JP2015195018A - 画像処理装置、画像処理方法、運転支援システム、プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、従来の画像処理装置による物体の認識の不都合について説明する図の一例である。四角の枠内は撮像手段の撮像範囲(画角)であり、四角の枠外を他車両Bが前方に向かって走行している。また、図1では(a)<(b)<(c)<(d)の順に時間が経過している。
図2は、本実施形態の画像処理装置による物体認識の概略を説明する図の一例である。
図2(a)では、他車両Bは画像に映っていないので画像処理装置100は他車両Bの認識を開始していない。しかし、レーザーレーダー測距部12は撮像手段(後述するステレオカメラ)の画角の範囲外(撮像範囲外)を走査しており、他車両Bを検出している。検出することで、物体情報(距離、方位、相対速度、移動方向など)が得られる。なお、画角の範囲内にレーダ光を操作してもよい。
図3は、レーザーレーダー測距部12とステレオカメラ11の車両への搭載例を示す図の一例である。車両の左右のバックミラー(ドアミラー)には、それぞれレーザーレーダー測距部12が搭載されている。また、ルームミラーの車両前方側には、車両の前方を撮像するステレオカメラ11が搭載されている。レーザーレーダー測距部12を、車両の幅方向に離間して配置することで、前方だけでなく斜め前方や横方向の物体を検出することが容易になる。
図5は、運転支援システムの概略構成図の一例である。運転支援システム200は、画像処理装置100、ステレオカメラ11、レーザーレーダー測距部12、及び、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)13を有している。
レーザーレーダー測距部12は、受光系として、受光レンズ36、PD(Photo Diodo)37、PDドライバ38、及び、時間計測部39、を有している。レーザー光が当たった物体又は物体においてレーザー光が当たった位置が特許請求の範囲の反射位置である。車両前方の物体から反射されたレーザー光は受光レンズ36を介してPD37に入射される。PD37は反射光における光強度に対応する電圧値の電気信号を出力する。 PD37より出力された電気信号は、PDドライバ38に出力され電気信号が閾値以上の場合に、受光信号を時間計測部39に出力する。
時間計測部39は、発光制御部35からLDドライバ34へ出力されるLD駆動信号が出力されてから受光信号が発生するまでの時間、即ち、レーザー光を出射した時刻と、反射光を受光した時刻の時間差を測定する。反射光は特許請求の範囲の反射波の一例である。
Z = D・f/Δ
得られた視差画像は、画像処理装置100のRAM25などに記憶される。また、モノクロ画像、カラー画像(RGBのいずれか1つ以上)、又は、偏光画像の少なくとも1つが認識処理部44に出力される(以下、輝度画像という)。輝度画像から物体認識処理が行われ、視差画像から物体までの距離が算出されるため、視差画像と同時刻に撮像された輝度画像とがセットにされてRAM25などに記憶される。
図8を用いて、認識処理部44による物体の認識について説明する。図8(a)は、視差画像の一例を模式的に示す図である。図8(a)には、歩行者A,先行車両B、自転車Cが撮像されている。認識処理部44は、主にクラスタリングとベリフィケーションという処理を経て物体を認識する。
・矩形領域の縦横比
・路面からの高さ(路面から矩形の底辺までの距離)
・パターン認識などの画像認識処理による認識結果
・移動速度
これらは全ての物体について共通に行われるとは限らず、車両、歩行者、自転車などによって使用されないパラメータがあってもよい。
図9は、レーザーレーダー測距部12が検出する物体情報について説明する図の一例である。図9(a)は上面図を、図9(b)は側面図をそれぞれ示している。図9の座標では、自車両の先端部かつ車幅方向の中央を原点として、車幅方向をX軸(右向き正)、進行方向をZ軸、高さ方向をY軸(上方向が正)としている。また、レーザーレーダー測距部12の取り付け位置を車幅方向の中央からP、先端からQとしている。
(X,Z)=(−P−Lsinθ,Lcosθ-Q)
また、レーザーレーダー測距部12が上下方向に走査しない場合、物体のY座標はゼロ(レーザーレーダー測距部12が取り付けられた地上からの高さ)でよい。仮に、図9(b)に示すように、レーザーレーダー測距部12が上下方向に走査する場合、物体が検出された時の仰角をα、距離をLとすると、物体のY座標は以下のように決定できる。したがって、三次元座標(X,Y,Z)を容易に求めることができる。
Y=Lsinα
認識処理部44は、時系列に座標(X,Y,Z)を監視し、距離の変化が閾値内で繰り返し検出される座標の物体は、同一の物体の座標であると判断する。相対速度は、現在の走査で物体が検出された場合の距離Lと次回の走査で物体が検出された場合の距離Lとの差、及び、走査の時間間隔とから算出される。また、移動方向は、ある時刻の座標と次の走査時の座標とを結ぶベクトルで表される。移動方向は、自車両と物体に衝突する関係(接近方向か否か)があるか否かを判断するために用いられるので、接近方向か否かを移動方向としてもよい。すなわち、Z座標が小さくなる傾向があり、かつ、X座標の絶対値が小さくなる傾向がある場合(接触する範囲のX座標であれば一定でもよい)接近方向であると判断される。
