JPH08313250A

JPH08313250A - 道路構造測定装置

Info

Publication number: JPH08313250A
Application number: JP7148046A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Takahashi; 利彰高橋; Masayuki Hori; 雅之堀; Takeshi Ono; 健大野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-05-23
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構造で道路の勾配を正確に測定する。【構成】それぞれ複数の画素が直線上に配置された画
素群と路面位置からの光を受け画素群上に焦点を結ぶレ
ンズからなる第１〜第４撮像装置４〜７を備え、第１、
第２撮像装置で第１の路面位置を撮像し、第３、第４撮
像装置で第１とは異なる第２の路面位置を撮像する。第
１、第２距離演算装置８、９が各撮像出力に基づいて三
角測量で各路面位置までの距離を算出し、縦断曲線の半
径演算装置１０の三角形の特徴演算装置３２で辺の長さ
や角度を求め、外接円演算装置３３で外接円の半径を演
算する。これにより、円弧で近似された道路の勾配が求
められる。各撮像装置は画素群４ａ〜７ａとしてライ
ンセンサを用いるだけでよいから、比較的に簡単な構造
で実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、道路構造測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、複数の画素が直線上に配置さ
れた画素群よりなるラインセンサを用いて、自車の走行
路の道路構造を測定する、道路構造測定装置が知られて
いる。例えば特開平１−３００３１２号公報に開示され
た道路構造測定装置では、図１４に示すように、撮像カ
メラ２０１を、その光軸が路面２０２に対してほぼ垂直
になるように配置し、ラインセンサ２０３上の白線の像
の位置および進行方向から自車２０４の走行コースのず
れと傾きを求めるようにしている。なお、図中２０５は
定点補正マークである。

【０００３】このほか、エリアセンサとしてテレビカメ
ラを用いた単眼視、あるいはステレオ視の道路構造測定
装置が、一般的に幅広く知られている。単眼視では、道
路の構造等の情景に関する知識から、何等かの拘束条件
を定め、これを利用して３次元情報を推定している。図
１５は、実際の画像での白線Ｌが路面の水平面形状と縦
断面形状により表わされたもので、（ａ）は、水平面形
状が直線、縦断面形状が直線の場合、（ｂ）は、水平面
形状が円弧、縦断面形状が直線の場合、（ｃ）は、水平
面形状が直線、縦断面形状が放物線の場合、（ｄ）は、
水平面形状が円弧、縦断面形状が方物面の場合を各々表
わしている。このように、実際の画像での白線の形状を
路面の水平面形状と縦断面形状によって変化させて表現
している。また、ステレオ視では、２枚の画像の対応点
を検索し、三角測量の原理によって３次元情報を得るよ
うにしている。

【０００４】さらに、特開平４−２９９７９９号公報に
は、自車の姿勢が変化したときに、それが原因で白線を
見失うことがないように、画像内の白線Ｌの検出エリア
ＳＲを過去のライン位置データに応じて動かすようにし
た装置が開示されている。これによれば、白線の検出エ
リアを画面上で固定すると、図１６の（ａ）から（ｂ）
のように、画面上の白線の位置が大きく変化したとき
に、検出エリアから白線が外れてしまうことがあるが、
検出エリアを図１６の（ｃ）のように常に白線に追従さ
せているので、図１６の（ｄ）のように、白線Ｌの画面
上の位置が大きく変化しても、検出エリアＳＲから白線
が外れることがない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のうち、特開平１−３００３１２号公報に開示さ
れたものにあっては、自車の直前の路面構造しか得るこ
とができないため、高速で走行する自動車には適用が難
しいという問題があった。また、特開平４−２９９７９
９号公報に記載されたようなエリアセンサを用いた道路
構造測定装置にあっては、近距離も遠距離も同じ光学系
で撮影するため、焦点距離や２つの光学系の光軸間の距
離を表わす基線長を近距離に合わせると、遠距離の解像
度と距離精度が粗くなってしまい、正確な道路構造の測
定が困難であるという問題があり、装置も高価である。
そして、データ量が多くなるため演算部への負担が大き
いという問題があった。本発明は、このような従来の問
題点に着目してなされたものであり、比較的簡単な構造
で道路構造を正確に測定することができる道路構造測定
装置を提供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】このため本発明は、車両
に設けられ、道路の勾配を測定する道路構造測定装置で
あって、それぞれ第１の路面位置を撮像する第１撮像装
置と第２撮像装置を備える第１の撮像手段と、それぞれ
第２の路面位置を撮像する第３撮像装置と第４撮像装置
を備える第２の撮像手段と、第１撮像装置および第２撮
像装置よりの出力信号に基づいて、第１の撮像手段から
第１の路面位置までの距離を三角測量により算出する第
１距離演算装置と、第３撮像装置および第４撮像装置よ
りの出力信号に基づいて、第２の撮像手段から第２の路
面位置までの距離を三角測量により算出する第２距離演
算装置と、第１距離演算装置および第２距離演算装置よ
りの出力信号に基づいて、道路の縦断曲線の半径を演算
する縦断曲線の半径演算手段とを有するものとした。

