JP2011504267A - 車線の推移を識別する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、次の段階即ち車線の構造を測定する（Ｓ１０）、測定の均質性を評価する（Ｓ１２〜Ｓ１８）、及び評価された均質性に基いて車線推移を求める（Ｓ２０）を含む、車線の推移を識別する方法に関する。

Description

本発明は、請求項１及び１１に記載の車線の推移を識別する方法及び装置に関する。

自動車において、車両の車線維持の際運転者を援助する（いわゆる車線維持援助）運転者援助システムがますます使用されるようになっている。このシステムの構成は、英国では車線離脱警告システム（ＬＤＷＳ）と称され、意図せずに車線を離れる際運転者に警告する。しかも多くのシステムはかじ取りに直接介入でき、英国では車線維持システム（ＬＫＳ）と称される。ドイツ連邦共和国では、これらのシステムは車線維持援助装置と称される。ＬＤＷＳもＬＫＳも車線に対する車両位置を測定する。

これらのシステムは、カメラ例えばＣＭＯＳカメラにより検出された画像の評価に基いている。評価のため特別な画像処理アルゴリズムが使用されて、検出された画像において、車線及びその推移に特有な構造例えば車道標識又はガードレール等のような車道の縁を評価する。評価は追跡と称される。なぜならば、この評価は画像分析により、連続する画像中の特有な構造を追跡するからである。

このようなシステムの機能を保証できるようにするため、特有な構造の確実で信頼できる評価が重要である。特に正確な追跡のために重要な構造を重要でない構造から区別することが問題である。重要でない構造は、例えば車道標識の構造と同じ構造を持つことがある芝土又は雪で覆われた車道縁である。このような重要でない構造を、誤って重要な構造として分類すると、誤追跡従ってＬＤＷＳにおける誤警告又はＬＫＳにおける誤ったかじ取り介入を生じることがある。

従って本発明の課題は、車線の推移を識別するための改善された方法及び改善された装置を提案することである。

この課題は請求項１に記載の特徴を持つ車線の推移を識別する方法、及び請求項１１に記載の特徴を持つ装置によって解決される。本発明のそれ以外の構成は従属請求項からわかる。

本発明の重要な考えは、構造の均質性の評価により、正しい追跡のために重要な構造を重要でない構造から区別することである。この考えは、芝土又は雪の縁内の稜対が車道標識から大抵の場合その均質性で区別される、という知識に基いている。芝土又は雪の構造は、しばしば不規則で偶然に分布した構造を持っているが、これに反し車道標識は所定の幾何学的形状を持っている。本発明によれば、構造の均質性は、正しい追跡のために重要な構造を重要でない構造から区別して評価するのに適している。それにより重要でない構造による誤追跡を回避し、それにより車線推移の識別を改善することができる。

さて本発明は、１つの実施形態によれば、
次の段階即ち
車線の構造を測定する、
測定の均質性を評価する、及び
評価された均質性に基いて車線推移を求める
を含んでいる。

典型的にこの方法は、車線識別システムにより実行されるアルゴリズムの形で実施可能である。アルゴリズムは、運転者援助システムにおいて又は一般に車両用安全システムにおいても実施可能である。測定はカメラ又は他の画像を与えるセンサにより行うことができる。従って測定は車両の前の道路推移の連続する画像において検出される構造を示し、これらの構造は車線推移の自動的な確認のために重要であり、例えば車道標識、ガードレール又は車道界標である。

本発明の実施形態によれば、複数回の測定により包囲される面積の密度及び測定の回数を求めることによって、求められた構造の均質性が評価される。均質性の評価のために使用されるパラメータが、測定により利用可能であるか又は測定から誘導できるデータにより比較的よく求められることがわかった。

本発明の実施形態によれば、密度として、複数回の測定を包囲するバウンディングボックスの面積と測定の回数との比が求められる。この実施形態の利点は、比較的少ない計算費用で比が求められることである。一般にバウンディングボックスは箱状形成物特に適当な物体を書き換える四角形である。ここでバウンディングボックスは、複数回の測定特に例えば車道標識において典型的に生じるようにほぼ１つの線上で順次に続く複数回の測定の特定の集積を包囲する四角形である。バウンディングボックスは、検出された道路推移の画像を評価するための画像処理アルゴリズムによって自動的に形成することができる。

更に本発明の実施形態によれば、測定された構造が対角線状に延びている場合、測定のために使用される座標系が回転される。これにより対角線構造の場合、著しく小さいバウンディングボックスが求められ、それにより一層正確な評価を行うことができる。特にカーブの多い車線推移の場合、画像処理の座標系の回転が誤追跡の識別に有利な影響を及ぼすことができる。なぜならば、識別精度を改善できるからである。

