JPWO2018016394A1 - 走路境界推定装置及びそれを用いた走行支援システム - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら道路コンディションや天候コンディションなどにより白線が必ずしも明瞭に見えないケースや、白線がそもそもペイントされていないケースが往々に存在し、そのような場合に前記機能は動作しないという問題がある。道路の端部および障害物との境界である走路境界を適切に推定できれば、そのような場合においても道路の逸脱を防止する機能を提供できる。さらに、昨今実用化に向けた技術開発が進んでいる自動運転向けの要素技術という観点においても重要である。走行可能領域の情報を基にすることにより自律的に安全な経路を計画し、ドライバの介入なしに自動運転する機能の実現が容易となる。
図2は、本発明に係る走路境界推定装置の実施形態1が適用された走行支援システムのシステム構成を概略的に示したものである。
走行支援制御装置12は、走路境界推定装置10から受信した走路境界の推定結果に基づいて、当該車両Vのスピーカ15を作動させたり、当該車両Vの走行を支援するためのアクセル制御量、ブレーキ制御量、ステアリング制御量を算出して、アクセル13やブレーキ14やステアリング16などの調整を行うようになっている。
図1は、図2に示す走路境界推定装置の内部構成を具体的に示したものである。以下では、走路境界推定装置10によって当該車両Vの前方に存在する走路境界を推定する手段について具体的に説明する。
また、最適経路探索部106は、境界候補設定部103と、境界らしさ評価部104と、から構成されている。
なお、この相関値の算出方法としては、例えば、SAD(Sum of Absolute Difference)やSSD(Sum of Squared Difference)、NCC(Normalized Cross Correlation)、勾配法などを用いることができる。探索の結果、相関が最も高くなる位置を特定した場合には、第1ブロック内の特定の画素と特定された位置における第2ブロック内の特定の画素との間の距離を視差として算出し、これを1つのステップとして同様のステップを全画素について実行することにより、前記距離画像を生成することができる。
UDヒストグラム生成処理21は、各距離において障害物の特徴量を格納したUDヒストグラムを生成する処理である。UDヒストグラムはステレオカメラを用いて障害物を検出するために一般に利用される障害物の特徴量であり、本特徴量をさらに処理することにより境界の特徴量として用いる。
路面特徴抑制処理22は、路面の位置における境界の特徴量が概してマイナスの値となるように路面位置に対応する前記障害物の特徴量を減算する処理である。特徴量正規化処理23は、前記路面特徴抑制処理22によって処理された特徴量が所定値以下に収まるように処理することによって、一定以上高さのある障害物の特徴量は前記一定の高さを有する障害物と同等の特徴量となるように、特徴量を正規化する処理である。
背景特徴減算処理24は、前記特徴量正規化処理23によって処理された特徴量に基づいて、障害物の背景となる位置においては特徴量が抑制されるように該当位置の特徴量をさらに減算する処理である。これにより、手前側に存在する障害物の背景であって、前記手前側の障害物よりも特徴量の小さいグリッド位置においては、特徴量が概してマイナスの値をとるように処理するものである。
路面特徴抑制処理22および背景特徴減算処理24において障害物の背景および路面の位置においてマイナスの特徴量をとりやすいように変換する理由は、後段処理である境界らしさ評価部104においては境界らしさの評価値が本特徴量に基づいて算出され、走路境界決定部105においてこの評価値が最も高い位置において境界形状を決定するので、走路境界と推定されると誤推定となる障害物の背景および路面の位置においてはマイナスの特徴量となることが好ましいためである。なお、前記の路面特徴抑制処理、特徴量正規化処理、および背景特徴原産処理を実施する順序は様々に考えられ、異なる順序で実施されてもよい。以下、各処理について詳細を説明する。
