JPH11344334A - 車両原動力を決定するための方法 - Google Patents

車両原動力を決定するための方法

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JPH11344334A
JPH11344334A JP11080780A JP8078099A JPH11344334A JP H11344334 A JPH11344334 A JP H11344334A JP 11080780 A JP11080780 A JP 11080780A JP 8078099 A JP8078099 A JP 8078099A JP H11344334 A JPH11344334 A JP H11344334A
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vehicle
camera
determining
motion
analyzing
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JP11080780A
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Jr Arthur Clifford Hart
クリフォード ハート,ジュニヤ アーサー
Matthew A Kordys
エー.コーディズ マシュー
Vishvjit Singh Nalwa
シング ナルワ ヴィシヴジット
Sarma V G K Pingali
ヴィ.ジー.ケー.ピンガリ サーマ
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Nokia of America Corp
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Lucent Technologies Inc
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    • G01P3/36Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01P3/38Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light using photographic means

Abstract

(57)【要約】 【課題】 走行中、車両の少なくとも1つの原動力、特
にスリップ角を決定する方法。 【解決手段】 この方法は、車両が路面上を進むとき、
路面特徴の1つ以上のカメラ画像中の運動を、リアルタ
イムでかつ車両自体から光学的に監視するステップを含
む。路面特徴が所定時間に移動する方向は、光学監視機
器の方向に対する車両運動の実際の方向を表す。この運
動の実際の方向と、光学監視機器の知られている方向お
よび車両が操縦されている方向との組み合わせから、ス
リップ角をリアルタイムで計算することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両の動特性、特
に自動車のスリップ角を決定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】自動車
レーシングチームは、車の性能を改善するために色々な
車両原動力を測定することに関心がある。特に、レーシ
ングチームは、特定のトラックの特性、たとえば、トラ
ックのカーブの傾斜やトラック路面に依存して車両の多
くのパラメータを調整している。実際、多くのレーシン
グチームは、高度コンピュータシステムを使用して車両
を設計しその調整を行っている。たとえば、レースチー
ムによって使用されるコンピュータ利用設計システムの
概説を提供する、ComputerAided Engineering,Vol.10,N
o.5,May 1991,at 20 を参照されたい。このシステム
は、典型的に、速度と安定性を増すための車両特性の最
良の組み合わせを決定するために、多くの車両およびト
ラック変量を入力することに頼っている。
【0003】このような車両特性の1つはタイヤであ
る。レースカーに使用されるタイヤは、個々のトラック
特性に依存して変わる。実際、異なる特性を有する4本
のタイヤが、典型的に、1台のレースカーに使用されて
いる。タイヤ選択にかなりの影響を与える走行特性の1
つは、スリップ角である。車両10の平面図である図1
に表されているように、スリップ角は、ドライバが操縦
している方向(線X)と車両が走行している方向(線
Y)の間の角度(α)として定義される。スリップ角
は、周知の現象であり、たとえば、Milliken et al.,Ra
ce Car Vehicle Dynamics,SAE International,1995にお
いて説明されている。この開示は、参照によりここに含
まれる。特定の車両と特定のタイヤに関して、個々のレ
ーストラックは、トラックのカーブのまわりで異なるス
リップ角を引き起こすだろう。実際、レースカーの個々
の車輪は、典型的に、方向転換の間異なる方向に向かう
ように設計されているので、各車輪は、異なるスリップ
角を示すことがある。計算されたスリップ角に依存し
て、レースチームは、通常、改善された車両性能を提供
するスリップ角を達成するために、タイヤ特性、たとえ
ば、両輪間距離、材料、幅、直径、構造および圧力を調
