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JP6547362B2 - Self-position calculation device and self-position calculation method - Google Patents
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JP6547362B2 - Self-position calculation device and self-position calculation method - Google Patents

Self-position calculation device and self-position calculation method Download PDF

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JP6547362B2 JP2015063863A JP2015063863A JP6547362B2 JP 6547362 B2 JP6547362 B2 JP 6547362B2 JP 2015063863 A JP2015063863 A JP 2015063863A JP 2015063863 A JP2015063863 A JP 2015063863A JP 6547362 B2 JP6547362 B2 JP 6547362B2
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Description

本発明は、車両の現在位置及び姿勢角を算出する自己位置算出装置及び自己位置算出方法に関するものである。   The present invention relates to a self-position calculation device and a self-position calculation method for calculating a current position and an attitude angle of a vehicle.

車両に搭載されたカメラで撮像された車両近傍の画像を取得し、この画像の変化に基づいて車両の移動量を求める技術が知られている(特許文献1参照)。特許文献1では、車両の低速かつ微妙な移動においても精度よく移動量を求めるために、画像の中から特徴点を検出し、画像上の特徴点の位置を求め、特徴点の移動方向及び移動距離(移動量)から車両の移動量を求めている。   There is known a technique of acquiring an image in the vicinity of a vehicle captured by a camera mounted on the vehicle and determining a movement amount of the vehicle based on a change in the image (see Patent Document 1). In Patent Document 1, in order to accurately determine the movement amount even at low speed and subtle movement of the vehicle, the feature point is detected from the image, the position of the feature point on the image is determined, and the movement direction and movement of the feature point The moving amount of the vehicle is obtained from the distance (moving amount).

また、車両姿勢の変化量を算出する技術として、車両から路面に投光したパターン光をカメラで撮像し、その画像上の形状から三角測量の原理を用いてカメラに対する路面の平面式を算出して路面に対する車両の距離や姿勢を算出する技術がある(特許文献2参照)。これらの技術を用いる場合、トンネル内や夜間のように路面が暗い状況では、カメラで撮像した画像から路面の特徴を検出することは難しいので、路面にライトを照射して路面の特徴を検出する。   In addition, as a technique to calculate the amount of change in the vehicle attitude, the camera captures an image of pattern light projected from the vehicle onto the road surface, and calculates the plane formula of the road surface for the camera using the triangulation principle from the shape on the image. There is a technology for calculating the distance and attitude of a vehicle relative to the road surface (see Patent Document 2). When using these techniques, it is difficult to detect road surface features from images taken with a camera under dark conditions such as in a tunnel or at night, so light the road surface to detect road surface features. .

特開2008−175717号公報JP, 2008-175717, A 特開2007−278951号公報JP 2007-278951 A

しかしながら、上述した従来の移動量を算出する技術では、カメラ画像上における路面の特徴やパターン光は同一平面上にあることが前提となっている。したがって、路面上に影を作り出すような凹凸がある場合に、この凹凸による特徴や凹凸に照射されたパターン光から車両の移動量を算出すると、移動量推定の誤差が拡大して車両の自己位置を精度よく算出することができないという問題点があった。   However, in the above-described conventional technique for calculating the amount of movement, it is premised that the feature of the road surface and the pattern light on the camera image are on the same plane. Therefore, when there is an unevenness on the road surface to generate a shadow, calculating the movement amount of the vehicle from the pattern light irradiated to the feature or unevenness due to the unevenness, the error of movement amount estimation is enlarged and the vehicle's self position There was a problem that it was not possible to calculate with high accuracy.

そこで、本発明は上述した実情に鑑みて提案されたものであり、路面上に凹凸があっても車両の自己位置を精度良く算出することのできる自己位置算出装置及びその方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described situation, and it is an object of the present invention to provide a self position calculation apparatus and method capable of accurately calculating the self position of a vehicle even if there are irregularities on the road surface. To aim.

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る自己位置算出装置及びその方法は、車両に搭載された投光器から車両周囲の路面に少なくともパターン光を投光し、撮像部によってパターン光が投光された領域を含む車両周囲の路面を撮像して画像を取得する。そして、取得した画像から路面の凹凸による画像上の影の位置を検出し、影の位置に基づいて画像上に検出領域を設定し、この検出領域におけるパターン光の位置から路面に対する車両の姿勢角を算出する。また、設定された検出領域から路面上の複数の特徴点を検出し、検出された路面上の複数の特徴点の時間変化に基づいて、車両の姿勢変化量を算出する。これらの結果を用いて、本発明の一態様に係る自己位置算出装置及びその方法は、路面に対する車両の初期位置および姿勢角に、姿勢変化量を加算してゆくことで、車両の現在位置及び姿勢角を算出する。   In order to solve the problems described above, the self-position calculation apparatus and method according to one aspect of the present invention project at least pattern light from the projector mounted on the vehicle to the road surface around the vehicle, and the imaging unit Captures an image of the road surface around the vehicle including the lighted area. Then, the position of the shadow on the image due to the unevenness of the road surface is detected from the acquired image, the detection area is set on the image based on the position of the shadow, and the attitude angle of the vehicle to the road surface from the position of the pattern light in this detection area Calculate Further, a plurality of feature points on the road surface are detected from the set detection area, and the amount of change in posture of the vehicle is calculated based on the time change of the plurality of feature points on the detected road surface. Based on these results, the self-position calculating apparatus and method according to an aspect of the present invention add the amount of change in posture to the initial position and posture angle of the vehicle relative to the road surface, to obtain the current position of the vehicle and Calculate the attitude angle.

本発明によれば、路面の凹凸の位置を考慮して画像上に検出領域を設定するので、路面上に凹凸があっても車両の自己位置を精度良く算出することができる。   According to the present invention, since the detection area is set on the image in consideration of the position of the unevenness of the road surface, the self position of the vehicle can be accurately calculated even if the unevenness is present on the road surface.

図1は、本発明の第1実施形態に係る自己位置算出装置の全体構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an entire configuration of a self-position calculation apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図2は、投光器及びカメラの車両への搭載例を示す外観図である。FIG. 2 is an external view showing an example of mounting a light projector and a camera on a vehicle. 図3は、投光器とカメラの配置から、各スポット光が照射された路面上の位置とカメラの移動方向を求める様子を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic view showing how the position on the road surface on which each spot light is irradiated and the moving direction of the camera are obtained from the arrangement of the light projector and the camera. 図4は、カメラにより取得された画像に対して二値化処理を施したパターン光の画像を示す図である。FIG. 4 is a view showing an image of pattern light obtained by binarizing the image acquired by the camera. 図5は、路面上の凸部による影の変化を説明するための図である。FIG. 5 is a view for explaining the change of the shadow by the convex portion on the road surface. 図6は、第1実施形態に係る自己位置算出装置による画像上の影の位置から検出領域を設定する方法を説明するための図である。FIG. 6 is a view for explaining a method of setting a detection area from the position of a shadow on an image by the self-position calculation apparatus according to the first embodiment. 図7は、距離及び姿勢角の変化量を算出する方法を説明するための模式図である。FIG. 7 is a schematic view for explaining a method of calculating the amount of change in distance and attitude angle. 図8は、時刻tと時刻t+Δtに取得されたフレーム(画像)の一例を示す図である。FIG. 8 is a view showing an example of a frame (image) acquired at time t and time t + Δt. 図9は、本発明の第1実施形態に係る自己位置算出装置による自己位置算出方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing the procedure of the self position calculation method by the self position calculation device according to the first embodiment of the present invention. 図10は、図9のステップS11の詳細な手順を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing a detailed procedure of step S11 of FIG. 図11は、車両の移動による路面上の凸部による影の変化を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the change of the shadow by the convex portion on the road surface due to the movement of the vehicle. 図12は、車両の移動による路面上の凹部による影の変化を説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining the change of the shadow by the concave portion on the road surface due to the movement of the vehicle. 図13は、第2実施形態に係る自己位置算出装置による画像上の影の位置から検出領域を設定する方法を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for describing a method of setting a detection area from the position of a shadow on an image by the self-position calculating apparatus according to the second embodiment. 図14は、第2実施形態に係る自己位置算出装置による画像上の影の位置から検出領域を設定する方法を説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for describing a method of setting a detection area from the position of a shadow on an image by the self-position calculating device according to the second embodiment. 図15は、第3実施形態に係る自己位置算出装置による画像上の影の位置から検出領域を設定する方法を説明するための図である。FIG. 15 is a diagram for describing a method of setting a detection area from the position of a shadow on an image by the self-position calculating device according to the third embodiment.

