JPH056882B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は無人車の走行経路決定方法に係り、
詳しくは無人車の走行経路を指示する走行ライン
を無人車に備えた撮像装置で撮り、その撮像装置
で撮つた走行ラインの画像を画像処理して走行経
路を決定する画像式無人車における走行経路決定
方法に関するものである。

（従来技術） 従来、この種の画像式無人車においては、例え
ば撮像装置にて撮つた走行経路を指示する白色の
走行ラインの画像が画面中心より右か左かにどれ
だけ偏位しているかによつてそのずれ方向と偏位
量の大きさに基づいて無人車の制御を行なつてい
た。すなわち、前方の走行経路の判断は画像中の
走行ラインのある場所又は全体の平均位置がどち
らに偏位しているかどうかだけの判断でしかなか
つた。

（発明が解決しようとする問題点） 従つて、無人車のいる地点から撮像位置が撮え
た走行ラインまでの正確な走行経路は求めるこき
はできなかつた。その結果、精度の高い走行制御
は望めなかつた。

この発明の目的は前記問題点を解決すべく無人
車のいる地点から撮像装置が撮つた走行ラインま
での走行経路を正確に決定することができる画像
式無人車における走行経路決定方法を提供するに
ある。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） この発明は上記目的を達成すべく、無人車に備
えた撮像装置で路面上に描かれた同無人車の走行
経路を指示する走行ラインを撮像し、その画像中
の走行ラインについてその長手方向に複数個の点
を選定し、その選定した画像中の複数個の点を前
記路面上の実際の位置に射影変換した後、その射
影変換された各点若しくはその近傍位置と撮像時
における無人車の地点とを滑らかに通る曲線の関
数を求め、この関数を前記無人車の地点から撮像
装置により撮つた走行ラインまでの無人車の走行
経路とした画像式無人車における走行経路決定方
法をその要旨とするものである。

（作用） 画像中の走行ラインから選定された複数個の点
を射影変換することにより、その複数個の点はそ
の画像上の位置関係がそれぞれ互いに実際の位置
関係に変換される。そして、その射影変換された
各点若しくはその近接位置と撮像時における無人
車の地点とに基づいき、その無人車の地点から撮
像された走行ラインまでの無人車の走行経路とす
る関数が求まる。

（実施例） 以下、この発明の走行経路決定方法を具体化し
た無人車の走行経路決定装置の一実施例を図面に
従つて説明する。

第１図において、無人車１の前側上部中央位置
には支持フレーム２が立設されていて、そのフレ
ーム２の上部中央位置には撮像装置としての
CCD（charge coupled device）カメラ３が設け
られている。CCDカメラ３は無人車１の前方の
路面４上のエリア４ａを撮るように支持フレーム
２にセツトされている。CCDカメラ３は本実施
例では第４図に示すエリア４ａを第５図に示す画
像９で捕らえている。そして、CCDカメラ３が
撮像したそのエリア４ａの画像９は256×256個の
画素で構成される。

尚、本実施例ではCCDカメラ３の両側下方位
置にCCDカメラ３の撮像を容易にするために照
明ランプ５が設置されているが、同ランプ５を使
用しないで実施してもよいことは勿論である。

前記路面４には第２図に示すように無人車１の
走行経路を指示する走行ライン６が一定の線幅Ｄ
にて描かれていて、本実施例では路面４の色と異
なる白色の塗料にて描かれている。そして、この
一定の線幅Ｄを有した走行ライン６を前記CCD
カメラ３が撮ることになる。

尚、白色の走行ライン６を撮つたCCDカメラ
３からの信号（以下、画素信号という）のレベル
は高く、反対に暗い路面４を撮つたCCDカメラ
３からの画素信号のレベルは低くなる。

次に、無人車１に搭載された走行路決定装置の
電気的構成を第３図に従つて説明する。

マイクロコンピユータ１０は中央処理装置（以
下、単にCPUという）１１と制御プログラムを
記憶した読み出し専用のメモリ（ROM）よりな
るプログラムメモリ１２とCPU１１の演算処理
結果及び画素データ等が一時記憶される読み出し
及び書き替え可能なメモリ（RAM）よりなる作
業用メモリ１３及びタイマ１４等から構成され、
CPU１１はプログラムメモリ１２に記憶された
制御プログラムにて走行経路の軌跡を割り出すと
ともに操舵制御のための各種の演算処理動作を実
行するようになつている。

