前のフレームまでを範囲として、θ’−θの平均値を算出する。この平均値が「路面の曲がり具合の基準値」を表す。そして、上記の平均値と現時刻におけるθ’−θの値との差分を取り、その差分の絶対値が予め定めた閾値を超えたか否かにより現時刻での路面の曲がり具合、つまり路面の高低の変化を求める。なお、平均値以外の要素、例えば最頻値などを使用してもよい。

ここで、路面凸状態が道路の種別の判別に資する理由は、図１９に示すように、高速道路２５は一般道路３７に対して高さの異なる場所に設置される場合が多いことに拠る。したがって、高速道路の出入り口に接近した後に路面の凸状態を認識すること、すなわち坂を上下することは、高速道路２５に乗降するためランプウェイ２６を移動中であると見なすことができる。

次に、判別部１５について説明する。

判別部１５は、路面標示認識部１３及び路面凸状態認識部１４の認識結果を入力として受け取り、道路種の判別結果を出力して表示装置４（図１参照）に表示するように制御を行う。また、判別部１５は、地図・位置情報提供部１１から特定地点と自車両の位置との距離を入力として受け取り、自車両が特定地点に接近したか否かを判別し、その結果に基づいて撮像部１２を作動させるなどの制御を行う。

次に、本実施形態の車載用ナビゲーション装置１００の動作を説明する。

図２０は全体の状態遷移を示す図である。はじめに変数ｓ及びｔを定義する。変数ｓは、現在自車両が存在すると思われる道路種を示し、一般道路であれば”０”高速道路であれば”１”などと設定する。この値は一般道路もしくは高速道路に遷移した際に変更される。また、初期値は一般道路”０”とする。なお、変数ｓに代入する値は一般道路、高速道路を区別する主旨に沿う限りにおいて”０”，”１”以外を用いてよい。

変数ｔは、状態遷移図中における現在の状態を示す。以降、「状態変数ｔ」と記す。状態変数ｔは状態の数に合わせて”１”から”８”の値をとり、状態遷移が起きるたびに変更される。初期値は変数ｓが一般道路を示していれば”１”、高速道路を示していれば”５”となる。なお、状態変数ｔについても各状態を区別する主旨に沿う限りにおいて”１”から”８”以外の値も用いてよい。

まず、判別部１５は、変数ｓを初期化した後（ステップＳ１０１）、変数ｓの値を取得して、この値により以降の各状態における処理を変化させるなどの制御を実施する（ステップＳ１０３）。なお、ステップＳ１０２については後で説明する。続いて判別部１５は、状態変数ｔの値を取得し（ステップＳ１０４）、格納された値に応じて各状態Ｓ０１〜Ｓ０８への遷移を行う（ステップＳ１０５）。状態変数ｔは、初期値として前記の通り変数ｓの示す道路種の状態に応じた値を格納する。続いて、判別部１５は、各状態においてそれぞれ処理を行い（ステップＳ１０６）、最後に処理を続行するか否かを判断する（ステップＳ１０７）。ここで、処理を続行しないとは、システムの電源オフの要求などによりシステムが停止しつつある状態を指す。続行する場合は再度変数ｓの取得に戻り、処理を繰り返す。

図２１は遷移状態Ｓ０１〜Ｓ０８の相互の関係を示す図である。判別部１５は、一般道路（Ｓ０１）に自車両があるとき、高速道路の入口へ接近したか否かを確認する。この判断は地図・位置情報提供部１１の説明で述べた方法により実施する。接近したとみなせる場合は高速道路入口（Ｓ０２）の状態へ遷移し、状態変数ｔを変更する。また、接近したとみなせない場合は状態遷移せず一般道路（Ｓ０１）の状態のままとする。

なお、高速道路の入口とは地図・位置情報提供部１１における特定地点の一種であり、具体的にはインターチェンジなどを指す。

判別部１５は、高速道路入口（Ｓ０２）の状態では路面画像の認識を行い、ランプウェイに入ったと見なせるならばランプウェイ（Ｓ０３）の状態へ、ランプウェイに入ったと見なせないまま高速道路入口から遠ざかったと判断したならば、一般道路（Ｓ０１）の状態へそれぞれ遷移する。

