JPS62139012A - 画像式無人車における走行経路決定方法 - 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】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は無人車の走行経路決定方法に係り、詳しくは
無人車の走行経路を指示する走行ラインを無人車に備え
た撮像装置で回り、その撮像装置で穎った走行ラインの
画像を画像処理して走行経路を決定する画像式無人車に
おける走行経路決定方法に関するものである。

（従来技術） 従来、この種の画像式無人車においては、例えばｌｌｉ
像装置にて庵っだ走行経路を指示する白色の走行ライン
の画像が画面中心より右か左かにどれだけ偏位している
かによってそのずれ方向と偏位母の大きさに基づいて無
人車の制御を行なっていた。すなわち、前方の走行経路
の判断は画像中の走行ラインのある場所又は全体の平均
位置がどちらに偏位しているかどうかだけの判断でしか
なかった。

（発明が解決しようとする問題点） 従って、無人車のいる地点から撮像装置が撮えた走行ラ
インまでの正確な走行経路は求めることはできなかった
。その結果、精度の高い走行制御は望めなかった。

この発明の目的は前記問題点を解決すべく無人車のいる
地点から撮像装置が躍った走行ラインまでの走行経路を
正確に決定することができる画像式無人車における走行
経路決定方法を提供するにある。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） この発明は上記目的を達成すべく、無人車に備えたＩｌ
ｉ像装置で撮った画像中の同無人車の走行経路を指示す
る走行ラインについてその長手方向に複数個の点を選定
し、その選定した画像中の複数個の点を実際の位置に射
影変換し、その射影変換された各点と無人車の位置とよ
り求めた関数を無人車の現位置から撮像装置が敵った位
置までの無人車の走行経路とした画像式無人車における
走行経路決定方法をその要旨とするものである。

（作用） 画像中の走行ラインから選定された複数個の点を射影変
換することにより、その複数個の点はその画像上の位置
関係がそれぞれ互いに実際の位置関係に変換される。そ
の実際の位置関係に変換された各点と無人車の位置とか
ら無人車の現位置から撮像装置が撮った位置までの無人
車の走行経路とする関数が求まる。

（実施例） 以下、この発明の走行経路決定方法を具体化した無人車
の走行経路決定装置の一実施例を図面に従って説明する
。

第１図において、無人ｒＪ１の前側上部中央位置には支
持フレーム２が立設されていて、そのフレーム２の上部
中央位置には１ｌｆｆｌｌｉ装置としてのＣ０Ｄ（ｃｈ
ａｒａａ　　ｃｏｕｐｌｅｄ　　ｄｅｖｉｃｅ）カメラ
３が設けられている。ＣＣＤカメラ３は無人車１の前方
の路面４上のエリア４ａを撮るように支持フレーム２に
セットされている。ＣＣＤカメラ３は本実施例では第４
図に示すエリア４ａを第５図に示す画像９で捕えている
。そして、ＣＣＤカメラ３が画像したそのエリア４ａの
画像９は２５６Ｘ２５６個の画素で構成される。

尚、本実施例ではＣＣＤカメラ３の両側下方位置にＣＣ
Ｄカメラ３の＠像を容易にするために照明ランプ５が設
置ａされているが、同ランプ５を使用しないで実施して
もよいことは勿論である。

前記路面４には第２図に示すように無人車１の走行経路
を指示する走行ライン６が一定の線幅りにて描かれてい
て、本実施例では路面４の色と異なる白色の塗料にて描
かれている。そして、この一定の線幅りを有した走行ラ
イン６を前記ＣＣＤカメラ３が躍ることになる。

尚、白色の走行ライン６を撮ったＣＣＤカメラ３からの
信号（以下、画素信号という）のレベルは高く、反対に
暗い路面４を殿ったＣＣＤカメラ３からの画素信号のレ
ベルは低くなる。

