JP2021154969A - 障害物検知装置、障害物検知方法、および、プログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の周囲に存在する障害物の三次元位置を高精度に算出する。【解決手段】障害物検知装置は、車両のドアにおける可動部の動作を制御する動作制御部と、可動部に設置された撮影部から、車両の外側のドアの付近の撮影画像データとして、少なくとも、可動部が第1の状態のときの第1の撮影画像データと、可動部が第1の状態から動いて第2の状態となっているときの第2の撮影画像データと、を取得する第1の取得部と、可動部の第1の状態から第2の状態までの移動量情報を取得する第2の取得部と、移動量情報に基づいて、可動部が第1の状態のときの撮影部の位置と可動部が第2の状態のときの撮影部の位置を含む撮影部位置情報を算出する撮影部位置算出部と、第1の撮影画像データと第2の撮影画像データと撮影部位置情報とに基づいて、第1の撮影画像データと第2の撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を算出する障害物位置算出部とを備える。【選択図】図3

Description

本発明の実施形態は、障害物検知装置、障害物検知方法、および、プログラムに関する。
近年、乗用車等の車両に関する各種機能の研究開発が進められている。そのような機能としては、例えば、車両のドアを自動で開閉するドア開閉機能や、ドア開閉機能でドアを開閉する際にドアが障害物に衝突しないようにするドア衝突回避機能などがある。また、ドア衝突回避機能を実現するためには、ドアの開閉動作範囲内に存在する障害物を検知する障害物検知機能を高精度に実現する必要がある。
障害物検知機能は、例えば、電波センサ、ソナー(超音波装置)、LiDAR(Light Detection and Ranging)、静電容量型近接センサなどの検知結果や、車載カメラによる車両の外側のドアの付近の撮影画像データに基づいて実現できる。特に、車両には他の用途でカメラを設置する場合が多いので、車載カメラによる撮影画像データに基づいて障害物を検知することができれば、低コストを実現できる。
特開2009−114783号公報
Raul Mur-Artal, J. M. M. Montiel, and Juan D. Tardos, "ORB-SLAM: A Versatile and Accurate Monocular SLAM System", [online], IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS, VOL. 31, NO. 5, OCTOBER 2015 1147, [令和2年3月25日検索], インターネット<URL:https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=7219438#search=%27ORBSLAM%3A+A+Versatile+and+Accurate+Monocular%27> Richard A. Newcombe, Steven J. Lovegrove and Andrew J. Davison, "DTAM: Dense Tracking and Mapping in Real-Time", [online], [令和2年3月25日検索], インターネット<URL: https://www.doc.ic.ac.uk/~ajd/Publications/newcombe_etal_iccv2011.pdf#search=%27DTAM%3ADense+Tracking+and+Mapping+in+RealTime+Richard%27> Jakob Engel and Thomas Schops and Daniel Cremers, "LSD-SLAM: Large-Scale Direct Monocular SLAM", [online], [令和2年3月25日検索], インターネット<URL: http://search.yahoo.co.jp/r/FOR=sEyckuxV3ijU1h3e90vqbkcvITwgoBVQKuRGoH8yCUYcHr_gPfj2bL0sSchwZAtOul2nh6UL9y79jhdSr_FdDolfyQZ6RHNLCyvDCGj.EYRcfN..d9kcBqsb8In5O9ynLFDxvdsYGFniX9xRMLhA4TLjAyOkpqEOO3Zc2qkWSau4bz14A5259ir2L6tnJC6yQS9uDf7CjccDqStMZtscqkyoW7zhHPt9ECMZDABlNneuQ5_jt2yEOqEooQ--/_ylt=A2Ri4yKhAXteNyoAoZGDTwx.;_ylu=X3oDMTBtNHJhZXRnBHBvcwMxBHNlYwNzcgRzbGsDdGl0bGU-/SIG=14k2d3t9d/EXP=1585220449/**https%3A//vision.in.tum.de/_media/spezial/bib/engel14eccv.pdf%23search=%27LSDSLAM%253A%2BLargeScale%2BDirect%2BMonocular%2BSLAM%27> Henri Rebecq et al., "EMVS: Event-Based Multi-View Stereo-3D Reconstruction with an Event Camera in Real-Time", [online], [令和2年3月25日検索], インターネット<URL: http://rpg.ifi.uzh.ch/docs/IJCV17_Rebecq.pdf#search=%27EMVS%3A+EventBased+MultiView+Stereo%E2%80%943D+Reconstruction+with+an+Event+Camera+in+RealTime+PDF%27>
しかしながら、従来技術では、車載カメラによる撮影画像データに基づいて障害物を検知する場合、障害物の三次元情報が得られないため、障害物までの距離や障害物の高さなどがわからず、精度の点で改善の余地があった。
