JPH10147199A - 車両用監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビデオカメラで撮像して得た画像において、
所定時間毎に同一点の移動をオプティカルフローとして
高速に認識することができるようにした車両用監視方法
を提供する。 【構成】 走行している自車両から撮像して得た所定時
間相前後する２コマの画像中の同一点の移動をオプティ
カルフローとして検出して自車両に対する他の車両又は
路上障害物の相対関係を監視する。所定時間相前後する
２コマの画像で輝度差を求め、この輝度差がある一定の
しきい値を越えた点についてオプティカルフローを求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車などの車両に設
置したビデオカメラによって撮像した画像を用いて、車
両の走行の際に他の車両又は障害物を監視して検知し、
例えば運転者に警告を与えるための車両用監視方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の方法として、例えば特願
平２−２４１８５５号公報に開示されたものがある。同
公報に開示された方法は、走行している自車両から前景
を撮影し、この撮影した前景の同一点の移動を所定時間
毎にオプティカルフローとして認識し、このオプティカ
ルフローと前方車両との車間距離を測定する距離センサ
をもとに自車両に対する先行車両の位置、相対速度から
なる情報を得、この情報をもとに危険と判断した場合に
運転者にその旨を知らせるものである。

【０００３】また、オプティカルフローを求めるため
に、従来、２コマの画像間で対応する点を検出するマッ
チング法と呼ばれる手法が採用されていた。このマッチ
ング法は、図９（ａ）に示す時点ｔにおける画像上にお
いて着目する画素Ｐに対し窓Ｗ１をとり、画像内全域又
は周辺の領域に対し窓を移動しながら相関値を計算し、
図９（ｂ）に示すように、相関値が最大となった窓Ｗ２
の点を対応点、すなわち対応する画素Ｑとして求め、こ
のＰＱ（矢印）がオプティカルフローとなる。上記相関
値を求めるためには、 Σ（Ｗ１_(x,y) ×Ｗ２_(x,y) ）／（ΣＷ１² _(x,y) ×ΣＷ２² _(x,y) ）^1/2 ……（１） なる計算を行う。なお、Ｗ１_(x,y) ，Ｗ２_(x,y) は窓Ｗ
１，Ｗ２内の（ｘ，ｙ）座標の出力である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の方法では、オプティカルフローを求めるために、２
枚の画像間で対応する点を検出するという演算処理を行
う必要があるが、上述したようにこの演算処理は、ある
一点の対応点を検出するために、画像内の一画素に対
し、画像内の全領域あるいは周辺の領域の全ての画素に
対して検索を行うといったものである。画像全体にわた
って対応点を検出するためには、この処理を全画素に対
して行わなければならない。また、検索を行うために指
標として使用する相関値を求めるためにも多くの計算を
必要とする。

【０００５】従って、計算量が膨大になるため実時間化
が困難であったり、実現するためには、高速度の演算処
理装置を必要とするため装置自体が高価格化してしまう
というような問題があげられる。

【０００６】よって本発明は、上述した従来の問題点に
鑑み、ビデオカメラで撮像して得た画像において、所定
時間毎に同一点の移動をオプティカルフローとして高速
に認識することができるようにした車両用監視方法を提
供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によりなされた車両用監視方法は、走行している
自車両から撮像して得た所定時間相前後する２コマの画
像中の同一点の移動をオプティカルフローとして検出
し、自車両に対する他の車両又は路上障害物の相対関係
を監視する車両用監視方法において、所定時間相前後す
る２コマの画像で輝度差を求め、該輝度差がある一定の
しきい値を越えた点についてオプティカルフローを求め
ることを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記方法によれば、画像内に含まれる空や路面
のように時間的な輝度変化のない場所があることに着目
して、所定時間相前後する２コマの画像で輝度差を求
め、該輝度差がある一定のしきい値を越えた点について
オプティカルフローを求めるようにしているので、オプ
ティカルフローを求める画像内の点の数が大幅に減少
し、無駄な処理を省くことが可能となり処理の高速化が
図られる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明による方法を実施するための装置の
構成を示し、同図において、１は前景を撮像するビデオ
カメラ、２はビデオカメラ１によって得られた画像を入
力し、後述する画像処理を行う演算処理装置、３は自車
両の速度を計測する速度計、４は演算処理装置２の画像
処理結果と速度計３から得られる自車両速度とを入力し
て危険度判定処理を行う演算処理装置、５は警報装置で
ある。

