JPS63124114A - 移動体用環境認識装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は移動体の制御装置に係り、特に距離センサを有
し、距離センサからの情報を処理して自律的に移動を行
う移動体の制御に好適な移動体用環境認識装置。

〔従来の技術〕

従来、ＴＶカメラから入力される連続画像を対応付けす
ることで環境を認識し、移動体を誘導する方式として、
情報処理学会研究報告（ＣＶ−３５−５）の「動画像を
用いた移動ロボットの環境認識」の例がある。この例で
は、ＴＶカメラから入力された８枚の連続画像をそれぞ
れ微分処理してエツジの強度と方向を求め、これをもと
に特徴点を８画像にわたって対応付けを行い、画像上で
の物体移動方向（オプティカル・フロー）を求めている
。この移動方向から、移動体の姿勢・位置の変化量の測
定や動物体の検出を行うことができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は連続画像からエツジを抽出し８枚の画像
間で対応付けを行う必要があり、計算が複雑である。ま
た、対応させる特徴点を十分多くしなければ、移動体の
姿勢・位置の変化を精度良く求めることができない１等
の問題があった。

本発明の目的は、連続画像間で対応付けを行うのではな
く、両眼立体視などにより得られる距離情報を画像とし
て生成し、この距離画像間で対応付けを行うことにより
、簡単な計算でしかも精度の良い移動体の姿勢・位置の
変化量を求めることができるばかりでなく、環境内の動
物体の検出も行える装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、距離画像と距離画像の間で対応点を求める
に際し、距離データの差が小さい要素間の引力を求め、
この引力の平均値から画像間の平行移動量と回転量を求
めることにより達成される。

〔作用〕

距離が求まった点すべてを用いて対応付けを行うために
、十分な数の対応付けが行えるため、精度が高い、また
、引力という簡単な計算で対応付けを行うために、安価
な装置で構成できる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を説明する。第１図はその一実施
例を示す全体構成図である。この第１図において、第２
図に示すように移動体の前部に設置された２台のカメラ
１および２がらのアナログ信号をＡ／Ｄ変換器３で、デ
ィジタル信号に変換する。ジャイロ及びエンコーダ４で
、移動体の傾きなどの姿勢や移動量を検出し、姿勢や移
動量に応じた周波数のパルスを発生する。マイクロコン
ピュータ５では、予め定めた制御プログラムに従って、
ソフトウェアによるディジタル演算処理を実行する。上
記構成要素１〜４からの信号に基づいて、後述する演算
を実行し、その結果により移動体を駆動するための制御
指令を発生するものである。移動体の駆動袋！ｗ６で、
マイクロコンピュータ５からの制御指令により、移動体
を駆動する。

上記構成においてその動作を説明する。

以下、説明を簡単にするため、移動体は平らな平面上を
移動するものとし、姿勢・位置の変化は左右方向の回転
と並進移動のみであると仮定する。

今、第１図中に示す各構成要素を備えた移動体において
、その移動開始時において、マイクロコンピュータ５は
各種初期設定を行った後、第３図。

第６図、第１２図に示す演算処理を繰り返し実行する。

第３図に示すフローチャートによる演算処理においては
、右側カメラ１からの入力と左側カメラ２からの入力を
用い、立体視の原理により、移動体の前方にある物体ま
での距離を求める。まず、ステップ３１において右側カ
メラ１の画像データを演算回路に入力する０次に、ステ
ップ３２において左側カメラ２の画像データを演算回路
に入力する。ステップ３３では、右側カメラと左側カメ
ラの画像データを用いて、移動体の前方の物体までの距
離を演算する。この計算は特開昭６１−１１７６７２号
公報に記載されている方式などを用いて行うことができ
る。ステップ３４においては、物体までの距離情報を用
いて、移動体の視点を中心とする移動平面での座標系を
用い、環境の平面図を生成する。第４図に移動体の現在
位置・方向からの環境情景、第５図に距離データがら求
めた平面図を示す。

第６図に示した演算処理においては、予め予測した平面
図と第５図に示した平面図とを用いて、移動体の精確な
位置・方向を求めるとともに、ジャイロ・エンコーダ４
の補正量、動物体の位置・大きさ・速度、および記憶し
ている環境地図の更新を行う、まず、ステップ６１にお
いては記憶装置から環境の地図を呼び出す６次に、ステ
ップ６２において、ジャイロ・エンコーダ４のデータと
記憶といてる補正量を用いて、移動体の現在位置から見
た予測平面図を生成する。いは、移動体は前時刻の位置
から横方向にｄＸ、前方向にｄ。