そこで、本発明の実施形態は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、車両の周囲に存在する障害物の三次元位置を高精度に算出することができる障害物検知装置、障害物検知方法、および、プログラムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、実施形態の障害物検知装置は、車両のドアにおける可動部の動作を制御する動作制御部と、前記可動部に設置された撮影部から、前記車両の外側の前記ドアの付近の撮影画像データとして、少なくとも、前記可動部が第1の状態のときの第1の撮影画像データと、前記可動部が前記第1の状態から動いて第2の状態となっているときの第2の撮影画像データと、を取得する第1の取得部と、前記可動部の前記第1の状態から前記第2の状態までの移動量情報を取得する第2の取得部と、前記移動量情報に基づいて、前記可動部が前記第1の状態のときの前記撮影部の位置と前記可動部が前記第2の状態のときの前記撮影部の位置を含む撮影部位置情報を算出する撮影部位置算出部と、前記第1の撮影画像データと前記第2の撮影画像データと前記撮影部位置情報とに基づいて、前記第1の撮影画像データと前記第2の撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を算出する障害物位置算出部と、を備える。このような構成によれば、車両のドアにおける可動部に設置された撮影部から得られた視点の異なる2つの撮影画像データに基づいて、車両の周囲に存在する障害物の三次元位置を高精度に算出することができる。
また、障害物検知装置において、前記可動部は、前記ドアに設置されたドアミラーであって、回転軸に沿って回転動作をし、前記第2の取得部は、前記ドアミラーの前記第1の状態から前記第2の状態までの移動量情報として前記ドアミラーの回転角度情報を取得し、前記撮影部位置算出部は、前記回転角度情報に基づいて、前記ドアミラーが前記第1の状態のときの前記撮影部の位置と前記ドアミラーが前記第2の状態のときの前記撮影部の位置を含む撮影部位置情報を算出するようにしてもよい。このような構成によれば、ドア自体が動かなくても、ドアミラーを回転動作させることで、ドアミラーに設置された撮影部から得られた視点の異なる2つの撮影画像データに基づいて、車両の周囲に存在する障害物の三次元位置を高精度に算出することができる。
また、障害物検知装置において、前記可動部は、前記ドア自体であって、回転軸に沿って回転動作をし、前記第2の取得部は、前記ドアの前記第1の状態から前記第2の状態までの移動量情報として前記ドアの回転角度情報を取得し、前記撮影部位置算出部は、前記回転角度情報に基づいて、前記ドアが前記第1の状態のときの前記撮影部の位置と前記ドアが前記第2の状態のときの前記撮影部の位置を含む撮影部位置情報を算出するようにしてもよい。このような構成によれば、ドア自体を回転動作させることで、ドアに設置された撮影部から得られた視点の異なる2つの撮影画像データに基づいて、車両の周囲に存在する障害物の三次元位置を高精度に算出することができる。
また、障害物検知装置において、前記第1の取得部は、前記撮影部から、前記車両の外側の前記ドアの付近の撮影画像データとして、少なくとも、第3の撮影画像データと、前記車両が移動したことによって前記第3の撮影画像データとは異なる第4の撮影画像データと、を取得し、前記第2の取得部は、前記第3の撮影画像データの撮影時から前記第4の撮影画像データの撮影時までの前記車両の移動量を示す第2の移動量情報を取得し、前記撮影部位置算出部は、前記第2の移動量情報に基づいて、前記第3の撮影画像データの撮影時の前記撮影部の位置と前記第4の撮影画像データの撮影時の前記撮影部の位置を含む撮影部位置情報を算出し、前記障害物位置算出部は、前記第3の撮影画像データと前記第4の撮影画像データと前記撮影部位置情報とに基づいて、前記第3の撮影画像データと前記第4の撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を算出するようにしてもよい。このような構成によれば、あらかじめ、車両の移動中に、撮影部から得られた視点の異なる2つの撮影画像データに基づいて、撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を高精度に算出して保存することができ、その後の障害物検知処理に活用することができる。
また、障害物検知装置において、前記撮影部は、前記撮影画像データとして、撮影対象の画素ごとの輝度変化の情報を含むイベントデータを出力するイベントカメラであってもよい。このような構成によれば、撮影部としてイベントカメラを使用することで、高速撮影によって、車両の周囲に存在する障害物の三次元位置をより高精度に算出することができる。
図1は、第1実施形態の車両の車室の一部が透視された状態を示す斜視図である。 図2は、第1実施形態の車両の平面図(俯瞰図)である。 図3は、第1実施形態の障害物検知システムの構成のブロック図である。 図4は、第1実施形態の車両におけるCPUの機能構成のブロック図である。 図5は、第1実施形態の車両においてドアミラーに撮影部が設置されている様子を模式的に示す図である。 図6は、第1実施形態における車両のドアと縁石の位置関係を模式的に示す図である。 図7は、第1実施形態の車両のCPUにおける処理を示すフローチャートである。 図8は、第2実施形態の車両のドアにおける撮影部の設置位置を模式的に示す図である。 図9は、第2実施形態の障害物検知システムの構成のブロック図である。 図10は、第2実施形態の車両のCPUにおける処理を示すフローチャートである。 図11は、第3実施形態の車両において移動中に視点の異なる2つの撮影画像データを取得する様子を模式的に示す図である。 図12は、第3実施形態の車両のCPUにおける処理を示すフローチャートである。
以下、本発明の例示的な実施形態(第1実施形態〜第4実施形態)が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用、結果、および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能であるとともに、基本的な構成に基づく種々の効果や、派生的な効果のうちの少なくとも一つを得ることが可能である。
(第1実施形態)
まず、図1、図2を参照して、車両の構成について説明する。図1は、第1実施形態の車両1の車室の一部が透視された状態を示す斜視図である。図2は、第1実施形態の車両1の平面図(俯瞰図)である。
本実施形態の車両1は、例えば、不図示の内燃機関を駆動源とする自動車、すなわち内燃機関自動車であってもよいし、不図示の電動機を駆動源とする自動車、すなわち電気自動車や燃料電池自動車等であってもよい。また、車両1は、それらの双方を駆動源とするハイブリッド自動車であってもよいし、他の駆動源を備えた自動車であってもよい。
また、車両1は、種々の変速装置を搭載することができるし、内燃機関や電動機を駆動するのに必要な種々の装置、例えばシステムや部品等を搭載することができる。また、車両1における車輪3の駆動に関わる装置の方式や、数、レイアウト等は、種々に設定することができる。
