JP2016148956A - Positioning device, positioning method and positioning computer program - Google Patents

Positioning device, positioning method and positioning computer program Download PDF

Info

Publication number
JP2016148956A
JP2016148956A JP2015024727A JP2015024727A JP2016148956A JP 2016148956 A JP2016148956 A JP 2016148956A JP 2015024727 A JP2015024727 A JP 2015024727A JP 2015024727 A JP2015024727 A JP 2015024727A JP 2016148956 A JP2016148956 A JP 2016148956A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
vehicle
range
feature point
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015024727A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6410231B2 (en
Inventor
孝介 原
Kosuke Hara
孝介 原
敦史 川崎
Atsushi Kawasaki
敦史 川崎
斎藤 英雄
Hideo Saito
英雄 斎藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keio University
Denso IT Laboratory Inc
Original Assignee
Keio University
Denso IT Laboratory Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Keio University, Denso IT Laboratory Inc filed Critical Keio University
Priority to JP2015024727A priority Critical patent/JP6410231B2/en
Publication of JP2016148956A publication Critical patent/JP2016148956A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6410231B2 publication Critical patent/JP6410231B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Closed-Circuit Television Systems (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positioning device that can improve accuracy of association among characteristic points on images created by a plurality of cameras loaded on a vehicle corresponding to the same point on a real space.SOLUTION: A positioning device includes, in a control unit 13,: a characteristic point extraction unit 21 that extracts a first characteristic point from a first image created by a first imaging unit attached to a vehicle at a first time; a projection unit 22 that specifies a first area on a real space including the first characteristic point on the first image and corresponding to a matching range in accordance with a prescribed condition defining a position relation between a vehicle and structures around the vehicle, and projects the first area on a second image created by a second imaging unit attached to the vehicle at a second time to specify a range on the second image corresponding to the matching range; and an association unit 23 that associates with a prescribed point in an area most similar to the matching range on the second image as a second characteristic point corresponding to the first characteristic point.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、互いに異なる方向に向けられた車載の複数のカメラにより撮影された画像上の特徴点同士を対応付ける位置合わせ装置、位置合わせ方法及び位置合わせ用コンピュータプログラムに関する。   The present invention relates to an alignment apparatus, an alignment method, and an alignment computer program for associating feature points on images captured by a plurality of in-vehicle cameras directed in different directions.

近年、運転支援などの目的で、車両には、1台以上のカメラが取り付けられることがある。このような場合、カメラにより得られた画像を有効に利用するために、異なるカメラにより生成された複数の画像間で、あるいは、異なる位置で同一のカメラにより生成された複数の画像間で、実空間上の同一の点に対応する画像上の特徴点同士を対応付けることが提案されている(例えば、特許文献1及び非特許文献1、2を参照)。   In recent years, one or more cameras may be attached to a vehicle for the purpose of driving assistance or the like. In such a case, in order to effectively use the image obtained by the camera, it can be used between a plurality of images generated by different cameras or between a plurality of images generated by the same camera at different positions. It has been proposed to associate feature points on an image corresponding to the same point in space (for example, see Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 and 2).

例えば、特許文献1には、路面上にある、マンホールの蓋の中心、白線の端部などの特徴点を、移動体の直進時における移動前後の移動体に取り付けられたカメラにより撮影された画像間で、物体追跡処理を用いて対応付けることが提案されている。   For example, Patent Document 1 discloses an image in which characteristic points such as the center of a manhole cover and the end of a white line on a road surface are photographed by a camera attached to the moving body before and after moving when the moving body goes straight. In the meantime, it has been proposed to associate using object tracking processing.

また、非特許文献1には、車両に搭載された前方を写すカメラと左側または右側を写すカメラ間で、連続する二つのフレームについてSURF特徴を抽出し、照合することが記載されている。さらに、非特許文献2には、一方の画像上の特徴点周囲の領域をワーピングにより変形させて、対応付けを行う他方の画像上での対応点を検出することが提案されている。   Non-Patent Document 1 describes that SURF features are extracted and collated for two consecutive frames between a camera mounted on a vehicle that captures the front and a camera that captures the left or right side. Further, Non-Patent Document 2 proposes that a region around a feature point on one image is deformed by warping to detect a corresponding point on the other image to be associated.

特開2014−101075号公報JP, 2014-101075, A

Gim Hee Lee他、「Motion Estimation for Self-Driving Cars With a Generalized Camera」、Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR)、2013 IEEE Conference on. IEEE、2013年Gim Hee Lee et al., "Motion Estimation for Self-Driving Cars With a Generalized Camera", Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2013 IEEE Conference on. IEEE, 2013 Simon Baker他、「Lucas-Kanade 20 Years On: A Unifying Framework: Part 1」、International journal of computer vision 56.3、pp.221-255、2004年Simon Baker et al., `` Lucas-Kanade 20 Years On: A Unifying Framework: Part 1 '', International journal of computer vision 56.3, pp. 221-255, 2004

特許文献1に開示された技術では、二つの画像間での対応付けが行われるのは、路面上の点に限られている。しかしながら、用途によっては、路面以外の点に相当する特徴点同士を画像間で対応付けることが要求されることもある。   In the technique disclosed in Patent Literature 1, the association between two images is limited to points on the road surface. However, depending on applications, it may be required to associate feature points corresponding to points other than the road surface between images.

また、非特許文献1または2に開示された技術では、実空間の同じ位置を撮影した二つの画像のそれぞれについて、その位置を見る視点が異なっているために、画像上でもその位置の見え方が異なっている。そのため、特徴点の対応付けに関して、十分な精度が得られないおそれがあった。   Further, in the technique disclosed in Non-Patent Document 1 or 2, the viewpoints for viewing the positions of the two images taken at the same position in the real space are different. Is different. Therefore, there is a possibility that sufficient accuracy cannot be obtained with respect to the association of the feature points.

そこで、本発明は、車両に搭載された複数のカメラのそれぞれにより生成された画像間で、実空間上の同じ点に対応する画像上の特徴点同士の対応付けの精度を向上できる位置合わせ装置、位置合わせ方法及び位置合わせ用コンピュータプログラムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides an alignment apparatus capable of improving the accuracy of association between feature points on an image corresponding to the same point in real space between images generated by each of a plurality of cameras mounted on the vehicle. An object is to provide an alignment method and an alignment computer program.

請求項1の記載によれば、本発明の一つの形態として、位置合わせ装置が提供される。係る位置合わせ装置は、車両(10)に対して第1の方向を向くように取り付けられた第1の撮像部(2−2)により第1の時刻において生成された第1の画像から、少なくとも一つの第1の特徴点を抽出する特徴点抽出部(21)と、第1の画像上の第1の特徴点を含むマッチング範囲に対応する、実空間上の第1の領域を、車両(10)と車両(10)の周囲の構造物の位置関係を規定する所定の条件に従って特定し、第1の領域を、車両(10)に対して第1の方向と異なる第2の方向を向くように取り付けられた第2の撮像部(2−1)により、第1の時刻と異なる第2の時刻において生成された第2の画像上に投影することで、マッチング範囲に対応する第2の画像上の範囲を特定する投影部(22)と、第2の画像上の所定の探索範囲内で、マッチング範囲に対応する第2の画像上の範囲の相対的な位置を変えながらマッチング範囲と第2の画像間でブロックマッチングを行うことで、マッチング範囲と最も類似する領域を特定し、その最も類似する領域内の所定点を第1の特徴点に対応する第2の特徴点とする対応付け部(23)とを有する。
本発明に係る位置合わせ装置は、上記の構成を有することにより、車両に搭載された複数のカメラのそれぞれにより生成された画像間で、実空間上の同じ点に対応する画像上の特徴点同士の対応付けの精度を向上できる。
According to the first aspect of the present invention, an alignment apparatus is provided as one aspect of the present invention. The alignment device according to the present invention includes at least a first image generated at a first time by a first imaging unit (2-2) attached to the vehicle (10) so as to face the first direction. A feature point extraction unit (21) that extracts one first feature point, and a first area in real space corresponding to a matching range including the first feature point on the first image, 10) and the vehicle (10) are specified in accordance with a predetermined condition that defines the positional relationship between the structures around the vehicle (10), and the first region is directed in a second direction different from the first direction with respect to the vehicle (10). By projecting onto the second image generated at the second time different from the first time by the second imaging unit (2-1) attached in this way, the second corresponding to the matching range A projection unit (22) for specifying a range on the image, and a predetermined search on the second image. Within the range, block matching is performed between the matching range and the second image while changing the relative position of the range on the second image corresponding to the matching range, thereby specifying the region most similar to the matching range. And an associating unit (23) that sets a predetermined point in the most similar region as a second feature point corresponding to the first feature point.
The alignment device according to the present invention has the above-described configuration, so that the feature points on the image corresponding to the same point in the real space between the images generated by each of the plurality of cameras mounted on the vehicle. The accuracy of matching can be improved.

また請求項2の記載によれば、所定の条件は、マッチング範囲に対応する第1の領域が車両(10)の直進方向と平行でかつ路面に垂直な面上、または路面上に有るとする条件であることが好ましい。
これにより、位置合わせ装置は、マッチング範囲に対応する第2の画像上の範囲を適切に決定できる。
According to the second aspect of the present invention, the predetermined condition is that the first region corresponding to the matching range is on a plane parallel to the straight traveling direction of the vehicle (10) and perpendicular to the road surface, or on the road surface. The conditions are preferable.
Thereby, the alignment apparatus can appropriately determine the range on the second image corresponding to the matching range.

あるいは、請求項3の記載によれば、所定の条件は、マッチング範囲に対応する第1の領域が、第1の時刻における車両(10)の位置と第2の時刻における車両(10)の位置間にける、車両(10)が走行する道路の何れかの位置での道路と平行でかつ路面に垂直な面上にあるとする条件であることが好ましい。
これにより、位置合わせ装置は、第1の時刻と第2の時刻の間で車両が道路に沿って曲線状に移動していても、マッチング範囲に対応する第2の画像上の範囲を適切に決定できる。
Alternatively, according to the third aspect, the predetermined condition is that the first region corresponding to the matching range is the position of the vehicle (10) at the first time and the position of the vehicle (10) at the second time. It is preferable that the conditions are such that the vehicle (10) is on a plane parallel to and perpendicular to the road at any position of the road on which the vehicle (10) travels.
As a result, the alignment apparatus appropriately sets the range on the second image corresponding to the matching range even if the vehicle moves in a curved line along the road between the first time and the second time. Can be determined.

さらに、請求項4の記載によれば、投影部(22)は、車両(10)に搭載された車両(10)の移動量または速度を検知するセンサから取得したセンサ情報に基づいて求められた、第1の時刻と第2の時刻間の車両(10)の移動量に基づいて、第1の撮像部を基準とする座標系における第1の領域の座標を第2の撮像部を基準とする第1の領域の座標に変換し、変換された第1の領域の座標を第2の画像上へ投影することで、マッチング範囲に対応する第2の画像上の範囲を特定することが好ましい。
これにより、位置合わせ装置は、二つの画像の生成時刻間で車両が移動していても、マッチング範囲に対応する第2の画像上の範囲を適切に特定できる。
According to the fourth aspect of the present invention, the projection unit (22) is obtained based on sensor information acquired from a sensor that detects a movement amount or speed of the vehicle (10) mounted on the vehicle (10). Based on the amount of movement of the vehicle (10) between the first time and the second time, the coordinates of the first region in the coordinate system with the first imaging unit as a reference are used as the reference for the second imaging unit. It is preferable to specify a range on the second image corresponding to the matching range by converting the coordinates of the first region to be converted and projecting the converted coordinates of the first region onto the second image. .
Thereby, even if the vehicle is moving between the production | generation times of two images, the alignment apparatus can specify the range on the 2nd image corresponding to a matching range appropriately.

