KR20180116214A - 노면 형상 측정 장치, 측정 방법 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

측정 장치 등에 의해 측정한 데이터를 이용하여 노면 형상을 파악하는 장치에 있어서, 적은 계산량으로 적절히 노면 형상을 파악한다. 노면 형상 측정 장치(100)는, 노면 정보 취득부(14')와 노면 형상 판정부(155)를 구비한다. 노면 정보 취득부(14')는, 노면(RS) 상의 복수의 점에 대해, 복수의 구획 영역(G1~G87)으로 나누어진 기준 평면(SF) 상에서의 노면(RS)의 위치인 노면 위치와, 그 노면 위치에서의 노면의 높이인 노면 높이로 이루어지는 노면 정보(I)를 취득한다. 노면 형상 판정부(155)는, 구획 영역(G1~G87)에 포함되는 노면 정보(I)를 이용하여 상기 구획 영역마다 표면 형상을 추정함으로써, 노면(RS)의 일부 또는 전체 형상을 판정한다.

Description

노면 형상 측정 장치, 측정 방법 및 프로그램
본 발명은, 기복 등을 갖는 노면의 표면 형상을 측정하는 노면 형상 측정 장치에 관한 것이다.
종래 차량 등의 이동체 주변에 존재하는 장애물을 인식하고, 장애물과 이동체의 위치 관계 등에 기초하여, 이동체의 운전자 대신에 이동체의 제어를 행하는 선진 운전 지원 시스템(Advanced Driver Asistance System, ADAS)이 알려져 있다. 반면, 이동체의 이동에 있어서는, 이동체 주변에 존재하는 장애물뿐만 아니라 이동체가 이동하는 노면 상태를 파악하는 것도 중요하다. 예를 들어, 노면의 기복이 심한 경우 등에는, 이러한 기복이 심한 노면을 회피하도록 이동체를 제어하거나 기복이 심한 노면이 존재하는 것을 통지하는 것이 중요하다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 노면 프로파일과 노면의 각 점의 3차원 지리 좌표를 측정하고, 이러한 노면 프로파일과 지리 좌표를 관련지어 노면의 요철에 관한 데이터를 발생시키는 노면 성상(性狀) 측정 장치가 개시되어 있다. 이 장치에서는, 상기와 같이 하여 얻어진 노면의 요철에 관한 데이터를 실제 노면 화상 상에 반영한 화상으로서 표시함으로써, 노면 프로파일의 파악이 용이해진다.
특허문헌 1: 일본공개특허 2004-294152호 공보
상기 노면 성상 측정 장치에서는, 노면 프로파일은 노면 상의 점과 장치가 장착된 이동체 사이의 거리로서 측정되고 있다. 즉, 이 장치에서 얻어지는 노면의 요철에 관한 데이터는 3차원 좌표값으로 나타나는 점 데이터이다.
이러한 경우에 장치 자신이 노면의 형상을 파악하기 위해서는, 장치는 요철에 관한 데이터를 다수 필요로 하고, 그 결과 방대한 계산을 실행할 필요가 있다.
본 발명의 과제는, 측정 장치 등에 의해 측정한 데이터를 이용하여 노면 형상을 파악하는 장치에 있어서, 적은 계산량으로 적절히 노면 형상을 파악하는 것에 있다.
이하, 과제를 해결하기 위한 수단으로서 복수의 태양을 설명한다. 이들 태양은 필요에 따라 임의로 조합할 수 있다.
본 발명의 일 견지에 관한 노면 형상 측정 장치는, 기복을 갖는 노면의 형상을 측정한다. 노면 형상 측정 장치는, 노면 정보 취득부와 노면 형상 판정부를 구비한다. 노면 정보 취득부는, 노면 상의 복수의 점에 대해 노면 위치와 노면 높이로 이루어지는 노면 정보를 취득한다. 노면 위치는, 복수의 구획 영역으로 나누어진 기준 평면 상에서의 노면의 위치이다. 노면 높이는, 이러한 노면 위치에서의 노면의 기준 평면으로부터의 높이를 나타낸다. 노면 형상 판정부는, 구획 영역에 포함되는 노면 정보를 이용하여 상기 구획 영역마다 표면 형상을 추정함으로써, 노면의 일부 또는 전체 형상을 판정한다.
상기 노면 형상 측정 장치에서는, 노면 정보 취득부가, 노면 상의 복수의 점에 대해 기준 평면 상에서의 노면의 위치(노면 위치)와, 이러한 노면 위치에서의 노면의 높이(노면 높이)를 노면 정보로서 취득한다. 그 후, 노면 형상 판정부가, 기준 평면을 구획함으로써 정의된 복수의 구획 영역의 각 구획 영역에 포함되는 노면 정보를 이용하여 상기 각 구획 영역의 표면 형상을 추정한다. 이러한 구획 영역의 표면 형상에 기초하여, 노면 형상 판정부는 노면의 일부 또는 전체 형상을 판정한다.
이와 같이, 상기 노면 형상 측정 장치에서는, 구획 영역에 포함되는 노면 정보를 이용하여 구획 영역마다 그 표면 형상(즉, 노면의 일부 형상)을 추정하고 있다. 또한, 상기 구획 영역마다 추정된 표면 형상에 기초하여 노면의 일부 또는 전체 형상을 판정하고 있다.
이에 의해, 기준 평면 전체에서 취득된 모든 노면 정보를 이용하여 노면 전체 형상을 판정하는 경우에 비해 보다 적은 계산량에 의해 적절히 노면 형상을 파악할 수 있다.
노면 정보 취득부는, 에너지 측정부와 거리 화상 취득부와 좌표 변환부를 가지고 있어도 된다. 에너지 측정부는, 노면에서 반사된 에너지를 측정한다. 거리 화상 취득부는, 거리 화상을 취득한다. 거리 화상은, 복수의 화소로 구성되고, 복수의 화소 각각이 상기 에너지에 기초하여 측정되는 노면과 노면 정보 취득부 사이의 거리를 화소값으로서 갖는 화상이다. 좌표 변환부는, 거리 화상의 각 화소를 기준 평면의 위치에 대응시켜 노면 위치를 산출하고, 이러한 노면 위치에서의 노면 높이를 상기 각 화소가 갖는 화소값에 기초하여 산출함으로써 노면 정보를 산출한다.
이에 의해, 노면 정보 취득부는, 노면에서 반사된 에너지를 이용하여 노면 정보를 산출할 수 있다.
구획 영역에 소정의 수 이상의 노면 정보가 존재하면, 노면 형상 판정부는 상기 구획 영역의 표면 형상을 추정하는 것을 결정해도 된다. 한편, 구획 영역에 소정의 수 이상의 노면 정보가 존재하지 않으면, 노면 형상 판정부는 상기 구획 영역의 표면 형상을 추정하지 않는 것을 결정해도 된다.
이에 의해, 적절한 표면 형상을 추정할 수 있을 정도의 수의 노면 정보가 모인 시점 등의 적절한 타이밍에 노면의 표면 형상을 적절히 추정할 수 있다.
노면 형상 판정부는, 표면 형상을 추정하고자 하는 구획 영역에 포함되는 복수의 노면 정보의 수가 전회의 표면 형상의 추정시보다 증가하면, 전회 추정한 표면 형상을 이러한 수가 증가한 노면 정보를 이용하여 갱신해도 된다.
이에 의해, 보다 많은 노면 정보를 이용하여 보다 적절히 추정된 표면 형상을 노면의 형상으로 할 수 있다.
노면 형상 판정부는, 하나의 구획 영역에 대해 추정된 표면 형상과, 상기 하나의 구획 영역에 인접하는 구획 영역에 대해 추정된 표면 형상이 기준 평면 내에서 불연속이 되면, 상기 하나의 구획 영역에 대해 추정된 표면 형상을 상기 인접하는 구획 영역에 대해 추정된 표면 형상과 연속적으로 접속하도록 보정해도 된다.
이에 의해, 서로 인접한 구획 영역에서 추정된 복수의 표면 형상의 사이에 불연속이 발생한 경우에, 이러한 불연속을 해소하고 각 구획 영역에서 적절한 표면 형상을 추정할 수 있다.
구획 영역의 크기는, 각각 기준 평면에서의 노면 정보 취득부와 상기 구획 영역 사이의 거리에 기초하여 결정되어도 된다.
이에 의해, 노면 정보 취득부로부터의 기준 평면에서의 위치에 따라, 하나의 노면 정보가 존재할 수 있는 기준 평면에서의 영역의 크기가 변화해도, 가능한 한 다수의 노면 정보를 하나의 구획 영역에 대해 취득할 수 있다.
노면 정보 취득부는, 기준 평면 상을 이동해도 된다. 이 경우, 노면 정보 취득부는 이동 중의 다른 시각에 측정된 노면 정보를 누적한다. 노면 형상 판정부는, 이러한 누적된 노면 정보를 이용하여 표면 형상을 추정한다.
이에 의해, 각 구획 영역에 보다 많은 노면 정보를 포함시켜 각 구획 영역에서 표면 형상을 보다 적절히 추정할 수 있다.
노면 형상 판정부는, 구획 영역에 포함되는 노면 정보에 대해 소정의 함수를 피팅함으로써 산출되는 표면 형상 함수를 상기 구획 영역에서의 표면 형상으로 추정해도 된다. 이에 의해, 표면 형상을 노면 정보와 일치하는 표면 형상 함수 등의 수학 모델에 의해 표현할 수 있다.
노면 형상 판정부는, 취득된 시각이 보다 새로운 노면 정보와 일치하는 표면 형상 함수를, 상기 표면 형상 함수를 산출 중인 구획 영역의 표면 형상을 나타내는 것으로 추정해도 된다.
이에 의해, 보다 신뢰성이 높은 노면 정보를 이용하여 보다 적절한 표면 형상을 추정할 수 있다.
상기 소정의 함수는, 노면의 단차를 나타내는 제1 형상 함수와, 노면에서의 경사면을 나타내는 제2 형상 함수를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 노면 형상 판정부는, 제1 형상 함수와 제2 형상 함수 중에서 구획 영역에 포함되는 노면 정보와 보다 일치하는 쪽을 상기 표면 형상 함수로 추정한다.
이에 의해, 미리 정해진 제1 형상 함수와 제2 형상 함수를 이용하여 보다 간단하게 표면 형상 함수를 결정할 수 있다.
상기 노면 형상 측정 장치는, 노면 상태 판정부를 더 구비하고 있어도 된다. 노면 상태 판정부는, 노면 형상 판정부에서 추정된 표면 형상에 기초하여 노면의 노면 상태를 판정한다. 이에 의해, 노면의 실제 노면 상태를 판정할 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 관한 측정 방법은, 기복을 갖는 노면의 형상을 측정하는 방법이다. 측정 방법은 이하의 단계를 포함한다.
