JP2014089547A - Road surface level difference detection method, road surface level difference detection device, and vehicle equipped with the road surface level difference detection device - Google Patents

Road surface level difference detection method, road surface level difference detection device, and vehicle equipped with the road surface level difference detection device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a road surface level difference detection device capable of detecting not only an obstacle in front but also a level difference of a road surface.SOLUTION: A road surface level difference detection method is configured to: project at least a first image and a second image in which a road surface is stereoscopically imaged on an XY plane coordinate system; calculate a parallax when an image is on a road surface position, for each piece of image row data in a prescribed Y-axis direction; generate a third image corrected through shifting the parallax of the second image for each Y axis; and compare the first image with the third image for each detection area of a level difference to obtain a height from a road surface.

Description

本発明は、路面をステレオカメラで撮像した複数の画像データから路面の段差を検出する路面段差検出方法、路面段差検出装置、路面段差検出装置を備えた車両に関する。   The present invention relates to a road surface step detection method, a road surface step detection device, and a vehicle including a road surface step detection device that detect a road surface step from a plurality of image data obtained by imaging a road surface with a stereo camera.

最近では、自動車に搭載したカメラ等により車外の対象風景を撮像し、この撮像した画像を画像処理して自動車から対象物までの距離を求め、前方の車両やガードレールなどとの衝突の危険を予測して、車両にブレーキをかけるなどの制御を行う方法が実用化されている。   Recently, the target scenery outside the vehicle is imaged with a camera mounted on the car, and the captured image is processed to determine the distance from the car to the object, predicting the risk of collision with the vehicle or guardrail ahead. Thus, a method of performing control such as braking the vehicle has been put into practical use.

このような画像による距離計測技術は、単眼視像からカメラ位置との関係を用いて対象物までの距離を推定する技術と、複数のカメラにより撮像したステレオ画像から、三角測量の原理で対象物までの距離を求める技術とに大別される。このうち、ステレオ画像から三角測量の原理で距離を求める技術は、左右の画像における同一物体の位置の相対的なずれから距離を求めるので、正確な距離を求めることができる。   The distance measurement technology using such images is based on the principle of triangulation from the technology that estimates the distance to a target object from the monocular image using the relationship with the camera position and the stereo images captured by multiple cameras. It is roughly divided into the technology that calculates the distance. Among these, the technique for obtaining the distance from the stereo image based on the principle of triangulation obtains the distance from the relative shift of the position of the same object in the left and right images, and therefore, an accurate distance can be obtained.

例えば、特許文献1は、複数のカメラにより入力された画像を蓄積する画像蓄積部と、道路面上に存在する複数の白線を抽出する特徴抽出部と、抽出された白線から道路面上の任意の点の各画像への投影位置の間に成り立つ関係式を求めるパラメータ計算部と、関係式を用いて道路面からの高さを有する物体を検出する検出部から構成される障害物検出装置を開示している。   For example, Patent Literature 1 discloses an image storage unit that stores images input by a plurality of cameras, a feature extraction unit that extracts a plurality of white lines existing on a road surface, and an arbitrary on a road surface from the extracted white lines. An obstacle detection apparatus comprising a parameter calculation unit that obtains a relational expression that is established between projection positions of each point on each image, and a detection part that detects an object having a height from the road surface using the relational expression Disclosure.

特許文献1の障害物検出装置によれば、道路面の傾斜の変化がある状況でも、2本の白線の動きから道路面を認識して、道路面上に存在する障害物を高速・高精度で検出することができる。   According to the obstacle detection device of Patent Document 1, even when there is a change in the slope of the road surface, the road surface is recognized from the movement of the two white lines, and the obstacle present on the road surface is detected at high speed and with high accuracy. Can be detected.

特開2001−76128号公報JP 2001-76128 A

しかしながら、特許文献1の障害物検出装置は、車線のような白線を抽出して道路面を認識するため、例えば、シニアカーや電動車椅子等のように、車線の無い路面を走行する車両に適用した場合は、路面を正しく認識できず、障害物を検出することが困難となる問題があった。   However, the obstacle detection device of Patent Document 1 is applied to a vehicle that travels on a road surface without a lane, such as a senior car or an electric wheelchair, in order to recognize a road surface by extracting a white line such as a lane. In this case, there is a problem that the road surface cannot be recognized correctly and it is difficult to detect an obstacle.

