JP2011022995A - 消失点推定装置およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直進判定部48にて自車両が直進していると判定されると、直線検出部42は、画像処理部41の特徴点抽出処理によって撮像画像から抽出された特徴点から画像中の直線を検出し、その直線を表すパラメータ(直線情報)を算出する。交点算出部44は、現在の推定サイクルで直線検出部42にて算出された直線情報から特定される今回直線同士の交点の位置、及び、直線情報記憶部43に記憶されている前回の推定サイクルで算出された直線情報から特定される過去直線と今回直線との交点の位置を算出する。計数部45は、交点算出部44にて算出された交点の位置の出現頻度を、X軸方向,Y軸方向のそれぞれについて計数し、計数結果である頻度分布から画像中の消失点の位置を推定する。
【選択図】図1
Description
消失点は、画像内の直線が一点で交わる無限遠点であり、例えば、図5に示すように、画像から複数の直線Lを抽出することができれば、これらの交点Pから算出することが可能である。
例えば、特許文献1には、撮像画像から抽出した複数の線分を使用し、線分の両端と消失点とで形成される三角形の面積を全ての線分について合計した評価値を算出し、その評価値が最小となる位置を消失点の位置として推定する手法が記載されている。
そこで、本発明の消失点推定装置は、更に、物体抽出手段が、撮像手段から取得した撮像画像に基づき、撮像された物体を抽出し、該物体が地表面に接する位置である下端位置を求め、第2推定手段が、物体抽出手段での抽出結果、撮像手段の内部パラメータおよび外部パラメータを用いて、撮像画像中の消失点の位置を推定し、出力決定手段が、第1推定手段での推定結果および第2推定手段での推定結果から、当該装置の出力となる最終的な消失点の位置を決定するように構成されていてもよい。
このように第1推定手段と第2推定手段とで消失点の推定結果が得られる場合、出力決定手段は、例えば、第1推定手段から推定結果を得ることができる場合は、第1推定手段での推定結果を、第1推定手段から推定結果を得ることができない場合は、第2推定手段での推定結果を、当該装置の出力とするように構成されていてもよい。
また、消失点は、移動体の進行方向の延長線上に存在することから、直線抽出手段が抽出する直線の一つとして、撮像画像上での移動体の進行方向を示す直線を加えてもよい。このような直線は、例えば、時系列的に得られる複数の撮像画像からオプティカルフローを検出することによって検出してもよいし、車両の挙動を表す各種情報から進行方向を推定してもよい。
つまり、第1推定手段にて推定結果を得られない原因の一つとして、直線抽出手段での処理(座標変換)に使用する消失点の位置が実際の位置から大きくずれていることにより、有効な直線を検出できていない場合が考えられる。従って、この座標変換に使用する消失点の位置を段階的に変化させた結果、実際の消失点の位置に接近すれば、第1推定手段の推定結果が得られるようになるわけである。
このように構成された本発明の消失点推定装置によれば、消失点の推定精度を向上させることができる。
なお、計数手段は、出現頻度の計数時に、交点位置のそれぞれに対して、該交点を形成する直線の信頼度に応じた重み付けをするように構成されていてもよい。
具体的には、移動体の進行方向を示す直線や、判定手段によって移動体が直進中であると判定されている時に検出された直線は、信頼度が高いものと考えられる。
更に、消失点の位置ずれは初期位置周辺に限られ、初期位置から大きく変位する可能性が低い場合、推定手段は、自車両への取り付け時に設定される消失点の初期位置に対する距離が近いほど、加重平均の算出に用いる加重値を大きくするように構成されていてもよい。
この場合、そのプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶され、その記録媒体に記憶されたプログラムを必要に応じてコンピュータにロードされるものであってもよいし、通信ネットワークを介してコンピュータにロードされるものであってもよい。また、プログラムを記憶させたコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータに組み込まれていてもよいし、コンピュータとは別体のものであってもよい。
[第1実施形態]
図1は、本発明が適用された車載用の画像表示システムの全体構成を示すブロック図である。
