JP3999345B2 - 自車位置認識装置、自車位置認識方法及びプログラム - Google Patents
自車位置認識装置、自車位置認識方法及びプログラム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自車位置認識装置、自車位置認識方法及びプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、道路上には、車両が通行するために走行車線、追越車線、登坂車線等の通行区分（車両が走行する通行帯）が形成されていて、そのために、道路上に白線、黄線等の区分線（線分自体）が塗布され、運転者は通行区分内の走行領域で区分線に沿って車両を走行させるようになっている。
【０００３】
ところで、車両の自動運転を行うために、また、蛇行運転が行われていることを検出するために、車両に搭載されたカメラによって車両の前方を撮影し、撮影によって得られた画像に基づいて道路上の区分線を認識するようにした自車位置認識装置が提供されている（特開平７−８５２４９号公報参照）。
この場合、前記画像において、道路上の区分線の両縁を表す部分、すなわち、対象画像に対して複数の水平の走査線を設定し、該各走査線上における輝度の変化を検出するようにしている。そして、輝度の変化のピーク値が得られる点をエッジ点として抽出し、２個のエッジ点間の間隔が所定の距離以内であるとき、前記エッジ点間の部分を区分線の候補とし、さらに、各走査線間におけるエッジ点の関係を評価して最終的に区分線を認識するようにしている。
【０００４】
また、画像に基づいて、車両が道路上の右側の通行区分を走行しているか左側の通行区分を走行しているかを認識する認識装置が提供されている（特開平８−３２０９９７号公報参照）。
この場合、画像の濃度を微分することによってエッジ点を抽出し、画像内において車両の付近に区分線が存在しそうな領域を設定し、該領域内の直線のうち、エッジ点の数が最大になる直線を区分線として検出するとともに、該区分線を更に直線上のエッジ点の数が周期的に変化しない区分線は実線であると判定し、周期的に変化する区分線は破線であると判定する。そして、例えば、車両の左右に区分線が存在し、かつ、右の区分線が実線であり、左の区分線が破線である場合、車両が右側の通行区分を走行していると認識し、左の区分線が実線であり、右の区分線が破線である場合、車両が左側の通行区分を走行していると認識するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の認識装置においては、車両に搭載されたカメラによって車両の前方を撮影し、撮影によって得られた画像に基づいて区分線を認識する場合、各走査線間におけるエッジ点の関係を評価して区分線を認識する必要があるので、処理に必要な時間が長くなり、高速処理を行うことが可能な演算回路が必要になる。
【０００６】
前記画像に基づいて、車両が道路上の右側の通行区分を走行しているか左側の通行区分を走行しているかを認識する場合、１本の区分線を一つの直線上に並ぶエッジ点群に基づいて検出するようにしているので、例えば、ガードレール、縁石等が路肩に存在していると、ガードレール、縁石等の画像によって、エッジ点が抽出されることになるので、区分線を誤って検出してしまうことがある。
【０００７】
また、区分線のかすれ、前記画像の乱れ等が存在すると、一時的に区分線を検出することができなくなるが、その場合、区分線が実線であるか破線であるかを判断することができなくなってしまう（ハンチング現象）。さらに、アルゴリズムが複雑であるので、演算回路に加わる負荷が大きくなる。
本発明は、前記従来の認識装置の問題点を解決して、コストを低くすることができ、信頼性を向上させることができるとともに、演算回路に加わる負荷を小さくすることができる自車位置認識装置、自車位置認識方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の自車位置認識装置においては、車両の前方を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって得られた画像に対してエッジ処理を行い、画像の境界が強調されたエッジ画像を作成するエッジ強調手段と、前記エッジ画像に基づいてエッジ直線を抽出する直線抽出手段と、前記エッジ直線間の距離が所定の範囲内に収まる場合に区分線を検出する区分線検出手段と、前記車両が走行している通行区分を区画する両側の各区分線の左縁及び右縁に対応させて、前記画像の下部の所定の範囲に少なくとも４個の探索領域を設定する探索領域設定手段と、前記区分線検出手段による検出結果に基づいて車両が走行している通行区分を判定する通行区分判定手段とを有する。
そして、前記探索領域設定手段は、区分線検出手段によって検出された区分線に対応させて探索領域の位置を更新する。
また、前記直線抽出手段は、設定された探索領域内においてエッジ直線を抽出する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態における自車位置認識装置の制御回路図である。
図において、１１は車両の前方を撮像する撮像手段としての例えば、ＣＣＤ等のカメラ、１２は該カメラ１１によって得られた画像に対してエッジ処理を行い、画像の境界が強調されたエッジ画像を作成する画像前処理プロセッサ、１３は該画像前処理プロセッサ１２によって作成されたエッジ画像等が記録されるメモリ、１４は該メモリ１３に記録されたエッジ画像から白線、黄線等の区分線、及び車両の通行区分等を認識する認識プロセッサ、１５は該認識プロセッサ１４を動作させるプログラムを記録するプログラム用メモリである。なお、前記メモリ１３及びプログラム用メモリ１５によって記録媒体が構成され、該記録媒体として磁気テープ、磁気ディスク、フロッピーディスク、磁気ドラム、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、光ディスク、ＩＣカード、光カード等を使用することもできる。
【００１４】
本実施の形態において、前記プログラム用メモリ１５には各種のプログラムが記録され、前記メモリ１３にはエッジ画像が記録されるようになっているが、各種のプログラム及びエッジ画像を同じ外部の記録媒体に記録することもできる。この場合、例えば、前記自車位置認識装置に図示されないフラッシュメモリを配設し、前記外部の記録媒体から前記各プログラム及びエッジ画像を読み出してフラッシュメモリに書き込むこともできる。したがって、外部の記録媒体を交換することによって前記各プログラム及びエッジ画像を更新することができる。
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態における自車位置認識装置の機能ブロック図、図３は本発明の第１の実施の形態における自車位置認識装置の動作を示すメインフローチャート、図４は本発明の第１の実施の形態における車両の前方を撮像することによって得られた画像の例を示す図、図５は本発明の第１の実施の形態における探索領域内のエッジ画像の例を示す図である。
【００１６】
図４に示されるように、ＣＣＤカメラ等のカメラ１１によって車両の前方が撮像され、前記カメラ１１によって得られた画像は、画像前処理プロセッサ１２（図２）に送られる。この場合、図４に示されるように、画像の左上が原点とされ、原点から右に向かってＸ軸が、下に向かってＹ軸が設定される。なお、図４において、２２は車両の左側の区分線、２２Ｌは該区分線２２の左縁、２２Ｒは前記区分線２２の右縁、２３は車両の右側の区分線、２３Ｌは該区分線２３の左縁、２３Ｒは前記区分線２３の右縁である。
【００１７】
そして、該画像前処理プロセッサ１２のエッジ強調手段１７は、前記画像内に矩（く）形の探索領域２４〜２７を設定し、探索領域２４〜２７内の画像に対してエッジ強調を行い、前記画像をエッジ画像に変換することによってエッジ画像を作成する。なお、前記エッジ強調は、ソベル変換、ラプラシアン変換等の手法を用いて行われ、画像において輝度が変化する境界が強調される。
【００１８】
この場合、探索領域２４は、区分線２２の左縁２２Ｌに対応するエッジ点を検出するために、探索領域２５は、区分線２２の右縁２２Ｒに対応するエッジ点を検出するために、探索領域２６は、区分線２３の左縁２３Ｌに対応するエッジ点を検出するために、探索領域２７は、区分線２３の右縁２３Ｒに対応するエッジ点を検出するために設定される。なお、説明の便宜上、図４においては、前記探索領域２４と探索領域２５とが、また、探索領域２６と探索領域２７とが上下にずらして示されているが、各探索領域２４〜２７のＹ座標は同じにされる。
【００１９】
そして、各探索領域２４〜２７の高さは、探索領域２４〜２７を道路上に射影したときに高速道路の通行区分を区画する破線の長さよりも短くなるように設定される。また、前記各探索領域２４〜２７の幅は高さと同じ程度にされるか、又は、車両が通行区分の中央を走行していると仮定した場合に、撮影される車線が探索領域内においてほぼ対角線になるように設定される。
【００２０】
さらに、各探索領域２４〜２７は、前記画像の全体の領域における下部の所定の範囲に設定するようになっていて、区分線２２、２３が検出されるたびに各探索領域２４〜２７の位置が更新される。したがって、Ｘ軸方向においては、各探索領域２４〜２７を前記画像の左端から右端までの全範囲にわたって移動させることができ、Ｙ軸方向においては、各探索領域２４〜２７を前記画像の下端から所定の範囲にわたって移動させることができる。そして、Ｘ軸方向における探索領域２４〜２７の位置の初期値は、車両が直進路の通行区分の中央を走行していると仮定した場合の区分線が存在する位置に基づいて設定され、前記プログラム用メモリ１５内にあらかじめ記録される。