整する。この理由のため、スリップ角の比較的簡単な、
信頼できる、リアルタイムの測定が望まれる。
【0004】しかしながら、スリップ角などの特性を決
定するための現システムは、典型的に複雑であり、マイ
クロプロセッサに情報を供給するいくつかの種類の異な
る検出装置に依存している。マイクロプロセッサは、ス
リップ角を含むいくつかの走行特性を評価する。ほとん
どのこれらの複雑なシステムは、反ロックブレーキや牽
引制御などの安全システムを導入して改善する際に自動
車製造業者によって開発された。このような安全システ
ムに関して、製造業者は、典型的に、色々なパラメー
タ、たとえばヨー角(垂直軸の回りの回転角)、横方向
(並行)加速度、縦方向(前後)加速度、ステアリング
角およびスリップ角を検出および/または計算すること
に関心がある。これらのパラメータは、ステアリング、
加速またはブレーキングの調整が早くかつ自動的に行わ
れて、自動車の運動、たとえば横滑りを制御するのを可
能にする。たとえば、米国特許第4,679,808号
(‘808特許)、第5,040,115号(‘115
特許)および第5,579,245号(‘245特許)
を参照されたい。これらの特許は全て、種々の測定され
た特性を使用して、スリップ角値を計算している。
【0005】‘808特許には、望ましいコーナリング
特性を与えるために必要な前輪および/または後輪ステ
アリング角を決定するためのシステムが開示されてい
る。この特許に開示されているシステムは、ステアリン
グホィール角センサ、車両速度センサ、ヨーレートなど
の第1の運動変量を決定するためのセンサ、ヨー加速度
などの第2の運動変量を決定するためのセンサ、および
マイクロプロセッサを含む。マイクロプロセッサは、非
常に正確な車両モデルと、ステアリング角および車両速
度と、いくつかの車両特性とに基づいて第1および第2
の運動変量の推定値を計算する。ある状況では、測定さ
れた第1および第2の運動変量の調整は、これらの推定
値に基づいて行われる。次いで、第3の運動変量、たと
えばスリップ角は、第1および第2の運動変量と、測定
された速度およびステアリング角とに基づいて推定され
る。‘115特許は、同様に、いくつかの特性を測定し
てマイクロプロセッサに入力する。次いで、マイクロプ
ロセッサは、入力されたデータに基づいて推定スリップ
角を計算する。‘115特許には、縦方向加速度モニタ
ーユニットと、横方向加速度モニターユニットと、車輪
速度センサと、データを受け取るための演算回路とを含
む一実施例が開示されている。横方向加速度データは、
実験的に得られるスリップ基準と比較されて、車両のス
リップ角が計算される。‘245特許は、いくつかの測
定された変量から計算される推定値に対抗するものとし
て、“実"スリップ角値を与える試みにおいてニューラ
ルネットワークを使用する。特に、この特許のシステム
は、前輪ステアリングと、車両の運動、たとえば速度
と、横および縦方向加速度と、ヨー角速度とを測定し、
ステアリングおよび運動データに基づいて推定スリップ
角値を計算する。ニューラルネットワークは、より正確
な推定スリップ角値を与えるために補正係数を計算す
る。
【0006】上記に説明したもののようなシステムは、
乗用車のブレーキング、ステアリングおよび/または加
速度の調整を行う目的で、スリップ角などの特性を推定
するのに役立つ。このようなシステムは、主に重要な測
定量がスリップ角である場合、不必要に複雑になってい
る。さらに、このようなシステムに必要とされるセンサ
は、典型的に、レーシング車両の苛酷な環境を生き残ら
ないだろう。また、上述のこのようなシステムでは、多
くの変量、たとえば横方向加速度、縦方向加速度および
横方向ヨーは、スリップ角を計算するために当てにされ
ており、これらは全て、計算にエラーを持ち込むことが
ある。レースチームで使用されるコンピュータ利用シス
テムにすでに入力されている変量の数を仮定すれば、ス
リップ角のより直接的な測定が、これらのシステムに持
ち込まれるエラー全体を減らし、それにより改善された
性能を与えるために期待されるだろう。したがって、車
両の原動力、特にスリップ角を確実にかつより直接的に
測定するための比較的簡単な方法が望まれている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、走行中の車両
の少なくとも1つの原動力、特にスリップ角またはスリ
ップ角の特性を決定するための方法である。この方法
は、車両が路面上を通過するときの路面特徴の1つ以上
のカメラ画像における移動を、リアルタイムで車両自体
から光学的に監視することを含む。(路面の特徴は、路
面の大部分と対照して目立つ光学的に識別できる特徴、
たとえば欠陥、変色を示す。たとえば、アスファルト道
路面では、多数の小石がアスファルト内に見出され、こ
れらの小石が、路面に光学的に識別できる特徴を構成す
る。)路面特徴が何らかの所定時に動いている方向は、
光学モニター機器の方向に対する車両移動の実移動を示
す。この実移動方向から、光学モニター機器の既知の方
向と、車両が操縦されている方向とを組み合わせて、ス
リップ角をリアルタイムで計算することができる。
【0008】たとえば、一実施例では、ビデオカメラ
が、地面に向けられるように車両上に搭載される。(こ
こで使用されているように、カメラは、電荷結合素子
(CCD)カメラやCMOSカメラなどのビデオカメラ
を指す。)カメラのシャッター速度は、1回の捕捉間隔
