JP6690510B2 - 物体認識装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動運転システムに用いて好適な物体認識装置に関する。

特許文献１には、自車両の進行路を車速及びヨーレートより推定し、推定した進行路上に先行車が存在している場合に、当該先行車は自車両と同じ車線を走行していると判断する方法が開示されている。

特開２００８−１７６４００号公報

路肩幅の狭い道路では、道路外の路側物を物標化したときの物標が車線内にはみ出す場合がある。このような場合、上記公報に記載技術では、路側物の物標を先行車等の車線内物標として誤検出するおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、路側物の物標を先行車等の車線内物標として誤検出することを低減することができる物体認識装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る物体認識装置は、
自車両の周辺に存在する物体に関する物標情報を取得する物標情報取得手段と、
前記自車両が走行する道路の車線境界線の位置と形状とに関する車線境界線情報を取得する車線境界線情報取得手段と、
前記自車両が走行する道路の路肩領域の幅に関する路肩情報を取得する路肩情報取得手段と、
前記車線境界線情報と前記路肩情報とに基づいて、前記路肩領域に隣接する隣接車線と前記路肩領域とを区画する路肩側車線境界線の隣接車線側に、有効車線領域を設定する有効車線領域設定手段と、
前記物標情報に含まれる物標枠と前記有効車線領域との重なり具合に基づいて、前記物標枠で特定される物体が前記隣接車線内に位置する物体か或いは前記隣接車線外に位置する物体か判断する判断手段とを備え、
前記有効車線領域設定手段は、前記路肩領域の幅が広いほど前記路肩側車線境界線から前記有効車線領域までの余裕代を小さくし、前記路肩領域の幅が狭いほど前記路肩側車線境界線から前記有効車線領域までの余裕代を大きくするように前記有効車線領域を設定し、
前記判断手段は、前記物標枠上にとられた少なくとも１つの隅点を含む１又は複数の点のうち所定値以上の個数の点、或いは、所定割合以上の点が前記有効車線領域に含まれている場合、前記物標枠で特定される物体は前記隣接車線内に位置する物体であると判断することを特徴とする。

本発明に係る物体認識装置によれば、路肩領域に隣接する隣接車線と路肩領域とを区画する路肩側車線境界線の内側に設定され路肩幅に応じて範囲を変更される有効車線領域と物標枠との重なり具合から、物標枠で特定される物体が隣接車線内の物体かどうかを判断するので、路肩幅の狭い道路において道路外の路側物を物標化したときの物標枠が車線内にはみ出したとしても、それを車線内のものとして誤検出することは抑えられる。

実施の形態に係る自動運転システムの構成を示すブロック図である。 車線境界線情報取得部の機能について説明する図である。 路肩情報取得部の機能について説明する図である。 有効車線領域設定部の機能について説明する図である。 有効車線領域設定部の機能について説明する図である。 車線内外判断部の機能について説明する図である。 車線内外判断部の機能について説明する図である。 実施の形態に係る物体認識処理の流れを示すフローチャートである。 従来の物体認識処理による認識結果を示す図である。 実施の形態に係る物体認識処理による認識結果を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

図１は、実施の形態に係る自動運転システムの構成を示す図である。自動運転システムは、それが搭載される車両の自動運転を実行する。自動運転システム１は、物体認識装置として機能する制御装置１０と、自律認識センサであるライダー（LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging）２、レーダー３及びステレオカメラ４を備える。これらの自律認識センサは、直接、或いは、車両内に構築されたＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信ネットワークを介して制御装置１０に接続されている。制御装置１０は、自律認識センサで得られた物体情報より、車両の略全周囲の状況を把握することができる。

