JP7101350B2 - Image processing device and movement support device - Google Patents

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本発明は、画像処理装置および移動支援装置に関する。 The present invention relates to an image processing device and a movement support device.

撮像したステレオ画像に基づいて前方空間の様子を推定する画像処理装置が知られている。 An image processing device that estimates the state of the front space based on an captured stereo image is known.

視覚障がい者等が歩行する際に装着し、自身の前方に段差や階段、壁、物体などの障害物があるかどうかを簡便に判別することができる画像処理装置が必要とされている。 There is a need for an image processing device that can be worn by visually impaired people when walking and can easily determine whether or not there are obstacles such as steps, stairs, walls, and objects in front of them.

例えば特許文献1には、ロボットや自動車が自律的に移動する際に、平面検出を行うための画像処理装置が開示されている。この画像処理装置は、距離センサの前方視野内における水平平面と垂直平面を算出している。 For example, Patent Document 1 discloses an image processing device for detecting a plane when a robot or an automobile moves autonomously. This image processing device calculates the horizontal plane and the vertical plane in the front visual field of the distance sensor.

特許文献2には、自律的に移動可能なロボットに階段の昇降動作を行わせるための段差エッジ推定装置が開示されている。この発明は、目前に段差があることを前提に、段差部の位置および方向を推定するものである。 Patent Document 2 discloses a step edge estimation device for causing a robot that can move autonomously to move up and down stairs. The present invention estimates the position and direction of the step portion on the premise that there is a step in front of the user.

特許文献3には、ステレオカメラで撮像した複数の画像データから路面の段差を検出する路面段差検出装置が開示されている。 Patent Document 3 discloses a road surface step detection device that detects a step on a road surface from a plurality of image data captured by a stereo camera.

しかしながら、歩行者の場合は、段差や階段、足元の物体など、水平平面と垂直平面以外にも留意すべき障害物が多数存在する。いずれの特許文献にも、歩行者自身の前方にある障害物を簡便に判別する画像処理装置は開示されていない。 However, in the case of pedestrians, there are many obstacles to be noted other than the horizontal and vertical planes, such as steps, stairs, and objects at the feet. Neither patent document discloses an image processing device that easily discriminates an obstacle in front of a pedestrian himself.

そこで、前方空間に段差や階段、壁、物体などの障害物があるかどうかを簡便に判別することができる画像処理装置が必要とされている。 Therefore, there is a need for an image processing device that can easily determine whether or not there are obstacles such as steps, stairs, walls, and objects in the front space.

特開平10-063210号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-063210 特開2015-043317号公報JP-A-2015-0433117

本発明は、簡素な構成で、移動体の前方空間における障害物の有無を判定する画像処理装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an image processing device for determining the presence or absence of an obstacle in the space in front of a moving body with a simple configuration.

本発明にかかる画像処理装置は、前方空間のステレオ画像を撮像する撮像部と、ステレオ画像に撮像される面上から複数の計測点を選択する位置選択部と、複数の計測点の3次元空間座標に基づいて、複数の平面方程式を算出する平面方程式算出部と、複数の平面方程式に基づいて、前方空間における障害物の有無を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。 The image processing apparatus according to the present invention has an imaging unit that captures a stereo image in the front space, a position selection unit that selects a plurality of measurement points from a surface captured by the stereo image, and a three-dimensional space of a plurality of measurement points. It is characterized by including a plane equation calculation unit that calculates a plurality of plane equations based on coordinates, and a determination unit that determines the presence or absence of an obstacle in the front space based on the plurality of plane equations.

本発明によれば、簡素な構成で、移動体の前方空間における障害物の有無を判定する。 According to the present invention, the presence or absence of an obstacle in the space in front of the moving body is determined with a simple configuration.

本発明にかかる移動支援装置の実施の形態を示す(a)概略構成図、(b)上記移動支援装置が有する撮像部を装着者が装着した様子を示す正面斜視図である。It is (a) schematic block diagram which shows the embodiment of the movement support device which concerns on this invention, (b) is the front perspective view which shows the state which the wearer wears the image pickup part which the said movement support device has. 上記移動支援装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the said movement support device. 上記装着者の前方空間において、上記移動支援装置が備える画像処理装置が有する位置選択部が選択する計測点を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement point selected by the position selection part of the image processing apparatus included in the movement support device in the space in front of the wearer. 上記撮像部の光軸が水平であると仮定して描画された、上記計測点を通る平面の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the plane passing through the said measurement point, which was drawn on the assumption that the optical axis of the said image pickup part is horizontal. 上記移動支援装置のフローチャートである。It is a flowchart of the said movement support device. 前方右側に壁のある場所で前進した場合の(a)前方空間の様子、(b)上記画像処理装置による解析例である。It is an example of analysis by (a) the state of the front space and (b) the image processing apparatus when moving forward at the place where there is a wall on the front right side. 前方左側に壁のある場所で左方向に回転した場合の(a)前方空間の様子、(b)上記画像処理装置による解析例である。It is (a) the state of the front space when it is rotated to the left in the place where there is a wall on the front left side, and (b) the analysis example by the said image processing apparatus. 前方正面に障害物がある場合における(a)前方空間の様子、(b)上記画像処理装置による解析例である。This is an example of analysis by (a) the state of the front space and (b) the image processing device when there is an obstacle in front of the front. 前方正面に下り階段がある場合における、(a)前方空間の様子、(b)上記画像処理装置による解析例である。This is an example of analysis by (a) the state of the front space and (b) the image processing device when there is a down staircase in front of the front. 前方正面に下り階段がある場合における、計測点と、上記計測点から算出した法線ベクトルの様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the measurement point and the normal vector calculated from the said measurement point when there is a down staircase in front of the front. 前方正面に上り階段がある場合における、(a)前方空間の様子、(b)上記画像処理装置による解析例である。This is an example of analysis by (a) the state of the front space and (b) the above-mentioned image processing device when there is an ascending staircase in front of the front. 前方正面に上り階段がある場合における、計測点と、上記計測点から算出した法線ベクトルの様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the measurement point and the normal vector calculated from the said measurement point when there is an ascending stairs in front of the front. 前方正面に上り段差がある場合における、計測点と、上記計測点から算出した法線ベクトルの様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the measurement point and the normal vector calculated from the said measurement point when there is an ascending step in the front front.

以下、本発明にかかる画像処理装置および移動支援装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the image processing device and the movement support device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

●移動支援装置の概要
図1(a)および(b)に示すように、移動支援装置1は、固定部2と、撮像部3と、伝達部4と、演算装置5と、バッテリ6と、を備える。撮像部3は、使用者の進行方向の画像を撮像できるように、固定部2により使用者に固定されている。撮像部3および演算装置5は、画像処理装置10を構成する。
● Outline of the movement support device As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the movement support device 1 includes a fixed unit 2, an image pickup unit 3, a transmission unit 4, an arithmetic unit 5, a battery 6, and the like. To prepare for. The image pickup unit 3 is fixed to the user by the fixing unit 2 so that an image in the traveling direction of the user can be captured. The image pickup unit 3 and the arithmetic unit 5 constitute an image processing device 10.