(すなわち、1回のシャッター開放)における路面特徴
の運動が、1画像(すなわち、1フレーム)中に観測さ
れるに足る大きさでかつその1画像内に実質的に含まれ
るに足る小ささの縞を形成する(図2Aおよび図2B参
照)ように設定される。車両が、平らな路面上を前方に
まっすぐ移動した場合(カメラが車輪と整列していると
仮定して)、縞は、整列されたカメラの画像フレーム内
で実質的に垂直に存在する(図2A参照)。しかしなが
ら、前述のように、車輪が移動中に方向を変えた場合、
車両は、車輪方向に正確に移動しない。したがって、方
向転換中、画像フレーム中の縞は、垂直にならないだろ
う(図2B参照)。図3に表されるように、縞の支配的
な方向が決定され、そして、支配的方向の角度と、基準
情報(たとえば、カメラに対して知られている車両の方
向)とに基づき、実スリップ角をリアルタイムで計算す
ることができる。また、速度も、縞の長さから決定する
ことができる。このカメラを、車輪または車体上に搭載
するか、または、多数のカメラを使用して、測定の精度
を改善および/または個々の車輪のスリップ角を計算す
ることができる。
【0009】他の実施例では、1カメラフレーム中の縞
を見る代わりに、たとえば約1000μsだけ離れた、
2つの一連の近い間隔のフレーム中の個々の路面特徴の
位置変化が監視されて、走行方向が決定される。図6に
示されるように、動かない特徴が、個々のフレームから
抽出され(すなわち、画像の静止から識別され)、特徴
の運動ベクトル40(すなわち、移動方向と速度の両
方)が決定される。個々の特徴のベクトルが解析され
て、支配的運動ベクトル42が決定される。不幸にし
て、このようなハイスピードカメラは、現在高価で、多
少かさばっている。したがって、第3の実施例では、1
つ以上のストロボライトが、短いフラッシュが1カメラ
フレーム内で実行されるように、たとえば、約10μs
の2つのストロボフラッシュが1000μsカメラフレ
ーム内で実行されるように、カメラと共に用いられる。
図8に表されるように、次いで、個々の特徴の2組がこ
の1フレームから抽出され、特徴の支配的運動ベクトル
54が決定される。このように、本発明は、リアルタイ
ムのスリップ角をより直接的にかつ確実に測定するため
の、従来方法と比べて比較的簡単で実用的な方法を提供
する。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施例では、1カ
メラフレーム内の路面特徴の移動と関連するきめ(te
xture)(たとえば縞)が解析されて、車両原動
力、特にスリップ角が決定される。きめ解析の包括的な
説明は、A.Ravishankar Rao, A Taxonomy for Texture
Description and Identification, Springer-Verlag Pu
blishers, New York,1990に見出される。この開示は、
参照によりここに含まれる。一般に、シャッター速度
は、以下の関係に基づいて設定される。(カメラが、車
輪と共に動くように方向付けられていると仮定して)ス
テアリング方向と平行な方向に沿って地面上で測定され
たものとしての所定のカメラ視野lと車両速度νに対し
て、シャッター露光時間TS は、好適に、 l/2ν<TS <l/ν 典型的に、シャッター速度TS は、約0.75(l/
ν)に設定される。たとえば、フレームは、典型的に、
約100mphまたはそれ以上の車両速度に対して、約
4ms乃至約1msの時間の(すなわち、シャッター速
度の)露光によって得られる。本発明の方法におけるカ
メラの好適な視野方向は、地面に対して直角であり、そ
のため、画像平面は地面に対して平行になる。
【0011】図3は、本発明の第1の実施例にしたがっ
て、路面画像のきめからスリップ角を決定する方法を概
略的に示す。わくAに示されるように、1つの捕捉画像
内の関心領域(ROI)30が後続処理のために選択さ
れる。リアルタイム処理制約は、これらの関心領域(R
OI)への焦点合わせ処理によって満足される。たとえ
ば、利用可能な処理時間に基づいて、解析されるROI
の数を選択することができる。同様に、たとえば、縞
が、1つのROIで捕捉されるように、画像内の予想さ
れる特徴運動に基づいてROIのサイズを選択すること
ができる。また、1画像で処理されるROIの数を、リ
アルタイム制約を満足するように動的に変えることもで
きる。また、ROIは、局部的に画像の異なる部分にあ
る路面特徴の運動方向の決定も許す。
【0012】ROIが選択されると、処理が、図3のわ
くBに表されるように各ROI内で実行され、路面上の
特徴を表す縞32が全て確認される。これらの縞を電子
的に確認するために、高い画像強度勾配のエッジまたは
ポイントが、各ROIで確認される。これらのエッジま
たはポイントは、縞の位置を示す。(画像強度は、画像
平面に入射する光の明るさを示す。)高画像強度勾配
は、画像強度値の局部的な変化が比較的高いポイントを
示す。勾配の大きさは、√((Δy)2 +(Δx)2
となり、方向は、tan-1(Δy/Δx)となる。ここ
で、Δyは、y方向の強度の変化であり、Δxは、x方
向の強度の変化である。(強度の監視は、関連特性、た
とえば空間的頻度の測定を包含するためのものであ
る。)しばしば、縞32は、図3Aに示されるように1
ピクセルより厚くなることがある。(これに関連して、
ピクセルは、画像をデジタル化することから生じる画素
