JPH09126756A

JPH09126756A - 測距方法および道路計測方法

Info

Publication number: JPH09126756A
Application number: JP28747795A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ono; 崇小野
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 1997-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】両眼立体視法による測距の際、一対のカメラ同
士のレンズ光軸が平行でないと、その傾斜度合いに応じ
て測距精度およびカーブ成分、勾配成分の割出し精度が
低下する。【解決手段】一対のカメラを用い、そのカメラ同士での
上下方向および水平方向の取り付け角度差を検出し、そ
の取り付け角度差と各カメラ毎の撮影画像内での対象物
の高さまたは水平方向の位置と、各カメラの焦点距離
と、両カメラ間の基線長とに基づき対象物までの距離を
三角測量により測定するとともに、上記取り付け角度差
を考慮した道路のカーブ径、勾配度を測定することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測距方法および道
路計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】走行している自車両の近傍に位置する対
象物の存在を検出して、例えば、前車との車間距離を適
性化する等の走行状態を制御する方法として、自車両に
搭載したカメラにより撮影した画像を用いて対象物まで
の距離を測定する方法が提案されている。

【０００３】この方法のひとつに、上下あるいは左右に
一対のカメラを配置し、その各カメラによって撮影され
る画像を描写する画像面に対するレンズの焦点距離と、
上記各カメラ間の基線長と、各カメラ間での視差とを用
いて三角測量の原理により対象物までの距離を測定する
両眼立体視法がある（例えば、特開平３ー２３６６９８
号公報、）。

【０００４】図１８は、上記方法の概略を図式化したも
のであり、同図において、上下に一対に配置されたカメ
ラＡ、Ｂを用い、Ｗ：上下レンズ間の基線長、ｆ：レン
ズＣの焦点距離、ｎ₁＋ｎ₂：各画像面での視差とした場
合、対象物までの距離（Ｒ）は、Ｒ＝（ｆ×Ｗ）／（ｎ₁＋ｎ₂）により求められる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した方法
は、上下に配置したカメラ同士の光軸が平行しているこ
とが必須条件であり、この光軸がずれていると、そのず
れに応じて対象物までの距離（Ｒ）を測定する際の測距
誤差、あるいは左右カーブの検出さらには上下勾配を検
出して道路計測を行う際の検出値も誤差が大きくなる。

【０００６】そこで、カメラ間の光軸のずれをなくすた
めに、その光軸を平行に調整したうえでカメラを設置し
なければならないが、光軸を平行にした状態でカメラを
設置する組み立ては、機械的な誤差の存在によって正確
に行うことが難しいのが現状である。しかも、仮に、光
軸を平行にした状態でカメラを設置したとしても、走行
時での振動等の外乱によって平行状態が維持できなくな
ることもあり、このような事態をも考慮して設置時での
組み立て調整を行うことは殆ど無理である。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記従来の距離
測定方法、いわゆる、測距方法における問題に鑑み、カ
メラ間の光軸にずれが生じていても、常に安定した誤差
の少ない測距が行える測距方法および道路計測方法を提
供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、カメラの設置調整、
特に複数のカメラを組合わせて測距を行う際のカメラに
対する光軸調整を正確に行わなくても常に安定した測
距、カーブ径、勾配度の計測を可能にすることで、組み
立て誤差を矯正するためのコストを低減することが可能
な測距方法および測距装置および道路計測方法を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、上下一対のカメラにより道
路上の白線を撮影する行程と、上記両カメラ間の水平方
向取り付け角度差を検出する行程と、一方のカメラで撮
影した白線上の基準画像内での水平方向位置と高さ位置
とを検出する行程と、上記水平方向位置と上記水平方向
取り付け角度差と上記各カメラの焦点距離とに基づき他
方のカメラの画像内での水平方向対応位置を検出する行
程と、上記他方のカメラで撮影した白線上でかつ上記水
平方向対応位置にある位置を上記他方のカメラの画像内
での対応基準点として検出するとともに同対応基準点の
画像内での高さ位置を検出する行程と、上記各カメラ毎
に検出した上記各高さ位置と、各カメラの焦点距離と、
上記両カメラ間の基線長とに基づき上記基準点までの距
離を三角測量原理により測定する行程と、を備えている
ことを特徴としている。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の測
距方法において、上記水平方向対応位置は、ｘ：画像中心から対象物の写る位置までの水平方向長さ
（光軸ずれなし）ｘ₀：画像中心から対象物の写る位置までの水平方向長
さ（光軸ずれ有り）ｆ：結像レンズの焦点距離 φ：ヨー方向ずれ角とした場合、次の数式（１）

【００１１】

【数５】

【００１２】により求めることを特徴としている。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１記載の測
距方法において、撮影画像内での無限遠点水平方向位置
を上記各カメラ毎に検出し、上記無限遠点水平方向位置
と上記カメラの焦点距離とに基づき上記カメラの水平方
向取り付け角を上記各カメラ毎に検出し、上記各カメラ
の上記水平方向取り付け角に基づき上記水平方向取り付
け角度差を算出することを特徴としている。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項３記載の測
距方法において、上記各カメラの上記水平方向取り付け
角度（φ）は、Ｖ：カメラ撮影画像の垂直長さｆ：結像レンズの焦点距離ｌ_H∞：カメラ撮影画像左端から無限遠点までの水平長
さとした場合、次の数式（２）

【００１５】

【数６】

【００１６】により求めることを特徴としている。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１記載の測
距方法において、上記両カメラ間の上下方向取り付け角
度差を求め、上記距離を、同上下方向取り付け角度差
と、上記各カメラ毎に検出した上記各高さ位置と、各カ
メラの焦点距離と、上記両カメラ間の基線長とに基づき
三角測量原理により測定することを特徴としている。

