JP2010205042A - Pedestrian detection device - Google Patents
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Abstract
Description
車両に搭載される歩行者検出装置における歩行者検出技術に関する。 The present invention relates to a pedestrian detection technique in a pedestrian detection device mounted on a vehicle.
上述のような歩行者検出装置として、赤外線カメラを用いて撮影した画像から人間特有の形状パターンを検出することにより、歩行者を検出する技術が知られている(特許文献1参照)。 As a pedestrian detection apparatus as described above, a technique for detecting a pedestrian by detecting a human-specific shape pattern from an image taken using an infrared camera is known (see Patent Document 1).
この技術では、赤外線カメラにより撮影された画像から、前処理により定められた歩行者の候補領域を切り出す。この切り出した候補領域の赤外線強度のパターンと人間特有の赤外線パターン(温度パターン、形状パターン)との類似の度合により、その候補領域が歩行者であるか否かを判定している。 In this technique, a candidate area for a pedestrian determined by preprocessing is cut out from an image captured by an infrared camera. Whether or not the candidate area is a pedestrian is determined based on the degree of similarity between the infrared intensity pattern of the extracted candidate area and the infrared pattern (temperature pattern and shape pattern) peculiar to humans.
特許文献1の技術では、赤外線カメラを用いているため、人間以外の熱源が存在する場合には、望ましい赤外線画像を得ることができない。すなわち、日中等は使用することができない。また、赤外線強度のパターンは歩行者の被服等の状況により大きく異なるため、全ての状況をカバーするパターンを準備することは困難である。
In the technique of
本発明の目的は、的確に歩行者を検出する歩行者検出装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the pedestrian detection apparatus which detects a pedestrian exactly.
前記課題を解決するために、本発明の歩行者検出装置は、車両の周辺の3次元位置情報を時系列順に取得する3次元位置情報取得部と、前記3次元位置情報を前記車両が位置する平面上の点群として表現し、前記時系列に沿って当該点群の分布変化の周期性を解析する解析部と、前記解析部により周期性があると判定された際に前記点群を歩行者として検出する。 In order to solve the above-described problem, a pedestrian detection device according to the present invention includes a three-dimensional position information acquisition unit that acquires three-dimensional position information around a vehicle in chronological order, and the vehicle positions the three-dimensional position information. Express as a point cloud on the plane, and analyze the periodicity of the distribution change of the point cloud along the time series, and walk the point cloud when the analysis unit determines that there is periodicity Detect as a person.
この構成により、3次元位置情報取得部により取得された車両周辺の3次元位置情報が、車両が位置する平面上の点群に変換され、解析部は時系列に沿ってその点群の分布変化の周期性を解析する。歩行者の動きを上記平面上に投影すると、腕や脚の動きには周期性がある。上記構成は、この周期性を解析するためのものであり、解析部により周期性があると判定された点群は歩行者として検出される。 With this configuration, the three-dimensional position information around the vehicle acquired by the three-dimensional position information acquisition unit is converted into a point cloud on the plane on which the vehicle is located, and the analysis unit changes the distribution of the point cloud in time series. Analyze the periodicity of. When the movement of a pedestrian is projected on the plane, the movement of arms and legs has periodicity. The said structure is for analyzing this periodicity, and the point cloud determined with the periodicity by the analysis part is detected as a pedestrian.
腕の動きは、荷物等の影響により周期性が解析できない場合もあるため、脚部の動きにより周期性を解析すると好適である。そのため、3次元位置情報は、人間の脚部付近に相当する高さのみを取得することが望ましい。このように3次元位置情報を取得する範囲を限定することにより、3次元位置情報の取得時間を低減することができると共に、歩行者の他の部位がノイズとなり、周期性解析の精度を低下させることを防止することができる。 Since the movement of the arm may not be able to analyze the periodicity due to the influence of the luggage or the like, it is preferable to analyze the periodicity by the movement of the legs. Therefore, it is desirable to acquire only the height corresponding to the vicinity of the human leg from the three-dimensional position information. By limiting the range in which the three-dimensional position information is acquired in this way, the acquisition time of the three-dimensional position information can be reduced, and other parts of the pedestrian become noise, reducing the accuracy of the periodicity analysis. This can be prevented.
