JP2017032356A - ステレオ画像処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】多くのセンサを用いることなく、誤差や外乱が含まれることなく短時間で精度良くステレオカメラの視差を補正する。【解決手段】ステレオカメラからの一対の画像情報の同一フレームから自車両からの距離が異なる2つの信号機を検出し、ナビゲーションシステムからの地図情報に基づき画像情報に基づく2つの信号機に対応する2つの信号機を検出し、画像情報に基づく2つの停止物間距離を第1の停止物間距離DCABとして算出し、地図情報に基づく2つの停止物間距離を第2の停止物間距離DMABとして算出し、第2の停止物間距離DMABを真値として第1の停止物間距離DCABが第2の停止物間距離DMABに一致するようにステレオカメラの視差を補正する。【選択図】図3

Description

本発明は、移動体に搭載されている一対のカメラの視差ずれを推定して補正するステレオ画像処理装置に関する。
従来、三次元の距離情報を取得し、この情報に基づいて周囲環境や自己位置を認識する三次元計測装置が知られており、車両等の移動体に搭載されて実用化されている。この種の三次元計測装置は、例えば、左右一対のカメラ(ステレオカメラ)で撮影した同一対象物の一対の画像の相関を求め、同一物体に対する視差からステレオカメラの取り付け位置や焦点距離等のカメラパラメータを用いて三角測量の原理により対象物までの距離を算出するようにしている。
従って、ステレオマッチングの精度(信頼性の高い距離情報)を得るためには、視差以外の位置的なずれがステレオ画像に存在しないことが望ましい。しかし、実際には、取付け時にカメラをネジ締めすること等によりカメラに加わる物理的なストレスやカメラが搭載された装置の振動や熱による歪み等によりカメラの光軸がずれる等して、視差が経時的にずれてしまう場合がある。ステレオカメラに視差ずれが生じると、基準画像と比較画像との視差と物体の実際の距離とが正確に対応しなくなり、ステレオマッチング法による物体の三次元的な位置の割り出しの精度が低下して、対象物までの距離情報の信頼性が損なわれてしまう。
このようなカメラにおける光軸ずれを補正する技術としては、例えば、特開2007−267231号公報(以下、特許文献1)で、後方カメラにより、第1の地物および第1の地物と自車両との第1の距離を検出し、前方ステレオカメラにより、第2の地物および第2の地物と自車両との第2の距離を検出し、高精度地図データに格納された真正距離と前述の実測値とを比較して後方カメラの光軸ずれを検出し、実測値が真正距離に一致するように補正する光軸ずれの補正装置の技術が開示されている。
特開2007−267231号公報
しかしながら、上述の特許文献1に開示される光軸ずれの補正装置では、後方カメラ、前方ステレオカメラ、車両の移動距離を計測するためのセンサ(例えば、車速センサ)などの複数のセンサが必要で、後方カメラの光軸ずれを検出して補正しようとした場合、これら複数のセンサの誤差を考慮しなければ精度良く光軸ずれを補正することができないという課題がある。また、第1の地物と第2の地物とを検出して初めて光軸ずれの補正が行えるようになるため、光軸ずれの補正に時間がかかるという課題もある。更に、このように第1の地物と第2の地物を検出して光軸ずれの補正を行おうとすると、第1の地物を検出するときの検出状態と第2の地物を検出するときの検出状態が異なって外乱が含まれ、精度良く光軸ずれを補正するためには、このような外乱をも考慮する必要がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、多くのセンサを用いることなく、誤差や外乱が含まれることなく短時間で精度良くステレオカメラの視差を補正することができるステレオ画像処理装置を提供することを目的としている。
本発明のステレオ画像処理装置の一態様は、移動体に搭載した一対のカメラで撮影した一対の画像情報の同一対象物に対する視差に基づいて上記同一対象物までの距離情報を算出するステレオ画像処理装置において、地図情報を取得する地図情報取得手段と、上記一対の画像情報の同一フレームから上記移動体からの距離が異なる2つの停止物を検出し、上記地図情報に基づき上記画像情報に基づく2つの停止物に対応する2つの停止物を検出し、上記画像情報に基づく2つの停止物間距離を第1の停止物間距離として算出し、上記地図情報に基づく2つの停止物間距離を第2の停止物間距離として算出し、上記第1の停止物間距離と上記第2の停止物間距離とを比較し、上記第2の停止物間距離を基準として上記第1の停止物間距離が上記第2の停止物間距離に一致するように上記視差を補正する視差補正手段とを備えた。