【００１８】請求項６記載の発明は、請求項５記載の測
距方法において、上記距離をＬとした時、上記距離
（Ｌ）は、ｎ_U：上カメラによる画面中心からの垂直方向ずれ量ｎ_L：下カメラによる画面中心からの垂直方向ずれ量Ｗ：上下カメラ間の基線長ｆ：結像レンズの焦点距離 θ：垂直方向での上下カメラ間での相対ずれ角とした場
合、次の数式（３）

【００１９】

【数７】

【００２０】により求めることを特徴としている。

【００２１】請求項７記載の発明は、請求項５記載の測
距方法において、撮影画像内での無限遠点高さ位置を上
記各カメラ毎に検出し、上記無限遠点高さ位置と、上記
カメラの焦点距離とに基づき上記上下方向取り付け角を
上記各カメラ毎に検出し、上記各カメラの上記上下方向
取り付け角に基づき上記上下方向取り付け角度差を算出
することを特徴としている。

【００２２】請求項８記載の発明は、請求項７記載の測
距方法において、上記各カメラの上下方向での取り付け
角（θ）は、Ｖ：カメラ撮影画像の垂直長さｌ_V∞：カメラ撮影画像上端から無限遠点までの垂直長
さｆ：結像レンズの焦点距離とした場合、次の数式（４）

【００２３】

【数８】

【００２４】により求めることを特徴としている。

【００２５】請求項９記載の発明は、上下一対のカメラ
により道路上の白線を撮影する行程と、上記両カメラ間
の水平方向取り付け角度差を検出する行程と、一方のカ
メラで撮影した白線上の基準画像内での水平方向位置と
高さ位置とを検出する行程と、上記水平方向位置と上記
水平方向取り付け角度差と上記各カメラの焦点距離とに
基づき他方のカメラの画像内での水平方向対応位置を検
出する行程と、上記他方のカメラで撮影した白線上でか
つ上記水平方向対応位置にある位置を上記他方のカメラ
の画像内での対応基準点として検出するとともに同対応
基準点の画像内での高さ位置を検出する行程と、上記各
カメラ毎に検出した上記各高さ位置と、各カメラの焦点
距離と、上記両カメラ間の基線長とに基づき上記基準点
までの距離を三角測量原理により測定する行程と、上記
基準点または対応基準点における画像内道路幅を計測す
る行程と、画像内の直線平坦路モデル上で上記計測した
道路幅を持つ位置をモデル対応点として検出する行程
と、上記基準点または対応基準点と上記モデル対応点と
の画像内偏差を検出する行程と、上記画像内偏差と上記
距離とに基づき上記走行路における左右カーブまたはお
よび上下勾配を計測する行程と、を含むことを特徴とし
ている。

【００２６】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
道路計測方法において、上記両カメラ間の上下方向取り
付け角度差を求め、上記距離を、同上下方向取り付け角
度差と、上記各カメラ毎に検出した上記各高さ位置と、
各カメラの焦点距離と、上記両カメラ間の基線長とに基
づき三角測量原理により測定することを特徴としてい
る。

【００２７】

【実施例】以下、図示実施例によって本発明の詳細を説
明する。

【００２８】図１は、本発明による測距方法に用いられ
るシステム構成を示す図であり、図２は、本発明による
測距方法に用いられる処理を説明するためのフローチャ
ートである。

【００２９】図１において、符号１は、上下一対に配置
したＣＣＤセンサで構成されているステレオカメラ、同
３はカメラ１の画像を演算可能なデータあるいは表示可
能なデータに処理する画像処理装置、同５は走行路にお
ける対象物位置等、所要の計測データを得るための演算
装置、同６は各種データを記憶する入出力自在の記憶装
置（ＲＡＭ）、同７は演算プログラムを記憶する出力専
用の記憶装置（ＲＯＭ）、同２は撮影された画像および
演算あるいは計測結果を表示するディスプレイからなる
表示装置、同４は上記各要素間のデータを伝送するシス
テムバスである。図１に示したシステム構成による測距
方法は、図２に示す処理手順に基づいて実行される。

【００３０】図２において、まず、上下各カメラにより
得られる撮影画像のそれぞれから自車両近傍の左右白線
を認識し（Ｓ１）、この処理に基づいて上下各カメラに
よる画像の無限遠点を求めることにより（Ｓ２ー１）、
直線平坦路モデルを作成し（Ｓ２）、その無限遠点の位
置を割出すことにより上下各カメラにおける画像面上で
の垂直および水平方向での各カメラの取り付け角（光
軸）のずれ角を求めたうえで、それら各カメラ間での相
対ずれ角を求める（Ｓ３）。

【００３１】上記平坦路モデルから上下各カメラによる
画像面上での同一基準点を対応させてそれぞれ選定する
（Ｓ４）。

【００３２】この相対ずれ角を考慮して三角測量の原理
を用いた対象物までの距離を測定する（Ｓ５）。

【００３３】ステップＳ４にて選定された基準点に基づ
く道路幅計測を行い（Ｓ６）、直線平坦路モデル上でこ
の道路幅を持つ位置を検索し（Ｓ７）、カーブ成分、勾
配成分を計測して（Ｓ８）、カーブ径および勾配度を計
測する（Ｓ９）。

【００３４】ステップＳ７乃至９における処理は、上下
カメラの光軸ずれを考慮したうえで実行される。

【００３５】以下、各処理の詳細を説明する。

【００３６】まず、ステップＳ１にて実行される処理
は、ステップＳ２において実行される無限遠点を求める
ための前提の処理であり、例えば、次の処理が実行され
る。

【００３７】白線の認識は、実走行路面での道路に位置
する左右の白線を追尾することにより行われ、具体的な
手法としては、本願出願人の先願に係る特願平７ー１８
１７０５号の明細書に記載された方法が用いられる。こ
の場合の白線追尾は、上下カメラ毎に行われる。

【００３８】上記明細書に記載されている白線認識のた
めの白線検出方法は、路面上の白線が他の路面領域に比
べて輝度値が高いことを利用して、その輝度値に対する
閾値を設定することで白線の認識を行うようになってお
り、概ね次の処理が行われる。

