JPS6352211A - 画像式無人車における走行経路決定方法 - Google Patents

画像式無人車における走行経路決定方法

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JPS6352211A
JPS6352211A JP61195853A JP19585386A JPS6352211A JP S6352211 A JPS6352211 A JP S6352211A JP 61195853 A JP61195853 A JP 61195853A JP 19585386 A JP19585386 A JP 19585386A JP S6352211 A JPS6352211 A JP S6352211A
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Akiyoshi Itou
伊藤 日芸
Kohei Nozaki
野崎 晃平
Junichi Hida
淳一 飛田
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Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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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穎像装置で穎
り、その撮像装置で撮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臣における走行経路
決定方法に関するものである。
(従来技術及び問題点) 本出願人はこの種の画像式無人車において眼像装置で撮
った走行経路を指示する走行ラインを画像処理し、無人
車を走行ラインに沿って走行させるだめの安全かつ合理
的な走行経路を決定する方法を先に種々出願している。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、この種の走行経路決定方法は無人車が現在位
置から走行ラインに乗った後において誤差なくスムース
に゛走行ラインに沿って走行することが必要でそのため
には走行ラインにスムースにかつ確実に乗せることが最
も望ましい。
この発明の目的は無人車を現在位置から走行ラインにス
ムースに確実に乗せることができる走行経路の決定方法
を提供することにある。
発明の構成 (問題点を解決するための手段) 上記目的を達成すべく、この発明は無人車に備えた撮8
i装置で同無人車の走行経路を指示する走行ラインを撮
像し、その画像中の走行ラインに基づいて予め選定した
走行ラインの一地点における走行ラインの微係数を求め
、その一地点、微係数及び無人車の現在位置とで求めた
曲線を無人車の現在位置から前記予め設定した走行ライ
ンの一地点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するものである。
(作用) 画像中の走行ラインに基づいて求めた走行ラインの一地
点における走行ラインの傾きは走行ラインをある関数と
するとその地点における微係数〜(微分値)を意味し、
その微係数を無人車の姿勢角とすれば走行ラインの一地
点で無人車はスムースに走行ラインに乗ることになる。
そして、この一地点における微係数及び無人車の現在位
置とで1つの曲線を求めることができる。この曲線は走
行ラインの一地点において前記微係数と一致することに
なる。その結果、この曲線を現在位置から前記走行ライ
ン上の一地点までの走行経路とし、無人車を走行させれ
ば無人車の姿勢角はその一地点で微係数と一致すること
になり無人車はスムースに走行ラインに乗ることになる
(実施例) 以下、この発明の画像式無人車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、無人車1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
央位置には搬像装置としてのCCD(Charge  
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。
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5が一定の線幅にて描かれ、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、この一定の線幅を有した走行ライン5を前
記CCDカメラ3が撮ることになる。
従って、CCDカメラ3は第4図に示すエリア4aを第
5図に示す画像6としてとらえることになり、そのエリ