【００２１】
なお、本実施の形態においては、エッジ処理を行うのに必要な時間を短くするために、画像内に探索領域２４〜２７を設定し、該探索領域２４〜２７内の画像に対してエッジ強調を行うようにしているが、画像の全体に対してエッジ強調を行った後、エッジ画像内に探索領域を設定することもできる。
次に、前記区分線２２の左縁２２Ｌ及び右縁２２Ｒ、並びに前記区分線２３の左縁２３Ｌ及び右縁２３Ｒに対応する各エッジ点を検出する方法について説明する。
【００２２】
まず、前記左縁２２Ｌ、２３Ｌに対応するエッジ点を検出するための探索領域２４、２６においては、探索領域２４、２６内に複数の走査線が設定され、前記認識プロセッサ１４の直線抽出手段１８は、直線抽出処理において、各走査線に沿って、左端から順に前記画像を構成する各画素についてエッジ強度を検査し、該各エッジ強度が所定の閾（しきい）値以上であるかどうかを判断する。そして、前記直線抽出手段１８は、エッジ強度が前記閾値以上である画素（以下「エッジ画素」という。）を検出し、該エッジ画素のＸ座標及びＹ座標をメモリ１３に書き込む。そして、検出されたエッジ画素が３個になると、その走査線についてのエッジ強度の検査を終了して次の走査線についてのエッジ強度の検査を開始する。このようにして、各走査線ごとに画像の左端から３個のエッジ画素が検出される。なお、１本の走査線について３個のエッジ画素が検出されないまま、探索領域２４、２６の右端に達した場合は、次の走査線についてのエッジ強度の検査を開始する。
【００２３】
ところで、前記ソベル変換、ラプラシアン変換等の手法を用いてエッジ強調を行うと、１本の走査線上における輝度の境界線付近において少なくとも２個のエッジ画素のエッジ強度が大きくなる。そこで、各走査線ごとにエッジ画素を３個だけ検出するようにしている。
したがって、探索領域２４、２６において左端から順に各エッジ画素についてエッジ強度を検査したときに、図５に示されるように、例えば、走査線Ａにおいてノイズによって１個目のエッジ画素ａが検出されても、その後、２個目のエッジ画素ｂ及び３個目のエッジ画素ｃが連続して検出された時点でエッジ画素ｂ、ｃによって左縁２２Ｌ、２３Ｌに相当するエッジ点を検出することができる。また、ノイズが無い場合には、例えば、走査線Ｂにおいて１個目のエッジ画素ｄ及び２個目のエッジ画素ｅが連続して検出された時点でエッジ画素ｄ、ｅによって左縁２２Ｌ、２３Ｌに相当するエッジ点を検出することができる。その後、３個目のエッジ画素ｆによってエッジ点が検出されるが、該エッジ点はノイズとなる。
【００２４】
また、前記右縁２２Ｒ、２３Ｒに対応するエッジ点を検出するための探索領域２５、２７においては、該探索領域２５、２７内に複数の走査線が設定され、前記認識プロセッサ１４の直線抽出手段１８は、直線抽出処理において、各走査線に沿って、右端から順に前記各画素についてエッジ強度を検査し、該各エッジ強度が所定の閾値以上であるかどうかを判断する。前記直線抽出手段１８は、エッジ画素を検出し、該エッジ画素のＸ座標及びＹ座標をメモリ１３に書き込む。そして、検出されたエッジ画素が３個になると、その走査線についてのエッジ強度の検査を終了して次の走査線についてのエッジ強度の検査を開始する。このようにして、各走査線ごとに画像の右端から３個のエッジ画素が検出される。なお、１本の走査線について３個のエッジ画素が検出されないまま、探索領域２５、２７の左端に達した場合は、次の走査線についてのエッジ強度の検査を開始する。
【００２５】
次に、前記直線抽出手段１８は、該探索領域２４〜２７内において検出されたエッジ点に基づいて、エッジ点の列から成る直線（以下「エッジ直線」という。）を抽出する。
なお、該エッジ直線は、前記エッジ点の列に基づいて抽出され、例えば、ハフ変換、最小自乗法等によって算出され、近似させられた直線の方程式によって表される。
【００２６】
この場合、区分線２２の左縁２２Ｌ及び右縁２２Ｒに対応するエッジ点を検出するために探索領域２４、２５が、区分線２３の左縁２３Ｌ及び右縁２３Ｒに対応するエッジ点を検出するために探索領域２６、２７が設定されるので、各エッジ直線を独立に抽出することができる。
前述されたように、本発明においては、各走査線ごとにすべてのエッジ点を検出する必要はなく、３個のエッジ点を検出するだけでよいので、エッジ直線を注出するための対象になるエッジ点の数を極めて少なくすることができる。したがって、直線注出処理の速度を高くすることができる。
【００２７】
また、前記左縁２２Ｌ、２３Ｌに対応するエッジ点を検出するために、探索領域２４、２５の左端から３個のエッジ画素を検出し、右縁２２Ｒ、２３Ｒに対応するエッジ点を検出するために、探索領域２４、２５の右端から３個のエッジ画素を検出するようになっている。そして、わずかなエッジ画素を検出するだけで、任意の区分線の左縁又は右縁の近傍のエッジ点を高い確率で検出することができる。なお、図５においては、走査線Ａ上において、１個のエッジ画素ａによってノイズが、２個のエッジ画素ｂ、ｃによって左縁２２Ｌに対応するエッジ点が検出される。また、走査線Ｂ上において、２個のエッジ画素ｄ、ｅによって左縁２２Ｌに対応するエッジ点が、１個のエッジ画素ｆによってノイズが検出される。
【００２８】
この場合、１本の走査線に対して検出されるエッジ画素を３個にしているが、該エッジ画素の数は、カメラ１１によって得られた画像に対してエッジ処理を行ったときに走査線上に出現するエッジ画素の数の平均値にほぼ等しい値にされる。なお、図５においては、走査線上に出現するエッジ画素の数の平均値は２であるが、仮に、エッジ画素を２個だけ検出するようにすると、ノイズに対応するエッジ画素が１個存在する場合、残りの１個のエッジ画素を検出するだけで左縁２２Ｌに対応するエッジ点を検出することが必要になり、ノイズを検出するためのエッジ画素とエッジ点を検出するためのエッジ画素との区別がつかなくなってしまう。したがって、エッジ点を高い確率で検出することができない。そこで、本実施の形態においては、１本の走査線に対して検出されるエッジ画素が３個にされる。
【００２９】
また、本実施の形態においては、４個の探索領域２４〜２７が設定されるようになっているが、１個の長い探索領域を設定し、区分線２２、２３の左縁２２Ｌ、２３Ｌ及び右縁２２Ｒ、２３Ｒに対するエッジ点を検出することもできる。
次に、前記認識プロセッサ１４の区分線検出手段１９は、区分線検出処理において、１本の区分線の右縁を表していると推定されるエッジ直線（以下「右エッジ直線」という。）と左縁を表していると推定されるエッジ直線（以下「左エッジ直線」という。）との間のエッジ直線間の距離δを算出して、該距離δが所定の範囲内に収まるかどうかを判断する。
【００３０】
そして、前記距離δが所定の範囲内に収まる場合は、前記エッジ直線は区分線によるものであると判定し、区分線を検出する。この場合、前記距離δを算出し、該距離δが所定の範囲内に収まるかどうかを判断するだけでよいので、区分線を検出するための処理に必要な時間を短くすることができるだけでなく、高速処理を行うことが可能な演算回路を使用する必要がなくなる。したがって、自車位置認識装置のコストを低くすることができるだけでなく、自車位置認識装置の信頼性を高くすることができる。しかも、アルゴリズムを簡素化することができるので、演算回路に加わる負荷を小さくすることができる。さらに、１本の区分線を２本のエッジ直線によって検出しているので、例えば、ガードレール、縁石等が路肩に存在していても、それらを区分線と誤って検出してしまうことがなくなる。したがって、自車位置認識装置の信頼性を向上させることができる。
【００３１】
なお、前記距離δが所定の範囲内に収まるだけでなく、右エッジ直線が左エッジ直線より右に存在する場合に、前記エッジ直線が区分線によるものであると判定し、区分線を検出するようにしてもよい。
また、抽出されたエッジ直線が区分線によるものであると判断されると、前記認識プロセッサ１４の探索領域設定手段２１は、探索領域設定処理において、前記区分線検出手段１９の判定結果に基づいて、エッジ直線が探索領域２４〜２７内の設定位置、例えば、中央に位置するように、次回の探索領域２４〜２７の位置を更新する。したがって、探索領域設定手段２１によって探索領域２４〜２７の位置を連続的に更新することにより、探索領域２４〜２７において区分線を追跡することができる。
【００３２】
また、エッジ直線が抽出されない場合でも、過去の所定回数のエッジ直接抽出処理において、エッジ直線が抽出されている場合は、そのうちの最新のエッジ直線の方程式に基づいて、探索領域２４〜２７の位置を更新し、最新のエッジ直線の位置を探索領域２４〜２７の中央に置く。したがって、区分線のかすれ、前記画像の乱れ等によって一時的にエッジ直線を抽出することができない場合でも、その後、エッジ直線が再び抽出されたときに、速やかに区分線の追跡を開始することができる。
【００３３】
なお、エッジ直線が抽出された後、設定された時間が経過してもエッジ直線が抽出されない場合は探索領域２４〜２７の位置を更新する。
また、認識プロセッサ１４の通行区分判定手段２０の図示されない実線・破線判定手段は、実線・破線判定処理において、区分線検出手段１９が継続して区分線を検出しているか、定期的に区分線を検出しているかを判断し、継続して区分線を検出している場合、該区分線は実線であると判定し、定期的に区分線を検出している場合、該区分線は破線であると判定する。
【００３４】
