JP4797049B2 - 道路標示認識装置 - Google Patents

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Description

本発明は、道路標示を認識する装置に関する。
ナビゲーションの高精度化に伴い、複数の車線がある道路を走行中に、自車が走行車線を走行中か追い越し車線を走行中か、車線を特定したい要望が高まっている。
車線を分離する境界線には、白線以外に、例えば追い越し禁止の橙線が用いられる場合があり、自車が走行中に、この白と橙の区別が必要となる。
ここで、境界線が白であるか橙であるかを、自車にカメラを搭載して、カラー画像から色処理をすることにより区別する技術がある(特許文献1参照)。特許文献1では、カメラで撮像した道路のカラー画像から、色の特徴量が近似する領域を抽出し、この領域のカラー成分間の乖離度を縮小するようにホワイトバランス処理をしたカラー画像から境界線の色を判定する。そして、道路周辺の構造物や車両のヘッドライトなどにより、道路の一部に影ができた場合にも、例えば白線,橙線の境界線の区別ができ、自車の走行車線の特定ができることが記載されている。
特開2006−338555号公報
特許文献1によれば、朝日,夕日,トンネル内のネオン灯等により道路全体が色づく場合、色の特徴量が近似する領域が道路全体となるため、カメラで撮像したカラー画像から色の特徴量が近似する領域でRGB値それぞれについて、補正係数を用いたホワイトバランス処理により色を判定する方法では、複雑な処理が加わり処理負荷が増大する、という課題がある。
そこで、本発明の目的は、色の特徴量が近似する領域が道路全体となるような状況であっても、処理負荷をかけることなく、境界線の色を判定できる道路標示認識装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。
車載カメラが撮影した画像の処理を行う画像処理部を備える道路標示認識装置において、画像処理部は、基準となる道路標示の第1の色情報比を記憶し、自車が走行している道路上の道路標示の画像から、当該道路標示の第2の色情報比を算出し、第1及び第2の色情報比に基づいて補正係数を算出し、画像中の色判定を行うべき領域の第3の色情報比を算出し、第3の色情報比を補正係数に基づいて第4の色情報比に補正し、第4の色情報比と第1の色情報比に基づいて領域の色判定を行う。
本発明によれば、色の特徴量が近似する領域が道路全体となるような状況であっても、処理負荷をかけることなく、境界線の色を判定できる道路標示認識装置を提供することができる。
以下、実施例を、図面を参照して説明する。
図1は、システムを示すブロック図である。
100はナビゲーション装置(以下、ナビと略す)、200は道路標示認識装置である。ナビ100は、認識要求送信部101,各種情報通知部102,GPS(Global Positioning System)103,データベース(以下、DBと称す)104、及び、更新部105を備え、道路標示認識装置200は、画像処理部201,カメラ制御部202、及びカメラ203を備える。
認識要求送信部101は、GPS103から現在位置情報111を、DB104から地図データ112と道路標示位置データ113を取得し、該当する道路情報の位置と道路標示の種別を出力し、画像処理部201へ送信する。
各種情報通知部102は、時刻情報114,降雨情報115,照明情報(シャッター速度,ゲインの制御信号を含む)116,車両情報117を取得し、画像処理部201とカメラ制御部202へ送信する。尚、これらの情報の取得方法については限定しない。
カメラ制御部202は、各種情報通知部102から受信した各種情報114〜117に基づいてカメラ203を制御する。
画像処理部201は、認識要求送信部101と各種情報通知部102とカメラ203が取得した画像211のデータから、画像中の特徴量を抽出し、テンプレートマッチングにより、該当の道路標示の認識を実行する。
認識が成功すると、道路標示種別ID,道路標示までの距離、及び、道路標示の角度(214)を更新部105に通知して、更新部105は、DB104の道路標示位置データ113を更新する。これにより、ナビ100の精度が向上する。
