JP6232883B2 - 自車位置認識装置 - Google Patents

Description

本発明は、自車両が走行する走行車線の態様を認識する自車位置認識装置に関する。

この種の装置に関し、右左折をするための分岐路（分岐車線）の車線境界位置を選定したときには、所定期間において選定された車線境界位置を採用することなく、その分岐車線の車線境界位置を選定する前の車線境界位置を採用して、本線車線と自車両との相対横位置を認識する装置が知られている（特許文献１）。

特開２００５−３４６３８２号公報

しかしながら、従来の技術では走路が増加する分岐車線が検出された場合には、現在の情報ではなく過去の情報を用いてレーンマーカの位置を推測するので、例えば、過去と現在で道路曲率が異なるような状況では、現在のレーンマーカの位置に対してずれが生じてしまうという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、現在の情報に基づいてレーンマーカに対する自車両の相対横位置を算出することである。

本発明は、検出されたレーンマーカのうちで２本のレーンマーカの組み合わせがある場合において、第１走行車線を区分する左右一対の第１レーンマーカが距離範囲において検出された場合には、第１レーンマーカを選択し、選択された第１レーンマーカに対する自車両の第１相対横位置を算出し、第１走行車線を区分する左右一対の第１レーンマーカの一方が検出されなかった場合には、検出されなかった第１レーンマーカと横位置が共通する第２レーンマーカと検出された第１レーンマーカとに対する自車両の第２相対横位置を算出し、２本のレーンマーカの組み合わせがあると判断されなかった場合には、不検出として処理を終了するすることにより、上記課題を解決する。

本発明によれば、道路のレーンマーカの検出結果に応じて、第１レーンマーカ又は第２レーンマーカの何れか一方を自車両の相対横位置の基準とするので、車線数が増減する分岐・合流道路が存在する場面においても、リアルタイムの情報に基づいてレーンマーカに対する自車両の現在の位置関係を正確に算出することができる。

本実施形態に係る自車位置認識装置１００を含む走行支援システム１のブロック構成図である。 本実施形態のカメラの設置例、及び道路パラメータを説明するための第１の図である。 本実施形態のカメラの設置例、及び道路パラメータを説明するための第２の図である。 レーンマーカモデルを説明するための図である。 本実施形態の自車位置認識処理の制御手順を示すフローチャートである。 本実施形態のレーンマーカ検出処理の制御手順を示すフローチャートである。 レーンマーカ候補点の検出領域の設定手法を説明するための図である。 本実施形態の自車位置認識処理の制御手順を示すフローチャートである。 本実施形態の走行制御処理の制御手順を示すフローチャートである。 本実施形態の分岐車線の態様の一例を示す図である。 本実施形態の合流車線の態様の一例を示す図である。 本実施形態の分岐車線における判定処理を説明するための図である。 本実施形態の分岐車線における判定処理を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係る自車位置認識装置を、車両用の走行支援システムに適用した場合を例にして説明する。

図１は、本実施形態に係る自車位置認識装置１００を備える車両用の走行支援システム１のブロック構成を示す図である。自車位置認識装置１００及びこれを含む車両用の走行支援システム１は、車両に搭載されている。車両用の走行支援システム１は、自車両の操舵操作や加減速操作などの一部又は全部を実行し、又は自車両の走行に必要な情報を出力して自車両の走行を支援する。自車位置認識装置１００は、自車両が走行する車線に対して、自車両が存在する相対横位置を認識する。相対横位置とは、レーンマーカにより区分される車線の幅方向（車幅方向）における、レーンマーカに対する自車両の位置である。本実施形態において、認識した相対横位置の情報は運転支援処理に利用される。なお、本実施形態では分岐車線を例にして説明するが、本実施形態の自車位置認識装置１００及び走行制御装置１は、走行車線の幅が変化するという点で共通する合流車線についても同様に適用可能であり、同様の作用効果を奏する。また、本実施形態の分岐車線は車線数が増加する態様のものを含み、本実施形態の合流車線は車線数が減少する態様のものを含む。

図１に示すように、車両用の走行支援システム１は、自車位置認識装置１００と、車載装置２００とを有する。車載装置２００は、車両コントローラ５０と、駆動系６０と、操舵装置７０と、走行支援装置８０と、ナビゲーション装置９０とを備える。自車位置認識装置１００と各車載装置２００とは、相互に情報の授受を行うためにＣＡＮ（Controller Area Network）その他の車載ＬＡＮによって接続されている。

車両コントローラ５０は、車両全体の動作を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。車両コントローラ５０は、車載された各種のセンサ５１からの検出信号を取得する。取得した信号は車両制御に用いられ、走行支援装置８０、自車位置認識装置１００へ送出される。各種センサ５１は、車両の状態を検出するものであり、具体的には車速センサ、操舵角センサ、ステアリングアクチュエータの電流センサを含む。また、ヨーレートセンサを含んでもよい。車速は変速機の出力側の回転数や車輪の回転数を計測することにより検出する。操舵角は、ステアリングシャフトの回転変位を直接またはギヤ機構等により増幅した後、ロータリエンコーダやポテンショメータ等の角度検出機構によって操舵角検出信号として検出する。

駆動系６０は、車両Ｖの駆動機構であり、運転者のアクセル操作及びブレーキ操作による入力信号、車両コントローラ５０又は走行支援装置８０から取得した制御信号に基づいて車両を駆動させる。操舵制御装置７０は、ステアリングアクチュエータを備える。ステアリングアクチュエータは、ステアリングのコラムシャフトに取り付けられるモータ等を含む。運転者のステアリング操作による入力信号、車両コントローラ５０又は走行支援装置８０から取得した制御信号に基づいて車両を動かす。

走行支援装置８０は、自車位置認識装置１００により算出された走行車線と自車両との相対位置関係を表現するレーンマーカモデルを用いて、自車両が車線中央の位置を維持して走行するように、又は自車両が車線に対して設定された横位置を維持して走行するように操舵装置７０の制御を行う。走行支援装置８０は、車両コントローラ５０の各種センサ５１から取得した車速、操舵角、およびステアリングアクチュエータの電流の情報に基づいて、操舵制御量を算出し、ステアリングアクチュエータに電流指令を送ることで、自車両が目標の横位置を走行するように制御を行う。

