JP3882304B2 - 自動走行用自車位置検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動走行における滑らかな操舵制御を実現するために、車載カメラにより車両前方の道路画像を撮像し、得られた画像情報に基づいて基準位置からの偏位を算出する自動走行用自車位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載カメラにより車両前方の道路画像を撮像し、得られた画像情報に基づいて自車両の基準位置からの偏位、すなわち自車両の走行車線内での位置を算出し、この情報に従って自動走行車両の操舵制御を行うものとしては、例えば特開平４−３７３，００４号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
この自車位置検出装置では、道路の白線をカメラで撮像し、この白線に沿って自動走行を行うが、この際、白線が局部的に途切れても基準位置からの偏位が推定できるように、白線の計測点を複数ケ所設定するとともに、各計測点毎に他の計測点での入力値にも信頼度を与えるメンバシップ関数を設定し、これにより各計測点の入力値の有効範囲を拡大し、各計測点での制御式に他の計測点の入力値も反映させることとしている。
【０００４】
すなわち、ある計測点における白線が途切れても他の計測点の白線データを用いて基準位置からの偏位を算出し、常にこの演算結果に基づいて操舵制御を行うというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の自車位置検出装置にあっては、走行路の白線が破線である場合には、たとえその破線の切れ目が車両の近くにあったとしても、画像処理の中では、遠方までの複数の計測点データを用いて、基準位置からの偏位が算出される。
【０００６】
したがって、画像上で、距離精度の良い近距離で白線データが検出されない場合には、距離精度の悪い遠距離の白線データを用いて基準位置からの偏位が算出されることになり、得られる演算結果には誤差が含まれてしまう。
【０００７】
そして、この結果を操舵制御側に出力すると、この誤差による影響が「車両のふらつき」といった形で現われることになる。特に、白線が破線である直線路を走行する状態が続く場所で操舵制御を行う場合においては、常に目標のライン上をふらつかずに走行することが望ましく、そのためには操舵制御側へ出力する信号のばらつきが少なくなければならない。このばらつきを後処理の操舵制御側で取り除くのは、制御の応答性等を考慮するときわめて困難であった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、操舵制御のふらつきの少ない、特に変化点の数が少ない信号を操舵制御側へ出力することができる自動走行用自車位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の自動走行用自車位置検出装置は、車両の操舵制御に関する自動走行用自車位置検出装置であって、 車両に搭載され、車両前方の道路画像を撮像する撮像手段と、道路の形状を道路モデルとして記憶する道路形状記憶手段と、座標系を変換して画像上の座標値を求める座標変換手段と、車線を表す特徴点の検出領域を設定する領域設定手段と、前記撮像手段により撮像した画像情報を走査し、車線を表す特徴点の位置座標を前記領域設定手段で設定された検出領域内から求める特徴点座標検出手段と、前記特徴点座標検出手段で抽出した特徴点の座標を参照して、特徴点を表す画素を、直線或いは曲線を構成するように結んで構成される車線を求める車線抽出手段と、前記特徴点座標検出手段で抽出した特徴点の座標値と、前記道路形状記憶手段に記憶されている道路モデルの前記座標変換手段により変換した画像座標値とを比較して、道路形状を表すパラメータと、基準位置からの撮像手段の姿勢を表すパラメータのうち、少なくとも基準位置からの偏位と曲率の変化量を算出する変化量算出手段と、前記変化量算出手段で算出された変化量および前記車線抽出手段により抽出された車線形状から、前記道路形状記憶手段に記憶されている道路モデルや前記座標変換手段の各パラメータを更新するパラメータ更新手段と、基準位置からの偏位を車両制御側に出力する出力信号選択手段とを備え、前記出力信号選択手段は、前記車線抽出手段により抽出された車線形状から車両前方の道路曲率を入力し、前記領域設定手段により設定された検出領域のうち自車両に近い領域に一または複数の判定領域を定めるとともに、この判定領域において車線を表す特徴点情報が検出されたかどうかの度合いをデータの確かさを表す確信度として分類し、前記道路曲率が所定値より大きい場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力するとともに、前記道路曲率が所定値より小さく、前記確信度が所定値より高いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力し、
前記道路曲率が前記所定値より小さく、前記確信度が所定値より低いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新される前の基準位置からの偏位のうち、直近に前記確信度が所定値より高いとされたときの基準位置からの偏位を車両制御側に出力することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の自動走行用自車位置検出装置は、車両の操舵制御に関する自動走行用自車位置検出装置であって、車両に搭載され、車両前方の道路画像を撮像する撮像手段と、道路の形状を道路モデルとして記憶する道路形状記憶手段と、座標系を変換して画像上の座標値を求める座標変換手段と、 車線を表す特徴点の検出領域を設定する領域設定手段と、前記撮像手段により撮像した画像情報を走査し、車線を表す特徴点の位置座標を前記領域設定手段で設定された検出領域内から求める特徴点座標検出手段と、前記特徴点座標検出手段で抽出した特徴点の座標を参照して、特徴点を表す画素を、直線或いは曲線を構成するように結んで構成される車線を求める車線抽出手段と、前記特徴点座標検出手段で抽出した特徴点の座標値と、前記道路形状記憶手段に記憶されている道路モデルの前記座標変換手段により変換した画像座標値とを比較して、道路形状を表すパラメータと、基準位置からの撮像手段の姿勢を表すパラメータのうち、少なくとも基準位置からの偏位と曲率の変化量を算出する変化量算出手段と、前記変化量算出手段で算出された変化量および前記車線抽出手段により抽出された車線形状から、前記道路形状記憶手段に記憶されている道路モデルや前記座標変換手段の各パラメータを更新するパラメータ更新手段と、走行路の路面状態を直接的または間接的に検出する路面状態検出手段と、基準位置からの偏位を車両制御側に出力する出力信号選択手段とを備え、前記出力信号選択手段は、前記車線抽出手段により抽出された車線形状から車両前方の道路曲率を入力し、前記領域設定手段により設定された検出領域のうち自車両に近い領域に一または複数の判定領域を定めるとともに、この判定領域において車線を表す特徴点情報が検出されたかどうかの度合いをデータの確かさを表す確信度として分類し、前記路面状態検出手段により検出された路面状態を分類し、前記道路曲率が所定値より大きく、前記路面状態が所定値より良好である場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力し、前記道路曲率が所定値より大きく、前記路面状態が所定値より良好でなく、前記確信度が所定値より高いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力し、前記道路曲率が所定値より大きく、前記路面状態が所定値より良好でなく、前記確信度が所定値より低いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新される前の基準位置からの偏位のうち、直近に前記確信度が所定値より高いとされたときの基準位置からの偏位を車両制御側に出力するとともに、前記道路曲率が所定値より小さく、前記確信度が所定値より高いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力し、前記道路曲率が前記所定値より小さく、前記確信度が所定値より低いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新される前の基準位置からの偏位のうち、直近に前記確信度が所定値より高いとされたときの基準位置からの偏位を車両制御側に出力することを特徴とする。
【００１１】