以下、図面を参照して、実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same parts will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

(第1実施形態)
(ハードウェア構成)
先ず、図1を参照して、第1実施形態に係る自己位置算出装置のハードウェア構成を説明する。自己位置算出装置は、パターン光投光器11と、カメラ12と、エンジンコントロールユニット(ECU)13と、路面投光器14とを備える。パターン光投光器11は、車両に搭載され、車両周囲の路面にパターン光を投光する。カメラ12は、車両に搭載され、パターン光が投光された領域を含む車両周囲の路面を撮像して画像を取得する撮像部の一例である。ECU13は、パターン光投光器11及び路面投光器14を制御し、且つカメラ12により取得された画像から車両の移動量を推定する一連の情報処理サイクルを実行する制御部の一例である。路面投光器14は、車両に搭載され、車両周囲の路面を照らす光源の一例である。路面投光器14は、パターン光投光器11と一体の投光器として、パターン光及び車両周囲の路面を照らす光を投光することもできる。
First Embodiment
(Hardware configuration)
First, the hardware configuration of the self-position calculation apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The self position calculation device includes a pattern light projector 11, a camera 12, an engine control unit (ECU) 13, and a road surface light projector 14. The pattern light projector 11 is mounted on a vehicle and projects pattern light on the road surface around the vehicle. The camera 12 is an example of an imaging unit that is mounted on a vehicle and captures an image of a road surface around the vehicle including a region where pattern light is projected. The ECU 13 is an example of a control unit that controls the pattern light projector 11 and the road light projector 14 and executes a series of information processing cycles for estimating the movement amount of the vehicle from the image acquired by the camera 12. The road surface light projector 14 is an example of a light source mounted on a vehicle and illuminating a road surface around the vehicle. The road surface light emitter 14 can also project the pattern light and the light that illuminates the road surface around the vehicle as a light emitter integrated with the pattern light light emitter 11.

カメラ12は、固体撮像素子、例えばCCD及びCMOSを用いたデジタルカメラであって、画像処理が可能なデジタル画像を取得する。カメラ12の撮像対象は車両周囲の路面であって、車両周囲の路面には、車両の前部、後部、側部、車両底部の路面が含まれる。例えば、図2に示すように、カメラ12は、車両10の前部、具体的にはフロントバンパ上に搭載することができる。   The camera 12 is a digital camera using a solid-state imaging device such as a CCD and a CMOS, and acquires a digital image capable of image processing. The imaging target of the camera 12 is a road surface around the vehicle, and the road surface around the vehicle includes the front, rear, side, and the road surface at the bottom of the vehicle. For example, as shown in FIG. 2, the camera 12 can be mounted on the front of the vehicle 10, specifically on the front bumper.

車両10の前方の路面31上の特徴点(テクスチャ)及びパターン光投光器11により投光されたパターン光32bを撮像できるように、カメラ12が設置される高さ及び向きが調整され、且つ、カメラ12が備えるレンズのピント及び絞りが自動調整される。カメラ12は、所定の時間間隔をおいて繰り返し撮像を行い、一連の画像(フレーム)群を取得する。カメラ12により取得された画像データは、ECU13へ転送され、ECU13が備えるメモリに記憶される。   The height and direction in which the camera 12 is installed are adjusted so that the feature points (texture) on the road surface 31 in front of the vehicle 10 and the pattern light 32 b projected by the pattern light projector 11 can be captured. The focus and aperture of the lens included in 12 are automatically adjusted. The camera 12 repeatedly performs imaging at predetermined time intervals to acquire a series of image (frame) groups. The image data acquired by the camera 12 is transferred to the ECU 13 and stored in a memory included in the ECU 13.

パターン光投光器11は、図2に示すように、カメラ12の撮像範囲内の路面31に向けて、正方形や長方形の格子像を含む所定の形状を有するパターン光32bを投光する。カメラ12は、路面31に照射されたパターン光を撮像する。パターン光投光器11は、例えば、レーザポインター及び回折格子を備える。レーザポインターから射出されたレーザ光を回折格子で回折することにより、パターン光投光器11は、図2〜図4に示すように、格子像、或いは行列状に配列された複数のスポット光Sからなるパターン光(32b、32a)を生成する。図3及び図4に示す例では、5×7のスポット光Sからなるパターン光32aを生成している。また、パターン光投光器11は、パターン光を投光するだけでなく路面投光器14の代わりに、カメラ12の撮像範囲内の路面を照らす光源として利用してもよい。 The pattern light projector 11 projects the pattern light 32b having a predetermined shape including a square or rectangular grid image toward the road surface 31 within the imaging range of the camera 12, as shown in FIG. The camera 12 images the pattern light irradiated to the road surface 31. The pattern light projector 11 includes, for example, a laser pointer and a diffraction grating. By diffracting the laser beam emitted from the laser pointer in the diffraction grating, the pattern light projector 11, as shown in FIGS. 2 to 4, the grating image, or a matrix a plurality of which are arranged in the spot light S p Pattern light (32b, 32a) is generated. In the example shown in FIGS. 3 and 4, and generates a pattern light 32a consisting spotlight S p of 5 × 7. Further, the pattern light projector 11 may be used not only for projecting the pattern light but also as a light source for illuminating the road surface within the imaging range of the camera 12 instead of the road light projector 14.

路面投光器14は、カメラ12の撮像範囲内の路面31を照らす光源であり、ヘッドライトやフォグランプ等の予め車両に搭載されたものでもよいし、別途車両に搭載されたものでもよい。   The road surface light projector 14 is a light source which illuminates the road surface 31 within the imaging range of the camera 12, and may be a vehicle light such as a headlight or a fog lamp, or may be separately mounted on the vehicle.

ECU13は、CPU、メモリ、及び入出力部を備えるマイクロコントローラからなり、予めインストールされたコンピュータプログラムを実行することにより、自己位置算出装置が備える複数の情報処理部を構成する。ECU13は、カメラ12により取得された画像から車両の現在位置を算出する一連の情報処理サイクルを、画像(フレーム)毎に繰り返し実行する。ECU13は、車両10にかかわる他の制御に用いるECUと兼用してもよい。   The ECU 13 includes a microcontroller including a CPU, a memory, and an input / output unit, and configures a plurality of information processing units included in the self-position calculation apparatus by executing a computer program installed in advance. The ECU 13 repeatedly executes a series of information processing cycles for calculating the current position of the vehicle from the image acquired by the camera 12 for each image (frame). The ECU 13 may be used also as an ECU used for other control related to the vehicle 10.

複数の情報処理部には、検出領域設定部20と、パターン光抽出部21と、姿勢角算出部22と、姿勢変化量算出部24と、自己位置算出部26と、パターン光制御部27とが含まれる。姿勢変化量算出部24には、特徴点検出部23が含まれる。   The plurality of information processing units include a detection area setting unit 20, a pattern light extraction unit 21, an attitude angle calculation unit 22, an attitude change amount calculation unit 24, a self position calculation unit 26, and a pattern light control unit 27. Is included. The posture change amount calculation unit 24 includes a feature point detection unit 23.

検出領域設定部20は、カメラ12で取得した画像から、路面投光器14の光源によって作られる路面の凹凸による画像上の影の位置を検出し、この影の位置に基づいて画像上に検出領域を設定する。特に、本実施形態では、画像上の影の位置から路面投光器14の光源方向の領域を除いて検出領域を設定する。   The detection area setting unit 20 detects the position of the shadow on the image due to the unevenness of the road surface created by the light source of the road light projector 14 from the image acquired by the camera 12 and detects the detection area on the image based on the position of the shadow. Set In particular, in the present embodiment, the detection area is set by excluding the area in the light source direction of the road surface light projector 14 from the position of the shadow on the image.

具体的に説明すると、図5に示すように、路面に影を作る路面上の凸部には図5(a)に示すような一部だけ突き出た小さな凸部51もあれば、図5(b)に示すような光源方向に長く突き出た凸部53もある。しかし、カメラ12で撮像した画像上では、凸部51と凸部53の高さと幅が同一であれば、図5(c)に示すように影55は同一形状になる。したがって、カメラ12で撮像した画像上で、路面上の凸部51、53の形状を判別することは難しい。   Specifically, as shown in FIG. 5, if there is a small convex portion 51 projecting only a part as shown in FIG. There is also a convex portion 53 protruding long in the light source direction as shown in b). However, on the image captured by the camera 12, if the height and width of the convex portion 51 and the convex portion 53 are the same, as shown in FIG. 5C, the shadows 55 have the same shape. Therefore, it is difficult to determine the shapes of the convex portions 51 and 53 on the road surface on the image captured by the camera 12.

