JP3585948B2 - 自律走行作業車の走行制御方法 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、車輌周辺の撮像画像を処理して作業対象領域と非作業対象領域との境界を検出し、検出した境界に沿って自律走行するよう操舵系を制御する自律走行作業車の走行制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、無人で自律走行する自律走行車に対しては、自律走行のための自己位置検出として、電線を地下に埋設し、この電線が発する磁界を磁気センサで検出する技術が提案されているが、ゴルフ場、河川敷堤防、公園等の各種フィールドで草刈、芝刈等の作業を無人で行なう自律走行作業車等のように、自律走行領域が広大な場合、領域の地下全てに電線を埋設することは困難であり、設置費用も大きなものとなる。
【0003】
このため、前記自律走行作業車では、光センサ等の無接触センサあるいは機械的な接触式センサ等を用いてフィールド上の既処理と未処理地との境界部を検出し、検出した境界部に沿った倣い走行を行なうものが多く、最近では、特開昭61−139304号公報等に開示されているように、カメラを搭載して作業対象を含む周辺領域を撮像し、撮像画像における明るさの変化量から作業対象領域と非作業対象領域との境界を検出する技術が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮像画像における明るさの変化量から境界を検出する技術においては、画面に写る作業対象領域と非作業対象領域との比率によって画像を2値化するためのスライスレベルが変化して的確な2値化画像が得られない、2値化画像から境界を近似する直線を算出する際にノイズの影響を受けやすいといった問題がある。
【0005】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、作業対象領域と非作業対象領域との境界に沿った走行制御を行なうため撮像画像から境界を検出する際に、的確に画像を2値化し、この2値化画像から正確な境界近似直線を算出して制御性を向上することのできる自律走行作業車の走行制御方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車輌周辺の撮像画像から作業対象領域と非作業対象領域との境界を検出し、検出した境界に沿って自律走行するよう操舵系を制御する自律走行作業車の走行制御方法において、前記撮像画像に対し設定した画面領域内において2次元移動平均処理を行い平均化処理画像を得、該平均化処理画像に対し水平軸方向の輝度変化量を算出して輝度微分値画像を得て、その後、輝度微分量と度数とからなるヒストグラムを作成し、画面領域内の輝度変化量の最大値付近の平均値として該ヒストグラムにおける上位複数データの平均値の略50%にスライスレベルを設定し、前記輝度微分値画像から明るさの変化量が前記スライスレベルを越える画素を抽出して2値化画像を生成し、前記2値化画像からハフ変換によって前記境界を近似する直線を算出することを特徴とする。
【0007】
【作用】
本発明は、車輌周辺の撮像画像から作業対象領域と非作業対象領域との境界を検出し、検出した境界に沿って自律走行するよう自律走行作業車の操舵系を制御するに際し、撮像画像に対して設定した画面領域内において2次元移動平均処理を行って得た平均化処理画像に対し、水平軸方向の輝度変化量を算出して輝度微分値画像を得て、その後、輝度微分量と度数とからなるヒストグラムを作成する。そして、画面領域内の輝度変化量の最大値付近の平均値として該ヒストグラムにおける上位複数データの平均値の略50%にスライスレベルを設定し、輝度微分値画像から明るさの変化量が前記スライスレベルを越える画素を抽出して2値化画像を生成して、この2値化画像からハフ変換によって境界を近似する直線を算出する。
