JP7241839B1 - 自己位置推定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】物体検出センサで検出した白線位置と、地図上の白線位置との位置合わせに使用する点群情報を、走行環境に合わせて白線位置から抽出する手法が考慮されていない。【解決手段】走行環境の返還に応じて、点群抽出の条件を変更することにより走行環境の変化にロバストな位置合わせ処理を実現し、自己位置と、自車両から遠距離にある白線位置を高精度に検出可能とする。【選択図】図2

Description

本願は、自己位置推定装置に関する。
カメラなど、車載センサで検出した白線位置情報と、道路地図情報とを統合することで、自車両から遠距離にある白線位置を高精度に検出する従来技術がある。白線位置情報と道路地図情報との統合手法として、例えば、カメラで検出した白線位置情報と、GPS(Global Positioning System)(GNSS(Global Navigation Satellite System)及びIMU(Inertial Measurement Unit))によって検出した自車位置周辺の地図情報とから取得した区画線位置(例えば、地図上の白線位置)との2つの位置を合わせる位置合わせ手法が知られている。
カメラなどの物体検出センサは、一般的に自車両から近距離にあるほど白線位置を高精度に検出可能である。すなわち、自車両から近距離の領域では、検出した白線位置は、GPSにより自車位置を基準にして取得した地図上の白線位置よりも高精度に検出可能である。
一方、地図情報から取得した白線の形状情報は高精度であるため、自車位置から遠距離の領域では、地図上の白線位置のほうが、カメラで検出した白線位置よりも高精度に検出できる。この2つの性質を利用して、物体検出センサで検出した自車両から近距離にある白線位置に、地図上の白線位置を合わせることで、自車両から遠距離にある白線位置を高精度に検出することができる。
また、物体検出センサにより検出した白線位置から抽出した複数の点群情報と、地図上の白線位置から抽出した複数の点群情報とを、ICP(Iterative Closest Point)アルゴリズムによって位置合わせする手法が知られている。
例えば、特許文献1では、カメラで時系列に検出した白線位置を蓄積する。蓄積したカメラによる白線位置から直線となる白線位置を抽出し、複数の直線が互いに交差する角度を特徴とした物標位置(ランドマーク)を検出する。カメラによる白線位置から検出した物標位置と、地図上の白線位置から検出した物標位置とをICPアルゴリズムにより統合して、地図上の自車位置を推定する技術が開示されている。
また、特許文献2では、車両中心位置からカメラで検出した白線位置までの距離と車両中心位置から地図上の白線位置までの距離とを比較して、その距離の差が大きい場合には相対位置の誤差が大きい物標と判定して物標位置データを排除する技術が開示されている。
特許第6477882号公報 特許第6881464号公報
しかし、これらの技術では、物体検出センサで検出した白線位置と、地図上の白線位置との位置合わせに使用する点群情報を、走行環境に合わせて白線位置から抽出する手法が考慮されていない。一例として、カメラによる検出性能は、天候または他物体によるオクルージョンなどの走行環境に大きく依存する。そのため、位置検出精度が高い白線位置から点群情報を抽出できる自車両からの距離範囲は走行環境に応じて変化する。自車両からの距離範囲は、長距離である方が点群情報は増加するため位置合わせ精度は高くなる。しかし、位置検出精度の低い点群が含まれると点群情報が増加しても位置合わせ精度は低くなる。
また、例えば、他物体によるオクルージョンにより、遮蔽による白線部分の隠れが発生すると、その画像領域におけるカメラによる白線位置の検出精度は低下する。そのため、その画像領域において、カメラ検出による白線位置から点群情報を抽出すると位置合わせ精度は低くなる。
このように、従来の自己位置推定装置では、走行環境に合わせて点群情報を抽出することが考慮されていないため、走行環境によっては著しく位置合わせ精度が低下し、それに伴って自車両の位置(自己位置)と自車両から遠距離になる白線位置の検出精度が低下するという問題があった。
本願は、上述のような問題を解決するためになされたもので、点群抽出の条件を変更することにより走行環境の変化にロバストな位置合わせ処理を実現し、自己位置と、自車両から遠距離にある白線位置を高精度に検出可能とする自己位置推定装置を提供することを目的とする。
を目的とする。
本願に開示される自己位置推定装置は、車載センサの出力に基づいて白線位置を検出するセンサ白線検出手段、センサ白線検出手段で検出した白線位置から第1の点群情報を抽出するセンサ点群抽出手段、位置計測装置の出力に基づいて自己位置を計測する自己位置検出手段、自己位置検出手段で検出した自己位置周辺の地図情報から白線位置を取得する地図白線取得手段、地図白線取得手段で取得した地図情報の白線位置から第2の点群情報を抽出する地図点群抽出手段、センサ点群抽出手段と地図点群抽出手段の点群抽出条件を変更する点群抽出条件変更手段、センサ点群抽出手段で抽出した第1の点群情報と地図点群抽出手段で抽出した第2の点群情報との位置合わせを行う白線位置合わせ手段、白線位置合わせ手段の位置合わせ結果に基づいて、自己位置を補正する自己位置補正手段、白線位置合わせ手段で位置合わせをした第1の点群情報と第2の点群情報との一致率を判定する白線一致率判定手段、を有し、白線一致率判定手段で判定した判定結果に基づいて、点群抽出条件変更手段の点群抽出条件を変更することを特徴とする
本願に開示される自己位置推定装置によれば、点群情報の抽出方法を変更することで、走行環境の変化にロバストな位置合わせ処理を実現し、自己位置と、自車両から遠距離にある白線位置とを高精度に検出することができる。
実施の形態に係る自己位置推定装置のハードウェア構成図である。 実施の形態に係る自己位置推定装置の機能構成図である。 実施の形態1に係る自己位置推定装置の機能構成図である。 実施の形態1に係る自己位置推定装置の白線位置を検出する例を説明する図である。 実施の形態1に係る自己位置推定装置の白線位置から点群情報を抽出する例を説明する図である。 実施の形態1に係る自己位置推定装置の地図情報から白線位置を検出する方法を説明する図である。 実施の形態1に係る自己位置推定装置の白線位置から点群情報を抽出する例を説明する図である。 実施の形態1に係る自己位置推定装置の白線位置合わせ手段の位置合わせ処理を説明する図である。 実施の形態1に係る白線位置合わせ手段の位置合わせ処理の効果を説明する図である。 実施の形態1に係る自己位置推定装置の白線一致率の判定例を説明する図である。 実施の形態1に係る自己位置推定装置の点群抽出条件を変更する一例を説明する図である。 実施の形態1に係る自己位置推定装置の点群抽出条件を変更する一例を説明する図である。 実施の形態1に係る自己位置推定装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態2に係る自己位置推定装置の機能構成図である。 実施の形態2に係る自己位置推定装置のセンサ変化量を説明する図である。 実施の形態2に係る自己位置推定装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態2に係る自己位置推定装置の別の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態3に係る自己位置推定装置の機能構成図である。 実施の形態3に係る自己位置推定装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態4に係る自己位置推定装置の機能構成図である。 実施の形態4に係る自己位置推定装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態5に係る自己位置推定装置の機能構成図である。 実施の形態5に係る自己位置推定装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態5に係る自己位置推定装置の別の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態6に係る自己位置推定装置の機能構成図である。 実施の形態6に係る自己位置推定装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態7に係る自己位置推定装置の機能構成図である。 実施の形態7に係る障害物判定を説明する図である。 実施の形態7に係る自己位置推定装置の動作を説明するフローチャートである。
以下、本願に係る自己位置推定装置の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。以降の実施の形態も同様に、同一符号を付した構成について重複した説明は省略する。
実施の形態1.
実施の形態1に係る自己位置推定装置のハードウェア構成図を図1に示す。図1は、実施の形態1のみではなく、後述する実施の形態2から7にも適用される構成である。図1の自己位置推定装置11は、センサIO12、中央演算装置(CPU)13、ランダムアクセスメモリ(RAM)14、リードオンリーメモリ(ROM)15等から構成されている。自己位置推定装置11は、センサIO12を介して車載センサ21であるセンサデバイスと接続する。センサデバイスには、例えば、カメラ、LiDAR(Light Detection And Ranging)、ミリ波センサ、ソナー等の物体検出センサ211、GNSS/IMU等の位置計測装置212、加速度センサ、速度センサ、およびヨーレート等の傾きを検出するセンサ等が知られている。車載センサ21で計測した自車両の自己位置または自車両周辺にある白線位置のセンサデータが自己位置推定装置11に入力される。
自己位置推定装置11は、車両制御バスI/F32を介して、車両制御ユニット31と接続する。これにより、車両制御ユニット31で検出した車速、移動情報などの車両制御情報を自己位置推定装置11に出力する。
車両制御ユニット31はセンサECU33と車両ECU34等から構成される。車両制御ユニット31は自車両の走行制御を監視しており、車両ECU34で制御した車両走行情報(車速・操舵角)をセンサECU33で検出する。自己位置推定装置11は、上述した構成に限定されるものではない。例えば、組込機器、ECU(電子制御ユニット)、FPGAボード、あるいはGPUボード等を使用しても良い。
自己位置推定装置に係る機能構成図を図2に示す。図2は実施の形態1に限らず、実施の形態1から7における共通の機能である。すなわち、センサ白線検出手段101と、センサ点群抽出手段102と、自己位置検出手段103と、地図白線取得手段104と、地図情報の白線位置から位置合わせ処理に使用する点群情報を抽出する地図点群抽出手段105と、白線位置合わせ手段106と、点群抽出条件変更手段108と、自己位置補正手段109とから構成される。実施の形態1から7の共通の機能は、実施の形態1において説明し、その他の実施の形態での詳細な説明は省略する。
なお、点群抽出条件変更手段108で変更する条件の判断は、実施の形態1から7では検出の仕方または判定する対象が異なる。実施の形態1では、図3に示すように、白線の一致率を判定することにより点群の抽出条件を変更する。以降に説明する実施の形態2から7についても、点群抽出条件変更のための検出の仕方あるいは判定する対象が異なるので、異なる部分の構成を中心に説明を行う。
図2および図3のセンサ白線検出手段101は、車載センサ21で車両周辺に存在する白線を検出する手段である。上述した物体検出センサ211のうち、例えば、カメラの撮影画像の画素値、あるいはLiDAR計測点群の反射強度情報から白線部分を抽出することで、道路上の白線位置を検出する。また、リブ式白線であれば、ミリ波センサの反射強度情報からリブ部分を抽出することで道路上の白線位置を検出する。
図4に、カメラを使用して白線位置を検出する例を示す。白線位置検出ではカメラ撮影画像の画素値から道路の白線部分を抽出する。次にカメラ撮影画像を上方視点の鳥瞰図に座標変換する。この際に白線位置も座標変換して、車両進行方向と車両横方向の2次元平面座標系に対する白線位置へ変換する。道路上の白線は、白色部分が点線状に繋がっている場合もあるが、この点線状の白線位置をつなぎ合わせた白線の曲線形状を白線位置情報として算出する。白線の曲線形状は4つのパラメータを持つ3次曲線情報に変換しても良い。3次元曲線情報に変換することで、任意の車両進行方向の距離に対して、車両横方向の白線位置が検出可能となる。この4つのパラメータとは、3次曲線式Y=ax+bx+cx+dのパラメータa、b、c、dである。この4つのパラメータと車両と白線との相対位置の関係は、dが車両方向における車両と白線との距離を表し、cが車両進行方向と白線方向との角度を表す。またaおよびbは白線の曲率を表す。
図2および図3のセンサ点群抽出手段102は、センサ白線検出手段101で検出した白線位置から、白線位置合わせに使用する点群情報を抽出する手段である。図5に点群情報の抽出方法の一例を示す。図5では、自車両の位置(自己位置)を基準位置として、車両進行方向10m毎に白線位置から点群情報を取得する。センサ白線検出手段101によって検出した白線位置が、3次元曲線で表現されている場合には、その3次元曲線に進行方向10m毎の数値を代入して点群位置情報(車両進行方向10m毎の位置情報と車両横向き方向の位置情報の2次元座標位置)を取得する。
ここで、物体検出センサ211によって検出する白線位置は一般的に自車両から近距離であるほど白線位置の検出精度が高い。そのため、センサ点群抽出手段102では、自車両から近距離にある白線位置から点群情報を抽出する。白線位置から点群情報を抽出する距離は、車両走行環境に応じて点群抽出条件変更手段108によって変更する。
図2および図3の自己位置検出手段103は、車両に搭載した位置計測装置212によって自己位置を検出する手段である。GNSS/IMU以外にも車両から取得可能な車速あるいは操舵角情報を取得して自己位置を検出しても良い。
図2および図3の地図白線取得手段104は、自己位置検出手段103で検出した自己位置を参照して、高精度地図データベース(DB)151の自己位置周辺の地図情報から白線情報を取得する手段である。図6に地図情報から白線位置を検出する方法を示す。図6の左側に示すように高精度な地図情報では、白線位置は3次元形状データとして保管されている。白線の位置合わせ処理に使用する白線位置データとして、3次元形状データをそのまま使用しても良いが、位置合わせ処理の計算処理量削減のために、図6に示すように、3次元形状の白線位置データ(図6側)を、路面の高低差を無くす鳥瞰図(図6側)とすることで、車両進行方向と車両横方向の2次元平面座標系に投影して、2次元座標の白線位置データに変換しても良い。
図2および図3の地図点群抽出手段105は地図白線取得手段104で取得した地図上の白線位置から点群情報を抽出する手段である。図7に点群情報の抽出方法の一例を示す。図7では、地図上の自車両の自己位置を基準位置として、センサ点群抽出手段102と同様に進行方向10m毎に地図上の白線位置から点群情報を取得する。地図白線取得手段104によって取得した白線位置が3次元曲線で表現されている場合には、その3次元曲線に進行方向10m毎の数値を代入して、点群位置情報(車両進行方向10m毎の位置情報と車両横向き方向の位置情報の2次元座標位置)を取得する。なお白線位置から点群情報を抽出する距離は、センサ点群抽出手段102と同様に、点群抽出条件変更手段108によって変更する。なお、実施の形態1では、後述する白線一致率判定手段の結果に基づいて点群抽出条件を変更する。
図2および図3の白線位置合わせ手段106は、センサ点群抽出手段102で抽出したセンサ点群情報と地図点群抽出手段105で抽出した地図点群情報を、位置合わせする手段である。図8にセンサ点群情報と地図点群情報との位置合わせ処理を示す。図8の位置合わせ処理ではセンサ点群情報と地図点群情報との対応関係を探索して、高精度なセンサ点群情報が取得できる短距離区間での点群同士の距離が最短となるように(誤差eの合計値が最短となるように)地図点群情報の座標系(OMAP)全体の位置を、自己位置補正量(dMAP-CAM)変更する。図8の誤差eの合計値を最小化する位置合わせ用アルゴリズムにはICPアルゴリズムなどを適用して良い。
なお最小化計算では、位置合わせ時のパラメータを回転行列と並進ベクトルに分割し、センサ点群情報の座標系(OCAM)と地図点群情報の座標系(OMAP)を各々の重心位置を原点として座標系に変換して、各々の点群の分散情報を参照することで、位置合わせ時の回転行列のみを初めに算出し、その後で並進ベクトルを算出する事で最小化計算を軽量化しても良い。
図9に、白線位置合わせによる遠方白線位置の高精度化効果を示す。物体検出センサ211で検出した白線のセンサ点群情報を基準として、地図点群情報から取得した白線形状の点群情報を合わせることによって、物体検出センサ211では検出精度が低下する遠方の白線位置を、地図の白線形状で補うことで、高精度に検出可能となる。
図3の白線一致率判定手段107は白線位置合わせ手段106で位置合わせしたセンサ点群情報と地図点群情報の一致率を算出して、その一致率の高低を判定する。図10に一致率の判定例を示す。図10では位置合わせ処理後のセンサ点群と地図点群との位置ズレ誤差の合計値を算出する。算出した位置ズレ誤差の合計値とあらかじめ定められた閾値とを比較して、白線一致率の高低を判定する。ここで、予め定められた閾値は、各点群同士の平均位置ズレ誤差が10cm以下となるように設定しても良い。
図2および図3の点群抽出条件変更手段108は点群情報の抽出条件を変更する。実施の形態1では、白線一致率判定手段107の判定結果に応じて、センサ白線位置と地図白線位置とから点群情報を抽出する条件を変更する。点群情報の抽出条件の一例を図11、図12に示す。図11は、点群情報を抽出する自車両からの距離範囲の条件を変更した一例である。図11の例では点群取得の距離範囲を50mから30mへ縮小している。すなわち、距離範囲の拡大及び縮小処理では、白線一致率判定手段107の一致率が高いときには距離範囲を拡張し、一致率が低いときには距離範囲を縮小する。
図12に点群情報を抽出する密度を変更した一例を示す。この例では、10m毎の点群抽出から、5m毎の点群抽出に変更している。すなわち、点群情報を抽出する距離範囲を縮小すると、点群情報の合計数が少なくなってしまう。そのため、距離範囲が縮小した際には点群情報を取得する密度を変更してもよい。
白線一致率が低いときには、物体検出センサ211による白線位置の検知精度が低下している可能性が高いため、点群抽出条件を変更して距離範囲を縮小し、点群情報を抽出する密度を変更することで、検知精度が低下した点群情報を除去することができ、走行環境に合わせたセンサ点群を用いた位置合わせ処理ができる。
自己位置補正手段109は白線一致率判定手段107の一致率が高いときに、白線位置合わせ手段106で白線同士の位置合わせによって算出した移動量dMAP-CAMを参照して、自己位置検出手段103で検出した自己位置を補正し、自己位置情報を出力する。
図13に示す実施の形態1のフローチャートを説明する。
(1)センサ白線検出手段101によって物体検出センサ211の計測情報から道路路面上の白線位置を検出する(ステップS1)。
(2)センサ点群抽出手段102によって、ステップS1で検出した白線位置からセンサ点群情報を抽出する(ステップS2)。センサ点群情報の抽出では、あらかじめ定めた初期条件に従って白線位置からセンサ点群情報を抽出する。初期条件の一例としては、白線位置から点群情報を抽出する距離範囲が挙げられる。初期条件として距離範囲を50mと設定しても良い。その他の初期条件としては白線位置から点群情報を抽出する間隔が挙げられる。初期条件として、間隔を10mと設定して、白線位置からセンサ点群情報を10m毎に抽出しても良い。
(3)自己位置検出手段103によって、GNSS/IMUなどの位置計測装置212を用いて自車両の自己位置を検出する(ステップS3)。
(4)地図白線取得手段104によって、ステップS3で検出した自己位置周辺にある道路の白線位置を地図情報から取得する(ステップS4)。
(5)地図点群抽出手段105によって、ステップS4で取得した白線位置から地図点群情報を抽出する。地図点群情報の初期条件は、ステップS2で説明したセンサ点群情報と同様の条件値に設定しても良い(ステップS5)。
(6)白線位置合わせ手段106によって、ステップS2で抽出したセンサ点群情報とステップS5で抽出した地図点群情報との位置合わせをする。センサ点群情報と地図点群情報との、対応点の距離が最小となる地図点群情報の位置の移動量dMAP-CAMを算出して点群を移動する(ステップS6)。
(7)白線一致率判定手段107によって、位置合わせを行ったセンサ点群情報と地図点群情報同士の一致率を判定する(ステップS7)。判定方法としては、位置合わせ後のセンサ点群情報の点群位置と地図点群情報の点群位置との対応点同士の距離を合算して、その距離があらかじめ定められた閾値よりも長ければ一致率は低いと判定し、あらかじめ定められた閾値よりも距離が短ければ一致率は高いと判定してもよい。一致率が低い場合は、ステップS8を、一致率が高い場合は、ステップS9を実施する。
(8)一致率が低い場合、点群抽出条件変更手段108によって、ステップS2とステップS5の点群情報の抽出条件を変更する(ステップS8)。点群情報抽出条件としては、白線位置から点群情報を抽出する距離範囲、または白線位置から点群情報を抽出する間隔などの条件値を変更する。その後は、ステップS7で実行する白線一致率が高いと判定されるまで、ステップS2、S5、S6、S7、S8の処理を繰り返し実行する。
(9)一致率が高い場合、自己位置補正手段109によって、ステップS6で算出した点群位置合わせ時の移動量dMAP-CAMを参照して、自車両の自己位置を補正する(ステップS9)。
このように、実施の形態1では、以上説明した処理を行うことにより、白線一致率判定手段107の判定結果に応じて、物体検出センサ211の白線位置と、自己位置検出装置の地図上の白線位置との位置合わせ処理に使用する点群情報の抽出条件を変更することで、走行環境の変化にロバストな位置合わせ処理を実現し、車両の自己位置と、車両から遠距離にある白線位置を高精度に検出することが可能となる。
実施の形態2.
本実施の形態では、点群情報の抽出条件の変更を、車載センサの計測データに大きな変化があった際に実行する。自動車の走行環境は、同じ走行環境が一定時間継続する可能性が高いため、車載センサの計測データに大きな変化が無い場合には点群情報の抽出条件を変更しないことで、計算処理量を低減した自己位置推定装置11を提供する。
実施の形態2の機能構成図を図14に示す。実施の形態1との構成の差異は、点群抽出条件を変更する判断を、白線一致率判定手段107から、センサ変化量判定手段110に変更したことにある。
センサ変化量判定手段110は、物体検出センサ211でセンシングした計測データの変化量の大小を判定する。例えば、物体検出センサ211としてカメラを使用する場合には、カメラ撮影画像を時系列に蓄積しておき、時系列毎に撮影画像の画素差分値を算出する。画素差分値の平均値が、あらかじめ定められた閾値よりも大きい場合には計測データの変化量が大きいと判定し、反対にあらかじめ定められた閾値よりも小さい場合には、計測データの変化量が小さいと判定する。
一例として、画素差分値と比較するあらかじめ定められた閾値を、256階調の計測データで80と設定しても良い。時刻Tに撮影した撮影画像から時刻T-1に撮影した撮影画像を引いた差分画像を図15に示す。差分画像は画素位置によって画素値が異なるため、画素差分値の平均値を算出してあらかじめ定められた閾値と比較する。
計測データの変化量が大きいと判定された場合は点群抽出条件変更手段108によって、白線位置から点群情報を抽出する条件を変更する。変更方法の一例として、図15に示すように、カメラ撮影画像の画素値が全体的に暗く変化した場合、すなわち画素差分値の平均値があらかじめ定められた閾値よりも小さい場合には、白線位置から点群情報を取得する距離範囲を縮小する。反対に、画素値が全体的に明るく変化した場合には、白線位置から点群情報を取得する距離範囲を拡張しても良い。
実施の形態2のフローチャートを図16に示す。実施の形態1のステップS7で説明したセンサ変化量の判定の処理以外は、実施の形態1の処理と同じであるため、説明を省略する。
センサ変化量判定手段110によって、物体検出センサ211で計測した計測データを時系列に蓄積して、異なる時刻に計測したデータ同士の差分値を算出する(ステップS10)。差分値が大きい場合にはセンサ変化量が大きいと判断してステップS8を実施し、差分値が小さい場合にはセンサ変化量が小さいと判断してステップS9を実施する。
これにより、センサ変化量判定手段110の出力に応じて、物体検出センサ211の白線位置と、自己位置検出装置の地図上の白線位置との位置合わせ処理に使用する点群情報の抽出条件を変更することで、走行環境の変化にロバストな位置合わせ処理を実現し、自車両の自己位置と、自車両から遠距離にある白線位置を高精度に検出することが可能となる。
上述した実施の形態2では、実施の形態1の白線一致率判定手段107の代替としてセンサ変化量判定手段110を追加する機能構成図の一例を記載したが、白線一致率判定手段107とセンサ変化量判定手段110の両方を実施してもよい。この場合のフローチャートを図17に示す。
図17において、センサ変化量を算出し(ステップS10)、センサ変化量が大きいと判断された場合には、白線一致率の判定処理を実施する(ステップS7)。判定処理は実施の形態1で説明したのと同様、白線一致率判定手段107によって、位置合わせを行ったセンサ点群情報と地図点群情報の一致率を判定する(ステップS7)。一致率が低い場合は、ステップS8を、一致率が高い場合は、ステップS9を実施する。また、センサ変化量が小さいと判断された場合には、ステップS9を実施する。これにより、センサ変化量が少ない場合には、白線一致率の判定処理を実行しないことで、計算処理量を低減した自己位置推定装置を提供できる。
このように、実施の形態2では、以上説明した処理を行うことにより、センサ変化量判定手段110の判定結果に応じて、物体検出センサ211の白線位置と、自己位置検出装置の地図上の白線位置との位置合わせ処理に使用する点群情報の抽出条件を変更することで、走行環境の変化にロバストな位置合わせ処理を実現し、車両の自己位置と、車両から遠距離にある白線位置を高精度に検出することが可能となる。
実施の形態3.
本実施の形態では、白線の種類によって白線位置から点群情報の抽出条件を変更する。白線の種類には、点線による白線、一本線による白線、2重線による白線、羽根つき白線、車線変更禁止の白線(黄色線)などが挙げられる。点線または一本線などの白線に比べて、羽根つき白線などは白線位置の検出精度が低下するために、点群情報の抽出条件を変更して検出精度が高い点群情報のみを抽出する。
実施の形態3の機能構成図を図18に示す。実施の形態1との構成の差異は、点群抽出条件を変更する判断を、図3で示した白線一致率判定手段107から、白線種別判定手段111に変更したことにある。
白線種別判定手段111は、自車両の自己位置周辺にある道路上の白線の種別を判定する手段である。白線の種別判定には、高精度地図DB151に、予め地図情報として保管してある白線の種別情報を取得して判定しても良い。地図白線取得手段104で地図情報から白線位置を取得する際に、白線の種別情報も取得しておき、その種別情報を白線種別判定手段111で判定する。その他の種別判定方法としては、センサ白線検出手段101で検出した白線情報から白線種別を特定しておき、その情報から白線種別判定手段111で白線種別を判定しても良い。
白線種別の判定結果により、点線または一線の白線など、物体検出センサ211による白線位置の検出精度が高い白線種別であれば、点群情報の抽出条件として白線から点群を抽出する距離範囲を拡張する。また、羽根つき白線などセンサによる白線位置の検出精度が低い白線種別であれば、点群情報の抽出条件として白線から点群を抽出する距離範囲を縮小する。
実施の形態3を実行するためのフローチャートを図19に示す。実施の形態1との差異は、白線一致率の判定(ステップS7)を、白線種別の判定(ステップS11)としたことである。その他の処理は図13のフローチャートと同様である。
白線種別判定手段111によって、自車両の自己位置周辺にある道路上の白線の種別を判定する(ステップS11)。例えば、自己位置周辺の白線が一本線の白線から羽根つき白線へ変化したなど、白線種別に変化があった場合、点群抽出条件を変更する(ステップS8)。白線種別に変化が無い場合には、ステップS3で検出した自己位置を、ステップS6で位置合わせした移動量を参照して補正する。
以上の処理により、自車両の自己位置周辺にある白線の種別を白線種別判定手段111により判定し、物体検出センサ211の白線位置と地図上の白線位置との位置合わせ処理に使用する点群情報の抽出条件を、判定結果に応じて変更することで、走行環境の変化にロバストな位置合わせ処理を実現し、自車両の自己位置と、自車両から遠距離にある白線位置を高精度に検出する。
実施の形態4.
本実施の形態では、車載センサの仕様に応じて、センサ点群抽出時の初期条件値を変更する自己位置推定装置を提供する。車載センサの仕様によって、白線位置の検出精度は異なる。例えばカメラは、画像解像度が高いほど白線位置の検出精度は高くなる。またカメラの撮影画角が広いほど遠方の白線位置の検出精度は低下する。このため、物体検出センサなど、車載センサの仕様に応じて、センサ点群抽出手段102で白線位置から点群情報を抽出する初期条件値を変更する。
実施の形態4の機能構成図を図20に示す。実施の形態1の図3で示した機能との差異は、センサ仕様取得手段112が追加されたことである。
センサ仕様取得手段112は物体検出センサ211の仕様情報を取得する。センサ点群抽出手段102は、センサ仕様取得手段112が取得した物体検出センサ211の仕様情報から、点群抽出時の初期条件を設定する。カメラを使用する場合には、センサ仕様情報として、画像解像度および撮影画角情報を取得する。
実施の形態4のフローチャートを図21に示す。実施の形態1との差異は、処理内容としてセンサ仕様情報の取得(ステップS12)が追加されたことである。それ以外の処理は、実施の形態1のフローチャートと同様である。
センサ仕様取得手段112によって、物体検出センサ211の仕様情報を取得する。一例として、カメラを用いた場合は、画像解像度の仕様情報を取得し、画像解像度が1980×1020以下であれば点群抽出時の初期条件値として、白線位置から点群情報を抽出する距離範囲を40mに設定し、画像解像度が、1980×1020以上であれば距離範囲を50mに設定する。設定した点群抽出時の初期条件値を参照して、白線位置から点群情報を抽出する(ステップS2、S5)。
以上のように、実施の形態4では、物体検出センサ211に代表される車載センサの仕様に合わせて、センサ点群情報の白線位置と地図点群情報の白線位置との位置合わせ処理に使用する点群情報の抽出条件を変更することで、走行環境の変化にロバストな位置合わせ処理を実現し、自車両の自己位置と、自車両から遠距離にある白線位置を高精度に検出する。
実施の形態5.
本実施の形態では、予め地図情報に保管してある白線検知の信頼度情報を取得し、その信頼度情報を参照して白線位置から点群情報を抽出する条件を変更することで、走行環境に合わせて点群情報の抽出条件を変更する自己位置推定装置を提供する。
実施の形態5の機能構成図を図22に示す。実施の形態1との構成の差異は、点群抽出条件を変更する判断を、図3で示した白線一致率判定手段107から、白線検知信頼度取得手段113に変更したことにある。
白線検知信頼度取得手段113は、予め高精度地図DB151の地図情報に保管してある白線検知の信頼度情報を取得する。また、予め物体検出センサ211で計測した白線検知結果から高精度に白線位置が検出可能な自車両の自己位置からの距離範囲を調査、保管しておき、その距離範囲情報を信頼度情報として取得しても良い。点群抽出条件変更手段108では、取得した距離範囲情報に合わせて、白線位置から点群情報を抽出する距離範囲の条件を変更する。
実施の形態5のフローチャートを図23に示す。実施の形態1との差異は、処理内容として白線検知の信頼度取得(ステップS13)が追加されたことである。また、白線検知の信頼度取得の処理で取得した信頼度情報に準じて、点群抽出条件を変更する(ステップS14)。加えて、実施の形態1で説明した、白線一致率の判定処理(ステップS7)を削減したことも差異となる。それ以外の処理内容は、実施の形態1のフローチャートで説明した処理同様である。
白線検知信頼度取得手段113によって、地図情報からGNSS/IMUで検出した(ステップS3)自己位置周辺の位置に対応する白線検知の信頼度情報を取得する(ステップS13)。地図情報に予め点群抽出条件を設定する際に必要となる信頼度情報を設定しておく。信頼度情報の一例としては、点群抽出時の距離範囲情報あるいは間隔情報が挙げられる。これらの信頼度情報を参照することで、白線位置から点群情報を抽出する条件を変更する(ステップS14)。
図23のフローチャートでは白線一致率の判定処理(ステップS7)を削減したが、白線検知の信頼度情報の取得(ステップS13)に加えて、白線一致率の判定処理(ステップS7)を追加しても良い。白線一致率の判定処理(ステップS7)を追加したフローチャートを図24に示す。
図24のフローチャートは、図23と比較して、白線一致率の判定処理(ステップS7)と、点群抽出条件の変更処理(ステップS8)とが追加されている。図23では、地図情報から取得した白線検知の信頼度情報から点群抽出条件を変更した(ステップS14)が、その後に点群の位置合わせ処理を行い(ステップS6)、その結果を用いて、白線一致率の判定処理を行い(ステップS7)、再度、点群抽出条件を変更しても良い(ステップS8)。
なお、図23,図24では、白線検知の信頼度情報は予め地図情報に設定した信頼度情報を取得する方式を示したが、地図情報ではなく、車載センサ21が出力する信頼度情報を取得しても良い。物体検出センサが出力する信頼度情報が高いときには白線位置から点群情報を抽出する距離範囲を拡張し、信頼度情報が低いときには距離範囲を縮小しても良い。
以上のフローチャート処理により、地図情報に予め設定した白線検知の信頼度情報を参照して、車載センサの白線位置と地図上の白線位置との位置合わせ処理に使用する点群情報の抽出条件を変更することで、走行道路位置の変化にロバストな位置合わせ処理を実現し、自車両の自己位置と、自車両から遠距離にある白線位置を高精度に検出する。
実施の形態6.
本実施の形態では、自車両の走行状態に応じて白線位置から点群情報の取得条件を変更することで、走行環境に合わせて点群情報の抽出条件を変更する自己位置推定装置を提供する。一般的に自車両が高速移動中の場合、またはカーブ路走行中の場合には、物体検出センサ211による白線位置の検知精度が低下するため、自車両の走行条件に応じて点群取得条件を変更する。
実施の形態6の機能構成図を図25に示す。実施の形態5との差異は、実施の形態5の白線検知信頼度取得手段113が、走行状態判定手段114に変更されたことである。
走行状態判定手段114は、自車両の走行状態を判定する。走行状態の一例としては、自車両の加速度、速度、およびヨーレートが挙げられる。自車両の加速度、速度からは高速移動時の白線位置の検知精度の低下状況を推定して、点群抽出時の距離範囲を調整する。また自車両のヨーレートからはカーブ路走行時の白線位置の検知精度の低下状況を推定して、点群抽出時の距離範囲を調整する。
夜間走行時には走行状態にヘッドライトのロービーム、ハイビームの切替え情報、あるいはフォグランプのオンおよびオフの情報を追加しても良い。ヘッドライトをハイビームにすることで自車両から遠距離にある白線位置の検出精度が向上するため、ハイビームの時には白線位置から点群情報を取得する距離範囲を拡張し、ロービームの時には距離範囲を縮小する。またフォグランプを灯火することで、自車両から近距離にある路面の撮影画像が白飛びをして、近距離にある白線位置の検出精度が低下する。このためフォグランプの点灯時には、白線位置から点群情報を抽出する際に、例えば自車両から10mまでの距離にある白線位置は点群抽出の距離範囲から除外するように設定しても良い。
実施の形態6のフローチャートを図26に示す。実施の形態5との差異は、白線検知の信頼度情報の取得処理(ステップS13)から自車両の走行状態の判定処理(ステップS15)に変更したことである。それ以外の処理内容は、実施の形態5のフローチャートと同様である。また、本実施の形態においても、図24のフローチャートと同様に、白線一致率の判定処理(ステップS7)を追加しても良い。
走行状態判定手段114によって、車載センサ21から自車両の走行情報を取得して走行状態を判定する(ステップS15)。一例としては車載センサ21から取得したヨーレートから自車両が走行中のカーブ路の曲率情報を判定する。この曲率情報の判定結果を参照して、白線位置の検出精度を判定し、白線位置から点群情報を抽出する条件を変更する(ステップS14)。
以上のフローチャート処理により、自車両の走行状態に合わせて、物体検出センサ211の白線位置と地図上の白線位置との位置合わせ処理に使用する点群情報の抽出条件を変更することで、自車両の走行状態の変化にロバストな位置合わせ処理を実現し、自車両の自己位置と、自車両から遠距離にある白線位置を高精度に検出する。
実施の形態7.
本実施の形態では、物体検出センサ211で検出した他車両および歩行者などの障害物の周囲にある白線位置点群情報の抽出範囲から除外することで、走行環境に合わせて点群情報の抽出条件を変更する自己位置推定装置を提供する。障害物によって道路上の白線が隠れてしまうことと、障害物の影によって白線位置の検知精度が低下するため、点群情報の抽出条件を変更する。
実施の形態7の機能構成図を図27に示す。障害物判定手段115は、自車両周辺にある障害物の有無を判定する。また障害物のサイズ情報を検出して、障害物が道路上の白線を隠す範囲を判定する。物体検出センサ211としてカメラを使用した場合における障害物判定手段115の一例を図2に示す。図28のカメラ撮影画像は、障害物となる他車両が撮影されており、他車両の影によって白線の一部の輝度値が低下している。このように他車両の影響などによって白線の一部の輝度値が変化すると、その部分における白線位置の検知精度が低下する。このため、障害物判定手段115では、物体検出センサ211によって検知した他車両および歩行者などの障害物の周囲にある画像領域は、白線位置から点群情報を抽出しないように、点群抽出時の除外領域として判定する。この除外領域のサイズは障害物の種別およびサイズによって変更しても良く、障害物が歩行者である場合には周囲2m四方を除外領域のサイズとして定め、他車両である場合には周囲5m四方を除外領域のサイズとして定めても良い。
実施の形態7のフローチャートを図29に示す。実施の形態5との差異は、白線検知の信頼度情報の取得処理(ステップS13)から物体検出センサ211による障害物の判定処理(ステップS16)に代替したことになる。それ以外の処理内容は、実施の形態5のフローチャートと同様である。また、本実施の形態においても、図24のフローチャートと同様に白線一致率の判定処理(ステップS7)を追加しても良い。
障害物判定手段115によって、物体検出センサ211で自車両周囲にある障害物の位置を判定する。また障害物の種別を判定して、障害物周囲の領域にある白線位置から点群情報を抽出しないように除外領域を設定する(ステップS16)。設定した除外領域以外の領域にある白線位置から点群情報を抽出するように、点群情報を抽出する条件を変更する(ステップS14)。

実施の形態7では、以上のフローチャート処理により、障害物による白線位置の検知精度の低下を考慮して、車載センサの白線位置と地図上の白線位置との位置合わせ処理に使用する点群情報の抽出条件を変更することで、自車両の走行状態の変化にロバストな位置合わせ処理を実現し、自車両の自己位置と、自車両から遠距離にある白線位置を高精度に検出する。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
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。
11:自己位置推定装置、12:センサIO、13:CPU、14:RAM、15:ROM、21:車載センサ、31:車両制御ユニット、101:センサ白線検出手段、102:センサ点群抽出手段、103:自己位置検出手段、104:地図白線取得手段、105:地図点群抽出手段、106:白線位置合わせ手段、107:白線一致率判定手段、108:点群抽出条件変更手段、109:自己位置補正手段、110:センサ変化量判定手段、111:白線種別判定手段、112:センサ仕様取得手段、113:白線検知信頼度取得手段、114:走行状態判定手段、115:障害物判定手段、211:物体検出センサ、212:位置計測装置。

Claims (11)

  1. 車載センサの出力に基づいて白線位置を検出するセンサ白線検出手段、
    前記センサ白線検出手段で検出した白線位置から第1の点群情報を抽出するセンサ点群抽出手段、
    位置計測装置の出力に基づいて自己位置を計測する自己位置検出手段、
    前記自己位置検出手段で検出した自己位置周辺の地図情報から白線位置を取得する地図白線取得手段、
    前記地図白線取得手段で取得した地図情報の白線位置から第2の点群情報を抽出する地図点群抽出手段、
    前記センサ点群抽出手段と前記地図点群抽出手段の点群抽出条件を変更する点群抽出条件変更手段、
    前記センサ点群抽出手段で抽出した第1の点群情報と前記地図点群抽出手段で抽出した第2の点群情報との位置合わせを行う白線位置合わせ手段、
    前記白線位置合わせ手段の位置合わせ結果に基づいて、前記自己位置を補正する自己位置補正手段、
    前記白線位置合わせ手段で位置合わせをした前記第1の点群情報と前記第2の点群情報との一致率を判定する白線一致率判定手段、
    を有し、前記白線一致率判定手段で判定した判定結果に基づいて、前記点群抽出条件変更手段の点群抽出条件を変更することを特徴とする自己位置推定装置。
  2. 車載センサの出力に基づいて白線位置を検出するセンサ白線検出手段、
    前記センサ白線検出手段で検出した白線位置から第1の点群情報を抽出するセンサ点群抽出手段、
    位置計測装置の出力に基づいて自己位置を計測する自己位置検出手段、
    前記自己位置検出手段で検出した自己位置周辺の地図情報から白線位置を取得する地図白線取得手段、
    前記地図白線取得手段で取得した地図情報の白線位置から第2の点群情報を抽出する地図点群抽出手段、
    前記センサ点群抽出手段と前記地図点群抽出手段の点群抽出条件を変更する点群抽出条件変更手段、
    前記センサ点群抽出手段で抽出した第1の点群情報と前記地図点群抽出手段で抽出した第2の点群情報との位置合わせを行う白線位置合わせ手段、
    前記白線位置合わせ手段の位置合わせ結果に基づいて、前記自己位置を補正する自己位置補正手段、
    前記車載センサの計測データの変化量を判定するセンサ変化量判定手段
    を有し、前記変化量があらかじめ定めた閾値よりも大きいと判定した場合に、前記点群抽出条件変更手段の点群抽出条件を変更することを特徴とする自己位置推定装置。
  3. 車載センサの出力に基づいて白線位置を検出するセンサ白線検出手段、
    前記センサ白線検出手段で検出した白線位置から第1の点群情報を抽出するセンサ点群抽出手段、
    位置計測装置の出力に基づいて自己位置を計測する自己位置検出手段、
    前記自己位置検出手段で検出した自己位置周辺の地図情報から白線位置を取得する地図白線取得手段、
    前記地図白線取得手段で取得した地図情報の白線位置から第2の点群情報を抽出する地図点群抽出手段、
    前記センサ点群抽出手段と前記地図点群抽出手段の点群抽出条件を変更する点群抽出条件変更手段、
    前記センサ点群抽出手段で抽出した第1の点群情報と前記地図点群抽出手段で抽出した第2の点群情報との位置合わせを行う白線位置合わせ手段、
    前記白線位置合わせ手段の位置合わせ結果に基づいて、前記自己位置を補正する自己位置補正手段、
    白線種別を判定する白線種別判定手段
    を有し、前記白線種別に基づいて前記点群抽出条件変更手段の点群抽出条件を変更することを特徴とする自己位置推定装置。
  4. 車載センサの出力に基づいて白線位置を検出するセンサ白線検出手段、
    前記センサ白線検出手段で検出した白線位置から第1の点群情報を抽出するセンサ点群抽出手段、
    位置計測装置の出力に基づいて自己位置を計測する自己位置検出手段、
    前記自己位置検出手段で検出した自己位置周辺の地図情報から白線位置を取得する地図白線取得手段、
    前記地図白線取得手段で取得した地図情報の白線位置から第2の点群情報を抽出する地図点群抽出手段、
    前記センサ点群抽出手段と前記地図点群抽出手段の点群抽出条件を変更する点群抽出条件変更手段、
    前記センサ点群抽出手段で抽出した第1の点群情報と前記地図点群抽出手段で抽出した第2の点群情報との位置合わせを行う白線位置合わせ手段、
    前記白線位置合わせ手段の位置合わせ結果に基づいて、前記自己位置を補正する自己位置補正手段、
    前記車載センサのセンサ仕様情報を取得するセンサ仕様取得手段
    を有し、前記センサ仕様情報に基づいて前記点群抽出条件変更手段の点群抽出条件を変更することを特徴とする自己位置推定装置。
  5. 車載センサの出力に基づいて白線位置を検出するセンサ白線検出手段、
    前記センサ白線検出手段で検出した白線位置から第1の点群情報を抽出するセンサ点群抽出手段、
    位置計測装置の出力に基づいて自己位置を計測する自己位置検出手段、
    前記自己位置検出手段で検出した自己位置周辺の地図情報から白線位置を取得する地図白線取得手段、
    前記地図白線取得手段で取得した地図情報の白線位置から第2の点群情報を抽出する地図点群抽出手段、
    前記センサ点群抽出手段と前記地図点群抽出手段の点群抽出条件を変更する点群抽出条件変更手段、
    前記センサ点群抽出手段で抽出した第1の点群情報と前記地図点群抽出手段で抽出した第2の点群情報との位置合わせを行う白線位置合わせ手段、
    前記白線位置合わせ手段の位置合わせ結果に基づいて、前記自己位置を補正する自己位置補正手段、
    前記地図情報にあらかじめ保管されている白線検知の信頼度情報を取得する白線検知信頼度取得手段
    を有し、前記信頼度情報に基づいて前記点群抽出条件変更手段の点群抽出条件を変更することを特徴とする自己位置推定装置。
  6. 車載センサの出力に基づいて白線位置を検出するセンサ白線検出手段、
    前記センサ白線検出手段で検出した白線位置から第1の点群情報を抽出するセンサ点群抽出手段、
    位置計測装置の出力に基づいて自己位置を計測する自己位置検出手段、
    前記自己位置検出手段で検出した自己位置周辺の地図情報から白線位置を取得する地図白線取得手段、
    前記地図白線取得手段で取得した地図情報の白線位置から第2の点群情報を抽出する地図点群抽出手段、
    前記センサ点群抽出手段と前記地図点群抽出手段の点群抽出条件を変更する点群抽出条件変更手段、
    前記センサ点群抽出手段で抽出した第1の点群情報と前記地図点群抽出手段で抽出した第2の点群情報との位置合わせを行う白線位置合わせ手段、
    前記白線位置合わせ手段の位置合わせ結果に基づいて、前記自己位置を補正する自己位置補正手段、
    前記車載センサで検出し、あらかじめ保管されている白線検知の信頼度情報を取得する白線検知信頼度取得手段
    を有し、前記信頼度情報に基づいて前記点群抽出条件変更手段の点群抽出条件を変更することを特徴とする自己位置推定装置。
  7. 車載センサの出力に基づいて白線位置を検出するセンサ白線検出手段、
    前記センサ白線検出手段で検出した白線位置から第1の点群情報を抽出するセンサ点群抽出手段、
    位置計測装置の出力に基づいて自己位置を計測する自己位置検出手段、
    前記自己位置検出手段で検出した自己位置周辺の地図情報から白線位置を取得する地図白線取得手段、
    前記地図白線取得手段で取得した地図情報の白線位置から第2の点群情報を抽出する地図点群抽出手段、
    前記センサ点群抽出手段と前記地図点群抽出手段の点群抽出条件を変更する点群抽出条件変更手段、
    前記センサ点群抽出手段で抽出した第1の点群情報と前記地図点群抽出手段で抽出した第2の点群情報との位置合わせを行う白線位置合わせ手段、
    前記白線位置合わせ手段の位置合わせ結果に基づいて、前記自己位置を補正する自己位置補正手段、
    前記車載センサの出力から障害物の有無を判定する障害物判定手段
    を有し、前記障害物判定手段の判定結果に基づいて前記点群抽出条件変更手段の点群抽出条件を変更することを特徴とする自己位置推定装置。
  8. 車載センサの出力に基づいて白線位置を検出するセンサ白線検出手段、
    前記センサ白線検出手段で検出した白線位置から第1の点群情報を抽出するセンサ点群抽出手段、
    位置計測装置の出力に基づいて自己位置を計測する自己位置検出手段、
    前記自己位置検出手段で検出した自己位置周辺の地図情報から白線位置を取得する地図白線取得手段、
    前記地図白線取得手段で取得した地図情報の白線位置から第2の点群情報を抽出する地図点群抽出手段、
    前記センサ点群抽出手段と前記地図点群抽出手段の点群抽出条件を変更する点群抽出条件変更手段、
    前記センサ点群抽出手段で抽出した第1の点群情報と前記地図点群抽出手段で抽出した第2の点群情報との位置合わせを行う白線位置合わせ手段、
    前記白線位置合わせ手段の位置合わせ結果に基づいて、前記自己位置を補正する自己位置補正手段
    前記車載センサで計測した車両の走行状態を判定する走行状態判定手段
    を有し、前記走行状態判定手段の判定結果に基づいて前記点群抽出条件変更手段の点群抽出条件を変更することを特徴とする自己位置推定装置。
  9. 前記車載センサは、物体検出センサであることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の自己位置推定装置。
  10. 前記点群抽出条件変更手段は、前記白線位置から点群情報を抽出する領域を変更することを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の自己位置推定装置。
  11. 前記点群抽出条件変更手段は、前記白線位置から点群情報を抽出する抽出密度を変更することを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の自己位置推定装置。
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