また、後述する特徴点検出部23による特徴点の検出や姿勢角算出部22による車両の距離及び姿勢角の算出は、路面が平坦であることを前提としている。したがって、凸部の画像から特徴点を検出したり、凸部に投光されたパターン光から距離及び姿勢角を算出することは好ましくない。   Further, the detection of feature points by the feature point detection unit 23 described later and the calculation of the distance and attitude angle of the vehicle by the attitude angle calculation unit 22 are premised on the flat road surface. Therefore, it is not preferable to detect the feature point from the image of the convex portion or to calculate the distance and the attitude angle from the pattern light projected to the convex portion.

そこで、本実施形態では、路面上に凸部が存在する可能性のある領域を除いて検出領域を設定し、設定された検出領域内で特徴点の検出や距離及び姿勢角の算出を行う。これにより、路面上に凹凸があったとしても車両の自己位置を精度良く算出することができる。   Therefore, in the present embodiment, the detection area is set excluding the area where the convex portion may exist on the road surface, and the detection of the feature point and the calculation of the distance and the attitude angle are performed in the set detection area. Thereby, even if the road surface is uneven, the vehicle's own position can be accurately calculated.

次に、検出領域設定部20による検出領域の設定方法を説明する。まず、検出領域設定部20は、カメラ12により取得された画像をメモリから読み込み、この画像から路面の凹凸による画像上の影の位置を検出する。本実施形態では、カメラ12の撮像画像の輝度値を閾値Bthで2値化して2値化画像を生成し、暗いほうの部分を影の領域と判定する。閾値Bthは、光源の強さやカメラ及び光源の路面に対する距離や角度、設置位置に応じて変化するので、予め実験等で求めておいてメモリに記憶させておけばよい。   Next, a method of setting a detection area by the detection area setting unit 20 will be described. First, the detection area setting unit 20 reads the image acquired by the camera 12 from the memory, and detects the position of the shadow on the image due to the unevenness of the road surface from this image. In the present embodiment, the luminance value of the image captured by the camera 12 is binarized with the threshold Bth to generate a binarized image, and the darker part is determined as a shadow area. The threshold value Bth changes according to the strength of the light source and the distance and angle of the camera and the light source with respect to the road surface, and the installation position. Therefore, the threshold value Bth may be obtained in advance by experiment etc.

そして、画像上で影の位置が検出されると、検出領域設定部20は、影の位置に基づいて画像上に検出領域を設定する。具体的に、本実施形態では、画像上の影の位置から路面投光器14の光源方向の領域を除いて検出領域を設定する。   Then, when the position of the shadow is detected on the image, the detection area setting unit 20 sets a detection area on the image based on the position of the shadow. Specifically, in the present embodiment, the detection area is set by excluding the area in the light source direction of the road surface light projector 14 from the position of the shadow on the image.

例えば、図6(a)に示すように影61a〜61eが検出された場合には、図6(b)に示すように影の位置から路面投光器14の光源方向となる点線で囲まれた領域を除外領域63a〜63eとして設定し、この除外領域63a〜63eを除いて検出領域を設定する。除外領域63a〜63eの幅は影61a〜61eの横方向(車幅方向)の最大の幅に対応して設定され、その幅で影61a〜61eの位置から光源となるパターン光投光器11または路面投光器14の方向に画像の端まで、除外領域63a〜63eが設定される。そして、検出領域設定部20は、図6(b)の画像から除外領域63a〜63eを除いて検出領域を設定し、メモリに記憶する。これにより、図5(a)、(b)に示すような凸部51、53が存在する可能性のある領域を除いて検出領域を設定できるので、路面上に凹凸があったとしても車両の自己位置を精度良く算出することができる。   For example, when the shadows 61a to 61e are detected as shown in FIG. 6A, a region surrounded by a dotted line from the position of the shadow to the light source direction of the road surface light projector 14 as shown in FIG. Are set as exclusion regions 63a to 63e, and detection regions are set excluding the exclusion regions 63a to 63e. The width of the excluded areas 63a to 63e is set corresponding to the maximum width in the lateral direction (vehicle width direction) of the shadows 61a to 61e, and the pattern light projector 11 or road surface serving as a light source from the position of the shadows 61a to 61e Excluded areas 63a to 63e are set in the direction of the projector 14 up to the end of the image. Then, the detection area setting unit 20 sets a detection area excluding the exclusion areas 63a to 63e from the image of FIG. 6B, and stores the detection area in the memory. As a result, the detection area can be set except for the area where the convex portions 51 and 53 may exist as shown in FIGS. 5A and 5B. The self position can be calculated accurately.

パターン光抽出部21は、カメラ12により取得された画像のうち検出領域の画像をメモリから読み込み、この画像からパターン光の位置を抽出する。図3(a)に示すように、例えば、パターン光投光器11が行列状に配列された複数のスポット光からなるパターン光32aを路面31に向けて投光し、路面31で反射されたパターン光32aをカメラ12で検出する。パターン光抽出部21は、カメラ12により取得された画像に対して二値化処理を施すことにより、図4(a)及び図4(b)に示すように、スポット光Sの画像のみを抽出する。パターン光抽出部21は、図4(c)に示すように、各スポット光Sの重心の位置H、即ちスポット光Sの画像上の座標(U、V)を算出することにより、パターン光32aの位置を抽出する。座標は、カメラ12の撮像素子の画素を単位とし、5×7のスポット光Sの場合、“j”は1以上35以下の自然数である。スポット光Sの画像上の座標(U、V)は、パターン光32aの位置を示すデータとしてメモリに記憶される。 The pattern light extraction unit 21 reads the image of the detection area from the memory among the images acquired by the camera 12 and extracts the position of the pattern light from the image. As shown in FIG. 3 (a), for example, the pattern light projector 11 projects pattern light 32a composed of a plurality of spot lights arranged in a matrix toward the road surface 31, and the pattern light reflected by the road surface 31 32a is detected by the camera 12. Pattern light extractor 21, by performing binarization processing on the acquired image by the camera 12, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), only the image of the spot light S p Extract. Pattern light extractor 21, as shown in FIG. 4 (c), the position H e of the center of gravity of the spot light S p, i.e. be calculated on the image of the spot light S p coordinates (U j, V j) Thus, the position of the pattern light 32a is extracted. Coordinates, the pixels of the image sensor of the camera 12 as a unit, in the case of 5 × 7 of the spot light S p, "j" is a natural number of 35 or less 1 or more. Coordinates on the image of the spot light S p (U j, V j ) is stored in a memory as data indicating the position of the pattern light 32a.

姿勢角算出部22は、パターン光32aの位置を示すデータをメモリから読み込み、カメラ12により取得された画像におけるパターン光32aの位置から、路面31に対する車両10の距離及び姿勢角を算出する。例えば、図3(a)に示すように、パターン光投光器11とカメラ12の間の基線長Lbと、各スポット光の画像上の座標(U、V)とから、三角測量の原理を用いて、各スポット光が照射された路面31上の位置を、カメラ12に対する相対位置として算出する。そして、姿勢角算出部22は、カメラ12に対する各スポット光の相対位置から、パターン光32aが投光された路面31の平面式、即ち、路面31に対するカメラ12の距離及び姿勢角(法線ベクトル)を算出する。なお、車両10に対するカメラ12の搭載位置及び撮像方向は既知であるため、実施形態においては、路面31に対する車両10の距離及び姿勢角の一例として、路面31に対するカメラ12の距離及び姿勢角を算出する。以後、路面31に対するカメラ12の距離及び姿勢角を、「距離及び姿勢角」と略す。姿勢角算出部22により算出された距離及び姿勢角は、メモリに記憶される。 The attitude angle calculation unit 22 reads data indicating the position of the pattern light 32 a from the memory, and calculates the distance and attitude angle of the vehicle 10 with respect to the road surface 31 from the position of the pattern light 32 a in the image acquired by the camera 12. For example, as shown in FIG. 3A, the principle of triangulation is based on the base length Lb between the pattern light projector 11 and the camera 12 and the coordinates (U j , V j ) on the image of each spot light. The position on the road surface 31 to which each spot light is irradiated is calculated as a relative position with respect to the camera 12. Then, the attitude angle calculation unit 22 calculates the plane type of the road surface 31 to which the pattern light 32a is projected from the relative position of each spot light with respect to the camera 12, that is, the distance and attitude angle (normal vector Calculate). Since the mounting position and imaging direction of the camera 12 with respect to the vehicle 10 are known, in the embodiment, the distance and attitude angle of the camera 12 with respect to the road surface 31 are calculated as an example of the distance and attitude angle of the vehicle 10 with respect to the road surface 31. Do. Hereinafter, the distance and attitude angle of the camera 12 with respect to the road surface 31 will be abbreviated as “distance and attitude angle”. The distance and attitude angle calculated by the attitude angle calculation unit 22 are stored in the memory.