ア4aの画像6を本実施例では256x256個の画素
で構成している。そして、CCDカメラ3において白色
の走行ライン5を撮った信号く以下、画素信号という)
は出力レベルが高く、反対に路面4を撮った画素信号は
出力レベルが低くなっている。又、本実施例ではCCD
カメラ3の両側下方位置に同カメラ30撮像を容易にす
るために前記路面4を照す照明ランプ7が設置されてい
るが、照明ランプ7を使用しないで実施してもよい。
次に、無人車1に搭載した走行経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は中央処理装置く以下、CP
U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12
とCPU11の画素データ及びその他演峰処理結果等を
一時記憶する読み出し及び書き替え可能なメモリ(RA
M)よりなる作業用メモリ13及びタイマ14等から構
成されている。そして、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ラインの状態
を削り出すとともに、操舵制御jIl等の走行のための
各種の演算処理vJ作を実行するようになっている。
前記cpuiiはタイマ14が計詩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及びA/D
変換器16を介して前記CCDカメラ3を走査制御する
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がらの画素信号をア
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がどうが判断する。そして、A/D
変換器16は設定値以上の画素信号の場合には白色の走
行ライン5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r
OJ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6が256X256個の画素データとして記憶され
ることになる。
2値化レベルコントローラ18は前記CPU 11から
の制御信号に基づいて前記A/D変換器16が2値化す
るための設定値のデータを同A/D変換器16に出力す
るようになっている。ドライブコントローラ19は無人
車1の走行用の駆動モータ20及び操舵機構21を同じ
<CPtJllからの制御信号に基づいて制御する。そ
して、駆動モータ20は無人車1の走行速度Vを決定し
、操舵機構21は無人車1のステアリング角θを決定す
る。
尚、本実施例では無人車1は常に予め設定した一定の走
行速度Vで走行するようにモータ20を制御している。
又、本実施例では説明の便宜上、CCDカメラ3の走査
制御は画面に対して横方向(y軸方向)に走査し、その
走査が画面の上から下方向くX軸方向)に移る走査方式
を採用するが、その他の走査方式で実施してもよいこと
は勿論である。
次に、上記のように構成したCPLJIIの処理動作に
ついて説明する。
今、CPUII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、同カメラ3は路面4に対して垂
直ではなく一定の角度傾いて撮像していることから第6
図に示す前方のエリア4aを第7図に示すような画像6
に撮像する。CCDカメラ3が撮像した画像6は画素信
号としてA/D変換器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5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に転
送される。
作業用メモリ13に画素データが転送されると、CPU
11はその画素データに基づいて走行ライン5上の無人
車1に近い地点における傾き、即ち、走行ライン5をあ
る曲線であられした場合におけるその地点の微係数(微
分値)、即ち、無人車1の姿勢角のを求める処理動作を
実行する。
まず、第7図に示すように画@6の最下側のチェックラ
イン1−Oa、jobと対応する横一列の画素列の画素
データを読み出しその各ラインlOa、10b上におけ
る走行ライン5の画素データと路面4の画素データを判
別し、ラインL Oaを交差する走行ライン5の中心位
1COaを求めた後、チェックラインIob上にある走
行ライン5の画素データ群から同様にチェックラインl
obを交差する走行ライン5の中心位置CObを求める
この両中心位置COa、 CObは画像6を構成する各
画素において左から数えて128番目のある縦一列の画
素列をX軸、上から数えて128番目にある横一列の画
素列をy軸としたX、y座標で求めている。
