JP2008241446A - ナビゲーション装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ナビゲーションに関連する技術において、車両周囲を撮影した画像をもとに優れた精度のマップマッチングを実現する。
【解決手段】カメラ１で撮影された画像において複数の領域を定め、白線抽出手段３１で、それぞれの領域から白線を抽出する（白線抽出処理）。また、角度差検出手段３２で、白線抽出手段３１で抽出した白線がなす線の傾きをそれぞれの領域同士で比較して角度差を抽出する（角度差検出処理）。そして、旋回方向認識手段３３で、角度差検出手段３２で抽出された角度差から車両の旋回方向を認識する（旋回方向認識処理）。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナビゲーションに関連する技術の改良に関する。

近年、電子技術の発達に伴い、車載用に代表されるナビゲーション装置の普及が著しい。ナビゲーション装置は、予め用意した地図データをもとに、ＧＰＳ測位などで得る自車位置を周辺地図上に表示したり、施設検索や地図スクロールなどで指定した目的地への経路を探索計算して設定し、画面表示や合成音声で進行方向などを案内するものである。

このようなナビゲーション装置における自車位置算出の典型例を示せば、車両の絶対位置（例えば位置座標）をＧＰＳ受信機を用いて算出し、また、車両の相対位置として、各種センサーにより例えば車速パルスから速度を求めたり、ジャイロから向いている方位などを求める。そして、これら絶対位置と相対位置の組み合わせから、位置と方位を伴う自車位置を得る。

このように自車位置を求める機能を車載用ナビゲーション装置ではロケータと呼ぶが、そのようなロケータを中心として、従来のナビゲーション装置の構成例を図６に示す。この例は、ＧＰＳ受信機５、振動ジャイロ６、車速センサー７、地図データベース９及び自車位置算出部１１を示すものである。

このうち、ＧＰＳ受信機５は、いわゆる三角測量の原理で、各衛星からの電波を受信して自らの位置を測定するものであり、ナビゲーション装置の初期状態で自車位置が全く分からない場合や自車位置を見失った場合に絶対位置を知る情報源として用いるほか、絶対位置を適宜、例えば定期的に測量して求める。

また、自車位置算出部１１は、振動ジャイロ６で自車の進行方位を求め、また、車速センサー７で自車の速度を求めることにより、上記絶対位置からの相対的な位置すなわち相対位置を得る。相対位置の算出は一般にデッドレコニングと呼ばれ、例えば０．１ｓｅｃ周期毎に行われる。

そして、絶対位置に相対位置を加味した自車位置は、誤差も含んだ数値的な位置座標であるため、地図データベース８上の道路位置と完全に一致するわけではなく、自車位置算出部１１では、そのような位置情報が地図データベース上のどの道路上に該当するかを判定する、いわゆるマップマッチング処理を、例えば１ｓｅｃ毎に行う。

図７は、このようなマップマッチング処理を表す概念図である。すなわち、絶対位置をＧＰＳ受信機５で測位し、また、振動ジャイロ６と車速センサー７より相対位置が求まり、これらに基く自車位置すなわちデッドレコニングポジション１０１を、地図データベース８に記録された地図上の道路形状１０２のうち、最適と考えられる道路区間上にマップマッチングをさせることにより、マップマッチングポジション１０３を得て、見かけ上、地図の道路上を走行しているように表示できる。

すなわち、実際に位置座標として得られるポジションは、数値上は厳密には地図上の道路部分から外れていても、マップマッチングを行うことで、地図上の自車位置マークの動きとしては、地図データベース８上の道路形状にほぼ沿った動きになる。
特開２００６−３４９５８０

ところで、以上のように自車位置を算出して地図上に表示する処理にかかわる要素の中で、振動ジャイロは、一般的に温度特性がセンシティブであり、その出力値のばらつきによって角度誤差を持つため、経過時間によって誤差の累積が生じることにより、結果的に自車位置精度の劣化要因となることが知られている。

