JP2016206999A

JP2016206999A - 障害物検出装置と方法

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Publication number: JP2016206999A
Application number: JP2015088895A
Authority: JP
Inventors: 強寺内; Tsutomu Terauchi
Original assignee: IHI Corp; IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2035-04-24
Also published as: JP6499909B2

Abstract

【課題】走行車両から遠距離（例えば３０ｍ以上）の路面上に反射率が高く乱反射するもの（例えば白線）が描かれていても、遠距離の障害物を誤検出なく検出することができる障害物検出装置と方法を提供する。【解決手段】近距離レーザ装置１２は、走行車両１に近い近距離範囲Ａ１に、第１レーザ光を照射して、その入射光と反射光の時間差から障害物位置５ａと路面位置６を検出する（Ａ）。遠距離レーザ装置１４は、重複範囲Ｂと遠距離範囲Ａ２とに、第２レーザ光を照射して、その入射光と反射光の時間差から障害物位置５ｂを検出する（Ｂ）。データ処理装置は、重複範囲Ｂでの検出結果を利用して、近距離レーザ装置１２及び遠距離レーザ装置１４で検出された路面位置６と障害物位置５ａ，５ｂから誤検出した障害物位置５ｃを特定し消去する（Ｃ〜Ｅ）。【選択図】図６

Description

本発明は、移動体の障害物検出装置と方法に関する。

走行車両にレーザ装置（例えば、レーザレンジファインダ）を搭載し、前方の路面や障害物を検出して自律走行又は半自律走行を行う移動体が既に開示されている（例えば、特許文献１、２）。

特開２０１１−１５０４７３号公報特開２０１２−１５９９５４号公報

特許文献１、２の移動体は、入射光と反射光の時間差から障害物位置と路面位置とを検出するレーザ装置を搭載している。
しかし、レーザ装置が照射するレーザ光の斜め下向きの照射角度が小さい（例えば２度未満）と、路面からの反射光がほとんど検出できなくなる。そのため、従来のレーザ装置では、走行車両から近距離（例えば３０ｍ未満）の障害物は検出できるが、それ以上の遠距離の障害物は検出できないため、高速での走行が困難であった。

そこで、従来のレーザ装置（近距離レーザ装置）の他に、遠距離の障害物を検出するため別のレーザ装置（遠距離レーザ装置）を追加することが検討されている。
遠距離レーザ装置は、上述したように、照射するレーザ光の斜め下向きの照射角度が小さいため、路面からの反射光はほとんど検出しないが、障害物からの反射光は強度が高いためその位置を検出することができる。
しかし、路面上に白線のレーンなど、反射率が高く乱反射するものが描かれていると、遠距離レーザ装置によりその反射光を検出し、障害物として誤検出する可能性があった。
そのため、白線のレーンが連続する走行路（例えば、車両専用道路）において、白線を障害物として誤検出するため、移動体の高速走行が困難となる可能性があった。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、走行車両から遠距離（例えば３０ｍ以上）の路面上に反射率が高く乱反射するもの（例えば白線）が描かれていても、遠距離の障害物を誤検出なく検出することができる障害物検出装置と方法を提供することにある。

本発明によれば、路面を走行する走行車両に搭載された近距離レーザ装置及び遠距離レーザ装置と、
障害物位置を検出するデータ処理装置と、を備え、
前記近距離レーザ装置は、前記走行車両に近い近距離範囲に、第１レーザ光を照射して、その入射光と反射光の時間差から障害物位置と路面位置を検出し、
前記遠距離レーザ装置は、前記近距離範囲と重複する重複範囲と前記近距離範囲よりも遠い遠距離範囲とに、第２レーザ光を照射して、その入射光と反射光の時間差から障害物位置を検出し、
前記データ処理装置は、前記重複範囲での検出結果を利用して、前記近距離レーザ装置及び前記遠距離レーザ装置で検出された路面位置と障害物位置とから誤検出した障害物位置を特定し消去する、ことを特徴とする障害物検出装置が提供される。

