JP3820995B2 - Obstacle detection device and obstacle detection method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、1台のカメラから取り込んだ画像から前方にある道路上の障害物を検出する画像処理装置に係り、特に撮像された物体が立体物であるか平面物であるかを識別する障害物検出装置及び障害物検出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、車両にカメラを搭載して車両進行方向を撮像し、道路上の障害物を検出する技術が開発されている。撮像された物体が障害物であるかどうか判断するためには、物体が立体物であるか平面物であるかを識別することが重要である。撮像した物体が立体物であるか平面物であるかを識別する方法は多く研究されているが、カメラ1台だけで識別する画像処理は、カメラを複数使用するものと比べ、コスト・処理負荷など多くの利点があげられる。
【0003】
このように1台のカメラを用いて撮像した物体が立体物か平面物であるかを識別するものとして特開平10−222679号公報記載のものがある。これは、道路上の移動物体を検出する方法として有効ではあるが、時刻T0、T1時に撮像した画像のパターンマッチング(全画像について)を行うため、処理量が多く障害物となる物体を抽出するまでに時間を要するという問題に対して、時刻“T0”、“T1”時に撮像した画像を平面画像に投影し、時刻“T0”の平面画像と時刻“T0−T1”間の車両移動距離から時刻“T1”における予測平面画像を算出し、この予測平面画像と時刻“T1”の平面画像を比較することで、立体物か平面物か、すなわち障害物になり得るか否かを迅速に識別することができるというものである。
【0004】
つまり、異なる視点から撮像した2枚の平面画像において、立体物は形状が異なり平面物は形状が一致するという特徴と、自車両の移動量を用い時刻“T0”の平面画像と時刻“T1”の平面画像の位置とを一致させることで、画素単位の比較を可能にするという特徴とを用い、物体が立体物か平面物であるかを迅速に識別している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、自車両の移動量のみを用い時刻“T0”の平面画像から時刻“T1”の予測平面画像を算出するため、判定する物体が移動すると、時刻“T1”の予測平面画像と、時刻“T1”の平面画像における物体の位置が異なってしまうことから、画素単位の比較を行うことができない。
【0006】
このため、物体の位置合わせが必要となり、これを行うには判定する物体の時刻“T0−T1”間の移動量を算出し、時刻“T1”の予測平面画像上で物体の位置補正をするなどの別途処理が必要となる。すなわち、移動する物体の検出を行う場合には、物体の移動量を算出する処理と、平面画像上の物体位置を補正する処理などの追加が必要で、それにともない処理負荷が増加するなどの問題があった。
【0007】
本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、物体が移動している場合でも、その物体が立体物か平面物であるか、すなわち障害物となり得るか否かを迅速に識別できる障害物検出装置および障害物検出方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に記載の障害物検出装置では、車両に搭載され、自車両の前方を撮像する撮像手段と、前記自車両の走行状態を検出する車両挙動検出手段と、前記撮像手段によって得られた画像から道路上の対象物を抽出する対象物抽出手段と、この対象物抽出手段によって抽出された対象物の画像位置と前記車両挙動検出手段によって得られた車両挙動とに基づき、前記対象物までの距離を算出する対象物距離算出手段と、前記対象物抽出手段によって抽出された前記対象物の縦画像サイズを算出する対象物画像サイズ算出手段と、前記対象物抽出手段によって抽出された前記対象物を画像フレーム間で同定する対象物同定手段と、前記対象物抽出手段によって抽出された前記対象物毎の距離に対しての縦画像サイズの変化を保持する対象物情報保持手段と、この対象物情報保持手段によって保持されている全対象物の距離に対しての縦画像サイズの変化が立体物モデル曲線又は平面物モデル曲線のどちらに近いかを判定し、前記対象物が立体物か平面物であるかを識別する立体物平面物識別手段とを備えたことを特徴としている。
【0009】
また、請求項2では、請求項1に記載の障害物検出装置において、前記対象物距離算出手段は、前記車両挙動検出手段で検出された車両ピッチング角と前記対象物抽出手段で抽出された対象物の縦画像位置から、道路上の前記対象物までの距離を算出することを特徴としている。
【0010】
また、請求項3では、請求項1、2のいずれかに記載の障害物検出装置において、前記立体物平面物識別手段は、前記対象物が立体物であると判定された場合に、立体物の距離に対しての画像サイズの変化をモデル化した立体物モデル曲線より前記立体物の高さを算出することを特徴としている。
【0011】
また、請求項4では、自車両の走行状態に基づき、該自車両の車両挙動を検出する第1のステップと、車両に搭載される撮像手段によって得られた画像から道路上の対象物を抽出する第2のステップと、前記第2のステップで抽出された対象物の画像位置と、前記第1のステップで得られた車両挙動とに基づき、自車両から前記対象物までの距離を算出する第3のステップと、前記第2のステップで抽出された前記対象物の縦画像サイズを算出する第4のステップと、前記第2のステップで抽出された前記対象物を画像フレーム間で同定する第5のステップと、前記第2のステップで抽出された前記対象物毎の距離に対しての縦画像サイズの変化を保持する第6のステップと、前記第6のステップによって保持されている全対象物の距離に対しての縦画像サイズの変化が立体物モデル曲線又は平面物モデル曲線のどちらに近いかを判定し、前記対象物が立体物か平面物であるかを識別する第7のステップと、を備えたことを特徴としている。
【0012】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、物体の距離に対しての縦画像サイズの変化を観測し、このデータが、立体物の距離に対しての縦画像サイズの変化をモデル化した立体物モデルと、平面物の距離に対しての縦画像サイズの変化をモデル化した平面物モデルと、のどちらに近いかにより、物体が立体物か平面物であるかを識別するようにしたので、物体が動く場合でも、立体物か平面物であるか、すなわち障害物になり得るか否かを識別することができる。