本発明によるステレオ画像処理装置によれば、多くのセンサを用いることなく、誤差や外乱が含まれることなく短時間で精度良くステレオカメラの視差を補正することが可能となる。
本発明の実施の一形態に係るステレオ画像処理装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の一形態に係る視差補正処理部の機能ブロック図である。 本発明の実施の一形態に係る視差補正プログラムのフローチャートである。 本発明の実施の一形態に係る車載カメラで撮影した自車両前方の画像の一例を示す説明図である。 本発明の実施の一形態に係る自車両前方の2つの停止物の算出方法の説明図である。 本発明の実施の一形態に係る2つの停止物までの距離と視差との関係の説明図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1に示すように、本実施形態によるステレオ画像処理装置1は、自動車等の移動体に搭載されている。尚、以下においては、このステレオ画像処理装置1を、車両に搭載した場合を例示して説明する。
ステレオ画像処理装置1は、コンピュータを中心に構成されている画像処理部2を有し、この画像処理部2の入力側に、A/Dコンバータ3,4を介してステレオカメラ5、およびナビゲーションシステム6が接続されている。
ステレオカメラ5は、CCDやCMOS等のイメージセンサを内蔵するメインカメラ5aとサブカメラ5bとで構成されており、この両カメラ5a,5bは、それぞれ車室内の天井前方であって、車幅方向中央を挟んで左右に等間隔離れた位置に取り付けられ、車外の環境を異なる視点からステレオ撮像を行う。
メインカメラ5aは、ステレオ画像処理を行う際に必要な基準画像(右画像)を撮像し、サブカメラ5bは、比較画像(左画像)を撮像する。互いの同期が取れている状態において、カメラ5a,5bから出力された各アナログ画像は、A/Dコンバータ3,4にてデジタル画像に変換されて、画像処理部2に送信される。
ナビゲーションシステム6は、周知のシステムであり、例えば、GPS[Global Positioning System:全地球測位システム]衛星からの電波信号を受信して車両の位置情報(緯度、経度)を取得し、車速センサから車速を取得し、また、地磁気センサあるいはジャイロセンサ等により、移動方向情報を取得する。そして、ナビゲーションシステムは、ナビゲーション機能を実現するための経路情報を生成するナビECUと、地図情報(サプライヤデータ、及び、更新されたデータ)を記憶する地図データベースと、例えば液晶ディスプレイ等の表示部(以上、何れも図示せず)を備えて構成される。
ナビECUは、利用者によって指定された目的地までの経路情報を地図画像に重ねて表示部に表示させるとともに、検出された車両の位置、速度、走行方向等の情報に基づき、車両の現在位置を表示部上の地図画像に重ねて表示する。また、地図データベースには、ノードデータ、施設データ等の道路地図を構成するのに必要な情報が記憶されている。ノードデータは、地図画像を構成する道路の位置及び形状に関するものであり、例えば道路の分岐点(交差点)を含む道路上の点(ノード点)の座標(緯度、経度)、当該ノード点が含まれる道路の方向、種別(例えば、高速道路、幹線道路、市道といった情報)、当該ノード点における道路のタイプ(直線区間、円弧区間(円弧曲線部)、クロソイド曲線区間(緩和曲線部))及びカーブ曲率(或いは、半径)のデータが含まれる。従って、車両の現在位置が重ねられた地図上の位置により自車両の走行路が特定され、該自車両の走行路を目標進行路として自車両の位置に最も近いノード点の情報により、道路のカーブ曲率(或いは、半径)、道路の方向等の走行路情報が取得される。更に、信号機、標識、施設データ(すなわち、停止物データ)は、各ノード点の付近に存在する施設情報に関するデータを含み、ノードデータ(或いは、当該ノードが存在するリンクデータ)と関連づけて記憶されている。このように、ナビゲーションシステム6は、自車位置情報と地図情報とに基づいて車線情報を提供するものであり、地図情報取得手段として設けられている。
そして、画像処理部2は、ステレオカメラ5、およびナビゲーションシステム6からの入力信号に基づいて、ステレオカメラ5からの一対の画像情報の同一フレームから自車両からの距離が異なる2つの停止物(本実施の形態では停止物の一例として、図4に示すように、信号機(遠方の信号機21A、近くの信号機21B)を例とする)を検出し、ナビゲーションシステム6からの地図情報に基づき画像情報に基づく2つの信号機に対応する2つの信号機を検出し、画像情報に基づく2つの停止物間距離を第1の停止物間距離DCABとして算出し、地図情報に基づく2つの停止物間距離を第2の停止物間距離DMABとして算出し、第1の停止物間距離DCABと第2の停止物間距離DMABとを比較し、第2の停止物間距離DMABを基準として(真値として)第1の停止物間距離DCABが第2の停止物間距離DMABに一致するようにステレオカメラ5の視差を補正し、補正した視差を用いて距離データを求めて画像を認識して出力する構成となっている。