以下に図面を用いて、本発明の歩行者検出装置の実施形態を説明する。図1は、本発明の歩行者検出装置の各機能部を表す機能ブロック図、図2は歩行者検出処理の流れを表すフローチャートである。図に示すように、歩行者検出装置は、車両に搭載され、車両進行方向の歩行者を検出するために、車両の進行方向前方の距離データを取得する3次元位置情報取得部11、3次元位置情報取得部11により取得された距離データを解析することにより、車両前方の歩行者を検出する演算処理部Aを備えている。
Embodiments of a pedestrian detection device of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing each functional part of the pedestrian detection device of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart showing the flow of pedestrian detection processing. As shown in the figure, the pedestrian detection device is mounted on a vehicle, and in order to detect a pedestrian in the vehicle traveling direction, a three-dimensional position
本実施形態では、3次元位置情報取得部11は赤外線レーザレーダLからの信号に基づき距離を測定している。上述したように、歩行者の脚部の動きの周期性が解析しやすいため、赤外線レーザレーダLは歩行者の脚部の3次元位置情報が測定可能な位置に設置される。例えば、車両のバンパー付近に設置することができる。当然ながら、赤外線レーザレーダLの設置方向を変更することにより、任意の方向の歩行者を検出することができる。なお、以下の説明では、車両の幅方向をx軸、車両の高さ方向をy軸、車両の進行方向をz軸とする。したがって、車両が位置する平面はxz平面となる。
In the present embodiment, the three-dimensional position
赤外線レーザレーダLは、ポリゴンミラー等によりx軸方向に走査可能に、y軸方向へは、0.8°刻みで4ライン投光するよう構成されている。また、所定時間間隔毎にレーザスキャンを実行するように構成されている。3次元位置情報取得部11は、このように構成された赤外線レーザレーダLからの信号に基づき、所定時間毎の車両前方の3次元位置情報を取得する(#11)。本実施形態では、所定時間は100msとしている。この3次元位置情報は、xz平面上の点群{Pti}としてRAMに記憶される。なお、tは距離データを取得した時刻、iは点データの番号を表すものとする。このとき、3次元位置情報取得部11は、3次元位置情報を取得した旨を解析部12に通知する。
The infrared laser radar L is configured to be able to scan in the x-axis direction with a polygon mirror or the like, and to project four lines in the y-axis direction at intervals of 0.8 °. Further, the laser scan is executed at predetermined time intervals. The three-dimensional position
解析部12では、クラスタリング部12aがRAMから点群データ{Pti}を取得し、xz平面上でのクラスタリングを行う(#12)。歩行者が存在する場合には、その歩行者を表す点群はxz平面上において一定の形状のクラスタを形成すると考えられるためである。クラスタリングの方法は、K−Mean法、ベクトル量子化等、公知の方法を用いることができる。このクラスタリングにより点群{Pti}は複数のクラスタ{Cj}に分類され、各々のクラスタCjには、xz平面において近接する点群が属することとなる。
In the
車両前方には歩行者だけでなく、様々な物体が存在しているため、歩行者を的確に検出するために、歩行者の脚部の点群から構成されるクラスタを選別する必要がある。そのため、クラスタリング部12aは、所定条件に基づき、歩行者の脚部の点群から構成される可能性のあるクラスタ(以下、歩行者候補クラスタと称する)のみを抽出する(#13)。本実施形態では、クラスタに属する点群の分布が直径1mの円内にあるクラスタを歩行者候補クラスタとして抽出する。具体的には、クラスタ内の点群のうち最小x座標と最大x座標の差が1m以内、かつ最小z座標と最大z座標との差が1m以内である場合に、そのクラスタを歩行者候補クラスタとする。ただし、この条件を満たしてもクラスタに属する点の数が極端に少ない場合には、以降の検証の精度が十分に得られないため、歩行者候補クラスタから除外する。 Since there are various objects in addition to the pedestrian in front of the vehicle, it is necessary to select a cluster composed of point groups of the pedestrian's legs in order to accurately detect the pedestrian. Therefore, the clustering unit 12a extracts only clusters (hereinafter referred to as pedestrian candidate clusters) that may be composed of point groups of the pedestrian's legs based on a predetermined condition (# 13). In this embodiment, a cluster in which the distribution of point groups belonging to the cluster is within a circle having a diameter of 1 m is extracted as a pedestrian candidate cluster. Specifically, if the difference between the minimum x coordinate and the maximum x coordinate is within 1 m and the difference between the minimum z coordinate and the maximum z coordinate is within 1 m in the point group in the cluster, the cluster is selected as a pedestrian candidate. A cluster. However, if the number of points belonging to the cluster is extremely small even if this condition is satisfied, the accuracy of the subsequent verification cannot be obtained sufficiently and is excluded from the pedestrian candidate cluster.