請求項１及び２において、前記判定領域は、前記領域設定手段により設定された検出領域のうち自車両に最も近い領域であり、この判定領域で車線を表す特徴点情報が検出されたときを、前記確信度が所定値より高いこととし、この判定領域で車線を表す特徴点情報が検出されなかったときを、前記確信度が所定値より低いこととすることができる。またこれに代えて、前記判定領域は、前記領域設定手段により設定された検出領域のうち、自車両近傍の複数領域であり、全ての判定領域で車線を表す特徴点情報が検出されたときを、前記確信度が最も高いこととし、全ての判定領域で車線を表す特徴点情報が検出されなかったときを、前記確信度が最も低いこととすることもできる。
【００１２】
本発明の自動走行用自車位置検出装置において、前記撮像手段は、実施形態における撮像部１に相当し、例えばビデオカメラで構成することができる。また、前記道路形状記憶手段、座標変換手段、領域設定手段、特徴点座標検出手段、車線抽出手段、変化量算出手段、パラメータ更新手段、出力信号選択手段は、実施形態における画像処理部２に相当し、例えばマイクロコンピュータで構成することができる。また、路面状態検出手段は、実施形態における路面状態検出部１２に相当し、たとえば直接的に路面の湿潤を測定する超音波ドップラーセンサの出力信号や、間接的に路面の状態を推定するためのワイパスイッチまたは前照灯スイッチの状態信号を処理する。
【００１３】
【作用】
図１は、第１の発明の自動走行用自車位置検出装置を示す機能ブロック図であり、本図を参照しながら第１の発明の作用を説明する。
撮像手段１０１は、車両に搭載され車両前方の道路画像を撮像するものであり、例えばビデオカメラである。
道路形状記憶手段１０２は、道路の形状を道路モデルとして記憶するものであり、例えばメモりである。なお、このメモリは、撮像した画像や初期条件、道路モデルやカメラ姿勢を表す各パラメータ等を格納すると共に、演算処理を行う際のワークエリアとしても機能する。
【００１４】
座標変換手段１０３は、道路上で処理対象となる地点の座標系を変換して画像上の座標値を求める。
領域設定手段１０４は、前回の演算時における道路形状を表す直線或いは曲線式の近傍に処理領域を設定する。
【００１５】
特徴点座標検出手段１０５は、撮像手段１０１により撮像した画像情報を走査し、例えば空間微分処理により得られるエッジ情報を利用して車線を表す特徴点の位置座標を求める。
【００１６】
車線抽出手段１０６は、特徴点座標検出手段１０５で抽出した特徴点の座標を参照して、例えば最小二乗法を用いて特徴点を表す画素が直線或いは曲線を構成するように近似する。
【００１７】
変化量算出手段１０７は、特徴点座標検出手段１０５で抽出した特徴点の座標値と、道路形状記憶手段１０２に記憶されている道路モデルを座標変換手段１０３によって変換した際の画像座標値とを比較して、道路形状を表すパラメータ（曲率および勾配）と撮像手段１０１の姿勢を表すパラメータ（基準位置からの偏位、高さ、ヨー角、ピッチ角、ロール角）の変化成分を算出する。
【００１８】
パラメータ更新手段１０８は、変化量算出手段１０７で算出された変化量および車線抽出手段１０６で抽出された車線形状に基づいて、道路形状記憶手段１０２に記憶されている道路モデルや座標変換手段１０３等の各パラメータを更新する。
【００１９】
そして、出力信号選択手段１０９は、特徴点座標検出手段１０５での処理結果およびパラメータ更新手段１０８で処理された基準位置からの偏位と道路の曲率に基づいて情報の確信度を判定し、確信度に応じて操舵制御の基になる信号を後続の車両制御側に出力する。以下、この出力信号選択手段１０９の出力に基づいて、車両制御側は操舵制御を行う。
【００２０】
このように第１の発明は、遠方までの複数の領域での白線データを用いて基準位置からの偏位を算出し、これを操舵制御側に出力する際に、画像上で距離精度の良い場所に白線情報が存在している場合には、データの確信度を高く設定し、存在しない場合にはデータの確信度を低く設定して、この確信度と道路前方の曲率に応じて操舵制御側に出力する信号を変える。これにより、操舵制御のふらつきの要因となるばらつきが少ない、特に変化点の数が少ない信号を操舵制御へ出力することが可能となる。
【００２１】
図６は、第２の発明の自動走行用自車位置検出装置を示す機能ブロック図であり、本図を参照しながら第２の発明の作用を説明する。
撮像手段１０１、道路形状記憶手段１０２、座標変換手段１０３、領域設定手段１０４、特徴点座標検出手段１０５、車線抽出手段１０６、変化量算出手段１０７およびパラメータ更新手段１０８の構成およびその機能は、上述した第１の発明と同様である。
【００２２】
路面状態検出手段１１０は、路面状態の湿潤や照度を検出した信号を処理するものであり、たとえば直接的に路面の湿潤状況を測定する超音波ドップラーセンサの出力信号、または降雨状態から間接的に路面の湿潤状況を推定するワイパスイッチの状態信号あるいはトンネル内部や夜間走行などにおける走行路が低照度であることを推定する前照灯スイッチの状態信号を処理する。
【００２３】
そして、出力信号選択手段１０９は、特徴点座標検出手段１０５での処理結果およびパラメータ更新手段１０８で処理された基準位置からの偏位と道路の曲率、さらには路面状態検出手段１１０からの出力結果に基づいて情報の確信度を判定し、確信度に応じて操舵制御の基になる信号を後続の車両制御側に出力する。以下、この出力信号選択手段１０９の出力に基づいて、車両制御側は操舵制御を行う。
【００２４】
このように第２の発明は、遠方までの複数の領域での白線データを用いて基準位置からの偏位を算出し、これを操舵制御側に出力する際に、画像上で距離精度の良い場所に白線情報が存在している場合には、データの確信度を高く設定し、存在しない場合にはデータの確信度を低く設定して、この確信度と道路前方の曲率と走行路の路面状態といった三つの出力結果に応じて操舵制御側に出力する信号を変える。これにより、操舵制御のふらつきの要因となるばらつきが少ない、特に変化点の数が少ない信号を操舵制御へ出力することが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、距離精度の高い算出値に基づいて操舵制御を行うので、例えば操舵角をほとんど伴わない直線路で白線が破線である場合などには、推定誤差等による出力値のばらつき、特に出力値の変化点の数を少なくでき、その結果、操舵制御時の細かなふらつきを抑制することができる。
【００２６】
また、常に操舵角を伴って走行しなければならないような曲率半径の小さなカーブ路では、遠方までの複数の領域での白線情報を用いて常に最新の基準位置からの偏位情報により操舵制御を行うので、直線路だけでなくカーブ路においても滑らかな操舵制御が可能となる。
【００２７】
請求項２記載の発明によれば、走行路面の状態を考慮して制御側に出力する信号を算出するので、夜間や雨天などのように環境の悪い場面でも滑らかな操舵制御が可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
第１実施形態
図２は、本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
図２において、撮像部１は例えばビデオカメラであり、車両前部に前向きに設置され、車両前方の道路画像を撮像して電気信号に変換する。
【００２９】
また、画像処理部２は、例えばマイクロコンピュータで構成され、撮像部１からの映像信号を入力して画像処理を行い、自車両の基準位置からの偏位、すなわち走行車線内での横位置を検出する。
【００３０】
そして、車両制御部３では画像処理部２の検出結果に基づいて自動走行制御の操舵制御を行う。また、表示部４は画像処理部２の検出結果を表示するものであり、例えばＣＲＴ表示装置や液晶表示装置等である。
【００３１】
画像処理部２における情報の処理内容は、図１の機能ブロックにて説明したとおりであるが、各処理内容について詳細に説明する。
【００３２】
図３は、本実施形態の全体のフローチャートであり、まず、本実施形態の自車位置検出装置を操作することによって装置の電源がＯＮ状態のなると（Ｓ２）、初期設定が行われる（Ｓ４）。ここで、初期設定とは、メモリのワークエリアのクリア等の処理が挙げられる。また、人が行う操作としては、撮像部１の初期調整や、車線の形状を表す道路モデルパラメータの初期値の設定や、カメラの取付け位置や方向を表すカメラ姿勢パラメータの初期値の設定を行う。
【００３３】
次に、撮像部１において撮像面に受光した車両前方の道路画像に対する信号をアナログ信号に変換し（Ｓ６）、画像処理部２においてＡ／Ｄ変換器によってこのアナログ信号をディジタル信号に変換する（Ｓ８）。
【００３４】
次に、車線検出処理（Ｓ１０）では、車線の境界を示す白線を検出して車線の形状を直線或いは曲線式に近似する。そして、各パラメータ（道路形状パラメータとカメラ姿勢パラメータ）の前回からの変化量を求め、この変化量から新たな道路モデルを作成して、その結果をメモリに格納して、次の画像情報を得るために画像情報取込処理（Ｓ６）に戻る。
【００３５】
出力信号選択処理（Ｓ１２）では、車線検出処理（Ｓ１０）の結果のうち、自車両近傍での白線の有無と道路の曲率に基づいて、現在の走行車線で操舵制御を行うのに最適な基準位置からの偏位データを選択して車両制御側に出力する。