【０００７】上記の第１撮像装置は、複数の画素が直線
上に配置された第１画素群と、第１画素群の各画素にお
ける入射光強度に応じたレベルの出力信号を時系列に出
力する第１信号出力装置と、第１の路面位置からの光を
受け、第１画素群上に焦点を結ぶ第１の光学系を備え、
第２撮像装置は、複数の画素が第１画素群と同じ直線上
に配置された第２画素群と、第２画素群の各画素におけ
る入射光強度に応じたレベルの出力信号を時系列に出力
する第２信号出力装置と、第１の路面位置からの光を受
け、第２画素群上に焦点を結ぶ第２の光学系を備え、第
３撮像装置は、複数の画素が第１画素群と同一または平
行な直線上に配置された第３画素群と、第３画素群の各
画素における入射光強度に応じたレベルの出力信号を時
系列に出力する第３信号出力装置と、第２の路面位置か
らの光を受け、第３画素群上に焦点を結ぶ第３の光学系
を備え、第４撮像装置は、複数の画素が第３画素群と同
じ直線上に配置された第４画素群と、第４画素群の各画
素における入射光強度に応じたレベルの出力信号を時系
列に出力する第４信号出力装置と、第２の路面位置から
の光を受け、第４画素群上に焦点を結ぶ第４の光学系を
備えるものとするのが好ましい。

【０００８】そして、縦断曲線の半径演算手段として
は、第１に、第１および第２距離演算装置により算出さ
れた第１の撮像手段から第１の路面位置までの距離、第
２の撮像手段から第２の路面位置までの距離、ならびに
第１または第２の撮像手段の真下付近の第３の路面位置
までの距離、および第１、第２の光学系の光軸と第３、
第４の光学系の光軸とのなす角度を用いて、上記第１、
第２、第３の路面位置を結び形成される三角形の辺の長
さおよび角の角度を算出する三角形の特徴演算装置と、
その三角形の外接円の半径を演算する三角形の外接円演
算装置とを備えるものとすることができる。

【０００９】あるいは、縦断曲線の半径演算手段の第２
としては、上記の第１の撮像手段から第１の路面位置ま
での距離、第２の撮像手段から第２の路面位置までの距
離、ならびに第１、第２の光学系の光軸と第３、第４の
光学系の光軸とのなす角度を用いて、第１および第２の
撮像手段と第１の路面位置と第２の路面位置とを結び形
成される三角形の辺の長さおよび角の角度を算出する三
角形の特徴演算装置と、その三角形の辺の長さおよび角
の角度のデータを保持するデータ保存装置と、ある時刻
での前記三角形の辺の長さおよび角の角度と、所定の微
少時間経過した時刻での三角形の辺の長さおよび角の角
度を用いて道路の縦断面上における車両の角度の変化量
を演算するピッチング角演算装置と、車両の角度の変化
量から、第１の路面位置と第２の路面位置の描く軌道円
の半径を演算する軌道円演算装置とを備えるものとする
ことができる。

【００１０】なお、第１および第２の光学系の焦点距離
と、第３および第４の光学系の焦点距離とが異なるとと
もに、第１および第２の光学系の基線長と第３および第
４の光学系との基線長を異にするのが好ましい。

【００１１】

【作用】第１距離演算装置が第１撮像装置および第２撮
像装置の出力信号に基づいて、第１の撮像手段から第１
の路面位置までの距離を三角測量により算出する。同様
に、第２距離演算装置が第２の撮像手段から第２の路面
位置までの距離を算出する。そして、縦断曲線の半径演
算手段において、これらの距離と路面位置間の角度等を
用いて道路の縦断曲線の半径が演算される。これによ
り、円弧で近似された道路の勾配が求められる。

【００１２】とくに、各撮像装置を、複数の画素が直線
上に配置された画素群と、この画素群の各画素における
入射光強度に応じたレベルの出力信号を時系列に出力す
る信号出力装置と、対応する路面位置からの光を受け、
画素群上に焦点を結ぶ光学系からなるものとすることに
より、簡単なラインセンサ構造で上記の第１、第２の路
面位置を得ることができる。

【００１３】また、縦断曲線の半径演算手段を上記第１
の構成としたときには、三角形の特徴演算装置におい
て、第１または第２の撮像手段の真下付近の第３の路面
位置を含む３点の位置と各光学系の光軸のなす角度を用
いて、上記３点の路面位置を結び形成される三角形の辺
の長さおよび角の角度が算出される。そして、これらの
データに基づいて、三角形の外接円演算装置が当該三角
形の外接円の半径を演算する。

【００１４】縦断曲線の半径演算手段を上記第２の構成
としたときには、三角形の特徴演算装置で第１の路面位
置と第２の路面位置とを結び形成される三角形の辺の長
さおよび角の角度が算出され、これらのデータがデータ
保存装置に刻々保存される。そしてピッチング角演算装
置において、微少時間経過した時刻別のデータに基づい
て車両の角度の変化量を演算する。この車両の角度の変
化量から、軌道円演算装置が第１、第２の路面位置の描
く軌道円の半径を演算する。なお、第１の撮像手段と第
２の撮像手段とでその光学系の焦点距離および基線長を
異ならせることにより、互いに異なる距離にある各路面
位置にもっとも適した撮像機能が発揮される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明をエンジンや自動変速機（Ａ／Ｔ）の制御に
適用した第１の実施例の全体構成を示す。車両１上に撮
像部２が進行方向前方へ向けて設置され、その出力が室
内に設けた演算部３に入力される。演算部３では、撮像
部２からの信号を処理して、撮像部２から前方車道上の
２点までの距離に基づいて道路の勾配に対応するデータ
を求め、制御装置へ出力する。制御装置ＣＴＬは、演算
部３で求められた勾配が大きいとき、エンジンＥの空燃
比をリーンにせず、また、自動変速機Ｔは、エンジン回
転数の高い位置で変速するパワーパターンとする。逆に
勾配が負の場合には、エンジンＥの空燃費制御をリーン
にするとともに、自動変速機Ｔのオーバーランクラッチ
を締結してダウンシフトするように制御する。これによ
り、燃費を改善し、操作フィーリングを向上させる。