次に、前記通行区分判定手段２０は通行区分を判定する。すなわち、通行区分判定手段２０は、車両の右側の区分線が実線であり、かつ、左側の区分線が破線である場合は、車両は中央分離帯寄りの通行区分を走行していると認識し、車両の右側の区分線が破線であり、かつ、車両の左側の区分線が実線である場合は、車両は路肩寄りの通行区分を走行していると認識し、また、車両の左右の区分線が共に破線である場合は、車両は三つ以上の通行区分から成る道路において路肩寄り及び中央分離帯寄り以外の通行区分を走行していると認識し、さらに、車両の左右の区分線が共に実線である場合は、車両は一つの通行区分から成る道路を走行していると認識する。
【００３５】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ 撮像手段によって得られた画像を取り込む。
ステップＳ２ エッジ強調を行う。
ステップＳ３ エッジ点を検出する。
ステップＳ４ エッジ直線を抽出する。
ステップＳ５ 区分線検出処理を行う。
ステップＳ６ 探索領域更新処理を行う。
ステップＳ７ 実線・破線判定処理を行う。
ステップＳ８ 通行区分判定処理を行う。
【００３６】
次に、ステップＳ４のエッジ直線の抽出及びステップＳ５の区分線検出処理のサブルーチンについて説明する。
図６は本発明の第１の実施の形態における区分線検出処理のサブルーチンを示すフローチャート、図７は本発明の第１の実施の形態における区分線検出処理の説明図である。なお、この場合、区分線２２（図４）を検出する例について説明する。
【００３７】
図において、２４は探索領域、３０は左縁２２Ｌに対応する複数のエッジ画素３０ａから成る左エッジ画素群、３１は右縁２２Ｒに対応する複数のエッジ画素３１ａから成る右エッジ画素群である。そして、前記左エッジ画素群３０と右エッジ画素群３１とによって挟まれた部分が区分線２２に対応する。
そして、本実施の形態において、直線抽出手段１８（図１）は、前記左エッジ画素群３０のうち、エッジ点に位置するエッジ画素３０ａの座標に基づいてハフ変換を行い、左エッジ直線３２を検出する。また、前記右エッジ画素群３１のうち、エッジ点に位置するエッジ画素３１ａの座標に基づいてハフ変換を行い、右エッジ直線３３を検出する。
【００３８】
なお、前記ハフ変換においては、ハフ投票空間における最大投票数が少ないと、左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３を誤検出してしまうので、最大投票数が設定値以下である場合にハフ変換を行わないようにしている。前記設定値は、例えば、探索領域２４〜２７の高さ方向の画素数の１／３にされる。
このようにして、左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３が検出されると、直線抽出手段１８は、探索領域２４、２５の中心のＹ座標（ＹSW）における左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３の各Ｘ座標（ＸＬＬ）、（ＸＬＲ）を、それぞれ左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３の代表点として算出する。
【００３９】
次に、直線抽出手段１８は、前記代表点間のエッジ直線間の距離δ
δ＝ＸＬＲ−ＸＬＬ
を算出し、該距離δが所定の範囲内に収まるかどうかを判断する。
この場合、該所定の範囲の下限値は、区分線２２の幅に相当する画像上の幅と等しくされ、上限値は、前記区分線２２の幅の３倍に相当する画像上の幅と等しくされる。上限値を、前記区分線２２の幅の３倍に相当する画像上の幅と等しくするのは、中央分離帯を示す白線の左右に追越禁止区域であることを表す黄線が併せて塗布されることがあり、このとき、推定される区分線の幅は、白線の幅と左右の２本の黄線の幅とを合計した値になるからである。
【００４０】
そして、前記距離δが前記所定の範囲内に収まる場合、直線抽出手段１８は、抽出された左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３によって区分線２２を認識することができると判断する。また、前記距離δが前記所定の範囲内に収まらない場合、直線抽出手段１８は、抽出された左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３によって区分線２２を認識することができないと判断する。
【００４１】
なお、左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３を抽出することができない場合、区分線２２を認識することができないと判断する。
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ５−１ 左エッジ直線３２のＸ座標（ＸＬＬ）を算出する。
ステップＳ５−２ 右エッジ直線３３のＸ座標（ＸＬＲ）を算出する。
ステップＳ５−３ 左エッジ直線３２のＸ座標（ＸＬＬ）と右エッジ直線３３のＸ座標（ＸＬＲ）との差が所定範囲内に収まるかどうかを判断する。所定範囲内に収まる場合はステップＳ５−４に、所定範囲内に収まらない場合はステップＳ５−５に進む。
ステップＳ５−４ 区分線を認識する。
ステップＳ５−５ 区分線を認識しない。
【００４２】
次に、図３のステップＳ７における実線・破線判定処理について説明する。
図８は本発明の第１の実施の形態における実線・破線判定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
この場合、検出された区分線２２（図４）が実線であるか破線であるかを判定する。そのために、区分線検出手段１９（図１）内には、区分線検出処理において区分線２２が検出されたときに１になり、検出されなかったときに０になる変数Ｚ（ｉ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）が用意され、該変数Ｚ（ｉ）によって過去のｎ回分の区分線２２の検出結果を表すことができるようになっている。
【００４３】
そして、区分線検出手段１９は、過去のｎ回分の前記変数Ｚ（ｉ）の合計Ｚsum を算出し、該合計Ｚsum に基づいて、検出された区分線２２が実線であるか破線であるかを判定する。なお、検出された区分線２２が実線である場合は、理想的には変数Ｚ（ｉ）は常に１であるので、合計Ｚsum はｎになる。
また、区分線２２が破線である場合には、区分線２２の検出が周期的に検出されるので、合計Ｚsum はｎ／２に近い値になる。実際には、道路上の区分線のかすれ等によって区分線２２が常に検出されるとは限らないので、例えば、前記合計Ｚsum が０．７ｎ以上である場合は、区分線２２が実線であると判定し、合計Ｚsum が０．７ｎより小さく０．３ｎ以上である場合は、区分線２２が破線であると判定する。また、合計Ｚsum が０．３ｎより小さい場合は、区分線２２を検出することができないと判断する。そして、前記区分線検出手段１９は、前記区分線２３が実線であるか破線であるかの判定を同様の手順で行う。
【００４４】
なお、値ｎは、探索領域２４、２５に破線が表れると仮定した場合に、破線が少なくとも２回は探索領域２４、２５に表れる時間に相当する数とする。このとき、例えば、車速ｖを入力として画像処理のサンプリングタイムをＴS とした場合に、値ｖ・ｎ・ＴS が一定になるように値ｎを調整することができる。
この場合、前記値ｖ・ｎ・ＴS は、ｎ回のサンプリングの間に車両が進む距離を表していて、この距離がほぼ破線二つ分の距離に相当するように値ｎが調整される。
【００４５】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ７−１ 変数Ｚ（ｉ）に１をセットする。
ステップＳ７−２ 区分線２２が検出されたかどうかを判断する。区分線２２が検出された場合はステップＳ７−３に、検出されていない場合はステップＳ７−４に進む。
ステップＳ７−３ 変数Ｚ（１）を１にする。
ステップＳ７−４ 変数Ｚ（１）を０にする。
ステップＳ７−５ 変数Ｚ（ｉ）の合計Ｚsum を計算する。
ステップＳ７−６ 合計Ｚsum が０．７ｎ以上であるかどうかを判断する。合計Ｚsum が０．７ｎ以上である場合はステップＳ７−８に、０．７より小さい場合はステップＳ７−７に進む。
ステップＳ７−７ 合計Ｚsum が０．７ｎより小さく０．３ｎ以上であるかどうかを判断する。合計Ｚsum が０．７ｎより小さく０．３ｎ以上である場合はステップＳ７−９に、合計Ｚsum が０．３ｎより小さい場合はステップＳ７−１０に進む。
ステップＳ７−８ 実線であると判定する。
ステップＳ７−９ 破線であると判定する。
ステップＳ７−１０ 区分線２２を検出することができないと判断する。
ステップＳ７−１１ ｉに１を加算する。
【００４６】
次に、通行区分判定手段２０による通行区分判定処理について説明する。
この場合、通行区分判定手段２０によって探索領域２４〜２７の位置の更新が行われる。そのために、各探索領域２４〜２７ごとに、過去のｍ回分の直線抽出処理において抽出された左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３のうち、最も新しい左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３の方程式がメモリ１３に記録される。そして、通行区分判定手段２０は、各探索領域２４〜２７ごとに中心のＹ座標（ＹSW）における左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３の各Ｘ座標（ＸSW）を算出し、算出されたＸ座標（ＸSW）を、次回の直線抽出処理における探索領域２４〜２７の中心とする。