【0008】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図面は本発明の一実施例に係わり、図1は境界検出ルーチンのフローチャート、図2は走行制御ルーチンのフローチャート、図3は芝刈作業車の概略説明図、図4は操舵制御系の基本構成図、図5は境界検出部の回路ブロック図、図6は作業領域を撮像した元画像を示す説明図、図7は平均化処理画像を示す説明図、図8は輝度微分値画像を示す説明図、図9はスライスレベル算出用ヒストグラムを示す説明図、図10は2値化画像を示す説明図、図11はハフ変換用2次元ヒストグラムを示す説明図、図12はウィンドウ内での近似直線式を表わす座標軸を示す説明図、図13は境界近似直線の認識結果を示す説明図、図14は最終的に選択した境界近似直線を示す説明図である。
【0009】
図3において、符号1は無人で自律走行が可能な自律走行作業車を示し、本実施例においてはゴルフ場等の草・芝刈り作業を行う芝刈作業車である。この芝刈作業車1には、草・芝刈作業を行うためのモーア等の刈刃機構部2を車輌本体下部に備えるとともに、作業領域を撮像する撮像手段として例えば固体撮像素子(CCD)を使用したCCDカメラ3を備え、さらに、走行履歴を算出するための地磁気センサ4及び車輪エンコーダ5からなる推測航法センサを備えている。
【0010】
前記芝刈作業車1は、エンジン駆動で走行し、図4に示すように、前輪操舵機構9a、後輪操舵機構9bが、それぞれ前輪用油圧シリンダ8a、後輪用油圧シリンダ8bによって独立して駆動されるようになっている。各油圧シリンダ8a,8bには、それぞれ前輪操舵用油圧制御弁7a、後輪操舵用油圧制御弁7bを介して、エンジン1aによって駆動される油圧ポンプ6が接続されており、制御装置20により制御される。
【0011】
前記制御装置20には、前記CCDカメラ3が接続される境界検出部30と、前輪操舵用油圧制御弁7a及び後輪操舵用油圧制御弁7bが接続されるとともに、前輪操舵機構9a、後輪操舵機構9bにそれぞれ取付けられた舵角センサ10a,10b、前記地磁気センサ4、前記車輪エンコーダ5等からの各信号が入力される走行制御部40とが備えられ、それぞれがマイクロコンピュータを中心として構成されている。
【0012】
前記境界検出部30では、前記CCDカメラ3で撮像した車輌周辺の画像から、例えば、ゴルフ場のフェアウェイとラフとの境界や、草・芝刈り作業中の作業済み領域と未作業領域との境界等のような作業対象領域と非作業対象領域との境界(以下、作業境界と称する)を検出し、また、前記走行制御部40では、作業に関して予め記憶されている走行経路情報に従って、前記境界検出部30で検出した作業境界に沿った倣い走行を行なうよう操舵系を制御し、地磁気センサ4及び車輪エンコーダ5からの信号により車輌の走行履歴を記録する。
【0013】
前記境界検出部30の具体的回路構成は図5に示され、CPU50、ワークデータを保持するためのRAM51、制御用固定データ及び制御用プログラムが格納されているROM52、入出力(I/O)インターフェース53を備えたマイクロコンピュータのデータバス54及びアドレスバス55に、例えば512×512画素のフレームメモリからなるビデオメモリ65が切換回路64を介して接続されている。
【0014】
また、前記ビデオメモリ65には、前記切換回路64を介してAD変換器60、アドレス制御回路61が接続されており、前記AD変換器60に、CCDカメラ3からのビデオ信号を増幅するアンプ58が接続されるとともに、前記アドレス制御回路61に、CCDカメラ3のビデオ信号から同期信号を分離してタイミング信号を生成する同期回路59が接続されている。
【0015】
AD変換器60では、アンプ58で増幅されたビデオ信号を、例えば約8MHzのサンプル速度で同期回路59からのタイミング信号に同期してデジタルデータに変換し、データバス62を介して切換回路64に出力する。また、アドレス制御回路61は、同期回路59からのタイミング信号に同期してアドレスデータを生成し、アドレスバス63を介して切換回路64に供給する。
【0016】
前記切換回路64は、CPU50側のデータバス54及びアドレスバス55と、AD変換器60側のデータバス62及びアドレスバス63とのいずれか一方を選択的にビデオメモリ65に接続するものであり、アドレス制御回路61から切換回路64にアドレスデータが供給されている間はAD変換器60側のデータバス62をビデオメモリ65に接続して画像データを書込み、この間、CPU50によるビデオメモリ65へのアクセスを禁止する。
【0017】