固定部2、撮像部3および伝達部4は、使用者100の頭部外周に対応するリング状に構成されている。撮像部3は、1対のカメラにより構成されるステレオカメラである。撮像部3は、使用者100の左右のこめかみ付近にそれぞれ固定される。1対のカメラは、使用者100の前面側においては樹脂製の部材で連結されていて、1対のカメラ相互の距離が変化しないようになっている。ステレオカメラ3は、使用者100の背面側においては固定部2で連結されている。固定部2は、例えば金具を有するベルトであり、使用者100の頭部の外周長に合わせて長さが調節可能である。また、固定部2は、弾性を有するベルトであってもよい。 The fixing unit 2, the imaging unit 3, and the transmitting unit 4 are configured in a ring shape corresponding to the outer periphery of the head of the user 100. The image pickup unit 3 is a stereo camera composed of a pair of cameras. The image pickup unit 3 is fixed in the vicinity of the left and right temples of the user 100, respectively. The pair of cameras are connected by a resin member on the front side of the user 100 so that the distance between the pair of cameras does not change. The stereo camera 3 is connected by a fixed portion 2 on the back side of the user 100. The fixing portion 2 is, for example, a belt having metal fittings, and its length can be adjusted according to the outer peripheral length of the head of the user 100. Further, the fixing portion 2 may be an elastic belt.

撮像部3および伝達部4は、有線又は無線で、それぞれ演算装置5に接続されている。演算装置5は、撮像部3により撮像されるステレオ画像に基づいて、使用者100の進行方向の画像を解析し、障害物の有無などを判定する。演算装置5は、判定された結果を伝達部4に出力する。 The image pickup unit 3 and the transmission unit 4 are connected to the arithmetic unit 5 by wire or wirelessly, respectively. The arithmetic unit 5 analyzes the image in the traveling direction of the user 100 based on the stereo image captured by the image pickup unit 3, and determines the presence or absence of an obstacle. The arithmetic unit 5 outputs the determined result to the transmission unit 4.

ここで障害物とは、段差や階段、壁、足元の物体等の、移動時に留意すべき物体および障害を広く含む概念である。段差は1段の上り段差や下り段差を含み、階段は上り階段および下り階段を含む。また、障害物は、上り斜面や下り斜面を含む。移動は、移動支援装置1を視覚障がい者が着用して使用する場合には、歩行を想定している。 Here, the obstacle is a concept that includes a wide range of objects and obstacles that should be noted when moving, such as steps, stairs, walls, and objects at the feet. The steps include one step up and down, and the stairs include up and down stairs. Obstacles include uphill and downhill slopes. The movement is assumed to be walking when the movement support device 1 is worn and used by a visually impaired person.

伝達部4は、演算装置5により演算した結果を受信して、使用者100の進行方向に障害物があるか否か、また、どのような障害物があるか等の情報を使用者100に伝達する機構部である。伝達部4は、例えば骨伝導ヘッドホンである。本実施の形態においては、伝達部4は、撮像部3の一方のカメラと固定部2との連結部分において、使用者100の頭部に接触するように固定されている。なお、伝達部4は、骨伝導ヘッドホンに限らず、音声で情報を伝達するイヤホン、スピーカーなどの機器であってもよいし、触覚で情報を伝達する装置であってもよい。また、使用者100の網膜にレーザで投影するなど種々の装置が適用可能である。 The transmission unit 4 receives the result calculated by the arithmetic unit 5, and informs the user 100 of information such as whether or not there is an obstacle in the traveling direction of the user 100 and what kind of obstacle is present. It is a mechanism to transmit. The transmission unit 4 is, for example, bone conduction headphones. In the present embodiment, the transmission unit 4 is fixed so as to come into contact with the head of the user 100 at the connecting portion between one camera of the imaging unit 3 and the fixing unit 2. The transmission unit 4 is not limited to the bone conduction headphones, and may be a device such as an earphone or a speaker that transmits information by voice, or may be a device that transmits information by tactile sensation. Further, various devices such as projection on the retina of the user 100 with a laser can be applied.

バッテリ6は、撮像部3、伝達部4および演算装置5に電源を供給する。 The battery 6 supplies power to the image pickup unit 3, the transmission unit 4, and the arithmetic unit 5.

演算装置5およびバッテリ6は、使用者100の腰や胸等に装着される。 The arithmetic unit 5 and the battery 6 are attached to the waist, chest, and the like of the user 100.

なお、撮像部3の固定位置は、使用者100の前方空間が撮像可能な位置であれば、頭部でなくてもよい。例えば、肩や、胸部などであってもよい。撮像部3の固定位置に応じて、固定部2の形状も、ネックピロー型や胸部バンド型など種々の形状が適用可能である。 The fixed position of the image pickup unit 3 does not have to be the head as long as the front space of the user 100 can take an image. For example, it may be a shoulder or a chest. Depending on the fixed position of the image pickup unit 3, various shapes such as a neck pillow type and a chest band type can be applied to the shape of the fixed portion 2.

●移動支援装置1の構成
図2に示すように、移動支援装置1は、撮像部3、A/D変換部31、位置選択部32、位置演算部33、平面方程式算出部36を備える。また、移動支援装置1は、撮像部3の傾きを補正するための撮像部角度演算部40、および座標変換部41を備える。さらに、移動支援装置1は、平坦路判定部50、記録部60、伝達部4を備える。
● Configuration of the movement support device 1 As shown in FIG. 2, the movement support device 1 includes an image pickup unit 3, an A / D conversion unit 31, a position selection unit 32, a position calculation unit 33, and a plane equation calculation unit 36. Further, the movement support device 1 includes an image pickup unit angle calculation unit 40 for correcting the inclination of the image pickup unit 3, and a coordinate conversion unit 41. Further, the movement support device 1 includes a flat road determination unit 50, a recording unit 60, and a transmission unit 4.

以降の説明において、水平面上における使用者100の進行方向をx軸方向、水平面上におけるx軸に直交する方向をy軸方向、水平面に直交する方向をz軸方向とする。このxyz座標系は、使用者座標系ともいう。また、ステレオ画像内における前方方向をX軸方向、X軸に直交する左右方向をY軸方向、X軸およびY軸に直交する上下方向をX軸方向とする。このXYZ座標系は、撮像部座標系ともいう。撮像部座標系は、撮像部の画素の配列によって求められる。 In the following description, the traveling direction of the user 100 on the horizontal plane is defined as the x-axis direction, the direction orthogonal to the x-axis on the horizontal plane is defined as the y-axis direction, and the direction orthogonal to the horizontal plane is defined as the z-axis direction. This xyz coordinate system is also referred to as a user coordinate system. Further, the front direction in the stereo image is defined as the X-axis direction, the left-right direction orthogonal to the X-axis is defined as the Y-axis direction, and the vertical direction orthogonal to the X-axis and the Y-axis is defined as the X-axis direction. This XYZ coordinate system is also referred to as an image pickup unit coordinate system. The image pickup unit coordinate system is obtained by the arrangement of the pixels of the image pickup unit.

撮像部3は、使用者100の進行方向前方の空間のステレオ画像を撮像する。使用者100の足元の路面を撮像するため、撮像部3は、水平よりやや下方を向いて固定されている。 The image pickup unit 3 captures a stereo image of the space in front of the user 100 in the traveling direction. In order to image the road surface at the feet of the user 100, the image pickup unit 3 is fixed so as to face slightly downward from the horizontal.

A/D変換部31は、撮像部3により撮像されるステレオ画像をデジタル変換する。 The A / D conversion unit 31 digitally converts the stereo image captured by the image pickup unit 3.

