JP4791086B2 - Collision avoidance system - Google Patents

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Description

本発明は、車両に設けられ、他車及び障害物のうち、少なくとも一方との衝突を回避することが可能な衝突回避システムである。 The present invention is a collision avoidance system provided in a vehicle and capable of avoiding a collision with at least one of another vehicle and an obstacle .

日本における交通事故発生率は今だ高いものであり、ドライバーの不注意による前方車両への衝突事故の割合が高い。その対応として各種センサを用いた衝突回避システムが提案されてきた。       The incidence of traffic accidents in Japan is still high, and there is a high percentage of collisions with vehicles ahead due to driver's carelessness. As a countermeasure, collision avoidance systems using various sensors have been proposed.

交通事故の発生が最も多い交差点などで適応可能なITSシステムとして、見通しの悪い交差点においても、相手車両の存在を早期に認知できる装置が特許化されている。(
参考) 車両運転支援システム 特開 特許公開2005−35497
As an ITS system that can be applied at intersections where traffic accidents occur most frequently, a device has been patented that can quickly recognize the presence of a partner vehicle even at intersections with poor visibility. (
reference) Vehicle driving support system Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-35497

上記衝突回避システムにおいては、前方に照射した光ビームを検出することにより自車の予測軌跡や他車との衝突の危険を早期に認知することができる。この場合、
光ビームはノイズに影響されず安定した検出率が求められる。また、障害物や陥没による路面の凹凸により光ビーム点列の形状が変化しても、各光ビームのIDを認識しなければならない。また、自車や他車の光ビームは同一の波長帯域であるが、これらは光ビームの全体形状などを考慮して自車・他車と区別して検出されるべきである。
In the collision avoidance system, it is possible to recognize the predicted trajectory of the own vehicle and the danger of a collision with another vehicle at an early stage by detecting the light beam irradiated forward. in this case,
The light beam is not affected by noise and requires a stable detection rate. Further, even if the shape of the light beam point sequence changes due to obstacles or road surface irregularities due to depressions, the ID of each light beam must be recognized. In addition, the light beams of the own vehicle and other vehicles have the same wavelength band, but these should be detected separately from the own vehicle and other vehicles in consideration of the overall shape of the light beam.

しかしながら、上記衝突回避システムにおいてノイズが生じたときに遠近差やノイズの影響を除去する装置が検討されていない。また、光ビームのIDを判別することも検討されていないため、凹凸によるビーム点列の変化や、他車との光ビームの交差を自動認識することが困難である。           However, an apparatus for removing the influence of the perspective difference and noise when noise occurs in the collision avoidance system has not been studied. In addition, since it has not been studied to determine the ID of the light beam, it is difficult to automatically recognize the change in the beam point sequence due to the unevenness or the intersection of the light beam with another vehicle.

そこで、本発明は上記問題を解決し、道路路面上に照射した光ビームを精度良く検出し、かつ前方の障害物によるビーム点列の全体形状の変化を精度良く検出し、かつ他車両との光ビーム点列の交差を検出することにより車両衝突の危険を自動的に認識する機能を追加した、画像センサとレーザーによる衝突回避システムを提供することを課題とする。       Therefore, the present invention solves the above problems, accurately detects the light beam irradiated on the road surface, accurately detects changes in the overall shape of the beam point sequence due to obstacles ahead, and It is an object of the present invention to provide a collision avoidance system using an image sensor and a laser, to which a function of automatically recognizing the danger of a vehicle collision by detecting the intersection of light beam point sequences is added.

