JP2020201179A - 情報処理装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】車両などの移動体の位置を好適に算出可能な情報処理装置を提供する。【解決手段】情報処理装置１は、車両周辺の地物を含む角度対応画像Ｉａを取得し、角度対応画像Ｉａ中の地物に関連する少なくとも２つの基準部を抽出する。そして、情報処理装置１は、少なくとも２つの基準部の各々に対し、車両の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する。そして、情報処理装置１は、地図ＤＢ４から、少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の基準部の位置情報と、を夫々取得する。そして、情報処理装置１は、上述の仰角に関する情報と、上述の高さに関する情報と、上述の位置情報と、から、地図上における車両の位置である自車位置Ｐを算出する。【選択図】図５

Description

本発明は、位置を測定する技術に関する。

従来から、車両の進行先に設置される地物をライダ、レーダ又はカメラを用いて検出し、その検出結果に基づいて自車位置を推定する技術が知られている。例えば、特許文献１には、計測センサによる道路周辺の地物の計測結果と、予め地図上に登録された地物の位置情報とを照合させることで自己位置を推定する技術が開示されている。

特開２０１３−２５７７４２号公報

自動運転等においては、高精度な自車位置推定が必要となり、かつ、種々の状況下においても位置推定が可能であることが好ましい。一方、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）による位置推定や道路周辺の地物の距離計測に基づく位置推定のみでは、全ての状況下において高精度な位置推定を行うことができない。よって、このような既存の位置推定方法に加えて、他の位置推定方法が存在することが好ましい。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車両などの移動体の位置を好適に算出可能な情報処理装置を提供することを主な目的とする。

請求項に記載の発明は、情報処理装置であって、移動体の周辺の地物を含む画像を取得する第１取得部と、前記画像中の前記地物に関連する少なくとも２つの基準部を抽出する抽出部と、前記少なくとも２つの基準部の各々に対し、前記移動体の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する第２取得部と、前記少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の前記基準部の位置情報と、を夫々取得する第３取得部と、前記仰角に関する情報と、前記高さに関する情報と、前記位置情報と、から、地図上における前記移動体の位置を算出する算出部と、を有する。

また、請求項に記載の発明は、情報処理装置であって、移動体の周辺の地物に対して電磁波を走査することで得られる走査情報を取得する第１取得部と、前記走査情報に基づき、前記地物に関連する少なくとも２つの基準部の各々に対し、前記移動体の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する第２取得部と、前記少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の前記基準部の位置情報と、を夫々取得する第３取得部と、前記仰角に関する情報と、前記高さに関する情報と、前記位置情報と、から、地図上における移動体の位置を算出する算出部と、を有する。

また、請求項に記載の発明は、情報処理装置が実行する制御方法であって、移動体の周辺の地物を含む画像を取得する第１取得工程と、前記画像中の前記地物に関連する少なくとも２つの基準部を抽出する抽出工程と、前記少なくとも２つの基準部の各々に対し、前記移動体の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する第２取得工程と、前記少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の前記基準部の位置情報と、を夫々取得する第３取得工程と、前記仰角に関する情報と、前記高さに関する情報と、前記位置情報と、から、地図上における前記移動体の位置を算出する算出工程と、を有する。

また、請求項に記載の発明は、コンピュータが実行するプログラムであって、移動体の周辺の地物を含む画像を取得する第１取得部と、前記画像中の前記地物に関連する少なくとも２つの基準部を抽出する抽出部と、前記少なくとも２つの基準部の各々に対し、前記移動体の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する第２取得部と、前記少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の前記基準部の位置情報と、を夫々取得する第３取得部と、前記仰角に関する情報と、前記高さに関する情報と、前記位置情報と、から、地図上における前記移動体の位置を算出する算出部として前記コンピュータを機能させる。

実施例に係る情報処理装置の概略構成である。 地図ＤＢ（データベース）のデータ構造の一例である。 （Ａ）車両周辺を水平方向から観察した図を示す。（Ｂ）車両周辺の俯瞰図を示す。 （Ａ）車両周辺を水平方向から観察した図を示す。（Ｂ）自車位置算出に必要な円を明示した、車両周辺の俯瞰図を示す。 情報処理装置が実行する自車位置の算出方法の手順を示すフローチャートである。 変形例における自車位置算出システムの構成例を示す。

本発明の好適な実施形態によれば、情報処理装置であって、移動体の周辺の地物を含む画像を取得する第１取得部と、前記画像中の前記地物に関連する少なくとも２つの基準部を抽出する抽出部と、前記少なくとも２つの基準部の各々に対し、前記移動体の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する第２取得部と、前記少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の前記基準部の位置情報と、を夫々取得する第３取得部と、前記仰角に関する情報と、前記高さに関する情報と、前記位置情報と、から、地図上における前記移動体の位置を算出する算出部と、を有する。情報処理装置は、この態様により、地図上における移動体の位置を、幾何学的計算により好適に算出することができる。

上記情報処理装置の一態様では、前記画像は、仰角の方向に対応する画素数の差が仰角の差に比例する画像であり、前記第２取得部は、前記基準部が前記仰角の方向において前記画像中に存在する画素数に基づき、前記仰角に関する情報を取得する。この態様により、情報処理装置は、各基準部の仰角に関する情報を的確に取得することができる。

上記情報処理装置の他の一態様では、前記第３取得部は、地図情報に基づき、前記基準部の高さに関する情報と、前記基準部の位置情報とを取得する。この態様により、情報処理装置は、基準部の高さに関する情報と、基準部の位置情報とを好適に取得することができる。