位置選択部32は、図3に示すように、デジタル変換されたステレオ画像に撮像された面上から複数の計測点を選択する。複数の計測点は、使用者100の足元に近い面上の点P0、点P1、点P2(以下、「第1計測点群」ともいう。)および、使用者の足元より少し前方の面上の点P3、点P4、点P5(以下、「第2計測点群」ともいう。)の、計6点である。 As shown in FIG. 3, the position selection unit 32 selects a plurality of measurement points from the surface captured by the digitally converted stereo image. The plurality of measurement points are points P0, P1, and P2 (hereinafter, also referred to as "first measurement point group") on the surface close to the feet of the user 100, and on the surface slightly in front of the feet of the user. Points P3, P4, and P5 (hereinafter, also referred to as "second measurement point group"), totaling 6 points.

第1計測点群および第2計測点群は、それぞれ互いに同一直線上にはない点である。例えば、点P0は使用者100の正面であり、点P1は点P0に対して右斜め前方、点P2は点P0に対して左斜め前方である。点P3は、使用者100の正面であって進行方向において点P0よりも使用者100からやや遠い位置である。点P4は点P3に対して右斜め前方、点P5は点P3に対して左斜め前方である。第2計測点群のうち撮像部3から最も離れている計測点P4およびP5は、第1計測点群のいずれの計測点よりも撮像部3から前方に離れた位置にある。 The first measurement point group and the second measurement point group are points that are not on the same straight line with each other. For example, the point P0 is in front of the user 100, the point P1 is diagonally forward to the right with respect to the point P0, and the point P2 is diagonally forward to the left with respect to the point P0. The point P3 is a position in front of the user 100 and slightly farther from the user 100 than the point P0 in the traveling direction. Point P4 is diagonally forward to the right with respect to point P3, and point P5 is diagonally forward to the left with respect to point P3. The measurement points P4 and P5, which are the farthest from the image pickup unit 3 in the second measurement point group, are located at positions farther forward from the image pickup unit 3 than any of the measurement points in the first measurement point group.

位置演算部33は、点P0乃至点P5の、撮像部座標系における3次元空間座標を計測する。 The position calculation unit 33 measures the three-dimensional spatial coordinates of the points P0 to P5 in the image pickup unit coordinate system.

●撮像部3の角度補正
撮像部3は、光軸が水平よりやや下方を向いて固定されている。言い換えれば、図4に示すように、撮像部3により撮像されるステレオ画像における水平を、使用者座標系における水平と同一と解釈してしまうと、路面は、斜めに立ち上がっているように見える。
● Angle correction of the imaging unit 3 The optical axis of the imaging unit 3 is fixed so as to face slightly downward from the horizontal. In other words, as shown in FIG. 4, if the horizontal in the stereo image captured by the image pickup unit 3 is interpreted to be the same as the horizontal in the user coordinate system, the road surface appears to stand up diagonally.

そこで、撮像部角度演算部40および座標変換部41は、使用者座標系における水平面に対する撮像部3の光軸の角度を算出して、撮像部座標系上で得られた計測点P0乃至P5の3次元空間座標を、使用者座標系上の3次元空間座標に変換する。 Therefore, the image pickup unit angle calculation unit 40 and the coordinate conversion unit 41 calculate the angle of the optical axis of the image pickup unit 3 with respect to the horizontal plane in the user coordinate system, and the measurement points P0 to P5 obtained on the image pickup unit coordinate system. Converts 3D space coordinates to 3D space coordinates on the user coordinate system.

図2乃至図4に示すように、撮像部角度演算部40は、点P0および点P1を結ぶベクトルV1と、点P0および点P2を結ぶベクトルV2をそれぞれ求める。そして、撮像部角度演算部40は、ベクトルV1とベクトルV2の外積を計算し、点P0乃至点P2を通る平面P100の法線ベクトルV100を導出する。平面P100は、法線ベクトルV100に垂直で、点P0を通る平面であるので、撮像部角度演算部40は、法線ベクトルV100および点P0から平面P100の平面方程式を求めることができる。 As shown in FIGS. 2 to 4, the imaging unit angle calculation unit 40 obtains a vector V1 connecting the points P0 and P1 and a vector V2 connecting the points P0 and P2, respectively. Then, the image pickup unit angle calculation unit 40 calculates the outer product of the vector V1 and the vector V2, and derives the normal vector V100 of the plane P100 passing through the points P0 to P2. Since the plane P100 is perpendicular to the normal vector V100 and passes through the point P0, the image pickup unit angle calculation unit 40 can obtain the plane equation of the plane P100 from the normal vector V100 and the point P0.

成分(A、B、C)の法線ベクトルV100を持つ平面P100の平面方程式は、以下のように表される。
AX+BY+CZ+D=0 (1)
X、Y、Zは変数であり、A、B、C、Dは定数である。
The equation of a plane of the plane P100 having the normal vector V100 of the components (A, B, C) is expressed as follows.
AX + BY + CZ + D = 0 (1)
X, Y, and Z are variables, and A, B, C, and D are constants.

なお、法線ベクトルV100の導出は、後述する平面方程式算出部36が行い、撮像部角度演算部40は、法線ベクトルV100の情報を平面方程式算出部36から受信してもよい。 The normal vector V100 may be derived by the plane equation calculation unit 36, which will be described later, and the image pickup unit angle calculation unit 40 may receive the information of the normal vector V100 from the plane equation calculation unit 36.

撮像部角度演算部40は、平面P100の法線ベクトルV100の、xz軸空間における傾き角度A100を、(2)式により算出する。

Figure 0007101350000001
(2)
Figure 0007101350000002
は、法線ベクトルV100の長さである。 The image pickup unit angle calculation unit 40 calculates the inclination angle A100 of the normal vector V100 of the plane P100 in the xz axis space by the equation (2).
Figure 0007101350000001
(2)
Figure 0007101350000002
Is the length of the normal vector V100.

座標変換部41は、角度A100を撮像部3の光軸の角度として用いて、撮像部座標系上で得られた点P0乃至点P5の3次元空間座標を、使用者座標系に変換する。点Pn(nは0から始まる自然数)の撮像部座標系上で得られた3次元空間座標を(Xn、Yn、Zn)とすると、使用者座標系における点Pnの3次元空間座標(xn、yn、zn)はそれぞれ以下の式(3)乃至(5)により求められる。本実施の形態においては、nは0から5までの自然数である。
xn=Xn×cos(-π/2+角度A100)-Zn×sin(-π/2+角度A100) (3)
zn=Zn×sin(-π/2+角度A100)+Zn×cos(-π/2+角度A100) (4)
yn=Yn (5)
角度A100の単位はラジアンである。式(3)乃至(5)により、点P0乃至点P5の、使用者座標系における3次元空間座標が求められる。
The coordinate conversion unit 41 uses the angle A100 as the angle of the optical axis of the image pickup unit 3 to convert the three-dimensional spatial coordinates of the points P0 to P5 obtained on the image pickup unit coordinate system into the user coordinate system. Assuming that the three-dimensional spatial coordinates obtained on the image pickup unit coordinate system of the point Pn (n is a natural number starting from 0) are (Xn, Yn, Zn), the three-dimensional spatial coordinates of the point Pn in the user coordinate system (xn, yn and Zn) are obtained by the following equations (3) to (5), respectively. In this embodiment, n is a natural number from 0 to 5.
xn = Xn × cos (-π / 2 + angle A100) -Zn × sin (-π / 2 + angle A100) (3)
Zn = Zn × sin (-π / 2 + angle A100) + Zn × cos (-π / 2 + angle A100) (4)
yn = Yn (5)
The unit of the angle A100 is a radian. From the equations (3) to (5), the three-dimensional spatial coordinates of the points P0 to P5 in the user coordinate system can be obtained.