次に、無人車１に搭載された走行路決定装置の電気的構
成を第３図に従って説明する。

マイクロコンピュータ１０は中央処理装置（以下、単に
ＣＰＵという）１１と制御プログラムを記憶した読み出
し専用のメモリ（ＲＯＭ）よりなるプログラムメモリ１
２とＣＰＵＩＩの演算処理動作及び画素データ等が一時
記憶される読み出し及び四き替え可能なメモリ（ＲＡＭ
）よりなる作業用メモリ１３及びタイマ１４等から構成
され、ＣＰＵ１１はプログラムメモリ１２に記憶された
制御プログラムにて走行経路の軌跡を割り出すとともに
操舵制御のための各種の演算処理動作を実行するように
なっている。

前記ＣＰＬＪＩＩは前記タイマ１４が計時する時間に基
づいて一定時間ごとに入出力インターフェイス１５、Ａ
／Ｄ変換器１６を介して前記ＣＯＤカメラ３を走査ｉ１
ｗＪするとともに、そのＣＣＤカメラ３からの画素信号
をＡ／Ｄ変換器１６、バスコントローラ１７を介して画
素データにして作業用メモリ１３に記憶させる。Ａ／Ｄ
変換器１６はＣＣＤカメラ３からの画素信号をアナログ
値からデジタル値に変換する際、各画素信号が予め定め
た設定値以上か否か判別し、設定値以上の画素信号の場
合には白色の走行ライン６の部分の画素として「１」、
反対に未満の画素信号の場合には暗い色の路面４の部分
の画素として「０」とするようにして順次入力されてく
る各画素信号を２値化し画素データとしてバスコントロ
ーラ１７を介して作業用メモリ１３に記憶する。従って
、作業用メモリ１３にはＣＣＤカメラ３が撮った画像９
が２５６Ｘ２５６個の画素データにして記憶されている
ことなる。

尚、本実施例ではＣＣＤカメラ３の走査制御は横方向（
Ｘ軸方向）に走査し、その走査が画面９の上から下方向
（Ｙ軸方向）に移る走査方式を採用しているが、その池
の走査方式を採用して実施してもよいことは勿論である
。

２値化レベルコントローラ１８は前記△／Ｄ変換器１６
が２値化するための設定値のデータを前記ＣＰＵ１１か
らの制御信号に基づいて同Ａ／Ｄ変換器１６に出力する
。ドライブコントローラ２０は図示しない走行用の走行
用上−タ及び操舵機構２１を同じ＜ＣＰＵ１１からの制
御信号に阜づいて制御する。そして、操舵機構２１はそ
の制御信号に基づいてステアリング角θＳを制御する。

又、ＣＰＵ１１は無人車１の駆動系の回転速度を検出す
る速度検出器２２からの検出信号を入出力インターフェ
イス１５を介して入力し、その時々の無人車１の走行速
度Ｖを算出するようになっている。

次に、前記ＣＰＵ１１の処理動作について説明する。

今、ＣＰＵ１１からの制御信号に基づいてＣＣＤカメラ
３が走査制御されると、ＣＣＤカメラ３は路面４に対し
て垂直ではな（一定の角度傾いて撮像されていることか
ら第４図に示す前方のエリア４ａを前方部分と手前部分
とで縮尺が異なる第５図に示すような画像９に撮像する
。

このＣＣＤカメラ３がＩ＃１ｍした画ｆ＊９は画素信号
としてＡ／Ｄ変１１！、器１６に出力され、そのＡ／Ｄ
変換器１６にて各画素信号が走行ライン６の部分の画素
信号か路面４の部分の画素信号かが判別された画素デー
タとしてバスコントローラ１７を介して作業用メモリ１
３に記憶される。

ＣＰＵ１１は作業用メモリ１３に記憶された画素データ
に基づいて走行ライン６の画像認識を行なう。ＣＰｔＪ
ｌｌはこの画像９において上側から順に走査方向くＸ軸
方向）の各画素データを読み出して一定の線幅りを有し
ている走行ライン６があるか、そして、その走査列のど
の位置に位置するか割り出すとともに、その走行ライン
６と判断した範囲の中心位ｆｆｆｉｃｎがどの位置にあ
るかを求め作業用メモリ１３に記憶する。

