JP2989744B2 - 測定面抽出装置及びその方法 - Google Patents

測定面抽出装置及びその方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】道路領域等の3次元空間中で連続
的に変化する測定面領域を抽出する測定面抽出装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来は、1台のカメラ画像から、色やテ
クスチャー等の情報を手がかりにして道路領域を抽出し
ている。例えば、画像中で彩度の低い中程度の輝度領
域、つまり灰色の領域を抽出し道路領域を求めたり、道
路端を示す2本の白線を抽出し、その内部のテクスチャ
ーのない領域を求めて、道路領域を抽出している。
【0003】すなわち、従来は2次元の画像処理により
画像を領域分割し道路領域を抽出している。
【0004】ところが、屋外を撮影した画像の場合、天
候の変化等により、同じ場所を撮像した画像でも輝度レ
ベルや色合いが異なる。また、樹木などの影が道路上に
さしている場合、道路面のテクスチャーも時々刻々変化
する。
【0005】このため、色やテクスチャーを用いた2次
元画像処理のみでは、道路領域を安定に抽出することが
難しい。
【0006】そのため従来は、色抽出やエッジ等のテク
スチャー抽出の際に、晴天用、曇天用、雨天用等といっ
た複数のパラメータを用意し、これらを使い分けて天候
の変動に対処していた。
【0007】しかし、天候の変化に伴う画像の変動パタ
ーンは無数に考えられるため、すべての変動に対処でき
るようなパラメータを用意しておくことは不可能であ
る。また、2次元の情報しか用いていないため、道路脇
に建てられている灰色の建物を道路領域として誤抽出し
たり、色やテクスチャーが類似な障害物が道路上に存在
した場合正しく検出することができないという問題があ
った。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、従来は、天
候の変化に対処できるようなパラメータを用意しておく
ことができず、また、2次元の情報しか用いていないた
め、道路脇に建てられている灰色の建物を道路領域とし
て誤抽出したり、色やテクスチャーが類似な障害物が道
路上に存在した場合に正しく検出することができないと
いう問題点があった。
【0009】そこで、本発明は、天候の変化や、道路脇
に建てられている灰色の建物を道路領域として誤抽出し
たり、色やテクスチャーが類似な障害物が、道路上に存
在していても、道路領域等の測定面領域を正しく検出で
きる測定面抽出装置を提供する。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の測定面抽出装置
は、3次元空間中で連続的に変化する平面または曲面
測定面を抽出する測定面抽出装置において、測定面を含
む三次元空間の左画像及び右画像を入力するためのイメ
ージ入力手段であって、左画像は、測定面の左画像を含
み、右画像は、前記測定面の右画像を含んでいるイメー
ジ入力手段と、それぞれが測定面の左画像の一点と測定
面の右画像の対応する一点とからなる複数のペアを抽出
し、前記ペアの三次元空間における位置を算出し、算出
された位置を利用して測定面を含む三次元空間における
射影面を決定し、射影面の上に左画像及び右画像におけ
る各画素位置を射影するための変換手段と、複数の蓄積
ユニットを具備するメモリ手段であって、各蓄積ユニッ
トは、射影面の一部分に対応し、射影面の対応する部分
上に射影された左画像の画素位置と右画像の画素位置と
に関連する情報を蓄積することができるメモリ手段と、
左画像の画素位置に関連する蓄積された情報が右画像の
画素位置に関連する蓄積された情報に対して予め決めら
れた閾値内において類似しているという蓄積ユニットの
グループを、前記メモリ手段から抽出するための抽出手
段と、を有しているものである。
【0011】
【作 用】本発明について説明する。
【0012】3次元空間中の射影面の情報を用いること
により、測定面領域を抽出するため、2次元の画像処理