したがって、例えば図８に例示するような狭角的な分岐路に道路ＡとＢがあるような場合、走行ルートすなわち自車位置が実際は道路Ａ上であるにもかかわらず、センサー等から座標数値として算出された自車位置及びその走行軌跡が、振動ジャイロの誤差によって道路Ｂ側にある程度ずれているような場合、マップマッチングされた自車位置は誤った道路Ｂ上となり、不適切な表示となる問題があった。

なお、カメラで路面を撮影した画像から白線を検出して車両の挙動を判定しようとする提案は存在するが（特許文献１参照）、特定部分の白線のみでの処理は精度に限界があり、また、上記のような誤差を前提に対策を行うものではなかった。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するもので、その目的は、ナビゲーションに関連する技術において、車両周囲を撮影した画像をもとに優れた精度のマップマッチングを実現することである。

上記の目的を達成するため、請求項１の旋回方向認識装置は、車両の周囲を撮影する撮影手段と、前記撮影手段で撮影された画像において複数の領域を定め、それぞれの領域から白線を抽出する白線抽出手段と、前記白線抽出手段で抽出した白線がなす線の傾きをそれぞれの領域同士で比較して角度差を抽出する角度差検出手段と、前記角度差検出手段で抽出された角度差から車両の旋回方向を認識する旋回方向認識手段と、を有することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の発明を方法という見方から捉えたもので、車両の周囲を撮影する撮影手段と、演算制御部と、を有する旋回方向認識装置の制御方法において、前記演算制御部により、白線抽出手段と、角度検出手段と、旋回方向認識手段と、を実現するとともに、前記白線抽出手段で、前記撮影手段で撮影された画像において複数の領域を定め、それぞれの領域から白線を抽出する、白線抽出処理を実行し、前記角度差検出手段で、前記白線抽出手段で抽出した白線がなす線の傾きをそれぞれの領域同士で比較して角度差を抽出する、角度差検出処理を実行し、前記旋回方向認識手段で、前記角度差検出手段で抽出された角度差から車両の旋回方向を認識する、旋回方向認識処理を実行することを特徴とする。

請求項２のナビゲーション装置は、請求項１に記載の旋回方向認識装置を含み、出発地から目的地までの経路を案内するナビゲーション装置において、自車の現在位置を検出する現在地検出手段と、前記現在地検出手段で検出された現在位置を地図上にマッチングさせるマップマッチング手段と、前記旋回方向認識手段で認識された旋回方向を用いて、前記マップマッチング手段でマッチングされた地図上の位置を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２の発明を方法という見方から捉えたもので、請求項３に記載の旋回方向認識装置の制御方法を含み、出発地から目的地までの経路を案内するナビゲーション装置の制御方法において、前記演算制御部により、現在地検出手段と、マップマッチング手段と、補正手段と、を実現するとともに、前記現在地検出手段で、自車の現在位置を検出する、現在地検出処理を実行し、前記マップマッチング手段で、前記現在地検出手段で検出された現在位置を地図上にマッチングさせる、マップマッチング処理を実行し、前記補正手段で、前記旋回方向認識手段で認識された旋回方向を用いて、前記マップマッチング手段でマッチングされた地図上の位置を補正する、補正処理を実行することを特徴とする。

これらの態様では、車両周囲を撮影した画像をもとに、その複数領域から白線を認識し、白線がなす傾きをそれぞれの領域同士で比較し、角度差が所定以上あるときは車両が旋回したと判断することにより、振動ジャイロセンサの検出精度が低くて誤差を生じてもそれを補正し、また何らかの事情で自車の方位を見失ったような場合も、誤った走行位置を補正しマップマッチングの精度を改善可能となる。

以上のように、本発明によれば、ナビゲーションに関連する技術において、車両周囲を撮影した画像をもとに優れた精度のマップマッチングを実現することができる。

次に、本発明を実施するための最良の実施形態について、図に沿って説明する。なお、背景技術や課題での説明と共通の前提事項は適宜省略する。

〔１．構成〕
本実施形態は、出発地から目的地までの経路を案内するナビゲーション装置（以下「本装置」と呼ぶ）に関するもので、本装置は、車両の旋回方向を認識する旋回方向認識装置を含み、本実施形態は、これら各装置の制御方法としても把握可能である。

