JPH08159716A - Calculation method of vanishing point of road, and position/attitude measuring apparatus for vehicle - Google Patents
Calculation method of vanishing point of road, and position/attitude measuring apparatus for vehicleInfo
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- JPH08159716A JPH08159716A JP6306534A JP30653494A JPH08159716A JP H08159716 A JPH08159716 A JP H08159716A JP 6306534 A JP6306534 A JP 6306534A JP 30653494 A JP30653494 A JP 30653494A JP H08159716 A JPH08159716 A JP H08159716A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、車体に固定された車載
カメラによって車両周辺を撮像し、撮像された画像に基
づいて車両の速度や、道路、先行車、障害物等と車両と
の位置関係を認識して運転の支援を行うための、道路消
失点の算出方法及び車両の位置・姿勢計測装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention takes an image of the surroundings of a vehicle with an on-vehicle camera fixed to the vehicle body, and based on the taken image, the speed of the vehicle and the position of the road, a preceding vehicle, an obstacle, etc., and the vehicle. The present invention relates to a method of calculating a vanishing point of a road and a position / orientation measuring device of a vehicle for recognizing a relationship and supporting driving.
【0002】[0002]
【従来の技術】車体に固定された車載カメラによって車
両の前方や後方を撮像し、撮像された画像中の白線(黄
線を含む。車両通行帯境界線、車両通行帯最外側線、車
道中央線等)やガードレール(以下まとめて「道路構成
物」という。)を検出し、その交点から道路が画面内に
おいて消失する点(道路消失点)を求め、この道路消失
点の位置座標と、画面中の道路構成物の配置とに基づい
て車両の位置・姿勢を計測する方法が知られている(浅
野耕児他「白線追跡による自車位置検出」画像電子学会
誌第21巻第2号第113-119 頁,1992)。2. Description of the Related Art The front and rear of a vehicle are photographed by an on-vehicle camera fixed to a vehicle body, and white lines (including yellow lines) in the photographed image. Line) and guardrails (hereinafter collectively referred to as "road components") are detected, the point where the road disappears on the screen (road vanishing point) is found from the intersections, and the position coordinates of this road vanishing point and the screen A method of measuring the position / orientation of a vehicle based on the position of a road structure inside is known (Koji Asano et al. "Detection of own vehicle position by white line tracking", Image Electronics Society of Japan, Volume 21, No. 2 113-119, 1992).
【0003】この方法によれば、道路(道路座標系)に
対する刻々変化する車両の位置・姿勢を測定できるの
で、撮像された画像中の先行車、障害物等の位置や速度
を正確に認識することができ、車両の速度や操舵の情報
と合わせれば、衝突の回避等に役立てることができる。According to this method, it is possible to measure the position / orientation of the vehicle which changes momentarily with respect to the road (road coordinate system). Therefore, it is possible to accurately recognize the position and speed of the preceding vehicle and obstacles in the captured image. It is possible to use it for avoiding a collision or the like by combining it with the vehicle speed and steering information.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記の技術
では車両が直線走行していることを前提とし、道路構成
物は直線かつ平行であるとみなしている。図9(a) は、
真っ直ぐな道路に表示された直線状の白線を示し、図9
(b) はこの白線が画面に映った状態を示している。By the way, in the above-mentioned technique, it is assumed that the vehicle is traveling straight, and the road structure is considered to be straight and parallel. Figure 9 (a) shows
FIG. 9 shows a straight white line displayed on a straight road.
(b) shows the state where the white line is displayed on the screen.
【0005】しかし、前記の技術を、車両が旋回走行し
ているカーブ路に適用しようとすると、次のような問題
があった。すなわち、カーブ路であるから、車両の真下
にある道路構成物の方向を延長した仮想的な直線路を考
えて、これを画像から抽出しなければならない(図1
(a)参照)。However, if the above-mentioned technique is applied to a curved road on which a vehicle is turning, there is the following problem. That is, since the road is a curved road, it is necessary to consider a virtual straight road extending in the direction of the road component directly below the vehicle and extract this from the image (see FIG. 1).
(See (a)).
【0006】しかし撮像した画像は、車両真下での道路
構成物を含んでいないので(通常、1〜3m前方の道路
構成物しか映らない)、画面に映った道路構成物に基づ
いて前記処理をしても、正しい「仮想的な直線路」を求
めることはできない。図10(a) は、曲がった道路に表
示された白線と、間違った「仮想的な直線路」を示し、
図10(b) は画面に映った白線のみに基づいて道路消失
点を求める手法を示している。However, since the imaged image does not include the road component directly under the vehicle (usually, only the road component 1 to 3 m ahead is reflected), the above-mentioned processing is performed based on the road component displayed on the screen. However, it is not possible to find a correct "virtual straight road". Figure 10 (a) shows a white line displayed on a curved road and an incorrect "virtual straight road",
FIG. 10 (b) shows a method of obtaining the road vanishing point based on only the white line displayed on the screen.
【0007】したがって、道路消失点の位置を求めて
も、正しい道路消失点とはならず、誤差が生じるので、
この道路消失点の位置に基づいて車両の位置・姿勢を計
測しても、それは誤った情報になる。そこで、本発明
は、カーブ路においても、車両の真下にある道路構成物
の方向を延長した仮想的な直線路を推定し、その道路消
失点を求めることができる道路消失点の算出方法を提供
することを目的とする。Therefore, even if the position of the road vanishing point is obtained, the correct road vanishing point is not obtained and an error occurs.