【0013】
また請求項2の発明によれば、検出された車両挙動とカメラ設置時の視軸の向きから撮像時のカメラ視軸方向がわかるため、車両がゆれた場合でも道路上の物体までの距離を計測することができる。
【0014】
また請求項3の発明によれば、立体物の高さに応じた距離に対しての縦画像サイズの変化をモデル化した立体物モデルを持っているため、立体物と識別された物体の距離に対しての縦画像サイズの変化のデータから立体物の高さを算出することができる。
【0015】
また請求項4の発明によれば、物体の距離に対しての縦画像サイズの変化を観測し、このデータが、立体物の距離に対しての縦画像サイズの変化をモデル化した立体物モデルと、平面物の距離に対しての縦画像サイズの変化をモデル化した平面物モデルと、のどちらに近いかにより、対象物が立体物か平面物であるかを識別するようにしている。従って、対象物が動く場合であっても、この対象物が立体物か平面物であるか、すなわち障害物になり得るか否かを識別することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
《立体物、平面物の距離−サイズ算出式の説明》
まず、本発明による障害物検出装置の詳細な説明に先立ち、本発明による障害物検出装置で使用する立体物の距離−サイズ算出式、平面物の距離−サイズ算出式、対象物画像が立体物の画像か平面物の画像かを判定する方法について説明する。
【0017】
<立体物の距離−サイズ算出式>
今、図6に示す如く視軸方向が“θm”、高さが“hs”となる場所に設置されたカメラから距離“L”、高さ“ht”の立体物を撮像したとき、立体物上部に対する見張り角が“θtu”、立体物下部に対する見張り角が“θtl”であれば、次式が成り立つ。
【0018】
ht=L・tanθtl−L・tanθtu …(1)
また、センサの瞬時視野角(1画素当たりの角度)を“θs”とすると、各見張り角“θtu”、“θtl”と、各画素座標“Ytl”、“Ytu”との間に、次式が成り立つ。
【0019】
θtl=θs・Ytl …(2)
θtu=θs・Ytu …(3)
そして、車載カメラの場合、カメラ設置高が低く、撮像対象が遠方にあることから、カメラから距離“L”と、立体物の高さ“ht”との間に、“L>>hs”が成り立つことから、次式に示す近似を行うことができる。
【0020】
tanθ=θ …(4)
ここで、(2)式、(3)式を(1)式に代入して、“θ”を消し、(4)式に示す近似を行うと、
ht=L・θs(Ytl−Ytu) …(5)
が得られ、この(5)式を整理すると、次式が得られる。
【0021】
Ytl−Ytu=ht/(L・θs) …(6)
<平面物の距離−サイズ算出式>
また、図7に示す如く視軸方向が“θm”、高さが“hs”となる場所に設置されたカメラから距離“L”、奥行き“dt”の平面物を撮像したとき、平面物近部に対する見張り角が“θtn”、平面物下部に対する見張り角が“θtf”であれば、次式が成り立つ。
【0022】
tanθtn=hs/L …(7)
tanθtf=hs/(L+dt) …(8)
また、センサの瞬時視野角(1画素当たりの角度)を“θs”とすると、各見張り角“θtn”、“θtf”と、各画素座標“Ytn”、“Ytf”との間に、次式が成り立つ。
【0023】
θtn=θs・Ytn …(9)
θtf=θs・Ytf …(10)
そして、車載カメラの場合、カメラ設置高が低く、撮像対象が遠方にあることから、カメラから距離“L”と、立体物の高さ“ht”との間に、“L>>hs”が成り立ち、次式に示す近似を行うことができる。
【0024】
tanθ=θ …(11)
ここで、(9)式を前記(7)式に代入するとともに、(10)式を(8)式に代入した後、(11)式に示す近似を行い、両辺同士を引くと、
(Ytn−Ytf)・θs=(hs・dt)/{L・(L+dt)}…(12)
が得られ、この(12)式を整理すると、次式が得られる。
【0025】
(Ytn−Ytf)=(hs・dt)/{θs・L・(L+dt)}…(13)
<対象物画像が立体物の画像か平面物の画像かを判定する方法>
そして、本発明による障害物検出装置では、カメラによって得られる各画像フレームの中から、同一対象物の画像を特定し、これら各画像フレームの対象物画像に対し、前記(6)式に示す、対象物画像が立体物の画像であるとき距離−立体のサイズ算出モデルと、前記(13)式に示す対象物画像が平面物の画像であるときの距離−立体のサイズ算出モデルと適用し、各画像フレームを通して、どちらの距離−サイズ算出モデルが成り立つかをチェックし、このチェック結果に基づき、対象物画像が立体物の画像であるか、平面物の画像であるか判定する。
【0026】
《形態の説明》
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【0027】
図1には、本実施形態の構成ブロックが示されている。図1に示すように本発明による障害物検出装置18は、カメラ1と、センサ2と、マイコン3と、メモリ4と、車両制御装置5と、警報装置6とを備えている。
【0028】
カメラ1は車両前部に設けられ、車両前方を撮像する。センサ2はジャイロなどで構成され、車両の走行状態(ピッチ角など)を検出する。マイコン3はカメラ1により撮像された画像とセンサ2により検出された車両の走行状態データを処理し、撮像された物体毎の距離・画像サイズをメモリ4に保存する。また物体が近接してきた場合は、物体の全サンプリングデータをメモリ4から読み出し、立体物か平面物であるか、すなわち障害物が近接しているかどうかを出力する。車両制御装置5は出力結果に基づいてブレーキ操作などを行うものであり、警報装置6は、出力結果に基づき車両の衝突などの警報を発するものである。
【0029】
図2には、処理ブロックが示されている。これは構成ブロックの主要部を機能的に表現したものであり、構成ブロックと対比させると、カメラ1が撮像手段10、センサ2が車両挙動検出手段11、マイコン3が対象物検出手段12、対象物画像サイズ算出手段13、対象物距離算出手段14、対象物同定手段15、対処物情報保持手段16、立体物平面物識別手段17にそれぞれ相当する。
【0030】