【００１６】図２は、撮像部２と演算部３による測定対
象の概念を示す。撮像部２は、車両１上の位置Ｐ０に設
けられて、エネルギーの空間的な分布を画像として表示
するための、電気信号に変換された信号を出力する。そ
して、演算部３は、撮像部２からの信号を基に、撮像部
２と第１の路面位置Ｐ１との距離Ｄ１、撮像部２と第２
の路面位置Ｐ２との距離Ｄ２を算出し、この距離Ｄ１、
Ｄ２と直線（光軸）Ｐ０−Ｐ１と直線（光軸）Ｐ０−Ｐ
２のなす角θ12を使用して、勾配に対応するデータとし
て道路の縦断曲線の半径を算出する。

【００１７】図３は、撮像部２および演算部３の構成を
示すブロック図である。撮像部２は、第１の路面位置Ｐ
１からの光エネルギーを電気信号に変換する第１撮像装
置４および第２撮像装置５と、第２の路面位置Ｐ２から
の光エネルギーを電気信号に変換する第３撮像装置６お
よび第４撮像装置７とで構成されている。第１撮像装置
４は、複数の画素が直線上に配置された第１画素群４
ａ、この第１画素群４ａの各画素における入射光強度に
応じたレベルの出力信号を時系列に出力する第１信号出
力装置４ｂ、および第１の路面位置Ｐ１からの光を受け
第１画素群４ａ上に焦点を結ぶ第１光学系としてのレン
ズ４ｃで構成されている。

【００１８】また、第２撮像装置５は、第１画素群４ａ
が配置された直線の延長線上の直線上に配置された第２
画素群５ａ、第２画素群５ａにおける入射光強度に応じ
たレベルの出力信号を時系列に出力する第２信号出力装
置５ｂ、および第１の路面位置Ｐ１からの光を受け、第
２画素群５ａ上に焦点を結ぶ第２光学系としてのレンズ
５ｃとで構成されている。レンズ５ｃは第１撮像装置４
のレンズ４ｃの光軸と同一平面上に光軸を有している。

【００１９】同様に、第３撮像装置６は、第３画素群６
ａ、この第３画素群６ａにおける入射強度に応じたレベ
ルの出力信号を時系列に出力する第３信号出力装置６
ｂ、および第３光学系としてのレンズ６ｃとで構成され
ている。第３画素群６ａは、第１撮像装置４の第１画素
群４ａおよび第２撮像装置５の第２画素群５ａの配置さ
れた直線と同一あるいは平行な直線上に配置されてい
る。また、レンズ６ｃは、第１撮像装置４のレンズ４ｃ
と第２撮像装置５のレンズ５ｃの光軸の存在する平面
と、角度θ12をなす平面上に光軸を持ち、第２の路面位
置Ｐ２からの光を受けて、第３画素群６ａ上に焦点を結
ぶように設定されている。

【００２０】また、第４撮像装置７は、第４画素群７
ａ、この第４画素群７ａの各画素における入射強度に応
じたレベルの出力信号を時系列に読み出す第４信号出力
装置７ｂ、および第４光学系としてのレンズ７ｃとで構
成されている。第４画素群７ａは、第３撮像装置６の第
３画素群６ａの配置された直線と同一直線上に配置され
ている。レンズ７ｃは、第３撮像装置６のレンズ６ｃの
光軸と同一平面上に光軸を有し、第２の路面位置Ｐ２か
らの光を受け、第４画素群７ａ上に焦点を結ぶ。第１撮
像装置４および第２撮像装置５は第１の撮像手段を構成
し、図４に示すように、共通の筐体１１に収められてい
る。第２の撮像手段を構成する第３撮像装置６および第
４撮像装置７も、同様に、図示しない共通の筐体に収め
られている。これらの筐体は同一部位に設置されてい
る。

【００２１】図３に示すように、演算部３には、第１撮
像装置４および第２撮像装置５からの出力信号を用い
て、三角測量の原理により第１の路面位置Ｐ１までの距
離Ｄ１を算出する第１距離演算装置８と、第３撮像装置
６および第４撮像装置７からの出力信号を用いて、三角
測量の原理により第２の路面位置Ｐ２までの距離Ｄ２を
算出する第２距離演算装置９と、第１距離演算装置８で
算出した第１の路面位置Ｐ１までの距離Ｄ１と、第２距
離演算装置９で算出した第２の路面位置Ｐ２までの距離
Ｄ２を用いて、道路の縦断曲線の半径を演算する縦断曲
線の半径演算装置１０が設けられている。

【００２２】つぎに、本実施例における縦断曲線の半径
を算出の原理について説明する。道路構造令によると、
車道の縦断勾配が変化する箇所には、縦断曲線をつける
ことになっており、その縦断曲線の半径は、設計速度と
曲線形に応じて決められている値以上とすることが定め
られている。例えば、設計速度６０ｋｍ／ｈで曲線形が
凸形曲線のときは１．４００ｍ以上とするように定めら
れている。したがって、車道の縦断勾配の変化部では、
縦断曲線は円弧で近似できる。本実施例では、縦断勾配
の変化量を知るために、縦断曲線の半径を算出する。

【００２３】まず図２を参照して、第１、第２、第３、
第４撮像装置４、５、６、７を有する撮像部２の位置を
前述のようにＰ０として、これとある時点での第１の路
面位置Ｐ１とを結ぶ直線Ｐ０−Ｐ１と第２の路面位置Ｐ
２とを結ぶ直線Ｐ０−Ｐ２とのなす角度θ12は、上述の
レンズ４ｃ、５ｃの光軸と、レンズ６ｃ、７Ｃの光軸の
なす角度と等しく、既知である。本実施例では、撮像部
２と第１の路面位置Ｐ１との距離Ｄ１と、撮像部２と第
２の路面位置Ｐ２との距離Ｄ２と、角度θ12とを使って
道路の縦断曲線の半径を算出する。