そして、CCDカメラ3からのビデオ信号の供給が停止し、CPU50のビデオメモリ65へのアクセスが可能になると、CPU50では、ビデオメモリ65から画像データを読出し、読出した画像データを処理して作業境界を近似する直線の傾き、切片を求めた後、I/Oインターフェース53を介して前記走行制御部40に出力する。
【0018】
以下、境界検出部30による作業境界検出、次いで、走行制御部40による倣い制御について説明する。
【0019】
まず、境界検出部30にて実行される図1の境界検出ルーチンでは、ステップS101で、ビデオメモリ65から画像データを入力すると、ステップS102で、ノイズや特異点除去のための2次元移動平均処理を行なった後、ステップS103で、画面上の明るさの変化点(境界)を抽出するため、水平軸方向の輝度変化量を算出する。
【0020】
例えば、図6に示すような芝刈作業における既刈領域と未刈領域との境界部分を撮像した元画像に対し、20×20画素の強度平均値をX,Y方向に4画素ずつずらした状態の画素データの平均値を求めることにより2次元移動平均処理を行ない、図7に示すような平均化処理画像を得る。そして、この平均化処理画像に対し、水平軸方向の輝度変化量を算出することにより、図8に示すような輝度微分値画像を得る。
【0021】
尚、図6中のWDはウィンドウを示し、以下の処理で、このウィンドウ内で作業境界を近似する直線を求める。
【0022】
続いて、ステップS104では、画像を2値化するためのスライスレベルを算出する。このスライスレベルは、図9に示すように、輝度微分量を横軸、度数を縦軸として作成したヒストグラム等から算出され、設定した画面領域内の輝度変化量の最大値付近の平均値、例えば上位10データの平均値の約50%に設定される。このため、全画面の平均値に基づいてスライスレベルを算出する場合等のように、画面に写っている作業対象領域と非作業対象領域との比率によってスライスレベルが変動することがなく、的確に画像を2値化することができる。
【0023】
その後、ステップS105へ進み、前記ステップS104で設定したスライスレベルを越えている画素を、前記ステップS103で生成した微分値画像から抽出して図10に示す2値化画像を生成すると、ステップS106で、この2値化画像から図11に示すような2次元ヒストグラムを作成し、ハフ変換によって作業境界を近似する直線を算出し、ステップS107へ進む。
【0024】
この2次元ヒストグラムは、図12に示すように、ウィンドウWDの中央下部を原点Oとし、画面横方向をX軸、画面縦方向をY軸とするX−Y座標系において、ウインドウWD内に含まれる画素2点を結ぶ直線をx=ay+bで表わしたときの傾きtan−1aとX軸切片bとを、画素2点の全組合わせについて求め、傾きtan−1aを横軸、切片bを縦軸として作成したものであり、図11中、Rhで示す梨子地部分が最も度数が大きく、次いでGhで示す網線部分、Bhで示す斜線部分と度数が小さくなり、他は度数零である。
【0025】
そして、作成したヒストグラムからピーク点を抽出することにより、図13に示すように、度数(相関の強さ)441の直線A,B、度数406の直線C、度数393の直線D,E、度数281の直線F等の複数の直線群が得られ、最小二乗法等に比較してノイズの影響を軽減することができる。
【0026】
ステップS107では、複数の直線A,B,…,Fの中で最も度数の高い(相関が強い)直線A(B)を、図14に示すように境界近似直線Lとして抽出し、この境界近似直線Lの傾きと切片とを走行制御部40に出力してステップS101へ戻り、新たな画像を入力して以上の処理を繰返す。
【0027】
このように、草・芝刈作業済みの領域と未作業領域との境界等の草・芝の葉の高さの異なる作業境界が境界検出部30で検出されると、走行制御部40では、図2の走行制御ルーチンにより、作業境界に沿った倣い走行を制御する。
【0028】
この走行制御ルーチンは、1行程毎に往復しながら芝刈作業を行なう形式、あるいは、輪状に芝刈作業を行なう形式等、予め記憶されている走行経路情報と地磁気センサ4及び車輪エンコーダ5からの信号に基づいて算出される走行履歴にとに従って走行を行なう場合の基本ルーチンであり、ステップS201で、境界検出部30で検出した画面上における境界近似直線Lを入力すると、ステップS202で、この直線Lと、予め設定しておいた画面上の目標直線L0 (y=px+q)とを比較し、芝刈作業車1の車輌本体の目標直線L0 からの偏差量Cと進行方向の目標直線L0 に対する偏差角θとを求める。