【００３９】図３は、カメラ１によって撮影された実走
行路面の画像であり、画像中の道路８は、分りやすいよ
うに右に緩くカーブして描いてある。

【００４０】図３に示された画像を基に、白線を認識す
るための閾値を求める処理が行われる。この処理では、
自車両の直前の路面８ａでの輝度値を参考点として、複
数、例えば、水平方向に３点（ｉ、ｊ、ｋ）を選択し、
その各位置での輝度値を検出して閾値を求める。また
は、各サーチ領域内の平均輝度を求めて、その都度、閾
値（閾値＝サーチ領域内の平均輝度＋α（１５〜２
５））を決定してもよい。

【００４１】上記閾値を求めると、路面８ａでの白線が
存在するはずの大凡の場所を画像中から選択してその場
所を白線認識のための最初のサーチ領域Ａ１とする。こ
のサーチ領域Ａ１は、画面の垂直（上下）方向に、所定
の長さＬの１本の直線により表される。このようなサー
チ領域Ａ１において輝度を計測する。

【００４２】最初のサーチ領域Ａ１中で白線９が存在し
ていれば、その位置での輝度値が他の位置に比べてきわ
めて高くなるので、その輝度値の高い部分の点Ｐ１を、
とりあえず白線９として残しておく。

【００４３】最初のサーチ領域での白線認識が終わる
と、引続き、上記した点Ｐ１から、画像中で、白線９と
思われる領域が存在している右方向に予め決められてい
る所定の間隔で２番目のサーチ領域Ａ２を設定し、その
領域Ａ２内での輝度分布を検出して輝度値が飛び抜けて
高い部分の点Ｐ２を白線として認識する。

【００４４】図３から明らかなように、２つめの点Ｐ２
は、最初の点Ｐ１に非常に近い位置にあり、かつ、座標
上において点Ｐ１よりも高い位置にあるため容易に検出
することができる。そして、最初のサーチ領域Ａ１に対
する２番目のサーチ領域Ａ２は、上記所定間隔を以て位
置が決められる。

【００４５】各サーチ領域における輝度値の高い点Ｐ
１、Ｐ２が決定された後、３番目以降のサーチ領域を画
面の右方向へ前記所定の間隔を以て順次設定していく
と、これらサーチ領域が白線９から徐々にずれてくる。
そこで、前回検出位置と今回検出位置とから次回検出位
置を推定し、その予想位置を中心としてある長さ、例え
ば、前記したサーチ領域を表す所定の長さを有する領域
を次回のサーチ領域とする。つまり、最初の点Ｐ１と２
番目の点Ｐ２とを結ぶ直線の延長線上で、かつ、２番目
の点Ｐ２から右方向に前記所定の間隔をおいた位置を３
番目のサーチ領域の中心位置として設定し、その中心位
置を基準として所定の長さ（例えば４０画素程度）のサ
ーチ領域Ａ３を設定する。このように、順次、サーチ領
域を設定していくことにより、その領域での輝度値を検
出することで、白線の認識が可能になる。なお、上記明
細書には、白線認識に際して、２本の白線が近接して存
在している場合や白線と縁石とが近接している場合など
のように、同一のサーチ領域内で閾値を越える点（白線
候補）が２つ検出された場合の処理についての開示もな
されている。

【００４６】一方、白線の認識が行われると、その白線
に関する無限遠点を求めることで得られる直線平坦路モ
デル作成ための処理が実行される（Ｓ２）。

【００４７】この処理は、ステップＳ３に示した上下カ
メラのずれ角を求めるための処理であり、具体的には、
次の方法が採用されている。

【００４８】図４は、カメラ１にて撮影され画像処理装
置３に入力された画像が示されている。画像処理装置３
では、カメラ１の画像１０に実走行路画像１１における
路面左右に位置する白線１１ａ、１１ｂが画像ＲＡＭ上
にＣＣＤピクセルに対応するビットマップデータとして
描かれ、そのビットマップをカウントすることにより各
種画像データ領域の縦方向および横方向の長さが計測さ
れる。

【００４９】直線平坦路モデルは、次の処理により得ら
れる。図４に示した画像において、実走行路画像１１の
うちで自車両にきわめて近い位置で左右の白線１１ａ、
１１ｂ上の点をそれぞれ３点程度以上（図４中、符号ａ
1、ａ2、ａ3、ｂ1、ｂ2、ｂ3で示す箇所）計測し、これ
らａ1、ａ2、ａ3、ｂ1、ｂ2、ｂ3を最小自乗法によりそ
れぞれ直線近似することにより、カメラ１の前方に横幅
が一定で、自車両前面から遠近に相応してほぼ中央部が
直線的に収斂する直線平坦路モデル画像１２での左右の
直線１２ａ、１２ｂが得られる。この左右の直線１２
ａ、１２ｂの交点Ｎが直線１２ａ、１２ｂの無限遠点に
なる。図４では、カメラ１により撮影された同じ大きさ
の一定幅を有する実走行路画像１１における白線１１
ａ、１１ｂが直線平坦路モデル画像１２での左右の直線
１２ａ、１２ｂに重ね合わされて描写されているので、
路面が平坦であれば、画面１０の下端から上方への長さ
が自車両から前方への実水平距離を表している。

【００５０】直線平坦路モデルが作成されると、それを
参考に、上下各カメラの垂直方向および水平方向でのカ
メラ間での相対ずれ角が算出される（Ｓ３）。

【００５１】相対ずれ角の算出は、カメラの取り付け角
度差が存在している場合、その角度差を考慮して三角測
量による基準点間での距離を計測するための処理であ
り、次の通りである。まず、垂直方向に相当するピッチ
ング角について説明する。図５は、カメラ１の結像レン
ズ１９が水平線Ｙから角度θ傾斜して取り付けられた場
合の画像１０と対象物２０に相当する白線を有した道路
面と結像レンズ１９との位置関係を示す模式図である。
図５において、結像レンズ１９が上記した角度θだけ傾
斜したときのカメラ１から道路面２０までの距離（Ｌ）
は、次の数式（５）によって表される。