図1に例示されるように、車体2は、不図示の乗員が乗車する車室2aを構成している。車室2a内には、乗員としてのドライバの座席2bに臨む状態で、操舵部4、加速操作部5、制動操作部6、変速操作部7等が設けられている。
操舵部4は、例えば、ダッシュボード24から突出したステアリングホイールである。
加速操作部5は、例えば、ドライバの足下に位置されたアクセルペダルである。
制動操作部6は、例えば、ドライバの足下に位置されたブレーキペダルである。
変速操作部7は、例えば、センターコンソールから突出したシフトレバーである。
なお、操舵部4、加速操作部5、制動操作部6、変速操作部7等は、これらには限定されない。
また、車室2a内には、表示出力部としての表示装置8や、音声出力部としての音声出力装置9が設けられている。表示装置8は、例えば、LCD(liquid crystal display)や、OELD(organic electroluminescent display)等である。表示装置8は、例えば、タッチパネル等、透明な操作入力部10で覆われている。
乗員は、操作入力部10を介して表示装置8の表示画面に表示される画像を視認することができる。また、乗員は、表示装置8の表示画面に表示される画像に対応した位置において手指等で操作入力部10を触れたり押したり動かしたりして操作することで、操作入力を実行することができる。音声出力装置9は、例えば、スピーカである。
これらの表示装置8、音声出力装置9、操作入力部10等は、例えば、ダッシュボード24の車幅方向すなわち左右方向の中央部に位置されたモニタ装置11に設けられている。
モニタ装置11は、スイッチや、ダイヤル、ジョイスティック、押しボタン等の不図示の操作入力部を有することができる。また、モニタ装置11とは異なる車室2a内の他の位置に不図示の音声出力装置9を設けることができるし、モニタ装置11の音声出力装置9と他の音声出力装置から、音声を出力することができる。なお、モニタ装置11は、例えば、ナビゲーションシステムやオーディオシステムと兼用されうる。また、車室2a内には、表示装置8とは別の表示装置12(図3参照)が設けられている。
以下、図3も併せて参照する。図3は、第1実施形態の障害物検知システム100の構成のブロック図である。図3に例示されるように、車両1は、少なくとも二つの車輪3を操舵する操舵システム13を有している。操舵システム13は、アクチュエータ13aと、トルクセンサ13bとを有する。操舵システム13は、ECU14(electronic control unit)等によって電気的に制御されて、アクチュエータ13aを動作させる。操舵システム13は、例えば、電動パワーステアリングシステムや、SBW(steer by wire)システム等として構成される。
操舵システム13は、アクチュエータ13aによって操舵部4にトルク、すなわちアシストトルクを付加して操舵力を補ったり、アクチュエータ13aによって車輪3を転舵したりする。この場合、アクチュエータ13aは、一つの車輪3を転舵してもよいし、複数の車輪3を転舵してもよい。また、トルクセンサ13bは、例えば、ドライバが操舵部4に与えるトルクを検出する。
また、図2に例示されるように、車体2には、複数の撮影部15として、例えば四つの撮影部15a〜15dが設けられている。撮影部15は、例えば、CCD(charge coupled device)やCIS(CMOS image sensor)等の撮像素子を内蔵するデジタルカメラである。撮影部15は、所定のフレームレートで動画データを出力することができる。撮影部15は、それぞれ、広角レンズまたは魚眼レンズを有し、水平方向には例えば140°〜190°の範囲を撮影することができる。また、撮影部15の光軸は斜め下方に向けて設定されている。よって、撮影部15は、車両1が移動可能な路面や車両1が駐車可能な領域を含む車体2の周辺の外部の環境を逐次撮影し、撮像画像データとして出力する。
撮影部15aは、例えば、車体2の後側の端部2eに位置され、リヤトランクのドア2hの下方の壁部に設けられている。撮影部15bは、例えば、車体2の右側の端部2fに位置され、右側のドアミラー2gに設けられている。撮影部15cは、例えば、車体2の前側、すなわち車両前後方向の前方側の端部2cに位置され、フロントバンパー等に設けられている。撮影部15dは、例えば、車体2の左側、すなわち車幅方向の左側の端部2dに位置され、左側の突出部としてのドアミラー2gに設けられている。
ECU14は、複数の撮影部15(本実施形態の場合、撮影部15a〜撮影部15d)で得られた画像データに基づいて演算処理や画像処理を実行し、より広い視野角の画像を生成したり、車両1を上方から見た仮想的な俯瞰画像を生成したりすることができる。なお、俯瞰画像は、平面画像とも称される。
また、図1及び図2に例示されるように、車体2には、複数の測距部16、17として、例えば四つの測距部16a〜16dと、八つの測距部17a〜17hとが設けられている。測距部16、17は、例えば、超音波を発射してその反射波を捉えるソナーである。ソナーは、ソナーセンサ、あるいは超音波探知器とも称されうる。ECU14は、測距部16、17の検出結果により、車両1の周囲に位置された障害物等の物体の有無や当該物体までの距離を測定することができる。すなわち、測距部16、17は、物体を検出する検出部の一例である。
この場合において、測距部17は、例えば、比較的近距離の物体の検出に用いられ、測距部16は、例えば、測距部17よりも遠い比較的長距離の物体の検出に用いられる。また、測距部17は、例えば、車両1の前方および後方の物体の検出に用いられ、測距部16は、車両1の側方の物体の検出に用いられる。
また、図3に例示されるように、障害物検知システム100では、ECU14や、モニタ装置11、操舵システム13、測距部16、17等の他、ブレーキシステム18、舵角センサ19、アクセルセンサ20、シフトセンサ21、車輪速センサ22、ドアミラー駆動部31、回転角度センサ32、ドア駆動部33等が、電気通信回線としての車内ネットワーク23を介して電気的に接続されている。車内ネットワーク23は、例えば、CAN(Controller Area Network)として構成されている。
ドアミラー駆動部31は、ドアミラー2gを、所定の回転軸を中心に回転移動させる(図5参照)。回転角度センサ32は、ドアミラー2gの回転角度を検出し、回転角度情報を出力する(図5参照)。回転角度センサ32は、例えば、撮影部15とほぼ同じ位置に設置されたジャイロセンサである。ドア駆動部33は、ドア51(ドア51FR、51RR、51FL、51RL)(図2)を、所定の回転軸を中心に回転移動させる。