【００２４】図３を参照して、撮像部２の第１撮像装置
４では、レンズ４ｃが、その時点での第１の路面位置Ｐ
１からの光を受けて第１画素群４ａ上に焦点を結ぶ。第
１信号出力装置４ｂは、第１画素群４ａの各画素におけ
る入射光強度に応じたレベルの出力信号を時点時点に対
応して時系列に第１距離演算装置８へ出力する。また、
第２撮像装置５では、レンズ５ｃが、その時点時点での
第１の路面位置Ｐ１からの光を受けて第２画素群５ａ上
に焦点を結ぶ。第２信号出力装置５ｂは、第２画素群５
ａの各画素における入射光強度に応じたレベルの出力信
号を時系列に第１距離演算装置８へ出力する。

【００２５】同様にして第３撮像装置６では、レンズ６
ｃが、その時点時点での第２の路面位置Ｐ２からの光を
受けて第３画素群６ａ上に焦点を結ぶ。第３信号出力装
置６ｂは、第３画素群６ａの各画素における入射光強度
に応じたレベルの出力信号を各時点時点に対応して時系
列に第２距離演算装置９へ出力する。また、第４撮像装
置７では、レンズ７ｃが、その時点時点での第２の路面
位置Ｐ２からの光を受けて第４画素群７ａ上に焦点を結
ぶ。第４信号出力装置７ｂは、第４画素群７ａの各画素
における入射光強度に応じたレベルの出力信号を同様に
時系列に第２距離演算装置９へ出力する。

【００２６】演算部３の第１距離演算装置８は、第１撮
像装置４と第２撮像装置５から出力される信号を用い
て、三角測量の原理によって撮像部２の位置Ｐ０から、
第１の路面位置Ｐ１までの距離Ｄ１を算出して、縦断曲
線の半径演算装置１０へ出力する。また、第２距離演算
装置９は、第３撮像装置６と第４撮像装置７から出力さ
れる信号を用いて、三角測量の原理によって撮像部２の
位置Ｐ０から、第２の路面位置Ｐ２までの距離Ｄ２を算
出して、縦断曲線の半径演算装置１０へ出力する。

【００２７】そして、縦断曲線の半径演算装置１０は、
撮像部２の位置Ｐ０から第１の路面位置Ｐ１までの距離
Ｄ１、第２の路面位置Ｐ２までの距離Ｄ２およびレンズ
４ｃおよびレンズ５ｃの光軸と、レンズ６ｃおよびレン
ズ７ｃの光軸とのなす角θ12を用いて道路の縦断曲線の
半径を算出する。つぎに、縦断曲線の半径演算装置１０
における演算の詳細について説明する。

【００２８】縦断曲線の半径演算装置１０は、三角形の
特徴演算装置３２とこれに接続された外接円演算装置３
３からなる。三角形の特徴演算装置３２は、第１距離演
算装置８と第２距離演算装置９からの出力を用いて、例
えば辺の長さや角の角度など、後述する三角形Ｓ123 を
一意に決定することができる数値データを算出する。外
接円演算装置３３はこの数値データを用いて、三角形Ｓ
123 の外接円の半径を算出して、縦断曲線の半径Ｒとし
て出力する。

【００２９】つぎに、上記の縦断曲線の半径Ｒの具体的
な算出方法について、図５を参照して説明する。車道の
縦断曲線が一定の半径Ｒをもっていると仮定すると、第
１の路面位置Ｐ１、第２の路面位置Ｐ２、および撮像部
２の位置Ｐ０の真下付近の路面位置Ｐ３の３点は、半径
Ｒの円弧上に存在する。したがって、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３
を結んで形成される三角形Ｓ123 の外接円の半径として
縦断曲線の半径Ｒを算出することができる。

【００３０】まず、撮像部２の位置Ｐ０の路面３７から
の高さをＤ３とする。いま、位置Ｐ０から延ばした真下
の路面への垂線と、撮像部２を構成する第１、第２撮像
装置（図３参照）の光軸とのなす角度をθ13とすると、
三角形Ｓ123 の辺Ｄ12、Ｄ13、Ｄ23の長さは、余弦定理
から、Ｄ12＝（Ｄ１²＋Ｄ２²−２Ｄ１Ｄ２ｃｏｓθ12）^1/2 （１）Ｄ13＝（Ｄ１²＋Ｄ３²−２Ｄ１Ｄ３ｃｏｓθ13）^1/2 （２）Ｄ23＝｛Ｄ２²＋Ｄ３²−２Ｄ２Ｄ３ｃｏｓ（θ12＋θ13）｝^1/2 （３）で表わされる。

【００３１】また、Ｄ23＝（Ｄ12²＋Ｄ13²−２Ｄ12Ｄ13ｃｏｓθｎ）^1/2 より、ｃｏｓθｎ＝（Ｄ12²＋Ｄ13²−Ｄ23²）／（２Ｄ12Ｄ13）（４）が成立する。そして、ｓｉｎ²θｎ＋ｃｏｓ²θｎ＝１（５）である。