Even if the position / orientation of the vehicle is measured based on the position of the road vanishing point, it will be incorrect information. Therefore, the present invention provides a road vanishing point calculating method capable of estimating a virtual straight line road extending a direction of a road component directly under a vehicle and determining the road vanishing point even on a curved road. The purpose is to do.
【0008】また、本発明は、前記の道路消失点の算出
方法を用いて、車両の位置・姿勢を計測する装置を提供
することを目的とする。Another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the position / orientation of a vehicle by using the above-mentioned method of calculating a vanishing point of a road.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの本発明の道路消失点の算出方法は、撮像された画像
から、道路に沿って表示され又は設置された道路構成物
を抽出してこれを画像上で双曲線近似し、この双曲線の
漸近線を求め、求められた漸近線の交点から、道路消失
点を求める方法である。A method of calculating a road vanishing point according to the present invention for achieving the above object extracts a road constituent displayed or installed along a road from a captured image. This is a method in which this is hyperbola-approximated on an image, the asymptote of the hyperbola is obtained, and the road vanishing point is obtained from the intersection of the obtained asymptotes.
【0010】また、本発明の車両の位置・姿勢計測装置
は、前記方法を用いて算出された道路消失点の座標、及
び撮像された画像に示された道路構成物の座標を使用し
て車両の位置・姿勢を演算するものである。Further, the vehicle position / orientation measuring apparatus of the present invention uses the coordinates of the vanishing point of the road calculated by the above method and the coordinates of the road constituents shown in the captured image. It calculates the position and orientation of the.
【0011】[0011]
【作用】図1を参照しながら説明する。図1(a) は、曲
がった道路に表示された道路構成物と、正しい「仮想的
な直線路」を示し、図1(b) は車両真下での道路構成物
に基づいて道路消失点を求める手法を示している。The operation will be described with reference to FIG. Figure 1 (a) shows the road structure displayed on a curved road and the correct "virtual straight road", and Fig. 1 (b) shows the road vanishing point based on the road structure under the vehicle. The method of seeking is shown.
【0012】この発明では、車両近傍での道路構成物を
画像上で双曲線で近似して、その双曲線から漸近線を求
める。車両真下での道路構成物の接線方向が、画像中で
漸近線として示される。したがって、この漸近線を「仮
想的な直線路」とみなし、その交点を道路消失点とする
(図2参照)。なお、双曲線1本に対して、一般に漸近
線は2本求められるが、もし車両のロール角ψ(図3参
照)が0であれば、図2(a) に示すように、そのうち1
本が「仮想的な直線」となり、他の1本が地平線に相当
する(請求項2参照)。According to the present invention, the road structure near the vehicle is approximated by a hyperbola on the image, and the asymptote is obtained from the hyperbola. The tangential direction of the road structure beneath the vehicle is shown as an asymptote in the image. Therefore, this asymptote is regarded as a "virtual straight road", and its intersection is set as the road vanishing point (see FIG. 2). Note that two asymptotes are generally obtained for one hyperbola, but if the roll angle ψ of the vehicle (see FIG. 3) is 0, then one of them is calculated as shown in FIG. 2 (a).
The book becomes a "virtual straight line", and the other one corresponds to the horizon (see claim 2).
【0013】地平線は画面上で水平になるので、前記他
の1本は画面上で水平である。したがって、漸近線の1
本が水平の双曲線の式として、 by2 +cx+dy+e+xy=0 を採用することができる。ここに、xは画面の水平座
標、yは画面の垂直座標、b,c,d,eは双曲線の形
状を示す係数である。この場合漸近線を表す式は、 x=−by+bc−d となる。Since the horizon is horizontal on the screen, the other one is horizontal on the screen. Therefore, the 1 of the asymptote
By 2 + cx + dy + e + xy = 0 can be adopted as a hyperbolic equation in which the book is horizontal. Here, x is the horizontal coordinate of the screen, y is the vertical coordinate of the screen, and b, c, d, and e are coefficients indicating the shape of the hyperbola. In this case, the equation representing the asymptote is x = -by + bc-d.
【0014】また、道路消失点の座標が求まれば、撮像
された画像に示された道路構成物の座標を使用して車両
の位置・姿勢を演算することができる(請求項3参
照)。Further, if the coordinates of the vanishing point of the road are obtained, the position / orientation of the vehicle can be calculated by using the coordinates of the road constituent shown in the picked-up image (see claim 3).
【0015】[0015]
【実施例】以下実施例を示す添付図面によって詳細に説
明する。実施例では、道路の白線は図4に示すように道
路両端及び道路中央に3本あるものとし、道路の進行方
向と直角水平にX軸を、垂直にY軸を、X軸とY軸とに
直角にZ軸をとる。片車線の道路幅をLW とする。Embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings showing embodiments. In the embodiment, it is assumed that there are three white lines on the road at both ends and the center of the road as shown in FIG. 4, and the X axis is horizontal to the direction perpendicular to the road, the Y axis is vertical, the X axis and the Y axis are vertical. Take the Z axis at a right angle to. The road width of one lane is L W.