上記構成により、ECU14は、車内ネットワーク23を通じて制御信号を送ることで、操舵システム13、ブレーキシステム18、ドアミラー駆動部31、ドア駆動部33等を制御することができる。また、ECU14は、車内ネットワーク23を介して、トルクセンサ13b、ブレーキセンサ18b、舵角センサ19、測距部16、測距部17、アクセルセンサ20、シフトセンサ21、車輪速センサ22、回転角度センサ32等の検出結果や、操作入力部10等の操作信号等を、受け取ることができる。
ECU14は、例えば、CPU14a(Central Processing Unit)や、ROM14b(Read Only Memory)、RAM14c(Random Access Memory)、表示制御部14d、音声制御部14e、SSD14f(Solid State Drive、フラッシュメモリ)、ECU14に対する指示入力操作を行う操作部14g等を有している。
上記構成において、CPU14aは、例えば、表示装置8、12で表示される画像に関連した画像処理や、車両1の自動制御、自動制御の解除、障害物検知等の各種の演算処理および制御を実行することができる。
CPU14aは、ROM14b等の不揮発性の記憶装置にインストールされ記憶されたプログラムを読み出し、当該プログラムにしたがって演算処理を実行することができる。
RAM14cは、CPU14aでの演算で用いられる各種のデータを一時的に記憶する。
また、表示制御部14dは、ECU14における演算処理のうち、主として、撮影部15で得られた画像データを用いた画像処理や、表示装置8で表示される画像データの合成等を実行する。
また、音声制御部14eは、ECU14での演算処理のうち、主として、音声出力装置9で出力される音声データの処理を実行する。
また、SSD14fは、書き換え可能な不揮発性の記憶部であって、ECU14の電源がオフされた場合にあってもデータを記憶することができる。なお、CPU14aや、ROM14b、RAM14c等は、同一パッケージ内に集積することができる。
また、ECU14は、CPU14aに替えて、DSP(Digital Signal Processor)等の他の論理演算プロセッサや論理回路等が用いられる構成であってもよい。また、SSD14fに替えてHDD(Hard Disk Drive)が設けられてもよいし、SSD14fやHDDは、ECU14とは別に設けられてもよい。
ブレーキシステム18は、例えば、ブレーキのロックを抑制するABS(Anti-lock Brake System)や、コーナリング時の車両1の横滑りを抑制する横滑り防止装置(ESC:Electronic Stability Control)、ブレーキ力を増強させる(ブレーキアシストを実行する)電動ブレーキシステム、BBW(Brake By Wire)等として構成される。
ブレーキシステム18は、アクチュエータ18aを介して、車輪3ひいては車両1に制動力を与える。また、ブレーキシステム18は、左右の車輪3の回転差等からブレーキのロックや、車輪3の空回り、横滑りの兆候等を検出して、トラクション制御、車両の安定化制御、横滑り防止制御等の各種制御を実行することができる。
また、ブレーキセンサ18bは、例えば、制動操作部6の可動部の位置を検出するセンサである。ブレーキセンサ18bは、制動操作部6の可動部としてのブレーキペダルの位置を検出することができる。ブレーキセンサ18bは、変位センサを含む。
舵角センサ19は、例えば、ステアリングホイール等の操舵部4の操舵量を検出するセンサである。舵角センサ19は、例えば、ホール素子等を用いて構成される。ECU14は、ドライバによる操舵部4の操舵量や、自動操舵時の各車輪3の操舵量等を、舵角センサ19から取得して各種制御を実行する。なお、舵角センサ19は、操舵部4に含まれる回転部分の回転角度を検出する。舵角センサ19は、角度センサの一例である。
アクセルセンサ20は、例えば、加速操作部5の可動部の位置を検出するセンサである。アクセルセンサ20は、加速操作部5可動部としてのアクセルペダルの位置を検出することができる。アクセルセンサ20は、変位センサを含む。
シフトセンサ21は、例えば、変速操作部7の可動部の位置を検出するセンサである。シフトセンサ21は、変速操作部7の可動部としての、レバーや、アーム、ボタン等の位置を検出することができる。シフトセンサ21は、変位センサを含んでもよいし、スイッチとして構成されてもよい。
車輪速センサ22は、車輪3の回転量や単位時間当たりの回転数を検出するセンサである。車輪速センサ22は、検出した回転数を示す車輪速パルス数をセンサ値として出力する。車輪速センサ22は、例えば、ホール素子等を用いて構成できる。ECU14は、車輪速センサ22から取得したセンサ値に基づいて車両1の移動量等を演算し、各種制御を実行する。なお、車輪速センサ22は、ブレーキシステム18に設けられている場合もある。その場合、ECU14は、車輪速センサ22の検出結果を、ブレーキシステム18を介して取得する。
なお、上述した各種センサやアクチュエータの構成や、配置、電気的な接続形態等は、一例であって、種々に設定(変更)することができる。
次に、図4を参照して、第1実施形態の車両1におけるCPU14aの機能構成について説明する。図4は、第1実施形態の車両1におけるCPU14aの機能構成のブロック図である。CPU14aは、機能モジュールとして、取得部141と、ドアミラー制御部142と、ドア制御部143と、カメラ位置算出部144と、障害物位置検出部145と、スペース検出部146と、を備える。なお、各機能モジュールは、CPU14aがROM14b等の記憶装置に記憶されたプログラムを読み出し、それを実行することで実現される。また、以下において、CPU14aが行う処理のうち、各部141〜146以外が行う処理について説明する場合は、動作主体を「CPU14a」と表記する。
ここで、図5を参照して、車両1においてドアミラー2gに撮影部15が設置されている様子について説明する。図5は、第1実施形態の車両においてドアミラー2gに撮影部15が設置されている様子を模式的に示す図である。撮影部15は、ドアミラー2gにおいて、鉛直方向に延びる回転軸と同じ位置にあるドアミラー駆動部31から離れた位置に設置されている。これにより、ドアミラー2gを回転動作させたときに、視差が大きい複数の撮影画像データを取得できる(詳細は後述)。