ナビゲーション装置９０は、現在位置を検出するＧＰＳ（Global Positioning System）９１と、地点情報、道路情報、施設情報などを位置情報に対応づけた地図情報とを有する。

また、同図に示すように、本実施形態の自車位置認識装置１００は、制御装置１０と、車両の前方を、側方を含む車両周囲を撮影するカメラ２０と、自車両の相対横位置の認識結果を出力する出力装置３０とを備える。

本実施形態のカメラ２０は、車両の車幅方向の略中央位置に設けられる。本実施形態では、車室内のフロントウィンドウの上部に取り付けられる。カメラ２０は、ＣＣＤ等の撮像素子を用いたカメラであり、車両Ｖの進行方向の映像を撮像する。カメラ２０は、重力方向に沿って下側のピッチ角をもって車両に取り付けられる。ピッチ角は、車両の高さやカメラ２０の性能に応じて適宜に設定することができる。このため、本実施形態のカメラ２０は、車両前方の数ｍ〜数１０ｍ先の路面を撮像する。また、本実施形態では、自車が走行する走行車線のみならず、隣の車線、さらには隣の隣の車線の道路も撮像できる。この場合には広角のカメラ２０を用いることが好ましい。

本実施形態の出力装置３０としてのディスプレイ３１やスピーカ３２は、車両のドライバが視認可能なダッシュボード周囲に設置され、自車両の相対横位置の認識結果に関する情報、車線の認識結果に応じた走行支援に関する情報などをドライバに提示する。また、本実施形態の出力装置３０は、無線又は有線の通信機能を備え、制御装置１０の指令に従い、算出結果を自車位置認識装置１００外の走行支援装置８０その他の車載装置２００へ送出する。算出結果には、相対横位置を含む。また算出結果に、道路パラメータを含ませてもよい。

続いて、本実施形態の自車位置認識装置１００の制御装置１０について説明する。自車位置認識装置１００は、撮像画像に基づいて、自車両と、各車線を区分するレーンマーカとの相対的な位置関係を認識する。本実施形態の制御装置１０は、自車両の位置を認識するプログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）１２と、このＲＯＭに格納されたプログラムを実行することで、自車位置認識装置１００と車両用の走行支援システム１として機能する動作回路としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）１１と、アクセス可能な記憶装置として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）１３と、を備えるコンピュータである。

本実施形態に係る自車位置認識装置１００の制御装置１０は、画像取得機能と、レーンマーカ検出機能と、距離範囲設定地機能と、自車相対横位置算出機能とを有する。本実施形態の制御装置１０は、上記機能を実現するためのソフトウェアと、上述したハードウェアの協働により各機能を実行するコンピュータである。

以下、本実施形態に係る自車位置認識装置１００の各機能について説明する。

まず、本実施形態の制御装置１０の画像取得機能について説明する。制御装置１０は、カメラ２０が撮像する車両周囲の撮像画像を取得する。撮像画像は、車両の前方、前側方の道路表面の映像を含む。

本実施形態の制御装置１０のレーンマーカ検出機能について説明する。制御装置１０は、撮像画像に基づいて、自車両が走行する第１走行車線を区分する一対（二本）の第１レーンマーカを検出する。走行車線のレーンマーカの検出手法は特に限定されず、出願時に知られた白線検知機能、走行支援機能、キープレーンサポート機能などの技術を適宜に用いることができる。本実施形態の制御装置１０は、撮像画像に含まれる道路とレーンマーカ（白線）との境界に対応するエッジを抽出し、抽出されたエッジを解析することによりレーンマーカを検出する。

また、本実施形態の制御装置１０は、自車両が走行する第１走行車線に隣接する第２走行車線をそれぞれ区分する一対（二本）の第２レーンマーカを検出する。第１走行車線が第２走行車線に隣接する場合には、中央のレーンマーカは第１レーンマーカでもあり、第２レーンマーカでもある。具体的に、３本のレーンマーカによって区分される自車両が走行する第１走行車線と、その右側に並行して隣接する第２走行車線とが存在する場合において、最左側と中央の一対（二本）のレーンマーカは第１走行車線を区分する第１レーンマーカであり、最右側と中央の一対（二本）のレーンマーカが第２走行車線を区分する第２レーンマーカともいえる。
中央のレーンマーカの属性を明確にするために、本実施形態においては、第２レーンマーカは第１レーンマーカを含まないと定義してもよい。つまり、第２レーンマーカは、第１レーンマーカ以外のレーンマーカに限定する。上述の例を用いて説明すると、３本のレーンマーカのうち最左側と中央のレーンマーカを第１レーンマーカとし、最右側のレーンマーカのみを第２レーンマーカとしてもよい。
本実施形態の第２走行車線は、第１走行車線に隣接する車線を少なくとも含む。また、第２走行車線は、第１走行車線と走行方向が同じ車線のみならず、第１走行車線と走行方向が反対の対向車線を含む。第２走行車線は、自車両が走行する車線の隣に存在する隣接車線、さらに、この隣接車線の隣に存在する隣々接車線（自車走行車線の隣の隣の車線）を含む。制御装置１０は、自車両の走行車線、その隣の隣接車線、さらにその隣の隣々接車線など、自車両が走行する道路に属する複数のレーンマーカを検出する。制御装置１０は、検出されたレーンマーカの位置を取得する。

本実施形態の制御装置１０の距離範囲設定機能について説明する。制御装置１０は、第１レーンマーカを検出する範囲を規定する所定距離範囲を設定する。所定距離範囲は、任意に定義できる。特に限定されないが、制御装置１０は、第１走行車線を区分する二本の第１レーンマーカの間の車線幅方向（車幅方向）に沿う距離に対応した所定距離範囲を設定する。所定距離範囲は、車線幅方向（車幅方向）に所定の長さ、及び車線の延在方向（車長方向）に所定の長さを有する。所定距離範囲の延在方向（車長方向）の長さは、カメラ２０の撮像可能な距離、レーンマーカの検出可能な距離、自車両の車速などに基づいて設定される。