図1に示すように、画像表示システム1は、車両に固定され車両前方を撮像する撮像装置2と、車両の挙動を検出するセンサ群3と、撮像装置2から一定間隔の取得タイミング毎に撮像画像を取得し、その撮像画像及びセンサ群3からの検出結果に基づいて、取得した撮像画像の消失点の位置を推定する消失点推定装置4と、外部からの指令に従って撮像画像に対する画像処理(消失点の推定結果を利用)を実行すると共に、撮像画像や画像処理の結果等を表示画面に表示させる表示装置5とを備えている。
表示装置5は、消失点を利用した画像処理として、例えば、視点変換した画像の生成や、撮像された物体の3次元的な位置や大きさの算出などを行う。
消失点推定装置4は、撮像画像から画素値が急激に変化する特徴点を抽出する特等点抽出処理や、最新の取得タイミングで取得した撮像画像と前回の取得タイミングで取得した撮像画像とを比較して撮像された物体の動きをベクトルで表したオプティカルフローを抽出する動き抽出処理を実行する画像処理部41と、センサ群3からの検出結果、動き抽出処理での処理結果から当該装置を搭載する自車両の進行方向を推定し、自車両が直進しているか否かを判定する直進判定部48とを備えている。
また消失点推定装置4は、直進判定部48にて自車両が直進していると判定された場合に、画像処理部41の特徴点抽出処理によって抽出された特徴点の中から、直線上に並ぶ特徴点を検出(例えば、ハフ変換を使用)し、その特徴点が形成する直線を表すパラメータ(以下「直線情報」ともいう)を算出する直線検出部42と、少なくとも前回の推定サイクルで直線検出部42にて算出された直線情報を記憶する直線情報記憶部43と、現在の推定サイクルで直線検出部42にて算出された直線情報から特定される直線(以下「今回直線」ともいう)同士の交点(以下「同時交点」という)の位置、及び、直線情報記憶部43に記憶されている前回の推定サイクルで算出された直線情報から特定される直線(以下「過去直線」ともいう)と今回直線との交点(以下「時差交点」という)の位置を算出する交点算出部44とを備えている。
また、交点算出部44では、直線情報(a1 ,b1 )で表される直線と、直線情報(a2 ,a2 )で表される直線との交点の位置(xp ,yp )を、(1)(2)式によって算出する。
そして、推定部47では、図3(a)に示すように、頻度分布でピーク(最大頻度)となるX座標、Y座標を特定し、その特定した座標を消失点の位置座標として出力する。
以上説明したように、消失点推定装置4によれば、消失点の推定に使用する交点を、現在の推定サイクルで検出された直線(今回直線)だけでなく、前回の推定サイクルで検出された直線(過去直線)も利用して求めているため、今回直線が1本しか検出されない場合であっても交点(時差交点)が算出されるため、その算出された交点に基づいて消失点の位置を推定することができる。
<変形例>
本実施形態では、推定部47において、頻度分布がピークとなる座標を消失点の座標としているが、図3(b)に示すように、頻度値(計数値)が大きい方から所定個(ここでは3個)の座標を候補座標xi (i=1,2,3,…)として抽出し、その単純平均、又は加重平均を求めることによって得られた座標を、消失点の座標としてもよい。
また、消失点の位置を求める際に、頻度分布を用いる代わりに、推定サイクル毎に消失点の推定位置を求め、その推定位置を順次記憶しておき、今回の推定サイクル、及び過去複数回(全部でも可)の推定サイクルで得られた推定位置の加重平均を、算出されてからの経過時間が長いほど小さな値となる重みを使用して求めてもよい。
本実施形態では、直線検出部42を、自車の進行方向が直進であると判定された場合に直線を検出する(即ち、直進以外では動作しない)ように構成したが、直進の判定結果によって直線検出部42の動作を制御する代わりに、交点算出部44,計数部45,推定部47のいずれかの動作を制御するように構成してもよい。
次に第2実施形態について説明する。
本実施形態では、直線検出部42が実行する処理の一部が、第1実施形態とは異なるだけであるため、この相違点を中心に説明する。
本実施形態において、直線検出部42は、車両が直進しているか否かに関わらず、撮像画像から直線情報を求める処理を実行する。
<効果>
このように構成された消失点推定装置4によれば、延長線上に必ず消失点が存在する進行方向直線を利用して交点、ひいては消失点を推定するため、特徴点から抽出される直線(延長戦上に必ずしも消失点が存在するとは限らない)のみを用いる場合より、推定の信頼性を向上させることができる。
次に第3実施形態について説明する。