X=xL/f
Y=yL/f
ここで、x、yは例えば画像データの中心を原点とする座標系における画素の座標である。fは焦点距離である。距離Lは視差から算出されているので、この式によりX、Yが求められる。距離LとX(又は距離LとY)からZも算出できる。XとZから方位θも算出できる。
図11は、路面領域の検出について説明する図の一例である。説明のため、物体はないものとして説明する。図11の左図は視差画像における路面領域を模式的に示し、図11の右図は視差ヒストグラムを示している。視差ヒストグラムは、視差dと視差画像のy座標の二次元平面に視差画像の水平方向1ラインの視差dを打点したものである。路面領域は平坦なので路面領域のみの水平方向1ラインの視差dはほぼ一定である(図11では視差d1〜d3で示した)。したがって、路面領域が存在する場合、水平方向1イランの視差dのヒストグラムはこの一定の視差dに集中する。例えば、視差ヒストグラムでは同じ水平方向1ラインの視差は視差d1、d2又はd3に集中する。
続いて、予測情報について説明する。認識処理部44としては、物体が画像のどの位置に撮像されるか(以下、予測撮像範囲という。予測撮像範囲は推定撮像範囲の一例である。)、及び、いつ撮像が開始されるかが分かることで、ベリフィケーションまでの時間を短縮できる。
Vx=50〔km/h〕≒14〔m/s〕
撮像時間間隔=0.033〔秒〕=30〔fps〕
とする。
この場合、画像が1枚撮像される間に、物体が約50〔cm〕移動するため、50〔cm〕程度を予測撮像範囲の横幅に決定する。
図18は、撮像が開始される時間について説明する図の一例である。物体のX座標とZ座標はレーザーレーダー測距部12によって検出されている。また、ステレオカメラの画角2βも既知である。これらにより、車幅方向の中心から撮像されている距離は「Z・tanβ」となる。したがって、物体が画角内に到達するまでには「X−Z・tanβ」の距離がある。
撮像が開始される時間=(X−Z・tanβ)/Vx
認識処理部44は、予め、撮像が開始される時間を検知することで、どの画像から予測撮像範囲の物体認識を行うべきかを管理できる。例えば、画角に入る直前に画角にはいることを検知しても、物体の撮像が開始された画像から予測撮像範囲の物体認識を行うことが間に合わない可能性がある。本実施形態のように、撮像が開始される時間を予め検知することで、物体の撮像が開始された画像から予測撮像範囲の物体認識を行うことができる。したがって、早期のベリフィケーションが可能になる。
予測撮像範囲が分かることで、認識処理部44は予測撮像範囲に対しクラスタリングとベリフィケーションを行うことができる。
図22は、予測撮像範囲を利用した画像認識の一例を説明する図である。図22(a)では、ステレオカメラの画角の範囲外に、レーザーレーダー測距部12により物体(車両)が検出されている。レーザーレーダー測距部12は、物体情報を取得し、認識処理部44に出力している。予測情報作成部45は物体情報に基づき予測情報を作成する。認識処理部44は、予測情報によりいつから予測撮像範囲に対し物体の認識を開始すればよいかを把握できる。
図23は、認識処理部44が物体を認識処理する手順を示すフローチャート図の一例である。
これまではステレオカメラ11が画像を撮像するものとして説明したが、本実施形態の画像処理は単眼カメラが画像を撮像しても行うことができる。
12 レーザーレーダー測距部
13 ECU
41,42 前処理部
43 視差演算部
44 認識処理部
45 予測情報作成部
100 画像処理装置
200 運転支援システム
Claims (13)
- 撮像手段により撮像した画像から物体領域を抽出する物体領域抽出手段と、
前記撮像手段の撮像範囲外に照射した電磁波の反射波から前記撮像範囲外の物体までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報取得手段が取得した距離情報を用いて、前記撮像範囲外の物体が前記撮像手段の撮像範囲内に入った際に前記物体領域抽出手段が該物体の物体領域を抽出するための予測領域情報を作成する情報作成手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記物体領域抽出手段は、複数の項目の判断結果に基づき物体領域を検出するものであり、
前記予測領域情報が作成された場合、前記物体領域抽出手段は、前記予測領域情報が作成されない場合よりも前記項目を少なくして物体領域を抽出する、
ことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。 - 前記物体領域抽出手段は、予め定められたパターンと前記撮像手段が撮像した画像を画像処理して得られるパターンとを比較して、パターンが類似した場合に物体領域を抽出するものであり、