【００４７】
このようにして、探索領域２４〜２７が更新されるので、抽出された左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３を常に探索領域２４〜２７の中心に置くことができる。
なお、過去のｍ回とも左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３を検出することができなかった場合、メモリ１３内に記録されている探索領域２４〜２７の位置を更新する。また、過去のｍ回のうちの最新の情報が用いられるので、区分線２２、２３のかすれ、撮像によって得られた画像の乱れ等によって一時的に左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３を抽出することができない場合でも、その後、左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３が再び抽出されたときに、速やかに区分線２２、２３の追跡を開始することができる。したがって、区分線２２、２３を認識することができる確率を高くすることができる。
【００４８】
前記値ｍとしては、区分線２２、２３が破線である場合、ｍ回分の直線抽出処理を行っている間に、破線と破線との間の切れ目から抜け出ることができるだけの時間に相当する数以上とする。なお、前記値ｍと値ｎとを等しくすることもできる。
また、更新された探索領域２４〜２７が画像の中央、又は画像の端部に達した場合、車両が通行区分を変更した可能性が高いので、探索領域２４〜２７の位置を更新する。
【００４９】
次に、車両が通行区分を変更したことを判断することができるようにした本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。図９は本発明の第２の実施の形態における車両の前方を撮像することによって得られた画像の例を示す図である。
【００５０】
図において、５２、５３は車両の左側の区分線、５２Ｌは該区分線５２の左縁、５２Ｒは前記区分線５２の右縁、２３は車両の右側の区分線、２３Ｌは該区分線２３の左縁、２３Ｒは前記区分線２３の右縁である。前記区分線５２は破線であり、区分線２３、５３は実線である。
車両が中央分離帯寄りから路肩寄りへ通行区分を変更する場合、破線の区分線５２を認識するのに必要な探索領域２４、２５は画像の中央に移動し、同時に、実線の区分線２３を認識するのに必要な探索領域２６、２７は画像の右側の端部に移動させられる。
【００５１】
そこで、認識プロセッサ１４（図２）の図示されない通行区分変更調査手段は、探索領域２４、２５が画像の中央に移動した時点で、車両が通行区分を変更したと判断する。そして、通行区分の変更が終了した後に、前記探索領域２４〜２７において車両の左右の新たな区分線を直ちに認識することができるように、探索領域２４〜２７の位置を初期値にする。
【００５２】
一方、車両が路肩寄りから中央分離帯寄りへ通行区分を変更する場合、破線の区分線を認識するのに必要な探索領域２６、２７は画像の中央に移動し、同時に、実線の区分線を認識するのに必要な探索領域２４、２５は画像の左側の端部に移動させられる。
このように、探索領域２４〜２７の位置が画像の中央に移動したかどうかを判断するだけで、車両が通行区分を変更したかどうかを判断することができる。
【００５３】
したがって、車両がどの通行区分を走行しているかを認識することができるので、走行している通行区分に対応させてエンジン、自動変速機等の制御の内容、開始位置等を変更することができる。また、本発明をナビゲーション装置に適用し、走行している通行区分に対応させて経路案内の内容、開始位置等を変更したり、検出された現在位置を補正したりすることもできる。例えば、左折するべき案内交差点に差し掛かるときに、中央分離帯寄りの通行区分を走行している場合には、通常より手前の位置で経路案内を開始するようにすることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、自車位置認識装置においては、車両の前方を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって得られた画像に対してエッジ処理を行い、画像の境界が強調されたエッジ画像を作成するエッジ強調手段と、前記エッジ画像に基づいてエッジ直線を抽出する直線抽出手段と、前記エッジ直線間の距離が所定の範囲内に収まる場合に区分線を検出する区分線検出手段と、前記車両が走行している通行区分を区画する両側の各区分線の左縁及び右縁に対応させて、前記画像の下部の所定の範囲に少なくとも４個の探索領域を設定する探索領域設定手段と、前記区分線検出手段による検出結果に基づいて車両が走行している通行区分を判定する通行区分判定手段とを有する。
そして、前記探索領域設定手段は、区分線検出手段によって検出された区分線に対応させて探索領域の位置を更新する。
また、前記直線抽出手段は、設定された探索領域内においてエッジ直線を抽出する。
【００５５】
この場合、車両の前方を撮像し、得られた画像からエッジを抽出し、画像の境界が強調されたエッジ画像を作成するようにしている。また、前記エッジ画像に基づいてエッジ直線を抽出し、該エッジ直線間の距離が所定の範囲内に収まる場合に区分線を検出する。
【００５６】
したがって、エッジ直線間の距離を算出し、該エッジ直線間の距離が所定の範囲内に収まるかどうかを判断するだけでよいので、区分線を検出するための処理に必要な時間を短くすることができるだけでなく、高速処理を行うことが可能な演算回路を使用する必要がなくなる。その結果、自車位置認識装置のコストを低くすることができるだけでなく、自車位置認識装置の信頼性を高くすることができる。しかも、アルゴリズムを簡素化することができるので、演算回路に加わる負荷を小さくすることができる。さらに、ガードレール、縁石等が路肩に存在していても、区分線を誤って検出してしまうことがなくなるので、自車位置認識装置の信頼性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における自車位置認識装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における自車位置認識装置の制御回路図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における自車位置認識装置の動作を示すメインフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態における車両の前方を撮像することによって得られた画像の例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における探索領域内のエッジ画像の例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における区分線検出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施の形態における区分線検出処理の説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における実線・破線判定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施の形態における車両の前方を撮影することによって得られた画像の例を示す図である。
【符号の説明】
１１ カメラ
１３ メモリ
１５ プログラム用メモリ
１７ エッジ強調手段
１８ 直線抽出手段
１９ 区分線検出手段
２０ 通行区分判定手段
２１ 探索領域設定手段
２２、２３、５２、５３ 区分線
２２Ｌ、２３Ｌ、５２Ｌ 左縁
２２Ｒ、２３Ｒ、５２Ｒ 右縁
２４〜２７ 探索領域
３２ 左エッジ直線
３３ 右エッジ直線
【発明の属する技術分野】
本発明は、自車位置認識装置、自車位置認識方法及びプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、道路上には、車両が通行するために走行車線、追越車線、登坂車線等の通行区分（車両が走行する通行帯）が形成されていて、そのために、道路上に白線、黄線等の区分線（線分自体）が塗布され、運転者は通行区分内の走行領域で区分線に沿って車両を走行させるようになっている。
【０００３】
ところで、車両の自動運転を行うために、また、蛇行運転が行われていることを検出するために、車両に搭載されたカメラによって車両の前方を撮影し、撮影によって得られた画像に基づいて道路上の区分線を認識するようにした自車位置認識装置が提供されている（特開平７−８５２４９号公報参照）。
この場合、前記画像において、道路上の区分線の両縁を表す部分、すなわち、対象画像に対して複数の水平の走査線を設定し、該各走査線上における輝度の変化を検出するようにしている。そして、輝度の変化のピーク値が得られる点をエッジ点として抽出し、２個のエッジ点間の間隔が所定の距離以内であるとき、前記エッジ点間の部分を区分線の候補とし、さらに、各走査線間におけるエッジ点の関係を評価して最終的に区分線を認識するようにしている。
【０００４】
また、画像に基づいて、車両が道路上の右側の通行区分を走行しているか左側の通行区分を走行しているかを認識する認識装置が提供されている（特開平８−３２０９９７号公報参照）。