また、特許文献1の障害物検出装置のように、障害物までの距離を三角測量の視差により測定する場合、図12に示すように、路面上の立体物と路面の凹部を一緒に撮像した画像では、立体物は正面が写るので左右の画像で同じ形状となり視差を求められるが、路面と平行な凸部の上面や凹部の底面などは、画像の奥行き方向で歪みが生じて視差を求めることが難しくなるため、立体物と同様の測定方法では凸部の上面や凹部の底面までの距離を正確に測定することができないという問題があった。   Further, when measuring the distance to the obstacle by triangulation parallax as in the obstacle detection device of Patent Document 1, as shown in FIG. 12, a solid object on the road surface and a concave portion of the road surface are imaged together. In the image, the three-dimensional object has the same shape in the left and right images because the front is reflected, and the parallax can be obtained. This makes it difficult to accurately measure the distance to the top surface of the convex portion and the bottom surface of the concave portion by the same measurement method as that for the three-dimensional object.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、路面と平行な凹部などの段差を正確に検出することができる路面段差検出方法を提供する。   This invention is made | formed in view of such a subject, and provides the road surface level | step difference detection method which can detect level | step differences, such as a recessed part parallel to a road surface, correctly.

上記課題を解決するため、本発明の路面段差検出方法は、路面をステレオ撮影した少なくとも第1の画像と第2の画像とをXY平面座標に投影し、特定のY軸方向で画像の行データ毎に画像が路面位置にある場合の視差を算出し、第2の画像をY軸毎に視差をずらして補正した第3の画像を生成し、第1の画像と第3の画像を段差の検出領域毎に比較して路面からの高さを検出することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the road surface level difference detection method of the present invention projects at least a first image and a second image obtained by stereo shooting a road surface onto XY plane coordinates, and row data of the image in a specific Y-axis direction. The parallax when the image is at the road surface position is calculated every time, a third image is generated by correcting the second image by shifting the parallax for each Y axis, and the first image and the third image are stepped. The height from the road surface is detected in comparison with each detection region.

また、複数の検出領域の高さから、近傍する検出領域の間で高さの高低差を求めて、高低差が閾値以上であれば検出領域間に段差があると判定することを特徴とする。   Further, the height difference between adjacent detection areas is obtained from the heights of a plurality of detection areas, and it is determined that there is a step between the detection areas if the height difference is equal to or greater than a threshold value. .

また、複数の検出領域の高さから、近傍する検出領域の間で高さの高低差を求めて、複数の検出領域間で高低差が連続して変化する場合に検出領域間に傾斜があると判定することを特徴とする。   In addition, the height difference between adjacent detection areas is obtained from the heights of the plurality of detection areas, and there is an inclination between the detection areas when the height difference continuously changes between the plurality of detection areas. It is characterized by determining.

本発明の路面段差検出装置は、路面の少なくとも第1の画像と第2の画像をステレオ撮影するステレオカメラと、ステレオ撮影した第1の画像と第2の画像とをXY平面座標に投影し、特定のY軸方向で前記画像の行データ毎に画像が路面位置にある場合の視差を算出し、第2の画像をY軸毎に視差をずらして補正した第3の画像を生成し、第1の画像と第3の画像を段差の検出領域毎に比較して路面からの高さを検出する高さ検出部とを備えることを特徴とする。   The road surface level difference detection apparatus of the present invention projects a stereo camera that stereo-shoots at least a first image and a second image of a road surface, and projects the first and second images shot in stereo on XY plane coordinates, Calculating a parallax when the image is at a road surface position for each row data of the image in a specific Y-axis direction, generating a third image corrected by shifting the parallax for each Y-axis, A height detection unit that compares the first image and the third image for each step detection region and detects the height from the road surface is provided.

また、本発明の車両は、上記の路面段差検出装置を備えたことを特徴とする。   A vehicle according to the present invention includes the road surface level difference detecting device described above.

本発明によると、ステレオカメラで撮像した画像を用いて、画像中の路面の各領域から段差を容易に検出することができる。   According to the present invention, a step can be easily detected from each area of a road surface in an image using an image captured by a stereo camera.

路面段差検出装置の構成図である。It is a block diagram of a road surface level | step difference detection apparatus. ステレオカメラの配置図である。It is a layout diagram of a stereo camera. スレテオカメラで撮像した画像である。It is the image imaged with the selethio camera. ステレオ画像の補正方法を示す図である。It is a figure which shows the correction method of a stereo image. 演算部における高さ検出処理のフローチャートである。It is a flowchart of the height detection process in a calculating part. 距離算出方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the distance calculation method. 視差算出方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the parallax calculation method. 視差算出方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the parallax calculation method. 路面高さ算出方法示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the road surface height calculation method. 路面高さ算出結果の一例である。It is an example of a road surface height calculation result. 路面段差検出装置を備えた車両であるシニアカーである。It is a senior car which is a vehicle provided with a road surface level difference detection device. ステレオ画像の歪みを示す図である。It is a figure which shows the distortion of a stereo image.