自動運転システム１は、さらに、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機５、地図データベース６、ナビゲーションシステム７、ＨＭＩ（Human Machine Interface）８及びアクチュエータ９を備える。ＧＰＳ受信機５は、ＧＰＳ衛星が発信する信号に基づいて自車両の位置を示す位置情報を取得する手段である。地図データベース６は、例えば、車両に搭載されたＨＤＤやＳＳＤ等のストレージ内に形成されている。地図データベース６が有する地図情報には、道路の位置情報、道路形状の情報、交差点及び分岐点の位置情報、道路のレーン情報等が含まれる。ナビゲーションシステム７は、ＧＰＳ受信機５によって測定された自車両の位置情報と地図データベース６の地図情報とに基づいて、自車両の走行するルートを算出し、算出したルートの情報をＨＭＩ８を介して運転者に伝達するとともに、制御装置１０へ出力する。ＨＭＩ８は、乗員と制御装置１０との間で情報の出力及び入力をするためのインターフェイスである。アクチュエータ９は、制御装置１０からの操作信号に応じて動作し、その動作によって車両の走行状態を変化させる装置である。アクチュエータ９は、例えば、駆動系、制動系、操舵系のそれぞれに設けられている。これら以外にも、例えば、車速センサや加速度センサ等の自車両の走行状態に関する情報を得るための内部センサが自動運転システム１には備えられる。

制御装置１０は、少なくとも１つのＣＰＵ、少なくとも１つのＲＯＭ、少なくとも１つのＲＡＭを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。ＲＯＭには、自動運転のための各種のプログラムやマップを含む各種のデータが記憶されている。ＲＯＭに記憶されているプログラムがＲＡＭにロードされ、ＣＰＵで実行されることで、制御装置１０には様々な機能が実現される。なお、制御装置１０は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。

図１には、制御装置１０が有する自動運転のための機能のうち、特に、物体認識に関係する機能がブロックで表現されている。制御装置１０が有する自動運転のためのその他の機能についての図示は省略されている。

制御装置１０は、自車両の周辺に存在する物体を認識し、車線内に位置する物体と車線外に位置する物体とを判別する機能を有する。この機能は、制御装置１０が備える物標情報取得部１１、車線境界線情報取得部１２、路肩情報取得部１３、有効車線領域設定部１４、及び車線内外判断部１５により実現される。ただし、これらの部１１，１２，１３，１４、１５は、制御装置１０内にハードウェアとして存在するものではなく、ＲＯＭに記憶されたプログラムがＣＰＵで実行されたときにソフトウェア的に実現される。

物標情報取得部１１は、自車両の周辺に存在する各立体物について、その位置と範囲に関する情報を取得する。詳しくは、物標情報取得部１１は、まず、自車両周辺の立体物の測距データを自律認識センサより取得する。測距データには、測距点までの距離に関する情報、測距点の高さに関する情報、及び測距点の方向に関する情報が含まれる。物標情報取得部１１は、ライダー２で得た情報を用いること、レーダー３で得た情報を用いること、ステレオカメラ４で得た情報を用いること、センサフュージョンによって複数種類の自律認識センサの情報を組み合わせて用いること、のうち少なくとも１つの方法による測距データの取得が可能である。

物標情報取得部１１は、取得した測距データに基づき、各測距点の走行面内での位置を特定する。測距データを表現する座標系としては、自車両に座標系原点が置かれる直交座標系であるならば、任意の直交座標系が利用可能である。例えば、各時刻の自車両の後輪軸中心を座標系原点とし、自車両の後方向にＸ軸（縦軸）かつ前方を正、自車両の左右方向にＹ軸（横軸）かつ右方を正とする座標系を利用することができる。或いは、自車両の前端の左右中心を座標系原点とすることもできる。以下、測距データが表現される直交座標系を基準座標系という。

物標情報取得部１１は、次に、取得した測距データをクラスタリングする。クラスタリングは、各測距点の位置と高さとに基づいて行われる。また、前回フレームでのクラスタリングの結果との連続性を保つように行われる。クラスタリングの具体的な方法には特に限定はなく、公知のクラスタリング方法を用いることができる。クラスタリングされた測距点群は、基準座標系において物標ごとに長方形の物標枠で囲まれる。基準座標系における物標枠の位置は物標の自車両に対する位置を示し、物標枠の範囲は自車両が位置する平面上での物標の範囲を示している。