法線ベクトルV100は、実際の路面ではyz軸空間においてもやや傾いている可能性がある。yz軸空間の傾きの影響は微小であるため、本実施の形態ではyz軸空間の傾きは無視されている。しかしながら、撮像部角度演算部40はyz軸空間の傾きを演算してもよい。また、座標変換部41は、yz軸空間の傾きに基づいて、計測点P0乃至P5の3次元空間座標を使用者座標系に変換してもよい。 The normal vector V100 may be slightly tilted in the yz-axis space on the actual road surface. Since the influence of the inclination of the yz-axis space is small, the inclination of the yz-axis space is ignored in the present embodiment. However, the image pickup unit angle calculation unit 40 may calculate the inclination of the yz axis space. Further, the coordinate conversion unit 41 may convert the three-dimensional space coordinates of the measurement points P0 to P5 into the user coordinate system based on the inclination of the yz axis space.

平面方程式算出部36は、図3に示すように、第1計測点群を通る平面を表す平面方程式、および第2計測点群を通る平面を表す平面方程式をそれぞれ導出する。具体的には、平面方程式算出部36は、使用者座標系に変換された点P0および点P1を結ぶベクトルv1と、使用者座標系に変換された点P0および点P2を結ぶベクトルv2を求める。そして、平面方程式算出部36は、ベクトルv1とベクトルv2の外積を計算し、点P0乃至点P2を通る平面P10の法線ベクトルV10を導出する。 As shown in FIG. 3, the equation of a plane calculation unit 36 derives a plane equation representing a plane passing through the first measurement point group and a plane equation representing a plane passing through the second measurement point group, respectively. Specifically, the plane equation calculation unit 36 obtains a vector v1 connecting the points P0 and P1 converted into the user coordinate system and a vector v2 connecting the points P0 and P2 converted into the user coordinate system. .. Then, the plane equation calculation unit 36 calculates the outer product of the vector v1 and the vector v2, and derives the normal vector V10 of the plane P10 passing through the points P0 to P2.

さらに、平面方程式算出部36は、使用者座標系に変換された点P3および点P4を結ぶベクトルv3と、使用者座標系に変換された点P3および点P5を結ぶベクトルv4を求める。平面方程式算出部36は、ベクトルv3とベクトルv4の外積を計算し、点P3乃至点P5を通る平面P11の法線ベクトルV11を導出する。 Further, the plane equation calculation unit 36 obtains a vector v3 connecting the points P3 and P4 converted into the user coordinate system and a vector v4 connecting the points P3 and P5 converted into the user coordinate system. The plane equation calculation unit 36 calculates the outer product of the vector v3 and the vector v4, and derives the normal vector V11 of the plane P11 passing through the points P3 to P5.

法線ベクトルV10を持つ平面P10の平面方程式は、以下のように表される。
ax+by+cz+d=0 (6)
x、y、zは変数であり、a、b、c、dは定数である。
The equation of a plane of the plane P10 having the normal vector V10 is expressed as follows.
ax + by + cz + d = 0 (6)
x, y, and z are variables, and a, b, c, and d are constants.

●平坦路判定部50
図2に示すように、平坦路判定部50は、平面高さ算出部52、平面角度算出部53、判定部70を有する。
● Flat road determination unit 50
As shown in FIG. 2, the flat road determination unit 50 includes a plane height calculation unit 52, a plane angle calculation unit 53, and a determination unit 70.

平面高さ算出部52は、第1計測点群点P0乃至P2のz成分、すなわち高さの平均を計算し、高さZ10を算出する。また、平面高さ算出部52は、第2計測点群点P3乃至P5のz成分、すなわち高さの平均を計算し、高さZ11を算出する。 The plane height calculation unit 52 calculates the z component of the first measurement point group points P0 to P2, that is, the average height, and calculates the height Z10. Further, the plane height calculation unit 52 calculates the z component of the second measurement point group points P3 to P5, that is, the average height, and calculates the height Z11.

平面角度算出部53は、平面P10の法線ベクトルV10、および平面P11の法線ベクトルV11の成分に基づいて、平面P10および平面P11の傾きを算出する。まず、平面角度算出部53は、法線ベクトルV10およびV11をそれぞれ正規化し、正規化法線ベクトルV20およびV21を算出する。 The plane angle calculation unit 53 calculates the slopes of the plane P10 and the plane P11 based on the components of the normal vector V10 of the plane P10 and the normal vector V11 of the plane P11. First, the plane angle calculation unit 53 normalizes the normal vectors V10 and V11, respectively, and calculates the normalized normal vectors V20 and V21, respectively.

正規化法線ベクトルV20の成分を(a20、b20、c20)とすると、ベクトルV10の、進行方向に対する倒れ角度A10は式(6)により求められる。
A10=π/2-acos(a20) (6)
ベクトルV10の左右方向に対する倒れ角度B10は、式(7)により求められる。
B10=π/2-acos(b20) (7)
Assuming that the components of the normalized normal vector V20 are (a20, b20, c20), the tilt angle A10 of the vector V10 with respect to the traveling direction can be obtained by the equation (6).
A10 = π / 2-acos (a20) (6)
The tilt angle B10 of the vector V10 with respect to the left-right direction is obtained by the equation (7).
B10 = π / 2-acos (b20) (7)

平面角度算出部53は、同様に、式(6)および式(7)を用いて式ベクトルV11の進行方向に対する倒れ角度A11および左右方向に対する倒れ角度B11を算出する。 Similarly, the plane angle calculation unit 53 calculates the tilt angle A11 with respect to the traveling direction of the equation vector V11 and the tilt angle B11 with respect to the left-right direction using the equations (6) and (7).

記録部60は、過去に算出された高さZ10およびZ11、並びに平面P10および平面P11の進行方向に対する倒れ角度A10およびA11、左右方向に対する倒れ角度B10およびB11を記録する。記録部60は、過去に算出された各値を複数個ずつ記録することができる。記録部60は、判定部70からの呼び出しに応じて、各値を判定部70に送信する。 The recording unit 60 records the heights Z10 and Z11 calculated in the past, the tilt angles A10 and A11 with respect to the traveling direction of the planes P10 and P11, and the tilt angles B10 and B11 with respect to the left-right direction. The recording unit 60 can record a plurality of each value calculated in the past. The recording unit 60 transmits each value to the determination unit 70 in response to a call from the determination unit 70.

記録部60は、計測開始以降のすべての各値を保存していても良いし、直近の各値を複数個ずつ記録し、新しいデータを受信する際に、記録されている最も古い各値のデータを削除するようにしてもよい。 The recording unit 60 may store all the values since the start of measurement, or record a plurality of the latest values one by one, and when receiving new data, the oldest recorded value is used. You may want to delete the data.

判定部70は、高さZ10およびZ11、および平面P10および平面P11の倒れ角度A10、A11、B10、B11に基づいて、使用者100の前方空間における障害物の有無などを判定する。 The determination unit 70 determines the presence or absence of an obstacle in the space in front of the user 100 based on the heights Z10 and Z11 and the tilt angles A10, A11, B10, and B11 of the planes P10 and P11.