上記情報処理装置の他の一態様では、前記地図情報は、前記基準部を識別するための特徴情報をさらに含み、前記算出部は、前記特徴情報に基づき、前記基準部の各々に対応する、前記仰角に関する情報と前記高さに関する情報と前記位置情報との組み合わせを認識する。この態様により、情報処理装置は、複数存在する基準部の各々に対応する仰角、高さ、位置に関する各情報の正しい組み合わせを認識し、移動体の位置の算出に用いることができる。

上記情報処理装置の他の一態様では、前記抽出部は、地表から略鉛直方向に延在する地物又は地物の一部を、前記基準部として抽出する。この態様により、情報処理装置は、基準部の仰角に関する正確な情報を取得することができ、移動体の位置を高精度に算出することが可能となる。

本発明に係る他の好適な実施形態では、情報処理装置は、移動体の周辺の地物に対して電磁波を走査することで得られる走査情報を取得する第１取得部と、前記走査情報に基づき、前記地物に関連する少なくとも２つの基準部の各々に対し、前記移動体の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する第２取得部と、前記少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の前記基準部の位置情報と、を夫々取得する第３取得部と、前記仰角に関する情報と、前記高さに関する情報と、前記位置情報と、から、地図上における移動体の位置を算出する算出部と、を有する。この態様によっても、情報処理装置は、地図上における移動体の位置を、幾何学的計算により好適に算出することができる。

本発明に係る他の好適な実施形態では、情報処理装置が実行する制御方法であって、移動体の周辺の地物を含む画像を取得する第１取得工程と、前記画像中の前記地物に関連する少なくとも２つの基準部を抽出する抽出工程と、前記少なくとも２つの基準部の各々に対し、前記移動体の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する第２取得工程と、前記少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の前記基準部の位置情報と、を夫々取得する第３取得工程と、前記仰角に関する情報と、前記高さに関する情報と、前記位置情報と、から、地図上における前記移動体の位置を算出する算出工程と、を有する。情報処理装置は、この制御方法を実行することで、地図上における移動体の位置を、幾何学的計算により好適に算出することができる。

本発明に係る他の好適な実施形態では、コンピュータが実行するプログラムであって、移動体の周辺の地物を含む画像を取得する第１取得部と、前記画像中の前記地物に関連する少なくとも２つの基準部を抽出する抽出部と、前記少なくとも２つの基準部の各々に対し、前記移動体の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する第２取得部と、前記少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の前記基準部の位置情報と、を夫々取得する第３取得部と、前記仰角に関する情報と、前記高さに関する情報と、前記位置情報と、から、地図上における前記移動体の位置を算出する算出部として前記コンピュータを機能させる。コンピュータは、このプログラムを実行することで、地図上における移動体の位置を、幾何学的計算により好適に算出することができる。好適には、上記プログラムは、記憶媒体に記憶される。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。以後において、「地図」とは、従来の経路案内用の車載機が参照するデータに加えて、ＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）や自動運転に用いられるデータも含むものとする。

［情報処理装置の構成］
図１は、本実施例における情報処理装置１の概略構成図を示す。情報処理装置１は、車両内で使用される据置型又は携帯型の装置、あるいは車両と一体となっている装置である。情報処理装置１は、主に、通信部１１と、記憶部１２と、入力部１３と、制御部１４と、車両に設けられたセンサ部７と電気的に接続するインターフェース１５と、表示部１６と、音出力部１７とを有する。情報処理装置１内の各要素は、バスライン１９を介して相互に接続されている。

通信部１１は、制御部１４の制御に基づきデータ通信を行う。例えば、通信部１１は、センサ部７の出力に基づき検出された物体等に関する情報を、データの収集及び配信を行うサーバ装置へ送信したり、現在位置周辺のエリアに対応する地図データなどを、上述のサーバ装置から受信したりする。また、通信部１１は、車両を制御するための制御信号を車両に送信する処理、車両の状態に関する信号を車両から受信する処理、及び車車間通信による他車両とのデータの送受信処理などを行ってもよい。

記憶部１２は、制御部１４が実行するプログラムや、制御部１４が所定の処理を実行する為に必要な情報を記憶する。記憶部１２は、情報処理装置１に接続又は内蔵されたハードディスクなどの外部記憶装置であってもよく、フラッシュメモリなどの記憶媒体であってもよい。なお、記憶部１２は、情報処理装置１とデータ通信を行うサーバ装置であってもよい。この場合、記憶部１２は、複数のサーバ装置から構成されてもよい。

記憶部１２は、地図ＤＢ４と、センサデータキャッシュ６とを記憶する。

地図ＤＢ４は、例えば、道路情報、施設情報、及び地物情報などを含むデータベースである。道路情報には、経路探索用の車線ネットワークデータ、道路形状データ、交通法規データなどが含まれる。地物情報は、道路標識等の看板や停止線等の道路標示、センターライン等の道路区画線や道路沿いの構造物等の情報を含む。地図ＤＢ４は、通信部１１により図示しないサーバ装置から受信する更新データに基づき適宜更新が行われてもよい。地図ＤＢ４のデータ構造については後述する。センサデータキャッシュ６は、センサ部７の出力データ（所謂生データ）を一時的に保持するキャッシュメモリである。

入力部１３は、ユーザが操作するためのボタン、タッチパネル、リモートコントローラ、音声入力装置等であり、例えば、目的地などの経路探索の条件を指定する入力、自動運転のオン及びオフを指定する入力などを受け付け、生成した入力信号を制御部１４へ供給する。