図3には、カメラ1の撮像動作例が示されている。まず図3は、1台のカメラ1で前方の車両までの距離を測定する場合であり、設置時の車両に対するカメラ設置視線方向角とセンサ2から入力される撮像時の車両ピッチ角からカメラ1の道路面に対する指示方向角が算出され、マイコン3から入力された対象物の縦画像位置とカメラ1の画角、画像サイズ、視軸方向角から対象物を見た対象物方位角が算出される。この対象物方位角と道路からカメラ1までの高さから道路上の対象物の距離が算出できる。
【0031】
例えば、上述した説明で用いた、図6に示す如く立体物を撮像した場合、車載カメラ1から前方の対象物を撮像しているため、対象物方位角が小さいと条件から“tanθ=θ”の近似が可能となり、(6)式から、次式によって、立体物の距離−縦画像サイズのモデルを表すことができる。
【0032】
Yb=(ht・Φ)/(L・Ymax) …(14)
但し、Yb:対象物の縦画像サイズ
ht:立体物の高さ
Φ:カメラの画角
L:距離
Ymax:全縦画像サイズ
また、図7に示す如く平面物を撮像した場合、(13)式から、次式によって、平面物物の距離−縦画像サイズのモデルを表すことができる。
【0033】
Yf=(hs・dt・Φ)/{L・(L+dt)・Ymax} …(15)
但し、Yf:対象物の縦画像サイズ
hs:カメラの設置高さ
dt:平面物の奥行き
Φ:カメラの画角
L:距離
Ymax:全縦画像サイズ
図4には、以上述べた基本原理に従って障害物検出装置1が行う処理フローが示されている。
【0034】
S1からS4はカメラ1により入力された画像1枚について対象物を抽出し、対象物ごとに位置、縦画像サイズ、距離を算出する処理フローである。S1では画像内に抽出されていない対象物が残っているかの判定をする処理で、残っている場合はS2以降の残抽出処理を実施し、残っていない場合にはS5の同定処理を実施する。S2では画像エッジ処理を行い対象物と同じ形を示す物体の画像位置を出力する。S3ではS2で出力された位置情報に基づき、上下のエッジ間隔を算出することで縦画像サイズを出力する。S4ではS2で出力された位置情報と、センサ2から入力された自車両ピッチング角を用いて対象物までの距離を算出する。
【0035】
S5からS8は現フレーム画像から抽出された複数の対象物と、全フレーム画像から抽出された複数の対象物間の対応付けを行い、同一と判定された対象物同士のリンク情報を出力する同定処理フローである。S5では前フレームに抽出された対象物中同定処理を行っていないものがあるかどうか判定する処理で、残っている場合はS6以降の残同定処理を実施し、残っていない場合にはS9の保持処理を実施する。S6では同様に現フレームに抽出された対象物のループ処理を行っている。S7では前フレーム対象物と現フレーム対象物の位置に着目した同定判定を行い、位置差が許容値以下であった場合には同一物として同定処理S8を実施、許容値より大きい場合は同一物でないと判断しS6を実施する。S8は同定された前フレームと現フレームの同一対象物を内部データ上でリンクする処理を行う。
【0036】
S9、S10は同定処理から出力される対象物のリンクデータに基づいて対象物毎に縦画像サイズ、距離情報を保持するデータ保持処理フローである。S9では現フレーム画像から抽出された対象物のデータ保持を行うためのループ処理で、未処理対象物がある場合はS10の情報保持処理を実施、未処理対象物がない場合はS11の判定処理を実施する。S10ではS8によって出力されたリンク情報に基づき、情報を保持する。同定される対象物がない場合には、新規対象物であるため新規対象物データ保持領域を作成し、距離、縦画像サイズを書き込む。また同定される対象物がある場合には、その対象物のデータ保持領域に距離、縦画像サイズを追記する。
【0037】
S11,S12はメモリ4によって保持された対象物ごとの距離に対しての縦画像サイズデータの変化に基づいて対象物が立体物か平面物であるかを判定する判定フローである。S11は対象物が“40m”以内に近接したかどうかを判定するものであり、“40m”以内であった場合はS12により、立体物か平面物であるかの判定を実施し、“40m”より遠い場合は判定をしない。
【0038】
S12では対象物が見えてから“40m”まで近接する間の距離に対しての縦画像サイズデータの変化を用いて、対象物が立体物か平面物であるかを判定する処理である。最初に最近傍の距離に対しての縦画像サイズデータを用い(14)式の未知数「立体物高さ“ht”」を算出することで、この対象物が立体物であった場合の立体物の距離に対しての縦画像サイズモデルを推定する。また、同様に(15)式の未知数である「平面物奥行き“dt”」を算出することで、この対象物が平面物であった場合の平面物の距離−縦画像サイズモデルを推定する。次に、図5に示す如く対象物の距離に対しての縦画像サイズの全サンプリングデータと立体物モデル、平面物モデルの分散値を算出することで、どちらのモデルに近いか判定し、その対象物が立体物であるか平面物であるか識別する。
【0039】
このように、この形態では、カメラ1によって、前方を撮像させるとともに、センサによって、自車両の走行状態(ピッチ角など)を検出させ、これらの各検出結果、撮像結果をマイコン3に供給させて、対象物の抽出処理、対象物の同定処理、情報の保持処理、対象物が立体物か平面物かの判定処理を行わせるようにしているので、自車両の前方にある物体が動いている場合でも、立体物か平面物であるか、すなわち障害物になり得るか否かを識別させることができる(請求項1の効果)。
【0040】
また、この形態では、カメラ1によって、前方を撮像するとともに、センサによって、自車両の走行状態(ピッチ角など)を検出し、これらの各検出結果、撮像結果をマイコン3に処理させて、設置時の車両に対するカメラ設置視線方向角と、センサ2から入力される撮像時の車両ピッチ角から、カメラ1の道路面に対する指示方向角を算出させるとともに、対象物の縦画像位置とカメラ1の画角、画像サイズ、視軸方向角から、対象物を見た対象物方位角を算出させ、この対象物方位角と、道路からカメラ1までの高さから、道路上の対象物の距離を算出させるようにしているので、自車両がゆれた場合でも、道路上の物体までの距離を正確に計測させることができる(請求項2の効果)。
【0041】
また請求項3の発明によれば、(14)式に示す如く立体物の高さに応じた距離に対しての縦画像サイズの変化をモデル化した立体物モデルを使用して、対象物の高さを算出させるようにしているので、リアルタイムで、自車両の前方にある立体物の高さを算出させることができる。