さらに、請求項5の記載によれば、投影部(22)は、第2の撮像部(2−1)により互いに異なる時刻で生成された複数の画像のうち、その画像について求められたマッチング範囲に対応する範囲がその画像内に含まれる場合、その画像を第2の画像とすることが好ましい。
これにより、位置合わせ装置は、特徴点同士の対応付けを行う第2の画像を適切に決定できる。
Furthermore, according to the description of claim 5, the projection unit (22) includes the matching range obtained for the image among the plurality of images generated at different times by the second imaging unit (2-1). When the range corresponding to is included in the image, the image is preferably the second image.
Thereby, the alignment apparatus can appropriately determine the second image for associating the feature points.

さらに、請求項6の記載によれば、投影部(22)は、第2の撮像部(2−1)により互いに異なる時刻で生成された複数の画像のうち、その画像が生成された時刻と第1の時刻間の車両(10)の移動量が所定範囲となる画像を第2の画像とすることが好ましい。
これにより、位置合わせ装置は、特徴点同士の対応付けを行う第2の画像を、簡単な演算で適切に決定できる。
Furthermore, according to the description of claim 6, the projection unit (22) includes the time when the image is generated among the plurality of images generated at different times by the second imaging unit (2-1). It is preferable that an image in which the amount of movement of the vehicle (10) during the first time falls within a predetermined range is the second image.
Thereby, the alignment apparatus can appropriately determine the second image for associating the feature points with a simple calculation.

さらに、請求項7の記載によれば、位置合わせ装置は、第1の画像上で路面が写っている領域を検出する路面検出部をさらに有し、投影部(22)は、第1の特徴点が路面が写っている領域に含まれる場合、マッチング範囲に対応する第1の領域が路面上に有るとして特定することが好ましい。
これにより、位置合わせ装置は、マッチング範囲に対応する実空間上の領域をより適切に設定できる。
According to the seventh aspect of the present invention, the alignment apparatus further includes a road surface detection unit that detects an area in which the road surface is reflected on the first image, and the projection unit (22) has the first feature. When the point is included in the region where the road surface is reflected, it is preferable to specify that the first region corresponding to the matching range is on the road surface.
Thereby, the alignment apparatus can set the area | region on real space corresponding to a matching range more appropriately.

また請求項8の記載によれば、本発明の他の形態として、位置合わせ方法が提供される。係る位置合わせ方法は、車両(10)に対して第1の方向を向くように取り付けられた第1の撮像部(2−2)により第1の時刻において生成された第1の画像から、少なくとも一つの第1の特徴点を抽出するステップと、第1の画像上の第1の特徴点を含むマッチング範囲に対応する、実空間上の第1の領域を、車両(10)と車両(10)の周囲の構造物の位置関係を規定する所定の条件に従って特定し、第1の領域を、車両(10)に対して第1の方向と異なる第2の方向を向くように取り付けられた第2の撮像部(2−1)により、第1の時刻と異なる第2の時刻において生成された第2の画像上に投影することで、マッチング範囲に対応する第2の画像上の範囲を特定するステップと、第2の画像上の所定の探索範囲内で、マッチング範囲に対応する第2の画像上の範囲の相対的な位置を変えながらマッチング範囲と第2の画像間でブロックマッチングを行うことで、マッチング範囲と最も類似する領域を特定し、その最も類似する領域内の所定点を第1の特徴点に対応する第2の特徴点とするステップと、を含む。
本発明に係る位置合わせ方法は、上記のステップを有することにより、車両に搭載された複数のカメラのそれぞれにより生成された画像間で、実空間上の同じ点に対応する画像上の特徴点同士の対応付けの精度を向上できる。
Moreover, according to the description of Claim 8, the alignment method is provided as another form of this invention. Such an alignment method includes at least a first image generated at a first time by the first imaging unit (2-2) attached to the vehicle (10) so as to face the first direction. The step of extracting one first feature point, and the first region in the real space corresponding to the matching range including the first feature point on the first image are the vehicle (10) and the vehicle (10 ) Is specified according to a predetermined condition that defines the positional relationship of the surrounding structures, and the first region is attached to the vehicle (10) so as to face a second direction different from the first direction. The range on the second image corresponding to the matching range is specified by projecting onto the second image generated at the second time different from the first time by the second imaging unit (2-1) And a match within a predetermined search range on the second image The area most similar to the matching range is identified by performing block matching between the matching range and the second image while changing the relative position of the range on the second image corresponding to the matching range. And a step of setting a predetermined point in the area to be a second feature point corresponding to the first feature point.
The alignment method according to the present invention includes the above-described steps, so that the feature points on the image corresponding to the same point in the real space between the images generated by each of the plurality of cameras mounted on the vehicle. The accuracy of matching can be improved.

また請求項8の記載によれば、本発明の他の形態として、位置合わせ用コンピュータプログラムが提供される。係る位置合わせ用コンピュータプログラムは、車両(10)に対して第1の方向を向くように取り付けられた第1の撮像部(2−2)により第1の時刻において生成された第1の画像から、少なくとも一つの第1の特徴点を抽出するステップと、第1の画像上の第1の特徴点を含むマッチング範囲に対応する、実空間上の第1の領域を、車両(10)と車両(10)の周囲の構造物の位置関係を規定する所定の条件に従って特定し、第1の領域を、車両(10)に対して第1の方向と異なる第2の方向を向くように取り付けられた第2の撮像部(2−1)により、第1の時刻と異なる第2の時刻において生成された第2の画像上に投影することで、マッチング範囲に対応する第2の画像上の範囲を特定するステップと、第2の画像上の所定の探索範囲内で、マッチング範囲に対応する第2の画像上の範囲の相対的な位置を変えながらマッチング範囲と第2の画像間でブロックマッチングを行うことで、マッチング範囲と最も類似する領域を特定し、その最も類似する領域内の所定点を第1の特徴点に対応する第2の特徴点とするステップと、をコンピュータに実行させるための命令を含む。
本発明に係る位置合わせ用コンピュータプログラムは、上記の命令を有することにより、車両に搭載された複数のカメラのそれぞれにより生成された画像間で、実空間上の同じ点に対応する画像上の特徴点同士の対応付けの精度を向上できる。
According to the eighth aspect of the present invention, an alignment computer program is provided as another embodiment of the present invention. The computer program for alignment is based on the first image generated at the first time by the first imaging unit (2-2) attached so as to face the vehicle (10) in the first direction. A step of extracting at least one first feature point, and a first region in the real space corresponding to the matching range including the first feature point on the first image, the vehicle (10) and the vehicle The first region is attached to the vehicle (10) so as to face a second direction different from the first direction, according to a predetermined condition that defines the positional relationship of the surrounding structures of (10). A range on the second image corresponding to the matching range is projected by the second imaging unit (2-1) onto the second image generated at a second time different from the first time. Identifying a predetermined number on the second image Within the search range, block matching is performed between the matching range and the second image while changing the relative position of the range on the second image corresponding to the matching range, and the region most similar to the matching range is identified. And a step of setting a predetermined point in the most similar area as a second feature point corresponding to the first feature point, and a command for causing the computer to execute.
The computer program for alignment according to the present invention has the above-described instructions, so that the feature on the image corresponding to the same point in the real space between the images generated by each of the plurality of cameras mounted on the vehicle. The accuracy of the correspondence between points can be improved.

上記各部に付した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   The reference numerals in parentheses attached to the above-described parts are examples that show the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

本発明の一つの実施形態に係る位置合わせ装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the alignment apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一つの実施形態に係る位置合わせ装置の制御部の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the control part of the alignment apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 二つのカメラのそれぞれについてのカメラ座標系と車両座標系の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the camera coordinate system about each of two cameras, and a vehicle coordinate system. Manhattan-World仮説に基づく、実空間上の点と車両の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship between the point in real space, and a vehicle based on the Manhattan-World hypothesis. 位置合わせ処理の動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart of a position alignment process. 変形例における、パッチに対応する実空間上の領域の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the area | region on the real space corresponding to a patch in a modification.

以下、図を参照しつつ、一つの実施形態による、位置合わせ装置について説明する。
この位置合わせ装置は、車両に搭載され、異なる方向に向けられた二つのカメラのそれぞれにより、互いに異なるタイミングで生成された二つの画像間で、実空間上の同一の点に対応する画像上の特徴点同士を対応付ける。その際、この位置合わせ装置は、一方のカメラにより生成された画像上の特徴点の周囲に設定される、ブロックマッチング用の領域であるパッチに対応する実空間上の領域を、Manhattan-World仮説に基づいて設定し、その実空間上の領域を他方のカメラにより生成された画像上に投影して他方の画像上でのブロックマッチングの対象領域を特定することで、特徴点の対応付けの精度を向上するとともに、演算量の削減を図る。
Hereinafter, an alignment apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
This alignment apparatus is mounted on a vehicle and is displayed on an image corresponding to the same point in real space between two images generated at different timings by two cameras directed in different directions. Match feature points to each other. At this time, this alignment device uses the Manhattan-World hypothesis to determine the real space area corresponding to the patch, which is the area for block matching, set around the feature points on the image generated by one camera. By setting the area in the real space and projecting the area in the real space onto the image generated by the other camera and specifying the target area for block matching on the other image, the accuracy of the feature point correspondence can be improved. Improve and reduce the amount of calculation.

図1は、一つの実施形態による位置合わせ装置の概略構成図である。図1に示すように、位置合わせ装置1は、車両10に搭載され、カメラ2−1及び2−2、慣性計測装置(IMU)3、車輪速センサ4、及び電子制御ユニット(ECU)5と、コントロールエリアネットワーク(以下、CANという)6を介して互いに接続されている。なお、図1では、説明の都合のため、位置合わせ装置1など、車両10に搭載されている各構成要素及び車両10の形状、サイズ及び配置は、実際のものとは異なっている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an alignment apparatus according to one embodiment. As shown in FIG. 1, the alignment device 1 is mounted on a vehicle 10 and includes cameras 2-1 and 2-2, an inertial measurement device (IMU) 3, a wheel speed sensor 4, and an electronic control unit (ECU) 5. Are connected to each other via a control area network (hereinafter referred to as CAN) 6. In FIG. 1, for convenience of explanation, each component mounted on the vehicle 10 such as the alignment device 1 and the shape, size, and arrangement of the vehicle 10 are different from the actual ones.

カメラ2−1、2−2は、それぞれ、撮像部の一例である。本実施形態では、カメラ2−1、2−2は、それぞれ、CCDあるいはC-MOSなど、可視光に感度を有する光電変換素子のアレイで構成された2次元検出器と、その2次元検出器上に撮影対象となる領域の像を結像する結像光学系を有する。そしてカメラ2−1は、結像光学系の光軸が地面に対して略平行となり、かつ車両10の前方を向くように、例えば、車両10の車室内に取り付けられる。そしてカメラ2−1は、所定の撮影周期(例えば1/30秒)ごとに車両10の前方領域を撮影し、その前方領域が写った画像を生成する。一方、カメラ2−2は、結像光学系の光軸が地面に対して略平行となり、かつ車両10の後方を向くように、車両10の後端部に取り付けられる。そしてカメラ2−2は、所定の撮影周期ごとに車両10の後方領域を撮影し、その後方領域が写った画像を生成する。カメラ2−1、2−2により得られた画像は、カラー画像であってもよく、あるいは、グレー画像であってもよい。   Each of the cameras 2-1 and 2-2 is an example of an imaging unit. In the present embodiment, each of the cameras 2-1 and 2-2 includes a two-dimensional detector composed of an array of photoelectric conversion elements having sensitivity to visible light, such as CCD or C-MOS, and the two-dimensional detector. An imaging optical system that forms an image of a region to be photographed on is provided. The camera 2-1 is attached to, for example, the vehicle interior of the vehicle 10 so that the optical axis of the imaging optical system is substantially parallel to the ground and faces the front of the vehicle 10. Then, the camera 2-1 captures a front area of the vehicle 10 at a predetermined shooting period (for example, 1/30 second), and generates an image in which the front area is captured. On the other hand, the camera 2-2 is attached to the rear end of the vehicle 10 so that the optical axis of the imaging optical system is substantially parallel to the ground and faces the rear of the vehicle 10. And the camera 2-2 image | photographs the back area | region of the vehicle 10 for every predetermined | prescribed imaging | photography period, and produces | generates the image which the back area | region was reflected. The images obtained by the cameras 2-1 and 2-2 may be color images or gray images.