【0029】
次に、ステップS203へ進み、前記偏差量C及び前記偏差角θを一定にする前輪目標舵角及び後輪目標舵角を算出し、ステップS204で、前後輪の各舵角センサ10a,10bからの各信号を入力して前輪舵角、後輪舵角を求め、ステップS205で、前輪舵角と前輪目標舵角とを比較する。
【0030】
前記ステップS205における比較の結果、前輪舵角≧前輪目標舵角の場合には、ステップS206へ進み、前輪操舵用油圧制御弁7aをOFFとし、前輪舵角<前輪目標舵角の場合には、ステップS207へ分岐して前輪操舵用油圧制御弁7aをONとし、ステップS208へ進む。
【0031】
ステップS208では、後輪舵角と後輪目標舵角との比較が行なわれ、後輪舵角≧後輪目標舵角の場合、ステップS209へ進んで、後輪操舵用油圧制御弁7bをOFFとし、後輪舵角<後輪目標舵角の場合には、ステップS210へ分岐して後輪操舵用油圧制御弁7bをONとする。
【0032】
その後、ステップS211へ進み、予め設定された時間(例えば、数秒の制御インターバル)が経過したか否かを判定し、この制御インターバルが設定時間だけ経過していない場合には、前述のステップS204へ戻って前後輪の各舵角センサ10a,10bからの信号により前後輪舵角を検出して同様の過程を繰返して前後輪の舵角が目標舵角に収束するよう制御し、制御インターバルが設定時間以上経過している場合には、ステップS201へ戻って境界近似直線式を再度入力することにより前後輪目標舵角を修正する。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、車輌周辺の撮像画像から作業対象領域と非作業対象領域との境界を検出し、検出した境界に沿って自律走行するよう自律走行作業車の操舵系を制御するに際し、撮像画像に対して設定した画面領域内において2次元移動平均処理を行って得た平均化処理画像に対し、水平軸方向の輝度変化量を算出して輝度微分値画像を得て、その後、輝度微分量と度数とからなるヒストグラムを作成する。そして、画面領域内の輝度変化量の最大値付近の平均値として該ヒストグラムにおける上位複数データの平均値の略50%にスライスレベルを設定し、輝度微分値画像から明るさの変化量が前記スライスレベルを越える画素を抽出して2値化画像を生成して、この2値化画像からハフ変換によって境界を近似する直線を算出するので、画面に写っている作業対象領域と非作業対象領域との比率によってスライスレベルが変動することが無く適正なスライスレベルが得られ、的確に画像を2値化することができる。従って、この2値化画像に基づき正確な境界近似直線を算出することができ、境界に沿った自律走行作業車の走行制御性を著しく向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】境界検出ルーチンのフローチャート
【図2】走行制御ルーチンのフローチャート
【図3】芝刈作業車の概略説明図
【図4】操舵制御系の基本構成図
【図5】境界検出部の回路ブロック図
【図6】作業領域を撮像した元画像を示す説明図
【図7】平均化処理画像を示す説明図
【図8】輝度微分値画像を示す説明図
【図9】スライスレベル算出用ヒストグラムを示す説明図
【図10】2値化画像を示す説明図
【図11】ハフ変換用2次元ヒストグラムを示す説明図
【図12】ウィンドウ内での近似直線式を表わす座標軸を示す説明図
【図13】境界近似直線の認識結果を示す説明図
【図14】最終的に選択した境界近似直線を示す説明図
【符号の説明】
1 芝刈作業車(自律走行作業車)
3 CCDカメラ(撮像手段)
【産業上の利用分野】
本発明は、車輌周辺の撮像画像を処理して作業対象領域と非作業対象領域との境界を検出し、検出した境界に沿って自律走行するよう操舵系を制御する自律走行作業車の走行制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、無人で自律走行する自律走行車に対しては、自律走行のための自己位置検出として、電線を地下に埋設し、この電線が発する磁界を磁気センサで検出する技術が提案されているが、ゴルフ場、河川敷堤防、公園等の各種フィールドで草刈、芝刈等の作業を無人で行なう自律走行作業車等のように、自律走行領域が広大な場合、領域の地下全てに電線を埋設することは困難であり、設置費用も大きなものとなる。