◎ 노면 상의 복수의 점에 대해, 복수의 구획 영역으로 나누어진 기준 평면 상에서의 노면의 노면 위치와, 노면 위치에서의 노면의 기준 평면으로부터의 높이를 나타내는 노면 높이로 이루어지는 노면 정보를 취득하는 단계.
◎ 구획 영역마다 그 구획 영역에 포함되는 노면 정보를 이용하여 표면 형상을 추정함으로써, 노면의 일부 또는 전체 형상을 판정하는 단계.
상기 측정 방법에서는, 구획 영역에 포함되는 노면 정보를 이용하여 구획 영역마다 그 표면 형상(즉, 노면의 일부 형상)을 추정하고 있다. 또한, 상기 구획 영역마다 추정된 표면 형상에 기초하여 노면의 일부 또는 전체 형상을 판정하고 있다.
이에 의해, 기준 평면 전체에서 취득된 모든 노면 정보를 이용하여 노면 전체 형상을 판정하는 경우에 비해 보다 적은 계산량에 의해 적절히 노면 형상을 파악할 수 있다.
본 발명의 또 다른 견지에 관한 프로그램은, 상기 측정 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이다.
측정 장치 등에 의해 측정한 데이터를 이용하여 노면 형상을 파악할 때에, 적은 계산량으로 적절히 노면 형상을 파악할 수 있다.
도 1은 노면 형상 측정 장치가 이용되는 이동체 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 물체 검출 센서의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 제어부의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 기준 평면을 구획 영역으로 구획한 상태의 일례를 모식적으로 나타내는 도면.
도 5a는 제1 형상 함수의 일례를 나타내는 도면.
도 5b는 제2 형상 함수의 일례를 나타내는 도면.
도 6은 노면 형상 측정 장치의 전체적인 동작을 나타내는 흐름도.
도 7은 노면 형상 판정 처리의 흐름을 나타내는 흐름도.
도 8a는 노면 정보를 누적하는 모습의 일례를 모식적으로 나타내는 도면(part 1).
도 8b는 노면 정보를 누적하는 모습의 일례를 모식적으로 나타내는 도면(part 2).
도 8c는 노면 정보를 누적하는 모습의 일례를 모식적으로 나타내는 도면(part 3).
도 9는 표면 형상을 판정하는 처리의 흐름을 나타내는 흐름도.
도 10a는 새로운 노면 정보와 오래된 노면 정보가 혼재한 경우, RANSAC를 이용한 표면 형상 함수의 결정 방법의 일례를 나타내는 도면(part 1).
도 10b는 새로운 노면 정보와 오래된 노면 정보가 혼재한 경우, RANSAC를 이용한 표면 형상 함수의 결정 방법의 일례를 나타내는 도면(part 2).
1. 제1 실시형태
(1) 노면 형상 측정 장치가 이용되는 이동체 시스템의 구성
이하, 제1 실시형태에 관한 노면 형상 측정 장치(100)가 이용되는 이동체 시스템(1)의 구성에 대해 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은, 노면 형상 측정 장치가 이용되는 이동체 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 제1 실시형태에 관한 노면 형상 측정 장치(100)는, 예를 들어 자동차 등의 이동체의 본체(11)에 장착되고, 이러한 이동체가 이동하는 노면(RS)의 기복을 측정하기 위한 장치이다. 노면 형상 측정 장치(100)는, 필요에 따라 운전자에 의한 이동체의 조작을 어시스트한다.
이동체 시스템(1)은 본체(11)를 구비한다. 본체(11)는, 이동체 시스템(1)의 본체를 구성한다. 이동체 시스템(1)은, 차륜(12a, 12b, 12c, 12d)을 구비한다. 차륜(12a, 12b)은, 본체(11)의 직진 방향(도 1)의 앞부분에서 구동부(13)(예를 들어, 엔진 및/또는 전동 모터)의 출력 회전축에 감속 기구를 통해 축방향으로 회전 가능하게 장착되어 있다. 한편, 차륜(12c, 12d)은, 본체(11)의 직진 방향의 뒷부분에 축방향으로 회전 가능하게 장착되어 있다.
이동체 시스템(1)은, 물체 검출 센서(14)(에너지 측정부의 일례)를 구비한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 물체 검출 센서(14)는, 본체(11)의 직진 방향의 가장 앞부분에 검출면(DS)(후술)이 노면에 대해 평행하게 또는 평행으로부터 약간 노면 방향으로 장착된다. 이 결과, 물체 검출 센서(14)는, 본체(11)의 전방에 존재하는 노면의 폭넓은 범위로부터 반사되는 반사광(Lr)을 측정한다.
본 실시형태에 있어서, 물체 검출 센서(14)는 TOF(Time Of Flight) 센서이다. 물체 검출 센서(14)로서는 TOF 센서에 한정되지 않고, 초음파나 광 등의 에너지에 의한 신호를 출력하고, 이러한 신호가 노면(RS)에서 반사되어 발생하는 반사 신호를 검출할 수 있는 센서를 이용할 수 있다. 이러한 센서로서는, 예를 들어 레이저 레인지 파인더(Laser Range Finder, LRF) 등이 있다. 본 실시형태에서의 물체 검출 센서(14)의 구성에 대해서는 나중에 자세하게 설명한다.
본 실시형태에 있어서, 물체 검출 센서(14)는 본체(11)의 직진 방향의 가장 앞부분에만 장착되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 본체(11)의 직진 방향의 가장 뒷부분 등의 다른 위치에 장착되어도 된다. 이에 의해, 예를 들어 본체(11)를 전진 방향 이외로 이동시킬 때에 전진 방향 이외의 방향의 노면 상태를 확인할 수 있다.
이동체 시스템(1)은, 제어부(15)를 구비한다. 제어부(15)는, CPU(Central Processing Unit)와, 기억 장치(RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), SSD(Solid State Drive) 또는 HDD(Hard Disk Drive) 등)와, 각종 인터페이스(예를 들어 A/D, D/A 변환기 등)를 구비한 컴퓨터 시스템이다. 제어부(15)는, 물체 검출 센서(14)로부터의 검출 신호를 입력하고, 이러한 검출 신호에 기초하여 본체(11)가 이동하고자 하는 방향의 노면(RS)의 상태를 판정한다.
본 실시형태에 있어서, 제어부(15)는, 차륜(12a, 12b)에 설치된 브레이크의 구동 기구, 구동부(13)의 구동 기구(예를 들어, 액셀이나 모터 제어 장치) 및/또는 핸들의 구동 기구 등에 접속되어 있다. 제어부(15)는, 본체(11)가 이동하고자 하는 방향의 노면 상태에 기초하여, 필요에 따라 이동체 시스템(1)의 운전자 대신에 구동 기구를 제어한다. 제어부(15)의 구성에 대해서는 나중에 자세하게 설명한다.
이동체 시스템(1)은, 위치 측정부(16)를 구비한다. 위치 측정부(16)는, 본체(11)가 이동하였을 때의 실공간에서의 상대적인 위치 변화를 측정한다. 위치 측정부(16)는, 예를 들어 본체(11)의 속도를 측정하는 속도 센서, 가속도를 측정하는 가속도 센서 및/또는 본체(11)의 각속도를 측정하는 자이로 센서 등을 이용할 수 있다. 그 밖에 예를 들어 GPS(Grobal Positioning System) 장치를 위치 측정부(16)로서 이용할 수 있다.
상기의 구성을 구비함으로써, 이동체 시스템(1)은, 물체 검출 센서(14)에 의해 검출된 검출 신호에 기초하여 본체(11)가 이동하고자 하는 노면(RS)의 상태를 판정할 수 있다. 또한, 이동체 시스템(1)은, 상기 판정된 노면(RS)의 상태에 기초하여 이동체 시스템(1)의 운전자에 의한 운전을 어시스트할 수 있다. 본 실시형태에서는, 물체 검출 센서(14)와 제어부(15)가 노면 형상 측정 장치(100)를 구성한다.
(2) 물체 검출 센서의 구성
다음에, 본 실시형태에 관한 노면 형상 측정 장치(100)에서 이용되는 물체 검출 센서(14)의 구성에 대해 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는, 물체 검출 센서의 구성을 나타내는 도면이다.
물체 검출 센서(14)는, 출력부(141)를 가진다. 출력부(141)는, 예를 들어 검출 대상에서 노면(RS)으로 향하여 적외 영역의 측정광(Lm)을 출력하는 광원이다. 본 실시형태에 있어서, 출력부(141)는, 본체(11)가 이동하고자 하는 노면(RS)의 넓은 범위로 퍼진 측정광(Lm)을 출력하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 물체 검출 센서(14)는, 이동하고자 하는 방향에 있는 넓은 범위의 노면(RS)에 대해 동시에 측정광(Lm)을 조사할 수 있다.
물체 검출 센서(14)는, 복수의 검출부(143-1, 143-2, …, 143-n)를 가진다. 복수의 검출부(143-1, 143-2, …, 143-n) 각각은, 예를 들어 검출면(DS)(반도체 기판) 상의 소정의 위치에 배치되고, 측정광(Lm)이 노면(RS)에서 반사됨으로써 발생하는 반사광(Lr)을 검출한다. 검출부(143-1~143-n)는, 예를 들어 전하 결합 소자(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary MOS) 소자이다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 검출부(143-1~143-n)는, 검출면(DS) 상의 상하 방향 및 좌우 방향으로 배치되어 어레이를 형성하고 있다. 이에 의해, 복수의 검출부(143-1~143-n)는, 검출면(DS) 상에 CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서를 형성할 수 있다.
복수의 검출부(143-1~143-n) 각각에는, 이러한 검출부와 외부의 제어부(15)를 접속/절단하기 위한 스위칭 소자(예를 들어, MOSFET)가 접속되어 있다. 또한, 스위칭 소자에는 어드레스선이 접속되어 있고, 어드레스선에 신호가 인가되었을 때에 상기 스위칭 소자는 온되고, 온된 스위칭 소자에 접속된 검출부와 제어부(15)가 신호 송수신 가능해진다.
검출면(DS)이 복수의 검출부(143-1~143-n)를 가짐으로써, 물체 검출 센서(14)는, 노면(RS)의 넓은 범위로부터 발생한 반사광(Lr)을 검출할 수 있다. 어느 검출부가 노면(RS)의 어느 위치로부터의 반사광(Lr)을 검출하는지는, 상기 검출부의 검출면(DS)의 중심으로부터의 상대적인 배치 위치에 따라 결정된다.