【００３６】
そして、操舵制御処理（Ｓ１４）では、初期信号選択処理（Ｓ１２）からの出力に基づいて、ステアリングアクチュエータを制御することにより操舵制御を行う。
【００３７】
なお、上記のような処理で電源ＯＮ（Ｓ２）や初期設定処理（Ｓ４）は、システムの起動直後に一度だけ実行されればよく、それ以下の一連の処理を繰り返すことにより、装置が動作することになる。
【００３８】
次に、本実施形態での重要なポイントとなる車線検出処理（Ｓ１０）と出力信号選択処理（Ｓ１２）について、その処理内容を詳しく説明する。
【００３９】
まず、車線検出処理（Ｓ１０）について、その処理内容を示すフローチャートである図４を用いて説明する。
【００４０】
最初に、エッジ画像作成処理（Ｓ１００２）では、例えば３×３画素の空間微分フィルタ（例えば，ＳＯＢＥＬフィルタ）を用いてエッジ抽出処理を行い、水平エッジ画像と垂直エッジ画像を作成する。
【００４１】
次に、座標変換処理（Ｓ１００４）では、メモリに格納されている道路モデルにおいて、道路座標系で自車両から所定距離だけ離れた対象点に対して、カメラ姿勢パラメータ等を用いて画像座標系への座標変換を行い、対象点の画像座標値（以下、モデル座標値とする）を算出する。
【００４２】
次に、検出領域設定処理（Ｓ１００６）では、例えばＣＣＤカメラの焦点距離等を用いて道路座標系で一定距離（例えば２ｍ）に相当する画素数を算出し、この算出された画素数の大きさで上記モデル座標値を中心とする白線検出領域をエッジ画像上に設定する。
【００４３】
次に、マッチング処理（Ｓ１００８）では、検出領域設定処理（Ｓ１００６）で設定された領域を左右または上下に走査する。この時、走査方向と走査するエッジ画像の種類は車線の形状に依存し、直線路のように画像上で白線が垂直に近く見える場合には垂直エッジ画像を水平方向に走査し、カーブ路遠方の白線のように水平に近く見える場合には水平エッジ画像を垂直方向に走査する。そして、白線の幅に相当する画素数だけ離れた一定値以上のプラスエッジと一定値以下のマイナスエッジの組み合わせを抽出して、どちらかのエッジの座標値（以下、算出座標値とする）を求める。
【００４４】
この際、どちらのエッジの座標値を用いるかは、処理を通して同一のものとする。そして、このようにして求められたエッジ座標データである算出座標値とモデル座標値を以降の処理で用いる。
【００４５】
次に、パラメータ推定処理（Ｓ１０１０）では、上記算出座標値とモデル座標値から、各パラメータの変化量を算出する。このとき、モデル座標値と算出座標値の画素のずれ量が変化量の基本となる。この画素のずれ量を用いてカメラ姿勢パラメータであるヨー角、ピッチ角、ロール角の前回の処理時点からの変化量を算出する。
【００４６】
最後に、パラメータ更新処理（Ｓ１０１２）では、上記パラメータ推定処理（Ｓ１０１０）で算出された変化量に基づいて各パラメータを更新し、更新されたパラメータのうち基準位置からの偏位と車線の曲率を以降の処理に出力すると共に、車線の形状を表す近似式を新たな道路モデルとしてメモリに格納する。
【００４７】
次に、出力信号選択処理（Ｓ１２）について、その処理内容を示すフローチャートである図５と、本実施形態における道路画像の一例である図９を用いて説明する。
【００４８】
最初に、白線位置判定処理（Ｓ１２０２）では、走行車線の白線の状況に応じて車線検出処理（Ｓ１０）からの出力結果の一つである基準位置からの偏位に対して、データの確かさを表す指標として確信度を設定する。
【００４９】
これは、車線検出処理（Ｓ１０）で白線５を検出するために設定した検出領域６のうち、例えば自車両に最も近い領域を判定領域７とする。そして、この領域内に白線が存在する場合（図９（ａ））には、基準位置からの偏位に対する確信度を高く設定し、白線が存在しない場合（図９（ｂ））には、この確信度を低く設定する。
【００５０】
なお、この判定領域７は、自車両に最も近い領域一つである必要はなく、例えば図１０に示すように複数（例えば四つ）箇所に設定してもよい。このときは、第一の判定領域８、第二の判定領域９、第三の判定領域１０、第四の判定領域１１の間隔が例えばそれぞれ２ｍであるとすると、実線部分が８ｍで途切れ部分が１２ｍの破線に対しては、四つ全ての領域に白線情報が存在する場合の確信度が一番高くなり、以下、第一の判定領域８と第二の判定領域９と第三の判定領域１０に存在する場合、第一の判定領域８と第二の判定領域９に存在する場合、第一の判定領域８だけに存在する場合、第二の判定領域９と第三の判定領域１０と第四の判定領域１１に存在する場合、第三の判定領域１０と第四の判定領域１１に存在する場合、第四の判定領域１１だけに存在する場合、四つの判定領域のどこにも存在しない場合の順に確信度を低く設定してもよい。
【００５１】
次に、車線形状判定処理（Ｓ１２０４）では、車線検出処理（Ｓ１０）からの出力結果の一つである道路モデルの曲率情報に基づいて、カーブ路の曲率半径の大きさに応じて、カーブの程度を分類する。例えば、曲率半径３００ｍを基準にしてそれよりも大きな（直線路に近い）場合と小さな（カーブがきつい）場合に大別する。なお、カーブの程度は必ずしも二つに大別することに限ったものではない。
【００５２】
最後に、出力信号更新処理（Ｓ１２０６）では、基準位置からの偏位の確信度とカーブの程度から操舵制御側へ出力するデータを決定する。例えば、カーブの程度が直線路に近い（例えば曲率半径３００ｍ以上とする）場合で、基準位置からの偏位の確信度が高い時には、この基準位置からの偏位を全体の出力値として操舵制御へ出力する。
【００５３】
また、カーブの程度が直線路に近い場合で、基準位置からの偏位の確信度が低い時には、それまでの処理の中で一番最近の確信度の高い基準位置からの偏位を全体の出力値として操舵制御へ出力する。すなわち、直線路に近い走行路で白線が破線の場合には、操舵制御へ出力する信号は、新規に更新される場合と更新されずに前回の結果を保持する場合がある。
【００５４】
一方、カーブの程度がきつい（例えば曲率半径３００ｍ以下とする）場合は、基準位置からの偏位の確信度に関係なく、常に新規に更新された信号を全体の出力値として操舵制御側へ出力する。
【００５５】
以上、述べた実施形態によれば、遠方までの複数の領域での白線データを用いて基準位置からの偏位を算出して操舵制御側に出力する際に、画像上で距離精度のよい自車両の近くの領域に白線情報が存在する場合には、算出したデータの確信度を高く設定して、自車両の近くの領域に白線情報が存在しない場合には、算出したデータの確信度を低く設定して、この確信度と道路前方のカーブの程度に応じて最適な信号を選択するので、滑らかな操舵制御を行うための信号を出力することが可能な装置を実現することができる。
【００５６】
第２実施形態
図７は、本発明の第２実施形態を示すブロック図であり、上述した第１実施形態と、路面状態検出部１２が付加されている点が相違し、その他の構成は同じである。
【００５７】
この路面状態検出部１２は、たとえば超音波ドップラーセンサやワイパスイッチや前照灯スイッチであり、路面の湿潤状態や照度状態を直接的または間接的に検出するセンサである。
【００５８】
本実施形態の自動走行用自車位置検出装置では、上述した第１実施形態と同様に図３に示す全体フローチャートにしたがって操作処理が実行される。
【００５９】
特に、図３のステップ１２の出力信号の選択処理ルーチンにおける処理が相違するので、図８および道路画像の一例である図９を参照しながら説明する。
【００６０】
最初に、白線位置判定処理（Ｓ１２０２）では、走行車線の白線の状況に応じて車線検出処理（Ｓ１０）からの出力結果の一つである基準位置からの偏位に対して、データの確かさを表す指標として確信度を設定する。
【００６１】
これは、車線検出処理（Ｓ１０）で白線５を検出するために設定した検出領域６のうち、例えば自車両に最も近い領域を判定領域７とする。そして、この領域内に白線が存在する場合（図９（ａ））には、基準位置からの偏位に対する確信度を高く設定し、白線が存在しない場合（図９（ｂ））には、この確信度を低く設定する。
【００６２】
なお、この判定領域７は、自車両に最も近い領域一つである必要はなく、例えば図１０に示すように複数（例えば四つ）箇所に設定してもよい。このときは、第一の判定領域８、第二の判定領域９、第三の判定領域１０、第四の判定領域１１の間隔が例えばそれぞれ２ｍであるとすると、実線部分が８ｍで途切れ部分が１２ｍの破線に対しては、四つ全ての領域に白線情報が存在する場合の確信度が一番高くなり、以下、第一の判定領域８と第二の判定領域９と第三の判定領域１０に存在する場合、第一の判定領域８と第二の判定領域９に存在する場合、第一の判定領域８だけに存在する場合、第二の判定領域９と第三の判定領域１０と第四の判定領域１１に存在する場合、第三の判定領域１０と第四の判定領域１１に存在する場合、第四の判定領域１１だけに存在する場合、四つの判定領域のどこにも存在しない場合の順に確信度を低く設定してもよい。