次に、上記の状態遷移に関する具体的な動作を図２２を参照して説明する。はじめに、判別部１５は、自車両が高速道路の入口に接近しているか否かを地図・位置情報提供部１１の説明で述べた手法により判断する（ステップＳ２０１）。自車両が高速道路の入口に接近していなければ（ステップＳ２０１のＮＯ）、変数ｓの値が示す状態（この場合一般道路（Ｓ０１）の状態）に遷移し（ステップＳ２０２）、状態変数ｔを変更して、高速道路入口（Ｓ０２）の状態における処理を終える。自車両が高速道路の入口に接近しているならば（ステップＳ２０１のＹＥＳ）、判別部１５は、続いて路面画像の取得（ステップＳ２０３）、画像処理（ステップＳ２０４）、画像認識（ステップＳ２０５）を実施するように路面標示認識部１３及び路面凸状態認識部１４の制御を行う。これらの動作は路面標示認識部１３及び路面凸状態認識部１４の説明において述べた通りである。画像認識後、判別部１５は、路面標示認識部１３及び路面凸状態認識部１４で得られた認識結果を示す変数ｒ及び変数ｒ’を入力し、何らかの路面標示もしくは凸状態を認識できたかの確認を行う（ステップＳ２０６）。

具体的には、判別部１５は、路面標示認識部１３及び路面凸状態認識部１４からの入力をもとにして道路種に関する判別結果を数値の形で出力する。この場合、判別部１５は、入力に合流・分岐線を示すコードが含まれていたか、路面の高低の変化を示すコードが含まれていたかを確認し、含まれていれば数値”１”を、含まれていなければ”０”を出力するなどの処理を行う。”１”であった場合、判別部１５は自車両がランプウェイに入ったと見なし、ランプウェイ（Ｓ０３）の状態へ遷移し状態変数ｔを変更する（ステップＳ２０７）。また”０”であった場合、つまりランプウェイに入ったと判断できない認識結果であった場合は（ステップＳ２０６のＮＯ）、判別部１５は状態を遷移することなく高速道路入口（Ｓ０２）の状態における処理を終了する。なお、判別結果が出力値から一意に定まるという前提を満たす限りにおいて、判別部１５からの出力値は”０”，”１”以外の任意の値を用いてよい。

また、図２１の説明に戻って、判別部１５は、ランプウェイ（Ｓ０３）の状態では一般道路の固有標示の地点に接近したか否かを調べ、接近したならば一般道路固有標示付近（Ｓ０４）の状態へ遷移する。また、高速道路入口から遠ざかったと見なせるならば一般道路（Ｓ０１）の状態へと遷移する。

次に、ランプウェイ（Ｓ０３）の状態における動作を図２３のフローチャートを参照して説明する。
判別部１５は、まず、高速道路入口（Ｓ０２）の状態における処理同様、地図・位置情報提供部１１の説明で述べた手法により自車両が高速道路入口に接近しているか否かを調べる（ステップＳ３０１）。高速道路入口に接近しているならば（ステップＳ３０１のＹＥＳ）、判別部１５は一般道路固有標示の地点に接近したか否かを調べる（ステップＳ３０２）。これは、具体的には高速道路入口に接近しているか否かを判別する処理と同様に、地図・位置情報提供部１１において一般道路固有標示の存在する座標と自車両との座標から距離を算出し、この距離と閾値とを比較することで行われる。距離が閾値以下、すなわち一般道路固有標示の地点に接近したならば（ステップＳ３０２のＹＥＳ）、一般道路固有標示付近（Ｓ０４）の状態へ遷移し、状態変数ｔを変更する（ステップＳ３０３）。それ以外、すなわち接近していないならば（ステップＳ３０２のＮＯ）、判別部１５は状態を遷移することなく処理を終了する。なお、高速道路入口との距離が閾値以下でないならば（ステップＳ３０１のＮＯ）、判別部１５は状態変数ｓの示す状態（この場合、一般道路（Ｓ０１）の状態）に遷移し、状態変数ｔも変更する（ステップＳ３０４）。