を示す。)縞の位置を確認することに加えて、縞32の
方向は、車両運動の方向の決定を許すように要求され
る。縞32の方向を決定するために、縞32は、たとえ
ば、エッジピクセル検出と処理時間を減らすための連結
を併用する以下の処理にしたがって、エッジピクセルを
連結することにより1画素厚のエッジ線分に変換され
る。(また、他の処理も可能である。)
【0013】ROIの左下部からスタートする。 1)現在位置の左から右へかつ下から上へ直交的にスキ
ャンする。ROI内にマークされていないピクセル(す
なわち、エッジピクセルでもなく、または下記に説明す
るようにまだ“見ていない"のどちらかのピクセル)が
なければ、ストップする。
【0014】2)マークされていないピクセルに出会っ
たら、そのマークされていないピクセルの勾配の大きさ
と勾配方向を決定する(下記参照)。現在のマークされ
ていないピクセル位置を、新しいエッジ線分の“エッジ
スタート位置"としてマークする。この新しいエッジ線
分が現在のエッジ線分となるように選択する。
【0015】3)勾配の大きさが(前の認識に基づいて
設定される)スレショールドを超えた場合は、現在のピ
クセルをエッジピクセルとしてマークする。さもなけれ
ば、現在のピクセルを“見られたもの"としてマークす
る。現在のピクセルの勾配方向に基づいた8個の近隣の
ピクセル(図4のa−dおよびf−i)の、すなわち現
在のピクセルの8個の隣接ピクセルの、隣接候補エッジ
ピクセルの決定は、現在のピクセルの計算された勾配方
向に最も近い隣接ピクセルを選択する。隣接候補ピクセ
ルがすでに(エッジピクセルとしてまたは見られたもの
として)マークされている場合は、現在のエッジ線分を
終わり、現在のエッジ線分を格納し、“エッジスタート
位置"に移動し、次いでステップ1から繰り返す。
【0016】4)隣接候補ピクセルがマークされていな
い場合は、“見られたもの"として現在のピクセルのま
わりに残っているマークされていない隣接ピクセルをマ
ークし、次いで、ステップ3で決定されたマークされて
いない隣接ピクセルに移動する。次いで、ステップ3か
ら繰り返す。
【0017】ステップ2における現在のピクセルの勾配
の大きさは、S=√(Sx 2+Sy 2)で与えられるが、勾
配方向は、φ=tan-1(Sy /Sx )で与えられる。
ここで、Sx =(c+2f+i)−(a+2d+g)
およびSy =(g+2h+i)−(a+2b+c)で
ある。ここで、a,b,c,d,f,g,h,iは、図
4に示されるように現在のピクセルeに隣接するピクセ
ルの強度値に対応する。このエッジ検出法は、たとえ
ば、I,Sobel,“Camera models and machine perceptio
n,"AIM-21,Stanford AI Lab,May 1970において説明され
ている。この開示は、参照によりここに含まれる。
【0018】ROI中のエッジ線分が確認されると、各
エッジ線分の方向が、エッジ線分上のポイントに対する
最適合ラインを決定することにより推定される。この最
適合ラインの比較的早い近似を得る方法の1つは、以下
の通りである。エッジ線分の両端のポイントは、図3の
わくCに示されるように直線34で連結され、直線34
の近くにあるエッジ線分ポイントの数がチェックされ
る。十分な数のポイントが直線34の近くにある(たと
えば、少なくとも95%のポイントが直線の2ピクセル
内にある)場合は、直線34は、エッジ線分の良好な近
似であるとみなされ、線分の方向は、直線34の方向に
よって与えられる。さもなければ、エッジ線分は、無効
なものとみなされる。ROI内のエッジ線分のほとんど
(たとえば、約50%またはそれ以上)が無効である場
合は,ROIは、無効とみなされる。さもなければ、図
3のわくDに示されるように、ROI内の支配的方向3
6が、ROI内の有効なエッジ線分から推定される。ま
ずエッジ線分の方向のヒストグラムを計算することによ
り、この支配的方向36を得ることができる。ヒストグ
ラムのピークは,ROI内の支配的方向に対応し、実際
の値は、典型的には、その方向がヒストグラムにおける
ピークのまわりの小範囲(たとえば、2°以下)内にあ
るエッジ線分の方向の平均重み付けされた和で計算され
る。また、米国特許第3,069,654号で説明され
ているように、ハフ(Hough)変換の使用により支
配的方向を見つけ出すこともできる。支配的方向を決定
するためのこれらのタイプの方法は、たとえば、V.Nalw
a,A Guided Tour of Computer Vision,Addison-Wesley
(1993) で説明されている。各エッジ線分の方向は、線
分のピクセルの数で重み付けされる。ヒストグラムが明
瞭なピーク(すなわち、ピークのまわりの小ウインドウ
(2°以下)内のピクセルの少なくとも50%を表す明
瞭なピーク)を有していない場合は、ROIは、無効と
みなされる。同様に、特定のROIの支配的方向が,R
OIの大部分の支配的方向とかなり違っている場合は、
特定のROIは、無効とみなされる。このような無効な
ROIは、路面くずなどの見せかけの路面特徴を表すこ
とがある。
【0019】無効な個々のROIの支配的方向が決定さ
れると、画像全体の方向の包括値は、有効なROIの方
向のヒストグラムを形成し、次いで、ヒストグラムのピ
ークを検出し、次いで、その方向がピークのまわりの小
範囲(たとえば、2°以下)内にあるROIの平均方向