本実施形態では、計数部45が実行する処理の一部が、第2実施形態とは異なるだけであるため、この相違点を中心に説明する。
本実施形態において、計数部45は、交点の生成に使用した直線の種類によって、計数時に使用する重みを異ならせている。
(b)進行方向直線。
<効果>
このように構成された消失点推定装置4によれば、交点を区別することなく頻度分布に反映させる場合と比較して、消失点の推定精度を向上させることができる。
[第4実施形態]
次に第4実施形態について説明する。
図7は、本実施形態の車載用の画像表示システム1aの全体構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、消失点推定装置4aの構成が、第1実施形態における消失点推定装置4とは一部異なるだけであるため、この相違点を中心に説明する。
ここで、直線検出部42aが実行する直線検出処理の詳細を、図8に示すフローチャートに沿って説明する。
図8に示すように、本処理では、まず、画像処理部41にて抽出された特徴点(以下「2次元エッジ点」ともいう)について、その特徴点の撮像画像内での位置を示す2次元座標を、実空間内での位置を示す3次元座標に変換する(S110)。
以上説明したように画像表示システム1aでは、消失点の推定に使用する直線を検出する際に、2次元エッジ点を3次元エッジ点に座標変換してからハフ変換を行っているため、立体物等、道路面上にない物体に基づくエッジ点の影響を効率よく排除することができる。
しかも、座標変換の際には、当該消失点推定装置4aでの推定結果を用いるようにされているため、車両の状態によって地表面と撮像装置2との相対的な位置関係が変化した場合でも、これに追従して精度のよい推定結果を得ることができる。
次に第5実施形態について説明する。
<構成>
図9は、本実施形態の車載用の画像表示システム1bの全体構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、車両挙動検出センサ群3が省略されていることと、消失点推定装置4bの構成が、第4実施形態における消失点推定装置4aと一部異なるだけであるため、相違点を中心に説明する。
第1処理部51は、画像処理部41,直線検出部42a,直線情報記憶部43,交点算出部44,計数/推定部49を備えている。なお、計数/推定部49は、図面を見やすくするために、計数部45,頻度情報記憶部46,推定部47をまとめて記載したものである。つまり、これらの部分は、直進判定部48が省略されている以外は、第4実施形態における消失点推定装置4aと同様に構成されている。
ここで、消失点提供部50が実行する動作切替処理を、図10に示すフローチャートに沿って説明する。なお、本処理は、一枚の撮像画像に対する第1処理部51または第2処理部52での処理が終了し、消失点の推定結果が得られるタイミング毎、即ち、推定サイクル毎に実行される。
先のS210で、動作切替部53が第1処理部51を選択中ではないと判断した場合(S210:NO)、第2処理部52の処理から第1処理部51の処理に復帰させるための復帰条件が成立しているか否かを判断し(S310)、復帰条件が成立していなければ(S310:NO)そのまま本処理を終了し、復帰条件が成立していれば(S310:YES)、動作切替部53の設定を、第1処理部51を選択するように切り替えて(S320)、本処理を終了する。
図9に戻り、第2処理部52は、撮像装置2から供給される撮像画像に対してパターンマッチング等の周知に処理を実行することにより道路上に存在する車両等の物体(立体物)を抽出する物体抽出処理を実行する画像処理部61と、画像処理部61での抽出結果から、抽出した物体が道路面と接する位置である下端位置を抽出する下端位置抽出部62とを備えている。
次に、消失点候補算出部63が実行する処理の詳細について説明する。
図12は、下端位置抽出部62が抽出する下端位置や、撮像装置2の外部パラメータ等を示す説明図であり、(a)が側面図、(b)が、光軸に直交する上方((a)の矢印Aの方向)から見た図(以下単に上面図という)である。図13は、内部パラメータと他のパラメータとの関係を示した模式図であり、(a)が側面図,(b)が上面図である。
以上説明したように画像表示システム1bでは、撮像画像から抽出される直線の交点から消失点を推定する第1処理部51と、撮像画像から抽出される物体の下端位置や撮像装置2の内部パラメータ,外部パラメータから消失点を推定する第2処理部52とを用い、第1処理部51で直線を検出できない場合に、第2処理部52に切り替えて消失点を推定するようにされている。