【0016】図5は、車両の位置・姿勢計測装置の電気
的構成を示すブロック図である。この車両の位置・姿勢
計測装置は、車両の前方部又は車室内に取り付けられた
車載ビデオカメラ1を備えている。この車載ビデオカメ
ラ1は、車両の前方を撮像することができるものであ
る。車載ビデオカメラ1は、撮像した画面を表現したア
ナログ電気信号を出力する。このアナログ信号は、画像
入力部2において、アナログ/ディジタル変換処理を受
けて、画像データに変換される。この画像データは、画
像処理部3でフィルタリング、エッジ抽出等の画像処理
が施され、その後マイクロコンピュータ等を含む白線抽
出部4に入力される。FIG. 5 is a block diagram showing the electrical construction of the vehicle position / orientation measuring apparatus. This vehicle position / orientation measuring device includes a vehicle-mounted video camera 1 attached to the front portion of the vehicle or inside the vehicle. The vehicle-mounted video camera 1 is capable of capturing an image of the front of the vehicle. The vehicle-mounted video camera 1 outputs an analog electric signal representing a captured screen. The analog signal is subjected to analog / digital conversion processing in the image input section 2 and converted into image data. This image data is subjected to image processing such as filtering and edge extraction in the image processing unit 3, and then input to the white line extraction unit 4 including a microcomputer and the like.
【0017】白線抽出部4は、画像処理部3で得られた
エッジ画像から、道路上の白線等の道路構成物の直線部
分又は曲線部分を抽出する。道路消失点算出部5は、前
記直線部分又は曲線部分から、仮想的な直線路を求め、
それから道路消失点を求める。車両の位置・姿勢演算部
6では、前記道路消失点と仮想的な直線路とから車両の
位置と姿勢を求める。The white line extraction unit 4 extracts a straight line portion or a curved line portion of a road constituent such as a white line on the road from the edge image obtained by the image processing unit 3. The road vanishing point calculation unit 5 obtains a virtual straight road from the straight line portion or the curved line portion,
Then find the road vanishing point. The vehicle position / orientation calculation unit 6 obtains the vehicle position and orientation from the road vanishing point and the virtual straight road.
【0018】以下、3本の白線があることを仮定して
(図4参照)、白線抽出処理、道路消失点算出処理及び
車両の位置・姿勢演算処理について詳細に説明する。 (1) 白線抽出処理 白線はある幅を有するので、エッジ画像上では、2本の
輪郭線として現れる。そこで画面の下方よりラスター走
査していき、3行分のエッジ画像データをバッファメモ
リ(図示せず)に読み込む。Now, assuming that there are three white lines (see FIG. 4), the white line extraction processing, the road vanishing point calculation processing, and the vehicle position / attitude calculation processing will be described in detail. (1) White line extraction processing Since the white line has a certain width, it appears as two contour lines on the edge image. Therefore, raster scanning is performed from the bottom of the screen, and the edge image data for three lines is read into a buffer memory (not shown).
【0019】そして、バッファメモリの1行分を走査し
て、しきい値より大きな輝度を持つ画素が2以上連続す
るかどうかを調べる。その次の1行分も走査して、しき
い値より大きな輝度を持つ画素が2以上連続するかどう
かを調べる。さらに次の1行分も走査して、しきい値よ
り大きな輝度を持つ画素が2以上連続するかどうかを調
べる。Then, one row of the buffer memory is scanned to check whether or not two or more pixels having a brightness larger than the threshold value are continuous. The next one row is also scanned to check whether or not two or more pixels having a brightness larger than the threshold value continue. Further, the next one row is also scanned to check whether or not two or more pixels having a luminance larger than the threshold value continue.
【0020】2以上連続する画素が、3行連続してほぼ
同じ位置(x座標)に現れ、かつその右に数十画素離れ
て2以上連続する画素が、3行連続してほぼ同じ位置
(x座標)に現れた場合、平行エッジであると確認でき
るので、それらの2以上連続する画素をそれぞれ白線エ
ッジ候補画素とする。前記白線エッジ候補画素に挟まれ
た部分の平均輝度を求め、白線エッジ候補画素の左右に
存在する所定個数の周辺画素の平均輝度を求め、白線エ
ッジ候補画素に挟まれた画素の平均輝度が、周辺画素の
平均輝度よりも所定値以上大きければ、当該白線エッジ
候補画素に挟まれた部分を白線とみなし、その中心画素
を白線候補点とする。Two or more consecutive pixels appear in three rows in a row at substantially the same position (x coordinate), and two or more consecutive pixels to the right of the two or more consecutive pixels are in three rows in a row at substantially the same position (x coordinate). When it appears on the x-coordinate), it can be confirmed that it is a parallel edge, and thus two or more consecutive pixels thereof are set as white line edge candidate pixels. Obtaining the average luminance of the portion sandwiched between the white line edge candidate pixels, obtain the average luminance of a predetermined number of peripheral pixels existing on the left and right of the white line edge candidate pixels, the average luminance of the pixels sandwiched between the white line edge candidate pixels, If it is larger than the average luminance of the peripheral pixels by a predetermined value or more, the portion sandwiched by the white line edge candidate pixels is regarded as a white line, and the center pixel thereof is set as a white line candidate point.
【0021】以上の処理が終われば、次の3行分につい
ても同様の探索を行い、最終的には全ての行に対して処
理を行う。 (2) 道路消失点算出処理 この処理では、白線抽出部4で得られた白線に基づいて
双曲線近似法により道路消失点を算出する。When the above processing is completed, the same search is performed for the next three rows, and finally all rows are processed. (2) Road vanishing point calculation processing In this processing, the road vanishing point is calculated by the hyperbolic approximation method based on the white line obtained by the white line extracting unit 4.