また、所定距離範囲の車線幅方向（車幅方向）の長さは第１レーンマーカの間の距離に基づいて設定される。第１レーンマーカ間の距離は、直前に撮像された撮像画像に基づいて検出してもよいし、ナビゲーション装置９０が記憶する地図情報９２から取得してもよい。ナビゲーション装置９０の地図情報９２は、位置情報と道路リンク識別子と道路幅とを対応づけて記憶する。ナビゲーション装置９０は、ＧＰＳ９１から取得した現在位置が属する道路リンクの道路幅を制御装置１０へ出力する。制御装置１０は、自車両が走行する道路リンクの道路幅を、第１レーンマーカ間の距離として取得する。

分岐車線や合流車線ではない通常の車線であればレーンマーカが存在する車線幅方向の範囲は予測できる。制御装置１０は、第１走行車線に分岐車線又は合流車線が存在するか否かを判断する観点から、取得した第１レーンマーカ間の距離に基づいて道路幅方向に所定の広がりを有する所定距離範囲を設定する。本実施形態では所定距離範囲を、分岐車線や合流車線ではない通常の車線においてレーンマーカが存在する範囲として定義する。特に限定されないが、所定距離範囲は取得された第１レーンマーカ間の距離の８０％〜１３０％、好ましくは９０％〜１２０％程度に設定できる。

次に、本実施形態の制御装置１０の自車相対横位置算出機能について説明する。制御装置１０は、第１走行車線を区分する左右一対の第１レーンマーカが距離範囲内において検出された場合には、検出された第１レーンマーカに対する自車両の第１相対横位置を算出する。

他方、第１走行車線を区分する左右一対の第１レーンマーカが距離範囲内において検出されなかった場合には、検出されなかった第１レーンマーカの位置に対応する位置に存在する第２レーンマーカに対する自車両の第２相対横位置を算出する。検出されなかった第１レーンマーカの位置は、過去の処理において最後に検出された第１レーンマーカの進行方向側の端点を基準に定義する。検出されなかった第１レーンマーカに対応する位置とは、過去の処理において最後（現在に最も近い過去のタイミング）に検出された第１レーンマーカの進行方向側の端点と自車両との距離が略等しい位置である。具体的には、自車両の車幅方向に沿う横軸を基準軸とし、基準軸から過去の処理において最後に検出された第１レーンマーカの進行方向側の端点までの距離（距離の範囲を含む）と略等しい距離に存在する第２レーンマーカを、検出されなかった第１レーンマーカの位置に対応する位置に存在する第２レーンマーカとして選択する。つまり、制御装置１０は、第１レーンマーカが検出できなくなったときには、横位置が共通する第２レーンマーカを第１レーンマーカの代わりに選択し、その第２レーンマーカを基準に自車両の第２相対横位置を算出する。

制御装置１０は、第１レーンマーカ及び第２レーンマーカのいずれもが検出されなかった場合には、前回の処理において検出された第１レーンマーカ又は第２レーンマーカであって、自車両からの距離が短いレーンマーカに対する自車両の相対横位置を算出する。上述したように、第１レーンマーカが検出できなかった場合には、横位置が共通する第２レーンマーカを基準に自車両の相対横位置を算出するところ、第２レーンマーカも検出できなかった場合には、過去の処理において検出された第１レーンマーカ又は第２レーンマーカのいずれかを基準に自車両の相対横位置を算出する。この場合において、制御装置１０は自車両からの距離が短いレーンマーカを選択する。自車両からの距離の大小は、自車両のカメラ１０の設置位置を基準に判断する。

自車両が走行する第１走行車線を区分する第１レーンマーカの方が第２レーンマーカよりも自車両との距離が短いので、制御装置１０は、過去に検出されたレーンマーカの情報を利用する場合には、自車両からの距離が短い第１レーンマーカを優先的に選択する。自車両が走行する第１レーンマーカの方が第２レーンマーカよりも自車両に近いため、第１レーンマーカを基準とする相対横位置のほうが精度が高い。このため、本実施形態においては、過去に検出されたレーンマーカの情報を利用する場合において、第１レーンマーカを優先的に自車両の相対横位置の基準として選択する。

本実施形態の制御装置１０は、自車両の相対横位置を算出する際に、自車両が走行する第１走行車線を区分する第１レーンマーカを選択し、第１レーンマーカが検出できなければ、それと横位置が共通する第２レーンマーカを選択し、第１及び第２レーンマーカのいずれもが検出できなければ過去の処理において検出された第１レーンマーカを選択し、過去の第１レーンマーカの情報が取得できなければ過去の処理において検出された第２レーンマーカを選択する。このような順序に従って自車両の相対横位置の基準を選択するので、状況に応じた精度で自車両の相対横位置を算出することができる。

本実施形態の制御装置１０は、自車両の位置を基準としたレーンマーカモデルを用いて、第１レーンマーカに対応する第１走行車線の道路曲率、自車両に対する相対ピッチ角、又は自車両に対する相対ヨー角のいずれか一つ以上を含む第１道路パラメータを、自車両に対する第１レーンマーカの第１相対横位置として算出し、自車両の位置を基準としたレーンマーカモデルを用いて、第２レーンマーカに対応する第２走行車線の道路曲率、自車両に対する相対ピッチ角、又は自車両に対する相対ヨー角のいずれか一つ以上を含む第２道路パラメータを、自車両に対する第２レーンマーカの第２相対横位置として算出する。これにより、自車両に対する第１レーンマーカ又は第２レーンマーカの相対横位置を具体的に算出することができる。また、これらの値を用いた走行支援を行うことができる。

制御装置１０は、カメラ２０の撮影画像を処理することにより道路上のレーンマーカを検出し、次いで、道路形状と車両挙動を表す複数のパラメータ（以下「道路パラメータ」ともいう）を用いて道路車線の形状を数学的に表現したレーンマーカのモデルと、レーンマーカの検出結果とが一致するように道路パラメータを時間と共に更新していくことによって、車線と自車両の相対位置関係を認識する。そして、制御装置１０は、認識した車線の道路形状及び車両挙動を推定する。また、制御装置１０は、この処理において得られた道路パラメータを用いて道路判定処理を行う。

ここで、第１道路パラメータ、第２道路パラメータを含む本実施形態の道路パラメータについて説明する。図２Ａ，図２Ｂは道路形状と車両挙動を表現する複数のパラメータを説明するための図である。図２Ａ，図２Ｂに示すように、道路パラメータは基準となるレーンマーカに対する自車の重心点横変位ｙ_r、車線に対する自車のヨー角φ_r、車両のピッチ角η、カメラの路面からの高さｈ、道路曲率（曲率半径の逆数）ρ、走行車線幅Ｗ等である。

