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JP5375249B2 - Moving path planning device, moving body control device, and moving body - Google Patents
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JP5375249B2 - Moving path planning device, moving body control device, and moving body - Google Patents

Moving path planning device, moving body control device, and moving body Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a moving path planning apparatus that can improve the efficiency of path planning for a mobile body. <P>SOLUTION: The moving path planning apparatus includes an imaging means for capturing an image ahead of the mobile body, an image processing means for applying predetermined image processing to the image captured by the imaging means to detect tracks present in the captured image, and a path planning means for planning a moving path of the mobile body according to the tracks detected by the image processing means. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、移動経路計画装置、移動体制御装置及び移動体に関する。   The present invention relates to a moving path planning device, a moving body control device, and a moving body.

従来では、不整地における移動体(例えば車両)の制御手法として、以下の手法が採用されていた。まず、ステレオ画像計測やレーザレンジファインダ(LRF)等を用いて周囲の3次元形状を計測し、その計測結果に基づいて、大きな突起物等を障害物として検出する。そして、障害物から接触を避けられるだけの十分な距離を確保しつつ、且つ、経路上の起伏やカーブ等の減速要因・動揺など、運行を不安定にする要因が最小となるように車両の経路や速度等を計画し、その計画に従って車両の加減速、ステアリング角を求め、各アクチュエータによって車両のステアリング及び車輪の駆動を行う。   Conventionally, the following method has been adopted as a method for controlling a moving body (for example, a vehicle) on rough terrain. First, a surrounding three-dimensional shape is measured using a stereo image measurement, a laser range finder (LRF), or the like, and a large protrusion or the like is detected as an obstacle based on the measurement result. In addition, while ensuring a sufficient distance to avoid contact with obstacles, and to minimize the factors that make the operation unstable, such as deceleration factors such as undulations and curves, and fluctuations on the route. The route, speed, etc. are planned, the acceleration / deceleration of the vehicle and the steering angle are obtained according to the plan, and the steering and wheels of the vehicle are driven by each actuator.

なお、従来の移動体制御手法として、下記特許文献1には、周囲の3次元形状を計測して行動可能範囲(環境地図)を判断し、その行動可能範囲内で経路計画を行う手法が開示されている。また、下記特許文献2には、地形センサによるセンシングで経路探索地図を作成し、複数の経路候補の中から最も平坦な経路を走行上の最適経路として選択する手法が開示されている。また、下記特許文献3には、障害物の検出から各アクチュエータの制御に至るまでの自律走行制御システムの具体的な構成例が開示されている。さらに、下記特許文献4には、将来見通せる距離が短い場合の対処の例として、逐次再計画する手法が開示されている。   As a conventional mobile body control method, Patent Document 1 below discloses a method of measuring a surrounding three-dimensional shape, determining an actionable range (environment map), and planning a route within the actionable range. Has been. Patent Document 2 below discloses a method of creating a route search map by sensing with a terrain sensor and selecting the flattest route as the optimum route for traveling from among a plurality of route candidates. Patent Document 3 below discloses a specific configuration example of an autonomous traveling control system from detection of an obstacle to control of each actuator. Furthermore, the following Patent Document 4 discloses a method of sequential re-planning as an example of handling when the distance that can be seen in the future is short.

特開2005−092820号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-092820 特開平07−064631号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-064631 特開平11−212640号公報JP-A-11-212640 特開平11−007318号公報JP-A-11-007318

例えば、上述したステレオ画像計測やLRF等を用いて、図19(a)や(b)に示すような不整地の3次元形状を計測し、その計測結果に基づいて車両の経路計画を行う場合を想定する。この場合、図19(a)や(b)のような画像を撮影した場所において、周囲の3次元形状が正確に得られる近傍領域(ステレオ画像計測で十分な精度が出る範囲、またはLRFで計測している範囲で画像中の真ん中より下に相当する領域)は広い範囲で平坦であり、どのような経路もとりうるため、目標地点に向けて直行するような経路(図中の実線の矢印)を計画しがちである。  For example, when the three-dimensional shape of rough terrain as shown in FIGS. 19A and 19B is measured using the above-described stereo image measurement, LRF, or the like, and the vehicle route plan is performed based on the measurement result. Is assumed. In this case, in a place where an image as shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b) is taken, a neighboring region (a range where sufficient accuracy can be obtained by stereo image measurement, or measurement by LRF) can be obtained accurately. The area below the middle of the image is flat in a wide range and can take any route, so a route that goes straight to the target point (solid arrow in the figure) Tend to plan.

ところが、そのように計画した経路に沿って車両を走行させ、ある一定以上の遠方まで進んだ地点で障害物が存在して行き止まりになり、急に前方が通行不能であることが判明した場合、障害物を回避して新たに経路を計画し直す必要が生じる。このように、従来の経路計画手法では、障害物を回避可能な理想的な経路(図中の破線の矢印)と、計画された経路とが必ずしも一致せず、経路計画効率の低下を招くという問題があった。  However, if you drive the vehicle along the planned route and there is an obstacle at a point where you have traveled far beyond a certain distance, it suddenly turns out that the front is inaccessible. It becomes necessary to re-plan the route by avoiding obstacles. Thus, with the conventional route planning method, the ideal route (dashed arrow in the figure) that can avoid an obstacle does not necessarily match the planned route, leading to a decrease in route planning efficiency. There was a problem.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、経路計画効率の向上を図ることが可能な移動経路計画装置、移動体制御装置及び移動体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a moving path planning apparatus, a moving body control apparatus, and a moving body that can improve the path planning efficiency.

上記課題を解決するために、本発明では、移動経路計画装置に係る第1の解決手段として、移動体の進行方向を撮影する撮影手段と、前記撮影手段から得られる撮影画像を基に所定の画像処理を行うことにより、前記撮影画像に存在する通行痕跡を検出する画像処理手段と、前記画像処理手段によって検出された通行痕跡を基に前記移動体の移動経路を計画する経路計画手段とを備えることを特徴とする。  In order to solve the above-described problem, in the present invention, as a first solving means related to the movement path planning device, a predetermined means based on a photographing means for photographing a moving direction of a moving body and a photographed image obtained from the photographing means. Image processing means for detecting a traffic trace existing in the photographed image by performing image processing; and a path planning means for planning a movement path of the moving body based on the traffic trace detected by the image processing means. It is characterized by providing.

また、移動経路計画装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、移動体の進行方向の3次元形状を計測する3次元計測手段と、前記3次元計測手段から得られる3次元形状の計測結果を基に地図を作成する地図作成手段と、をさらに備え、前記経路計画手段は、前記地図作成手段によって作成された地図及び前記画像処理手段によって検出された通行痕跡を基に前記移動体の移動経路を計画することを特徴とする。  Further, as a second solving means relating to the movement path planning apparatus, in the first solving means, a three-dimensional measuring means for measuring a three-dimensional shape in the traveling direction of the moving body, and 3 obtained from the three-dimensional measuring means. Map creation means for creating a map based on the measurement result of the dimensional shape, and the route planning means is based on the map created by the map creation means and the traffic trace detected by the image processing means. The moving path of the moving body is planned.

また、移動経路計画装置に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記画像処理手段は、幅を有する帯状の模様を前記通行痕跡として検出することを特徴とする。  Further, as a third solving means relating to the movement route planning apparatus, in the first or second solving means, the image processing means detects a band-like pattern having a width as the traffic trace. .

また、移動経路計画装置に係る第4の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記画像処理手段は、幅を有し、途中で断続的になっている帯状の模様が複数、3次元空間上で平行になっている部分を前記通行痕跡として検出することを特徴とする。  Further, as a fourth solving means according to the movement route planning apparatus, in the first or second solving means, the image processing means has a plurality of strip-like patterns having a width and being intermittent in the middle. A parallel part in a three-dimensional space is detected as the traffic trace.

また、移動経路計画装置に係る第5の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記画像処理手段は、幅を有し、途中で断続的になっている帯状の部分を前記撮影画像中から見つけ出し、最も多数の帯状部分が共有する消失点に向かっている帯状部分を前記通行痕跡として絞り込むことを特徴とする。  Further, as a fifth solving means relating to the movement path planning device, in the first or second solving means, the image processing means has a band-like portion having a width and being intermittent in the middle. A band-shaped part that is found from the photographed image and is heading to the vanishing point shared by the largest number of band-shaped parts is narrowed down as the traffic trace.

また、移動経路計画装置に係る第6の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記画像処理手段は、方向パラメータの異なる複数の空間周波数フィルタを用いて、前記撮影画像における検出対象領域をフィルタリングすることにより、前記検出対象領域についての各方向の強度分布データを生成するフィルタリング処理と、前記フィルタリング処理によって生成された前記強度分布データを基に前記検出対象領域における各画素の模様方向を特定する模様方向特定処理と、前記模様方向特定処理による前記模様方向の特定結果を基に所定の統計処理を行うことにより、前記検出対象領域において通行痕跡が存在すると推定される痕跡領域を検出する痕跡領域検出処理とを行うことを特徴とする。  Further, as a sixth solving means according to the movement path planning apparatus, in the first or second solving means, the image processing means uses a plurality of spatial frequency filters having different direction parameters to detect the captured image. A filtering process for generating intensity distribution data in each direction for the detection target area by filtering the target area, and a pattern of each pixel in the detection target area based on the intensity distribution data generated by the filtering process By performing predetermined statistical processing based on a pattern direction specifying process for specifying a direction and a result of specifying the pattern direction by the pattern direction specifying process, a trace area estimated to have a traffic trace in the detection target area is obtained. A trace area detection process to be detected is performed.

また、移動経路計画装置に係る第7の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記画像処理手段は、方向パラメータの異なる複数の空間周波数フィルタを用いて、前記撮影画像における検出対象領域をフィルタリングすることにより、前記検出対象領域についての各方向の強度分布データを生成するフィルタリング処理と、前記フィルタリング処理によって生成された前記強度分布データを基に前記検出対象領域における各画素の模様方向を特定する模様方向特定処理と、前記検出対象領域を奥行き方向に沿って複数に分割して得られる副検出対象領域ごとに、前記模様方向特定処理による前記模様方向の特定結果に基づいて所定の統計処理を行うことにより、前記副検出対象領域において通行痕跡が存在すると推定される痕跡領域を検出する痕跡領域検出処理とを行うことを特徴とする。  Further, as a seventh solving means according to the movement route planning apparatus, in the first or second solving means, the image processing means uses a plurality of spatial frequency filters having different direction parameters to detect the captured image. A filtering process for generating intensity distribution data in each direction for the detection target area by filtering the target area, and a pattern of each pixel in the detection target area based on the intensity distribution data generated by the filtering process A pattern direction specifying process for specifying a direction, and a sub-detection target area obtained by dividing the detection target area into a plurality of parts along the depth direction, based on a result of specifying the pattern direction by the pattern direction specifying process. By performing the statistical processing, it is estimated that there is a traffic trace in the sub detection target area. And performing the trace area detection process for detecting a trace area.

また、移動経路計画装置に係る第8の解決手段として、上記第6の解決手段において、前記画像処理手段は、前記痕跡領域検出処理における前記統計処理として、前記検出対象領域における各画素のそれぞれを投票元画素として選択し、前記投票元画素を起点としてその模様方向に平行な直線上に存在する画素、または前記投票元画素を起点としてその模様方向に沿うように設定された投票対象領域に含まれる画素に対して投票を行う投票処理と、前記投票処理による投票結果を基に投票回数が最も大きい画素を消失点として特定する消失点特定処理と、前記消失点の投票元画素を有効投票画素として抽出する有効投票画素抽出処理と、前記検出対象領域において前記消失点を頂点とする領域を複数の小領域に分割し、各小領域の内、前記有効投票画素の比率が所定の閾値を超えた小領域を前記痕跡領域として特定する痕跡領域特定処理とを行うことを特徴とする。  Further, as an eighth solving means according to the movement route planning apparatus, in the sixth solving means, the image processing means performs each of the pixels in the detection target area as the statistical process in the trace area detecting process. Selected as a voting source pixel and included in a voting target area set along the pattern direction starting from the voting source pixel, or a pixel existing on a straight line parallel to the pattern direction from the voting source pixel A voting process for voting on a pixel to be found, a vanishing point specifying process for specifying a pixel with the largest number of votes as a vanishing point based on a voting result of the voting process, and a voting source pixel of the vanishing point The effective voting pixel extraction process to be extracted as follows, and a region having the vanishing point as a vertex in the detection target region is divided into a plurality of small regions. Ratio vote pixels and performing the trace area specifying processing for specifying a small region exceeding a predetermined threshold value as the trace area.

また、移動経路計画装置に係る第9の解決手段として、上記第7の解決手段において、前記画像処理手段は、前記痕跡領域検出処理における前記統計処理として、前記副検出対象領域における各画素のそれぞれを投票元画素として選択し、前記投票元画素を起点としてその模様方向に平行な直線上に存在する画素、または前記投票元画素を起点としてその模様方向に沿うように設定された投票対象領域に含まれる画素に対して投票を行う投票処理と、前記投票処理による投票結果を基に投票回数が最も大きい画素を消失点として特定する消失点特定処理と、前記消失点の投票元画素を有効投票画素として抽出する有効投票画素抽出処理と、前記副検出対象領域において前記消失点を頂点とする領域を複数の小領域に分割し、各小領域の内、前記有効投票画素の比率が所定の閾値を超えた小領域を前記痕跡領域として特定する痕跡領域特定処理とを行うことを特徴とする。
は、2次元ガボールフィルタであることを特徴とする。
Further, as a ninth solving means according to the movement route planning apparatus, in the seventh solving means, the image processing means, as the statistical process in the trace area detecting process, each pixel in the sub detection target area. Is selected as a voting source pixel, a pixel existing on a straight line parallel to the pattern direction starting from the voting source pixel, or a voting target area set along the pattern direction starting from the voting source pixel A voting process for voting on the included pixels, a vanishing point identifying process for identifying a pixel with the largest number of votes as a vanishing point based on the voting result of the voting process, and valid voting for the voting source pixel of the vanishing point The effective voting pixel extraction process for extracting as a pixel, and a region having the vanishing point as a vertex in the sub detection target region are divided into a plurality of small regions. Effective proportion of voting pixels and performing the trace area specifying processing for specifying a small region exceeding a predetermined threshold value as the trace area.
Is a two-dimensional Gabor filter.

また、移動経路計画装置に係る第10の解決手段として、上記第9の解決手段において、前記画像処理手段は、前記投票処理では、現在着目している副検出対象領域において、以前着目していた副検出対象領域について実施された前記痕跡領域特定処理によって特定された痕跡領域の終端側に、投票の重み付けを大きくした投票重み付け領域を設定することを特徴とする。  Further, as a tenth solving means according to the movement route planning apparatus, in the ninth solving means, the image processing means has previously focused on the sub-detection target area currently focused on in the voting process. A voting weighting area having a larger voting weight is set on the end side of the trace area specified by the trace area specifying process performed on the sub detection target area.