により測定面領域を抽出する場合に問題となる天候の変
動による画像の変化の影響を受けない。また、3次元的
な高さの情報を用いるため、例えば、道路領域を抽出す
る場合に道路脇の灰色の建物や道路面上に存在する色や
テクスチャーが類似の障害物を道路領域として抽出する
ことがない。
【0013】さらに、3次元空間中で測定面領域を構成
する画像中の領域を抽出するために、画像を道路が存在
すると仮定した平面または曲面上に射影する。このとき
測定面部分は複数の画像上の点が平面上で同一点に射影
されるので、設定したメモリ手段上の同じアドレスに同
程度の画像情報が射影される。そのため、測定面部分と
高さが異なる対象物が存在するメモリ手段に対しては、
複数の画像のメモリ手段上の射影位置が異なるため、異
なる画像情報が射影される。そのため、メモリ 手段を走
査して、類似している画像情報が複数のTVカメラから
射影されている部分を抽出し、この中から幅が等しい帯
状の領域を求めれば、多眼視の持つ対応付けの問題を解
くことなく、容易に3次元空間中で道路面等の測定面を
構成している画像中の領域を抽出することができる。
【0014】
【実施例】以下で、本発明の一実施例を図面に従い説明
する。本実施例は車載カメラより撮像した道路画像から
道路領域を抽出する場合を想定している。
【0015】図1は本実施例における領域抽出装置の概
略構成を示すもので、TVカメラ1a、TVカメラ1
b、画像メモリ2a、画像メモリ2b、変換部3、領域
メモリ4、領域抽出部5から構成されている。また、T
Vカメラ1a、TVカメラ1bはカメラの光軸がそれぞ
れ平行に設定されている。
【0016】TVカメラ1a、1bより入力された画像
は画像メモリ2a、2bに蓄積される。変換部3は、画
像メモリ2a、2bに蓄積されている画像を3次元空間
中に予め設定しておいた座標系において生成した面上に
射影し、領域メモリ4に射影結果を書き込む。領域抽出
部5は領域メモリを走査して、真に面上に存在する領域
を切り出す。
【0017】図2に変換部3の一構成例を示す。
【0018】画像メモリ2a、2bより入力した2枚の
画像からステレオ計測部6が面の方程式を算出するため
に必要なサンプル点を抽出し、その3次元位置をステレ
オ計測する。サンプル点は例えば道路端、道路端近傍の
白線、またはセンターライン上にとる。
【0019】図5にサンプル点の例を示す。
【0020】左右画像から道路上に引かれた道路端を示
す2組の白線を図6の処理の流れに従って抽出する。
【0021】ステップ1において、左右各々の画像から
エッジを抽出する。
【0022】ステップ2において、エッジの中から長さ
が予め設定しておいた閾値Lよりも長いものを選択す
る。
【0023】ステップ3において、選択されたエッジ群
Aの中から画像中で間隔が予め設定しておいた閾値dに
近い平行なエッジペアBを選択する。
【0024】ステップ4において、これらのエッジペア
の中で、図5に示すような画像中央から画像の左右下端
に向かって伸びる2組の平行エッジペアを道路端を示す
白線ペアとして選択する。
【0025】左右画像中で図6の処理に従い、2組の平
行エッジペアを抽出した後、図5に示すように各々の平
行エッジペアを横切るような2本の直線を左右画像で同
じ高さに設定する。図5では、左画像に対してL1、L
2の2本の直線、右画像に対してR1、R2の2本の直
線を設定する。
【0026】そして、それぞれの直線が平行エッジペア
を横切る点を左から順番に対応付け、サンプル点とす
る。例えば、直線L1、L2から、(al ,ar ),
(bl ,br ),(cl ,cr ),(dl ,dr )が対
応付けられる。直線L2、R2から、(el ,er ),
(fl ,fr ),(gl ,gr ),(hl ,hr )が対
応付けられる。
【0027】ステレオ計測部6は、これらサンプル点の
画像中の対応位置から、サンプル点の3次元空間中の位
置を算出する。
【0028】面算出部7は、算出されたサンプル点の3
次元位置から最小2乗法を用いてサンプル点を含む平面
の方程式P:ax+by+cz+d=0を算出する。