【0022】得られた白線候補点の座標を(xi ,
yi )(i=0,1,2,…)とすると、xi の平均値
xm 、yi の平均値ym 、xi の標準偏差σx 、yi の
標準偏差σy を求め、相関Sxy Sxy=Σ{(xi −xm )/σx }{(yi −ym )/σy } (1) を求める。総和Σは、白線候補点の総数にわたってと
る。そして、あるしきい値Sthに対して、Sxy>Sthで
あるとき、当該白線は直線と判断し、Sxy<Sthである
とき、当該白線は曲線と判断する。The coordinates of the obtained white line candidate points are (x i ,
y i) (i = 0,1,2, ...) and when the average value x m of x i, the average value y m of y i, a standard deviation sigma x of x i, a standard deviation sigma y of y i calculated , Correlation S xy S xy = Σ {(x i −x m ) / σ x } {(y i −y m ) / σ y } (1). The total sum Σ is taken over the total number of white line candidate points. Then, with respect to a certain threshold value S th , when S xy > S th , the white line is determined to be a straight line, and when S xy <S th , the white line is determined to be a curve.
【0023】得られた白線が直線の場合(車両が直線路
を走行している場合)は、直線の式を x=Ay+B (2) で近似し、最小自乗法を用いて、係数A,Bを求める。
以上の処理を道路両端の白線及び道路中央の白線につい
て行い、それぞれ直線を求め、その交点を求める。この
交点が道路消失点(x0 ,y0 )となる 次に、図6は、3本の白線を有する曲がった道路を走行
している場合(車両がカーブ路を走行している場合)に
得られる画像を示している。この画像には3本の曲線が
表示されている。この曲線を双曲線で近似する。双曲線
の式は、前述したように、車両のロール角ψを0とすれ
ば、 by2 +cx+dy+e+xy=0 (3) で表される。そこで最小自乗法を用いて、次の方程式に
より、係数b,c,d,eを求める。Σ(総和)は、i
=0からN−1までとる。When the obtained white line is a straight line (when the vehicle is traveling on a straight road), the straight line equation is approximated by x = Ay + B (2), and the coefficients A and B are calculated using the least square method. Ask for.
The above processing is performed on the white lines at both ends of the road and the white line at the center of the road, and straight lines are obtained and the intersections thereof are obtained. This intersection becomes the road vanishing point (x 0 , y 0 ). Next, FIG. 6 shows the case where the vehicle is traveling on a curved road having three white lines (when the vehicle is traveling on a curved road). The resulting image is shown. Three curves are displayed in this image. This curve is approximated by a hyperbola. As described above, the hyperbolic equation is represented by by 2 + cx + dy + e + xy = 0 (3) when the roll angle ψ of the vehicle is 0. Therefore, the coefficients b, c, d, and e are calculated by the following equation using the least squares method. Σ (sum) is i
= 0 to N-1.
【0024】[0024]
【数1】 [Equation 1]
【0025】双曲線の形が分かれば、双曲線の漸近線を
求める。前記(3) 式の双曲線は、2本あり、数学的解法
によりそれぞれ x=−by+bc−d (5) y=−c(水平線) (6) と求められる。If the shape of the hyperbola is known, the asymptote of the hyperbola is obtained. There are two hyperbolas in the equation (3), and they are obtained by mathematical solution as x = -by + bc-d (5) y = -c (horizontal line) (6).
【0026】このようにして、白線は、双曲線により近
似され、これらの双曲線に対してそれぞれ2本の漸近線
が求められる。このうち、水平でない方の漸近線 x=−by+bc−d を「仮想的な直線路」とする。それぞれの白線につい
て、仮想的な直線の交点を求め、この交点を道路消失点
とする(図2(a) 参照)。In this way, the white line is approximated by a hyperbola, and two asymptotes are obtained for each of these hyperbolas. Of these, the asymptotic line x = −by + bc−d on the non-horizontal side is defined as a “virtual straight road”. For each white line, find the intersection of virtual straight lines, and use this intersection as the road vanishing point (see Fig. 2 (a)).
【0027】なお、この道路消失点算出処理では、前述
のように相関Sxyを求めることによって、白線が直線か
曲線かを判定した。しかし、この方法に限られるもので
はなく、例えば得られた白線候補点(xi ,yi )を、
最小自乗法を用いて、直線の式x=α+βyで近似し、
この直線を基準として各白線候補点(xi ,yi )の2
乗平均誤差E E=Σ{(α+βyi )−xi }2 を求める。総和Σは、白線候補点の総数にわたってと
る。そして、この2乗平均誤差Eをしきい値Ethと比較
し、しきい値Ethより小さければ直線、大きければ曲線
と判断してもよい。In this road vanishing point calculation processing, it is determined whether the white line is a straight line or a curved line by obtaining the correlation S xy as described above. However, the method is not limited to this method. For example, the obtained white line candidate points (x i , y i ) are
Using the method of least squares, approximating with a straight line equation x = α + βy,
2 of each white line candidate point (x i , y i ) based on this straight line
Multiplying error EE = Σ {(α + βy i ) −x i } 2 is calculated. The total sum Σ is taken over the total number of white line candidate points. Then, the mean square error E is compared with the threshold value E th, linear smaller than the threshold value E th, it may be determined that the greater if the curve.
