JP7072641B2 - 路面検出装置、路面検出装置を利用した画像表示装置、路面検出装置を利用した障害物検知装置、路面検出方法、路面検出方法を利用した画像表示方法、および路面検出方法を利用した障害物検知方法 - Google Patents
路面検出装置、路面検出装置を利用した画像表示装置、路面検出装置を利用した障害物検知装置、路面検出方法、路面検出方法を利用した画像表示方法、および路面検出方法を利用した障害物検知方法 Download PDFInfo
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Description
車両に設けられ、前記車両の周囲の路面画像を取得し、路面画像の一部である部分路面画像を複数出力する撮像部と、
車両周辺に存在する障害物までの距離を検出する障害物距離検出部と、
部分路面画像と障害物までの距離とに基づいて、障害物を含まない領域をヒストグラム生成領域として複数抽出するヒストグラム生成領域抽出部と、
複数のヒストグラム生成領域を合成し、ヒストグラム生成合成領域として出力するヒストグラム生成領域合成部と、
ヒストグラム生成合成領域にもとづいて、ヒストグラムを演算するヒストグラム演算部と、
ヒストグラムを第1のヒストグラムと第2のヒストグラムとに分離して出力するヒストグラム分離部と、
第1のヒストグラムと部分路面画像より第1の領域を抽出する第1の領域抽出部と、
第2のヒストグラムと部分路面画像より第2の領域を抽出する第2の領域抽出部とを備え、
ヒストグラム分離部はヒストグラムより第1のピーク値を含む要素を前記第1のヒストグラム、第2のピーク値を含む要素を前記第2のヒストグラムとして分離することを特徴とする。
実施の形態1の路面検出装置は、従来課題であった、路面検出の精度を上げるために、車両1周辺の画像から画像処理によって、日の当たる路面である日向路面と、影が映り込んだ路面である影路面を検出するものである。実施の形態1の路面検出装置の構成の概略について、図1Aを用いて説明する。
カメラ3は車両1の前後及び左右に複数設置され、カメラ配線5を介して周辺監視カメラコントローラ8に接続されている。また取付け位置について、図1Aでは左右のカメラについては、現在一般的なドアミラー下部、前後のカメラについてはそれぞれバンパー中央に設置するよう図示しているが、必ずしも図1Aのように設置する必要はなく、本願の目的を満たすことが可能であれば設置位置は限定しない。
路面検出装置11には、ソナーコントローラ7、周辺監視カメラコントローラ8以外に、その他のセンサ9、演算装置10が含まれており、それぞれ、通信線4(例えばCAN:Control Area Network等)、を用いて接続されている。
演算装置10は、図1Bに示すように、プロセッサ1000と記憶装置2000から構成され、図示していないが、記憶装置はランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ1000は、記憶装置2000から入力されたプログラムを実行し、図2で説明する機能ブロックに関する構成および図3で説明するフローチャートの動作の一部又は全部を遂行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ1000にプログラムが入力される。また、プロセッサ1000は、入出力される信号、演算の中間値、および演算結果等のデータを記憶装置2000の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。また、プロセッサ1000及び記憶装置2000に加え、ロジック回路、アナログ回路を併用してもよい。また、演算装置10は、後述する実施の形態2、及び実施の形態3で説明する機能ブロック及びフローチャートの動作の一部又は全部を遂行する。
路面検出装置11は、撮像部200、障害物距離検出部201、車両信号検出部202、画像変換部203、ヒストグラム生成領域抽出部204、ヒストグラム生成領域合成部205、ヒストグラム演算部206、ヒストグラム分離部207、変換画像合成部208、第1の領域抽出部209、第2の領域抽出部210、により構成される。