【0029】射影部8a,8bは画像メモリ2a,2b
の画像を面算出部7が算出した平面P上に射影する。
【0030】図7を用いてこの射影手法に関し説明す
る。
【0031】ステレオカメラの座標系をO−XYZとす
る。左右画像中心を0l ,Or とする。左右カメラの焦
点位置をCl ,Cr とする。左右画像面上の点ql ,q
r を平面P上へ射影した点をQl ,Qr とする。左右画
像上の画像中心を原点とする座標系をそれぞれ、xl −
yl ,xr −yr とする。Ol ,Or をそれぞれ起点と
してxl ,xr 軸上で長さが画像面のx軸方向の画素サ
イズに相当するベクトルをそれぞれnlx,nrxとする。
Ol ,Or をそれぞれ起点としてyl ,yr 軸上で長さ
が画像面のy軸方向の画素サイズに相当するベクトルを
nly,nryとする。また、ql ,qr の画像面上の位置
をそれぞれ(klx,kly),(krx,kry)とする。点
ql ,qr を平面P上へ射影した点Ql ,Qr のステレ
オカメラ座標系での位置を以下の式より求める。まず、
ql に対しては次の関係が成り立つ。
【0032】
【数1】 ステレオカメラのキャリブレーションにより
【数2】 は既知であるとすると、Ql とql を結ぶ直線の方程式
【数3】 として表される。このx,y,zを平面式P:ax+b
y+cz+d=0に代入し、tを求めることにより、q
l のP上の射影点Ql の位置(Qlx,Qly,Qlz)を算
出することができる。
【0033】qr に対しても同様に次の関係が成り立
つ。
【0034】
【数4】 ステレオカメラのキャリブレーションにより
【数5】 は既知であるとすると、Qr とqr を結ぶ直線の方程式
【数6】 として表される。このx,y,zを平面式P:ax+b
y+cz+d=0に代入し、tを求めることにより、q
r のP上の射影点Qr の位置(Qrx,Qry,Qrz)を算
出することができる。
【0035】以上の処理により射影部8aは画像メモリ
2aに格納されている左画像上の点ql を面算出部7が
求めた平面P上の点Ql へ射影する。また、射影部8b
は画像メモリ2bに格納されている右画像上の点qr を
面算出部7が求めた平面P上の点Qr へ射影する。
【0036】領域メモリは、図8に示すようなm×nの
2次元配列である。道路領域の探索範囲をXmin <X<
Xmax 、Ymin <Y<Ymax とすると、Xmin からXma
x までをm等分に、またYmin からYmax までをn等分
にサンプリングして射影部8a,8bの結果を領域メモ
リに書き込む。つまり、領域メモリ上の(i,j)には
射影点Ql ,Qr のX座標値、Y座標値が
【数7】 の範囲内にあるものを書き込む。
【0037】図9に示すように、平面P上の点Qが領域
メモリの要素(i,j)に対応付けられる時、図8に示
すデータが(i,j)に書き込まれる。ただし、Qは左
画像上の点ql と右画像上の点qr が同時に射影される
点である。
【0038】Qの座標値(x,y,z)、ql ,qr の
カラー情報(RGB値)、ql ,qr 近傍のエッジ密
度、ql ,qr 近傍のテクスチャー情報がそれぞれ蓄積
される。射影部8a,8bは、画像メモリ2a,2bに
格納された左画像及び右画像の全画素ql,qr に対し
て、平面P上の射影位置Ql ,Qr を求め、上記探索範
囲に含まれるもののみを選択した後、対応する領域メモ
リの各要素に図8に示すデータを書き込む。
【0039】領域抽出部5は、領域メモリ4に蓄積され
たデータから道路領域を抽出する。
【0040】まず、領域メモリを走査して、データが書
き込まれていない要素を周囲のデータを用いて線形補間
する。この際、図8に示す各要素の各データは、座標値
(X,Y,Z)を除き、左画像に対するものは左画像同
士、右画像に対するものは右画像同士で補間を行う。
【0041】次いで、画像のRGB値より求めた色情
報、近傍のエッジ密度、及び近傍のテクスチャー情報が
左画像と右画像で類似している領域を領域メモリ上で抽
出し、道路領域候補とする。
【0042】図10に示すように、道路平面上に存在し