【００５２】

【数９】

【００５３】但し、ｆ：結像レンズ１９の焦点距離Ｖ：ＣＣＤ画像の垂直長さｔ：カメラ取り付け地上高さＬ：ｌに相当する実際の長さｌ：ＣＣＤ画像での上端からの長さ θ：ピッチング角とする。

【００５４】数式（５）において、無限遠点までの距
離、すなわち、Ｌ＝∞（無限大）とすると、次の関係の
数式（４）が得られる。

【００５５】

【数１０】

【００５６】但し、ｌ_V∞は、ＣＣＤ画像上端から無限
遠点Ｎまでの垂直長さとする。

【００５７】従って、ステップＳ２で求めた直線平坦路
モデルでの直線１２ａ、１２ｂの交点は無限遠点Ｎに相
当しているので、ＣＣＤ画像面１０の上端から無限遠点
Ｎまでの垂直長さを、上カメラの場合にｌ_VU∞とし、下
カメラの場合をｌ_VL∞とすると、上記数式（４）から、
各カメラのピッチング方向のずれ角（θ_U、θ_L）は次の
数式（６）、（７）となる。

【００５８】

【数１１】

【００５９】

【数１２】

【００６０】これら各カメラのずれ角から、上カメラを
基準とした場合の相対ずれ角（θｄ）は、 θd＝θ_U−θ_L となる。

【００６１】一方、水平方向に相当するヨー方向でのず
れ角に関しては、図５を垂直方向に回転させた場合に相
当する平面視での模式図を基にして、上記数式（４）と
同様にしてヨー角（φ）を求めると、次の数式（８）で
求められる。

【００６２】

【数１３】

【００６３】但し、ｌ_H∞は、ＣＣＤ画像１０の左端か
ら無限遠点Ｎまでの水平長さとする。

【００６４】従って、ＣＣＤ画像１０の左端から無限遠
点Ｎまでの水平長さを、上カメラの場合にｌ_HV∞とし、
下カメラの場合にｌ_HL∞とすると、式（６）を用いた場
合と同様に、次の数式（９）、（１０）となる。

【００６５】

【数１４】

【００６６】

【数１５】

【００６７】となり、上カメラを基準とすると、相対ず
れ角（φ_d）は、 φ_d＝φ_U−φ_L として求められる。

【００６８】一方、ステップＳ４での処理は、上記した
相対ずれ角が生じている場合に、その相対ずれ角を考慮
した上で対象物までの距離を計測する対象となる位置を
割出すための処理であり、上下カメラによるずれ角によ
って画像面に描かれている実走行路上での対象物の位置
がずれていても、両カメラ間で測距すべき対象物の位置
を整合させてずれ角が生じていない時と同じ条件下を得
る処理に相当している。

【００６９】図６は、水平方向に相当するヨー方向でず
れ角が生じている場合の基準点（対象物）とカメラ１お
よび結像レンズ１９との位置関係を示す模式図である。

【００７０】図６において、符号Ｐ_Uは、上カメラによ
る画像面を示し、符号Ｐ_Lは、下カメラによる画像面を
示している。なお、図６は、上カメラでの取り付け角度
にずれがないことを前提とし、この上カメラを基準とし
て下カメラに相対ずれ角が存在している場合を示してい
る。

【００７１】いま、図６において、ｘ：上カメラによる画像面中心から対象物２０が描かれ
ている位置までの水平長さ（光軸ずれなし）ｘ₀：下カメラによる画像面中心から対象物２０が描か
れている位置までの水平長さ（光軸ずれ有り）ｆ：結像レンズ１９の焦点距離 φ：ヨー方向ずれ角とした場合、次の数式（１）に示す関係が成立する。

【００７２】

【数１６】

【００７３】なお、上記ｘは、画像面上での座標から割
出される値である。

【００７４】従って、図７において、図６に示した対象
物２０を基準点と考え、光軸ずれのない方を上カメラ、
光軸ずれのある方を下カメラとし、上カメラによる画像
面での白線Ｌ_U上の基準点が画像面１０での水平方向中
心線（垂直線）Ｌ_Hからｘの位置にあるとすると、下カ
メラによる画像面での白線ＬＬ上で画像面中心からｘ₀
の位置を検索することにより、この点が光軸ずれのない
場合に整合する基準点として得られることになる。

【００７５】一方、上記ステップＳ３にて算出された垂
直方向および水平方向での上下カメラの相対ずれ角を用
いた対象物までの距離計測（Ｓ５）は、次の手順で実行
される。

【００７６】図８は、画像面１０と結像レンズ１９と対
象物２０との位置関係を示す模式図である。

【００７７】いま、図８において、Ｗ＝上下カメラ間の基線長ｆ＝結像レンズ１９の焦点距離ｎ_U＝上画像における画像中心から対象物２０までの垂
直長さｎ_L＝下画像における画像中心から対象物２０までの垂
直長さ θ_d＝上下カメラ間の相対ずれ角（ピッチング方向）と
すると、対象物２０までの距離（Ｌ）は、次の数式
（３）で表される。

【００７８】

【数１７】

【００７９】従って、図９において、符号ｎ_U、ｎLで示
す、画像面１０での垂直方向中心線ＬＶからのずれ量を
計測して数式（３）に代入すれば対象物２０までの距離
（Ｌ）を得ることができる。

【００８０】なお、上記した画像面１０での垂直方向中
心線ＬＶからのずれは、図８および図１０に示すように
方向性があるので、画像面１０の上端から対象物２０が
描かれている位置までの垂直高さを上カメラ、下カメラ
それぞれ、ｄ_U、ｄ_Lとすると、ずれ量（ｎ_U、ｎ_L）は、
次の式によって表される。