を見つけ出すことによって決定される。この計算は、カ
メラ方向に基づく座標システムにおける車両運動の角度
を与える。最後に、スリップのない運動に対応する基準
角度(すなわち、車輪が操縦される角度)から計算され
た角度を引くことにより、スリップ角を決定することが
できる。また、有効なエッジ線分の長さから車両速度を
決定することもできる。たとえば、有効なエッジ線分の
支配的なエッジ線分長さは、有効なエッジ線分の長さの
ヒストグラムのピークを計算するこよにより得られ、速
度は、知られているシャッター速度を用いてこの支配的
エッジ線分長さから決定される。
【0020】この技術は、監視される縞の解析を実行す
る一方法である。平均または支配的運動を同様に決定す
る他のタイプの解析も適している。たとえば、特定の関
心領域内の個々の縞を見る代わりに、画像全体を包括的
に解析することができる。このように行う一方法は、周
波数領域解析によるものである。たとえば、画像のフー
リエ変換は、画像を空間領域から周波数領域の同等画像
に変換する。画像が空間領域において方向付けられた縞
を含む場合は、周波数領域画像は、図5Aおよび5Bに
概略的に示されるように、縞の方向に直交する角度に沿
って、周波数領域の原点を通る、最高の積分量とより高
い広がりを持つだろう。この技術は、本質的に、画像の
自動相関関係が最大になる方向を見つけ出すことに等価
である。
【0021】
【外1】 (さらに、このような周波数領域解析では、スリップ角
の範囲とステアリング方向に対するカメラの方向とが知
られている場合は、解析を方向、すなわち|φmax |<
φ<|φmin |の範囲に制限することにより、処理を容
易にすることができる。ここで、φmax およびφ
min は、それぞれ、予想される最大および最小スリップ
角である。同様な全周波数解析は、当業者に明らかだろ
う。
【0022】第2の実施例では、たとえば、約0.25
ms乃至1msだけ離れた、一連の近い間隔のフレーム
中における個々の路面特徴の移動、すなわち位置変化が
監視されて、走行方向と選択的に速度とが決定される。
典型的に、2つの一連のフレームが解析されるが、3つ
以上のフレームを解析しても良い。さらに、一連のフレ
ームは、典型的に、個々の特徴の位置変化を解析する必
要があるが、このような位置変化がまだ監視できる場合
は、フレームをとばしても良い。図6は、この実施例に
したがって速度を決定する際に伴うステップを示す。画
像は、100mph以上の車両速度に対して、比較的高
速の、たとえば約10μs以上のシャッター速度を用い
て一連のフレームA,A' で捕捉される。シャッター速
度は、好適には、l/νn以下である。ここで、lは、
ステアリング方向に平行な方向に沿った(地面上で測定
された)視野、nは、この同じ方向に沿った画像平面中
のピクセル数、νは、(再び、カメラは車輪と共に移動
するように方向付けられていると仮定して)車両速度で
ある。次いで、静止した特徴41,41' が、個々のフ
レームA,A' から抽出される。第1のフレームAから
抽出された特徴43は、一連のフレームA' における位
置43' に整合され、整合された特徴の運動ベクトル4
0(すなわち、速度と方向の両方を表すベクトル)が決
定される。支配的運動ベクトル42は、個々の路面特徴
の運動ベクトル40の平均をとることにより計算され
る。支配的運動ベクトル42から、カメラ校正情報が使
用されて、カメラと関連する座標システムにおける路面
の運動の角度が決定され、また、車両速度も決定され
る。スリップ角は、スリップなしの運動(すなわち、ス
テアリング方向)に対応する基準角度から計算された運
動角度を引くことにより計算される。
【0023】一連のフレームにおける個々の特徴41,
41' の抽出は、たとえば、米国特許出願第08/58
6012号(我々の参照Pingali 1−7)に開
示されているスレショールド化を含む色々な技術によっ
て実行することができる。この開示は、参照によりここ
に含まれる。たとえば、フレーム中の高強度の領域は、
画像における強度値をスレショールド化することにより
見出される。スレショールド化は、最大強度値のある選
択されたスレショールド値、たとえば80%より大きい
強度値を有するピクセルを保持することを指す。(最大
強度値は、典型的には、予め選択された値か、または解
析中の特定のフレームに基づいて選択されるかのどちら
かである。)特に、一実施例では、このスレショールド
より大きい強度を有するピクセルには、値1が割り当て
られ、残りのピクセルには、値0が割り当てられる。
(図6Aを参照されたい。ここでは、方形領域はピクセ
ルを表す。)次いで、値1を有するピクセルは、次の通
りの領域に分類される。(図5Aの一部のクローズアッ
プ図である図6Bを参照されたい。図6Bにおける方形
領域はピクセルを表す。)
【0024】1)現在のピクセルに唯一の領域符号Lを
与える。 2)現在のピクセルの隣接ピクセル(m,n,o,p,
q,r,s,t)のどれかが値1を有しているかどうか
を判定する。 3)値1を有する隣接ピクセルがなければ、ストップす
る。 4)値1を有する各隣接ピクセルについて、ステップ
(1)を繰り返す。 この処理は、隣接ピクセルを1の値を有するピクセルの
領域に分類する。値1のピクセルが少なすぎる、たとえ
ば5個以下の領域は、典型的に放棄される。その結果生
じる電子ピクセル分類化は、路面特徴の実例となる抽出
された特徴43,43'を構成する。