예를 들어, 도 2와 같이 본체(11)의 높이 방향으로 출력부(141)와 검출면(DS)이 나란히 배치되는 경우, 본체(11)의 직진 방향에 있는 노면(RS)으로부터의 반사광(Lr)은 검출면(DS)의 중심에 가까운 검출부에서 검출된다. 한편, 물체 검출 센서(14)에 가깝거나 먼 위치에 있는 노면(RS)으로부터의 반사광(Lr)은, 검출면(DS)의 중심에서 떨어진 검출면(DS)의 하부 또는 상부에 존재하는 검출부에서 검출된다.
나아가 본체(11)의 직진 방향에서 벗어나는 방향에 있는 노면(RS)으로부터의 반사광(Lr)은, 검출면(DS)의 좌측 또는 우측에 존재하는 검출부에서 검출된다.
이와 같이, 복수의 검출부(143-1~143-n) 각각은, 넓은 범위의 노면(RS)의 다른 위치로부터의 반사광(Lr)을 검출할 수 있다.
물체 검출 센서(14)는, 렌즈(145)를 가지고 있다. 렌즈(145)는, 반사광(Lr)을 검출면(DS) 중에서 복수의 검출부(143-1~143-n)가 형성된 영역에 집광한다. 이에 의해, 실공간에 있는 노면(RS)의 상을 복수의 검출부(143-1~143-n)가 형성된 영역에 결상할 수 있다.
상기의 구성을 가짐으로써, 물체 검출 센서(14)는, 기준 평면(SF) 상의 본체(11)가 이동하고자 하는 방향으로 존재하는 넓은 범위의 노면(RS)으로부터의 반사광(Lr)을 측정할 수 있다. 또한, 복수의 검출부(143-1~143-n) 각각이 노면(RS)의 다른 위치로부터의 반사광(Lr)을 검출할 수 있으므로, 물체 검출 센서(14)에서 검출된 반사광(Lr)의 측정 결과에 기초하여, 노면(RS)과 물체 검출 센서(14) 사이의 거리를 화소값으로서 갖는 복수의 화소로 구성되는 거리 화상(후술)을 취득할 수 있다.
또, 이하의 설명에서는, 실공간(X-Y-Z 좌표계)에서 노면(RS)이 배치되는 기준 평면(SF)은 X-Y 좌표계로 표현되는 것으로 한다. 또한, 기준 평면(SF)으로부터의 높이 방향은 Z축의 좌표값으로서 표현되는 것으로 한다.
(3) 제어부의 구성
이하, 본 실시형태에 관한 노면 형상 측정 장치(100)의 제어부(15)의 구성을 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은, 제어부의 구성을 나타내는 도면이다. 이하에 설명하는 제어부(15)의 각 요소의 기능 일부 또는 전부는, 제어부(15)를 구성하는 컴퓨터 시스템으로 실행 가능한 프로그램으로서 실현되어 있어도 된다. 이 때, 상기 프로그램은 컴퓨터 시스템의 기억 장치에 형성된 기억 영역에 기억되어 있어도 된다. 또한, 제어부(15)의 각 요소의 기능 일부 또는 전부는, 커스텀 IC 등에 의해 하드웨어적으로 실현되어 있어도 된다.
제어부(15)는, 기억부(151)를 가진다. 기억부(151)는, 각종 데이터를 기억하는, 예를 들어 컴퓨터 시스템의 기억 장치에 설치된 기억 영역의 일부이다.
제어부(15)는, 거리 화상 취득부(152)를 가진다. 거리 화상 취득부(152)는, 거리 화상(D1)을 취득한다. 거리 화상 취득부(152)는, 이하와 같이 하여 거리 화상(D1)을 취득한다.
출력부(141)로부터 측정광(Lm)을 출력한 후, 거리 화상 취득부(152)는, 처음에 첫번째 검출부(143-1)에 대응하는 어드레스선에 신호를 인가함으로써 첫번째 검출부(143-1)와 거리 화상 취득부(152)를 접속하고, 검출부(143-1)가 반사광(Lr)을 검출하였는지를 나타내는 신호(예를 들어, 전류 또는 전압 신호)를 입력한다.
이러한 신호를 입력한 후, 거리 화상 취득부(152)는, 반사광(Lr)을 검출하였는지를 나타내는 신호를 입력한 시각과, 출력부(141)가 측정광(Lm)을 출력한 시각의 차분을 신호 검지 정보(DT)로서 산출한다. 즉, 신호 검지 정보(DT)는, 노면(RS)과 물체 검출 센서(14) 사이의 거리에 대응하는 정보이다.
또, 반사광(Lr)이 검출되지 않은 경우에는, 검출부(143-1)로부터 신호의 입력이 없으므로, 신호 검지 정보(DT)는 무한대(혹은 매우 큰 값)로 설정된다.
다음에, 거리 화상 취득부(152)는, 신호 검지 정보(DT)로부터 노면(RS)과 물체 검출 센서(14) 사이의 거리를 산출한다. 이러한 거리(d)는 c*DT/2(c: 광속)에 의해 산출할 수 있다.
다음에, 거리 화상 취득부(152)는, 제1 위치 정보(x, y, d)를 생성한다. 제1 위치 정보는, 검출부(143-1~143-n) 중 어느 하나의 배치 위치를 제1 좌표에 투영한 좌표값(x, y)과 상기 거리(d)를 관련지음으로써 생성된, 거리 화상(D1)의 하나의 단위, 즉 하나의 화소에 대응한다.
그 후, 거리 화상 취득부(152)는, 신호를 인가하는 어드레스선을 순차적으로 변경함으로써, 상기의 공정을 다른 모든 검출부(143-1, 143-2, 143-3, …, 143-n)에 대해 실행하여, n개의 제1 위치 정보(화소)의 집합체(x1, y1, d1), (x2, y2, d2), …, (xn, yn, dn)를 생성한다. 이러한 n개의 제1 위치 정보의 집합체는, 거리 화상(D1)으로서 기억부(151)에 기억된다.
또, 신호 검지 정보로부터 산출된 거리(d)와 관련짓는 상기 좌표값은 검출부마다 미리 정해져 있고, 예를 들어 각 검출부의 검출면(DS)에서의 배치 관계에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 검출부(143-1)의 수평 방향으로 인접하는 검출부(143-2)에 할당된 좌표값(x2, y2)에서 y2는 y1과 동일해진다. 한편, 예를 들어 검출부(143-1)의 수평 방향으로 인접하는 검출부(143-m)에 할당된 좌표값(xm, ym)에서 xm은 x1과 동일해진다.
또한, 물체 검출 센서(14)의 복수의 검출부(143-1~143-n) 각각은 노면(RS)의 다른 위치로부터의 반사광(Lr)을 검출하므로, 거리 화상(D1)은 물체 검출 센서(14)에서 검출된 노면(RS)을 제1 좌표 상에 투영할 수 있다. 또한, 상기와 같이, 거리 화상(D1)을 구성하는 제1 위치 정보(화소)에는, 각 검출부에서 검출된 노면(RS)과 물체 검출 센서(14) 사이의 거리가 관련되어 있다.
따라서, 상기와 같이 하여 얻어진 거리 화상(D1)은, 복수의 화소(제1 위치 정보)로 구성되고, 복수의 화소 각각이 반사광(Lr)에 기초하여 측정되는 노면(RS)과 물체 검출 센서(14) 사이의 거리를 화소값으로서 갖는, 물체 검출 센서(14)에서 측정된 노면(RS)을 제1 좌표에 투영하는 화상이라고 할 수 있다.
제어부(15)는, 좌표 변환부(153)를 가진다. 좌표 변환부(153)는, 노면 정보(I)를 산출한다. 노면 정보(I)는, 노면(RS)을 정의하는 기준 평면(SF)(도 2)에서의 노면(RS)의 위치를 나타내는 노면 위치와, 이러한 노면 위치에 존재하는 노면(RS)의 상기 기준(SF)으로부터의 높이를 나타내는 노면 높이로 이루어지는 정보이다.
구체적으로는, 좌표 변환부(153)는, 거리 화상(D1)에 포함되는 각 화소(제1 위치 정보)를 기준 평면(SF)에서의 위치(좌표값)에 대응시킴으로써, 노면 정보(I)에 포함되는 노면 위치를 산출한다. 복수의 검출부(143-1~143-n)와 실공간은, 미리 캘리브레이션을 행함으로써 대응된다. 한편, 노면 정보(I)에 포함되는 노면 높이는, 노면 높이를 산출하고자 하는 노면 위치에 대응하는 화소(제1 위치 정보)에 관련되어 있는 화소값(거리(d))에 기초하여 산출된다.
상기와 같이, 물체 검출 센서(14)는 복수(n개)의 검출부(143-1~143-n)를 가지고 있으므로, 좌표 변환부(153)는 n개의 노면(RS) 상의 점에 대해 n개의 노면 정보(I-1~I-n)를 산출한다.
본 실시형태에서는, 물체 검출 센서(14)와 거리 화상 취득부(152)와 좌표 변환부(153)가 노면 정보 취득부(14')를 구성한다.
제어부(15)는, 위치 결정부(154)를 가진다. 본체(11)가 이동한 후에, 위치 결정부(154)는, 물체 검출 센서(14)(노면 정보 취득부(14'))의 기준 평면(SF) 상의 위치를 결정한다. 구체적으로는, 위치 결정부(154)는, 이동 전의 기준 평면(SF)에서의 물체 검출 센서(14)의 위치와, 위치 측정부(16)에서 측정된 본체(11)의 실공간에서의 상대적인 위치 변화 정보와, 본체(11)에의 물체 검출 센서(14)의 설치 위치에 기초하여, 이동 후의 물체 검출 센서(14)의 기준 평면(SF) 상의 위치를 결정한다.
예를 들어 위치 측정부(16)가 GPS 장치인 경우에는, 위치 결정부(154)는, GPS 장치에서 측정된 위치(예를 들어, 위도 및 경도)로부터 본체(11)의 기준 평면(SF)에서의 위치를 결정할 수 있다.
한편, 위치 측정부(16)로부터 속도의 실측값을 입력하는 경우에는, 소정의 시간 내에서의 본체(11)의 속도를 누적 또는 시간으로 적분하여 본체(11)의 이동 거리를 산출하고, 이동 전의 기준 평면(SF)의 위치에서 상기 이동 거리만큼 이동하였을 때의 위치를 이동 후의 물체 검출 센서(14)의 위치라고 결정할 수 있다.