【0042】
なお、以上説明した形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の障害物検出装置の実施形態を示す構成ブロック図である。
【図2】本発明の障害物検出装置の処理ブロック図である。
【図3】本発明に係る距離算出処理の基本原理図である。
【図4】本発明の障害物検出装置の実施形態を説明するフローチャートである。
【図5】本発明の立体物平面物識別手段に係る立体物・平面物の距離−縦画像サイズモデルである。
【図6】本発明に係る立体物モデルの基本原理図である。
【図7】本発明に係る平面物モデルの基本原理図である。
【符号の説明】
1 カメラ(撮像手段)
2 センサ(自車両挙動検出手段)
3 マイコン(対象物抽出手段、対象物画像サイズ算出手段、対象物距離算出手段、対象物同定手段および立体物平面物識別手段)
4 メモリ(対象物情報保持手段)
5 車両制御装置
6 警報装置
10 撮像手段
11 車両挙動検出手段
12 対象物抽出手段
13 対象物画像サイズ算出手段
14 対象物距離算出手段
15 対象物同定手段
16 対象物情報保持手段
17 立体物平面物識別手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image processing apparatus that detects an obstacle on a road ahead from an image captured from one camera, and in particular, an obstacle for identifying whether a captured object is a three-dimensional object or a planar object. The present invention relates to an object detection device and an obstacle detection method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique has been developed in which a camera is mounted on a vehicle to capture the vehicle traveling direction and detect an obstacle on the road. In order to determine whether the imaged object is an obstacle, it is important to identify whether the object is a three-dimensional object or a planar object. Many methods have been researched to identify whether a captured object is a three-dimensional object or a planar object, but image processing to identify with only one camera is more costly and processing-intensive than using multiple cameras. There are many advantages.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-222679 discloses a technique for identifying whether an object imaged using one camera is a three-dimensional object or a planar object. This is effective as a method for detecting a moving object on the road. However, since pattern matching (for all images) of images taken at times T 0 and T 1 is performed, an object that has a large amount of processing and becomes an obstacle is detected. to the problem that it takes time to extract the time "T 0", the "T 1" at captured image projected on the planar image, the time "T 0" planar image and time "T 0 -T 1 of By calculating the predicted plane image at time “T 1 ” from the vehicle travel distance between “the” and comparing the predicted plane image with the plane image at time “T 1 ”, a solid object or a plane object, that is, an obstacle is obtained. It is possible to quickly identify whether or not it can be.
[0004]