インターフェース１５は、センサ部７の出力データを制御部１４やセンサデータキャッシュに供給するためのインターフェース動作を行う。センサ部７は、カメラ７１などの車両の周辺環境を認識するための１又は複数の外界センサと、ＧＰＳ受信機７２、ジャイロセンサ７３、加速度センサ７４、速度センサ７５などの内界センサを含む。カメラ７１は、車両から撮影した画像を生成する。

好適には、カメラ７１は、撮影位置から２つの対象物までの仰角の差を、垂直方向の画素数の差から算出可能な画像（「角度対応画像Ｉａ」とも呼ぶ。）を出力するカメラ（例えば３６０°円周カメラ）を含むとよい。この場合、角度対応画像Ｉａを出力するカメラは、例えば、１又は複数の魚眼レンズを含んでもよい。

角度対応画像Ｉａは、少なくとも仰角の方向（ここでは画像の垂直方向）に対応する画素数の差が仰角の差に比例する画像であり、１つの画素が所定角度分の仰角（仰俯角）の差に対応している。従って、情報処理装置１は、対象物の仰角（即ち対象物の地表点から頂点までの仰角差）を算出する場合、角度対応画像Ｉａ中の仰角に対応する方向に対象物が存在する画素数（即ち対象物の地表点から頂点までの画素数）を数え、当該画素数に所定の比例定数を乗じることで、好適に仰角を算出する。上述の比例定数は、１つの画素に対する仰角の差を示す定数であり、例えばカメラ７１の仕様情報等として記憶部１２に予め記憶されている。角度対応画像Ｉａは、車両の現在位置の算出に好適に用いられる。なお、角度対応画像Ｉａを出力するカメラ７１を備える代わりに、制御部１４は、画素と角度が対応しない通常のカメラが出力する画像に基づき、角度対応画像Ｉａ又はこれに相当するデータを生成してもよい。

なお、センサ部７は、図１に示した外界センサ及び内界センサ以外の任意の外界センサ及び内界センサを有してもよい。例えば、センサ部７は、外界センサとして、ライダ（測域センサ）、超音波センサ、赤外線センサ、その他電磁波を走査することで情報を取得するセンサを有してもよい。

表示部１６は、制御部１４の制御に基づき、情報を表示する。例えば、表示部１６は、目的地までの経路を示した地図を表示したり、運転を補助する情報などを表示したりする。音出力部１７は、制御部１４の制御に基づき、音を出力する。音出力部１７は、例えば、運転を支援する案内音声、警告音、又は音楽等を出力する。

制御部１４は、所定のプログラムを実行するＣＰＵなどを含み、情報処理装置１の全体を制御する。本実施例では、制御部１４は、地図ＤＢ４に高さ情報が含まれている地物を、位置の計測における基準（「基準部」とも呼ぶ。）として選定し、選定した基準部の仰角と高さとに基づき、現在位置を算出する。以後では、本実施例に基づき算出する車両の位置を、「自車位置Ｐ」とも呼ぶ。制御部１４は、第１取得部、抽出部、第２取得部、第３取得部、算出部及びプログラムを実行するコンピュータ等として機能する。

ここで、基準部について補足説明する。基準部は、略鉛直方向に延在する地物（例えば柱状体の電柱や信号機等）に基づき決定される。なお、基準部は、地物そのものである必要はなく、地物における一部であってもよい。例えば、情報処理装置１は、信号機における柱部分のみを基準部とみなしてもよい。このように、基準部は、地表から略鉛直方向に延在する地物又は地物の一部であればよい。

図２は、地図ＤＢ４のデータ構造の一例である。図２に示す地図ＤＢ４は、主に、道路情報と、施設情報と、地物情報とを有する。地物情報は、地物毎に固有の識別情報である地物ＩＤと、地物の種別を示す種別情報と、地物の位置を示す位置情報と、地物の高さを示す高さ情報と、地物の特徴に関する特徴情報とを含む。ここで、特徴情報は、情報処理装置１等が対象の地物の検出に用いる情報であって、対象の地物に特徴的な情報（パラメータ情報も含む）を示す。上述の特徴情報は、対象の地物の識別に好適な目印（マーク）に関する情報であってもよい。

なお、地図ＤＢ４のデータ構造は、図２に示す構造に限定されない。例えば、地物情報は、対象の地物が基準部として適性があるか否かを示すフラグ情報などをさらに含んでもよい。他の例では、地図ＤＢ４は、基準部に関する情報を示す基準部情報を、地物情報とは独立して含んでもよい。この場合、基準部情報は、基準部毎に生成され、各基準部の識別情報及び各基準部の高さ情報などを少なくとも含む。

［自車位置の測定］
次に、本実施例に基づく自車位置Ｐの測定方法について説明する。概略的には、情報処理装置１は、少なくとも２つの基準部を選定し、当該基準部に関し、地図ＤＢ４に含まれる位置情報及び高さ情報と、角度対応画像Ｉａから特定する仰角の情報とに基づき、自車位置Ｐを算出する。

（１）道路上での自車位置算出
まず、道路上での自車位置Ｐの算出方法について説明する。

図３（Ａ）は、車両周辺を水平方向から観察した図を示し、図３（Ｂ）は、車両周辺の俯瞰図を示す。具体的には、図３（Ａ）は、車両が道路２１上に存在する場合の自車位置Ｐを道路２１の側面から観察した図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に対応する俯瞰図を示す。図３（Ａ）、（Ｂ）の例では、道路２１に沿って第１柱状物と第２柱状物が存在し、第１柱状物は車両の前方に存在し、第２柱状物は車両の後方に存在する。