上記課題を解決するために、本発明の衝突回避システムは、車両に設けられ、他車及び障害物のうち、少なくとも一方との衝突を回避する衝突回避システムであって、前記車両の走行方向側の地面にレーザーを照射することで、複数のレーザー点からなるレーザー点列を、前記複数のレーザー点を結んだ線分が略台形の形状をなす形で、前記地面に投影するレーザー投影装置と、前記レーザー点列を撮影する撮影装置と、前記撮影装置によって撮影された画像に基づいて、前記複数のレーザー点の各座標を取得する画像処理装置と、を備え、前記撮影装置により撮影された前記レーザー点列を検出レーザー点列、前記地面が平面である場合の前記レーザー点列を推定レーザー点列と定義した場合において、前記画像処理装置では、前記検出レーザー点列を構成する複数の検出レーザー点と、前記推定レーザー点列を構成する複数の推定レーザー点とを各々対応付けるDPマッチングを行い、前記DPマッチングにおいては、前記検出レーザー点列によって形成される前記略台形の上底における両側の角の座標、前記検出レーザー点列によって形成される前記略台形の上底における片側の角の座標、又は前記推定レーザー点列が形成する前記略台形の上底における片側の角の座標のうち、いずれかの座標を基準点とし、前記基準点に対する前記複数の検出レーザー点の各距離及び各方向、及び前記基準点に対する前記複数の推定レーザー点の各距離及び各方向を前記DPマッチングの要素として用いる事により、前記複数の検出レーザー点と前記複数の推定レーザー点とを各々対応付け、さらに、前記画像処理装置では、前記検出レーザー点列を構成する前記検出レーザー点のうち、少なくとも一点の座標が取得できない場合に、前記一点の座標に前記一点に対応する前記推定レーザー点の座標を適用し、前記複数の検出レーザー点の座標もしくは前記推定レーザー点の座標を適用した複数の検出レーザー点の座標に囲まれる領域を、前記車両が前記走行方向に走行した際の車両領域として特定し、前記車両領域に前記推定レーザー点列に類似しないレーザー点を検出した場合に、他車との衝突の危険性があるとの判定を行い、前記各検出レーザー点の座標の時系列変化量が閾値を超えた時に障害物が存在するとの判定を行うことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the collision avoidance system of the present invention is provided on the vehicle, among other vehicle and the obstacle, a collision avoidance system that avoid collision with at least one, the running direction of the vehicle A laser projection apparatus for projecting a laser dot sequence composed of a plurality of laser points onto the ground in a shape in which a line segment connecting the plurality of laser points forms a substantially trapezoidal shape by irradiating the ground on the side with a laser And an image processing device that images the laser point sequence, and an image processing device that acquires the coordinates of the plurality of laser points based on an image captured by the image capturing device, and is captured by the image capturing device. Further, when the laser point sequence is defined as a detection laser point sequence and the laser point sequence when the ground is a plane is defined as an estimated laser point sequence, the image processing apparatus is configured to detect the detection level. DP matching is performed by associating a plurality of detection laser points constituting the laser point sequence with a plurality of estimated laser points constituting the estimated laser point sequence, and the DP matching is formed by the detection laser point sequence. Coordinates of corners on both sides of the upper base of the substantially trapezoid, coordinates of corners on one side of the upper base of the substantially trapezoid formed by the detection laser point sequence, or the upper base of the substantially trapezoid formed by the estimated laser point sequence Among the coordinates of the corners on one side of each of the reference points, the distances and directions of the plurality of detection laser points with respect to the reference points, the distances of the plurality of estimated laser points with respect to the reference points, and By using each direction as the DP matching element, the plurality of detection laser points and the plurality of estimated laser points are associated with each other. Further, the image processing apparatus, of the detection laser points constituting the detection laser point sequence, if it can not obtain the coordinates of at least one point, the coordinates of the estimated laser point corresponding to the one point to the coordinates of the single point And a region surrounded by the coordinates of the plurality of detection laser points or the coordinates of the plurality of detection laser points to which the coordinates of the estimated laser points are applied is specified as a vehicle region when the vehicle travels in the traveling direction. And determining that there is a risk of collision with another vehicle when a laser point that is not similar to the estimated laser point sequence is detected in the vehicle region, and the amount of time-series change in the coordinates of each detected laser point It is characterized in that it is determined that an obstacle exists when the value exceeds a threshold value.

上記の画像処理による車両衝突回避システムは、光ビーム画像の他に光ビームを消去した画像を同時に取得し、この2枚の画像を比較することにより光ビーム以外のノイズを除去することができ、車両前方の状況を安定して認識することが可能である。 The forward collision avoidance system according to the image processing acquires an image erasing light beam other light beams images simultaneously, it is possible to remove noise other than light beams by comparing the two images It is possible to stably recognize the situation ahead of the vehicle.

上記の画像処理による車両衝突回避システムは、DPマッチングにおいて特徴的なDPパスを用いて計算を行うことにより、光ビームの欠落・挿入を検出し、光ビーム点列の状態を正確に認識することが可能である。 The forward collision avoidance system according to image processing by performing a calculation using the characteristic DP paths in the DP matching, it detects a missing-insertion of the light beam, recognize exactly the state of the light beam point sequence It is possible.

上記の画像処理による車両衝突回避システムは、特殊な工学フィルタを通して撮影した画像を自動で認識するため、ドライバーが目視でフィルタ画像を確認する必要がない。 The forward collision avoidance system according to image processing is to automatically recognize the photographed image through a special engineering filter drivers do not need to check the filter images visually.

本発明によれば、レーザー点列の描写エリアを警戒することにより、どの角度か
ら機械が接近しても衝突を察知することができ、従来の技術に比べて汎用的な衝突
回避システムを実現できる。また、交通事故で問題視されていた交差点での衝突・
前方車両への衝突という、事故率の高いシーン全てに効果が期待できる。日本の交
通事故は、交差点で起こるものが46.5%を占めており、最も問題視されている
状況に直接効果があるので、有効的だと考えられる。
According to the present invention, it is possible to detect a collision even if the machine approaches from any angle by vigilance of the drawing area of the laser dot sequence, and it is possible to realize a general-purpose collision avoidance system compared to the conventional technology. . In addition, collisions at intersections that were considered problematic in traffic accidents
The effect can be expected in all scenes with a high accident rate, such as a collision with the vehicle ahead. Japanese traffic accidents occur at intersections, accounting for 46.5%, and are considered effective because they have a direct effect on the most problematic situations.

