JP2012185011A - 移動体位置測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本移動体位置測定装置の特徴検出部20は、実画像の領域から、道路領域(A)、路側領域(B)、及び他領域(C)を分割により検出し、当該A,B,Cを含む情報を出力する処理を行う領域分割部21と、実画像の領域から、直線や角点を含む特徴部群を抽出して特徴情報を出力する処理を行う特徴抽出部22と、実画像における道路領域(A)または路側領域(B)の少なくとも一方から、測位計算で用いないようにするための不要物に対応する特徴部を検出して除去し、当該除去後の特徴情報を出力する処理を行う不要物除去部23と、を有する。
【選択図】図8
Description
図1において、本発明の一実施の形態のシステム(移動体位置測定装置)である自動車及び車載情報システム100の構成例を示している。自動車及び車載情報システム100は、実時間測位部1、制御部2、センサ類3、カメラ(撮像部)4、地図DB(データベース)5、等を備える。制御部2は、例えばCPU,ROM,RAM等を含んで成り、回路やプログラムの処理により、システム全体の制御、及び実時間測位部1を含む処理機能を実現する。
図1を用いて、本実施の形態(自動車及び車載情報システム100)における実時間測位部1の構成、及びその実時間測位などの際の処理概要を以下(0)〜(5)等で説明する。実時間測位部1は、制御部2により、センサ類3、カメラ4、地図DB5、カーナビ6等と連携して、実時間測位に係わる処理を行う。実時間測位部1は、位置検出部10、第1の特徴抽出部11、第2の特徴抽出部12、特徴マッチング部13、位置補正部14、等を備える。その他必要に応じて、画像データ記憶部、マップマッチング部、等の公知の要素を備えてもよい。なおユーザが一般車両で本システムを利用する際の各部の処理については基本的に実時間(リアルタイム)での処理であり、地図DB5のデータ{d0,d1,d2}については、事前登録(a2)による処理(例えば本システム提供者、計測車両による処理)である。
地図DB5への事前登録(a2)の際の処理は、例えば、計測車両(カメラ及び事前登録処理部などを備える)で行われる。事前登録処理部は、第1の特徴抽出部11等と同様の処理部を含む構成である。計測車両により実際に対象の道路を走行して、対象のRP付近の景観を撮像する。その実画像データを一旦記憶し、その実画像データから、第1の特徴抽出部11での処理と同様に、特徴部を抽出する処理を行い、この結果を第2の特徴情報(d2)とし、地図DB5内にRP情報(d1)に関連付けて登録する。この処理は、実時間測位の際の第1の特徴抽出部11での処理内容と概略的には共通である。なおこの処理では、実時間測位の際とは異なり、すべてを実時間で処理する必要は無い。例えば予め収集・蓄積した実画像データを対象としてまとめて特徴抽出処理を実行する形態などとしてもよい。
図2において、地図、道路、RP、ランドマーク、特徴点(P)、等の例を、2次元平面によって模式的に示す(なお説明用であってカーナビ6で表示する地図とは異なる)。自車200、交差点201、道路202、道路/車線203、白線(車線境界線)204、建物205、路側206、等の例を示す。Kは、自車200の現在位置を示し、3次元座標{X,Y,Z}及び方位角(矢印)などによって表現される。
図3は、ある時点(T)及び位置(K)におけるカメラ4で撮像した実画像(G)の例を模式的に示している。交差点(RP)の手前から前方を撮像した場合である。丸印は特徴点(P)の例である。わかりやすくするため他車の存在などは省略している。301は道路領域(走行車線領域)、302は白線(白線領域)を示す。各特徴点(P)は、実画像内の画素の位置座標情報({x,y})などを有する。
図4は、自車の移動による自車位置(K)と特徴点(P)との相対的な位置関係の例を示す。自車の移動に伴う複数の時点(T)・位置(K)の各実画像(G)における複数の特徴点(P)などがあるとき、SFM手法によって、自車現在位置(K)を推定する。例えば、自車の移動の前後の2つの時点(T1,T2)を考える。対応する各位置(K1,K2)及び実画像(G1,G2)を有する。それぞれに対応して、複数の特徴点P(例えばP1〜P4)の位置と自車の位置(K)との相対的な距離がある。401(破線)はT1等に対応した距離、402(実線)はT2等に対応した距離である。
図7は、SFM手法を用いた位置推定(特徴抽出・特徴マッチング処理)等について概略的に示す。本内容は、実時間測位部1及び事前登録処理部における特徴抽出処理や特徴マッチング処理の内容に対応する。
以上に基づき、以下、本実施の形態における詳細な処理例などについて説明する。本システム(実時間測位部1)では、SFM手法を活かして、車載のカメラ4から撮像した複数枚の実画像(G)の特徴部(c1,c2)のマッチングにより、高精度な3次元相対位置(K)を推定の計算により決定する。