次に、図6は、第1実施形態における車両1のドア51と縁石41の位置関係を模式的に示す図である。撮影部15によって、図6(a)に示すような、ドア51と縁石41が写っている画像が得られたとする。ドア51と縁石41の位置関係としては、図6(b)(図6(a)の方向61から見た図)に示すようにドア51の底面の高さが縁石41よりも高い場合と、図6(c)(図6(a)の方向61から見た図)に示すようにドア51の底面の高さが縁石41よりも低い場合がある。
しかし、図6(a)の画像から、通常の処理では、縁石41の高さなどの詳細な三次元情報を得ることはできない。したがって、従来技術では、安全サイドに立って、実際にはドア51の底面の高さが縁石41よりも高い場合(図6(b))でも、縁石41の手前でドア51の開放の動作を停止させることになり、ユーザにとって煩わしさが生じる。したがって、ユーザの利便性を考えた場合、障害物(縁石41)の三次元位置も踏まえてドア51を開閉させることが望ましい。以下、障害物の三次元位置の高精度な算出について詳述する。
図4に戻って、取得部141(第1の取得部。第2の取得部)は、各構成から各種データを取得する。例えば、取得部141は、撮影部15から撮影画像を取得する。具体的には、取得部141は、ドアミラー2gに設置された撮影部15から、車両の周囲(車両の外側のドアの付近)の撮影画像データとして、少なくとも、ドアミラー2gが第1の状態(例えば図5(b)(図5(a)の方向Dから見た図)の実線の状態)のときの第1の撮影画像データと、ドアミラー2gが第1の状態から動いて第2の状態(例えば図5(b)の破線の状態)となっているときの第2の撮影画像データと、を取得する。
また、取得部141は、回転角度センサ32から、ドアミラー2gの第1の状態から第2の状態までの移動量情報(例えば回転角度情報)を取得する。例えば、回転角度情報は、鉛直方向を回転軸とした回転角度のみである。
ドアミラー制御部142は、ドアミラー駆動部31を制御することで、ドアミラー2gを回転動作させる。
ここで、撮影部15(カメラ)の位置と姿勢(レンズの方向)について説明する。ドア51における撮影部15の位置Tは、位置T(tx、ty、tz)と表現できる。また、撮影部15の姿勢Rは、x軸、y軸、z軸の回転角度を使った回転行列で表現でき、R(Φ、ψ、θ)のパラメータで表現できる。なお、z軸が鉛直方向の所定の空間座標において、txはx座標の値、tyはy座標の値、tzはz座標の値である。また、Φはx軸を回転軸とする回転角度の値、ψはy軸を回転軸とする回転角度の値、θはz軸を回転軸とする回転角度の値である。
また、撮影部15の位置(軌跡)は、ドアミラー2gの回転角度θのみで表現できる。なお、ドアミラー2gの回転軸はz軸方向で、ドアミラー2gが動いても撮影部15のz座標は変わらないので、以下では、撮影部15の位置のx座標とy座標について説明する。
撮影部15の初期位置をT0(tx0、ty0)とすると、撮影部15の位置は、以下の式(1)によって算出できる。
Figure 2021154969
特に、回転軸から撮影部15までの長さをLとし、撮影部15の初期位置をT0(0、L)とすると、撮影部15の位置は、T(−Lsinθ、Lcosθ)となる。
また、撮影部15の姿勢についても、撮影部15の位置と同様の計算により算出できる。
なお、従来のvSLAMの技術での自己(カメラ)位置推定では、三次元座標のx、y、z、各回転軸における角度であるΨ、φ、θの6個のパラメータで、カメラ位置と姿勢を表現する。ここで、vSLAMとは、カメラを移動させることにより、複数視点の画像を撮影し、自己位置推定(カメラの位置と姿勢の推定)とマッピング(被写体の奥行き推定)を逐次行うことにより、カメラ自身の位置と周囲の三次元位置を推定する手法である。このvSLAMに比べて、本実施形態では、ドアミラー2gの回転角度θだけでカメラ(撮影部15)の位置と姿勢を表現できて、処理が軽く済む。
ドア制御部143は、車両1のドア51の開閉動作を制御する。なお、ドア制御部143は、車両1のドア51を自動で開閉するドア開閉機能を実現するときに使用される。
カメラ位置算出部144(撮影部位置算出部)は、ドアミラー2gの回転角度情報に基づいて、ドアミラー2gが第1の状態のときの撮影部15の位置とドアミラー2gが第2の状態のときの撮影部15の位置を含む撮影部位置情報を算出する。なお、回転角度センサ32がジャイロセンサで、回転角度情報が角速度の情報である場合、角速度を時間積分することで回転角度に変換できる。また、ドアミラー2gの回転角度情報は、回転角度センサ32としての、回転軸のヒンジに搭載されたポテンションセンサや磁気センサによって直接計測された回転角度の情報であってもよい。
障害物位置検出部145は、第1の撮影画像データと第2の撮影画像データと撮影部位置情報とに基づいて、第1の撮影画像データと第2の撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を算出する。障害物位置検出部145は、例えば、モーションステレオ法を用いる。モーションステレオ法では、複数視点の画像を基に三角測量の原理によって被写体の三次元位置を計算する。
そして、被写体の三次元の奥行きを精度よく求めるためには、視差、つまりフレーム間の画像に写る点のペアの画像上でのずれ量(ずれるピクセル数)が大きくなるように撮影部15の搭載位置を決めるのが望ましい。視差を大きくするためには、撮影部15を大きく移動させる必要があるので、回転軸から撮影部15がより離れていることが好ましい。
モーションステレオ法の1つであるvSLAMには、自己位置推定とマッピングの枠組みとして、Featureベースの手法とDirectベースの手法がある。本実施形態では、一例として、Featureベースの手法を採用する。
Featureベースの手法は、画像から特徴点を算出して、幾何誤差を利用して、自己位置推定とマッピングを実現する。具体的には、あるフレームとその前のフレームの特徴点を算出して、それらのフレーム間の特徴点の対応点を検索し、その幾何誤差が最小となるカメラ姿勢、位置、特徴点の三次元位置を推定する。
ここで、特徴点としては、例えば、スケール不変の特徴変換であるSIFT(Scale-Invariant Feature Transform)や、SURF(Speeded-Up Robust Features)などの特徴点を採用することができる。
また、対応点の検索は、例えば、エピポーラ拘束式を用いて行うことができる。
また、カメラに搭載しているレンズパラメータにより、カメラ内部行列を求める。通常、カメラの出荷時にカメラのレンズパラメータはキャリブレーションされて測定されているので、あらかじめ保存された値を使用する。このカメラ内部行列は、対応点の検索等に用いられる。
