JPH07146145A - 道路検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、道路検知装置に関し、ルックアッ
プテーブルを予め理論計算した値あるいはカメラの歪み
を含めた値を予め登録しておき、計測時に道路画像上の
白線などの位置の座標（ｘ、ｙ）を瞬時に実際の道路上
の座標（Ｘ、Ｙ）に変換し、従来複雑な逐次計算および
補正計算を無くし、道路上の位置を高速かつ正確に算出
することを目的とする。 【構成】 道路を撮影して道路画像を生成するカメラ１
と、撮影された道路画像上から道路と道路外との道路境
界線を抽出する道路境界抽出部２と、道路境界線の各点
の座標（ｘ、ｙ）を、実際の道路上の位置の座標（Ｘ、
Ｙ）に変換する予め作成した道路位置座標ルックアップ
テーブル４と、抽出された道路境界線の各点の座標
（ｘ、ｙ）について、道路位置座標ルックアップテーブ
ル４を参照して実際の道路位置の座標（Ｘ、Ｙ）に変換
する道路位置計測部３とを備えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像上の道路位置を検
出して実際の道路上の位置を算出する道路検知装置であ
って、道路画像を入力して車両前方の道路形状を検知す
る道路検知装置に関するものである。車両の周辺の道路
画像をもとに道路を認識して走行する走行車の道路形状
計測システムなどにおいて、高速で走行する自動走行車
は道路の計測を短時間に行なう必要があり、処理の高速
化が望まれている。

【０００２】

【従来の技術】従来、実験的に作成された自動走行車
は、カメラで撮影した道路画像上の道路の位置の座標
を、実空間の道路の位置の座標に射影幾何関係にもとづ
いて逐次計算し、求めていた。例えば道路画像上の道路
の位置の座標（ｘ、ｙ）（単位：画素）の点と、実際の
道路面上の点の座標（Ｘ、Ｙ）（単位：ｃｍ）との関係
は下記の（式１．ａ）、（式１．ｂ）によって表され
る。

【０００３】 ここで、 Ｈ：カメラの路上からの高さ（単位：ｃｍ） φ：仰角（単位：ｄｅｇ） ξ：水平画角（単位：ｄｅｇ） ｗ：水平画素数

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来は、上述した式を
もとに道路画像上の道路の白線位置の座標から、実際の
道路上の位置の座標を逐次計算して求めていたため、処
理の負担が大きく、リアルタイムに迅速に計算し難いと
いう問題があった。また、上記式は道路を撮影して道路
画像を生成するカメラのレンズ系の歪みがない理想的な
ケースのみで成り立つものであり、レンズ系に歪みがあ
る場合には、カメラパラメータを計測して更に補正計算
を行なう必要が生じてしまい、座標系の変換処理は更に
複雑になり、処理速度が低下してしまう問題もあった。

【０００５】本発明は、これらの問題を解決するため、
道路画像上の道路位置の座標（ｘ、ｙ）と実際の道路上
の座標（Ｘ、Ｙ）とを変換するルックアップテーブルを
予め理論計算した値あるいはカメラの歪みを含めた値を
予め登録しておき、計測時に道路画像上の白線などの位
置の座標（ｘ、ｙ）を瞬時に実際の道路上の座標（Ｘ、
Ｙ）に変換し、従来複雑な逐次計算および補正計算を無
くし、道路上の位置を高速かつ正確に算出することを目
的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理ブ
ロック図を示す。図１において、カメラ１は、所定の条
件のもとで道路を撮影して道路画像を生成するものであ
る。

【０００７】道路境界抽出部２は、カメラ１によって撮
影された画像中から道路の境界を抽出するものである。
例えば画像上の道路の両側に引いた白線を当該道路の境
界としてこの境界線を抽出するものである（図４参
照）。

【０００８】道路位置計測部３は、道路境界抽出部２に
よって抽出された道路境界画像上の位置（ｘ、ｙ）から
実際の道路上の位置（Ｘ、Ｙ）を求めるものであって、
道路境界画像位置抽出部３１および座標変換部３２から
構成されるものである。

【０００９】道路境界画像位置抽出部３１は、画像上か
ら道路と道路外の境界線を抽出するものである。座標変
換部３２は、道路の境界線上の位置（ｘ、ｙ）をもと
に、道路位置座標ルックアップテーブル４を参照し、実
際の道路上の位置の座標（Ｘ、Ｙ）に変換するものであ
る。