移動し、θだけ回転したというデータが、ジャイロおよ
びエンコーダのデータを補正して得られたとする。この
位置および向きから見える環境は、環境地図から第７図
のように生成されたとする。

ステップ６３においては第５図の平面図と第７図の対応
計算を行う。

以下、この対応計算を詳細に説明する。第５図および第
７図はそれぞれ第８図に示すような適当な大きさの配列
データとして表現されており、配列のデータは、平面図
の線分が含まれる要素は１゜それ以外をＯとする。いま
第５図の配列の（１１゜ｊｚ）要素の値をｐｔ（ｉｚ＊
　ｊｔ）　、第７１！！！ｌの配列のＣ１ｘｖ　ｊｚ）
要素の値をｐｚ（ｉｚ＊　ｊｚ）とする。

このとき、第５図と第７図の対応は次の計算を繰り返す
ことにより求められる。

但し。

・・・（２） ｉｘ’　＝ｉｘ’−−ｊｚ’　＝ｊｚ’　−ｍここに。

・・・（４） である、第（１）式〜第（４）式の意味を第９図を用い
て説明する。第９図の（ｉｔ’　ｗ　ｊｘ’　）と（ｉ
ｓ’　ｖ　ｊｚ’　）の平径動量（ΔＸ、Δｙ）は、で
あり、ＩｊＫ点から見た両方の点の角度Δθは、で表わ
される。このΔＸ、Δｙ、Δθを、１Δｘｌ≦ｍ、ｌΔ
ｙ１≦ｍという条件を満たすすべての配列要素の対に対
して総計したものが第（２）式である。これを第（３）
式で求まる対の数ｑで平均化し、第（１）式を用いて、
二つの平面図のずれを求める。このずれ量に基づいて、
第（４）式により第５図を平行移動し、第７図を回転す
る。

この計算を繰り返すにしたがい、第５図と第７図は次第
に一致する部分が最も多い状態になる。この状態を第１
０図に示す。

ステップ６４では、ステップ６３の値を用いて、ジャイ
ロ及びエンコーダの補正を行う、すなわち。

（Δｘ”　、Δｙ″）およびΔＯｎはジャイロおよびエ
ンコーダの計測誤差を示している。従って、これら計測
誤差を時系列的に蓄えておき、処理することにより、ジ
ャイロ・エンコーダ４の計１１ＦＪ差を推定することが
できる。この計測は次時刻でのステップ６２での計算に
用いるため、記憶装置に蓄えておく。

ステップ６５では、ステップ６３の結果を用いて動物体
の抽出と位置・大きさ・速度の計算を行う、第１０図に
おいて、二つの平面図において対応しなかった部分を抽
出すると、第１１図のようになる。第１１図のうち１１
１，１１２，１１３は近傍に対応する部分が無いために
生じたものである。このような部分は、移動体の移動に
伴い見えなくなった部分、あるいは、新たに見えはじめ
た部分である。１１４は近傍に対応する部分があるが一
致しなかった部分であり、このような部分は動物体と考
えられる。１１４の実線部分の重心を求めることにより
動物体の現在位置が求まり。

点線部分の重心との差により速度・方向が求まる。

また、実線部分の大きさから移動体の大きさも求めるこ
とができる。これらの結果は、後で述べる移動系路を求
めるのに用いるため、記憶装置に蓄えておく。

ステップ６６では記憶している地図の更新を行う、第１
１図において、移動体と判定された１１４の点線部に相
当する部分を環境の記憶地図から削除し、新たに１１４
の実線部分を環境地図に記入する。また、予測した平面
図に存在せず、新たに見えはじめた部分があれば環境地
図に記入しておく。

次に、第１２図を用いて、移動体の移動経路を計算する
方法を説明する。まず、ステップ１２１において、ステ
ップ６６により更新された環境の記憶地図を読み出す２
次にステップ１２２においては、動物体の位置・大きさ
・速度をもとに、第１３図に示すように今後動物体が進
行すると予測される範囲１３１を環境状図に重ねる。こ
の環境地図を基に特願昭６１−１４３０８４号に記載さ
れている方法により、移動体が安全に移動できる通路を
求めることができる。ステップ１２４においては、ステ
ップ１２３で求めた移動経路に沿って移動体を移動させ
るための制御量を、駆動装置の特性を考慮して決定し、
駆動装置に制御量を送る。