【0028】また、この道路消失点算出処理では、前述
のように車両のロール角ψを0として、双曲線の関数形
を仮定し、漸近線を求めた。しかし、ロール角ψ=0の
仮定は、双曲線の関数形を単純にし、処理しやすくする
ために行ったもので、ロール角ψ≠0の場合でも、漸近
線を求め、道路消失点を求めることができることには変
わりない。図2(b) は、車両が左にロールした場合の画
面に映った白線、漸近線等の様子を示している。In this road vanishing point calculation process, the roll angle ψ of the vehicle is set to 0 as described above, and a hyperbolic functional form is assumed to obtain an asymptote. However, the assumption of the roll angle ψ = 0 was made to simplify the function form of the hyperbola and to make it easier to process. Even when the roll angle ψ ≠ 0, the asymptotic line should be found to find the road vanishing point. There is no change in what you can do. FIG. 2 (b) shows the appearance of the white line, asymptote, etc. on the screen when the vehicle rolls to the left.
【0029】この場合、双曲線の(3) 式に対応する式
は、 ax2 +by2 +cx+dy+e+xy=0 (6-2) となり、(4) 式の対応する行列式は、In this case, the equation corresponding to equation (3) of the hyperbola is ax 2 + by 2 + cx + dy + e + xy = 0 (6-2), and the corresponding determinant of equation (4) is
【0030】[0030]
【数2】 [Equation 2]
【0031】となる。漸近線の式は、x=Ay+Bにお
いて、It becomes The asymptotic formula is x = Ay + B,
【0032】[0032]
【数3】 (Equation 3)
【0033】で表される。このうち車両近傍(画像下
方)を通る方を仮想直線路とする。 (3) 車両の位置・姿勢演算処理 図7(a) はカーブした道路を上から見た図、図7(b) は
横から見た図である。道路座標系を(X,Y,Z)と
し、Z軸は路面と平行で道路の延びる方向にとり、X軸
は路面と平行でZ軸に垂直にとり、Y軸は路面と垂直で
上方にとる。道路座標系の原点は中央の白線上にとる。It is represented by Of these, the one passing near the vehicle (below the image) is defined as a virtual straight road. (3) Vehicle Position / Attitude Calculation Processing FIG. 7 (a) is a top view of a curved road, and FIG. 7 (b) is a side view. The road coordinate system is (X, Y, Z), the Z axis is parallel to the road surface and extends in the direction of the road, the X axis is parallel to the road surface and perpendicular to the Z axis, and the Y axis is perpendicular to the road surface and upward. The origin of the road coordinate system is on the white line in the center.
【0034】また、カメラの座標系(U,V,W)は、
レンズの主軸方向にW軸をとり、撮像面の横方向にU軸
をとり、撮像面の縦方向にV軸をとる。画像座標系
(x,y)は、U軸と平行してx軸をとり、撮像面のV
軸と平行してy軸をとる。車両のピッチ角φ、ヨー角
θ、ロール角ψとし(図3参照)、いずれも左ねじの回
転方向を正とする。カメラのレンズの中央白線からの横
偏位をDX 、道路からの高さをDY とする。なお、図7
では、図示しやすいようにロール角ψは0としている
が、実際には、ロールが発生していて、ロール角ψが有
限値を持つ。The coordinate system (U, V, W) of the camera is
The W axis is taken in the principal axis direction of the lens, the U axis is taken in the lateral direction of the imaging surface, and the V axis is taken in the longitudinal direction of the imaging surface. The image coordinate system (x, y) has an x-axis parallel to the U-axis, and V
Take the y-axis parallel to the axis. The vehicle pitch angle φ, yaw angle θ, and roll angle ψ are set (see FIG. 3), and the rotation direction of the left-hand screw is positive. Let D X be the lateral deviation of the camera lens from the center white line, and D Y be the height from the road. Note that FIG.
Then, the roll angle ψ is set to 0 for easy illustration, but in reality, a roll occurs and the roll angle ψ has a finite value.
【0035】なお、道路消失点算出処理でロール角ψを
0とおいた場合との整合性がないのではないかとの疑問
が考えられるが、道路消失点算出処理はあくまで道路消
失点を算出するための処理であって、道路消失点を求め
た後は、誤差はともかくとして、ロール角ψをも加味し
た車両の位置・姿勢演算処理を行うことができる。道路
座標系(X,Y,Z)からカメラ座標系(U,V,W)
への変換は、X方向にDX 、Y方向にDY 平行移動した
後、θ、φ、ψの順に回転させる。その結果、It is possible that the road vanishing point calculation process is inconsistent with the case where the roll angle ψ is set to 0. However, the road vanishing point calculation process only calculates the road vanishing point. After obtaining the road vanishing point, the position / orientation calculation processing of the vehicle can be performed with the roll angle ψ taken into consideration after the road vanishing point is obtained. Road coordinate system (X, Y, Z) to camera coordinate system (U, V, W)
Conversion to the, X direction D X, after moving D Y parallel to the Y direction, theta, phi, is rotated in the order of [psi. as a result,
【0036】[0036]
【数4】 [Equation 4]
【0037】という変換式が得られる。カメラ座標系
(U,V,W)から画像座標系(x,y)への投影は、
レンズと画面との距離をF(焦点距離)とすると、近軸
光線近似を使って x=FU/W (8) y=FV/W (9) となる。The conversion formula is obtained as follows. The projection from the camera coordinate system (U, V, W) to the image coordinate system (x, y) is
When the distance between the lens and the screen is F (focal length), x = FU / W (8) y = FV / W (9) using paraxial ray approximation.