このため、画像処理部2は、画像補正部11、ステレオ画像処理部12、視差補正処理部13、距離データ記憶部14、画像データ記憶部15、画像認識部16を備えて主要に構成されている。
画像補正部11は、画像情報に対して輝度補正や画像の幾何学的な変換等を行う。通常、左右一対のカメラ5a,5bの取付位置には誤差があり、それに起因したずれが左右の画像に生じる。このずれを補正するために、アフィン変換等を用いて、画像の回転や平行移動等の幾何学的な変換を行う。このような画像補正処理により、メインカメラ5aから画像データに基づいて基準画像データが生成され、サブカメラ5bからの画像データに基づいて比較画像データが生成される。この両画像データがステレオ画像処理部12に送信される。
ステレオ画像処理部12は、基準画像データと比較画像データとに基づいて、1フレーム相当の撮像画像に関し、同一物体に対する視差Zから三角測量の原理を用いて対象物までの距離(距離データ)Dを、次の(1)式から算出する。
D=f・L/Z …(1)
ここで、fは焦点距離、Lは左右カメラ5a,5b間の距離である。尚、Dは焦点距離fの位置から対象物までの距離である(図6参照:図6中では、距離Dは、LCA、或いはLCBを例としている)。
また、視差Zは、同一対象物を撮影した基準画像データと比較画像データとの水平方向のずれ量であり、視差画素数xと画素ピッチPとを乗算した値で求められる(Z=x・P)。そして、この距離データを視差補正処理部13に出力する。
視差補正処理部13は、ナビゲーションシステム6から地図情報が入力され、ステレオ画像処理部12から距離データが入力され、図2に示すように、学習補正値算出部13aと位置補正部13bとを備えている。
そして、学習補正値算出部13aは、一対の画像情報の同一フレームから自車両からの距離が異なる2つの停止物(本実施の形態では停止物の一例として、図4に示すように、信号機(遠方の信号機21A、近くの信号機21B)を例とする)を検出し、ナビゲーションシステム6からの地図情報に基づき画像情報に基づく2つの信号機に対応する2つの信号機を検出し、画像情報に基づく2つの停止物間距離を第1の停止物間距離DCABとして算出し、地図情報に基づく2つの停止物間距離を第2の停止物間距離DMABとして算出し、第1の停止物間距離DCABと第2の停止物間距離DMABとを比較し、第2の停止物間距離DMABを基準として(真値として)第1の停止物間距離DCABが第2の停止物間距離DMABに一致するようにステレオカメラ5の視差を補正する(視差画素数を補正する)学習補正値Kxを算出し、位置補正部13bに出力する。
具体的には、図5に示すように、両カメラ5a,5bで撮影した自車両20前方の画像の同一のフレームから停止物として、遠方の信号機21Aと、それよりも近くに立設されている信号機21Bを検出し、ナビゲーションシステム6からの地図情報に基づき画像情報に基づく2つの信号機21A、21Bに対応する2つの信号機を検出する。
そして、画像情報に基づく遠方の信号機21Aと近くの信号機21Bとの間の距離(第1の停止物間距離)DCABを、以下の(2)式により算出する。
DCA=LCA−LCB …(2)
ここで、LCAは自車両から遠方の信号機21Aまでの距離、LCBは自車両から近くの信号機21Bまでの距離である。
また、ナビゲーションシステム6の地図情報からは遠方の信号機21Aと近くの信号機21Bとの間の距離(第2の停止物間距離)DMABを直接算出する。
この場合、地図情報が真値、すなわち、第2の停止物間距離DMABが真値とみなすと、ステレオカメラ5に視差ずれが無く第1の停止物間距離DCABの値が真値であれば、第2の停止物間距離DMABと第1の停止物間距離DCABとが一致する。逆に、ステレオカメラ5に視差ずれがある場合には、第1の停止物間距離DCABもずれた値となり、第2の停止物間距離DMABに対し、第1の停止物間距離DCABが異なった値となる。
また、図6に示すように、近くの信号機21Bの距離LCBを計測する際に検出した視差ZBの方が、遠方の信号機21Aの距離LCAを計測する際に検出した視差ZAよりも大きく、視差ずれの影響は近くの信号機21B検出した距離LCBの方が小さい。