なお、一般道路固有標示とは、停止線や横断歩道など、高速道路には出現しない路面標示である。この一般道路固有標示の座標を地図・位置情報提供部１１に登録しておき、高速道路出入口の接近情報と同様に自車両の座標との差から距離を計算して予め定めた閾値以下ならば「接近した」ものとみなす。

図２４は高速道路２５とランプウェイ２６との境に存在する分岐・合流線２７の地点を基準として、高速道路の出入口に接近したと判別される領域３８と、一般道路固有標示である停止線２４の地点を基準として、この一般道路固有標示（停止線２４）の地点に接近したと判別される領域３９の例を示す図である。ランプウェイ（Ｓ０３）の状態に遷移した後、一般道路固有標示付近（Ｓ０４）の状態に遷移するまで、すなわち自車両がランプウェイ２６に入ってから一般道路固有標示（停止線２４）に接近したと判断されるまでは、判別部１５は、路面標示の認識を実行しないように制御を行うこととしている。

また、一般道路固有標示に関する情報と高速道路出入口に関する情報とを区別せず、これらの領域を一つの領域として接近の判別を行うようにしてもよい。この場合は、判別部１５は、高速道路出入口と自車両との距離が特定の閾値以下である限り、判別部１５は路面標示の認識を実行し続けることとする。

図２１の説明に戻る。判別部１５は、一般道路固有標示付近（Ｓ０４）の状態では、路面画像の認識を行い、一般道路固有標示を発見したならば一般道路（Ｓ０１）の状態へ、発見しないまま一般道路固有標示から遠ざかったと判断したならば高速道路（Ｓ０５）の状態へ遷移する。

次に、一般道路固有標示付近（Ｓ０４）の状態における動作を図２５のフローチャートを参照して説明する。
まず、路面画像の取得（ステップＳ４０１）、画像処理（ステップＳ４０２）、画像認識（ステップＳ４０３）が行われ、その認識結果が各画像の種類を示すコードなどの形で判別部１５に入力される。判別部１５は、入力された認識結果が予め定めた一般道路固有標示を示すものであるか否かを確認する（ステップＳ４０４）。認識結果が予め定めた一般道路固有標示を示すものである場合（ステップＳ４０４のＹＥＳ）、判別部１５は、現在自車両が一般道路に位置すると見なし、一般道路（Ｓ０１）の状態に遷移し、それを示す値を状態変数ｔに代入して一般道路固有標示付近（Ｓ０４）の状態における処理を終了する（ステップＳ４０５）。認識結果が予め定めた一般道路固有標示でなかった場合（ステップＳ４０４のＮＯ）、判別部１５は、例えば、自車両に最も近い地図上の一般道路固有標示の地点と自車両の位置との距離を再度確認し、この距離が閾値以下の場合は（ステップＳ４０６のＹＥＳ）、状態を変化させずに一般道路固有標示付近（Ｓ０４）における処理を終了する。

上記の距離が閾値以下でなかった、すなわち一般道路固有標示から遠ざかったと判断した場合（ステップＳ４０６のＮＯ）、判別部１５は高速道路（Ｓ０５）の状態に遷移するように制御し、状態変数ｔを高速道路（Ｓ０５）の状態を示す値に変更して（ステップＳ４０７）、一般道路固有標示付近（Ｓ０４）の状態における処理を終了する。ここで、一般道路（Ｓ０１）の状態もしくは高速道路（Ｓ０５）の状態に遷移した場合は、状態変数ｓに現在の道路種を示すものとしてその状態を示す値を代入する。