また、移動経路計画装置に係る第11の解決手段として、上記第10の解決手段において、前記画像処理手段は、現在着目している副検出対象領域について前記痕跡領域特定処理が終了した後に、以前着目していた副検出対象領域において、前記現在着目している副検出対象領域について実施された前記痕跡領域特定処理によって特定された痕跡領域の始端側に、投票の重み付けを大きくした投票重み付け領域を設定し、当該以前着目していた副検出対象領域について前記投票処理、消失点特定処理、有効投票画素抽出処理及び痕跡領域特定処理を再実施することで、当該以前着目していた副検出対象領域についての痕跡領域特定結果を修正することを特徴とする。  Further, as an eleventh solving means according to the movement route planning apparatus, in the tenth solving means, the image processing means may be configured to perform a previous process after the trace area specifying process has been completed for the sub-detection target area currently focused on. In the sub-detection target area that has been focused on, a voting weighting area in which the voting weight is increased on the start end side of the trace area specified by the trace area specifying process performed on the currently focused sub-detection target area. The sub-detection target area that has been focused on by previously performing the voting process, the vanishing point identifying process, the effective voting pixel extraction process, and the trace area identifying process for the sub-detection target area that has been focused on before. It is characterized by correcting the trace area specifying result for.

また、移動経路計画装置に係る第12の解決手段として、上記第10または第11の解決手段において、前記画像処理手段は、前記奥行き方向に沿った位置に応じて前記投票重み付け領域の大きさ、及び/または前記投票の重み付け量を変化させることを特徴とする。  Further, as a twelfth solving means according to the movement route planning apparatus, in the tenth or eleventh solving means, the image processing means is configured to determine a size of the voting weighting area according to a position along the depth direction. And / or changing the weighting amount of the vote.

一方、本発明では、移動体制御装置に係る第1の解決手段として、上記の第1〜第12の解決手段のいずれかを有する移動経路計画装置と、移動体の動力を発生するアクチュエータと、前記移動経路計画装置によって計画された移動経路に沿って移動体が移動するように前記アクチュエータを制御する運動制御手段とを備えることを特徴とする。   On the other hand, in the present invention, as the first solving means related to the moving body control device, the moving path planning apparatus having any one of the above first to twelfth solving means, the actuator for generating the power of the moving body, And a movement control means for controlling the actuator so that the moving body moves along the movement path planned by the movement path planning device.

また、移動体制御装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記移動体の位置に関する情報を取得する位置情報取得手段と、前記移動体の姿勢に関する情報を取得する姿勢情報取得手段と、前記位置情報取得手段及び前記姿勢情報取得手段によって取得された情報を基に前記移動体の現在位置及び姿勢を推定する位置・姿勢推定手段を備え、前記運動制御手段は、前記位置・姿勢推定手段によって推定された移動体の現在位置及び姿勢を基に前記移動体が前記移動経路を中心とする所定の許容範囲内を移動するように前記アクチュエータを制御することを特徴とする。
さらに、本発明では、移動体に係る解決手段として、上記の第1または第2の解決手段を有する移動体制御装置を搭載することを特徴とする。
In addition, as a second solving means related to the moving body control device, in the first solving means, a position information obtaining means for obtaining information relating to the position of the moving body, and an attitude for obtaining information relating to the attitude of the moving body. An information acquisition means; and a position / posture estimation means for estimating the current position and posture of the mobile body based on the information acquired by the position information acquisition means and the posture information acquisition means; The actuator is controlled so that the moving body moves within a predetermined allowable range centered on the moving path based on the current position and posture of the moving body estimated by the position / posture estimating means. .
Furthermore, the present invention is characterized in that the moving body control device having the first or second solving means described above is mounted as a solving means relating to the moving body.

本発明によれば、不整地のように全体的に平坦・なだらかな地形であっても、そこある道のような通行痕跡(轍、ふみ跡など)を検出することが可能である。そして、不整地における通行痕跡は、実際に以前から何度か車両が通行していた結果生じるものであり、その延長線上は継続して通行可能なエリアになっている可能性が極めて高い。このような通行痕跡を使って計測エリア外の通行可能性が高い方向を予測することで、計測エリア外も含めて効率的な移動経路を計画することが可能となる。  According to the present invention, it is possible to detect a traffic trace (such as a hail or a fumigation trace) like a certain road even if it is a flat and gentle terrain such as rough terrain. And the traffic trace in rough terrain arises as a result of the fact that the vehicle has actually passed several times before, and it is highly possible that the extension line is an area that can continue to pass. By predicting a direction with a high possibility of passage outside the measurement area using such a traffic trace, it is possible to plan an efficient movement route including outside the measurement area.

本実施形態に係る移動体制御装置を搭載した車両Cの構成概略図である。It is a composition schematic diagram of vehicles C carrying a mobile control device concerning this embodiment. 本実施形態に係る移動体制御装置の画像処理装置2のブロック構成図である。It is a block block diagram of the image processing apparatus 2 of the moving body control apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態における入力画像及びその入力画像データの一例である。It is an example of the input image in this embodiment, and its input image data. 本実施形態に係る画像処理装置2における信号処理装置2cの動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart of the signal processing apparatus 2c in the image processing apparatus 2 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る信号処理装置2cのフィルタリング処理に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the filtering process of the signal processing apparatus 2c which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る信号処理装置2cの模様方向特定処理に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the pattern direction specific process of the signal processing apparatus 2c which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る信号処理装置2cの痕跡領域検出処理における投票処理に関する第1説明図である。It is 1st explanatory drawing regarding the voting process in the trace area | region detection process of the signal processing apparatus 2c which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る信号処理装置2cの痕跡領域検出処理における投票処理に関する第2説明図である。It is 2nd explanatory drawing regarding the voting process in the trace area | region detection process of the signal processing apparatus 2c which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る信号処理装置2cの痕跡領域検出処理における投票処理に関する第3説明図である。It is 3rd explanatory drawing regarding the voting process in the trace area | region detection process of the signal processing apparatus 2c which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る信号処理装置2cの痕跡領域検出処理における消失点特定処理に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the vanishing point specific process in the trace area | region detection process of the signal processing apparatus 2c which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る信号処理装置2cの痕跡領域検出処理における有効投票画素抽出処理に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the effective voting pixel extraction process in the trace area | region detection process of the signal processing apparatus 2c which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る信号処理装置2cの痕跡領域検出処理における痕跡領域特定処理に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the trace area | region specific process in the trace area | region detection process of the signal processing apparatus 2c which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る信号処理装置2cの痕跡領域検出処理の変形例に関する第1説明図である。It is 1st explanatory drawing regarding the modification of the trace area | region detection process of the signal processing apparatus 2c which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る信号処理装置2cの痕跡領域検出処理の変形例に関する第2説明図である。It is 2nd explanatory drawing regarding the modification of the trace area | region detection process of the signal processing apparatus 2c which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る信号処理装置2cの痕跡領域検出処理の変形例に関する第3説明図である。It is the 3rd explanatory view about the modification of the trace area detection processing of signal processing device 2c concerning this embodiment. 本実施形態に係る地図作成装置4によって作成された地図(3次元マップ)の一例である。It is an example of the map (three-dimensional map) created by the map creation apparatus 4 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る経路計画装置5によって計画された移動経路の一例である。It is an example of the movement path | route planned by the route planning apparatus 5 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る運動制御装置9の制御によって移動する車両Cの移動範囲の一例である。It is an example of the moving range of the vehicle C which moves by control of the motion control apparatus 9 which concerns on this embodiment. 従来における移動経路計画手法の説明図である。It is explanatory drawing of the movement route planning method in the past.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る移動体制御装置を搭載した移動体の構成概略図である。本実施形態では、移動体として移動体制御装置の制御によって自律走行する車両Cを例示して説明する。なお、図1(a)は車両Cの側面図であり、図1(b)は車両Cの上面図である。また、以下では、図1に示すように、車両Cの進行方向をX軸、X軸と直交する車両Cの幅方向をY軸、XY平面(水平面)に垂直な方向(車両Cの高さ方向)をZ軸とするXYZ直交座標系を設定して説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a moving body equipped with a moving body control apparatus according to the present embodiment. In the present embodiment, a vehicle C that autonomously travels as a moving body under the control of a moving body control device will be described as an example. 1A is a side view of the vehicle C, and FIG. 1B is a top view of the vehicle C. In the following, as shown in FIG. 1, the traveling direction of the vehicle C is the X axis, the width direction of the vehicle C perpendicular to the X axis is the Y axis, and the direction perpendicular to the XY plane (horizontal plane) (the height of the vehicle C A description will be given by setting an XYZ orthogonal coordinate system with the (direction) as the Z axis.

この図1に示すように、車両Cに搭載された移動体制御装置は、撮影装置1a、1b、画像処理装置2、3次元計測装置3、地図作成装置4、経路計画装置5、GPS受信機6、ジャイロ7、位置・姿勢推定装置8、運動制御装置9及びアクチュエータ10から構成されている。なお、上記の撮影装置1a、1b、画像処理装置2、3次元計測装置3、地図作成装置4及び経路計画装置5は、本発明における移動経路計画装置を構成するものである。  As shown in FIG. 1, the moving body control device mounted on the vehicle C includes photographing devices 1a and 1b, an image processing device 2, a three-dimensional measurement device 3, a map creation device 4, a route planning device 5, and a GPS receiver. 6, a gyro 7, a position / posture estimation device 8, a motion control device 9, and an actuator 10. In addition, said imaging | photography apparatus 1a, 1b, the image processing apparatus 2, the three-dimensional measuring apparatus 3, the map creation apparatus 4, and the route planning apparatus 5 comprise the movement route planning apparatus in this invention.

撮影装置1a、1b(撮影手段)は、例えば赤外線カメラであり、車両Cの上部左右に対となるように設置され、車両Cの進行方向を撮影して撮影画像を示す信号(画像信号)を画像処理装置2に出力する。図1に示すように、これら撮影装置1a、1bによって垂直方向(Z軸方向)の視野40°、水平方向(X軸方向)の視野60°をカバーすることが望ましい。また、上空の情報は不要であるため、車体が振動しても水平線が撮影画像の上端より飛び出ない程度に下向きに撮影装置1a、1bを設置することが望ましい(例えばY軸に対して下向きに10°傾けて設置し、水平線より下30°、上10°が視野に収まるように撮影を行う)。  The photographing apparatuses 1a and 1b (photographing means) are, for example, infrared cameras, and are installed so as to be paired on the upper left and right sides of the vehicle C. Output to the image processing apparatus 2. As shown in FIG. 1, it is desirable to cover a vertical field of view (Z-axis direction) of 40 ° and a horizontal direction (X-axis direction) of 60 ° by these photographing apparatuses 1a and 1b. Further, since the sky information is unnecessary, it is desirable to install the photographing apparatuses 1a and 1b so that the horizontal line does not protrude from the upper end of the photographed image even if the vehicle body vibrates (for example, downward with respect to the Y axis). Install at an angle of 10 °, and shoot so that 30 ° below and 10 ° above the horizontal line are within the field of view).

なお、図1では図示していないが、必要に応じて赤外線の投光器を車両Cの上部に設置しても良い。また、本実施形態では2つの撮影装置1a、1bを用いた場合を例示しているが、撮影装置の設置数はこれに限定されず、1つの撮影装置によって十分な撮影領域を確保可能な場合は1つだけ設置すれば良く、逆に1つでは十分な撮影領域を確保できない場合には、必要に応じて複数の撮影装置を設置しても良い。また、撮影装置1a、1bとして赤外線カメラ以外のカメラを用いても良い。  Although not shown in FIG. 1, an infrared projector may be installed on the upper portion of the vehicle C as necessary. Moreover, although the case where two imaging devices 1a and 1b are used is illustrated in the present embodiment, the number of imaging devices is not limited to this, and a sufficient imaging area can be secured by one imaging device. It is sufficient to install only one, and conversely, if one cannot secure a sufficient imaging area, a plurality of imaging devices may be installed as necessary. Moreover, you may use cameras other than an infrared camera as imaging device 1a, 1b.

画像処理装置2(画像処理手段)は、例えば画像処理専用のPC(Personal Computer)であり、撮影装置1a、1bから入力される画像信号(つまり撮影画像)を基に所定の画像処理を行うことにより、撮影画像に存在する通行痕跡(例えば轍など)を検出し、その通行痕跡検出結果を経路計画装置5に出力する。以下、図2を参照して、この画像処理装置2の内部構成について詳細に説明する。  The image processing device 2 (image processing means) is, for example, a PC (Personal Computer) dedicated to image processing, and performs predetermined image processing based on image signals (that is, captured images) input from the imaging devices 1a and 1b. Thus, a traffic trace (such as a bag) existing in the photographed image is detected, and the traffic trace detection result is output to the route planning device 5. Hereinafter, the internal configuration of the image processing apparatus 2 will be described in detail with reference to FIG.

図2は、画像処理装置2のブロック構成図である。図2に示すように、画像処理装置2は、A/Dコンバータ2a、記憶装置2b、信号処理装置2c及びRAM(Random Access Memory)2dから構成されている。  FIG. 2 is a block configuration diagram of the image processing apparatus 2. As shown in FIG. 2, the image processing device 2 includes an A / D converter 2a, a storage device 2b, a signal processing device 2c, and a RAM (Random Access Memory) 2d.

A/Dコンバータ2aは、撮影装置1a、1bから入力される画像信号をデジタルデータに変換し、入力画像(撮影画像)を示す入力画像データとして信号処理装置2cに出力する。例えば、撮影装置1a、1bの解像度をVGA(横640×縦480画素)と想定すると、上記の入力画像データは、入力画像を構成する横640×縦480個の各画素の輝度を示す輝度データの集合となる。なお、撮影装置1a、1bからデジタルデータ化された画像信号が出力される場合には、A/Dコンバータ2aを省略しても良い。  The A / D converter 2a converts the image signals input from the imaging devices 1a and 1b into digital data, and outputs the digital data to the signal processing device 2c as input image data indicating an input image (captured image). For example, assuming that the resolution of the photographing devices 1a and 1b is VGA (horizontal 640 × vertical 480 pixels), the input image data described above is luminance data indicating the luminance of each of the horizontal 640 × vertical 480 pixels constituting the input image. It becomes a set of. In addition, when the image signal converted into digital data is output from the imaging devices 1a and 1b, the A / D converter 2a may be omitted.

記憶装置2bは、例えばHDD(Hard Disk Drive)であり、画像処理用プログラムPGと、方向パラメータの異なる複数(n個)の2次元ガボールフィルタ(以下、ガボールフィルタと略す)GF1〜GFnとを予め記憶しており、信号処理装置2cからの読み出し要求に応じて上記画像処理用プログラムPGやガボールフィルタGF1〜GFnを信号処理装置2cに出力する。  The storage device 2b is, for example, an HDD (Hard Disk Drive), and previously stores an image processing program PG and a plurality (n) of two-dimensional Gabor filters (hereinafter abbreviated as Gabor filters) GF1 to GFn having different direction parameters. The image processing program PG and the Gabor filters GF1 to GFn are output to the signal processing device 2c in response to a read request from the signal processing device 2c.