【００６３】
次に、車線形状判定手段（Ｓ１２０４）では、車線検出処理（Ｓ１０）からの出力結果の一つである道路モデルの曲率情報に基づいて、カーブ路の曲率半径の大きさに応じて、カーブの程度を分類する。例えば、曲率半径３００ｍを基準にしてそれよりも大きな（直線路に近い）場合と小さな（カーブがきつい）場合に大別する。なお、カーブの程度は必ずしも二つに大別することに限ったものではない。
【００６４】
次に、湿潤状態判定処理（Ｓ１２０６）では、路面状態検出センサであるたとえば超音波ドップラーセンサからの出力信号またはワイパスイッチの状態信号から、路面の湿潤状態を推定する。たとえば、ワイパスイッチが、ＯＦＦ、間欠、Ｌｏ、Ｈｉの四段階である場合、路面の湿潤状態をワイパスイッチの状態に対応付けて二段階に大別し、ＯＦＦと間欠の場合には路面がドライであると推定して出力信号「０」を、ＬｏまたはＨｉの場合には路面がウェットであると推定して出力信号「１」を割り当てる。超音波ドップラーセンサからの出力信号においても同様に、ドライとウェットの二段階に大別する。ただし、湿潤状態は必ずしも二つに大別することに限られない。
【００６５】
次に、照度状態判定処理（Ｓ１２０８）では、路面状態検出センサであるたとえば前照灯スイッチの状態信号から路面の照度を推定する。たとえば、前照灯スイッチが、ＯＦＦ、スモール、Ｌｏ、Ｈｉの四段階である場合、路面の照度状態を前照灯スイッチの状態に対応付けて二段階に大別し、ＯＦＦとＨｉの場合には走行路の遠方まで明るいと推定して出力信号「０」を、Ｌｏまたはスモールの場合には走行路の遠方は暗いと推定して出力信号「１」を割り当てる。ただし、照度状態は必ずしも二つに大別することに限られない。
【００６６】
最後に、出力信号更新処理（Ｓ１２１０）では、基準位置からの偏位の確信度とカーブの程度、さらには路面の湿潤状態や照度状態を用いて、操舵制御側へ出力するデータを決定する。例えば、カーブの程度が直線路に近い（例えば曲率半径３００ｍ以上とする）場合で、基準位置からの偏位の確信度が高い時には、この基準位置からの偏位を全体の出力値として操舵制御へ出力する。
【００６７】
また、カーブの程度が直線路に近い場合で、基準位置からの偏位の確信度が低い時には、それまでの処理の中で一番最近の確信度の高い基準位置からの偏位を全体の出力値として操舵制御へ出力する。すなわち、直線路に近い走行路で白線が破線の場合には、操舵制御へ出力する信号は、新規に更新される場合と更新されずに前回の結果を保持する場合がある。
【００６８】
一方、カーブの程度がきつい（例えば曲率半径３００ｍ以下とする）場合は、湿潤状態信号が「０」で、かつ照度状態信号が「０」である場合には、基準位置からの偏位の確信度に関係なく、常に新規に更新された信号を全体の出力値として操舵制御側へ出力する。また、湿潤状態信号または照度状態信号のどちらかが「１」である場合には、直線路の場合と同様に、基準位置からの偏位の確信度が高い時には、この基準位置からの偏位を全体の出力値として操舵制御へ出力する。また、基準位置からの偏位の確信度が低い時には、それまでの処理の中で一番最近の確信度の高い基準位置からの偏位を全体の出力値として操舵制御へ出力する。
【００６９】
以上、述べた実施形態によれば、遠方までの複数の領域での白線データを用いて基準位置からの偏位を算出して操舵制御側に出力する際に、画像上で距離精度のよい自車両の近くの領域に白線情報が存在する場合には、算出したデータの確信度を高く設定して、自車両の近くの領域に白線情報が存在しない場合には、算出したデータの確信度を低く設定して、この確信度と道路前方のカーブの程度に応じて最適な信号を選択するので、滑らかな操舵制御を行うための信号を出力することが可能な装置を実現することができる。
【００７０】
なお、以上説明した実施形態は、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、上記の実施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】第１発明の自動走行用自車位置検出装置を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態全体の演算処理を示すフローチャートである。
【図４】図３の車線検出のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図３の出力信号選択のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第２発明の自動走行用自車位置検出装置を示す機能ブロック図である。
【図７】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図８】第１実施形態の出力信号選択のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】実施形態における道路画像の一例を示す図であり、（ａ）はデータの確信度が高い例、（ｂ）はデータの確信度が低い例をそれぞれ示す。
【図１０】実施形態における確信度設定の別例を示す図である。
【符号の説明】
１…撮像部
２…画像処理部
３…車両制御部
４…表示部
５…白線
６…検出領域
７…判定領域
８…第一の判定領域
９…第二の判定領域
１０…第三の判定領域
１１…第四の判定領域
１２…路面状態検出部
１０１…撮像手段
１０２…道路形状記憶手段
１０３…座標変換手段
１０４…領域設定手段
１０５…特徴点座標検出手段
１０６…車線抽出手段
１０７…変化量算出手段
１０８…パラメータ更新手段
１０９…出力信号選択手段
１１０…路面状態検出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動走行における滑らかな操舵制御を実現するために、車載カメラにより車両前方の道路画像を撮像し、得られた画像情報に基づいて基準位置からの偏位を算出する自動走行用自車位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載カメラにより車両前方の道路画像を撮像し、得られた画像情報に基づいて自車両の基準位置からの偏位、すなわち自車両の走行車線内での位置を算出し、この情報に従って自動走行車両の操舵制御を行うものとしては、例えば特開平４−３７３，００４号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
この自車位置検出装置では、道路の白線をカメラで撮像し、この白線に沿って自動走行を行うが、この際、白線が局部的に途切れても基準位置からの偏位が推定できるように、白線の計測点を複数ケ所設定するとともに、各計測点毎に他の計測点での入力値にも信頼度を与えるメンバシップ関数を設定し、これにより各計測点の入力値の有効範囲を拡大し、各計測点での制御式に他の計測点の入力値も反映させることとしている。
【０００４】
すなわち、ある計測点における白線が途切れても他の計測点の白線データを用いて基準位置からの偏位を算出し、常にこの演算結果に基づいて操舵制御を行うというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の自車位置検出装置にあっては、走行路の白線が破線である場合には、たとえその破線の切れ目が車両の近くにあったとしても、画像処理の中では、遠方までの複数の計測点データを用いて、基準位置からの偏位が算出される。
【０００６】
したがって、画像上で、距離精度の良い近距離で白線データが検出されない場合には、距離精度の悪い遠距離の白線データを用いて基準位置からの偏位が算出されることになり、得られる演算結果には誤差が含まれてしまう。
【０００７】