나아가 위치 측정부(16)로부터 가속도의 실측값을 입력하는 경우에는, 이러한 가속도로부터 속도를 산출한 후에 이러한 속도를 누적 또는 시간으로 적분함으로써 이동 거리를 산출할 수 있다. 그 후, 이동 전의 위치에서 이동 거리만큼 이동하였을 때의 위치를 이동 후의 물체 검출 센서(14)의 위치라고 결정할 수 있다.
제어부(15)는, 노면 형상 판정부(155)를 가진다. 노면 형상 판정부(155)는, 구획 영역에 포함되는 노면 정보(I)를 이용하여 상기 구획 영역마다 표면 형상을 추정한다. 이에 의해, 노면 형상 판정부(155)는 노면(RS)의 일부 또는 전체 형상을 판정할 수 있다. 본 실시형태에서는, 기준 평면(SF)은, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 정사각형의 구획 영역(G1~G87)으로 구획된다. 도 4는 기준 평면을 구획 영역으로 구획한 상태의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
구획 영역(G1~G87)은, 예를 들어 각 구획 영역의 중심 좌표와 구획 영역의 크기에 의해 정의할 수 있다. 예를 들어, p번째 구획 영역(Gp)의 중심 좌표를 (XGp, YGp)(기준 평면(SF) 상에서 미리 정해진 고정값)로 하고, 이러한 구획 영역(Gp)의 크기를 W로 한 경우, 구획 영역(Gp)은 XGp-W/2≤X<XGp+W/2, YGp-W/2≤Y≤YGp+W/2의 2개의 부등식으로 나타나는 영역으로 정의할 수 있다.
상기 각 구획 영역의 중심 좌표와 상기 각 구획 영역의 크기는, 구획 영역 정보(GI)로서 기억부(151)에 기억되어 있다.
물체 검출 센서(14)(검출면(DS))를 노면(RS)으로 향하여 본체(11)에 장착하였기 때문에, 본체(11)로부터 직진 방향으로 향하여 먼 위치에 존재하는 노면(RS)의 측정점 밀도는, 본체(11)에 가까운 위치에 존재하는 노면(RS)의 측정점 밀도보다 작아진다.
따라서, 본 실시형태에 있어서, 구획 영역(G1~G87)의 크기는 각각 기준 평면(SF)에서의 물체 검출 센서(14)와 상기 구획 영역 사이의 거리에 기초하여 결정된다. 구체적으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 본체(11)로부터 Y축 방향(본체(11)의 직진 방향)으로 먼 위치에 있는 구획 영역의 크기를 다른 구획 영역의 크기보다 크게 한다.
이와 같이, 본체(11)로부터 직진 방향으로 향하여 먼 위치에 존재하는 구획 영역의 크기를 크게 함으로써, 각 구획 영역에 보다 많은 노면 정보(I)를 포함시킬 수 있다. 본체(11)의 이동에 따라 거리가 변화하므로, 본체(11)의 위치 변화 정보를 이용하여 적절히 구획 영역의 크기를 재검토하도록 해도 된다.
또는, 상기에 관계없이 구획 영역(G1~G87)의 크기를 모든 영역에서 동일하게 해도 된다. 이에 의해, 본체(11)가 이동함에 따라(중심 좌표가 고정임) 구획 영역의 크기를 변경할 필요가 없어진다.
상기 각 구획 영역의 크기, 개수, 형상 등은, 물체 검출 센서(14)의 특성이나 본체(11)에의 장착 상태 등을 고려하여 적절히 변경할 수 있다.
또한, 노면 형상 판정부(155)는, 소정의 함수를 구획 영역 내에 포함되는 노면 정보(I)에 대해 피팅하고, 이러한 피팅 결과 산출된 표면 형상 함수(F)를 상기 구획 영역에 존재하는 노면(RS)의 표면 형상을 나타내는 함수라고 추정한다. 이에 의해, 노면(RS)의 표면 형상을 노면 정보(I)와 일치하는 표면 형상 함수(F) 등의 수학 모델로 표현할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 노면 형상 판정부(155)는, 구획 영역 내에 포함되는 노면 정보(I)에 대해 피팅시키는 소정의 함수로서 제1 형상 함수(F1)와 제2 형상 함수(F2)를 이용한다. 노면 형상 판정부(155)는, 제1 형상 함수(F1)와 제2 형상 함수(F2) 중에서 구획 영역에 포함되는 노면 정보(I)와 보다 일치하는 쪽을 상기 구획 영역의 표면 형상을 나타내는 표면 형상 함수(F)라고 추정한다. 이에 의해, 미리 정해진 제1 형상 함수(F1)와 제2 형상 함수(F2)를 이용하여 보다 간단하게 표면 형상 함수(F)를 결정할 수 있다.
제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)는, 노면(RS)의 전형적인 형상을 나타내는 함수로서 이하와 같이 정의할 수 있다.
제1 형상 함수(F1)는, 도 5a에 도시된 바와 같이, 실공간 좌표계(X-Y-Z 좌표계)에서 노면(RS)의 단차를 나타내는 함수로서 정의할 수 있다. 도 5a는, 제1 형상 함수의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5a에 도시된 제1 형상 함수(F1)는, 예를 들어 면 Z=a(-X1≤X≤X1, 0≤Y≤Y1), 면 Y=0(-X1≤X≤X1, b≤Z≤a), 면 Z=b(-X1≤X≤X1, -Y1≤Y≤0)(X1: 구획 영역의 X축 방향의 경계를 나타내는 값, Y1: 구획 영역의 Y축 방향의 경계를 나타내는 값)와 3개의 면으로 나타낼 수 있다.
제1 형상 함수(F1)를 노면 정보(I)에 대해 피팅시키는 경우에는, 상기의 값 a 및 b를 바꿈으로써 제1 형상 함수(F1)의 단차 높이나 기준 평면(면 Z=0)으로부터의 높이를 바꿀 수 있다. 또한, 예를 들어 도 5a에 도시된 제1 형상 함수(F1)를 Z축 방향으로 회전함으로써, 단차의 방향을 변경할 수 있다. 나아가 예를 들어 면 Y=0(X-Z 평면에 평행한 면)을 Y축 방향으로 이동함으로써, 구획 영역에서의 단차의 위치를 변경할 수 있다. 그 밖에 각 면을 임의의 축방향으로 회전하거나 면을 시프트함으로써, 임의의 제1 형상 함수(F1)를 생성할 수 있다.
또는, 단차를 나타내는 제1 형상 함수(F1)를 시그모이드 함수 등의 단차를 나타내는 함수에 의해 연속적인 하나의 면으로서 정의할 수도 있다.
한편, 제2 형상 함수(F2)는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 노면(RS)에서의 경사면(또는 경사가 없는 평면)을 나타내는 함수로서 정의할 수 있다. 도 5b는, 제2 형상 함수의 일례를 나타내는 도면이다. 제2 형상 함수(F2)는 하나의 면으로 표현할 수 있기 때문에, 예를 들어 구획 영역 중의 좌표(X0, Y0, Z0)를 지나 법선 벡터가 (c, d, e)인 면으로서 예를 들어 c*(X-X0)+d*(Y-Y0)+e*(Z-Z0)=0(-X1≤X≤X1, -Y1≤Y≤Y1)으로 정의할 수 있다.
제2 형상 함수(F2)를 노면 정보(I)와 피팅시킬 때에는, 상기 제2 형상 함수(F2)의 법선 벡터의 값 및/또는 제2 형상 함수(F2)가 지나는 좌표점을 적절히 변경하여 임의의 제2 형상 함수(F2)를 생성할 수 있다.
제어부(15)는, 노면 상태 판정부(156)를 가진다. 노면 상태 판정부(156)는, 노면 형상 판정부(155)에서 추정된 표면 형상에 기초하여 노면(RS)의 노면 상태를 판정한다. 구체적으로는, 노면 상태 판정부(156)는, 제1 형상 함수(F1)와 제2 형상 함수(F2)를 이용한 피팅 결과, 구획 영역에 포함되는 노면 정보(I)와 일치하는 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)가 존재하지 않고 표면 형상 함수(F)를 결정할 수 없었던 경우에, 상기 구획 영역에는 노면(RS) 이외의 장애물이 존재한다고 판정한다.
그 밖에 예를 들어 노면(RS)의 경사면을 나타내는 제2 형상 함수(F2)에 있어서, 제2 형상 함수(F2)의 법선 벡터가 X축 및/또는 Y축에 평행하게 가까운 벡터로서 산출되고(예를 들어, 법선 벡터의 X축 방향 성분(c값) 및/또는 법선 벡터의 Y축 방향 성분(d값)의 절대값이, 법선 벡터의 Z축 방향 성분의 절대값(e값)보다 훨씬 큰 경우), Z좌표값이 극단적으로 큰 노면 정보(I)가 포함된 경우에도, 상기 구획 영역에는 장애물이 존재한다고 판정해도 된다.
또한, 노면 상태 판정부(156)는, 각 구획 영역에서 결정된 표면 형상 함수(F)를 참조하여 본체(11)가 이동하고자 하는 방향의 구획 영역에 본체(11)가 통과할 수 없을 정도의 단차나 경사면이 있는 경우에, 본체(11)가 통과할 수 없는 노면(RS)이 존재한다고 판정해도 된다.
예를 들어, 제1 형상 함수(F1)로 나타나는 표면 형상 함수(F)에 있어서, 3개의 면 중에서 기준 평면(SF)으로부터 극단적으로 높이가 높거나 낮은 면이 존재하는 경우에, 본체(11)가 통과할 수 없을 정도의 단차가 노면(RS)에 존재한다고 판정할 수 있다. 또는, 제2 형상 함수(F2)로 나타나는 표면 형상 함수(F)에 있어서, 법선 벡터의 X축 방향 성분(c값) 및/또는 Y축 방향 성분(d값)이 Z축 방향 성분(e값)보다 훨씬 큰 경우에, 기준 평면(SF)에 대해 큰 각도를 이루는 경사면이 노면(RS)에 존재한다고 판정할 수 있다.
본체(11)가 이동하고자 하는 방향으로 장애물 및/또는 본체(11)가 통과할 수 없는 노면(RS)이 존재한다고 판정한 경우, 노면 상태 판정부(156)는, 예를 들어 이동체 시스템(1)에 구비되는 디스플레이(예를 들어, GPS 장치의 지도 표시 화면의 일부)에 상기 판정 결과를 표시하는 이상 경보를 출력한다. 그 밖에 램프 등을 점등시키는 이상 경보를 이동체 시스템(1)에 출력해도 된다. 이에 의해, 이동체 시스템(1)의 운전자는, 본체(11)의 근방에 장애물이나 본체(11)가 통과할 수 없는 노면(RS)이 존재하는 것을 시각적으로 인식할 수 있다.