図2は、画像処理部201のフローを示す図、図3〜図5は、道路標示の認識結果の例を示す図である。ここでは、自車が走行する車線の境界線が、走行車線を分離する白色の境界線と追い越し禁止の橙色の境界線が存在する場合について説明する。又、車両に搭載されるカメラは、カラー画像を取得し、この処理にはRGB(Rは赤色,Gは緑色,Bは青色)色空間を用いる。
以下、実施例1で説明するRGBの比は、RとG,GとB,BとRの比R/G,G/B,B/Rを総称した値であり、図2の処理フローで使用する記号は、下記の通りである。
標準的に白ペイントされる道路標示のRGB比の固定値であるRGB_白は、R/G_白,G/B_白,B/R_白。
標準的に橙ペイントされる道路標示のRGB比の固定値であるRGB_橙は、R/G_橙,G/B_橙,B/R_橙。
道路標示の取得画像認識結果のRGB比であるRGB_白obj(実測値)は、R/G_白obj,G/B_白obj,B/R_白obj。
RGB_白とRGB_白objとの補正係数であるrgb_wは、r/g_w(=(R/G_白obj)/(R/G_白)),g/b_w(=(G/B_白obj)/(G/B_白)),b/r_w(=(B/R_白obj)/(B/R_白))。
境界線の取得画像のRGB比であるRGB_lane(実測値)は、R/G_lane,G/B_lane,B/R_lane。
rgb_wで補正された境界線のRGB比であるRGB_compは、(R/G_lane)×(r/g_w),(G/B_lane)×(g/b_w),(B/R_lane)×(b/r_w)。
RGB_compとRGB_白の差であるRGB_白εは、(R/G_lane)×(r/g_w)−(R/G_白),(G/B_lane)×(g/b_w)−(G/B_白),(B/R_lane)×(b/r_w)−(B/R_白)。
RGB_compとRGB_橙の差であるRGB_橙εは、(R/G_lane)×(r/g_w)−(R/G_橙),(G/B_lane)×(g/b_w)−(G/B_橙),(B/R_lane)×(b/r_w)−(B/R_橙)。
まず、画像処理部201は、標準的に白色でペイントされる道路標示(菱形の予告標示,横断歩道,停止線,矢印等)のR,G,B値から算出したRGB_白と、標準的に橙色でペイントされる車線の境界線のR,G,B値から算出したRGB_橙を、予め基準の固定値として記憶しておく(S11)。
次に、認識要求送信部101から道路標示(白色)の認識要求を受信し(S12)、当該道路標示の画像をカメラによって取得し(S13)、当該道路標示に対して取得画像から特徴量の抽出や認識判定処理等により画像認識を実行し(S14)、認識した道路標示のR,G,B値からRGB_白objを算出し(S15)、RGB_白に対するrgb_wを算出する(S16)。
次に、境界線の画像をカメラによって取得し(S17)、当該境界線に対して取得画像から特徴量の抽出や認識判定処理等により画像認識を実行し(S18)、認識した境界線のR,G,B値からRGB_laneを算出する(S19)。そして、RGB_laneをrgb_wで補正することにより、RGB_白と同じRGB比の条件になるようにRGB_compを算出する(S20)。
次に、補正されたRGB_compとRGB_白の絶対値を比較し(S21)、許容値RGB_白ε以内の場合、境界線を白色と判定し(S22)、RGB_白ε以内でない場合、RGB_白の絶対値を比較し(S23)、許容値RGB_橙ε以内の場合、境界線を橙色と判定し(S24)、それ以外の場合、境界線を白色,橙色以外と判定し(S25)、処理を終了する。
尚、S11については、一旦固定値として定めてしまえば、使い回しされるため、毎回の処理に現れるステップではない。
図3〜図5は、白色でペイントされた菱形道路標示310と境界線320,橙色でペイントされた境界線330の道路上を走行し、道路上に照射される光が異なる場合の処理結果を示す。ここで、S11で得られたRGB_白及びRGB_橙は、図3〜図5で共通の固定値であるとする。又、図3(A)の状況で算出された値には数値の後に添字のAを、図4(A)の状況で算出された値には添字のBを、図5(A)の状況で算出された値には添字のCを付加する。
図3(A)は、RGB_白となる光300が、道路上全体に照射されている状況であり、図3(B)は結果を示す。
行30及び行31は、それぞれ、S11で得られたRGB_白及びRGB_橙を示す。行32は、S15で算出されたRGB_白objAを、行33は、S16で算出されたrgb_wAを示す。