【0003】
このため、前記自律走行作業車では、光センサ等の無接触センサあるいは機械的な接触式センサ等を用いてフィールド上の既処理と未処理地との境界部を検出し、検出した境界部に沿った倣い走行を行なうものが多く、最近では、特開昭61−139304号公報等に開示されているように、カメラを搭載して作業対象を含む周辺領域を撮像し、撮像画像における明るさの変化量から作業対象領域と非作業対象領域との境界を検出する技術が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮像画像における明るさの変化量から境界を検出する技術においては、画面に写る作業対象領域と非作業対象領域との比率によって画像を2値化するためのスライスレベルが変化して的確な2値化画像が得られない、2値化画像から境界を近似する直線を算出する際にノイズの影響を受けやすいといった問題がある。
【0005】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、作業対象領域と非作業対象領域との境界に沿った走行制御を行なうため撮像画像から境界を検出する際に、的確に画像を2値化し、この2値化画像から正確な境界近似直線を算出して制御性を向上することのできる自律走行作業車の走行制御方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車輌周辺の撮像画像から作業対象領域と非作業対象領域との境界を検出し、検出した境界に沿って自律走行するよう操舵系を制御する自律走行作業車の走行制御方法において、前記撮像画像に対し設定した画面領域内において2次元移動平均処理を行い平均化処理画像を得、該平均化処理画像に対し水平軸方向の輝度変化量を算出して輝度微分値画像を得て、その後、輝度微分量と度数とからなるヒストグラムを作成し、画面領域内の輝度変化量の最大値付近の平均値として該ヒストグラムにおける上位複数データの平均値の略50%にスライスレベルを設定し、前記輝度微分値画像から明るさの変化量が前記スライスレベルを越える画素を抽出して2値化画像を生成し、前記2値化画像からハフ変換によって前記境界を近似する直線を算出することを特徴とする。
【0007】
【作用】
本発明は、車輌周辺の撮像画像から作業対象領域と非作業対象領域との境界を検出し、検出した境界に沿って自律走行するよう自律走行作業車の操舵系を制御するに際し、撮像画像に対して設定した画面領域内において2次元移動平均処理を行って得た平均化処理画像に対し、水平軸方向の輝度変化量を算出して輝度微分値画像を得て、その後、輝度微分量と度数とからなるヒストグラムを作成する。そして、画面領域内の輝度変化量の最大値付近の平均値として該ヒストグラムにおける上位複数データの平均値の略50%にスライスレベルを設定し、輝度微分値画像から明るさの変化量が前記スライスレベルを越える画素を抽出して2値化画像を生成して、この2値化画像からハフ変換によって境界を近似する直線を算出する。
【0008】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図面は本発明の一実施例に係わり、図1は境界検出ルーチンのフローチャート、図2は走行制御ルーチンのフローチャート、図3は芝刈作業車の概略説明図、図4は操舵制御系の基本構成図、図5は境界検出部の回路ブロック図、図6は作業領域を撮像した元画像を示す説明図、図7は平均化処理画像を示す説明図、図8は輝度微分値画像を示す説明図、図9はスライスレベル算出用ヒストグラムを示す説明図、図10は2値化画像を示す説明図、図11はハフ変換用2次元ヒストグラムを示す説明図、図12はウィンドウ内での近似直線式を表わす座標軸を示す説明図、図13は境界近似直線の認識結果を示す説明図、図14は最終的に選択した境界近似直線を示す説明図である。
【0009】