そして、図３に示すような画面座標系ｘ，ｙ上において、レーンマーカモデルを、道路パラメータを用いて式（１）で表す。なお、レーンマーカモデルの表現手法は、特に限定されず、出願時に知られたモデルを用いることができる。

式（１）において、ａ〜ｅは道路パラメータであり、路面からのカメラ１の高さｈを一定とすると、それぞれの道路パラメータは、次のような道路及び白線の形状又は車両挙動を表す。すなわち、ａは車線内の自車両の横変位量ｙ_rに、ｂは道路の曲率ρに、ｃは自車両（カメラ１の光軸）の道路に対するヨー角φ_rに、ｄは自車両（カメラ１の光軸）の道路に対するピッチ角ηに、ｅは道路の車線幅Ｗにそれぞれ対応する。横変位量ｙ_rは自車に対する基準となるレーンマーカの位置横変位を示す。本例では、横変位量ｙ_rは車線中央からの横変位を示す。

車両に固定された実座標系ｘ（車両の左右方向）、ｙ（車両の上下方向）、ｚ（車両の前後方向）上の任意の点を画面座標系ｘ，ｙに投影すると下記の式（２）となる。

ただし、ｆはレンズパラメータであり、レンズの焦点距離に対応した係数である。道路曲率ρがあまり大きくなく、かつ道路面は平面であると仮定すると、Ｚ［ｍ］前方における車両中心線（カメラ中心線）に対する道路白線の座標は下記の（３）式で与えられる。ただし、この仮定はモデルの簡略化のために設定した仮定であり、モデルの次数を大きくすることにより、一般的な条件でも成立するようになる。

上記（２）〜（３）式よりＸ，Ｙ，Ｚを消去することにより、下式（４）が得られる。

各変数の中で最も変動の小さいカメラ高さｈを一定として（５）式を用いて各パラメータを正規化することにより上記（１）式を得る。

なお、初期状態では、道路及びレーンマーカの形状や車両挙動が不明であるから、各道路パラメータには、例えば、中央値に相当する値を初期値として設定する。つまり、例えば、車線内の自車両の横変位量対応パラメータａには車線中央を設定し、道路曲率対応パラメータｂには直線を設定し、車線に対するヨー角対応パラメータｃには零度、車線に対するピッチ角度対応パラメータｄには停止状態のη度分を設定し、車線幅対応パラメータｅには、一般的な道路の車線幅を設定する。

本実施形態の制御装置１０は、レーンマーカ検出機能による道路のレーンマーカの検出結果に基づいて、第１相対横位置又は第２相対横位置の何れかを算出する。第１相対横位置は、自車両が走行する第１走行車線を区分する第１レーンマーカの、自車両に対する相対横位置である。第２相対横位置は、第１走行車線以外の第２走行車線を区分する第２レーンマーカの、自車両に対する相対横位置である。

本実施形態の制御装置１０は、レーンマーカ検出機能によって自車両が走行する第１走行車線を区分する一対（二本）の第１レーンマーカが所定の距離範囲内において検出された場合には、第１レーンマーカに対する自車両の相対横位置を算出し、第１レーンマーカが所定の距離範囲内において検出されなかった場合には、第２レーンマーカに対する自車両の相対横位置を算出する。

本実施形態では、第１走行車線のレーンマーカが検出できない場合が発生するということは、第１走行車線に分岐車線や合流車線が含まれる可能性が高いと考える（図９Ａ，図９Ｂ参照）。これにより、第１走行車線が合流車線又は分岐車線を含む場合や、第１走行車線の第１レーンマーカの一部が摩耗により消えてしまっている場合であっても、第１走行車線を含む道路に対する自車両の相対横位置をリアルタイムの情報に基づいて、正確に算出することができる。ここで、第１走行車線と第２走行車線とは隣接した車線であるため、自車両に対する第２走行車線の第２レーンマーカの相対横位置は、自車両に対する第１走行車線の第１レーンマーカの相対横位置としてみなすことができる。なお、自車両に対するレーンマーカの相対横位置からレーンマーカに対する自車両の相対横位置を算出することも可能である。

本実施形態の制御装置１０は、レーンマーカ検出機能によって自車両が走行する第１走行車線を区分する二本の第１レーンマーカが検出された場合には、第１レーンマーカに基づく自車両の相対横位置を算出する。第１走行車線の第１レーンマーカが二本ともに検出できる場合には、自車両と第１レーンマーカとの相対横位置が正確に計測できる。このため、自車両を基準とした第１走行車線の第１レーンマーカの相対横位置を算出する。これにより、第１走行車線が合流車線又は分岐車線を含まない場合や、第１走行車線を区分する二本の第１レーンマーカが途切れていない場合には、自車両に対する第１走行車線の相対横位置を正確に算出することができる。

また、本実施形態の制御装置１０は、一対の第１レーンマーカが検出できずに、第１走行車線に分岐車線又は合流車線が存在する可能性がある場合には、第２レーンマーカに対する自車両の第２相対横位置を算出する。これにより、第１走行車線が合流車線又は分岐車線を含む場合であっても、第１走行車線を含む道路の相対横位置をリアルタイムの情報に基づいて、正確に算出することができる。

本実施形態において、制御装置１０は、算出された相対横位置を出力装置３０の通信機能を用いて、走行支援装置８０その他の各種車載装置２００へ上記情報を送出させる。相対横位置とともに道路パラメータを出力してもよい。

続いて、本実施形態の自車位置認識処理、及び走行支援処理の手順を、図４乃至図８に基づいて説明する。

図４に示すように、本実施形態の走行支援システム１の自車位置認識装置１００は、自車位置認識処理として、エッジ抽出処理Ｓ１、レーンマーカ検出処理Ｓ２、道路パラメータ算出処理Ｓ３、自車位置認識処理Ｓ４、自車相対横位置の出力処理Ｓ５を行う。さらに走行支援装置８０は、走行支援処理Ｓ６を行う。

エッジ抽出処理Ｓ１では、道路の映像を含む撮像画像からレーンマーカに対応する画像のエッジを抽出する。一般に、レーンマーカは道路と識別可能な色等が付されているため、その色のコントラストに基づいてエッジを抽出することができる。