【００１０】図２は、ビデオカメラ１によって得られる
前景画像の変化を説明するための図であり、（ｂ）は
（ａ）に示す自車両を含む状況においてビデオカメラ１
が時間ｔで撮像した画像、（ｃ）は時間ｔ＋Δｔで撮像
した画像をそれぞれ示す。

【００１１】今、自車両は平坦な道を直進しているとす
る。例えば（ａ）に示される道路標識及び建物に注目す
ると、時間の経過により時間ｔ、時間ｔ＋Δｔにおい
て、（ｂ）、（ｃ）に示されるような画像が得られる。
この２枚の画像において対応する点を捜しそれらを結ぶ
と（ｄ）に示されるような速度ベクトルが得られる。こ
れがオプティカルフローである。

【００１２】ここでこれらオプティカルフローは、画像
内のＦＯＥ（Focus of Expansion）とよばれる１点から
放射状に現れる。ＦＯＥとは、無限遠点又は消失点と呼
ばれ、車両が直進している場合画像上において自車両の
進行方向を示す１点に対応する。このように、自車両が
走行している場合に求められるオプティカルフローは、
ＦＯＥから放射状の方向である。ここで先行他の車両か
ら発せられたオプティカルフローは、自車両に対する先
行する他の車両の位置、相対速度からなる情報を含んで
おり、オプティカルフローが長い程危険度が高いと考え
られる。

【００１３】次に、その詳細を図３を参照して説明す
る。同図の光学的配置おいて、１１はビデオカメラのレ
ンズ、１２はビデオカメラのイメージプレーン、ｆはレ
ンズ１１からイメージプレーン１２までの距離、Ｐ
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は先行する他の車両又は障害物上の任意
の１点、ｐ（ｘ，ｙ）はイメージプレーン１２上の点Ｐ
に対応する点とすると、３角形の相似の比から ｘ＝ｆ・Ｘ／Ｚ ……（２） となる。

【００１４】この式を変形して、時間微分すると、 Ｘ’＝（Δｘ／Δｔ・Ｚ＋ｘ・Ｚ’）／ｆ ……（３） となる。また、オプティカルフローのｘ方向成分ｕとは ｕ＝Δｘ／Δｔ ……（４） であるので、これを用いて Ｚ＝（ｆ・Ｘ’−ｘ・Ｚ’）／ｕ ……（５） となる。

【００１５】ここで Ｚ’＝先行する他の車両ないし障害物と自車両との相対速度＝−α …… （６） であるから上式（５）は Ｚ＝（ｆ・Ｘ’＋ｘα）／ｕ ……（７） となる。よってオプティカルフローのｘ方向成分ｕは ｕ＝（ｆ・Ｘ’＋ｘα）／Ｚ ……（８） となる。Ｙについても同様に求まる。

【００１６】よって上式（８）より、Ｚが小、すなわち
先行する他の車両又は障害物までの距離が小である程、
又はαが大、すなわち先行する他の車両との相対速度が
大である程、オプティカルフローのｘ成分は大きくな
る。これはＹ方向についても同様である。従って、オプ
ティカルフローは先行する他の車両などとの距離が小さ
い程、更に相対速度が大きい程長くなり、これよりオプ
ティカルフローが短いときより長いときの方が相対的に
先行する他の車両又は障害物に対する危険度が大きいと
考えられる。