ここで、画像処理用プログラムPGとは、入力画像データを基に入力画像に存在する通行痕跡を検出するための画像処理(フィルタリング処理、模様方向特定処理、強エッジ領域抽出処理、痕跡領域検出処理)を信号処理装置2cに実行させるためのプログラムである。  Here, the image processing program PG is an image process (filtering process, pattern direction specifying process, strong edge area extracting process, trace area detecting process) for detecting a traffic trace existing in the input image based on the input image data. ) Is executed by the signal processing device 2c.

また、ガボールフィルタとは、2次元ガウス関数と2次元平面上を一方向に伝播する正弦波関数とを乗じて得られる2次元ガボール関数を利用した空間周波数フィルタであり、2次元ウェーブレットフィルタの一形態である。横方向をX軸、縦方向をY軸とする2次元座標系を想定すると、2次元ガボール関数GB(x、y)は下記(1)式で表される。なお、下記(1)式において、uは波の角周波数、σはガウス関数の標準偏差(ガウス窓の幅)を示すパラメータである。また、2次元ガボール関数GB(x、y)は、波の方向を示すパラメータ(方向パラメータ)として角周波数uの偏角φを有している。 The Gabor filter is a spatial frequency filter using a two-dimensional Gabor function obtained by multiplying a two-dimensional Gaussian function and a sine wave function propagating in one direction on a two-dimensional plane. It is a form. Assuming a two-dimensional coordinate system in which the horizontal direction is the X axis and the vertical direction is the Y axis, the two-dimensional Gabor function GB (x, y) is expressed by the following equation (1). In the following equation (1), u 0 is a parameter indicating the angular frequency of the wave, and σ is a standard deviation (Gauss window width) of the Gauss function. The two-dimensional Gabor function GB (x, y) has a declination φ of an angular frequency u 0 as a parameter (direction parameter) indicating a wave direction.

上記のような2次元ガボール関数GB(x、y)を利用したガボールフィルタを用いて、入力画像データをフィルタリングすることにより、入力画像の周波数特性やテクスチャ(模様)方向特性を抽出することができる。具体的には、入力画像において、方向パラメータ(偏角φ)と平行なテクスチャ方向を有すると共に、周波数パラメータ(角周波数u)に近い周波数特性を有する領域が感度良く抽出される。 By filtering the input image data using a Gabor filter using the two-dimensional Gabor function GB (x, y) as described above, the frequency characteristics and texture (pattern) direction characteristics of the input image can be extracted. . Specifically, in the input image, a region having a texture direction parallel to the direction parameter (deflection angle φ) and having frequency characteristics close to the frequency parameter (angular frequency u 0 ) is extracted with high sensitivity.

本実施形態では、上述したように、方向パラメータ(角周波数uの偏角φ)の異なるn個のガボールフィルタGF1〜GFnを予め用意して記憶装置2bに記憶しておく。ここで、偏角φが等角度間隔で異なるようにガボールフィルタGF1〜GFnを用意する。例えば、n=72とすると、偏角φはπ/72(rad)=2.5°ずつ異なることになる。つまり、ガボールフィルタGF1の方向パラメータφ1を0(rad)と設定し、ガボールフィルタGF2の方向パラメータφ2をπ/72(rad)=2.5°と設定し、ガボールフィルタGF3の方向パラメータφ3を2π/72(rad)=5°と設定し、以下同様に、ガボールフィルタGFnの方向パラメータφnを71π/72(rad)=177.5°と設定する。
なお、nの値は入力画像の解像度や信号処理装置2cの処理能力に応じて適宜変更すれば良いが、例えばデジタル処理を考慮して8の倍数である32〜96の範囲で設定することが望ましい。
In the present embodiment, as described above, n Gabor filters GF1 to GFn having different directional parameters (deviation angle φ of the angular frequency u 0 ) are prepared in advance and stored in the storage device 2b. Here, the Gabor filters GF1 to GFn are prepared so that the deflection angle φ is different at equal angular intervals. For example, when n = 72, the deflection angle φ is different by π / 72 (rad) = 2.5 °. That is, the direction parameter φ1 of the Gabor filter GF1 is set to 0 (rad), the direction parameter φ2 of the Gabor filter GF2 is set to π / 72 (rad) = 2.5 °, and the direction parameter φ3 of the Gabor filter GF3 is set to 2π. / 72 (rad) = 5 °, and similarly, the direction parameter φn of the Gabor filter GFn is set to 71π / 72 (rad) = 177.5 °.
Note that the value of n may be appropriately changed according to the resolution of the input image and the processing capability of the signal processing device 2c, but may be set in the range of 32 to 96 that is a multiple of 8, for example, considering digital processing. desirable.

一方、各ガボールフィルタGF1〜GFnの周波数パラメータ(角周波数u)と減衰パラメータ(標準偏差σ)は、各フィルタ共通の所定値に設定する。ここで、周波数パラメータは、検出対象の通行痕跡の幅に応じて設定する。例えば、波の波長(周期)が視野上で1.5度〜4度となるように角周波数uを計算して設定する。通路の撮影エリアが奥行き方向に10mから20mの領域である場合、角周波数uが3度の視野に相当するように設定すると、撮影対象上での波の山から谷間での距離は25cm〜50cmとなり、車輪よりやや大きいサイズとなり、複数回車輪が通過した結果にできる車輪跡に近いサイズとなる。つまり、このように周波数パラメータを設定することにより、車輪跡のような轍が通路として感度良く抽出されやすくなる。また、減衰パラメータであるσは1〜0.5波長程度で設定すれば良い。 On the other hand, the frequency parameter (angular frequency u 0 ) and the attenuation parameter (standard deviation σ) of each Gabor filter GF1 to GFn are set to a predetermined value common to each filter. Here, the frequency parameter is set according to the width of the traffic trace to be detected. For example, the angular frequency u 0 is calculated and set so that the wave wavelength (period) is 1.5 degrees to 4 degrees in the field of view. When the shooting area of the passage is an area of 10 m to 20 m in the depth direction, if the angular frequency u 0 is set so as to correspond to a field of view of 3 degrees, the distance from the wave peak to the valley on the shooting target is 25 cm to 50 cm, a size slightly larger than the wheel, and a size close to a wheel mark formed as a result of the wheel passing a plurality of times. In other words, by setting the frequency parameter in this way, soot like a wheel trace can be easily extracted as a passage with high sensitivity. The attenuation parameter σ may be set to about 1 to 0.5 wavelength.

信号処理装置2cは、例えばCPU(Central Processing Unit)であり、記憶装置2bから読み出した画像処理用プログラムPGに従って、入力画像データを基に所定の画像処理(フィルタリング処理、模様方向特定処理、強エッジ領域抽出処理、痕跡領域検出処理)を行うことにより、入力画像に存在する轍などの通行痕跡を検出し、その通行痕跡検出結果を経路計画装置5に出力するものである。  The signal processing device 2c is, for example, a CPU (Central Processing Unit), and performs predetermined image processing (filtering processing, pattern direction specifying processing, strong edge) based on input image data in accordance with the image processing program PG read from the storage device 2b. By performing region extraction processing and trace region detection processing), traffic traces such as wrinkles present in the input image are detected, and the traffic trace detection results are output to the route planning device 5.

ここで、フィルタリング処理とは、記憶装置2bからガボールフィルタGF1〜GFnを読み出し、各ガボールフィルタGF1〜GFnを用いて入力画像における検出対象領域をフィルタリングすることにより、検出対象領域についての各方向毎(φ1〜φn)の強度分布データを生成する処理を指す。また、模様方向特定処理とは、フィルタリング処理によって生成された強度分布データを基に検出対象領域における各画素のテクスチャ(模様)方向を特定する処理を指す。  Here, the filtering process is performed by reading out the Gabor filters GF1 to GFn from the storage device 2b and filtering the detection target areas in the input image using the Gabor filters GF1 to GFn. The process of generating intensity distribution data of φ1 to φn). The pattern direction specifying process refers to a process of specifying the texture (pattern) direction of each pixel in the detection target region based on the intensity distribution data generated by the filtering process.

また、強エッジ領域抽出処理とは、検出対象領域に存在する強エッジ領域を抽出する処理を指す。また、痕跡領域検出処理とは、模様方向特定処理による各画素のテクスチャ方向の特定結果と、強エッジ領域抽出処理による強エッジ領域抽出結果とを基に所定の統計処理を行うことにより、検出対象領域において通行痕跡が存在すると推定される痕跡領域を検出する処理を指す。なお、これらの各種画像処理の詳細については後述する。  Further, the strong edge region extraction processing refers to processing for extracting a strong edge region existing in the detection target region. In addition, the trace area detection processing is performed by performing predetermined statistical processing on the basis of the result of specifying the texture direction of each pixel by the pattern direction specifying process and the result of extracting the strong edge area by the strong edge area extraction process. This refers to a process of detecting a trace area where a traffic trace is estimated to exist in the area. Details of these various image processes will be described later.

RAM2dは、信号処理装置2cが各種画像処理を実行する上で必要なデータ(強度分布データやテクスチャ方向の特定結果、強エッジ領域抽出結果、統計データ等)や、上記の入力画像データを一時的に記憶するために使用される書換え可能な揮発性メモリである。  The RAM 2d temporarily stores data necessary for the signal processing device 2c to execute various types of image processing (intensity distribution data, texture direction identification results, strong edge region extraction results, statistical data, etc.) and the above input image data. It is a rewritable volatile memory used for storing data.

以上が画像処理装置2の説明であり、以下では図1に戻って説明を続ける。
3次元計測装置3(3次元計測手段)は、車両Cの進行方向の3次元形状を計測するレーザ・レンジ・ファインダ(LRF)であり、車両Cの上部中央において下向きに所定角度傾けて設置されている。このようなLFRは、X軸方向の首振り(スイング)機構を有しており、図1(b)に示す走査平面SP上を走査するようにレーザ光Lを照射し、そのレーザ光Lの照射点P1、P2、・・・、Pnまでの距離データd1、d2・・・、dnと、そのスイング角度データα1、α2、・・・、αnとを、3次元形状計測結果として地図作成装置4に出力する。
The above is the description of the image processing apparatus 2, and the description will be continued below by returning to FIG.
The three-dimensional measuring device 3 (three-dimensional measuring means) is a laser range finder (LRF) that measures a three-dimensional shape in the traveling direction of the vehicle C, and is installed at a predetermined angle inclined downward in the upper center of the vehicle C. ing. Such an LFR has a swinging mechanism in the X-axis direction, irradiates the laser beam L so as to scan the scanning plane SP shown in FIG. The distance data d1, d2,..., Dn and the swing angle data α1, α2,..., Αn to the irradiation points P1, P2,. 4 is output.

なお、市販されているLRFの計測可能範囲は、悪条件環境下において30m程度であるため、3次元計測装置3として使用するLFRも30m先の3次元形状を計測できるように設置角度や設置高さ等を設定することが望ましい。また、LFRをZ軸方向にスイングさせながらレーザ光Lを走査することで3次元形状を計測するようにしても良い。また、3次元計測装置3としてはLRF以外の装置、例えばステレオカメラ等を用いても良い。  In addition, since the measurable range of commercially available LRF is about 30 m under adverse conditions, the LFR used as the three-dimensional measuring device 3 can also measure the installation angle and the installation height so that a three-dimensional shape 30 m ahead can be measured. It is desirable to set the size. Further, the three-dimensional shape may be measured by scanning the laser light L while swinging the LFR in the Z-axis direction. Further, as the three-dimensional measuring device 3, a device other than the LRF, such as a stereo camera, may be used.

地図作成装置4(地図作成手段)は、例えば3次元マップ生成装置(3次元マップ作成専用のPC(Personal Computer))であり、3次元計測装置3から得られる3次元形状計測結果(距離データd1、d2・・・、dn、スイング角度データα1、α2、・・・、αn)を基に、車両Cの進行方向の地図(3次元マップ)を作成し、その3次元マップデータを経路計画装置5に出力する。なお、LFRから得られる距離データ及びスイング角度データから3次元マップを作成する手法は既に公知であるため、本実施形態では詳細な説明を省略する。
また、地図作成装置4としては、3次元マップ生成装置以外にも、荒さ・起伏マップ作成装置を利用することもでき、この場合には起伏の量を計測した地面の高さを微分した値を、上空から見た鳥瞰図的な座標にプロットして地図を作成する。
The map creation device 4 (map creation means) is, for example, a 3D map generation device (PC (Personal Computer) dedicated to 3D map creation), and a 3D shape measurement result (distance data d1) obtained from the 3D measurement device 3. , D2,..., Dn, swing angle data α1, α2,..., Αn), a map of the traveling direction of the vehicle C (three-dimensional map) is created, and the three-dimensional map data is used as a route planning device. 5 is output. Since a method for creating a three-dimensional map from distance data and swing angle data obtained from LFR is already known, detailed description is omitted in this embodiment.
In addition to the three-dimensional map generation device, the map creation device 4 can also use a roughness / undulation map creation device. In this case, a value obtained by differentiating the height of the ground from which the amount of undulation is measured is obtained. Then, create a map by plotting the coordinates in bird's eye view as seen from above.

経路計画装置5(経路計画手段)は、例えば経路計画専用のPC(Personal Computer)であり、画像処理装置2から得られる通行痕跡検出結果と、地図作成装置4から得られる3次元マップデータとを基に、車両Cの移動経路を計画し、その経路計画データを運動制御装置9に出力する。なお、この移動経路の計画手法の詳細については後述する。   The route planning device 5 (route planning means) is, for example, a PC (Personal Computer) dedicated to route planning. The route trace detection result obtained from the image processing device 2 and the three-dimensional map data obtained from the map creation device 4 are obtained. Based on this, the moving route of the vehicle C is planned, and the route planning data is output to the motion control device 9. The details of the method for planning the movement route will be described later.