そして、対応点の検索で対応点ペアが複数求まることから、各対応点ペアごとに未知数x、y、zにおける方程式を立て、その方程式を解析的に解くことで、障害物の三次元位置x、y、zを求めることができる。
したがって、使用する撮影画像データは、現在(最新)の撮影画像データと、過去の1つ以上の撮影画像データが必要である。例えば、使用する撮影画像データは、現在(最新)の撮影画像データと、1フレーム前の撮影画像データであればよいが、それらに加えて、2フレーム前の撮影画像データなども使ってもよい。
スペース検出部146は、障害物位置検出部145による障害物の三次元位置の検出結果やドア51の底面の高さなどの情報に基づいて、ドア51が開閉可能なスペースを検出する。
次に、図7を参照して、第1実施形態の車両1のCPU14aにおける処理について説明する。図7は、第1実施形態の車両1のCPU14aにおける処理を示すフローチャートである。
まず、ステップS1において、ドアミラー制御部142は、ドアミラー駆動部31を制御することで、ドアミラー2gを回転動作(駆動)させる。
次に、ステップS2において、取得部141は、回転角度センサ32から、ドアミラー2gの第1の状態から第2の状態までの回転角度情報を取得する。
次に、ステップS3において、取得部141は、ドアミラー2gに設置された撮影部15から、車両の外側のドアの付近の撮影画像データとして、ドアミラー2gが第1の状態(例えば図5(b)の実線の状態)のときの第1の撮影画像データと、ドアミラー2gが第1の状態から動いて第2の状態(例えば図5(b)の破線の状態)となっているときの第2の撮影画像データと、を取得する。
次に、ステップS4において、カメラ位置算出部144は、回転角度情報に基づいて、ドアミラー2gが第1の状態のときの撮影部15の位置とドアミラー2gが第2の状態のときの撮影部15の位置を含む撮影部位置情報(カメラ位置)を算出する。
次に、ステップS5において、障害物位置検出部145は、第1の撮影画像データと第2の撮影画像データと撮影部位置情報とに基づいて、第1の撮影画像データと第2の撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を算出する。
次に、ステップS6において、スペース検出部146は、ステップS5での検出結果などの情報に基づいて、ドア51が開閉可能なスペースを検出する。その後、CPU14aは、ステップS6での検出結果等に基づいて、ドア開閉制御や検出結果の表示制御などを行う。
このように、第1実施形態の車両1によれば、ドアミラー2gに設置された撮影部15から得られた視点の異なる2つの撮影画像データに基づいて、車両の周囲に存在する障害物の三次元位置を高精度に算出することができる。したがって、ドア51自体が動かなくてもよいので、より早いタイミングで、障害物の三次元位置を高精度に算出することができる。
また、他の用途ですでに設置されている車載カメラによる撮影画像データに基づいて障害物を検知することができるので、低コストを実現できる。
また、ドアミラー2gには、標準的に開閉(折り畳み)機能が搭載されているので、新たにドアミラー2gの回転動作のための駆動部を設ける必要がなく、低コストを実現できる。
一方、例えば、従来技術で、自車両のドアと駐車場の白線の間の距離を基にドアの開閉可能角度を算出する技術があるが、白線が必要で、かつ、障害物として車両のみで、様々なシーンに対応できない。第1実施形態の車両1によれば、白線が無かったり、車両以外の障害物であったりしても、障害物の三次元位置を高精度に算出することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第1実施形態と同様の事項については、説明を適宜省略する。第2実施形態では、撮影部15を、ドア51におけるドアミラー2g以外の部分に設置する。つまり、第2実施形態では、可動部は、ドア自体であって、回転軸に沿って回転動作をする。
図8は、第2実施形態の車両1のドアにおける撮影部15の設置位置を模式的に示す図である。図8(a)では、フロントドアにおける撮影部15の設置位置として、取っ手部分の位置71と、上部の位置72を示している。また、図8(b)では、バックドアにおける撮影部15の設置位置として、取っ手部分の位置73を示している。第1実施形態の場合と同様、ドアの回転軸からなるべく離れた位置に撮影部15を設置することで、視差が大きい複数の撮影画像データを取得できる。
図9は、第2実施形態の障害物検知システム100の構成のブロック図である。図3と比較して、ドアミラー駆動部31と回転角度センサ32が無くなり、回転角度センサ34が追加されている。回転角度センサ34は、ドア51の回転角度を検出し、回転角度情報を出力する。回転角度センサ32は、例えば、撮影部15とほぼ同じ位置に設置されたジャイロセンサである。ドア駆動部33は、ドア51を、所定の回転軸を中心に回転移動させる。
また、取得部141(図4)は、ドアの第1の状態から第2の状態までの移動量情報としてドアの回転角度情報を取得する。また、カメラ位置算出部144は、回転角度情報に基づいて、ドアが第1の状態のときの撮影部15の位置とドアが第2の状態のときの撮影部15の位置を含む撮影部位置情報を算出する。
図10は、第2実施形態の車両1のCPU14aにおける処理を示すフローチャートである。まず、ステップS11において、ドア制御部143は、ドア駆動部33を制御することで、ドアを回転動作(駆動)させる。
次に、ステップS12において、取得部141は、回転角度センサ34から、ドアの第1の状態から第2の状態までの回転角度情報を取得する。
次に、ステップS13において、取得部141は、ドアに設置された撮影部15から、車両の外側のドアの付近の撮影画像データとして、ドアが第1の状態のときの第1の撮影画像データと、ドアが第1の状態から動いて第2の状態となっているときの第2の撮影画像データと、を取得する。
次に、ステップS14において、カメラ位置算出部144は、回転角度情報に基づいて、ドアが第1の状態のときの撮影部15の位置とドアが第2の状態のときの撮影部15の位置を含む撮影部位置情報(カメラ位置)を算出する。
次に、ステップS15において、障害物位置検出部145は、第1の撮影画像データと第2の撮影画像データと撮影部位置情報とに基づいて、第1の撮影画像データと第2の撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を算出する。
次に、ステップS16において、スペース検出部146は、ステップS15での検出結果などの情報に基づいて、ドア51が開閉可能なスペースを検出する。その後、CPU14aは、ステップS16での検出結果等に基づいて、ドア開閉制御や検出結果の表示制御などを行う。