交差点・車線変更時・追越・前方不注意による追突などのシーンにおいて、点列の描写領域に障害物や他車両の描写点列の侵入を防ぐことにより,交差点・車線変更・追越・追突事故等を防ぐことができ,安全な交通社会が実現できる. ドライバーの利点として,自車両が走行する予想軌跡を実景の中で確認することが可能であるため,安心感を得られる.狭い道を通れるかどうかの判断や,自車両が車線のどこを走っているかを確認できるため,運転技術の向上に繋がると考えられる.
本発明では、単眼カメラとレーザーを組み合わせることにより精度良く障害物ま
での距離・障害物の大きさなどを推定することができる。
In scenes such as intersections, lane changes, overtaking, and rear-end collisions due to carelessness, it is possible to prevent intersections and lane changes, overtaking, and rear-end collisions by preventing intrusion of obstacles and other vehicles in the point-description area. Accidents can be prevented and a safe transportation society can be realized. As a driver's advantage, it is possible to confirm the expected trajectory of the vehicle traveling in the actual scene, so that a sense of security can be obtained. Since it can be judged whether it can pass a narrow road and where the own vehicle is running in the lane, it is thought to lead to improvement of driving technology.
In the present invention, a monocular camera and a laser are combined to accurately obstruct the obstacle.
It is possible to estimate the distance, the size of the obstacle, etc.

レーザーの形状により路面状況を判別することができる。路面の状態に応じて駆動部などを制御して、ドライバーのための快適な運転支援につなげる。           The road surface condition can be determined by the shape of the laser. By controlling the drive unit according to the road surface condition, it will lead to comfortable driving support for the driver.

以下、この発明を図面に基づいて説明する。図1は本発明の実施形態の構成を示すプロトタイプ車両であり、距離測定装置として用いるカメラ一台と特殊レーザー装置とを用いた場合を示す。図1において、1が電子式カメラであり自車の前部に前方を向いて設定されており、カメラの設置位置・設置角度が指定通り一定の状態で設置されている。画像の取得は、特殊なフィルタを通した2枚の画像を取得する。1つはレーザーの周波数帯付近を強調して撮影した画像と、もう1つはレーザーの周波数帯をカットして撮影した画像である。この画像はシャッタータイミングの同期を取って得られるため、同時刻で取得される。2は車両前方に照射するレーザー投影装置であり、車両前部に前方を向いて設置されている。プロトタイプ車では、楕円形状の点列レーザーを投影するグリーンYAGレーザーを用いている。実施例では、このレーザーは可視レーザーである。レーザーは日常環境において人体に影響が無い程度に出力を落として使用する。2のレーザーはYAGレーザーでなくても、昼間の環境でも1のカメラで撮影できる光であれば、そのレーザー装置で本発明を構成することもできる。3はシステム制御装置であり、画像処理の結果を元に4のブレーキECUに停止の命令を送る。4は車両データ(ドライバー操作量と車両状態量)を3へ提供し、3からの指示により自動的にブレーキを作動する。5は画像処理装置であり、1から得られた2枚の画像を処理して車両前方の状況を把握する。前方に危険や路面状態を察知した場合はドライバーに警告を与え、3に制御信号を送信する。図2に図1の装置部分のみを示す。         The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a prototype vehicle showing a configuration of an embodiment of the present invention, and shows a case where one camera used as a distance measuring device and a special laser device are used. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an electronic camera, which is set to face the front of the host vehicle, and is set in a fixed state as specified by the camera installation position and installation angle. Image acquisition is performed by acquiring two images through a special filter. One is an image photographed with emphasis on the vicinity of the laser frequency band, and the other is an image photographed by cutting the laser frequency band. Since this image is obtained by synchronizing the shutter timing, it is acquired at the same time. Reference numeral 2 denotes a laser projection device that irradiates the front of the vehicle, and is installed facing the front at the front of the vehicle. The prototype vehicle uses a green YAG laser that projects an elliptical point sequence laser. In an embodiment, the laser is a visible laser. The laser is used with its output reduced to the extent that it does not affect the human body in the daily environment. Even if the laser of 2 is not a YAG laser, as long as it can shoot with the camera of 1 even in a daytime environment, the laser device can constitute the present invention. A system control device 3 sends a stop command to the brake ECU 4 based on the result of image processing. 4 provides vehicle data (driver operation amount and vehicle state amount) to 3, and automatically activates a brake in response to an instruction from 3. Reference numeral 5 denotes an image processing apparatus which processes two images obtained from 1 to grasp the situation ahead of the vehicle. When a danger or road surface condition is detected ahead, a warning is given to the driver and a control signal is sent to 3. FIG. 2 shows only the device portion of FIG.