GPS受信機6(位置情報取得手段)は、車両Cの上部に設置されており、GPS(Global Positioning System:全地球測位システム)を利用して車両Cの位置に関する情報として経度、緯度、高度を取得し、その取得結果を車両位置データとして位置・姿勢推定装置8に出力する。ジャイロ7(姿勢情報取得手段)は、車両Cの所定箇所に設置された3軸ジャイロセンサであり、車両CのX軸回り(ピッチ)の回転角度及び角速度と、Y軸回り(ロール)の回転角度及び角速度と、Z軸回り(ヨー)の回転角度及び角速度とを、車両Cの姿勢情報として取得し、その取得結果を車両姿勢データとして位置・姿勢推定装置8に出力する。   The GPS receiver 6 (position information acquisition means) is installed in the upper part of the vehicle C, and uses longitude (GPS) (Global Positioning System) to obtain longitude, latitude, and altitude as information related to the position of the vehicle C. The obtained result is output to the position / posture estimation device 8 as vehicle position data. The gyro 7 (attitude information acquisition means) is a three-axis gyro sensor installed at a predetermined position of the vehicle C, and the rotation angle and angular velocity of the vehicle C around the X axis (pitch) and the rotation around the Y axis (roll). The angle and angular velocity and the rotation angle and angular velocity around the Z axis (yaw) are acquired as posture information of the vehicle C, and the acquisition result is output to the position / posture estimation device 8 as vehicle posture data.

位置・姿勢推定装置8(位置・姿勢推定手段)は、例えば位置・姿勢推定専用のPC(Personal Computer)であり、GPS受信機6から得られる車両位置データと、ジャイロ7から得られる車両姿勢データと、後述するアクチュエータ10から得られる車両Cの移動量に関するフィードバックデータとを基に、車両Cの現在位置及び姿勢を推定し、その推定結果を現在位置・姿勢データとして運動制御装置9に出力する。   The position / posture estimation device 8 (position / posture estimation means) is, for example, a PC (Personal Computer) dedicated to position / posture estimation, and includes vehicle position data obtained from the GPS receiver 6 and vehicle posture data obtained from the gyro 7. And the current position and orientation of the vehicle C are estimated based on feedback data relating to the movement amount of the vehicle C obtained from the actuator 10 described later, and the estimation result is output to the motion control device 9 as current position and orientation data. .

運動制御装置9(運動制御手段)は、例えば車両Cの運動制御専用のPC(Personal Computer)であり、経路計画装置5から得られる経路計画データと、位置・姿勢推定装置8から得られる現在位置・姿勢データとを基に、車両Cが計画された移動経路に沿って移動するように、且つ移動経路を中心とする所定の許容範囲内を移動するようにアクチュエータ10を制御する。   The motion control device 9 (motion control means) is, for example, a PC (Personal Computer) dedicated to motion control of the vehicle C, and the route planning data obtained from the route planning device 5 and the current position obtained from the position / posture estimation device 8. Based on the attitude data, the actuator 10 is controlled so that the vehicle C moves along the planned movement route and moves within a predetermined allowable range centered on the movement route.

アクチュエータ10は、車両Cの車輪を駆動するためのモータ、ステアリングを駆動するためのモータ、ブレーキを駆動するためのモータや、これらモータの駆動状態を計測するセンサ(例えばステアリングの回転量を計測するポテンショメータやロータリエンコーダ、車輪の回転量を計測するロータリエンコーダ等)、及びそれらとフィードバックループを構成しつつ、運動制御装置9の制御によって各種モータに駆動電圧または電流を供給するモータアンプなどから構成されている。また、各種センサによって計測されたデータは、車両Cの移動量に関するフィードバックデータとして位置・姿勢推定装置8にフィードバックされる。   The actuator 10 is a motor for driving the wheels of the vehicle C, a motor for driving the steering, a motor for driving the brake, and a sensor for measuring the driving state of these motors (for example, measuring the amount of rotation of the steering). A potentiometer, a rotary encoder, a rotary encoder that measures the amount of rotation of the wheel), and a motor amplifier that supplies a driving voltage or current to various motors under the control of the motion control device 9 while forming a feedback loop with them. ing. Further, data measured by various sensors is fed back to the position / posture estimation device 8 as feedback data relating to the movement amount of the vehicle C.

なお、本実施形態では、画像処理装置2、地図作成装置4、経路計画装置5、位置・姿勢推定装置8及び運動制御装置9をそれぞれ独立したPCによって構成した場合を例示したが、各装置の機能を1つのPCに集約するような構成としても良い。  In the present embodiment, the case where the image processing device 2, the map creation device 4, the route planning device 5, the position / posture estimation device 8, and the motion control device 9 are configured by independent PCs is exemplified. It is good also as a structure which concentrates a function on one PC.

次に、上記のように構成された車両C(特に移動体制御装置)の動作について詳細に説明する。  Next, the operation of the vehicle C (particularly the moving body control device) configured as described above will be described in detail.

(通行痕跡検出動作)
まず、画像処理装置2による通行痕跡検出動作について説明する。移動体制御装置の動作中において、撮影装置1a、1bは、所定のカメラレートで車両Cの進行方向を撮影し、撮影画像を示す信号(画像信号)を画像処理装置2に出力する。画像処理装置2に入力された画像信号は、A/Dコンバータ2aによって入力画像データに変換された後、信号処理装置2cに転送される。
(Traffic trace detection operation)
First, the traffic trace detection operation by the image processing apparatus 2 will be described. During the operation of the moving body control device, the photographing devices 1 a and 1 b photograph the traveling direction of the vehicle C at a predetermined camera rate, and output a signal (image signal) indicating the photographed image to the image processing device 2. The image signal input to the image processing device 2 is converted into input image data by the A / D converter 2a and then transferred to the signal processing device 2c.

ここで、車両Cは川原を走行しており、撮影装置1a、1bから図3(a)に示すような轍が通行痕跡として写り込んだ撮影画像が得られたものと想定する。また、以下では、図3(b)に示すように、撮影画像の水平方向をX軸方向、垂直方向をY軸方向とし(このXY軸は図1に示すXYZ直交座標系とは無関係である)、撮影画像の座標(X、Y)=(0、0)〜(639、479)の各画素に対応する輝度データをB(0、0)〜B(639、479)と表記する。つまり、入力画像データは、これら輝度データB(0、0)〜B(639、479)の集合である。このような入力画像データは、信号処理装置2cによってRAM2dに一旦記憶される。   Here, it is assumed that the vehicle C is traveling in Kawahara, and a photographed image in which a soot as shown in FIG. 3A is captured from the photographing apparatuses 1a and 1b as a traffic trace is obtained. In the following, as shown in FIG. 3B, the horizontal direction of the captured image is the X-axis direction and the vertical direction is the Y-axis direction (this XY axis is irrelevant to the XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. 1). ), Luminance data corresponding to each pixel of the coordinates (X, Y) = (0, 0) to (639, 479) of the captured image is expressed as B (0, 0) to B (639, 479). That is, the input image data is a set of the luminance data B (0, 0) to B (639, 479). Such input image data is temporarily stored in the RAM 2d by the signal processing device 2c.

図4は、信号処理装置2cの動作フローチャートである。この図4に示すように、まず、信号処理装置2cは、RAM2cから入力画像(撮影画像)における検出対象領域に相当する入力画像データを読み出すと共に、記憶装置2bからガボールフィルタGF1〜GFnを読み出し、各ガボールフィルタGF1〜GFnを用いて入力画像データをフィルタリングすることにより、各方向の強度分布データを生成する(ステップS1:フィルタリング処理)。  FIG. 4 is an operation flowchart of the signal processing device 2c. As shown in FIG. 4, first, the signal processing device 2c reads input image data corresponding to a detection target area in the input image (captured image) from the RAM 2c, and reads the Gabor filters GF1 to GFn from the storage device 2b. By filtering the input image data using each Gabor filter GF1 to GFn, intensity distribution data in each direction is generated (step S1: filtering process).

本実施形態では、入力画像の全領域が上記の検出対象領域に設定されている場合を例示して説明する。つまり、RAM2dから入力画像の全領域に相当する入力画像データが読み出される。なお、入力画像から水平線を抽出可能である場合には、その水平線より下の領域(つまり地面の領域)を検出対象領域として設定しても良い。このように、確実に通行痕跡が存在すると推定される領域のみを検出対象領域とすることにより、以下で説明する各種画像処理の処理負荷を軽減でき、処理時間を短縮することができる。  In the present embodiment, a case where the entire area of the input image is set as the detection target area will be described as an example. That is, input image data corresponding to the entire area of the input image is read from the RAM 2d. When a horizontal line can be extracted from the input image, an area below the horizontal line (that is, a ground area) may be set as a detection target area. As described above, by setting only a region where it is presumed that a traffic trace is surely present as a detection target region, it is possible to reduce the processing load of various image processing described below, and to shorten the processing time.

以下、図5を参照して上記ステップS1について具体的に説明する。図5(a)に示すように、信号処理装置2cは、ガボールフィルタGF1〜GFnを用いたフィルタリング処理として、入力画像において、ある画素を中心画素とする畳み込み領域に含まれる各画素の輝度データと、ガボールフィルタ、つまり2次元ガボール関数GB(x、y)との畳み込み演算を行い、その演算結果をガボールフィルタの方向パラメータφに対応する中心画素の強度として取得する。   Hereinafter, step S1 will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 5A, the signal processing device 2c performs the filtering process using the Gabor filters GF1 to GFn as the luminance data of each pixel included in the convolution region having a certain pixel as the central pixel in the input image. Then, a convolution calculation with a Gabor filter, that is, a two-dimensional Gabor function GB (x, y) is performed, and the calculation result is obtained as the intensity of the central pixel corresponding to the direction parameter φ of the Gabor filter.

つまり、信号処理装置2cは、まず、ある画素を中心画素とする畳み込み領域に含まれる各画素の輝度データとガボールフィルタGF1との畳み込み演算を行い、その演算結果をガボールフィルタGF1の方向パラメータφ1に対応する中心画素の強度として取得する。ここで、各ガボールフィルタGF1〜GFnを、実数部のフィルタと虚数部のフィルタとに分けて作成しておくことにより、実数部のフィルタを用いて得られた強度と、虚数部のフィルタを用いて得られた強度とをそれぞれ2乗して加算し、その加算値の平方根を求めることで最終的な強度を取得することができる。  That is, the signal processing device 2c first performs a convolution operation between the luminance data of each pixel included in the convolution region having a certain pixel as a central pixel and the Gabor filter GF1, and the calculation result is used as the direction parameter φ1 of the Gabor filter GF1. Acquired as the intensity of the corresponding center pixel. Here, by creating each Gabor filter GF1 to GFn separately for the real part filter and the imaginary part filter, the intensity obtained by using the real part filter and the imaginary part filter are used. The final intensity can be obtained by squaring and adding the obtained intensities and obtaining the square root of the added value.

続いて、信号処理装置2cは、ガボールフィルタGF2に切り替えて同様に畳み込み演算を行い、その演算結果をガボールフィルタGF2の方向パラメータφ2に対応する中心画素の強度として取得する。以下、同様に、信号処理装置2cは、ガボールフィルタを順次切り替えながら畳み込み演算を行うことにより、その演算結果を各ガボールフィルタGF1〜GFnの方向パラメータφ1〜φnに対応する中心画素の強度として取得する。  Subsequently, the signal processing device 2c switches to the Gabor filter GF2 and similarly performs a convolution operation, and acquires the operation result as the intensity of the central pixel corresponding to the direction parameter φ2 of the Gabor filter GF2. Hereinafter, similarly, the signal processing device 2c performs the convolution calculation while sequentially switching the Gabor filters, and acquires the calculation result as the intensity of the central pixel corresponding to the direction parameters φ1 to φn of the Gabor filters GF1 to GFn. .

信号処理装置2cは、上記のようなフィルタリング処理を、入力画像の座標(0、0)〜(639、479)の各画素のそれぞれについて行うことにより、図5(b)に示すような各方向の強度分布データを生成してRAM2dに記憶する。なお、図5(b)では、座標(0、0)〜(639、479)の各画素のそれぞれを中心画素として得られた強度データをI(0、0)〜I(639、479)として表記している。  The signal processing device 2c performs the filtering process as described above for each pixel of the coordinates (0, 0) to (639, 479) of the input image, so that each direction as shown in FIG. Intensity distribution data is generated and stored in the RAM 2d. In FIG. 5B, intensity data obtained with each pixel at coordinates (0, 0) to (639, 479) as the central pixel is I (0, 0) to I (639, 479). It is written.

なお、図5(a)からわかるように、入力画像の端部に近い画素を中心画素とする場合、畳み込み領域が入力画像からはみ出てしまうため、この場合には予め設定した輝度データ(例えば白データ等)を入力画像からはみ出ている畳み込み領域の輝度データとして使用すれば良い。また、畳み込み領域の大きさは、検出対象の通行痕跡の大きさに応じて適宜変更すれば良いが、例えば幅25cm〜50cmの車輪跡に相当する轍を検出対象とする場合には、その幅に相当する画素数(32画素)以上の大きさ、例えば50×50画素の大きさとすることが望ましい。  As can be seen from FIG. 5A, when the pixel close to the end of the input image is used as the central pixel, the convolution region protrudes from the input image. In this case, preset brightness data (for example, white Data, etc.) may be used as the luminance data of the convolution region protruding from the input image. In addition, the size of the convolution region may be changed as appropriate according to the size of the traffic trace to be detected. For example, when a heel corresponding to a wheel trace having a width of 25 cm to 50 cm is to be detected, the width It is desirable that the size be equal to or larger than the number of pixels corresponding to (32 pixels), for example, 50 × 50 pixels.

次に、上記のようなステップS1が終了すると、信号処理装置2cは、RAM2dから各方向の強度分布データを読み出し、それら強度分布データを基に入力画像における各画素のテクスチャ(模様)方向を特定する(ステップS2:模様方向特定処理)。具体的には、例えば座標(0、0)の画素に着目した場合、各方向の強度分布データの中から強度データI(0、0)が最も大きいものを探索し、その最大の強度データI(0、0)を含む強度分布データに対応する方向を、座標(0、0)の画素のテクスチャ方向として特定する。例えば、方向φ3に対応する強度分布データに最大の強度データI(0、0)が含まれている場合、方向φ3が座標(0、0)の画素のテクスチャ方向となる。  Next, when step S1 as described above is completed, the signal processing device 2c reads the intensity distribution data in each direction from the RAM 2d, and specifies the texture (pattern) direction of each pixel in the input image based on the intensity distribution data. (Step S2: Pattern direction specifying process). Specifically, for example, when focusing on a pixel at coordinates (0, 0), a search is made for the largest intensity data I (0, 0) from the intensity distribution data in each direction, and the maximum intensity data I is obtained. The direction corresponding to the intensity distribution data including (0, 0) is specified as the texture direction of the pixel at coordinates (0, 0). For example, when the intensity distribution data corresponding to the direction φ3 includes the maximum intensity data I (0, 0), the direction φ3 is the texture direction of the pixel at the coordinates (0, 0).