本発明の実施の一形態について、図面を用いて説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の路面段差検出装置1の構成を表す。本発明の路面段差検出装置1は、ステレオ画像を撮像する2つのカメラ11、12と、ステレオ画像を演算するための演算部20とを備える。また、演算部20は、ステレオ画像の段差を検出したい領域の高さを算出する高さ検出部30と、検出領域毎の高さから検出領域間の段差の有無を判断する段差検出部40とから構成されている。さらに、必要に応じて段差の有無を操作者へ通知するための音声スピーカや表示装置などの出力装置50を備える。   FIG. 1 shows a configuration of a road surface level difference detecting device 1 according to the present invention. The road surface level difference detection device 1 according to the present invention includes two cameras 11 and 12 that capture a stereo image, and a calculation unit 20 that calculates a stereo image. In addition, the calculation unit 20 includes a height detection unit 30 that calculates the height of a region in which a step in the stereo image is to be detected, and a step detection unit 40 that determines the presence or absence of a step between detection regions from the height of each detection region. It is composed of Furthermore, an output device 50 such as an audio speaker or a display device for notifying the operator of the presence or absence of a step is provided as necessary.

図2(a)は、ステレオカメラの配置を示す上面図であり、図2(b)は、ステレオカメラの取り付け位置を示す側面図である。2つのカメラ11、12は同一仕様であり、図2(a)に示すように所定の水平画角を有し、例えば、シニアカーや電動車椅子の車両の前方部において、左右に所定の間隔gを隔てて設置される。また、図2(b)に示すように、カメラ11、12は、路面から所定の高さhcに設置され、所定の垂直画角と俯角を有し、レンズの光軸が路面側を撮像するように下向きに固定されている。   FIG. 2A is a top view showing the arrangement of the stereo camera, and FIG. 2B is a side view showing the mounting position of the stereo camera. The two cameras 11 and 12 have the same specifications, and have a predetermined horizontal angle of view as shown in FIG. 2A. For example, a predetermined interval g is set to the left and right in the front part of a senior car or an electric wheelchair vehicle. Installed separately. Also, as shown in FIG. 2B, the cameras 11 and 12 are installed at a predetermined height hc from the road surface, have a predetermined vertical field angle and depression angle, and the optical axis of the lens images the road surface side. So that it is fixed downward.

カメラ11、12の水平画角と垂直画角は、大きすぎると撮像される路面の段差が小さくなって段差の検出精度が低下し、逆に小さすぎると段差の検出範囲が狭くなるため、使用条件に合わせて適切に設定する必要がある。また、俯角は、路面の写る割合が多くなるように設定することが好ましい。カメラ11、12の取り付け高さhcは、小さな段差から大きな段差まで検出可能な範囲を広げるため、なるべく高い位置に設置することが好ましい。   If the horizontal and vertical angles of view of the cameras 11 and 12 are too large, the step of the road surface to be imaged becomes small and the detection accuracy of the step is lowered. Conversely, if the angle of view is too small, the detection range of the step becomes narrow. It is necessary to set appropriately according to conditions. The depression angle is preferably set so that the proportion of the road surface is increased. The mounting height hc of the cameras 11 and 12 is preferably set as high as possible in order to widen a detectable range from a small step to a large step.

カメラ11、12の仕様と配置は、例えば、35mm判用レンズに相当する水平画角と垂直画角を有し、取り付け間隔gが15〜25cm、取り付け高さhcが60〜80cmであり、10〜25°の俯角で固定されている。本実施形態の以降の説明において、水平画角と垂直画角の半分の角度をそれぞれθ1、θ2とし、俯角をθ3とする。また、図2に示すように、カメラ11、12を左右に設置した実施形態について説明するが、上下や斜め方向に設置することも可能であり、上下や斜めに設置する場合であっても基本的な検出方法は同じである。   The specifications and arrangement of the cameras 11 and 12 have, for example, a horizontal field angle and a vertical field angle corresponding to a 35 mm lens, a mounting interval g is 15 to 25 cm, a mounting height hc is 60 to 80 cm, 10 It is fixed at a depression angle of ˜25 °. In the following description of the present embodiment, half of the horizontal and vertical angles of view are θ1 and θ2, respectively, and the depression angle is θ3. In addition, as shown in FIG. 2, an embodiment in which the cameras 11 and 12 are installed on the left and right will be described. However, the cameras 11 and 12 can be installed in the vertical and diagonal directions. The detection method is the same.

図3は、ステレオカメラ各々2枚の画像であり、歩道を含む路面が撮像されている。図3(a)は左側のカメラ11で撮像した第1の画像であり、図3(b)は右側のカメラ12で撮像した第2の画像である。また、図3(c)は、第1の画像と第2の画像を重ねて、歩道と路面の境界線だけを抽出したものである。図3(c)に示すように、左の画像と右の画像において境界線がずれた位置に撮像されている。   FIG. 3 is an image of two stereo cameras, and a road surface including a sidewalk is captured. FIG. 3A is a first image captured by the left camera 11, and FIG. 3B is a second image captured by the right camera 12. Further, FIG. 3C is obtained by extracting only the boundary line between the sidewalk and the road surface by superimposing the first image and the second image. As shown in FIG. 3C, the image is taken at a position where the boundary line is shifted in the left image and the right image.