以下、まずこの実施形態に用いる数々の演算手段と方法について説明し、それからフローチャートに基づいて全体の演算の流れを説明する。図3はレーザー投影装置(前記レーザー投影装置2に相当)が照射するレーザー点列の一例であり、式1はレーザー投影装置の設置状態を考慮し、レーザー投影位置の世界座標(x, y)からカメラ座標(x’, y’)に変換する式を示している。なお、レーザー形状はハンドルの切り角と車両速度により変化し、自車が約1秒後に存在する車両領域を描画する。また、前方に障害物が存在する場合、レーザー形状は任意に変化する。         Hereinafter, first, a number of calculation means and methods used in this embodiment will be described, and then the overall calculation flow will be described based on a flowchart. FIG. 3 is an example of a laser point sequence irradiated by a laser projection apparatus (corresponding to the laser projection apparatus 2). Equation 1 represents the world coordinates (x, y) of the laser projection position in consideration of the installation state of the laser projection apparatus. 3 shows an expression for converting from camera coordinates (x ′, y ′). The laser shape changes depending on the turning angle of the steering wheel and the vehicle speed, and draws a vehicle area where the own vehicle exists about 1 second later. In addition, when there is an obstacle ahead, the laser shape changes arbitrarily.

式1Formula 1





















レーザー装置から投影されるレーザー点列を、特殊カメラ(図1の1に相当)で撮影する。レーザーの取得形式の簡略図を図4に示す。図4のように、一方はレーザーの周波数帯を強調するフィルタを通して撮影し(以後レーザー強調画像と呼ぶ)、昼間の輝度の高い状態でもレーザーが取得できるようにする。もう一方で、レーザーの周波数帯を消去するフィルタを通して撮影を行い(以後レーザー消去画像と呼ぶ)、レーザー強調画像との差分を取ることにより本発明のレーザー装置が投影するレーザーのみを取得する。カメラのシャッタータイミングは同期が取られており、同時刻の画像を取得することができる。         The laser point sequence projected from the laser device is photographed with a special camera (corresponding to 1 in FIG. 1). A simplified diagram of the laser acquisition format is shown in FIG. As shown in FIG. 4, one of the images is photographed through a filter that enhances the frequency band of the laser (hereinafter referred to as a laser enhanced image) so that the laser can be acquired even in a daytime high luminance state. On the other hand, imaging is performed through a filter that erases the frequency band of the laser (hereinafter referred to as a laser erased image), and only the laser projected by the laser apparatus of the present invention is obtained by taking the difference from the laser enhanced image. The shutter timing of the camera is synchronized, and an image at the same time can be acquired.

まず、前記の画像からレーザー形状を検出する方法について説明する。       First, a method for detecting the laser shape from the image will be described.

レーザー検出処理の流れを図5に示す。レーザー強調画像は、特定の光のみを撮影するために比較的画像全体が暗い。そのため、特徴抽出処理を行ってからレーザー消去画像との差分を取った方が、レーザー形状が鮮明に撮影できる。実施例では、まず画像のコントラストを上げる目的で画像正規化を行う。レーザー強調画像は、画像の輝度に偏りが見られることが多いため、その傾向を考慮した式により正規化を行う。         The flow of the laser detection process is shown in FIG. The laser-enhanced image is relatively dark because the specific image is taken only. Therefore, the laser shape can be clearly captured by taking the difference from the laser erased image after performing the feature extraction process. In the embodiment, first, image normalization is performed for the purpose of increasing the contrast of the image. Since the laser-enhanced image often has a bias in the luminance of the image, normalization is performed using an equation that takes that tendency into account.

正規化は、Xinが入力輝度、Xoutが出力輝度として画像の濃淡範囲を[c, d]から[a, b]に変える場合、式2のようになる。ヒストグラムの平均Ave・標準偏差σを求め、Ave±2σの範囲を正規化範囲とし、それ以下の輝度は0に設定し、それ以上の輝度は255に設定する。正規化範囲はピクセル全体の90%以上を包括するため、効率良く画像のコントラストを上げることができる。レーザー消去画像も同様に画像正規化を行う。       Normalization is expressed by Equation 2 when changing the shade range of an image from [c, d] to [a, b] where Xin is input luminance and Xout is output luminance. The average Ave / standard deviation σ of the histogram is obtained, the range of Ave ± 2σ is set as the normalization range, the luminance below it is set to 0, and the luminance above it is set to 255. Since the normalization range covers 90% or more of the entire pixel, the contrast of the image can be increased efficiently. Image normalization is similarly performed for laser-erased images.

式2Formula 2













次に、画像の重ね合わせについて配慮する。走行中の振動により、装置内の配置にずれが生じ、レーザー強調画像とレーザー消去画像が同一シーンを撮影できていない状態が懸念される。そこで、実施例では両画像に対して特徴点抽出フィルタを施し、両画像の特徴点対応付けを行うことにより片側の画像に最適に重ねあわせるための射影変換行列を求める。実施例では、レーザー消去画像に対してこの行列で画像の座標変換を行い、レーザー強調画像に最適な状態で重ね合わせる。         Next, consideration is given to the overlay of images. Due to vibration during running, the arrangement in the apparatus is displaced, and there is a concern that the laser-enhanced image and the laser-erased image cannot capture the same scene. Therefore, in the embodiment, a feature point extraction filter is applied to both images, and a feature conversion matrix for optimally superimposing the images on one side is obtained by associating the feature points of both images. In the embodiment, image transformation is performed on the laser-erased image using this matrix, and the laser-enhanced image is superimposed in an optimum state.