判定部70は、各値について予め定められた閾値を記憶していて、現在算出される各値が閾値を超えている際に、前方空間に障害物が有ることを判定してもよい。判定部70は、過去に算出された各値を記録部60から受信して、過去に算出された各値および現在算出される各値に基づいて障害物の有無等を判定してもよい。具体的には、直近に算出された複数回の各値および現在算出される各値において、連続して閾値を超えている場合に、前方空間に障害物があると判定してもよい。 The determination unit 70 may store a predetermined threshold value for each value, and may determine that there is an obstacle in the front space when each value currently calculated exceeds the threshold value. The determination unit 70 may receive each value calculated in the past from the recording unit 60 and determine the presence / absence of an obstacle or the like based on each value calculated in the past and each value currently calculated. Specifically, it may be determined that there is an obstacle in the front space when the threshold value is continuously exceeded in each of the recently calculated multiple times value and each value currently calculated.

●移動支援装置1のフローチャート
ここまで説明してきた移動支援装置1の動作を説明する。図5に示すように、まず、移動支援装置1は、撮像部3により使用者100の前方空間を撮像し、ステレオ画像を得る(ステップS1)。そして、移動支援装置1は、撮像される画像をA/D変換部31によりA/D変換する(ステップS2)。
● Flow chart of the movement support device 1 The operation of the movement support device 1 described so far will be described. As shown in FIG. 5, first, the movement support device 1 takes an image of the space in front of the user 100 by the image pickup unit 3 and obtains a stereo image (step S1). Then, the movement support device 1 A / D-converts the captured image by the A / D conversion unit 31 (step S2).

次に、位置選択部32は、A/D変換された画像の面上から、複数の計測点を選択する(ステップS3)。複数の計測点は、使用者100の足元に近い面上の点P0、点P1、点P2および、使用者の足元より少し前方の面上の点P3、点P4、点P5の、計6点である。 Next, the position selection unit 32 selects a plurality of measurement points from the surface of the A / D converted image (step S3). The plurality of measurement points are a total of 6 points, that is, points P0, P1, and P2 on the surface near the feet of the user 100, and points P3, P4, and P5 on the surface slightly in front of the feet of the user. Is.

次に、位置演算部33は、複数の計測点P0乃至P5の、撮像部座標系における3次元空間座標を算出する(ステップS4)。 Next, the position calculation unit 33 calculates the three-dimensional spatial coordinates of the plurality of measurement points P0 to P5 in the image pickup unit coordinate system (step S4).

撮像部角度演算部40は、第1計測点群点P0乃至点P2の3次元空間座標から、撮像部3の光軸の傾きを算出する(ステップS5)。また、記録部60は、算出される撮像部3の光軸の傾きを記録する(ステップS61)。 The image pickup unit angle calculation unit 40 calculates the inclination of the optical axis of the image pickup unit 3 from the three-dimensional spatial coordinates of the first measurement point group points P0 to P2 (step S5). Further, the recording unit 60 records the calculated inclination of the optical axis of the imaging unit 3 (step S61).

撮像部角度演算部40は、過去に算出された撮像部3の光軸の傾きを記録部60から読み出し、過去に算出された光軸の傾き、および現在算出される光軸の傾きに基づいて撮像部3の光軸の傾きを算出してもよい。また、現在算出される光軸の傾きが大きすぎる場合は、現在算出される値に代えて過去に算出された値を、撮像部3の光軸の傾きとして座標変換部41に送信してもよい。さらに、撮像部角度演算部40は、過去に算出された複数の値に基づいて、現在の撮像部3の光軸の傾きを算出してもよい。過去に算出された光軸の傾きを計算に使用することで、階段を上り下りしている途中や、階段室などの狭い空間において、使用者100の足元の空間が平坦でない場合にも、前方空間の障害物の有無等を適切に判定することができる。 The image pickup unit angle calculation unit 40 reads the tilt of the optical axis of the image pickup unit 3 calculated in the past from the recording unit 60, and based on the tilt of the optical axis calculated in the past and the tilt of the optical axis currently calculated. The inclination of the optical axis of the image pickup unit 3 may be calculated. If the currently calculated tilt of the optical axis is too large, the value calculated in the past instead of the currently calculated value may be transmitted to the coordinate conversion unit 41 as the tilt of the optical axis of the imaging unit 3. good. Further, the image pickup unit angle calculation unit 40 may calculate the inclination of the optical axis of the current image pickup unit 3 based on a plurality of values calculated in the past. By using the tilt of the optical axis calculated in the past for the calculation, even if the space under the feet of the user 100 is not flat in a narrow space such as a staircase or while going up and down the stairs, the front It is possible to appropriately determine the presence or absence of obstacles in the space.

座標変換部41は、撮像部3の光軸の傾きに基づいて、点P0乃至点P5の撮像部座標系における3次元空間座標を、使用者座標系における3次元空間座標に変換する(ステップS6)。 The coordinate conversion unit 41 converts the three-dimensional space coordinates of the points P0 to P5 in the image pickup unit coordinate system into the three-dimensional space coordinates in the user coordinate system based on the inclination of the optical axis of the image pickup unit 3 (step S6). ).

平面方程式算出部36は、点P0、点P1、点P2を通る平面P10の法線ベクトルV10を算出する(ステップS7)。また、平面方程式算出部36は、点P3、点P4、点P5を通る平面P11の法線ベクトルV11を算出する(ステップS8)。 The equation of a plane calculation unit 36 calculates the normal vector V10 of the plane P10 passing through the points P0, P1 and P2 (step S7). Further, the equation calculation unit 36 calculates the normal vector V11 of the plane P11 passing through the points P3, P4, and P5 (step S8).

平面高さ算出部52は、第1計測点群の高さZ10を算出する(ステップS9)。また、平面高さ算出部52は、第2計測点群の高さZ11を算出する(ステップS10)。記録部は、高さZ10およびZ11を記録する(ステップS62)。 The plane height calculation unit 52 calculates the height Z10 of the first measurement point cloud (step S9). Further, the plane height calculation unit 52 calculates the height Z11 of the second measurement point group (step S10). The recording unit records heights Z10 and Z11 (step S62).

平面角度算出部53は、平面P10の、水平に対する進行方向の倒れ角度A10、および左右方向の倒れ角度B10を算出する(ステップS11)。また、平面角度算出部53は、平面P11の、水平に対する進行方向の倒れ角度A11、および左右方向の倒れ角度B11を算出する(ステップS12)。記録部は、算出される平面P10および平面P11のそれぞれの倒れ角度A10、A11、B10、B11を、それぞれ記録する(ステップS63)。 The plane angle calculation unit 53 calculates the tilt angle A10 in the traveling direction and the tilt angle B10 in the left-right direction of the plane P10 with respect to the horizontal (step S11). Further, the plane angle calculation unit 53 calculates the tilt angle A11 of the plane P11 in the traveling direction with respect to the horizontal and the tilt angle B11 in the left-right direction (step S12). The recording unit records the calculated tilt angles A10, A11, B10, and B11 of the plane P10 and the plane P11, respectively (step S63).

判定部70は、記録部60から、過去に算出された高さZ10、Z11および倒れ角度A10、A11、B10、B11の情報をそれぞれ呼び出す(ステップS13)。判定部70は、過去に算出された高さおよび倒れ角度、ならびに現在算出される高さおよび倒れ角度に基づいて、使用者100の前方空間に障害物の有無等を判定する(ステップS14)。また、記録部60は、判定結果を記録する(ステップS64)。 The determination unit 70 calls the information of the heights Z10, Z11 and the tilt angles A10, A11, B10, and B11 calculated in the past from the recording unit 60, respectively (step S13). The determination unit 70 determines the presence or absence of an obstacle in the space in front of the user 100 based on the height and tilt angle calculated in the past and the height and tilt angle currently calculated (step S14). Further, the recording unit 60 records the determination result (step S64).