cpuiiは両中心位置(:、 Oa、 CObを射影
変換、即ち、画像6で求めた中心位置COa、 COb
が一地点としての実際のエリア4a上のどの位置QOa
QObにあるかを割り出す。これは前記したようにCC
Dカメラ3が路面4を垂直に撮像していないことから画
像6中の走行ライン5と実際のエリア4a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。そして
、その変換方法は本出願人が先に出願した例えば特願昭
60−283852号を参照すれば容易に理解される。
尚、この射影変換して求めた中心位置QOa、 QOb
は無人車1の中心を通る進行方向に直交する方向をY軸
、エリア4aを左右に2分する線をX軸とし、かつ、両
軸の交点(原点)を無人車1の現在位置く正確にはCC
Dカメラ3の位置)HPとしたX、Y座標で求めている
CPU11は中心位置Q Oa、 Q Obからチェッ
クラインL Oa、 L Ob間を通る走行ライン5の
傾き(走行ライン5の微係数)ΦOを算出し、その傾き
Φ0を作業用メモリ13に記憶する。
即ち、中心位置Q Oa、 Q Obの座標位置をそれ
ぞれ(XOa、 YOa) 、  (XOb、 YOb
)とすると、傾きΦOは以下の通り求めることができる
ΔX = X Oa−X Ob ΔY=YOa−YOb ΦO=ΔY/ΔX 次に、CPU11は無人車1の現在位置1−IPと走行
ライン5上の中心位@QObを通り、かつ、中心位置Q
Obで微係数F−(XOb)がΔY/△X(=Φ0)と
なる3次曲線しの開数F(x)=aX   + b x
2+ c X + dを求める。
尚、この算出において本実施例では現在位置HPにおい
て微係数F−(0)=Oとなるようにしている。上記の
条件に基づいて3次曲線りの関数F(x)が求めると、
CPU11はこの開数F(X)を無人車1の現在位置H
Pからエリア4a内の走行ライン5上の中心位置QOb
までの走行経路として決定する。
走行経路が決定すると、CPU11は駆動モータ20を
駆動させて無人車1を予め定めた一定速度■で走行させ
るとともに、この間数F(×)に基づいて操舵義構21
を制御する制御処理を行なう。
この処理は現在位置HPから開数F(X)の3次曲線し
に沿って無人車1を走行ライン5の中心位置QObまで
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Φを前記関数F (X)から求め、無
人車1がその時々においてその姿勢角Φとなるようにス
テアリング角eを決定し操舵機構21を作動制御する処
理動作である。
本実施例の場合、このステアリング制御を行なうのに定
常旋回走行を採用し、この走行は第8図及び第9図に示
すようにステアリング角度O5を一定に保持すると一定
の半径Rで旋回する走行をいい、61秒後の姿勢角Φの
変化をΔΦ、走行速度をv1無人車1のホイルベースを
Dとすると以下の式が成りたつ。
ΔΦ=v−es・ΔT/D R= D/e s そして、両式からV・Δ丁だけ進む間にΔΦだけ姿勢角
Φを変化させるためには、6丁毎に半径R(=V・ΔT
/ΔΦ)を計算し、その半径Rからステアリング角eS
 (=[)/R=D・ΔΦ/V・ΔT)を算出すればよ
い。従って、CPU11は6丁毎にステアリング角O5
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3次曲線しに沿って走行させること
ができる。
尚、この詳細は本出願人が先に出願した例えば特願昭6
0−283851号、特願昭60−281399号に記
載された内容を参照すれば容易に理解されよう。
無人車1が走行を開始すると、続いてCPU 11は画
像6の画素データに基づいて両像された走行ライン5上
の複数の地点の傾き、即ち、走行ライン5をある曲線で
あられした場合におけるその各地点の微係数(微分値)
を求める処理動作を実行する。
CPU11は前記画像6の最下側のチェックラインLO
a、LObで求めた処理と同様に、同チェックラインL
 Oa、 L Obと隣接する所定の間隔位置に第1チ
ェックラインL1a、1−1bを設定しその対応する横
一列の画素列の画素データを読み出しその各ライン1−
1a、1−1b上における走行ライン5の画素データと
路面4の画素データを判別し、ライン1−1aを交差す
る走行ライン5の中心位置C1aを求めた後、チェック
ライン上1b上にある走行ライン5の画素データ群から
同様にチェックラインL1bを交差する走行ライン5の
中心位置C1bを求める。
CPU11は画像6で求めた中心位置C1a、 C1b
が実際のエリア4a上のどの位置Q 1a、 Q lb
にあるか前記と同様に射影変換する。そして、CPU1
1は中心位置Q 1a、 Q 1bからチェックライン
し1a、11b間を通る走行ライン5の傾き(走行ライ