カメラ2−1、2−2は、それぞれ、画像を生成する度に、その生成した画像を位置合わせ装置1へ出力する。   Each time the cameras 2-1 and 2-2 generate an image, they output the generated image to the alignment apparatus 1.

位置合わせ装置1は、記憶部11と、通信部12と、制御部13とを有する。
記憶部11は、例えば、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ及び揮発性メモリなどの半導体メモリを有する。そして記憶部11は、位置合わせ装置1を制御するための各種プログラム、及び、位置合わせ処理で利用される各種の情報、カメラ2−1またはカメラ2−2により生成された画像、及び制御部13による一時的な演算結果などを記憶する。
The alignment apparatus 1 includes a storage unit 11, a communication unit 12, and a control unit 13.
The storage unit 11 includes, for example, a semiconductor memory such as an electrically rewritable nonvolatile memory and a volatile memory. The storage unit 11 includes various programs for controlling the alignment apparatus 1, various types of information used in the alignment process, images generated by the camera 2-1 or the camera 2-2, and the control unit 13. Stores temporary calculation results by.

通信部12は、カメラ2−1、2−2、IMU3、車輪速センサ4、及びECU5などとCAN6を通じて通信する通信インターフェース及びその制御回路を有する。そして通信部12は、カメラ2−1、2-2から画像を受け取り、その画像を制御部13へ渡す。また通信部12は、位置合わせ処理を実行する周期ごとに、IMU3から、車両10の速度及び移動量などを表すオドメトリ情報を取得したり、あるいは、車輪速センサ4から車輪速を取得して、制御部13へ渡す。   The communication unit 12 includes a communication interface that communicates with the cameras 2-1, 2-2, the IMU 3, the wheel speed sensor 4, the ECU 5, and the like through the CAN 6 and its control circuit. The communication unit 12 receives images from the cameras 2-1 and 2-2 and passes the images to the control unit 13. In addition, the communication unit 12 acquires odometry information representing the speed and movement amount of the vehicle 10 from the IMU 3 or acquires the wheel speed from the wheel speed sensor 4 for each period of executing the alignment process. It passes to the control unit 13.

制御部13は、1個もしくは複数個の図示してないプロセッサ及びその周辺回路を有する。そして制御部13は、位置合わせ装置1全体を制御する。
図2に、制御部13の機能ブロック図を示す。図2に示すように、制御部13は、特徴点抽出部21と、投影部22と、対応付け部23とを有する。制御部13が有するこれらの各部は、例えば、制御部13が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される機能モジュールとして実装される。
The control unit 13 includes one or a plurality of processors (not shown) and their peripheral circuits. And the control part 13 controls the alignment apparatus 1 whole.
FIG. 2 shows a functional block diagram of the control unit 13. As illustrated in FIG. 2, the control unit 13 includes a feature point extraction unit 21, a projection unit 22, and an association unit 23. Each of these units included in the control unit 13 is implemented as, for example, a functional module realized by a computer program executed on a processor included in the control unit 13.

本実施形態では、制御部13は、ある時刻n(ここでは、フレーム間隔を単位とする時刻を表す。秒、分などを単位とする時刻については、実時刻と呼ぶ)において車両10の後方を撮影するカメラ2−2により生成された画像上の特徴点を、その時刻よりもkフレーム前の時刻(n-k)において車両10の前方を撮影するカメラ2−1により生成された画像上の特徴点と対応付ける。これは、車両10が前進している場合、車両10の後方を撮影するカメラ2−2により時刻nで撮影された範囲は、それより前の時刻(n-k)にて車両10の前方を撮影するカメラ2−1により撮影された範囲と重なる部分があると想定されるためである。
なお、以下では、説明の便宜上、カメラ2-1により生成された画像を前方画像と呼び、カメラ2−2により生成された画像を後方画像と呼ぶ。
In the present embodiment, the control unit 13 displays the rear of the vehicle 10 at a certain time n (here, the time is expressed in units of frame intervals, and the time in units of seconds, minutes, etc. is referred to as real time). The feature points on the image generated by the camera 2-2 to be captured are the feature points on the image generated by the camera 2-1 that captures the front of the vehicle 10 at the time (nk) k frames before the time. Correlate with. This is because, when the vehicle 10 is moving forward, the range photographed at the time n by the camera 2-2 for photographing the rear of the vehicle 10 is to photograph the front of the vehicle 10 at a time (nk) before that. This is because it is assumed that there is a portion that overlaps the range photographed by the camera 2-1.
Hereinafter, for convenience of explanation, an image generated by the camera 2-1 is referred to as a front image, and an image generated by the camera 2-2 is referred to as a rear image.

特徴点抽出部21は、カメラ2−2から制御部13が後方画像を受け取る度に、その後方画像から、カメラ2−2の撮影領域内にある、路面、あるいは構造物などの特徴点を抽出する。そのために、特徴点抽出部21は、例えば、コーナー検出アルゴリズムなどを用いて後方画像上のエッジのコーナーを特徴点として検出する。特徴点抽出部21は、コーナー検出アルゴリズムとして、例えば、J.Shi他、"Good Features to Track"、 IEEE CVPR、 1994年、pp.593-600に開示されたアルゴリズムを利用できる。あるいは、特徴点抽出部21は、特徴点として、画像からSIFT(Scale Invariant Feature Transform)特徴点を抽出してもよい。SIFT特徴点及びその抽出手法の詳細については、例えば、David G.Lowe、 "Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints"、 Journal of Computer Vision、 2004年、vol.60、 No.2、 pp.91-110に開示されている。
特徴点抽出部21は、後方画像ごとに、その後方画像の取得時刻とその後方画像から抽出した特徴点の後方画像上の座標を投影部22へ渡す。
Each time the control unit 13 receives a rear image from the camera 2-2, the feature point extracting unit 21 extracts a feature point such as a road surface or a structure in the shooting area of the camera 2-2 from the rear image. To do. For this purpose, the feature point extraction unit 21 detects a corner of an edge on the rear image as a feature point using, for example, a corner detection algorithm. The feature point extraction unit 21 can use, for example, an algorithm disclosed in J. Shi et al., “Good Features to Track”, IEEE CVPR, 1994, pp.593-600 as a corner detection algorithm. Alternatively, the feature point extraction unit 21 may extract a SIFT (Scale Invariant Feature Transform) feature point from the image as the feature point. For details of SIFT feature points and extraction methods, see, for example, David G. Lowe, "Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints", Journal of Computer Vision, 2004, vol.60, No.2, pp.91- 110.
For each rear image, the feature point extraction unit 21 passes the acquisition time of the rear image and the coordinates of the feature point extracted from the rear image to the projection unit 22.

同様に、特徴点抽出部21は、カメラ2−1から制御部13が前方画像を受け取る度に、その前方画像から特徴点を抽出する。そして特徴点抽出部21は、抽出した特徴点の座標を、前方画像の取得時刻とともに記憶部11に記憶する。   Similarly, whenever the control unit 13 receives a front image from the camera 2-1, the feature point extraction unit 21 extracts a feature point from the front image. Then, the feature point extraction unit 21 stores the coordinates of the extracted feature points in the storage unit 11 together with the acquisition time of the front image.

投影部22は、後方画像上の特徴点ごとに、その特徴点を中心とするブロックマッチング用のパッチを設定し、実空間上でそのパッチに相当する領域を特定する。そして投影部22は、実空間上でのパッチの対応領域を、後方画像よりもkフレーム前に取得された前方画像上に投影する。
この投影処理には、画像上の座標と、実空間上での座標間の変換が必要となる。そこで先ず、その変換に利用される座標系について説明する。
For each feature point on the rear image, the projection unit 22 sets a block matching patch centered on the feature point, and specifies an area corresponding to the patch in real space. Then, the projection unit 22 projects the corresponding area of the patch in the real space on the front image acquired k frames before the rear image.
This projection processing requires conversion between coordinates on the image and coordinates in the real space. First, a coordinate system used for the conversion will be described.

図3は、二つのカメラのそれぞれについてのカメラ座標系と車両座標系の関係を示す図である。カメラ2-1を基準とする実空間の座標系であるカメラ座標系(以下、便宜上、前方カメラ座標系と呼ぶ)C1は、カメラ2−1の像側焦点を原点とし、車両10の直進方向をz軸、路面と平行かつz軸と直交する方向をx軸、路面に垂直な方向をy軸とする座標系である。そしてz軸について、車両10の前方へ向かう方向を正とし、x軸の正方向は右手座標系により規定される。また、カメラ2-2を基準とする実空間の座標系であるカメラ座標系(以下、便宜上、後方カメラ座標系と呼ぶ)C2は、カメラ2−2の像側焦点を原点とし、車両10の直進方向をz軸、路面と平行かつz軸と直交する方向をx軸、路面に垂直な方向をy軸とする座標系である。そしてz軸について、車両10の後方へ向かう方向を正とし、x軸の正方向は右手座標系により規定される。   FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the camera coordinate system and the vehicle coordinate system for each of the two cameras. A camera coordinate system (hereinafter referred to as a forward camera coordinate system for convenience) C1, which is a coordinate system in the real space with the camera 2-1 as a reference, uses the image-side focal point of the camera 2-1 as an origin, and a straight traveling direction of the vehicle 10 Is a coordinate system with the z axis, the direction parallel to the road surface and perpendicular to the z axis as the x axis, and the direction perpendicular to the road surface as the y axis. With respect to the z axis, the forward direction of the vehicle 10 is positive, and the positive direction of the x axis is defined by the right-handed coordinate system. Further, a camera coordinate system (hereinafter referred to as a rear camera coordinate system for convenience) C2 which is a coordinate system in the real space with the camera 2-2 as a reference has an image side focal point of the camera 2-2 as an origin, and the vehicle 10 This is a coordinate system in which the straight direction is the z axis, the direction parallel to the road surface and perpendicular to the z axis is the x axis, and the direction perpendicular to the road surface is the y axis. For the z axis, the direction toward the rear of the vehicle 10 is positive, and the positive direction of the x axis is defined by the right-handed coordinate system.

また、車両10を基準とする実空間の座標系である車両座標系Vは、車両10の任意の点、例えば、前側の車輪間の中点、後ろ側の車輪間の中点、あるいは前側の車輪間の中点と後ろ側の車輪間の中点との中点を原点とし、車両10の直進方向をz軸、路面と平行かつz軸と直交する方向をx軸、路面に垂直な方向をy軸とする座標系である。そしてz軸について、車両10の前方へ向かう方向を正とし、x軸の正方向は右手座標系により規定される。また、これらの座標系において、xz平面における、z軸とのなす角はθで表される。   The vehicle coordinate system V, which is a coordinate system in the real space with respect to the vehicle 10, is an arbitrary point of the vehicle 10, for example, a midpoint between front wheels, a midpoint between rear wheels, or a front side The midpoint between the midpoint between the wheels and the midpoint between the rear wheels is the origin, and the straight direction of the vehicle 10 is the z axis, the direction parallel to the road surface and perpendicular to the z axis is the x axis, and the direction perpendicular to the road surface Is the coordinate system with y-axis. With respect to the z axis, the forward direction of the vehicle 10 is positive, and the positive direction of the x axis is defined by the right-handed coordinate system. In these coordinate systems, the angle formed with the z axis in the xz plane is represented by θ.