ここで、本装置は、図１の構成図に示すように、車両の周囲を撮影する撮影手段であるカメラ１と、コンピュータの演算制御部２と、を有し、この演算制御部２により、従来同様の現在地検出手段である自車位置算出部１０と、マップマッチング手段２０の他、本実施形態特有の要素として、画像認識処理部３と、補正手段４と、を実現する。カメラ１に加え、これら画像認識処理部３並びに補正手段４が、旋回方向認識装置の部分を構成する。

また、画像認識処理部３はさらに、白線抽出手段３１と、角度検出手段３２と、旋回方向認識手段３３と、を有する。図１の演算制御部２内に示すこれら各要素は、本実施形態の各機能作用を実現実行する処理手段である。

また、カメラ１については、種類や設置位置は任意であり、車両前部に設置される前方視認用カメラでもよいが、ここでは、近年、車両後部に設置される駐車支援用のリアカメラを用いることとする。

また、本装置は、従来と同様、ＧＰＳ受信機５と、振動ジャイロ６と、車速センサー７と、地図データベース８と、を有し、また、本実施形態では、理解を助けるため、ロケータの要素のうち、マップマッチングの要素をマップマッチング手段２０として独立して示した。

〔２．作用の概要〕
以上のように構成された本実施形態では、白線抽出手段３１で、カメラ１で撮影された画像に予め定めた複数の領域それぞれから白線を抽出する（白線抽出処理）。また、角度差検出手段３２で、白線抽出手段３１で抽出した白線がなす線の傾きをそれぞれの領域同士で比較して角度差を抽出する（角度差検出処理）。そして、旋回方向認識手段３３で、角度差検出手段３２で抽出された角度差から車両の旋回方向を認識する（旋回方向認識処理）。

一方、現在地検出手段である自車位置算出部１０で、自車の現在位置を検出し（現在地検出処理）、マップマッチング手段２０で、自車位置算出部１０で検出された現在位置を地図上にマッチングさせるが（マップマッチング処理）、このようにマップマッチング手段でマッチングされた地図上の位置を、補正手段４が、旋回方向認識手段３３で認識された旋回方向を用いて補正する（補正処理）。

〔３．処理の実例〕
続いて、より具体的な処理の例を示す。まず、一般的なリアカメラ映像を図２に、また、このような画像を用いる旋回方向認識の処理手順を図３のフローチャートに示す。すなわち、まず、車両にカメラを設置した時に、画像補正、すなわち（１）取り付け位置（高さ、カメラの向き）による映像状態、（２）カメラ映像の歪み、等の補正を行う（ステップＳ０１）。

これは、初期設定として車両にカメラを設置した時のみに行えばよい。おおむね、車載用カメラは広角レンズを用いているため歪みのある画像であり、かつ取り付け状態から調整を行い、図２に示したような映像とする。なお、恒久的にカメラが設置した状態のままであるのならばこの調整は以降、原則として不要であるが、取り付け位置を変えた場合や何らかの影響でカメラがずれた（動いた）場合には調整を再度行う。

また、カメラ映像における検出エリアの設定を行うが（ステップＳ０２）、これは、装置の稼動開始ごとに標準の又はその後手動で変更された設定値をフラッシュメモリから読み込むなどが考えられる。具体的には、図４に示すように、車両近傍に対応するエリアＡと、車両から離れた場所に対応するエリアＢを設定し、そのカメラ映像を抽出する。

そして、各エリアＡ及びＢから、中央線（白線等）もしくは路肩にある白線を検知する（ステップＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）。白線検知は、例えば、カメラ映像の中のコントラストをもとに、路面と白線では明るさが異なることから、その違いを算出して検知する。

そして、検知された各白線ごとに直線近似を行ってその白線の情報とするが（ステップＳ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２）、この目的の一つは、道路の形状（でこぼこ感）や白線の書き方等より多少歪んでいる状態を解消することでもある。