【0038】上の(7) 〜(9) 式より、道路座標系(X,
Y,Z)から画像座標系(x,y)への変換式は、 x=F(R11(X−DX )+R12(Y−DY )+R13Z) /(R31(X−DX )+R32(Y−DY )+R33Z) (10) y=F(R21(X−DX )+R22(Y−DY )+R23Z) /(R31(X−DX )+R32(Y−DY )+R33Z) (11) となる。From the above equations (7) to (9), the road coordinate system (X,
Y, from Z) image coordinate system (conversion equation into x, y) is, x = F (R 11 ( X-D X) + R 12 (Y-D Y) + R 13 Z) / (R 31 (X- D X ) + R 32 (Y−D Y ) + R 33 Z) (10) y = F (R 21 (X−D X ) + R 22 (Y−D Y ) + R 23 Z) / (R 31 (X−D X ) + R 32 (Y−D Y ) + R 33 Z) (11).
【0039】道路消失点の座標(x0 ,y0 )は、(10)
(11)式でZ=無限大とおいて、 x0 =FR13/R33 (12) y0 =FR23/R33 (13) となる。さらに、カメラの横偏位DX ,高さDY をも未
知数とした、画像上の白線の道路座標系での表現を考え
る。The coordinates (x 0 , y 0 ) of the road vanishing point are (10)
When Z = infinity in the equation (11), x 0 = FR 13 / R 33 (12) y 0 = FR 23 / R 33 (13) Furthermore, let us consider the expression of the white line on the image in the road coordinate system, where the lateral displacement D X and height D Y of the camera are also unknowns.
【0040】(7) 式をX,Y,Zについて表すと、When the equation (7) is expressed with respect to X, Y and Z,
【0041】[0041]
【数5】 (Equation 5)
【0042】となる。R-1は、回転行列Rの逆行列であ
る。画面上の3本の白線のうち、中央の白線上の任意の
点を(xc ,yc )とする。これを道路座標系に変換す
る。(8) (9) 式の逆変換はできないので、媒介変数tを
用いて次式のように変換する。It becomes R −1 is an inverse matrix of the rotation matrix R. Of the three white lines on the screen, an arbitrary point on the central white line is (x c , y c ). Convert this to the road coordinate system. Since the inverse transformation of equations (8) and (9) cannot be performed, the transformation is performed as follows using the parameter t.
【0043】[0043]
【数6】 (Equation 6)
【0044】(15)式を(14)式に代入して、 X=t(R11xc +R21yc +R31F)+DX =0 (16) Y=t(R12xc +R22yc +R32F)+DY =0 (17) を得る。これよりtを消去して、次式を得る。Substituting the expression (15) into the expression (14), X = t (R 11 x c + R 21 y c + R 31 F) + D X = 0 (16) Y = t (R 12 x c + R 22 y c + R 32 F) + D Y = 0 (17) is obtained. By deleting t from this, the following equation is obtained.
【0045】 (R12xc +R22yc +R32F)DX −(R11xc +R21yc +R31F)DY =0 (18) 次に、右側の白線上の任意の点を(xr ,yr )とす
る。これを道路座標系に変換する。このときも、媒介変
数tを用いて、 X=t(R11xr +R21yr +R31F)+DX =LW (19) Y=t(R12xr +R22yr +R32F)+DY =0 (20) を得る。ただし、LW は片車線の道路幅であり、既知と
する(図4参照)。[0045] (R 12 x c + R 22 y c + R 32 F) D X - (R 11 x c + R 21 y c + R 31 F) D Y = 0 (18) Then, any point on the right white line Be (x r , y r ). Convert this to the road coordinate system. Also at this time, using the parameter t, X = t (R 11 x r + R 21 y r + R 31 F) + D X = L W (19) Y = t (R 12 x r + R 22 y r + R 32 F ) + D Y = 0 (20) is obtained. However, L W is the road width of one lane and is known (see FIG. 4).
【0046】これよりtを消去して、次式を得る。 (R12xr +R22yr +R32F)(DX −LW ) −DY (R11xr +R21yr +R31F)=0 (21) 左側の直線上の点(xl ,yl )については、(21)式の
LW を−LW と置き換えるだけでよく、 (R12xl +R22yl +R32F)(DX +LW ) −DY (R11xl +R21yl +R31F)=0 (22) を得る。From this, t is deleted to obtain the following equation. (R 12 x r + R 22 y r + R 32 F) (D X −L W ) −D Y (R 11 x r + R 21 y r + R 31 F) = 0 (21) Point on the left straight line (x l for the y l), (21) need only replace the expression of L W to -L W, (R 12 x l + R 22 y l + R 32 F) (D X + L W) -D Y (R 11 x l + R 21 yl + R 31 F) = 0 (22) is obtained.