次に、解析部12の周期性解析部12bにより、歩行者候補クラスタの検証が行われる。すなわち、歩行者候補クラスタに属する点群が歩行者であるか否かを検証する。図3(a)から(c)は車両前方を横切る歩行者の脚部の画像であり、図4(a)から(c)はそれらの脚部を表す点群(一の歩行者候補クラスタに属する点群)をxz平面にプロットした図である。図4は、クラスタに属する点群の中央値を原点としてxz平面を4つの象限に分割して描いたものである。なお、本実施形態における中央値とは、最大値と最小値との平均値をいう。すなわち、歩行者候補クラスタに属する点群を{Pt1(x1,z1),・・・,Ptn(xn,zn)}とすると、中央値は((max({xi})−min({xi})),(max({zi})−min({zi})))となる。
Next, the pedestrian candidate cluster is verified by the
歩行者の脚は、図3の(a)→(b)→(c)→(b)→(a)の動きを繰り返す。これに伴い、点群の変化も図4の(a)→(b)→(c)→(b)→(a)を繰り返す。これらから明らかなように、歩行動作に伴って点群が分布する象限の変化は周期性を有している。 The leg of the pedestrian repeats the movement of (a) → (b) → (c) → (b) → (a) in FIG. Along with this, the change of the point group also repeats (a) → (b) → (c) → (b) → (a) in FIG. As is clear from these, the change in the quadrant where the point cloud is distributed with the walking motion has periodicity.
この周期性の変化は別の観点から見ることもできる。クラスタに属する点群は上述のようにxz平面にプロットされているため、各点は中央値(原点)からの距離(動径)rおよび動径とx軸とのなす角θにより表現することができる(図4(a)参照)。このとき、横軸に角度θ、縦軸に動径rとする平面(以下、θr平面と称する)に各点をプロットすると図5のようになる。図5(a)から(c)は、図4(a)から(c)の点をθr平面にプロットした図である。ここで、θr平面を90°毎の領域に分割する(分割された領域を角度順に第1象限から第4象限と称する)。図5(a)では、点は第2,4象限に集中しており、(c)では第1,3象限に集中している。また(b)では、各象限に分布している。したがって、歩行動作に伴ってθr平面上の点の分布変化も上述のような周期性を有する。 This change in periodicity can be seen from another point of view. Since the point group belonging to the cluster is plotted on the xz plane as described above, each point is represented by the distance (radial radius) r from the median value (origin) and the angle θ formed by the radial radius and the x axis. (See FIG. 4A). At this time, each point is plotted on a plane (hereinafter referred to as the θr plane) having the angle θ on the horizontal axis and the radius r on the vertical axis, as shown in FIG. FIGS. 5A to 5C are diagrams in which the points of FIGS. 4A to 4C are plotted on the θr plane. Here, the θr plane is divided into regions of 90 ° (the divided regions are referred to as the first quadrant to the fourth quadrant in order of angle). In FIG. 5A, the points are concentrated in the second and fourth quadrants, and in FIG. 5C, the points are concentrated in the first and third quadrants. Moreover, in (b), it distributes to each quadrant. Therefore, the change in the distribution of points on the θr plane accompanying the walking motion also has the periodicity as described above.