【００８１】ｎ_U＝Ｖ／２−ｄ_U ｎ_L＝ｄ_L−Ｖ／２但し、Ｖ：ＣＣＤ画像面１０の垂直長さステップＳ６では、ステップＳ４において求められた上
カメラおよび下カメラ同士で同一となる基準点を基にし
て道路幅計測が実行される。

【００８２】この処理は、ステップＳ８、Ｓ９において
実行される実走行路でのカーブ成分および勾配成分の計
測と実際のカーブ径および勾配度を求めるためのパラメ
ータ作りのために実行される処理であり、その詳細は、
本願出願人の先願に係る特願平６ー３４０５６３号の明
細書に詳述されている。

【００８３】図１１は、ステップＳ２において得られた
直線平坦路モデル画像１１であり、この直線平坦路モデ
ル画像１２が描かれている画像面１０において、実走行
路画像１１の左側端白線１１ａ上に、ステップＳ４にお
いて選定された基準点Ｐを設定し、基準点Ｐと、この基
準点Ｐを通る水平線が実走行路画像１１の右側端白線１
１ｂと交わる点Ｑとこの間の水平方向長さをｗとする
と、直線平坦路モデル画像１２の左側端白線１２ａと右
側端白線１２ｂとの間の水平方向長さが、上記実走行路
画像１１における水平長さと同じｗである白線１２ａ、
１２ｂ上の点ｐ、ｑを求める。これにより、実走行路画
像１１および直線平坦路モデル画像１２が同じ大きさの
横幅を有しているので、車両前面から画像面１０内の点
Ｐ、Ｑに相当する走行路の地点までの実水平距離と、画
像面１０内の点ｐ、ｑに相当する直線平坦路の地点まで
の水平方向距離が等しいことになる。これにより、直線
平坦路モデル画像１２上で、上下カメラにおける画像面
での同一位置にある基準点が選定されたことになる。

【００８４】上記処理により、基準点Ｐから点ｐまでの
水平方向の長さａは、実走行路画像１１の左側端白線１
１ａと直線平坦路モデル画像１２の左側端白線１２ａと
の間における基準点Ｐでの水平方向の画像偏差を表し、
また、基準点Ｐから点ｐまでの上下長さｈは、実走行路
画像１１の左側端白線１１ａと直線平坦路モデル画像１
２の左側端白線１２ａとの間における基準点Ｐでの上下
方向の画像間偏差を表している。

【００８５】一方、図１２に示されているように、画像
面１０上に倒立して描かれた水平画像１７と実像１８と
の間には、Ｖ：画像面１０全体の上下長さｆ：ＣＣＤカメラにおける結像レンズ１９の焦点距離ａ：水平画像１７の水平方向長さＬ：結像レンズ１９から実像までの実水平長さｔ：路面に対する結像レンズ１９の取付け高さｌ：画像面１０の上端から水平画像１７までの上下長さＡ：実像１８の水平距離とすると、次の数式（１１）が
成立する。

【００８６】

【数１８】

【００８７】このため、画像面１０において、実走行路
画像１１の左側端白線１１ａ上に適当な４つの基準点Ｐ
１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を設定し、これら各基準点にそれ
ぞれ相応して前記と同様に、図１３に要部が抽出して示
されているように、直線平坦路モデル画像１２の左側端
白線１２ａ上に各基準点と道路幅の大きさが等しい点ｐ
１、ｐ２、ｐ３、ｐ４を求め、点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ
４に対応する水平方向の画像間偏差をそれぞれａ１、ａ
２、ａ３、ａ４とし、また、上下方向の画像間偏差をそ
れぞれｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４とし、さらに、各点ｐ
１、ｐ２、ｐ３、ｐ４と画像面１０下端との上下長さを
それぞれｌ１、ｌ２、ｌ３、ｌ４とすると、上記数式
（１１）を使用することにより、画像面１０における上
記各水平方向長さａ１、ａ２、ａ３、ａ４を実際の水平
距離Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４にそれぞれ変換することが
できる。

【００８８】なお、ステレオカメラが装備されている車
両の前面から、画像面１０上の各点ｐ１、ｐ２、ｐ３、
ｐ４にそれぞれ相当する実際の左側端白線上における各
地点までの実水平距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は、画像
面１０上の上下長さｌ１、ｌ２、ｌ３、ｌ４からそれぞ
れ計測し、あるいは、ステレオカメラのステレオ画像に
基づく測距センサによりそれぞれ計測する。

【００８９】次に、図１４に示されているように、Ａー
Ｌ平面上において、点ｐ１(Ａ１、Ｌ１)、ｐ２(Ａ２、
Ｌ２)、ｐ３(Ａ３、Ｌ３)、ｐ４(Ａ４、Ｌ４)をそれぞ
れプロットすると、点ｐ１と点ｐ２、点ｐ２と点ｐ３、
点ｐ３と点ｐ４の各垂直２等分線ｍ１、ｍ２、ｍ３は、
それぞれ次の数式（１２）乃至（１４）で表される。

【００９０】

【数１９】

【００９１】

【数２０】

【００９２】

【数２１】

【００９３】数式（１２）及び数式（１３）より、垂直
２等分線ｍ１、ｍ２の交点（Ａ０１、Ｌ０１）を求める
と、次の数式（１５）および（１６）となる。

【００９４】

【数２２】

【００９５】

【数２３】

【００９６】上記式から、垂直２等分線ｍ１、ｍ２の交
点は、点ｐ１、ｐ２および点ｐ３を通る円の中心座標に
相当している。

【００９７】このことより、Ａ０１＞０であれば、実走
行路は、点Ｐ１〜点Ｐ３に相応する地点において右方向
にカーブし、Ａ０１＜０であれば、実走行路は、点Ｐ１
〜点Ｐ３に相応する地点において左方向にカーブし、Ａ
０１≒０であれば、実走行路は、点Ｐ１〜点Ｐ３に相応
する地点において略直線路であると判別することができ
る。

