JP3993259B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置に関し、特に自動車の前方の、運転者の視界と一致する可視領域の画像情報に基づき、検出対象に対する所望の表示画像を形成する画像処理装置に係る。
【0002】
【従来の技術】
近時、自動車の前方の可視領域の画像情報を処理し種々の用途に供する画像処理装置が提案されている。例えば、特開平6−215137号の公報には、画像中の特徴点の情報を高速で検出しうる画像処理装置を提供することを課題とし、走査テーブルメモリ手段上に書き込まれる走査線情報(走査開始座標、走査終了座標)の組合せによって走査領域が決定されるように構成されている。
【0003】
具体的には、進行方向に向かう白線(車線)の輪郭を検出する場合、白線が存在する領域は、通常はある狭い範囲内に限定されるので、その狭い範囲の画像データだけを検出対象として走査し、特徴検出を実施すればよいが、検出対象領域が複雑な形状になるので、従来装置ではこのような走査ができなかった。このため、同公報に記載の装置においては、走査領域(ウィンドウという)は、走査テーブルメモリ手段上に書き込まれる走査線情報(走査開始座標、走査終了座標)の組合せによって決定することとしており、走査領域(ウィンドウ)の形状の制限はないので、必要最少限の領域だけを走査して、短時間で検出を完了することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載の画像処理装置は例えば自動車に搭載され、道路を走行中に運転者の視界にある道路の境界、即ちレーンの白線の識別に供される。このとき、白線を囲繞するように設定されるウィンドウによって、画像情報の濃淡を表すエッジの検出処理速度を速くすることができると共に、検出対象である白線以外の路面の汚れや物体等によるノイズエッジの混入を防止し、検出精度を向上させることができる。尚、エッジとは、画像中のステップ状の濃淡変化であり、明るさが急激に変化している場所で、通常、物体の輪郭上に表れる。
【0005】
上記エッジの検出処理速度を速くするためには、上記ウィンドウを、検出対象の形状に応じたパターンに設定することが望ましい。例えば、上述の例ではレーンの白線のみを囲繞するようにウィンドウを出来る限り細幅に設定することが望ましい。然し乍ら、画像上に表れるレーンは多様であり、これら全てを網羅するためには膨大な数のウィンドウパターンを用意しておき、これらの中から適切なパターンのウィンドウを選択するように構成する必要がある。従って、大きなメモリ容量を必要とするだけでなく、選択に時間を要し、却って処理時間が長くなるおそれもある。
【0006】
更に、検出対象が変化する場合、例えば自動車の前方の可視領域にあるレーンを検出対象とし、そのレーンがカーブしている場合には、正確に曲線と認識し迅速に処理するため予め種々のパターンのウィンドウを設定しておく必要があり、大きなメモリ容量が必要となる。
【0007】
そこで、本発明は、画像処理装置において、種々の検出対象に対し、少ないメモリ容量で適切にウィンドウを設定し得る画像処理装置を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、請求項1に記載し図1に示したように、画像情報を入力し少くとも濃淡を表す画像データを検出する画像検出手段CSと、画像検出手段CSが検出した画像データを格納する画像メモリ手段DMと、横又は縦の走査線に応じてアドレスを設定すると共に、このアドレス毎に前記画像データの縦又は横の位置情報を設定し、この位置情報に基づき且つ前記検出対象に応じて一つのウィンドウを設定し、この一つのウィンドウを一つのテーブルメモリに格納する走査テーブルメモリ手段TMと、走査テーブルメモリ手段TMが格納した一つのウィンドウと画像メモリ手段DMが格納した画像データの論理積(AND)に基づき所望の画像を形成する画像処理手段DPとを備えたものとし、走査テーブルメモリ手段TMが、画像処理手段DPにより形成された前記所望の画像に基づき、次回の画像における一つのウィンドウを設定して前記一つのテーブルメモリに格納するように構成することとしたものである。尚、図1においてa乃至dは、各部分における画面の状態を模式的に示したものである。
【0009】