図4に示すように車両1前方のカメラ3を路面が映るように取り付けると、図5のような部分路面画像を撮像することができる。
図5は車両1のカメラ3が撮像する部分路面画像で、路面上に障害物であるパイロン12が設置されており、路面にパイロン12によってできたパイロンの影13と白線14が映し出されている。このような部分路面画像のうち車両1近傍の路面を含む領域である領域Aを射影変換することで、領域Aを上方から見下ろす架空のカメラ3’が撮像したような部分変換画像に変換する。射影変換した部分変換画像の例を図6に示す。射影変換は図5に示す部分路面画像内の高さのある障害物(例えば、パイロン12)についても、高さのない路面上の模様(例えば、アスファルト路面上の白線14)のように扱うため、高さをもつパイロン12は、図6に示すように車両1から奥行き方向に伸びた形で変換される。
なお、座標とは図7に示すような、車両1の後方車軸中央を原点0とした座標系である。この座標系は、原点0から車両1前方に向かう軸をX軸、原点0から車両1の左方に向かう軸をY軸で表す。
ヒストグラム生成領域と車両1との位置関係を図8に示す。図8は車両1と車両1周辺の路面を上方から見た俯瞰画像であり、車両1周辺の路面には車両の影15が映っている。ヒストグラム生成領域抽出部204は、カメラ3の撮像する部分路面画像を変換した部分変換画像のうち、車両1の近傍を囲む4つの長方形の領域Bをヒストグラム生成領域として抽出する。領域Bに障害物が含まれると、障害物を路面として誤検出する可能性があるため、部分変換画像上にてソナーセンサ2が検出する障害物距離に基づいて障害物を含まない路面領域を算出し、ヒストグラム生成領域として抽出する。
障害物を検出する場合は障害物距離に基づいて車両1と障害物との距離を算出するため、図3中、ステップS104へ移行する。
障害物を検出しない場合は、ソナーセンサ2(図1A参照)の最大検出距離を車両1と障害物との距離とし、図3中、ステップS108へ移行する。この場合、ソナーセンサ2の精度を考慮して、ソナーセンサ2の最大検出距離の0.8倍を車両1と障害物との距離としても良い。
まず、円弧の交点17から車両1の面に対して引かれる垂線の長さを算出する。ソナーセンサ2の精度により障害物距離には誤差が含まれるため、誤差を考慮して、垂線の長さを0.8倍または0.6倍した値を車両1と障害物との距離Cとして出力する。
部分変換画像上に複数の障害物が存在するために円弧の交点17が複数存在する場合は、全ての円弧の交点17から車両1の面に対して垂線を引き、最も短い垂線の長さを0.8倍または0.6倍にした値を車両1と障害物との距離Cとして出力する。なお、ソナーセンサ2を用いて説明したが、より指向性の高いセンサを用いるのであれば、算出された垂線の長さに、より1に近い倍率をかけた値を車両1と障害物との距離Cとすることができる。
図11中、ソナーセンサ2は、ソナーセンサ2の正面から約Z度の範囲に対して音波を放つため、障害物を検知した場合、障害物はソナーセンサ2の中心から±Z度の範囲に存在する。車両1と障害物との距離が最も短くなるのはソナーセンサ2の中心からZ度の方向に障害物が存在するときであるため、この距離を車両1と障害物との距離Cとして出力する。すなわち、円弧16の半径である障害物距離をPとしたとき、以下の式(1)を用いて距離Cを算出する。
C = PcosZ ・・・(1)
図11の例では、Z=45度として車両1と障害物との距離Cを算出する。