なお、以後では、第１柱状物の地表位置を「Ｂ１」、第１柱状物の頂点位置を「Ｔ１」、第２柱状物の地表位置を「Ｂ２」、第２柱状物の頂点位置を「Ｔ２」とする。また、第１柱状物の高さ（位置Ｂ１から位置Ｔ１までの距離）を「Ｌ１」、第２柱状物の高さ（位置Ｂ２から位置Ｔ２までの距離）を「Ｌ２」とする。なお、ここでは、車両、第１柱状物、及び第２柱状物が存在する位置の標高は「Ｘ」であるものとする。また、自車位置Ｐから観察した第１柱状物の仰角（即ち位置Ｂ１と位置Ｔ１との仰角差）を「θ１」、自車位置Ｐから観察した第２柱状物の仰角（即ち位置Ｂ２と位置Ｔ２との仰角差）を「θ２」とする。また、第１柱状物と第２柱状物との道路２１に沿った距離を「Ｗ」、位置Ｂ１と自車位置Ｐとの道路２１に沿った距離を「ｄ１」、自車位置Ｐと位置Ｂ２との道路２１に沿った距離を「ｄ２」とする。さらに、位置Ｂ１と自車位置Ｐとの直線距離を「ｒ１」、自車位置Ｐと位置Ｂ２との直線距離を「ｒ２」とする。また、道路２１の幅方向における自車位置Ｐと位置Ｂ１及び位置Ｂ２との距離を「α」、第１柱状物及び第２柱状物が存在する側の道路２１の縁から自車位置Ｐとの距離を「ｄ３」とする。

まず、情報処理装置１は、ＧＰＳなどのＧＮＳＳなどから得られる情報に基づき、暫定的な現在位置（「暫定自車位置Ｐｇ」とも呼ぶ。）を決定する。また、情報処理装置１は、地図ＤＢ４の道路情報等を参照し、暫定自車位置Ｐｇが道路上に存在しない場合には、暫定自車位置Ｐｇから最も近い道路上に暫定自車位置Ｐｇが存在するように暫定自車位置Ｐｇを修正する。

次に、情報処理装置１は、地図ＤＢ４を参照し、暫定自車位置Ｐｇの周辺に存在する第１柱状物及び第２柱状物を、基準部として定める。例えば、この場合、情報処理装置１は、暫定自車位置Ｐｇよりも道路２２沿いの車両前方において最も近くに存在する第１柱状物と、暫定自車位置Ｐｇによりも道路２２沿いにおいて車両後方において最も近くに存在する第２柱状物とを、それぞれ基準部として選定する。

そして、情報処理装置１は、地図ＤＢ４に含まれる第１柱状物の地物情報と第２柱状物の地物情報とを夫々参照することで、第１柱状物の位置Ｂ１及び高さＬ１及び第２柱状物の位置Ｂ２及び高さＬ２を取得する。また、情報処理装置１は、自車位置Ｐにおいてカメラ７１から取得される角度対応画像Ｉａに基づき、第１柱状物に対する仰角θ１及び第２柱状物に対する仰角θ２を取得する。そして、情報処理装置１は、これらの取得した情報に基づき、道路上の位置を示す距離ｄ１及び距離ｄ２を算出する。

ここで、仰角θ１及び仰角θ２の算出方法について補足説明する。例えば、情報処理装置１は、まず、暫定自車位置Ｐｇ及び第１柱状物の位置情報等に基づき、自車位置に対する第１柱状物のおよその相対位置を特定し、特定した位置に対応する角度対応画像Ｉａの位置に存在する鉛直方向に延びた物体領域を、第１柱状物の領域として抽出する。次に、情報処理装置１は、角度対応画像Ｉａにおける第１柱状物の領域が仰角の方向（画像の垂直方向）において存在する画素数を数える。この場合、情報処理装置１は、第１柱状物の位置Ｂ１及び位置Ｔ１に対応する画素をそれぞれ検出し、検出した画素間の仰角の方向（画像の垂直方向）における画素数を数えてもよい。そして、情報処理装置１は、数えた画素数に、角度対応画像Ｉａの１画素分に対応する角度を乗じることで、仰角θ１を算出する。また、情報処理装置１は、第２柱状物に対しても同様の処理を実行することで、角度対応画像Ｉａから仰角θ１を算出する。

次に、距離ｄ１及び距離ｄ２の導出方法について具体的に説明する。

まず、車両から第１柱状物までの直線距離である距離ｒ１は、第１柱状物の高さＬ１と仰角θ１とを用いることで、以下の式（１）により表わされる。
ｒ１＝Ｌ１／ｔａｎθ１ （１）

同様に、車両から第２柱状物までの直線距離である距離ｒ２は、第２柱状物の高さＬ２と仰角θ２とを用いることで、以下の式（２）により表わされる。
ｒ２＝Ｌ２／ｔａｎθ２ （２）

また、第１柱状物と第２柱状物の距離Ｗは、距離ｄ１及び距離ｄ２を用いて以下の式（３）により表わされる。
Ｗ＝ｄ１＋ｄ２ （３）

ここで、自車位置Ｐは、第１柱状物の位置Ｂ１と第２柱状物の位置Ｂ２とを結ぶ直線よりも距離αだけ離れている。よって、三平方の定理に基づき、距離ｒ１及び距離ｒ２は、それぞれ、距離α、距離ｄ１及び距離ｄ２を用いて、以下の式（４）及び式（５）により表わされる。
ｒ１^２＝ｄ１^２＋α^２ （４）
ｒ２^２＝ｄ２^２＋α^２ （５）