図3では、光300がRGB_白になると仮定しているので、RGB_白objA=RGB_白,rgb_wA=1となる。
以下、行34,36,38は、境界線320の判定に関する値を格納し、行35,37,39は、境界線330の判定に関する値を格納するものとする。
行34は、S19で算出されたRGB_白laneAを示す。ここでは、上記仮定の下、RGB_白laneA=RGB_白となる。
行36は、S20で算出されたRGB_白compAを示す。ここでは、上記仮定の下、RGB_白compA=RGB_白となる。
行38は、S21で算出されたRGB_白compAとRGB_白の絶対値及びRGB_白εの比較結果を示す。ここでは、当該絶対値がRGB_白ε以内であるため、境界線320は白色であると判定する(S22)。
行35は、S19で算出されたRGB_橙laneAを示す。ここでは、上記仮定の下、RGB_橙laneA=RGB_橙となる。
行37は、S20で算出されたRGB_橙compAを示す。ここでは、上記仮定の下、補正値RGB_橙compA=RGB_橙となる。
行39は、S21で算出されたRGB_橙compAとRGB_橙の絶対値及びRGB_橙εの比較結果を示す。ここでは、当該絶対値がRGB_白ε以内でないため、RGB_橙compAとRGB_橙の絶対値が算出される。そして、当該絶対値がRGB_橙ε以内であるため、境界線330は橙色であると判定する(S22)。
図4(A)は、道路全体が朝日や夕日によって橙色の光400に照射され、白色と橙色の境界線が区別しづらい状況であり、図4(B)は結果を示す。
尚、道路上の色が目に見えて変化している場合の他、曇天や照明など種々の色温度の光が道路上全体に照射され、色や温度によって白色のRGB値が異なる場合も同様である。
行40及び行41は、それぞれ、S11で得られたRGB_白及びRGB_橙を示す。行42は、S15で算出されたRGB_白objBを、行43は、S16で算出されたrgb_wBを示す。
以下、行44,46,48は、境界線320の判定に関する値を格納し、行45,47,49は、境界線330の判定に関する値を格納するものとする。
行44はS19で算出されたRGB_白laneBを、行46はS20で算出されたRGB_白compBを、行48はS21で算出されたRGB_白compBとRGB_白の絶対値及びRGB_白εの比較結果を示す。ここでは、RGB_白compB=RGB_白objBとなるので、当該絶対値はRGB_白ε以内であり、境界線320は白色であると判定する(S22)。
行45はS19で算出されたRGB_橙laneBを、行47はS20で算出されたRGB_橙compBを、行49はS21で算出されたRGB_橙compBとRGB_橙の絶対値及びRGB_橙εの比較結果を示す。まず、白の道路標示とRGB_白εが比較され(S21)、結果はNOとなり、S23に移行する。rgb_wは、道路上に照射される光のRGB比のずれ具合を表しているので、RGB_橙compB=RGB_橙となり、|RGB_橙compB−RGB_橙|はRGB_橙ε以内であり、境界線330は橙色であると判定する(S24)。
尚、RGB_白εとRGB_橙εを設定する理由は、道路上にペイントされる標示の色は、白や橙などの限られた色が採用されており、必ずしも|RGB_comp−RGB_白|や|RGB_comp−RGB_橙|が0にならなくても、許容値以内なら色の判定をするようにしているためである。
図5(A)は、道路上が色々な光で照射される(例えば、トンネル内を人工光であるネオン灯により一部が照射される)状況であり、図5(B)は結果を示す。
図5(B)の処理及び結果は、図4(B)と比較して、RGB_白objBがRGB_白objC、rgb_wBがrgb_wC、RGB_白laneBがRGB_白laneC、RGB_橙laneBがRGB_橙laneC、RGB_白compBがRGB_白compC、RGB_橙compBがRGB_橙compC、になる以外は、同一である。
尚、道路標示の色判定として、白色とそれ以外の判定でも十分機能が満足される場合には、図2に示したS11のRGB_橙とS23〜S25を省略し、S21の結果として白色かそれ以外かを判定してもよい。