この左右方向のずれ量が視差であり、本発明の路面段差検出装置は、このような視差v1を抽出して路面からの段差の高さや低さを検出するものであるが、図11に示したように、路面に平行な凹部の底面等は立体物と異なって歪んで撮像されているため、このひずみを補正した第3の画像を用いて路面からの高さを検出するものである。   The amount of deviation in the left-right direction is parallax, and the road surface level difference detecting device of the present invention extracts such parallax v1 and detects the height and height of the level difference from the road surface. As described above, since the bottom surface of the concave portion parallel to the road surface is distorted and imaged unlike a three-dimensional object, the height from the road surface is detected using a third image in which this distortion is corrected.

図4は、画像の歪みの補正を説明するための図であり、(a)は第1の画像、(b)は第2の画像、(c)は補正後の第3の画像を示している。図4に示すように、本発明の路面段差検出方法は、ステレオカメラで路面を異なる方向から見た第1の画像と第2の画像を撮影した後、第1の画像と第2の画像において、図4の破線に示すように、同じY座標における画素値を集めた行データ同士を比較し、行データ中の対象物が路面にあると仮定したときの視差v1をY軸方向の座標値とカメラ情報から算出する。Y軸全ての視差v1を算出した後、図4(c)に示すように、第2の画像でY軸方向にそれぞれの視差v1ずつ補正した第3の画像を生成する。そして、補正した第3の画像と第1の画像を検出領域毎に比較し、第3の画像と第1の画像とのずれ量v2により検出領域の路面からの高さを検出する。   4A and 4B are diagrams for explaining correction of image distortion, in which FIG. 4A shows a first image, FIG. 4B shows a second image, and FIG. 4C shows a third image after correction. Yes. As shown in FIG. 4, in the road surface level difference detection method of the present invention, the first image and the second image are taken in the first image and the second image after the first image and the second image obtained by viewing the road surface from different directions with a stereo camera. 4, the line data obtained by collecting pixel values in the same Y coordinate are compared with each other, and the parallax v1 when the object in the line data is assumed to be on the road surface is expressed as a coordinate value in the Y axis direction. And camera information. After calculating the parallax v1 for all the Y axes, as shown in FIG. 4C, a third image corrected by each parallax v1 in the Y axis direction is generated in the second image. Then, the corrected third image and the first image are compared for each detection area, and the height of the detection area from the road surface is detected based on the shift amount v2 between the third image and the first image.

図5は、本発明の路面段差検出装置1の演算部20における高さ検出処理のフローチャートである。演算部20は、まず、ステップ1からステップ3の処理により、行データ毎に視差v1を求める。   FIG. 5 is a flowchart of the height detection process in the calculation unit 20 of the road surface level difference detection device 1 of the present invention. The computing unit 20 first obtains the parallax v1 for each row data by the processing from step 1 to step 3.

視差v1を求めるには、まず、カメラから画像の焦点面までの距離d1を算出する必要がある。図6は、距離の算出方法を示す説明図である。図6(a)は、第1の画像を、座標の中心(0、0)を原点Pとする縦が±wピクセル、横が±hピクセルである座標空間13に変換し、行データのある座標点(X、Y)を座標空間13に示したものである。また、図6(b)は、カメラ11、12の焦点面A1とカメラの位置情報を示した側面図である。   In order to obtain the parallax v1, it is first necessary to calculate the distance d1 from the camera to the focal plane of the image. FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a distance calculation method. In FIG. 6A, the first image is converted into a coordinate space 13 in which the vertical center is ± w pixels and the horizontal direction is ± h pixels with the origin (P) of the coordinates (0, 0) as the origin, and there is row data. Coordinate points (X, Y) are shown in the coordinate space 13. FIG. 6B is a side view showing the focal plane A1 of the cameras 11 and 12 and camera position information.

ステップ1では、座標空間13において、段差を検出する任意の検出領域の座標点(X、Y)を含む行データを選択する。座標空間13は、図6(b)に示すカメラ11の光軸に垂直な面である焦点面に相当する。カメラ11、12のレンズの歪みがない場合、焦点面上にあるものは全て同じ視差になるため、座標空間13にある座標点(X、Y)と原点Pも同じ視差となる。   In step 1, row data including coordinate points (X, Y) of an arbitrary detection area for detecting a step in the coordinate space 13 is selected. The coordinate space 13 corresponds to a focal plane that is a plane perpendicular to the optical axis of the camera 11 shown in FIG. When there is no distortion of the lenses of the cameras 11 and 12, since all the objects on the focal plane have the same parallax, the coordinate point (X, Y) in the coordinate space 13 and the origin P also have the same parallax.