そして、式（４）の両辺をそれぞれ式（５）の両辺で減算することで距離αを消去し、式（３）により距離ｄ２を消去すると、以下の式（６）が得られる。
ｒ１^２−ｒ２^２＝ｄ１^２−（Ｗ―ｄ１）^２
＝−Ｗ^２＋２Ｗ・ｄ１ （６）

同様に、式（４）の両辺をそれぞれ式（５）の両辺で減算することで距離αを消去し、式（３）により距離ｄ１を消去すると、以下の式（７）が得られる。
ｒ１^２−ｒ２^２＝Ｗ^２−２Ｗ・ｄ２ （７）

従って、式（６）を距離ｄ１について整理すると以下の式（８）が得られ、式（７）を距離ｄ２について整理すると以下の式（９）が得られる。
ｄ１＝（ｒ１^２−ｒ２^２＋Ｗ^２）／２Ｗ （８）
ｄ２＝（−ｒ１^２＋ｒ２^２＋Ｗ^２）／２Ｗ （９）

従って、情報処理装置１は、式（１）、（２）、（８）、（９）を用いることで、第１柱状物の高さＬ１及び仰角θ１と、第２柱状物の高さＬ２及び仰角θ２と、第１及び第２柱状物の位置情報とに基づき、距離ｄ１及び距離ｄ２を好適に算出することができる。これにより、情報処理装置１は、道路上での自車位置Ｐを好適に特定することができる。なお、情報処理装置１は、距離Ｗを、例えば、第１柱状物の位置情報が示す絶対座標と第２柱状物の位置情報が示す絶対座標との距離を算出することで算出する。

また、
α^２＝ｒ１^２＋ｄ１^２＝ｒ２^２＋ｄ２^２
が成立することから、求めた距離ｄ１又は距離ｄ２に基づき距離αを求めることができる。よって、例えば、道路２１と第１柱状物又は第２柱状物との距離（＝α−ｄ３）に関する情報が地図ＤＢ４に記憶されている場合には、情報処理装置１は、当該情報と距離αとに基づき、距離ｄ３についても算出することが可能である。

なお、情報処理装置１は、上述した式（１）、（２）、（８）、（９）に基づき道路上の自車位置Ｐを特定する代わりに、後述の図４を参照して説明する円周角の定理に基づく方法により、自車位置Ｐを算出してもよい。

また、上記の例ではセンサの取付位置の地表からの高さｈを考慮していないが、高さｈを考慮してもよい。この場合、情報処理装置１はセンサの取付位置の地表からの高さｈを取得する。高さｈは、例えば、記憶部１２に予め記憶されている。そして、距離ｒ１、ｒ２は、それぞれ以下の式（１）’（２）’により表わされる。
ｒ１＝（Ｌ１―ｈ）／ｔａｎθ１ （１）’
ｒ２＝（Ｌ２―ｈ）／ｔａｎθ２ （２）’

従って、情報処理装置１は、式（１）’、（２）’、（８）、（９）を用いることで、第１柱状物の高さＬ１及び仰角θ１と、第２柱状物の高さＬ２及び仰角θ２と、第１及び第２柱状物の位置情報と、センサの取付位置の地表からの高さｈと、に基づき、距離ｄ１及び距離ｄ２を好適に算出することができる。

（２）円周角の定理に基づく自車位置算出
次に、円周角の定理に基づく自車位置Ｐの算出方法について説明する。

図４（Ａ）は、車両周辺を水平方向から観察した図を示し、図４（Ｂ）は、車両周辺の俯瞰図を示す。具体的には、図４（Ａ）、（Ｂ）は、図３（Ａ）、（Ｂ）において、第１柱状物の位置Ｂ１を中心として自車位置Ｐを通る円ＣＬ１と、第２柱状物の位置Ｂ２を中心として自車位置Ｐを通る円ＣＬ２とを明示した図である。また、図４（Ａ）、（Ｂ）では、一例として、車両は、駐車場内に存在するものとし、第１柱状物には、近隣の柱状物と区別するための一本線の模様を有するマークＭ１が付されており、第２柱状物には、近隣の柱状物と区別するための２本線の模様を有するマークＭ２が付されている。また、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）の例では、距離ｄ３は、第１柱状物の位置Ｂ１と第２柱状物の位置Ｂ２とを結ぶ直線と自車位置Ｐとの距離（即ち自車位置Ｐから当該直線への垂線の長さ）を示す。なお、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すその他の記号は、図３（Ａ）、（Ｂ）の記号と同一のため、その説明を省略する。

この場合、まず、情報処理装置１は、ＧＰＳなどのＧＮＳＳなどから得られる情報に基づき、暫定自車位置Ｐｇを決定する。そして、情報処理装置１は、地図ＤＢ４を参照し、暫定自車位置Ｐｇの周辺に存在する２つの柱状物（第１柱状物及び第２柱状物）を、基準部として定める。

なお、情報処理装置１は、車両の向きの情報を取得していない場合、車両に対する第１柱状物及び第２柱状物の方向が不明であるため、角度対応画像Ｉａにおいて検出する柱状物が第１柱状物と第２柱状物とのいずれであるかを識別する情報が必要となる。この場合、例えば、情報処理装置１は、第１柱状物の地物情報の特徴情報に基づき、一本線の模様を有する柱状物を第１柱状物、２本線の模様を有する柱状物を第２柱状物としてそれぞれ角度対応画像Ｉａから抽出する。