そして、この結果を操舵制御側に出力すると、この誤差による影響が「車両のふらつき」といった形で現われることになる。特に、白線が破線である直線路を走行する状態が続く場所で操舵制御を行う場合においては、常に目標のライン上をふらつかずに走行することが望ましく、そのためには操舵制御側へ出力する信号のばらつきが少なくなければならない。このばらつきを後処理の操舵制御側で取り除くのは、制御の応答性等を考慮するときわめて困難であった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、操舵制御のふらつきの少ない、特に変化点の数が少ない信号を操舵制御側へ出力することができる自動走行用自車位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の自動走行用自車位置検出装置は、車両の操舵制御に関する自動走行用自車位置検出装置であって、 車両に搭載され、車両前方の道路画像を撮像する撮像手段と、道路の形状を道路モデルとして記憶する道路形状記憶手段と、座標系を変換して画像上の座標値を求める座標変換手段と、車線を表す特徴点の検出領域を設定する領域設定手段と、前記撮像手段により撮像した画像情報を走査し、車線を表す特徴点の位置座標を前記領域設定手段で設定された検出領域内から求める特徴点座標検出手段と、前記特徴点座標検出手段で抽出した特徴点の座標を参照して、特徴点を表す画素を、直線或いは曲線を構成するように結んで構成される車線を求める車線抽出手段と、前記特徴点座標検出手段で抽出した特徴点の座標値と、前記道路形状記憶手段に記憶されている道路モデルの前記座標変換手段により変換した画像座標値とを比較して、道路形状を表すパラメータと、基準位置からの撮像手段の姿勢を表すパラメータのうち、少なくとも基準位置からの偏位と曲率の変化量を算出する変化量算出手段と、前記変化量算出手段で算出された変化量および前記車線抽出手段により抽出された車線形状から、前記道路形状記憶手段に記憶されている道路モデルや前記座標変換手段の各パラメータを更新するパラメータ更新手段と、基準位置からの偏位を車両制御側に出力する出力信号選択手段とを備え、前記出力信号選択手段は、前記車線抽出手段により抽出された車線形状から車両前方の道路曲率を入力し、前記領域設定手段により設定された検出領域のうち自車両に近い領域に一または複数の判定領域を定めるとともに、この判定領域において車線を表す特徴点情報が検出されたかどうかの度合いをデータの確かさを表す確信度として分類し、前記道路曲率が所定値より大きい場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力するとともに、前記道路曲率が所定値より小さく、前記確信度が所定値より高いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力し、
前記道路曲率が前記所定値より小さく、前記確信度が所定値より低いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新される前の基準位置からの偏位のうち、直近に前記確信度が所定値より高いとされたときの基準位置からの偏位を車両制御側に出力することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の自動走行用自車位置検出装置は、車両の操舵制御に関する自動走行用自車位置検出装置であって、車両に搭載され、車両前方の道路画像を撮像する撮像手段と、道路の形状を道路モデルとして記憶する道路形状記憶手段と、座標系を変換して画像上の座標値を求める座標変換手段と、 車線を表す特徴点の検出領域を設定する領域設定手段と、前記撮像手段により撮像した画像情報を走査し、車線を表す特徴点の位置座標を前記領域設定手段で設定された検出領域内から求める特徴点座標検出手段と、前記特徴点座標検出手段で抽出した特徴点の座標を参照して、特徴点を表す画素を、直線或いは曲線を構成するように結んで構成される車線を求める車線抽出手段と、前記特徴点座標検出手段で抽出した特徴点の座標値と、前記道路形状記憶手段に記憶されている道路モデルの前記座標変換手段により変換した画像座標値とを比較して、道路形状を表すパラメータと、基準位置からの撮像手段の姿勢を表すパラメータのうち、少なくとも基準位置からの偏位と曲率の変化量を算出する変化量算出手段と、前記変化量算出手段で算出された変化量および前記車線抽出手段により抽出された車線形状から、前記道路形状記憶手段に記憶されている道路モデルや前記座標変換手段の各パラメータを更新するパラメータ更新手段と、走行路の路面状態を直接的または間接的に検出する路面状態検出手段と、基準位置からの偏位を車両制御側に出力する出力信号選択手段とを備え、前記出力信号選択手段は、前記車線抽出手段により抽出された車線形状から車両前方の道路曲率を入力し、前記領域設定手段により設定された検出領域のうち自車両に近い領域に一または複数の判定領域を定めるとともに、この判定領域において車線を表す特徴点情報が検出されたかどうかの度合いをデータの確かさを表す確信度として分類し、前記路面状態検出手段により検出された路面状態を分類し、前記道路曲率が所定値より大きく、前記路面状態が所定値より良好である場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力し、前記道路曲率が所定値より大きく、前記路面状態が所定値より良好でなく、前記確信度が所定値より高いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力し、前記道路曲率が所定値より大きく、前記路面状態が所定値より良好でなく、前記確信度が所定値より低いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新される前の基準位置からの偏位のうち、直近に前記確信度が所定値より高いとされたときの基準位置からの偏位を車両制御側に出力するとともに、前記道路曲率が所定値より小さく、前記確信度が所定値より高いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力し、前記道路曲率が前記所定値より小さく、前記確信度が所定値より低いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新される前の基準位置からの偏位のうち、直近に前記確信度が所定値より高いとされたときの基準位置からの偏位を車両制御側に出力することを特徴とする。
【００１１】
請求項１及び２において、前記判定領域は、前記領域設定手段により設定された検出領域のうち自車両に最も近い領域であり、この判定領域で車線を表す特徴点情報が検出されたときを、前記確信度が所定値より高いこととし、この判定領域で車線を表す特徴点情報が検出されなかったときを、前記確信度が所定値より低いこととすることができる。またこれに代えて、前記判定領域は、前記領域設定手段により設定された検出領域のうち、自車両近傍の複数領域であり、全ての判定領域で車線を表す特徴点情報が検出されたときを、前記確信度が最も高いこととし、全ての判定領域で車線を表す特徴点情報が検出されなかったときを、前記確信度が最も低いこととすることもできる。
【００１２】
本発明の自動走行用自車位置検出装置において、前記撮像手段は、実施形態における撮像部１に相当し、例えばビデオカメラで構成することができる。また、前記道路形状記憶手段、座標変換手段、領域設定手段、特徴点座標検出手段、車線抽出手段、変化量算出手段、パラメータ更新手段、出力信号選択手段は、実施形態における画像処理部２に相当し、例えばマイクロコンピュータで構成することができる。また、路面状態検出手段は、実施形態における路面状態検出部１２に相当し、たとえば直接的に路面の湿潤を測定する超音波ドップラーセンサの出力信号や、間接的に路面の状態を推定するためのワイパスイッチまたは前照灯スイッチの状態信号を処理する。
【００１３】
【作用】
図１は、第１の発明の自動走行用自車位置検出装置を示す機能ブロック図であり、本図を参照しながら第１の発明の作用を説明する。
撮像手段１０１は、車両に搭載され車両前方の道路画像を撮像するものであり、例えばビデオカメラである。
道路形状記憶手段１０２は、道路の形状を道路モデルとして記憶するものであり、例えばメモりである。なお、このメモリは、撮像した画像や初期条件、道路モデルやカメラ姿勢を表す各パラメータ等を格納すると共に、演算処理を行う際のワークエリアとしても機能する。
【００１４】
座標変換手段１０３は、道路上で処理対象となる地点の座標系を変換して画像上の座標値を求める。
領域設定手段１０４は、前回の演算時における道路形状を表す直線或いは曲線式の近傍に処理領域を設定する。
【００１５】
特徴点座標検出手段１０５は、撮像手段１０１により撮像した画像情報を走査し、例えば空間微分処理により得られるエッジ情報を利用して車線を表す特徴点の位置座標を求める。
【００１６】
車線抽出手段１０６は、特徴点座標検出手段１０５で抽出した特徴点の座標を参照して、例えば最小二乗法を用いて特徴点を表す画素が直線或いは曲線を構成するように近似する。
【００１７】
変化量算出手段１０７は、特徴点座標検出手段１０５で抽出した特徴点の座標値と、道路形状記憶手段１０２に記憶されている道路モデルを座標変換手段１０３によって変換した際の画像座標値とを比較して、道路形状を表すパラメータ（曲率および勾配）と撮像手段１０１の姿勢を表すパラメータ（基準位置からの偏位、高さ、ヨー角、ピッチ角、ロール角）の変化成分を算出する。
【００１８】
パラメータ更新手段１０８は、変化量算出手段１０７で算出された変化量および車線抽出手段１０６で抽出された車線形状に基づいて、道路形状記憶手段１０２に記憶されている道路モデルや座標変換手段１０３等の各パラメータを更新する。
【００１９】
そして、出力信号選択手段１０９は、特徴点座標検出手段１０５での処理結果およびパラメータ更新手段１０８で処理された基準位置からの偏位と道路の曲率に基づいて情報の確信度を判定し、確信度に応じて操舵制御の基になる信号を後続の車両制御側に出力する。以下、この出力信号選択手段１０９の出力に基づいて、車両制御側は操舵制御を行う。