次に、画像に対して平滑化フィルタを施す。ひび割れの多い道路や、表面がざらざらした道路では、レーザーの他に多くの雑音を検出してしまう場合がある。そこで、
画像に対して平滑化フィルタを施して画像の輝度変化を大まかなものにする。この処理により、画像の細かい雑音を消去することができる。
Next, a smoothing filter is applied to the image. On roads with many cracks or rough surfaces, many noises may be detected in addition to the laser. Therefore,
A smoothing filter is applied to the image to roughly change the luminance of the image. By this processing, fine noise in the image can be eliminated.

次に、両画像のエッジ検出を行う。これにより画像に撮影された特徴的な形を持つレーザーの輪郭を抽出することができる。レーザー強調画像のエッジ画像では、レーザーの形状の他に道路上の白線や文字、アスファルトのひび割れなどを検出することが考えられる。レーザー形状以外のエッジを消去するために、レーザー消去画像のエッジを利用する。レーザー消去画像のエッジには、レーザー形状以外のエッジが抽出されるので、これらのエッジ画像の差分を取ることにより、レーザー形状のみを抽出することができる。しかし、車体の振動等による画像座標のずれにより、差分を取ってもレーザー形状以外のものが残る場合がある。このような僅かなずれによるエッジノイズを除去するために、レーザー消去画像のエッジ領域を膨張させる。これにより、僅かなずれが生じても、白線などのエッジを消去することができる。(以下、この処理で得られた画像を差分画像と呼ぶ。)
差分画像からレーザー形状を検出する。検出法としては、レーザーの特徴を考慮した方法としてテンプレートマッチングなどが考えられる。図6のように、差分画像からテンプレートに類似した形状を探索する。その他の手法として、形状の輪郭、レーザーの大きさ、輝度分布などを考慮して判別することも可能である。このようにして、レーザー強調画像とレーザー消去画像からレーザーを検出する。なお、レーザーは昼間のような周辺輝度の高い状態でも、夜間でも検出することができるため、本発明は照明条件に依存しにくい。
Next, edge detection of both images is performed. As a result, it is possible to extract the outline of the laser having a characteristic shape photographed in the image. In the edge image of the laser-enhanced image, it is conceivable to detect white lines and characters on the road, asphalt cracks, etc. in addition to the shape of the laser. In order to erase edges other than the laser shape, the edge of the laser erased image is used. Since edges other than the laser shape are extracted from the edges of the laser erased image, only the laser shape can be extracted by taking the difference between these edge images. However, due to the deviation of the image coordinates due to the vibration of the vehicle body or the like, there may be a case where something other than the laser shape remains even if the difference is taken. In order to remove edge noise due to such a slight shift, the edge region of the laser erased image is expanded. Thereby, even if a slight shift occurs, an edge such as a white line can be erased. (Hereinafter, an image obtained by this processing is called a difference image.)
The laser shape is detected from the difference image. As a detection method, template matching or the like can be considered as a method considering the characteristics of the laser. As shown in FIG. 6, a shape similar to the template is searched from the difference image. As another method, it is possible to make a determination in consideration of the contour of the shape, the size of the laser, the luminance distribution, and the like. In this way, the laser is detected from the laser enhanced image and the laser erased image. Note that the present invention is less dependent on the illumination conditions because the laser can be detected in a high ambient luminance such as daytime or at night.

この車載レーザーの状態を車載カメラで自動認識することで,車両の危険回避を実
現する。例として、もし車両前方に障害物があれば、路面に描写したレーザーは車載
カメラに歪んで映るので、それを本発明の画像処理システムで自動認識してドライバ
ーに危険を通知し、ブレーキ制御などをかける。また、自車レーザーと他車レーザー
が交差した場合、車両の衝突事故の危険性があるので、ドライバーに通知してブレー
キやハンドルを制御し、危険回避動作を行う。障害物衝突時と他車両接近時のレーザー形状の画像を図7に示す。
By automatically recognizing the state of this in-vehicle laser with an in-vehicle camera, vehicle danger can be avoided. As an example, if there is an obstacle in front of the vehicle, the laser depicted on the road surface will appear distorted on the on-board camera, and this will be automatically recognized by the image processing system of the present invention to notify the driver of the danger and brake control. And so on. In addition, if the vehicle's laser and the other vehicle's laser intersect, there is a risk of a vehicle collision. Therefore, the driver will be notified and the brakes and steering wheel will be controlled to perform the danger avoidance operation. FIG. 7 shows images of laser shapes at the time of obstacle collision and when approaching another vehicle.

レーザーを検出後、自車領域の検出を行う必要がある。以下にその理由と検出方法を示す。         After detecting the laser, the vehicle area needs to be detected. The reason and detection method are shown below.

本発明では、同様のシステムを装備した車両との、交差点などでの衝突を事前に検出できる。衝突判定では、自車レーザーと他車レーザーの交差を検出する必要がある。そこで、常に自車領域を明確に判別することが重要である。以下、自車領域の検出方法について示す。         In the present invention, a collision at an intersection or the like with a vehicle equipped with a similar system can be detected in advance. In the collision determination, it is necessary to detect the intersection of the own vehicle laser and the other vehicle laser. Therefore, it is important to always clearly distinguish the own vehicle area. Hereinafter, the detection method of the own vehicle area will be described.