レーンマーカ検出処理Ｓ２では、エッジ抽出処理Ｓ１にて抽出されたエッジの連続性などを検討し、レーンマーカを構成するエッジ情報に基づいてレーンマーカの存在及びその位置を検出する。エッジの抽出は、自車両の走行車線と、その隣の走行車線の映像が含まれる範囲において行う。必要に応じて、自車両の走行車線と、その隣の走行車線、さらに自車両の走行車線の隣の隣の走行車線の映像が含まれる範囲において行う。

レーンマーカの検出処理Ｓ２のサブルーチンを図５に示す。ステップＳ１０１において、初期状態では道路及びレーンマーカの形状や車両挙動が不明であるから、各道路パラメータには、例えば、中央値に相当する値を初期値として設定する。例えば、車線内の自車両の横変位量対応パラメータａには車線中央を設定し、道路曲率対応パラメータｂには直線を設定し、車線に対するヨー角対応パラメータｃには零度、車線に対するピッチ角度対応パラメータｄには停止状態のη度分を設定し、車線幅対応パラメータｅには、一般的な道路の車線幅を設定する。車線幅は、ナビゲーション装置９０が記憶する道路幅その他の道路情報を含む地図情報９２を参照し、ＧＰＳ９１により検出された位置情報が属する道路の道路情報から読み出してもよい。

ステップＳ１０２では、図６に示すように、レーンマーカ候補点を検出するための領域ＬＭの初期設定を行う。レーンマーカ候補点を検出するための領域ＬＭは、まず、自車両が走行する第１走行車線について行い、順次、第１走行車線の隣の第２走行車線について行う。必要があれば、さらに第１走行車線の隣の隣の第２走行車線についても行う。初期状態においては、道路パラメータに初期値を設定した白線モデルと、実際の画面上の道路白線との間には大きな開きがあると予想されるので、できる限り大きな領域を設定するのが望ましい。

次いでステップＳ１０３に移行し、エッジ点情報を入力する。ステップＳ１０４において、初期状態では、Ｓ１０２で設定した検出領域を利用する。前回の処理までにレーンマーカが既に検出されている場合には、前回検出位置が領域の中心になるようにレーンマーカ候補点の検出領域を設定する。さらに、前回の処理で道路パラメータが算出されている場合には、前回の処理で求めたレーンマーカモデルから車両の変化方向にオフセットした位置にレーンマーカ候補点検出領域を設定するようにしてもよい。

続くステップＳ１０５において、レーンマーカ候補点検出領域の中に存在するエッジ点をレーンマーカ候補点として検出する。ステップＳ１０６において、レーンマーカ候補点の点数が所定値以上かどうかを確認し、所定値より少なければ、レーンマーカ候補点検出領域内にレーンマーカが含まれていなかったと判断する。所定値よりも大きければ、ステップＳ１０７に移行し、検出したレーンマーカに含まれるレーンマーカ候補点情報を出力する。レーンマーカ候補点情報は、次に行われる道路パラメータ算出処理において用いられる。同様の処理を、自車両が走行する第１走行車線の第１レーンマーカのみではなく、他の走行車線についても行い、第２走行車線の第２レーンマーカも検出する。なお、ステップＳ１０４において、前回の処理で算出した道路パラメータを元に、前回検出したレーンマーカを基準に道路幅Ｗオフセットさせた位置にレーンマーカ候補点検出領域を設定することで、隣の車線のレーンマーカが存在しうる領域を、候補点検出領域として設定することができる。

道路パラメータ算出処理Ｓ３では、各レーンマーカに対する自車両の相対横位置に基づいて算出された各レーンマーカに対応する走行車線の道路曲率、自車両に対する相対ピッチ角、又は自車両に対する相対ヨー角のいずれか一つ以上を含む道路パラメータを算出する。制御装置１０は、自車両が走行する第１走行車線についての第１道路パラメータ、第１走行車線以外の第２走行車線についての第２道路パラメータをそれぞれ算出する。道路パラメータは、所定の相関関係を有する数値である評価値として算出してもよい。各種の第１（第２）道路パラメータを第１（第２）評価値として表現することにより、異なる種類の道路パラメータに基づく一の評価値を求めることができる。

具体的に、画像中央の自車両が走行する車線を区分する２本のレーンマーカを選択し、自車両が走行する第１走行車線に基づく第１道路パラメータを算出する。この算出方法は、例えば、検出された複数のレーンマーカ候補点を最小二乗法によりレーンマーカモデル式（１）にフィッティングする手法により算出できる。さらに式（５）を用いて実際の物理量に変換する。同様に、第１走行車線以外の第２走行車線の第２レーンマーカに対しても、その両側のレーンマーカに基づいて、第２道路パラメータを算出する。このようにしてカメラ２０の撮像画像から検出されたレーンマーカモデルの第１・第２道路パラメータに基づいて、自車両と各走行車線との相対的な位置関係を認識する。

続いて、自車位置認識処理Ｓ４は、レーンマーカ検出処理Ｓ２の後、道路パラメータ算出処理Ｓ３と並行して行われる。制御装置１０は、ステップＳ２における道路のレーンマーカの検出結果に基づいて、第１レーンマーカと第２レーンマーカのいずれかを選択する。制御装置１０は、所定の距離範囲内に一対の第１レーンマーカが検出された場合には第１レーンマーカを自車両の相対横位置の基準として選択する。他方、制御装置１０は、所定の距離範囲内に一対の第１レーンマーカが検出されなかった場合には、第２レーンマーカを自車両の相対横位置の基準として選択する。