ン5の微係数)Φ1を算出し、その傾きの1を作業用メ
モリ13に記憶する。
即ち、前記と同様に中心位置Q 1a、 Q 1bの座
標位置をそれぞれ<X1a、 Yla) 、  <Xl
b、 Ylb)とすると、前記と同様にその傾きΦ1は
以下の通り求めることができる。
ΔX=X1a−Xlb △Y=Y1a−Ylb Φ1−ΔY/ΔX 第1のチェックライン1−1a、1−1bにおける走行
ライン5の傾きΦ1が求まると、CPtJllは以後同
様な方法で一定の間隔をおいて第8のチェックライン1
8a、18bまで各チェックラインにおける位置C2a
、 C2b−C8a、 C3b5Q2a、 Q2b 〜
Q8a、 Q8b、及び、傾き(微係数)02〜Φ8を
求め順次作業用メモリ13に記憶する。
この微係数Φ1.Φ2〜Φ8の一群はエリア4a内の走
行ライン5上を移動する際の各位置Q Ib。
Q2b−Q8bにおける姿勢角Φを示すことになる。
従って、エリア4a内の走行ライン5の各位置Q1b、
 Q2b〜Q8bにおいて無人車1の姿勢角のが01、
Φ2〜Φ8となるように操舵灘構21を介してステアリ
ング角eを制御することによって、無人車1を同走行ラ
イン5に沿って移動させることが可能となる。
尚、この第8のチェックライン1−8a、1−8bまで
傾きΦ8の算出についてCPU11は少なくとも無人車
1が前記3次曲線り上を走行し前記走行ライン5上の中
心位fi Q Obまでに終了するようにしている。
無人車1が走行ライン5上の中心位fiQObに到達す
ると、無人車1の操舵角Φは前記ΦOに制御されること
から、CPtJllはそのままスムースに走行ライン5
に乗り前記した走行ライン5上の位置Q1bに向って移
動することになる。この時、CPU11は作業用メモリ
13に記憶した位置Q1bの微係数01を読み出し、こ
のΦ1、前記Φ0、無人車1の走行速度V、位置Q1b
に到達するまでの時間ΔT及び無人車1のホイールベー
スの長さDに基づいてその時々のステアリング角○(=
D・ΔΦ/V・ΔT;尚、ΔΦ=Φ1−Φ0〉を制御し
て操舵礪構21を駆動制御する。その結果、無人車1は
位置Q1bにスムースに到達することになる。
無人車1が位置Q1bに到達すると、CPU11は次に
移動すべき位置Q2bの微係数02を作業用メモリ13
から読み出し、このΦ2、前記Φ1、無人車1の速度V
、位置Q2bに到達するまでの時間ΔT及び無人車1の
ホイールベースの長さに基づいて前記と同様にその時々
のステアリング角eを制御して操舵礪構21を駆動制御
する。以後、同様な動作を繰り返すことによって、CP
U11は無人車1を各位置Q3b−Q8bをスムースに
通るように走行させることができる。
このように本実施例では現在位置からCCDカメラ3が
撮らえた走行ライン5に乗せるための3次曲線りの関数
F (X)を求めるとき、走行ライン5に乗る位@QO
bにおける走行ライン5の微係数Φ0を関数F(X)の
要素として求めたので、3次曲線りに沿って走行する無
人車1が位置QObに確実に乗りかつ同位置QObに到
達した時、無人車1の姿勢角のは微係数ΦOと一致する
ことになり、スムースに走行ライン5に乗ることになる
従って、走行ライン5に乗った後におけるCCDカメラ
3にて撮像した走行ライン5の画素データに基づいて決
定した走行経路に誤差なく移行することができる。
又、本実施例では現在位置HPで姿勢角Φがゼロとなる
3次曲線しとしたので、無人車1をスタートさせる際に
ステアリング角eはゼロであるから急激にステアリング
角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、本実施例では無人車1が位置QObに到達した後の
走行経路はCCDカメラ3にて[1した走行ライン5の
画素データに基づいて走行ライン5上の位置Q1b〜Q
8bについて微係数01〜Φ8を求め、この位置Qlb
−Q8bの微係数01〜Φ8、即ち、無人車1の姿勢角
Φに基づいてステアリング角θを制御するようにしたの
で、無人車1は走行ライン5そのものを走行軌跡として
走行させることができる。
又、エリア4a内の走行エリア5についである関数を求
め、その関数に基づく曲線を走行経路とする演算処理は
なくなるとともに、各位置Qlb〜Q8bにおける微係
数01〜Φ8を作業用メモリ13に記憶するだけなので
、作業用メモリ13の記憶容量が非常に小さくて済むこ
とになる。
尚、この発明は前記実施例に限定されるものではなく、
例えば前記実施例では現在位置から位置Qlbまでの関
数F(X)を3次曲線しどなるようにしたが、要は位置
QObにおいてその走行ライン5の微係数ΦOと一致す
る微係数となる関数であるならばどんな関数く例えば0
次関数)であってもよい。
又、微係数Φ0の位置Qlbを無人車1の近くに設定す