この場合、画像の濃度を微分することによってエッジ点を抽出し、画像内において車両の付近に区分線が存在しそうな領域を設定し、該領域内の直線のうち、エッジ点の数が最大になる直線を区分線として検出するとともに、該区分線を更に直線上のエッジ点の数が周期的に変化しない区分線は実線であると判定し、周期的に変化する区分線は破線であると判定する。そして、例えば、車両の左右に区分線が存在し、かつ、右の区分線が実線であり、左の区分線が破線である場合、車両が右側の通行区分を走行していると認識し、左の区分線が実線であり、右の区分線が破線である場合、車両が左側の通行区分を走行していると認識するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の認識装置においては、車両に搭載されたカメラによって車両の前方を撮影し、撮影によって得られた画像に基づいて区分線を認識する場合、各走査線間におけるエッジ点の関係を評価して区分線を認識する必要があるので、処理に必要な時間が長くなり、高速処理を行うことが可能な演算回路が必要になる。
【０００６】
前記画像に基づいて、車両が道路上の右側の通行区分を走行しているか左側の通行区分を走行しているかを認識する場合、１本の区分線を一つの直線上に並ぶエッジ点群に基づいて検出するようにしているので、例えば、ガードレール、縁石等が路肩に存在していると、ガードレール、縁石等の画像によって、エッジ点が抽出されることになるので、区分線を誤って検出してしまうことがある。
【０００７】
また、区分線のかすれ、前記画像の乱れ等が存在すると、一時的に区分線を検出することができなくなるが、その場合、区分線が実線であるか破線であるかを判断することができなくなってしまう（ハンチング現象）。さらに、アルゴリズムが複雑であるので、演算回路に加わる負荷が大きくなる。
本発明は、前記従来の認識装置の問題点を解決して、コストを低くすることができ、信頼性を向上させることができるとともに、演算回路に加わる負荷を小さくすることができる自車位置認識装置、自車位置認識方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の自車位置認識装置においては、車両の前方を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって得られた画像に対してエッジ処理を行い、画像の境界が強調されたエッジ画像を作成するエッジ強調手段と、前記エッジ画像に基づいてエッジ直線を抽出する直線抽出手段と、前記エッジ直線間の距離が所定の範囲内に収まる場合に区分線を検出する区分線検出手段と、前記車両が走行している通行区分を区画する両側の各区分線の左縁及び右縁に対応させて、前記画像の下部の所定の範囲に少なくとも４個の探索領域を設定する探索領域設定手段と、前記区分線検出手段による検出結果に基づいて車両が走行している通行区分を判定する通行区分判定手段とを有する。
そして、前記探索領域設定手段は、区分線検出手段によって検出された区分線に対応させて探索領域の位置を更新する。
また、前記直線抽出手段は、設定された探索領域内においてエッジ直線を抽出する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態における自車位置認識装置の制御回路図である。
図において、１１は車両の前方を撮像する撮像手段としての例えば、ＣＣＤ等のカメラ、１２は該カメラ１１によって得られた画像に対してエッジ処理を行い、画像の境界が強調されたエッジ画像を作成する画像前処理プロセッサ、１３は該画像前処理プロセッサ１２によって作成されたエッジ画像等が記録されるメモリ、１４は該メモリ１３に記録されたエッジ画像から白線、黄線等の区分線、及び車両の通行区分等を認識する認識プロセッサ、１５は該認識プロセッサ１４を動作させるプログラムを記録するプログラム用メモリである。なお、前記メモリ１３及びプログラム用メモリ１５によって記録媒体が構成され、該記録媒体として磁気テープ、磁気ディスク、フロッピーディスク、磁気ドラム、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、光ディスク、ＩＣカード、光カード等を使用することもできる。
【００１４】
本実施の形態において、前記プログラム用メモリ１５には各種のプログラムが記録され、前記メモリ１３にはエッジ画像が記録されるようになっているが、各種のプログラム及びエッジ画像を同じ外部の記録媒体に記録することもできる。この場合、例えば、前記自車位置認識装置に図示されないフラッシュメモリを配設し、前記外部の記録媒体から前記各プログラム及びエッジ画像を読み出してフラッシュメモリに書き込むこともできる。したがって、外部の記録媒体を交換することによって前記各プログラム及びエッジ画像を更新することができる。
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態における自車位置認識装置の機能ブロック図、図３は本発明の第１の実施の形態における自車位置認識装置の動作を示すメインフローチャート、図４は本発明の第１の実施の形態における車両の前方を撮像することによって得られた画像の例を示す図、図５は本発明の第１の実施の形態における探索領域内のエッジ画像の例を示す図である。
【００１６】
図４に示されるように、ＣＣＤカメラ等のカメラ１１によって車両の前方が撮像され、前記カメラ１１によって得られた画像は、画像前処理プロセッサ１２（図２）に送られる。この場合、図４に示されるように、画像の左上が原点とされ、原点から右に向かってＸ軸が、下に向かってＹ軸が設定される。なお、図４において、２２は車両の左側の区分線、２２Ｌは該区分線２２の左縁、２２Ｒは前記区分線２２の右縁、２３は車両の右側の区分線、２３Ｌは該区分線２３の左縁、２３Ｒは前記区分線２３の右縁である。
【００１７】
そして、該画像前処理プロセッサ１２のエッジ強調手段１７は、前記画像内に矩（く）形の探索領域２４〜２７を設定し、探索領域２４〜２７内の画像に対してエッジ強調を行い、前記画像をエッジ画像に変換することによってエッジ画像を作成する。なお、前記エッジ強調は、ソベル変換、ラプラシアン変換等の手法を用いて行われ、画像において輝度が変化する境界が強調される。
【００１８】
この場合、探索領域２４は、区分線２２の左縁２２Ｌに対応するエッジ点を検出するために、探索領域２５は、区分線２２の右縁２２Ｒに対応するエッジ点を検出するために、探索領域２６は、区分線２３の左縁２３Ｌに対応するエッジ点を検出するために、探索領域２７は、区分線２３の右縁２３Ｒに対応するエッジ点を検出するために設定される。なお、説明の便宜上、図４においては、前記探索領域２４と探索領域２５とが、また、探索領域２６と探索領域２７とが上下にずらして示されているが、各探索領域２４〜２７のＹ座標は同じにされる。
【００１９】
そして、各探索領域２４〜２７の高さは、探索領域２４〜２７を道路上に射影したときに高速道路の通行区分を区画する破線の長さよりも短くなるように設定される。また、前記各探索領域２４〜２７の幅は高さと同じ程度にされるか、又は、車両が通行区分の中央を走行していると仮定した場合に、撮影される車線が探索領域内においてほぼ対角線になるように設定される。
【００２０】
さらに、各探索領域２４〜２７は、前記画像の全体の領域における下部の所定の範囲に設定するようになっていて、区分線２２、２３が検出されるたびに各探索領域２４〜２７の位置が更新される。したがって、Ｘ軸方向においては、各探索領域２４〜２７を前記画像の左端から右端までの全範囲にわたって移動させることができ、Ｙ軸方向においては、各探索領域２４〜２７を前記画像の下端から所定の範囲にわたって移動させることができる。そして、Ｘ軸方向における探索領域２４〜２７の位置の初期値は、車両が直進路の通行区分の中央を走行していると仮定した場合の区分線が存在する位置に基づいて設定され、前記プログラム用メモリ１５内にあらかじめ記録される。
【００２１】
なお、本実施の形態においては、エッジ処理を行うのに必要な時間を短くするために、画像内に探索領域２４〜２７を設定し、該探索領域２４〜２７内の画像に対してエッジ強調を行うようにしているが、画像の全体に対してエッジ強調を行った後、エッジ画像内に探索領域を設定することもできる。
次に、前記区分線２２の左縁２２Ｌ及び右縁２２Ｒ、並びに前記区分線２３の左縁２３Ｌ及び右縁２３Ｒに対応する各エッジ点を検出する方法について説明する。
【００２２】
まず、前記左縁２２Ｌ、２３Ｌに対応するエッジ点を検出するための探索領域２４、２６においては、探索領域２４、２６内に複数の走査線が設定され、前記認識プロセッサ１４の直線抽出手段１８は、直線抽出処理において、各走査線に沿って、左端から順に前記画像を構成する各画素についてエッジ強度を検査し、該各エッジ強度が所定の閾（しきい）値以上であるかどうかを判断する。そして、前記直線抽出手段１８は、エッジ強度が前記閾値以上である画素（以下「エッジ画素」という。）を検出し、該エッジ画素のＸ座標及びＹ座標をメモリ１３に書き込む。そして、検出されたエッジ画素が３個になると、その走査線についてのエッジ強度の検査を終了して次の走査線についてのエッジ強度の検査を開始する。このようにして、各走査線ごとに画像の左端から３個のエッジ画素が検出される。なお、１本の走査線について３個のエッジ画素が検出されないまま、探索領域２４、２６の右端に達した場合は、次の走査線についてのエッジ強度の検査を開始する。
【００２３】