本実施形態では、ブロックマッチングを行うマッチング範囲であるパッチはupは、例えば、次式のように定義される。

Figure 2016148956
ここで、(u,v)は、後方画像上での特徴点の座標を表し、α、βは、それぞれ、後方画像上でのパッチupの水平方向及び垂直方向の範囲を表す。例えば、α=[-20,20](pixel)、β=[-20,20](pixel)である。 In this embodiment, the patch is u p a matching range for performing block matching, for example, is defined as follows:.
Figure 2016148956
Here, (u, v) represents the coordinates of the feature points on the rearward image, alpha, beta respectively represent the horizontal and vertical extent of the patch u p on the rearward image. For example, α = [-20,20] (pixel) and β = [-20,20] (pixel).

また、投影部22は、後方画像上の特徴点に基づいて設定されるパッチupから、車両10と車両10の周囲の構造物の位置関係を規定する所定の条件に従って実空間上での対応領域を特定する。そして投影部22は、その対応領域について、後方カメラ座標系→時刻nにおける車両座標系→実空間の絶対座標である世界座標系→時刻(n-k)における車両座標系→前方カメラ座標系→前方画像上の順に投影する。
そこで先ず、パッチupに対応する実空間上での領域についてのカメラ座標系での座標の導出について説明する。
The projection 22 from the patch u p to be set based on the feature point on the rearward image, corresponding in the real space in accordance with a predetermined condition which defines the positional relationship of the structure in the vicinity of the vehicle 10 and the vehicle 10 Identify the area. Then, the projection unit 22 for the corresponding region, the rear camera coordinate system → the vehicle coordinate system at time n → the world coordinate system that is the absolute coordinate in real space → the vehicle coordinate system at time (nk) → the front camera coordinate system → the front image Project in the order above.
Thus is described first coordinates are derived in the camera coordinate system for the area in the real space corresponding to the patch u p.

後方画像あるいは前方画像上の座標(2次元座標)をカメラ座標系の座標(3次元座標)に変換する際、本実施形態では、ピンホールカメラモデルが適用される。この場合、後方画像上でのパッチup内の各画素の座標は、次式に従って正規化座標系上の座標Unに変換される。

Figure 2016148956
ここで、(cu,cv)は後方画像の中心の座標、すなわち、カメラ2−2の光軸上の位置に相当する後方画像上の位置の座標を表す。またfu、fvは、それぞれ、後方画像上の画素の水平方向及び垂直方向のサイズを考慮した、水平方向及び垂直方向に相当するカメラ2−2の焦点距離を表す。そして(un、vn)は、特徴点(u,v)に対応する正規化座標であり、Un=(unn,vnn)は、正規化座標系でのパッチup内の各画素の座標である。そして(x,y,z)は、それぞれ、特徴点(u,v)に対応するカメラ座標系上の点の座標である。 In converting the coordinates on the rear image or the front image (two-dimensional coordinates) to the coordinates (three-dimensional coordinates) of the camera coordinate system, a pinhole camera model is applied in the present embodiment. In this case, the coordinates of each pixel in the patch u p on the rearward image, is converted into the coordinate U n on the normalized coordinate system in accordance with the following equation.
Figure 2016148956
Here, (c u , c v ) represents the coordinates of the center of the rear image, that is, the coordinates of the position on the rear image corresponding to the position on the optical axis of the camera 2-2. Further, f u and f v represent the focal lengths of the camera 2-2 corresponding to the horizontal direction and the vertical direction, respectively, in consideration of the size in the horizontal direction and the vertical direction of pixels on the rear image. And (u n , v n ) are normalized coordinates corresponding to the feature point (u, v), and U n = (u n + α n , v n + β n ) is in the normalized coordinate system the coordinates of each pixel in the patch u p. (X, y, z) are the coordinates of points on the camera coordinate system corresponding to the feature points (u, v), respectively.

本実施形態では、車両10と車両10の周囲の構造物の位置関係を規定する所定の条件として、Manhattan-World仮説を導入する。そしてManhattan-World仮説に基づいて、各特徴点についてのパッチに対応する実空間上の領域を特定する。Manhattan-World仮説では、特徴点に対応する実空間上の点は、以下の3種類の何れかに位置する。
(1)車両10の直進方向と平行な建物の側壁上の点
(2)車両10の直進方向と直交する建物の側壁上の点
(3)路面上の点
また、特徴点に対応する実空間上の点の周囲は平面になっていると仮定される。
In the present embodiment, the Manhattan-World hypothesis is introduced as a predetermined condition that defines the positional relationship between the vehicle 10 and the structures around the vehicle 10. Based on the Manhattan-World hypothesis, the real space region corresponding to the patch for each feature point is specified. In the Manhattan-World hypothesis, points in the real space corresponding to feature points are located in one of the following three types.
(1) A point on the side wall of the building parallel to the straight direction of the vehicle 10 (2) A point on the side wall of the building orthogonal to the straight direction of the vehicle 10 (3) A point on the road surface or a real space corresponding to a feature point It is assumed that the area around the top point is a plane.

図4は、本実施形態による、Manhattan-World仮説に基づく、実空間上の点と車両の位置関係を示す図である。本実施形態では、カメラ2−1は車両10の前方を向いており、一方、カメラ2−2は、車両10の後方を向いているので、上記の(2)に相当する点については、両方のカメラから見えることはなく、一方の画像上の特徴点が他方の画像上の特徴点と対応付けられることはない。したがって、(1)に相当する、車両10の直進方向と平行な側壁上の点401に対応する特徴点、あるいは、(3)に相当する、路面上の点402に対応する特徴点が、前方画像と後方画像の間で対応付けられる。   FIG. 4 is a diagram showing a positional relationship between a point on the real space and the vehicle based on the Manhattan-World hypothesis according to the present embodiment. In the present embodiment, since the camera 2-1 faces the front of the vehicle 10, while the camera 2-2 faces the rear of the vehicle 10, both of the points corresponding to the above (2) are both The feature point on one image is not associated with the feature point on the other image. Therefore, the feature point corresponding to the point 401 on the side wall parallel to the straight traveling direction of the vehicle 10 corresponding to (1) or the feature point corresponding to the point 402 on the road surface corresponding to (3) is Corresponding between the image and the back image.

点401にように、特徴点に対応する実空間上の点が車両10の直進方向と平行な建物400の側壁にある場合、その特徴点のパッチに対応する実空間上の領域に含まれる各点について、カメラ座標系ではx=dとなる。なお、dは、車両10と特徴点に対応する実空間上での点までの距離である。したがって、上記の(1)の条件が仮定される場合、パッチupに対応する実空間上の領域内の各点についてのカメラ座標系での座標Ppは次式で表される。

Figure 2016148956
When a point on the real space corresponding to the feature point is located on the side wall of the building 400 parallel to the straight traveling direction of the vehicle 10 like the point 401, each point included in the real space region corresponding to the patch of the feature point For the point, x = d in the camera coordinate system. In addition, d is the distance to the point in the real space corresponding to the vehicle 10 and the feature point. Therefore, if the above condition (1) is assumed, the coordinates P p in the camera coordinate system for each point in the area in the real space corresponding to the patch u p is expressed by the following equation.
Figure 2016148956

一方、点402にように、特徴点に対応する実空間上の点が路面上にある場合、その特徴点のパッチに対応する実空間上の領域に含まれる各点について、カメラ座標系ではy=hとなる。なお、hは路面からカメラ2−2までの高さであり、予め記憶部11に記憶される。したがって、上記の(3)の条件が仮定される場合、パッチupに対応する実空間上の領域内の各点についてのカメラ座標系での座標Ppは次式で表される。

Figure 2016148956
On the other hand, when a point in the real space corresponding to the feature point is on the road surface, such as the point 402, each point included in the real space region corresponding to the patch of the feature point is y in the camera coordinate system. = h. Note that h is the height from the road surface to the camera 2-2 and is stored in the storage unit 11 in advance. Therefore, if the above condition (3) is assumed, the coordinates P p in the camera coordinate system for each point in the area in the real space corresponding to the patch u p is expressed by the following equation.
Figure 2016148956

投影部22は、(2)式と(3)式、または(2)式と(4)式にしたがって、後方画像上の各特徴点についてのパッチupに対応する実空間上の領域内の各点のカメラ座標系上の座標Ppを求める。なお、dについては、任意の所定区間、例えば、[1,20](m)の区間で、1m単位で変化させる。すなわち、各特徴点について、dの値ごとに(2)式と(3)式に基づいて求められる20個の領域の座標Ppと、(2)式と(4)式に基づいて求められる1個の領域の座標Ppが求められる。 Projection 22 (2) in accordance with equation (3), or (2) and (4), the area in the real space corresponding to the patch u p for each feature point on the rearward image of A coordinate P p on the camera coordinate system of each point is obtained. Note that d is changed in units of 1 m in an arbitrary predetermined section, for example, a section of [1,20] (m). That is, for each feature point, it is obtained based on the coordinates P p of 20 regions obtained based on the expressions (2) and (3) for each value of d, and the expressions (2) and (4). The coordinates P p of one area are obtained.

なお、投影部22は、バンドル調整によりdの区間を上記の所定区間よりも狭く設定してもよい。この場合には、投影部22は、例えば、特徴点に対応する、実空間上の点を、カメラ2−2により異なる時間での撮影により得られた二つの後方画像間で特徴点の対応付けを行うことで特定する。そして投影部22は、その二つの後方画像の生成時に対応する二つの車両の位置を利用した三角測量によって車両10からその特徴点に対応する実空間上の点までの距離を測定し、その測定された距離を含むようにdの区間を設定すればよい。   Note that the projection unit 22 may set the section d to be narrower than the predetermined section by bundle adjustment. In this case, for example, the projection unit 22 associates a feature point between two rear images obtained by photographing a point in the real space corresponding to the feature point at different times with the camera 2-2. To identify. Then, the projection unit 22 measures the distance from the vehicle 10 to a point on the real space corresponding to the feature point by triangulation using the positions of the two vehicles corresponding to the generation of the two rear images, and the measurement. The interval d may be set so as to include the determined distance.

投影部22は、後方画像上の各特徴点のパッチについて、そのパッチに対応する実空間上の領域のそれぞれを前方画像上に投影するwarping関数は、次式で表される。

Figure 2016148956
ここで、un'は、座標Ppに対応する、前方画像上の領域の座標である。また関数πvc1()は、車両座標系からカメラ2-1のカメラ座標系への変換関数であり、関数πvc2()は、車両座標系からカメラ2-2のカメラ座標系への変換関数である。なお、これらの逆関数は、それぞれ、対応するカメラ座標系から車両座標系への変換関数となる。なお、車両座標系とカメラ座標系間の変換は、それぞれの座標系の原点の差に相当する並進行列と、車両10の直進方向とカメラの光軸間の傾きに相当する回転行列により表される。 For the patch of each feature point on the rear image, the projection unit 22 projects a warping function for projecting each of the areas on the real space corresponding to the patch onto the front image.
Figure 2016148956
Here, u n ′ is a coordinate of a region on the front image corresponding to the coordinate P p . The function π vc1 () is a conversion function from the vehicle coordinate system to the camera coordinate system of the camera 2-1, and the function π vc2 () is a conversion function from the vehicle coordinate system to the camera coordinate system of the camera 2-2. It is. Each of these inverse functions is a conversion function from the corresponding camera coordinate system to the vehicle coordinate system. Note that the conversion between the vehicle coordinate system and the camera coordinate system is represented by a parallel progression corresponding to the difference between the origins of the respective coordinate systems and a rotation matrix corresponding to the rectilinear direction of the vehicle 10 and the inclination between the optical axes of the cameras. The

また、関数πci()は、カメラ座標系から画像上の座標への変換関数であり、(2)式のカメラ座標(x,y,z)から画像上の座標(un,vn)への変換に相当する。 The function π ci () is a conversion function from the camera coordinate system to the coordinates on the image, and the coordinates (u n , v n ) on the image from the camera coordinates (x, y, z) in equation (2). Equivalent to conversion to

また、関数πn wv()は、時刻nにおける世界座標系から車両座標系への変換関数である。一方、その逆関数πn wv -1()は、時刻nにおける車両座標系から世界座標系への変換関数である。 The function π n wv () is a conversion function from the world coordinate system to the vehicle coordinate system at time n. On the other hand, the inverse function π n wv −1 () is a conversion function from the vehicle coordinate system to the world coordinate system at time n.