ない点Aはそれぞれ異なる点としてP上に射影される。
このため、領域メモリの各要素(i,j)に書き込まれ
ている左右画像の色情報、エッジ情報、テクスチャー情
報が異なる領域は、道路平面上に存在しないと判定でき
る。
【0043】走行中の道路の幅Wが既知であるとし、道
路平面とステレオカメラ座標系のxy平面が平行に近い
場合、道路領域は領域メモリ上で図11に示す幅Wの帯
状の領域となる。このため、道路領域候補の中から、こ
の幅Wに近い帯状の領域を選択することにより、道路領
域を決定する。市街地では道路は通常、歩道、側溝、街
路樹、塀等、道路平面とは高さが異なるもので区切られ
ている。そのため、本手法により道路領域を抽出するこ
とができる。
【0044】上記の実施例は変換部3が図2に示す構成
をとった場合について説明しているが、変換部3が図3
に示す構成をとることもできる。
【0045】この構成では、カメラ姿勢算出部10が道
路平面に対するTVカメラ1a,1bの姿勢をポテンシ
ョンメータ、エンコーダ、またはジャイロ等の内界セン
サを用いて計測する。この姿勢情報を用いてTVカメラ
1a,1bに対する道路平面の位置を面算出部9が算出
する。そして、射影部11a,11bが射影部8a,8
bと同様の手法を用いて平面上の射影点を求める。
【0046】また、変換部3は図4に示す構成をとるこ
ともできる。
【0047】この構成では、レーザレンジファインダ、
パターン投光による距離測定器、レーザレーダ、超音波
センサ等の投射型距離センサ13を用いて、道路平面上
のサンプル点の位置を求める。このサンプル点に位置を
用い、面算出部12が面算出部7と同様の手法により、
道路平面を算出する。そして、射影部14a,14bが
射影部8a,8bと同様の手法を用いて平面上の射影点
を求める。
【0048】本実施例では、射影点を領域メモリへ書き
込む際、等間隔にサンプリングしたが、ステレオカメラ
座標系の原点よりも遠い領域は画像上で小さく移るた
め、解像度は通常荒くなる。逆に近い領域は画像上で大
きく移るため解像度が高くなる。このため、例えば、Y
min に近い点程、X、Yのサンプル間隔を細かくし、Y
max に近い点程、X、Yのサンプル間隔を大きくするこ
とにより、情報量を減少させることなく領域メモリの容
量を減少させることができる。
【0049】また、本実施例では道路面として平面を仮
定して説明したが、ステレオカメラ座標系で方程式が既
知である曲面であれば、平面の場合と同様に道路領域を
抽出することができる。
【0050】本実施例は、道路領域抽出に関して記述し
たが、例えばFA応用における作業台面の抽出など、他
の領域抽出にも適用することが可能であり、本手法は道
路領域抽出に限定されるものではない。
【0051】
【発明の効果】本発明を用いると、3次元空間中の射影
面の情報を用いているため、明るさの変動や影の影響を
受けず、画像中から平面または曲面の測定面領域を抽出
することができる。また、ステレオ視における対応付け
の必要がないため、設定した平面上の領域を容易に抽出
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の概略構成を示すブロック
図。
【図2】ステレオ視を用いた変換部の構成を示すブロッ
ク図。
【図3】カメラ姿勢を用いた変換部の構成を示すブロッ
ク図。
【図4】投射型距離センサを用いた変換部の構成を示す
ブロック図。
【図5】本実施例において、サンプル点の選び方を説明
する図。
【図6】同じくサンプル点を選ぶ処理のフローチャー
ト。
【図7】本実施例において、射影方法を説明する図。
【図8】領域メモリを説明する図。
【図9】対応領域を説明する図。
【図10】道路面上に存在しない対象物を説明する図。
【図11】道路領域を説明する図。
【符号の説明】
1a TVカメラ 1b TVカメラ 2a 画像メモリ 2b 画像メモリ 3 変換部 4 領域メモリ 5 領域抽出部

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3次元空間中で連続的に変化する平面また