車線境界線情報取得部１２は、自車両が走行する道路の車線境界線の位置と形状とに関する車線境界線情報を取得する。例えば、ＧＰＳ受信機５の出力より推定した自車両の位置及び姿勢に基づいて、自車両の周辺の地図データが地図データベース６から検索される。地図データには、車線境界線を構成する点列の位置がＧＰＳ座標系で登録されている。車線境界線情報取得部１２は、地図データから車線境界線を構成する点列の位置データを読み出し、読み出した位置データをＧＰＳ座標系から基準座標系へ座標変換する。図２に示すように、車線境界線を構成する点列が基準座標系で表現されることにより、自車両に対する各車線境界線の位置と各車線境界線の形状とが特定される。

路肩情報取得部１３は、自車両が走行する道路の路肩領域の幅に関する路肩情報を取得する。路肩領域とは、車両が走行可能な道路領域の内と外とを区画する道路境界線と、道路境界線に最も近い路肩側車線境界線との間の領域を意味する。道路境界線は、左右２本存在する。図３に示す例では４本の線が描かれているが、最も左側の線が道路境界線であり、右側の３本の線は車線境界線である。車線境界線の一つ一つによって車線が区画されるので、図３では車線境界線は区画線と表記されている。隣接する２本の区画線で区画される帯状の領域が一つの車線である。路肩情報取得部１３は、道路境界線の位置及び形状に関する情報と、道路境界線と対になる区画線、つまり、道路境界線に最も近い区間線（以下、路肩側区画線という）の位置及び形状に関する情報とを地図データベース６から取得する。路肩情報取得部１３は、基準座標系の各縦位置において、道路境界線と路肩側区画線との横位置の差を算出する。この差が、その縦位置における路肩領域の幅、すなわち、路肩幅である。なお、図３には道路の左側にある路肩領域のみ描かれているが、路肩情報取得部１３による路肩情報の取得は左右の路肩領域について行われる。

有効車線領域設定部１４には、車線境界線情報取得部１２により取得された車線境界線情報と、路肩情報取得部１３により取得された路肩情報とが入力される。有効車線領域設定部１４は、車線境界線情報と路肩情報とに基づいて、路肩側区画線の内側に有効車線領域を設定する。有効車線領域とは、物標枠がその中に入っていれば、その物標枠に対応する物体は車線内に位置していると判断することができる領域である。有効車線領域の具体的な内容と、有効車線領域設定部１４によるその設定方法については、図４を用いて説明することができる。

図４には、車線を構成する左区画線と右区画線の２本の区画線が描かれている。左右の区画線の位置と形状は車線境界線情報に含まれている。左区画線の外側には、道路に沿って路側物が設置されている。路側物は、具体的には壁やガードレールであり、その内側の面が道路境界線となる。ゆえに、左区画線から道路境界線である路側物までの領域が路肩領域である。路肩側区画線である左区画線から路側物までの距離、すなわち、路肩幅は路肩情報に含まれている。

有効車線領域設定部１４は、左区画線と右区画線の位置と形状とに基づいて、車線中心線の位置と形状とを計算する。そして、車線中心線より左区画線に向かって左側有効車線幅を設定し、車線中心線より右区画線に向かって右側有効車線幅を設定する。左側有効車線幅と右側有効車線幅は、基準座標系の縦位置ごとに設定される。また、左側有効車線幅と右側有効車線幅とで個別に設定が行われる。左側有効車線幅と右側有効車線幅とに収まる領域が、上述の有効車線領域である。

有効車線領域設定部１４は、左区画線に路肩領域が接する場合、基準座標系の縦位置ごとの路肩領域の路肩幅を路肩情報から取得し、縦位置ごとに路肩幅に応じて左側有効車線幅の設定値を決定する。詳しくは、左区画線に路肩領域が接する場合、路肩幅が広い位置では、左側有効車線幅の設定値を大きくし、路肩幅が狭い位置では、左側有効車線幅の設定値を小さくする。また、有効車線領域設定部１４は、右区画線に路肩領域が接する場合、基準座標系の縦位置ごとの路肩領域の路肩幅を路肩情報から取得し、縦位置ごとに路肩幅に応じて右側有効車線幅の設定値を決定する。詳しくは、右区画線に路肩領域が接する場合、路肩幅が広い位置では、右側有効車線幅の設定値を大きくし、路肩幅が狭い位置では、右側有効車線幅の設定値を小さくする。なお、左側有効車線幅と右側有効車線幅のそれぞれの最大値は、左区画線から右区画線までの距離、すなわち、車線幅の半分である。