以下に、関数πn wv()の詳細について説明する。Xn=t(xn,znn)を、世界座標系での時刻nにおける車両10の位置及び向きを表す位置ベクトルとする。この場合、Xnは、時刻(n-k)における車両10の位置Xn-k=t(xn-k,zn-kn-k)との間に、次式で表される関係が成立する。

Figure 2016148956
ここで、unは、オドメトリ情報であり、vn,right、vn,leftは、それぞれ、時刻nにおける車両10の右側後輪の車輪速、及び左側後輪の車輪速を表す。そしてωn、vnは、それぞれ、時刻nにおける車両10の角速度及び速度を表す。またdaは、車両10の左右の後輪間の間隔である。さらに、Δtは、時刻(n-k)と時刻n間の実時刻の差であり、Δt=k×fで表される。なお、fは、カメラ2−1、2−2のフレーム周期(撮影間隔)である。またεxは、移動量の誤差を確率分布で表す誤差モデルである。本実施形態では、誤差モデルεxは、ガウス分布で表されるものとし、その共分散Σxは、x軸方向、z軸方向及びθに関して、以下のように定義される。
Figure 2016148956
ここで、σx、σz及びσθは、例えば、オドメトリ情報あるいは車輪速の誤差に基づいて設定され、例えば、σxz=0.1[m]であり、σθ=2π/360[rad]である。 Details of the function π n wv () will be described below. Let X n = t (x n , z n , θ n ) be a position vector representing the position and orientation of the vehicle 10 at time n in the world coordinate system. In this case, X n is the time (nk) of the vehicle 10 at the position X nk = t (x nk, z nk, θ nk) between the relationship is established as represented by the following formula.
Figure 2016148956
Here, u n is odometry information, and v n, right and v n, left represent the wheel speed of the right rear wheel and the left rear wheel of the vehicle 10 at time n, respectively. Ω n and v n represent the angular velocity and speed of the vehicle 10 at time n, respectively. D a is the distance between the left and right rear wheels of the vehicle 10. Furthermore, Δt is the difference in real time between time (nk) and time n, and is represented by Δt = k × f. Note that f is the frame period (photographing interval) of the cameras 2-1 and 2-2. Further, ε x is an error model that expresses an error in the movement amount by a probability distribution. In the present embodiment, the error model ε x is represented by a Gaussian distribution, and the covariance Σ x is defined as follows with respect to the x-axis direction, the z-axis direction, and θ.
Figure 2016148956
Here, σ x , σ z, and σ θ are set based on, for example, odometry information or wheel speed error. For example, σ x = σ z = 0.1 [m], and σ θ = 2π / 360 [ rad].

時刻nにおける、世界座標系から車両座標系への変換を表す回転行列Rt及び並進行列Ttは、時刻nにおける車両10の位置ベクトルXnを用いて次式で表される。

Figure 2016148956
したがって、関数πn wv()は、次式で表される。
Figure 2016148956
ここで、Pwは、世界座標系での着目点の座標を表し、Pvは、Pwに対応する点の車両座標系での座標を表す。なお、(5)式における、πn-k wv()では、xn=xn-k、zn=zn-k、θnn-kとすればよい。 The rotation matrix R t and the parallel progression T t representing the transformation from the world coordinate system to the vehicle coordinate system at time n are expressed by the following equations using the position vector X n of the vehicle 10 at time n.
Figure 2016148956
Therefore, the function π n wv () is expressed by the following equation.
Figure 2016148956
Here, P w represents the coordinates of the point of interest in the world coordinate system, and P v represents the coordinates of the point corresponding to P w in the vehicle coordinate system. In π nk wv () in equation (5), x n = x nk , z n = z nk , θ n = θ nk may be set.

上記のように、パッチupに対応する、実空間上の領域を前方画像上へ投影することで、パッチup内の各画素に対応する前方画像上の位置、すなわち、パッチupを前方画像上に投影した領域が求められる。
投影部22は、後方画像上の各特徴点についてのパッチup内の各画素に対応する、kフレーム前の前方画像上での画素の座標を対応付け部23へ出力する。
As described above, corresponding to the patch u p, a region in the real space by projecting into the forward image, the position of the forward image corresponding to each pixel in the patch u p, i.e., front patch u p An area projected on the image is obtained.
Projection unit 22, corresponding to each pixel in the patch u p for each feature point on the rearward image, and outputs the pixel coordinates to the associated portion 23 of the on k frames before the front image.

対応付け部23は、後方画像上の各特徴点についてのパッチupに対応する、kフレーム前の前方画像上での領域と、前方画像との間でブロックマッチングを行って互いに類似する領域を特定することで、後方画像上の各特徴点に前方画像上の特徴点を対応付ける。 Associating unit 23 corresponds to the patch u p for each feature point on the rearward image, and the region on the k frames before the front image, the area to be similar to each other by performing block matching between the front image By specifying, a feature point on the front image is associated with each feature point on the rear image.

本実施形態では、対応付け部23は、後方画像上の各特徴点について、対応する前方画像上の特徴点の探索を行う探索範囲を誤差モデルに基づく誤差楕円として設定する。その際、誤差楕円は、次式により算出される共分散行列ΣFにより定められる。

Figure 2016148956
なお、wは、(5)式の右辺を表す。 In the present embodiment, the associating unit 23 sets, for each feature point on the rear image, a search range for searching for a feature point on the corresponding front image as an error ellipse based on the error model. At that time, the error ellipse is determined by a covariance matrix Σ F calculated by the following equation.
Figure 2016148956
Note that w represents the right side of equation (5).

対応付け部23は、共分散行列ΣFの固有値λ1、λ2と、固有ベクトルv1、v2を算出する。ただし、大きい方の固有値をλ1とする。このとき、誤差楕円の長径a及び短径bは、次式で表される。

Figure 2016148956
ここで、χ2は、χ二乗分布であり、誤差楕円の信用区間を表す。また、前方画像上の水平方向に対して誤差楕円の長径がなす角θεは、次式で表される。
Figure 2016148956
Associating unit 23 calculates eigenvalues lambda 1 of the covariance matrix sigma F, and lambda 2, the eigenvector v 1, v 2. However, the larger eigenvalue is λ 1 . At this time, the major axis a and minor axis b of the error ellipse are expressed by the following equations.
Figure 2016148956
Here, χ 2 is a χ square distribution and represents the confidence interval of the error ellipse. Further, the angle θ ε formed by the major axis of the error ellipse with respect to the horizontal direction on the front image is expressed by the following equation.
Figure 2016148956

対応付け部23は、後方画像上の各特徴点について、kフレーム前の前方画像上の探索範囲である誤差楕円内にある特徴点を、後方画像上の特徴点に対応付ける候補として検出する。なお、対応付け部23は、次式を満たす前方画像上の特徴点を、探索範囲に含まれると判定する。

Figure 2016148956
ここで、(u'c,v'c)は、後方画像上の着目する特徴点に対応する前方画像上での画素の座標を表す。そして(u',v')は、前方画像上で検出された特徴点の座標である。 The associating unit 23 detects, for each feature point on the rear image, a feature point within an error ellipse that is a search range on the front image before k frames as a candidate to be associated with the feature point on the rear image. Note that the associating unit 23 determines that a feature point on the forward image that satisfies the following expression is included in the search range.
Figure 2016148956
Here, (u ′ c , v ′ c ) represents the coordinates of the pixel on the front image corresponding to the feature point of interest on the rear image. (U ′, v ′) is the coordinates of the feature point detected on the front image.

対応付け部23は、後方画像上の各特徴点について、kフレーム前の前方画像上の探索範囲内にある特徴点のそれぞれについて、ブロックマッチングを行って正規化相互相関値を算出する。その際、対応付け部23は、パッチが投影された前方画像上の領域の中心、すなわち、後方画像上の特徴点が前方画像上に投影された位置と、ブロックマッチングの対象となる前方画像上の特徴点間の位置の差を打ち消すように、前方画像上に投影されたパッチ内の各画素の位置を平行移動させることで、後方画像上のパッチ内の各画素に対応する前方画像上の画素を特定すればよい。そして対応付け部23は、後方画像上のパッチ内の各画素の輝度値と、対応する前方画像上の画素の輝度値に基づいて正規化相互相関値を算出できる。対応付け部23は、その正規化相互相関値が最大となる前方画像上の特徴点を、後方画像上の着目する特徴点に対応付ける。なお、対応付け部23は、正規化相互相関値の最大値が所定の閾値(例えば、0.6〜0.7)以上である場合に限り、その二つの特徴点を対応付けてもよい。   For each feature point on the rear image, the associating unit 23 performs block matching on each feature point in the search range on the front image before k frames to calculate a normalized cross-correlation value. At this time, the associating unit 23 determines the center of the area on the front image on which the patch is projected, that is, the position where the feature point on the rear image is projected on the front image, and the front image on which the block matching is performed. By translating the position of each pixel in the patch projected on the front image so as to cancel out the difference in position between the feature points on the front image, on the front image corresponding to each pixel in the patch on the back image What is necessary is just to specify a pixel. The association unit 23 can calculate a normalized cross-correlation value based on the luminance value of each pixel in the patch on the rear image and the luminance value of the pixel on the corresponding front image. The associating unit 23 associates the feature point on the front image having the maximum normalized cross-correlation value with the feature point of interest on the rear image. Note that the association unit 23 may associate the two feature points only when the maximum value of the normalized cross-correlation value is equal to or greater than a predetermined threshold (for example, 0.6 to 0.7).

なお、対応付け部23は、演算量を軽減するために、探索範囲を、後方画像上の特徴点に対応する前方画像上の座標を中心とする、予め設定された所定の範囲に設定してもよい。この場合、所定の範囲は、例えば、水平方向について、パッチの水平方向サイズの2〜3倍とし、垂直方向について、パッチの垂直方向サイズの2〜3倍とすることができる。   The association unit 23 sets the search range to a predetermined range that is centered on the coordinates on the front image corresponding to the feature points on the rear image in order to reduce the amount of calculation. Also good. In this case, the predetermined range may be, for example, 2 to 3 times the horizontal size of the patch in the horizontal direction and 2 to 3 times the vertical size of the patch in the vertical direction.

また、変形例によれば、対応付け部23は、後方画像上の各特徴点について、対応する探索範囲内の各画素をそれぞれパッチの中心に対応させるよう、パッチを平行移動させてそれぞれ正規化相互相関値を算出し、その正規化相互相関値が最大となる画素を、後方画像上の着目する特徴点に対応する前方画像上の特徴点としてもよい。この場合には、特徴点抽出部21は、前方画像から特徴点を抽出しなくてもよい。   According to the modification, the associating unit 23 normalizes each feature point on the rear image by translating the patch so that each pixel in the corresponding search range corresponds to the center of the patch. A cross-correlation value is calculated, and a pixel having the maximum normalized cross-correlation value may be a feature point on the front image corresponding to a feature point of interest on the rear image. In this case, the feature point extraction unit 21 may not extract feature points from the front image.