具体的には、カメラ12及びパターン光投光器11は車両10にそれぞれ固定されているため、パターン光32aの照射方向と、カメラ12とパターン光投光器11との距離(基線長Lb)は既知である。そこで、姿勢角算出部22は、三角測量の原理を用いて、各スポット光の画像上の座標(U、V)から各スポット光が照射された路面31上の位置を、カメラ12に対する相対位置(X,Y,Z)として求めることができる。 Specifically, since the camera 12 and the pattern light projector 11 are respectively fixed to the vehicle 10, the irradiation direction of the pattern light 32a and the distance (base length Lb) between the camera 12 and the pattern light projector 11 are known. . Therefore, the attitude angle calculation unit 22 sets the position on the road surface 31 at which each spot light is irradiated from the coordinates (U j , V j ) on the image of each spot light to the camera 12 using the principle of triangulation. It can be determined as the relative position (X j , Y j , Z j ).

なお、カメラ12に対する各スポット光の相対位置(X,Y,Z)は同一平面上に存在しない場合が多い。なぜなら、路面31に表出するアスファルトの凹凸に応じて各スポット光の相対位置が変化するからである。そこで、最小二乗法を用いて、各スポット光との距離誤差の二乗和が最小となるような平面式を求めてもよい。 The relative positions (X j , Y j , Z j ) of the spot lights with respect to the camera 12 often do not exist on the same plane. This is because the relative position of each spot light changes according to the unevenness of the asphalt exposed on the road surface 31. Therefore, a least squares method may be used to obtain a plane equation that minimizes the sum of squares of the distance error with each spot light.

特徴点検出部23は、カメラ12により取得された画像のうち検出領域の画像をメモリから読み込み、メモリから読み込んだ画像から、路面31上の特徴点を検出する。特徴点検出部23は、路面31上の特徴点を検出するために、例えば、「D.G. Lowe,“Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints,” Int. J. Comput. Vis., vol.60, no.2, pp. 91-110, Nov. 200 」、或いは、「金澤 靖, 金谷健一, “コンピュータビジョンのための画像の特徴点抽出,” 信学誌, vol.87, no.12, pp.1043-1048, Dec. 2004」に記載の手法を用いることができる。   The feature point detection unit 23 reads an image of a detection area among the images acquired by the camera 12 from the memory, and detects a feature point on the road surface 31 from the image read from the memory. The feature point detection unit 23 detects, for example, feature points on the road surface 31 by, for example, “DG Lowe,“ Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints ”, Int. J. Comput. Vis., Vol. 60, no .2, pp. 91-110, Nov. 200 "or" Akira Kanazawa, Ken-ichi Kanaya, "Image feature point extraction for computer vision," Journal of Information Science, vol. 87, no. 12, pp. The methods described in "1043-1048, Dec. 2004" can be used.

具体的には、特徴点検出部23は、例えば、ハリス(Harris)作用素又はSUSANオペレータを用いて、物体の頂点のように周囲に比べて輝度値が大きく変化する点を特徴点として検出する。或いは、特徴点検出部23は、SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)特徴量を用いて、その周囲で輝度値がある規則性のもとで変化している点を特徴点として検出してもよい。そして、特徴点検出部23は、1つの画像から検出した特徴点の総数Nを計数し、各特徴点に識別番号(i(1≦i≦N))を付す。各特徴点の画像上の位置(U、V)は、ECU13内のメモリに記憶される。図8(a)及び図8(b)は、カメラ12により取得された画像から検出された特徴点Tの例を示す。各特徴点の画像上の位置(U、V)は、メモリに記憶される。 Specifically, the feature point detection unit 23 detects, as a feature point, a point at which the luminance value largely changes as compared with the surroundings, such as a vertex of an object, using, for example, a Harris operator or a SUSAN operator. Alternatively, the feature point detection unit 23 may use a scale-invariant feature transform (SIFT) feature amount to detect, as a feature point, a point whose luminance value changes under a certain regularity. . Then, the feature point detection unit 23 counts the total number N of feature points detected from one image, and assigns an identification number (i (1 ≦ i ≦ N)) to each feature point. The position (U i , V i ) on the image of each feature point is stored in a memory in the ECU 13. FIGS. 8A and 8B show examples of the feature point T e detected from the image acquired by the camera 12. The position (U i , V i ) on the image of each feature point is stored in the memory.

なお、実施形態において、路面31上の特徴点は、主に大きさが1cm以上2cm以下のアスファルト混合物の粒を想定している。この特徴点を検出するために、カメラ12の解像度はVGA(約30万画素)である。また、路面31に対するカメラ12の距離は、おおよそ70cmである。更に、カメラ12の撮像方向は、水平面から約45degだけ路面31に向けて傾斜させる。また、カメラ12により取得される画像をECU13に転送するときの輝度数値は、0〜255(0:最も暗い,255:最も明るい)の範囲内である。   In the embodiment, characteristic points on the road surface 31 mainly assume particles of asphalt mixture having a size of 1 cm or more and 2 cm or less. In order to detect this feature point, the resolution of the camera 12 is VGA (about 300,000 pixels). Further, the distance of the camera 12 to the road surface 31 is approximately 70 cm. Furthermore, the imaging direction of the camera 12 is inclined toward the road surface 31 by about 45 degrees from the horizontal plane. In addition, the brightness numerical values when transferring the image acquired by the camera 12 to the ECU 13 are in the range of 0 to 255 (0: darkest, 255: brightest).

姿勢変化量算出部24は、一定の情報処理サイクル毎に撮像されるフレームのうち、前回フレームに含まれる複数の特徴点の画像上の位置(U、V)をメモリから読み込む。更に、今回フレームに含まれる複数の特徴点の画像上の位置(U、V)をメモリから読み込む。そして、複数の特徴点の画像上での位置変化に基づいて、車両の姿勢変化量を求める。ここで、「車両の姿勢変化量」とは、路面31に対する「距離及び姿勢角」の変化量、及び路面上での「車両(カメラ12)の移動量」の双方を含んでいる。以下、距離及び姿勢角の変化量及び車両の移動量の算出方法について説明する。 The posture change amount calculation unit 24 reads, from the memory, the positions (U i , V i ) on the image of a plurality of feature points included in the previous frame among the frames captured in each predetermined information processing cycle. Furthermore, the positions (U i , V i ) on the image of the plurality of feature points included in the current frame are read from the memory. Then, the amount of change in posture of the vehicle is obtained based on the change in position of the plurality of feature points on the image. Here, “the amount of change in posture of the vehicle” includes both the amount of change in “distance and attitude angle” with respect to the road surface 31 and “the amount of movement of the vehicle (camera 12) on the road surface”. Hereinafter, a method of calculating the change amount of the distance and the attitude angle and the movement amount of the vehicle will be described.

図8(a)は、時刻tに取得された第1フレーム(画像)38の一例を示す。図7或いは図8(a)に示すように、第1フレーム38において、例えば3つの特徴点Te1、Te2、Te3の相対位置(X,Y,Z)がそれぞれ算出されている場合を考える。この場合、特徴点Te1、Te2、Te3によって特定される平面Gを路面と見なすことができる。よって、姿勢変化量算出部24は、相対位置(X,Y,Z)から、路面(平面G)に対するカメラ12の距離及び姿勢角(法線ベクトル)を求めることができる。更に、姿勢変化量算出部24は、既知のカメラモデルによって、各特徴点Te1、Te2、Te3の間の距離(l、l、l)及び夫々の特徴点Te1、Te2、Te3を結ぶ直線が成す角度を求めることができる。図7のカメラ12は、第1フレームにおけるカメラの位置を示す。 FIG. 8A shows an example of the first frame (image) 38 acquired at time t. As shown in FIG. 7 or 8A, for example, relative positions (X i , Y i , Z i ) of three feature points T e1 , T e2 , T e3 are calculated in the first frame 38, respectively. Consider the case. In this case, the plane G specified by the feature points T e1 , T e2 , T e3 can be regarded as a road surface. Therefore, the posture change amount calculating section 24 can be determined relative position (X i, Y i, Z i) from the distance and the attitude angle of the camera 12 relative to the road surface (plane G) a (normal vector). Further, the posture change amount calculation unit 24, by known camera model, the distance between each feature point T e1, T e2, T e3 (l 1, l 2, l 3) and feature point of each T e1, T The angle formed by the straight line connecting e2 and Te3 can be determined. The camera 12 of FIG. 7 shows the position of the camera in the first frame.