【００３２】式（４）および（５）より、下式が導かれ
る。ｓｉｎθｎ＝｛１−（Ｄ12²＋Ｄ13²−Ｄ23²）²／（４Ｄ12²Ｄ13²）｝^1/2 （６）したがって、正弦法則により、外接円の半径Ｒは、式
（７）で表わされる。Ｒ＝Ｄ23／（２ｓｉｎθｎ）＝｛（Ｄ12²Ｄ13²Ｄ23²）／（２Ｄ12²Ｄ13²＋２Ｄ13²Ｄ23²＋２Ｄ23²Ｄ12² −Ｄ12⁴−Ｄ13⁴−Ｄ23⁴）｝^1/2 （７）これにより、縦断曲線の半径Ｒが算出される。

【００３３】このように、本実施例によれば、エリアセ
ンサを使用せず、第１、第２、第３、第４の画素群４、
５、６、７の各ラインセンサを使用して縦断曲線の半径
を演算できるので、装置が安価となり、また、データ量
が少ないため演算部への負担を小さくすることができる
という効果を有する。また、道路上の白線がなくとも、
路面の模様や溝等までの距離を測定することにより、縦
断曲線の半径を演算することが可能である。

【００３４】つぎに、本発明の第２の実施例を示す。こ
の実施例は演算部が図６に示される構成を有する。演算
部４０は、第１距離演算装置８と第２距離演算装置９
と、これらからの出力を受ける縦断曲線の半径演算装置
４１から構成されている。縦断曲線の半径演算装置４１
は、三角形の特徴演算装置３２と、これに順次接続され
たデータ保存装置４３、ピッチング角演算装置４４、お
よび軌道円演算装置４５からなる。

【００３５】第１距離演算装置８と第２距離演算装置９
には第１の実施例と同じく、撮像部２が接続され、第１
距離演算装置８は第１撮像装置４、第２撮像装置５の出
力を基に撮像部２の位置Ｐ０と第１の路面位置Ｐ１との
距離Ｄ１を算出し、第２距離演算装置９は第３撮像装置
６、第４撮像装置７の出力を基に撮像部２の位置Ｐ０と
第２の路面位置Ｐ２との距離Ｄ２を算出する。

【００３６】データ保存装置４３は、三角形の特徴演算
装置３２が演算した辺の長さ、角の角度等の数値データ
を順次保存しておく。ピッチング角演算装置４４は、こ
の保存されたデータを使用して、撮像部２のピッチング
角θP を演算する。そして、軌道円演算装置４５は、第
１の路面位置Ｐ１と第２の路面位置Ｐ２の軌道円の半径
を縦断曲線の半径Ｒとして算出する。

【００３７】本実施例における縦断曲線の半径Ｒの算出
原理を図７を参照して説明する。まず、車道の縦断曲線
が一定の半径Ｒをもっていると仮定すると、ある時点に
おいて、第１〜第４撮像位置を有する撮像部２の位置Ｐ
０と、第１の路面位置Ｐ１および第２の路面位置Ｐ２を
結ぶと、三角形Ｓ012 が形成される。つぎに微小時間経
過した時点において、撮像部２が僅かな角度θP だけピ
ッチングしていて、そのロール角およびヨー角が無視で
きる程度しか変化していないと仮定すると、第１の路面
位置Ｐ１および第２の路面位置Ｐ２は縦断曲線の半径Ｒ
の軌跡円上を移動する。この拘束条件から、軌跡円の半
径Ｒと中心位置およびピッチング角θP は一意に決定さ
れる。

【００３８】次に、縦断曲線の半径Ｒの具体的な計算方
法を図８を参照して説明する。ここでは、厳密な解を求
めるのは複雑すぎて実用的ではないので、局所線形化に
より近似解を求める。まず、第２の路面位置である点Ｐ
２を原点として、第１の路面位置である点Ｐ１がｘ軸上
の点ｘ１にあるように座標を決定する。余弦定理から、
下記の各式が得られる。ｘ１＝（Ｄ１²＋Ｄ２²−２Ｄ１Ｄ２ｃｏｓθ12）^1/2 （８）ｃｏｓθ01＝（Ｄ２−Ｄ１ｃｏｓθ12）／ｘ１（９）ｓｉｎθ01＝（１−ｃｏｓ²θ01）^1/2 （１０）ｃｏｓθ02＝（Ｄ１−Ｄ２ｃｏｓθ12）／ｘ１（１１）ｓｉｎθ02＝（１−ｃｏｓ²θ02）^1/2 （１２）

【００３９】ここで、ベクトルＤ１’、Ｄ２’をそれぞ
れ、距離Ｄ１、Ｄ２の微小時間での変化量とし、ベクト
ルＤ１’、Ｄ２’のｘ成分をＤ１’（ｘ）、Ｄ２’
（ｘ）、ｙ成分をＤ１’（ｙ）、Ｄ２’（ｙ）とする
と、Ｄ１’（ｘ）＝Ｄ１’ｃｏｓθ01 （１３）Ｄ１’（ｙ）＝−Ｄ１’ｓｉｎθ01 （１４）Ｄ２’（ｘ）＝Ｄ２’ｃｏｓθ02 （１５）Ｄ２’（ｙ）＝Ｄ２’ｓｉｎθ02 （１６）となる。

【００４０】また、撮像部２が微小時間で微小なピッチ
ングθｐ（局所線形化することによって、角度と長さの
両方の意味をもっている）を起こしたときの点Ｐ１、Ｐ
２の変位ベクトルθｐＰ１’、θｐＰ２’のｘ成分をθ
ｐＰ１’（ｘ）、θｐＰ２’（ｘ）、ｙ成分をθｐＰ
１’（ｙ）、θｐＰ２’（ｙ）とすると、Ｐ１’（ｘ）＝−Ｄ１ｓｉｎθ01 （１７）Ｐ１’（ｙ）＝Ｄ１ｃｏｓθ01 （１８）Ｐ２’（ｘ）＝Ｄ２ｓｉｎθ02 （１９）Ｐ２’（ｙ）＝Ｄ２ｃｏｓθ02 （２０）となる。