このように特徴量を変換することにより、手前側と奥側に同等の特徴量を有する路端が存在する場合には手前側の路端の位置において境界が推定されやすくなる効果がある。
図の(a)に元画像を、(b)にUDヒストグラム生成処理21で得られたUDヒストグラム(障害物の特徴量)を示している。(b)と(c)を比較することにより、境界特徴マップにおいては、路面の特徴が抑制されていること、および背景の特徴が抑制されていることがわかる。(d)に境界特徴マップのマイナス値の程度を可視化したマップを示す。黒色は0あるいはプラスの値であることを示し、白色に近いほどマイナスの値が大きいことを示す。図より、境界特徴マップは、手前側の障害物の特徴量に応じて、奥側の特徴量がマイナスの値をとっていることがわかる。
図5においては、任意のグリッド(dn,un)と連結しうる隣接ラインのグリッドはsmaxの示した範囲内に限定され、それらの候補のうちのひとつを(dn−1,un−1)として図示している。また、図5(a)(b)のそれぞれは左側走路境界および右側走路境界の最適経路探索においては、横方向の探索範囲と、座標uの取り方が異なっていることを示している。
横方向の探索範囲は、それぞれ左右の走路境界が存在する可能性の高い領域を設定すればよいが、単純には図に示すように、画像中心位置から左側と右側でそれぞれ設定してもよい。
なお、右側走路境界と左側走路境界は独立に推定されるようになっており、上述した横方向の探索範囲と、座標uの取り方の差異以外に計算上の差異はないため、以降で示される計算式では特に左右の走路境界を区別することなく説明する。
各境界候補の最も下端側の局所スコアは検出始端位置71,72で示したグリッドを通過する局所経路において計算される。一方で、‘×’で示したグリッドと連結する局所経路においては局所スコアは不可能経路を意味するp∞が代入されるようにする。このような不可能経路と判断された局所経路と連結する局所経路はすべて不可能経路と設定することにより、‘×’で示したグリッドを始端位置とする走路境界は検出されないように設定される。検出始端位置の範囲は、検出対象の路端位置の近傍側限界と遠方側限界に関する仕様、およびセンサ視野角に関するセンサパラメータを基に決めることができる。
図7にセンサ視点の画像(a)と対応するUD空間の境界特徴マップ(b)と対応する俯瞰画像(c)の概念図を用いて説明する。図7は、道路の境界50、51、および対向車両VFのエッジ52が路端として見えているシーンを示している。路端50,51,52は境界特徴マップ(b)において境界特徴量が大きいことを黒線で示している。また、ハッチング領域53は最手前障害物の背景となっているため境界特徴量がマイナスの値をとる領域を示す。俯瞰画像(c)においてハッチング領域55は車両Vに搭載されたステレオカメラ装置11によって見えている路面の領域を示している。点線部分の境界54が境界特徴マップ(b)において勾配s=0となる走路境界の部位を示し、対応する俯瞰画像(c)においては死角領域の境界となっていることを示している。死角領域との境界54は路端との境界ではないが、障害物の存在によって不連続となる前景側の路端52および背景側の路端51における境界をつなぐ境界であり、右側走路境界として51、52、54で示す境界が走路境界として推定されることは好ましいと考えられる。このため、勾配s=0かつ一定の条件を満たす場合は死角領域との境界を通る経路と判断し、そうでない場合とは異なる計算式で局所スコアを計算する。
局所経路を含む累積経路における空隙長に応じた負のスコア、を表す。ここで空隙長とは、奥行き方向に十分な境界特徴が連続していないために奥行き方向に走路境界が途切れていたとみなされた距離を示す。
2)を表す境界特徴を有する場合。すなわち、
1)空隙長に関連する情報の更新:
(位置、進行方向、速度、加速度など)に基づいて、自車が道路を逸脱する、あるいは横方向の障害物と衝突する危険性があるか否か、を判断する。そして、道路の端部や横方向の障害物との距離が近く道路の逸脱あるいは衝突の危険性が高いと判断した場合には、当該車両Vのスピーカ15を作動させてドライバーに警告(注意喚起)を行ったり、当該車両Vの走行を支援するためのアクセル制御量、ブレーキ制御量、ステアリング制御量を算出して、アクセル13やブレーキ14やステアリング16などの制御を行う。
さらに、検出終端位置には制限を設けておらず、また境界形状の終端位置からの空隙長に応じて境界らしさ評価値が低下するように設計されているので、適切な検出終端位置を有する最適な境界形状を推定することができる。これにより、例えば路端が一定長さ以上途切れていたり路端の特徴量が十分に得られていない領域において走路境界を誤推定することを抑制できるとともに、信頼性が十分高いとみなせる近傍側区間の走路境界を推定し出力することができる。
また、局所経路が死角領域との境界を通ると判断される場合には、死角領域の長さに応じたマイナス評価値を加算する一方で、勾配の期待値とのずれに応じたマイナス評価値は加算されないように設計されているので、死角をつくる障害物の存在によって、前景側の障害物のエッジの路端と背景側の路端との境界が不連続となる場合であっても、前記不連続性を一定程度許容して走路境界が推定することができる。すなわち、一定の条件を満たす場合は前記障害物のエッジの路端と背景側の路端とその間をつなぐ死角領域との境界を適切に走路境界と推定することができる。
(a)の推定結果においては走路境界は近傍から縁石の障害物面が見えている終端の位置までの区間において適切に推定されており、信頼性の高い区間の境界が出力されるようになっていることがわかる。
(b)においては車両が道路の端部を遮蔽しており近傍側の道路の端部が見えない場合に、車両のエッジおよびその奥側の道路の端部を適切に走路境界と推定できていることがわかる。
(c)においては、車両が道路の端部を遮蔽している一方、道路の端部が検出始端位置から一定の区間にわたって十分に見えている場合においては、道路の端部が走路境界と推定され、障害物の遮蔽によって不連続となる位置が適切に検出終端位置として推定されていることがわかる。
さらに、地図情報と自車位置情報に基づいて設定してもよいし、あるいは前回の時刻に検出した走路境界の位置・勾配・および自車位置情報を用いて設定してもよい。このように、道路形状に関する事前知識において前提条件に一定程度の妥当性が確保できる場合、あるいは別手段による事前計測の一定程度の精度が確保できる場合は、走路境界の幾何学形状に関する期待値を設定し、期待値とのズレに応じたマイナス評価値を加算することにより、安定的に適切な走路境界を推定できる。その他の幾何学形状の属性としては、例えば道路の曲率などが考えられる。
図11は実施形態2の構成を示したものである。なお、実施形態1に係る走路境界推定装置10と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。実施形態2の走路境界推定装置10Aは、実施形態1の構成と、主に境界特徴マップを複数生成し、これらの複数の境界特徴マップに基づいて複数の走路境界が出力される点に差異があり、その他の構成は同様である。
図12は実施形態3の構成を示したものである。なお、実施形態1に係る走路境界推定装置10と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。実施形態3の走路境界推定装置10Bは、実施形態1の構成に加えて、主に境界特徴マップ生成部102Bが複数の境界特徴マップを生成する点と、障害物境界推定部107Bおよび走行可能領域設定部108Bが追加されている点に差異があり、その他の構成は同様である。