【0025】整合は、典型的には、フレーム内で、他の
抽出された特徴と同じ特性を有する抽出された特徴を探
すことにより行われる。この同一性は、典型的に、路面
特徴の強度特性、特徴サイズおよび/または特徴輪郭に
よって判定される。たとえば、フレーム中の各々の抽出
された領域について、位置x,yにおいて、一連のフレ
ームにおけるx,yの一区画(Nx,Ny)中の整合領
域を探す。どれか2つの領域間の整合の基準は、d=Δ
A+ΔIm+Δeによって与えられる。ここで、ΔA
は、(ピクセル数に関して)2つの領域の面積の差、Δ
Imは、2つの領域におけるピクセルの平均強度の差、
Δeは、2つの領域における偏心度の差である。(技術
上知られているように、偏心度は、ある領域の最大弦A
対同一領域内のAと垂直な最大弦Bの比である。一連の
フレームにおいて最良の整合領域は、dが最小になる領
域である。(前に参照した米国特許出願第08/586
012号(我々の参照Pingali 1−7)におけ
る抽出と整合の説明も参照されたい。)
【0026】運動ベクトル決定は、Section III of J.
Aggarwal and N.Nandhakumar,“Onthe Computation of
Motion from Sequences of Images〓A review,"Proceed
ings of the IEEE,Vol.76,No.8,August 1988,at 917で
説明されているような処理を用いて行われる。この開示
は、参照によりここに含まれる。運動ベクトルは、典型
的に、整合領域の図心を連結する線である。
【0027】この実施例では、カメラ露光中にフラッシ
ュする光源(典型的には、ストロボライトまたはリング
フラッシュ)を使用することができる。このようにし
て、より小さい開口と露光が使用できるので、改善され
た画像が得られ、それにより、カメラの視界深度が増加
すると共にその運動ぼけが軽減される。望ましい照明を
提供するために、ストロボまたはフラッシュは、好適
に、カメラと同じ方向に位置決めされるばかりでなく、
可能な限りカメラの近くに配置される。
【0028】第3の実施例は、第2の実施例と同じ解析
の使用を許すが、このような高速度カメラの必要性がな
い。特に、カメラは、光源、典型的にはストロボライト
と共に使用され、その結果、ストロボフラッシュが、た
とえば1カメラフレーム内で2回行われる。カメラの典
型的なシャッター速度は、100mpf以上の車両速度
に対して0.25msから2msまでの範囲になる。一
般に、2つのストロボされた画像は、0.25l/vか
ら0.75l/vまでの期間範囲だけ離れている。ここ
で、lは、ステアリング方向と平行な方向に沿った(地
面上で測定された)視野、vは、(再び、カメラは、車
輪と共に移動するように方向付けられていると仮定し
て)車両速度である。これに応じて、シャッター速度
は、一般に、約0.3l/v乃至0.8l/vとなる。
この実施例では、時間の2つの瞬間における2つの重な
り合う路面画像は、1フレームで捕捉される。たとえ
ば、t=0で始まる1000μsのカメラ露光を示す図
7を参照されたい。最初の10μsストロボフラッシュ
は、t=200で行われ、2番目の10μsストロボフ
ラッシュは、t=800で行われる。この実施例で得ら
れる画像を解析する技術の1つは、図8に示される。フ
レーム50は、個々の路面特徴を含む重なり合う画像を
含む。個々の路面特徴が抽出され、整合される。運動ベ
クトル52は、整合された特徴から決定される。運動ベ
クトル52から、支配的運動ベクトル54が計算され、
前述のように、支配的運動ベクトル54から、カメラと
関連する座標システムにおける路面の運動の角度が、車
両速度と共に決定される。スリップ角は、前述のように
計算される。個々の運動ベクトルおよび支配的運動ベク
トルの抽出、整合および決定は、前述の実施例で説明し
たように行われる。この実施例では、一連のフレームが
解析される前述の実施例と比較した場合、画像の重なり
合いに起因して、ある程度のぼけが典型的に生じるが、
このぼけは、100μs以上の典型的な連続露光よりも
低い程度生じる。
【0029】この第3の実施例を実行するのに適する装
置は、図9および図10に示される。図9は、路面61
上を進む車両60に搭載される装置を示す。この装置
は、カメラ64と組み合わせられる1つのストロボライ
ト62を含む。トリガ信号発生器からの信号は、カメラ
64のシャッターを開くが、この信号は、最初のストロ
ボフラッシュをトリガする前に第1の遅延部に入り、次
いで、2番目のストロボフラッシュをトリガする前に第
2の遅延部に入る。シャッターが閉じ、次いで、処理
は、たとえば図7に示される時間ラインにしたがって繰
り返す。図9に示される日除け管66は、ストロボフラ
ッシュがカメラの視野上の支配的光源になるのを許すた
めに、オプション的に含められる。
【0030】図10は、路面72上を進む車両70に搭
載された装置を示す。この装置は、カメラ76と組み合
わせられる2つのストロボライト73,74を含む。鳥
が信号発生器からの信号は、カメラの76のシャッター
を開くが、この信号は、第1のストロボライト73から
の最初のストロボフラッシュをトリガする前に第1の遅
延部に入り、次いで、第2のストロボライト74からの
2番目のストロボフラッシュをトリガする前に第2の遅
延部に入る。シャッターが閉じ、次いで、処理は、たと
えば図7に示される時間ラインにしたがって繰り返す。