移動支援装置1は、例えば歩行中の使用者が装着し、逐次的に前方の障害物の有無等を判定することを想定している。そのため、判定部70は、過去に算出された各値を判定に用いることで、歩行するにつれ使用者と障害物との距離が次第に変化していく様子を捉えることができる。したがって、障害物の判定精度が向上する。 It is assumed that the movement support device 1 is worn by, for example, a walking user and sequentially determines the presence or absence of an obstacle in front of the user. Therefore, the determination unit 70 can capture how the distance between the user and the obstacle gradually changes as he walks by using each value calculated in the past for the determination. Therefore, the accuracy of determining obstacles is improved.

判定の結果に基づいて、判定部70が使用者に伝達する必要があると判定した場合は、判定部70は伝達部4にその旨を送信する。伝達部4は、種々の方法により判定結果を使用者に伝達する(ステップS15)。判定部70が使用者に伝達する必要がないと判定した場合は、判定部70は伝達部4への情報送信を行わない。 When the determination unit 70 determines that it is necessary to transmit to the user based on the result of the determination, the determination unit 70 transmits to that effect to the transmission unit 4. The transmission unit 4 transmits the determination result to the user by various methods (step S15). If the determination unit 70 determines that it is not necessary to transmit to the user, the determination unit 70 does not transmit information to the transmission unit 4.

なお、伝達部4は、障害物がある場合にのみその旨を使用者に通知してもよいし、障害物がない場合に、安全に歩行してよいことを知らせる通知を行ってもよい。 The transmission unit 4 may notify the user only when there is an obstacle, or may give a notification notifying that the user can walk safely when there is no obstacle.

最後に、移動支援装置1はステップS1に戻り、ステップS1乃至S15、ステップS61乃至S63の動作を定期的に繰り返す。 Finally, the movement support device 1 returns to step S1 and periodically repeats the operations of steps S1 to S15 and steps S61 to S63.

このように、移動支援装置1は、足元の空間および足元よりもやや前方の空間の面を分析することにより、簡素な構成で使用者100の周囲の障害物の有無などを判定することができる。 In this way, the movement support device 1 can determine the presence or absence of obstacles around the user 100 with a simple configuration by analyzing the surface of the space at the feet and the space slightly in front of the feet. ..

●測定例1:使用者の進行方向右側前方に壁がある場合
図6(a)に示すように、使用者100の足元よりやや前方に壁200が存在する場合、第2計測点群の点P3および点P5は床面上にあり、点P4が壁200上に乗りかかる。したがって、平面P11は右上から左下に向かって傾いて計測される。
● Measurement example 1: When there is a wall in front of the right side in the traveling direction of the user As shown in FIG. 6A, when the wall 200 exists slightly in front of the feet of the user 100, the points of the second measurement point group. P3 and point P5 are on the floor, and point P4 rests on the wall 200. Therefore, the plane P11 is measured tilted from the upper right to the lower left.

図6(b)は、使用者100が壁に向かって斜めに近づいてくる場合の、各値の時系列の変化を示す。本測定例では、過去に算出された15回の各値、および現在算出される値の、各々計16個の値を示している。すなわち、現在算出される値の時点をフレーム0、1回前に算出された値の時点をフレーム-1として、フレーム-15までの各値がプロットされている。 FIG. 6B shows the time series change of each value when the user 100 approaches the wall diagonally. In this measurement example, a total of 16 values are shown, each of which is calculated 15 times in the past and the value calculated now. That is, each value up to frame -15 is plotted with the time point of the currently calculated value as frame 0 and the time point of the value calculated one time before as frame-1.

以降の各測定例において、移動支援装置1の測定頻度は10Hzである。すなわち、移動支援装置1は100msごとに1回の測定を行い、前方空間の様子を解析している。さらに言い換えれば、フレーム間の時間間隔は100msである。測定頻度は任意であり、測定が頻繁であるほど正確性は増すが、移動支援装置1の演算装置5の処理負担が増大する。人が装着して使用する場合においては、人の歩行速度を約1m/sと考えると、前方空間の変化を約0.1m毎に解析する10Hz程度の測定が適している。このような移動支援装置1によれば、瞬間的な変動による誤検知を軽減することができ、移動中の使用者100の前方空間をより正確に判断することができる。 In each of the following measurement examples, the measurement frequency of the movement support device 1 is 10 Hz. That is, the movement support device 1 makes a measurement once every 100 ms and analyzes the state of the front space. In other words, the time interval between frames is 100 ms. The measurement frequency is arbitrary, and the more frequently the measurement is, the higher the accuracy is, but the processing load of the arithmetic unit 5 of the movement support device 1 is increased. When a person wears it and uses it, considering that the walking speed of the person is about 1 m / s, a measurement of about 10 Hz is suitable for analyzing the change in the front space every about 0.1 m. According to such a movement support device 1, false detection due to momentary fluctuation can be reduced, and the front space of the moving user 100 can be determined more accurately.

同図では、平面P11の左右方向の倒れ角度B11がフレーム-10あたりから50°近辺まで上がっている。また、平面P11の進行方向の倒れ角度A11が-40°近辺まで下がっている。さらに、使用者100が進行するにつれて点P1も壁200上に乗りかかるのを反映して、平面P10の左右方向の倒れ角度B10も緩やかに上昇している。これらの情報から、判定部70は、進行方向に対し右斜めに傾斜した平面が前方に存在していると判定することができる。この場合、判定部70は、右側前方に壁があると判定し、伝達部4を通じて使用者にその旨を通知する。 In the figure, the tilt angle B11 in the left-right direction of the plane P11 rises from around the frame-10 to around 50 °. Further, the tilt angle A11 in the traveling direction of the plane P11 is lowered to the vicinity of −40 °. Further, as the user 100 progresses, the tilt angle B10 in the left-right direction of the plane P10 also gradually rises, reflecting that the point P1 also rides on the wall 200. From this information, the determination unit 70 can determine that a plane inclined diagonally to the right with respect to the traveling direction exists in front. In this case, the determination unit 70 determines that there is a wall in front of the right side, and notifies the user through the transmission unit 4.

●測定例2:使用者の回転方向前方に壁がある場合
図7(a)に示すように、使用者100の左側前方に壁がある場合において、使用者100が壁近傍で左方向に回転した場合、第2計測点群のうち、点P5は床面上にあり、点P3および点P4が壁201上に乗りかかる。また、使用者100が回転するにつれて第1計測点群の点P2も壁201上に乗りかかる。
● Measurement example 2: When there is a wall in front of the user in the rotation direction As shown in FIG. 7A, when there is a wall in front of the left side of the user 100, the user 100 rotates to the left near the wall. If so, in the second measurement point group, the point P5 is on the floor surface, and the points P3 and P4 ride on the wall 201. Further, as the user 100 rotates, the point P2 of the first measurement point group also rides on the wall 201.

図7(b)に示すように、平面P10および平面P11の倒れ角度は、進行方向および左右方向の両方において、フレーム-9近辺からマイナス方向に次第に大きくなっている。このことから、判定部70は、使用者100が回転するにつれて前方に障害物が出現したことを判定し、伝達部4を通じてその旨を使用者100に伝達する。 As shown in FIG. 7B, the tilt angles of the plane P10 and the plane P11 gradually increase in the minus direction from the vicinity of the frame-9 in both the traveling direction and the left-right direction. From this, the determination unit 70 determines that an obstacle has appeared in front as the user 100 rotates, and transmits that fact to the user 100 through the transmission unit 4.