次に、情報処理装置１は、地図ＤＢ４を参照することで、第１柱状物の位置Ｂ１及び高さＬ１及び第２柱状物の位置Ｂ２及び高さＬ２を取得し、角度対応画像Ｉａに基づき、第１柱状物に対する仰角θ１及び第２柱状物に対する仰角θ２を取得する。そして、情報処理装置１は、これらの取得した情報に基づき、道路上の位置を示す距離ｄ１、距離ｄ２及び距離ｄ３を算出する。この場合の仰角θ１及び仰角θ２の算出方法は、「（１）道路上での自車位置算出」のセクションで述べた方法と同一である。

ここで、距離ｄ１、距離ｄ２及び距離ｄ３の算出方法について具体的に説明する。

まず、距離ｒ１は、「（１）道路上での自車位置算出」のセクションで述べたように、高さＬ１と仰角θ１から式（１）により算出可能であり、距離ｒ２は、高さＬ２と仰角θ２から式（２）により算出可能である。

ここで、第１柱状体の位置Ｂ１を水平面上におけるｘ−ｙ座標の原点（０、０）とし、第２柱状体の位置Ｂ２を水平面上におけるｘ軸上の位置（Ｗ、０）とする。この場合、２つの円ＣＬ１及び円ＣＬ２は、以下の式（１０）及び式（１１）により、それぞれ表される。
ｘ^２＋ｙ^２＝ｒ１^２ （１０）
（ｘ−Ｗ）^２＋ｙ^２＝ｒ２^２ （１１）

そして、自車位置Ｐは、この２つの円ＣＬ１及び円ＣＬ２の交点のいずれかに相当する。よって、式（１０）及び式（１１）の連立方程式の一つの解となるｘ、ｙの組み合わせは、ｄ１とｄ３の組み合わせに相当する。ここで、式（１０）の左辺を式（１１）の左辺で減じ、式（１０）の右辺を式（１１）の右辺で減じると、以下の式が得られる。
２Ｗｘ−Ｗ^２＝ｒ１^２−ｒ２^２

そして、この式をｘについて解くと、距離ｄ１に関する以下の式（１２）が得られる。
ｄ１＝ｘ＝（ｒ１^２−ｒ２^２＋Ｗ^２）／２Ｗ （１２）

そして、式（１２）に基づき式（１０）からｘを消去してｙについて求めると、距離ｄ３に関する以下の式（１３）が得られる。

このように、情報処理装置１は、式（１）、式（２）、式（１２）、式（１３）を用いることで、第１柱状物の高さＬ１及び仰角θ１と第２柱状物の高さＬ２及び仰角θ２とに基づき、自車位置Ｐを特定するために必要な距離ｄ１及び距離ｄ３を好適に算出可能である。また、距離ｄ２についても、式（３）を用いることで、距離ｄ１と距離Ｗから容易に算出することが可能である。

なお、図４（Ａ）、（Ｂ）の説明では、車両が駐車場に存在することを前提としたが、円周角の定理に基づく自車位置Ｐの算出方法の適用例は、これに限られない。情報処理装置１は、車両が駐車場以外の任意の場所に存在する場合においても、式（１）、式（２）、式（１２）、式（１３）を用いることで、自車位置Ｐを特定するために必要な距離ｄ１、距離ｄ２及び距離ｄ３を算出することができる。

式（１３）においては、図４（Ａ）、（Ｂ）に従い、ｙが正値であることを前提としたが、実際には、情報処理装置１は、ｙが正値又は負値のいずれであるか（即ち自車位置Ｐが位置Ｂ１と位置Ｂ２とを結ぶ線の上側か下側か）を判定する必要がある。この場合、第１の判定方法では、情報処理装置１は、第３柱状物を基準部としてさらに追加し、第３柱状物に対して第３柱状物を中心として自車位置Ｐを通る円を仮定する。そして、情報処理装置１は、当該円と円ＣＬ１又は円ＣＬ２との交点を算出する。そして、情報処理装置１は、算出した当該交点と、円ＣＬ１と円ＣＬ２との交点とで共通する交点を、自車位置Ｐであると判定する。第２の判定方法では、情報処理装置１は、円ＣＬ１、ＣＬ２の２つの交点のうち、ＧＮＳＳなどを用いた他の位置推定により特定される現在位置と近い方の交点を、自車位置Ｐであると判定する。

（３）処理フロー
図５は、本実施例において情報処理装置１が実行する自車位置Ｐの算出方法の手順を示すフローチャートである。

まず、情報処理装置１は、ＧＰＳ受信機７２等の出力に基づき暫定自車位置Ｐｇを取得する（ステップＳ１１）。そして、情報処理装置１は、地図ＤＢ４を参照し、暫定自車位置Ｐｇ周辺の少なくとも２つの基準部を選定する（ステップＳ１２）。例えば、情報処理装置１は、少なくとも地図ＤＢ４において位置情報及び高さ情報が登録されている地物を、基準部として選定する。

次に、情報処理装置１は、地図ＤＢ４を参照し、各基準部の高さ情報及び位置情報を取得する（ステップＳ１３）。例えば、情報処理装置１は、地図ＤＢ４が図２に示すデータ構造を有する場合には、基準部として選択した地物に対応する地物情報の高さ情報と位置情報とを地図ＤＢ４から少なくとも抽出する。

次に、情報処理装置１は、各基準部の仰角を算出する（ステップＳ１４）。例えば、情報処理装置１は、カメラ７１が出力する角度対応画像Ｉａから、各基準部の領域を抽出し、抽出した各領域が角度対応画像Ｉａの仰角の方向（画像の垂直方向）において存在する画素数を数える。そして、情報処理装置１は、基準部毎に数えた画素数に、角度対応画像Ｉａの１画素が対応する角度を乗じた値を、各基準部に対する仰角として算出する。