るように、画像6に設定したチェックラインlOa、1
−Obを画@6の最下側に設定したが、その位置を適宜
変更して実施してもよい。
又、前記実施例では位置Q1b以後のエリア4a内の走
行経路は走行ライン5上の位1Q1b−Q8bについて
微係数01〜Φ8を求め、この位置Q1b〜Q8bの微
係数01〜Φ8に基づいてステアリング角eを制御する
ようにしたが、その他の方法でエリア4a内における走
行経路を決定してステアリング角を制御するようにして
もよい。
さらに、前記実施例では各チェックラインの間隔、例え
ば第1のチェックライン1−1a、1−1bの間隔は特
に限定しなかったが、要はその位置における微係数が日
出できる間隔であれば適宜変更して実施してもよい。
又、前記実施例では射影変換した後、各位置Q1b〜Q
8bの微係数Φ1〜の8を求めたが、これを画@6中の
各位MC1b−C8bにおける微係数を求めその求めた
微係数を射影変換してエリア4a内における各位置Ql
b〜Q8bの微係数01〜Φ8を求めるようにしてもよ
い。
又、前記実施例では第1〜第8のチェックラインを設定
したが、その数を適宜変更して実施してもよいことは勿
論である。
又、前記実施例では走行ライン5に乗せるための走行経
路(3次曲線)を関数F(x)−aX3+b×2  千
CX+dとして求めたが、これを求められた位置QOb
における各微係数ΦOに対応した各3次曲線りの関数F
(X)をテーブル化してプログラムメモリ12に記憶さ
せて実施してもよい。例えば、本実施例の場合、画像6
が256×256であることから位置QObは256通
りある。そして、微係数00を5度きざみに設定すると
、 (180’15° −1) ・ 256=8960とな
り、8960種類の3次曲線りを予め用意、即ち、テー
ブル化しておけば良いことになる。従って、演算処理時
間が短縮されることになる。
又、前記実施例において、各位置Q1b−Qnbの微係
数Φ1〜Φ8を読み出し、この01〜Φ8、走行速度V
、時間ΔT及びホイールベースの長さDに基づいてその
時々のステアリング角e (=D・ΔΦ/V・ΔT)を
求め操舵機構21を駆動制御するようにしたが、予め走
行速度■、時間6丁及びホイールベースの長さDが分っ
ていることから、この各微係数Φ1〜Φ8から求めた各
ΔΦ=Φm−〇fil−1に対応した各ステアリング角
θをテーブル化してプログラムメモリ12に記憶させて
実施してもよい。この場合、−演算処理時間が短縮され
ることになる。
発明の効果 以上詳述したように、この発明によれば無人車を走行ラ
インにスムースに確実に乗せることができる優れた効果
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図は無人車に搭載された制御!I
l装置の電気ブロック回路図、第4図はCODカメラが
撮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図はエリア内の
各チェックラインにおける走行ラインの微係数を説明す
るための図、第7図は画像中の各チェックラインにおけ
る走行ラインを説明するための図、第8図は定常旋回走
行を説明するための説明図、第9図は姿勢角と半径との
関係を示す図である。 図中、1は無人車、3は1lffle装置としてのCO
Dカメラ、5は走行ライン、6は画像、10はマイクロ
コンピュータ、11は中央処理装置(CPU)、12は
プログラムメモリ、13は作業用メモリ、16はA/D
変換器、1つはドライブコントローラ、20は駆動モー
タ、21は操舵機構、L Oa、 L ob 〜L 8
a、  L 8bはチェックライン、ΦO〜Φ8は微係
数、Φは姿勢角、Q Oa、 Q Ob −Q 8a。 Q8bは位置である。 特許出願人  株式会社 豊田自動織機製作所式 理 
人  弁理士  恩1)博宣 第8図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、無人車に備えた撮像装置で同無人車の走行経路を指
    示する走行ラインを撮像し、その画像中の走行ラインに
    基づいて予め選定した走行ラインの一地点における走行
    ラインの微係数を求め、その一地点、微係数及び無人車
    の現在位置とで求めた曲線を無人車の現在位置から前記
    予め設定した走行ラインの一地点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。
JP61195853A 1986-08-21 1986-08-21 画像式無人車における走行経路決定方法 Granted JPS6352211A (ja)

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