【００４１】ベクトル（Ｄ１＋θｐＰ１）に直交する線
分とベクトル（Ｄ２＋θｐＰ２）に直交する線分が、直
線ｘ＝ｘ１／２上で交わるので、｛Ｄ１’（ｙ）＋θｐＰ１’（ｙ）｝／｛Ｄ１’（ｘ）＋θｐＰ１’（ｘ）｝＝−｛Ｄ２’（ｙ）＋θｐＰ２’（ｙ）｝／｛Ｄ２’（ｘ）＋θｐＰ２’（ｘ）｝（２１）が成り立つ。

【００４２】ここで、

【数１】であるので、式（２２）の近似式は、 θｐ｛Ｐ１’（ｙ）Ｄ２’（ｘ）＋Ｄ１’（ｘ）Ｐ２’（ｙ）｝＋Ｄ１’（ｙ）Ｄ２’（ｘ）＋Ｄ２’（ｙ）Ｄ１’（ｘ）＝０（２４）したがって、下記式によりθｐが算出できる。 θｐ＝−｛Ｄ１’（ｙ）Ｄ２’（ｘ）＋Ｄ２’（ｙ）Ｄ１’（ｘ）｝／｛Ｐ１’（ｙ）Ｄ２’（ｘ）＋Ｄ１’（ｘ）Ｐ２’（ｙ）｝（２５）

【００４３】点Ｐ１、Ｐ２の軌道円、つまり縦断曲線の
半径Ｒは、ｘ０＝ｘ１／２（２６）ｙ０＝｛Ｄ１’（ｙ）＋θｐＰ１’（ｙ）｝／｛Ｄ１’（ｘ）＋θｐＰ１’（ｘ）｝・（ｘ１／２）（２７）Ｒ＝（ｘ０²＋ｙ０²）^1/2 （２８）となる。本実施例は以上のように構成されているから、
撮像部２に上下動ピッチングがある場合でも、縦断曲線
の半径Ｒを算出することができる。

【００４４】上記の各実施例においては、図４に示した
ように第１〜第４撮像装置の光学的な特性を同じものと
しているが、これに限定されない。図９は、その変形例
を示すもので、第１の路面位置Ｐ１の光を受ける第１、
第２撮像装置の光学的な特性と、第２の路面位置Ｐ２の
光を受ける第３、第４撮像装置の光学的な特性とを異な
るものとしたものである。すなわち、図９の（ａ）は第
１撮像装置５１および第２撮像装置５２を示す。第１撮
像装置５１は、筐体５５に直線上に配置した第１画素群
５１ａと、第１画素群５１ａ上に焦点を結ぶように配設
されたレンズ５１ｃを有する。第２撮像装置５２は、同
じ筐体５５に収められ、第１画素群５１ａと同一直線上
に配置した第２画素群５２ａと、第２画素群５２ａ上に
焦点を結ぶように配設されたレンズ５２ｃを有する。

【００４５】また、図９の（ｂ）は第３撮像装置５３お
よび第４撮像装置５４を示す。これらは筐体５５より大
きい筐体５６に収められている。第３撮像装置５３は、
その焦点距離および基線長が第１、第２撮像装置５１、
５２の焦点距離および基線長よりも大きくなるように、
第１、第２画素群と平行する直線上に配置した第３画素
群５３ａと、第３画素群５３ａ上に焦点を結ぶように配
設されたレンズ５３ｃを有する。第４撮像装置５４は、
第３画素群５３ａと同一直線上に配置した第４画素群５
４ａと、第４画素群５４ａ上に焦点を結ぶように配設さ
れたレンズ５４ｃを有する。

【００４６】これにより、測距する路面位置までの距離
に応じ、撮像部２から遠方の第２の路面位置Ｐ２の光を
受ける第３、第４撮像装置５３、５４の焦点距離、基線
長が長くなっているので、測距精度が一層高くなるとい
う利点が得られる。

【００４７】また、上記各実施例では、第１〜第４撮像
装置からなる撮像部２がまとまって車両上の位置Ｐ０に
設置されているが、撮像部を２個所に分けることもでき
る。図１０はこの例を示し、（ａ）は、撮像部を、第１
の路面位置Ｐ１からの光を受ける第１、第２撮像装置を
有する第１撮像部６１と、第２の路面位置Ｐ２からの光
を受ける第３、第４撮像装置を有する第２撮像部６２と
に分け、互いに異なる位置、すなわち第１撮像部６１は
車両前端部に、第２撮像部６２をフロントウインドウ上
部の屋根上に設置したものである。これによれば、個別
の第１、第２撮像部６１、６２がそれぞれ小型となるの
で、設置の自由度が増える利点がある。

【００４８】さらにまた、上記各実施例では、撮像部が
車両前方に向けて設置されたものを示したが、図１０の
（ｂ）に示すように前後両方向に設けることもできる。
すなわち、撮像部を二つに分け、第１の路面位置Ｐ１の
光を受ける第１、第２撮像位置を有する第１撮像部７１
を車両１の車体前部に、第２の路面位置Ｐ２の光を受け
る第３、第４撮像位置を有する第２撮像部７２を車体後
部に設置する。これによれば、道路の縦断曲線の半径を
演算するための第１の路面位置Ｐ１と第２の路面位置Ｐ
２の位置データが車体の前方後方に大きな間隔で取れる
ので、縦断曲線の半径の算出精度が向上する利点が得ら
れる。