【００１０】道路位置座標ルックアップテーブル４は、
画像上の道路の位置（ｘ、ｙ）に対応づけて実際の道路
上の位置の座標（Ｘ、Ｙ）を予め計算して登録、あるい
は後述する図６、図７に示すように道路上にグリッドを
設けて実際の道路上の位置（Ｘ、Ｙ）に対応する画像上
の位置（ｘ、ｙ）を求めてこれらの関係を登録したもの
である。

【００１１】テーブル作成部５は、道路位置座標ルック
アップテーブル４を作成するものである。

【００１２】

【作用】本発明は、図１に示すように、カメラ１によっ
て道路を撮影して道路画像を含む画像を生成し、道路境
界抽出部２がこの画像中から道路画像を抽出し、道路境
界画像位置抽出部３１がこの道路画像上から道路と道路
外との道路境界線を抽出し、座標変換部３２がこの道路
境界線上の位置の座標（ｘ、ｙ）をもとに、道路位置座
標ルックアップテーブル４を参照して実際の道路上の位
置（Ｘ、Ｙ）を算出するようにしている。

【００１３】この際、テーブル作成部５が所定間隔で実
際の道路面に設けられた各グリッドの交点（Ｘ、Ｙ）の
上記道路画像上の対応する位置の座標（ｘ、ｙ）の抽出
に対応して、この抽出した座標（ｘ、ｙ）に対応づけて
交点の座標（Ｘ、Ｙ）を登録して道路位置座標ルックア
ップテーブル４を予め作成するようにしている。

【００１４】従って、道路画像上の道路位置の座標
（ｘ、ｙ）と実際の道路上の座標（Ｘ、Ｙ）とを変換す
る道路位置座標ルックアップテーブル４を予め理論計算
した値あるいはカメラ１の歪みを含めた値を予め登録し
ておき、計測時に道路画像上の白線などの位置の座標
（ｘ、ｙ）を瞬時に実際の道路上の座標（Ｘ、Ｙ）に変
換することにより、従来複雑な逐次計算および補正計算
を無くし、道路上の位置（Ｘ、Ｙ）を高速かつ正確に算
出することが可能となる。

【００１５】

【実施例】次に、図２から図７を用いて本発明の実施例
の構成および動作を順次詳細に説明する。

【００１６】図２は、本発明の座標変換の説明図を示
す。ここで、左上の矩形は、図１のカメラ１の撮像面を
表し、画像座標系を平面の直交座標系ｘ、ｙで表す。カ
メラ１は、道路面から高さＨｃｍの位置にそのレンズ位
置があり、視軸の方向の仰角φｄｅｇとなる。また、右
側は、道路の３次元状態を表し、図示のように直交座標
系Ｘ、Ｙ、Ｚで表す。自走車両は、Ｙ軸の方向に走行す
るとする。また、道路面は平面で近似する。以下図３か
ら図７を用いて順次説明する。

【００１７】図３は、本発明の動作説明図を示す。図３
の（ａ）は、道路画像を示す。これは、図１のカメラ１
によって、図２のレンズ位置から視軸方向に向かって撮
影したときの、カメラ１の撮像面上の道路画像を表す。
ここで、カメラ１は、魚眼レンズや広角レンズなどのよ
うな歪みの大きいもので撮影した道路画像であってもよ
い（道路位置座標ルックアップテーブル４に予めこれに
対応した道路画像上の位置（ｘ、ｙ）と、実際の道路上
の位置（Ｘ、Ｙ）との関係を求めて登録されている）。
カメラ１によって撮影した道路画像は、例えば６４０×
４８０画素で、各画素８ビットの濃度を持つデジタル道
路画像である（図３の（ａ）上ではレンズによって結像
させたために上下逆方向に表示されている）。この撮影
したデジタル道路画像は、図１の道路境界抽出部２に渡
す。