自車位置認識処理Ｓ４のサブルーチンを図７に示す。ステップＳ２０１において、制御装置１０は、第１の条件として、自車走行車線である第１走行車線を区分する二本の第１レーンマーカが、レーンマーカ候補点検出領域内において検出されたか否かを判断する。さらに、第２の条件として、同ステップＳ２０１において、今回検出された第１レーンマーカが、前回検出された第１走行車線を区分する二本の第１レーンマーカ間の距離に応じて設定された所定の距離範囲内において検出されたものであるか否かを判定する。第１の条件及び第２の条件がともに満たされる場合には、ステップＳ２０２に移行し、今回検出された一対の第１レーンマーカを選択する。他方、第１の条件及び第２の条件のうち、いずれか一方の条件が満たされない場合には、ステップＳ２０３に移行し、撮像画像の中央からの距離が最も短いレーンマーカと次に距離が短いレーンマーカの２本のレーンマーカを、第２レーンマーカとして選択する。このとき、第１レーンマーカが検出されない領域、つまり直前まで検出されていた第１レーンマーカの端点と横位置が共通する第２レーンマーカを選択する。これにより、検出できなかった第１レーンマーカの代わりに、その隣に存在する（横位置が共通する）第２走行車線の第２レーンマーカを選択する。

ステップＳ２０４において、制御装置１０は、選択したレーンマーカに基づいて第１道路パラメータを算出する。この算出方法は、例えば、検出された複数のレーンマーカ候補点を最小二乗法によりレーンマーカモデル式（１）にフィッティングすることで算出できる。さらに式（５）を用いて実際の物理量に変換する。

ステップＳ２０５において、制御装置１０は、Ｓ２０４において算出された各第１道路パラメータの全てが所定値以内であるか否かを判定する。ちなみに、現実に存在しうる道路の形状、及び車両の姿勢は限られている。このため、自車走行車線である第１走行車線を区分する第１レーンマーカに基づいて第１道路パラメータを算出した場合には、実際に取りうる値は所定値以内に収まると考えられる。算出された各第１道路パラメータの全てが所定値以内である場合には、ステップＳ２０６に移行し、選択した２本のレーンマーカが第１走行車線の両側の第１レーンマーカであると判定する。そして、自車両の相対横位置を算出する基準として第１レーンマーカを選択する。本処理において、ステップＳ２０５をスキップして、ステップＳ２０４からステップＳ２０６へ進んでもよい。最後にステップＳ２０７に移行し、Ｓ２０４で算出した第１道路パラメータを用いて第１レーンマーカに対する自車両の相対横位置を算出する。

ステップＳ２０５において、第１道路パラメータのいずれかの値が所定の値域以外である場合には、ステップＳ２０８に移行する。ステップＳ２０８では、横変位量ｙ_r以外の第１道路パラメータが所定値以内であるか否かを判定する。横変位量ｙ_r以外の第１道路パラメータが所定値以内である場合には、Ｓ２０９に移行する。ステップＳ２０９では横変位量ｙ_rの値を評価する。横変位量ｙ_r＜０の場合にはＳ２１０に移行し、自車走行車線(第１走行車線)の左隣の他の第２走行車線を区分する両側二本の第２レーンマーカであると判定する。横変位量ｙ_rがステップＳ２０５において所定値域以外であり、かつｙ_r＜０である場合、つまりｙ_rが正に大きい値を取る場合には、Ｓ２１１に移行し、自車走行車線(第１走行車線)の右隣の他の第２走行車線を区分する両側二本の第２レーンマーカであると判定する。Ｓ２１０、Ｓ２１１の各ステップからＳ２０７に移行し、ステップＳ２０４で算出した道路パラメータを用いて、選択された各レーンマーカに対する自車両の相対横位置を算出する。

ステップ２０８において、制御装置１０は、いずれかの道路パラメータが所定の値域以外である場合は、今回選択された２本のレーンマーカは車線を表す一定間隔を保って同一方向に伸びるレーンマーカではないと判定し、Ｓ２１２に移行する。車線として評価できるレーンマーカに基づく道路パラメータは運転支援などに利用することはできないからである。

ステップ２１２において、制御装置１０は、検出されたレーンマーカの内で他の２本のレーンマーカの組み合わせがあるか否かを判定する。他のレーンマーカの組み合わせが存在する場合にはＳ２１３に移行し、その２本の組み合わせを選択する。その後、上述したＳ２０４以降の処理を行う。ステップＳ２１２において、他の組み合わせが存在しない場合には、不検出として処理を終了する。なお、ステップＳ２０１における不検出時処理時には、過去の履歴を出力したり、過去の情報を用いて道路パラメータを出力することもできる。上記処理により、カメラ２０による撮像画像の情報から検出された各レーンマーカの各道路パラメータに基づいて、自車両と走行車線との相対的な位置関係を認識することができる。

図４に戻り、自車相対横位置出力処理Ｓ５において、制御装置１０は、算出された第１又は第２レーンマーカに対する自車両の相対横位置を走行支援装置８０へ出力する。相対横位置とともに、道路パラメータや車線の特定情報などを走行支援装置８０へ出力してもよい。走行支援処理Ｓ６では、走行支援装置８０が自車位置認識装置１００から取得した自車両の相対横位置を用いて自車両の走行支援を行う。

以下、走行支援処理Ｓ６について説明する。本実施形態では、道路に分岐車線又は合流車線が含まれるか否かの判定結果は、走行支援装置８０において利用される。

本実施形態の走行支援装置８０は、車両から走行に関する車両情報を取得する車両情報取得機能と、自車位置認識装置１００の自車相対横位置算出機能により算出された第１又は第２レーンマーカに対する自車両の第１又は第２相対横位置とを取得する相対位置取得機能を有する。走行支援装置８０は、第１又は第２道路パラメータと、第１又は第２道路パラメータに対応する第１又は第２走行車線を特定する車線特定情報とを取得してもよい。

走行支援装置８０は、取得した車両情報と、第１又は第２道路パラメータと、車線特定情報とに基づいて、第１又は第２走行車線に対する目標横位置を設定する目標横位置設定機能と、第１又は第２走行車線の目標横位置と自車両との相対位置関係が維持されるように車両の走行を支援する走行支援機能とを有する。

図８に基づいて、本実施形態の走行支援処理について説明する。
ステップＳ３０１において、走行支援装置８０は、車両コントローラ５０の各種センサ５１から車両情報としての各センサ信号を取得する。具体的に、車両信号は、車速センサ、操舵角センサ、ステアリングアクチュエータの電流センサの信号を含む。

ステップＳ３０２において、走行支援装置８０は、自車位置認識装置１００により算出された各レーンマーカを基準とする自車両の相対横位置を取得する。相対横位置とともに、第１又は第２道路パラメータ及び自車位置認識処理の対象となる車線を特定する車線特定情報を取得してもよい。