ステップ2では、座標点(X、Y)が路面にあると仮定したときのカメラから焦点面A1の原点Pまでの距離d1を求める。ここで座標点(X、Y)を基点として距離d1を算出すると複雑になるので、焦点面にある座標点が全て同じ視差となることを利用して、座標点(X、Y)と同じ焦点面A1にある座標点Q(0、Y)を基点にして、焦点面A1の原点Pまでの距離d1を算出する。   In step 2, the distance d1 from the camera to the origin P of the focal plane A1 when the coordinate point (X, Y) is assumed to be on the road surface is obtained. Here, since it is complicated to calculate the distance d1 using the coordinate point (X, Y) as a base point, the same focal point as the coordinate point (X, Y) is used by utilizing that the coordinate points on the focal plane all have the same parallax. A distance d1 to the origin P of the focal plane A1 is calculated using the coordinate point Q (0, Y) on the plane A1 as a base point.

図7は、視差の算出方法を示す説明図である。図7(a)は、カメラ11の側面図であり、カメラ11から座標点Qを見たときの下向きの角度θyを示す。カメラ11の垂直画角の半分をθ2とすると、図6(a)の座標点Qの高さがYであるから、θyは下記の式1で求めることができる。   FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a parallax calculation method. FIG. 7A is a side view of the camera 11 and shows a downward angle θy when the coordinate point Q is viewed from the camera 11. Assuming that half of the vertical angle of view of the camera 11 is θ2, the height of the coordinate point Q in FIG. 6A is Y, so θy can be obtained by the following equation 1.

θy=arctan(tanθ2×Y/h) (式1)
また、図6(b)のように、カメラの取り付け高さをhcとして、カメラが俯角θ3で下向きに取付けられている場合、カメラ11から座標点Qまでの距離d1´は、
d1´=hc/sin(θ3+θy) (式2)
より求めることができる。
θy = arctan (tan θ2 × Y / h) (Formula 1)
As shown in FIG. 6B, when the camera mounting height is hc and the camera is mounted downward at a depression angle θ3, the distance d1 ′ from the camera 11 to the coordinate point Q is
d1 ′ = hc / sin (θ3 + θy) (Formula 2)
It can be obtained more.

したがって、カメラ11から焦点面A1の原点Pまでの距離d1は、
d1=d1´×cos(θy) (式3)
より求めることができる。
Therefore, the distance d1 from the camera 11 to the origin P of the focal plane A1 is
d1 = d1 ′ × cos (θy) (Formula 3)
It can be obtained more.

次に、ステップ3では、焦点面A1に路面があるとしたきの第1の画像と第2の画像との視差v1を求める。歪みのないレンズの場合、焦点面A1上にある点は全て同じ視差になると考えられるので、上記(式3)で求めた距離d1を使って視差v1を求めればよい。なお、距離d1は、レンズの歪みなどによって、他の値を用いたり、補正が必要となる場合もある。   Next, in step 3, the parallax v1 between the first image and the second image when the road surface is on the focal plane A1 is obtained. In the case of a lens without distortion, all the points on the focal plane A1 are considered to have the same parallax. Therefore, the parallax v1 may be obtained using the distance d1 obtained in the above (Equation 3). The distance d1 may use another value or need to be corrected depending on lens distortion or the like.

図7(b)は、左右のカメラ11、12の上面図である。図7(b)のように、左のカメラ11の焦点面A1に位置する原点Pは、右のカメラ12では中央から角度θxの方向に見える。このθxは、左右のカメラ間隔をgとすると、以下の式で求められる。   FIG. 7B is a top view of the left and right cameras 11 and 12. As shown in FIG. 7B, the origin P located at the focal plane A1 of the left camera 11 is seen by the right camera 12 in the direction of the angle θx from the center. This θx is obtained by the following equation, where g is the distance between the left and right cameras.

θx=arctan(g/d1) (式4)
このとき、原点Pは、左側の第1の画像では図8(a)のように原点(0、0)の座標に見え、右側の第2の画像では図8(b)のように、視差のピクセル数をv1としたとき、(−v1、0)の地点に見える。v1は、図6(a)のように、カメラの水平画角の半分をθ1としたとき、以下の式で求められる。
θx = arctan (g / d1) (Formula 4)
At this time, the origin P looks like the coordinates of the origin (0, 0) in the first image on the left side as shown in FIG. 8A, and the parallax in the second image on the right side as shown in FIG. 8B. When the number of pixels is v1, it appears at the point of (−v1, 0). As shown in FIG. 6A, v1 is obtained by the following equation when θ1 is half of the horizontal field angle of the camera.

v1=w・tanθx/tanθ1 (式5)
視差のピクセル数v1は点Pと点(X、Y)で同一であるので、右画像では(Xr、Y)の位置に見えることになる。
ここで、
Xr=X−v1 (式6)
である。
v1 = w · tan θx / tan θ1 (Formula 5)
Since the number of parallax pixels v1 is the same at the point P and the point (X, Y), it appears at the position (Xr, Y) in the right image.
here,
Xr = X-v1 (Formula 6)
It is.