前記近距離レーザ装置は、前記第１レーザ光を斜め下向きの第１角度で前方に照射し、前記第１角度は、前記時間差から路面位置と障害物位置とを検出可能な角度範囲であり、
前記遠距離レーザ装置は、第２レーザ光を斜め下向きの第２角度で前方に照射し、前記第２角度は、路面からの反射光を検出し得ない角度範囲である。

前記第１角度θ１の角度範囲は、２度以上、６０度以下であり、
前記第２角度θ２の角度範囲は、０度以上、３度以下である、ことが好ましい。

また本発明によれば、（Ａ）近距離レーザ装置、遠距離レーザ装置及びデータ処理装置を準備し、
（Ｂ）前記近距離レーザ装置により、走行車両に近い近距離範囲に、第１レーザ光を照射して、その入射光と反射光の時間差から障害物位置と路面位置を検出し、
（Ｃ）前記遠距離レーザ装置により、前記近距離範囲と重複する重複範囲と前記近距離範囲よりも遠い遠距離範囲とに、第２レーザ光を照射して、その入射光と反射光の時間差から障害物位置を検出し、
（Ｄ）データ処理装置により、前記重複範囲での検出結果を利用して、前記近距離レーザ装置及び前記遠距離レーザ装置で検出された路面位置と障害物位置とから誤検出した障害物位置を特定し消去する、ことを特徴とする障害物検出方法が提供される。

前記（Ｄ）において、
（Ｄ１）前記近距離レーザ装置及び前記遠距離レーザ装置で検出された路面位置と障害物位置から走行車両前方のローカル環境地図を作成し、
（Ｄ２）前記ローカル環境地図において、検出されたそれぞれの障害物位置を比較し、
（Ｄ３）前記比較による障害物位置の不一致位置を抽出し、
（Ｄ４）前記不一致位置から誤検出した障害物位置を検出し消去する。

前記（Ｄ４）において、
（Ｅ１）前記不一致位置のうち、前記重複範囲において直線上に位置するものを白線位置として検出し、
（Ｅ２）前記不一致位置のうち、前記遠距離範囲において前記白線位置の延長線上に位置する障害物位置を対象位置として抽出し、
（Ｅ３）前記対象位置の走行車両からの距離が第１閾値以上であり、検出回数が第２閾値以上であり、検出幅が第３閾値以下である場合に、前記対象位置を誤検出した障害物位置と判定し、前記障害物位置を前記ローカル環境地図から消去する。

上記本発明の装置と方法によれば、データ処理装置により、重複範囲での検出結果を利用して、近距離レーザ装置及び遠距離レーザ装置で検出された路面位置と障害物位置から誤検出した障害物位置が特定され消去される。従って、走行車両から遠距離（例えば３０ｍ以上）の路面上に反射率が高く乱反射するもの（例えば白線）が描かれていても、遠距離の障害物を誤検出なく検出することができる。

本発明の障害物検出装置を備えた走行車両の構成図（Ａ）とブロック図（Ｂ）である。近距離レーザ装置及び遠距離レーザ装置の計測範囲の説明図である。近距離レーザ装置及び遠距離レーザ装置の障害物検出手段の説明図である。近距離レーザ装置の計測結果の例である。遠距離レーザ装置の計測結果の例である。実環境の模式図である。本発明の障害物検出方法のフロー図である。本発明の障害物検出方法の説明図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の障害物検出装置１０を備えた走行車両１の構成図（Ａ）とブロック図（Ｂ）である。
この例において、走行車両１は、車両前部に排土装置２を備え路面３を走行する作業車である。しかし、走行車両１は、排土装置２を備えた作業車に限定されず、自律走行又は半自律走行を行う移動体であってもよい。

図１において、本発明の障害物検出装置１０は、近距離レーザ装置１２、遠距離レーザ装置１４、及びデータ処理装置１６を備える。

近距離レーザ装置１２及び遠距離レーザ装置１４は、走行車両１に搭載されている。
この例において、近距離レーザ装置１２は、走行車両１の排土装置２より上方に設置される。近距離レーザ装置１２の設置高さＨ１は、遠距離レーザ装置１４の設置高さＨ２より高いことが好ましい。設置高さＨ１，Ｈ２は、例えば２〜３ｍの範囲である。