また、点群の分布の散らばり具合にも周期性を見ることができる。例えば、点群の分布の散らばり具合は式(1)により求まるような、歩行者候補クラスタに属する点群のxz平面における中央値mからの距離の平均値(以下、単に分散度σと称する)として表現することができる。なお、distance()は2点間の距離を求める関数である。このとき、時刻tにおける歩行者候補クラスタに属する点群の分散度σtを求め、横軸に時間t、縦軸を分散度σとする平面にプロットすると、図6のようにサインカーブに近い曲線を描く。そのため、この場合には解析的に周期性を求めることができる。したがって、本実施形態では、点群の分布の分散に着目した周期性解析を行うことにより、歩行者候補クラスタが歩行者であるか否かを検証する。
周期性解析部12bは、上述のような歩行者の脚部を表す点群の分布変化の周期性を解析する(#14)。具体的には、図7のフローチャートの処理が行われる。
The
まず、周期性を解析するためには一定時間(例えば、10秒)のデータ必要である。そのため、RAMに所定時間分の点群データが記憶されているか否かを判定し(#21)、一定時間分のデータが取得できていない場合には処理を終了し、メインルーチンに戻る(#21のNo分岐)。 First, in order to analyze periodicity, data of a certain time (for example, 10 seconds) is necessary. Therefore, it is determined whether or not point cloud data for a predetermined time is stored in the RAM (# 21). If data for a predetermined time is not acquired, the process is terminated and the process returns to the main routine (#). 21 No branch).
一方、必要な時間分の点群がRAMに記憶されている場合(#21のYes分岐)には、周期性の解析が開始される。ここで、RAMには時間tから時間t+nまでの点群が記録されており、各時間における歩行者候補クラスタは一つだけであるとする。複数の歩行者候補クラスタが存在する場合には、時間方向における歩行者候補クラスタの対応をとる必要がある。この場合には、時間tにおける歩行者候補クラスタのxz平面上の中央値mと時間t+1における歩行者候補クラスタのxz平面上の中央値mとの距離等を比較すれば、容易に時間方向における追跡を行うことができる。 On the other hand, when the point cloud for the required time is stored in the RAM (Yes branch of # 21), the periodicity analysis is started. Here, a point cloud from time t to time t + n is recorded in the RAM, and it is assumed that there is only one pedestrian candidate cluster at each time. When there are a plurality of pedestrian candidate clusters, it is necessary to take correspondence of the pedestrian candidate clusters in the time direction. In this case, if the distance between the median value m on the xz plane of the pedestrian candidate cluster at time t and the median value m on the xz plane of the pedestrian candidate cluster at time t + 1 are compared, it can be easily determined in the time direction. Tracking can be done.
まず、式(1)を用いて時間区間[t,t+n]の各時間における点群の分散度σを求め(#22)、分散度σtが極大となる時間(以下、極大時間と称する){Ti}および極小となる時間(以下、極小時間と称する){Bi}を求める(#23)。 First, the dispersion degree σ of the point group at each time in the time interval [t, t + n] is obtained using the expression (1) (# 22), and the time when the dispersion degree σ t becomes a maximum (hereinafter referred to as a maximum time). {T i } and a minimum time (hereinafter referred to as a minimum time) {B i } are obtained (# 23).
これらの極大時間Tiおよび極小時間Biにより、時間区間[t,t+n]は、複数の時間区間[t,Ti],[Ti,Bi],[Bi,Ti+1],[Ti+1,Bi+1],・・・に分割することができる。以下、分割された時間区間を分割区間と称する。 Due to the maximum time T i and the minimum time B i , the time interval [t, t + n] is divided into a plurality of time intervals [t, T i ], [T i , B i ], [B i , T i + 1 ]. , [T i + 1 , B i + 1 ],. Hereinafter, the divided time section is referred to as a divided section.
次に、一の分割区間を選択し(#24)、選択した分割区間において、各時間間の分散度の差の総和Sを求める(#25)。すなわち、時間区間の始点をt、終点をt+kとすると総和Sは式(2)により求められる。
このとき、Sが所定の閾値範囲外であれば(#26のNo分岐)、歩行者でないと判定すると共に処理を中断し、メインルーチンに戻る。総和Sは歩行者の歩幅に相当すると考えられるため、所定の閾値範囲は歩行者の歩幅がとり得る程度の範囲を設定しておくことが望ましい。 At this time, if S is outside the predetermined threshold range (No branch of # 26), it is determined that the person is not a pedestrian and the process is interrupted, and the process returns to the main routine. Since the total sum S is considered to correspond to the pedestrian's stride, it is desirable that the predetermined threshold range is set to a range that can be taken by the pedestrian's stride.