図3において、符号1は無人で自律走行が可能な自律走行作業車を示し、本実施例においてはゴルフ場等の草・芝刈り作業を行う芝刈作業車である。この芝刈作業車1には、草・芝刈作業を行うためのモーア等の刈刃機構部2を車輌本体下部に備えるとともに、作業領域を撮像する撮像手段として例えば固体撮像素子(CCD)を使用したCCDカメラ3を備え、さらに、走行履歴を算出するための地磁気センサ4及び車輪エンコーダ5からなる推測航法センサを備えている。
【0010】
前記芝刈作業車1は、エンジン駆動で走行し、図4に示すように、前輪操舵機構9a、後輪操舵機構9bが、それぞれ前輪用油圧シリンダ8a、後輪用油圧シリンダ8bによって独立して駆動されるようになっている。各油圧シリンダ8a,8bには、それぞれ前輪操舵用油圧制御弁7a、後輪操舵用油圧制御弁7bを介して、エンジン1aによって駆動される油圧ポンプ6が接続されており、制御装置20により制御される。
【0011】
前記制御装置20には、前記CCDカメラ3が接続される境界検出部30と、前輪操舵用油圧制御弁7a及び後輪操舵用油圧制御弁7bが接続されるとともに、前輪操舵機構9a、後輪操舵機構9bにそれぞれ取付けられた舵角センサ10a,10b、前記地磁気センサ4、前記車輪エンコーダ5等からの各信号が入力される走行制御部40とが備えられ、それぞれがマイクロコンピュータを中心として構成されている。
【0012】
前記境界検出部30では、前記CCDカメラ3で撮像した車輌周辺の画像から、例えば、ゴルフ場のフェアウェイとラフとの境界や、草・芝刈り作業中の作業済み領域と未作業領域との境界等のような作業対象領域と非作業対象領域との境界(以下、作業境界と称する)を検出し、また、前記走行制御部40では、作業に関して予め記憶されている走行経路情報に従って、前記境界検出部30で検出した作業境界に沿った倣い走行を行なうよう操舵系を制御し、地磁気センサ4及び車輪エンコーダ5からの信号により車輌の走行履歴を記録する。
【0013】
前記境界検出部30の具体的回路構成は図5に示され、CPU50、ワークデータを保持するためのRAM51、制御用固定データ及び制御用プログラムが格納されているROM52、入出力(I/O)インターフェース53を備えたマイクロコンピュータのデータバス54及びアドレスバス55に、例えば512×512画素のフレームメモリからなるビデオメモリ65が切換回路64を介して接続されている。
【0014】
また、前記ビデオメモリ65には、前記切換回路64を介してAD変換器60、アドレス制御回路61が接続されており、前記AD変換器60に、CCDカメラ3からのビデオ信号を増幅するアンプ58が接続されるとともに、前記アドレス制御回路61に、CCDカメラ3のビデオ信号から同期信号を分離してタイミング信号を生成する同期回路59が接続されている。
【0015】
AD変換器60では、アンプ58で増幅されたビデオ信号を、例えば約8MHzのサンプル速度で同期回路59からのタイミング信号に同期してデジタルデータに変換し、データバス62を介して切換回路64に出力する。また、アドレス制御回路61は、同期回路59からのタイミング信号に同期してアドレスデータを生成し、アドレスバス63を介して切換回路64に供給する。
【0016】
前記切換回路64は、CPU50側のデータバス54及びアドレスバス55と、AD変換器60側のデータバス62及びアドレスバス63とのいずれか一方を選択的にビデオメモリ65に接続するものであり、アドレス制御回路61から切換回路64にアドレスデータが供給されている間はAD変換器60側のデータバス62をビデオメモリ65に接続して画像データを書込み、この間、CPU50によるビデオメモリ65へのアクセスを禁止する。
【0017】
そして、CCDカメラ3からのビデオ信号の供給が停止し、CPU50のビデオメモリ65へのアクセスが可能になると、CPU50では、ビデオメモリ65から画像データを読出し、読出した画像データを処理して作業境界を近似する直線の傾き、切片を求めた後、I/Oインターフェース53を介して前記走行制御部40に出力する。
【0018】
以下、境界検出部30による作業境界検出、次いで、走行制御部40による倣い制御について説明する。
【0019】