本発明の実施形態によれば、座標系の回転が反復法又は主軸変換（主成分分析：ＰＣＡ）により行われる。

主軸変換により求められた固有値から、複数の測定を包囲するバウンディングボックスの面積基準が形成され、こうして形成された面積基準が、密度を得るため、測定の回数により割り算される。主軸変換の結果として、測定値分布の固有ベクトル及び固有値が得られる。固有ベクトルは主軸の方向を記述し、固有値は主軸の方向のばらつきを記述する。ばらつきの根元は標準偏差に相当し、その場合結果は例えば面積計算の基準として使用することができる。測定の回数で割り算することにより、誤追跡の識別に適した密度基準を得ることができる。

本発明の別の実施形態によれば、測定と測定の予測との差からバウンディングボックスが求められる。特に定常状態にあるシステムでは、この方法を適用することができる。この実施形態は、計算技術的に速く実施できるという利点を持っている。

本発明の実施形態によれば、測定と測定の予測との差からのみバウンディングボックスが求められ、それによりまっすぐな車線においてのみ、誤追跡及び場合によってはカーブにおいて問題のある追跡を回避することができる。

本発明の実施形態によれば、破線で書かれた車線の場合、標識の始端及び終端が、測定による移行部の検出によって求められる。これにより車道標識が中断している場合、誤追跡も回避することができる。更に車道標識が中断している場合、測定がコンパクトに分布可能であっても、バウンディングボックスにより包囲される面積が非常に大きくなるのを回避することができる。

既に上述したように、本発明の実施形態によれば、車線の構造の測定がカメラ画像の画像分析によって行われる。

別の実施形態によれば、本発明は車線の推移を識別する装置に関し、車線の構造を測定する測定装置、及び測定の均質性を評価しかつ評価された均質性に基いて車線推移を求める評価装置を含んでいる。

更に本発明の実施形態によれば、本発明による方法を上述したように実施するために装置が構成されている。

更に本発明は、本発明による装置を上述したように持つ自動的車線変更警告システム又は車線維持システムに関する。

最後に本発明は、上述したように本発明による自動的車線変更警告システム又は車線維持システムを持つ車両に関する。

本発明のそれ以外の利点及び適用可能性は、図面に示されている実施例に関連して以下の説明から明らかになる。

特許請求の範囲、明細書、要約及び図面において、後述する符号のリストにおいて使用される概念及び付属する符号が使用される。

１つ又は複数のカメラ画像から抽出されるような、異なる均質性の規則的又は不規則な構造を持つグラフを示す。 車線の推移を識別するための本発明による方法の実施例の流れ図を示す。 簡単なバウンディングボックス、ＰＣＡ変換された分布、及び測定と予測との差から成るバウンディングボックスの間の包囲された面積の比較を示す。 本発明による車線の推移を識別する装置の実施例のブロック線図を示す。

以下に同じかつ／又は機能的に同じ素子は同じ符号を付けられている。以下に示される絶対値及び寸法表示は、例としての値に過ぎず、このような次元に本発明を限定するものではない。

図１は異なる均質性の規則的及び不規則な構造を持つグラフを示す。構造は、測定により、特に自動車において後写鏡の範囲で特に前窓ガラスの範囲に取付けられて車両の前の車道又は車線の推移を連続的に検出するＣＭＯＳカメラにより検出されるカメラ画像により求められたものである。

検出されたカメラ画像は画像処理アルゴリズムにより評価されて、構造が抽出され、図１に示されるグラフの座標系のような座標系に示される。暗い構造は規則的な構造で車道標識を示し、明るい構造は雪の縁に由来しかつ不規則である。

暗い構造の集合又は集積の周りに、四角形の形のバウンディングボックスがあって、原理的に車道標識の推移を示している。さて本発明によれば、密度基準に基いて、構造のうちどれが重要であるか、即ち車線推移にとって特有な構造であるか、どの構造が重要でないか、即ち車線推移の正確な識別のために重要であるかを確かめることができる。

密度基準は、本発明によれば、測定又は暗い構造を包囲するバウンディングボックス（例えばすべての測定の絶対最小値及び最大値）の面積と測定の数との比から求められる。密度基準が小さいほど、これは、重要な構造が適当なバウンディングボックスにより検出されたことの徴候である。その場合適当な分類を、車線推移を検出するアルゴリズムで行うことができる。

図２は、車線の推移を識別するアルゴリズムの主要な段階を流れ図により示す。

段階Ｓ１０でまず車線の構造の測定が行われる。これは、電子カメラによる画像の連続検出と、上述したように検出された画像から重要な構造の抽出とにより行うことができる。

続く段階Ｓ１２において、測定された構造用座標系の主軸変換が行われる。

次の段階Ｓ１４において、既に上述したように固有値が求められる。

固有値に基いて、同様に既に上述したように、測定された構造の各バウンディングボックス用面積基準が形成される（段階Ｓ１６）。これについて注釈すべきことは、測定された構造の集積の周りにそれぞれバウンディングボックスを設けることである。即ち複数のバウンディングボックスを形成することができる。その場合各バウンディングボックスに対して面積基準が形成される。