以上述べた、第３図、第６図および第１２図に示した演
算手順を繰り返すことにより、移動体を安全にしかも精
度良く移動させることができる。

なお、上記実施例では一連の処理を一つのマイクロコン
ピュータで行うものとしたが、複数のマイクロコンピュ
ータを用いて、第３図、第６図および第１２図の処理を
並行して処理させてもよい。

また、前記各処理をマイクロコンピュータによるソフト
ウェアで行うものを示したが、電子回路によるハードロ
ジック構成により同様の処理を行うようにしてもよい。

前記実施例においては両眼立体視により環境の距離デー
タを求める例を示したが、超音波やレーザー光、マイク
ロ波などにより距離を求めても、以下の処理は全く同様
に行うことができる。また。

第１図中のジャイロ・エンコーダ４は必ずしも必要では
ない、これらを有しない移動体においては。

ステップ６２およびステップ６４の処理は必要でなく、
ステップ６３における予測平面図に代わり。

−時刻前に得られた距離データによる平面図を用いれば
よい、また、環境の記憶地図は移動体が移動を始める前
に予め与えておくことも出来るし、予め与えないで移動
を行うことも出来る。予め環境地図を与えない場合、第
６図の処理は最初の一時刻では行わず、現時刻の測距デ
ータにもとづく平面図をそのまま記憶地図に蓄えておく
１次の時刻からは新たに視野に入った物体が順次記憶地
図に記入され、記憶地図が形成されてゆくことになる。

また、前記実施例においては距離データから二次元の平
面図を生成し、移動を行う例を示した。

第８図に示した平面図を高さ方向にも配列要素を持つ三
次元の構成とし、１！ｌ境地図も三次元の構成とするこ
ともできる。この場合も、第（１）式〜第（４）式と類
似の計算式で対応を求めることができる。この三次元構
成の場合は、移動体の三次元的な並進運動と回転量を求
められるため、平面上の移動ばかりでなく、起伏のある
地形上の移動体あるいは飛翔体にも用いることができる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、簡単な計算で環境内の動物体の位置・
大きさ・速度を求めることができ、動物体の移動経路も
考慮して移動体の誘導を行うことができるので、移動体
と動物体の衝突を回避し、安全に移動体の誘導を行うこ
とができる。また。

動物体の認識が簡単な計算で行えることから、誘導装置
を安価に構成できる効果もある。さらに、移動体の位置
・移動方向を精度よく求めることができるため移動経路
に沿った高精度な移動を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック構成図、第２図は
移動体のカメラ配置を説明する図、第３図、第６図、第
１２図はマイクロコンピュータの演算処理手順を示すフ
ローチャート、第４図は実施例における移動環境の説明
図、第５図および第７図はそれぞれ実施例における現時
刻の距離データ平面図および前時刻で予測した距離デー
タ平面図、第８図は距離データ平面図の構成方法の説明
図、第９図は距離データ平面図間を対応付ける方法を説
明する図、第１０図は距離データ平面図間を対応結果を
示す図、第１１図は距離データ平面図間の対応結果から
動物体を抽出する方法の説明図、第１３図は移動体の誘
導経路を求める方法の第１　図 ′ｆＩ　３　図 第＋図 第５　図 ）５　６　　　図 第　７　図 第３０ −Ａ　　　　　　　　　　Ａ 循　９　図 第１θ　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、環境内の物体までの距離を求める距離センサと、距
   離センサから得られた距離データからの環境の形状を記
   憶しておく環境記憶部とを有する移動体において、距離
   センサから得られた距離データと、記憶している環境の
   形状から予測した距離データとを比較する手段と、比較
   した結果にもとづき環境内の動物体を認識する手段とか
   らなることを特徴とする移動体用環境認識装置。 ２、上記比較手段は、双方の距離データから二次元配列
   で表現される平面図を構成する手段と、相互の配列の要
   素間の平行移動量と回転角度を用いて上記構成された平
   面図全体に対する平行移動量と回転角度を求める手段か
   らなることを特徴とする第１項の移動体用環境認識装置
   。 ３、上記比較手段は、距離データを三次元の配列で表現
   される立体として構成する手段と、配列の要素間の平行
   移動量と回転角度を用いて、上記構成された三次元の距
   離データに対する平行移動量と回転角度を求める手段か
   らなることを特徴とする第１項の移動体用環境認識装置
   。 ４、上記認識する手段は、環境の距離データと動物体の
   移動部分とを重ね合わせ、各部分にポテンシャルの場を
   形成し、移動体の誘導経路を求める手段を含むことを特
   徴とする第１項の移動体用環境認識装置。