そして、情報処理装置１は、ステップＳ１３で取得した各基準部の高さ情報及び位置情報と、ステップＳ１４で算出した各基準部の仰角の情報とに基づき、自車位置Ｐを算出する（ステップＳ１５）。この場合、情報処理装置１は、地図ＤＢ４及び暫定自車位置Ｐｇに基づき、車両が道路上に存在すると判定した場合、図３（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明した自車位置算出方法又は図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明した自車位置算出方法のいずれかの方法を選択して自車位置Ｐを算出する。一方、情報処理装置１は、車両が道路以外に存在すると判定した場合、図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明した自車位置算出方法に基づき自車位置Ｐを算出する。

次に、本実施例による効果について補足説明する。

現在考えられている高精度位置推定方法として、道路周辺の地物等の特徴点までの距離及び方向等を推定し、地図データに記録された特徴点の情報と比較することで、車両の現在位置及び姿勢を算出する方法が存在する。この場合、特徴点を検出する外界センサとしては、例えば、カメラ、ライダ、レーダなどを用いる。

上述の位置推定方法の第１の問題点は、検出すべき特徴点を正確に測ることができる車両の位置が限られていることである。そのため、車両が移動して複数の特徴点を確認できるまでは、正確な位置推定ができない場合がある。上述の位置推定方法の第２の問題点は、特徴点を検出する外界センサの種類によって取得するデータが異なり、互換性の確保が難しいことである。上述の位置推定方法の第３の問題点は、道路周辺の地物等の特徴点が変化しやすいことである。特徴点として採用される広告看板や標識などは、変更されることが多い。また、路面ペイントは（特に雪国等において）劣化しやすく、描き直したペイントが前回のペイントと同一でない場合もある。上述の位置推定方法の第４の問題点は、特徴点の情報として地図データに記憶するデータ量が膨大になりやすいことである。例えば、ライダ等において用いられる占有格子地図（Ｏｃｃｕｐａｎｃｙ Ｇｒｉｄ Ｍａｐ:ＯＧＭ）、ＮＤＴ（Ｎｏｒｍａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）データ等は、データ量が大きい。上述の位置推定方法の第５の問題点は、地図データに記憶する特徴点の情報を生成するのに車両を用いて実測する必要があり、手間がかかることである。

これに対し、本実施例に係る自車位置Ｐの算出方法は、第１の問題点に関し、道路よりも遠い位置に存在する基準部を用いることができるため、自車位置Ｐの算出可能な範囲が広いという利点がある。また、第２の問題に関し、本実施例に係る自車位置Ｐの算出方法では、カメラを用いる実施例について説明したが、必要な基準部の仰角を検出可能な外界センサであればライダ等の他の外界センサを用いてもよく、使用する外界センサの種別に依存しないという利点がある。第３の問題に関し、本実施例に係る自車位置Ｐの算出方法では、電柱や信号機などの柱状物等を使用するため、看板や標識、建築物の壁の模様などが変わっても位置推定精度に影響がないという利点がある。

第４の問題に関し、本実施例に係る自車位置Ｐの算出方法では、基準部となる地物に対する位置情報及び高さ情報が地図データに格納されていればよいため、必要なデータ量は、ＮＤＴデータ等と比較して遥かに小さい。第５の問題点に関し、本実施例に係る自車位置Ｐの算出方法では、電柱や信号機などの柱状物を基準部とし、地図ＤＢ４にそれらの位置情報及び高さ情報を格納させる。この位置情報は、例えば航空写真計測により求めることも可能であり、車両を用いて実測することなく基準部の位置情報を生成することが可能である。また、高さ情報についても、車両を用いて実測を行う必要はなく、例えば柱状物の設置時の設計情報等を流用することも可能である。

以上説明したように、本実施例に係る情報処理装置１は、車両周辺の地物を含む角度対応画像Ｉａを取得し、角度対応画像Ｉａ中の地物に関連する少なくとも２つの基準部を抽出する。そして、情報処理装置１は、少なくとも２つの基準部の各々に対し、車両の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する。そして、情報処理装置１は、地図ＤＢ４から、少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の基準部の位置情報と、を夫々取得する。そして、情報処理装置１は、上述の仰角に関する情報と、上述の高さに関する情報と、上述の位置情報と、から、地図上における車両の位置である自車位置Ｐを算出する。これにより、情報処理装置１は、自車位置Ｐを好適に算出することができる。

［変形例］
次に、上述の実施例に好適な変形例について説明する。以下の変形例は、任意に組み合わせて上述の実施例に適用してもよい。

（変形例１）
情報処理装置１は、カメラ７１から取得した角度対応画像Ｉａを用いて各基準部の仰角を算出する代わりに、他の外界センサが出力するデータを用いて、各基準部の仰角を算出してもよい。例えば、情報処理装置１は、ライダの出力に基づき、各基準部の仰角を算出してもよい。

この場合、例えば、ライダは、水平方向及び垂直方向において照射方向を変えてレーザ光の照射を行う照射部と、照射したレーザ光が物体で反射した反射光（散乱光）を受光する受光部と、受光部が出力する受光信号に基づく走査情報（スキャンデータ）を出力する出力部とを有する。走査情報は、受光部が受光したレーザ光に対応する照射方向と、その照射方向での物体までの距離との組み合わせを示す点群データである。従って、情報処理装置１は、ライダが生成した点群データから、基準部に相当する点群データを抽出し、抽出した点群データが示す照射方向の仰角（仰俯角）から、各基準部に対する仰角を算出する。この場合、例えば、情報処理装置１は、対象の基準部の地表上の位置に相当する点群データが示す照射方向の仰角の平均値と、対象の基準部の頂点部分に相当する点群データが示す照射方向の仰角の平均値との差を、対象の基準部に対する仰角として算出する。