ヒストグラム生成領域の抽出方法の例を図12によって説明する。図12では、車両1の後方に設置されたカメラ3が撮像する部分路面画像を変換した部分変換画像(以後、車両1後方の部分変換画像と記載)においてヒストグラム生成領域を点H1からH4に囲まれた領域に設定している。点H1からH4の座標は、図7で説明した座標系において、H1(-β,α+γ2)、H2(-β,-α-γ1)、H3(-β-δ, -α-γ1)、H4(-β-δ, α+γ2)で、αは車両1の横幅の半分の長さ、βは後方車軸から後方バンパーまでの長さを表している。図3中、ステップS103からステップS107において出力された車両1と障害物との距離Cによって、γ1、γ2とδを可変とすることで路面領域のみをヒストグラム生成領域として抽出することが可能となる。例えば、車両1後方の部分変換画像からヒストグラム生成領域を算出する際には、車両1後方の部分変換画像から算出された車両1と障害物との距離Cをδ、右方の部分変換画像から算出された車両1と障害物との距離Cをγ1、左方の部分変換画像から算出された車両1と障害物との距離Cをγ2とする。同様の方法でその他の部分変換画像におけるヒストグラム生成領域を算出すると、前述した図8のように車両1を囲む路面領域をヒストグラム生成領域として抽出することができる。また、各部分変換画像から算出された車両1と障害物との距離Cのうち、最も短い車両1と障害物との距離Cを、δとγ1、γ2としてヒストグラム生成領域を抽出しても良い。
合成比率を算出するために、本実施の形態1では車両信号として、シフト情報を利用する。シフト情報から車両1の現在の進行方向が分かるため、進行方向のヒストグラム生成領域の合成比率を1より低い値を算出し、進行方向と反対のこれまで走行していた路面であると考えられるヒストグラム生成領域の合成比率を1より大きい値を算出する。このように、車両信号から各ヒストグラムの路面である確率を推定し、合成比率を変更する。本実施の形態1では、車両信号としてシフト情報を利用する例を示したが、ヨーレート、又は車速などその他の車速信号を利用してヒストグラム生成領域を算出してもよい。
ヒストグラムのピーク18a、及びピーク18bを探索する方法として、ローパスフィルタ、又は微分を用いる方法などがあるが、本手法の特徴ではないため説明を割愛する。
このようにして、本実施の形態1の路面検出装置は、カメラ3により車両1周辺の路面画像を取得し、更に部分変換画像に変換し、ソナーセンサ2により車両周辺の障害物との障害物距離を計測し、障害物距離に基づいて部分変換画像内の障害物のない領域をヒストグラム生成領域として抽出し、車両信号に基づいてヒストグラム生成領域をヒストグラム生成合成領域に合成し、ヒストグラム生成合成領域のヒストグラムを第1のピーク値を含む要素を日向路面に基づく第1のヒストグラムと、第2のピーク値を含む要素を影路面に基づく第2のヒストグラムに分離し、部分変換画像を合成して合成変換画像を作成し、第1のヒストグラムを用いて合成変換画像より日向路面である第1の領域を抽出し、第2のヒストグラムを用いて合成変換画像より影路面である第2の領域を抽出することで、影の影響を受けることなく路面を検出することが可能になるため、従来に比べ精度の高い路面検出装置及び路面検出方法を提供することができる。
例えば、ソナーセンサ2が破損した場合、障害物距離が検出できないため、ステップS102からステップS108の処理が正常に動作しない。そのため、このステップの処理をスキップし、ある一定の距離を、車両1と障害物との距離Cとして出力することでヒストグラム生成領域を抽出する。障害物距離検出部201が破損している場合、障害物距離が検出されないか、誤った障害物距離が検出されるため、ソナーセンサ2の検出範囲に障害物が含まれることが考えられる。そこで、車両1と障害物との距離Cを例えば0.5m又は1mなどの短い距離に設定することでヒストグラム生成領域に障害物が含まれることを防ぐことが可能である。
実施の形態2は、路面検出装置とこの路面検出装置の出力した第2の領域に対して、第1のヒストグラムから取得できる第1の領域の色情報を用いて色置換を行い、画像表示部にて表示する画像表示装置に関するものである。