データ処理装置１６は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、近距離レーザ装置１２及び遠距離レーザ装置１４の検出データから障害物４の位置（障害物位置５）を検出する。検出データは、路面３の位置（路面位置６）と障害物４の位置（障害物位置５ａ，５ｂ）である。
データ処理装置１６は、この例では走行車両１に搭載されている。しかし、データ処理装置１６を走行車両以外に搭載し、走行車両１を遠隔操作してもよい。

データ処理装置１６は、重複範囲Ｂ（図２参照）での検出結果を利用して、近距離レーザ装置１２及び遠距離レーザ装置１４で検出された検出データ（路面位置６と障害物位置５ａ，５ｂ）から誤検出した障害物位置５ｃ（図４Ｂ参照）を特定し消去する。

図２は、近距離レーザ装置１２及び遠距離レーザ装置１４の計測範囲の説明図である。
近距離レーザ装置１２及び遠距離レーザ装置１４は、好ましくはレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）である。レーザレンジファインダによる測距原理は、レーザ光の入射光の投光から反射光の受光までの時間差を計測するタイムオブフライト方式による。
近距離レーザ装置１２及び遠距離レーザ装置１４は、１又は複数のレーザ光源を用い、水平方向のラインスキャン又は上下方向のフレームスキャンの組合せにより、予め設定した範囲にレーザ光を照射する。

近距離レーザ装置１２は、走行車両１に近い近距離範囲Ａ１に、第１レーザ光Ｌ１（図３参照）を照射して、その入射光と反射光の時間差から図４Ａに示す障害物位置５ａと路面位置６を検出する。
近距離範囲Ａ１は、この例において、円弧ａ−ｂと円弧ｃ−ｄで囲まれる扇形領域である。

遠距離レーザ装置１４は、近距離範囲Ａ１と重複する重複範囲Ｂと近距離範囲Ａ１よりも遠い遠距離範囲Ａ２とに、第２レーザ光Ｌ２（図３参照）を照射して、その入射光と反射光の時間差から図４Ｂに示す障害物位置５ｂを検出する。
遠距離範囲Ａ２は、この例において、円弧ｅ−ｆと円弧ｇ−ｈで囲まれる扇形領域である。重複範囲Ｂは、この例において斜線範囲であり、円弧ｇ−ｈと円弧ｉ−ｊで囲まれる扇形領域である。
各扇形領域は、走行車両１の走行方向１ａに対し左右に所定の角度範囲（例えば３０度以上）を含む。各扇形領域の角度範囲は一致しなくてもよい。

図３は、近距離レーザ装置１２及び遠距離レーザ装置１４の障害物検出手段の説明図であり、（Ａ）は近距離レーザ装置１２の場合、（Ｂ）は遠距離レーザ装置１４の場合を示している。

図３（Ａ）において、近距離レーザ装置１２は、第１レーザ光Ｌ１を斜め下向きの第１角度θ１で前方に照射する。第１角度θ１は、第１レーザ光Ｌ１の入射光と反射光の時間差から図４Ａに示す路面位置６と障害物位置５ａとを検出可能な角度範囲である。第１角度θ１の角度範囲は、例えば２度以上、６０度以下であり、好ましくは３度以上である。
この場合、２点の計測点４Ａ，４Ｂの高さの差が所定の閾値未満の場合に路面位置６と判断し、閾値以上の場合に障害物位置５ａと判断する。この閾値は、走行車両１の走行に支障のない高さ（例えば５〜２０ｃｍ）に設定する。

