JP2848408B2

JP2848408B2 - 移動車の環境認識装置

Info

Publication number: JP2848408B2
Application number: JP1256072A
Authority: JP
Inventors: 祥一丸屋; 知史守田; 弘行高橋
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2014-01-20
Also published as: JPH03118612A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は自律的に走行を制御する移動車のための環境
認識装置に関し、詳しくは、道路等の環境物体からの物
体光と、太陽光のその物体上からの表面反射光とを区別
し、物体光のみを処理することにより、正確な環境認識
を可能にした移動車の環境認識装置に関する。

（従来の技術）近年において、障害物を自律的に回避して走行する移
動車が種々提案されている。

このような自律走行制御においては、環境認識装置の
ために、カメラ等の画像入力手段により外界の画像を入
力し、この画像に対し画像処理を行なって、外界環境を
認識するのが一般的である。

このようなカメラ等の画像入力手段では、物体（例え
ば、前方車，道路面）からの光を例えばCCDイメージセ
ンサ等で読取るのが普通である。ところで、物体からの
光（広い意味での反射光）には、物体自体が発する光
（即ち、物体光）と、太陽光或いは照明光の表面反射光
とが混在している。そのために、例えば、本来は濃度が
高い画像が濃度の低い画像として入力され、環境の誤認
識の原因の１つになっていた。そこで、この表面反射光
を除去することが大きな課題となっていた。

表面反射光を一般的に取り除く方法として、偏光フィ
ルタを用いる方法が公知である。また、Phongモデルを
用いて色変換を行なうことも知られている。

（発明が解決しようとする課題）上記の偏光フイルタを用いる方法は、ブリュースタの
条件を満足した場合に表面反射光が直線偏光となり、こ
の直線偏光成分を除去することにより、物体光を表面反
射光から区別するというものであるために、入射角にブ
リュースタの条件を満足するという制限がある。従っ
て、カメラの設置角度を外光の物体への入射角変化に合
せて変更することの不可能な移動車の環境認識装置にと
っては、上記の偏光フイルタを用いる方法は現実的では
ない。

また、Phongモデルを用いる手法は、光源色が既知で
なくてはならないという前提がある。この前提は、色々
な環境内を走行する移動車にとっては適用困難である。

本発明はかかる従来技術の問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、環境中の物体からの光を二系統
の画像として別個に入力し、これらの画像内において、
物体自体からの光による寄与と外光の表面反射光による
寄与とを区別することにより、正確な環境認識を可能に
した移動車の環境認識装置を提供するものである。

（課題を達成するための手段及び作用）上記課題を達成するための本発明の構成は、環境内の物体自体が発する物体光と、この物体により
反射された反射光とを画像として入力し、この画像から
環境を認識する移動車の環境認識装置であって、この環境物体の画像を、該物体への入射光の入射面若
しくは反射面に平行な第１の偏光フィルタを通過した光
の強度で表わす第１の画像信号として、入力する第１の
入力手段と、前記第１の入力手段とは独立した入力手段であって、
上記環境物体の前記画像を、前記物体への入射光の入射
面若しくは反射面に垂直な第２の偏光フィルタを通過し
た光の強度で表わす第２の画像信号として、入力する第
２の入力手段と、前記第１の画像信号と第２の画像信号との強度差に基
づいて、この第１の画像信号と第２の画像信号のいずれ
か一方から、表面反射光成分を除去し物体光成分を抽出
する手段とを具備したことを特徴とする。

物体自体が発する物体光は反射光ではなく偏光してい
ないので、前記抽出手段により第１の画像信号と第２の
画像信号との強度差を求めると、表面反射光による寄与
を除去することが可能となる。

（実施例）以下添付図面を参照して、本発明を、環境の物体とし
て一例として走行路面を上げ、この路面からの物体光を
表面反射光から弁別する場合に適用した環境認識装置の
実施例を説明する。本実施例では、２つの偏光フイルタ
が用いられ、走行路面を対象としているために、一方の
偏光フイルタは路面に対する入射面に対して垂直に、他
方のフイルタはその入射面に対して平行となっている。

第１図は本実施例のハードウエア構成を示すブロツク
図である。

1a,1bは前述の２つの偏光フイルタであり、フイルタ1
aの偏光面は路面に対する入射面に対して平行に設定さ
れ、フイルタ1bの偏光面はその入射面に対して垂直にな
るように設定されている。勿論、この逆でも構わない。

これらのフイルタを通して光は夫々、CCDイメージセ
ンサを用いたカメラ2a,2bにより読取られ、RGBの照度信
号の形でフレームメモリ3a,3bに夫々格納される。

コンパレータ４は、２つのフレームメモリ3a,3b内に
格納された同一画素に対応する画像データを比較する。
即ち、このコンパレータ５は、物体からの光の強度を、
２つの偏光フイルタを通した後で比較していることとな
る。この比較結果が、後述するように、表面反射光成分
を含むか否かの目安となり、画像変換装置５に送られ
る。

この変換装置５は、表面反射光成分が含まれていると
コンパレータが判断した場合に、フレームメモリ3a内の
画像データに対して、そこから物体光のみを抽出するよ
うに変換処理を行なうものである。変換処理された画像
データはフレームメモリ６に記憶される。コンパレータ
４が、その画素に表面反射光成分が含まれていないと判
断した場合には、その画素の画像データは変換処理を施
されないままフレームメモリに送られ、そこに記憶され
る。このフレームメモリ４内の画像が環境認識のための
画像処理の対象となる画像を記憶するものである。