この算出は第６図に示すように画像９を橘成する各画素
において左から数えて１２８番目にある縦一列の画素列
をｙ軸とし、上から数えて１２８番目にある横一列の画
素列をＸ軸と規定して画像９の各画素をｘ、ｙ座標で表
わすようにして、走行ライン６の位置及び中心位ＭＣｎ
をＸ、ｙ座標で求めている。

そして、画像９の最下側までの各走査列の中心位置ＣＯ
〜Ｃ２５５を求める。

次に、ＣＰＬｌｌｌはその求めた中心位置ＣＯ〜Ｃ２５
５から複数個の中心位置を選定点として選定する。本実
施例では予めｙ軸方向に等間隔でかつ上から１０番目、
５５１目、１００番目、１４５番目、１９０番目、２３
５番目にある６個の走査列の中心位置Ｃ１０、Ｃ５５，
Ｃ１００，Ｃ１４５，Ｃ１９０、Ｃ２３５を第６図に示
すように選定点７１〜Ｚ６として規定している。

ＣＰＵ１１はこの選定点７１〜Ｚ６を射影変換、すなわ
ち、画像９で求めた選定点７１〜Ｚ６が第７図に示ず実
際のエリア４ａ上のどの位置く以下、基点という）０１
〜Ｑ６にあるか割り出す演算処理を行なう。これは前記
したようにＣＣＤカメラ３が路面４を垂直に兇像してい
ないことから画像９中の走行ライン６と実際のエリア４
ａにおける走行ライン６と相違するのを一致させる処理
である。第７図においてＰＨは無人車１の中心位置、正
確にはＣＯＤカメラ３の中心位置を示す。

尚、この射影変換処理動作は予め設定されているＣＯＤ
カメラ３の焦点距離及び傾き、高さ等の設置条件に基づ
いて射影変換、すなわち、座標変換が行なわれる。そし
て、このｔＪ１Ｗｅ変換の一般式は以下の通りである。

選定点の位置座標をｘ、ｙ、基点の位置座標をＸ、Ｙと
し、カメラ３の高さをＨ１カメラ３の傾きをｅ１対応位
置の倍率を決める定数をＦとする。

ｘｈｓｅｃｅ　　　　　　　ｔ−Ｉ Ｖ−Ｆ−ｔａｎｅ　　　　　日 Ｙ＝□・□ （１＋　（ｙ／Ｆ）ｔａｎｅ）　　　　Ｆ尚、本実施例
ではＣＰＵ１１はこの基点０１〜Ｑ６を第８図に示すよ
うに無人車１の中心位置を原点Ｐ　Ｈとし、その時のｍ
ｔｔａしたエリア４ａ方向をζ軸、横方向をη軸とする
ζ、η座標の各点となるように座標変換する。この座標
変換ｔよ無人車１からＣＯＤカメラ３がＩｌｌするエリ
ア４ａまでの距離が予め分っていることから容易に座標
変換できるからその詳細は省略する。

この６個の基点Ｑ１〜Ｑ６に基づいてＣＰＵ　１１は第
８図に示すように、各基点Ｑ１〜Ｑ６及び原点ＰＨから
同各点Ｑ１〜Ｑ６．ＰＨを通過、若しくは近接位置を通
る３次の近似曲線りこの開数Ｆ（ζ）　（−ａζ’＋ｂ
ζ”＋ｃζ）を求める。そして、ＣＰｔＪｌｌはこの近
似曲線りこの開数Ｆ（ζ）を無人車の現位置からエリア
４ａまでの走行経路として決定する。

次に、ＣＰＵ１１はこの開数Ｆ（ζ）の基づいて操舵機
構２１を制御する制御処理を行なう。この処理は現位１
１ＰＨから開数Ｆ（ζ）の近似曲線Ｌζに沿って無人！
！１を走行させるための処理動作であって、その時々の
走行位置における姿勢角の（ζ）を求め、無人車１がそ
の時々おいてその姿勢角Φ（ζ）となるようにステアリ
ング角θＳを決定し操舵機構２１を作動制御する処理で
ある。

