JP5142826B2 - 物体の位置情報算出方法 - Google Patents

Description

この発明は、物体の位置情報算出方法に関し、３次元レーザレーダで得た情報から物体の位置や長さ、幅、高さなどの物体プロファイルを算出して出力できるようにしたもので、特に乗り捨て式の駐車設備における車両の検出に用いて好適なものである。

ある領域内に物体が存在するか否かに加え、存在する物体の位置や大きさなどの物体プロファイルを知る必要がある場合のひとつに、乗り捨て式駐車施設における車両受け渡し領域における車両の検出があり、乗り捨てられた車両の停止位置やその車両の車長、車幅、車高などの車両プロファイルを知ることで、自動入出庫などに利用することができる。

このような物体の検知方法には、例えばテレビカメラを用いて物体を検知すべき領域を撮影し、得られた画像情報を処理することで、物体の存在を検知するものがあるが、カメラ画像は、一般に天候や気象の影響を受け易く、また夜間における検知がやり難い。

これに対し、最近のレーザレーダを用いることで、天候や気象の影響、さらに夜間の問題を解消することが提案されており、特許文献１では、踏み切り領域内に存在する移動物体や落下物などを監視する場合に、遮断機が降りているか否かをレーザレーダの情報の一部を利用して判定することで、簡易な構成で的確に監視できるようにしている。
特開２００４−２１００４５号公報

ところが、上記のレーザレーダを用いて監視する方法では、監視が必要となる遮断機が降りた状態でのみ監視するようにして不要な監視を行わないようできるものの、監視領域内に移動物体や落下物などが存在するか否か検出しており、物体の寸法などの物体プロファイルまでを検出できるものではない。

このため乗り捨て式駐車設備などのような車両の存在だけでなく、車両の移動や駐車スペースなどの判定に必要なその位置および車両の車長、車幅、車高などの車両フロファイルまでを知る必要がある場合には、そのまま適用することができないという問題がある。

この発明は、上記従来技術の有する事情に鑑みてなされたもので、物体の存在だけでなく、物体の位置および物体の寸法などの物体プロファイルまでを算出して出力することができる物体の位置情報算出方法を提供しようとするものである。

上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載の物体の位置情報算出方法は、３次元レーザレーダによる取得データから物体の位置およびプロファイル情報を算出するに際し、３次元レーザレーダにより検出される物体の距離情報および走査情報を記録するレーダ情報記録ステップと、このレーダ情報記録ステップで記録された距離情報および走査情報を物体の位置情報を用いる座標系の情報に座標変換する座標変換ステップと、この座標変換ステップで座標変換された座標変換物体検出情報から、物体を検出すべき領域の座標情報を設定する検出領域設定ステップと、この検出領域設定ステップにより設定された領域外を背景情報として前記座標変換物体検出情報から分離消去する背景情報分離ステップと、この背景情報分離ステップで背景情報が分離された背景分離物体検出情報を、物体の前記検出すべき領域を複数のグリッドに分割し各グリッドに存在する背景分離物体検出情報の個数をカウントするグリッド情報カウントステップと、このグリッド情報カウントステップでカウントした各グリッドのカウント数に対し、予め設定したカウント数より少ないカウント数のグリッドをノイズ情報グリッドと判定し消去するノイズ情報消去ステップと、ノイズ情報消去ステップで消去されたグリッド以外のグリッドを最小の長方形で囲む領域を求め、この長方形領域の４つの頂点の座標を物体の位置情報とするとともに、この領域内に存在する物体検出情報から物体の長さ、幅、高さの物体プロファイル情報を算出して出力する物体プロファイル出力ステップとからなることを特徴とするものである。

また、この発明の請求項２記載の物体の位置情報算出方法は、請求項１記載の構成に加え、前記検出物体が車両であり、前記物体を検出すべき領域が駐車設備の車両受け渡し領域であることを特徴とするものである。