前記予測領域情報が作成された場合、前記物体領域抽出手段は、前記予測領域情報が作成されない場合と異なるパターンを用いて物体領域を抽出する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。 - 前記予測領域情報には、物体の一部が前記撮像手段の前記撮像範囲内に入った際の推定撮像範囲が含まれており、
前記物体領域抽出手段は、前記推定撮像範囲に対し物体領域を抽出する画像処理を行う、ことを特徴とする請求項2又は3記載の画像処理装置。 - 前記物体領域抽出手段は、前記距離情報取得手段が取得した物体領域の前記距離情報が遠方であるほど、前記撮像手段が撮像した画像の上方に前記推定撮像範囲を設定する、
ことを特徴とする請求項4記載の画像処理装置。 - 前記情報作成手段は、前記距離情報取得手段が取得した物体領域の前記距離情報に含まれる方位情報と該距離情報により前記撮像範囲外の物体が前記撮像範囲内に到達するまでの距離を算出して、物体が前記撮像範囲内に入るまでの時間を算出し、
前記物体領域抽出手段は、前記距離情報取得手段が前記距離情報を取得してから前記時間が経過した場合に、前記推定撮像範囲に対する物体領域を抽出する画像処理を開始する、ことを特徴とする請求項4又は5記載の画像処理装置。 - 前記物体領域抽出手段は、前記距離情報を取得可能な前記撮像手段が撮像した距離画像を用いて路面領域を検出し、路面よりも距離が近い画素領域に対し、距離が同程度の候補範囲を検出して、該候補範囲に対し物体領域を抽出する処理を行うものであり、
前記予測領域情報が作成された場合、前記推定撮像範囲に対し前記路面よりも距離が近い画素領域の前記候補範囲を検出して、該候補範囲に対し物体領域を抽出する画像処理を行う、ことを特徴とする請求項4〜6いずれか1項記載の画像処理装置。 - 前記物体領域抽出手段は、前記推定撮像範囲に対し距離が同程度の領域があることで検出される直線の検出処理を施し、検出された前記直線の位置を用いて距離が同程度の前記候補範囲を検出して、該候補範囲に対し物体領域を抽出する画像処理を行う、
ことを特徴とする請求項7記載の画像処理装置。 - 前記物体領域抽出手段は、前記推定撮像範囲が、前記撮像手段が撮像した画像の右端の場合と左端の場合とで、異なる傾きの前記直線が得られるか否かを判定し、
前記推定撮像範囲の左端に直線が検出された場合、左後方から接近する物体の物体領域を抽出する処理を行い、前記推定撮像範囲の右端に直線が検出された場合、右後方から接近する物体の物体領域を抽出する処理を行う、
ことを特徴とする請求項8記載の画像処理装置。 - 前記物体領域抽出手段は、前記候補範囲に対して少なくとも縦横比を用い、さらに前記候補範囲の路面からの高さ、パターン認識による画像認識処理又は移動速度の1つ以上に基づき、前記候補範囲に撮像されている物体領域を抽出するものであり、
前記予測領域情報が作成された場合、前記縦横比と前記路面からの高さを用いることなく、前記候補範囲に撮像されている物体領域を抽出する、
ことを特徴とする請求項7又は8記載の画像処理装置。 - 撮像手段により撮像した画像を処理して運転支援を行う運転支援システムであって、
撮像手段により撮像した画像から物体領域を抽出する物体領域抽出手段と、
前記撮像手段の撮像範囲外に照射した電磁波の反射波から前記撮像範囲外の物体までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報取得手段が取得した距離情報を用いて、前記撮像範囲外の物体が前記撮像手段の撮像範囲内に入った際に前記物体領域抽出手段が該物体の物体領域を抽出するための予測領域情報を作成する情報作成手段と、
物体領域の前記距離情報を用いて運転支援を行う運転支援手段と、
を有することを特徴とする運転支援システム。 - 物体領域抽出手段が、撮像手段により撮像した画像から物体領域を抽出するステップと、
距離情報取得手段が、前記撮像手段の撮像範囲外に照射した電磁波の反射波から前記撮像範囲外の物体までの距離情報を取得するステップと、
情報作成手段が、前記距離情報取得手段が取得した距離情報を用いて、前記撮像範囲外の物体が前記撮像手段の撮像範囲内に入った際に前記物体領域抽出手段が該物体の物体領域を抽出するための予測領域情報を作成するステップと、
を有することを特徴とする画像処理方法。 - コンピュータに、
撮像手段により撮像した画像から物体領域を抽出する物体領域抽出ステップと、
前記撮像手段の撮像範囲外に照射した電磁波の反射波から前記撮像範囲外の物体までの距離情報を取得する距離情報取得ステップと、
前記距離情報取得ステップにより取得された距離情報を用いて、前記撮像範囲外の物体が前記撮像手段の撮像範囲内に入った際に前記物体領域抽出ステップにおいて該物体の物体領域を抽出するための予測領域情報を作成する情報作成ステップと、
を実行させるプログラム。
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