【００１８】図３の（ｂ）は、道路境界画像を示す。こ
れは、図３の（ａ）の道路画像から道路と路側の境界の
みを抽出して作成した道路境界画像である。例えば走行
レーンの左右に白線がある場合には、白線を道路と路側
の境界を表すものとして白線だけを抽出した画像を道路
境界画像とする。白線の抽出は、道路画像中のある閾値
以上の明度値（輝度値）を持つ画素のみを画素値１と
し、その他を画素値０のすることで抽出できる。このと
き、カメラ１としては、モノクロカメラで十分であり、
道路画像の６４０×４８０×８ビットの画像が、道路境
界画像では６４０×４８０×１ビットの画像となる（図
４参照）。この抽出した道路境界画像は、図１の道路位
置計測部３に渡す。

【００１９】図３の（ｃ）は、道路位置Ｘ座標ルックア
ップテーブル４１を示す。これは、図３の（ｂ）の道路
境界画像上の点の座標（ｘ、ｙ）をもとに、ＡＤＲＸ
（ｘ、ｙ）の矢印で示す位置から、実際の道路上の位置
の座標Ｘを取り出すものである。具体的に言えば、図１
の道路位置計測部３を構成する道路境界画像位置抽出部
３１が図３の（ｂ）の道路境界画像から道路境界上の点
の座標（ｘ、ｙ）を抽出する。次に、座標変換部３２
が、この抽出した座標（ｘ、ｙ）をもとに、図３の
（ｃ）の道路位置Ｘ座標ルックアップテーブル４１を参
照するアドレスＡＤＲＸ（ｘ、ｙ）を下記の（式２．
ａ）によって決定する。ここで、アドレスＡＤＲＸ
（ｘ、ｙ）は、道路座標上でのＸ座標を格納しているア
ドレスであって、例えば後述する図５のように１次元的
に格納したときのアドレスである。この決定したＡＤＲ
Ｘ（ｘ、ｙ）のアドレスによって、図３の（ｃ）の矢印
で示した道路上の位置Ｘを読み出す。これは、実際の道
路上の位置のＸ座標値となる。

【００２０】 ＡＤＲＸ（ｘ、ｙ）＝１２８０×（ｘ＋２４０）＋（ｙ＋３２０） （式２．ａ） ＡＤＲＹ（ｘ、ｙ）＝１２８０×（ｘ＋２４０）＋（ｙ＋３２０） ＋６１４４００ （式２．ｂ） 同様に、図３の（ｄ）は、道路位置Ｙ座標ルックアップ
テーブル４２を示す。これは、図３の（ｂ）の道路境界
画像上の点の座標（ｘ、ｙ）をアドレスとして、ＡＤＲ
Ｙ（ｘ、ｙ）の矢印で示す位置から、実際の道路上の位
置の座標Ｙを取り出すものである。次に、座標変換部３
２が、この抽出した座標（ｘ、ｙ）をもとに、図３の
（ｄ）の道路位置Ｙ座標ルックアップテーブル４２を参
照するアドレスＡＤＲＹ（ｘ、ｙ）を上記の（式２．
ｂ）によって決定する。ここで、アドレスＡＤＲＹ
（ｘ、ｙ）は、道路座標上でのＹ座標を格納しているア
ドレスであって、例えば後述する図５のように１次元的
に格納したときのアドレスである。この決定したＡＤＲ
Ｙ（ｘ、ｙ）のアドレスによって、図３の（ｄ）の矢印
で示した道路上の位置Ｙを読み出す。これは、実際の道
路上の位置のＹ座標値となる。

【００２１】以上の図３の（ｃ）および（ｄ）を合わせ
て実際の道路座標値（Ｘ、Ｙ）が算出されることとな
る。図４は、本発明の道路境界の抽出説明図を示す。

【００２２】図４の（ａ）は、道路画像を示す。これ
は、図１のカメラ１によって道路を撮影したときの道路
画像であって、例えば６４０×４８０×８ビットのデジ
タル画像である。中心Ｏは、これらのドットをそれぞれ
半分にした３２０ドット、２４０ドットの位置となる。

【００２３】図４の（ｂ）は、道路境界画像を示す。こ
れは、図４の（ａ）の道路画像中から、道路の両側の白
線に注目し、所定値以上の明度値（輝度値）を持つ画素
を１（図中で白）で表し、その他を０（図中で黒）で表
したものである。これにより、道路とその外側との道路
境界が抽出されたこととなる。

【００２４】図５は、本発明の道路位置座標ルックアッ
プテーブル例を示す。これは、既述した図３の（ｃ）の
道路位置座標Ｘルックアップテーブル４１をＸ座標空
間、これに続けて図３の（ｄ）の道路位置Ｙ座標ルック
アップテーブル４２をＹ座標空間に１次元的に設けた様
子を模式的に表したものである。