또한, 노면 상태 판정부(156)는, 상기 이상 경보를 후술하는 이동 제어부(157)에도 출력한다.
제어부(15)는, 이동 제어부(157)를 가진다. 이동 제어부(157)는, 노면 상태 판정부(156)로부터 상기 이상 경보를 입력하였을 때에 브레이크의 구동 기구, 구동부(13)의 구동 기구 및/또는 핸들의 구동 기구 등을 제어하는 이동 제어 신호를 출력하고, 필요에 따라 이동체 시스템(1)의 운전자 대신에 이동체 시스템(1)을 제어한다.
예를 들어, 이동 제어부(157)는, 이상 경보를 입력하였을 때에 장애물이나 통과할 수 없는 노면(RS)이 존재하는 구획 영역을 피하는 방향으로 본체(11)를 이동시키거나, 또는 상기 구획 영역의 앞에서 본체(11)를 정지시키는 이동 제어 신호를 출력한다.
이에 의해, 이동체 시스템(1)은, 장애물에의 충돌이나 통과할 수 없는 노면(RS)을 통과함으로써 이동체 시스템(1)(본체(11))이 손상되는 것을 회피할 수 있다.
상기의 구성을 가짐으로써, 제어부(15)는, 기준 평면(SF) 전체에서 취득된 모든 노면 정보(I)를 이용하여 노면(RS) 전체의 형상을 판정하는 경우에 비해 보다 적은 계산량으로 적절히 노면 형상을 파악할 수 있다. 그 결과, 노면 형상의 산출을 위한 처리 속도를 향상시킬 수 있고, 예를 들어 본체(11)가 회피해야 할 영역을 통과하기 전에 노면 형상을 적절히 파악하여 이러한 영역을 회피하는 지령을 이동체 시스템(1)에 출력할 수 있다.
(4) 노면 형상 측정 장치의 동작
(4-1) 노면 형상 측정 장치의 전체적인 동작
이하, 이동체 시스템(1)에 구비된 노면 형상 측정 장치(100)의 동작에 대해 설명한다. 우선, 노면 형상 측정 장치(100)의 전체적인 동작에 대해 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6은, 노면 형상 측정 장치의 전체적인 동작을 나타내는 흐름도이다.
처음에, 제어부(15)는 본체(11)가 이동하고 있는 노면(RS)의 형상을 판정한다(단계 S1). 구체적으로는, 제어부(15)는, 기준 평면(SF)에서 미리 정해진 복수의 구획 영역마다 표면 형상 함수(F)를 결정함으로써, 노면(RS)의 일부 또는 전부 형상을 수학적 모델로서 판정한다. 단계 S1에서의 노면(RS)의 형상 판정 처리에 대해서는 나중에 자세하게 설명한다.
노면(RS)의 형상을 판정 후, 노면 상태 판정부(156)는, 본체(11)가 이동하고자 하는 노면(RS)의 상태를 판정한다(단계 S2).
단계 S1에서 판정한 각 구획 영역의 표면 형상 함수(F)를 참조하여, 본체(11)가 이동하고자 하는 방향의 구획 영역에 장애물, 큰 단차 및/또는 급준한 경사면을 나타내는 표면 형상 함수(F)가 존재하는, 즉 본체(11)가 이동하고자 하는 방향으로 회피해야 할 장애물이나 노면이 존재하는 경우(단계 S2에서 「네」의 경우), 노면 상태 판정부(156)는 상기의 이상 경보를 출력한다(단계 S3).
이상 경보가 출력됨으로써, 예를 들어 이동체 시스템(1)에 구비되는 디스플레이 등에 본체(11)가 이동하고자 하는 방향으로 회피해야 할 장애물이나 노면이 있음을 표시할 수 있다. 그 결과, 회피해야 할 장애물이나 노면의 존재를 이동체 시스템(1)의 운전자에게 시각적으로 통지할 수 있다.
이상 경보가 출력되면, 이동 제어부(157)가 필요에 따라 브레이크의 구동 기구, 구동부(13)의 구동 기구 및/또는 핸들의 구동 기구 등을 제어하는 이동 제어 신호를 출력하고, 본체(11)가 장애물에 충돌하지 않도록 및/또는 회피해야 할 노면을 통과하지 않도록 이동체 시스템(1)의 이동을 제어한다.
한편, 본체(11)가 이동하고자 하는 방향의 구획 영역에 회피해야 할 장애물이나 노면이 존재하지 않는다고 판정한 경우(단계 S2에서 「아니오」의 경우), 노면 상태 판정부(156)는 이상 경보를 출력하지 않는다. 이에 의해, 이동체 시스템(1)의 운전자는 이동하고자 하는 방향을 통과해도 문제없다고 판단할 수 있다. 그 결과, 이동체 시스템(1)은 운전자의 조작에 따라 이동을 계속할 수 있다.
상기 단계 S1~S3을 실행 후, 이동체 시스템(1)의 운전자 등에 의해 노면 형상 측정 장치(100)의 동작을 정지하도록 지령받지 않는 한(단계 S4에서 「아니오」의 경우), 프로세스는 단계 S1로 되돌아가 노면 형상 측정 장치(100)는 동작을 계속한다.
한편, 이동체 시스템(1)의 운전자 등에 의해 노면 형상 측정 장치(100)의 동작을 정지하도록 지령받은 경우(단계 S4에서 「네」의 경우), 노면 형상 측정 장치(100)는 동작을 정지한다.
상기 단계 S1~S4를 실행함으로써, 본체(11)가 이동하고자 하는 방향으로 회피해야 할 장애물이나 노면이 존재하는 경우에는, 그 장애물이나 노면의 존재에 대해 경고할 수 있다. 그 결과, 필요에 따라, 예를 들어 장애물에 충돌하거나 통과 불가능한 노면을 통과하지 않도록 이동체 시스템(1)을 제어할 수 있다.
(4-2) 노면 형상 판정 처리
다음에, 상기 단계 S1에서 실행되는 노면 형상 판정 처리에 대해 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은, 노면 형상 판정 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
노면 형상 판정 처리를 개시하면, 우선, 노면 정보 취득부(14')가 노면(RS)의 형상을 판정하기 위해 이용하는 노면 정보(I)를 취득한다. 구체적으로는, 이하와 같이 하여 노면 정보(I)를 취득한다.
거리 화상 취득부(152)가, 우선, 상기에서 설명한 방법에 의해 n개의 제1 위치 정보(화소)의 집합체(x1, y1, d1), (x2, y2, d2), …, (xn, yn, dn)를 거리 화상(D1)으로서 취득하여 기억부(151)에 기억한다(단계 S11).
거리 화상(D1)을 취득 후, 좌표 변환부(153)가, 거리 화상(D1)에 포함되는 n개의 제1 위치 정보를 본체(11)가 이동하는 실공간 좌표계(X-Y-Z 좌표계)의 좌표값으로 변환함으로써 노면 정보(I)를 산출한다(단계 S12). 이하, 제1 위치 정보(xp, yp, dp)를 예로 들어 제1 위치 정보를 실공간 좌표계의 좌표값으로 변환하는 구체적인 방법에 대해 설명한다.
좌표 변환부(153)는, 우선, 위치 결정부(154)로부터 본체(11)의 기준 평면(SF) 상의 위치를 취득한다. 좌표 변환부(153)는, 물체 검출 센서(14)의 본체(11)에의 장착 위치를 본체(11)의 기준 평면(SF) 상의 위치에 가미하여 기준 평면(SF)에서의 물체 검출 센서(14)의 위치를 산출한다. 예를 들어, 기준 평면(SF)에서의 물체 검출 센서(14)의 위치가 (Xs1, Ys1)로 산출되었다고 하자.
다음에, 좌표 변환부(153)는, 제1 위치 정보(xp, yp, dp)의 제1 좌표의 좌표값(xp, yp)을 기준 평면(SF) 상의 위치(좌표값)에 대응시킨다. 제1 좌표의 좌표값(xp, yp)에 대응하는 기준 평면(SF)의 물체 검출 센서(14)에 대한 상대적인 위치(다시 말하면, 기준 평면(SF)의 원점을 물체 검출 센서(14)로 한 경우, 제1 좌표의 소정의 좌표값에 대응하는 기준 평면(SF) 상의 위치(좌표값))는, 제1 좌표의 좌표값(xp, yp)에 대응하는 검출부의 검출면(DS)에서의 배치 위치에 기초하여 캘리브레이션에 의해 미리 대응되어 있다.
예를 들어, 좌표값(xp, yp)에 대응하는 기준 평면(SF)의 상대적인 위치가 좌표값(Xp, Yp)에 대응되어 있다고 하자.
그 후, 좌표 변환부(153)는, 위치 결정부(154)에서 결정된 물체 검출 센서(14)의 기준 평면(SF)에서의 위치(Xs1, Ys1)에 상기 좌표값(Xp, Yp)을 가산함으로써, 제1 좌표의 좌표값(xp, yp)에 대응하는 기준 평면(SF) 상의 위치를 노면 위치(Xp+Xs1, Yp+Ys1)로서 산출할 수 있다.
다음에, 좌표 변환부(153)는, 노면 위치(Xp+Xs1, Yp+Ys1)에 존재하는 노면(RS)의 기준 평면(SF)으로부터의 높이인 노면 높이(Z좌표값)를 이하와 같이 하여 거리 화상(D1)의 화소값인 거리(dp)를 이용하여 산출할 수 있다.
우선, 노면 위치(Xp+Xs1, Yp+Ys1)에 존재하는 노면(RS)과 검출부(물체 검출 센서(14)) 사이의 거리가 dp이므로, 좌표 변환부(153)는 이러한 노면(RS)에서 본 검출부(물체 검출 센서(14))의 높이를 sqrt{dp2-(Xp2+Yp2)}(sqrt{}: {} 안의 수치의 평방근)로 산출할 수 있다.
다음에, 좌표 변환부(153)는, 상기와 같이 산출된 높이와, 물체 검출 센서(14)와 그 바로 아래의 노면(RS) 사이의 높이(H)와, 노면 위치(Xs1, Ys1)에서의 노면(RS)의 노면 높이(Zs1)로부터, 노면 위치(Xp+Xs1, Yp+Ys1)에 존재하는 노면(RS)의 노면 높이(Zp)를 Zp=Zs1+H-sqrt{dp2-(Xp2+Yp2)}로 산출할 수 있다.