ところで、前記ソベル変換、ラプラシアン変換等の手法を用いてエッジ強調を行うと、１本の走査線上における輝度の境界線付近において少なくとも２個のエッジ画素のエッジ強度が大きくなる。そこで、各走査線ごとにエッジ画素を３個だけ検出するようにしている。
したがって、探索領域２４、２６において左端から順に各エッジ画素についてエッジ強度を検査したときに、図５に示されるように、例えば、走査線Ａにおいてノイズによって１個目のエッジ画素ａが検出されても、その後、２個目のエッジ画素ｂ及び３個目のエッジ画素ｃが連続して検出された時点でエッジ画素ｂ、ｃによって左縁２２Ｌ、２３Ｌに相当するエッジ点を検出することができる。また、ノイズが無い場合には、例えば、走査線Ｂにおいて１個目のエッジ画素ｄ及び２個目のエッジ画素ｅが連続して検出された時点でエッジ画素ｄ、ｅによって左縁２２Ｌ、２３Ｌに相当するエッジ点を検出することができる。その後、３個目のエッジ画素ｆによってエッジ点が検出されるが、該エッジ点はノイズとなる。
【００２４】
また、前記右縁２２Ｒ、２３Ｒに対応するエッジ点を検出するための探索領域２５、２７においては、該探索領域２５、２７内に複数の走査線が設定され、前記認識プロセッサ１４の直線抽出手段１８は、直線抽出処理において、各走査線に沿って、右端から順に前記各画素についてエッジ強度を検査し、該各エッジ強度が所定の閾値以上であるかどうかを判断する。前記直線抽出手段１８は、エッジ画素を検出し、該エッジ画素のＸ座標及びＹ座標をメモリ１３に書き込む。そして、検出されたエッジ画素が３個になると、その走査線についてのエッジ強度の検査を終了して次の走査線についてのエッジ強度の検査を開始する。このようにして、各走査線ごとに画像の右端から３個のエッジ画素が検出される。なお、１本の走査線について３個のエッジ画素が検出されないまま、探索領域２５、２７の左端に達した場合は、次の走査線についてのエッジ強度の検査を開始する。
【００２５】
次に、前記直線抽出手段１８は、該探索領域２４〜２７内において検出されたエッジ点に基づいて、エッジ点の列から成る直線（以下「エッジ直線」という。）を抽出する。
なお、該エッジ直線は、前記エッジ点の列に基づいて抽出され、例えば、ハフ変換、最小自乗法等によって算出され、近似させられた直線の方程式によって表される。
【００２６】
この場合、区分線２２の左縁２２Ｌ及び右縁２２Ｒに対応するエッジ点を検出するために探索領域２４、２５が、区分線２３の左縁２３Ｌ及び右縁２３Ｒに対応するエッジ点を検出するために探索領域２６、２７が設定されるので、各エッジ直線を独立に抽出することができる。
前述されたように、本発明においては、各走査線ごとにすべてのエッジ点を検出する必要はなく、３個のエッジ点を検出するだけでよいので、エッジ直線を注出するための対象になるエッジ点の数を極めて少なくすることができる。したがって、直線注出処理の速度を高くすることができる。
【００２７】
また、前記左縁２２Ｌ、２３Ｌに対応するエッジ点を検出するために、探索領域２４、２５の左端から３個のエッジ画素を検出し、右縁２２Ｒ、２３Ｒに対応するエッジ点を検出するために、探索領域２４、２５の右端から３個のエッジ画素を検出するようになっている。そして、わずかなエッジ画素を検出するだけで、任意の区分線の左縁又は右縁の近傍のエッジ点を高い確率で検出することができる。なお、図５においては、走査線Ａ上において、１個のエッジ画素ａによってノイズが、２個のエッジ画素ｂ、ｃによって左縁２２Ｌに対応するエッジ点が検出される。また、走査線Ｂ上において、２個のエッジ画素ｄ、ｅによって左縁２２Ｌに対応するエッジ点が、１個のエッジ画素ｆによってノイズが検出される。
【００２８】
この場合、１本の走査線に対して検出されるエッジ画素を３個にしているが、該エッジ画素の数は、カメラ１１によって得られた画像に対してエッジ処理を行ったときに走査線上に出現するエッジ画素の数の平均値にほぼ等しい値にされる。なお、図５においては、走査線上に出現するエッジ画素の数の平均値は２であるが、仮に、エッジ画素を２個だけ検出するようにすると、ノイズに対応するエッジ画素が１個存在する場合、残りの１個のエッジ画素を検出するだけで左縁２２Ｌに対応するエッジ点を検出することが必要になり、ノイズを検出するためのエッジ画素とエッジ点を検出するためのエッジ画素との区別がつかなくなってしまう。したがって、エッジ点を高い確率で検出することができない。そこで、本実施の形態においては、１本の走査線に対して検出されるエッジ画素が３個にされる。
【００２９】
また、本実施の形態においては、４個の探索領域２４〜２７が設定されるようになっているが、１個の長い探索領域を設定し、区分線２２、２３の左縁２２Ｌ、２３Ｌ及び右縁２２Ｒ、２３Ｒに対するエッジ点を検出することもできる。
次に、前記認識プロセッサ１４の区分線検出手段１９は、区分線検出処理において、１本の区分線の右縁を表していると推定されるエッジ直線（以下「右エッジ直線」という。）と左縁を表していると推定されるエッジ直線（以下「左エッジ直線」という。）との間のエッジ直線間の距離δを算出して、該距離δが所定の範囲内に収まるかどうかを判断する。
【００３０】
そして、前記距離δが所定の範囲内に収まる場合は、前記エッジ直線は区分線によるものであると判定し、区分線を検出する。この場合、前記距離δを算出し、該距離δが所定の範囲内に収まるかどうかを判断するだけでよいので、区分線を検出するための処理に必要な時間を短くすることができるだけでなく、高速処理を行うことが可能な演算回路を使用する必要がなくなる。したがって、自車位置認識装置のコストを低くすることができるだけでなく、自車位置認識装置の信頼性を高くすることができる。しかも、アルゴリズムを簡素化することができるので、演算回路に加わる負荷を小さくすることができる。さらに、１本の区分線を２本のエッジ直線によって検出しているので、例えば、ガードレール、縁石等が路肩に存在していても、それらを区分線と誤って検出してしまうことがなくなる。したがって、自車位置認識装置の信頼性を向上させることができる。
【００３１】
なお、前記距離δが所定の範囲内に収まるだけでなく、右エッジ直線が左エッジ直線より右に存在する場合に、前記エッジ直線が区分線によるものであると判定し、区分線を検出するようにしてもよい。
また、抽出されたエッジ直線が区分線によるものであると判断されると、前記認識プロセッサ１４の探索領域設定手段２１は、探索領域設定処理において、前記区分線検出手段１９の判定結果に基づいて、エッジ直線が探索領域２４〜２７内の設定位置、例えば、中央に位置するように、次回の探索領域２４〜２７の位置を更新する。したがって、探索領域設定手段２１によって探索領域２４〜２７の位置を連続的に更新することにより、探索領域２４〜２７において区分線を追跡することができる。
【００３２】
また、エッジ直線が抽出されない場合でも、過去の所定回数のエッジ直接抽出処理において、エッジ直線が抽出されている場合は、そのうちの最新のエッジ直線の方程式に基づいて、探索領域２４〜２７の位置を更新し、最新のエッジ直線の位置を探索領域２４〜２７の中央に置く。したがって、区分線のかすれ、前記画像の乱れ等によって一時的にエッジ直線を抽出することができない場合でも、その後、エッジ直線が再び抽出されたときに、速やかに区分線の追跡を開始することができる。
【００３３】
なお、エッジ直線が抽出された後、設定された時間が経過してもエッジ直線が抽出されない場合は探索領域２４〜２７の位置を更新する。
また、認識プロセッサ１４の通行区分判定手段２０の図示されない実線・破線判定手段は、実線・破線判定処理において、区分線検出手段１９が継続して区分線を検出しているか、定期的に区分線を検出しているかを判断し、継続して区分線を検出している場合、該区分線は実線であると判定し、定期的に区分線を検出している場合、該区分線は破線であると判定する。
【００３４】
次に、前記通行区分判定手段２０は通行区分を判定する。すなわち、通行区分判定手段２０は、車両の右側の区分線が実線であり、かつ、左側の区分線が破線である場合は、車両は中央分離帯寄りの通行区分を走行していると認識し、車両の右側の区分線が破線であり、かつ、車両の左側の区分線が実線である場合は、車両は路肩寄りの通行区分を走行していると認識し、また、車両の左右の区分線が共に破線である場合は、車両は三つ以上の通行区分から成る道路において路肩寄り及び中央分離帯寄り以外の通行区分を走行していると認識し、さらに、車両の左右の区分線が共に実線である場合は、車両は一つの通行区分から成る道路を走行していると認識する。
【００３５】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ 撮像手段によって得られた画像を取り込む。
ステップＳ２ エッジ強調を行う。
ステップＳ３ エッジ点を検出する。
ステップＳ４ エッジ直線を抽出する。
ステップＳ５ 区分線検出処理を行う。
ステップＳ６ 探索領域更新処理を行う。
ステップＳ７ 実線・破線判定処理を行う。
ステップＳ８ 通行区分判定処理を行う。
【００３６】
次に、ステップＳ４のエッジ直線の抽出及びステップＳ５の区分線検出処理のサブルーチンについて説明する。
図６は本発明の第１の実施の形態における区分線検出処理のサブルーチンを示すフローチャート、図７は本発明の第１の実施の形態における区分線検出処理の説明図である。なお、この場合、区分線２２（図４）を検出する例について説明する。
【００３７】
図において、２４は探索領域、３０は左縁２２Ｌに対応する複数のエッジ画素３０ａから成る左エッジ画素群、３１は右縁２２Ｒに対応する複数のエッジ画素３１ａから成る右エッジ画素群である。そして、前記左エッジ画素群３０と右エッジ画素群３１とによって挟まれた部分が区分線２２に対応する。