【００１７】本発明では、オプティカルフローがＦＯＥ
から放射状の向きに求められるということを利用し、高
速にオプティカルフローを求めるようにしており、その
方法を図４に基づいて以下説明する。

【００１８】図４は、高速にオプティカル・フローを求
める方法の一実施例を示した図である。まず、始めに時
間ｔでの画像において着目する一点に対しＦＯＥから放
射状の方向に細長い窓を設定する（図４（ａ））。次
に、時間ｔ＋Δｔでの画像において、窓をＦＯＥから放
射状の方向に一点づつ移動しながら、時間ｔでの窓との
輝度差の絶対値の総和を求める。そして総和が最小にな
ったときの窓の移動量が、着目する一点の速度ベクトル
として求められる（図４（ｂ））。なお、上記輝度差
は、窓を構成する各画素について、例えば（ａ）及び
（ｂ）に○で示す対応する位置の画素間のものである。
以上のような処理を時間ｔの画像の全ての点において繰
り返し行うことにより、画像全体のオプティカルフロー
を求めることができる。

【００１９】また、従来の方法では、対応する窓同士を
比べる際に、相互相関値を用いていた。それに対し本発
明の方法では、輝度差の絶対値の総和を用いているの
で、計算量の軽減となり、処理の高速化が行える。

【００２０】本発明では更に、画像内の全ての点に対し
速度ベクトルを求めているのではなく、時間ｔと時間ｔ
＋Δｔとの画像で輝度差を求め、その輝度差である一定
のしきい値を越えた点だけに対し処理を行うようにして
いる。

【００２１】一般に、車両走行中に前景を映した画像に
は、空や路面のように時間的な輝度変化がない場所が多
い。このような場所では、原理的にオプティカルフロー
を求めることが不可能である。従って、本発明の方法の
ように、時間ｔでの画像と時間ｔ＋Δｔでの画像内で、
輝度差のあるとことに着目して処理を行うことにより、
無駄な処理を省くことが可能となり高速化が行える。

【００２２】上述したような方法によって、高速にオプ
ティカルフローが求められる。しかし、ここで求まった
オプティカルフローには、道路以外の風景や路面の車線
などの障害物ではないものによって生じているオプティ
カルフローが含まれている。従って、ここで求められて
いるオプティカルフローを用いて前方の障害物の存在又
はその障害物による危険度を求めることは困難である。
よって、道路外の風景や路面の車線から生じているオプ
ティカルフローを除去する必要がある。次に、この方法
について説明する。

【００２３】図５は、道路外の風景によるオプティカル
フローを除去する方法の一実施例である。同図において
斜線が引かれている位置が、道路上を示しているとし
て、それ以外の場所では、処理を行わないものとする。
こうすることにより、始めから道路外の風景から生じる
オプティカルフローは求まらないことになり、なおかつ
領域を制限することにより、処理時間の高速化が行える
こととなる。

【００２４】次に、路面上のマークを消す方法について
図を用いて説明する。図６はこの方法の一実施例であ
り、まず光学的構成を説明する。図６はビデオカメラを
設置した車両が直進する代わりに、路面全体が近づいて
きたと仮定して描かれている。１１は前方を撮像するビ
デオカメラのレンズ、１２はビデオカメラのイメージプ
レーンを示す。１３及び１４は移動前後の車線を表して
いる。レンズの中心を原点とする３次元座標と、イメー
ジプレーン２上で上記ＦＯＥを原点とする２次元座標を
考える。

【００２５】移動前の車線の位置をＰ（Ｘ，Ｙ，Ｚ＋Δ
Ｚ）、Ｚ方向にΔＺ移動後の位置をＱ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と
すると、２つの３角形の相似比より式（１）のようにオ
プティカルフローの生じている車線のビデオカメラまで
の高さを知ることができる。 Ｙ＝ｙ² ΔＺ／ｆΔｙ ……（９） この求まった高さ情報を用いて、高さがビデオカメラ高
と一致している、つまり路面上のマークなどによって生
じているオプティカルフローを除去することができる。