事前登録(a2)の際の処理では、所定のRP付近の実画像内の特徴部の情報(d2)を含む地図DB5を作成するために、計測車両(事前登録処理部)では、例えば所定のRPの手前の位置から計測を開始する。計測車両の例えば前方に搭載された1台以上のカメラからRP・走行方向を撮像し、それら時間軸上の複数の実画像に対する特徴抽出処理(画像解析処理)を行う。
実時間測位の際の処理では、一般車両(100)のカメラ4からRP・走行方向を撮像し、第1の位置情報(L1)に基づいて地図DB5(RP情報(d1))からカメラ4の視野範囲内のRPを検索し、当該RPの手前の位置から実時間測位処理を開始する。
前記(3)の計測処理(SFM処理)における計算式などは以下である。
次に、図8〜図12を用いて、上記構成に基づく詳細な実施の形態として、道路景観の変動に適応できるロバストな特徴検出手法について説明する。本構成では、変動する道路景観の実画像(例えば図3)から特徴部(群)を適切に抽出して有効な測位計算(特徴マッチング部13でのSFM処理(図5,図6の計測処理503,603))を行うために、実画像から道路領域及び路側領域を含む各領域を検出(分割)する処理(21)と、それら各領域から「不要物」を除去する処理(23)とを行う。
図9は、道路上の各領域や物の例を示す。片側2車線の道路の場合である。大別すると、道路領域51と路側領域52がある。31は車線境界線(白線など)、32は路面交通標識(例えば白線矢印)である。41は自車(走行状態)、42は他車(走行状態、先行車)、43は他車(走行状態、対向車)、44は他車(駐停車状態)である。51は道路領域(全車線を含む)である。52は、道路領域51の隣(横)の路側領域(非道路領域)である。53は、中央分離帯(ないし中央境界線)である。54は、自車41を含んだ走行車線領域(2車線分)である。55は、対向車線領域(2車線分)である。56は、自車41の走行車線(自車線)である。57は、56の隣の他車線である。58,59はそれぞれ対向車線(他車線)である。61は、57(外側の車線)の隣・外側にあり得る路側帯や歩道などである。62は、路側の非道路領域(52との区別のため「路側物領域」と称する)である。
図10は、ある時・位置の実画像の例における領域分割・不要物除去の前の状態、図11は、その実画像における領域分割・不要物除去の後の状態を簡略的に示す。片側1車線の道路の場合である。図9と同様に、31は白線(白線領域)、32は交通標識である。81は自車線(自車の走行車線)である。82は対向車線である。83は、自車線81の隣の路側帯である。84は、自車線81の前方の他車(先行車)である。なお72は樹木であるが、輪郭などを簡略的に示す。
図8の特徴検出部20の処理は以下のような流れとなる。特徴検出部20は、道路景観が撮像された実画像800のデータを入力する。
更に応用的な形態として、図8の限定部24を備えた構成について説明する。限定部24は、特徴情報あるいはその処理の際に用いる情報(領域や特徴部)を限定する処理を行う。理論的には測位計算に用いる特徴部(特徴点P)の数が多いほど測位精度が高くなるが、処理効率(処理時間)が悪く(長く)なる傾向がある。よって、本形態では、以下のような手法に基づき、限定部24により、情報を限定する処理を行い、出力の特徴情報810(測位計算に用いる特徴情報)における情報・データ量を削減し、処理高速化などを図る。
以上説明したように、本実施の形態によれば、自動車及び車載情報システム100において、車載のカメラ4を利用した仕組みにより自車現在位置(K)の測位を安価に実現でき、かつ、GPS等の手段よりも高精度な推定(計算)を実現できる。従来の一般的な測位精度(10〜15メートル)に比べて、安価なカメラ4(リアビューカメラ等)及び既存の安価なナビゲーション用のハードウェア・ソフトウェア等でも、実時間(出力更新:10〜60Hz)でのサブメートル測位精度(平均測位誤差:1メートル以下)を達成でき、先進的なナビ連動システムを実現して一般車両への普及が可能となる。
Claims (10)
- 移動体位置測定装置であって、
地図上で撮影された実画像のデータを入力して当該実画像から特徴を検出して測位計算で用いる特徴情報を出力する処理を行う特徴検出部を有し、
前記特徴検出部は、領域分割部、特徴抽出部、不要物除去部を有し、
前記領域分割部は、画像解析処理により、前記実画像の領域から、道路領域(A)、路側領域(B)、及び他領域(C)を分割により検出し、当該道路領域(A)、路側領域(B)、及び他領域(C)を含む情報を出力する処理を行い、
前記特徴抽出部は、画像解析処理により、前記実画像の領域から、直線や角点を含む特徴部群を抽出して特徴情報を出力する処理を行い、
前記不要物除去部は、前記実画像における前記道路領域(A)または路側領域(B)の少なくとも一方から、前記測位計算で用いないようにするための不要物に対応する特徴部を検出して除去し、当該除去後の特徴情報を出力する処理を行うこと、を特徴とする移動体位置測定装置。 - 請求項1記載の移動体位置測定装置において、