なお、高速道路（Ｓ０５）の状態から高速道路出口付近（Ｓ０６）の状態、ランプウェイ（Ｓ０７）の状態、一般道路固有標示付近（Ｓ０８）の状態を経て一般道路（Ｓ０１）の状態へ遷移する場合は、ランプウェイ２６に入ったとみなせる路面の高低の状態など一部の判別条件が変化するのみでそれ以外は一般道路から高速道路へ遷移する場合と同様の処理が行われる。すなわち、高速道路出口付近（Ｓ０６）の状態においては高速道路入口（Ｓ０２）の状態、ランプウェイ（Ｓ０７）の状態においてはランプウェイ（Ｓ０３）の状態、一般道路固有標示付近（Ｓ０８）の状態においては一般道路固有標示付近（Ｓ０４）の状態におけるフローチャートと一部の判別条件が変化した以外は同じ動作となる。

また、これまで示してきた処理とは別に、判別部１０５は、地図・位置情報提供部１１から自車両の座標を受け取り、その座標が明らかに一般道路もしくは高速道路の座標でないか否かの確認を各状態の処理を行うごとに実施する（図２０のステップＳ１０２）。確認できた場合、判別部１０５は明らかになった道路種を最優先の結果として出力し、かつその道路種の所へ遷移させる。

次に、他の実施形態を説明する。

図２６は他の実施形態の本実施形態の車載用ナビゲーション装置２００の機能ブロックを示す図である。

同図に示すように、この車載用ナビゲーション装置２００は、地図・位置情報提供部１１、撮像部１２、路面標示認識部１３、路面凸状態認識部１４、及び判別部１５と、適切な車両走行に関する演算を実施する計算部１６とから構成される。地図・位置情報提供部１１、撮像部１２、路面標示認識部１３、路面凸状態認識部１４、及び判別部１５は図１に示した先の実施形態と同じである。

計算部１６は、判別部１５から現在自車両が存在する道路種についての情報を基に「適切な速度」などの演算を実施する。計算部１６は、自車両が一般道路もしくは高速道路を走行中の場合、地図・位置情報提供部１１から現在の座標における道路に設定された最高速度の値を受け取る。このデータ授受は最高速度用のデータベースを事前に作成しておき、現在の座標値を受け取り当該地点の最高速度を返すよう設定することで実施される。一方、自車両の現在速度は自車両に搭載している速度計から入手する。そして計算部１６は、現在速度の値と最高速度の値とを比較し、どちらがどれほど上回っているかの値を算出する。車載用ナビゲーション装置２００は、この算出した値を、自車両の走行速度、適切な走行速度とともに、車載用ナビゲーション装置２００に接続された図示しない外部装置へ出力する。なお、この際に、算出した値だけを外部装置へ出力するようにしてもよい。外部装置としては、たとえば、音や色で入力値の程度を示す表示装置、自車両に適切なブレーキングなどを行う制御装置などを想定している。すなわち、車載用ナビゲーション装置２００の出力は、車載用ナビゲーション装置２００の出力を表示して運転員に速度オーバーなどの警告を報知したり、ブレーキを自動的に作動させたりする制御に使用することが可能である。