【００４９】なお、撮像部の設置位置は車室外に限るこ
となく、室内にも設置でき、図１１に示すように撮像部
を室内の天井に取り付けてもよい。ここでは、第１、第
２撮像装置を有する第１撮像部７１を天井９３の前方に
取り付け、第３、第４撮像装置を有する第２撮像部７２
を天井９３の後方に取り付けている。これによって、視
界を確保しながら撮像部の防水対策等が不要となる。

【００５０】また、撮像部の室内設置の他の例として
は、図１２に示すように、バックミラー９４に取り付け
ることもできる。撮像部８１がバックミラー９４に固定
されることにより視界の妨げにならず、前述と同様に防
水対策等の必要もない。さらに、ウィンドウＷにはには
図示省略のワイパーが配されているので、撮像部８１の
光軸領域が汚れて透過性が妨げられることもない。

【００５１】なお、実施例では第１〜第４の光学系とし
てそれぞれ単レンズを用いているが、各光学系としては
その他複合レンズを用いることができる。

【００５２】なおまた、各実施例では、第１〜第４撮像
装置の第１〜第４画素群４ａ〜７ａにラインセンサを用
いることにより、装置が安価になるメリットが享有でき
るが、ラインセンサの使用を排除するものではない。図
１３に示すように、第１撮像装置２１を、複数の画素が
平行な数本の直線上に配置された平面状をなす第１画素
群（エリアセンサ）２１ａとこの第１画素群２１ａ上に
焦点を結ぶレンズ２１ｃを含むものとし、第２撮像装置
２２を、第１画素群２１ａと同じ直線上に配置された同
じく平面状をなす第２画素群２２ａと、レンズ２１ｃと
同一平面上に光軸をもつレンズ２２ｃとを含むものと
し、これらを同じ筐体２３に収めることができる。

【００５３】とくに図示しないが、第１、第２画素群２
１ａ、２２ａの各画素における入射強度に応じたレベル
の出力信号を時系列に読み出す図示しない第１、第２信
号出力装置も筐体２３に収められる。これにより、空間
フィルタ等によるエッジ検出が可能となり、斜めのエッ
ジも正確に検出できるので、縦断曲線の半径の演算精度
を上げることができる。

【００５４】

【発明の効果】以上のとおり、本発明は、道路の勾配を
測定する道路構造測定装置において、第１撮像装置と第
２撮像装置を備える第１の撮像手段で第１の路面位置を
撮像し、第３撮像装置と第４撮像装置を備える第２の撮
像手段で第２の路面位置を撮像し、その出力に基づいて
三角測量により、第１、第２距離演算装置で第１、第２
の路面位置までの距離を算出し、縦断曲線の半径演算手
段でその結果を用いて道路の縦断曲線の半径を演算する
ものとしたので、これにより、円弧で近似された道路の
勾配が求められる。第１、第２の撮像手段の各撮像装
置は、複数の画素が直線上に配置された画素群と、各画
素における入射光強度に応じたレベルの出力信号を時系
列に出力する信号出力装置と、対応する路面位置からの
光を受け画素群上に焦点を結ぶ光学系で構成でき、ライ
ンセンサを用いるだけでよいから、比較的に簡単な構造
の装置によって、道路勾配を正確に測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をエンジン、自動変速機の制御に適用し
た第１の実施例の全体構成を示す図である。

【図２】実施例における撮像部と演算部による測定対象
を示す概念図である。

【図３】撮像部と演算部の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】第１撮像装置と第２撮像装置の実装例を示す図
である。