この態様によっても、情報処理装置１は、本実施例における自車位置Ｐの算出に必要な、各基線の仰角を好適に算出することができる。

（変形例２）
情報処理装置１が実行する自車位置Ｐの算出処理を、車両に存在する端末装置と通信を行うサーバ装置が実行してもよい。

図９は、変形例２における自車位置算出システムの構成例を示す。図９に示すように、変形例２に係る自車位置算出システムは、サーバ装置に相当する情報処理装置１Ａと、車両と共に移動する端末装置１Ｂとを有する。情報処理装置１Ａと端末装置１Ｂとは、通信網５を介してデータ通信を行う。また、端末装置１Ｂは、例えば、図１に示す情報処理装置１と同等の構成を有し、カメラ７１から角度対応画像Ｉａを取得する。

この場合、情報処理装置１Ａは、図２に示す地図ＤＢ４のデータ構造と同等のデータ構造を有する地図データを記憶しており、端末装置１Ｂから供給される情報に基づき、図５のフローチャートの処理を実行する。この場合、情報処理装置１Ａは、ステップＳ１１において、端末装置１ＢからＧＰＳ等に基づく暫定自車位置Ｐｇの情報を受信し、ステップＳ１２において、地図データを参照して少なくとも２つの基準部を選定する。また、情報処理装置１Ａは、ステップＳ１３において、地図データを参照することで、各基準部の高さ情報及び位置情報を取得する。また、情報処理装置１Ａは、ステップＳ１４において、端末装置１Ｂから供給される角度対応画像Ｉａに基づき、各基準部に対する仰角を算出する。そして、情報処理装置１Ａは、ステップＳ１５において、各基準部の仰角に関する情報と、高さに関する情報と、位置情報とに基づき、自車位置Ｐを算出する。そして、情報処理装置１Ａは、算出した自車位置Ｐの情報を端末装置１Ｂへ送信する。

このように、情報処理装置１Ａは、端末装置１Ｂから受信する情報に基づき、端末装置１Ｂが存在する車両に対する自車位置Ｐを算出することができる。

１、１Ａ 情報処理装置
１Ｂ 端末装置
４ 地図ＤＢ
６ センサデータキャッシュ
１１ 通信部
１２ 記憶部
１３ 入力部
１４ 制御部
１５ インターフェース
１６ 表示部
１７ 音出力部

Claims (9)

1. 移動体の周辺の地物を含む画像を取得する第１取得部と、
   前記画像中の前記地物に関連する少なくとも２つの基準部を抽出する抽出部と、
   前記少なくとも２つの基準部の各々に対し、前記移動体の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する第２取得部と、
   前記少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の前記基準部の位置情報と、を夫々取得する第３取得部と、
   前記仰角に関する情報と、前記高さに関する情報と、前記位置情報と、から、地図上における前記移動体の位置を算出する算出部と、
   を有する情報処理装置。
2. 前記画像は、仰角の方向に対応する画素数の差が仰角の差に比例する画像であり、
   前記第２取得部は、前記基準部が前記仰角の方向において前記画像中に存在する画素数に基づき、前記仰角に関する情報を取得する、請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記第３取得部は、地図情報に基づき、前記基準部の高さに関する情報と、前記基準部の位置情報とを取得する、請求項１または２に記載の情報処理装置。
4. 前記地図情報は、前記基準部を識別するための特徴情報をさらに含み、
   前記算出部は、前記特徴情報に基づき、前記基準部の各々に対応する、前記仰角に関する情報と前記高さに関する情報と前記位置情報との組み合わせを認識する、請求項３に記載の情報処理装置。
5. 前記抽出部は、地表から略鉛直方向に延在する地物又は地物の一部を、前記基準部として抽出する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の情報処理装置。
6. 移動体の周辺の地物に対して電磁波を走査することで得られる走査情報を取得する第１取得部と、
   前記走査情報に基づき、前記地物に関連する少なくとも２つの基準部の各々に対し、前記移動体の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する第２取得部と、
   前記少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の前記基準部の位置情報と、を夫々取得する第３取得部と、
   前記仰角に関する情報と、前記高さに関する情報と、前記位置情報と、から、地図上における移動体の位置を算出する算出部と、
   を有する情報処理装置。
7. 情報処理装置が実行する制御方法であって、
   移動体の周辺の地物を含む画像を取得する第１取得工程と、
   前記画像中の前記地物に関連する少なくとも２つの基準部を抽出する抽出工程と、
   前記少なくとも２つの基準部の各々に対し、前記移動体の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する第２取得工程と、
   前記少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の前記基準部の位置情報と、を夫々取得する第３取得工程と、
   前記仰角に関する情報と、前記高さに関する情報と、前記位置情報と、から、地図上における前記移動体の位置を算出する算出工程と、
   を有する制御方法。
8. コンピュータが実行するプログラムであって、
   移動体の周辺の地物を含む画像を取得する第１取得部と、
   前記画像中の前記地物に関連する少なくとも２つの基準部を抽出する抽出部と、
   前記少なくとも２つの基準部の各々に対し、前記移動体の位置を基準とした仰角に関する情報を取得する第２取得部と、
   前記少なくとも２つの基準部の高さに関する情報と、地図上における各々の前記基準部の位置情報と、を夫々取得する第３取得部と、
   前記仰角に関する情報と、前記高さに関する情報と、前記位置情報と、から、地図上における前記移動体の位置を算出する算出部
   として前記コンピュータを機能させるプログラム。
9. 請求項８に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。

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