上記画像処理装置において、請求項2に記載のように、走査テーブルメモリ手段TMは、前記所望の画像を形成した画像データに基づき、アドレス毎に少くとも一つの基準点のx座標又はy座標を設定すると共に、各基準点に対し所定の幅を設定して一つのウィンドウを設定して一つのテーブルメモリに格納するウィンドウ設定手段WMを備えたものとするとよい。
【0010】
図2は、前記ウィンドウ設定手段で用いるテーブルメモリの一例を示すもので、図2の右側に示す画面の横又は縦(図2の例では横のx軸方向)の走査線480本に対応する0番地から479番地のアドレスが設定される。このアドレス毎に少くとも一つの基準点のx座標又はy座標(図2の例ではx座標のX0乃至X479)を設定すると共に、各基準点に対し所定の幅(図2の例ではW0乃至W479)が設定されて格納される。尚、図2の画面の左上角部の座標は(0,0)であり、右下角部の座標は(639,479)である。また、テーブルメモリが16ビットである場合には、ウィンドウのx座標設定用に10ビットが用いられ、幅の設定用に6ビットが用いられるように構成されるが、32ビットのメモリであれば、幅も略画面一杯に設定することができる。
【0011】
また、請求項3に記載のように、画像検出手段DDは、画像情報の濃淡に基づきエッジを検出し画像データとして出力するエッジ検出手段EDを備えたものとし、画像メモリ手段DMは、エッジを格納するエッジメモリ手段EMを備えたものとするとよい。
【0012】
更に、請求項4に記載のように、検出対象を含む可視領域を撮像する撮像手段CSを備えたものとし、撮像手段CSが撮像した画像情報をエッジ検出手段EDに入力し、エッジを検出するように構成してもよい。
【0013】
尚、請求項5に記載のように、走査テーブルメモリ手段TMを、テーブルメモリ一個に検出対象の一つを検出するためのウィンドウを設定するように構成することができる。
【0014】
更に、請求項6に記載のように、画像処理手段DPを、ウィンドウと画像データの論理積を3次元平面に換算して検出対象を含む所望の画像を形成すると共に、3次元平面の画像を更に2次元平面に換算し、走査テーブルメモリ手段TMが、その換算結果に基づき次回の画像における前記ウィンドウを設定するように構成することもでき、自動車の前方視界のモニタ等に好適である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像処理装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態は、自動車の運転者の視界と一致する前方の可視領域内に存在する検出対象に対し、所望の画像を形成する画像処理装置に係り、検出対象を確実に検出し画像表示し得るように構成されている。図3は画像処理装置の全体構成を示すもので、例えば固体撮像素子のCCDを用いたCCDカメラ1が、例えば自動車(図示せず)内の運転者の視点近傍に配置され前方の可視領域が撮像される。このCCDカメラ1で撮像されるアナログ信号の画像信号はエッジ検出部10のADコンバータ11に供給され、濃度に応じたデジタル信号に変換される。
【0016】
エッジ検出部10において、ADコンバータ11の出力信号は二本のラインバッファ12を介して検出回路13内のSobel のエッジ抽出オペレータ14に供給され、x方向及びy方向のエッジが検出されるように構成されている。また、CCDカメラ1の出力信号が同期信号としてx−yアドレス変換部15に供給される。このとき、エッジのx座標として10ビットが割り当てられ、y座標には9ビットが割り当てられ、最大値用に8ビットが割り当てられ、更に、正負の符号用に1ビットが割り当てられる。更に、検出回路13は後述するウィンドウゲート16を有し、検出対象判定部20に接続されている。尚、このエッジ検出部10は、ゲートアレーで構成することができる。
【0017】
検出対象判定部20はマイクロコンピュータで構成され、CPU21、ROM22、RAM23、出力用のシリアルポート24、割込カウンタ25、タイマ26等を有し、これらがアドレスバス及びデータ/コントロールバスを介して接続されている。尚、27は電源部である。RAM23はウィンドウメモリ23wとエッジメモリ23eを有し、前者のウィンドウデータがウィンドウゲート16に供給されると共に、エッジ抽出オペレータ14の抽出データがウィンドウゲート16に供給され、ウィンドウゲート16内でこれらの論理積(AND)が演算され、その演算結果がエッジメモリ23eに供給されて格納される。
【0018】