또, 높이(H)는, 물체 검출 센서(14)의 본체(11)에의 장착 위치에 따라 정해지는 일정값이다. 또한, 본체(11)가 위치(Xs1, Ys1)에 도달하기까지 이러한 위치 또는 그 가장 근방에서의 노면 정보(I)는 취득 완료이기 때문에, 노면 위치(Xs1, Ys1)에서의 노면 높이(Zs1)는 상기 노면 높이(Zp)의 산출 시점에서는 이미 알려져 있다.
상기와 같이 하여, 하나의 제1 위치 정보(거리 화상(D1)의 하나의 화소)에 대해, 이러한 제1 위치 정보(화소)에 대응하는 노면 위치와, 이러한 노면 위치에서의 노면(RS)의 기준 평면(SF)으로부터의 높이인 노면 높이에 의해 구성되는 하나의 노면 정보를 산출할 수 있다.
상기의 좌표 변환을 거리 화상(D1)에 포함되는 n개의 제1 위치 정보(x1, y1, d1)~(xn, yn, dn) 각각에 대해 실행함으로써, 좌표 변환부(153)는 노면(RS) 상의 복수(n개)의 점에 대해 복수(n개)의 노면 정보(I-1~I-n)를 산출할 수 있다.
노면 정보(I-1~I-n)를 산출 후, 노면 정보 취득부(14')는, 전회의 노면 형상 판정 처리까지 산출된 노면 정보에 이번에 산출한 노면 정보(I-1~I-n)를 누적한다(단계 S13). 구체적으로는, 노면 정보 취득부(14')는, 전회까지 산출한 노면 정보를 누적함으로써 생성되어 기억부(151)에 기억된 노면 정보 데이터(D2)에 이번에 산출한 노면 정보(I-1~I-n)를 추가한다. 이에 의해, 노면 정보 취득부(14')는, 다른 시각(노면 형상 판정 처리의 실행마다)에 측정된 노면 정보(I)를 누적할 수 있다.
또, 노면 정보(I)를 누적할 때에는 매회 기준 좌표를 갱신하도록 구성해도 된다. 이 경우는 본체(11)의 이동을 고려하여, 위치 측정부(16)로부터 얻어지는 위치 변화 정보를 이용하여 추가 전의 노면 정보 데이터(D2)에 대해 보정을 행한 후에, 이번에 산출한 노면 정보(I-1~I-n)를 추가하면 된다.
상기와 같이, 다른 시각에서 취득한 노면 정보를 누적함으로써, 도 8a~도 8c에 도시된 바와 같이, 본체(11)가 직진 방향(Y축 방향)으로 이동함에 따라 각 구획 영역(G1~G87)에 포함되는 노면(RS)의 측정점(즉, 노면 정보(I))의 개수를 증가할 수 있다. 도 8a~도 8c는, 노면 정보를 누적하는 모습의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
노면 정보(I-1~I-n)를 노면 정보 데이터(D2)에 누적 후, 노면 형상 판정부(155)는, 각 구획 영역(G1~G87)에 포함되는 노면 정보(I)를 이용하여 구획 영역마다 노면(RS)의 표면 형상을 추정한다. 구획 영역마다 표면 형상을 추정할 때, 어느 구획 영역에서 표면 형상의 추정을 개시할지는 임의로 결정할 수 있다. 예를 들어, 서로 인접한 구획 영역의 표면 형상을 연속적이 되도록 보정하는 것을 고려하여, 많은 노면 정보(I)를 포함한 구획 영역으로부터 표면 형상을 추정할 수 있다. 이에 의해, 많은 노면 정보(I)를 이용하여 보다 정확한 표면 형상을 우선 추정하고, 그 후 산출된 표면 형상을 처음에 추정된 정확한 표면 형상에 접속할 수 있다. 즉, 나중에 산출한 표면 형상을 정확한 표면 형상에 접속할 수 있다.
그러나, 표면 형상을 추정하는 구획 영역의 순서는 상기에 한정되지 않고, 예를 들어 구획 영역(G1~G87)으로 순서대로 추정해도 되고, 그 반대의 순서로 추정해도 된다.
이하, p번째 구획 영역(Gp)을 추정하는 경우를 예로 들어 구획 영역(Gp)에서의 노면(RS)의 표면 형상의 추정 방법을 설명한다.
노면 형상 판정부(155)는, 우선, 기억부(151)에 기억되어 있는 노면 정보 데이터(D2)를 참조하여, 구획 영역(Gp)에 소정의 수 이상의 노면 정보(I)가 포함되어 있는지를 판정한다(단계 S14).
구체적으로는, 노면 형상 판정부(155)는, 예를 들어 노면 정보 데이터(D2)에 포함되는 노면 정보(I) 중에서 X좌표값 및 Y좌표값이 각각 XGp-W/2≤X<XGp+W/2 및 YGp-W/2≤Y≤YGp+W/2의 범위 내에 있는 노면 정보(I)를 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)라고 판정한다. 노면 형상 판정부(155)는, 상기와 같이 판정된 노면 정보(I)의 개수를 계수하여, 계수된 노면 정보(I)의 개수가 소정의 수 이상이 되어 있는지를 판정한다.
또, 상기 소정의 수는, 구획 영역(Gp)의 표면 형상을 확정하는 데에 필요한 최소한의 노면 정보(I)의 개수로 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 3차원의 수학 모델(제1 형상 함수(F1), 제2 형상 함수(F2))을 이용하여 구획 영역(Gp)의 표면 형상을 추정하므로, 상기 소정의 수로서는 3이 선택된다.
표면 형상을 추정하고자 하는 대상의 구획 영역(Gp)에 소정의 수보다 적은 노면 정보(I)밖에 포함되지 않았다고 판정된 경우(단계 S14에서 「아니오」의 경우), 노면 형상 판정부(155)는 구획 영역(Gp)에서는 표면 형상을 추정하지 않는다고 결정하고, 프로세스는 단계 S18로 진행된다.
한편, 구획 영역(Gp)에 소정의 수 이상의 노면 정보(I)가 포함되어 있다고 판정된 경우(단계 S14에서 「네」의 경우), 구획 영역(Gp)에서 표면 형상을 추정한다고 결정한다.
상기와 같이, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)의 개수가 소정의 수보다 적은 경우에는 표면 형상을 추정하지 않는다고 결정하는 반면, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)의 개수가 소정의 수 이상이 되면 표면 형상을 추정한다고 결정함으로써, 적절한 표면 형상을 추정할 수 있는 정도의 수의 노면 정보(I)가 모인 타이밍에서 노면(RS)의 표면 형상을 적절히 추정할 수 있다.
구획 영역(Gp)에서 표면 형상을 추정한다고 결정 후, 노면 형상 판정부(155)는, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)의 수가 전회 표면 형상 함수(F)를 결정하였을 때보다 증가하였는지를 더욱 판정한다(단계 S15).
구획 영역(Gp)에서 이미 표면 형상 함수(F)가 표면 형상으로서 결정되어 있지만, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)의 개수가 상기 표면 형상 함수(F)를 추정하였을 때보다 증가하지 않은 경우(단계 S15에서 「아니오」의 경우), 노면 형상 판정부(155)는 이미 결정되어 있는 표면 형상 함수(F)를 갱신할 필요가 없다고 판정하고, 프로세스는 단계 S18로 진행된다.
한편, 구획 영역(Gp)에서 표면 형상 함수(F)가 결정되지 않은 경우, 또는 표면 형상 함수(F)가 이미 결정되어 있지만 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)의 개수가 상기 표면 형상 함수(F)를 추정하였을 때보다 증가하는 경우(단계 S15에서 「네」의 경우), 노면 형상 판정부(155)는 표면 형상 함수(F)를 추정하거나 전회 추정한 표면 형상 함수(F)를 갱신한다고 결정한다(단계 S16).
이미 결정되어 있는 표면 형상 함수(F)를, 그 표면 형상 함수(F)를 결정하기 위해 이용한 노면 정보(I)의 개수보다 많은 개수의 노면 정보(I)를 이용하여 갱신한다고 결정함으로써, 보다 적절히 추정된 표면 형상을 노면(RS)의 진짜 표면 형상이라고 할 수 있다.
단계 S16에서, 노면 형상 판정부(155)는, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)에 대해 상기 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)를 피팅시킴으로써, 이러한 구획 영역(Gp)의 노면(RS)의 형상을 판정한다. 구체적으로는, 도 9의 흐름도에 나타내는 처리의 흐름으로 구획 영역(Gp)의 노면(RS)의 표면 형상을 판정한다. 도 9는, 표면 형상을 판정하는 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
우선, 노면 형상 판정부(155)는, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)에 대해 제1 형상 함수(F1)를 피팅시킨다(단계 S161). 예를 들어, 면 Z=a(-X1≤X≤X1, 0≤Y≤Y1) 및 면 Z=b(-X1≤X≤X1, -Y1≤Y≤0)에 대해서는, 최소제곱법 등에 의해 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)와의 거리가 가장 작아지는 a값 및/또는 b값을 산출할 수 있다. 또한, 면 Y=0(-X1≤X≤X1, b≤Z≤a)에 대해서는, 최소제곱법 등에 의해 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)와의 거리가 가장 작아지는, 면 Y=0을 Y축 방향으로 시프트한 면 Y=f(f: 임의의 수)를 산출할 수 있다.
또한, 상기 3개의 면을 필요에 따라 회전 후, 최소제곱법 등에 의해 임의의 3개의 면을 결정한다.
최소제곱법을 이용하는 것 이외에도, 노면(RS) 상의 각 점과 표면 형상의 거리를 노면 정보(I)에 걸쳐 합계한 오차 함수를 작성하고, 최급강하법 등에 의해 이러한 오차 함수를 극소화하는 방법에 의해 피팅을 행할 수도 있다. 이 경우, 상기 a, b, f, 회전량이 파라미터가 된다.
상기와 같이 하여 제1 형상 함수(F1)를 결정 후, 노면 형상 판정부(155)는, 결정된 제1 형상 함수(F1)와 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I) 사이의 거리의 합계를 3차원 면과 점 사이의 거리를 산출하는 공식 등을 이용하여 산출한다(단계 S162).
다음에, 노면 형상 판정부(155)는, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)에 대해 제2 형상 함수(F2)를 피팅시킨다(단계 S163). 예를 들어, 제2 형상 함수(F2)를 나타내는 면 c*(X-X0)+d*(Y-Y0)+e*(Z-Z0)=0(-X1≤X≤X1, -Y1≤Y≤Y1)에 대해 최소제곱법을 적용함으로써, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)와의 거리가 가장 작아지는 제2 형상 함수(F2)를 산출할 수 있다.
상기 면 c*(X-X0)+d*(Y-Y0)+e*(Z-Z0)=0에 대한 최소제곱법의 적용은, 예를 들어 이하와 같이 하여 실행할 수 있다.