このように、第2実施形態の車両1によれば、ドア自体を回転動作させることで、ドアに設置された撮影部15から得られた視点の異なる2つの撮影画像データに基づいて、車両の外側のドア51の付近に存在する障害物の三次元位置を高精度に算出することができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。第1実施形態、第2実施形態の少なくともいずれかと同様の事項については、説明を適宜省略する。第3実施形態では、走行時や駐車時の車両1の移動によるカメラ移動によって生じた画像を基に、モーションステレオ法の技術により、ドア開閉動作範囲の障害物の三次元位置をあらかじめ保存する。その情報と、その後に撮影された画像を基に、障害物の三次元位置を算出する。
なお、車両1の移動中に撮影部15で撮影する場合は、ドアミラー2gやドア51を回転させて撮影部15を撮影する場合と異なり、撮影部15の移動範囲に制約がない。よって、走行中の撮影部15の位置は、例えば、GPS(Global Positioning System)情報、車輪速センサ22の検出結果、舵角センサ19の検出結果、IMU(Inertial Measurement Unit)センサ(慣性計測装置)の検出結果等の複数の情報を統合して求めるのがよい。
また、公知のvSLM技術での自己位置推定では、三次元座標のx、y、z、各回転軸における角度であるΨ、φ、θの6個のパラメータで、カメラ位置と姿勢を表現する。この手法を利用してもよい。
取得部141(図4)は、撮影部15から、車両1の外側のドア51の付近の撮影画像データとして、少なくとも、第3の撮影画像データと、車両が移動したことによって第3の撮影画像データとは異なる第4の撮影画像データと、を取得する。ここで、図11は、第3実施形態の車両において移動中に視点の異なる2つの撮影画像データを取得する様子を模式的に示す図である。例えば、第3の撮影画像データを撮影するとときの撮影領域が領域R1で、第4の撮影画像データを撮影するとときの撮影領域が領域R2である。
また、取得部141は、第3の撮影画像データの撮影時から第4の撮影画像データの撮影時までの車両の移動量を示す第2の移動量情報を取得する。
また、カメラ位置算出部144は、第2の移動量情報に基づいて、第3の撮影画像データの撮影時の撮影部15の位置と第4の撮影画像データの撮影時の撮影部15の位置を含む撮影部位置情報を算出する。
そして、障害物位置検出部145は、第3の撮影画像データと第4の撮影画像データと撮影部位置情報とに基づいて、第3の撮影画像データと第4の撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を算出する。
次に、図12は、第3実施形態の車両1のCPU14aにおける処理を示すフローチャートである。まず、ステップS21において、取得部141は、第3の撮影画像データの撮影時から第4の撮影画像データの撮影時までの車両の移動量を示す第2の移動量情報を取得する。
次に、ステップS22において、取得部141は、撮影部15から、車両1の外側のドア51の付近の撮影画像データとして、第3の撮影画像データと、車両が移動したことによって第3の撮影画像データとは異なる第4の撮影画像データと、を取得する。
次に、ステップS23において、カメラ位置算出部144は、第2の移動量情報に基づいて、第3の撮影画像データの撮影時の撮影部15の位置と第4の撮影画像データの撮影時の撮影部15の位置を含む撮影部位置情報(カメラ位置)を算出する。
次に、障害物位置検出部145は、ステップS24において、第3の撮影画像データと第4の撮影画像データと撮影部位置情報とに基づいて、第3の撮影画像データと第4の撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を算出し、ステップS25において、算出結果と日時を保存する。
そして、この算出結果(障害物の三次元位置)を、その後の処理で適宜利用できる。例えば、もし、乗車時・降車時のタイミングが障害物の三次元位置の算出日時から大きく離れている場合は、障害物の三次元位置が大きく変わっている可能性があるので、算出結果を使用しない。また、例えば、通常、降車時は、駐車直前の障害物の三次元位置を算出したタイミングと近い可能性が高いので、算出結果を使用する。
このように、第3実施形態の車両1によれば、あらかじめ、車両1の移動中に、撮影部15から得られた視点の異なる2つの撮影画像データに基づいて、撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を高精度に算出して保存することができ、その後の障害物検知処理(第1実施形態での処理や第2実施形態での処理)に活用することができる。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。第1実施形態〜第3実施形態の少なくともいずれかと同様の事項については、説明を適宜省略する。第4実施形態では、撮影部15として、イベントカメラを使う。イベントカメラは、撮影画像データとして、撮影対象の画素ごとの輝度変化の情報を含むイベントデータを出力する。
第1実施形態〜第3実施形態との主な相違点は、以下の処理1〜4である。
(処理1)イベントごとの光線計算
各イベントの画素x、yと、その発生時刻tと、発生時刻tにおけるカメラ位置Pと、カメラ内部行列(レンズパラメータ)を使って、そのイベントの入射光線式を求める。
(処理2)ドア開閉動作範囲を微小立方体で分割
ドア開閉動作範囲を微小立方体で分割し、ボクセルを作成する。
(処理3)微小立方体を通る光線数カウント
各イベントで計算された光線を基に、微小立方体を通った光線数をカウントする。光線数が多い微小立方体の位置に障害物があると判定することができる。
(処理4)光線数が多い空間を抽出
光線数が所定の閾値以上の微小立方体の座標を抽出する。抽出された微小立方体の座標が障害物の三次元マップとなる。
このように、第4実施形態の車両1によれば、撮影部15としてイベントカメラを使用することで、高速撮影によって、車両の周囲に存在する障害物の三次元位置をより高精度に算出することができる。例えば、イベントカメラは、100万fps(frames per second)という高速撮影が可能であるので、撮影部15を設置したドアミラー2gやドア51のドアの開閉速度が速くても高精度に障害物の三次元位置を算出できる。
また、イベントカメラは、輝度変化のあった画素の情報しか送らないので、低消費電力も実現できる。
なお、本実施形態のCPU14aで実行される障害物検知プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。