そして、第８図に示す関数Ｆ（ζ）の微分値が姿勢角Φ
（ζ）（−Ｆｌζ））、であって１、曲線しζ上の点Ａ
（ζｎ、Ｆ（ζｒｌ））から点Ｂ（ζｎ−１、Ｆ　（ζ
ｎ−１）に移動する場合には姿勢角Φ（ζ）がΦ（ζｎ
）からΦ（ζｎ−１）となる条件を満足すればよいこと
がわかる。

この条件を満足させるための走行制御方法を本実施例で
は定常旋回円走行に具体化した。定常旋回円走行は第９
図に示すようにステアリング角度θＳを一定に保持する
と一定の半径Ｒで走行するものであって、ΔＴ秒後の姿
勢角Φ（ζ）の変化小をΔΦとすると、以下の式が成り
たつ。

ΔΦ＝■・ｅｓ・ΔＴ／Ｄ Ｒ＝Ｄ１０Ｓ ■は走行速度、Ｄはホイルベースである。

そして、両式から■・Δ王だけ進む間にΔΦだけ姿勢角
を変化させるためには、ΔＴ毎に半径Ｒ（＝Ｖ・ΔＴ／
ΔΦ）を計算し、その半径Ｒからステアリング角ｅＳ　
（−Ｄ／Ｒ−Ｄ・ΔΦ／Ｖ・ΔＴ）を算出すればよい。

従って、ＣＰＵ１１はΔＴごとにステアリング角ｅｓを
前記式に基づいて算出し、操舵機構２１を作動制御すれ
ば無人車１を前記開数Ｆ（ζ）の近似−ｌ９１Ｌζに沿
って走行させることができる。

すなわち、ＣＰＵ１１は無人車１を現位置からエリア４
ａ上の走行ライン６に確実に乗せかつ同ライン６に沿っ
て走行させることができる。

このように１本実施例においてはＣＯＤカメラ３で撮っ
た画像９中の走行ライン６について６個の選定点７１〜
ｚ６を選定し、その画＠９中で求めた選定点７１〜Ｚ６
を実際のエリア４ａの位置と対応する基点０１〜Ｑ６を
射影変換して求める。

そして、その各基点Ｑ１〜Ｑ６及び原点Ｐ　Ｈから同各
点を通過、若しくは近接位置を通る３次の近似曲線りこ
の関数Ｆ（ζ）を求め、その開数Ｆ（ζ）を無人車の現
位置からエリア４ａまでの走行経路としたので、無人車
１を現位置からエリア４ａ上の走行ライン６に確実に乗
せかつ同ライン６に沿って走行させることができる走行
経路として非常に精度の高いものとなる。

しかも、この走行経路を示す関数Ｆ（ζ）を微分して姿
勢角Φ（ζ）（−Ｆ′（ζ））を求め、その姿勢角Φ（
ζ）となるようにステアリング角θＳを決定し操舵機構
２１を作動させるようにしたので、確実に無人中１をそ
の走行経路に沿って走行させることができる。

特に、第１１図に示すように走行ライン６から外れた位
置から走行ライン６に乗せ、以後走行ライン６に沿って
走行させる際は非常に有効となる。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、前
記実施例では選定点７１〜ｚ６を６個としたが、その数
を適宜変更して実施してもよい。

又、前記実施例では選定点７１〜Ｚ６の選定をｙ軸方向
に対して等間隔に選定したが、これを例えば上側はどそ
の間隔を狭くする等、等間隔に限定されることなく適宜
変更して選定点を選定したりして実施してもよい。さら
に、前記実施例では選定点７１〜Ｚ６を所定の走査列方
向の走行ライン６を示す画素群の中心位置Ｏｎとしたが
、要は、画＠９中に搬像されている走行ライン６から選
定されればよく、その選定方法はどんな方法でもよい。

さらに、前記実施例では中心位ａＣｎを全ての走査列に
ついて求めた後、所定の中心位置を選定点としたが、全
ての中心位置を求めることなく選定点となる所定の走査
列の中心位置のみを求めるだけにして実施してもよい。