図４に示す例では、左区画線には路肩領域が接しているが、右区画線には路肩領域が接していない（つまり、左区画線と右区画線とで区画される車線は、左側の路肩領域に隣接する隣接車線であるが、右側の路肩領域（図示しない）に隣接する隣接車線ではない。）このような場合、右側有効車線幅は最大値である車線幅の半分に固定される一方、左側有効車線幅のみ路肩幅に応じた幅に変更される。つまり、路肩幅が広いほど左区画線から有効車線領域までの余裕代を小さくし、路肩幅が狭いほど左区画線から有効車線領域までの余裕代を大きくすることが行われる。この余裕代は、路側物を物標化した場合に、路側物に対応する物標枠が車線内にはみ出すことを想定して設けられたものである。路肩領域に接する区画線（路肩側車線境界線）と有効車線領域との間に余裕代を設けることで、路側物に対応する物標枠が区画線を超えて車線の中に入ってきたとしても、その物標枠を車線内に位置する物体のものと誤判断してしまうことを防ぐことができる。

路側物に対応する物標枠が区画線を超えて車線の中に入ってくる侵入量は、路側物と車線との距離、すなわち、路肩幅が狭いほど大きくなる。逆に、路肩幅が広く路側物が車線から大きく離れていれば、路側物に対応する物標枠が区画線を超えて車線内に侵入する可能性は低い。ゆえに、有効車線領域設定部１４は、路肩幅が広いほど有効車線幅の設定値を大きくすることで余裕代を小さくし、路肩幅が狭いほど有効車線幅の設定値を小さくすることで余裕代を大きくしている。なお、余裕代の最小値はゼロであり、最大値は車両半台分から車両１台分の幅である。余裕代の最大値をこのように限定している理由は、車両が路肩の近くを走行している場合に、その車両を車線外に位置する物体と誤判断することを防ぐためである。

有効車線領域設定部１４による有効車線幅の設定値の具体的な計算方法には限定はない。例えば、隣接する路肩領域の路肩幅が狭くなるにつれて有効車線幅の設定値も線型的に小さくなるように、路肩情報より得られる路肩幅から有効車線幅の設定値を一次式で計算してもよい。また、隣接する路肩領域の路肩幅が同じでも、道路の曲率が大きい（つまり、道路半径が小さい）ほど、路側物の物標枠は車線内にはみ出しやすい。例えば、図５に示す例では、直線部にある路側物１の物標枠１は車線内にはみ出していないが、湾曲部にある路側物２の物標枠２は車線内にはみ出している。よって、路肩幅が小さいほど、且つ、曲率が大きいほど、有効車線幅の設定値を小さくしてもよい。

車線内外判断部１５には、物標情報取得部１１で取得された物標情報と、有効車線領域設定部１４で設定された有効車線領域に関する情報とが入力される。車線内外判断部１５は、物標情報に含まれる物標枠と有効車線領域との重なり具合に基づいて、物標枠で特定される物体が車線内に位置する物体か或いは車線外に位置する物体か判断する。その具体的な判断方法については、図６及び図７を用いて説明することができる。