なお、カメラ12に対する相対位置を示す3次元座標(X,Y,Z)として、カメラ12の撮像方向をZ軸に設定し、撮像方向を法線とし且つカメラ12を含む平面内に、互いに直交するX軸及びY軸を設定する。一方、画像38上の座標として、水平方向及び垂直方向をそれぞれV軸及びU軸に設定する。 The three-dimensional coordinates indicating the relative position with respect to the camera 12 (X i, Y i, Z i) as, the imaging direction of the camera 12 is set to the Z axis, the plane containing the to and camera 12 of the capturing direction and the normal line , X axis and Y axis orthogonal to each other are set. On the other hand, as coordinates on the image 38, the horizontal direction and the vertical direction are respectively set to the V axis and the U axis.

図8(b)は、時刻tから時間Δtだけ経過した時刻(t+Δt)に取得された第2フレームを示す。図7のカメラ12’は、第2フレーム38’を撮像したときのカメラの位置を示す。図7或いは図8(b)に示すように、第2フレーム38’において、カメラ12’が特徴点Te1、Te2、Te3を撮像し、特徴点検出部23が特徴点Te1、Te2、Te3を検出する。この場合、姿勢変化量算出部24は、時刻tにおける各特徴点Te1、Te2、Te3の相対位置(X,Y,Z)と、各特徴点の第2フレーム38’上の位置P(U、V)と、カメラ12のカメラモデルとから、時間Δtにおけるカメラ12の移動量(ΔL)だけでなく、距離及び姿勢角の変化量も算出することができる。例えば、以下の(1)〜(4)式からなる連立方程式を解くことにより、姿勢変化量算出部24は、カメラ12(車両)の移動量(ΔL)、及び距離及び姿勢角の変化量を算出することができる。なお、(1)式はカメラ12が歪みや光軸ずれのない理想的なピンホールカメラとしてモデル化したものであり、λiは定数、fは焦点距離である。カメラモデルのパラメータは、予めキャリブレーションをしておけばよい。 FIG. 8B shows a second frame acquired at time (t + Δt) when time Δt has elapsed from time t. The camera 12 'of FIG. 7 shows the position of the camera when imaging the second frame 38'. As shown in FIG. 7 or FIG. 8B, in the second frame 38 ′, the camera 12 ′ captures feature points T e1 , T e2 and T e3 , and the feature point detection unit 23 detects the feature points T e1 and T e2 and Te3 are detected. In this case, the posture change amount calculation unit 24 calculates the relative positions (X i , Y i , Z i ) of the feature points T e1 , T e2 , T e3 at time t and the second frame 38 ′ of each feature point. From the position P 1 (U i , V i ) of and the camera model of the camera 12, it is possible to calculate not only the moving amount (ΔL) of the camera 12 at time Δt but also the amount of change in distance and attitude angle. For example, the posture change amount calculation unit 24 solves the movement amount (ΔL) of the camera 12 (vehicle) and the change amounts of the distance and the posture angle by solving a simultaneous equation consisting of the following equations (1) to (4). It can be calculated. Equation (1) is modeled as an ideal pinhole camera in which the camera 12 has no distortion or optical axis deviation, λi is a constant, and f is a focal length. The parameters of the camera model may be calibrated in advance.

図3(b)は、カメラ12の撮像範囲のうち、パターン光32aが照射された領域とは異なる他の領域33から検出された特徴点の時間変化から、カメラ12の移動方向34を求める様子を模式的に示す。また、図8(a)及び図8(b)には、各特徴点Tの位置の変化方向及び変化量を示すベクトルDteを画像に重畳して示す。姿勢変化量算出部24は、時間Δtにおけるカメラ12の移動量(ΔL)だけでなく、距離及び姿勢角の変化量も同時に算出することができる。よって、姿勢変化量算出部24は、距離及び姿勢角の変化量を考慮して、6自由度の移動量(ΔL)を精度よく算出することができる。すなわち、車両10の旋回や加減速によるロール運動或いはピッチ運動によって距離や姿勢角が変化しても、移動量(ΔL)の推定誤差を抑制することができる。 In FIG. 3B, the moving direction 34 of the camera 12 is obtained from the time change of the feature point detected from another area 33 different from the area irradiated with the pattern light 32 a in the imaging range of the camera 12 Is schematically shown. 8 (a) and 8 (b), a vector D te indicating the change direction and the change amount of the position of each feature point T e is shown superimposed on the image. The posture change amount calculation unit 24 can simultaneously calculate not only the movement amount (ΔL) of the camera 12 at time Δt but also the change amounts of the distance and the posture angle. Therefore, the posture change amount calculation unit 24 can accurately calculate the movement amount (ΔL) of the six degrees of freedom in consideration of the change amounts of the distance and the posture angle. That is, even if the distance or the attitude angle changes due to the roll motion or the pitch motion due to the turning or acceleration / deceleration of the vehicle 10, the estimation error of the movement amount (ΔL) can be suppressed.

なお、姿勢変化量算出部24は、相対位置が算出された特徴点すべてを用いるのではなく、特徴点同士の位置関係に基づいて最適な特徴点を選定してもよい。選定方法としては、例えば、エピポーラ幾何(エピ極線幾何,R.I. Hartley: “A linear method for reconstruction from lines and points,” Proc. 5th International Conference on Computer Vision, Cambridge, Massachusetts, pp.882-887(1995))を用いることができる。 The posture change amount calculation unit 24 may select an optimal feature point based on the positional relationship between feature points instead of using all the feature points whose relative positions are calculated. As a selection method, for example, epipolar geometry (epipolar line geometry, RI Hartley: “A linear method for reconstruction from lines and points,” Proc. 5 th International Conference on Computer Vision, Cambridge, Massachusetts, pp. 882-887 ( 1995)) can be used.

前後フレーム間で特徴点を対応付けるには、例えば、検出した特徴点の周辺の小領域の画像をメモリに記録しておき、輝度や色情報の類似度から判断すればよい。具体的には、ECU13は、検出した特徴点を中心とする5×5(水平×垂直)画素分の画像をメモリに記録する。姿勢変化量算出部24は、例えば、輝度情報が20画素以上で誤差1%以下に収まっていれば、前後フレーム間で対応関係が取れる特徴点であると判断する。   In order to associate feature points between preceding and following frames, for example, an image of a small area around a detected feature point may be recorded in a memory and determined from the similarity of luminance and color information. Specifically, the ECU 13 records an image of 5 × 5 (horizontal × vertical) pixels centered on the detected feature point in the memory. For example, if the luminance information is 20 pixels or more and the error is 1% or less, the posture change amount calculation unit 24 determines that the feature points can be correlated between the preceding and succeeding frames.

このように、相対位置(X,Y,Z)が算出された特徴点Te1、Te2、Te3が、後のタイミングで取得された画像38’からも検出された場合に、姿勢変化量算出部24は、路面上の複数の特徴点の時間変化に基づいて、「車両の姿勢変化量」を算出することができる。 Thus, when the feature points T e1 , T e2 , T e3 for which the relative positions (X i , Y i , Z i ) are calculated are also detected from the image 38 ′ acquired at a later timing, The posture change amount calculation unit 24 can calculate the “vehicle posture change amount” based on the time change of the plurality of feature points on the road surface.

自己位置算出部26は、姿勢変化量算出部24で算出された「距離及び姿勢角の変化量」から距離及び姿勢角を算出する。更に、姿勢変化量算出部24で算出された「車両の移動量」から車両の現在位置を算出する。   The self position calculation unit 26 calculates the distance and the posture angle from the “change amount of the distance and the posture angle” calculated by the posture change amount calculation unit 24. Further, the current position of the vehicle is calculated from the “moving amount of the vehicle” calculated by the posture change amount calculating unit 24.

具体的には、姿勢角算出部22(図1参照)にて算出された距離及び姿勢角が起点として設定された場合、この起点(距離及び姿勢角)に対して、姿勢変化量算出部24で算出された各フレーム毎の距離及び姿勢角の変化量を逐次加算する(積分演算する)ことにより、距離及び姿勢角を最新な数値に更新する。また、姿勢角算出部22にて距離及び姿勢角が算出された際の車両位置が起点(車両の初期位置)として設定され、この初期位置から車両の移動量を逐次加算する(積分演算する)ことにより、車両の現在位置を算出する。例えば、地図上の位置と照合された起点(車両の初期位置)を設定することで、地図上の車両の現在位置を逐次算出することができる。   Specifically, when the distance and posture angle calculated by posture angle calculation unit 22 (see FIG. 1) are set as the starting point, posture change amount calculation unit 24 with respect to this starting point (distance and posture angle) The distance and the attitude angle are updated to the latest numerical values by sequentially adding up (integrating) the change amounts of the distance and the attitude angle for each frame calculated in the above. Further, the vehicle position at which the distance and attitude angle are calculated by the attitude angle calculation unit 22 is set as the starting point (initial position of the vehicle), and the movement amount of the vehicle is sequentially added from this initial position (integral calculation). Thus, the current position of the vehicle is calculated. For example, the current position of the vehicle on the map can be sequentially calculated by setting the starting point (the initial position of the vehicle) collated with the position on the map.