このようにして、本実施の形態2の画像表示装置は、実施の形態1における路面検出装置によって出力される第1のヒストグラムと第2のヒストグラムを利用して、表示画像生成部によって生成された表示画像から第2の領域を抽出し、抽出した表示画像第2領域の画素を第1のヒストグラムによって算出される第1の領域の画素値に色置換し、色置換した色置換表示画像を画像表示部にて出力する。これにより、車両1周辺の路面を上方から見下ろした俯瞰画像である表示画像から影を除去することができ、影を含む表示画像に比べ、ユーザが車両1周辺の障害物をより簡単に認識することが可能になる。なお、本実施の形態2では、車両1周辺の俯瞰画像から影を除去して表示する例を示したが、本手法は車両1のカメラ3から取得した画像を変換してできる画像全てに適応できる。そのため、カメラ3から取得した画像から車両1周辺の3Dビューなどを作成する際にも、3Dビューから影を取り除くことができ、ユーザが見易い3Dビューを提供できる。
実施の形態3は、路面検出装置と路面検出装置の出力した第1の領域と第2の領域に基づいて、障害物を検知する障害物検知装置に関するものである。
算出した類似度が、ある定めた閾値以上かつ最大となる光源方向を現在の光源方向として、現在の光源方向を180度反転させた方向を影方向とする。このとき、影方向判定良否フラグを良として現在の光源方向、影方向とともに出力する。また、光源方向に基づく影の形状の各類似度がすべてある定めた閾値未満となる場合、影の方向が推定できないものとして影方向判定良否フラグを否として影方向判定良否フラグのみ出力する。
このようにして、本実施の形態3の障害物検知装置は、カメラ3により取得した車両1周辺の路面画像を変換した部分変換画像を合成変換画像に合成し、実施の形態1の路面検出装置によって出力された第1の領域と第2の領域に基づいて合成変換画像から障害物領域を抽出し、更にソナーセンサ2により車両1と車両1周辺の障害物との障害物距離を計測し、前記障害物距離より求める障害物検知ゾーン20を出力し、前記合成変換画像の差分より求める合成変換画像内の差分障害物領域を出力し、障害物領域と障害物検知ゾーン20と合成変換画像内の差分障害物領域のうち、2つ以上が重なる領域を合成変換画像内の障害物領域として障害物位置を求めることで、従来に比べ精度の高い障害物検知装置及び障害物検知方法を提供することができる。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (17)
- 車両に設けられ、前記車両の周囲の路面画像を取得し、路面画像の一部である部分路面画像を複数出力する撮像部と、
前記車両周辺に存在する障害物までの距離を検出する障害物距離検出部と、
前記部分路面画像と前記障害物までの距離とに基づいて、障害物を含まない領域をヒストグラム生成領域として複数抽出するヒストグラム生成領域抽出部と、
複数の前記ヒストグラム生成領域を合成し、ヒストグラム生成合成領域として出力するヒストグラム生成領域合成部と、
前記ヒストグラム生成合成領域にもとづいて、ヒストグラムを演算するヒストグラム演算部と、
前記ヒストグラムを第1のヒストグラムと第2のヒストグラムとに分離して出力するヒストグラム分離部と、
前記第1のヒストグラムと前記部分路面画像より第1の領域を抽出する第1の領域抽出部と、
前記第2のヒストグラムと前記部分路面画像より第2の領域を抽出する第2の領域抽出部とを備え、
前記ヒストグラム分離部は前記ヒストグラムより第1のピーク値を含む要素を前記第1のヒストグラム、第2のピーク値を含む要素を前記第2のヒストグラムとして分離することを特徴とする路面検出装置。 - 車両に設けられ、前記車両の周囲の路面画像を取得し、路面画像の一部である部分路面画像を複数出力する撮像部と、
前記部分路面画像を射影変換した部分変換画像とする画像変換部と、
前記車両周辺に存在する障害物までの距離を検出する障害物距離検出部と、
前記部分変換画像と前記障害物までの距離とに基づいて、障害物を含まない領域をヒストグラム生成領域として複数抽出するヒストグラム生成領域抽出部と、
複数の前記ヒストグラム生成領域を合成し、ヒストグラム生成合成領域として出力するヒストグラム生成領域合成部と、
前記ヒストグラム生成合成領域にもとづいて、ヒストグラムを演算するヒストグラム演算部と、
前記ヒストグラムを、第1のヒストグラムと第2のヒストグラムとに分離して出力するヒストグラム分離部と、
前記部分変換画像を合成する変換画像合成部と、
前記第1のヒストグラムと前記変換画像合成部からの合成変換画像とに基づいて第1の領域を抽出する第1の領域抽出部と、