次に、ステップ4では、行データ毎に路面があるとしたきの第1の画像と第2の画像との視差v1を求めた後、第2の画像を図4(c)に示すように補正する。補正方法は、第2の画像のそれぞれの行データをY座標に応じた視差v1ピクセルずつX座標方向に移動させる。視差v1が小数の場合は近傍の2点で補完する。例えば、v1が5.5の場合、左から5ピクセル目と6ピクセル目の合計の半分を0ピクセル目の位置に書き込むことで補正を行う。   Next, in step 4, after obtaining the parallax v1 between the first image and the second image when there is a road surface for each row data, the second image is as shown in FIG. to correct. In the correction method, each row data of the second image is moved in the X coordinate direction by a parallax v1 pixel corresponding to the Y coordinate. When the parallax v1 is a decimal, it is complemented by two nearby points. For example, when v1 is 5.5, correction is performed by writing half of the sum of the fifth and sixth pixels from the left in the position of the zeroth pixel.

第2の画像をY座標全体にわたって行データを視差v1で補正することにより、図4(c)に示す第3の画像が得られる。これにより、補正後の第3の画像の対象物は、第1の画像と同じ形状となる。   The third image shown in FIG. 4C is obtained by correcting the row data of the second image over the entire Y coordinate with the parallax v1. As a result, the corrected object of the third image has the same shape as the first image.

ステップ5では、第1の画像の(X、Y)の座標に写っている対象物が路面と同じ高さにあるかどうかを判断する。ここでは、第1の画像の(X、Y)を中心とする検出領域と第3の画像の(X、Y)を中心とする比較領域を比較し、対象物が検出領域と比較領域
の同一の位置に写っているかで判断することができる。
In step 5, it is determined whether or not the object shown in the coordinates (X, Y) of the first image is at the same height as the road surface. Here, the detection area centered on (X, Y) of the first image and the comparison area centered on (X, Y) of the third image are compared, and the object is the same as the detection area and the comparison area. It can be judged by whether it is reflected in the position of.

同一物体かどうかの確認方法は様々な方法があるが、例えば、左右画像の対象点の周辺数ピクセル分の輝度を取り出して比較することができる。両者がカメラのノイズなどの誤差要因の範囲内で一致すれば、その地点は路面と同じ高さであると判断することができる。もし、両者が一致せず、左右どちらかにずれていると判断される場合には、そのずれ量に応じて、路面より高い位置か、低い位置にあると判断することができる。   There are various methods for confirming whether or not they are the same object. For example, the luminance of several pixels around the target point of the left and right images can be extracted and compared. If they match within the range of error factors such as camera noise, the point can be determined to be the same height as the road surface. If it is determined that the two do not match and are shifted to the left or right, it can be determined that the position is higher or lower than the road surface according to the shift amount.

例えば、左側の第1の画像の(X、Y)の位置にある物体が、右側の第2の画像で(Xr−v2、Y)の座標にあると判断された場合、物体までの実際の距離をd2とすると、(式4)及び(式5)より、
v1=(w×g)/(d1×tanθ1)
v1+v2=(w×g)/(d2×tanθ1)
v1を消すと、
d2=(d×w×g)/(w×g+v2×tanθ1) (式7)
図9に示すように、路面にある物体の高さhsは、
hs=hc×(d1−d2)/d1 (式8)
となり、これにより路面の段差の高さhsがわかる。すなわち、物体の視差v2が正(路面の視差v1よりも大きい)の場合は、図9(a)のように物体までの距離d2が路面までの距離d1より小さくなり、hsが正の値となって路面より高いと判断できる。逆にv2が負(路面の視差v1よりも小さい)の場合は、図9(b)のように物体までの距離d2が路面までの距離d1より大きくなり、hsは負の値となって、路面より低いと判断できる。このようにして、第1の画像中の座標点(X、Y)の路面からの高低差がわかる。
For example, when it is determined that the object at the position (X, Y) in the first image on the left side is at the coordinates (Xr−v2, Y) in the second image on the right side, When the distance is d2, from (Expression 4) and (Expression 5),
v1 = (w × g) / (d1 × tan θ1)
v1 + v2 = (w × g) / (d2 × tan θ1)
If v1 is deleted,
d2 = (d × w × g) / (w × g + v2 × tan θ1) (Expression 7)
As shown in FIG. 9, the height hs of the object on the road surface is
hs = hc × (d1−d2) / d1 (Formula 8)
Thus, the height hs of the road level difference can be known. That is, when the parallax v2 of the object is positive (larger than the parallax v1 of the road surface), the distance d2 to the object is smaller than the distance d1 to the road surface as shown in FIG. 9A, and hs is a positive value. It can be judged that it is higher than the road surface. Conversely, when v2 is negative (smaller than the parallax v1 on the road surface), the distance d2 to the object is larger than the distance d1 to the road surface as shown in FIG. 9B, and hs is a negative value. It can be judged that it is lower than the road surface. In this way, the height difference from the road surface of the coordinate point (X, Y) in the first image is known.