上記のRGB比は、RGBのR/G,G/B,B/Rの比で説明したが、他のRGB組合せの比、例えばB/G,G/R,B/Gであっても、同様の結果を得ることができる。
実施例1によれば、基準となる白色の道路標示のRGB比、基準となる橙色の境界線のRGB比を、それぞれ、(RGB_白),(RGB_橙)として固定値で有し、走行中における道路標示(ナビからの通知で白色が既値)の取得画像からRGB比(RGB_obj白)を算出し、基準の白色のRGB比(RGB_白)と取得画像のRGB比(RGB_obj白)の比(RGB_白)/(RGB_obj白)から補正係数(rgb_w)を算出し、色判定が要求される境界線の取得画像のRGB比(RGB_白lane)と(RGB_橙lane)に補正係数(rgb_w)を乗じたRGB比(RGB_白comp)と(RGB_橙comp)を、基準のRGB比(RGB_白),(RGB_橙)と比較して、境界線の色判定をするようにしたので、道路上を照射される光の種類によって複雑なホワイトバランスのアルゴリズムを使い分ける必要がなく、処理負荷を低減した境界線の色判定を行うことができる。
実施例1では、色空間として、輝度の情報が含まれるRGB色空間を使用して、RGB比、即ちR/G,G/B,B/Rの比を算出することにより、RGB色の輝度が影響しないようにして色判定をするものであった。一方、色空間には、テレビやビデオで用いられる輝度値を有するYCbCr色空間があり、Yが輝度値、Cbは青の差分、Crは赤の差分を表している。
実施例2では、YCbCr色空間のCbとCrは用いないで、輝度値Yのみを用いて補正を行い、R値,G値,B値から色判定をするものである。
ところで、YCbCr色空間の輝度値Yは、RGB色空間のR値,G値,B値から次の変換式により算出することができる。
Y=0.299×R値+0.587×G値+0.114×B値 …(1)
R値,G値,B値に乗ずる係数は、白の輝度を1とした時のRGBの輝度を表す係数で、係数の総和は1である。
図6は、第2の実施形態による画像処理部201のフローを示す図である。
図6では、画像取得部分の処理は省略し、白色の境界線とそれ以外の色判定をする例を示す。
まず、画像処理部201は、標準的に白色でペイントされる道路標示のRGB値R0,G0,B0と、この値から(1)式で算出した輝度値Y0を、予め基準の固定値として記憶する(S61)。
次に、要求された白ペイントの道路標示を取得した画像のRGB値R1,G1,B1と、輝度値Y1を(1)式で算出する(S62)。
次に、輝度値の補正係数KY(標準的に白色でペイントされる道路標示の輝度値Y0に対する画像の輝度値Y1の比Y1/Y0)を算出する(S63)。
次に、色判定の要求があった境界線の取得画像からRGB値R2,G2,B2を算出し(S64)、R2,G2,B2にそれぞれKYを乗じて取得画像の補正RGB値RX,GX,BXを算出する(S65)。そして、RX,GX,BXとR0,G0,B0を同色毎に比較し、それらがRGB値の許容値εR,εG,εBの範囲内であるか否か判定し(S66)、範囲内の場合、境界線を白色と判定し(S67)、範囲内でない場合、境界線を白色以外と判定し(S68)、処理を終了する。
図6の処理フローで図3(A),図4(A),図5(A)の道路上を走行した場合の結果は、それぞれ、図3(B),図4(B),図5(B)において、RGB比の部分をR色,G色,B色、補正係数をKY、補正値をRX,GX,BX、許容値をR,G,Bそれぞれの許容値に置き換えることで得られる。
尚、輝度値を有する色空間には、YCbCr色空間に限らず、例えばAdobe社のLab色空間などもあり、本実施例を他の色空間に適用してもよい。
実施例2によれば、実施例1と同様、道路上を照射される光の種類によって複雑なホワイトバランスのアルゴリズムを用いることなく、処理負荷を低減した境界線の色判定を行うことができる。
尚、以下のような実施形態も考えられる。
1.基準となる道路標示の色と走行中の道路標示の色の相対値を算出し、補正係数により境界線の色を判定する方法であれば、実施例1,実施例2で述べたRGB色空間やYCbCr色空間に限らず、CMY色空間等種々の色空間の処理によっても作用,効果は同等である。
2.道路上にペイントされる白色の道路標示や白色や橙色の境界線に限らず、基準となる道路上のペイントが明らかであれば、道路標示や境界線の色に限定されるものではない。