前記領域分割部は、画像解析処理により、前記入力の実画像の領域から、自車の走行する車線を含む道路領域(A)を検出し、当該道路領域(A)を含む情報を出力する処理を行う道路領域検出部を有し、
前記特徴抽出部は、画像解析処理により、前記実画像における前記道路領域(A)から、直線や角点を含む特徴部群を抽出して特徴情報を出力する処理を行い、
前記不要物除去部は、前記実画像における前記道路領域(A)から、前記測位計算で用いないようにするための不要物に対応する特徴部を除去し、当該除去後の特徴情報を出力する処理を行う道路不要物除去部を有すること、を特徴とする移動体位置測定装置。 - 請求項1記載の移動体位置測定装置において、
前記領域分割部は、画像解析処理により、前記入力の実画像の領域から、前記道路領域(A)の横にある路側領域(B)を検出し、当該路側領域(B)を含む情報を出力する処理を行う路側領域検出部を有し、
前記特徴抽出部は、画像解析処理により、前記実画像における前記路側領域(B)から、直線や角点を含む特徴部群を抽出して特徴情報を出力する処理を行い、
前記不要物除去部は、前記実画像における前記路側領域(B)から、前記測位計算で用いないようにするための不要物に対応する特徴部を除去し、当該除去後の特徴情報を出力する処理を行う路側不要物除去部を有すること、を特徴とする移動体位置測定装置。 - 請求項2記載の移動体位置測定装置において、
前記道路領域検出部は、
前記実画像の領域から白線を含む路面マークを検出する処理を行う路面マーク検出部と、
前記実画像の領域から前記路面マークの形状に基づき1つ以上の車線を検出する処理を行う車線検出部と、を有すること、を特徴とする移動体位置測定装置。 - 請求項3記載の移動体位置測定装置において、
前記路側領域検出部は、前記実画像の領域から、前記道路領域(A)の形状に基づき、及び路面からの高さの制限に基づき、前記路側領域(B)を検出する処理を行うこと、を特徴とする移動体位置測定装置。 - 請求項2記載の移動体位置測定装置において、
前記道路不要物除去部は、前記実画像の道路領域(A)から、複数の横線が高密度で集まっている領域を検出し、当該検出した領域に対応する特徴部群を削除する処理を行うこと、を特徴とする移動体位置測定装置。 - 請求項3記載の移動体位置測定装置において、
前記路側不要物除去部は、前記実画像の路側領域(B)から、複数の角点が高密度で集まっている領域を検出し、当該検出した領域に対応する特徴部群を削除する処理を行うこと、を特徴とする移動体位置測定装置。 - 請求項1記載の移動体位置測定装置において、
前記特徴検出部は、前記測位計算で用いるための前記特徴情報を限定する処理を行う限定部を有し、
前記限定部は、前記特徴抽出部での処理における、前記実画像の領域から抽出される特徴部の数を、一定数までに制限する処理を行うこと、を特徴とする移動体位置測定装置。 - 請求項1記載の移動体位置測定装置において、
前記特徴検出部は、前記測位計算で用いるための前記特徴情報を限定する処理を行う限定部を有し、
前記限定部は、前記実画像の領域における地平線より上の領域を処理対象領域として限定し、地平線より下の領域を処理対象外として削除する処理を行うこと、を特徴とする移動体位置測定装置。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の移動体位置測定装置において、
実時間で移動体の位置を測定ないし推定する実時間測位部を有し、
前記実時間測位部は、
前記移動体に搭載され移動体の走行時に実時間で移動体の周囲の少なくとも1つの第1の方向を撮影して第1の画像を得る1つ以上の撮像部から前記第1の画像を入力し、
前記第1の画像として、地図上の参照地点の付近で撮影された複数の実画像の中から、直線や角点を含む特徴部を抽出して第1の特徴情報とする第1の特徴抽出部と、
地図上の所定の参照地点の付近の第2の画像の中から、直線や角点を含む特徴部を抽出して第2の特徴情報とし、当該第2の特徴情報を含むデータが事前に登録された地図データベースから、前記移動体の走行時に、前記参照地点の付近の該当する第2の特徴情報を読み出して取得する第2の特徴抽出部と、
前記第1の特徴情報と前記第2の特徴情報とを入力してそれぞれの特徴部を比較してマッチングすることにより、前記参照地点の付近の複数の特徴部の位置を推定し、当該複数の特徴部の位置をもとに、SFM手法を用いて、移動に伴う各時点の前記移動体の位置と上記複数の各特徴部の位置との相対的な位置関係を演算することにより、前記移動体の現在の位置を推定して第2の位置情報として出力する、特徴マッチング部と、を有し、
前記第1の特徴抽出部または第2の特徴抽出部において、前記特徴検出部の処理を行うこと、を特徴とする移動体位置測定装置。
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