JPS5947663A - 障害物検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、軌道輸送、又は軌道搬送システムに係シ、特
に車両の無人運転の安全イイＣ保のために好適な、軌道
車両用障害物検知装置に関する。

〔従来技術〕

従来の車両用障害物検知技術に、２台のテレビカメラを
用いて、三角法により障害物の存在を検知する方法でお
った。この方法では、２台のカメラの人力画像の中で、
障害物の対応する点を探すために相関計算を行う必要が
あり、大型の処理装置と計算時間を要するために車載に
は不都合であるという欠点と、画角が固定されているた
めに、軌道車両で必要な距離で障害物を検知できないと
いう欠屯、更に、車両の動揺等による両画像の位置の変
動や受修゛時のノイズ等の影響に対処することが困雉で
あるという欠点があった。

〔発明の目的〕

不発明の目的は、従来技術の欠点を解決するために、赤
外線？授光し、その反射像を、投光位置より高い位置で
受像することによって、障害物の角を、投光、受像の範
囲が常に軌道の適当な範囲に合孜するように制御して、
障害物を十分手前で検知すること、更に、上記の輝度変
化の検知、並びに、投光、受像の取付角等の制御にファ
ジィ推論を適用することによって、車両の動揺等による
位置合わせのずれ等を減少した軌道車両障害物検知装［
１堤供することにある。

〔発明の総括説明〕

本発明の彎点を以下に列挙する。

（ａ）　　車両の走行前方に赤外線光束上投光し、その
反射元凶も投光位置より高い位置で受像し、障害物の存
在七画塚」二の輝度の変化で検知する。

この輝度の変化は、あらかじめ内蔵、シである対応する
地点の画像の輝度と比較することによって確認すること
ができる。

（ｂ）　　障害物を検知して、その位置までに伴出でき
るための距離だけ手前で、かつ必安な分解能（レールの
高さ程度）ｋ（ｌるために、ズーミングによシ投光画角
、及び受像画角を制御する。

曲線部では、前方の曲線路の軌道内を監視できるように
するために、投光装置、及び受像装置へする。

（Ｃ）前記（ａ）、Ｊにおける画像の比較、及び（ｂ）
項の取付角や画角の制御の精度は、車両の動揺、比較位
置のずれ、比較画像のずれ、受像画像のノイズ等のため
の影響で低下する。この低下を防ぐために、画像の比較
による障害の程度の推論、及び取付角や画角の制［１に
はファンイ推論？適用する。

〔実施例〕

り下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

まず、第１図により本発明の板本原理を説明する。１は
、図上で左方に進行する車両、２は走行軌道面、３にそ
の上に存在する静置物体とする。

９１は、特定の周波数で変調した赤外線投光装置、１０
１は軌道上の必要な範囲の画像を受像する装置絡（テレ
ビカメラ）である。

第１図は軌道中心を通る垂直面による断面図であって、
図中の点Ａ、Ｂ、Ｃ＠はいずれも軌道面上あるいは物体
面上の線分に対応している。以下では、（Ａｌ１）、（
ＢＣ〕等で面を表わし、その明るさ！ｚＱ、［ＡＢ）、
Ｑ［ＢＣ）笠と表わすことにする。

第１図に示すような投光位置と受光位置では、受像画面
の輝度は、常識的に、 Ｑ（１３Ｃ：）＞Ｑｌ：ＡＢ〕＞Ｑｌ：Ｄｐ）となり、
受像画面をＦから上へ走査すると、Ｂ線では輝度増加、
０点では輝度が低下する等輝度変化情報が得られる。こ
の輝度、（化情報？、本装しσの 内へ対応地点における輝度変化情報と比較して、障害物
の有無を検定する。