図３（Ｂ）において、遠距離レーザ装置１４は、第２レーザ光Ｌ２を斜め下向きの第２角度θ２で前方に照射する。第２角度θ２は、路面３からの反射光を検出し得ない角度範囲である。第２角度θ２の角度範囲は、例えば０度以上、３度以下であり、好ましくは２度以下である。
この場合、計測点が遠方となり、第２レーザ光Ｌ２の入射角が浅くなるため、路面３からの反射が計測されなくなる。このような遠方計測において、計測点４Ｃから反射光を計測した場合に障害物位置５ｂと判断する。
しかし、遠距離レーザ装置１４は、路面上に白線のレーンなど、反射率が高く乱反射するものが描かれていると、その反射光を検出し、障害物位置５ｂとして誤検出する場合がある。

図４Ａは近距離レーザ装置１２の計測結果の例、図４Ｂは遠距離レーザ装置１４の計測結果の例である。また、図４Ｃは、実環境の模式図である。
図４Ａ、図４Ｂにおいて、横軸は幅方向位置、縦軸は前方向位置であり、図中の数字は距離（ｍ）を意味する。走行車両１は、幅方向位置が０ｍ、前方向位置が０ｍの位置に位置する。

図４Ａにおいて、近距離レーザ装置１２による第１レーザ光Ｌ１の照射範囲、すなわち近距離範囲Ａ１は、およそ１０ｍから３０ｍの扇形範囲である。またこの図で、■は障害物位置５ａ、□は路面位置６である。

図４Ｂにおいて、遠距離レーザ装置１４による第２レーザ光Ｌ２の照射範囲のうち、重複範囲Ｂはおよそ２０ｍから３０ｍの扇形範囲である。また遠距離範囲Ａ２は、およそ３０ｍから８０ｍの扇形範囲である。またこの図で、■は障害物位置５ｂである。
なお図４Ｂには、路面上の白線のレーンを障害物位置５ｂとして誤検出した障害物位置５ｃが含まれている。

図４Ｃにおいて、白線１１は、路面３の中央とその両側に設けられている。また障害物４は例えばパイロンであり、両側の白線１１の上に間隔を隔てて配置されている。

図５は、本発明の障害物検出方法のフロー図である。この図において、（Ａ）は全体フロー図、（Ｂ）はステップＳ４の部分フロー図、（Ｃ）はステップＳ４−４の詳細フロー図である。
また、図６は、本発明の障害物検出方法の説明図である。この図において、（Ａ）は近距離レーザ装置１２によるローカル環境地図７、（Ｂ）は遠距離レーザ装置１４によるローカル環境地図８である。また、（Ｃ）は不一致位置９を示す図、（Ｄ）は白線位置９ａと対象位置９ｂを示す図、（Ｅ）は誤検出した障害物位置５ｃを消去したローカル環境地図である。
以下、図５と図６を対比して、本発明の障害物検出方法を説明する。

図５（Ａ）において、本発明の障害物検出方法は、Ｓ１〜Ｓ４の各ステップ（工程）からなる。

ステップＳ１では、上述した近距離レーザ装置１２、遠距離レーザ装置１４及びデータ処理装置１６を準備する。

ステップＳ２では、近距離レーザ装置１２により、走行車両１に近い近距離範囲Ａ１に、第１レーザ光Ｌ１を照射して、その入射光と反射光の時間差から障害物位置５ａと路面位置６を検出する。
ステップＳ３では、遠距離レーザ装置１４により、近距離範囲Ａ１と重複する重複範囲Ｂと近距離範囲Ａ１よりも遠い遠距離範囲Ａ２とに、第２レーザ光Ｌ２を照射して、その入射光と反射光の時間差から障害物位置５ｂを検出する。この障害物位置５ｂには、誤検出した障害物位置５ｃが含まれている。

ステップＳ４では、データ処理装置１６により、重複範囲Ｂでの検出結果を利用して、近距離レーザ装置１２及び遠距離レーザ装置１４で検出された路面位置６と障害物位置５ａ，５ｂから誤検出した障害物位置５ｃを特定し消去する。
ステップＳ４により、図６（Ａ）のローカル環境地図７と図６（Ｂ）のローカル環境地図８から、図６（Ｅ）の誤検出した障害物位置５ｃを消去したローカル環境地図が作成される。