この場合、走行経路決定処理時間をさらに短縮させるこ
とができる。

又、前記実施例では走行ライン６に近似する線Ｌζを３
次閏数Ｆ（ζ）にて実施したが、その伯、ｎ次近似の近
似曲線しことなる０次関数で実施したり、特殊関数とし
て例えば各点Ｑ１〜Ｑ６．ＰＨを全て通過するスプライ
ン関数で実施してもよいことは勿論である。又、前記実
施例では原点ＰＨの姿勢角の（０）について特に限定し
ていなかったが、これを、例えば、第１２図に示ずよう
にη−Ｆ（ζ）−ζ２（ζ＋ａ）なる関数のように原点
ＰＨで姿勢角の（０）がゼロとなるように関数で実施し
てもよい。これによって、原点ＰＨから無人中１をスタ
ートする際にステアリング角ｅｓはゼロであるからその
時点で急激にステアリング角θＳを変化させる必要がな
くスムースなステアリング走行が可能となる。

又、前記実施例ではＩｌｌ＆装置としてＣＯＤカメラを
用いたが、それ以外のｉａ装置を用いて実施してもよく
、又、前記実施例ではＣＯＤカメラ３の画像の画素構成
（分解能）は２５６Ｘ２５６画素であったが、これに限
定されるものではなく、例えば５１２Ｘ５１２画素、１
０２４ｘ１０２４画素等、適宜変更して実施してよいこ
とは勿論である。

発明の効宋 以上詳述したように、この発明にＪ：れば精度の高い走
行制御のための正確な走行経路を決定することかでき、
画像式無人車の走行経路決定方法として浸れた効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した無人車の側面図、第２図
は同じく平面図、第３図は走行経路決定装置の電気ブロ
ック回路図、第４図はＣＯＤカメラが搬像するエリアを
示す図、第５図はＣＯＤカメラが撮らえた画像を説明す
るための説明図、第６図は画像の座標を説明するための
図、第７図は選定点を実際のエリアに射影変換した時の
各基点を示す図、第８図は近似曲線を示す図、第９図は
定常旋回円走行を説明するための説明図、第１０図は姿
勢角と半径との関係を示す図、第１１図は無人車が走行
ライン上にない場合の近似曲線を示す図、第１２図は原
点の姿勢角がゼロの場合の近似曲線を示す図である。 図中、１は無人車、３はＣＯＤカメラ、４は路面、４ａ
はエリア、５は照明ランプ、６は走行ライン、９は画像
、１０はマイクロコンピュータ、１１は中央処理￥’ｔ
ｉｆｉ　（ＣＰＵ）　、１２はプログラムメモリ、１３
は作業用メモリ、１４はタイマ、１６はＡ／Ｄ変換器、
１８は２値化レベルコントＯ−ラ、２０はドライブコン
トローラ、２１は操舵機構、２２は速度検出器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、無人車に備えた撮像装置で撮った画像中の同無人車
   の走行経路を指示する走行ラインについてその長手方向
   に複数個の点を選定し、その選定した画像中の複数個の
   点を実際の位置に射影変換し、その射影変換された各点
   と無人車の位置より求めた関数を無人車から撮像装置が
   撮った位置までの無人車の走行経路とした画像式無人車
   における走行経路決定方法。 ２、射影変換された各点と無人車の位置より求めた関数
   はｎ次関数である特許請求の範囲第１項記載の画像式無
   人車における走行経路決定方法。 ３、ｎ次関数は３次関数である特許請求の範囲第２項記
   載の画像式無人車における走行経路決定方法。 ４、射影変換された各点と無人車の位置とより求めた関
   数はスプライン関数である特許請求の範囲第１項記載の
   画像式無人車における走行経路決定方法。 ５、射影変換された各点と無人車の位置とより求めた関
   数は無人車の位置において無人車の姿勢角がゼロとなる
   ようにその微分値がゼロとなる関数である特許請求の範
   囲第１項記載の画像式無人車における走行経路決定方法
   。