レーザー投影装置では、レーザーを照射する際、照射したレーザーの画像座標を計算する。実施例においてレーザーは20点の点列で照射されるため、20点分の座標を得ることができる。しかし、この座標は前方が平面であるときの画像座標であるため、以下この画像を推定座標と呼ぶことにする。この推定座標に類似した座標や配置を持つレーザー点列が自車レーザーであり、それ以外は他車レーザーであると判断できる。         In the laser projector, when irradiating a laser, the image coordinates of the irradiated laser are calculated. In the embodiment, since the laser is irradiated with a sequence of 20 points, coordinates for 20 points can be obtained. However, since these coordinates are image coordinates when the front is a plane, this image is hereinafter referred to as estimated coordinates. It can be determined that the laser point sequence having coordinates and arrangement similar to the estimated coordinates is the own vehicle laser, and the others are the other vehicle lasers.

自車領域を求めるためには、レーザー推定座標と検出座標の対応付けを行うことが必要である。そのために実施例ではDPマッチングを用いる。DPマッチングとは、リファレンスとインプットの対応付けを行う技術である。本発明において、リファレンスは推定座標であり、インプットは検出座標になる。ここで重要となるのは、DPマッチングに用いる要素とDPパスの設定である。本発明において、DPマッチングの要素には「基準点からの距離及び方向」を用いる。手順としてはじめに、基準点を求める必要がある。画像から得られるレーザーの全体形状は、台形の形状を示す。この点列において特徴的な部分は、台形上部の角周辺である。よって、検出座標から推定座標配置と比較して、台形の角を探索する。その様子を図8に示す。類似しているとする要素としては、点同士の距離と角度に注目する。この処理により検出したレーザー検出点を台形形状の角すなわち基準点として設定する。         In order to obtain the own vehicle area, it is necessary to associate the estimated laser coordinates with the detected coordinates. Therefore, DP matching is used in the embodiment. DP matching is a technique for associating a reference with an input. In the present invention, the reference is an estimated coordinate and the input is a detected coordinate. What is important here is the setting of elements and DP paths used for DP matching. In the present invention, “distance and direction from the reference point” is used as a DP matching element. First of all, it is necessary to obtain a reference point as a procedure. The overall shape of the laser obtained from the image shows a trapezoidal shape. A characteristic part in this point sequence is around the corner of the upper trapezoid. Thus, the trapezoidal corner is searched from the detected coordinates in comparison with the estimated coordinate arrangement. This is shown in FIG. Pay attention to the distance and angle between points as similar elements. Laser detection points detected by this processing are set as trapezoidal corners, that is, reference points.

自然の輝度環境やレーザーが障害物で隠れる(オクルージョン)状態では、前記の角検出で角を検出することができない場合もある。通常は左角・右角を検出することができるが、片側しか検出できない状態や、両角とも検出できない場合に備えて条件を決めておく。両角を検出した場合は、両角を基準点とし、レーザー形状の右側、左側に分けてDPマッチングを行う。片側のみ角を検出できた場合は片側のみを基準点とし、レーザー形状全体に対してDPマッチングを行う。両角とも検出できない場合は、推定点の片側を基準点と設定して、レーザー形状全体に計算を行う。以下、角検出により検出された検出点を基準点と呼ぶ。         In a natural luminance environment or a state where the laser is hidden by an obstacle (occlusion), the angle may not be detected by the angle detection. Normally, the left and right corners can be detected, but conditions are determined in preparation for a state where only one side can be detected or when both corners cannot be detected. When both corners are detected, DP matching is performed separately on the right and left sides of the laser shape with both corners as reference points. When corners can be detected on only one side, DP matching is performed on the entire laser shape using only one side as a reference point. If both corners cannot be detected, one side of the estimated point is set as a reference point, and calculation is performed on the entire laser shape. Hereinafter, a detection point detected by corner detection is referred to as a reference point.

検出した基準点からの距離及び方向を各検出レーザーに対して求める。使用する要素を図9に示す。検出点における基準点からのx方向、y方向の距離をdx、dy、角度をθ、推定点の基準点からの距離をdx’、dy’、角度をθ’とすると、検出点と推定点の距離Dの計算は式3のようになる。         The distance and direction from the detected reference point are determined for each detection laser. The elements used are shown in FIG. If the distance from the reference point in the x direction and y direction is dx, dy, the angle is θ, the distance from the reference point of the estimation point is dx ', dy', and the angle is θ ', the detection point and the estimation point The distance D is calculated as shown in Equation 3.

式3Formula 3











検出点・推定点の全ての点においてDを計算する。式3において、検出点iと推定点jを用いて計算された値をDijとし、全てのパターンにおいてDijを計算し、i行j列のマトリックスを作成する。         Calculate D at all points of the detected and estimated points. In Expression 3, the value calculated using the detection point i and the estimation point j is set to Dij, and Dij is calculated for all patterns to create a matrix of i rows and j columns.