前記第2のヒストグラムと前記合成変換画像とに基づいて第2の領域を抽出する第2の領域抽出部とを備え、
前記ヒストグラム分離部は前記ヒストグラムより第1のピーク値を含む要素を前記第1のヒストグラム、第2のピーク値を含む要素を前記第2のヒストグラムとして分離することを特徴とする路面検出装置。 - 前記ヒストグラム分離部は、前記ヒストグラムの前記第2のピーク値が、予め決められた閾値未満の場合は、前記第2のヒストグラムを出力せず、前記第1のヒストグラムのみ出力することを特徴とする請求項1または2に記載の路面検出装置。
- 前記ヒストグラム生成領域抽出部は、前記障害物までの距離に応じて前記ヒストグラム生成領域を可変とすることを特徴とする請求項1または2に記載の路面検出装置。
- 車両信号を検出する車両信号検出部を備え、
前記ヒストグラム生成領域合成部は、前記車両信号に応じて、複数のヒストグラム生成領域の合成比率を変更することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の路面検出装置。 - 前記第1のヒストグラムは、日向路面を示し、前記第2のヒストグラムは、影路面を示すことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の路面検出装置。
- 車両に設けられ、前記車両の周囲の路面画像を取得し、路面画像の一部である部分路面画像を複数出力する撮像部と、
前記車両周辺に存在する障害物までの距離を検出する障害物距離検出部と、
前記部分路面画像と前記障害物までの距離とに基づいて、障害物を含まない領域をヒストグラム生成領域として複数抽出するヒストグラム生成領域抽出部と、
複数の前記ヒストグラム生成領域を合成し、ヒストグラム生成合成領域として出力するヒストグラム生成領域合成部と、
前記ヒストグラム生成合成領域にもとづいて、ヒストグラムを演算するヒストグラム演算部と、
前記ヒストグラムを第1のピーク値を有する第1のヒストグラムと第2のピーク値を有する第2のヒストグラムとに分離して出力するヒストグラム分離部と、
前記第1のヒストグラムと前記部分路面画像より第1の領域を抽出する第1の領域抽出部と、
前記第2のヒストグラムと前記部分路面画像より第2の領域を抽出する第2の領域抽出部とを備えた路面検出装置に、
前記撮像部で取得した画像に基づいて生成した表示画像から前記第2の領域に相当する表示画像第2領域を抽出する表示画像第2領域抽出部と、
抽出した前記表示画像第2領域の画素値を前記第1のヒストグラムの色情報を用いて置換する色置換部と、
前記色置換部で置換された画像を表示する画像表示部を、さらに備えたことを特徴とする路面検出装置を利用した画像表示装置。 - 車両に設けられ、前記車両の周囲の路面画像を取得し、路面画像の一部である部分路面画像を複数出力する撮像部と、
前記部分路面画像を射影変換した部分変換画像とする画像変換部と、
前記車両周辺に存在する障害物までの距離を検出する障害物距離検出部と、
前記部分変換画像と前記障害物までの距離とに基づいて、障害物を含まない領域をヒストグラム生成領域として複数抽出するヒストグラム生成領域抽出部と、
複数の前記ヒストグラム生成領域を合成し、ヒストグラム生成合成領域として出力するヒストグラム生成領域合成部と、
前記ヒストグラム生成合成領域にもとづいて、ヒストグラムを演算するヒストグラム演算部と、
前記ヒストグラムを、第1のピーク値を有する第1のヒストグラムと第2のピーク値を有する第2のヒストグラムとに分離して出力するヒストグラム分離部と、
前記部分変換画像を合成する変換画像合成部と、
前記第1のヒストグラムと前記変換画像合成部からの合成変換画像とに基づいて第1の領域を抽出する第1の領域抽出部と、
前記第2のヒストグラムと前記合成変換画像とに基づいて第2の領域を抽出する第2の領域抽出部とを備えた路面検出装置に、
前記撮像部で取得した画像に基づいて生成した表示画像から前記第2の領域に相当する表示画像第2領域を抽出する表示画像第2領域抽出部と、