図9と同様に、日除け管78がオプション的に使用され
る。2個のストロボ光源の使用は、1個の光源と対抗し
て、各光源がこれらの間でより大きな遅延を伴うフラッ
シュを提供するのを許す。
【0031】本発明の方法では、カメラ、ストロボライ
ト、および関連機器のセットアップと取り付けは、典型
的に個々の車両に特有なものとなっている。車両の構造
は、機器を配置できる場所をいくぶん決定する。また、
空気力学や振動などの車両特徴も考慮される。機器の望
ましい配置は、車両とカメラ機器を熟知している者によ
って容易に確かめられる。
【0032】たとえば、カメラ機器に関して、飛び越し
スキャンを有する典型的なNTSCカメラは、約240
列(縦)と640行(横)の視野を有する。縦のピクセ
ル間隔は、典型的に横ピクセル間隔の2倍になってお
り、その結果、横対縦のアスペクト比が4:3になって
いる。したがって、カメラが、その横次元がステアリン
グ方向と平行になるように方向づけられている場合は、
ストロボされたフレーム間でより長い縞またはより長い
間隔を得ることができる。しかしながら、より高い角度
分解能は、ステアリング方向と平行な縦次元で得られ
る。そこで、予想されるスリップ角に依存して、分解能
を改善するようにカメラを方向づけることができる。さ
らに、互いに直角に方向づけられた2台のカメラを使用
して、測定されるスリップ角の精度を改善することもで
きる。本発明の他の実施例は、ここに開示された本発明
の明細書と実施の考察から当業者に明らかだろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】車両のスリップ角を示す。
【図2】Aは、本発明の一実施例の原理を示す。Bは、
本発明の一実施例の原理を示す。
【図3】本発明の一実施例で実行される解析を示す。
【図4】図3の解析で使用することができるテンプレー
トを示す。
【図5A】本発明の一実施例における画像の全体解析を
示す。
【図5B】本発明の一実施例における画像の全体解析を
示す。
【図6】本発明の他の実施例で実行される解析を示す。
【図7】本発明の他の実施例で実行される光学測定を示
す。
【図8】本発明の他の実施例で実行される解析を示す。
【図9】本発明の他の実施例を実行する際に使用するの
に適する装置を示す。
【図10】本発明の他の実施例を実行する際に使用する
のに適する装置を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マシュー エー.コーディズ アメリカ合衆国 07836 ニュージャーシ ィ,フランダース,アパートメント 5, オークウッド ヴィレッジ 70 (72)発明者 ヴィシヴジット シング ナルワ アメリカ合衆国 07748 ニュージャーシ ィ,ミドルタウン,クノールウッド ドラ イヴ 1902 (72)発明者 サーマ ヴィ.ジー.ケー.ピンガリ アメリカ合衆国 07920 ニュージャーシ ィ,バスキング,リッジ,ペンズ ウェイ 472

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 走行中の車両原動力を決定する方法であ
    って、 車両が走行中の路面における特徴の1つ以上のカメラ画
    像中の運動を監視するステップと、 少なくとも1つの車両原動力を決定するために、上記運
    動を解析するステップとからなる方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の方法において、前記解析
    は、車両運動の方向を決定する方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の方法において、前記解析
    は、前記車両の速度を決定する方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の方法において、前記監視
    ステップは、前記車両の車輪との整列を維持するように
    搭載されたカメラで実行される方法。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の方法において、2台以上
    のカメラが前記車両に取り付けられ、前記特徴の運動を
    監視する方法。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の方法において、前記少な
    くとも1つの車両原動力は、スリップ角を含む方法。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の方法において、さらに、
    ステアリング角を監視するステップを含む方法。
  8. 【請求項8】 請求項1記載の方法において、前記解析
    ステップは、1つのカメラフレーム画像中の前記特徴の
    きめを解析するステップを含む方法。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の方法において、前記カメ
    ラのシャッター速度は、lをステアリング方向のカメラ
    の視野としかつvを車両速度とした場合、l/2v<t
    s <l/vの範囲内にある方法。
  10. 【請求項10】 請求項8記載の方法において、前記き
    め解析は、 前記カメラフレーム画像中の高画像強度勾配のエッジま
    たはポイントを確認するステップと、 上記高画像強度勾配のエッジまたはポイントと関連する