次に、障害物検知能力を説明する。捷ず、一般の軌道車
両の寸法から、ａ＝１・’１ｖＢ＝＝２ｍとする。次に
、車両速度とその速度に要求される擲害物検知距励、即
ち停車に必曹な距離の関係に、速度５５Ｋｍ／ｈ、減速
率３．６　Ｋｍ／　ｈ／ＳｅＣ；　ｌ　ｌ　７ｍ−”　
−、／／　　４．５　　　ｔｔ　　；　　９３ｍ速度５
０　Ｋｍ　／　ｈ　、　　／／　　３．６　Ｋｍ／　）
１／Ｓｅｅ；　　９８ｍｔｔ　　　　、　　ｔｔ　　４
，５　　　ｎ　　；　　７７ｍ速度４５Ｋｍ／ｈ、　　
／／　　３，６に＋ｎ／ｈＡｅｅ；　　７８ｍ／／　−
ｕ　　　４．５　　　　ｔｔ　　　　　　６３ｍ等のよ
うになる。このようなデータから、第１図に示す検知距
離ｄの１的ｔｌｏＯｍとし、第１図に示す物体の高さｈ
の値５５１０Ｃｒｎとすると、０１キ３′ ｏ、−Ｆ：６ｔ また、受像画角？、１００ｍ先で横４ｍ、縦２ｍから求
めると、それぞれ１４０’　、７０’になる。

従って前記のθ２．θ２はそれぞれ４．３％、８．６％
となり、その画像の水平走査線数を１２８本とすれば、
それぞれ５．５本、１１本になり、検出可能な仙となる
。

第２図は分岐のある前方視野の画像例、第３図は曲線区
間で、さらに障害物が軌道内に存在する場合の前方視野
の画像例である。

第４図は本発明による一実施例の全体構成図である。

第４図において、９１は変調信号沖９３の信号で変調さ
れた赤外線光束投光装置〆ｔ、９２はその画角と水平取
付角と？変更するための操作機構である。

１０１に前方視野？受像するための光学装置、１０３は
その受光画像を、前記変調信号の９３の同期信号に同期
して光電変換するための画像蓄積装置、１０２は、受像
光学装置の画角と、水平増稠 付角、及び祢角を変更するための操作機構である。

３００は汎用の処理装置である。

９４は処理装置３００の指令で、投光装置９１の投光角
と水平を付角、並びに受１象装省１０１の受像画角と水
平取付角？、それぞれ操作機Ｐ９２、並びに１０２を介
して同期して操作するための１）Ａ変換、並びに制御装
置である。

１０４は画像蓄積装ｗ１０３の出力ビデオ信号をディジ
タル信号に変換するＡＤ変換装；ｒ〔である。

１２１は車輪の回転等から得られる定距離間隔信号発生
装置、１２２は路線に沿って、曲線、勾配変化、分岐、
軌道内構造物の存在等、状況変化を予告するための地点
信号発生装蓋でちる。

更に、３０１は受像画像記憶装置“、３０３１ｄ、記憶
装置３０１の内容と比較するための、内蔵の画像記憶装
置、３０２は軌道に沿った前方視野内の状況に関するデ
ータテーブルであって、共に信号発生装置１２１または
１２２の信号によって検索することができる。

！、た、４００は、本発明の装置ｔ搭載する車両の運転
制御装置であって、処理装置３００から障害物の存在や
障害の程度に関する信号を受けると、非常制動、注量運
転等適切な制御を行う、。

以下、本′＃施例における処理装置３００の機能全詳細
に説明する。第５図は本実施例における概略の流れ図で
ある。

３２０は第４図の信号発生装置１２１　、及び１２２か
らの信号により全体の処理の流れを制御するシーケンス
機能である。

３３０は第４図のＡ　Ｉ）変換装置ｉ￥１０４からの画
像信号を受けて、それを受像画は記憶ファイル３０１に
記憶すると共に、その画像データの処理、及び他から要
求に応じて読出し処、Ｌｌｌｌを行う画像処理機能であ
る。

３４０は軌道状況の変化（曲線部の曲率、勾配等の変化
や分岐、橋梁等の接近等）を機能３２０による信号？受
けて判別し、他の関係機能に対し必豊な信号を送出する
状況対応処理機能である。

３５０は、投光、受像取付角及び画角制御機能である。

即ち、画面の一定の基準の水平走査線（第３図の；３０
）の中心（同図ではＰ点）が常に軌道の中心と一致する
ように、前記投光装置９１並びに光学装ｆｉ＊１０１の
水平取付角倉制仰すると共に、上記の基準水平線と左右
両軌条の各内側、偵１との交点（上記の図ではＬ点及び
Ｐ点）、並び匠軌道の左右外側線との交点（上記の図で
に、８点及びＴ点）の各受像画面上の位置が常に一定（
でなるように、投光及び受像の画角♀゛、ｌｌ　御する
（　［’！ＩＪちズーミングする）ための処理を行って
、水平角、画角１ｔｊｌＪ　ｊ律信号を装置９４に対し
て出力する。