抽出した前記表示画像第2領域の画素値を前記第1のヒストグラムの色情報を用いて置換する色置換部と、
前記色置換部で置換された画像を表示する画像表示部を、さらに備えたことを特徴とする路面検出装置を利用した画像表示装置。 - 請求項1に記載の路面検出装置の部分路面画像において、第1の領域と第2の領域の輝度を反転することで障害物領域として抽出する領域反転部と、前記障害物領域に基づいて車両に対する障害物位置を演算し、障害物位置情報として出力する障害物位置検出部を備えることを特徴とする路面検出装置を利用した障害物検知装置。
- 請求項2に記載の路面検出装置の合成変換画像において、第1の領域と第2の領域の輝度を反転することで障害物領域として抽出する領域反転部と、前記障害物領域に基づいて車両に対する障害物位置を演算し、障害物位置情報として出力する障害物位置検出部を備えることを特徴とする路面検出装置を利用した障害物検知装置。
- 前記合成変換画像を記録する画像記録部、前記画像記録部に記録された合成変換画像と、以前に記録されている過去の合成変換画像の差分を算出し、この差分のうち、あらかじめ定めた閾値以上の領域を前記合成変換画像内の差分障害物領域として抽出する差分画像障害物領域抽出部を備え、前記障害物位置検出部は、前記差分障害物領域と前記障害物領域との重なる領域に基づいて、障害物位置を演算することを特徴とする請求項10に記載の路面検出装置を利用した障害物検知装置。
- 前記障害物距離検出部で検出された障害物までの距離を径とする円弧を、径方向及び周方向に一定の幅を有するように広げた領域を障害物検知ゾーンとして算出する障害物検知ゾーン演算部を備え、前記障害物位置検出部は、前記障害物検知ゾーンと前記障害物領域との重なる領域に基づいて障害物の位置を演算することを特徴とする請求項9または10に記載の路面検出装置を利用した障害物検知装置。
- 前記障害物距離検出部で検出された障害物までの距離を径とする円弧を、径方向及び周方向に一定の幅を有するように広げた領域を障害物検知ゾーンとして算出する障害物検知ゾーン演算部を備え、前記障害物位置検出部は、前記差分障害物領域と前記障害物領域に加え、前記障害物検知ゾーンを含む、いずれか2つ以上が重なる領域に基づいて、障害物位置を演算することを特徴とする請求項11に記載の路面検出装置を利用した障害物検知装置。
- 車両の周囲の光源方向と前記光源方向に反する影方向、および影方向判定の良否を出力する影方向判定部を備え、影方向判定が良の場合に、前記障害物領域の前記影方向に前記第2の領域が接していない障害物領域は、高さの無い障害物であると判定することを特徴とする請求項9から13のいずれか一項に記載の路面検出装置を利用した障害物検知装置。
- 車両の周囲の路面画像を取得し、その一部である部分路面画像を複数出力する第1のステップと、
前記部分路面画像と検出した障害物までの距離とに基づいて前記障害物を含まない路面領域をヒストグラム生成領域として複数抽出し、抽出された複数のヒストグラム生成領域を合成し、ヒストグラム生成合成領域として出力する第2のステップと、
前記ヒストグラム生成合成領域に基づいて、ヒストグラムを演算する第3のステップと、
前記ヒストグラムを、第1のヒストグラムと第2のヒストグラムとに分離して出力する第4のステップと、
前記第1のヒストグラムと前記部分路面画像より第1の領域を抽出する第5のステップと、
前記第2のヒストグラムと前記部分路面画像より第2の領域を抽出する第6のステップとを備え、
前記第4のステップは前記ヒストグラムより第1のピーク値を含む要素を第1のヒストグラム、第2のピーク値を含む要素を第2のヒストグラムとして出力することを特徴とする路面検出方法。 - 前記第2の領域を、前記第1のヒストグラムに基づいて色置換して表示画像を出力することを特徴とする請求項15に記載の路面検出方法を利用した画像表示方法。
- 請求項15に記載の路面検出方法を利用して前記障害物の位置を演算するステップを備えたことを特徴とする路面検出方法を利用した障害物検知方法。
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