前記CPU１１は前記タイマ１４が計時する時
間に基づいて一定時間ごとに入出力インターフエ
イス１５、Ａ／Ｄ変換器１６を介して前記CCD
カメラ３を走査制御するとともに、そのCCDカ
メラ３からの画素信号をＡ／Ｄ変換器１６、バス
コントローラ１７を介して画素データにして作業
用メモリ１３に記憶させる。Ａ／Ｄ変換器１６は
CCDカメラ３からの画素信号をアナログ値から
デジタル値に変換する際、各画素信号が予め定め
た設定値以上か否か判別し、設定値以上の画素信
号の場合には白色の走行ライン６の部分の画素と
して「１」、反対に未満の画素信号の場合には暗
い色の路面４の部分の画素として「０」とするよ
うにして順次入力されてくる各画素信号を２値化
し画素データとしてバスコントローラ１７を介し
て作業用メモリ１３に記憶する。従つて、作業用
メモリ１３にはCCDカメラ３が撮つた画像９が
256×256個の画素データにして記憶されているこ
となる。

尚、本実施例ではCCDカメラ３の走行制御は
横方向（Ｘ軸方向）に走査し、その走査が画面９
の上から下方向（Ｙ軸方向）に移る走査方式を採
用しているが、その他の走査方式を採用して実施
してもよいことは勿論である。

２値化レベルコントローラ１８は前記Ａ／Ｄ変
換器１６が２値化するための設定値のデータを前
記CPU１１からの制御信号に基づいて同Ａ／Ｄ
変換器１６に出力する。ドライブコントローラ２
０は図示しない走行用の走行用モータ及び操舵機
構２１を同じくCPU１１からの制御信号に基づ
いて制御する。そして、操舵機構２１はその制御
信号に基づいてステアリング角Θsを制御する。
又、CPU１１は無人車１の駆動系の回転速度を
検出する速度検出器２２からの検出信号を入出力
インターフエイス１５を介して入力し、その時々
の無人車１の走行速度Ｖを算出するようになつて
いる。

次に、前記CPU１１の処理動作について説明
する。

今、CPU１１からの制御信号に基づいてCCD
カメラ３が走査制御されると、CCDカメラ３は
路面４に対して垂直ではなく一定の角度傾いて撮
像されていることから第４図に示す前方のエリア
４ａを前方部分と手前部分とで縮尺が異なる第５
図に示すような画像９に撮像する。

このCCDカメラ３が撮像した画像９は画素信
号としてＡ／Ｄ変換器１６に出力され、そのＡ／
Ｄ変換器１６にて各画素信号が走行ライン６の部
分の画素信号か路面４の部分の画素信号かが判別
された画素データとしてバスコントローラ１７を
介して作業用メモリ１３に記憶される。

CPU１１は作業用メモリ１３に記憶された画
素データに基づいて走行ライン６の画像認識を行
なう。CPU１１はこの画像９において上側から
順に走査方向（Ｘ軸方向）の各画素テータを読み
出して一定の線幅Ｄを有している走行ライン６が
あるか、そして、その走査列のどの位置に位置す
るか割り出すとともに、その走行ライン６と判断
した範囲の中心位置Cnがどの位置にあるかを求
め作業用メモリ１３に記憶する。

この算出は第６図に示すように画像９を構成す
る各画素において左から数えて128番目にある縦
一列の画素列をｙ軸とし、上から数えて128番目
にある横一列の画素列をｘ軸と規定して画像９の
各画素をｘ，ｙ座標で表わすようにして、走行ラ
イン６の位置及び中心位置Cnをｘ，ｙ座標で求
めている。

そして、画像９の最下側までの各走査列の中心
位置C0〜C255を求める。

次に、CPU１１はその求めた中心位置C0〜
C255から複数個の中心位置を選定点として選定
する。本実施例では予めｙ軸方向に等間隔でかつ
上から10番目、55番目、100番目、145番目、190
番目、235番目にある６個の走査列の中心位置
C10，C55，C100，C145，C190，C235を第６図
に示すように選定点Z1〜Z6として規定している。

CPU１１はこの選定点Z1〜Z6を射影変換、す
なわち、画像９で求めた選定点Z1〜Z6が第７図
に示す実際のエリア４ａ上のどの位置（以下、基
点という）Q1〜Q6にあるか割り出す演算処理を
行なう。これは前記したようにCCDカメラ３が
路面４を垂直に撮像していないことから画像９中
の走行ライン６と実際のエリア４ａにおける走行
ライン６と相違するのを一致させる処理である。
第７図においてHPは無人車１の中心位置、正確
にはCCDカメラ３の中心位置を示す。

尚、この射影変換処理動作は予め設定されてい
るCCDカメラ３の焦点距離及び傾き、高さ等の
設置条件に基づいて射影変換、すなわち、座標変
換が行なわれる。そして、この射影変換の一般式
は以下の通りである。