【００９８】また、実走行路でのこれらの地点における
水平面内の曲率半径Ｒ１は、上記円の半径として、次の
数式（１７）により近似的に求められる。

【００９９】

【数２４】

【０１００】上記と同様にして、数式（１３）、（１
４）により垂直２等分線ｍ２、ｍ３の交点を求め、その
座標から点Ｐ２〜点Ｐ４に相応する地点においては走行
路が左右いずれの方向にカーブしているかということ
と、これらの地点を通る円弧の曲率半径Ｒ２とを求める
ことができる。

【０１０１】さらに、数式（１５）〜（１７）により、
点ｐ１、点ｐ２および点ｐ３を通る円の方程式は、次の
数式（１８）で表される。

【０１０２】

【数２５】

【０１０３】上記数式（１８）において、Ａ＝０とする
と、上記式から次の数式（１９）が得られる。

【０１０４】

【数２６】

【０１０５】数式（１９）におけるＬの値は、実走行路
のカーブが車両の約何ｍ先から始まっているかを表して
いることになる。

【０１０６】他方、図１５に示されているように、画像
面１０上に倒立して描かれた上下方向画像２０とその実
像２１との間には、Ｖ：画像面１０全体の上下高さｆ：ＣＣＤカメラにおける結像レンズ１９の焦点距離ｈ：上下方向画像２０の上下長さＬ：結像レンズ１９から実像２１までの実水平距離ｔ：路面に対する結像レンズ１９の取り付け高さｌ：画像面１０の上端から上下方向画像２０までの上下
長さＨ：実像２１の上下距離とすると、次の数式（２０）が成立する。

【０１０７】

【数２７】

【０１０８】従って、数式（２０）を利用することによ
り、図１３に示された画像面１０における各上下長さｈ
１、ｈ２、ｈ３、ｈ４を実際の上下距離Ｈ１、Ｈ２、Ｈ
３、Ｈ４にそれぞれ変換することができる。

【０１０９】次に、図１６に示されているように、Ｌー
Ｈ平面上において、点Ｐ１(Ｌ１、Ｈ１)、点ｐ２(Ｌ
２、Ｈ２)、点ｐ３(Ｌ３、Ｈ３)、点ｐ４(Ｌ４、Ｈ４)
をそれぞれプロットし、各点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４を
通る近似直線Ｓを最小自乗法により引き、その近似直線
Ｓが、数式（２１）

【０１１０】

【数２８】

【０１１１】と表されると、実走行路の勾配角度
（θ_C）は、次の数式（２２）によって近似的に求める
ことができる。

【０１１２】

【数２９】

【０１１３】すなわち、θ_C＞０であれば、実走行路は
点Ｐ１〜点Ｐ４に相応する地点において勾配角度θ_Cの
上り坂と判定し、θ_C＜０であれば、実走行路は点Ｐ１
〜点Ｐ４に相応する地点において勾配角度θ_Cの下り坂
と判定し、θ_C≒０であれば、実走行路は点Ｐ１〜点Ｐ
４に相応する地点において略平坦路であると判定するこ
とができる。

【０１１４】また、数式（２１）において、Ｈ＝０とす
ると、Ｌ＝β すなわち、実走行路の勾配が車両の前方約βの距離から
始っていると推定することができる。

【０１１５】以上のように、点Ｐ１〜点Ｐ４に相応する
実走行路の地点において、実走行路が左右のいずれの方
向にカーブしているか、あるいは、実走行路が直線路で
あるかどうかが簡単に推定できるとともに、実走行路が
左右いずれかの方向にカーブしているときには、そのカ
ーブの曲率半径を数量的に算出することができる。

【０１１６】さらに、点Ｐ１〜点Ｐ４に相応する地点に
おいて、実走行路に上下いずれの勾配が現れるか、ある
いは、実走行路が平坦路であるかどうかが簡単に推定で
き、しかも、実走行路に上下いずれかの勾配が現れる時
には、その勾配を数量的に算出することができる。これ
により、前方の走行路において、左右のカーブと上下の
勾配とが組み合わされて現れても、その状況を正確に把
握することができる。

【０１１７】特に、上記左右のカーブや勾配の推定に際
しては、上下カメラの取り付け角度を求めてその取り付
け角度差を算出した上で、その角度差を考慮しながら上
記カーブあるいは勾配の成分を算出するので、例え、上
下カメラ同士の光軸が平行していなくても、その誤差に
応じてカメラの光軸調整をこ行うことなくカーブおよび
勾配の各成分を算出することができる。

【０１１８】上記したカメラの取り付け角度差を考慮し
た場合の対象物までの距離の測定およびカーブ径、勾配
度を含む道路計測は、図１７に示すフローチャートに基
づいて行われる。

【０１１９】図１７において、まず、上下カメラ１によ
り撮像された画像上での左右白線を図３を用いて説明し
た手法により認識する（Ｓ１０）。白線の認識が行われ
ると、画像上での基線側の左右の白線１１ａ、１１ｂ
（図４参照）上の３点程度以上を計測して左右それぞれ
の計測点を最小自乗法により直線近似し（Ｓ１１）、直
線平坦路モデル画像１２を作成する。

【０１２０】直線近似された左右の白線１２ａ、１２ｂ
の交点から道路上での無限遠点Ｎを計測し（Ｓ１２）、
その無限遠点Ｎを求めた後に、上下方向（ピッチング方
向）および水平方向（ヨー方向）での上下カメラの相対
ずれ角を算出する（Ｓ１３）。この処理では、上下方向
に相当するピッチング方向での上下各カメラ１の取り付
け角度（θ_U、θ_L）を上記した数式（６）〜（８）に基
づき算出し、この算出結果から、上下方向での相対ずれ
角（θ_d）を算出する。また、水平方向に相当するヨー
方向での相対ずれ角（φ_d）も同様にして上記数式
（９）〜（１１）により得られる上下カメラの取り付け
角を基にして算出する。