対応付け部23は、後方画像上の特徴点と対応付けられた前方画像上の特徴点の座標の組、及び、対応する後方画像の取得時刻と前方画像の取得時刻の組とを関連付けて、記憶部11に記憶する。   The associating unit 23 associates a set of coordinates of the feature point on the front image associated with the feature point on the back image, and a set of the acquisition time of the corresponding back image and the acquisition time of the front image, Store in the storage unit 11.

図5に、制御部13により制御される、位置合わせ処理の動作フローチャートを示す。なお、制御部13は、後方画像ごとに、この動作フローチャートにしたがって位置合わせ処理を実行する。   FIG. 5 shows an operation flowchart of the alignment process controlled by the control unit 13. In addition, the control part 13 performs the alignment process according to this operation | movement flowchart for every back image.

特徴点抽出部21は、後方画像及び前方画像のそれぞれから特徴点を抽出する(ステップS101)。そして特徴点抽出部21は、前方画像から抽出した各特徴点の座標を記憶部11に記憶する。また特徴点抽出部21は、後方画像から抽出した各特徴点の座標を投影部22へ渡す。   The feature point extraction unit 21 extracts feature points from each of the rear image and the front image (step S101). Then, the feature point extraction unit 21 stores the coordinates of each feature point extracted from the front image in the storage unit 11. The feature point extraction unit 21 passes the coordinates of each feature point extracted from the rear image to the projection unit 22.

投影部22は、後方画像から抽出した各特徴点について、その特徴点を中心とするパッチを設定し、そのパッチに対応する実空間上の1以上の領域をManhattan-World仮説に従って設定する(ステップS102)。そして投影部22は、後方画像から抽出した各特徴点について、パッチに対応する実空間上の各領域を、後方画像の取得時よりもkフレーム前に取得された前方画像上へ投影する(ステップS103)。   For each feature point extracted from the rear image, the projection unit 22 sets a patch centered on the feature point, and sets one or more regions on the real space corresponding to the patch according to the Manhattan-World hypothesis (step S22). S102). Then, the projection unit 22 projects each region in the real space corresponding to the patch on the front image acquired k frames before the acquisition of the rear image for each feature point extracted from the rear image (step). S103).

対応付け部23は、後方画像から抽出した各特徴点について、パッチに対応する実空間上の領域の中心の前方画像上の投影位置を中心として探索範囲を設定する(ステップS104)。そして対応付け部23は、探索範囲内にある前方画像上の特徴点の周囲の領域と、前方画像上でのパッチに対応する実空間上の領域の投影範囲との間でのブロックマッチングで最も一致する特徴点を、後方画像上の特徴点と対応付ける(ステップS105)。そして制御部13は、位置合わせ処理を終了する。   The associating unit 23 sets a search range for each feature point extracted from the rear image, centered on the projection position on the front image at the center of the area in the real space corresponding to the patch (step S104). Then, the associating unit 23 performs the most block matching between the area around the feature point on the front image within the search range and the projection range of the area on the real space corresponding to the patch on the front image. The matching feature point is associated with the feature point on the rear image (step S105). Then, the control unit 13 ends the alignment process.

以上説明してきたように、位置合わせ装置は、異なるカメラにより、異なるタイミングで生成された二つの画像間で、実空間上の同一の点に対応する特徴点同士を対応付ける際、Manhattan-World仮説に基づいて、一方の画像上の特徴点の周囲のパッチに相当する実空間上の領域を特定することで、そのパッチを他方の画像へ投影する際の精度を向上する。これにより、この位置合わせ装置は、特徴点の対応付けの精度を向上できる。またこの位置合わせ装置は、パッチに相当する実空間上の領域の数を減らせるので、演算量を削減できる。   As described above, the alignment device uses the Manhattan-World hypothesis when matching feature points corresponding to the same point in real space between two images generated at different timings by different cameras. Based on this, an area in the real space corresponding to a patch around a feature point on one image is specified, thereby improving the accuracy in projecting the patch onto the other image. Thereby, this position alignment apparatus can improve the precision of matching of a feature point. In addition, this alignment apparatus can reduce the number of areas in the real space corresponding to the patches, and thus the amount of calculation can be reduced.

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、制御部13は、一つの後方画像上の特徴点との対応付けを行う前方画像を複数選択し、その複数の前方画像に対して投影部22及び対応付け部23の処理を行って、特徴点同士の対応付けを行ってもよい。その際、投影部22は、異なる時刻に生成された複数の前方画像のうち、後方画像上の着目する特徴点について設定されたパッチの投影範囲が含まれる前方画像のみを、その着目する特徴点についての対応付けを行う前方画像として選択してもよい。あるいは、投影部22は、異なる時刻に生成された複数の前方画像のうち、後方画像の取得時とその前方画像の取得時との間の車両10の移動量が、二つのカメラの撮影範囲が重なると想定される所定の移動距離範囲内に含まれる前方画像のみを、特徴点の対応付けを行う前方画像として選択してもよい。なお、車両10の移動量は、後方画像の取得時と前方画像の取得時間のオドメトリ情報または車輪速に基づいて算出される。さらに、制御部13は、オドメトリ情報などに基づいて、後方画像の取得時と、対応付けを行う前方画像の取得時との間で、車両10が直進していると判断される場合にのみ、後方画像上の特徴点と前方画像上の特徴点の対応付けを行ってもよい。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, the control unit 13 selects a plurality of front images to be associated with feature points on one rear image, performs the processing of the projection unit 22 and the association unit 23 on the plurality of front images, The feature points may be associated with each other. At that time, the projection unit 22 selects only the forward image including the projection range of the patch set for the feature point of interest on the rear image among the plurality of front images generated at different times. You may select as a front image which matches about. Alternatively, the projection unit 22 has a movement range of the vehicle 10 between the time when the rear image is acquired and the time when the front image is acquired, among the plurality of front images generated at different times. Only a forward image included in a predetermined moving distance range that is assumed to overlap may be selected as a forward image for which feature points are associated. Note that the movement amount of the vehicle 10 is calculated based on odometry information or wheel speed of the acquisition time of the rear image and the acquisition time of the front image. Furthermore, only when the control unit 13 determines that the vehicle 10 is traveling straight between the acquisition of the rear image and the acquisition of the front image to be associated based on the odometry information. The feature points on the rear image may be associated with the feature points on the front image.

他の変形例によれば、制御部13は、後方画像上で路面を検出する路面検出部をさらに有していてもよい。この場合、投影部22は、後方画像上で抽出された特徴点のうち、検出された路面の範囲内にある特徴点については、(2)式と(4)式にしたがって、パッチに対応する実空間上の領域を設定すればよい。一方、投影部22は、後方画像上で抽出された特徴点のうち、検出された路面の範囲外にある特徴点については、(2)式と(3)式にしたがって、パッチに対応する実空間上の領域を設定すればよい。   According to another modification, the control unit 13 may further include a road surface detection unit that detects a road surface on the rear image. In this case, the projection unit 22 corresponds to the patch according to the equations (2) and (4) for the feature points within the detected road surface range among the feature points extracted on the rear image. An area in real space may be set. On the other hand, among the feature points extracted on the rear image, the projection unit 22 applies the actual points corresponding to the patches according to the equations (2) and (3) for the feature points outside the detected road surface range. A region on the space may be set.

なお、路面検出部は、後方画像から路面を検出するために、画像上で路面が写っている領域を検出する様々な手法を利用できる。例えば、路面検出部は、自車両の両側の白線などの車線を表す線を、例えば、テンプレートマッチングなどにより検出して、その両側の車線を表す線で挟まれた領域を路面とする手法を利用できる。あるいは、路面検出部は、撮影範囲が重なる二つのカメラ(この場合には、カメラ2−2の他に、車両10の後方を撮影する別のカメラが必要とされる)によりそれぞれ生成された画像、あるいは、一つのカメラで異なる時間に撮影された二つの画像を利用した3次元計測により、路面を検出する手法(例えば、奥富他、「ステレオ動画像を用いた視覚誘導のための平坦部の連続推定」、情報処理学会論文誌、Vol.43、No.4、pp.1061-1069、2002年を参照)を利用してもよい。この場合には、位置合わせ装置は、パッチに対応する実空間上の領域をさらに限定できるので、特徴点間の対応付けの精度をより向上できる。   The road surface detection unit can use various methods for detecting a region where the road surface is shown on the image in order to detect the road surface from the rear image. For example, the road surface detection unit detects a line representing a lane such as a white line on both sides of the host vehicle by, for example, template matching, and uses a method in which an area sandwiched between lines representing the lanes on both sides is used as a road surface. it can. Alternatively, the road surface detection unit generates images respectively generated by two cameras whose shooting ranges overlap (in this case, another camera for shooting the rear of the vehicle 10 is required in addition to the camera 2-2). Alternatively, a method for detecting a road surface by three-dimensional measurement using two images taken at different times by a single camera (for example, Okutomi et al., “Flat part for visual guidance using stereo video images”). Continuous estimation ”, IPSJ Journal, Vol.43, No.4, pp.1061-1069, 2002) may be used. In this case, since the alignment apparatus can further limit the area in the real space corresponding to the patch, the accuracy of association between feature points can be further improved.

さらに他の変形例によれば、対応付け部23は、パッチと前方画像上の対応領域間のブロックマッチングについて、正規化相互相関値を算出する代わりに、対応画素間の輝度値の差の絶対値の総和などを評価値として算出してもよい。この場合には、対応付け部23は、評価値が最小となる前方画像上の特徴点を、後方画像上の特徴点と対応付けてもよい。   According to yet another modification, the associating unit 23 calculates the absolute value of the difference in luminance value between corresponding pixels instead of calculating a normalized cross-correlation value for block matching between corresponding regions on the patch and the front image. The sum of the values may be calculated as the evaluation value. In this case, the associating unit 23 may associate the feature point on the front image with the smallest evaluation value with the feature point on the rear image.