That is, in the two planar images taken from different viewpoints, the three-dimensional object has a different shape and the planar object has the same shape, and the amount of movement of the host vehicle is used and the planar image at time “T 0 ” and the time “T The feature of enabling comparison in pixel units by matching the position of the 1 ″ planar image is used to quickly identify whether the object is a three-dimensional object or a planar object.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional technique, the predicted plane image at the time “T 1 ” is calculated from the plane image at the time “T 0 ” using only the movement amount of the own vehicle, so that the object to be determined moves. , time and predicted planar images "T 1", since the resulting different position of the object in the plane image at the time "T 1", can not be compared in pixel units.
[0006]
Therefore, it is necessary to align the object, and in order to do this, the amount of movement of the object to be determined between time “T 0 -T 1 ” is calculated, and the position of the object on the predicted plane image at time “T 1 ” is calculated. A separate process such as correction is required. In other words, when detecting a moving object, it is necessary to add a process for calculating the amount of movement of the object and a process for correcting the object position on the planar image, and the processing load increases accordingly. was there.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and even when an object is moving, whether the object is a three-dimensional object or a planar object, that is, whether it can be an obstacle is quickly identified. An object of the present invention is to provide an obstacle detection device and an obstacle detection method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the obstacle detection device according to
[0009]
Further, in
[0010]
In the obstacle detection device according to any one of
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, the object on the road is extracted from the first step of detecting the vehicle behavior of the host vehicle based on the running state of the host vehicle and the image obtained by the imaging means mounted on the vehicle. The distance from the own vehicle to the object is calculated based on the second step, the image position of the object extracted in the second step, and the vehicle behavior obtained in the first step. A third step; a fourth step for calculating a vertical image size of the object extracted in the second step; and the object extracted in the second step is identified between image frames. A fifth step, a sixth step that holds a change in the vertical image size with respect to the distance for each object extracted in the second step, and all that are held by the sixth step. Against the distance of the object And determining whether the change in the vertical image size is close to a three-dimensional object model curve or a planar object model curve, and identifying whether the object is a three-dimensional object or a planar object, It is characterized by that.
[0012]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the change in the vertical image size with respect to the distance of the object is observed, and this data is a three-dimensional object that models the change in the vertical image size with respect to the distance of the three-dimensional object. Since the model and the plane object model that modeled the change in the vertical image size with respect to the distance of the plane object, it is possible to identify whether the object is a solid object or a plane object. Even when the object moves, it can be identified whether it is a three-dimensional object or a planar object, that is, whether it can be an obstacle.
[0013]
Further, according to the invention of
[0014]
According to the invention of
[0015]
According to the invention of
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<< Distance of 3D object, plane object-Explanation of size calculation formula >>
First, prior to the detailed description of the obstacle detection apparatus according to the present invention, a three-dimensional object distance-size calculation formula, a plane object distance-size calculation formula, and a target object image used in the obstacle detection apparatus according to the present invention are three-dimensional objects. A method for determining whether the image is a flat image or a flat object will be described.
[0017]
<Distance of three-dimensional object-Size calculation formula>
When a three-dimensional object having a distance “L” and a height “h t ” is picked up from a camera installed in a place where the visual axis direction is “θ m ” and the height is “h s ” as shown in FIG. If the look angle with respect to the upper part of the three-dimensional object is “θ tu ” and the look angle with respect to the lower part of the three-dimensional object is “θ tl ”, the following equation is established.
[0018]
h t = L · tan θ tl −L · tan θ tu (1)
When the instantaneous viewing angle (angle per pixel) of the sensor is “θ s ”, the look-out angles “θ tu ” and “θ tl ” and the pixel coordinates “Y tl ” and “Y tu ” In the meantime, the following equation holds.
[0019]
θ tl = θ s · Y tl (2)
θ tu = θ s · Y tu (3)
In the case of an in-vehicle camera, since the camera installation height is low and the imaging target is far away, “L >> h s between the distance“ L ”from the camera and the height“ h t ”of the three-dimensional object. Therefore, the approximation shown in the following equation can be performed.
[0020]
tanθ = θ (4)
Here, substituting Equations (2) and (3) into Equation (1), eliminating “θ”, and performing the approximation shown in Equation (4),
h t = L · θ s (Y tl −Y tu ) (5)
When this equation (5) is rearranged, the following equation is obtained.
[0021]
Y tl −Y tu = h t / (L · θ s ) (6)
<Plane object distance-size calculation formula>
Further, when a plane object having a distance “L” and a depth “d t ” is imaged from a camera installed in a place where the visual axis direction is “θ m ” and the height is “h s ” as shown in FIG. If the look angle with respect to the vicinity of the flat object is “θ tn ” and the look angle with respect to the lower part of the flat object is “θ tf ”, the following equation is established.
[0022]
tanθ tn = h s / L (7)
tanθ tf = h s / (L + d t ) (8)
If the instantaneous viewing angle (angle per pixel) of the sensor is “θ s ”, the look-out angles “θ tn ” and “θ tf ” and the pixel coordinates “Y tn ” and “Y tf ” In the meantime, the following equation holds.
[0023]
θ tn = θ s · Y tn (9)
θ tf = θ s · Y tf (10)
In the case of an in-vehicle camera, since the camera installation height is low and the imaging target is far away, “L >> h s between the distance“ L ”from the camera and the height“ h t ”of the three-dimensional object. "Holds, and the approximation shown in the following equation can be performed.
[0024]
tan θ = θ (11)
Here, after substituting the equation (9) into the equation (7) and substituting the equation (10) into the equation (8), the approximation shown in the equation (11) is performed, and both sides are subtracted.
(Y tn −Y tf ) · θ s = (h s · d t ) / {L · (L + d t )} (12)
When this equation (12) is rearranged, the following equation is obtained.
[0025]
(Y tn −Y tf ) = (h s · d t ) / {θ s · L · (L + d t )} (13)
<Method for Determining Whether the Object Image is a Solid Object Image or a Plane Object Image>
Then, in the obstacle detection device according to the present invention, the image of the same object is specified from each image frame obtained by the camera, and the object image of each image frame is expressed by the equation (6). Applying a distance-stereoscopic size calculation model when the object image is a three-dimensional object image and a distance-stereoscopic size calculation model when the object image shown in the equation (13) is a flat object image, It is checked which distance-size calculation model holds through each image frame, and based on the check result, it is determined whether the object image is a solid object image or a planar object image.