３６０は１姉害物検定伝能であって、受像ｉｆ”１塚と
対応する内蔵画像を比較１．７で異物の存在を検定する
。

３７０は下記各ファイルの管理機能である。

３０２は軌道の距離及び地麿と状況変化の対応テーブル
、３０３は軌道の適当な距離間隔、及び特定地点におけ
る前記の受像画１綾に対応する内蔵画像ファイル、３０
４は、前回の障害物検定データ及び検定結果のファイル
である。

次に第６図Ｃａ５ｋ用いて機能３３０を史に詳細に説明
する。

３３１は受像画像をファイル３０１に配憶する機能、３
３：ｌｊ、ファイル３０１の内容を水平走査し１画像の
ノイズ等による乱れを改善するために平滑化すＺｌ］う
１゛能、３３３は、ファイル３０１の内容定阜面走会し
て、上記と同じ目的で平滑化する磯叶である。機能３３
２、及び３３３による処理が終ってファイル３０１に再
び記憶される画像データケ、上平方向にも垂直方向にも
平滑された画像データである。

°また、ファイル３０１のデータと比較するために、あ
らかじめブアイル３０３に内蔵されている画像データも
、同嘩に、平滑化されている。

次に、第６図（ｂ）により、機能３５０を更に詳細に説
明する。

（１）機能３５１ ファイル３０１に記憶されている受像画像について上下
を２分する水平基準線（第２図の３０、第３　＋ｓ＜＋
の４０）の上Ｆ数本を走査して、輝度変化の形からＬ右
軌条の内側の点（第２図、第３図のＬ点及びＲ点）？求
める。

（２）機能３５２ 上記の１．Ｒ一点の位＃を基準同曲の位置（ＬＯ９Ｒ，
Ｏ）と比較する。

第７図（ａ）￥′ｉ、ＬとＩ、Ｏ，ＲとＨ，ｏとの偏差
の程度を求める原理説明図である。基準点Ｌｏ　、　（
ＬＯに対し実際の受像画像から得られる点り、Ｒの偏差
の程度をそれぞれηＬ、ηＲとする。いずれも右側への
偏差を正に、左側への偏差を負にとる。

偏差の正負の組合せは次の５辿りある。

（ｉ）Ｏ（Ｚ）〜０（Ｚ）・・・・・・左右とも偏差が
ない。

（１１）十〜−・・・・・・左右とも内側にずれている
。１２１１ち受像画角が大きい方にずれている。（画角
が大きくなると視野内の２点角の視野が狭くなり、画面
上の間隔も狭くなる） （ｌｉｉ）　　−〜＋・・・・・・左右とも外側にずれ
ている。即ち、受像画角が小さ粂方にずれている。

（Ｖｌ　　−〜−・・・・・・左右とも左側にずれてい
る。

位）十〜＋・・・・・・左右とも右側にずれている。

第７図（ｂ）は、前記偏差の８＃をファジィ変数化する
ための帰属度関数で、右側の軌条について例示した。前
記のηＲ＋またはηＲ−の値から各偏差ベクトル成分の
値が求まる。成分として、−大、−中、−小ＩＺＩ＋小
、十中、十大の７個を設けた。機能３５２の出力はＬ点
Ｒ点の各偏差ベクトル成分値である。

（３）機ｑヒ３５３ 第８図に機能３５３で行うアルゴリズムを示す。

縦軸は前記左軌条の各偏差ベクトル成分値を、横軸は右
軌条の各面差ベクトル成分値である。このマトリクスの
各交点の内容は、そｉｌぞれ上段の０内に、画角変更指
令出力と、下段は水平角変更指令出力を示す。即ちＸ　
ＩＩ点、Ｒ点の各偏差ベクトルの帰稍）関数をそれぞれ
μＬ（ηＬ）、μＲ（ηＲ）、ま／で、画角変更指令出
力、及び取付角変更指令出力の帰属間関数をそれぞれμ
ａ（ηＬ。