●測定例3:使用者の進行方向正面に障害物がある場合
図8(a)に示すように、使用者100が障害物202に向かって歩行した場合、点P4および点P5がほぼ同時に障害物202に乗りかかる。
● Measurement example 3: When there is an obstacle in front of the user in the traveling direction As shown in FIG. 8A, when the user 100 walks toward the obstacle 202, points P4 and P5 are obstacles almost at the same time. Get on the thing 202.

図8(b)に示すように、平面P11の左右方向における倒れ角度B11はほとんど変化していないが、進行方向における倒れ角度A11は、フレーム-11から急激にマイナス方向へ変化して-50°近辺まで下がっている。このことから、判定部70は、使用者100の進行方向正面に障害物があることを判定し、伝達部4を通じてその旨を使用者100に伝達する。 As shown in FIG. 8B, the tilt angle B11 in the left-right direction of the plane P11 hardly changes, but the tilt angle A11 in the traveling direction suddenly changes from the frame-11 in the minus direction to -50 °. It's down to the vicinity. From this, the determination unit 70 determines that there is an obstacle in front of the user 100 in the traveling direction, and transmits that fact to the user 100 through the transmission unit 4.

●測定例4:使用者の進行方向正面に下り階段がある場合
図9(a)に示すように、使用者100が下り階段の手前に差し掛かると、平面P11が下り階段の段上に配置される。図9(b)に示すように、フレーム-13から平面P11の倒れ角度A11がプラス方向に増加している。平面P10の倒れ角度A10は、ほぼ一定に推移している。また、平面P11の平面高さZ11は、平面P10の平面高さZ10よりも下に位置するように変化する。これらのことから、判定部70は、使用者100の進行方向正面に下り階段又は下り斜面が出現したと判定する。なお、平面P11の進行方向への倒れ角度A11は、平面P11が階段に差し掛かっているとき約20°である。図10に示すように、この値は階段の斜度に対応していることから、画像処理装置10が下り階段の様子を分析できていることがわかる。
● Measurement example 4: When there is a down staircase in front of the user's traveling direction As shown in Fig. 9 (a), when the user 100 approaches the front of the down staircase, the plane P11 is placed on the down staircase. Will be done. As shown in FIG. 9B, the tilt angle A11 of the plane P11 increases in the positive direction from the frame-13. The tilt angle A10 of the plane P10 remains almost constant. Further, the plane height Z11 of the plane P11 changes so as to be located below the plane height Z10 of the plane P10. From these facts, the determination unit 70 determines that a down staircase or a down slope has appeared in front of the user 100 in the traveling direction. The tilt angle A11 of the plane P11 in the traveling direction is about 20 ° when the plane P11 is approaching the stairs. As shown in FIG. 10, since this value corresponds to the slope of the stairs, it can be seen that the image processing device 10 can analyze the state of the down stairs.

●測定例5:使用者の進行方向正面に上り階段がある場合
図11(a)に示すように、使用者100が上り階段の手前に差し掛かると、平面P11が上り階段の段上に配置される。図11(b)に示すように、フレーム-10近辺から平面P11倒れ角度A11が-側へ増加している。また、平面P11の平面高さは平面P10より上に位置するような変化が始まっている。これらのことから、判定部70は、使用者100の進行方向正面に上り階段又は上り斜面が出現したと判定する。なお、平面P11の進行方向への倒れ角度A11は、平面P11が階段に差し掛かっているとき約-20°である。図12に示すように、この値は階段の斜度に対応していることから、画像処理装置10が上り階段の様子を分析できていることがわかる。
● Measurement example 5: When there is an ascending staircase in front of the user in the traveling direction As shown in FIG. 11A, when the user 100 approaches the front of the ascending staircase, the plane P11 is arranged on the ascending staircase. Will be done. As shown in FIG. 11B, the plane P11 tilt angle A11 increases from the vicinity of the frame-10 to the − side. Further, the plane height of the plane P11 has begun to change so as to be located above the plane P10. From these facts, the determination unit 70 determines that an ascending staircase or an ascending slope has appeared in front of the user 100 in the traveling direction. The tilt angle A11 of the plane P11 in the traveling direction is about −20 ° when the plane P11 is approaching the stairs. As shown in FIG. 12, since this value corresponds to the slope of the stairs, it can be seen that the image processing device 10 can analyze the state of the ascending stairs.

●測定例6:使用者の進行方向正面に段差がある場合
図13に示すように、例えば玄関の床面と土間との間の段差がある場合、倒れ角度A10、A11、B10、B11は小さいが、高さZ10およびZ11が互いに異なる。したがって、判定部70は、平面高さZ10およびZ11を比較して前方に段差があるか否かを判定する。これは、上りの段差および下りの段差において同様である。
● Measurement example 6: When there is a step in front of the user in the traveling direction As shown in FIG. 13, for example, when there is a step between the floor surface of the entrance and the soil, the tilt angles A10, A11, B10, and B11 are small. However, the heights Z10 and Z11 are different from each other. Therefore, the determination unit 70 compares the plane heights Z10 and Z11 and determines whether or not there is a step in the front. This is the same for the up step and the down step.

このように、画像処理装置10は、簡素な構成で、移動体の前方空間における障害物の有無を判定することができる。また、画像処理装置10を備える移動支援装置1は、移動体の前方空間における障害物の有無等を、装着する使用者100に伝達することができる。 As described above, the image processing device 10 can determine the presence or absence of an obstacle in the space in front of the moving body with a simple configuration. Further, the movement support device 1 provided with the image processing device 10 can transmit to the user 100 who wears the image processing device 10 whether or not there is an obstacle in the space in front of the moving body.

なお、本発明に係る移動支援装置を説明するに当たり、人間に装着されて使用される装置を想定して説明した。しかしながら、本発明の技術思想は、例えば、ロボットに取り付けて、又はロボットに組み込んで障害物の有無等を判定する機構部にも適用可能である。 In explaining the movement support device according to the present invention, the device attached to a human being and used is assumed. However, the technical idea of the present invention can also be applied to, for example, a mechanism unit that is attached to a robot or incorporated into a robot to determine the presence or absence of an obstacle.

1 移動支援装置
3 撮像部
10 画像処理装置
32 位置選択部
36 平面方程式算出部
70 判定部
1 Movement support device 3 Image pickup unit 10 Image processing device 32 Position selection unit 36 Plane equation calculation unit 70 Judgment unit

Claims (10)