本来DPマッチングとは弾性的な性質があり,図10のようなDPパスを用いる場合が多い。しかし、全体的な対応が成立するように推定点と検出点の対応付けを行ってしまうため、一般的なパスは本発明に適していない。しかし、本発明のDPでは推定点と検出点の1対1対応の関係を貴重とするために、図11のようなDPパスを用いた。これにより、推定点と検出点の対応をほぼ完璧に行うことができる。図11
のようなDPパスを用いてグローバルディスタンスを計算し、バックトレー
スすることにより推定座標と検出座標の対応付けを行う。
DP matching is inherently elastic and often uses a DP path as shown in FIG. However, since an estimated point and a detected point are associated with each other so that overall correspondence is established, a general path is not suitable for the present invention. However, in the DP of the present invention, a DP path as shown in FIG. 11 is used in order to make the one-to-one correspondence relationship between the estimation point and the detection point valuable. Thereby, the correspondence between the estimated point and the detected point can be performed almost perfectly. Fig. 11
The global distance is calculated using the DP path as shown above, and the estimated coordinates are associated with the detected coordinates by back-tracing.

DPマッチングにより推定点と検出点の対応付けを行えば、どのレーザーがどのような状態であるのかを認識することができる。例えば、レーザーが白線上に描写される場合、レーザー形状が検出できずにレーザーをロストし、レーザー形状の誤検出の原因になることがある。しかし、どの位置の点がロストしているのかを理解していれば、その部分を推定座標で補ってレーザーの全体形状を保つことができる。         If the estimated points and the detected points are associated by DP matching, it is possible to recognize which laser is in what state. For example, when a laser is depicted on a white line, the laser shape may not be detected, and the laser may be lost, causing a false detection of the laser shape. However, if the position of the point that is lost is understood, the entire shape of the laser can be maintained by supplementing that portion with the estimated coordinates.

また、推定座標と検出座標の位置を比較し、障害物検出に利用することが可能であるため、DPマッチングで推定座標と検出座標を対応付けることは有効である。         In addition, since the estimated coordinates and the detected coordinates can be compared and used for obstacle detection, it is effective to associate the estimated coordinates with the detected coordinates by DP matching.

次に、障害物検出について示す。自車レーザーの座標変化の時系列変化を観測することにより、前方の障害物を検出する。処理の流れを図12に示す。図12の(a)は障害物検出の流れを示している。DPマッチングで自車のレーザーIDを正確に検出し、過去数フレームの間の変化を観察して各IDのレーザーの時系列変化を求める。変化を観測するのは図12(b)の横線部である。その平均(Ave)と標準偏差(σ)を求める。計算された変化は、過去数フレーム分を図12(c)のリングバッファに格納し、常に過去のフレーム変化を計算できるようにする。画像座標変化がAveやσから見た、図12の(d)により、レーザー変化の許容値を超えるような大きな変化を見せた場合に,障害物と判定を行う。移動方向により凹凸を判定することも可能である。また、その変化したレーザーIDにより、車体から何メートルの位置に障害物があるかを判別することができる。さらに、変化量により障害物の大きさを推定することができる。         Next, obstacle detection will be described. Obstacles ahead are detected by observing time-series changes in the coordinate changes of the vehicle laser. The flow of processing is shown in FIG. FIG. 12A shows the flow of obstacle detection. The laser ID of the vehicle is accurately detected by DP matching, and changes in the past several frames are observed to determine the time series change of each ID laser. The change is observed in the horizontal line part of FIG. The average (Ave) and standard deviation (σ) are obtained. As for the calculated change, the past several frames are stored in the ring buffer of FIG. 12 (c) so that the past frame change can always be calculated. When the image coordinate change is seen from Ave and σ and a large change exceeding the allowable value of the laser change is shown by (d) in FIG. 12, it is determined as an obstacle. It is also possible to determine the unevenness according to the moving direction. In addition, it is possible to determine how many meters away from the vehicle body the obstacle is based on the changed laser ID. Further, the size of the obstacle can be estimated from the amount of change.

自車領域の内側に他車レーザーを検出した場合、他車両との衝突の危険性があるとして危険回避制御をかける。DPマッチングにより自車領域を明確にすることができ、その中に予期しないレーザーを検出した場合、それを他車のレーザーとして判別する。       When the other vehicle laser is detected inside the own vehicle area, risk avoidance control is applied because there is a risk of collision with another vehicle. The own vehicle region can be clarified by DP matching, and when an unexpected laser is detected in the region, it is determined as a laser of another vehicle.

レーザーが現れた位置などにより、ブレーキの強弱などを制御し事故回避につなげる。     Depending on the position of the laser, etc., the brake strength can be controlled to avoid accidents.

上述の発明は、ITSシステムとして車両の衝突を回避するシステムとして利用可能である。また,その他の移動物体に取り付け、さまざまな障害物認識・衝突回避システムとしての利用可能性がある。       The above-described invention can be used as a system for avoiding a vehicle collision as an ITS system. Also, it can be attached to other moving objects and used as various obstacle recognition and collision avoidance systems.