ηＲ−）、μβ（ηＬ、ηＲ）とすれば、である。

次に第６図（Ｑに示す流れ図の各機能を説明する。

（１）機能３６１ この機能の目的は、障害物検知の範囲として、障害物の
存在が許されない軌道の範囲？、前記の前方画像の上で
決めることである。すでにファイル３０１に記憶されて
いる受像画像について、画面全域を水平に走査する。第
３図においてｉ番目の水平走査による輝度変化の特徴か
ら左右軌条の内側の位置Ｌ１点、ＲＩ点を求め、この２
点間の間隔ｇｌのに倍の長さを計算して、■、Ｉから左
にｋｇｌの点６ｓｔ、Ｆｔ量から右にに／ｇ＋の点？Ｔ
ｓとする。ＳＩとＴｌの間？ｉ番目の水平走査線におけ
る軌道範囲とする。ｋ、に’はファイルまた１、Ｘ２図
の例のように軌道が前方で分岐する場合には、分岐の方
向がファイル３０２で力えられ、さらに、各軌条を区別
するために、その近傍における比較用の画像データがフ
ァイル３０３から与えられる。

以上の処理で決まった軌道の範囲には、ファ・ｆル３０
１に５己１、伏されている曲目象１１’！報の」二で−
マーク？つけておく。範囲を指定するためのピッ）１設
けて、そのビットを転換することによってマークとする
。

以上のｒｇ理の結果、第２図の例で分岐？左へ進む場合
には、ＮＩｌ！２５．２７，２６．２８と画面の枠２０
で決まる範囲が、第３図の例では、線３１゜３２と、画
面の枠２０で決まる範囲が得られる。

（２）機能３６２ 機能３６１で得られた画面の範囲を垂直に走査する。第
３図の例では画面枠２０の下縁ＸＹから上に向ってｎＩ
Ｊ記３３１の処理で画像情報上でマークが付けられてい
る範囲を垂直に走査して、輝度を調べる。即ち、第３図
の例では、下縁ＸＹからの各垂直走査線が、線３１．３
２に当るまでの範囲が走査される。従って、線４３の右
側は除外される。これは、軌道外の構造物や対向列車等
の影響を避けるためである。

各曲直走査ごとに、ファイル３０３の対応する画像の垂
直走査輝度データとの差が、それぞれ対応する画素ごと
に計算される。その差は更にファジィ変数Ｕ％に展開さ
れる。Ｕｌの垂直・：＠Ｖについての帰イ度関数をμＵ
ｌ（Ｖ）とする。また、上記の差の生じる垂直方向の画
素数２ｙｔとし、その輝度Ｚについての帰属度関数ｔμ
Ｖ＋（Ｚ）とする。ＶεＶ、Ｖは垂直走査１．ｔｊｊ囲
、ＺＥＥ’ｌ＋”は輝度変化範囲である。

（３）機能３６３ 機能３６２で求めた輝度の差、及びその範囲が水平方向
に継続する回数Ｎｌを調べる。その帰属度関数をμＮｔ
（ｈ）とする。ｈｅ、）（、Ｈに水平走査範囲である。

（４）機能３６４ 機能３６２及び３６３で得られたファジィ変数？用いて
障害物の存在、即ち障害の程度を推論する。障害の程度
を表わすファジィ変数をＱＩ、その帰頃度関数をμ”　
（ｖｓｚ＊ｈ）とする。

ｔｔＱｔ　（■＋　ｚｅ　ｈ）＝／”ｖ＋　ｌ、　ｈ　
（ｕｎ　ｔ　（ｖ）△μ７Ｉ（ｚ）△μｍ−「量　（ｈ
Ｎ／（マ、　濁シ、ｈ）（５）機能３６５ 前回の障害の慢度の帰属度関数をμｑ（ｖ・２・ｈ）と
すれば、前回との比較結果μＱ（ｖ、ｚ。