図５（Ｂ）において、ステップＳ４は、Ｓ４−１〜Ｓ４−４の各ステップ（工程）からなる。

ステップＳ４−１では、近距離レーザ装置１２及び遠距離レーザ装置１４で検出された路面位置６と障害物位置５ａ，５ｂから走行車両前方のローカル環境地図７，８を作成する。
図６（Ａ）のローカル環境地図７は近距離レーザ装置１２の検出データにより作成し、図６（Ｂ）のローカル環境地図８は、遠距離レーザ装置１４の検出データにより作成する。ローカル環境地図７，８の範囲は、走行車両１の走行方向１ａに対し左右に所定の角度範囲（例えば３０度以上）において共通であるのが好ましい。

ステップＳ４−２では、ローカル環境地図７，８において、検出されたそれぞれの障害物位置５ａ，５ｂを比較する。
ステップＳ４−３では、比較による障害物位置５ａ，５ｂの不一致位置９を抽出する。図６（Ｃ）は、ローカル環境地図７，８を合成して抽出された不一致位置９を示している。
重複範囲Ｂにおける障害物位置５ｂ（遠距離レーザ装置１４で検出）は、同じ位置に障害物位置５ａ（近距離レーザ装置１２で検出）がない場合に不一致位置９である。また、互いに重複しない近距離範囲Ａ１と遠距離範囲Ａ２における障害物位置５ａ，５ｂは、常に不一致位置９となる。

ステップＳ４−４では、不一致位置９から誤検出した障害物位置５ｃを検出し消去する。

図５（Ｃ）において、ステップＳ４−４は、Ｔ１〜Ｔ３の各ステップ（工程）からなる。
ステップＴ１では、図６（Ｄ）に示すように、重複範囲Ｂにおいて不一致位置９のうち直線上に位置するものを白線位置９ａとして検出する。
ステップＴ２では、遠距離レーザ装置１４で検出した不一致位置９のうち、白線位置９ａの延長線上に位置する障害物位置５ｂを対象位置９ｂとして抽出する。
ステップＴ３では、対象位置９ｂの走行車両１からの距離が第１閾値以上であり、検出回数が第２閾値以上であり、検出幅が第３閾値以下である場合に、対象位置９ｂを誤検出した障害物位置５ｃと判定し、障害物位置５ｃをローカル環境地図７，８から消去する。各閾値は、予め任意に設定する。

すなわち、重複範囲Ｂで検出された障害物位置５ｂのデータと、近距離レーザ装置１２で検出された障害物位置５ａのデータとを用いて、重複範囲Ｂにおける不一致位置９を求め、その不一致位置９の情報と上述した条件とを利用して、遠距離レーザ装置１４が誤検出した障害物位置５ｃを特定し、ローカル環境地図７，８から消去する。

なお、白線（中央線）には以下の特徴がある。
（１）遠距離レーザ装置１４の照射角度が浅いため、遠方では検出されない。この特徴を第１閾値である走行車両１からの距離に利用する。
（２）ノイズのように計測されるため、検出される位置が不規則である。この特徴を第２閾値である検出回数に利用する。
（３）幅が１０ｃｍ程度である。この特徴を第３閾値である幅に利用する。

上述した本発明の装置と方法によれば、データ処理装置１６により、重複範囲Ｂでの検出結果を利用して、近距離レーザ装置１２及び遠距離レーザ装置１４で検出された路面位置６と障害物位置５ａ，５ｂから誤検出した障害物位置５ｃが特定され消去される。従って、走行車両１から遠距離（例えば３０ｍ以上）の路面上に反射率が高く乱反射するもの（例えば白線）が描かれていても、遠距離の障害物４を誤検出なく検出することができる。

なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

Ａ１近距離範囲、Ａ２遠距離範囲、Ｂ重複範囲、
Ｈ１，Ｈ２設置高さ、Ｌ１第１レーザ光、Ｌ２第２レーザ光、
θ１第１角度、θ２第２角度、１走行車両（移動体）、１ａ走行方向、
２排土装置、３路面、４障害物、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ計測点、
５，５ａ，５ｂ，５ｃ障害物位置、６路面位置、
７，８ローカル環境地図、９不一致位置、９ａ白線位置、９ｂ対象位置、
１０障害物検出装置、１１白線、
１２近距離レーザ装置（レーザレンジファインダ）、
１４遠距離レーザ装置（レーザレンジファインダ）、
１６データ処理装置

Claims

路面を走行する走行車両に搭載された近距離レーザ装置及び遠距離レーザ装置と、
障害物位置を検出するデータ処理装置と、を備え、
前記近距離レーザ装置は、前記走行車両に近い近距離範囲に、第１レーザ光を照射して、その入射光と反射光の時間差から障害物位置と路面位置を検出し、
前記遠距離レーザ装置は、前記近距離範囲と重複する重複範囲と前記近距離範囲よりも遠い遠距離範囲とに、第２レーザ光を照射して、その入射光と反射光の時間差から障害物位置を検出し、
前記データ処理装置は、前記重複範囲での検出結果を利用して、前記近距離レーザ装置及び前記遠距離レーザ装置で検出された路面位置と障害物位置とから誤検出した障害物位置を特定し消去する、ことを特徴とする障害物検出装置。
前記近距離レーザ装置は、前記第１レーザ光を斜め下向きの第１角度で前方に照射し、前記第１角度は、前記時間差から路面位置と障害物位置とを検出可能な角度範囲であり、
前記遠距離レーザ装置は、第２レーザ光を斜め下向きの第２角度で前方に照射し、前記第２角度は、路面からの反射光を検出し得ない角度範囲である、ことを特徴とする請求項１に記載の障害物検出装置。
前記第１角度θ１の角度範囲は、２度以上、６０度以下であり、
前記第２角度θ２の角度範囲は、０度以上、３度以下である、ことを特徴とする請求項２に記載の障害物検出装置。
（Ａ）近距離レーザ装置、遠距離レーザ装置及びデータ処理装置を準備し、
（Ｂ）前記近距離レーザ装置により、走行車両に近い近距離範囲に、第１レーザ光を照射して、その入射光と反射光の時間差から障害物位置と路面位置を検出し、
（Ｃ）前記遠距離レーザ装置により、前記近距離範囲と重複する重複範囲と前記近距離範囲よりも遠い遠距離範囲とに、第２レーザ光を照射して、その入射光と反射光の時間差から障害物位置を検出し、
（Ｄ）データ処理装置により、前記重複範囲での検出結果を利用して、前記近距離レーザ装置及び前記遠距離レーザ装置で検出された路面位置と障害物位置とから誤検出した障害物位置を特定し消去する、ことを特徴とする障害物検出方法。
前記（Ｄ）において、
（Ｄ１）前記近距離レーザ装置及び前記遠距離レーザ装置で検出された路面位置と障害物位置から走行車両前方のローカル環境地図を作成し、
（Ｄ２）前記ローカル環境地図において、検出されたそれぞれの障害物位置を比較し、
（Ｄ３）前記比較による障害物位置の不一致位置を抽出し、
（Ｄ４）前記不一致位置から誤検出した障害物位置を検出し消去する、ことを特徴とする請求項４に記載の障害物検出方法。
前記（Ｄ４）において、
（Ｅ１）前記不一致位置のうち、前記重複範囲において直線上に位置するものを白線位置として検出し、
（Ｅ２）前記不一致位置のうち、前記遠距離範囲において前記白線位置の延長線上に位置する障害物位置を対象位置として抽出し、
（Ｅ３）前記対象位置の走行車両からの距離が第１閾値以上であり、検出回数が第２閾値以上であり、検出幅が第３閾値以下である場合に、前記対象位置を誤検出した障害物位置と判定し、前記障害物位置を前記ローカル環境地図から消去する、ことを特徴とする請求項５に記載の障害物検出方法。