【００２０】
このように第１の発明は、遠方までの複数の領域での白線データを用いて基準位置からの偏位を算出し、これを操舵制御側に出力する際に、画像上で距離精度の良い場所に白線情報が存在している場合には、データの確信度を高く設定し、存在しない場合にはデータの確信度を低く設定して、この確信度と道路前方の曲率に応じて操舵制御側に出力する信号を変える。これにより、操舵制御のふらつきの要因となるばらつきが少ない、特に変化点の数が少ない信号を操舵制御へ出力することが可能となる。
【００２１】
図６は、第２の発明の自動走行用自車位置検出装置を示す機能ブロック図であり、本図を参照しながら第２の発明の作用を説明する。
撮像手段１０１、道路形状記憶手段１０２、座標変換手段１０３、領域設定手段１０４、特徴点座標検出手段１０５、車線抽出手段１０６、変化量算出手段１０７およびパラメータ更新手段１０８の構成およびその機能は、上述した第１の発明と同様である。
【００２２】
路面状態検出手段１１０は、路面状態の湿潤や照度を検出した信号を処理するものであり、たとえば直接的に路面の湿潤状況を測定する超音波ドップラーセンサの出力信号、または降雨状態から間接的に路面の湿潤状況を推定するワイパスイッチの状態信号あるいはトンネル内部や夜間走行などにおける走行路が低照度であることを推定する前照灯スイッチの状態信号を処理する。
【００２３】
そして、出力信号選択手段１０９は、特徴点座標検出手段１０５での処理結果およびパラメータ更新手段１０８で処理された基準位置からの偏位と道路の曲率、さらには路面状態検出手段１１０からの出力結果に基づいて情報の確信度を判定し、確信度に応じて操舵制御の基になる信号を後続の車両制御側に出力する。以下、この出力信号選択手段１０９の出力に基づいて、車両制御側は操舵制御を行う。
【００２４】
このように第２の発明は、遠方までの複数の領域での白線データを用いて基準位置からの偏位を算出し、これを操舵制御側に出力する際に、画像上で距離精度の良い場所に白線情報が存在している場合には、データの確信度を高く設定し、存在しない場合にはデータの確信度を低く設定して、この確信度と道路前方の曲率と走行路の路面状態といった三つの出力結果に応じて操舵制御側に出力する信号を変える。これにより、操舵制御のふらつきの要因となるばらつきが少ない、特に変化点の数が少ない信号を操舵制御へ出力することが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、距離精度の高い算出値に基づいて操舵制御を行うので、例えば操舵角をほとんど伴わない直線路で白線が破線である場合などには、推定誤差等による出力値のばらつき、特に出力値の変化点の数を少なくでき、その結果、操舵制御時の細かなふらつきを抑制することができる。
【００２６】
また、常に操舵角を伴って走行しなければならないような曲率半径の小さなカーブ路では、遠方までの複数の領域での白線情報を用いて常に最新の基準位置からの偏位情報により操舵制御を行うので、直線路だけでなくカーブ路においても滑らかな操舵制御が可能となる。
【００２７】
請求項２記載の発明によれば、走行路面の状態を考慮して制御側に出力する信号を算出するので、夜間や雨天などのように環境の悪い場面でも滑らかな操舵制御が可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
第１実施形態
図２は、本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
図２において、撮像部１は例えばビデオカメラであり、車両前部に前向きに設置され、車両前方の道路画像を撮像して電気信号に変換する。
【００２９】
また、画像処理部２は、例えばマイクロコンピュータで構成され、撮像部１からの映像信号を入力して画像処理を行い、自車両の基準位置からの偏位、すなわち走行車線内での横位置を検出する。
【００３０】
そして、車両制御部３では画像処理部２の検出結果に基づいて自動走行制御の操舵制御を行う。また、表示部４は画像処理部２の検出結果を表示するものであり、例えばＣＲＴ表示装置や液晶表示装置等である。
【００３１】
画像処理部２における情報の処理内容は、図１の機能ブロックにて説明したとおりであるが、各処理内容について詳細に説明する。
【００３２】
図３は、本実施形態の全体のフローチャートであり、まず、本実施形態の自車位置検出装置を操作することによって装置の電源がＯＮ状態のなると（Ｓ２）、初期設定が行われる（Ｓ４）。ここで、初期設定とは、メモリのワークエリアのクリア等の処理が挙げられる。また、人が行う操作としては、撮像部１の初期調整や、車線の形状を表す道路モデルパラメータの初期値の設定や、カメラの取付け位置や方向を表すカメラ姿勢パラメータの初期値の設定を行う。
【００３３】
次に、撮像部１において撮像面に受光した車両前方の道路画像に対する信号をアナログ信号に変換し（Ｓ６）、画像処理部２においてＡ／Ｄ変換器によってこのアナログ信号をディジタル信号に変換する（Ｓ８）。
【００３４】
次に、車線検出処理（Ｓ１０）では、車線の境界を示す白線を検出して車線の形状を直線或いは曲線式に近似する。そして、各パラメータ（道路形状パラメータとカメラ姿勢パラメータ）の前回からの変化量を求め、この変化量から新たな道路モデルを作成して、その結果をメモリに格納して、次の画像情報を得るために画像情報取込処理（Ｓ６）に戻る。
【００３５】
出力信号選択処理（Ｓ１２）では、車線検出処理（Ｓ１０）の結果のうち、自車両近傍での白線の有無と道路の曲率に基づいて、現在の走行車線で操舵制御を行うのに最適な基準位置からの偏位データを選択して車両制御側に出力する。
【００３６】
そして、操舵制御処理（Ｓ１４）では、初期信号選択処理（Ｓ１２）からの出力に基づいて、ステアリングアクチュエータを制御することにより操舵制御を行う。
【００３７】
なお、上記のような処理で電源ＯＮ（Ｓ２）や初期設定処理（Ｓ４）は、システムの起動直後に一度だけ実行されればよく、それ以下の一連の処理を繰り返すことにより、装置が動作することになる。
【００３８】
次に、本実施形態での重要なポイントとなる車線検出処理（Ｓ１０）と出力信号選択処理（Ｓ１２）について、その処理内容を詳しく説明する。
【００３９】
まず、車線検出処理（Ｓ１０）について、その処理内容を示すフローチャートである図４を用いて説明する。
【００４０】
最初に、エッジ画像作成処理（Ｓ１００２）では、例えば３×３画素の空間微分フィルタ（例えば，ＳＯＢＥＬフィルタ）を用いてエッジ抽出処理を行い、水平エッジ画像と垂直エッジ画像を作成する。
【００４１】
次に、座標変換処理（Ｓ１００４）では、メモリに格納されている道路モデルにおいて、道路座標系で自車両から所定距離だけ離れた対象点に対して、カメラ姿勢パラメータ等を用いて画像座標系への座標変換を行い、対象点の画像座標値（以下、モデル座標値とする）を算出する。
【００４２】
次に、検出領域設定処理（Ｓ１００６）では、例えばＣＣＤカメラの焦点距離等を用いて道路座標系で一定距離（例えば２ｍ）に相当する画素数を算出し、この算出された画素数の大きさで上記モデル座標値を中心とする白線検出領域をエッジ画像上に設定する。
【００４３】
次に、マッチング処理（Ｓ１００８）では、検出領域設定処理（Ｓ１００６）で設定された領域を左右または上下に走査する。この時、走査方向と走査するエッジ画像の種類は車線の形状に依存し、直線路のように画像上で白線が垂直に近く見える場合には垂直エッジ画像を水平方向に走査し、カーブ路遠方の白線のように水平に近く見える場合には水平エッジ画像を垂直方向に走査する。そして、白線の幅に相当する画素数だけ離れた一定値以上のプラスエッジと一定値以下のマイナスエッジの組み合わせを抽出して、どちらかのエッジの座標値（以下、算出座標値とする）を求める。
【００４４】
この際、どちらのエッジの座標値を用いるかは、処理を通して同一のものとする。そして、このようにして求められたエッジ座標データである算出座標値とモデル座標値を以降の処理で用いる。
【００４５】
次に、パラメータ推定処理（Ｓ１０１０）では、上記算出座標値とモデル座標値から、各パラメータの変化量を算出する。このとき、モデル座標値と算出座標値の画素のずれ量が変化量の基本となる。この画素のずれ量を用いてカメラ姿勢パラメータであるヨー角、ピッチ角、ロール角の前回の処理時点からの変化量を算出する。
【００４６】
最後に、パラメータ更新処理（Ｓ１０１２）では、上記パラメータ推定処理（Ｓ１０１０）で算出された変化量に基づいて各パラメータを更新し、更新されたパラメータのうち基準位置からの偏位と車線の曲率を以降の処理に出力すると共に、車線の形状を表す近似式を新たな道路モデルとしてメモリに格納する。
【００４７】
次に、出力信号選択処理（Ｓ１２）について、その処理内容を示すフローチャートである図５と、本実施形態における道路画像の一例である図９を用いて説明する。