우선, 상기 제2 형상 함수(F2)를 나타내는 면이 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)의 무게 중심을 통과한다고 하여, 제2 형상 함수(F2)를 c*(X-X0')+d*(Y-Y0')+e*(Z-Z0')=0으로 결정한다(좌표(X0', Y0', Z0'): 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)의 무게 중심).
다음에, 상기 제2 형상 함수(F2)와, 구획 영역(Gp)에 포함되는 각 노면 정보(I) 사이의 거리의 제곱의 합계가 최소가 되는 법선 벡터(c, d, e)의 각 요소의 값을 라그랑주의 미정승수법 등을 이용하여 산출함으로써, 최종적인 제2 형상 함수(F2)를 결정할 수 있다. 또, 최소제곱법에 의해 제2 형상 함수(F2)를 결정할 때에, 계산을 간단하게 하기 위해 법선 벡터(c, d, e)를 단위 벡터(길이가 1인 벡터)라고 가정해도 된다.
상기와 같이 하여 제2 형상 함수(F2)를 결정 후, 노면 형상 판정부(155)는, 결정된 제2 형상 함수(F2)와 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I) 사이의 거리의 합계를 3차원 면과 점 사이의 거리를 산출하는 공식 등을 이용하여 산출한다(단계 S164).
또, 상기 단계 S161 및 S163에서 최소제곱법에 의해 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)를 결정하는 경우, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I) 중에서, 취득된 시각이 보다 새로운 노면 정보(I)에 중점을 두고 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)를 결정해도 된다.
예를 들어, 새로운 노면 정보(I)의 개수가 오래된 노면 정보(I)의 개수보다 많아지도록 선택된 복수의 노면 정보(I)를 이용하여 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)를 결정해도 된다. 이에 의해, 물체 검출 센서(14)가 구획 영역(Gp)에 보다 접근하여 취득된 신뢰성이 높은 노면 정보(I)를 이용하여, 보다 적절한 구획 영역(Gp)의 노면(RS)의 표면 형상을 추정할 수 있다.
그 후, 노면 형상 판정부(155)는, 결정한 제1 형상 함수와 노면 정보(I) 사이의 거리의 합계 및 제2 형상 함수와 노면 정보(I) 사이의 거리의 합계 모두가 문턱값보다 큰지를 판정한다(단계 S165).
이미 결정된 표면 형상 함수(F)가 존재하지 않고 상기 2개의 거리의 합계가 모두 문턱값보다 큰 경우(단계 S165에서 「네」의 경우), 노면 형상 판정부(155)는, 구획 영역(Gp)에는 제1 형상 함수(F1)에도 제2 형상 함수(F2)에도 피팅되지 않는 형상의 장애물이 존재한다고 판정하고(단계 S166), 표면 형상 판정 처리를 종료한다.
한편, 상기 2개의 거리의 합계 중 어느 하나 또는 모두가 문턱값 이하인 경우(단계 S165에서 「아니오」의 경우), 노면 형상 판정부(155)는, 제1 형상 함수(F1)의 거리의 합계가 최소인 경우(단계 S167에서 「제1 형상 함수」의 경우)에는 제1 형상 함수(F1)를 구획 영역(Gp)의 표면 형상 함수(F)라고 결정한다(단계 S168).
한편, 제2 형상 함수(F2)의 거리의 합계가 최소인 경우(단계 S167에서 「제2 형상 함수」의 경우)에는, 제2 형상 함수(F2)를 구획 영역(Gp)의 표면 형상 함수(F)라고 결정한다(단계 S169).
또, 이미 표면 형상 함수(F)가 존재하는 경우에, 이러한 이미 존재하는 표면 형상 함수(F)와 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I) 사이의 거리의 합계가 최소인 경우에는, 노면 형상 판정부(155)는, 이러한 이미 존재하는 표면 형상 함수(F)를 구획 영역(Gp)의 표면 형상을 나타내는 함수로서 그대로 유지한다.
상기 단계 S161~S169를 실행함으로써, 노면 형상 판정부(155)는, 미리 정해진 제1 형상 함수(F1) 또는 제2 형상 함수 중에서 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)와 보다 일치하는 쪽을, 구획 영역(Gp)의 노면(RS)의 표면 형상을 수학적 모델로 나타낸 표면 형상 함수(F)로서 비교적 간단하게 결정할 수 있다.
상기와 같이 하여 표면 형상(표면 형상 함수(F))을 결정 후, 노면 형상 판정부(155)는, 상기 결정한 표면 형상 함수(F)가 구획 영역(Gp)에 인접하는 구획 영역에서 결정된 표면 형상 함수(F)와 어긋나 있는지를 판정한다(단계 S17).
예를 들어, 구획 영역(Gp)과 인접하는 구획 영역의 경계선에서, 구획 영역(Gp)에서의 표면 형상 함수(F)가 상기 인접하는 구획 영역에서의 표면 형상 함수와 크게 다른 경우에, 구획 영역(Gp)에서 결정된 표면 형상 함수(F)와 구획 영역(Gp)에 인접하는 구획 영역에서 결정된 표면 형상 함수가 불연속이라고 판정한다.
구획 영역(Gp)에서 결정된 표면 형상 함수(F)와 구획 영역(Gp)에 인접하는 구획 영역에서 결정된 표면 형상 함수가 불연속인 경우(단계 S17에서 「네」의 경우), 노면 형상 판정부(155)는, 구획 영역(Gp)에서 결정된 표면 형상 함수(F)가 인접하는 구획 영역에서 결정된 표면 형상 함수와 연속적으로 접속하도록, 구획 영역(Gp)의 표면 형상 함수(F)를 보정한다(단계 S18).
구체적으로는, 예를 들어 구획 영역(Gp)의 경계선에서 이 경계선을 통해 인접되어 있는 구획 영역의 표면 형상 함수가 상기 경계선 상에서 취할 수 있는 몇 개의 좌표점을 설정하고, 이 설정한 좌표점을 반드시 통과하도록 구획 영역(Gp)에서 표면 형상 함수(F)를 피팅에 의해 다시 결정한다. 노면 형상 판정부(155)는, 이러한 다시 결정한 표면 형상 함수(F)를 구획 영역(Gp)의 노면(RS)의 표면 형상을 나타내는 것으로 결정하고 기억부(151)에 기억한다.
상기와 같이 하여 구획 영역(Gp)에서의 표면 형상 함수(F)를 보정함으로써, 서로 인접한 구획 영역에서 추정된 복수의 표면 형상의 사이에 모순이 생긴 경우에 이러한 모순을 해소하고, 각 구획 영역에서 적절한 표면 형상을 추정할 수 있다.
한편, 구획 영역(Gp)에서 결정된 표면 형상 함수(F)가, 구획 영역(Gp)에 인접하는 구획 영역에서 결정된 표면 형상 함수에 연속적으로 접속되어 있는 경우(단계 S17에서 「아니오」의 경우), 노면 형상 판정부(155)는, 이번에 결정한 표면 형상 함수(F)를 구획 영역(Gp)의 노면(RS)의 표면 형상을 나타내는 것으로 결정하고 기억부(151)에 기억한다.
구획 영역(Gp)의 표면 형상 함수(F)를 결정 후, 표면 형상 함수(F)를 결정해야 할 구획 영역이 아직 존재하는 경우(단계 S19에서 「아니오」의 경우)에는, 노면 형상 판정 프로세스는 단계 S14로 되돌아가 모든 구획 영역(G1~G87)에 대해 상기 단계 S14~S17를 실행하고, 가능한 경우에는 표면 형상 함수(F)를 결정한다.
한편, 구획 영역(Gp)이 표면 형상 함수(F)를 결정해야 할 마지막 구획 영역이고, 모든 구획 영역(G1~G87)에서 상기 단계 S14~S17를 실행한 경우(단계 S19에서 「네」의 경우), 노면 형상 판정 프로세스는 종료된다.
이와 같이, 본 실시형태에 관한 노면 형상 측정 장치(100)에서는, 각 구획 영역(G1~G87)에 포함되는 노면 정보(I)를 이용하여 구획 영역(G1~G87)마다 그 표면 형상(즉, 노면(RS)의 일부 형상)을 추정하고 있다. 즉, 좁은 영역에 포함되는 비교적 소수의 노면 정보(I)를 이용하여 이러한 좁은 영역의 노면(RS)의 표면 형상을 추정하고 있다. 좁은 영역의 표면 형상(표면 형상 함수(F))을 소수의 노면 정보(I)를 이용하여 추정함으로써, 기준 평면(SF)의 전체라는 넓은 범위의 표면 형상을 많은 노면 정보(I)를 이용하여 추정하는 것에 비해, 특히 표면 형상 함수(F)를 결정하기까지의 계산량(계산 횟수)을 대폭 감소할 수 있다.
즉, 기준 평면(SF) 전체에서 취득된 모든 노면 정보(I)를 이용하여 노면 전체의 형상을 판정하는 경우에 비해, 보다 적은 계산량에 의해 적절히 노면 형상을 파악할 수 있다.
2. 다른 실시형태
이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다. 특히, 본 명세서에 기재된 복수의 실시형태 및 변형예는 필요에 따라 임의로 조합 가능하다.
예를 들어, 도 7을 이용하여 설명한 노면 형상 판정 처리에서의 각 처리 및/또는 도 9를 이용하여 설명한 표면 형상 판정 처리에서의 각 처리의 순서나 처리는 필요에 따라 변경할 수 있다.
(A) 표면 형상 함수의 보정에 대한 다른 실시형태
예를 들어, 상기 제1 실시형태의 노면 형상 판정 처리에서는, 단계 S16에서 일단 표면 형상 함수(F)를 결정 후에, 이 표면 형상 함수(F)가 인접하는 구획 영역에서의 표면 형상 함수와 불연속이 되는 경우에 표면 형상 함수(F)의 보정이 이루어졌다.
구획 영역(Gp)의 표면 형상 함수(F)가, 구획 영역(Gp)과 인접되어 있는 구획 영역에서 결정된 표면 형상 함수와 경계선에서 연속적으로 접속되면 되므로, 표면 형상 함수(F)의 보정은 제1 실시형태에서 설명한 방법으로 한정되지 않는다.
예를 들어, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)를 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)에 피팅시킬 때(제1 실시형태의 단계 S161 및 S163의 실행시)에, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)에 더하여, 구획 영역(Gp)에 인접하는 구획 영역에서 결정된 표면 형상 함수가 구획 영역(Gp)과 상기 인접하는 구획 영역의 경계선에서 취할 수 있는 좌표값도 포함하여 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)와의 피팅을 실행함으로써, 인접하는 구획 영역에서 결정된 표면 형상 함수와 연속적으로 접속하는 표면 형상 함수(F)를 1번의 피팅에 의해 산출할 수 있다.