選定点の位置座標をｘ，ｙ、基点の位置座標を
Ｘ，Ｙとし、カメラ３の高さをＨ、カメラ３の傾
きをθ、対応位置の倍率を決める定数をＦとす
る。

Ｘ＝ｘ・secΘ／｛１−（ｙ／Ｆ）tanΘ｝・Ｈ／Ｆ Ｙ＝ｙ＋Ｆ・tanΘ／｛１−（ｙ／Ｆ）tanΘ｝・Ｈ／
Ｆ 尚、本実施例ではCPU１１はこの基点Q1〜Q6
を第８図に示すように無人車１の中心位置を原点
HPとし、その時の撮像したエリア４ａ方向をζ
軸、横方向をη軸とするζ，η座標の各点となる
ように座標変換する。この座標変換は無人車１か
らCCDカメラ３が撮像するエリア４ａまでの距
離が予め分つていることから容易に座標変換でき
るからその詳細は省略する。

この６個の基点Q1〜Q6に基づいてCPU１１は
第８図に示すように、各基点Q1〜Q6及び原点
HPから同各点Q1〜Q6、HPを通過、若しくは近
接位置を通る３次の近似曲線Lζの関数Ｆ（ζ）
（＝aζ³＋bζ²＋cζ）を求める。そして、CPU１１
はこの近似曲線Lζの関数Ｆ（ζ）を無人車の現位
置からエリア４ａまでの走行経路として決定す
る。

次に、CPU１１はこの関数Ｆ（ζ）に基づいて
操舵機構２１を制御する制御処理を行なう。この
処理は現位置HPから関数Ｆ（ζ）の近似曲線Lζ
に沿つて無人車１を走行するための処理動作であ
つて、その時々の走行位置における姿勢角Φ（ζ）
を求め、無人車１がその時々においてその姿勢角
Φ（ζ）となるようにステアリング角θsを決定し
操舵機構２１を作動制御する処理である。

そして、第８図に示す関数Ｆ（ζ）の微分値が
姿勢角Φ（ζ）（＝F′（ζ））であつて、曲線Lζ上
の点Ａ（ζn，Ｆ（ζn））から点Ｂ（ζn−１，Ｆ（ζn
−
１）に移動する場合には姿勢角Φ（ζ）がΦ（ζn）
からΦ（ζn−１）となる条件を満足すればよいこ
とがわかる。

この条件を満足させるための走行制御方法を本
実施例では定常旋回円走行に具体化した。定常旋
回円走行は第９図に示すようにステアリング角度
Θsを一定に保持すると一定の半径Ｒで走行する
ものであつて、ΔT秒後の姿勢角Φ（ζ）の変化
量をΔΦとすると、以下の式が成り立つ。

ΔΦ＝Ｖ・Θs・ΔT／Ｄ Ｒ＝Ｄ／Θs Ｖは走行速度、Ｄはホイルベースである。

そして、両式からＶ・ΔTだけ進む間にΔΦだ
け姿勢角を変化させるためには、ΔT毎に半径Ｒ
（＝Ｖ・ΔT／ΔΦ）を計算し、その半径Ｒからス
テアリング角Θs（＝Ｄ／Ｒ＝Ｄ・ΔΦ／Ｖ・ΔT）
を算出すればよい。

従つて、CPU１１はΔTごとにステアリング角
Θsを前記式に基づいて算出し、操舵機構２１を
作動制御すれば無人車１を前記関数Ｆ（ζ）の近
似曲線Lζに沿つて走行させることができる。す
なわち、CPU１１は無人車１を現位置からエリ
ア４ａ上の走行ライン６に確実に乗せかつ同ライ
ン６に沿つて走行させることができる。

このように、本実施例においてはCCDカメラ
３で撮つた画像９中の走行ライン６について６個
の選定点Z1〜Z6を選定し、その画像９中で求め
た選定点Z1〜Z6を実際のエリア４ａの位置と対
応する基点Q1〜Q6を射影変換して求める。そし
て、その各基点Q1〜Q6及び原点HPから同各点
を通過、若しくは近接位置を通る３次の近似曲線
Lζの関数Ｆ（ζ）を求め、その関数Ｆ（ζ）を無
人車の現位置からエリア４ａまでの走行経路とし
たので、無人車１を現位置からエリア４ａ上の走
行ライン６に確実に乗せかつ同ライン６に沿つて
走行させることができる走行経路として非常に精
度の高いものとなる。

しかも、この走行経路を示す関数Ｆ（ζ）を微
分して姿勢角Θ（ζ）（＝F′（ζ））を求め、その姿
勢角Φ（ζ）となるようにステアリング角Θsを決
定し操舵機構２１を作動させるようにしたので、
確実に無人車１をその走行経路に沿つて走行させ
ることができる。