【００４８】
最初に、白線位置判定処理（Ｓ１２０２）では、走行車線の白線の状況に応じて車線検出処理（Ｓ１０）からの出力結果の一つである基準位置からの偏位に対して、データの確かさを表す指標として確信度を設定する。
【００４９】
これは、車線検出処理（Ｓ１０）で白線５を検出するために設定した検出領域６のうち、例えば自車両に最も近い領域を判定領域７とする。そして、この領域内に白線が存在する場合（図９（ａ））には、基準位置からの偏位に対する確信度を高く設定し、白線が存在しない場合（図９（ｂ））には、この確信度を低く設定する。
【００５０】
なお、この判定領域７は、自車両に最も近い領域一つである必要はなく、例えば図１０に示すように複数（例えば四つ）箇所に設定してもよい。このときは、第一の判定領域８、第二の判定領域９、第三の判定領域１０、第四の判定領域１１の間隔が例えばそれぞれ２ｍであるとすると、実線部分が８ｍで途切れ部分が１２ｍの破線に対しては、四つ全ての領域に白線情報が存在する場合の確信度が一番高くなり、以下、第一の判定領域８と第二の判定領域９と第三の判定領域１０に存在する場合、第一の判定領域８と第二の判定領域９に存在する場合、第一の判定領域８だけに存在する場合、第二の判定領域９と第三の判定領域１０と第四の判定領域１１に存在する場合、第三の判定領域１０と第四の判定領域１１に存在する場合、第四の判定領域１１だけに存在する場合、四つの判定領域のどこにも存在しない場合の順に確信度を低く設定してもよい。
【００５１】
次に、車線形状判定処理（Ｓ１２０４）では、車線検出処理（Ｓ１０）からの出力結果の一つである道路モデルの曲率情報に基づいて、カーブ路の曲率半径の大きさに応じて、カーブの程度を分類する。例えば、曲率半径３００ｍを基準にしてそれよりも大きな（直線路に近い）場合と小さな（カーブがきつい）場合に大別する。なお、カーブの程度は必ずしも二つに大別することに限ったものではない。
【００５２】
最後に、出力信号更新処理（Ｓ１２０６）では、基準位置からの偏位の確信度とカーブの程度から操舵制御側へ出力するデータを決定する。例えば、カーブの程度が直線路に近い（例えば曲率半径３００ｍ以上とする）場合で、基準位置からの偏位の確信度が高い時には、この基準位置からの偏位を全体の出力値として操舵制御へ出力する。
【００５３】
また、カーブの程度が直線路に近い場合で、基準位置からの偏位の確信度が低い時には、それまでの処理の中で一番最近の確信度の高い基準位置からの偏位を全体の出力値として操舵制御へ出力する。すなわち、直線路に近い走行路で白線が破線の場合には、操舵制御へ出力する信号は、新規に更新される場合と更新されずに前回の結果を保持する場合がある。
【００５４】
一方、カーブの程度がきつい（例えば曲率半径３００ｍ以下とする）場合は、基準位置からの偏位の確信度に関係なく、常に新規に更新された信号を全体の出力値として操舵制御側へ出力する。
【００５５】
以上、述べた実施形態によれば、遠方までの複数の領域での白線データを用いて基準位置からの偏位を算出して操舵制御側に出力する際に、画像上で距離精度のよい自車両の近くの領域に白線情報が存在する場合には、算出したデータの確信度を高く設定して、自車両の近くの領域に白線情報が存在しない場合には、算出したデータの確信度を低く設定して、この確信度と道路前方のカーブの程度に応じて最適な信号を選択するので、滑らかな操舵制御を行うための信号を出力することが可能な装置を実現することができる。
【００５６】
第２実施形態
図７は、本発明の第２実施形態を示すブロック図であり、上述した第１実施形態と、路面状態検出部１２が付加されている点が相違し、その他の構成は同じである。
【００５７】
この路面状態検出部１２は、たとえば超音波ドップラーセンサやワイパスイッチや前照灯スイッチであり、路面の湿潤状態や照度状態を直接的または間接的に検出するセンサである。
【００５８】
本実施形態の自動走行用自車位置検出装置では、上述した第１実施形態と同様に図３に示す全体フローチャートにしたがって操作処理が実行される。
【００５９】
特に、図３のステップ１２の出力信号の選択処理ルーチンにおける処理が相違するので、図８および道路画像の一例である図９を参照しながら説明する。
【００６０】
最初に、白線位置判定処理（Ｓ１２０２）では、走行車線の白線の状況に応じて車線検出処理（Ｓ１０）からの出力結果の一つである基準位置からの偏位に対して、データの確かさを表す指標として確信度を設定する。
【００６１】
これは、車線検出処理（Ｓ１０）で白線５を検出するために設定した検出領域６のうち、例えば自車両に最も近い領域を判定領域７とする。そして、この領域内に白線が存在する場合（図９（ａ））には、基準位置からの偏位に対する確信度を高く設定し、白線が存在しない場合（図９（ｂ））には、この確信度を低く設定する。
【００６２】
なお、この判定領域７は、自車両に最も近い領域一つである必要はなく、例えば図１０に示すように複数（例えば四つ）箇所に設定してもよい。このときは、第一の判定領域８、第二の判定領域９、第三の判定領域１０、第四の判定領域１１の間隔が例えばそれぞれ２ｍであるとすると、実線部分が８ｍで途切れ部分が１２ｍの破線に対しては、四つ全ての領域に白線情報が存在する場合の確信度が一番高くなり、以下、第一の判定領域８と第二の判定領域９と第三の判定領域１０に存在する場合、第一の判定領域８と第二の判定領域９に存在する場合、第一の判定領域８だけに存在する場合、第二の判定領域９と第三の判定領域１０と第四の判定領域１１に存在する場合、第三の判定領域１０と第四の判定領域１１に存在する場合、第四の判定領域１１だけに存在する場合、四つの判定領域のどこにも存在しない場合の順に確信度を低く設定してもよい。
【００６３】
次に、車線形状判定手段（Ｓ１２０４）では、車線検出処理（Ｓ１０）からの出力結果の一つである道路モデルの曲率情報に基づいて、カーブ路の曲率半径の大きさに応じて、カーブの程度を分類する。例えば、曲率半径３００ｍを基準にしてそれよりも大きな（直線路に近い）場合と小さな（カーブがきつい）場合に大別する。なお、カーブの程度は必ずしも二つに大別することに限ったものではない。
【００６４】
次に、湿潤状態判定処理（Ｓ１２０６）では、路面状態検出センサであるたとえば超音波ドップラーセンサからの出力信号またはワイパスイッチの状態信号から、路面の湿潤状態を推定する。たとえば、ワイパスイッチが、ＯＦＦ、間欠、Ｌｏ、Ｈｉの四段階である場合、路面の湿潤状態をワイパスイッチの状態に対応付けて二段階に大別し、ＯＦＦと間欠の場合には路面がドライであると推定して出力信号「０」を、ＬｏまたはＨｉの場合には路面がウェットであると推定して出力信号「１」を割り当てる。超音波ドップラーセンサからの出力信号においても同様に、ドライとウェットの二段階に大別する。ただし、湿潤状態は必ずしも二つに大別することに限られない。
【００６５】
次に、照度状態判定処理（Ｓ１２０８）では、路面状態検出センサであるたとえば前照灯スイッチの状態信号から路面の照度を推定する。たとえば、前照灯スイッチが、ＯＦＦ、スモール、Ｌｏ、Ｈｉの四段階である場合、路面の照度状態を前照灯スイッチの状態に対応付けて二段階に大別し、ＯＦＦとＨｉの場合には走行路の遠方まで明るいと推定して出力信号「０」を、Ｌｏまたはスモールの場合には走行路の遠方は暗いと推定して出力信号「１」を割り当てる。ただし、照度状態は必ずしも二つに大別することに限られない。
【００６６】
最後に、出力信号更新処理（Ｓ１２１０）では、基準位置からの偏位の確信度とカーブの程度、さらには路面の湿潤状態や照度状態を用いて、操舵制御側へ出力するデータを決定する。例えば、カーブの程度が直線路に近い（例えば曲率半径３００ｍ以上とする）場合で、基準位置からの偏位の確信度が高い時には、この基準位置からの偏位を全体の出力値として操舵制御へ出力する。
【００６７】
また、カーブの程度が直線路に近い場合で、基準位置からの偏位の確信度が低い時には、それまでの処理の中で一番最近の確信度の高い基準位置からの偏位を全体の出力値として操舵制御へ出力する。すなわち、直線路に近い走行路で白線が破線の場合には、操舵制御へ出力する信号は、新規に更新される場合と更新されずに前回の結果を保持する場合がある。
【００６８】
一方、カーブの程度がきつい（例えば曲率半径３００ｍ以下とする）場合は、湿潤状態信号が「０」で、かつ照度状態信号が「０」である場合には、基準位置からの偏位の確信度に関係なく、常に新規に更新された信号を全体の出力値として操舵制御側へ出力する。また、湿潤状態信号または照度状態信号のどちらかが「１」である場合には、直線路の場合と同様に、基準位置からの偏位の確信度が高い時には、この基準位置からの偏位を全体の出力値として操舵制御へ出力する。また、基準位置からの偏位の確信度が低い時には、それまでの処理の中で一番最近の確信度の高い基準位置からの偏位を全体の出力値として操舵制御へ出力する。
【００６９】