信号処理装置2cは、上記のようなテクスチャ方向の特定処理を、座標(0、0)〜(639、479)の各画素について行うことにより、各画素のテクスチャ方向を特定し、その特定結果をRAM2dに記憶する。図6(a)は各画素のテクスチャ方向の特定結果であり、図6(b)は入力画像とテクスチャ方向の特定結果とを重ねて表示したものである。なお、この図6では、説明の便宜上、テクスチャ方向の特定結果を、テクスチャ方向を指し示すベクトル線で表しているが、実際にはテクスチャ方向の特定結果は、その方向を表す値(例えばテクスチャ方向がφ1であればφ1の値)によって構成されている。  The signal processing device 2c identifies the texture direction of each pixel by performing the texture direction identification process as described above for each pixel of coordinates (0, 0) to (639, 479), and obtains the identification result. Store in RAM 2d. FIG. 6A shows the result of specifying the texture direction of each pixel, and FIG. 6B shows the input image superimposed with the result of specifying the texture direction. In FIG. 6, for the sake of convenience of explanation, the texture direction identification result is represented by a vector line indicating the texture direction. However, in actuality, the texture direction identification result is a value representing the direction (for example, the texture direction is If φ1, the value of φ1).

不整地上に存在する轍などの通行痕跡は、車両が複数回その場所を走行することにより、地面や草むらが踏み起こされたり、踏み固められたりした結果残るものであるため、図3に示すように、その痕跡は入力画像上において不連続且つ不明瞭な帯状やスジ状の疎らな領域として観察される。そこで、上述した入力画像の波の成分を抽出する機能を有するステップS1及びステップS2を実施することより、通行痕跡を形成する模様の間隔は不定でなだらかではあるが、通行痕跡の進行方向と平行な波の成分として捕らえることができる。  As shown in Fig. 3, the traces of traffic, such as a kite that exists on uneven ground, remain as a result of the vehicle or the grass being stomped or solidified by driving the vehicle multiple times. In addition, the trace is observed as a discontinuous and unclear band-like or streak-like sparse region on the input image. Therefore, by performing step S1 and step S2 having the function of extracting the wave component of the input image described above, the interval between the patterns forming the traffic trace is indefinite and gentle, but parallel to the traveling direction of the traffic trace. It can be captured as a component of a wave.

次に、上記のようなステップS2が終了すると、信号処理装置2cは、入力画像データを基に所定のエッジ検出処理を行うことにより、入力画像に存在する強エッジ領域を抽出し、その抽出結果をRAM2dに記憶する(ステップS3:強エッジ領域検出処理)。ここで、エッジ検出処理としては公知の技術を採用することができる。例えば、X軸方向のソベルフィルタとY軸方向のソベルフィルタを適用して、それらの強度の2乗和が一定の閾値を超えた画素を探索し、その閾値を超えた画素から一定距離以内の領域を強エッジ領域として抽出する。  Next, when step S2 as described above ends, the signal processing device 2c performs a predetermined edge detection process based on the input image data to extract a strong edge region existing in the input image, and the extraction result Is stored in the RAM 2d (step S3: strong edge region detection processing). Here, a known technique can be adopted as the edge detection process. For example, by applying a Sobel filter in the X-axis direction and a Sobel filter in the Y-axis direction, a pixel whose sum of squares of the intensity exceeds a certain threshold is searched, and a pixel within a certain distance from the pixel exceeding the threshold is searched. Extract the region as a strong edge region.

次に、上記のようなステップS3が終了すると、信号処理装置2cは、模様方向特定処理による各画素のテクスチャ方向の特定結果と、強エッジ領域抽出処理による強エッジ領域抽出結果とを基に所定の統計処理を行うことにより、入力画像において通行痕跡が存在すると推定される痕跡領域を検出する(ステップS4:痕跡領域検出処理)。具体的には、信号処理装置2cは、ステップS4における統計処理として、投票処理(ステップS4a)、消失点特定処理(ステップS4b)、有効投票画素抽出処理(ステップS4c)及び痕跡領域特定処理(ステップS4d)を行う。以下、それぞれの処理について詳細に説明する。  Next, when step S3 as described above ends, the signal processing device 2c performs predetermined processing based on the result of specifying the texture direction of each pixel by the pattern direction specifying process and the result of extracting the strong edge area by the strong edge area extracting process. By performing this statistical processing, a trace region in which a passage trace is estimated to exist in the input image is detected (step S4: trace region detection process). Specifically, the signal processing device 2c performs the voting process (step S4a), the vanishing point specifying process (step S4b), the valid voting pixel extracting process (step S4c), and the trace area specifying process (step) as the statistical process in step S4. S4d) is performed. Hereinafter, each process will be described in detail.

<投票処理>
まず、信号処理装置2cは、ステップS4aの投票処理として、入力画像における各画素のそれぞれを投票元画素として順次選択し、当該投票元画素を起点としそのテクスチャ方向に平行な直線上に存在する画素に対して投票を行う。具体的には、信号処理装置2cは、まず、図7に示すように、RAM2dのメモリ空間上に、投票回数を集計するための投票集計領域を入力画像と同サイズ(つまり、640×480画素数分の投票回数を集計可能なサイズ)で確保する。
<Voting process>
First, as the voting process in step S4a, the signal processing device 2c sequentially selects each pixel in the input image as a voting source pixel, and the pixels existing on a straight line that starts from the voting source pixel and is parallel to the texture direction. Vote for. Specifically, as shown in FIG. 7, the signal processing device 2c first sets a vote count area for counting the number of votes in the memory space of the RAM 2d to the same size as the input image (that is, 640 × 480 pixels). Secure the number of votes for several minutes).

そして、信号処理装置2cは、図8(a)に示すように、ある画素を投票元画素として選択した場合、模様方向特定処理による各画素のテクスチャ方向の特定結果から投票元画素のテクスチャ方向を把握し、投票元画素を起点としそのテクスチャ方向に平行な直線上に存在する画素(投票対象画素)に対して投票を行い、その投票結果を図8(b)に示すようにRAM2d上の投票集計領域に反映する。つまり、図8(b)からわかるように、投票集計領域において投票対象画素に対応する記憶領域に投票値「1」が加算される。  Then, as shown in FIG. 8A, when the signal processing device 2c selects a certain pixel as the voting source pixel, the signal processing device 2c determines the texture direction of the voting source pixel from the result of specifying the texture direction of each pixel by the pattern direction specifying process. The voting is performed on pixels (voting target pixels) existing on a straight line parallel to the texture direction starting from the voting source pixel, and the voting result is voted on the RAM 2d as shown in FIG. 8B. Reflect in the total area. That is, as can be seen from FIG. 8B, the vote value “1” is added to the storage area corresponding to the vote target pixel in the vote counting area.

信号処理装置2cは、上記のような投票処理を各画素について行い、その投票結果を順次RAM2d上の投票集計領域に反映する。ここで、信号処理装置2cは、上記のような投票処理を行う際、強エッジ領域抽出処理によって抽出された強エッジ領域の周辺(たとえば2画素以内)に含まれる画素を投票元画素から除外する。この理由については後述する。  The signal processing device 2c performs the voting process as described above for each pixel, and sequentially reflects the voting results in the vote counting area on the RAM 2d. Here, when the voting process as described above is performed, the signal processing device 2c excludes pixels included in the periphery (for example, within two pixels) of the strong edge area extracted by the strong edge area extraction process from the voting source pixels. . The reason for this will be described later.

なお、上述の投票処理では、投票元画素を起点としそのテクスチャ方向に平行な直線上に存在する投票対象画素に対して投票を行う場合を説明したが、これに限らず、投票元画素を起点としてそのテクスチャ方向に沿うように設定された投票対象領域に含まれる画素(投票対象画素)に対して投票を行うようにしても良い。この投票対象領域は、例えば図9(a)に示すように、テクスチャ方向に平行な帯状(長方形状)のものでも良いし、また、図9(b)に示すように、円弧状あるいは三角形状のものでも良い。  In the voting process described above, a case has been described in which voting is performed on a voting target pixel that exists on a straight line parallel to the texture direction from the voting source pixel. Alternatively, voting may be performed on pixels (voting target pixels) included in the voting target area set along the texture direction. This voting target area may be a strip (rectangular) parallel to the texture direction as shown in FIG. 9 (a), for example, or an arc or triangle as shown in FIG. 9 (b). May be good.

ここで、図9(a)に示すような帯状の投票対象領域を設定する場合には、上述したテクスチャ方向に平行な直線上に存在する投票対象画素に対して投票を行う場合と同様に、投票対象領域に含まれる投票対象画素のそれぞれに対して平等に投票すれば良い。つまり、RAM2d上の投票集計領域において、各投票対象画素に対応する記憶領域に平等に投票値「1」を加算する。  Here, when setting a belt-like voting target region as shown in FIG. 9A, as in the case of voting on the voting target pixel existing on the straight line parallel to the texture direction, What is necessary is just to vote equally with respect to each of the voting target pixels included in the voting target area. That is, in the vote total area on the RAM 2d, the vote value “1” is added equally to the storage area corresponding to each vote target pixel.

一方、図9(b)に示すような円弧状あるいは三角形状の投票対象領域を設定する場合には、投票元画素と投票対象画素との間の距離に応じて投票値を変更することが望ましい。具体的には、投票元画素から遠い距離に位置する投票対象画素の投票値を小さくする(例えば、投票値=1/投票元画素からの距離)。つまり、投票元画素に近い位置の投票対象画素の投票値は「1」または「1」に近い値となるが、投票元画素から遠い位置の投票対象画素の投票値は「0.5」等の小数点以下の値となる。さらには、投票対象領域において同じ距離に位置する投票対象画素の総投票値が「1」となるように各投票対象画素の投票値を決定することが望ましい。つまり、例えば同じ距離に位置する投票対象画素が4つ存在すると仮定すると、それら4つの各投票対象画素に対する投票値をそれぞれ「0.25」とする。  On the other hand, when setting an arc-shaped or triangular voting target area as shown in FIG. 9B, it is desirable to change the voting value according to the distance between the voting source pixel and the voting target pixel. . Specifically, the voting value of the voting target pixel located at a distance far from the voting source pixel is reduced (for example, voting value = 1 / distance from the voting source pixel). That is, the voting value of the voting target pixel near the voting source pixel is “1” or a value close to “1”, but the voting value of the voting target pixel far from the voting source pixel is “0.5” or the like. The value after the decimal point. Furthermore, it is desirable to determine the voting value of each voting target pixel so that the total voting value of the voting target pixels located at the same distance in the voting target region is “1”. That is, for example, assuming that there are four voting target pixels located at the same distance, the voting value for each of the four voting target pixels is set to “0.25”.

このように円弧状あるいは三角形状の投票対象領域を設定した場合に、投票元画素と投票対象画素との間の距離に応じて投票値を変更する理由は、投票元画素から遠い位置にある投票対象画素は、他の投票対象領域と重なり合う確率が高く、近い位置にある投票対象画素と比べて投票されやすい傾向にあり、後述する消失点を正確に特定することが困難となるためである。また、円弧状あるいは三角形状の投票対象領域を設定した場合、その中心角度(投票元画素を起点とする角度)は、ガボールフィルタGF1〜GFnの方向パラメータφの変化分(つまりπ/72(rad)=2.5°)と同一にすることが望ましい。  When an arc-shaped or triangular voting target area is set in this way, the reason for changing the voting value according to the distance between the voting source pixel and the voting target pixel is that the voting position is far from the voting source pixel. This is because the target pixel has a high probability of overlapping with other voting target areas and tends to be voted more easily than the voting target pixel located at a close position, and it is difficult to accurately specify a vanishing point described later. In addition, when the voting target area having an arc shape or a triangular shape is set, the central angle (the angle from the voting source pixel) is changed by the change in the direction parameter φ of the Gabor filters GF1 to GFn (that is, π / 72 (rad ) = 2.5 °).

<消失点特定処理>
続いて、信号処理装置2cは、ステップS4bの消失点特定処理として、図10に示すように、投票処理による投票結果(つまり、RAM40上の投票集計領域に集計された投票回数)を基に、投票回数が最も大きい画素を入力画像における消失点として特定する。轍などの通行痕跡の波模様は車両Cから見ると完全に平行ではないが同じ消失点を共有していると推測される。このため、上記のような投票処理によって消失点と推測される位置(画素)に投票を行い、統計的に通行痕跡と平行している波模様が多い検出結果を活用することにより、消失点を特定することができる。
<Disappearance point identification processing>
Subsequently, as shown in FIG. 10, the signal processing device 2c, as shown in FIG. 10, as the vanishing point specifying process in step S4b, based on the voting result (that is, the number of votes counted in the vote counting area on the RAM 40), The pixel with the largest number of votes is identified as the vanishing point in the input image. When viewed from the vehicle C, a wave pattern of a traffic trace such as a bag is not completely parallel but is presumed to share the same vanishing point. For this reason, voting is performed on the position (pixel) that is estimated to be the vanishing point by the voting process as described above, and the vanishing point is determined by utilizing the detection result having many wave patterns that are statistically parallel to the traffic trace. Can be identified.

ここで、入力画像において通行痕跡以外に、例えば木や電柱、看板などのコントラストの高い物体が写り込んでいた場合、それらの模様は上記の投票回数の集計に大きな影響を及ぼすことになる。そこで、上述したように、投票処理を行う際には、強エッジ領域抽出処理によって抽出された強エッジ領域に含まれる画素を投票元画素から除外することにより、木や電柱、看板などのコントラストの高い物体の延長線上が消失点として特定されることを防止することができる。   Here, in the input image, when high contrast objects such as trees, telephone poles, and signboards are reflected in addition to the traffic traces, these patterns have a great influence on the above-mentioned counting of the number of votes. Therefore, as described above, when performing the voting process, the pixels included in the strong edge region extracted by the strong edge region extraction process are excluded from the voting source pixels, so that the contrast of trees, utility poles, signs, etc. It is possible to prevent an extension line of a high object from being specified as a vanishing point.

<有効投票画素抽出処理>
続いて、信号処理装置2cは、ステップS4cの有効投票画素抽出処理として、消失点の投票元画素を有効投票画素として抽出する。つまり、消失点を向いているテクスチャ方向を有する画素が有効投票画素として抽出されることになる。図11に、有効投票画素の抽出結果を示す。図11において白領域が有効投票画素の集合領域である。
<Valid voting pixel extraction process>
Subsequently, the signal processing device 2c extracts the voting source pixel at the vanishing point as the effective voting pixel as the effective voting pixel extraction processing in step S4c. That is, a pixel having a texture direction facing the vanishing point is extracted as an effective voting pixel. FIG. 11 shows the result of extracting effective voting pixels. In FIG. 11, the white area is a collection area of effective voting pixels.

<痕跡領域特定処理>
続いて、信号処理装置2cは、ステップS4dの痕跡領域特定処理として、図12に示すように、入力画像において消失点を頂点とする領域(この領域は円弧状でも良いし、三角形状でも良い)を複数の小領域に分割し、各小領域の内、有効投票画素の比率が所定の閾値を超えた小領域を通行痕跡が存在すると推定される痕跡領域として特定する。ここで、有効投票画素の比率は、小領域と有効投票画素との面積比率、つまり、小領域に含まれる有効投票画素数を小領域に含まれる全画素数で除算することで求めることができる。
<Trace area identification processing>
Subsequently, as shown in FIG. 12, the signal processing device 2c performs, as the trace area specifying process in step S4d, an area having a vanishing point as a vertex in the input image (this area may be arc-shaped or triangular). Is divided into a plurality of small areas, and a small area in which the ratio of effective voting pixels exceeds a predetermined threshold is identified as a trace area in which a passing trace is estimated to exist. Here, the ratio of effective voting pixels can be obtained by dividing the area ratio between the small area and the effective voting pixel, that is, the number of effective voting pixels included in the small area by the total number of pixels included in the small area. .