このような近似により、例えば、図５に示すように、エリアＡにおける路肩の白線及び中央線の白線から近似した直線（白線とも表す）Ｌ１Ａ（ステップＳ１２）及び直線Ｌ２Ａ（ステップＳ２２）、同様にエリアＢで近似した直線Ｌ１Ｂ（ステップＳ３２）及び直線Ｌ２Ｂ（ステップＳ４２）が算出される。

続いて、エリアＡ及びＢの路肩の白線及び中央線の白線から上記のように近似された直線の角度差を各々算出する。具体的には、エリアＡの直線を基準として反時計回りを正とし、角度差を求める。具体的には（図５）、直線Ｌ１Ａに対する直線Ｌ１Ｂの角度差θ１と（ステップＳ５１）、直線Ｌ２Ａに対する直線Ｌ２Ｂの角度差θ２を計算する（ステップＳ５２）。

このような角度差算出は定期的（例えば１ｓｅｃ毎）に行い、角度差θ１もしくはθ２のいずれかを採用し（ステップＳ５４）、それに基いて車両の旋回状態を判定し（ステップＳ５５）、この判定結果を自車位置算出におけるマップマッチングやその誤差修正などに利用する（ステップＳ５６）。

ここで、旋回状態を判定する基準を以下に示す。

０° ≦ θ１もしくはθ２ ≦ ±α ： 直進中
＋α ＜ θ１もしくはθ２ ： 右旋回中
−α ＜ θ１もしくはθ２ ： 左旋回中

なお、

±９０° ＜ θ１（もしくはθ２）

は計算外とし、定数αは、車両の振動による微妙な映像の揺れを吸収するためのマージンである。また、角度差に応じてその旋回度合いは異なるので、このような旋回状態判定結果の他の用途として例えば、モニタ表示の自車アイコンの挙動に利用することも考えられる。

また、中央線の白線は間欠的な白線もあるため、白線が無い箇所においては（ステップＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）、直前の白線が存在する部分で直線近似した情報があれば（ステップＳ１３，Ｓ２３，Ｓ３３，Ｓ４３）、それをそのまま保持して使用する（ステップＳ１４，Ｓ２４，Ｓ３４，Ｓ４４）。同様に路肩の白線もなくなった場合は直前の直線近似情報を用いる（ステップＳ１４，Ｓ２４，Ｓ３４，Ｓ４４）。これらの処理は、エリア毎に独立して行われる。

また、中央線白線の角度差と路肩の白線の角度差は、相対的にはほぼ等しい結果に成り得るため、どちらかの白線がある程度の距離にわたってペイントされていなかったりかすれているなどで検知できなかった場合でも、本実施形態では、もう一方の白線で得られた角度差θ１もしくはθ２があれば（ステップＳ５４）旋回の判断が得られる利点がある。

以上のような旋回状態の判定により、道路走行中における振動ジャイロにおいて、熱等による中点ばらつきの影響などによる誤差で方位の精度が劣化しても、補正により優れたマップマッチング精度を維持可能となる。特に、図８に示したような狭角分岐点に車両が進入する際も、カメラ映像から旋回状態を判断できることにより、どちらの道に車両が進行しているかが明確となり、誤った道路側にマップマッチングする問題が回避できるので、運転者が周囲に注意を払わねばならない分岐箇所で誤った表示に気をとられる不都合も解消される。

〔４．効果〕
以上のように、本実施形態によれば、車両周囲を撮影した画像をもとに、その複数領域から白線を認識し、白線がなす傾きをそれぞれの領域同士で比較し、角度差が所定以上あるときは車両が旋回したと判断することにより、振動ジャイロセンサの検出精度が低くて誤差を生じてもそれを補正し、また何らかの事情で自車の方位を見失ったような場合も、誤った走行位置を補正しマップマッチングの精度を改善可能となる。