ステップＳ３０３において、走行支援装置８０は、ステップＳ３０２で取得した第１又は第２道路パラメータ及び自車位置認識処理の対象となる車線を特定する車線特定情報に基づいて、自車両を走行させる際の目標横位置を設定する。例えば、第１走行車線の第１道路パラメータを取得した場合には、ｙ_r=−Ｗ／２とすることで車線の中央を目標横位置に設定できる。右隣車線に基づく第２道路パラメータを取得した場合には、ｙ_r=Ｗ／２が車線中央となる。もちろん、状況に応じて車線中央からオフセットした位置を目標横位置と設定することもできる。また、認識対象となる車線が切り替わった際に、既に取得した値を使用すると、目標横位置が急激に変化する恐れがある。このため、車線が切り替わる際には、切替直後の横変位量を目標横位置として設定することで、以前の横位置を持続して走行支援をすることができる。

ステップＳ３０４において、走行支援装置８０は、算出された相対横位置に存在する自車両について、センサ信号、道路パラメータ及び目標横位置に応じた操舵制御量を算出する。算出した操舵制御量に基づいて、車両の制御指令を車両コントローラ５０及び／又は操舵装置７０へ送出する。

ステップＳ３０５において、車両コントローラ５０及び／又は操舵装置７０は、制御指令に含まれる操舵制御量に応じてステアリングアクチュエータ７１を駆動させる。これにより、自車両は、所定の走行車線の目標横位置に対して所定の位置関係を維持した状態で、走行することができる。

上述したように、本実施形態の自車位置認識装置１００は、一対の第１レーンマーカが所定の距離範囲内に検出されない場合には、第２レーンマーカを自車両の相対横位置の基準とし、第２レーンマーカに対する自車両の相対横位置を算出し、これを出力する。本実施形態では、一対の第１レーンマーカが所定の距離範囲内に検出されない場合には、第１走行車線に分岐車線・合流車線が含まれると予測する。この場合において、制御装置１０は、第１レーンマーカを基準とした第１相対横位置を走行支援装置８０に送出することなく、第２レーンマーカを基準とした相対横位置を走行支援装置８０に送出する。このため、分岐・合流車線が存在することによる影響を受けることなく、正確な相対横位置に基づいた適切な走行支援処理を実行できる。

具体的に、図９Ａに本実施形態の走行支援システム１が効果的に機能する分岐車線におけるシーンを示す。また、図９Ｂに、同じく本実施形態の走行支援システム１が効果的に機能する合流車線におけるシーンを示す。図９Ａに示すように、分岐車線があるため、本線のレーンマーカは途切れ、一部が欠損している。このため、本線を区分するレーンマーカは同幅ではない。右側車線に注目すると、右側車線を区分する２本のレーンマーカの幅は手前側では広いが、進行方向となる奥手側では分岐し、急に狭くなる。また、図９Ｂに示すように、合流車線があるため本線のレーンマーカは途切れ、一部が欠損している。このため、本線を区分するレーンマーカは同幅ではない。中央の本線に注目すると、２本のレーンマーカの幅は合流手前側では狭いが、進行方向となる奥手側で合流車線と合体し、急に広くなる。なお、本実施形態における「分岐車線」は車線数が減少する態様の車線を意味し、本実施形態における「合流車線」は車線数が増加する態様の車線を意味する。

さらに、具体的に、分岐車線を例にして、図１０Ａに基づき、本実施形態の自車位置認識処理の作用を説明する。図１０Ａのように、自車両が走行する道路の第１走行車線に分岐車線が存在し、第１走行車線の片側のレーンマーカＰ１Ｌが途中で途絶え、分岐車線のレーンマーカとして本流車線から逸れて行く場面を設定する。同図に示す場面では、第１走行車線の右隣の第２走行車線は分岐車線又は合流車線を含まない。

図１０Ａに示すように、第１走行車線のレーンマーカＰ１ＬとＰ１Ｒとの間隔Ｑ１１，Ｑ１２は、自車両Ｖの進行方向Ｅに沿って変化する。第２走行車線のレーンマーカＰ２ＬとＰ２Ｒとの間隔Ｑ２１，Ｑ２２は、自車両Ｖの進行方向Ｅに沿って変化しない。

また、図１０Ｂは、合流車線における自車位置認識処理の作用を説明するための図である。図１０Ｂのように、自車両が走行する道路の第１走行車線に合流する合流車線が存在する。このため、第１走行車線の片側のレーンマーカＰ１Ｌが途中で途切れ、その後、進行方向前方において合流車線のレーンマーカＰ１Ｌ´が第１走行車線の片側のレーンマーカＰ１Ｌに連なる。同図に示す場面では、第１走行車線の右隣の第２走行車線は分岐車線又は合流車線を含まない。

図１０Ｂに示すように、第１走行車線のレーンマーカＰ１Ｌ´（後にＰ１Ｌ）とＰ１Ｒとの間隔Ｑ１１，Ｑ１１´，Ｑ１２は、自車両Ｖの進行方向Ｅに沿って変化する。具体的に、第１走行車線の道路幅はＱ１１であったところ、合流車線の存在によりＱ１１´に増加する。合流完了点では再度Ｑ１１とほぼ同じＱ１２に狭まる。第２走行車線のレーンマーカＰ２ＬとＰ２Ｒとの間隔Ｑ２１，Ｑ２２は、自車両Ｖの進行方向Ｅに沿って変化しない。

図１０Ａ及び図１０Ｂの状況下において、自車両が走行する第１走行車線の第１レーンマーカが分岐又は合流のために一部が欠損し、その連続性が損なわれている。自車両が走行する第１走行車線の両側の第１レーンマーカＰ１Ｌ（Ｐ１Ｌ´）とＰ１Ｒとの間隔は変化するため、自車両に対する第１レーンマーカの相対横位置及び第１道路パラメータの値には相対的に大きいバラツキが生じる傾向がある。このような場合は、第１レーンマーカが検出できない又は第１走行車線の幅が増減するために自車両に対する第１レーンマーカの相対横位置及び第１道路パラメータを正確に算出することができない。

一方、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す状況下において、第２走行車線の第２レーンマーカＰ２ＬとＰ２Ｒとの幅は略一定に保たれるため、自車両との相対横位置及び道路パラメータは、複数回算出しても、処理ごとにバラツキが生じ難い。