そして、本実施の形態において、直線抽出手段１８（図１）は、前記左エッジ画素群３０のうち、エッジ点に位置するエッジ画素３０ａの座標に基づいてハフ変換を行い、左エッジ直線３２を検出する。また、前記右エッジ画素群３１のうち、エッジ点に位置するエッジ画素３１ａの座標に基づいてハフ変換を行い、右エッジ直線３３を検出する。
【００３８】
なお、前記ハフ変換においては、ハフ投票空間における最大投票数が少ないと、左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３を誤検出してしまうので、最大投票数が設定値以下である場合にハフ変換を行わないようにしている。前記設定値は、例えば、探索領域２４〜２７の高さ方向の画素数の１／３にされる。
このようにして、左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３が検出されると、直線抽出手段１８は、探索領域２４、２５の中心のＹ座標（ＹSW）における左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３の各Ｘ座標（ＸＬＬ）、（ＸＬＲ）を、それぞれ左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３の代表点として算出する。
【００３９】
次に、直線抽出手段１８は、前記代表点間のエッジ直線間の距離δ
δ＝ＸＬＲ−ＸＬＬ
を算出し、該距離δが所定の範囲内に収まるかどうかを判断する。
この場合、該所定の範囲の下限値は、区分線２２の幅に相当する画像上の幅と等しくされ、上限値は、前記区分線２２の幅の３倍に相当する画像上の幅と等しくされる。上限値を、前記区分線２２の幅の３倍に相当する画像上の幅と等しくするのは、中央分離帯を示す白線の左右に追越禁止区域であることを表す黄線が併せて塗布されることがあり、このとき、推定される区分線の幅は、白線の幅と左右の２本の黄線の幅とを合計した値になるからである。
【００４０】
そして、前記距離δが前記所定の範囲内に収まる場合、直線抽出手段１８は、抽出された左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３によって区分線２２を認識することができると判断する。また、前記距離δが前記所定の範囲内に収まらない場合、直線抽出手段１８は、抽出された左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３によって区分線２２を認識することができないと判断する。
【００４１】
なお、左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３を抽出することができない場合、区分線２２を認識することができないと判断する。
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ５−１ 左エッジ直線３２のＸ座標（ＸＬＬ）を算出する。
ステップＳ５−２ 右エッジ直線３３のＸ座標（ＸＬＲ）を算出する。
ステップＳ５−３ 左エッジ直線３２のＸ座標（ＸＬＬ）と右エッジ直線３３のＸ座標（ＸＬＲ）との差が所定範囲内に収まるかどうかを判断する。所定範囲内に収まる場合はステップＳ５−４に、所定範囲内に収まらない場合はステップＳ５−５に進む。
ステップＳ５−４ 区分線を認識する。
ステップＳ５−５ 区分線を認識しない。
【００４２】
次に、図３のステップＳ７における実線・破線判定処理について説明する。
図８は本発明の第１の実施の形態における実線・破線判定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
この場合、検出された区分線２２（図４）が実線であるか破線であるかを判定する。そのために、区分線検出手段１９（図１）内には、区分線検出処理において区分線２２が検出されたときに１になり、検出されなかったときに０になる変数Ｚ（ｉ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）が用意され、該変数Ｚ（ｉ）によって過去のｎ回分の区分線２２の検出結果を表すことができるようになっている。
【００４３】
そして、区分線検出手段１９は、過去のｎ回分の前記変数Ｚ（ｉ）の合計Ｚsum を算出し、該合計Ｚsum に基づいて、検出された区分線２２が実線であるか破線であるかを判定する。なお、検出された区分線２２が実線である場合は、理想的には変数Ｚ（ｉ）は常に１であるので、合計Ｚsum はｎになる。
また、区分線２２が破線である場合には、区分線２２の検出が周期的に検出されるので、合計Ｚsum はｎ／２に近い値になる。実際には、道路上の区分線のかすれ等によって区分線２２が常に検出されるとは限らないので、例えば、前記合計Ｚsum が０．７ｎ以上である場合は、区分線２２が実線であると判定し、合計Ｚsum が０．７ｎより小さく０．３ｎ以上である場合は、区分線２２が破線であると判定する。また、合計Ｚsum が０．３ｎより小さい場合は、区分線２２を検出することができないと判断する。そして、前記区分線検出手段１９は、前記区分線２３が実線であるか破線であるかの判定を同様の手順で行う。
【００４４】
なお、値ｎは、探索領域２４、２５に破線が表れると仮定した場合に、破線が少なくとも２回は探索領域２４、２５に表れる時間に相当する数とする。このとき、例えば、車速ｖを入力として画像処理のサンプリングタイムをＴS とした場合に、値ｖ・ｎ・ＴS が一定になるように値ｎを調整することができる。
この場合、前記値ｖ・ｎ・ＴS は、ｎ回のサンプリングの間に車両が進む距離を表していて、この距離がほぼ破線二つ分の距離に相当するように値ｎが調整される。
【００４５】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ７−１ 変数Ｚ（ｉ）に１をセットする。
ステップＳ７−２ 区分線２２が検出されたかどうかを判断する。区分線２２が検出された場合はステップＳ７−３に、検出されていない場合はステップＳ７−４に進む。
ステップＳ７−３ 変数Ｚ（１）を１にする。
ステップＳ７−４ 変数Ｚ（１）を０にする。
ステップＳ７−５ 変数Ｚ（ｉ）の合計Ｚsum を計算する。
ステップＳ７−６ 合計Ｚsum が０．７ｎ以上であるかどうかを判断する。合計Ｚsum が０．７ｎ以上である場合はステップＳ７−８に、０．７より小さい場合はステップＳ７−７に進む。
ステップＳ７−７ 合計Ｚsum が０．７ｎより小さく０．３ｎ以上であるかどうかを判断する。合計Ｚsum が０．７ｎより小さく０．３ｎ以上である場合はステップＳ７−９に、合計Ｚsum が０．３ｎより小さい場合はステップＳ７−１０に進む。
ステップＳ７−８ 実線であると判定する。
ステップＳ７−９ 破線であると判定する。
ステップＳ７−１０ 区分線２２を検出することができないと判断する。
ステップＳ７−１１ ｉに１を加算する。
【００４６】
次に、通行区分判定手段２０による通行区分判定処理について説明する。
この場合、通行区分判定手段２０によって探索領域２４〜２７の位置の更新が行われる。そのために、各探索領域２４〜２７ごとに、過去のｍ回分の直線抽出処理において抽出された左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３のうち、最も新しい左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３の方程式がメモリ１３に記録される。そして、通行区分判定手段２０は、各探索領域２４〜２７ごとに中心のＹ座標（ＹSW）における左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３の各Ｘ座標（ＸSW）を算出し、算出されたＸ座標（ＸSW）を、次回の直線抽出処理における探索領域２４〜２７の中心とする。
【００４７】
このようにして、探索領域２４〜２７が更新されるので、抽出された左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３を常に探索領域２４〜２７の中心に置くことができる。
なお、過去のｍ回とも左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３を検出することができなかった場合、メモリ１３内に記録されている探索領域２４〜２７の位置を更新する。また、過去のｍ回のうちの最新の情報が用いられるので、区分線２２、２３のかすれ、撮像によって得られた画像の乱れ等によって一時的に左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３を抽出することができない場合でも、その後、左エッジ直線３２及び右エッジ直線３３が再び抽出されたときに、速やかに区分線２２、２３の追跡を開始することができる。したがって、区分線２２、２３を認識することができる確率を高くすることができる。
【００４８】
前記値ｍとしては、区分線２２、２３が破線である場合、ｍ回分の直線抽出処理を行っている間に、破線と破線との間の切れ目から抜け出ることができるだけの時間に相当する数以上とする。なお、前記値ｍと値ｎとを等しくすることもできる。
また、更新された探索領域２４〜２７が画像の中央、又は画像の端部に達した場合、車両が通行区分を変更した可能性が高いので、探索領域２４〜２７の位置を更新する。
【００４９】