【００２６】ここで、ΔＺは２枚の画像の時間間隔Δｔ
の間に前進した距離であり、車両速度を知ることにより
求めることができる。以上説明したような処理によっ
て、前方の障害物以外から生じているオプティカルフロ
ーを除去することが可能となる。従って、いま残されて
いるオプティカルフローの位置及び長さから前方の障害
物がどの程度危険であるかを示す危険度を求めることが
可能となる。

【００２７】次に、危険度を求める方法について説明す
る。図７はこの方法の一実施例を示すものである。まず
構成を説明すると、I 〜IVの各領域はそれぞれ自車線の
遠方、自車線の近方、隣車線の遠方、隣車線の近方を示
している。ここで危険度は、各領域に存在するオプティ
カルフローの長さの総和に対して各区域毎に重み付け
し、この重み付けした値によって求められる。更に、各
領域毎に所定のしきい値を設定しておき、フロー長さの
総和がこのしきい値を越えたらしきい値を越えた領域は
危険と判断される。しきい値を数レベル設定しておき、
危険度のレベルを判断することもできる。

【００２８】最後に、求められた危険度の大きさに従っ
て警報を鳴らすことによって運転者に対し注意を促せる
ことが可能となる。また、ディスプレイ上にどの領域が
どの程度危険かを表示することも可能になる。さらに危
険レベルにより警報の音色などの種類を変えることも可
能である。

【００２９】以上説明した本発明の方法による画像処理
の手順を要約して示すと、図８のようになる。まず、ス
テップＳ１において時間ｔでの画像を取り込み、次にス
テップＳ２において時間ｔ＋Δｔでの画像を取り込む。
その後ステップＳ３においてＦＯＥの設定を行い、続く
ステップＳ４において処理領域の設定を行う。続いてス
テップＳ５に進み、ここで時間ｔと時間ｔ＋Δｔの画像
で輝度差が一定のしきい値を越えた領域を抽出する。そ
の後ステップＳ６に進んで抽出した領域内でオプティカ
ルフローを求め、次のステップＳ７において道路上のオ
プティカルフローを除去し、更に次のステップＳ８にお
いて各区域毎に重み付けした値によって危険度を計算す
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、輝
度差のあるとことに着目して処理を行うことにより、無
駄な処理を省くことが可能となり高速化が図られ、実時
間処理が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法を実施するための装置の一例
を示すブロック図である。

【図２】図１のビデオカメラが撮像する前景、画像及び
得られるオプティカルフローを示す図である。

【図３】本発明の方法による障害物などの検出の仕方を
説明するための図である。

【図４】本発明の方法によりオプティカルフローの求め
方を説明するための図である。

【図５】本発明の方法によりオプティカルフローの求め
るため設定した領域の一例を示す図である。

【図６】本発明の方法により路面上の車線によるオプテ
ィカルフローの除去の仕方を説明するための図である。

【図７】本発明の方法により危険度を判定するため分け
た区域の一例を示す図である。

【図８】本発明の方法の一連の処理を示す図である。

【図９】従来の方法の問題点を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ ビデオカメラ ２，４ 演算処理装置 ５ 警報装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｇ０６Ｆ 15/62 ３８０ (72)発明者 佐々木 一幸 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行している自車両から撮像して得た所
   定時間相前後する２コマの画像中の同一点の移動をオプ
   ティカルフローとして検出し、自車両に対する他の車両
   又は路上障害物の相対関係を監視する車両用監視方法に
   おいて、 所定時間相前後する２コマの画像間で各点の輝度差を求
   め、該輝度差がある一定のしきい値を越えている点につ
   いてのみオプティカルフローを求めることを特徴とする
   車両用監視方法。