本発明は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々更新を加え得ることは勿論である。

本実施形態の車載用ナビゲーション装置１００の機能ブロックを示す図である。 撮像部１２により取得した路面画像の例を示す図である。 路面標示認識部１３の構成を示すブロック図である。 認識対象である路面標示の一例である車線の模式図である。 認識対象である路面標示の他の例である横断歩道の模式図である。 認識対象である路面標示のさらに他の例である停止線の模式図である。 認識対象である路面標示のさらに他の例である分岐・合流線の模式図である。 路面上の矢印などの標示の範囲を特定するための射影処理の例を示す図である。 図８の射影処理の結果に基づく標示範囲の特定方法を示す図である。 連続したフレームごとの路面標示認識結果を示す図である。 路面凸状態認識部１４の構成を示すブロック図である。 自車両が平坦な路面を走行中しているときの路面の画像を示す図である。 自車両が平坦でない路面を走行中しているときの路面の画像を示す図である。 路面の高低の変化を検出する方法を示す図である。 坂の下りはじめの状態にある車両の進行方向とカメラの向きとを示す図である。 坂の上りはじめの状態にある車両の進行方向とカメラの向きとを示す図である。 自車両が坂の上りはじめの状態にあるときの路面の画像を示す図である。 別の路面凸状態の認識方法を示す図である。 高速道路と一般道路との高さ関係を示す図である。 全体の状態遷移を示す図である。 図２０の遷移状態Ｓ０１〜Ｓ０８の相互の関係を示す図である。 状態遷移に関する具体的な動作を示すフローチャートである。 ランプウェイ（Ｓ０３）の状態における動作のフローチャーである。 高速道路の出入口に接近したと判別される領域及び一般道路固有標示の地点に接近したと判別される領域の例を示す図である。 一般道路固有標示付近（Ｓ０４）の状態における動作のフローチャートである。 他の実施形態の本実施形態の車載用ナビゲーション装置２００の機能ブロックを示す図である。 本実施形態の車載用ナビゲーション装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

符号の説明

１１ 地図・位置情報提供部
１２ 撮像部
１３ 路面標示認識部
１４ 路面凸状態認識部
１５ 判別部
１６ 計算部
２１，２２ 車線
２３ 横断歩道
２４ 停止線
２５ 高速道路
２６ ランプウェイ
２７ 分岐・合流線
２９ 矢印などの路面標示
３７ 一般道路
１００ 車載用ナビゲーション装置

Claims (8)

1. 車両に搭載され路面を撮影する撮像部と、
   前記撮像部からの入力画像より路面の高低の変化を認識する路面凸状態認識部と、
   前記路面凸状態認識部によって得られた認識結果を加味して自車両の存在する道路種を判別する判別部とを具備を特徴とする車載用ナビゲーション装置。
2. 前記路面凸状態認識部は、前記撮像部からの入力画像より路面の高低の変化を上りと下りとに分別して認識することを特徴とする請求項１に記載の車載用ナビゲーション装置。
3. 路面標示の位置を含む地図情報及び自車両の位置を提供する地図・位置情報提供部をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の車載用ナビゲーション装置。
4. 前記撮像部からの入力画像より路面の標示を認識する路面標示認識部をさらに具備し、
   前記判別部は、前記路面凸状態認識部によって得られた認識結果及び前記路面標示認識部によって得られた認識結果を加味して自車両の存在する道路種を判別することを特徴とする請求項１または２に記載の車載用ナビゲーション装置。
5. 前記路面標示認識部は、前記撮像部から入力された連続する複数のフレーム画像に対して路面表示の認識を行い、前記複数のフレーム分の認識結果から最終的な認識結果を判定して出力することを特徴とする請求項３に記載の車載用ナビゲーション装置。
6. 路面標示の位置を含む地図情報及び自車両の位置を提供する地図・位置情報提供部をさらに有し、
   前記判別部は、一般道路固有標示として予め決められた種類の路面標示が前記路面標示認識部によって認識されなかった場合、前記地図・位置情報提供部より提供された一般道路固有標示の位置と自車両の位置との距離を算出し、この距離が予め決められた閾値を超える場合に、当該自車両の存在する道路種を高速道路と判別することを特徴とする請求項３に記載の車載用ナビゲーション装置。
7. 自車両の走行速度の情報を入手するとともに、前記判別部によって判別された道路種をもとに自車両の適切な走行速度を計算し、前記自車両の走行速度と前記適切な走行速度とを比較して、比較結果を出力する計算部をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の車載用ナビゲーション装置。
8. 撮像部が自車両に搭載され路面を撮影するステップと、
   前記撮像部からの入力画像より路面の高低の変化を路面凸状態認識部が認識するステップと、
   前記路面凸状態認識部によって得られた認識結果を加味して自車両の存在する道路種を判別部が判別するステップとを具備することを特徴とする道路種判別方法。

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