次の段階Ｓ１８において、密度を得るために、１つのバウンディングボックス内の測定された構造の数により面積基準が割り算され、この密度が、複数の測定された構造により形成される全構造を車線推移の追跡にとって重要なもの又は重要でないものとして分類するための基準として用いられる。

最後の段階Ｓ２０において、こうして求められた密度が、車線推移を求めるために評価される。このため例えば特定の密度から、測定された構造の集積が車線推移にとって重要なものとして特徴づけられる。

既に上述したように、特にカメラ座標系内の標識が最も多く対角線状に延びている時、簡単なバウンディングボックスの使用が必ずしも適当でないことがある。対角線構造の場合、座標系の回転により、図３に関連して以下詳細に説明するように、著しく小さい四角形が求められる。回転は、反復過程例えば図２の段階Ｓ１２における主軸変換により行われる。図３は、ＰＣＡにより変換された測定の分布の回転されない座標系における簡単なバウンディングボックスと、車線推移の測定と予測との差から形成されるバウンディングボックスとの、包囲される面積の比較を示して、包囲される面積がどの程度減少可能であるかを明らかにしている。

最後に図４は、車線の推移を識別する装置１０のブロック線図を示す。装置１０は車両の前の範囲の画像を検出するカメラ１６に接続され、この車両に装置１０とカメラ１６が設置されている。

カメラ１６により検出される画像は装置１０において評価されて、車線の推移を識別し、特に画像に基く誤追跡を回避する。このため装置は、車線の構造を測定する測定装置１２を持っている。

このため測定装置１２は特に画像評価アルゴリズムを含み、このアルゴリズムが、カメラにより検出された画像から、車線推移にとって重要な構造を抽出する。このように抽出され即ち測定された構造の例が図１に示されている。

測定装置１２により求められた構造は、測定の均質性を評価してこれから車線推移を求めるため特別に構成されている評価装置１４へ送られる。このため評価装置１４は、特に図２に示す方法過程の段階Ｓ１２〜Ｓ２０を実行するアルゴリズムを実行する。

装置１０も装置１２及び１４も、メモリに記憶されて適当な能力を持つプロセッサにより実施されるコンピュータプログラムの形で実行可能である。

要約すれば、本発明により、車線推移にとって重要な構造を重要でない構造から確実に分離できることによって、車線の追跡を改善することができる。このため本発明によれば、１つの構造が車線推移の識別にとって重要であるか重要でないかを評価するための基準が導入される。

１０ 誤追跡を識別する装置
１２ 車線の構造を測定する測定装置
１４ 測定の均質性を評価しかつ評価された均質性に基いて車線推移を求める評価装置
１６ カメラ
Ｓ１０〜Ｓ２０ 方法段階

Claims (14)

1. 次の段階即ち
   車線の構造を測定する（Ｓ１０）、
   測定の均質性を評価する（Ｓ１２〜Ｓ１８）、及び
   評価された均質性に基いて車線推移を求める（Ｓ２０）を含む、車線の推移を識別する方法。
2. 複数回の測定により包囲される面積の密度及び測定の回数を求める（Ｓ１８）ことによって、求められた構造の均質性が評価されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 密度として、複数回の測定を包囲するバウンディングボックスの面積と測定の回数との比が求められる（Ｓ１６，Ｓ１８）ことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 測定された構造が対角線状に延びている場合、測定のために使用される座標系が回転される（Ｓ１２）ことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 座標系の回転が反復法又は主軸変換（Ｓ１２）により行われることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 主軸変換により求められた固有値から、複数の測定を包囲するバウンディングボックスの面積基準が形成され（Ｓ１６）、こうして形成された面積基準が、密度を得るため、測定の回数により割り算されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 測定と測定の予測との差からバウンディングボックスが求められることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
8. 測定と測定の予測との差からのみバウンディングボックスが求められることを特徴とする、請求項３〜７の１つに記載の方法。
9. 破線で書かれた車線の場合、標識の始端及び終端が、測定による移行部の検出によって求められることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の方法。
10. 車線の構造の測定がカメラ画像の画像分析によって行われることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の方法。
11. 車線の構造を測定する測定装置（１２）、及び
    測定の均質性を評価しかつ評価された均質性に基いて車線推移を求める評価装置（１４）を含む、車線の推移を識別する装置（１０）。
12. 請求項１〜１０の１つに記載の方法を実施するために構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の装置を持つ自動的車線変更警告システム又は車線維持システム。
14. 請求項１３に記載の自動的車線警告システム又は車線維持システムを持つ車両。

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