次に第6実施形態について説明する。
<構成>
図15は、本実施形態の車載用の画像表示システム1cの全体構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、消失点推定装置4cの構成が、第5実施形態における消失点推定装置4bと一部異なるだけであるため、この相違点を中心に説明する。
<効果>
以上説明したように、画像表示システム1cによれば、第1処理部51a,52aが並行して処理を実行し、その処理結果に応じて出力消失点を適宜選択するようにされているため、第5実施形態の場合と同様に、消失点を利用した画像処理を行う表示装置5等に対して、消失点を安定して供給することができる。
なお、消失点決定部54は、例えば、両処理部51a,52aから出力が得られる場合は、両出力の平均、又は加重平均を出力消失点とするように構成してもよい。また、第5実施形態における計数/推定部49,64と同様の構成を設け、両処理部51a,51bの出力に対して、統計処理を施すことによって得られた結果を、出力消失点とするように構成してもよい。なお、この場合、統計処理は、両処理部51a,51bからの出力毎に個別に行ってもよいし、両出力を区別することなく行ってもよい。
次に第7実施形態について説明する。
<構成>
図16は、本実施形態の車載用の画像表示システム1dの全体構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、消失点推定装置4dの構成が、上記実施形態とは一部異なるだけであるため、この相違点を中心に説明する。
本実施形態では、下端位置記憶部65が下端位置記憶手段、直線検出部42a,66が直線抽出手段に相当する。
以上説明したように、画像表示システム1dによれば、エッジ画像から直線を抽出するだけでなく、物体の下端位置の軌跡からも直線を抽出するようにされているため、例えば、道路上に白線がない等、エッジ画像から直線を抽出できないような状況であっても、先行車両等の連続的に検出される物体が撮像画像中に存在すれば、直線を抽出すること、ひいては、その直線から消失点の位置を推定することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に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において様々な態様にて実施することが可能である。
上記第5実施形態から第7実施形態では、車両挙動検出センサ群3,直進判定部48を省略した構成を示したが、これらを適用してもよい。
Claims (21)
- 移動体に取り付けられた撮像手段から撮像画像を繰り返し取得し、該撮像画像に基づき直線を抽出する直線抽出手段と、
前記直線抽出手段にて抽出された直線である抽出直線同士の交点位置を算出する交点算出手段と、
前記交点算出手段にて算出された前記交点位置に基づき、前記撮像画像中の消失点の位置を推定する第1推定手段と、
を備え、
前記交点算出手段は、
前記直線抽出手段にて抽出された抽出直線を順次記憶する記憶手段と、
前記直線抽出手段にて最新の撮像画像から抽出された抽出直線である今回直線と、過去の撮像画像から抽出され前記記憶手段に記憶された抽出直線である過去直線との交点である時差交点の位置を前記交点位置として算出する時差交点算出手段と、
を有することを特徴とする消失点推定装置。 - 前記撮像手段から取得した撮像画像に基づき、撮像された物体を抽出し、該物体が地表面に接する位置である下端位置を求める物体抽出手段と、
前記物体抽出手段での抽出結果、前記撮像手段の内部パラメータおよび外部パラメータを用いて、前記撮像画像中の消失点の位置を推定する第2推定手段と、
前記第1推定手段での推定結果および前記第2推定手段での推定結果から、当該装置の出力となる最終的な前記消失点の位置を決定する出力決定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の消失点推定装置。 - 前記出力決定手段は、前記第1推定手段から推定結果を得ることができる場合は、該第1推定手段での推定結果を、前記第1推定手段から推定結果を得ることができない場合は、前記第2推定手段での推定結果を、当該装置の出力とすることを特徴とする請求項2に記載の消失点推定装置。
- 前記出力決定手段は、前記第1推定手段での推定結果および前記第2推定手段での推定結果を統計処理した結果を、当該装置の出力とすることを特徴とする請求項2に記載の消失点推定装置。