ステップ6では、上記手順を適切な間隔をもって他の座標点でも繰り返し、画像中の必要な範囲で路面からの高さの検出を完了したら終了する。   In step 6, the above procedure is repeated at other coordinate points at appropriate intervals, and the process ends when the detection of the height from the road surface within the required range in the image is completed.

図5に示したフローチャートの詳細は以上であり、これらの処理は図1に示した演算部20で処理される。具体的にはPCやマイコン上でソフトウェアとして実現してもよいし、FPGAやASICを用いてハードウェアとして実現してもよい。部分的にハードウェアで残りをソフトウェアで処理する構成も可能である。   The details of the flowchart shown in FIG. 5 are as described above, and these processes are processed by the arithmetic unit 20 shown in FIG. Specifically, it may be realized as software on a PC or a microcomputer, or may be realized as hardware using an FPGA or ASIC. A configuration in which the remainder is partially processed by hardware and software is also possible.

図10は、図3のステレオ画像に対して、上記の方法を適用した結果の一例である。検出領域毎の高さに応じて諧調表示されており、路面と同じ高さの領域がグレーで、路面より低い領域が黒く表示されている。   FIG. 10 is an example of a result of applying the above method to the stereo image of FIG. The gradation is displayed according to the height of each detection area, the area having the same height as the road surface is displayed in gray, and the area lower than the road surface is displayed in black.

次に、演算部20の段差検出部40を説明する。図10のような高さ検出部30の検出結果において、上下・左右に隣り合う検出領域間で路面からの高さを比較し、例えば、閾値を5cmとして、それ以上の高低差があれば段差であると判断する。段差と判断する高低差の閾値は、例えば、シニアカーや車椅子が落ちても安全性を確保できるように設定されている。一例として、図10の検出結果では、段差と判断した境界を破線部で示している。   Next, the level difference detection unit 40 of the calculation unit 20 will be described. In the detection result of the height detection unit 30 as shown in FIG. 10, the height from the road surface is compared between the detection areas adjacent to each other in the vertical and horizontal directions. It is judged that. The height difference threshold for determining a step is set so as to ensure safety even when a senior car or a wheelchair falls, for example. As an example, in the detection result of FIG. 10, a boundary determined as a step is indicated by a broken line portion.

また、隣り合う検出領域の高低差が小さく路面であると想定される場合、検出領域間の距離と高低差とから、路面の傾斜角度を求めることも可能である。これにより、路面が上り坂や下り坂、または左右へ傾斜している場合には、安全性を確保できる傾斜か判断することができる。   Further, when it is assumed that the height difference between adjacent detection areas is small and a road surface, it is possible to obtain the inclination angle of the road surface from the distance between the detection areas and the height difference. Thereby, when the road surface is inclined uphill, downhill, or left and right, it is possible to determine whether the road surface can be secured.

図11は、本発明の路面段差検出装置1を備えた車両の一例として、シニアカー60の適用例を示す。路面段差検出装置1は、シニアカー60のハンドル61の前方に路面から高さhcで備え付けられている。路面段差検出装置1は、シニアカー60の運転者に段差検出結果を報知するため、スピーカ31や表示装置32などの出力装置30を備えている。路面段差検出装置1により段差が検出された場合、スピーカ53からブザー音や音声案内を出力したり、表示装置54に文字や図形を表示するなどして、路面に段差の存在を知らせることにより、シニアカー60の落輪や転倒などの危険を回避することができる。   FIG. 11 shows an application example of a senior car 60 as an example of a vehicle provided with the road surface level difference detecting device 1 of the present invention. The road surface level difference detection device 1 is provided in front of the handle 61 of the senior car 60 at a height hc from the road surface. The road surface level difference detection device 1 includes an output device 30 such as a speaker 31 and a display device 32 in order to notify the driver of the senior car 60 of the level difference detection result. When a road level difference is detected by the road level difference detection device 1, a buzzer sound or voice guidance is output from the speaker 53, or a character or a graphic is displayed on the display device 54 to notify the existence of the level difference on the road surface. It is possible to avoid dangers such as falling wheels and falling of the senior car 60.