従って、本実施形態では、第2の停止物間距離DMABと第1の停止物間距離DCABとが相違している場合、近くの信号機21Bの距離LCBを基準とし、第2の停止物間距離DMABを基準として(真値として)第1の停止物間距離DCABが第2の停止物間距離DMABに一致するようにステレオカメラ5の視差を補正する。
上述したように、視差Z=x・Pであり、視差画素数xに視差ずれが現れる。本実施形態では、画像情報に基づく近くの信号機21Bの距離LCB、遠方の信号機21Aの距離LCAを基に、第1の停止物間距離DCABが第2の停止物間距離DMABに一致するように遠方の信号機21Aの距離LCAの視差画素数xを学習補正値Kxにより補正する。そして、この学習補正値Kxを、次回以降の演算において、新たな学習補正値Kxが算出されるまで保持する。
以下、学習補正値算出部13aで算出する学習補正値Kxの具体例を示す。この場合、ステレオカメラ5の諸元を、f=5[mm]、L=300[mm]、P=0.005[mm]とし、図5に示す、画像情報により得られるLCA=85[m]、LCB=50[m]、DCAB=35[m]とし、地図情報により得られるDMAB=32[m]とする。従って、地図情報により得られる遠方の信号機21Aと近くの信号機21Bの距離は、近くの信号機21Bの距離をLCB=50[m]と同じ(基準)と考えれば、遠方の信号機21Aの距離は、50+32=82[m]となる。
以上の例において、画像情報による遠方の信号機21Aの距離は、以下の(3)式となっている。
85[m]=5[m]・300[mm]/Z1 …(3)
また、地図情報による遠方の信号機21Aの距離は、以下の(4)式となっている。
82[m]=5[m]・300[mm]/Z2 …(4)
ここで、(3)式における視差Z1は、補正前の視差画素数を視差画素数x1として、Z1=x1・0.005[mm]であり、x1=3.529411765となっている。
また、(4)式における視差Z2は、補正後の視差画素数を視差画素数x2として、Z2=x2・0.005[mm]であり、x2=3.658536585となっている。
従って、視差画素数xは減算補正する値を学習補正値Kxと定義すると、上述の例において、Kx=−0.129124821となる。
そして、視差画素数xを減算補正する学習補正値Kxを登録し、以降の演算において、新たな学習補正値Kxが算出されるまで、視差Zを算出する際の視差画素数xを学習補正値Kxで順次、学習補正する(Z=(x−Kx)・P)。
この学習補正値Kxは、位置補正部13bで読込まれる。位置補正部13bは、ステレオ画像処理部12で設定した視差Zを学習補正値Kxで学習補正し(Z=(x−Kx)・P)、学習補正後の視差Zに基づいて対象物の距離Dを求める。そして、視差Zを学習補正して求めた距離データ、及び、この距離データに対応する画像データを距離データ記憶部14、画像データ記憶部15にそれぞれ記憶させる。このように、視差補正処理部13は視差補正手段として設けられている。
画像認識部16は、画像データ記憶部15に記憶されている画像データを用いて対象物を認識し、距離データ記憶部14に記憶されている距離データに基づいて、当該対象物の三次元的な位置を認識する。
この画像認識部16で認識した対象物の三次元的な位置情報は、使用目的に応じて適宜読込まれる。例えば、ステレオ画像処理装置1が移動体としての自動車に搭載されている場合、自車両20が走行する車線の左右を区画する区画線、標識、横断歩道、ガードレール、側壁、先行車等の車両、歩行者、信号機等の立体物等が認識すべき対象物となる。又、ステレオ画像処理装置1が移動体としての鉄道車両に搭載されている場合は、鉄道レール、通行車、通行人等が認識すべき対象物となる。
次に、視差補正処理部13で実行される視差補正プログラムを図3のフローチャートで説明する。
まず、ステップ(以下、「S」と略称)101で、同じ一つのフレームから2つの停止物(物体A、B)を距離情報と共に検出する。尚、本実施の形態の例では、2つの停止物は、遠方の信号機21Aと近くの信号機21Bであり、遠方の信号機21Aの距離LCA、近くの信号機21Bの距離LCBである。
次いで、S102に進み、2つの停止物(物体A、B)が検出済みか否か判定し、検出できない場合にはS103に進み、次のフレームを検索する。
また、S102で、同じ一つのフレームから2つの停止物(物体A、B)を距離情報と共に検出できた場合には、S104に進み、遠方の信号機21Aの距離LCAと近くの信号機21Bの距離LCBが予め設定しておいた閾値LD以上か否か判定し、閾値LDより近くの場合は、S103に進み、次のフレームを検索する。
逆に、遠方の信号機21Aの距離LCAと近くの信号機21Bの距離LCBが予め設定しておいた閾値LD以上の場合は、S105に進む。
S105に進むと、前述の(2)式により、画像情報に基づく遠方の信号機21Aと近くの信号機21Bとの間の距離(第1の停止物間距離)DCABを算出する。
次いで、S106に進み、ナビゲーションシステム6の地図情報から、画像情報に基づく2つの信号機21A、21Bに対応する2つの信号機21A、21Bを検出し、遠方の信号機21Aと近くの信号機21Bとの間の距離(第2の停止物間距離)DMABを直接算出する。
次に、S107に進んで、第1の停止物間距離DCABと第2の停止物間距離DMABとが等しい(DCAB=DMAB)か否か判定する。
このS107の判定の結果、DCAB=DMABの場合は、ステレオカメラ5の視差を補正する必要はないと判定してプログラムを抜ける。
一方、第1の停止物間距離DCABと第2の停止物間距離DMABとが等しくないと判定した場合は、S108に進み、ステレオカメラ5の視差を補正する。すなわち、学習補正値算出部13aで、前述の如く、視差画素数を補正する学習補正値Kxを算出し、視差の学習補正を行ってプログラムを抜ける。
このように、本発明の実施形態によれば、ステレオカメラ5、およびナビゲーションシステム6からの入力信号に基づいて、ステレオカメラ5からの一対の画像情報の同一フレームから自車両からの距離が異なる2つの停止物を検出し、ナビゲーションシステム6からの地図情報に基づき画像情報に基づく2つの信号機に対応する2つの信号機を検出し、画像情報に基づく2つの停止物間距離を第1の停止物間距離DCABとして算出し、地図情報に基づく2つの停止物間距離を第2の停止物間距離DMABとして算出し、第1の停止物間距離DCABと第2の停止物間距離DMABとを比較し、第2の停止物間距離DMABを基準として(真値として)第1の停止物間距離DCABが第2の停止物間距離DMABに一致するようにステレオカメラ5の視差を補正する。このため、光軸ずれ等を検出するために複数のセンサを必要とすること無く、画像情報の1フレームで視差の補正を行うことができ、視差補正の精度向上及び調整時間の短縮化を図ることができる。また、視差の補正を行うのに複数のセンサの影響や補正時間を要しないので外乱が含まれることもなく精度の良い視差補正を行うことができる。
尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば、停止物は、信号機以外にも、電柱、標識、道路の中央分離帯、建物であっても良く、また、道路上の標識等であっても良い。
1 ステレオ画像処理装置
2 画像処理部
5 ステレオカメラ
6 ナビゲーションシステム(地図情報取得手段)
11 画像補正部
12 ステレオ画像処理部
13 視差補正処理部(視差補正手段)
13a 学習補正値算出部
13b 位置補正部
14 距離データ記憶部
15 画像データ記憶部
16 画像認識部
20 自車両
21A 信号機
21B 信号機

Claims (3)

  1. 移動体に搭載した一対のカメラで撮影した一対の画像情報の同一対象物に対する視差に基づいて上記同一対象物までの距離情報を算出するステレオ画像処理装置において、
    地図情報を取得する地図情報取得手段と、
    上記一対の画像情報の同一フレームから上記移動体からの距離が異なる2つの停止物を検出し、上記地図情報に基づき上記画像情報に基づく2つの停止物に対応する2つの停止物を検出し、上記画像情報に基づく2つの停止物間距離を第1の停止物間距離として算出し、上記地図情報に基づく2つの停止物間距離を第2の停止物間距離として算出し、上記第1の停止物間距離と上記第2の停止物間距離とを比較し、上記第2の停止物間距離を基準として上記第1の停止物間距離が上記第2の停止物間距離に一致するように上記視差を補正する視差補正手段と、
    を備えたことを特徴とするステレオ画像処理装置。
  2. 上記視差は、上記一対の画像情報の水平方向の視差画素数に応じて取得されるものであって、
    上記視差補正手段は、上記視差画素数を補正する学習補正値を算出して上記視差を補正することを特徴とする請求項1記載のステレオ画像処理装置。
  3. 上記視差補正手段は、上記2つの停止物のうち上記移動体からの距離が短い方の停止物の位置を基準として上記第1の停止物間距離が上記第2の停止物間距離に一致するように上記視差の補正を行うことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のステレオ画像処理装置。
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