さらに、この障害物検知プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、この障害物検知プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。
上述の本発明の実施形態は、発明の範囲を限定するものではなく、発明の範囲に含まれる例に過ぎない。本発明のある実施形態は、上述の実施形態に対して、例えば、具体的な用途、構造、形状、作用、及び効果の少なくとも一部について、発明の要旨を逸脱しない範囲において変更、省略、及び追加がされたものであっても良い。
1…車両、14…ECU、141…取得部、142…ドアミラー制御部、143…ドア制御部、144…カメラ位置算出部、145…障害物位置検出部、146…スペース検出部、15、15a〜15d…撮影部、100…障害物検知システム

Claims (7)

  1. 車両のドアにおける可動部の動作を制御する動作制御部と、
    前記可動部に設置された撮影部から、前記車両の外側の前記ドアの付近の撮影画像データとして、少なくとも、前記可動部が第1の状態のときの第1の撮影画像データと、前記可動部が前記第1の状態から動いて第2の状態となっているときの第2の撮影画像データと、を取得する第1の取得部と、
    前記可動部の前記第1の状態から前記第2の状態までの移動量情報を取得する第2の取得部と、
    前記移動量情報に基づいて、前記可動部が前記第1の状態のときの前記撮影部の位置と前記可動部が前記第2の状態のときの前記撮影部の位置を含む撮影部位置情報を算出する撮影部位置算出部と、
    前記第1の撮影画像データと前記第2の撮影画像データと前記撮影部位置情報とに基づいて、前記第1の撮影画像データと前記第2の撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を算出する障害物位置算出部と、
    を備える障害物検知装置。
  2. 前記可動部は、前記ドアに設置されたドアミラーであって、回転軸に沿って回転動作をし、
    前記第2の取得部は、前記ドアミラーの前記第1の状態から前記第2の状態までの移動量情報として前記ドアミラーの回転角度情報を取得し、
    前記撮影部位置算出部は、前記回転角度情報に基づいて、前記ドアミラーが前記第1の状態のときの前記撮影部の位置と前記ドアミラーが前記第2の状態のときの前記撮影部の位置を含む撮影部位置情報を算出する、請求項1に記載の障害物検知装置。
  3. 前記可動部は、前記ドア自体であって、回転軸に沿って回転動作をし、
    前記第2の取得部は、前記ドアの前記第1の状態から前記第2の状態までの移動量情報として前記ドアの回転角度情報を取得し、
    前記撮影部位置算出部は、前記回転角度情報に基づいて、前記ドアが前記第1の状態のときの前記撮影部の位置と前記ドアが前記第2の状態のときの前記撮影部の位置を含む撮影部位置情報を算出する、請求項1に記載の障害物検知装置。
  4. 前記第1の取得部は、前記撮影部から、前記車両の外側の前記ドアの付近の撮影画像データとして、少なくとも、第3の撮影画像データと、前記車両が移動したことによって前記第3の撮影画像データとは異なる第4の撮影画像データと、を取得し、
    前記第2の取得部は、前記第3の撮影画像データの撮影時から前記第4の撮影画像データの撮影時までの前記車両の移動量を示す第2の移動量情報を取得し、
    前記撮影部位置算出部は、前記第2の移動量情報に基づいて、前記第3の撮影画像データの撮影時の前記撮影部の位置と前記第4の撮影画像データの撮影時の前記撮影部の位置を含む撮影部位置情報を算出し、
    前記障害物位置算出部は、前記第3の撮影画像データと前記第4の撮影画像データと前記撮影部位置情報とに基づいて、前記第3の撮影画像データと前記第4の撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を算出する、請求項1に記載の障害物検知装置。
  5. 前記撮影部は、前記撮影画像データとして、撮影対象の画素ごとの輝度変化の情報を含むイベントデータを出力するイベントカメラである、
    請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の障害物検知装置。
  6. 車両のドアにおける可動部の動作を制御する動作制御ステップと、
    前記可動部に設置された撮影部から、前記車両の外側の前記ドアの付近の撮影画像データとして、少なくとも、前記可動部が第1の状態のときの第1の撮影画像データと、前記可動部が前記第1の状態から動いて第2の状態となっているときの第2の撮影画像データと、を取得する第1の取得ステップと、
    前記可動部の前記第1の状態から前記第2の状態までの移動量情報を取得する第2の取得ステップと、
    前記移動量情報に基づいて、前記可動部が前記第1の状態のときの前記撮影部の位置と前記可動部が前記第2の状態のときの前記撮影部の位置を含む撮影部位置情報を算出する撮影部位置算出ステップと、
    前記第1の撮影画像データと前記第2の撮影画像データと前記撮影部位置情報とに基づいて、前記第1の撮影画像データと前記第2の撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を算出する障害物位置算出ステップと、
    を含む障害物検知方法。
  7. コンピュータに、
    車両のドアにおける可動部の動作を制御する動作制御ステップと、
    前記可動部に設置された撮影部から、前記車両の外側の前記ドアの付近の撮影画像データとして、少なくとも、前記可動部が第1の状態のときの第1の撮影画像データと、前記可動部が前記第1の状態から動いて第2の状態となっているときの第2の撮影画像データと、を取得する第1の取得ステップと、
    前記可動部の前記第1の状態から前記第2の状態までの移動量情報を取得する第2の取得ステップと、
    前記移動量情報に基づいて、前記可動部が前記第1の状態のときの前記撮影部の位置と前記可動部が前記第2の状態のときの前記撮影部の位置を含む撮影部位置情報を算出する撮影部位置算出ステップと、
    前記第1の撮影画像データと前記第2の撮影画像データと前記撮影部位置情報とに基づいて、前記第1の撮影画像データと前記第2の撮影画像データに写っている障害物の三次元位置を算出する障害物位置算出ステップと、
    を実行させるためのプログラム。
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