まず、境界検出部30にて実行される図1の境界検出ルーチンでは、ステップS101で、ビデオメモリ65から画像データを入力すると、ステップS102で、ノイズや特異点除去のための2次元移動平均処理を行なった後、ステップS103で、画面上の明るさの変化点(境界)を抽出するため、水平軸方向の輝度変化量を算出する。
【0020】
例えば、図6に示すような芝刈作業における既刈領域と未刈領域との境界部分を撮像した元画像に対し、20×20画素の強度平均値をX,Y方向に4画素ずつずらした状態の画素データの平均値を求めることにより2次元移動平均処理を行ない、図7に示すような平均化処理画像を得る。そして、この平均化処理画像に対し、水平軸方向の輝度変化量を算出することにより、図8に示すような輝度微分値画像を得る。
【0021】
尚、図6中のWDはウィンドウを示し、以下の処理で、このウィンドウ内で作業境界を近似する直線を求める。
【0022】
続いて、ステップS104では、画像を2値化するためのスライスレベルを算出する。このスライスレベルは、図9に示すように、輝度微分量を横軸、度数を縦軸として作成したヒストグラム等から算出され、設定した画面領域内の輝度変化量の最大値付近の平均値、例えば上位10データの平均値の約50%に設定される。このため、全画面の平均値に基づいてスライスレベルを算出する場合等のように、画面に写っている作業対象領域と非作業対象領域との比率によってスライスレベルが変動することがなく、的確に画像を2値化することができる。
【0023】
その後、ステップS105へ進み、前記ステップS104で設定したスライスレベルを越えている画素を、前記ステップS103で生成した微分値画像から抽出して図10に示す2値化画像を生成すると、ステップS106で、この2値化画像から図11に示すような2次元ヒストグラムを作成し、ハフ変換によって作業境界を近似する直線を算出し、ステップS107へ進む。
【0024】
この2次元ヒストグラムは、図12に示すように、ウィンドウWDの中央下部を原点Oとし、画面横方向をX軸、画面縦方向をY軸とするX−Y座標系において、ウインドウWD内に含まれる画素2点を結ぶ直線をx=ay+bで表わしたときの傾きtan−1aとX軸切片bとを、画素2点の全組合わせについて求め、傾きtan−1aを横軸、切片bを縦軸として作成したものであり、図11中、Rhで示す梨子地部分が最も度数が大きく、次いでGhで示す網線部分、Bhで示す斜線部分と度数が小さくなり、他は度数零である。
【0025】
そして、作成したヒストグラムからピーク点を抽出することにより、図13に示すように、度数(相関の強さ)441の直線A,B、度数406の直線C、度数393の直線D,E、度数281の直線F等の複数の直線群が得られ、最小二乗法等に比較してノイズの影響を軽減することができる。
【0026】
ステップS107では、複数の直線A,B,…,Fの中で最も度数の高い(相関が強い)直線A(B)を、図14に示すように境界近似直線Lとして抽出し、この境界近似直線Lの傾きと切片とを走行制御部40に出力してステップS101へ戻り、新たな画像を入力して以上の処理を繰返す。
【0027】
このように、草・芝刈作業済みの領域と未作業領域との境界等の草・芝の葉の高さの異なる作業境界が境界検出部30で検出されると、走行制御部40では、図2の走行制御ルーチンにより、作業境界に沿った倣い走行を制御する。
【0028】
この走行制御ルーチンは、1行程毎に往復しながら芝刈作業を行なう形式、あるいは、輪状に芝刈作業を行なう形式等、予め記憶されている走行経路情報と地磁気センサ4及び車輪エンコーダ5からの信号に基づいて算出される走行履歴にとに従って走行を行なう場合の基本ルーチンであり、ステップS201で、境界検出部30で検出した画面上における境界近似直線Lを入力すると、ステップS202で、この直線Lと、予め設定しておいた画面上の目標直線L0 (y=px+q)とを比較し、芝刈作業車1の車輌本体の目標直線L0 からの偏差量Cと進行方向の目標直線L0 に対する偏差角θとを求める。
【0029】
次に、ステップS203へ進み、前記偏差量C及び前記偏差角θを一定にする前輪目標舵角及び後輪目標舵角を算出し、ステップS204で、前後輪の各舵角センサ10a,10bからの各信号を入力して前輪舵角、後輪舵角を求め、ステップS205で、前輪舵角と前輪目標舵角とを比較する。