図4はエッジ検出に係る機能ブロック図で、同期信号Sが夫々水平カウンタ17及び垂直カウンタ18を介して、2本のラインバッファ12、3×3マトリクスレジスタ19、Sobel のエッジ抽出オペレータ14ex,14ey、ピーク検出部14px, 14pyに供給される。而して、2本のラインバッファ12を介して走査線3本の画像データが3×3マトリクスレジスタ19に供給され、エッジ抽出オペレータ14ex,14eyにおいて、2次元画面のx方向及びy方向のエッジが検出され、更にピーク検出部14px, 14pyにて求められた夫々のピーク値がエッジメモリ23eに供給される。尚、y方向のピーク値を求めるためピーク値検出用のメモリ23pが設けられている。一方、ウィンドウゲート16にてピーク判定されたときのピーク値検出用メモリ23pの内容とウィンドウメモリ23wのメモリ値との論理積(AND)が求められ、ウィンドウの位置及び幅がエッジメモリ23eに供給される。このエッジメモリ23eは、x方向及びy方向の濃度メモリ23gx,23gyとx方向及びy方向の座標メモリ23px,23pyを有し、夫々にエッジのピーク値が格納される。
【0019】
上記の構成になる本実施形態の画像処理装置においては、図5及び図6のフローチャートに従って画像処理が行なわれる。先ず図5のステップ101において、CCDカメラ1の全ての出力画像信号がADコンバータ11及びラインバッファ12を介して検出回路13に供給され、画像情報が取り込まれる。次に、ステップ102にてエッジが検出される。本実施形態ではこのエッジに基づき図7に示すように特徴点が設定され、この特徴点のx座標及びy座標が特定される。また、ステップ103において今回の画像処理時の検出対象ウィンドウが設定される。尚、この処理については図6を参照して後述する。
【0020】
図7は上記の特徴点の抽出状況を示すもので、先ず画像濃度を表す信号が微分され、微分値(ピーク値)が所定のしきい値によって二値化され所定幅の特徴領域Z1,Z2が形成される。更に、細線化処理が行なわれ、特徴領域Z1,Z2の中央部分の位置が特徴点P1,P2とされ、輪郭を表す基準とされる。このように、本実施形態では輪郭を表す指標として一般的なエッジのほかに特徴点が設定されるが、エッジをそのまま用いることとしてもよい。
【0021】
続いて、ステップ104において、ステップ102にてエッジに基づいて設定された特徴点と、ステップ103で設定された検出対象ウィンドウの論理積(AND)がとられ、このウィンドウ内の特徴点が抽出される。そして、ステップ105に進むが、ステップ105以降は検出対象が曲線又は直線状の場合に特有の処理であり、具体的には本実施形態が対象とする自動車走行用のレーンにおける、一定幅の直線または断続線であって一般的に白色の車線(以下、白線という)の特定に好適な処理である。
【0022】
ステップ105においては、図8及び図9に示すように、ステップ104で抽出された画面上の特徴点が路面上に存在するように、特徴点の位置が3次元平面上の位置に変換される。尚、前述の2次元平面の座標軸x,yに対し、3次元平面の座標軸をX,Y,Zで表す。上記のように3次元平面上の位置に変換された特徴点によって、ステップ106にてレーンのセグメントが特定される。続いて、ステップ107にてセグメントの配列に対し数学モデルが当てはめられ、更にステップ108に進み、合致する数学モデルによってレーン形状を表すパラメータ(曲率半径、レーンの幅等)が計測される。更に、ステップ109に進み、レーン形状を表すパラメータが2次元平面座標に換算され、次回の検出対象ウィンドウの設定に供される。
【0023】
次に、図6を参照して、ステップ103において実行される検出対象ウィンドウの設定について説明する。ステップ201において検出対象ウィンドウ(以下、単にウィンドウという)の縦軸(y軸)の上端及び下端を設定する値が、夫々所定値yb,ytに設定され(本実施形態では、yb≧0,yt≦479)、縦軸(y軸)上の位置yの値が画面の最下端(y=479)に設定される。
【0024】
続いて、ステップ203においてウィンドウの左側設定用のメモリ(y)及び右側設定用のメモリ(y)が夫々キャンセル(無効)され、ステップ204においてy軸上の位置yの値がディクリメント(−1)された後、ステップ205にて所定値ybと比較され、所定値yb以下となるまでステップ203及び204が繰り返される。y軸上の位置yの値が所定値yb以下となると、ステップ206に進み、所定値ybとされる。このようにして画面の下端が設定され、画面の下方の位置ybからステップ207以降の処理が開始する。