このように、前後フレーム間で対応関係が取れる3点以上の特徴点を検出し続けることができれば、距離及び姿勢角の変化量を加算する処理(積分演算)を継続することにより、パターン光32aを用いることなく、距離や姿勢角を最新な数値に更新し続けることができる。ただし、最初の情報処理サイクルにおいては、パターン光32aを用いて算出された距離及び姿勢角、或いは所定の初期距離及び初期姿勢角を用いてもよい。つまり、積分演算の起点となる距離及び姿勢角は、パターン光32aを用いて算出しても、或いは、所定の初期値を用いても構わない。所定の初期距離及び初期姿勢角は、少なくとも車両10への乗員及び搭載物を考慮した距離及び姿勢角であることが望ましい。例えば、車両10のイグニションスイッチがオン状態であって、且つシフトポジションがパーキングから他のポジションへ移動した時に、パターン光32aを投光し、パターン光32aから算出された距離及び姿勢角を、所定の初期距離及び初期姿勢角として用いればよい。これにより、車両10の旋回や加減速によるロール運動或いはピッチ運動が発生していない時の距離や姿勢角を求めることができる。   As described above, if it is possible to continue detecting three or more feature points that can obtain a correspondence between the previous and subsequent frames, the pattern light 32a is continued by continuing the process (integral operation) of adding the change amounts of distance and attitude angle. The distance and attitude can be updated to the latest values without using. However, in the first information processing cycle, the distance and attitude angle calculated using the pattern light 32a, or a predetermined initial distance and initial attitude angle may be used. That is, the distance and the attitude angle as the starting point of the integration operation may be calculated using the pattern light 32a, or may use a predetermined initial value. It is desirable that the predetermined initial distance and the initial attitude angle be at least a distance and an attitude angle in consideration of an occupant and a load on the vehicle 10. For example, when the ignition switch of the vehicle 10 is on and the shift position moves from parking to another position, the pattern light 32a is projected, and the distance and attitude angle calculated from the pattern light 32a are set to It may be used as an initial distance and an initial posture angle. As a result, it is possible to obtain the distance and the attitude angle when the roll motion or the pitch motion due to the turning or acceleration / deceleration of the vehicle 10 is not occurring.

なお、実施形態では、距離及び姿勢角の変化量を算出し、距離及び姿勢角の変化量を逐次加算することにより、距離及び姿勢角を最新な数値に更新した。しかし、路面31に対するカメラ12の姿勢角だけをその変化量の算出及び更新の対象としても構わない。この場合、路面31に対するカメラ12の距離は一定と仮定すればよい。これにより、姿勢角の変化量を考慮して、移動量(ΔL)の推定誤差を抑制しつつ、ECU13の演算負荷を軽減し、且つ演算速度を向上させることもできる。   In the embodiment, the distance and the attitude angle are updated to the latest numerical values by calculating the amounts of change in the distance and the attitude angle and sequentially adding the amounts of change in the distance and the attitude angle. However, only the attitude angle of the camera 12 with respect to the road surface 31 may be used as the target of calculation and update of the amount of change. In this case, the distance of the camera 12 to the road surface 31 may be assumed to be constant. Thus, the calculation load of the ECU 13 can be reduced and the calculation speed can be improved while suppressing the estimation error of the movement amount (ΔL) in consideration of the amount of change of the attitude angle.

また、自己位置算出部26は、車両の初期位置及び姿勢角に姿勢変化量を加算してゆくことで、車両の現在位置及び姿勢角を算出するが、このとき予め設定された条件を満たしている場合には、積分演算の起点を維持して姿勢変化量を加算してゆく。一方、予め設定された条件を満たしていない場合には、同じ情報処理サイクルにおいて、姿勢角算出部22で算出された距離及び姿勢角、及びその時の車両位置を新たな起点(車両の初期距離及び初期姿勢角、及び初期位置)に設定する。そして、当該起点から車両の姿勢変化量の加算を開始する。積分演算の起点を維持するための条件としては、特徴点が正常に検出されている、誤差要因を含んでいない、あるいは所定時間または所定のサイクル数を経過していない等の条件を予め設定しておけばよい。このような条件は、車両10の移動量の誤差が積分演算によって拡大しないように設定されたものであれば、その他の条件であってもよい。   Further, the self position calculation unit 26 calculates the current position and posture angle of the vehicle by adding the amount of posture change to the initial position and posture angle of the vehicle, but at this time, the conditions set in advance are satisfied. If there is, the posture change amount is added while maintaining the starting point of the integral calculation. On the other hand, if the conditions set in advance are not satisfied, in the same information processing cycle, the distance and attitude angle calculated by the attitude angle calculation unit 22 and the vehicle position at that time Set initial attitude angle and initial position). Then, addition of the amount of change in posture of the vehicle is started from the starting point. As conditions for maintaining the starting point of the integration operation, conditions such as the feature point being detected normally, no error factor being included, or a predetermined time or a predetermined number of cycles has not been set are set in advance. You should keep it. Such conditions may be other conditions as long as the error of the movement amount of the vehicle 10 is set so as not to be expanded by the integration calculation.

パターン光制御部27は、パターン光投光器11によるパターン光32aの投光を制御する。例えば、車両10のイグニションスイッチがオン状態となり、自己位置算出装置が起動すると同時に、パターン光制御部27は、パターン光32aの投光を開始する。その後、パターン光制御部27は、自己位置算出装置が停止するまで、パターン光32aを連続して投光する。或いは、所定の時間間隔をおいて、投光のオン/オフを繰り返してもよい。   The pattern light control unit 27 controls the projection of the pattern light 32 a by the pattern light projector 11. For example, when the ignition switch of the vehicle 10 is turned on and the self position calculation device is activated, the pattern light control unit 27 starts to project light of the pattern light 32a. Thereafter, the pattern light control unit 27 continuously emits the pattern light 32a until the self position calculation device is stopped. Alternatively, the light emission may be repeatedly turned on / off at predetermined time intervals.

また、パターン光制御部27は、検出領域設定部20が凹凸による影の位置を検出できるように、パターン光投光器11の投光及び路面投光器14の点灯を制御する。具体的には、車両10のイグニションスイッチがオン状態となって自己位置算出装置が起動するのと同時に投光及び点灯を開始してもよいし、必要に応じて投光及び点灯してもよい。
(情報処理サイクル)
次に、カメラ12により取得された画像38から車両10の移動量を推定する自己位置算出方法の一例として、ECU13により繰り返し実行される情報処理サイクルを、図9及び図10を参照しながら説明する。図9のフローチャートに示す情報処理サイクルは、車両10のイグニションスイッチがオン状態となり、自己位置算出装置が起動すると同時に開始され、自己位置算出装置が停止するまで、繰り返し実行される。
Further, the pattern light control unit 27 controls the light projection of the pattern light projector 11 and the lighting of the road surface light projector 14 so that the detection area setting unit 20 can detect the position of the shadow due to the unevenness. Specifically, the ignition switch of the vehicle 10 may be turned on to start light emission and lighting at the same time as the self position calculation device is activated, and light emission and lighting may be performed as necessary. .
(Information processing cycle)
Next, an information processing cycle repeatedly executed by the ECU 13 will be described with reference to FIGS. 9 and 10 as an example of a self position calculation method of estimating the movement amount of the vehicle 10 from the image 38 acquired by the camera 12. . The information processing cycle shown in the flowchart of FIG. 9 is started at the same time when the ignition switch of the vehicle 10 is turned on and the self position calculation device is activated, and is repeatedly executed until the self position calculation device is stopped.

図9のステップS01において、パターン光制御部27は、パターン光投光器11を制御して、車両周囲の路面31にパターン光32aを投光する。図9のフローチャートでは、パターン光32aを連続して投光する例を説明する。また、パターン光制御部27は、路面が暗い場合等には車両周囲の路面31に対してパターン光投光器11から投光するか、あるいは路面投光器14を点灯する。   In step S01 of FIG. 9, the pattern light control unit 27 controls the pattern light projector 11 to project the pattern light 32a onto the road surface 31 around the vehicle. In the flowchart of FIG. 9, an example in which the pattern light 32a is continuously projected will be described. The pattern light control unit 27 emits light from the pattern light projector 11 to the road surface 31 around the vehicle or turns on the road light projector 14 when the road surface is dark or the like.