この発明の請求項１記載の物体の位置情報算出方法によれば、３次元レーザレーダによる取得データから物体の位置およびプロファイル情報を算出するに際し、３次元レーザレーダにより検出される物体の距離情報および走査情報を記録するレーダ情報記録ステップと、このレーダ情報記録ステップで記録された距離情報および走査情報を物体の位置情報を用いる座標系の情報に座標変換する座標変換ステップと、この座標変換ステップで座標変換された座標変換物体検出情報から、物体を検出すべき領域の座標情報を設定する検出領域設定ステップと、この検出領域設定ステップにより設定された領域外を背景情報として前記座標変換物体検出情報から分離消去する背景情報分離ステップと、この背景情報分離ステップで背景情報が分離された背景分離物体検出情報を、物体の前記検出すべき領域を複数のグリッドに分割し各グリッドに存在する背景分離物体検出情報の個数をカウントするグリッド情報カウントステップと、このグリッド情報カウントステップでカウントした各グリッドのカウント数に対し、予め設定したカウント数より少ないカウント数のグリッドをノイズ情報グリッドと判定し消去するノイズ情報消去ステップと、ノイズ情報消去ステップで消去されたグリッド以外のグリッドを最小の長方形で囲む領域を求め、この長方形領域の４つの頂点の座標を物体の位置情報とするとともに、この領域内に存在する物体検出情報から物体の長さ、幅、高さの物体プロファイル情報を算出して出力する物体プロファイル出力ステップとからなるので、３次元レーザレーダに取り込まれた物体の距離情報および走査情報を座標変換することで、物体位置情報を使用する座標の情報に変換でき、変換された情報から検出すべき領域以外の情報を背景情報として分離消去するとともに、領域内の情報をグリッドに分割して各グリッド内のカウント数を用いる判定でノイズを除去して真の情報だけにすることができ、この真の情報からグリッドを囲む最小長方形の領域を物体とすることで、物体の位置情報や物体の長さ、幅、高さなどの物体プロファイルを算出して出力することができる。

これにより、３次元レーザレーダによる耐環境性能に優れた、信頼性の高い物体の位置情報および物体のプロファイルを得ることができるとともに、他のセンシングシステムへの適用も可能となる。

また、この発明の請求項２記載の物体の位置情報算出方法によれば、前記検出物体が車両であり、前記物体を検出すべき領域が駐車設備の車両受け渡し領域であるので、車両受け渡し領域での車両の位置情報および車両の車長、車幅、車高の車両プロファイルを算出して出力することができ、乗り捨て式駐車施設で信頼性の高い車両の情報を得て運転制御や運転管理などに利用することができる。

以下、この発明の物体の位置情報算出方法を実施するための最良の形態について駐車設備の車両受け渡し領域での車両の検出に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図３はこの発明の物体の位置情報算出方法の一実施の形態にかかり、図1は概略構成図、図２は車両の検出処理手順を説明するフロー図、図３は各処理過程における画像情報を説明した概略説明図である。

この物体の位置情報算出方法では、３次元レーザレーダにより取得されるデータを用いて物体の位置情報および物体の寸法などの物体プロファイルを算出して出力するものであり、例えば駐車設備の車両受け渡し領域に乗り捨てられた車両の位置情報とその車両の車長、車幅、車高の車両プロファイルを算出して出力することで、乗り捨て駐車設備における車両の移動や運転管理に用いられる。

この物体の位置情報算出方法では、３次元レーザレーダ１０と３次元レーザレーダで取得される取得データを処理して物体（例えば車両）の位置情報および物体プロファイルを演算処理する処理装置として処理用パソコン２０を備えて構成される。

３次元レーザレーダ１０は、ケースに収容されてセンサユニットが構成され、駐車施設の建屋の壁面等の所定高さで設置され、車両の検出領域である車両の受け渡し領域を３次元で走査するように設置される。

この３次元レーザレーダ１０は、例えば多面体ミラーで構成された回転体１１を主走査モータで一定速度で回転駆動するとともに、この多面体ミラーで構成した回転体１１に対してその回転軸を直交させて設けられて副走査モータで所定の角度範囲内で揺動駆動されるハーフミラー１２を備えており、送信部１３のレーザ光源から発せられたレーザパルス光を多面体ミラーで構成した回転体１１に照射してハーフミラー１２を介して検出領域に照射することで、レーザパルス光を多面体ミラー１１の回転とハーフミラーの揺動とによって３次元で走査することができ、レーザパルス光の検出領域からの反射光をハーフミラーおよび多面体ミラー１１を介して受信部１４で受光検知するように構成されている。

このような３次元レーザレーダ１０によれば、多面体ミラーで構成される回転体１１の回転とハーフミラー１２の揺動とによってレーザパルス光の照射方向を主走査方向（ｘ方向）に高速に偏向走査しながら、その走査面を副走査方向（ｙ方向）に偏向走査し、これによって所定の検出領域の全域を３次元で走査するようにしている。そして、検出領域に存在する車両（物体）からの反射光をレーザパルス光の照射に同期して受光し、その受光タイミング（レーザパルス光の照射タイミングからその反射光の受光タイミングまでの経過時間）から車両（物体である反射点）までの距離情報、主走査方向および副走査方向の走査角度、受信光量（反射光量）を取得するように構成されている。