ここで、障害物境界はセンサ横角度方向に途切れなく連続した境界線が得られているが、縁石などの小さな障害物においては境界位置が適切に推定されず、奥側の大きな障害物の位置において推定される傾向を有し、走路境界は縁石などの小さな障害物においても境界位置が適切に推定されるが、路上の正面方向の障害物の位置においては境界が推定されない性質をもっている。このような性質の異なる境界情報を統合することにより、センサ横角度方向に途切れのない境界線が得られ、かつ側面方向の境界は縁石などの高さの低い路端の位置においても適切な境界位置が得られるので、いずれか一方のみを境界情報とするよりも利便性の高い形式でかつ正確な走行可能領域を設定することができる。
このようにして設定した走行可能領域の概念図を図13に示す。ここで(a)に推定された走路境界の概念図を示し、(b)に推定された障害物境界の概念図を示し、(c)に設定された走行可能領域およびその端部の概念図を示す。なお境界は白線で示し、走行可能領域はハッチングした領域で示している。
Claims (17)
- 外界センサより取得した画像に基づいて、前記画像あるいは前記画像を別視点に変換した画像のグリッドごとに走路境界が存在する特徴量を格納する境界特徴マップを生成する境界特徴マップ生成部と、予め定めたセンサ視野角に入る見え始めの検出始端位置から任意の検出終端位置までの奥行き方向に連続する複数の経路を境界候補として設定する境界候補設定部と、前記境界候補について、該当する前記境界特徴マップの特徴量および奥行き方向の連続性評価値を加算した境界らしさ評価値を算出する境界らしさ評価部と、前記境界らしさ評価部において算出された各境界候補の境界らしさ評価値を比較して、走路境界を決定する走路境界決定部と、を有する走路境界推定装置。
- 前記境界候補設定部において、走路境界の各部形状における奥行き方向の勾配が一定範囲内である幾何拘束条件を用いることを特徴とする、請求項1に記載の走路境界推定装置。
- 前記境界らしさ評価部において、奥行き方向の連続性評価値は、境界形状の各部における走路境界の奥行き方向の勾配の期待値とのズレに応じたマイナス評価値であることを特徴とし、前記勾配の期待値は前記境界形状の各部におけるエッジの特徴量に基づく勾配、あるいは自車に対して直線道路を想定して推定される勾配、あるいは外界センサにより検出した白線の勾配、あるいは地図情報と自車位置情報を用いて推定される勾配、あるいは前回の時刻に検出した走路境界の位置・勾配・および自車挙動情報を用いて推定される勾配、であることを特徴とする請求項1に記載の走路境界推定装置。
- 前記境界らしさ評価部において、前記境界らしさ評価値は前記境界特徴マップの特徴量および前記奥行き方向の連続性評価値に加えて、走路境界の位置の期待値からのズレに応じたマイナス評価値が加算されることを特徴とし、前記走路境界の位置の期待値は、外界センサにより検出した白線位置に基づいて推定される位置、あるいは地図情報と自車位置情報を用いて推定される位置、あるいは前回の時刻に検出した走路境界の位置・勾配・および自車挙動情報を用いて推定される位置、であることを特徴とする請求項1に記載の走路境界推定装置。
- 前記境界らしさ評価部において、奥行き方向の連続性評価値は、さらに、前記境界特徴マップに基づいて走路境界が途切れたとみなされる長さを示す空隙長さに応じたマイナス値が加算される、ことを特徴とする請求項3に記載の走路境界推定装置。
- 前記境界らしさ評価部において、奥行き方向の連続性評価値は、前記境界候補設定部における奥行き方向の伸展方向および前記境界特徴マップに基づいて該経路が死角領域との境界であると判定される場合においては死角領域の長さに応じた所定のマイナス値が加算され、前記の境界形状の各部における勾配の期待値とのズレに応じたマイナス評価値は加算されない、ことを特徴とする請求項3に記載の走路境界推定装置。
- 前記境界決定部において、前記走路境界に加えて走路境界中に存在した死角領域との境界と判定された区間を出力する、ことを特徴とする請求項6に記載の走路境界推定装置。
- 前記境界候補設定部は、走路境界の経路を前記境界特徴マップの隣接距離間のグリッドを連結する局所経路を組み合わせた累積経路として表現し、前記累積経路が予め定められた走路境界の幾何属性の制約範囲内においてとりうる組み合わせを網羅的に設定することを特徴とする、請求項1に記載の走路境界推定装置。