入力画像において轍などの通行痕跡が写り込んでいる領域では、周囲と比べて高い比率で消失点を向いているテクスチャを含んでいると推測される。そこで、上記のような有効投票画素抽出処理及び痕跡領域特定処理を行うことにより、入力画像において通行痕跡が存在する痕跡領域と他の領域とを判別することができる。  In the input image, it is estimated that the area in which the traffic traces such as wrinkles are reflected includes a texture facing the vanishing point at a higher ratio than the surrounding area. Therefore, by performing the effective voting pixel extraction process and the trace area specifying process as described above, it is possible to distinguish a trace area where a traffic trace exists in the input image from other areas.

なお、痕跡領域は轍などの通行痕跡に沿って検出されるものであるので、隣接する痕跡領域は、ある規則性を持って連続的または断続的に連なっているはずである。そこで、入力画像において、ある規則性を持った痕跡領域の集まりから孤立している痕跡領域はノイズとして捉え、そのような孤立領域は痕跡領域から除去することにより、通行痕跡の誤検出を防止することができる。   In addition, since a trace area | region is detected along traffic traces, such as a heel, the adjacent trace area | region should be connected continuously or intermittently with a certain regularity. Therefore, in the input image, a trace area isolated from a collection of trace areas having a certain regularity is regarded as noise, and such an isolated area is removed from the trace area, thereby preventing erroneous detection of a traffic trace. be able to.

ところで、上記説明は、図3に示すように、通行痕跡が水平線に向かって一直線に延びているような入力画像が得られた場合を想定したものである。しかしながら、図13に示すように、入力画像中の通行痕跡がカーブしているような場合には、入力画像の奥行き毎に消失点が水平方向に変化することになる。このような場合、上述したように入力画像の全領域(検出対象領域の全領域)を一度に処理すると、正確な消失点を得ることができなくなる。   By the way, the above description assumes a case where an input image is obtained in which the traffic trace extends in a straight line toward the horizontal line as shown in FIG. However, as shown in FIG. 13, when the traffic trace in the input image is curved, the vanishing point changes in the horizontal direction for each depth of the input image. In such a case, if the entire area of the input image (the entire area of the detection target area) is processed at a time as described above, an accurate vanishing point cannot be obtained.

そこで、このような問題に対処するために、上記のステップS4の処理(投票処理、消失点特定処理、有効投票画素抽出処理及び痕跡領域特定処理)を、図13に示すように、検出対象領域(ここでは入力画像の全領域)を奥行き方向に沿って複数に分割して得られる副検出対象領域ごとに行うようにしても良い。このように、副検出対象領域毎に消失点を求め、その対応する奥行きごとに消失点に適合する有効投票画素を求めることで、それぞれの奥行きに対応した消失点と痕跡領域の切り出しを行うことができる。  Therefore, in order to deal with such a problem, the processing in step S4 (voting processing, vanishing point specifying processing, effective voting pixel extraction processing, and trace region specifying processing) is performed as shown in FIG. (Here, the entire area of the input image) may be performed for each sub-detection target area obtained by dividing the input image into a plurality of areas along the depth direction. In this way, the vanishing point is obtained for each sub-detection target area, and the effective voting pixels that match the vanishing point are obtained for each corresponding depth, so that the vanishing point and the trace area corresponding to each depth are cut out. Can do.

ここで、2次元ウェーブレットフィルタを用いた場合、入力画像上で強い方向性を有する領域が轍などの痕跡領域として検出されるため、轍の外に生えている草や樹木、人工物の平行な特徴を誤って検出してしまう可能性がある。そこで、上記のように、奥行き方向に沿って複数に分割して得られる副検出対象領域ごとに痕跡領域の特定を行う場合、以下に説明する処理を加えることで検出精度の向上を図ることができる。  Here, when a two-dimensional wavelet filter is used, a region having a strong direction on the input image is detected as a trace region such as a reed, so that a parallel of grass, trees, and artifacts growing outside the reed Features may be detected incorrectly. Therefore, as described above, when specifying the trace area for each sub-detection target area obtained by dividing into a plurality of areas along the depth direction, the detection accuracy can be improved by adding the processing described below. it can.

実験の結果、轍検出(痕跡領域検出)の精度は各地点までの奥行き方向の距離に依存し、手前ほど精度が高いことが判明した。また、検出済みの轍(痕跡領域)と連続した領域はやはり轍(痕跡領域)である可能性が大きいと考えられる。そこで、入力画像を手前から奥へ数段階に分割し、最も手前側の副検出対象領域に存在する轍(痕跡領域)を最初に検出して、それを基準に以遠の轍(痕跡領域)を検出することとする。   As a result of experiments, it was found that the accuracy of wrinkle detection (detection of trace area) depends on the distance in the depth direction to each point, and the accuracy is higher at the front. In addition, it is considered that there is a high possibility that a region continuous with the detected wrinkle (trace region) is a wrinkle (trace region). Therefore, the input image is divided into several stages from the front side to the back side, and the wrinkle (trace area) existing in the sub detection target area on the front side is detected first, and the farther wrinkle (trace area) is determined based on that. It will be detected.

図14に示すように、まず、奥行き方向の最も手前側の副検出対象領域(ここでは第1副検出対象領域W1とする)について、上記実施形態で説明したステップS4の処理(投票処理、消失点特定処理、有効投票画素抽出処理及び痕跡領域特定処理)を行うことで第1副検出対象領域W1における痕跡領域特定結果を得る。なお、図14では、痕跡領域の特定結果を第1副検出対象領域W1の消失点に向かう連続した直線として表している。   As shown in FIG. 14, first, with respect to the sub detection target area (here, the first sub detection target area W1) in the foremost side in the depth direction, the process (voting process, disappearance) described in the above embodiment is performed. By performing point specifying processing, effective voting pixel extraction processing, and trace region specifying processing), the trace region specifying result in the first sub detection target region W1 is obtained. In FIG. 14, the identification result of the trace area is represented as a continuous straight line toward the vanishing point of the first sub detection target area W1.

続いて、次段の副検出対象領域(ここでは第2副検出対象領域W2とする)について上記ステップS4の処理を行うが、この時の投票処理では、現在着目している副検出対象領域(つまり第2副検出対象領域W2)において、図14に示すように、以前着目していた副検出対象領域(つまり第1副検出対象領域W1)について実施された痕跡領域特定処理によって特定された痕跡領域の終端側に、投票の重み付けを大きくした投票重み付け領域Waを設定する。このような投票重み付け領域Waは、痕跡領域の特定結果を表す各直線上のそれぞれの終端部を中心に設定した所定サイズの矩形領域から構成されている。この矩形領域の1つ当たりのサイズは、縦:0.08×画素高さ、横:0.03×画素幅、程度とする。   Subsequently, the process of step S4 is performed for the sub-detection target area in the next stage (here, the second sub-detection target area W2). In this voting process, the sub-detection target area currently focused on ( That is, in the second sub-detection target area W2), as shown in FIG. 14, the trace specified by the trace area specifying process performed on the sub-detection target area focused on before (that is, the first sub-detection target area W1). A voting weighting area Wa in which the voting weighting is increased is set on the end side of the area. Such a voting weighting area Wa is composed of a rectangular area of a predetermined size centered on each terminal portion on each straight line representing the identification result of the trace area. The size of each rectangular area is about 0.08 × pixel height in the vertical direction and 0.03 × pixel width in the horizontal direction.

このように投票重み付け領域Waを設定した第2副検出対象領域W2について上記ステップS4の投票処理を行う場合、投票重み付け領域Waに存在する投票対象画素に対する投票には通常の3倍程度の重み付けを行う。例えば、1段目の第1副検出対象領域W1の投票処理において投票対象画素に対する投票値を「1」とした場合、第2副検出対象領域W2の投票重み付け領域Waに存在する投票対象画素に対する投票値は「3」とする。   When the voting process in step S4 is performed on the second sub detection target area W2 in which the voting weighting area Wa is set in this way, the voting for the voting target pixel existing in the voting weighting area Wa is given a weight about three times the normal. Do. For example, when the voting value for the voting target pixel is “1” in the voting process of the first sub detection target area W1 in the first stage, the voting target pixel existing in the voting weighting area Wa of the second sub detection target area W2 The vote value is “3”.

このような第2副検出対象領域W2についてステップS4の投票処理、消失点特定処理、有効投票画素抽出処理及び痕跡領域特定処理を行うことにより、前段の第1副検出対象領域W1について特定された痕跡領域の終端が、次段の第2副検出対象領域W2の痕跡領域の起点となりやすくなる。言い換えれば、前段の第1副検出対象領域W1の痕跡領域と次段の第2副検出対象領域W2の痕跡領域とが連続した痕跡領域として検出されやすくなり、入力画像中に轍などと平行に生えた草や樹木、人工物等が存在する場合であっても、精度良く轍などの痕跡領域を検出することができる。   By performing the voting process, the vanishing point specifying process, the valid voting pixel extracting process, and the trace area specifying process in step S4 for the second sub detection target area W2, the first sub detection target area W1 in the previous stage is specified. The end of the trace area is likely to be the starting point of the trace area of the second sub detection target area W2 at the next stage. In other words, the trace area of the first sub-detection target area W1 in the previous stage and the trace area of the second sub-detection target area W2 in the next stage are easily detected as a continuous trace area, and in parallel with the wrinkles or the like in the input image Even in the presence of growing grass, trees, artifacts, etc., it is possible to accurately detect trace areas such as reeds.

上記のように第2副検出対象領域W2について痕跡領域の特定結果を得た後は、次段(3段目)の副検出対象領域について第2副対象領域W2と同様の処理を行う。なお、3段目の副検出対象領域では、投票重み付け領域を構成する矩形領域の1つ当たりのサイズを、2段目の第2副検出対象領域W2の半分、つまり、縦:0.04×画素高さ、横:0.015×画素幅、程度とする。   After obtaining the identification result of the trace area for the second sub detection target area W2 as described above, the same processing as the second sub target area W2 is performed for the sub detection target area of the next stage (third stage). In the third-stage sub-detection target area, the size of one rectangular area constituting the voting weighting area is half of the second-stage second sub-detection target area W2, that is, vertical: 0.04 × Pixel height, width: 0.015 × pixel width.

また、3段目の副検出対象領域について上記ステップS4の投票処理を行う場合、投票重み付け領域に存在する投票対象画素に対する投票には通常の5倍程度の重み付けを行う。例えば、1段目の第1副検出対象領域W1の投票処理において投票対象画素に対する投票値を「1」とした場合、3段目の副検出対象領域の投票重み付け領域に存在する投票対象画素に対する投票値は「5」とする。このように奥行き方向に沿った位置に応じて投票重み付け領域の大きさ及び投票の重み付け量を変化させることにより、より精度良く痕跡領域の連続性を確保することができる。  When the voting process in step S4 is performed for the third sub-detection target area, the voting for the voting target pixel existing in the voting weighting area is weighted about five times as usual. For example, when the voting value for the voting target pixel is “1” in the voting process of the first sub detection target area W1 in the first stage, the voting target pixel existing in the voting weighting area of the sub detection target area in the third stage The vote value is “5”. Thus, by changing the size of the voting weighting area and the voting weighting amount in accordance with the position along the depth direction, the continuity of the trace area can be ensured with higher accuracy.

以降、同様な処理を奥行き方向の最も遠い副検出対象領域まで行うことにより、各段の副検出対象領域で特定された痕跡領域が連続した痕跡領域として精度良く検出され、轍などの車両の走行痕を正確に検出することが可能となる。なお、4段目以降の副検出対象領域では、投票重み付け領域を構成する矩形領域の1つ当たりのサイズ及び投票の重み付け量を3段目の副検出対象領域と同一にすることが好ましい。   Thereafter, by performing the same process up to the farthest sub-detection target area in the depth direction, the trace areas specified in the sub-detection target areas in each stage are accurately detected as continuous trace areas, and the vehicle such as a kite is traveling. It becomes possible to detect the trace accurately. In the fourth and subsequent sub-detection target areas, it is preferable that the size of each rectangular area constituting the voting weighting area and the voting weighting amount are the same as those of the third-stage sub-detection target area.

図15(a)は、投票重み付け領域を使用しない場合における痕跡領域の特定結果を示すものである。この図15(a)に示すように、投票重み付け領域を使用しない場合、本来、痕跡領域とすべき領域とは異なる領域を痕跡領域として特定してしまっていることがわかる。また、図15(b)は、投票重み付け領域を使用した場合における痕跡領域の特定結果を示すものである。この図15(b)に示すように、投票重み付け領域を使用した場合、本来、痕跡領域とすべき領域を正しく痕跡領域として特定していることがわかる。   FIG. 15A shows the result of specifying the trace area when the voting weighting area is not used. As shown in FIG. 15A, when the voting weighting area is not used, it can be seen that an area different from the area that should originally be the trace area is specified as the trace area. FIG. 15B shows the result of specifying the trace area when the voting weighting area is used. As shown in FIG. 15 (b), when the voting weighting area is used, it can be seen that the area that should originally be the trace area is correctly specified as the trace area.

なお、例えば、現在着目している副検出対象領域(例えば第2副検出対象領域W2)について痕跡領域特定処理が終了した後に、以前着目していた副検出対象領域(第1副検出対象領域W1)において、第2副検出対象領域W2について実施された痕跡領域特定処理によって特定された痕跡領域の始端側に、投票の重み付けを大きくした投票重み付け領域を設定し、当該第1副検出対象領域W1についてステップS4の投票処理、消失点特定処理、有効投票画素抽出処理及び痕跡領域特定処理を再実施することで、当該第1副検出対象領域W1についての痕跡領域特定結果を修正することも可能である。  Note that, for example, after the trace area specifying process is completed for the currently focused sub detection target area (for example, the second sub detection target area W2), the sub detection target area (the first sub detection target area W1) that has been focused on before ), A voting weighting area having a larger voting weight is set on the start end side of the trace area specified by the trace area specifying process performed on the second sub-detection target area W2, and the first sub-detection target area W1 is set. By re-implementing the voting process, vanishing point specifying process, valid voting pixel extracting process, and trace area specifying process in step S4, the trace area specifying result for the first sub-detection target area W1 can be corrected. is there.