【0047】これらの(18)(21)(22)式と、前記(10)(11)
式とを用いて、白線上の点の座標(xr ,yr )、(x
c ,yc )、(xl ,yl )、道路消失点の座標
(x0 ,y 0 )、道路幅LW を既知数として、カメラの
横偏位DX 、高さDY 、ピッチ角φ、ヨー角θ、ロール
角ψを求めることができる。なお、カメラの高さDY を
一定とみなすことができれば、道路幅LW が不明のとき
にも前記(18)(21)(22)(10)(11)式を適用することができ
る。These equations (18) (21) (22) and the above (10) (11)
Using the formulas and, the coordinates (xr, Yr), (X
c, Yc), (Xl, Yl), Coordinates of road vanishing point
(X0, Y 0), Road width LWIs a known number
Lateral deviation DX, Height DY, Pitch angle φ, yaw angle θ, roll
The angle ψ can be determined. The height of the camera DYTo
If it can be regarded as constant, the road width LWIs unknown
The above equations (18) (21) (22) (10) (11) can be applied to
It
【0048】また、カメラの高さDY を一定とみなすこ
とができ、道路幅LW が道路地図データなどから分かっ
ているときは、3本の白線を使わなくとも、いずれか2
本の白線の情報だけでカメラの横偏位DX 、ピッチ角
φ、ヨー角θ、ロール角ψを求めることができる。 <計算例>カメラの取り付け高さDY =1mの車両を用
いて、曲率半径400m、道路幅LW =3.75mの道
路を、中央白線からの横偏位DX =0m、ピッチ角φ=
0°、ヨー角θ=0°、ロール角ψ=0°の状態で走行
した。Further, the height D Y of the camera can be regarded as constant, and when the road width L W is known from the road map data or the like, it is possible to use any of the two white lines without using three white lines.
The lateral deviation D X , the pitch angle φ, the yaw angle θ, and the roll angle ψ of the camera can be obtained only by the information of the white line of the book. <Calculation example> Using a vehicle with a camera mounting height D Y = 1 m, a road with a radius of curvature of 400 m and a road width L W = 3.75 m is laterally displaced from the central white line D X = 0 m and pitch angle φ. =
The vehicle ran with 0 °, yaw angle θ = 0 °, and roll angle ψ = 0 °.
【0049】その結果図8のような画面が得られた。得
られた画面に、双曲線近似を適用して、道路消失点を求
め(図8(a) 参照)、高さDY 、横偏位DX 、ピッチ角
φ、ヨー角θ、ロール角ψを求めたところ、DY =1.
012m、DX =0.002m、ピッチ角φ=−0.0
546°、ヨー角θ=−0.0349°、ロール角ψ=
−0.0135°という数値が得られた。As a result, a screen as shown in FIG. 8 was obtained. A hyperbolic approximation is applied to the obtained screen to obtain the road vanishing point (see FIG. 8 (a)), and the height D Y , lateral deviation D X , pitch angle φ, yaw angle θ, roll angle ψ are calculated. It was found that D Y = 1.
012m, D X = 0.002m, pitch angle φ = -0.0
546 °, yaw angle θ = −0.0349 °, roll angle ψ =
A value of -0.0135 ° was obtained.
【0050】一方、図8(b) に示すように接線近似を用
いて高さDY 、横偏位DX 、ピッチ角φ、ヨー角θ、ロ
ール角ψを求めたところ、DY =1.004m、DX =
0.023m、ピッチ角φ=−0.184°、ヨー角θ
=−0.725°、ロール角ψ=+0.409°という
数値が得られた。双曲線近似の場合と比較すると、全般
的に誤差が増えていて、特にヨー角θの誤差が増えてい
ることが分かる。On the other hand, as shown in FIG. 8B, the height D Y , the lateral deviation D X , the pitch angle φ, the yaw angle θ, and the roll angle ψ were obtained by tangential approximation, and D Y = 1 0.004 m, D X =
0.023 m, pitch angle φ = −0.184 °, yaw angle θ
The numerical values of = -0.725 ° and roll angle ψ = + 0.409 ° were obtained. As compared with the case of the hyperbolic approximation, it can be seen that the error is increased in general and especially the error of the yaw angle θ is increased.
【0051】以上、実施例に基づいて本発明の内容を説
明したが、本発明は、前記実施例に限られるものではな
い。前記実施例では、道路の白線を対象として道路消失
点の算出、車両の位置・姿勢計測を行ったが、ガードレ
ールのような道路構成物を対象としてもよい。Although the contents of the present invention have been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. In the above-mentioned embodiment, the road vanishing point is calculated and the position / orientation of the vehicle is measured with respect to the white line of the road, but a road component such as a guardrail may be used as the target.
【0052】[0052]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、撮像され
た画像から、道路構成物を抽出してこれを画像上で双曲
線近似し、この双曲線の漸近線の交点から、道路消失点
を求めるので、車両がカーブ路を走行中でも、正確な道
路消失点の座標を求めることができる。したがって、こ
の道路消失点の座標、及び撮像された画像に示された道
路構成物の座標を使用して車両の位置・姿勢を演算すれ
ば、車両の位置・姿勢をより正確に計測することができ
る。As described above, according to the present invention, a road constituent is extracted from a picked-up image, and this is hyperbola-approximated on the image, and a road vanishing point is determined from an intersection of asymptotic lines of the hyperbola. Since it is obtained, accurate coordinates of the road vanishing point can be obtained even while the vehicle is traveling on a curved road. Therefore, if the position / orientation of the vehicle is calculated using the coordinates of the road vanishing point and the coordinates of the road constituent shown in the captured image, the position / orientation of the vehicle can be measured more accurately. it can.
【0053】特に、請求項2記載のように、前記双曲線
の漸近線の一方が地平線であると仮定すれば、より少な
い演算量で道路消失点の座標を求めることができ、演算
時間の短縮を図ることができる。In particular, if one of the asymptotic lines of the hyperbola is assumed to be the horizon as described in claim 2, the coordinates of the road vanishing point can be obtained with a smaller amount of calculation, and the calculation time can be shortened. Can be planned.