【０１２１】上記ステップＳ１３の処理後、上下カメラ
間での相対ずれ角が生じていてもその各カメラにより撮
影された対象物の位置を整合させるための基準点が選定
される（Ｓ１４）。この処理では、図１１を用いて説明
した手法により直線平坦路モデル画像１２上での上下カ
メラ同士の同一基準点が選定される。

【０１２２】一方、Ｓ１５では、ステップＳ１３によっ
て算出された相対ずれ角を基にした三角測量の原理によ
り、上記数式（３）を用いて対象物２０までの距離が計
測される。この場合の対象物２０は、ステップＳ１４に
おいて上下カメラ間で描かれた画像面での同一基準点が
対象とされるので、仮に、上下カメラにずれ角が生じて
いても、ずれ角を矯正することなく測距することができ
る。

【０１２３】ステップＳ１６では、ステップＳ１４にて
選定された基準点での道路幅計測が行われ、ステップＳ
１７においてその道路幅を持つ位置が直線平坦路モデル
画像１２上で検索され、その位置でのカーブ成分および
勾配成分が計測されて（Ｓ１８）、カーブ径ならびに勾
配度が算出される（Ｓ１９）。

【０１２４】

【発明の効果】以上のように請求項１乃至請求項１０記
載の発明によれば、一対のカメラを用いた両眼立体視法
による距離計測あるいはカーブ径、勾配度の計測に際し
て、一対のカメラ間に光軸のずれが発生していても、そ
のずれを考慮した計測が行えるので、光軸を考慮しない
場合と比べて計測精度を向上させることが可能になる。

【０１２５】特に、請求項１および２記載の発明によれ
ば、一対のカメラ間の水平方向取り付け角度差を考慮し
て両カメラの画像ないで白線上の同一点を特定すること
で白線上の基準点間での距離を三角測量できるので、計
測する基準点の位置を他方のカメラの画像情報だけでは
特定できなくても精度よく距離を計測することができ、
しかも、敢えて各カメラの水平方向での光軸を正確に調
整する必要がないので、調整のための作業を不要として
も、常に安定した測距、カーブ径、勾配度の計測を可能
にすることができる。これにより、組み立て誤差を矯正
するためのコストを低減することが可能になる。

【０１２６】請求項２および３記載の発明によれば、一
対のカメラ間での水平方向の取り付け位置および取り付
け角度差を容易かつ正確に測定することができる。

【０１２７】請求項５乃至８記載の発明によれば、一対
のカメラ間での上下方向の取り付け角度差を考慮した上
で三角測量を行うので、カメラ間に取り付け角度差が生
じていてもその角度差を矯正する作業を不要にしてカメ
ラ間での光軸調整に要する組み立てコストを低減するこ
とができるとともに、光軸調整を不要にしても精度のよ
い距離計測が可能になる。

【０１２８】請求項９および１０記載の発明によれば、
水平方向でのカメラ間の取り付け角度差をを考慮した上
で左右カーブおよびまたは上下勾配を計測することがで
きるので、取り付け角度差を矯正することなく精度が高
い各計測値を得ることが可能になる。しかも、カメラ間
での取り付け角度差を矯正する作業を不要にすることが
できるので、取り付け角度に相当するカメラ間での光軸
調整作業に要する組み立てコストの低減が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による測距方法および道路計測方法に用
いられる測距装置の要部構成を説明するためのブロック
図である。