    エッジ線分の方向を計算するステップと、 上記エッジ線分の支配的方向を決定するステップとから
    なる方法。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の方法において、前記
    解析ステップは、さらに、 車両運動の角度を計算するステップと、 上記車両運動の角度からスリップ角を決定するステップ
    とを含む方法。
  12. 【請求項12】 請求項8記載の方法において、前記き
    め解析は、前記画像のフーリエ変換を解析するステップ
    を含む方法。
  13. 【請求項13】 請求項1記載の方法において、前記移
    動監視ステップは、少なくとも2つの一連のカメラフレ
    ーム画像中の個々の特徴を監視するステップを含む方
    法。
  14. 【請求項14】 請求項13記載の方法において、前記
    カメラは、lをステアリング方向の視野、nをステアリ
    ング方向に沿った画像平面のピクセル数、vを車両速度
    とした場合、lvn以下のシャッター速度で動作する方
    法。
  15. 【請求項15】 請求項13記載の方法において、前記
    解析ステップは、 前記少なくとも2つの一連の画像における個々の特徴を
    整合させるステップと、 上記整合された特徴に関する運動ベクトルを決定するス
    テップと、 支配的運動ベクトルを決定するステップとを含む方法。
  16. 【請求項16】 請求項15記載の方法において、前記
    解析ステップは、さらに、 車両運動の角度を計算するステップと、 上記車両運動の角度と基準角度とからスリップ角を決定
    するステップとを含む方法。
  17. 【請求項17】 請求項1記載の方法において、前記運
    動を監視するステップは、少なくとも2回のストロボフ
    ラッシュが1つのカメラフレーム露光の間に行われるよ
    うに、カメラと組み合わせられた少なくとも1つのスト
    ロボライトで行われる方法。
  18. 【請求項18】 請求項17記載の方法において、前記
    ストロボフラッシュは、lをステアリング方向の視野と
    しかつvを車両速度とした場合、0.25l/vから
    0.75l/vの範囲の期間だけ離れており、前記カメ
    ラは、0.3l/vから0.8l/vまでの範囲のシャ
    ッター速度で動作する方法。
  19. 【請求項19】 請求項17記載の方法において、前記
    解析ステップは、 前記1つのカメラフレーム画像内の個々の特徴と整合さ
    せるステップと、 上記整合された特徴に関する運動ベクトルを決定するス
    テップと、 支配的運動ベクトルを決定するステップとを含む方法。
  20. 【請求項20】 請求項19記載の方法において、前記
    解析ステップは、さらに、 車両運動の角度を計算するステップと、 上記車両運動の角度と基準角度とからスリップ角を決定
    するステップとを含む方法。
  21. 【請求項21】 走行中の車両原動力を決定する装置を
    含む車両であって、上記装置は、車両が走行中の路面に
    おける特徴の、1つ以上のカメラ画像における運動を監
    視し、上記運動を解析して、少なくとも1つの車両原動
    力を決定することができる車両。
  22. 【請求項22】 請求項21記載の車両において、前記
    解析ステップは、1つのカメラフレーム画像中の特徴の
    きめを解析するステップを含む車両。
  23. 【請求項23】 請求項22記載の車両において、前記
    きめ解析は、 前記カメラフレーム画像中の高画像強度勾配のエッジま
    たはポイントを確認するステップと、 上記高画像強度勾配のエッジまたはポイントと関連する
    エッジ線分の方向を計算するステップと、 上記エッジ線分の支配的方向を決定するステップを含む
    車両。
  24. 【請求項24】 請求項22記載の車両において、前記
    きめ解析は、前記画像のフーリエ変換を解析するステッ
    プを含む車両。
  25. 【請求項25】 請求項21記載の車両において、前記
    運動監視ステップは、少なくとも2つの一連のカメラフ
    レーム画像中の路面の個々の特徴を監視するステップを
    含む車両。
  26. 【請求項26】 請求項25記載の車両において、前記
    解析ステップは、 少なくとも2つの一連の画像における個々の特徴を整合
    させるステップと、 整合された特徴に関する運動ベクトルを決定するステッ
    プと、 支配的運動ベクトルを決定するステップとを含む車両。
  27. 【請求項27】 請求項21記載の車両において、前記
    運動監視ステップは、少なくとも2回のストロボフラッ
    シュが1つのカメラフレーム露光の間に行われるよう
    に、カメラと組み合わせられた少なくとも1つのストロ
    ボライトで行われる車両。
  28. 【請求項28】 請求項27記載の車両において、前記
    解析ステップは、 前記1つのカメラフレーム画像内の個々の特徴と整合さ
    せるステップと、 整合された特徴に関する運動ベクトルを決定するステッ
    プと、 支配的運動ベクトルを決定するステップとを含む車両。
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