3.標準的な白色,橙色のRGB比は、予め算出された固定値としているが、次のように道路上にペイントされた道路標示から得ることもできる。
ナビからの天候情報と時刻情報により昼光で照射された道路上を確認して道路標示の画像取得を行い、この画像から得たRGB比を基準とする。その場合、天候情報と時刻情報から、道路標示の標準的な色が得られる光が特定できるので、予め算出された固定値と同等の結果を得ることが可能である。
白色については、実施例で述べた菱形の予告標示や横断歩道,停止線,矢印等があり、橙色については、「止まれ」等の道路標示がある。
同一の道路上の道路標示であれば、劣化状態も全体的に類似していると考えられる。そのため、汚れを加味した基本色情報を登録しておけば、道路標示が汚れていても、確実な色判定ができる。
4.基準となる標準的な道路標示は、所定のホワイトバランス処理によってRGB値からRGB比を得ているので、走行中に取得した道路標示のRGB値が標準的な道路標示のRGB比と等しくなるようにホワイトバランス処理を変更し、変更されたホワイトバランス処理により、取得した境界線画像を処理することもできる。
システムを示すブロック図。 画像処理部のフロー図。 道路標示の認識例を示す図。 道路標示の認識例を示す図。 道路標示の認識例を示す図。 実施例2の画像処理部のフロー図。
符号の説明
100 ナビ
101 認識要求送信部
102 各種情報通知部
103 GPS
104 DB
105 更新部
200 道路標示認識装置
201 画像処理部
202 カメラ制御部
203 カメラ

Claims (7)

  1. 車載カメラが撮影した画像の処理を行う画像処理部を備える道路標示認識装置において、
    前記画像処理部は、
    基準となる道路標示の第1の色情報比を記憶し、
    自車が走行している道路上の道路標示の画像から、当該道路標示の第2の色情報比を算出し、
    前記第1及び第2の色情報比に基づいて補正係数を算出し、
    前記画像中の色判定を行うべき領域の第3の色情報比を算出し、
    前記第3の色情報比を前記補正係数に基づいて第4の色情報比に補正し、
    前記第4の色情報比と前記第1の色情報比に基づいて前記領域の色判定を行う、道路標示認識装置。
  2. 前記第1の色情報比には、第1の色に関する色情報比と、前記第1の色以外の色に関する色情報比が存在し、
    前記画像処理部は、前記第4の色情報比と前記第1の色に関する色情報比の差の絶対値を算出し、当該絶対値が第1の所定値以内の場合、前記領域は第1の色であると判定する、請求項1記載の道路標示認識装置。
  3. 前記第1の色以外の色には、第2の色が存在し、
    前記画像処理部は、前記第4の色情報比と前記第1の色に関する色情報比の差の絶対値が前記第1の所定値以内でない場合、前記第4の色情報比と前記第2の色に関する色情報比の差の絶対値を算出し、当該絶対値が第2の所定値以内の場合、前記領域は第2の色であると判定し、当該絶対値が前記第2の所定値以内でない場合、前記領域は前記第1及び第2の色ではないと判定する、請求項2記載の道路標示認識装置。
  4. 前記第1の色とは白であり、前記第2の色とは橙である、請求項3記載の道路標示認識装置。
  5. 前記画像の処理は、赤,緑、及び青からなるRGB色空間においてなされる、請求項1乃至4何れか一に記載の道路標示認識装置。
  6. 車載カメラが撮影した画像の処理を行う画像処理部を備える道路標示認識装置において、
    前記画像処理部は、
    基準となる道路標示の第1の輝度情報と第1の色情報を記憶し、
    自車が走行している道路上の道路標示の画像から、当該道路標示の第2の輝度情報と第2の色情報を算出し、
    前記第1及び第2の輝度情報に基づいて補正係数を算出し、
    前記画像中の色判定を行うべき領域の第3の色情報を算出し、
    前記第3の色情報を前記補正係数に基づいて第4の色情報に補正し、
    前記第4の色情報と前記第1の色情報に基づいて前記領域の色判定を行う、道路標示認識装置。
  7. 前記画像の処理は、赤,緑、及び青からなるRGB色空間においてなされ、
    前記輝度情報は、YCbCr色空間の輝度情報である、請求項6記載の道路標示認識装置。
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