[0026]
<Description of form>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 shows the configuration blocks of this embodiment. As shown in FIG. 1, the obstacle detection device 18 according to the present invention includes a
[0028]
The
[0029]
FIG. 2 shows a processing block. This is a functional representation of the main part of the building block. When compared with the building block, the
[0030]
FIG. 3 shows an example of the imaging operation of the
[0031]
For example, when a three-dimensional object is imaged as shown in FIG. 6 used in the above description, an object in front is imaged from the in-
[0032]
Y b = (h t · Φ) / (L · Y max ) (14)
However, Y b : Vertical image size h t of the target object: Height of the three-dimensional object Φ: Angle of view L of the camera: Distance Y max : Total vertical image size When a plane object is imaged as shown in FIG. From the equation (13), a model of the distance between the planar object and the vertical image size can be expressed by the following equation.
[0033]
Y f = (h s · d t · Φ) / {L · (L + d t ) · Y max } (15)
However, Yf : Vertical image size hs of the object hs : Camera installation height dt : Depth of flat object Φ: Camera angle of view L: Distance Ymax : All vertical image size FIG. A processing flow performed by the
[0034]
S1 to S4 are processing flows for extracting a target object for one image input by the
[0035]
S5 to S8 are identifications for associating a plurality of objects extracted from the current frame image with a plurality of objects extracted from all frame images and outputting link information between objects determined to be the same It is a processing flow. In S5, it is a process for determining whether or not there is an object that has not been subjected to the identification process extracted in the previous frame. If it remains, the remaining identification process after S6 is performed, and if it does not remain, the process of S9 is performed. Perform the retention process. In S6, similarly, the loop processing of the object extracted in the current frame is performed. In S7, an identification determination is performed focusing on the positions of the previous frame object and the current frame object. If the position difference is less than or equal to the allowable value, the identification process S8 is performed as the same object. If it is not, S6 is performed. In step S8, a process of linking the same object of the identified previous frame and current frame on the internal data is performed.
[0036]
S9 and S10 are data holding process flows for holding the vertical image size and distance information for each object based on the link data of the object output from the identification process. In S9, in the loop process for holding the data of the object extracted from the current frame image, if there is an unprocessed object, the information holding process of S10 is performed, and if there is no unprocessed object, the determination process of S11 To implement. In S10, information is held based on the link information output in S8. If there is no object to be identified, a new object data holding area is created because it is a new object, and the distance and the vertical image size are written. If there is an object to be identified, the distance and the vertical image size are added to the data holding area of the object.
[0037]
S11 and S12 are determination flows for determining whether the object is a three-dimensional object or a planar object based on the change in the vertical image size data with respect to the distance for each object held by the
[0038]
In S12, a process of determining whether the object is a three-dimensional object or a planar object is performed using a change in vertical image size data with respect to a distance during which the object is close to “40 m”. First, by using the vertical image size data for the nearest distance to calculate the unknown “three-dimensional object height“ h t ”” of the equation (14), the three-dimensional object when the object is a three-dimensional object is calculated. Estimate a vertical image size model for object distance. Similarly, by calculating the “planar object depth“ d t ”” which is an unknown quantity in the equation (15), a distance-vertical image size model of the planar object when this object is a planar object is estimated. . Next, as shown in FIG. 5, by calculating the total sampling data of the vertical image size with respect to the distance of the object and the variance value of the three-dimensional object model and the planar object model, it is determined which model is closer, Whether the object is a solid object or a planar object is identified.
[0039]
As described above, in this embodiment, the front side is imaged by the
[0040]
In this embodiment, the
[0041]
According to the invention of
[0042]
The form described above is described in order to facilitate understanding of the present invention, and is not described in order to limit the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of an obstacle detection apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a processing block diagram of the obstacle detection apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a basic principle diagram of distance calculation processing according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating an embodiment of the obstacle detection device of the present invention.
FIG. 5 is a three-dimensional object / planar object distance-vertical image size model according to the three-dimensional object plane object identifying means of the present invention;
FIG. 6 is a basic principle diagram of a three-dimensional object model according to the present invention.