- 前記境界候補設定部および前記境界らしさ評価部は、前記累積経路を前記境界特徴マップの近傍側から遠方側の距離方向に向かって順次設定するとともに、前記累積経路の境界らしさ評価値を算出するものとし、任意距離において、途中経路が異なりかつ同じ位置をとる経路が複数存在する場合には、前記累積経路の境界らしさ評価値が最も高くなる経路以外の経路を境界候補から棄却することを特徴とする、請求項8に記載の走路境界推定装置。
- 前記境界特徴マップは、距離センサが計測した距離画像に基づいて、あるいはカメラにより撮像した濃淡画像に基づいて、各グリッドに対応する空間位置において走路の境界が存在する確度に相当する値を境界特徴として格納したものであることを特徴とする、請求項1に記載の走路境界推定装置。
- 前記境界特徴マップ生成部は、距離センサが計測した距離画像に基づいて、各グリッド位置に障害物が存在する特徴量を格納した占有グリッドマップを生成する占有グリッドマップ生成処理部と、前記占有グリッドマップの路面位置に相当する特徴量を抑制するための特徴量差分値を設定する路面特徴抑制効果設定部と、前記占有グリッドマップの各グリッド位置の特徴量が所定の値以下に収まるように正規化するための特徴量差分値を設定する特徴量正規化効果設定部と、前記占有グリッドマップのセンサから見て最も手前側の障害物より奥側とみなされるグリッドの特徴量を抑制するための特徴量差分値を設定する背景特徴抑制効果設定部と、前記路面特徴抑制効果設定部および前記特徴量正規化効果設定部および背景特徴抑制効果設定部において設定された特徴量差分値を前記占有グリッドマップの特徴量に加算するフィルタ処理部、とを備えることを特徴とする、請求項1に記載の走路境界推定装置。
- 前記外界センサより取得した画像は濃淡画像と距離画像の双方であって、前記境界特徴マップは濃淡情報に基づいた境界特徴マップおよび距離情報に基づいた境界特徴マップをそれぞれ重み付けして足し合わせたものを用いる、あるいはいずれかの境界特徴マップを選択的に用いることを特徴とする、請求項1に記載の走路境界推定装置。
- 請求項1に記載の走路境界推定装置と、走路境界推定装置によって出力された走路境界に基づいて、車両の走行を支援する走行支援制御装置とを備えることを特徴とする、請求項1に記載の走行支援システム。
- 前記境界特徴マップ生成部は、車両の走行状態に応じて前記路面特徴抑制処理部あるいは前記特徴量正規化処理部あるいは前記背景特徴抑制処理のパラメータを動的に変化させることを特徴とする、請求項11に記載の走路境界推定装置。
- 前記境界特徴マップ生成部は、前記路面特徴抑制処理部のパラメータあるいは前記特徴量正規化処理部のパラメータあるいは前記背景特徴減算処理部のパラメータ、の複数の組み合わせの設定に基づいて複数の境界特徴マップを生成することを特徴とし、前期境界らしさ評価部は前記複数の境界特徴マップに基づいて複数尺度の境界らしさ評価値を算出することを特徴とし、前記走路境界決定部は前記各尺度の境界らしさ評価値にもとづいて、各尺度の境界らしさ評価値についてそれぞれ最適となる複数の走路境界を決定し、出力することを特徴とする、請求項11に記載の走路境界推定装置。
- 前記走路境界推定装置により出力された複数の走路境界と、車両の走行状態に基づいて、車両の走行を支援する、請求項15に記載の走行支援システム。
- さらに、予め用意された障害物形状に関する情報を用いて、センサ視野角の左端の検出始端位置からセンサ視野角の右端の検出終端位置までのセンサ横角度方向に途切れなく連続する障害物との境界線である障害物境界を推定する障害物境界推定部と、前記走路境界と前記障害物境界とに基づいて走行可能領域を設定する走行可能領域設定部と、を備えることを特徴とする、請求項1に記載の走路境界推定装置。
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