移動体の進行方向 前方空間のステレオ画像を撮像する撮像部と、
前記ステレオ画像から複数の計測点を選択する位置選択部と、
前記複数の計測点の3次元空間座標に基づいて、複数の平面方程式を算出する平面方程式算出部と、
前記複数の平面方程式に基づいて、前記進行方向前方空間における障害物の有無を判定する判定部と、
を備え
前記複数の計測点は、第1点と、前記第1点に対して進行方向右斜め前方の第2点と、前記第1点に対して左斜め前方である第3点と、前記第1点よりもあらかじめ定められた所定の距離だけ進行方向前方の第4点と、前記第4点に対して右斜め前方の第5点と、前記第4点に対して左斜め前方の第6点と、を少なくとも含み、
前記平面方程式算出部は、前記第1点、前記第2点および前記第3点を第1計測点群として、前記第1計測点群の3次元空間座標に基づいて第1平面方程式を算出するとともに、前記第4点、前記第5点および前記第6点を第2計測点群として、前記第2計測点群の3次元空間座標に基づいて第2平面方程式を算出し、
前記判定部は、前記第1平面方程式および前記第2平面方程式に基づいて、前記進行方向前方の空間における障害物の有無を判定する、
ことを特徴とする、画像処理装置。
Direction of travel of the moving body ForwardofAn image pickup unit that captures a stereo image of space,
A position selection unit that selects a plurality of measurement points from the stereo image, and
A plane equation calculation unit that calculates a plurality of plane equations based on the three-dimensional spatial coordinates of the plurality of measurement points.
Based on the multiple equations of a plane,Direction of travelForwardofA judgment unit that determines the presence or absence of obstacles in space,
Equipped with,
The plurality of measurement points include a first point, a second point diagonally forward to the right in the traveling direction with respect to the first point, a third point diagonally forward to the left with respect to the first point, and the first point. A fourth point diagonally forward in the traveling direction by a predetermined distance ahead of the point, a fifth point diagonally forward to the right with respect to the fourth point, and a sixth point diagonally forward to the left with respect to the fourth point. And, at least, including
The plane equation calculation unit calculates the first plane equation based on the three-dimensional spatial coordinates of the first measurement point group, with the first point, the second point, and the third point as the first measurement point group. At the same time, the second plane equation is calculated based on the three-dimensional spatial coordinates of the second measurement point group, with the fourth point, the fifth point, and the sixth point as the second measurement point group.
The determination unit determines the presence or absence of an obstacle in the space in front of the traveling direction based on the first equation of a plane and the second equation of a plane.
An image processing device characterized by this.
前記判定部は、前記複数の平面方程式から前記複数の平面方程式が表す平面の傾きをそれぞれ算出し、前記それぞれの平面の傾きに基づいて前記前方空間における障害物の有無を判定する、請求項1記載の画像処理装置。 The determination unit calculates the inclination of the plane represented by the plurality of plane equations from the plurality of plane equations, and determines the presence or absence of an obstacle in the space in front based on the inclination of each of the planes. 1 The image processing apparatus according to 1. 前記判定部は、前記複数の平面方程式から、前後方向および前記前後方向に直交する左右方向における、前記複数の平面方程式が表す平面の傾きをそれぞれ算出し、前記前後方向における平面の傾きおよび前記左右方向における平面の傾きに基づいて前記前方空間における障害物の種類を判定する、請求項1又は2記載の画像処理装置。 The determination unit calculates the inclination of the plane represented by the plurality of plane equations in the front-rear direction and the left-right direction orthogonal to the front-back direction from the plurality of plane equations, and the inclination of the plane in the front-back direction and the left-right direction. The image processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the type of an obstacle in the space in front of the object is determined based on the inclination of a plane in a direction. 前方空間のステレオ画像を撮像する撮像部と、 An image pickup unit that captures a stereo image of the front space,
前記ステレオ画像から複数の計測点を選択する位置選択部と、 A position selection unit that selects a plurality of measurement points from the stereo image, and
前記複数の計測点の3次元空間座標に基づいて、複数の平面方程式を算出する平面方程式算出部と、 A plane equation calculation unit that calculates a plurality of plane equations based on the three-dimensional spatial coordinates of the plurality of measurement points.
前記複数の平面方程式に基づいて、前記前方空間における障害物の有無を判定する判定部と、 A determination unit that determines the presence or absence of an obstacle in the front space based on the plurality of equations of a plane.
を備え、Equipped with
前記判定部は、前記複数の平面方程式から、前後方向および前記前後方向に直交する左右方向における、前記複数の平面方程式が表す平面の傾きをそれぞれ算出し、前記前後方向における平面の傾きおよび前記左右方向における平面の傾きに基づいて前記前方空間における障害物の種類を判定する、 The determination unit calculates the inclination of the plane represented by the plurality of plane equations in the front-rear direction and the left-right direction orthogonal to the front-back direction from the plurality of plane equations, and the inclination of the plane in the front-back direction and the left-right direction. Determining the type of obstacle in the front space based on the inclination of the plane in the direction,
ことを特徴とする、画像処理装置。An image processing device characterized by this.
前記複数の平面方程式は、第1平面方程式および第2平面方程式からなり、前記複数の計測点は、複数の計測点からなる第1計測点群、および前記第計測点群とは異なる複数計測点からなる第2計測点群からなり、前記平面方程式算出部は、前記第1計測点群を通る平面を表す前記第1平面方程式を算出し、前記第2計測点群を通る平面を表す前記第2平面方程式を算出する、請求項記載の画像処理装置。 The plurality of plane equations are composed of a first plane equation and a second plane equation, and the plurality of measurement points are a first measurement point group consisting of a plurality of measurement points and a plurality of measurements different from the first measurement point group. The plane equation calculation unit is composed of a second measurement point group consisting of points, calculates the first plane equation representing a plane passing through the first measurement point group, and represents the plane passing through the second measurement point group. The image processing apparatus according to claim 4 , which calculates a second plane equation. 前記第2計測点群のうち前記撮像部から最も離れている計測点は、前記第1計測点群のいずれの計測点よりも前記撮像部から前方に離れた位置にある、請求項記載の画像処理装置。 The fifth aspect of the present invention, wherein the measurement point farthest from the image pickup unit in the second measurement point group is located at a position farther forward from the image pickup unit than any measurement point in the first measurement point group. Image processing device. 前記判定部は、前記第1計測点群および前記第2計測点群の平均高さをそれぞれ算出し、前記平均高さに基づいて前記前方空間における障害物の有無を判定する、請求項1、2、3、5および6のいずれかに記載の画像処理装置。 The determination unit calculates the average height of the first measurement point group and the second measurement point group, respectively, and determines the presence or absence of an obstacle in the space in front based on the average height. The image processing apparatus according to any one of 2, 3, 5 and 6 . 過去に算出された平面の傾きを記録する記録部をさらに備え、前記判定部は、前記過去に算出された平面の傾き、および現在算出される平面の傾きに基づいて、前記前方空間における障害物の有無を判定する、請求項1乃至のいずれかに記載の画像処理装置。 The determination unit further includes a recording unit that records the inclination of the plane calculated in the past, and the determination unit is an obstacle in the space in front based on the inclination of the plane calculated in the past and the inclination of the plane currently calculated. The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 7 , which determines the presence or absence of an object. 前記平面方程式に基づいて、前記撮像部の前記平面方程式が表す平面に対する角度を撮像部角度として算出する撮像部角度演算部と、前記撮像部角度に基づいて前記ステレオ画像の傾きを補正する座標変換部と、をさらに備える、請求項1乃至のいずれかに記載の画像処理装置。 Based on the plane equation, the image pickup unit angle calculation unit that calculates the angle of the image pickup unit with respect to the plane represented by the plane equation as the image pickup unit angle, and the coordinate conversion that corrects the inclination of the stereo image based on the image pickup unit angle. The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 8 , further comprising a unit. 移動体に固定可能に構成され、前記移動体の前方空間のステレオ画像を撮像する撮像部を有する画像処理装置と、
前記画像処理装置の処理結果を前記移動体に伝達する伝達部と、
を備える移動支援装置であって、
前記画像処理装置は、請求項1乃至のいずれかに記載の画像処理装置である、移動支援装置。
An image processing device that is configured to be fixed to a moving body and has an image pickup unit that captures a stereo image of the space in front of the moving body.
A transmission unit that transmits the processing result of the image processing device to the moving body, and
It is a movement support device equipped with
The image processing device is a movement support device, which is the image processing device according to any one of claims 1 to 9 .
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