【0025】
ステップ207においては、ウィンドウの幅がw(y) に設定される。ウィンドウの幅w(y) は、図10に示すように一定(w(y) =Ky,但しKyは定数)としてもよいし、図11に示すように3次元平面上でウィンドウの幅が一定になるように設定してもよい。あるいは、図12に示すように遠方でウィンドウの幅が拡大するように設定してもよい。そして、ステップ208にてウィンドウの左側設定用のメモリ(y)の始点が、fl(y) −w(y)/2に設定される。ここで、fl(y) は2次元画面上での左側の白線形状の中心線を表し、前回の値である。
【0026】
また、ステップ209にてウィンドウの左側設定用のメモリ(y)の幅が、w(y) に設定される。同様に、ステップ210にてウィンドウの右側設定用のメモリ(y)の始点が、fr(y) −w(y)/2に設定され、ステップ211にてウィンドウの右側設定用のメモリ(y)の幅が、w(y) に設定される。尚、fr(y) は2次元画面上での右側の白線形状の中心線を表し、前回の値である。このように、本実施形態ではウィンドウの形状は基準点(始点)と幅によって規定されるが、始点と終点を設定することとしてもよい。
【0027】
次に、ステップ212においてy軸上の位置yの値がディクリメント(−1)された後、ステップ213にて画面の上端を表す所定値ytと比較され、所定値ytを下回るまでステップ207乃至212が繰り返される。y軸上の位置yの値が所定値ytを下回ると、ステップ214に進む。
【0028】
而して、画面に予め設定した上端を超えることになるので、ステップ214においてウィンドウの左側設定用のメモリ(y)及び右側設定用のメモリ(y)がキャンセルされ、ステップ215においてy軸上の位置yの値がディクリメント(−1)された後、ステップ216にて0と比較され、y軸上の位置yの値が0を下回るまでステップ214及び215が繰り返され、y軸上の位置yの値が0を下回ると図5のルーチンに戻る。
【0029】
以上のように、ウィンドウ形状は基準点と幅、もしくは始点と終点の組合せによって曲線や矩形等の任意の形状に設定することができる。従って、曲線のレーンに対しても適切な画像を形成することができる。
【0030】
【発明の効果】
本発明は前述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、請求項1に係る画像処理装置は、走査テーブルメモリ手段が位置情報に基づき且つ検出対象に応じて設定し、一つのテーブルメモリに格納した一つのウィンドウと、画像メモリ手段が格納した画像データの論理積に基づき所望の画像を形成し、この所望の画像に基づき次回の画像における一つのウィンドウを設定して前記一つのテーブルメモリに格納するように構成されているので、種々の検出対象に対し、少ないメモリ容量で一層適切にウィンドウを設定することができる。
【0031】
更に、請求項2に記載の画像処理装置においては、走査テーブルメモリ手段が、所望の画像を形成した画像データに基づき、アドレス毎に少くとも一つの基準点のx座標又はy座標を設定すると共に、各基準点に対し所定の幅を設定して一つのウィンドウを設定して一つのテーブルメモリに格納するように構成されているので、少ないメモリ容量で所定の画像処理を行なうことができる。
【0032】
請求項3に記載の画像処理装置においては、画像検出手段が、画像情報の濃淡に基づきエッジを検出し画像データとして出力すると共に、画像メモリ手段が、エッジを格納するように構成されており、また請求項4に記載の画像処理装置においては、検出対象を含む可視領域を撮像した画像情報をエッジ検出手段に入力し、エッジを検出するように構成されているので、容易に所定の画像処理を行なうことができる。
【0033】
更に、請求項5に記載の画像処理装置においては、走査テーブルメモリ手段が、テーブルメモリ一個に検出対象一つを検出するためのウィンドウを設定するように構成されているので、検出対象が変化しても、正確且つ迅速にウィンドウを設定して画像処理を行なうことができる。
【0034】