特に、第１１図に示すように走行ライン６から
外れた位置から走行ライン６に乗せ、以後走行ラ
イン６に沿つて走行させる際は非常に有効とな
る。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものでは
なく、前記実施例では選定点Z1〜Z6を６個とし
たが、その数を適宜変更して実施してもよい。
又、前記実施例では選定点Z1〜Z6の選定をｙ軸
方向に対して等間隔に選定したが、これを例えば
上側ほどその間隔を狭くする等、等間隔に限定さ
れることなく適宜変更して選定点を選定したりし
て実施してもよい。さらに、前記実施例では選定
点Z1〜Z6を所定の走査列方向の走行ライン６を
示す画素群の中心位置Cnとしたが、要は、画像
９中に撮像されている走行ライン６から選定され
ればよく、その選定方法はどんな方法でもよい。
さらに、前記実施例では中心位置Cnを全ての走
査列について求めた後、所定の中心位置を選定点
としたが、全ての中心位置を求めることなく選定
点となる所定の走査列の中心位置のみを求めるだ
けにして実施してもよい。この場合、走行経路決
定処理時間をさらに短縮させることができる。

又、前記実施例では走行ライン６に近似する線
Lζを３次関数Ｆ（ζ）にて実施したが、その他、
ｎ次近似の近似曲線Lζとなるｎ次関数で実施し
たり、特殊関数として例えば各点Q1〜Q6、HP
を全て通過するスプライン関数で実施してもよい
ことは勿論である。又、前記実施例では原点HP
の姿勢角Φ（０）について特に限定していなかつ
たが、これを、例えば、第１２図に示すようにη
＝Ｆ（ζ）＝ζ²（aζ＋ｂ）なる関数のように原点HP
で姿勢角Φ（０）がゼロとなるように関数で実施
してもよい。これによつて、原点HPから無人車
１をスタートする際にステアリング角Θsはゼロ
であるからその時点で急激にステアリング角Θs
を変化させる必要がなくスムースなステアリング
走行が可能となる。

又、前記実施例では撮像装置としてCCDカメ
ラを用いたが、それ以外の撮像装置を用いて実施
してもよく、又、前記実施例ではCCDカメラ３
の画像の画素構成（分解能）は256×256画素であ
つたが、これに限定されるものではなく、例えば
512×512画素、1024×1024画素等、適宜変更して
実施してもよいことは勿論である。

発明の効果 以上詳述したように、この発明によれば無人車
を現位置から撮像装置により撮つた走行ライン上
へスムースにのせるための滑らかな走行経路を速
やかに決定することができ、画像式無人車の走行
経路決定方法として優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した無人車の側面
図、第２図は同じく平面図、第３図は走行経路決
定装置の電気ブロツク回路図、第４図はCCDカ
メラが撮像するエリアを示す図、第５図はCCD
カメラが撮らえた画像を説明するための説明図、
第６図は画像の座標を説明するための図、第７図
は選定点を実際のエリアに射影変換した時の各基
点を示す図、第８図は近似曲線を示す図、第９図
は定常旋回円走行を説明するための説明図、第１
０図は姿勢角と半径との関係を示す図、第１１図
は無人車が走行ライン上にない場合の近似曲線を
示す図、第１２図は原点の姿勢角がゼロの場合の
近似曲線を示す図である。 図中、１は無人車、３はCCDカメラ、４は路
面、４ａはエリア、５は照明ランプ、６は走行ラ
ンプ、９は画像、１０はマイクロコンピユータ、
１１は中央処理装置（CPU）、１２はプログラム
メモリ、１３は作業用メモリ、１４はタイマ、１
６はＡ／Ｄ変換器、１８は２値化レベルコントロ
ーラ、２０はドライブコントローラ、２１は操舵
機構、２２は速度検出器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 無人車に備えた撮像装置で路面上に描かれた
   同無人車の走行経路を指示する走行ラインを撮像
   し、その画像中の走行ラインについてその長手方
   向に複数個の点を選定し、その選定した画像中の
   複数個の点を前記路面上の実際の位置に射影変換
   した後、その射影変換された各点若しくはその近
   接位置と撮像時における無人車の地点とを滑らか
   に通る曲線の関数を求め、この関数を前記無人車
   の地点から撮像装置により撮つた走行ラインまで
   の無人車の走行経路とした画像式無人車における
   走行経路決定方法。 ２ 前記曲線の関数はｎ次関数である特許請求の
   範囲第１項記載の画像式無人車における走行経路
   決定方法。 ３ 前記ｎ次関数は３次関数である特許請求の範
   囲第２項記載の画像式無人車における走行経路決
   定方法。 ４ 前記曲線の関数はスプライン関数である特許
   請求の範囲第１項記載の画像式無人車における走
   行経路決定方法。 ５ 前記曲線の関数は無人車の地点において無人
   車の姿勢角がゼロとなるようにその微分値がゼロ
   となる関数である特許請求の範囲第１項記載の画
   像式無人車における走行経路決定方法。