    は曲面の測定面を抽出する測定面抽出装置において、 測定面を含む三次元空間の左画像及び右画像を入力する
    ためのイメージ入力手段であって、左画像は、測定面の
    左画像を含み、右画像は、前記測定面の右画像を含んで
    いるイメージ入力手段と、 それぞれが測定面の左画像の一点と測定面の右画像の対
    応する一点とからなる複数のペアを抽出し、前記ペアの
    三次元空間における位置を算出し、算出された位置を利
    用して測定面を含む三次元空間における射影面を決定
    し、射影面の上に左画像及び右画像における各画素位置
    を射影するための変換手段と、 複数の蓄積ユニットを具備するメモリ手段であって、各
    蓄積ユニットは、射影面の一部分に対応し、射影面の対
    応する部分上に射影された左画像の画素位置と右画像の
    画素位置とに関連する情報を蓄積することができるメモ
    リ手段と、 左画像の画素位置に関連する蓄積された情報が右画像の
    画素位置に関連する蓄積された情報に対して予め決めら
    れた閾値内において類似しているという蓄積ユニットの
    グループを、前記メモリ手段から抽出するための抽出手
    段と、 を有していることを特徴とする測定面抽出装置。
  2. 【請求項2】前記イメージ入力手段は、 複数のTVカメラを有し、 前記変換手段は、 左画像及び右画像から測定面に対応する複数のペアとな
    るエッジを抽出し、複数のペアとなるエッジに従って、
    三次元空間における測定面に対応する複数のエ ッジ位置
    を算出するためのステレオ算出手段を含む、 ことを特徴とする請求項1記載の測定面抽出装置。
  3. 【請求項3】前記変換手段は、 複数のエッジ位置により三次元空間における測定面に対
    応する射影面の方程式を算出するための面算出手段を含
    む、 ことを特徴とする請求項2記載の測定面抽出装置。
  4. 【請求項4】前記変換手段は、 前記各TVカメラの焦点位置と、三次元空間における左
    及び右画像のうちの対応する一方の各画素位置とを通過
    する直線の方程式を算出し、直線の方程式と射影面の方
    程式とに従って、各直線が射影面を通過する交点を算出
    するための射影手段を含み、その場合、交点は射影面の
    上に射影された画素位置である、 ことを特徴とする請求項3記載の測定面抽出装置。
  5. 【請求項5】前記抽出手段は、 左画像及び右画像の蓄積された画像情報と類似している
    各メモリアドレスを抽出し、前記抽出されたメモリアド
    レスは前記射影面の上の前記測定面の射影位置に対応す
    る、 ことを特徴とする請求項4記載の測定面抽出装置。
  6. 【請求項6】3次元空間中で連続的に変化する平面また
    は曲面の測定面を抽出する測定面抽出方法において、 測定面を含む三次元空間の左画像及び右画像であって、
    左画像は測定面の左画像を含み、右画像は測定面の右画
    像を含んでいるという左画像及び右画像を入力するステ
    ップと、 それぞれが測定面の左画像の一点と測定面の右画像の対
    応する一点とから成る複数のペアを抽出するステップ
    と、 ペアの三次元空間における位置を算出するステップと、 算出された位置を利用して、測定面を含む三次元空間に
    おける射影面を算出するステップと、 射影面上に左画像及び右画像における各画素位置を射影
    するステップと、 射影面に射影された左画像の画素位置と右画像の画素位
    置とに関連する情報を、それぞれが射影面の一部分に対
    応する複数の蓄積ユニットのそれぞれに蓄積するステッ
    プと、 左画像の画素位置に関連する蓄積された情報が、右画像
    の画素位置に関連する蓄積された情報蓄積と予め決めら
    れた範囲内で類似するユニットのグループを抽出するス
    テップと、 を有することを特徴とする測定面抽出方法。
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