ステップS03に進み、ECU13は、カメラ12を制御して、パターン光32aが投光された領域を含む車両周囲の路面31を撮像して画像38を取得する。ECU13は、カメラ12により取得された画像データを、メモリに記憶する。   At step S03, the ECU 13 controls the camera 12 to capture an image 38 by imaging the road surface 31 around the vehicle including the area where the pattern light 32a is emitted. The ECU 13 stores the image data acquired by the camera 12 in the memory.

なお、ECU13はカメラ12の絞りを自動制御できる。前の情報処理サイクルで取得した画像38の平均輝度から、輝度値の最大値と最小値の中間値になるようにカメラ12の絞りをフィードバック制御してもよい。また、パターン光32aが投光されている領域は輝度値が高いため、パターン光32aを抽出した部分を除いた領域から、平均輝度値を求めてもよい。   The ECU 13 can automatically control the aperture of the camera 12. The aperture of the camera 12 may be feedback-controlled so as to be an intermediate value between the maximum value and the minimum value of the luminance value from the average luminance of the image 38 acquired in the previous information processing cycle. In addition, since the area where pattern light 32a is projected has a high luminance value, the average luminance value may be determined from the area excluding the portion where pattern light 32a is extracted.

ステップS05において、検出領域設定部20は、カメラ12で取得した画像をメモリから読み込み、路面の凹凸による画像上の影の位置を検出し、この影の位置に基づいて画像上に検出領域を設定する。本実施形態では、画像上の影の位置から光源方向の領域を除いて検出領域を設定し、メモリに記憶する。   In step S05, the detection area setting unit 20 reads the image acquired by the camera 12 from the memory, detects the position of the shadow on the image due to the unevenness of the road surface, and sets the detection area on the image based on the position of the shadow Do. In the present embodiment, the detection area is set excluding the area in the light source direction from the position of the shadow on the image, and is stored in the memory.

ステップS07に進み、先ず、パターン光抽出部21は、カメラ12により取得された画像38のうち検出領域の画像をメモリから読み込み、この画像から図4(c)に示すようにパターン光32aの位置を抽出する。パターン光抽出部21は、パターン光32aの位置を示すデータとして算出されたスポット光Sの画像上の座標(U、V)をメモリに記憶する。 Proceeding to step S07, first, the pattern light extraction unit 21 reads the image of the detection area from the memory 38 among the images 38 acquired by the camera 12, and the position of the pattern light 32a as shown in FIG. 4C from this image. Extract Pattern light extraction unit 21 stores the coordinates (U j, V j) on the image of the spot light S p calculated as data indicating the position of the pattern light 32a in the memory.

ステップS07において、姿勢角算出部22は、パターン光32aの位置を示すデータをメモリから読み込み、パターン光32aの位置から路面に対する車両の距離及び姿勢角を算出してメモリに記憶する。   In step S07, the attitude angle calculation unit 22 reads data indicating the position of the pattern light 32a from the memory, calculates the distance and attitude angle of the vehicle with respect to the road surface from the position of the pattern light 32a, and stores it in the memory.

ステップS09に進み、ECU13は、画像38のうち検出領域の画像から特徴点を検出し、前後の情報処理サイクルの間で対応関係が取れる特徴点を抽出し、特徴点の画像上の位置(U、V)から、距離及び姿勢角の変化量と車両の移動量を算出する。 Proceeding to step S09, the ECU 13 detects feature points from the image of the detection area in the image 38, extracts feature points whose correspondence can be obtained between the information processing cycles before and after, and detects the position of the feature points on the image (U From i and V i ), the amount of change in distance and attitude angle and the amount of movement of the vehicle are calculated.

具体的に、先ず、特徴点検出部23は、カメラ12により取得された画像38のうち検出領域の画像をメモリから読み込み、この画像から路面31上の特徴点を検出し、各特徴点の画像上の位置(U、V)をメモリに記憶する。姿勢変化量算出部24は、各特徴点の画像上の位置(U、V)をメモリから読み込み、距離及び姿勢角と、特徴点の画像上の位置(U、V)とから、カメラ12に対する特徴点の相対位置(X,Y,Z)を算出する。なお、姿勢変化量算出部24は、前の情報処理サイクルのステップS11において設定された距離及び姿勢角を用いる。姿勢変化量算出部24は、カメラ12に対する特徴点の相対位置(X,Y,Z)を、メモリに記憶する。 Specifically, first, the feature point detection unit 23 reads the image of the detection area from the memory among the images 38 acquired by the camera 12, detects the feature points on the road surface 31 from this image, and detects the image of each feature point The upper position (U i , V i ) is stored in memory. The posture change amount calculation unit 24 reads the position (U i , V i ) of each feature point on the image from the memory, and calculates the distance and attitude angle and the position (U i , V i ) on the image of the feature point. The relative position (X i , Y i , Z i ) of the feature point with respect to the camera 12 is calculated. The posture change amount calculation unit 24 uses the distance and the posture angle set in step S11 of the previous information processing cycle. The posture change amount calculation unit 24 stores the relative position (X i , Y i , Z i ) of the feature point with respect to the camera 12 in the memory.

そして、姿勢変化量算出部24は、特徴点の画像上の位置(U、V)と、前の情報処理サイクルのステップS09において算出された特徴点の相対位置(X,Y,Z)をメモリから読み込む。姿勢変化量算出部24は、前後の情報処理サイクルの間で対応関係が取れる特徴点の相対位置(X,Y,Z)及び画像上の位置(U、V)を用いて、距離及び姿勢角の変化量を算出する。更に、前回の情報処理サイクルにおける特徴点の相対位置(X,Y,Z)と今回の情報処理サイクルにおける特徴点の相対位置(X,Y,Z)とから、車両の移動量を算出する。ステップS09で算出された「距離及び姿勢角の変化量」及び「車両の移動量」は、ステップS13の処理で用いられる。 The posture change amount calculation unit 24 then calculates the position (U i , V i ) of the feature point on the image relative to the position of the feature point calculated in step S 09 of the previous information processing cycle (X i , Y i , Read Z i ) from memory. The posture change amount calculation unit 24 uses the relative positions (X i , Y i , Z i ) of the feature points and the positions (U i , V i ) on the image where correspondence can be obtained between the information processing cycles before and after. , Calculate the amount of change in distance and attitude angle. Furthermore, the relative positions of feature points in the previous processing cycle (X i, Y i, Z i) and the relative positions of feature points in the current processing cycle (X i, Y i, Z i) from the, vehicle Calculate the movement amount. The “amount of change in distance and attitude angle” and the “amount of movement of the vehicle” calculated in step S09 are used in the process of step S13.

ステップS11に進み、ECU13は、予め設定された条件に基づいて、積分演算の起点を設定する。詳細は、図10を参照して後述する。   Proceeding to step S11, the ECU 13 sets the starting point of the integral calculation based on the conditions set in advance. Details will be described later with reference to FIG.

ステップS13に進み、自己位置算出部26は、ステップS11の処理で設定された積分演算の起点、及びステップS09の処理で算出された車両の移動量から、車両の現在位置を算出する。   Proceeding to step S13, the self-position calculating unit 26 calculates the current position of the vehicle from the starting point of the integral calculation set in the process of step S11 and the movement amount of the vehicle calculated in the process of step S09.

こうして、本実施形態に係る自己位置算出装置は、上記した一連の情報処理サイクルを繰り返し実行して車両10の移動量を積算することにより、車両10の現在位置を算出することができる。   Thus, the self-position calculating apparatus according to the present embodiment can calculate the current position of the vehicle 10 by repeatedly executing the above-described series of information processing cycles and integrating the movement amount of the vehicle 10.

次に、図10のフローチャートを参照して、図9のステップS11の詳細な手順を説明する。ステップS900において、ECU13は、今回の情報処理サイクルが初回であるか否かを判断する。そして、初回である場合、即ち、前回の情報処理サイクルのデータが無い場合にはステップS902に処理を進め、初回でない場合にはステップS901に処理を進める。   Next, the detailed procedure of step S11 of FIG. 9 will be described with reference to the flowchart of FIG. In step S900, the ECU 13 determines whether the current information processing cycle is the first time. Then, if it is the first time, that is, if there is no data of the previous information processing cycle, the process proceeds to step S902, and if it is not the first time, the process proceeds to step S901.