なお、３次元レーザレーダ１０による走査範囲は、例えば主走査（水平）方向に６０度、副走査（垂直）方向に３０度として設定され、その走査方向が０.１度変化する都度、レーザパルス光を照射し、その反射光を受光することで、合計［６００×３００］方位からの反射光の情報を順次検出するように構成される。

このような３次元レーザレーダ１０により取得されたデータは処理用パソコン２０に入力され、図１に示すように、レーザレーダ情報記録２１、座標変換２２、検出領域設定２３、背景情報分離２４、グリッド分割・情報カウント２５、ノイズ情報グリッド消去２６、グリッドの最小長方形領域判定２７、物体の位置・プロファイル情報算出２８の各処理が、次ぎのように行われて物体の位置情報である車両の位置情報と車長、車幅、車高の物体プロファイルである車両プロファイルが算出されて表示モニタ３０に出力される。

１） ３次元レーザレーダ１０では、例えば図３（ａ）にレーダ画像を示すように、３次元レーザレーダ１０の設置位置を原点とする極座標に基づくデータが取得されて処理用パソコン２０に出力され、計測距離（length）、スキャン軸角度（横方向角度：scan）、スイング軸角度（縦方向角度：swing）および受信光量が取得されてレーダ情報として記録される（レーダ情報記録ステップ）。

２） 座標変換ステップ
このレーダ情報記録ステップで記録された距離情報および走査情報などは、物体の位置情報を用いる座標系、すなわちこの実施形態では、駐車設備の車両受け渡し領域の座標の情報に座標変換する座標変換ステップが実行されて極座標から直交座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換する。

この座標変換ステップでは、まず、原点をそのままに極座標（length、scan、swing）から直交座標（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）に数式１により変換する。

３） 次に、原点を所定の位置に移動する変換を、数式２の関係式に基づいて行う。
直交座標（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）から原点を移動した直交座標（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐ）に変換する。
この場合の同時変換行列式の「ｔ」は、数式３で表すことができるとともに、法線ベクトル（ａ，ｂ，ｃ）は数式４で表すことができ、これらの関係式を用いることで、座標変換することができる。

このような座標変換により、例えば図３（ｂ）に示す画像データが座標変換物体検出情報として求められる。この座標変換物体検出情報には、検出すべき車両の情報だけでなく、周囲の物体や床面などの背景情報が含まれている。

４） そこで、背景情報を分離消去する背景情報分離ステップが実行される。

この背景情報分離ステップでは、座標変換ステップで座標変換された座標変換物体検出情報から、物体を検出すべき領域の座標情報を設定する検出領域設定ステップが実行され、車両情報として必要とされるＸ，Ｙ座標の矩形領域および高さ領域を設定する。例えば駐車施設の車両受け渡し領域としては、矩形領域のＸ軸上の範囲を１．０ｍから１０ｍ、Ｙ軸上の範囲を−３．９ｍから３．０ｍ、高さ領域をＺ軸上の範囲を０．０５ｍから２．５ｍと設定する。

そして、この検出領域設定ステップにより設定された領域外を背景情報として座標変換物体検出情報から分離消去する（背景情報分離ステップ）。

こうして背景情報分離ステップにより背景情報を分離除去した画像データは、例えば図３（ｃ）に示すように、車両の周囲のデータが消去された状態となる。

４´） 次に、必要に応じて３次元レーザレーダ１０からの取得データが少ない場合には、これまでの各ステップが繰り返され、取得データから座標変換を経て背景情報を分離消去する背景情報分離ステップまでを繰り返して背景分離物体検出情報としてのデータを蓄積する。

５） 次ぎに背景情報分離ステップで背景情報が分離された背景分離物体検出情報を、物体の検出すべき領域を複数のグリッドに分割し、各グリッドに存在する背景分離物体検出情報の個数をカウントするグリッド情報カウントステップを実行し、このグリッド情報カウントステップでカウントした各グリッドのカウント数に対し、予め設定したカウント数より少ないカウント数のグリッドをノイズ情報グリッドと判定して消去するノイズ情報消去ステップが実行される。

背景分離物体検出情報をＸ軸方向およびＹ軸方向それぞれＸ、Ｙ等分して格子状に分割し、分割されたグリッドのデータ数をカウントすると、本来の車両の情報データが蓄積されたグリッドと、車両の情報が蓄積されていないグリッドとでデータ数が大きく異なり、これによってノイズ成分であるか否かを判定できる。