図６には、有効車線領域を示す左側有効車線幅及び右側有効車線幅と、先行する他車両の物標枠とが基準座標系で描かれている。図６に描かれている４つの黒丸は、物標枠の四隅を示す点である。また、図６に描かれている４つの白丸は、車線中心線を構成する点列の一部を示している。車線内外判断部１５は、物標枠に対応する物体が車線内に位置するか車線外に位置するかを次の手順で判断する。
（１）物標枠の４つの隅点のそれぞれについて、それらを挟み込む車線中心線上の点対を隅点のＸ座標に基づいて特定する。
（２）特定した車線中心線上の点対の縦位置に対応する左右の有効車線幅を読み出す。
（３）物標枠の４つの隅点のそれぞれについて、対応する車線中心線上の点対を結ぶ線分との垂直距離を計算する。垂直距離とは、詳しくは、図７に例示する垂線の長さである。
（４）物標枠の４つの隅点のそれぞれについて、垂直距離が有効車線幅（図７に示す例では左側有効車線幅）よりも小さいという条件が満たされるかどうか判定する。この条件が満たされるならば、その隅点は車線内に位置していると判定する。
（５）物標枠の４つの隅点の少なくとも１つが車線内に位置していると判定された場合、当該物標枠に対応する物体は車線内に位置する物体であると判断する。

自車両の周辺で検出された物標枠が複数ある場合、車線内外判断部１５は、それぞれの物標枠に対して上記の手順で判断処理を行う。なお、上記の手順は次のように変更してもよい。例えば、第１の変更例として、物標枠の４つの隅点のうち、所定値以上の個数の隅点、或いは、所定割合以上の隅点が車線内に位置していると判定された場合、当該物標枠に対応する物体は車線内に位置する物体であると判断してもよい。第２の変更例として、４つの隅点以外にも物標枠上の点を複数点とり、それら各点について車線内に位置しているかどうか判定し、所定値以上の個数の点、或いは、所定割合以上の点が車線内に位置していると判定された場合、当該物標枠に対応する物体は車線内に位置する物体であると判断してもよい。

上記の各部１１，１２，１３，１４、１５の機能により、制御装置１０は物体認識装置として機能する。図８は、本実施の形態に係る物体認識処理の流れを示すフローチャートである。物体認識装置としての制御装置１０は、このフローチャートに示す処理を所定の周期で繰り返し実施している。

まず、ステップＳ１では、制御装置１０は、ＧＰＳ信号により自車両の位置と姿勢とを推定し、自車両の周辺の車線境界線の位置と形状とが基準座標系で表現された車線境界線情報を地図データベース６から取得する。

ステップＳ２では、制御装置１０は、自車両の周辺の路肩領域に関する情報を地図データベース６から取得し、基準座標系の各縦位置における路肩幅を計算により取得する。

ステップＳ３では、制御装置１０は、ステップＳ１で取得した車線境界線情報に基づいて、各車線の車線中心線の位置と形状とを基準座標系で計算する。また、制御装置１０は、ステップＳ２で取得した基準座標系の各縦位置における路肩幅と、路肩領域と各車線との位置関係とに基づいて、車線中心線に対して左側の有効車線幅と右側の有効車線幅とをそれぞれ基準座標系の縦位置ごとに計算する。

ステップＳ４では、制御装置１０は、自車両周辺の各物体の測距データを自律認識センサより取得し、測距データをクラスタリングすることによって各物体に対応する物標を得る。

ステップＳ５では、制御装置１０は、ステップＳ４で取得した物標の物標枠と、ステップＳ３で計算した左右の有効車線幅で定義される有効車線領域との重なり具合に基づいて、物標枠で特定される物体が車線内に位置する物体か或いは車線外に位置する物体か判断する。その具体的な判断方法は上述の通りである。

以上の手順で行われる物体認識処理によれば、路肩幅に応じて範囲を変更される有効車線領域と物標枠との重なり具合から、物標枠で特定される物体が車線内にある物体かどうかが判断されるので、路肩幅の狭い道路において道路外の路側物を物標化したときの物標枠が車線内にはみ出したとしても、それを車線内の物標として誤検出することは抑えられる。この効果について図を用いて説明する。