以上のように、画像処理装置2における信号処理装置2cは、上述した画像処理を実施することによって、入力画像において通行痕跡が存在すると推定される痕跡領域を検出し、その検出結果を通行痕跡検出結果として経路計画装置5に出力する。なお、上述した画像処理を、カメラレートで撮影装置1a、1bから送られる撮影画像毎に実施する必要はなく、毎秒2枚から10枚程度の撮影画像について実施すれば良い。  As described above, the signal processing device 2c in the image processing device 2 performs the above-described image processing, thereby detecting a trace region in which an input trace is estimated to exist in the input image, and detecting the detection result as a passing trace. As a result, it is output to the route planning device 5. Note that the image processing described above need not be performed for each captured image sent from the image capturing apparatuses 1a and 1b at the camera rate, and may be performed for about 2 to 10 captured images per second.

(3次元マップ作成動作)
続いて、地図作成装置4による3次元マップ作成動作について説明する。移動体制御装置の動作中において、3次元計測装置3(LRF)は、図1(b)に示す走査平面SP上を走査するようにレーザ光Lを照射し、そのレーザ光Lの照射点P1、P2、・・・、Pnまでの距離データd1、d2・・・、dnと、そのスイング角度データα1、α2、・・・、αnとを、3次元形状計測結果として地図作成装置4に出力する。ここで、図16(a)に示すように、車両Cを走行させながらレーザ光Lを走査することで3次元形状を計測しても良いし、LFRをZ軸方向にスイングさせながらレーザ光Lを走査することで3次元形状を計測しても良い。
(3D map creation operation)
Next, a three-dimensional map creation operation by the map creation device 4 will be described. During the operation of the moving body control device, the three-dimensional measurement device 3 (LRF) emits the laser beam L so as to scan the scanning plane SP shown in FIG. 1B, and the irradiation point P1 of the laser beam L , P2,..., Pn, distance data d1, d2,..., Dn and their swing angle data α1, α2,. To do. Here, as shown in FIG. 16A, the three-dimensional shape may be measured by scanning the laser beam L while the vehicle C is traveling, or the laser beam L while swinging the LFR in the Z-axis direction. The three-dimensional shape may be measured by scanning.

地図作成装置4は、3次元計測装置3から得られる3次元形状計測結果(距離データd1、d2・・・、dn、スイング角度データα1、α2、・・・、αn)を基に、図16(b)に示すように、車両Cの進行方向の3次元マップを作成し、その3次元マップデータを経路計画装置5に出力する。なお、LFRから得られる距離データ及びスイング角度データから3次元マップを作成する手法は既に公知であるため、本実施形態では詳細な説明を省略する。   Based on the three-dimensional shape measurement results (distance data d1, d2,..., Dn, swing angle data α1, α2,..., Αn) obtained from the three-dimensional measurement device 3, the map creating device 4 is shown in FIG. As shown in (b), a three-dimensional map of the traveling direction of the vehicle C is created, and the three-dimensional map data is output to the route planning device 5. Since a method for creating a three-dimensional map from distance data and swing angle data obtained from LFR is already known, detailed description is omitted in this embodiment.

(経路計画動作)
続いて、経路計画装置5による経路計画動作について説明する。経路計画装置5は、画像処理装置2から得られる通行痕跡検出結果と、地図作成装置4から得られる3次元マップデータとを基に、轍(通行痕跡)に沿った方向、且つ轍から一定以内の距離を保つ範囲の中という条件の下、周囲の3次元形状から最適な移動経路を計画する。
(Route planning operation)
Next, the route planning operation by the route planning device 5 will be described. The route planning device 5 is based on the detection result of the traffic trace obtained from the image processing device 2 and the three-dimensional map data obtained from the map creation device 4, along the direction along the heel (traffic trace) and within a certain distance from the heel. The optimal movement route is planned from the surrounding three-dimensional shape under the condition that the distance is maintained.

より具体的には、経路計画装置5は、移動経路上の起伏、および移動経路上の各地点でのステアリング量など走行の安定性を低下させる要因をその度合いに応じたコスト値に変換し、速度・回転半径などの車体性能の制約条件を満たしつつ、そのコストが最小となるように移動経路を計画する。もしくは、移動経路上の起伏度合いとステアリングからそこで許容されている最大速度を求め、その移動経路上での最大速度に近くなるような加減速を行うことをシミュレーションし、その到達時間が最短となる移動経路を計画しても良い。   More specifically, the route planning device 5 converts a factor that decreases the stability of travel, such as undulations on the travel route and the steering amount at each point on the travel route, into a cost value corresponding to the degree, The travel route is planned so that the cost is minimized while satisfying the constraints of the vehicle performance such as speed and turning radius. Alternatively, the maximum speed allowed by the undulation on the movement route and the steering wheel is obtained, and the acceleration / deceleration that approximates the maximum speed on the movement route is simulated, and the arrival time is minimized. A travel route may be planned.

また、作成された3次元マップから周囲の3次元形状の変化を監視し、大きな変化がない場合には、近傍は再計画を行わず、遠方(たとえば計画を行う範囲の1/2以上遠方)のみを再計画するようにしても良い。これにより、近傍の軌道が再計画により細々変動したり軌道が振動したりして移動経路が不安定になることを防ぐことができる。一方、3次元マップや轍などの通行痕跡検出結果が大きく変化した場合には、全経路での再計画を行うことが望ましい。さらに、轍に沿った範囲で安定に走行できる条件での計画ができなかった場合には、モードを轍を考慮しないモード(つまり画像処理装置2から得られる通行痕跡検出結果を無視するモード)に切り替え、従来技術と同様に、3次元マップのみを用いて最適な移動経路を計画することが望ましい。
以上のような手法により、経路計画装置5は、図17に示すような車両Cの移動経路を計画し、その経路計画データを運動制御装置9に出力する。
Also, changes in the surrounding three-dimensional shape are monitored from the created three-dimensional map, and if there is no significant change, the neighborhood is not re-planned, and is far away (for example, more than 1/2 of the planning range) You may re-plan only. As a result, it is possible to prevent the movement path from becoming unstable due to minute changes in the vicinity of the trajectory in the vicinity or vibration of the trajectory. On the other hand, when the traffic trace detection result such as a three-dimensional map or a bag changes greatly, it is desirable to re-plan the entire route. Furthermore, when the plan under the condition that the vehicle can stably travel in the range along the heel is not made, the mode is changed to a mode that does not consider the heel (that is, a mode that ignores the result of detection of the traffic trace obtained from the image processing device 2). Switching, as in the prior art, it is desirable to plan an optimal travel path using only a three-dimensional map.
The route planning device 5 plans the moving route of the vehicle C as shown in FIG. 17 and outputs the route planning data to the motion control device 9 by the method described above.

(車両Cの現在位置及び姿勢の推定動作)
続いて、位置・姿勢推定装置8による車両Cの現在位置及び姿勢の推定動作について説明する。移動体制御装置の動作中において、GPS受信機6は、車両Cの位置に関する情報として経度、緯度、高度を取得し、その取得結果を車両位置データとして位置・姿勢推定装置8に出力する。また、ジャイロ7は、車両CのX軸回り(ピッチ)の回転角度及び角速度と、Y軸回り(ロール)の回転角度及び角速度と、Z軸回り(ヨー)の回転角度及び角速度とを、車両Cの姿勢情報として取得し、その取得結果を車両姿勢データとして位置・姿勢推定装置8に出力する。さらに、アクチュエータ10の各種センサによって計測されたデータは、車両Cの移動量に関するフィードバックデータとして位置・姿勢推定装置8にフィードバックされる。
(Operation for estimating the current position and posture of the vehicle C)
Next, the current position and posture estimation operation of the vehicle C by the position / posture estimation device 8 will be described. During the operation of the mobile control device, the GPS receiver 6 acquires longitude, latitude, and altitude as information relating to the position of the vehicle C, and outputs the acquisition result to the position / posture estimation device 8 as vehicle position data. Further, the gyro 7 determines the rotation angle and angular velocity around the X axis (pitch) of the vehicle C, the rotation angle and angular velocity around the Y axis (roll), and the rotation angle and angular velocity around the Z axis (yaw). C position information is acquired, and the acquired result is output to the position / posture estimation apparatus 8 as vehicle position data. Further, data measured by various sensors of the actuator 10 is fed back to the position / posture estimation device 8 as feedback data relating to the movement amount of the vehicle C.

位置・姿勢推定装置8は、GPS受信機6から得られる車両位置データと、ジャイロ7から得られる車両姿勢データと、アクチュエータ10から得られる車両Cの移動量に関するフィードバックデータとに加えて、GPS受信機6で受信可能な衛星数から求まる車両位置の計測誤差、及び不整地で事前に測定した車輪の滑りから求まる計測誤差に基づいて、尤もらしい車両Cの現在位置及び姿勢を推定し、その推定結果を現在位置・姿勢データとして運動制御装置9に出力する。なお、この推定にはカルマンフィルタやパーティクルフィルタを用いることで、より高精度に車両Cの現在位置及び姿勢を求めることが可能になる。   In addition to the vehicle position data obtained from the GPS receiver 6, the vehicle attitude data obtained from the gyro 7, and the feedback data relating to the movement amount of the vehicle C obtained from the actuator 10, the position / orientation estimation device 8 receives GPS signals. Based on the measurement error of the vehicle position obtained from the number of satellites receivable by the aircraft 6 and the measurement error obtained from the wheel slip measured in advance on rough terrain, the current position and posture of the vehicle C are estimated and the estimation is performed. The result is output to the motion control device 9 as current position / posture data. Note that the Kalman filter and the particle filter are used for this estimation, whereby the current position and posture of the vehicle C can be obtained with higher accuracy.

(車両Cの運動制御動作)
続いて、運動制御装置9による車両Cの運動制御動作について説明する。運動制御装置9は、経路計画装置5から得られる経路計画データと、位置・姿勢推定装置8から得られる現在位置・姿勢データとを基に、車両Cが計画された移動経路に沿って移動するように、且つ移動経路を中心とする所定の許容範囲内を移動するようにアクチュエータ10を制御する。
(Motion control operation of vehicle C)
Next, the motion control operation of the vehicle C by the motion control device 9 will be described. The motion control device 9 moves along the planned movement route based on the route planning data obtained from the route planning device 5 and the current position / posture data obtained from the position / posture estimation device 8. Thus, the actuator 10 is controlled to move within a predetermined allowable range centered on the movement path.

具体的には、まず、計画された移動経路及び速度となるように、車両Cの現在位置及び姿勢を基に計画された移動経路に対するズレ量を加算し、所定の許容範囲内で移動経路に沿うように車両Cの目標旋回半径を決定する(移動経路に十分近ければ、移動経路の旋回半径を目標旋回半径に決定する)。そして、目標旋回半径の決定後、予め作成しておいたステアリング角・速度と旋回半径とを対応付けるテーブルに基づいて、現在速度及び目標旋回半径から実施すべきステアリング角を決定する。運動制御装置9は、上記のように決定したステアリング角となるようにアクチュエータ10に対してステアリングの回転量を指示する。   Specifically, first, the deviation amount with respect to the planned movement route is added based on the current position and posture of the vehicle C so that the planned movement route and speed are obtained, and the movement route is set within a predetermined allowable range. The target turning radius of the vehicle C is determined so as to be along (the turning radius of the moving path is determined as the target turning radius if it is sufficiently close to the moving path). Then, after the target turning radius is determined, the steering angle to be executed is determined from the current speed and the target turning radius based on a table that associates the steering angle / speed and the turning radius prepared in advance. The motion control device 9 instructs the actuator 10 on the amount of steering rotation so that the steering angle determined as described above is obtained.

一方、現在の旋回半径、及び近傍(10m程度)の移動経路の旋回半径の最も厳しい(半径の小さい)値から車両Cが安全に旋回するための最大速度を求め(車両Cの物理モデルと砂地などの摩擦係数を用いてシミュレーションを行って事前に求めておく)、最大速度と計画された速度との小さい方を車両Cの目標速度とする。運動制御装置9は、上記のように決定した目標速度と現在の速度とを基に、PID制御などを用いて制御値を決定し、アクチュエータ10の車輪を駆動するためのモータを制御する。
なお、移動経路に対するズレ量が大きくなった場合には、経路計画装置5に対して移動経路の再計画を指示し、以前の移動経路に依存せずに、現在位置からスムーズな移動経路を計画することが望ましい。
On the other hand, the maximum speed for the vehicle C to turn safely is obtained from the current turning radius and the most severe (small radius) value of the turning radius of the nearby (about 10 m) moving route (the physical model of the vehicle C and the sand) A smaller one of the maximum speed and the planned speed is set as the target speed of the vehicle C. The motion control device 9 determines a control value using PID control or the like based on the target speed determined as described above and the current speed, and controls a motor for driving the wheels of the actuator 10.
If the amount of displacement with respect to the movement route becomes large, the route planning device 5 is instructed to re-plan the movement route, and a smooth movement route is planned from the current position without depending on the previous movement route. It is desirable to do.

以上説明したような運動制御装置9による運動制御動作によって、図18に示すように、車両Cは計画された移動経路に沿って移動するように、且つ移動経路を中心とする所定の許容範囲内を移動するように制御されることになる。   By the motion control operation by the motion control device 9 as described above, as shown in FIG. 18, the vehicle C moves along the planned travel route and within a predetermined allowable range centered on the travel route. Will be controlled to move.

以上のように、本実施形態によれば、不整地のように全体的に平坦・なだらかな地形であっても、そこある道のような通行痕跡(轍、ふみ跡など)を検出することが可能である。そして、不整地における通行痕跡は、実際に以前から何度か車両が通行していた結果生じるものであり、その延長線上は継続して通行可能なエリアになっている可能性が極めて高い。このような通行痕跡を使って計測エリア外の通行可能性が高い方向を予測することで、計測エリア外も含めて効率的な移動経路を計画することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, even if the terrain is generally flat and gentle, such as rough terrain, it is possible to detect a traffic trace (such as a hail or a fumigation trace) like a certain road. Is possible. And the traffic trace in rough terrain arises as a result of the fact that the vehicle has actually passed several times before, and it is highly possible that the extension line is an area that can continue to pass. By predicting a direction with a high possibility of passage outside the measurement area using such a traffic trace, it is possible to plan an efficient movement route including outside the measurement area.