そこで、予めノイズ成分であるグリッドを判定するデータのカウント数を設定しておくことで、ノイズの判定を行い、ノズル成分を除去することで、例えば図３（ｄ）に示す画像データを得ることができる。

６） こうしてノイズ情報消去ステップでノイズ成分のグリッドを除去した後、消去されたグリッド以外のデータ成分のグリッドを囲む最小の長方形の領域を求める。そして、この長方形領域の４つの頂点の座標を物体の位置情報とするとともに、この領域内に存在する物体検出情報から物体の長さ、幅、高さの物体プロファイル情報として算出する。

７） こうして得られた物体の位置情報および物体プロファイル情報を表示モニタ３０などの表示装置に出力する（物体プロファイル出力ステップ）。

したがって、例えば車両の位置情報として、Ａ１（Ｘ１，Ｙ１）、Ａ２（Ｘ１，Ｙ２）、Ａ３（Ｘ２，Ｙ１）、Ａ４（Ｘ２，Ｙ２）の４点の座標および、車長Ｌ、車幅Ｂ、車高Ｈの各値が算出されて表示モニタ３０などに出力されて表示される。

このような物体の位置情報算出方法によれば、３次元レーザレーダ１０による取得データから物体である車両の位置情報と物体のプロファイルである車長、車幅、車高の車両プロファイルを算出して出力することができる。

これにより、検出物体を車両とし、物体を検出すべき領域を駐車設備の車両受け渡し領域とすることで、耐環境性能に優れた、信頼性の高い車両の検出を行なうことができる。

なお、この物体の位置情報算出方法は、上記実施の形態で説明した車両を検出対象とする場合に限らず、他の物体に適用してその検出および物体プロファイルの検出に広く利用することができる。

この発明の物体の位置情報算出方法の一実施の形態にかかる車両の検出に適用した概略構成図である。 この発明の物体の位置情報算出方法の一実施の形態にかかる車両の検出処理手順を説明するフロー図である。 この発明の物体の位置情報算出方法の一実施の形態にかかる車両の検出処理過程における画像情報を説明した概略説明図である。

符号の説明

１０ ３次元レーダレーダ
１１ 回転体（多面体ミラー）
１２ ハーフミラー
１３ 送信部（レーザ光源）
１４ 受信部
２０ 処理用パソコン（処理装置）
２１ レーザレーダ情報記録処理
２２ 座標変換処理
２３ 検出領域設定処理
２４ 背景情報分離処理
２５ グリッド分割・情報カウント処理
２６ ノイズ情報グリッド消去処理
２７ グリッドの最小長方形領域判定処理
２８ 物体の位置・プロファイル情報算出処理
３０ 表示モニタ

Claims (2)

1. ３次元レーザレーダによる取得データから物体の位置およびプロファイル情報を算出するに際し、
   ３次元レーザレーダにより検出される物体の距離情報および走査情報を記録するレーダ情報記録ステップと、
   このレーダ情報記録ステップで記録された距離情報および走査情報を物体の位置情報を用いる座標系の情報に座標変換する座標変換ステップと、
   この座標変換ステップで座標変換された座標変換物体検出情報から、物体を検出すべき領域の座標情報を設定する検出領域設定ステップと、
   この検出領域設定ステップにより設定された領域外を背景情報として前記座標変換物体検出情報から分離消去する背景情報分離ステップと、
   この背景情報分離ステップで背景情報が分離された背景分離物体検出情報を、物体の前記検出すべき領域を複数のグリッドに分割し各グリッドに存在する背景分離物体検出情報の個数をカウントするグリッド情報カウントステップと、
   このグリッド情報カウントステップでカウントした各グリッドのカウント数に対し、予め設定したカウント数より少ないカウント数のグリッドをノイズ情報グリッドと判定し消去するノイズ情報消去ステップと、
   ノイズ情報消去ステップで消去されたグリッド以外のグリッドを最小の長方形で囲む領域を求め、この長方形領域の４つの頂点の座標を物体の位置情報とするとともに、この領域内に存在する物体検出情報から物体の長さ、幅、高さの物体プロファイル情報を算出して出力する物体プロファイル出力ステップとからなることを特徴とする物体の位置情報算出方法。
2. 前記検出物体が車両であり、前記物体を検出すべき領域が駐車設備の車両受け渡し領域であることを特徴とする請求項１記載の物体の位置情報算出方法。

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