【図２】本発明による測距方法および道路計測方法の処
理内容を説明するためのフローチャートである。

【図３】図１に示した構成に示されているカメラによっ
て撮影された白線認識の対象となる実走行路面の画像を
示す図である。

【図４】図１に示したカメラにて撮影され画像処理装置
に入力された画像を示す図である。

【図５】カメラの結像レンズが上下方向に対して傾斜し
て取り付けられた場合の画像と対象物と結像レンズとの
位置関係を示す模式図である。

【図６】上下カメラを用い、下カメラの結像レンズが水
平方向に傾斜した状態で取り付けられた場合の画像と対
象物との位置関係を示す模式図である。

【図７】図６に示した水平方向での位置関係の基で上下
カメラにて撮影され画像処理装置に入力された画像を示
す図である。

【図８】図５に示した上下方向での位置関係の基で対象
物までの距離を計測するための上下カメラ、画像、対象
物の位置関係を示す模式図である。

【図９】図８に示した位置関係の基で上下カメラにて撮
影され画像処理装置に入力される画像を示す図である。

【図１０】図８に示した位置関係の基で上下カメラの取
り付け角度差の方向性を説明するための線図である。

【図１１】上下カメラにて撮影され画像入力装置に入力
された画像とその画像からの直線平坦路モデル画像を示
す図である。

【図１２】カメラにて撮影された水平画像と実像との関
係を説明するための模式図である。

【図１３】カメラにて撮影された実走行路と直線平坦路
モデル画像とにおける同一基準点を求めるための説明の
ための画像を示す図である。

【図１４】図１３に示した画像において選定された同一
基準点の座標位置をプロットした図である。

【図１５】カメラにて撮影された上下画像と実像との関
係を説明するための模式図である。

【図１６】図１５に示した上下画像と実像とにおける同
一基準点の座標位置をプロットした図である。

【図１７】図１に示した構成の作用を説明するためのフ
ローチャートである。

【図１８】両眼立体視法による測距原理を説明するため
の模式図である。

【符号の説明】

１カメラ２表示装置３画像処理装置４記憶装置５演算装置を構成するＣＰＵ６記憶装置Ａ１、Ａ２白線認識のためのサーチ領域Ｎ画像上での道路面の無限遠点 θ 上下方向（ピッチング方向）のカメラ取
り付け角度 θ_U 上カメラにおける上下方向の取り付け角 θ_L 下カメラにおける上下方向の取り付け角 θ_d 上下方向でのカメラ間の取り付け角度差
（相対ずれ角） φ 水平方向（ヨー方向）のカメラの取り付
け角 φ_U 上カメラにおける水平方向の取り付け角 φ_L 下カメラにおける水平方向の取り付け角 φ_d 水平方向でのカメラ間の取り付け角度差
（相対ずれ角）Ｌ対象物までの距離ｘ₀ 水平方向での上下カメラ間での対応位置ｎ_U 上カメラによる画面中心からの垂直方向
ずれ量ｎ_L 下カメラによる画面中心からの垂直方向
ずれ量ｆ結像レンズの焦点距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下一対のカメラにより道路上の白線を撮
影する行程と、上記両カメラ間の水平方向取り付け角度差を検出する行
程と、一方のカメラで撮影した白線上の基準画像内での水平方
向位置と高さ位置とを検出する行程と、上記水平方向位置と上記水平方向取り付け角度差と上記
各カメラの焦点距離とに基づき他方のカメラの画像内で
の水平方向対応位置を検出する行程と、上記他方のカメラで撮影した白線上でかつ上記水平方向
対応位置にある位置を上記他方のカメラの画像内での対
応基準点として検出するとともに同対応基準点の画像内
での高さ位置を検出する行程と、上記各カメラ毎に検出した上記各高さ位置と、各カメラ
の焦点距離と、上記両カメラ間の基線長とに基づき上記
基準点までの距離を三角測量原理により測定する行程
と、を備えていることを特徴とする測距方法。
【請求項２】請求項１記載の測距方法において、上記水平方向対応位置は、ｘ：画像中心から対象物の写る位置までの水平方向長さ
（光軸ずれなし）ｘ₀：画像中心から対象物の写る位置までの水平方向長
さ（光軸ずれ有り）ｆ：結像レンズの焦点距離 φ：ヨー方向ずれ角とした場合、次の数式（１）【数１】により求めることを特徴とする測距方法。
【請求項３】請求項１記載の測距方法において、撮影画像内での無限遠点水平方向位置を上記各カメラ毎
に検出し、上記無限遠点水平方向位置と上記カメラの焦点距離とに
基づき上記カメラの水平方向取り付け角を上記各カメラ
毎に検出し、上記各カメラの上記水平方向取り付け角に基づき上記水
平方向取り付け角度差を算出することを特徴とする測距
方法。
【請求項４】請求項３記載の測距方法において、上記各カメラの上記水平方向取り付け角度（φ）は、Ｖ：カメラ撮影画像の垂直長さｆ：結像レンズの焦点距離ｌ_H∞：カメラ撮影画像左端から無限遠点までの水平長
さとした場合、次の数式（２）【数２】により求めることを特徴とする測距方法。
【請求項５】請求項１記載の測距方法において、上記両カメラ間の上下方向取り付け角度差を求め、上記距離を、同上下方向取り付け角度差と、上記各カメ
ラ毎に検出した上記各高さ位置と、各カメラの焦点距離
と、上記両カメラ間の基線長とに基づき三角測量原理に
より測定することを特徴とする測距方法。
【請求項６】請求項５記載の測距方法において、上記距離をＬとした時、上記距離（Ｌ）は、ｎ_U：上カメラによる画面中心からの垂直方向ずれ量ｎ_L：下カメラによる画面中心からの垂直方向ずれ量Ｗ：上下カメラ間の基線長ｆ：結像レンズの焦点距離 θ：垂直方向での上下カメラまでの相対ずれ角とした場
合、次の数式（３）【数３】により求めることを特徴とする測距方法。
【請求項７】請求項５記載の測距方法において、撮影画
像内での無限遠点高さ位置を上記各カメラ毎に検出し、上記無限遠点高さ位置と、上記カメラの焦点距離とに基
づき上記上下方向取り付け角を上記各カメラ毎に検出
し、上記各カメラの上記上下方向取り付け角に基づき上記上
下方向取り付け角度差を算出することを特徴とする測距
方法。
【請求項８】請求項７記載の測距方法において、上記各カメラの上下方向での取り付け角（θ）は、Ｖ：カメラ撮影画像の垂直長さｌ_v∞：カメラ撮影画像上端から無限遠点までの垂直長
さｆ：結像レンズの焦点距離とした場合、次の数式（４）【数４】により求めることを特徴とする測距方法。
【請求項９】上下一対のカメラにより道路上の白線を撮
影する行程と、上記両カメラ間の水平方向取り付け角度差を検出する行
程と、一方のカメラで撮影した白線上の基準画像内での水平方
向位置と高さ位置とを検出する行程と、上記水平方向位置と上記水平方向取り付け角度差と上記
各カメラの焦点距離とに基づき他方のカメラの画像内で
の水平方向対応位置を検出する行程と、上記他方のカメラで撮影した白線上でかつ上記水平方向
対応位置にある位置を上記他方のカメラの画像内での対
応基準点として検出するとともに同対応基準点の画像内
での高さ位置を検出する行程と、上記各カメラ毎に検出した上記各高さ位置と、各カメラ
の焦点距離と、上記両カメラ間の基線長とに基づき上記
基準点までの距離を三角測量原理により測定する行程
と、上記基準点または対応基準点における画像内道路幅を計
測する行程と、画像内の直線平坦路モデル上で上記計測した道路幅を持
つ位置をモデル対応点として検出する行程と、上記基準点または対応基準点と上記モデル対応点との画
像内偏差を検出する行程と、上記画像内偏差と上記距離とに基づき上記走行路におけ
る左右カーブまたはおよび上下勾配を計測する行程と、
を含むことを特徴とする道路計測方法。
【請求項１０】請求項９記載の道路計測方法において、上記両カメラ間の上下方向取り付け角度差を求め、上記距離を、同上下方向取り付け角度差と、上記各カメ
ラ毎に検出した上記各高さ位置と、各カメラの焦点距離
と、上記両カメラ間の基線長とに基づき三角測量原理に
より測定することを特徴とする道路計測方法。