本実施形態では、第１走行車線を区分する一対の第１レーンマーカが所定の距離範囲内に検出されない場合には、合流・分岐車線の存在又は摩耗による欠損を予測し、第２走行車線の第２レーンマーカとの相対横位置を算出する。

本実施形態の自車位置認識装置１００によれば、図１０Ａ、図１０Ｂのような状況下においては、第２レーンマーカ (第２走行車線)との相対横位置に基づいて、自車両の走行位置を正確に認識することができる。

本実施形態の自車位置認識装置１００は以上のように構成され、動作するので、以下の効果を奏する。

[１] 本実施形態の自車位置認識装置１００によれば、第１走行車線を区分する一対の第１レーンマーカが所定の距離範囲内に検出されなかった場合には、第１走行車線に分岐・合流車線の存在を予測し、横位置が共通する(隣の)第２レーンマーカに対する第２相対横位置を算出する。これにより、第１走行車線が合流車線又は分岐車線を含む場合であっても、自車両の相対横位置をリアルタイムの情報に基づいて正確に算出することができる。

[２] 本実施形態の制御装置１０は、自車両の相対横位置を算出する際に、自車両が走行する第１走行車線を区分する第１レーンマーカを選択し、第１レーンマーカが検出できなければ、それと横位置が共通する第２レーンマーカを選択し、第１及び第２レーンマーカのいずれもが検出できなければ過去の処理において検出された第１レーンマーカを選択し、過去の第１レーンマーカの情報が取得できなければ過去の処理において検出された第２レーンマーカを選択する。このような順序に従って自車両の相対横位置の基準を選択するので、状況に応じた精度で自車両の相対横位置を算出することができる。

[３]本実施形態の自車位置認識装置１００によれば、第１走行車線の道路曲率、自車両に対する相対ピッチ角、又は自車両に対する相対ヨー角のいずれか一つ以上を含む第１道路パラメータを、前１レーンマーカの第１相対横位置として算出し、第２レーンマーカに対応する第２走行車線の道路曲率、自車両に対する相対ピッチ角、又は自車両に対する相対ヨー角のいずれか一つ以上を含む第２道路パラメータを、第２レーンマーカの第２相対横位置として算出するので、自車両に対する第１・第２走行車線の相対横位置を具体的に表現することができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

すなわち、本明細書では、本発明を、自車位置認識装置１００と走行支援装置８０を含む車載装置２００とを備える車両用の走行支援システム１を例にして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本明細書では、本発明に係る自車位置認識装置の一態様として、制御装置１０と、カメラ２０と、出力装置３０とを備える自車位置認識装置１００を一例として説明するが、これに限定されるものではない。

本明細書では、画像取得手段と、レーンマーカ検出手段と、距離範囲設定手段と、自車相対横位置算出手段と、を備える本発明に係る自車位置認識装置の一例として、画像取得機能と、レーンマーカ検出機能と、距離範囲設定機能と、自車相対横位置算出機能とを実行する制御装置１０を備える自車位置認識装置１００を一例として説明するが、これに限定されるものではない。

１…走行支援システム
１００…自車位置認識装置
１０…制御装置
１１…ＣＰＵ
１２…ＲＯＭ
１３…ＲＡＭ
２０…カメラ
３０…出力装置
３１…ディスプレイ
３１…スピーカ
２００…車載装置
５０…車両コントローラ
５１…各種センサ
６０…駆動系
７０…操舵装置
８０…走行支援装置
９０…ナビゲーション装置
９１…ＧＰＳ
９２…地図情報、道路情報、道路幅情報

Claims (3)

1. 自車両に搭載されたカメラによる車両周囲の撮像画像を取得する画像取得手段と、
   前記撮像画像に基づいて、前記自車両が走行する第１走行車線を区分する左右一対の第１レーンマーカと、前記第１走行車線に隣接する第２走行車線をそれぞれ区分し、一定間隔を保って同一方向に延びる左右一対の第２レーンマーカとを含む道路のレーンマーカを検出するレーンマーカ検出手段と、
   所定の距離範囲を設定する距離範囲設定手段と、
   前記レーンマーカ検出手段により検出された前記レーンマーカのうちで２本の前記レーンマーカの組み合わせがあるか否かを判断し、２本の前記レーンマーカの組み合わせがあると判断した場合であって、前記第１走行車線を区分する左右一対の前記第１レーンマーカが前記距離範囲において検出された場合には、前記第１レーンマーカを選択し、選択された前記第１レーンマーカに対する前記自車両の第１相対横位置を算出し、前記第１走行車線を区分する左右一対の前記第１レーンマーカの一方が前記距離範囲内において検出されなかった場合には、前記第２レーンマーカを選択し、検出されなかった前記第１レーンマーカと横位置が共通する前記第２レーンマーカと検出された前記第１レーンマーカとに対する前記自車両の第２相対横位置を算出し、前記２本の前記レーンマーカの組み合わせがあると判断されなかった場合には、不検出として処理を終了する自車相対横位置算出手段と、を備えることを特徴とする自車位置認識装置。
2. 前記自車相対横位置算出手段は、前記第１レーンマーカ及び前記第２レーンマーカのいずれもが検出されなかった場合には、前回の処理において検出された前記第１レーンマーカ又は前記第２レーンマーカであって、前記自車両からの距離が短い前記レーンマーカに対する前記自車両の相対横位置を算出することを特徴とする請求項１に記載の自車位置認識装置。
3. 前記自車相対横位置算出手段は、前記自車両の位置を基準としたレーンマーカモデルを用いて、前記第１レーンマーカにより区分される前記第１走行車線の道路曲率、前記自車両に対する相対ピッチ角、又は前記自車両に対する相対ヨー角のいずれか一つ以上を含む第１道路パラメータに基づいて、前記第１レーンマーカに対する前記自車両の第１相対横位置を算出し、前記自車両の位置を基準としたレーンマーカモデルを用いて、前記第２レーンマーカにより区分される前記第２走行車線の道路曲率、前記自車両に対する相対ピッチ角、又は前記自車両に対する相対ヨー角のいずれか一つ以上を含む第２道路パラメータに基づいて、前記第２レーンマーカに対する前記自車両の第２相対横位置を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の自車位置認識装置。