FIG. 7 is a basic principle diagram of a planar object model according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Camera (imaging means)
2 Sensor (Mechanical vehicle behavior detection means)
3 microcomputer (object extraction means, object image size calculation means, object distance calculation means, object identification means, and solid object flat object identification means)
4 Memory (object information holding means)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記自車両の走行状態を検出する車両挙動検出手段と、
前記撮像手段によって得られた画像から道路上の対象物を抽出する対象物抽出手段と、
この対象物抽出手段によって抽出された対象物の画像位置と前記車両挙動検出手段によって得られた車両挙動とに基づき、前記対象物までの距離を算出する対象物距離算出手段と、
前記対象物抽出手段によって抽出された前記対象物の縦画像サイズを算出する対象物画像サイズ算出手段と、
前記対象物抽出手段によって抽出された前記対象物を画像フレーム間で同定する対象物同定手段と、
前記対象物抽出手段によって抽出された前記対象物毎の距離に対しての縦画像サイズの変化を保持する対象物情報保持手段と、
この対象物情報保持手段によって保持されている全対象物の距離に対しての縦画像サイズの変化が立体物モデル曲線又は平面物モデル曲線のどちらに近いかを判定し、前記対象物が立体物か平面物であるかを識別する立体物平面物識別手段と、
を備えたことを特徴とする障害物検出装置。An imaging means mounted on the vehicle for imaging the front of the host vehicle;
Vehicle behavior detecting means for detecting the traveling state of the host vehicle;
An object extraction means for extracting an object on the road from the image obtained by the imaging means;
An object distance calculating means for calculating a distance to the object based on the image position of the object extracted by the object extracting means and the vehicle behavior obtained by the vehicle behavior detecting means;
An object image size calculating means for calculating a vertical image size of the object extracted by the object extracting means;
Object identifying means for identifying the object extracted by the object extracting means between image frames;
Object information holding means for holding a change in vertical image size with respect to the distance for each object extracted by the object extracting means;
It is determined whether the change in the vertical image size with respect to the distance of all the objects held by the object information holding means is closer to the three-dimensional object model curve or the planar object model curve, and the object is a three-dimensional object Three-dimensional object plane object identifying means for identifying whether the object is a plane object,
An obstacle detection device comprising:
前記対象物距離算出手段は、前記車両挙動検出手段で検出された車両ピッチング角と前記対象物抽出手段で抽出された対象物の縦画像位置から、道路上の前記対象物までの距離を算出する、
ことを特徴とする障害物検出装置。The obstacle detection device according to claim 1,
The object distance calculating means calculates a distance to the object on the road from a vehicle pitching angle detected by the vehicle behavior detecting means and a vertical image position of the object extracted by the object extracting means. ,
An obstacle detection device characterized by that.
前記立体物平面物識別手段は、前記対象物が立体物であると判定された場合に、立体物の距離に対しての縦画像サイズの変化をモデル化した立体物モデル曲線より前記立体物の高さを算出する、
ことを特徴とする障害物検出装置。In the obstacle detection device according to any one of claims 1 and 2,
The three-dimensional object plane object identifying means, when it is determined that the object is a three-dimensional object, from the three-dimensional object model curve modeling the change in the vertical image size with respect to the distance of the three-dimensional object. Calculate the height,
An obstacle detection device characterized by that.
車両に搭載される撮像手段によって得られた画像から道路上の対象物を抽出する第2のステップと、
前記第2のステップで抽出された対象物の画像位置と、前記第1のステップで得られた車両挙動とに基づき、自車両から前記対象物までの距離を算出する第3のステップと、
前記第2のステップで抽出された前記対象物の縦画像サイズを算出する第4のステップと、
前記第2のステップで抽出された前記対象物を画像フレーム間で同定する第5のステップと、
前記第2のステップで抽出された前記対象物毎の距離に対しての縦画像サイズの変化を保持する第6のステップと、
前記第6のステップによって保持されている全対象物の距離に対しての縦画像サイズの変化が立体物モデル曲線又は平面物モデル曲線のどちらに近いかを判定し、前記対象物が立体物か平面物であるかを識別する第7のステップと、
を備えたことを特徴とする障害物検出方法。A first step of detecting a vehicle behavior of the host vehicle based on a running state of the host vehicle;
A second step of extracting an object on the road from an image obtained by an imaging means mounted on the vehicle;
A third step of calculating a distance from the host vehicle to the object based on the image position of the object extracted in the second step and the vehicle behavior obtained in the first step;
A fourth step of calculating a vertical image size of the object extracted in the second step;
A fifth step of identifying the object extracted in the second step between image frames;
A sixth step of maintaining a change in vertical image size with respect to the distance for each object extracted in the second step;
It is determined whether the change in the vertical image size with respect to the distance of all objects held by the sixth step is closer to the three-dimensional object model curve or the planar object model curve, and whether the object is a three-dimensional object A seventh step of identifying whether the object is a plane object;
An obstacle detection method comprising:
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