ｈ）は ／＼Ｉ’Ｑ　’　（Ｌ　ｚｖ　ｈ）　）／　（ｖ、　ｚ
、　ｈ　）従って、障害の程ｆｆＱ％の可能性は で与えられる。

また、第９図は、シーケンス機能３２０が管理する各機
能の動作シーケンスを示す。

Ｄｌは２ｍないし３”ｓ　Ｄ　２ｍ４ｍないし６ｍの間
隔である。

上述した実施例によれば下記の効果がある。

（ａ）　　軌道内の障害物の存在を検定するための投光
装置、並びに受像装置の取付角、並びに画角？、軌道の
状況の変化に合わせて制御することによって、検定の視
点とその範囲全１常に必要な距離だけ前方の軌道内に合
わせることができる。

（ｂ）　　前項の結果、検定に必要な精度（分解能）が
得られる。

（Ｃ）　　障害物の存在の検定には、受像画像と、あら
かじめ内蔵しである対応地点の画ｉ原とを比較する手段
を用いるため、曲線や分岐、あるいは軌道内の構造物等
の影響を除くことができる。

（ｄ）　　前記（ａ）項、変びに（Ｃ）項を達成するた
めに、ファジィ推ｍｔ利用することによって、受像画像
の歪やノイズ、車両の振動等による位置合わせのズレ、
及び障害物の形や赤外光の反射率等の影響を少なくする
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以下のような効果が得られる。

（ａ）　　赤外線投光の反射像を、その投光位置より高
い位置で受像し、その画像を内蔵の画像と比較すること
により、輝度の変化状況から障害物の存在を検知するこ
とができる。

（ｂ）　　投光と受像の取付角及び画角分割−１するこ
とにより、軌道内の障害物検知の分解能を常に一定に保
つことができる。

（Ｃ）　　車両の動揺や、環境の状況の変動、受像画像
のノイズ等の影響下で、取付角や画角の開側１、画像の
輝度の比較による障害の程度の検定にそれぞれファジィ
推論を適用することにより、障害物検知の適用性柔軟性
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

図はいずれも本発明に関するもので、第１図は原理図、
第２図、第３図は車両前方視野の見取図、第４図は実施
例の全体構成図、第５図、第６図は機能流れ図、第７図
、第８図はアルゴリズム説明図、第９図はシーケンス説
明図である。 １・・・走行車両、２・・・走行軌道、３・・・軌道内
障害物、９１・・・変調赤外光束投光装置、１０１・・
・受像用テレビカメラ、９４・・・水平取付角及び画角
制御装置、９２及び１０２・・・取付角及び画角変更様
構、９６・・・状角制御１装置、１２１・・・距離信号
発生装置、１２２・・・地点信号発生装置、１０４・・
・Ａ／Ｄ変換装置、３００・・・汎用処理装置、３０１
・・・受像画像記憶装置、３０２，３０３，３０４・・
・内蔵のデータファ第　Ｚ　　図 ３２８− ■　３　　図 第　ｚ　　図 （ａ−） （１１，） （ω １７図 （Ｌ） （７） ＬＯＮ冒尺Ｏ−タＲす 川崎市麻生区王禅寺１０９９番地株 式会社日立製作所システム研究 所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、車両走行の前方に赤外線光束を投光し、その反射光
   像ヲ掃像手段で受像する第１手段と、該第１手段によっ
   て受像した車両前方の画像を、あらかじめ設定した各地
   点での対応する画像と比較することにより、前方の障害
   物の存在を検知する第２手段とを有し、さらに前記第１
   手段において、撮像手段の取付位置上、投光位置より高
   い位置に設けることにより、前方軌道上の障害物の存在
   による受像画像の輝度の変化を利用することを特徴とす
   る軌道車両用障害物検知装置。 ２、　前項第１手段において、水平方向の取付角、画角
   、及び受像カメラの伏角を、あらかじめ設定した軌道デ
   ータを利用すると共に、前記第１手段の視点が、障害物
   検知に必要な距離だけ前方の軌道中心と合致し、かつ前
   記第１手段の画角が上記のｒｔ＋ｉ、離だけ前方におけ
   る軌道幅と合致するように制御するための第３手段１”
   　１１ｆｔ＋えたことを特徴とする第１項記載の軌道車
   両用＃害物検知装置。 ３、前記第２手段にファジィ推論ヲ適用することを特徴
   とする第１項または第２項記載の軌道車両用障害物検知
   装置。