次に、車両が通行区分を変更したことを判断することができるようにした本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。図９は本発明の第２の実施の形態における車両の前方を撮像することによって得られた画像の例を示す図である。
【００５０】
図において、５２、５３は車両の左側の区分線、５２Ｌは該区分線５２の左縁、５２Ｒは前記区分線５２の右縁、２３は車両の右側の区分線、２３Ｌは該区分線２３の左縁、２３Ｒは前記区分線２３の右縁である。前記区分線５２は破線であり、区分線２３、５３は実線である。
車両が中央分離帯寄りから路肩寄りへ通行区分を変更する場合、破線の区分線５２を認識するのに必要な探索領域２４、２５は画像の中央に移動し、同時に、実線の区分線２３を認識するのに必要な探索領域２６、２７は画像の右側の端部に移動させられる。
【００５１】
そこで、認識プロセッサ１４（図２）の図示されない通行区分変更調査手段は、探索領域２４、２５が画像の中央に移動した時点で、車両が通行区分を変更したと判断する。そして、通行区分の変更が終了した後に、前記探索領域２４〜２７において車両の左右の新たな区分線を直ちに認識することができるように、探索領域２４〜２７の位置を初期値にする。
【００５２】
一方、車両が路肩寄りから中央分離帯寄りへ通行区分を変更する場合、破線の区分線を認識するのに必要な探索領域２６、２７は画像の中央に移動し、同時に、実線の区分線を認識するのに必要な探索領域２４、２５は画像の左側の端部に移動させられる。
このように、探索領域２４〜２７の位置が画像の中央に移動したかどうかを判断するだけで、車両が通行区分を変更したかどうかを判断することができる。
【００５３】
したがって、車両がどの通行区分を走行しているかを認識することができるので、走行している通行区分に対応させてエンジン、自動変速機等の制御の内容、開始位置等を変更することができる。また、本発明をナビゲーション装置に適用し、走行している通行区分に対応させて経路案内の内容、開始位置等を変更したり、検出された現在位置を補正したりすることもできる。例えば、左折するべき案内交差点に差し掛かるときに、中央分離帯寄りの通行区分を走行している場合には、通常より手前の位置で経路案内を開始するようにすることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、自車位置認識装置においては、車両の前方を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって得られた画像に対してエッジ処理を行い、画像の境界が強調されたエッジ画像を作成するエッジ強調手段と、前記エッジ画像に基づいてエッジ直線を抽出する直線抽出手段と、前記エッジ直線間の距離が所定の範囲内に収まる場合に区分線を検出する区分線検出手段と、前記車両が走行している通行区分を区画する両側の各区分線の左縁及び右縁に対応させて、前記画像の下部の所定の範囲に少なくとも４個の探索領域を設定する探索領域設定手段と、前記区分線検出手段による検出結果に基づいて車両が走行している通行区分を判定する通行区分判定手段とを有する。
そして、前記探索領域設定手段は、区分線検出手段によって検出された区分線に対応させて探索領域の位置を更新する。
また、前記直線抽出手段は、設定された探索領域内においてエッジ直線を抽出する。
【００５５】
この場合、車両の前方を撮像し、得られた画像からエッジを抽出し、画像の境界が強調されたエッジ画像を作成するようにしている。また、前記エッジ画像に基づいてエッジ直線を抽出し、該エッジ直線間の距離が所定の範囲内に収まる場合に区分線を検出する。
【００５６】
したがって、エッジ直線間の距離を算出し、該エッジ直線間の距離が所定の範囲内に収まるかどうかを判断するだけでよいので、区分線を検出するための処理に必要な時間を短くすることができるだけでなく、高速処理を行うことが可能な演算回路を使用する必要がなくなる。その結果、自車位置認識装置のコストを低くすることができるだけでなく、自車位置認識装置の信頼性を高くすることができる。しかも、アルゴリズムを簡素化することができるので、演算回路に加わる負荷を小さくすることができる。さらに、ガードレール、縁石等が路肩に存在していても、区分線を誤って検出してしまうことがなくなるので、自車位置認識装置の信頼性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における自車位置認識装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における自車位置認識装置の制御回路図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における自車位置認識装置の動作を示すメインフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態における車両の前方を撮像することによって得られた画像の例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における探索領域内のエッジ画像の例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における区分線検出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施の形態における区分線検出処理の説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における実線・破線判定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施の形態における車両の前方を撮影することによって得られた画像の例を示す図である。
【符号の説明】
１１ カメラ
１３ メモリ
１５ プログラム用メモリ
１７ エッジ強調手段
１８ 直線抽出手段
１９ 区分線検出手段
２０ 通行区分判定手段
２１ 探索領域設定手段
２２、２３、５２、５３ 区分線
２２Ｌ、２３Ｌ、５２Ｌ 左縁
２２Ｒ、２３Ｒ、５２Ｒ 右縁
２４〜２７ 探索領域
３２ 左エッジ直線
３３ 右エッジ直線
Claims (6)
- 車両の前方を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって得られた画像に対してエッジ処理を行い、画像の境界が強調されたエッジ画像を作成するエッジ強調手段と、前記エッジ画像に基づいてエッジ直線を抽出する直線抽出手段と、前記エッジ直線間の距離が所定の範囲内に収まる場合に区分線を検出する区分線検出手段と、前記車両が走行している通行区分を区画する両側の各区分線の左縁及び右縁に対応させて、前記画像の下部の所定の範囲に少なくとも４個の探索領域を設定する探索領域設定手段と、前記区分線検出手段による検出結果に基づいて車両が走行している通行区分を判定する通行区分判定手段とを有するとともに、前記探索領域設定手段は、区分線検出手段によって検出された区分線に対応させて探索領域の位置を更新し、前記直線抽出手段は、設定された探索領域内においてエッジ直線を抽出することを特徴とする自車位置認識装置。
- 前記探索領域設定手段は、区分線検出手段によって区分線を検出することができないとき、所定の条件が満たされるまで前記探索領域を保持し、所定の条件が満たされると、前記探索領域の位置を初期値にする請求項１に記載の自車位置認識装置。
- 前記通行区分判定手段は、前記区分線検出手段が継続して区分線を検出している場合に、該区分線は実線であると判定し、前記区分線検出手段が定期的に区分線を検出している場合に、該区分線は破線であると判定する実線・破線判定手段を備える請求項１に記載の自車位置認識装置。
- 前記通行区分判定手段は、車両が走行している通行区分を区画する両側の区分線が実線であるか破線であるかの判断に基づいて通行区分を判定する請求項３に記載の自車位置認識装置。
- 車両の前方を撮像し、得られた画像に対してエッジ処理を行い、画像の境界が強調されたエッジ画像を作成し、車両が走行している通行区分を区画する両側の各区分線の左縁及び右縁に対応させて、前記画像の下部の所定の範囲に少なくとも４個の探索領域を設定し、該探索領域内の前記エッジ画像に基づいてエッジ直線を抽出し、該エッジ直線間の距離が所定の範囲内に収まる場合に区分線を検出し、該区分線の検出結果に基づいて、車両が走行している通行区分を判定するとともに、検出された区分線に対応させて探索領域の位置を更新し、設定された探索領域内においてエッジ直線の抽出を行うことを特徴とする自車位置認識方法。
- プロセッサを、車両の前方を撮像する撮像手段によって得られた画像に対してエッジ処理を行い、画像の境界が強調されたエッジ画像を作成するエッジ強調手段、前記エッジ画像に基づいてエッジ直線を抽出する直線抽出手段、前記エッジ直線間の距離が所定の範囲内に収まる場合に区分線を検出する区分線検出手段、前記車両が走行している通行区分を区画する両側の各区分線の左縁及び右縁に対応させて、前記画像の下部の所定の範囲に少なくとも４個の探索領域を設定する探索領域設定手段、並びに前記区分線検出手段による検出結果に基づいて車両が走行している通行区分を判定する通行区分判定手段として機能させるとともに、前記探索領域設定手段は、区分線検出手段によって検出された区分線に対応させて探索領域の位置を更新し、前記直線抽出手段は、設定された探索領域内においてエッジ直線を抽出することを特徴とするプログラム。
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