また、これらに伴って、目的地への経路や目標物など周辺の情報に基く誘導案内の確度も改善できるとともに、ストレスやそれによる人的ミスを軽減して運転の安全性も効果的に改善可能となる。

〔５．他の実施形態〕
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するものやそれ以外の他の実施形態も含むものである。例えば、本発明の旋回方向認識装置やその制御方法は、上記のようなナビゲーション装置だけでなく、他の機械制御など所望の分野に適用可能である。また、ナビゲーション装置に適用する場合も、既に述べたように、車両前方に設置されているフロントカメラ映像で同様な処理を行うことも可能であることは言うまでもない。

本発明の実施形態の構成を示す図。 本発明の実施形態におけるリアカメラの画像を例示する図。 本発明の実施形態における処理手順を示すフローチャート。 本発明の実施形態における画像に、検知用の複数のエリアを設定している状態を示す概念図。 本発明の実施形態における白線（直線）の角度差を示す概念図。 従来のナビゲーション装置において、自車位置検出に関する構成を示す図。 ナビゲーション装置におけるマップマッチングを示す概念図。 従来技術におけるマップマッチングの例を示す概念図。

符号の説明

１…カメラ
２…演算制御部
３…画像認識処理部
４…補正手段
５…ＧＰＳ受信機
６…振動ジャイロ
７…車速センサー
８…地図データベース
１０…自車位置算出部
２０…マップマッチング手段
３１…白線抽出手段
３２…角度検出手段
３２…角度差検出手段
３３…旋回方向認識手段
Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂ，Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂ…直線
α…定数
θ１…角度差
θ２…角度差

Claims (4)

1. 車両の周囲を撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段で撮影された画像において複数の領域を定め、それぞれの領域から白線を抽出する白線抽出手段と、
   前記白線抽出手段で抽出した白線がなす線の傾きをそれぞれの領域同士で比較して角度差を抽出する角度差検出手段と、
   前記角度差検出手段で抽出された角度差から車両の旋回方向を認識する旋回方向認識手段と、
   を有することを特徴とする旋回方向認識装置。
2. 請求項１に記載の旋回方向認識装置を含み、出発地から目的地までの経路を案内するナビゲーション装置において、
   自車の現在位置を検出する現在地検出手段と、
   前記現在地検出手段で検出された現在位置を地図上にマッチングさせるマップマッチング手段と、
   前記旋回方向認識手段で認識された旋回方向を用いて、前記マップマッチング手段でマッチングされた地図上の位置を補正する補正手段と、
   を有することを特徴とするナビゲーション装置。
3. 車両の周囲を撮影する撮影手段と、演算制御部と、を有する旋回方向認識装置の制御方法において、
   前記演算制御部により、白線抽出手段と、角度検出手段と、旋回方向認識手段と、を実現するとともに、
   前記白線抽出手段で、前記撮影手段で撮影された画像において複数の領域を定め、それぞれの領域から白線を抽出する、白線抽出処理を実行し、
   前記角度差検出手段で、前記白線抽出手段で抽出した白線がなす線の傾きをそれぞれの領域同士で比較して角度差を抽出する、角度差検出処理を実行し、
   前記旋回方向認識手段で、前記角度差検出手段で抽出された角度差から車両の旋回方向を認識する、旋回方向認識処理を実行する
   ことを特徴とする旋回方向認識装置の制御方法。
4. 請求項３に記載の旋回方向認識装置の制御方法を含み、出発地から目的地までの経路を案内するナビゲーション装置の制御方法において、
   前記演算制御部により、現在地検出手段と、マップマッチング手段と、補正手段と、を実現するとともに、
   前記現在地検出手段で、自車の現在位置を検出する、現在地検出処理を実行し、
   前記マップマッチング手段で、前記現在地検出手段で検出された現在位置を地図上にマッチングさせる、マップマッチング処理を実行し、
   前記補正手段で、前記旋回方向認識手段で認識された旋回方向を用いて、前記マップマッチング手段でマッチングされた地図上の位置を補正する、補正処理を実行する
   ことを特徴とするナビゲーション装置の制御方法。

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