さらにまた、他の変形例によれば、投影部22は、後方画像上の各特徴点について設定されるパッチに対応する実空間上の領域が、後方画像の生成時における車両10の位置と前方画像の生成時における車両10の位置との間にける、車両10が走行する道路の何れかの位置での道路と平行でかつ路面に垂直な面上にあるとしてもよい。
図6は、この変形例における、パッチに対応する実空間上の領域の例を示す図である。この場合、後方画像上の特徴点の座標により、その特徴点に対応する実空間上の点へ向かう方向とその後方画像生成時におけるカメラ2−2の光軸とのなす角が分かるので、その後方画像生成時における、車両10からその特徴点に対応する実空間上の点へ向かう方向が分かる。そこで投影部22は、例えば、記憶部11に記憶された、オドメトリ情報から求められる車両10の軌跡情報を参照して、後方画像生成時における車両10の位置からその特徴点に対応する実空間上の点へ向かう方向の直線601から、車両10が走行してきた軌跡602へ下した垂線603の長さが、車両10と特徴点に対応する実空間上での点までの距離dの探索範囲(例えば、上記の実施形態と同様、1m〜20mとすることができる)に含まれる、線601上の位置を特定する。そして投影部22は、特徴点に対応する実空間上の点604は、その特定された位置から車両10の軌跡602に下した垂線603の足におけるその軌跡602の接線方向と平行でかつ路面に垂直な面605上にあると仮定する。なお、車両10は、道路と平行な方向に走行していると仮定できるので、その特定された位置から車両10の軌跡に下した垂線の足におけるその軌跡の接線方向は、道路と平行であるみなせる。この場合、その特徴点について設定されるパッチに対応する実空間上の領域は、後方画像生成時の道路の延伸方向とその特定された位置での道路の延伸方向間の角度だけ、車両10の直進方向から傾き、かつ、路面に垂直な面内にあると仮定することで、そのパッチ内の各画素に対応する実空間上の領域内の各点の座標を求めればよい。
Furthermore, according to another modification, the projecting unit 22 determines that the area in the real space corresponding to the patch set for each feature point on the rear image is the position of the vehicle 10 and the front of the vehicle 10 when the rear image is generated. It may be on a plane parallel to the road at any position of the road on which the vehicle 10 travels and perpendicular to the road surface between the position of the vehicle 10 when the image is generated.
FIG. 6 is a diagram showing an example of an area in the real space corresponding to the patch in this modification. In this case, since the coordinates of the feature point on the rear image can determine the angle between the direction toward the point on the real space corresponding to the feature point and the optical axis of the camera 2-2 when the rear image is generated, The direction from the vehicle 10 toward the point on the real space corresponding to the feature point at the time of generating the square image is known. Therefore, for example, the projection unit 22 refers to the trajectory information of the vehicle 10 obtained from the odometry information stored in the storage unit 11 and refers to the feature point from the position of the vehicle 10 when the rear image is generated. The search range of the distance d from the straight line 601 in the direction toward the point to the point 602 in the real space corresponding to the vehicle 10 and the feature point is the length of the perpendicular line 603 dropped from the straight line 601 to the locus 602 on which the vehicle 10 has traveled. For example, as in the above embodiment, the position on the line 601 is specified, which can be 1 m to 20 m). Then, the projection unit 22 indicates that the point 604 in the real space corresponding to the feature point is parallel to the tangential direction of the trajectory 602 on the foot of the perpendicular line 603 descending from the identified position to the trajectory 602 of the vehicle 10 and on the road surface. Assume that it lies on a vertical plane 605. Since it can be assumed that the vehicle 10 is traveling in a direction parallel to the road, the tangential direction of the trajectory of the perpendicular foot drawn from the specified position to the trajectory of the vehicle 10 is parallel to the road. It can be considered. In this case, the area in the real space corresponding to the patch set for the feature point is the angle of the vehicle 10 by the angle between the road extension direction when the rear image is generated and the road extension direction at the specified position. The coordinates of each point in the area in the real space corresponding to each pixel in the patch may be obtained by assuming that it is inclined from the straight direction and is in a plane perpendicular to the road surface.

さらにまた、他の変形例によれば、位置合わせ装置は、前方画像から抽出された各特徴点についてのパッチに相当する実空間上の領域をManhattan-World仮説に基づいて設定することで、上記と同様の処理を行って、後方画像上の特徴点との対応付けを行ってもよい。あるいは、特徴点の対応付けを行う画像を生成する二つのカメラは、車両の前方と後方を向いているものに限られず、互いに異なる方向を向き、かつ、車両の走行に伴って一方のカメラの撮影範囲に含まれていた領域が他方のカメラの撮影範囲に含まれるように取り付けられていればよい。   Furthermore, according to another modification, the alignment device sets the region on the real space corresponding to the patch for each feature point extracted from the forward image based on the Manhattan-World hypothesis, The same processing as described above may be performed to associate with feature points on the rear image. Alternatively, the two cameras that generate the images for associating the feature points are not limited to those facing the front and the rear of the vehicle, but are directed in different directions, and one of the cameras as the vehicle travels. It is only necessary that the area included in the shooting range is attached so as to be included in the shooting range of the other camera.

例えば、一方のカメラが車両10の前方を向くように車両10に取り付けられ、他方のカメラが車両10の側方を向くように取り付けられているとする。この場合には、車両10の進行方向に対して直交し、かつ、路面に対して垂直な面も、その二つのカメラの撮影範囲に含まれることになる。そこで、このような場合には、上記の(2)で示された、車両10の直進方向と直交する建物の側壁上の点(例えば、図4に示される点403)に対応する特徴点が、各カメラにより得られるそれぞれの画像において検出可能となる。   For example, it is assumed that one camera is attached to the vehicle 10 so as to face the front of the vehicle 10, and the other camera is attached so as to face the side of the vehicle 10. In this case, a plane perpendicular to the traveling direction of the vehicle 10 and perpendicular to the road surface is also included in the shooting range of the two cameras. Therefore, in such a case, the feature point corresponding to the point (for example, the point 403 shown in FIG. 4) on the side wall of the building orthogonal to the straight traveling direction of the vehicle 10 shown in the above (2). It becomes possible to detect in each image obtained by each camera.

そこで、投影部22は、(2)式と(3)式、または(2)式と(4)式にしたがって、一方のカメラにより得られる画像上の各特徴点についてのパッチupに対応する実空間上の領域内の各点のカメラ座標系上の座標Ppを求めるだけでなく、各特徴点が、上記の(2)に相当する点である場合のパッチupに対応する実空間上の領域内の各点のカメラ座標系上の座標Ppも求める。 Therefore, the projection 22 (2) in accordance with equation (3), or (2) and (4), corresponding to the patch u p for each feature point on the image obtained by one camera not only determine the coordinates P p on the camera coordinate system of each point in the area in the real space, real space each feature point corresponds to the patch u p in the case where a point corresponding to the (2) The coordinates P p on the camera coordinate system of each point in the upper area are also obtained.

特徴点に対応する実空間上の点が車両10の直進方向と直交する建物の側壁にある場合、その特徴点のパッチに対応する実空間上の領域に含まれる各点について、カメラ座標系では、車両10の進行方向におけるカメラからの距離d'は等しいので、z=d'となる。したがって、上記の(1)の条件が仮定される場合、パッチupに対応する実空間上の領域内の各点についてのカメラ座標系での座標Ppは次式で表される。

Figure 2016148956
When the point on the real space corresponding to the feature point is on the side wall of the building orthogonal to the straight traveling direction of the vehicle 10, each point included in the region on the real space corresponding to the patch of the feature point is Since the distance d ′ from the camera in the traveling direction of the vehicle 10 is equal, z = d ′. Therefore, if the above condition (1) is assumed, the coordinates P p in the camera coordinate system for each point in the area in the real space corresponding to the patch u p is expressed by the following equation.
Figure 2016148956

そこで、投影部22は、(2)式と(14)式にしたがって、特徴点に対応する実空間上の点が車両10の直進方向と直交する建物の側壁にある場合における、一方のカメラにより得られる画像上の各特徴点についてのパッチupに対応する実空間上の領域内の各点のカメラ座標系上の座標Ppを求めればよい。なお、d'については、任意の所定区間、例えば、[1,20](m)の区間で、1m単位で変化させればよい。 Therefore, the projection unit 22 uses one camera in the case where the point in the real space corresponding to the feature point is on the side wall of the building orthogonal to the straight traveling direction of the vehicle 10 according to the equations (2) and (14). may be obtained coordinates P p on the camera coordinate system of each point in the area in the real space corresponding to the patch u p for each feature point on the images obtained. Note that d ′ may be changed in units of 1 m in an arbitrary predetermined section, for example, a section of [1,20] (m).

以上の実施形態または変形例によって異なる画像間で対応付けられた特徴点の組は、例えば、車両10の自己位置推定及び環境地図の作成(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)などで利用可能である。この場合、その特徴点の組に対応する二つの画像が生成されたときのカメラの位置間の距離、すなわち、基線長が長くなるので、その特徴点の組に対応する実空間上の点を特定する際の精度が向上する。
以上のように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
A set of feature points associated with different images according to the above embodiment or modification can be used for, for example, self-location estimation of the vehicle 10 and creation of an environment map (Simultaneous Localization and Mapping, SLAM). In this case, since the distance between the camera positions when two images corresponding to the feature point set are generated, that is, the base line length becomes long, the point in the real space corresponding to the feature point set is The accuracy when specifying is improved.
As described above, those skilled in the art can make various modifications in accordance with the embodiment to be implemented within the scope of the present invention.

1 位置合わせ装置
2−1、2−2 カメラ
3 IMU
4 車輪速センサ
5 ECU
6 CAN
11 記憶部
12 通信部
13 制御部
21 特徴点抽出部
22 投影部
23 対応付け部
1 Positioning device 2-1, 2-2 Camera 3 IMU
4 Wheel speed sensor 5 ECU
6 CAN
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Storage part 12 Communication part 13 Control part 21 Feature point extraction part 22 Projection part 23 Correlation part

Claims (9)