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、各ガボールフィルタGF1〜GFnの周波数パラメータ(角周波数u)を固定値とする場合を例示した。これは、通路の撮影エリアが奥行き方向に10mから20mの領域である場合、角周波数uが視野中の3度に相当するように設定すると、撮影対象上での波の山から谷間での距離は25cm〜50cmとなり、車輪よりやや大きいサイズとなり、複数回車輪が通過した結果にできる車輪跡に近いサイズとなるためである。しかしながら、図3の入力画像からわかるように、轍などの通行痕跡の幅は、奥行き方向の位置によって変化する。そこで、入力画像における奥行き方向の位置に応じて、各ガボールフィルタGF1〜GFnの周波数パラメータを変更することが望ましい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, The following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, the case where the frequency parameter (angular frequency u 0 ) of each of the Gabor filters GF1 to GFn is a fixed value is exemplified. This is because, when the shooting area of the passage is an area of 10 m to 20 m in the depth direction, if the angular frequency u 0 is set to correspond to 3 degrees in the field of view, the wave peaks and valleys on the shooting target This is because the distance is 25 cm to 50 cm, which is slightly larger than the wheel, and is close to a wheel mark that can be obtained as a result of passing the wheel multiple times. However, as can be seen from the input image in FIG. 3, the width of the traffic trace such as the heel varies depending on the position in the depth direction. Therefore, it is desirable to change the frequency parameters of the Gabor filters GF1 to GFn according to the position in the depth direction in the input image.

具体的には、記憶装置2bに、入力画像における奥行き方向の位置に応じた周波数パラメータを有すると共に方向パラメータの異なるガボールフィルタを予め記憶しておき、信号処理装置2cに、記憶装置2bから検出対象領域におけるフィルタリング対象位置(つまり図5中の中心画素の位置)に対応する周波数パラメータを有するガボールフィルタを読み出してフィルタリング処理する機能を持たせれば良い。  Specifically, a Gabor filter having a frequency parameter corresponding to the position in the depth direction in the input image and having a different direction parameter is stored in advance in the storage device 2b, and the detection target from the storage device 2b is stored in the signal processing device 2c. What is necessary is just to have a function of reading and filtering a Gabor filter having a frequency parameter corresponding to the filtering target position in the region (that is, the position of the central pixel in FIG. 5).

(2)上記実施形態では、空間周波数フィルタとして2次元ガボールフィルタを用いた場合を例示したが、これに限らず、その他の2次元ウェーブレットフィルタや2次元窓付きフーリエ変換を利用したフィルタなどを空間周波数フィルタとして用いても良い。 (2) In the above embodiment, the case where a two-dimensional Gabor filter is used as the spatial frequency filter is exemplified. However, the present invention is not limited to this, and other two-dimensional wavelet filters, filters using a two-dimensional windowed Fourier transform, and the like can be used. It may be used as a frequency filter.

(3)また、上記実施形態では、入力画像に存在する通行痕跡を検出する画像処理手法として、空間周波数フィルタを用いた場合を例示して説明したが、これに限定されず、通行痕跡を検出可能な画像処理手法であれば他の手法を採用しても良い。すなわち、撮影画像の中から幅を有する帯状の模様を通行痕跡として検出する手法、または、幅を有し、途中で断続的になっている帯状の模様が複数、3次元空間上で平行になっている部分を通行痕跡として検出する手法、或いは、幅を有し、途中で断続的になっている帯状の部分を撮影画像中から見つけ出し、最も多数の帯状部分が共有する消失点に向かっている帯状部分を通行痕跡として絞り込む手法であれば、他の手法を用いても良い。 (3) In the above embodiment, the case where the spatial frequency filter is used as the image processing technique for detecting the traffic trace existing in the input image has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the traffic trace is detected. Other techniques may be adopted as long as they are possible image processing techniques. That is, a method of detecting a band-shaped pattern having a width from a photographed image as a passing trace, or a plurality of band-shaped patterns having a width and intermittent in the middle are parallel in a three-dimensional space. To detect a moving part as a moving trace, or to find a band-like part that has a width and is intermittent in the middle of the captured image, and is moving toward the vanishing point shared by the largest number of belt-like parts Other techniques may be used as long as the technique narrows down the belt-like portion as a passing trace.

(4)上記実施形態では、移動体制御装置を搭載した移動体として車両Cを例示して説明したが、移動体はこれに限らず、ロボットなどの2足歩行をする移動体であっても本発明における移動体制御装置を適用することが可能である。 (4) In the above-described embodiment, the vehicle C is illustrated and described as the moving body on which the moving body control device is mounted. However, the moving body is not limited thereto, and may be a moving body that walks on two legs, such as a robot. The moving body control device according to the present invention can be applied.

C…車両、1a、1b…撮影装置、2…画像処理装置、3…3次元計測装置、4…3次元マップ作成装置、5…経路計画装置、6…GPS受信機、7…ジャイロ、8…位置・姿勢推定装置、9…運動制御装置、10…アクチュエータ、2a…A/Dコンバータ、2b…記憶装置、2c…信号処理装置、2d…RAM(Random Access Memory)、PG…通路検出プログラム、GF1〜GFn…ガボールフィルタ   C ... Vehicle, 1a, 1b ... Imaging device, 2 ... Image processing device, 3 ... Three-dimensional measuring device, 4 ... Three-dimensional map creation device, 5 ... Path planning device, 6 ... GPS receiver, 7 ... Gyro, 8 ... Position / attitude estimation device, 9 ... motion control device, 10 ... actuator, 2a ... A / D converter, 2b ... storage device, 2c ... signal processing device, 2d ... RAM (Random Access Memory), PG ... passage detection program, GF1 ~ GFn ... Gabor filter

Claims (11)

移動体の進行方向を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段から得られる撮影画像を基に所定の画像処理を行うことにより、前記撮影画像に存在する通行痕跡を検出する画像処理手段と、
前記画像処理手段によって検出された通行痕跡を基に前記移動体の移動経路を計画する経路計画手段と、
移動体の進行方向の3次元形状を計測する3次元計測手段と、
前記3次元計測手段から得られる3次元形状の計測結果を基に地図を作成する地図作成手段と、を備え、
前記経路計画手段は、前記地図作成手段によって作成された地図及び前記画像処理手段によって検出された通行痕跡を基に前記移動体の移動経路を計画することを特徴とする移動経路計画装置。
Photographing means for photographing the traveling direction of the moving body;
Image processing means for detecting traffic traces present in the photographed image by performing predetermined image processing based on the photographed image obtained from the photographing means;
Route planning means for planning a moving route of the moving body based on the traffic trace detected by the image processing means;
Three-dimensional measuring means for measuring the three-dimensional shape of the moving body in the traveling direction;
A map creation means for creating a map based on the measurement result of the three-dimensional shape obtained from the three-dimensional measurement means,
The route planning unit plans the moving route of the moving body based on the map created by the map creating unit and the traffic trace detected by the image processing unit .
前記画像処理手段は、幅を有する帯状の模様を前記通行痕跡として検出することを特徴とする請求項1記載の移動経路計画装置。 The movement path planning apparatus according to claim 1 , wherein the image processing unit detects a band-like pattern having a width as the traffic trace . 前記画像処理手段は、幅を有し、途中で断続的になっている帯状の模様が複数、3次元空間上で平行になっている部分を前記通行痕跡として検出することを特徴とする請求項1記載の移動経路計画装置。 The image processing means detects a plurality of strip-like patterns having a width and being intermittent in the middle as a part that is parallel in a three-dimensional space as the traffic trace. 1. The movement path planning device according to 1. 前記画像処理手段は、幅を有し、途中で断続的になっている帯状の部分を前記撮影画像中から見つけ出し、最も多数の帯状部分が共有する消失点に向かっている帯状部分を前記通行痕跡として絞り込むことを特徴とする請求項1記載の移動経路計画装置。 The image processing means finds a band-like portion having a width and being intermittent in the middle from the photographed image, and the band-like portion facing the vanishing point shared by the most numerous belt-like portions is taken as the traffic trace. The movement path planning apparatus according to claim 1 , wherein the movement path planning apparatus is narrowed down as follows . 前記画像処理手段は、
方向パラメータの異なる複数の空間周波数フィルタを用いて、前記撮影画像における検出対象領域をフィルタリングすることにより、前記検出対象領域についての各方向の強度分布データを生成するフィルタリング処理と、
前記フィルタリング処理によって生成された前記強度分布データを基に前記検出対象領域における各画素の模様方向を特定する模様方向特定処理と、
前記模様方向特定処理による前記模様方向の特定結果を基に所定の統計処理を行うことにより、前記検出対象領域において通行痕跡が存在すると推定される痕跡領域を検出する痕跡領域検出処理と、を行う
ことを特徴とする請求項1記載の移動経路計画装置。
The image processing means includes
A filtering process for generating intensity distribution data in each direction for the detection target region by filtering the detection target region in the captured image using a plurality of spatial frequency filters having different direction parameters;
A pattern direction specifying process for specifying a pattern direction of each pixel in the detection target region based on the intensity distribution data generated by the filtering process;
And performing a predetermined statistical process based on the pattern direction identification result of the pattern direction identification process, thereby performing a trace area detection process for detecting a trace area that is estimated to have a traffic trace in the detection target area.
The movement path planning apparatus according to claim 1 .
前記画像処理手段は、
方向パラメータの異なる複数の空間周波数フィルタを用いて、前記撮影画像における検出対象領域をフィルタリングすることにより、前記検出対象領域についての各方向の強度分布データを生成するフィルタリング処理と、
前記フィルタリング処理によって生成された前記強度分布データを基に前記検出対象領域における各画素の模様方向を特定する模様方向特定処理と、
前記検出対象領域を奥行き方向に沿って複数に分割して得られる副検出対象領域ごとに、前記模様方向特定処理による前記模様方向の特定結果に基づいて所定の統計処理を行うことにより、前記副検出対象領域において通行痕跡が存在すると推定される痕跡領域を検出する痕跡領域検出処理と、を行う
ことを特徴とする請求項1記載の移動経路計画装置。
The image processing means includes
A filtering process for generating intensity distribution data in each direction for the detection target region by filtering the detection target region in the captured image using a plurality of spatial frequency filters having different direction parameters;
A pattern direction specifying process for specifying a pattern direction of each pixel in the detection target region based on the intensity distribution data generated by the filtering process;
For each sub-detection target region obtained by dividing the detection target region into a plurality of portions along the depth direction, predetermined sub-statistic processing is performed based on the pattern direction identification result by the pattern direction identification processing, thereby And a trace area detection process for detecting a trace area that is estimated to have a traffic trace in the detection target area.
The movement path planning apparatus according to claim 1 .
前記画像処理手段は、前記痕跡領域検出処理における前記統計処理として、
前記検出対象領域における各画素のそれぞれを投票元画素として選択し、前記投票元画素を起点としてその模様方向に平行な直線上に存在する画素、または前記投票元画素を起点としてその模様方向に沿うように設定された投票対象領域に含まれる画素に対して投票を行う投票処理と、
前記投票処理による投票結果を基に投票回数が最も大きい画素を消失点として特定する消失点特定処理と、
前記消失点の投票元画素を有効投票画素として抽出する有効投票画素抽出処理と、
前記検出対象領域において前記消失点を頂点とする領域を複数の小領域に分割し、各小領域の内、前記有効投票画素の比率が所定の閾値を超えた小領域を前記痕跡領域として特定する痕跡領域特定処理と、を行う
ことを特徴とする請求項5記載の移動経路計画装置。
The image processing means, as the statistical processing in the trace area detection processing,
Each pixel in the detection target area is selected as a voting source pixel, and the pixel existing on a straight line parallel to the pattern direction starting from the voting source pixel, or along the pattern direction starting from the voting source pixel A voting process for voting on pixels included in the voting target area set as described above,
A vanishing point identifying process that identifies a pixel with the largest number of votes as a vanishing point based on the voting result of the voting process;
An effective voting pixel extraction process for extracting the voting source pixel of the vanishing point as an effective voting pixel;
In the detection target area, an area having the vanishing point as a vertex is divided into a plurality of small areas, and a small area in which the ratio of the effective voting pixels exceeds a predetermined threshold is specified as the trace area. Trace area identification processing
The movement path planning apparatus according to claim 5, wherein:
前記画像処理手段は、前記痕跡領域検出処理における前記統計処理として、
前記副検出対象領域における各画素のそれぞれを投票元画素として選択し、前記投票元画素を起点としてその模様方向に平行な直線上に存在する画素、または前記投票元画素を起点としてその模様方向に沿うように設定された投票対象領域に含まれる画素に対して投票を行う投票処理と、
前記投票処理による投票結果を基に投票回数が最も大きい画素を消失点として特定する消失点特定処理と、
前記消失点の投票元画素を有効投票画素として抽出する有効投票画素抽出処理と、
前記副検出対象領域において前記消失点を頂点とする領域を複数の小領域に分割し、各小領域の内、前記有効投票画素の比率が所定の閾値を超えた小領域を前記痕跡領域として特定する痕跡領域特定処理と、を行う
ことを特徴とする請求項6記載の移動経路計画装置。
The image processing means, as the statistical processing in the trace area detection processing,
Each pixel in the sub-detection target region is selected as a voting source pixel, and the pixel existing on a straight line parallel to the pattern direction from the voting source pixel, or the voting source pixel as a starting point in the pattern direction A voting process for voting on the pixels included in the voting target area set along
A vanishing point identifying process that identifies a pixel with the largest number of votes as a vanishing point based on the voting result of the voting process;
An effective voting pixel extraction process for extracting the voting source pixel of the vanishing point as an effective voting pixel;
In the sub detection target area, an area having the vanishing point as a vertex is divided into a plurality of small areas, and a small area in which the ratio of the effective voting pixels exceeds a predetermined threshold is specified as the trace area. Trace area identification processing to be performed
The movement path planning apparatus according to claim 6 .
請求項1〜8のいずれか一項に記載の移動経路計画装置と、The movement path planning device according to any one of claims 1 to 8,
移動体の動力を発生するアクチュエータと、An actuator for generating power of the moving body;
前記移動経路計画装置によって計画された移動経路に沿って移動体が移動するように前記アクチュエータを制御する運動制御手段と、Motion control means for controlling the actuator so that the moving body moves along the movement path planned by the movement path planning device;
を備えることを特徴とする移動体制御装置。A moving body control apparatus comprising:
前記移動体の位置に関する情報を取得する位置情報取得手段と、
前記移動体の姿勢に関する情報を取得する姿勢情報取得手段と、
前記位置情報取得手段及び前記姿勢情報取得手段によって取得された情報を基に前記移動体の現在位置及び姿勢を推定する位置・姿勢推定手段を備え、
前記運動制御手段は、前記位置・姿勢推定手段によって推定された移動体の現在位置及び姿勢を基に前記移動体が前記移動経路を中心とする所定の許容範囲内を移動するように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項9記載の移動体制御装置。
Position information acquisition means for acquiring information relating to the position of the moving body;
Attitude information acquisition means for acquiring information relating to the attitude of the moving body;
A position / posture estimation unit that estimates the current position and posture of the moving body based on the information acquired by the position information acquisition unit and the posture information acquisition unit;
The motion control means controls the actuator so that the moving body moves within a predetermined allowable range centering on the moving path based on the current position and posture of the moving body estimated by the position / posture estimating means. The mobile body control device according to claim 9, wherein the mobile body control device is controlled.
請求項9または10に記載の移動体制御装置を搭載することを特徴とする移動体。A moving body equipped with the moving body control device according to claim 9.
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