- 前記直線抽出手段は、前記撮像画像に撮像された物体のエッジ部分を抽出したエッジ画像から前記直線を抽出することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の消失点推定装置。
- 前記直線抽出手段は、前記撮像画像上での前記移動体の進行方向を示す直線を抽出することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の消失点推定装置。
- 前記直線抽出手段は、
前記エッジ画像から、輝度が所定値以上変化するエッジ点を抽出し、該エッジ点の位置を示す2次元座標を3次元座標に変換することで3次元エッジ点を求め、更に、該3次元エッジ点をハフ変換することで得られた3次元座標上の直線を、2次元座標上の直線に変換したものを、前記抽出直線とすることを特徴とする請求項5に記載の消失点推定装置。 - 前記直線抽出手段は、座標変換を行う際に、当該装置の出力である前記消失点の位置を利用することを特徴とする請求項7に記載の消失点推定装置。
- 前記直線抽出手段は、前記第1推定手段による推定結果を得ることができない場合、前記座標変換に用いる消失点の位置を段階的に変化させることを特徴とする請求項8に記載の消失点推定装置。
- 前記撮像手段から取得した撮像画像に基づき、撮像された物体を抽出し、該物体が地表面に接する位置である下端位置を求める物体抽出手段と、
前記物体抽出手段にて抽出された下端位置を順次記憶する下端位置記憶手段と、
を備え、
前記直線抽出手段は、前記下端位置記憶手段に記憶内容によって示される前記下端位置の軌跡から直線を抽出することを特徴とする請求項1に記載の消失点推定装置。 - 前記交点算出手段は、前記直線抽出手段にて前記今回直線が複数抽出された場合に、該今回直線同士の交点である同時交点の位置を前記交点位置として算出する同時交点算出手段を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の消失点推定装置。
- 自車両の進行方向を判定する判定手段を備え、
前記判定手段により直進中であると判定された場合に、前記消失点の位置の推定を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の消失点推定装置。 - 前記第1推定手段は、前記交点算出手段にて算出された交点位置の出現頻度を計数する計数手段を備え、該計数手段での計数結果を利用した推定を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の消失点推定装置。
- 前記計数手段は、前記出現頻度の計数時に、前記交点位置のそれぞれに対して、該交点を形成する直線の信頼度に応じた重み付けをすることを特徴とする請求項13に記載の消失点推定装置。
- 前記第1推定手段は、前記計数手段による計数値が最大となる交点位置を消失点の位置として推定することを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の消失点推定装置。
- 前記第1推定手段は、前記計数手段による計数値が予め設定された抽出基準を満たす交点位置を抽出位置とし、該抽出位置の加重平均により求めた位置を、前記消失点の位置として推定することを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の消失点推定装置。
- 前記第1推定手段は、自車両への取り付け時に設定される消失点の初期位置に対する距離が近いほど、前記加重平均の算出に用いる加重値を大きくすることを特徴とする請求項16に記載の消失点推定装置。
- 前記第1推定手段は、自車両の静止時に検出される消失点の初期位置に対する距離が近いほど、前記加重平均の算出に用いる加重値を大きくすることを特徴とする請求項16に記載の消失点推定装置。
- 前記撮像手段から供給される撮像画像の各画素は、撮像物体からの光学的特性に応じた画素値を有することを特徴とする請求項1乃至請求項18のいずれか1項に記載の消失点推定装置。
- 前記撮像手段から供給される撮像画像の各画素は、撮像物体までの距離に応じた画素値を有することを特徴とする請求項1乃至請求項18のいずれか1項に記載の消失点推定装置。
- コンピュータを、請求項1乃至請求項20のいずれか1項に記載の消失点推定装置を構成する各手段として機能させるためのプログラム。
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