車両(10)に対して第1の方向を向くように取り付けられた第1の撮像部(2−2)により第1の時刻において生成された第1の画像から、少なくとも一つの第1の特徴点を抽出する特徴点抽出部(21)と、
前記第1の画像上の前記第1の特徴点を含むマッチング範囲に対応する、実空間上の第1の領域を、前記車両(10)と前記車両(10)の周囲の構造物の位置関係を規定する所定の条件に従って特定し、前記第1の領域を、前記車両(10)に対して前記第1の方向と異なる第2の方向を向くように取り付けられた第2の撮像部(2−1)により、前記第1の時刻と異なる第2の時刻において生成された第2の画像上に投影することで、前記マッチング範囲に対応する前記第2の画像上の範囲を特定する投影部(22)と、
前記第2の画像上の所定の探索範囲内で、前記マッチング範囲に対応する前記第2の画像上の範囲の相対的な位置を変えながら前記マッチング範囲と前記第2の画像間でブロックマッチングを行うことで、前記マッチング範囲と最も類似する領域を特定し、該最も類似する領域内の所定点を前記第1の特徴点に対応する第2の特徴点とする対応付け部(23)と、
を有する位置合わせ装置。
At least one first feature from the first image generated at the first time by the first imaging unit (2-2) attached to the vehicle (10) so as to face the first direction. A feature point extraction unit (21) for extracting points;
The first region in the real space corresponding to the matching range including the first feature point on the first image is the positional relationship between the vehicle (10) and structures around the vehicle (10). And a second imaging unit (2) attached to the vehicle (10) so as to face a second direction different from the first direction. -1), the projection unit that specifies the range on the second image corresponding to the matching range by projecting onto the second image generated at the second time different from the first time (22)
Block matching is performed between the matching range and the second image while changing a relative position of the range on the second image corresponding to the matching range within a predetermined search range on the second image. An association unit (23) that identifies an area most similar to the matching range and sets a predetermined point in the most similar area as a second feature point corresponding to the first feature point;
An alignment device having
前記所定の条件は、前記マッチング範囲に対応する前記第1の領域が前記車両(10)の直進方向と平行でかつ路面に垂直な面上、または路面上に有るとする条件である、請求項1に記載の位置合わせ装置。   The predetermined condition is a condition that the first region corresponding to the matching range is on a plane parallel to a straight traveling direction of the vehicle (10) and perpendicular to a road surface, or on a road surface. 2. The alignment apparatus according to 1. 前記所定の条件は、前記マッチング範囲に対応する前記第1の領域が、前記第1の時刻における前記車両(10)の位置と前記第2の時刻における前記車両(10)の位置間にける、前記車両(10)が走行する道路の何れかの位置での前記道路と平行でかつ路面に垂直な面上にあるとする条件である、請求項1に記載の位置合わせ装置。   The predetermined condition is that the first region corresponding to the matching range is between the position of the vehicle (10) at the first time and the position of the vehicle (10) at the second time. The alignment apparatus according to claim 1, wherein the alignment device is on a plane parallel to the road and perpendicular to the road surface at any position of the road on which the vehicle (10) travels. 前記投影部(22)は、前記車両(10)に搭載された前記車両(10)の移動量または速度を検知するセンサから取得したセンサ情報に基づいて求められた、前記第1の時刻と前記第2の時刻間の前記車両(10)の移動量に基づいて、前記第1の撮像部を基準とする座標系における前記第1の領域の座標を前記第2の撮像部を基準とする前記第1の領域の座標に変換し、当該変換された前記第1の領域の座標を前記第2の画像上へ投影することで、前記マッチング範囲に対応する前記第2の画像上の範囲を特定する、請求項1〜3の何れか一項に記載の位置合わせ装置。   The projection unit (22) is configured to obtain the first time determined based on sensor information acquired from a sensor that detects a moving amount or speed of the vehicle (10) mounted on the vehicle (10) and the Based on the amount of movement of the vehicle (10) during a second time, the coordinates of the first region in the coordinate system with the first imaging unit as a reference are used with the second imaging unit as a reference. A range on the second image corresponding to the matching range is specified by converting the coordinates of the first region onto the second image by converting the converted coordinates of the first region onto the second image. The alignment apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記投影部(22)は、前記第2の撮像部(2−1)により互いに異なる時刻で生成された複数の画像のうち、当該画像について求められた前記マッチング範囲に対応する範囲が当該画像内に含まれる場合、当該画像を前記第2の画像とする、請求項1〜4の何れか一項に記載の位置合わせ装置。   The projection unit (22) includes a plurality of images generated at different times by the second imaging unit (2-1) so that a range corresponding to the matching range obtained for the image is within the image. The alignment apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the image is the second image if included in the image. 前記投影部(22)は、前記第2の撮像部(2−1)により互いに異なる時刻で生成された複数の画像のうち、当該画像が生成された時刻と前記第1の時刻間の前記車両(10)の移動量が所定範囲となる画像を前記第2の画像とする、請求項1〜4の何れか一項に記載の位置合わせ装置。   The projection unit (22) includes the vehicle between the time when the image is generated and the first time among the plurality of images generated at different times by the second imaging unit (2-1). The alignment apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein an image in which the movement amount of (10) is within a predetermined range is the second image. 前記第1の画像上で路面が写っている領域を検出する路面検出部をさらに有し、
前記投影部(22)は、前記第1の特徴点が前記路面が写っている領域に含まれる場合、前記マッチング範囲に対応する前記第1の領域が路面上に有るとして特定する、請求項1〜6の何れか一項に記載の位置合わせ装置。
A road surface detection unit for detecting a region in which the road surface is reflected on the first image;
The said projection part (22) specifies that the said 1st area | region corresponding to the said matching range exists on a road surface, when the said 1st feature point is contained in the area | region where the said road surface is reflected. The alignment apparatus as described in any one of -6.
車両(10)に対して第1の方向を向くように取り付けられた第1の撮像部(2−2)により第1の時刻において生成された第1の画像から、少なくとも一つの第1の特徴点を抽出するステップと、
前記第1の画像上の前記第1の特徴点を含むマッチング範囲に対応する、実空間上の第1の領域を、前記車両(10)と前記車両(10)の周囲の構造物の位置関係を規定する所定の条件に従って特定し、前記第1の領域を、前記車両(10)に対して前記第1の方向と異なる第2の方向を向くように取り付けられた第2の撮像部(2−1)により、前記第1の時刻と異なる第2の時刻において生成された第2の画像上に投影することで、前記マッチング範囲に対応する前記第2の画像上の範囲を特定するステップと、
前記第2の画像上の所定の探索範囲内で、前記マッチング範囲に対応する前記第2の画像上の範囲の相対的な位置を変えながら前記マッチング範囲と前記第2の画像間でブロックマッチングを行うことで、前記マッチング範囲と最も類似する領域を特定し、該最も類似する領域内の所定点を前記第1の特徴点に対応する第2の特徴点とするステップと、
を含む位置合わせ方法。
At least one first feature from the first image generated at the first time by the first imaging unit (2-2) attached to the vehicle (10) so as to face the first direction. Extracting a point;
The first region in the real space corresponding to the matching range including the first feature point on the first image is the positional relationship between the vehicle (10) and structures around the vehicle (10). And a second imaging unit (2) attached to the vehicle (10) so as to face a second direction different from the first direction. -1), specifying a range on the second image corresponding to the matching range by projecting onto a second image generated at a second time different from the first time; ,
Block matching is performed between the matching range and the second image while changing a relative position of the range on the second image corresponding to the matching range within a predetermined search range on the second image. Performing a step of specifying a region most similar to the matching range and setting a predetermined point in the most similar region as a second feature point corresponding to the first feature point;
Including an alignment method.
車両(10)に対して第1の方向を向くように取り付けられた第1の撮像部(2−2)により第1の時刻において生成された第1の画像から、少なくとも一つの第1の特徴点を抽出するステップと、
前記第1の画像上の前記第1の特徴点を含むマッチング範囲に対応する、実空間上の第1の領域を、前記車両(10)と前記車両(10)の周囲の構造物の位置関係を規定する所定の条件に従って特定し、前記第1の領域を、前記車両(10)に対して前記第1の方向と異なる第2の方向を向くように取り付けられた第2の撮像部(2−1)により、前記第1の時刻と異なる第2の時刻において生成された第2の画像上に投影することで、前記マッチング範囲に対応する前記第2の画像上の範囲を特定するステップと、
前記第2の画像上の所定の探索範囲内で、前記マッチング範囲に対応する前記第2の画像上の範囲の相対的な位置を変えながら前記マッチング範囲と前記第2の画像間でブロックマッチングを行うことで、前記マッチング範囲と最も類似する領域を特定し、該最も類似する領域内の所定点を前記第1の特徴点に対応する第2の特徴点とするステップと、
をコンピュータに実行させるための位置合わせ用コンピュータプログラム。
At least one first feature from the first image generated at the first time by the first imaging unit (2-2) attached to the vehicle (10) so as to face the first direction. Extracting a point;
The first region in the real space corresponding to the matching range including the first feature point on the first image is the positional relationship between the vehicle (10) and structures around the vehicle (10). And a second imaging unit (2) attached to the vehicle (10) so as to face a second direction different from the first direction. -1), specifying a range on the second image corresponding to the matching range by projecting onto a second image generated at a second time different from the first time; ,
Block matching is performed between the matching range and the second image while changing a relative position of the range on the second image corresponding to the matching range within a predetermined search range on the second image. Performing a step of specifying a region most similar to the matching range and setting a predetermined point in the most similar region as a second feature point corresponding to the first feature point;
A computer program for alignment for causing a computer to execute.
JP2015024727A 2015-02-10 2015-02-10 Alignment apparatus, alignment method, and computer program for alignment Expired - Fee Related JP6410231B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015024727A JP6410231B2 (en) 2015-02-10 2015-02-10 Alignment apparatus, alignment method, and computer program for alignment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015024727A JP6410231B2 (en) 2015-02-10 2015-02-10 Alignment apparatus, alignment method, and computer program for alignment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016148956A true JP2016148956A (en) 2016-08-18
JP6410231B2 JP6410231B2 (en) 2018-10-24

Family

ID=56691182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015024727A Expired - Fee Related JP6410231B2 (en) 2015-02-10 2015-02-10 Alignment apparatus, alignment method, and computer program for alignment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6410231B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109214988A (en) * 2018-07-27 2019-01-15 惠州华阳通用电子有限公司 A kind of method, system and storage medium for expanding driving vision
CN109883433A (en) * 2019-03-21 2019-06-14 中国科学技术大学 Vehicle positioning method in structured environment based on 360 degree of panoramic views
WO2020137313A1 (en) * 2018-12-28 2020-07-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 Localization device
CN111967345A (en) * 2020-07-28 2020-11-20 国网上海市电力公司 Method for judging shielding state of camera in real time
WO2021146970A1 (en) * 2020-01-21 2021-07-29 深圳市大疆创新科技有限公司 Semantic segmentation-based distance measurement method and apparatus, device and system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008021196A (en) * 2006-07-14 2008-01-31 Hitachi Ltd Surrounding recognition device and system for vehicle
JP2010085240A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Mazda Motor Corp Image processing device for vehicle
JP2014101075A (en) * 2012-11-21 2014-06-05 Fujitsu Ltd Image processing apparatus, image processing method and program

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008021196A (en) * 2006-07-14 2008-01-31 Hitachi Ltd Surrounding recognition device and system for vehicle
JP2010085240A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Mazda Motor Corp Image processing device for vehicle
JP2014101075A (en) * 2012-11-21 2014-06-05 Fujitsu Ltd Image processing apparatus, image processing method and program

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109214988A (en) * 2018-07-27 2019-01-15 惠州华阳通用电子有限公司 A kind of method, system and storage medium for expanding driving vision
CN109214988B (en) * 2018-07-27 2023-05-05 惠州华阳通用电子有限公司 Method, system and storage medium for expanding driving vision
WO2020137313A1 (en) * 2018-12-28 2020-07-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 Localization device
CN109883433A (en) * 2019-03-21 2019-06-14 中国科学技术大学 Vehicle positioning method in structured environment based on 360 degree of panoramic views
CN109883433B (en) * 2019-03-21 2023-07-18 中国科学技术大学 Vehicle positioning method in structured environment based on 360-degree panoramic view
WO2021146970A1 (en) * 2020-01-21 2021-07-29 深圳市大疆创新科技有限公司 Semantic segmentation-based distance measurement method and apparatus, device and system
CN111967345A (en) * 2020-07-28 2020-11-20 国网上海市电力公司 Method for judging shielding state of camera in real time
CN111967345B (en) * 2020-07-28 2023-10-31 国网上海市电力公司 Method for judging shielding state of camera in real time

Also Published As

Publication number Publication date
JP6410231B2 (en) 2018-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110411441B (en) System and method for multi-modal mapping and localization
US10395383B2 (en) Method, device and apparatus to estimate an ego-motion of a video apparatus in a SLAM type algorithm
KR101776622B1 (en) Apparatus for recognizing location mobile robot using edge based refinement and method thereof
EP3627446B1 (en) System, method and medium for generating a geometric model
Veľas et al. Calibration of rgb camera with velodyne lidar
KR101725060B1 (en) Apparatus for recognizing location mobile robot using key point based on gradient and method thereof
KR101708659B1 (en) Apparatus for recognizing location mobile robot using search based correlative matching and method thereof
JP5588812B2 (en) Image processing apparatus and imaging apparatus using the same
JP4702569B2 (en) Image processing apparatus for vehicle
JP6410231B2 (en) Alignment apparatus, alignment method, and computer program for alignment
JP2017526082A (en) Non-transitory computer-readable medium encoded with computer program code for causing a motion estimation method, a moving body, and a processor to execute the motion estimation method
JP2006252473A (en) Obstacle detector, calibration device, calibration method and calibration program
JP6782903B2 (en) Self-motion estimation system, control method and program of self-motion estimation system
KR20150144727A (en) Apparatus for recognizing location mobile robot using edge based refinement and method thereof
CN105324792B (en) For estimating method of the moving element relative to the angular displacement of reference direction
KR20150144730A (en) APPARATUS FOR RECOGNIZING LOCATION MOBILE ROBOT USING KEY POINT BASED ON ADoG AND METHOD THEREOF
JP6479296B2 (en) Position / orientation estimation apparatus and position / orientation estimation method
JP6552448B2 (en) Vehicle position detection device, vehicle position detection method, and computer program for vehicle position detection
CN108544494A (en) A kind of positioning device, method and robot based on inertia and visual signature
El Bouazzaoui et al. Enhancing rgb-d slam performances considering sensor specifications for indoor localization
KR20120108256A (en) Robot fish localization system using artificial markers and method of the same
JP6886136B2 (en) Alignment device, alignment method and computer program for alignment
JP2018116147A (en) Map creation device, map creation method and map creation computer program
KR101639264B1 (en) Apparatus and method for controling automatic termial
JP2020076714A (en) Position attitude estimation device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170807

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20170807

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180720

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180821

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180918

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6410231

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees