JP7351391B1

JP7351391B1 - 車線内車両位置推定装置

Info

Publication number: JP7351391B1
Application number: JP2022151528A
Authority: JP
Inventors: 恭司吉野
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2022-09-22
Filing date: 2022-09-22
Publication date: 2023-09-27
Anticipated expiration: 2042-09-22
Also published as: JP2024046249A

Abstract

【課題】道路の形状によらず車両の位置を推定する。【解決手段】車線内車両位置推定装置３０は、第１座標系に対応する複数の位置を含む地図情報から、車両の進行方向前方の車線の区画線の位置を示す第１区画線位置情報を抽出する位置情報抽出部３３１と、第１区画線位置情報を、第２座標系に対応する区画線の位置を示す第２区画線位置情報に変換する位置情報変換部３３２と、カメラが進行方向前方を撮像した画像に基づいて、第２座標系に対応する区画線の形状を近似した近似関数を生成する近似関数生成部３３３と、区画線の車幅方向の位置を算出する算出部３３４と、第２区画線位置情報が示す区画線の車幅方向の位置及び算出部３３４が算出した区画線の車幅方向の位置を近似関数に対応する評価関数に入力し、評価関数の出力値を最小又は最大にする車両の位置を推定する推定部３３５と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、車線内車両位置推定装置に関する。

従来、クロソイド区間において車両が走行した際の曲率から求めた走行軌跡と道路地図にマッチングさせた車両の位置に基づく曲率から求めた走行軌跡とを比較することにより、車両の前後の位置を補正する自車位置検出装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１９－６６１９３号公報

従来の自車位置検出装置においては、クロソイド区間における車両の位置を検出することができる。しかしながら、直線路を走行する車両の位置を検出する場合は、従来の自車位置検出装置の動作と異なる動作で検出しなければならないという問題があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、道路の形状によらず車両の位置を推定することを目的とする。

本発明の態様に係る車線内車両位置推定装置は、三次元の第１座標系に対応する複数の位置を示す複数の位置情報を含む地図情報から、車両の進行方向前方の車線の区画線の位置を示す複数の第１区画線位置情報を抽出する位置情報抽出部と、前記第１区画線位置情報を、前記第１座標系と異なる二次元の第２座標系に対応する前記区画線の位置を示す第２区画線位置情報に変換する位置情報変換部と、前記車両が備えるカメラが前記進行方向前方を撮像した画像に基づいて、前記第２座標系に対応する前記区画線の形状を近似した近似関数を生成する近似関数生成部と、前記第２区画線位置情報が示す前記車両の進行方向の位置を前記近似関数に入力することにより、前記区画線の車幅方向の位置を算出する算出部と、前記第２区画線位置情報が示す前記区画線の車幅方向の位置、及び前記算出部が算出した前記区画線の車幅方向の位置を、前記近似関数に対応する評価関数に入力し、前記評価関数の出力値を最小又は最大にする前記車両の位置を推定する推定部と、を有する。

前記位置情報変換部は、前記第１区画線位置情報を、前記車両の中心位置を原点とした前記第２座標系に対応する前記第２区画線位置情報に変換してもよい。

前記推定部は、前記区画線に含まれる複数の位置それぞれにおける、前記第２区画線位置情報が示す前記区画線の車幅方向の位置と、前記算出部が算出した前記区画線の車幅方向の位置と、の差を示す距離を特定し、前記複数の位置に対応する前記距離の合計を最小又は最大にするための前記車両の位置を推定してもよい。

本発明によれば、道路の形状によらず車両の位置を推定するという効果を奏する。

車線内車両位置推定システム１の概要を説明するための図である。車線内車両位置推定装置３０の構成を示す図である。車両座標系における白線の位置を説明するための図である。車線内車両位置推定装置３０における処理シーケンスの例を示す図である。

＜車線内車両位置推定システム１の概要＞
図１は、車線内車両位置推定システム１の概要を説明するための図である。図１に示す車線内車両位置推定システム１は、受信装置１０と、カメラ２０と、車線内車両位置推定装置３０と、を備える。受信装置１０と車線内車両位置推定装置３０及びカメラ２０と車線内車両位置推定装置３０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク、又はＵＳＢ（Universal Serial Bus）（登録商標）等のデジタル信号伝送バスを介して通信可能に接続されている。

車線内車両位置推定システム１は、自身が備えられた車両Ｓの位置を推定するためのシステムである。車線内車両位置推定システム１は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）等の外部の測位システムＧから受信した電波と、カメラ２０が撮像して生成した撮像画像データと、に基づいて車両Ｓの位置を推定する。

受信装置１０は、測位システムＧから受信した電波に基づいて車両Ｓの位置を特定し、車両Ｓの位置を示す車両位置情報を車線内車両位置推定装置３０に送信する。カメラ２０は、車両の進行方向前方を撮像して生成した撮像画像データを車線内車両位置推定装置３０に送信する。

測位システムＧが、車両Ｓが備えるカーナビゲーション又は運転者が有するスマートフォンに含まれる場合、受信装置１０が特定する車両Ｓの位置の測定誤差は、数メートルであることが一般的である。これに対して、車両Ｓが車線内車両位置推定システム１を自律走行のために用いる場合、車両Ｓの位置の測定誤差は、数センチメートルであることが求められる。そこで、車線内車両位置推定装置３０は、車両Ｓの位置を高い精度で推定するために、カメラ２０から取得した撮像画像データと前の時刻に取得した車両位置情報とに基づいて車両Ｓの位置を高い精度で推定するための装置である。車線内車両位置推定装置３０は、車両Ｓが走行する車線の白線等の区画線の位置を示す地図情報を記憶している。本実施例においては、区画線が白線である場合の動作を説明する。
以下、車線内車両位置推定装置３０の構成及び動作を詳細に説明する。

＜車線内車両位置推定装置３０の構成＞
図２は、車線内車両位置推定装置３０の構成を示す図である。車線内車両位置推定装置３０は、通信部３１と、記憶部３２と、制御部３３と、を有する。

通信部３１は、ネットワーク又はデジタル信号伝送バスを介して情報を送受信するための通信デバイスを含む。通信デバイスは、例えば、ＬＡＮコントローラ、ＣＡＮコントローラ又はＵＳＢコントローラである。

記憶部３２は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶媒体を有する。記憶部３２は、制御部３３が実行するプログラムを記憶している。記憶部３２は、車両Ｓの位置を推定するために用いる各種の情報（一例として、地図情報）を記憶している。

制御部３３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御部３３は、記憶部３２に記憶されたプログラムを実行することにより、位置情報抽出部３３１、位置情報変換部３３２、近似関数生成部３３３、算出部３３４、推定部３３５、表示制御部３３６及び走行制御部３３７として機能する。
以下、制御部３３により実現される各部の構成を説明する。

位置情報抽出部３３１は、三次元の第１座標系に対応する複数の位置を示す複数の位置情報を含む地図情報から、車両Ｓの進行方向前方の車線の白線の位置を示す複数の第１白線位置情報を抽出する。三次元の第１座標系は、例えば、世界座標系である。以下の説明においては、第１座標系が世界座標系である場合の動作を説明する。

位置情報抽出部３３１は、例えば、記憶部３２に記憶された地図情報に含まれる複数の位置から、車両位置情報が示す車両Ｓの位置の近傍にある複数の第１白線位置情報を抽出する。近傍は、例えば、車両Ｓの位置から車両Ｓの進行方向に対して１００メートル以内である。複数の第１白線位置情報は、白線を構成する複数の点の位置を世界座標系に対応する座標で示す情報である。

位置情報変換部３３２は、第１白線位置情報を、世界座標系と異なる二次元の車両座標系に対応する白線の位置を示す第２白線位置情報に変換する。位置情報変換部３３２は、例えば、第１白線位置情報を、車両Ｓの中心位置を原点とした車両座標系に対応する第２白線位置情報に変換する。一例として、車両座標系は、車両Ｓの後輪軸の中心位置を原点座標として、車両Ｓの進行方向における座標と車両Ｓの車幅方向における座標とを示す二次元の座標系である。

図３は、車両座標系における白線の位置を説明するための図である。図３においては、車両Ｓ、複数の白線位置Ｐ（Ｐ１～Ｐ４）及び複数の白線Ｄ（Ｄ１、Ｄ２）を示す。白線位置Ｐは、車両座標系に対応する第２白線位置情報が示す白線の位置である。白線Ｄ１は、地図情報に含まれる白線であり、複数の白線位置Ｐ（Ｐ１～Ｐ４）に対応する点列データである。白線Ｄ２は、地図情報に含まれる白線であり、過去に取得した第２白線位置情報が示す白線の位置に対応する点列データである。白線Ｄ２は、実際は白線Ｄ１と同じ実線であるが、便宜上、破線を示す。位置情報変換部３３２は、例えば、複数の第１白線位置情報が示す複数の位置を複数の白線位置Ｐに変換する。

近似関数生成部３３３は、車両Ｓが備えるカメラ２０が進行方向前方を撮像した画像に基づいて、車両座標系に対応する白線の形状を近似した近似関数を生成する。近似関数は、例えば、以下の式（１）である。

近似関数生成部３３３は、例えば、カメラ２０が撮像した撮像画像に含まれる白線Ｄ１を抽出し、車両座標系に対応する白線Ｄ１の位置（ｘ，ｙ）を特定する。位置ｘは、車両Ｓの進行方向における白線Ｄ１の位置を示し、位置ｙは、車両Ｓの車幅方向における白線Ｄ１の位置を示す。そして、近似関数生成部３３３は、特定した複数の白線Ｄ１の位置を式（１）に入力することにより、近似関数に含まれる複数の係数ｃ（ｃ０～ｃ２）を特定する。

なお、近似関数生成部３３３は、カメラ２０から白線の形状を近似した近似関数を取得してもよい。また、近似関数生成部３３３は、式（１）に示す複数の係数ｃ（ｃ０～ｃ２）をカメラ２０から取得してもよい。

算出部３３４は、第２白線位置情報が示す車両Ｓの進行方向の位置を近似関数に入力することにより、白線の車幅方向の位置を算出する。算出部３３４は、例えば、図３に示す白線位置Ｐに含まれる車両Ｓの進行方向の位置を変数ｘとして式（１）に入力し、白線の車幅方向の位置（すなわち、式（１）における変数ｙ）を算出する。

推定部３３５は、第２白線位置情報が示す白線の車幅方向の位置、及び算出部３３４が算出した白線の車幅方向の位置を、近似関数に対応する評価関数に入力し、評価関数の出力値を最小又は最大にする車両Ｓの位置を推定する。評価関数は、例えば、以下の式（２）に示す関数である。式（２）に示す変数ｘｉ及び変数ｙｉは、それぞれ第２白線位置情報Ｐｉ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、…）が示す白線の進行方向の位置及び白線の車幅方向の位置である。式（２）は、式（１）の右辺（すなわち、算出部３３４が算出した白線の車幅方向の位置）を含む。

推定部３３５は、例えば式（２）に示すように、白線に含まれる複数の位置それぞれにおける、第２白線位置情報が示す白線の車幅方向の位置と、算出部３３４が算出した白線の車幅方向の位置と、の差を示す距離を特定し、複数の位置に対応する距離の合計を特定する。そして、推定部３３５は、距離の合計を最小又は最大にするための車両Ｓの位置を推定する。

推定部３３５は、例えば、距離の合計を最小又は最大にする（すなわち最適化する）ために、以下の式（３）を収束するまで計算する。

推定部３３５がこのように動作することで、地図情報に含まれる白線の位置を示す点列データと、車両座標系に対応する第２白線位置情報が示す点列データとを用いて車両Ｓの位置を推定できる。その結果、道路の形状が直線路であってもクロソイド区間であっても、道路の形状によらず同じ動作で車両Ｓの位置を推定できる。さらに、推定部３３５は、車両Ｓが走行する軌跡の曲率又は車線の方位角と車両Ｓの進行方向の方位角との差などの物理値を用いずに車両Ｓの位置を推定できる。曲率及び方位角等の物理値においては、算出における誤差を含む蓋然性が高いため、推定部３３５がこのように動作することで、車両Ｓの位置を高い精度で推定できる。

表示制御部３３６は、記憶部３２に記憶された地図情報を参照することにより、推定部３３５が推定した車両Ｓの位置の周囲の位置に対応する地図と、車両Ｓの位置を示す画像とを外部の表示装置（不図示）に表示させる。走行制御部３３７は、推定部３３５が推定した世界座標系に対応する車両Ｓの位置に基づいて車両Ｓを走行させる（すなわち、車両Ｓを自律走行させる）。

＜車線内車両位置推定装置３０における処理シーケンス＞
図４は、車線内車両位置推定装置３０における処理シーケンスの例を示す図である。図４に示す処理シーケンスは、位置情報抽出部３３１が受信装置１０から車両Ｓの位置を示す位置情報を取得する時点から開始している（Ｓ１１）。位置情報抽出部３３１は、記憶部３２に記憶された地図情報から、車両Ｓの位置から車両Ｓの進行方向に１００メートルまでの範囲にある白線の点の位置を抽出する（Ｓ１２）。

位置情報変換部３３２は、位置情報抽出部３３１が抽出した、世界座標系に対応する複数の白線の点の位置を、車両座標系に対応する位置に変換する（Ｓ１３）。近似関数生成部３３３は、カメラ２０から車両Ｓの進行方向前方を撮像して生成した撮像画像データを取得する（Ｓ１４）。近似関数生成部３３３は、撮像画像データが示す画像に含まれる白線を抽出し、車両座標系における白線の位置を特定する。近似関数生成部３３３は、特定した白線の位置を用いて白線の形状を示す近似関数（例えば、前述した式（１））を生成する（Ｓ１５）。

算出部３３４は、位置情報変換部３３２が変換した車両座標系の白線の位置のうち車両Ｓの進行方向の白線の位置を近似関数生成部３３３が生成した近似関数に入力し（Ｓ１６）、車両座標系における車両Ｓの車幅方向の白線の位置を算出する（Ｓ１７）。算出部３３４は、全ての白線の点において車両Ｓの車幅方向の白線の位置を算出していない場合（Ｓ１８のＮＯ）、車幅方向の白線の位置を算出していない白線の点を選択して、Ｓ１６からＳ１７までの処理を繰り返す。

全ての白線の点において車両Ｓの車幅方向の白線の位置を算出した場合（Ｓ１８のＹＥＳ）、推定部３３５は、位置情報変換部３３２が車両座標系に変換した車幅方向の白線の位置と、算出部３３４が算出した車幅方向の白線の位置とを評価関数（例えば、前述した式（２））に入力する（Ｓ１９）。推定部３３５は、評価関数の出力値が最小になる車両Ｓの位置を推定する（Ｓ２０）。

車線内車両位置推定装置３０は、処理を終了する操作が行われていない場合（Ｓ２１のＮＯ）、次の時刻における車両Ｓの位置を推定するために、Ｓ１１からＳ２０までの処理を繰り返す。処理を終了する操作が行われた場合（Ｓ２１のＹＥＳ）、車線内車両位置推定装置３０は、処理を終了する。

＜第１変形例＞
以上の説明においては、車線内車両位置推定装置３０が車両Ｓの左側の白線を用いて車両Ｓの位置を推定する動作を例示したが、これに限らない。車線内車両位置推定装置３０は、車両Ｓの右側の車線を用いて車両Ｓの位置を推定してもよい。このように、車両Ｓの左右にある白線のうち片側の白線を用いて車両Ｓの位置を推定することで、車線内車両位置推定装置３０は、車両Ｓの左右の白線のうち片側の白線が特定できない場合であっても車両Ｓの位置を推定できる。

＜第２変形例＞
以上の説明においては、車両Ｓが走行する車線の白線を用いて車両Ｓの位置を推定する動作を例示したが、これに限らない。車線内車両位置推定装置３０は、車両Ｓが走行する車線の隣の車線の白線を用いて車両Ｓの位置を推定してもよい。

例えば、車線内車両位置推定装置３０は、車両Ｓがウィンカを点灯させた方向にある、車両Ｓが走行する車線の隣の車線を特定する。車線内車両位置推定装置３０は、特定した車線の白線を撮像した画像と、地図情報に含まれる、特定した車線の白線の点の位置とに基づいて車線Ｓの位置を推定する。車線内車両位置推定装置３０がこのように動作することで、車両Ｓが車線変更をする場合であっても、車線変更中の車両Ｓの位置を特定できる。

＜車線内車両位置推定装置３０による効果＞
以上説明したように、車線内車両位置推定装置３０は、世界座標系に対応する位置を示す位置情報を含む地図情報から、車両Ｓの進行方向前方の車線の白線の位置を示す第１白線位置情報を抽出する位置情報抽出部３３１と、第１白線位置情報を車両座標系に対応する第２白線位置情報に変換する位置情報変換部３３２と、カメラ２０が撮像した画像に基づいて白線の近似関数を生成する近似関数生成部３３３と、第２白線位置情報が示す車両Ｓの進行方向の位置を近似関数に入力して白線の車幅方向の位置を算出する算出部３３４と、第２白線位置情報が示す車幅方向の位置と算出部３３４が算出した車幅方向の位置とを評価関数に入力し、評価関数の出力を最小又は最大にする車両Ｓの位置を推定する推定部３３５と、を有する。

車線内車両位置推定装置３０がこのように構成されることで、車線内車両位置推定装置３０は、地図情報に含まれる複数の位置のうち白線の位置を用いて車両Ｓの位置を推定できる。その結果、道路の形状によらず、同じ動作で車両Ｓの位置を推定できる。さらに、車両Ｓの走行軌跡の曲率等の物理値を用いずに車両Ｓの位置を推定できるため、車両Ｓの位置を高い精度で推定できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１車線内車両位置推定システム
１０受信装置
２０カメラ
３０車線内車両位置推定装置
３１通信部
３２記憶部
３３制御部
３３１位置情報抽出部
３３２位置情報変換部
３３３近似関数生成部
３３４算出部
３３５推定部
３３６表示制御部
３３７走行制御部

Claims

三次元の第１座標系に対応する複数の位置を示す複数の位置情報を含む地図情報から、車両の進行方向前方の車線の区画線の位置を示す複数の第１区画線位置情報を抽出する位置情報抽出部と、
前記第１区画線位置情報を、前記第１座標系と異なる二次元の第２座標系に対応する前記区画線の位置を示す第２区画線位置情報に変換する位置情報変換部と、
前記車両が備えるカメラが前記進行方向前方を撮像した画像に基づいて、前記第２座標系に対応する前記区画線の形状を近似した近似関数を生成する近似関数生成部と、
前記第２区画線位置情報が示す前記車両の進行方向の位置を前記近似関数に入力することにより、前記区画線の車幅方向の位置を算出する算出部と、
前記第２区画線位置情報が示す前記区画線の車幅方向の位置、及び前記算出部が算出した前記区画線の車幅方向の位置を、前記近似関数に対応する評価関数に入力し、前記評価関数の出力値を最小又は最大にする前記車両の位置を推定する推定部と、
を有する車線内車両位置推定装置。
前記位置情報変換部は、前記第１区画線位置情報を、前記車両の中心位置を原点とした前記第２座標系に対応する前記第２区画線位置情報に変換する、
請求項１に記載の車線内車両位置推定装置。
前記推定部は、前記区画線に含まれる複数の位置それぞれにおける、前記第２区画線位置情報が示す前記区画線の車幅方向の位置と、前記算出部が算出した前記区画線の車幅方向の位置と、の差を示す距離を特定し、前記複数の位置に対応する前記距離の合計を最小又は最大にするための前記車両の位置を推定する、
請求項１に記載の車線内車両位置推定装置。