【００２５】具体的に言えば、例えばＸ座標空間のサイ
ズは、道路画像を６４０ドット×４８０ドットで構成
し、各ドット（画素）に２バイトで道路上のＸ座標値を
表現すると、 ６４０×４８０×２＝６１４，４００バイト となる。このときに、道路境界画像上の位置の座標
（ｘ、ｙ）に対応する当該メモリ空間上のアドレスＡＤ
ＲＸ（ｘ、ｙ）は、上述した（式２．ａ）に示した ＡＤＲＸ（ｘ、ｙ）＝１２８０×（ｘ＋２４０）＋（ｙ
＋３２０） となる。ここで、ｘ＋２４０は図４の（ａ）に示すよう
にｘを画面の中心にとったために＋２４０（ｘ方向の全
ドット数４８０の半分）を足したものであり、ｙ＋３２
０は図４の（ａ）に示すようにｙを画面の中心にとった
ために＋３２０（ｙ方向の全ドット数６４０の半分）を
足したものである。また、１２８０は、１つのｘの値の
とき、ｙは６４０通りがあり、しかも１つが２バイトで
道路上のＸ座標値を表現しているので、６４０×２＝１
２８０として、１２８０飛びにｘの値が変わったときの
ｙの同一値に対応する道路上のＸ座標値を読み出すよう
にしたものである。

【００２６】同様に、Ｙ座標空間のサイズも構成されて
いる。以上によって、 ・道路画像：６４０ドット×４８０ドット ・道路上のＸ座標値、Ｙ座標値：２バイトで表現 即ち表現数値範囲が−３２，７６８≦Ｘ≦３２，７６７ ０≦Ｙ≦６５，５３５（単位：ｃｍ） としたとき、図３の（ｃ）の道路位置Ｘ座標ルックアッ
プテーブル４１は図５のＸ座標空間に格納され、図３の
（ｄ）の道路位置Ｙ座標ルックアップテーブル４２は図
５のＹ座標空間に格納され、全体として１，２２８，８
００バイトで構成されることとなる。

【００２７】次に、図６のフローチャートに示す順序に
従い、図７を参照して図３の（ｃ）および（ｄ）の道路
位置座標ルックアップテーブル４を作成するときの動作
を詳細に説明する。

【００２８】図５において、Ｓ１は、道路面にグリッド
を設定する。これは、図７に示すように、道路面にグリ
ッド、例えば１０ｃｍ間隔で碁盤目状に直交するグリッ
ドを設定する。

【００２９】Ｓ２は、グリッドの交点（Ｘ、Ｙ）の道路
画像上での座標（ｘ、ｙ）の抽出を行なう。これは、図
７の道路面上で設定したグリッド上のある交点（Ｘ、
Ｙ）について、左上のカメラ１への投影面（撮像面）上
の道路画像の対応する位置の座標（ｘ、ｙ）の抽出を行
なう。この抽出は、理論計算によって行ってもよいし、
カメラ１のレンズの歪みなどを取り除くには、実際に撮
影してその道路画像上の対応する位置の座標（ｘ、ｙ）
を自動抽出あるいは人が目視によって指定した位置
（ｘ、ｙ）を抽出する。

【００３０】Ｓ３は、道路位置座標ルックアップテーブ
ル４のＡＤＲＸ（ｘ、ｙ）、ＡＤＲＹ（ｘ、ｙ）の位置
にＸ、Ｙを書き込む。これは、Ｓ２で抽出した道路画像
上の（ｘ、ｙ）をもとに、図５のＸ座標空間およびＹ座
標空間上のアドレスを、既述した（式２．ａ）によって
ＡＤＲＸ（ｘ、ｙ）を求め、（式２．ｂ）によってＡＤ
ＲＹ（ｘ、ｙ）を求め、これらのＡＤＲＸ（ｘ、ｙ）の
位置に道路上のＸ値およびＡＤＲＹ（ｘ、ｙ）の位置に
道路上のＹ値を書き込む。