【図1】(a) は、曲がった道路に表示された道路構成物
と、正しい「仮想的な直線路」を示し、(b) は車両真下
での道路構成物に基づいて道路消失点を求める本発明の
手法を示す図である。FIG. 1 (a) shows a road structure displayed on a curved road and a correct “virtual straight road”, and (b) shows a road vanishing point based on the road structure directly under the vehicle. It is a figure which shows the method of this invention calculated | required.
【図2】(a) は車両のロール角が0であって、漸近線の
1本が地平線に相当する場合の道路消失点の求め方を示
し、(b) は車両のロール角が0でない場合の道路消失点
の求め方を示す図である。FIG. 2 (a) shows how to determine a vanishing point of a road when the roll angle of the vehicle is 0 and one of the asymptotes corresponds to the horizon, and (b) shows the roll angle of the vehicle is not 0. It is a figure which shows how to obtain the road vanishing point in the case.
【図3】車両のピッチ角φ、ヨー角θ、ロール角ψを示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a vehicle pitch angle φ, yaw angle θ, and roll angle ψ.
【図4】道路の白線が道路両端及び道路中央に3本ある
ものとする実施例の前提を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a premise of an embodiment in which there are three white lines on a road at both ends and at the center of the road.
【図5】車両の位置・姿勢計測装置の電気的構成を示す
ブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of a vehicle position / orientation measuring apparatus.
【図6】3本の白線を有する曲がった道路を走行してい
る場合の画像を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an image when traveling on a curved road having three white lines.
【図7】(a) はカーブした道路を上から見た、座標系を
説明するための図、(b) は横から見た図である。FIG. 7A is a view for explaining a coordinate system when a curved road is viewed from above, and FIG. 7B is a view when viewed from the side.
【図8】得られた画面に、双曲線近似を適用して道路消
失点を求める方法と、接線近似を適用して道路消失点を
求める方法とを対比して説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a method of applying a hyperbola approximation to obtain a road vanishing point and a method of applying a tangent approximation to a road vanishing point on the obtained screen, for comparison.
【図9】(a) は、真っ直ぐな道路に表示された2本の直
線状の白線を示し、(b) はこの白線が画面に映った状態
を示す図である。FIG. 9A is a diagram showing two straight white lines displayed on a straight road, and FIG. 9B is a diagram showing a state in which the white lines are displayed on the screen.
【図10】(a) は、曲がった道路に表示された白線と、
間違った「仮想的な直線路」を示し、(b) は画面に映っ
た白線のみに基づいて道路消失点を求める手法を示す図
である。FIG. 10 (a) is a white line displayed on a curved road,
It is a figure which shows the wrong "virtual straight road", and (b) shows the method of calculating | requiring a road vanishing point based only on the white line reflected on the screen.
1 ビデオカメラ 2 画像入力部 3 画像処理部 4 白線抽出部 5 道路消失点算出部 6 車両の位置・姿勢演算部 1 Video Camera 2 Image Input Section 3 Image Processing Section 4 White Line Extraction Section 5 Road Vanishing Point Calculation Section 6 Vehicle Position / Attitude Calculation Section
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01C 21/00 A G06T 1/00 7/60 G08G 1/16 C Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical display location G01C 21/00 A G06T 1/00 7/60 G08G 1/16 C
Claims (3)
周辺を撮像し、撮像された画像に基づいて道路消失点を
算出する方法であって、 撮像された画像から、道路に沿って表示され又は設置さ
れた道路構成物を抽出してこれを画像上で双曲線近似
し、この双曲線の漸近線を求め、求められた漸近線の交
点から、道路消失点を求めることを特徴とする道路消失
点の算出方法。1. A method of capturing an image of the surroundings of a vehicle with an in-vehicle camera fixed to the vehicle and calculating a road vanishing point based on the captured image, which is displayed along the road from the captured image. The installed road structure is extracted, and this is hyperbola-approximated on the image, the asymptote of this hyperbola is found, and the road vanishing point is characterized by finding the road vanishing point from the intersection of the asymptotes found. Calculation method.
する請求項1記載の道路消失点の算出方法。2. The method of calculating a road vanishing point according to claim 1, wherein one of the asymptotic lines of the hyperbola corresponds to the horizon.
失点算出手段と、算出された道路消失点の座標、及び撮
像された画像に示された道路構成物の座標を使用して車
両の位置・姿勢を演算する演算手段とを有することを特
徴とする車両の位置・姿勢計測装置。3. A vanishing point calculating means for calculating a road vanishing point according to claim 1, a coordinate of the calculated road vanishing point, and a coordinate of a road constituent shown in a captured image are used. A position / orientation measuring device for a vehicle, comprising: a calculating means for calculating the position / orientation of the vehicle.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6306534A JPH08159716A (en) | 1994-12-09 | 1994-12-09 | Calculation method of vanishing point of road, and position/attitude measuring apparatus for vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6306534A JPH08159716A (en) | 1994-12-09 | 1994-12-09 | Calculation method of vanishing point of road, and position/attitude measuring apparatus for vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08159716A true JPH08159716A (en) | 1996-06-21 |
Family
ID=17958195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6306534A Pending JPH08159716A (en) | 1994-12-09 | 1994-12-09 | Calculation method of vanishing point of road, and position/attitude measuring apparatus for vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08159716A (en) |
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- 1994-12-09 JP JP6306534A patent/JPH08159716A/en active Pending
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