また、本発明の段差検出装置1は、シニアカー60の前方だけでなく、後方に備え付けてもよい。これにより、視界の悪い後退時にも落輪などの危険回避を図ることができる。また、本発明の段差検出装置1の用途は、シニアカー60に限定されるものではなく、路面の段差を検出することが必要される車両、例えば、車椅子からフォークリフトに至る様々な車両で好適に用いることが可能である。   Further, the step detecting device 1 of the present invention may be provided not only in front of the senior car 60 but also in the rear. As a result, it is possible to avoid danger such as falling wheels even when reversing with poor visibility. Further, the use of the level difference detection device 1 of the present invention is not limited to the senior car 60, and is suitably used in vehicles that need to detect road level differences, for example, various vehicles ranging from wheelchairs to forklifts. It is possible.

例えば、車椅子では、本発明の段差検出装置1を前後や左右に備えることにより、その場で方向転換するような場合であっても、車椅子周辺の段差で落輪したり転倒したりする危険を防止することができる。また、フォークリフトでは、荷物運搬中に前方の視界が塞がれることがあっても、路面に置かれた背の低い荷物を段差として検出し、衝突を回避することが可能である。   For example, in a wheelchair, by providing the step detection device 1 of the present invention in the front and rear and left and right, even if the direction is changed on the spot, the risk of falling or falling over the step around the wheelchair is prevented. can do. In addition, with a forklift, even if the forward field of view may be blocked during cargo transportation, it is possible to detect a short cargo placed on the road surface as a step and avoid a collision.

11、12 カメラ
20 演算部
30 高さ検出部
40 段差検出
50 出力装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 12 Camera 20 Calculation part 30 Height detection part 40 Level difference detection 50 Output device

Claims (5)

路面をステレオ撮影した少なくとも第1の画像と第2の画像とをXY平面座標に投影し、
特定のY軸方向で前記画像の行データ毎に画像が路面位置にある場合の視差を算出し、
前記第2の画像をY軸毎に前記視差をずらして補正した第3の画像を生成し、
前記第1の画像と前記第3の画像を段差の検出領域毎に比較して前記路面からの高さを検出する
ことを特徴とする路面段差検出方法。
Projecting at least a first image and a second image obtained by stereo shooting of a road surface onto XY plane coordinates;
Calculating the parallax when the image is at the road surface position for each row data of the image in a specific Y-axis direction;
Generating a third image obtained by correcting the second image by shifting the parallax for each Y axis;
A road level difference detection method, wherein the height from the road surface is detected by comparing the first image and the third image for each level difference detection area.
複数の前記検出領域の高さから、近傍する前記検出領域の間で前記高さの高低差を求めて、
前記高低差が閾値以上であれば前記検出領域間に段差があると判定することを特徴とする請求項1に記載の路面段差検出方法。
From the height of the plurality of detection areas, to determine the height difference between the adjacent detection areas,
The road surface level detection method according to claim 1, wherein if the level difference is equal to or greater than a threshold value, it is determined that there is a level difference between the detection areas.
複数の前記検出領域の高さから、近傍する前記検出領域の間で前記高さの高低差を求めて、
複数の前記検出領域間で前記高低差が連続して変化する場合に前記検出領域間に傾斜があると判定することを特徴とする請求項1に記載の路面段差検出方法。
From the height of the plurality of detection areas, to determine the height difference between the adjacent detection areas,
The road surface level difference detection method according to claim 1, wherein it is determined that there is an inclination between the detection areas when the difference in height continuously changes between the plurality of detection areas.
路面の少なくとも第1の画像と第2の画像をステレオ撮影するステレオカメラと、
ステレオ撮影した第1の画像と第2の画像とをXY平面座標に投影し、特定のY軸方向で前記画像の行データ毎に画像が路面位置にある場合の視差を算出し、前記第2の画像をY軸毎に前記視差をずらして補正した第3の画像を生成し、前記第1の画像と前記第3の画像を段差の検出領域毎に比較して前記路面からの高さを検出する高さ検出部と
を備えることを特徴とする路面段差検出装置。
A stereo camera for stereo shooting at least a first image and a second image of the road surface;
The first and second images captured in stereo are projected onto XY plane coordinates, and parallax is calculated when the image is at the road surface position for each row data of the image in a specific Y-axis direction. A third image is generated by correcting the parallax for each Y-axis by shifting the parallax, and the height from the road surface is compared by comparing the first image and the third image for each step detection area. A road surface level difference detection device comprising: a height detection unit for detection.
請求項4に記載の路面段差検出装置を備えたことを特徴とする車両。
A vehicle comprising the road surface level difference detecting device according to claim 4.
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