そして、請求項6に記載の画像処理装置においては、画像処理手段が、ウィンドウと画像データの論理積を3次元平面に換算して検出対象を含む所望の画像を形成すると共に、3次元平面の画像を更に2次元平面に換算し、走査テーブルメモリ手段が、その換算結果に基づき次回の画像におけるウィンドウを設定するように構成されているので、種々の検出対象に対し、少ないメモリ容量で一層適切にウィンドウを設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像処理装置の構成の概要を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態におけるウィンドウ設定メモリを示す構成図である。
【図3】本発明の一実施形態の画像処理装置の全体構成を示すブロック図である。
【図4】本発明の一実施形態の画像処理装置におけるエッジ検出部の構成を示すブロック図である。
【図5】本発明の一実施形態における画像処理を示すフローチャートである。
【図6】本発明の一実施形態における検出対象ウィンドウ設定の処理を示すフローチャートである。
【図7】本発明の一実施形態における特徴点の検出状況を示すグラフである。
【図8】本発明の一実施形態において特徴点の位置を3次元平面上の位置に変換する状況を示す図ある。
【図9】本発明の一実施形態において特徴点の位置を3次元平面上の位置に変換する状況を示す図である。
【図10】本発明の一実施形態における検出対象ウィンドウの設定例を示す正面図である。
【図11】本発明の一実施形態における検出対象ウィンドウの設定例を示す正面図である。
【図12】本発明の一実施形態における検出対象ウィンドウの設定例を示す正面図である。
【符号の説明】
1 CCDカメラ
10 エッジ検出部
11 ADコンバータ
12 ラインバッファ
13 検出回路
14 エッジ抽出オペレータ
15 x−yアドレス変換部
16 ウィンドウゲート
20 検出対象判定部
23w ウィンドウメモリ
23e エッジメモリ
Claims (6)
- 画像情報を入力し少くとも濃淡を表す画像データを検出する画像検出手段と、該画像検出手段が検出した画像データを格納する画像メモリ手段と、横又は縦の走査線に応じてアドレスを設定すると共に、該アドレス毎に前記画像データの縦又は横の位置情報を設定し、該位置情報に基づき且つ前記検出対象に応じて一つのウィンドウを設定し、該一つのウィンドウを一つのテーブルメモリに格納する走査テーブルメモリ手段と、該走査テーブルメモリ手段が格納した一つのウィンドウと前記画像メモリ手段が格納した画像データの論理積に基づき所望の画像を形成する画像処理手段とを備え、前記走査テーブルメモリ手段が、前記画像処理手段により形成された前記所望の画像に基づき、次回の画像における一つのウィンドウを設定して前記一つのテーブルメモリに格納するように構成したことを特徴とする画像処理装置。
- 前記走査テーブルメモリ手段が、前記所望の画像を形成した画像データに基づき、前記アドレス毎に少くとも一つの基準点のx座標又はy座標を設定すると共に、各基準点に対し所定の幅を設定して前記一つのウィンドウを設定して前記一つのテーブルメモリに格納するウィンドウ設定手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記画像検出手段が、前記画像情報の濃淡に基づきエッジを検出し前記画像データとして出力するエッジ検出手段を備え、前記画像メモリ手段が、前記エッジを格納するエッジメモリ手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 検出対象を含む可視領域を撮像する撮像手段を備え、該撮像手段が撮像した画像情報を前記エッジ検出手段に入力し、前記エッジを検出するように構成したことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記走査テーブルメモリ手段が、前記テーブルメモリ一個に前記検出対象の一つを検出するためのウィンドウを設定するように構成したことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記画像処理手段が、前記ウィンドウと前記画像データの論理積を3次元平面に換算して前記検出対象を含む前記所望の画像を形成すると共に、前記3次元平面の画像を更に2次元平面に換算し、前記走査テーブルメモリ手段が、その換算結果に基づき次回の画像における前記一つのウィンドウを設定して前記一つのテーブルメモリに格納するように構成したことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
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