(B) 노면 정보에 대해 제1 형상 함수 및 제2 형상 함수를 피팅시키는 방법의 다른 실시형태
상기 제1 실시형태에서는, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)와 일치하는 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)를 산출하는 방법으로서 최소제곱법을 이용하였다. 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)와 일치하는 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)를 산출하는 방법으로서, 최소제곱법 이외의 다른 방법을 이용할 수도 있다.
예를 들어, 「RANSAC(RANdom SAmple Consensus)」 알고리즘을 이용하여, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)와 일치하는 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)를 산출할 수 있다.
구체적으로는, 이하의 단계를 실행함으로써, 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)와 일치하는 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)를 산출한다.
(i) 구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)에서, 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수를 결정하기 위해 필요한 최소한의 개수의 노면 정보(I)를 선택한다.
(ii) (i)에서 선택한 노면 정보(I)를 이용하여 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)를 산출한다.
(iii) (i)에서 선택하는 노면 정보(I)를 다르게 하여 (i) 및 (ii)를 반복적으로 실행하여 산출된 복수의 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2) 중에서, 보다 많은 노면 정보(I)를 통과하는(혹은, 보다 많은 노면 정보(I)가 소정의 거리의 범위 내에 존재하는) 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)를 최종적인 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)로 한다.
「RANSAC」 알고리즘을 이용하는 경우, 상기 (iii)에서 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)를 둘 다 결정하는 것이 아니라, 상기 (i) 및 (ii)를 반복하여 산출된 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2) 중에서, 가장 많은 노면 정보(I)를 통과하는(혹은, 가장 많은 노면 정보(I)가 소정의 거리의 범위 내에 존재하는) 제1 형상 함수(F1) 또는 제2 형상 함수(F2)를 구획 영역(Gp)에서의 표면 형상 함수(F)로 결정해도 된다.
또한, 「RANSAC」 알고리즘을 이용하는 경우, 예를 들어 제1 형상 함수(F1) 또는 제2 형상 함수(F2)가 하나의 노면 정보(I)와 일치할(또는, 하나의 노면 정보(I)가 소정의 범위 내에 있을) 때에 부여하는 스코어를 상기 하나의 노면 정보(I)의 새로움(취득 시각)에 따라 설정하고, 구획 영역(Gp)에 포함되는 각 노면 정보(I)에 대해 산출되는 상기 스코어의 합계를 노면 정보(I)와 제1 형상 함수(F1) 또는 제2 형상 함수(F2)의 일치도로 정의해도 된다. 이 경우, 최대 일치도를 산출한 제1 형상 함수(F1) 또는 제2 형상 함수(F2)를 구획 영역(Gp)의 표면 형상 함수(F)라고 결정해도 된다.
여기서, 예를 들어 도 10a에 도시된 바와 같이, 오래된 노면 정보(검은 점으로 나타내는 노면 정보) 및 새로운 노면 정보(하얀 점으로 나타내는 노면 정보)가 혼재하는 구획 영역(Gp)을 생각한다. 이러한 구획 영역(Gp)에서, 도 10b의 점선으로 나타낸 제2 형상 함수(F2)보다 도 10b의 실선으로 나타낸 제1 형상 함수(F1)가 보다 많은 새로운 노면 정보(I)와 일치한다. 즉, 도 10b의 점선으로 나타낸 제2 형상 함수(F2)의 일치도보다 도 10b의 실선으로 나타낸 제1 형상 함수(F1)의 일치도가 커진다. 도 10a 및 도 10b는, 새로운 노면 정보와 오래된 노면 정보가 혼재한 경우, RANSAC를 이용한 표면 형상 함수의 결정 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
상기와 같이, 일치도가 큰 쪽의 제1 형상 함수(F1) 또는 제2 형상 함수(F2)를 구획 영역(Gp)의 표면 형상 함수(F)라고 결정함으로써, 신뢰성이 높은 보다 새로운 노면 정보(I)와 일치하는(또는, 소정의 범위 내에 있는 새로운 노면 정보(I)의 개수가 많은) 표면 형상 함수(F)를 산출할 수 있다.
구획 영역(Gp)에 포함되는 노면 정보(I)와 일치하는 제1 형상 함수(F1) 및 제2 형상 함수(F2)를 산출하는 방법으로서, 그 밖에 비선형 최적화 알고리즘을 이용할 수도 있다.
본 발명은, 기복 등을 갖는 노면의 표면 형상을 측정하는 노면 형상 측정 장치에 널리 적용할 수 있다.
100 노면 형상 측정 장치
1 이동체 시스템
11 본체
12a, 12b, 12c, 12d 차륜
13 구동부
14 물체 검출 센서
141 출력부
143-1~143-n 검출부
145 렌즈
DS 검출면
14' 노면 정보 취득부
15 제어부
151 기억부
152 거리 화상 취득부
153 좌표 변환부
154 위치 결정부
155 노면 형상 판정부
156 노면 상태 판정부
157 이동 제어부
16 위치 측정부
D1 거리 화상
D2 노면 정보 데이터
F 표면 형상 함수
F1 제1 형상 함수
F2 제2 형상 함수
G1~G87 구획 영역
GI 구획 영역 정보
I, I-1~I-n 노면 정보
Lm 측정광
Lr 반사광
RS 노면
SF 기준 평면
d, d1, dn 거리

Claims (13)

  1. 기복을 갖는 노면의 형상을 측정하는 노면 형상 측정 장치로서,
    상기 노면 상의 복수의 점에 대해, 복수의 구획 영역으로 나누어진 기준 평면 상에서의 상기 노면의 노면 위치와, 상기 노면 위치에서의 상기 노면의 상기 기준 평면으로부터의 높이를 나타내는 노면 높이로 이루어지는 노면 정보를 취득하는 노면 정보 취득부와,
    상기 구획 영역마다 해당 구획 영역에 포함되는 상기 노면 정보를 이용하여 표면 형상을 추정함으로써, 상기 노면의 일부 또는 전체 형상을 판정하는 노면 형상 판정부를 구비하는, 노면 형상 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 노면 정보 취득부는,
    상기 노면에서 반사된 에너지를 측정하는 에너지 측정부와,
    각각이 상기 에너지에 기초하여 측정되는 상기 노면과 상기 노면 정보 취득부 사이의 거리를 화소값으로서 갖는 복수의 화소로 구성된 거리 화상을 취득하는 거리 화상 취득부와,
    상기 거리 화상의 각 화소를 상기 기준 평면의 위치에 대응시켜 상기 노면 위치를 산출하고, 상기 노면 위치에서의 상기 노면 높이를 상기 각 화소가 갖는 화소값에 기초하여 산출함으로써, 상기 노면 정보를 산출하는 좌표 변환부를 갖는, 노면 형상 측정 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 구획 영역에 소정의 수 이상의 상기 노면 정보가 존재하면, 상기 노면 형상 판정부는 상기 구획 영역의 표면 형상을 추정하는 것을 결정하고,
    상기 구획 영역에 상기 소정의 수 이상의 상기 노면 정보가 존재하지 않으면, 상기 노면 형상 판정부는 상기 구획 영역의 표면 형상을 추정하지 않는 것을 결정하는, 노면 형상 측정 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노면 형상 판정부는, 상기 표면 형상을 추정하고자 하는 상기 구획 영역에 포함되는 복수의 상기 노면 정보의 수가 전회의 상기 표면 형상의 추정시보다 증가하면, 전회 추정한 상기 표면 형상을 이러한 수가 증가한 상기 노면 정보를 이용하여 갱신하는, 노면 형상 측정 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노면 형상 판정부는, 하나의 구획 영역에 대해 추정된 상기 표면 형상과, 상기 하나의 구획 영역에 인접하는 구획 영역에 대해 추정된 상기 표면 형상이 상기 기준 평면 내에서 불연속이 되면, 상기 하나의 구획 영역에 대해 추정된 상기 표면 형상을 상기 인접하는 구획 영역에 대해 추정된 상기 표면 형상과 연속적으로 접속하도록 보정하는, 노면 형상 측정 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구획 영역의 크기는, 각각 상기 기준 평면에서의 상기 노면 정보 취득부와 상기 구획 영역 사이의 거리에 기초하여 결정되는, 노면 형상 측정 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노면 정보 취득부는, 상기 기준 평면 상을 이동하고 이동 중의 다른 시각에서 취득된 상기 노면 정보를 누적하고,
    상기 노면 형상 판정부는, 이러한 누적된 상기 노면 정보를 이용하여 상기 표면 형상을 추정하는, 노면 형상 측정 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노면 형상 판정부는, 상기 구획 영역에 포함되는 상기 노면 정보에 대해 소정의 함수를 피팅함으로써 산출되는 표면 형상 함수를 해당 구획 영역에서의 상기 표면 형상으로 추정하는, 노면 형상 측정 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 노면 형상 판정부는, 취득된 시각이 보다 새로운 상기 노면 정보와 일치하는 표면 형상 함수를, 해당 표면 형상 함수를 산출 중인 구획 영역의 상기 표면 형상을 나타내는 것으로 추정하는, 노면 형상 측정 장치.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 소정의 함수는, 상기 노면의 단차를 나타내는 제1 형상 함수와, 상기 노면에서의 경사면을 나타내는 제2 형상 함수를 포함하고,
    상기 노면 형상 판정부는, 상기 제1 형상 함수와 상기 제2 형상 함수 중에서 상기 구획 영역에 포함되는 상기 노면 정보와 보다 일치하는 쪽을 상기 표면 형상 함수로 추정하는, 노면 형상 측정 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노면 형상 판정부에서 추정된 상기 표면 형상에 기초하여 상기 노면의 노면 상태를 판정하는 노면 상태 판정부를 더 구비하는, 노면 형상 측정 장치.
  12. 기복을 갖는 노면의 형상을 측정하는 측정 방법으로서,
    상기 노면 상의 복수의 점에 대해, 복수의 구획 영역으로 나누어진 기준 평면 상에서의 상기 노면의 노면 위치와, 상기 노면 위치에서의 상기 노면의 상기 기준 평면으로부터의 높이를 나타내는 노면 높이로 이루어지는 노면 정보를 취득하는 단계와,
    상기 구획 영역마다 해당 구획 영역에 포함되는 상기 노면 정보를 이용하여 표면 형상을 추정함으로써, 상기 노면의 일부 또는 전체 형상을 판정하는 단계를 포함하는, 측정 방법.
  13. 청구항 12에 기재된 상기 측정 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램.
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