レーザー投影装置を搭載したプロトタイプ車両Prototype vehicle equipped with a laser projector レーザー投影装置の内部構成図Laser projector internal configuration diagram レーザー形状の例Laser shape examples レーザー強調画像とレーザー消去画像Laser enhanced image and laser erased image 差分画像取得の処理フローDifference image acquisition process flow テンプレートマッチングによるレーザー検出Laser detection by template matching 障害物衝突時と交差時のレーザー形状Laser shape at the time of obstacle collision and crossing 角検出Corner detection DPマッチングに用いる要素抽出とローカルディスタンスの定義Element extraction and local distance definition for DP matching 一般的に用いられる対称型DPパスCommonly used symmetric DP path 本発明で用いるDPパスDP path used in the present invention 障害物検出アルゴリズムObstacle detection algorithm

Claims (1)

車両に設けられ、他車及び障害物のうち、少なくとも一方との衝突を回避する衝突回避システムであって、
前記車両の走行方向側の地面にレーザーを照射することで、複数のレーザー点からなるレーザー点列を、前記複数のレーザー点を結んだ線分が略台形の形状をなす形で、前記地面に投影するレーザー投影装置と、
前記レーザー点列を撮影する撮影装置と、
前記撮影装置によって撮影された画像に基づいて、前記複数のレーザー点の各座標を取得する画像処理装置と、を備え、
前記撮影装置により撮影された前記レーザー点列を検出レーザー点列、前記地面が平面である場合の前記レーザー点列を推定レーザー点列と定義した場合において、
前記画像処理装置では、前記検出レーザー点列を構成する複数の検出レーザー点と、前記推定レーザー点列を構成する複数の推定レーザー点とを各々対応付けるDPマッチングを行い、
前記DPマッチングにおいては、
前記検出レーザー点列によって形成される前記略台形の上底における両側の角の座標、前記検出レーザー点列によって形成される前記略台形の上底における片側の角の座標、又は前記推定レーザー点列によって形成される前記略台形の上底における片側の角の座標のうち、いずれかの座標を基準点とし、
前記基準点に対する前記複数の検出レーザー点の各距離及び各方向、及び前記基準点に対する前記複数の推定レーザー点の各距離及び各方向を前記DPマッチングの要素として用いる事により、前記複数の検出レーザー点と前記複数の推定レーザー点とを各々対応付け
さらに、前記画像処理装置では、前記検出レーザー点列を構成する前記検出レーザー点のうち、少なくとも一点の座標が取得できない場合に、前記一点の座標に前記一点に対応する前記推定レーザー点の座標を適用し、
前記複数の検出レーザー点の座標もしくは前記推定レーザー点の座標を適用した複数の検出レーザー点の座標に囲まれる領域を、前記車両が前記走行方向に走行した際の車両領域として特定し、
前記車両領域に前記推定レーザー点列に類似しないレーザー点を検出した場合に、他車との衝突の危険性があるとの判定を行い、
前記各検出レーザー点の座標の時系列変化量が閾値を超えた時に障害物が存在するとの判定を行う
ことを特徴とする衝突回避システム。
Provided in the vehicle, among other vehicle and the obstacle, a collision avoidance system that avoid collision with at least one,
By irradiating the ground on the traveling direction side of the vehicle with a laser, a laser dot sequence composed of a plurality of laser points is formed on the ground in a shape in which a segment connecting the plurality of laser points forms a substantially trapezoidal shape. A laser projection device for projecting;
An imaging device for imaging the laser dot sequence;
An image processing device that acquires each coordinate of the plurality of laser points based on an image photographed by the photographing device;
When the laser point sequence photographed by the imaging device is defined as a detection laser point sequence, and the laser point sequence when the ground is a plane is defined as an estimated laser point sequence,
In the image processing device, DP matching is performed in which a plurality of detection laser points constituting the detection laser point sequence and a plurality of estimation laser points constituting the estimation laser point sequence are associated with each other,
In the DP matching,
Coordinates of corners on both sides of the upper base of the substantially trapezoid formed by the detection laser point sequence, coordinates of corners on one side of the upper base of the substantially trapezoid formed by the detection laser point sequence, or the estimated laser point sequence Among the coordinates of the corners on one side of the upper base of the substantially trapezoid formed by
By using each distance and each direction of the plurality of detection laser points with respect to the reference point and each distance and each direction of the plurality of estimated laser points with respect to the reference point as elements of the DP matching, the plurality of detection lasers A point and each of the plurality of estimated laser points ,
Further, in the image processing apparatus, when at least one coordinate of the detection laser points constituting the detection laser point sequence cannot be acquired, the coordinate of the estimated laser point corresponding to the one point is set as the coordinate of the one point. Apply,
A region surrounded by the coordinates of the plurality of detection laser points or the coordinates of the plurality of detection laser points to which the coordinates of the estimated laser points are applied is specified as a vehicle region when the vehicle travels in the traveling direction,
When a laser point that is not similar to the estimated laser point sequence is detected in the vehicle area, it is determined that there is a risk of collision with another vehicle,
It is determined that there is an obstacle when the time series change amount of the coordinates of each detection laser point exceeds a threshold value ,
A collision avoidance system characterized by that.
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