【0030】
前記ステップS205における比較の結果、前輪舵角≧前輪目標舵角の場合には、ステップS206へ進み、前輪操舵用油圧制御弁7aをOFFとし、前輪舵角<前輪目標舵角の場合には、ステップS207へ分岐して前輪操舵用油圧制御弁7aをONとし、ステップS208へ進む。
【0031】
ステップS208では、後輪舵角と後輪目標舵角との比較が行なわれ、後輪舵角≧後輪目標舵角の場合、ステップS209へ進んで、後輪操舵用油圧制御弁7bをOFFとし、後輪舵角<後輪目標舵角の場合には、ステップS210へ分岐して後輪操舵用油圧制御弁7bをONとする。
【0032】
その後、ステップS211へ進み、予め設定された時間(例えば、数秒の制御インターバル)が経過したか否かを判定し、この制御インターバルが設定時間だけ経過していない場合には、前述のステップS204へ戻って前後輪の各舵角センサ10a,10bからの信号により前後輪舵角を検出して同様の過程を繰返して前後輪の舵角が目標舵角に収束するよう制御し、制御インターバルが設定時間以上経過している場合には、ステップS201へ戻って境界近似直線式を再度入力することにより前後輪目標舵角を修正する。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、車輌周辺の撮像画像から作業対象領域と非作業対象領域との境界を検出し、検出した境界に沿って自律走行するよう自律走行作業車の操舵系を制御するに際し、撮像画像に対して設定した画面領域内において2次元移動平均処理を行って得た平均化処理画像に対し、水平軸方向の輝度変化量を算出して輝度微分値画像を得て、その後、輝度微分量と度数とからなるヒストグラムを作成する。そして、画面領域内の輝度変化量の最大値付近の平均値として該ヒストグラムにおける上位複数データの平均値の略50%にスライスレベルを設定し、輝度微分値画像から明るさの変化量が前記スライスレベルを越える画素を抽出して2値化画像を生成して、この2値化画像からハフ変換によって境界を近似する直線を算出するので、画面に写っている作業対象領域と非作業対象領域との比率によってスライスレベルが変動することが無く適正なスライスレベルが得られ、的確に画像を2値化することができる。従って、この2値化画像に基づき正確な境界近似直線を算出することができ、境界に沿った自律走行作業車の走行制御性を著しく向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】境界検出ルーチンのフローチャート
【図2】走行制御ルーチンのフローチャート
【図3】芝刈作業車の概略説明図
【図4】操舵制御系の基本構成図
【図5】境界検出部の回路ブロック図
【図6】作業領域を撮像した元画像を示す説明図
【図7】平均化処理画像を示す説明図
【図8】輝度微分値画像を示す説明図
【図9】スライスレベル算出用ヒストグラムを示す説明図
【図10】2値化画像を示す説明図
【図11】ハフ変換用2次元ヒストグラムを示す説明図
【図12】ウィンドウ内での近似直線式を表わす座標軸を示す説明図
【図13】境界近似直線の認識結果を示す説明図
【図14】最終的に選択した境界近似直線を示す説明図
【符号の説明】
1 芝刈作業車(自律走行作業車)
3 CCDカメラ(撮像手段)
Claims (1)
- 車輌周辺の撮像画像から作業対象領域と非作業対象領域との境界を検出し、検出した境界に沿って自律走行するよう操舵系を制御する自律走行作業車の走行制御方法において、
前記撮像画像に対し設定した画面領域内において2次元移動平均処理を行い平均化処理画像を得、該平均化処理画像に対し水平軸方向の輝度変化量を算出して輝度微分値画像を得て、
その後、輝度微分量と度数とからなるヒストグラムを作成し、画面領域内の輝度変化量の最大値付近の平均値として該ヒストグラムにおける上位複数データの平均値の略50%にスライスレベルを設定し、
前記輝度微分値画像から明るさの変化量が前記スライスレベルを越える画素を抽出して2値化画像を生成し、
前記2値化画像からハフ変換によって前記境界を近似する直線を算出することを特徴とする自律走行作業車の走行制御方法。
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