図９は、従来の物体認識処理による認識結果を示す図である。ここでは、車線から離れた位置に路側物１があり、車線に近い位置に路側物２がある場合を例に取って説明する。自律認識センサにより得た測距データに基づいてそれぞれの路側物１，２を物標化した場合、図９に示すように、実際の路側物１，２に対して物標枠１，２が傾くことがある。このとき、路側物１を示す物標枠１は、その位置における路肩幅が広いので車線内までは届かない。しかし、路側物２を示す物標枠２は、その位置における路肩幅が狭いために傾きによって車線内にはみ出してしまう。従来の物体認識処理によると、車線と物標枠とが重なっている場合、その物標枠で特定される物体は車線内の物体として検出される。このため、物標枠２が車線内にはみ出すことで、あたかもそこに物体が存在しているかのように認識されてしまう。その結果、その物体との衝突を回避するように、自動運転システムによって、予期しない急制動や車線変更等が行われる可能性がある。

図１０は、上述の手順で行われる物体認識処理による認識結果を示す図である。路側物２の位置における路肩幅は狭いため、その位置では区間線（路肩側車線境界線）から有効車線領域までの余裕代が大きく取られる。ゆえに、路側物２を示す物標枠２に傾きがあり車線内に物標枠２がはみ出したとしても、余裕代があるために有効車線領域には侵入しない。よって、上述の手順で行われる物体認識処理によれば、物標枠２で特定される物体、つまり、路側物２が車線内の物体として誤検出されることは防止される。路側物が車線内の物体として誤検出されることが低減されれば、自動運転システムによる予期しない制御も低減される。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、先にも述べた通り、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、図２では車線境界線は点列で表現されているが、地図データに登録される車線境界線は線分の集合でもよいし、曲線の集合でもよい。

自車両の位置及び姿勢を推定する手段は、ＧＰＳ信号には限定されない。例えば、ライダー２やステレオカメラ４の出力から得られた特徴点と、地図上に登録してある看板や白線等の特徴点とを対応付けることによって自車両の位置及び姿勢を推定してもよい。

車線境界線情報の取得は、地図データベース６からの取得には限定されない。例えば、ステレオカメラ４により自車両の前方を撮影し、得られた撮影画像に対する白線認識処理によって車線境界線情報を取得してもよい。

１ 自動運転システム
２ ライダー
３ レーダー
４ ステレオカメラ
５ ＧＰＳ受信機
６ 地図データベース
７ ナビゲーションシステム
８ ＨＭＩ
９ アクチュエータ
１０ 制御装置（物体認識装置）
１１ 物標情報取得部（物標情報取得手段）
１２ 車線境界線情報取得部（車線境界線情報取得手段）
１３ 路肩情報取得部（路肩情報取得手段）
１４ 有効車線領域設定部（有効車線領域設定手段）
１５ 車線内外判断部（判断手段）

Claims (1)

1. 自車両の周辺に存在する物体に関する物標情報を取得する物標情報取得手段と、
   前記自車両が走行する道路の車線境界線の位置と形状とに関する車線境界線情報を取得する車線境界線情報取得手段と、
   前記自車両が走行する道路の路肩領域の幅に関する路肩情報を取得する路肩情報取得手段と、
   前記車線境界線情報と前記路肩情報とに基づいて、前記路肩領域に隣接する隣接車線と前記路肩領域とを区画する路肩側車線境界線の隣接車線側に、有効車線領域を設定する有効車線領域設定手段と、
   前記物標情報に含まれる物標枠と前記有効車線領域との重なり具合に基づいて、前記物標枠で特定される物体が前記隣接車線内に位置する物体か或いは前記隣接車線外に位置する物体か判断する判断手段とを備え、
   前記有効車線領域設定手段は、前記路肩領域の幅が広いほど前記路肩側車線境界線から前記有効車線領域までの余裕代を小さくし、前記路肩領域の幅が狭いほど前記路肩側車線境界線から前記有効車線領域までの余裕代を大きくするように前記有効車線領域を設定し、
   前記判断手段は、前記物標枠上にとられた少なくとも１つの隅点を含む１又は複数の点のうち所定値以上の個数の点、或いは、所定割合以上の点が前記有効車線領域に含まれている場合、前記物標枠で特定される物体は前記隣接車線内に位置する物体であると判断することを特徴とする物体認識装置。

Images