ここで、表面反射光成分が含まれるか否かを検出する
原理について説明する。

光が入射する物体は誘電体からなるものとしてモデル
化される。ここで、ベクトルを物体からの広義の反射光、ベクトルを表面反射光、ベクトルを物体光とすると、で表わされる。ここで、m_S,m_Bは夫々、表面反射光，物
体光に関する定数であり、物体によって一定である。
（１）式をフイルタ1a,1bの通過光に対して適用する
と、が得られる。通常、CCDイメージセンサが受光すると、
その出力信号は色ベクトルの強度（スカラ）を意味する。従って、（１）式からを弁別することはできない。

周知のように、光源（太陽または照明）が自然光（コ
ヒーレントでない光）であれば、その光源からの光の物
体での表面反射光は偏光する。ところが、物体光は、光
源からの光が物体中で選択吸収され、吸収されない光成
分が物体内で散乱されてて物体外に出てきたものである
から、物体固有なものであり、偏光はしていない。

従って、第２図に示すように、誘電率ε_０の空気中か
ら誘電率ε_１の路面に入射したときの反射光の反射率Ｒ
は以下のようになる。

ここで、Ｒ⊥は、偏波面と入射面とが垂直のときの反
射率を、Ｒ‖は平行のときの反射率を表わす。また、ｉ
は入射角、ｊは屈折角であり、誘電率εと路面における
屈折率ｎとの間には、の関係がある。Ｒ‖＝０となる角度がブリュースタ角で
ある。

さて、前述したように、物体光は偏光していないが表
面反射光は偏光している。そして、（５）（６）式に示
すように、偏光光の反射率は偏光方向により異なるの
で、変更している表面反射光が偏波方向の異なるフイル
タを通ったときは、それらの光の強度はフイルタ毎に異
なる。換言すれば、コンパレータ４が、フレームメモリ
3aと3bの画像データ間に強度差を検知すれば、そのこと
は表面反射光成分を含んでいることを意味する。これ
は、物体からの反射光中に表面反射光成分がなければ、であるから、であるからである。

次に、表面反射光成分が含まれている場合に、変換装
置で行なわれる物体光の抽出処理について説明する。
（２）（３）式に、を代入すると、が得られる。路面に対するカメラの設置角度が既知の場
合には、入射角ｉは既知であるから、が得られ、これを（８）式に代入し、更に（２）式に代
入すると、が得られる。

このようにして、本実施例の環境認識装置によれば、
２つの偏光フイルタを通した物体の画像データから物体
光だけを抽出することができる。そのために、環境認識
の精度が上がるという効果が得られる。

本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形改良が
可能である。

上記実施例では、コンパレータ４が光の強度差を検出
したときに、変換装置５が（10）式に基づいて、物体光
だけを弁別して抽出するようにしている。これは、表面
反射光がないときだけに、上記演算処理を施せば処理の
高速化が得られるからである。そこで、２つの画像デー
タに対し、常に（10）式の演算処理を行なうようにすれ
ば、表面反射光がないときにも余計な演算を行なわなけ
ればならないという点はあるものの、コンパレータ４が
不要となるという効果が得られる。

また次のように改良することもできる。即ち、偏光フ
イルタを回転可能に設置するのである。このようにする
と、連続した画像で垂直偏光と水平偏光を１つのカメラ
で入力することが可能となる。即ち、フイルタ1aを回転
自在とすると、フイルタ1bとカメラ2bが不要となる。

また、上記実施例では、フレームメモリ3a,3bをバツ
フアとして用いていた。これは、交換装置における演算
に時間がかかるために、カメラでの画像読取速度と同期
を取るためである。もし変換装置の処理速度が早けれ
ば、フレームメモリ3a,3bは不要となる。

また本発明は、カメラの設定位置には限定されない。
物体に対するカメラの設置角度が既知であればよい。ま
た、本発明は画像入力手段の種類には限定されない。

（発明の効果）以上説明したように本発明の移動車の環境認識装置に
よれば、物体からの光を２つの（第１と第２の）偏光フ
ィルタを通して独立した二系統の画像データを得ること
により、この２つの画像データに対して表面反射光成分
を除外する演算処理を行なうことが可能となり、そのた
めに最終的に得られる画像は外光に影響されない物体光
のみとなり、従って、環境認識は正確なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示す図、第2A図，第2B図，第３図は第１図実施例における表面反
射光を除去する原理を説明する図である。図中、 1a,1b……偏光フイルタ、2a,2b……CCDカメラ、3a,3b…
…バツフアフレームメモリ、４……コンパレータ、５…
…変換装置、６……フレームメモリである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−217412（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−74676（ＪＰ，Ａ) 特開平１−237440（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−182455（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05D 1/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】環境内の物体自体が発する物体光と、この
物体により反射された反射光とを画像として入力し、こ
の画像から環境を認識する移動車の環境認識装置であっ
て、この環境物体の画像を、該物体への入射光の入射面若し
くは反射面に平行な第１の偏光フィルタを通過した光の
強度で表わす第１の画像信号として、入力する第１の入
力手段と、前記第１の入力手段とは独立した入力手段であって、上
記環境物体の前記画像を、前記物体への入射光の入射面
若しくは反射面に垂直な第２の偏光フィルタを通過した
光の強度で表わす第２の画像信号として、入力する第２
の入力手段と、前記第１の画像信号と第２の画像信号との強度差に基づ
いて、この第１の画像信号と第２の画像信号のいずれか
一方から、表面反射光成分を除去し物体光成分を抽出す
る手段とを具備したことを特徴とする移動車の環境認識
装置。