【図５】縦断曲線の半径の算出原理を示す説明図であ
る。

【図６】本発明の第２の実施例を示す演算部のブロック
図である。

【図７】縦断曲線の半径の算出原理を示す説明図であ
る。

【図８】半径の具体的な計算方法を示す説明図である。

【図９】撮像装置の他の実装例を示す図である。

【図１０】撮像部を２分した配置例を示す図である。

【図１１】撮像部を室内の天井に取り付けた配置例を示
す図である。

【図１２】撮像部をバックミラーに取り付けた配置例を
示す図である。

【図１３】撮像装置の他の実装例を示す図である。

【図１４】従来例の構造の概要を示す図。

【図１５】従来例における画像の白線の形状を示す説明
図である。

【図１６】従来例における白線検出エリアの制御を示す
説明図である。

【符号の説明】

１車両２、８１撮像部３、４０演算部４、２１、５１第１撮像装置４ａ、２１ａ、５１ａ第１画素群４ｂ第１信号出力装置４ｃ、２１ｃ、５１ｃレンズ（第１の光学系）５、２２、５２第２撮像装置５ａ、２２ａ、５２ａ第２画素群５ｂ第２信号出力装置５ｃ、２２ｃ、５２ｃレンズ（第２の光学系）６、５３第３撮像装置６ａ、５３ａ第３画素群６ｂ第３信号出力装置６ｃ、５３ｃレンズ（第３の光学系）７、５４第４撮像装置７ａ、５４ａ第４画素群７ｂ第４信号出力装置７ｃ、５４ｃレンズ（第４の光学系）８第１距離演算装置９第２距離演算装置１０縦断曲線の半径演算装置（縦断曲線の半径演
算手段）１１、２３、５５、５６筐体３２三角形の特徴演算装置３３外接円演算装置４１縦断曲線の半径演算装置（縦断曲線の半径演
算手段）４３データ保存装置４４ピッチング角演算装置４５軌道円演算装置６１、７１第１撮像部６２、７２第２撮像部２０１撮像カメラ２０２路面２０３ラインセンサ２０４自車２０５定点補正マークＰ０撮像部の位置Ｐ１第１の路面位置Ｐ２第２の路面位置Ｐ３撮像部の真下付近の路面位置Ｌ白線ＳＲ検出エリア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両に設けられ、道路の勾配を測定する
道路構造測定装置であって、それぞれ第１の路面位置を
撮像する第１撮像装置と第２撮像装置を備える第１の撮
像手段と、それぞれ第２の路面位置を撮像する第３撮像
装置と第４撮像装置を備える第２の撮像手段と、前記第
１撮像装置および第２撮像装置よりの出力信号に基づい
て、前記第１の撮像手段から前記第１の路面位置までの
距離を三角測量により算出する第１距離演算装置と、前
記第３撮像装置および第の撮像装置よりの出力信号に基
づいて、前記第２の撮像手段から前記第２の路面位置ま
での距離を三角測量により算出する第２距離演算装置
と、前記第１距離演算装置および第２距離演算装置より
の出力信号に基づいて、道路の縦断曲線の半径を演算す
る縦断曲線の半径演算手段とを有することを特徴とする
道路構造測定装置。
【請求項２】前記第１撮像装置は、複数の画素が直線
上に配置された第１画素群と、第１画素群の各画素にお
ける入射光強度に応じたレベルの出力信号を時系列に出
力する第１信号出力装置と、前記第１の路面位置からの
光を受け、第１画素群上に焦点を結ぶ第１の光学系を備
え、前記第２撮像装置は、複数の画素が前記第１画素群
と同じ直線上に配置された第２画素群と、第２画素群の
各画素における入射光強度に応じたレベルの出力信号を
時系列に出力する第２信号出力装置と、前記第１の路面
位置からの光を受け、第２画素群上に焦点を結ぶ第２の
光学系を備え、前記第３撮像装置は、複数の画素が前記
第１画素群と同一または平行な直線上に配置された第３
画素群と、第３画素群の各画素における入射光強度に応
じたレベルの出力信号を時系列に出力する第３信号出力
装置と、前記第２の路面位置からの光を受け、第３画素
群上に焦点を結ぶ第３の光学系を備え、前記第４撮像装
置は、複数の画素が前記第３画素群と同じ直線上に配置
された第４画素群と、第４画素群の各画素における入射
光強度に応じたレベルの出力信号を時系列に出力する第
４信号出力装置と、前記第２の路面位置からの光を受
け、第４画素群上に焦点を結ぶ第４の光学系を備えるこ
とを特徴とする請求項１記載の道路構造測定装置。
【請求項３】前記縦断曲線の半径演算手段は、前記第
１および第２距離演算装置により算出された前記第１の
撮像手段から第１の路面位置までの距離、前記第２の撮
像手段から第２の路面位置までの距離、ならびに前記第
１または第２の撮像手段の真下付近の第３の路面位置ま
での距離、および前記第１、第２の光学系の光軸と第
３、第４の光学系の光軸とのなす角度を用いて、前記第
１、第２、第３の路面位置を結び形成される三角形の辺
の長さおよび角の角度を算出する三角形の特徴演算装置
と、該三角形の外接円の半径を演算する三角形の外接円
演算装置とを備えていることを特徴とする請求項２記載
の道路構造測定装置。
【請求項４】前記縦断曲線の半径演算手段は、前記第
１および第２距離演算装置により算出された前記第１の
撮像手段から第１の路面位置までの距離、前記第２の撮
像手段から第２の路面位置までの距離、ならびに前記第
１、第２の光学系の光軸と第３、第４の光学系の光軸と
のなす角度を用いて、前記第１および第２の撮像手段と
第１の路面位置と第２の路面位置とを結び形成される三
角形の辺の長さおよび角の角度を算出する三角形の特徴
演算装置と、前記三角形の辺の長さおよび角の角度のデ
ータを保持するデータ保存装置と、ある時刻での前記三
角形の辺の長さおよび角の角度と、所定の微少時間経過
した時刻での前記三角形の辺の長さおよび角の角度を用
いて道路の縦断面上における車両の角度の変化量を演算
するピッチング角演算装置と、前記車両の角度の変化量
から、第１の路面位置と第２の路面位置の描く軌道円の
半径を演算する軌道円演算装置とを備えていることを特
徴とする請求項２記載の道路構造測定装置。
【請求項５】前記第１、第２、第３および第４画素群
における複数の画素は１本の直線上に配置されているこ
とを特徴とする請求項２、３または４記載の道路構造測
定装置。
【請求項６】前記第１、第２、第３および第４画素群
における複数の画素は平行な複数本の直線上に配置され
ていることを特徴とする請求項２、３または４記載の道
路構造測定装置。
【請求項７】前記第１および第２の光学系の焦点距離
と、第３および第４の光学系の焦点距離とが異なるとと
もに、第１および第２の光学系の基線長と第３および第
４の光学系との基線長を異にすることを特徴とする請求
項２、３、４、５、または６記載の道路構造測定装置。
【請求項８】前記第１および第２の撮像手段が車両の
同部位に配置されていることを特徴とする請求項１、
２、３、４、５、６または７記載の道路構造測定装置。
【請求項９】前記第１の撮像手段と第２の撮像手段と
が互いに離間した位置に配置されていることを特徴とす
る請求項１、２、３、４、５、６または７記載の道路構
造測定装置。
【請求項１０】前記第１の撮像手段の第１および第２
撮像装置が車両前方に向けて、第２の撮像手段の第３お
よび第４撮像装置が車両後方に向けて設置されているこ
とを特徴とする請求項９記載の道路構造測定装置。