【００３１】Ｓ４は、終わりか判別する。ＹＥＳの場合
には、終了する（ＥＮＤ）。ＮＯの場合には、Ｓ２に戻
り、次のグリッドの交点のＸ、Ｙについて繰り返す。以
上によって、道路上のグリックの交点（Ｘ、Ｙ）につい
て道路画像上の（ｘ、ｙ）を抽出し、図５の空間上のＡ
ＤＲＸ（ｘ、ｙ）の位置に道路上のＸ値およびＡＤＲＹ
（ｘ、ｙ）の位置に道路上のＹ値を書き込むことを繰り
返し、道路位置座標ルックアップテーブル４を作成す
る。

【００３２】図７は、本発明の道路位置座標ルックアッ
プテーブルの決定説明図を示す。ここでは、実際の道路
面上に所定間隔、ここでは、１０ｃｍ間隔で直交するグ
リッドを道路面上に設定し、各グリッドの交点の座標を
（Ｘ、Ｙ）とする。ここで、道路面は、図２で説明した
と同様にＸ、Ｙ、Ｚの直交座標系を用いる。

【００３３】カメラ１の投影面（撮影面）は、図２で説
明したと同様に、ｘ、ｙの平面の直交座標系を用いる。
左下に、実際の道路面上のグリッドを投影（撮影）した
ときの様子を示す。

【００３４】以上のように、実際の道路面上に直交する
グリッドを設定し、このグリッドを投影（撮影）したカ
メラ１の道路画像を左下に示すように得る。そして、道
路面上のグリッドのある交点の座標（Ｘ、Ｙ）に対応す
る、道路画像上の対応する位置の座標（ｘ、ｙ）を抽出
する。そして、右下に記載したように、道路位置座標ル
ックアップテーブル４のＡＤＲＸ（ｘ、ｙ）の位置に
Ｘ、ＡＤＲＹ（ｘ、ｙ）の位置にＹをそれぞれ格納す
る。これにより、道路位置座標ルックアップテーブル４
が予め作成されることとなる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
道路画像上の道路位置の座標（ｘ、ｙ）と実際の道路上
の座標（Ｘ、Ｙ）とを変換する道路位置座標ルックアッ
プテーブル４を理論計算した値あるいはカメラの歪みを
含めた値を予め登録しておき、計測時に道路画像上の白
線などの位置の座標（ｘ、ｙ）を瞬時に実際の道路上の
座標（Ｘ、Ｙ）に変換する構成を採用しているため、従
来の複雑な逐次計算および補正計算を無くし、道路画像
上から実際の道路の位置（Ｘ、Ｙ）を正確かつ高速に算
出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理ブロック図である。

【図２】本発明の座標変換の説明図である。

【図３】本発明の動作説明図である。

【図４】本発明の道路境界の抽出説明図である。

【図５】本発明の道路位置座標ルックアップテーブル例
である。

【図６】本発明の道路位置座標ルックアップテーブルの
作成フローチャートである。

【図７】本発明の道路位置座標ルックアップテーブルの
決定説明図である。

【符号の説明】

１：カメラ ２：道路境界抽出部 ３：道路位置計測部 ３１：道路境界画像位置抽出部 ３２：座標変換部 ４：道路位置座標ルックアップテーブル ５：テーブル作成部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像上の道路位置を検出して実際の道路上
   の位置を算出する道路検知装置において、 道路を撮影して道路画像を生成するカメラ（１）と、 この撮影された道路画像上から道路と道路外との道路境
   界線を抽出する道路境界抽出部（２）と、 道路境界線上の座標（ｘ、ｙ）を、実際の道路上の位置
   の座標（Ｘ、Ｙ）に変換する予め作成した道路位置座標
   ルックアップテーブル（４）と、 上記抽出された道路境界線上の座標（ｘ、ｙ）につい
   て、上記道路位置座標ルックアップテーブル（４）を参
   照して実際の道路位置の座標（Ｘ、Ｙ）に変換する道路
   位置計測部（３）とを備えたことを特徴とする道路検知
   装置。
2. 【請求項２】所定間隔で実際の道路面に設けられた各グ
   リッドの交点（Ｘ、Ｙ）の上記道路画像上の対応する位
   置の座標（ｘ、ｙ）の抽出に対応して、この抽出した座
   標（ｘ、ｙ）に対応づけて交点の座標（Ｘ、Ｙ）を登録
   して上記道路位置座標ルックアップテーブル（４）を作
   成するテーブル作成部（５）を備えたことを特徴とする
   請求項１記載の道路検知装置。