以上、述べた実施形態によれば、遠方までの複数の領域での白線データを用いて基準位置からの偏位を算出して操舵制御側に出力する際に、画像上で距離精度のよい自車両の近くの領域に白線情報が存在する場合には、算出したデータの確信度を高く設定して、自車両の近くの領域に白線情報が存在しない場合には、算出したデータの確信度を低く設定して、この確信度と道路前方のカーブの程度に応じて最適な信号を選択するので、滑らかな操舵制御を行うための信号を出力することが可能な装置を実現することができる。
【００７０】
なお、以上説明した実施形態は、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、上記の実施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】第１発明の自動走行用自車位置検出装置を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態全体の演算処理を示すフローチャートである。
【図４】図３の車線検出のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図３の出力信号選択のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第２発明の自動走行用自車位置検出装置を示す機能ブロック図である。
【図７】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図８】第１実施形態の出力信号選択のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】実施形態における道路画像の一例を示す図であり、（ａ）はデータの確信度が高い例、（ｂ）はデータの確信度が低い例をそれぞれ示す。
【図１０】実施形態における確信度設定の別例を示す図である。
【符号の説明】
１…撮像部
２…画像処理部
３…車両制御部
４…表示部
５…白線
６…検出領域
７…判定領域
８…第一の判定領域
９…第二の判定領域
１０…第三の判定領域
１１…第四の判定領域
１２…路面状態検出部
１０１…撮像手段
１０２…道路形状記憶手段
１０３…座標変換手段
１０４…領域設定手段
１０５…特徴点座標検出手段
１０６…車線抽出手段
１０７…変化量算出手段
１０８…パラメータ更新手段
１０９…出力信号選択手段
１１０…路面状態検出手段
Claims (4)
- 車両の操舵制御に関する自動走行用自車位置検出装置であって、
車両に搭載され、車両前方の道路画像を撮像する撮像手段と、
道路の形状を道路モデルとして記憶する道路形状記憶手段と、
座標系を変換して画像上の座標値を求める座標変換手段と、
車線を表す特徴点の検出領域を設定する領域設定手段と、
前記撮像手段により撮像した画像情報を走査し、車線を表す特徴点の位置座標を前記領域設定手段で設定された検出領域内から求める特徴点座標検出手段と、
前記特徴点座標検出手段で抽出した特徴点の座標を参照して、特徴点を表す画素を、直線或いは曲線を構成するように結んで構成される車線を求める車線抽出手段と、
前記特徴点座標検出手段で抽出した特徴点の座標値と、前記道路形状記憶手段に記憶されている道路モデルの前記座標変換手段により変換した画像座標値とを比較して、道路形状を表すパラメータと、基準位置からの撮像手段の姿勢を表すパラメータのうち、少なくとも基準位置からの偏位と曲率の変化量を算出する変化量算出手段と、
前記変化量算出手段で算出された変化量および前記車線抽出手段により抽出された車線形状から、前記道路形状記憶手段に記憶されている道路モデルや前記座標変換手段の各パラメータを更新するパラメータ更新手段と、
基準位置からの偏位を車両制御側に出力する出力信号選択手段と、を備え、
前記出力信号選択手段は、前記車線抽出手段により抽出された車線形状から車両前方の道路曲率を入力し、
前記領域設定手段により設定された検出領域のうち自車両に近い領域に一または複数の判定領域を定めるとともに、この判定領域において車線を表す特徴点情報が検出されたかどうかの度合いをデータの確かさを表す確信度として分類し、
前記道路曲率が所定値より大きい場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力するとともに、
前記道路曲率が所定値より小さく、前記確信度が所定値より高いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力し、
前記道路曲率が前記所定値より小さく、前記確信度が所定値より低いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新される前の基準位置からの偏位のうち、直近に前記確信度が所定値より高いとされたときの基準位置からの偏位を車両制御側に出力することを特徴とする自動走行用自車位置検出装置。 - 車両の操舵制御に関する自動走行用自車位置検出装置であって、
車両に搭載され、車両前方の道路画像を撮像する撮像手段と、
道路の形状を道路モデルとして記憶する道路形状記憶手段と、
座標系を変換して画像上の座標値を求める座標変換手段と、
車線を表す特徴点の検出領域を設定する領域設定手段と、
前記撮像手段により撮像した画像情報を走査し、車線を表す特徴点の位置座標を前記領域設定手段で設定された検出領域内から求める特徴点座標検出手段と、
前記特徴点座標検出手段で抽出した特徴点の座標を参照して、特徴点を表す画素を、直線或いは曲線を構成するように結んで構成される車線を求める車線抽出手段と、
前記特徴点座標検出手段で抽出した特徴点の座標値と、前記道路形状記憶手段に記憶されている道路モデルの前記座標変換手段により変換した画像座標値とを比較して、道路形状を表すパラメータと、基準位置からの撮像手段の姿勢を表すパラメータのうち、少なくとも基準位置からの偏位と曲率の変化量を算出する変化量算出手段と、
前記変化量算出手段で算出された変化量および前記車線抽出手段により抽出された車線形状から、前記道路形状記憶手段に記憶されている道路モデルや前記座標変換手段の各パラメータを更新するパラメータ更新手段と、
走行路の路面状態を直接的または間接的に検出する路面状態検出手段と、
基準位置からの偏位を車両制御側に出力する出力信号選択手段と、を備え、
前記出力信号選択手段は、前記車線抽出手段により抽出された車線形状から車両前方の道路曲率を入力し、
前記領域設定手段により設定された検出領域のうち自車両に近い領域に一または複数の判定領域を定めるとともに、この判定領域において車線を表す特徴点情報が検出されたかどうかの度合いをデータの確かさを表す確信度として分類し、
前記路面状態検出手段により検出された路面状態を分類し、
前記道路曲率が所定値より大きく、前記路面状態が所定値より良好である場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力し、
前記道路曲率が所定値より大きく、前記路面状態が所定値より良好でなく、前記確信度が所定値より高いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力し、
前記道路曲率が所定値より大きく、前記路面状態が所定値より良好でなく、前記確信度が所定値より低いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新される前の基準位置からの偏位のうち、直近に前記確信度が所定値より高いとされたときの基準位置からの偏位を車両制御側に出力するとともに、
前記道路曲率が所定値より小さく、前記確信度が所定値より高いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新された基準位置からの偏位を車両制御側に出力し、
前記道路曲率が前記所定値より小さく、前記確信度が所定値より低いデータの確かさである場合には、前記パラメータ更新手段で更新される前の基準位置からの偏位のうち、直近に前記確信度が所定値より高いとされたときの基準位置からの偏位を車両制御側に出力することを特徴とする自動走行用自車位置検出装置。 - 前記判定領域は、前記領域設定手段により設定された検出領域のうち自車両に最も近い領域であり、
この判定領域で車線を表す特徴点情報が検出されたときを、前記確信度が所定値より高いこととし、この判定領域で車線を表す特徴点情報が検出されなかったときを、前記確信度が所定値より低いこととする請求項１又は２記載の自動走行用自車位置検出装置。 - 前記判定領域は、前記領域設定手段により設定された検出領域のうち、自車両近傍の複数領域であり、
全ての判定領域で車線を表す特徴点情報が検出されたときを、前記確信度が最も高いこととし、全ての判定領域で車線を表す特徴点情報が検出されなかったときを、前記確信度が最も低いこととする請求項１又は２記載の自動走行用自車位置検出装置。
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