一方、総和Sが所定の閾値範囲内であれば(#26のYes分岐)、歩行者の可能性があるとして処理を継続する。未処理の分割区間があれば(#27のYes分岐)処理は#24に移行し、未処理の分割区間がなければ(#27のNo分岐)処理は#28に移行する。 On the other hand, if the sum S is within the predetermined threshold range (Yes branch of # 26), the processing is continued assuming that there is a possibility of a pedestrian. If there is an unprocessed divided section (Yes branch of # 27), the process proceeds to # 24, and if there is no unprocessed divided section (No branch of # 27), the process proceeds to # 28.
以上の処理により、点群は歩行者の歩幅程度の分布変化をしていることとなる。したがって、次の処理では、変化の周期性を検証する(#28〜31)。例えば、各分割区間の長さのばらつきに基づいて周期性を判定することができる。各分割区間の長さは歩行者の1歩の時間を表している。したがって、理想的な歩行者では、各分割区間の長さは一定となる。本実施形態では、この特性を用いる。すなわち、各分割区間の時間長さの分散を求め(#28)、その分散が所定の閾値よりも小さければ(#29のYes分岐)周期性ありと判断し(#30)、所定の閾値以上であれば(#29のNo分岐)周期性なしと判断する(#31)。上述したように、分割区間の長さは歩行者の一歩の時間すなわち歩行速度(ピッチ)を表しているため、歩行者が取り得る程度の歩行ピッチの範囲を設定して置き、分割区間の長さがその歩行ピッチの範囲を外れる場合に歩行者でないと判定しても構わない。これらの検証結果は、制御部13に通知される。
With the above processing, the point group changes in distribution about the pedestrian's stride. Therefore, in the next process, the periodicity of the change is verified (# 28 to 31). For example, the periodicity can be determined based on the variation in the length of each divided section. The length of each divided section represents the time for one step of the pedestrian. Therefore, in an ideal pedestrian, the length of each divided section is constant. In this embodiment, this characteristic is used. That is, the variance of the time length of each divided section is obtained (# 28), and if the variance is smaller than a predetermined threshold (Yes branch of # 29), it is determined that there is periodicity (# 30), and is equal to or greater than the predetermined threshold If so (No branch at # 29), it is determined that there is no periodicity (# 31). As described above, since the length of the divided section represents the time of one step of the pedestrian, that is, the walking speed (pitch), the range of the walking pitch that can be taken by the pedestrian is set and set, and the length of the divided section is set. May be determined not to be a pedestrian when the distance is outside the walking pitch range. These verification results are notified to the
なお、周期性解析部12bの周期性解析方法は、上述の方法に限定されるものではなくフーリエ解析等、公知の方法を用いても構わない。
Note that the periodicity analysis method of the
周期性の解析結果を受けた制御部13は、周期性ありとの結果の場合(#15のYes分岐)には、歩行者がいる可能性が高いため、スピーカSを介して運転者に警告音声や警告音を発する(#16)。一方、周期性なしとの結果であれば(#15のNo分岐)、上述の処理が繰り返される。
The
上述の実施形態では、車両前方を横断する歩行者の検出方法について説明したが、車両の進行方向に平行に歩行する歩行者等の歩行者も同様に検出することができる。 In the above-described embodiment, the method for detecting a pedestrian crossing the front of the vehicle has been described. However, a pedestrian such as a pedestrian who walks in parallel with the traveling direction of the vehicle can be detected in the same manner.
車両の進行方向の障害物の検出に用いることができる。 It can be used to detect an obstacle in the traveling direction of the vehicle.
11:3次元位置情報取得部
12:解析部
11: Three-dimensional position information acquisition unit 12: Analysis unit
Claims (1)
前記3次元位置情報を前記車両が位置する平面上の点群として表現し、前記時系列に沿って当該点群の分布変化の周期性を解析する解析部と、
前記解析部により周期性があると判定された際に前記点群を歩行者として検出することを特徴とする歩行者検出装置。 A three-dimensional position information acquisition unit for acquiring three-dimensional position information around the vehicle in chronological order;
An analysis unit that expresses the three-dimensional position information as a point cloud on a plane on which the vehicle is located, and analyzes the periodicity of the distribution change of the point cloud along the time series;
A pedestrian detection apparatus that detects the point cloud as a pedestrian when the analysis unit determines that there is periodicity.
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