ステップS901において、自己位置算出部26は、積分演算の起点を維持するために必要となる条件を満たしているか否かを判断する。この条件としては、例えば、特徴点が正常に検出されている、誤差要因を含んでいない、あるいは所定時間または所定のサイクル数を経過していない等の条件を予め設定しておけばよい。このような条件は、車両10の移動量の誤差が積分演算によって拡大しないように設定されたものであれば、その他の条件であってもよい。そして、条件を満たしていると判断した場合(ステップS901でYES)にはステップS903へ進み、条件を満たしていないと判断した場合(ステップS901でNO)にはステップS902へ進む。   In step S901, the self-position calculating unit 26 determines whether the conditions required to maintain the starting point of the integration operation are satisfied. As this condition, for example, a condition that a feature point is normally detected, does not include an error factor, or a predetermined time or a predetermined number of cycles may not be set in advance. Such conditions may be other conditions as long as the error of the movement amount of the vehicle 10 is set so as not to be expanded by the integration calculation. If it is determined that the condition is satisfied (YES in step S901), the process proceeds to step S903. If it is determined that the condition is not satisfied (NO in step S901), the process proceeds to step S902.

ステップS902において、ECU13は、車両の現在位置を起点として設定し、更に、同じ情報処理サイクルのステップS07で算出された距離及び姿勢角を積分演算の起点として設定する。この距離及び姿勢角を起点として新たな積分演算が開始される。また、車両の現在位置を起点として新たに車両の移動量の積分演算を開始する。   In step S902, the ECU 13 sets the current position of the vehicle as a starting point, and further sets the distance and attitude angle calculated in step S07 of the same information processing cycle as the starting point of the integration calculation. A new integration operation is started from this distance and attitude angle. Further, the integral calculation of the movement amount of the vehicle is newly started from the current position of the vehicle as a starting point.

一方、ステップS903において、ECU13は、現在設定されている積分演算の起点を維持する。こうして積分演算の起点が設定されると、図9のステップS11における積分演算の基点を設定する処理を終了する。   On the other hand, in step S903, the ECU 13 maintains the starting point of the integration operation currently set. When the starting point of the integration operation is set in this way, the process of setting the starting point of the integration operation in step S11 of FIG. 9 is ended.

以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る自己位置算出装置では、カメラ12で取得した画像から路面の凹凸による画像上の影の位置を検出し、影の位置に基づいて画像上に検出領域を設定する。そして、この検出領域におけるパターン光の位置から路面に対する車両の姿勢角を算出するとともに、検出領域から検出された特徴点の時間変化に基づいて車両の姿勢変化量を算出する。これにより、路面の凹凸の位置を考慮して画像上に検出領域を設定できるので、路面上に凹凸があっても車両の自己位置を精度良く算出することができる。   As described above in detail, in the self-position calculation apparatus according to this embodiment, the position of the shadow on the image due to the unevenness of the road surface is detected from the image acquired by the camera 12, and the position is determined based on the position of the shadow. Set the detection area. Then, the attitude angle of the vehicle with respect to the road surface is calculated from the position of the pattern light in the detection area, and the attitude change amount of the vehicle is calculated based on the time change of the feature point detected from the detection area. Thus, the detection area can be set on the image in consideration of the position of the unevenness of the road surface, so that the self position of the vehicle can be accurately calculated even if the unevenness is present on the road surface.

また、本実施形態に係る自己位置算出装置では、画像上の影の位置から光源方向の領域を除いて検出領域を設定する。これにより、凸部が存在する可能性のある領域を除いて検出領域を設定できるので、路面上に凹凸があっても車両の自己位置を精度良く算出することができる。   Further, in the self-position calculation apparatus according to the present embodiment, the detection area is set excluding the area in the light source direction from the position of the shadow on the image. Thus, the detection area can be set excluding the area where the convex portion may exist, so that the vehicle's own position can be accurately calculated even if the road surface is uneven.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る自己位置算出装置について図面を参照して説明する。尚、ハードウェア構成は第1実施形態と同一なので、詳細な説明は省略する。
Second Embodiment
Next, a self-position calculation apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The hardware configuration is the same as that of the first embodiment, and thus the detailed description is omitted.

本実施形態に係る検出領域設定部20は、画像上の影の長さ変化に基づいて路面の凸部による影を判別する。そして、路面の凸部による画像上の影の位置に基づいて、画像上に検出領域を設定するようにしたことが第1実施形態と相違している。   The detection area setting unit 20 according to the present embodiment determines the shadow by the convex portion of the road surface based on the change in the length of the shadow on the image. And it is different from 1st Embodiment that the detection area was set on the image based on the position of the shadow on the image by the convex part of a road surface.

図11(a)に示すように、光源が凸部71から遠くに存在している場合には、路面の凸部71によってできる影73は長くなる。そして、図11(b)に示すように、光源が凸部71に近づくと、影73は短くなる。すなわち、凸部による影の形状は車両の移動に応じて大きく変化する。特に、光源方向の長さの変化が大きくなる。   As shown in FIG. 11A, when the light source is present far from the convex portion 71, the shadow 73 formed by the convex portion 71 of the road surface becomes long. And as shown in FIG.11 (b), if a light source approaches the convex part 71, the shadow 73 will become short. That is, the shape of the shadow by the convex portion largely changes according to the movement of the vehicle. In particular, the change in the length in the light source direction is large.

一方、図12(a)に示すように、路面の凹部75によってできる影77は、光源が凹部75から遠くに存在している場合でもそれほど長く伸びるわけではない。そして、図12(b)に示すように、光源が凹部75に近づいても影73は少し短くなるだけで長さが大きく変化するわけではない。すなわち、凹部による影の形状は車両が移動しても凸部の影のように大きく変化することはない。特に、光源方向の長さの変化は小さくなる。   On the other hand, as shown in FIG. 12A, the shadow 77 produced by the recess 75 of the road surface does not extend so long even when the light source is present far from the recess 75. Then, as shown in FIG. 12B, even if the light source approaches the recess 75, the shadow 73 is only slightly shortened, and the length does not change significantly. That is, the shape of the shadow due to the recess does not change much like the shadow of the protrusion even when the vehicle moves. In particular, the change in length in the light source direction is small.

したがって、車両が走行している場合に、画像上にある影の領域をトラッキングし、フレーム間における影の形状の変化、特に光源方向の長さの変化が予め設定された閾値よりも大きい場合には凸部の影と判定し、閾値以下の場合には凹部の影と判定する。これにより、画像上にある影が凸部による影であるか、凹部による影であるかを判別することができる。尚、閾値については、パターン光投光器11やカメラ12、路面投光器14の設置位置を考慮して、予め実験によって設定すればよい。   Therefore, when the vehicle is traveling, the region of the shadow on the image is tracked, and the change in the shape of the shadow between the frames, in particular, the change in the length of the light source direction is larger than a preset threshold. Is determined to be the shadow of the convex portion, and is determined to be the shadow of the concave portion if it is less than the threshold value. Thereby, it can be determined whether the shadow on the image is a shadow by a convex portion or a shadow by a concave portion. The threshold may be set in advance by experiment in consideration of the installation positions of the pattern light projector 11, the camera 12, and the road surface light projector 14.

こうして凸部による影が判別されると、検出領域設定部20は、路面の凸部による画像上の影の位置に基づいて検出領域を設定する。具体的に、本実施形態では凸部による影の領域を除いて検出領域を設定する。   When the shadow by the convex portion is thus determined, the detection area setting unit 20 sets the detection area based on the position of the shadow on the image by the convex portion of the road surface. Specifically, in the present embodiment, the detection area is set excluding the area of the shadow by the convex portion.

例えば、図13(a)に示す画像において、影61a、61dが凸部による影と判定され、影61b、61c、61eが凸部以外の凹部と推定される影と判定された場合には、図13(b)に示すように除外領域81a〜81eを除いて検出領域を設定する。除外領域81a、81dは、凸部による影の領域なので、凸部による影の領域と影の位置から光源方向の領域の両方を含んでいる(破線で囲まれた範囲)。一方、除外領域81b、81c、81eは、凹部による影の領域なので、影の位置から光源方向の領域だけで(破線で囲まれた範囲)、凹部による影の領域は含んでいない(破線で囲まれていない範囲)。   For example, in the image shown in FIG. 13A, if it is determined that the shadows 61a and 61d are shadows due to the convex portion and the shadows 61b, 61c and 61e are estimated to be concave portions other than the convex portion, As shown in FIG. 13B, detection regions are set excluding the exclusion regions 81a to 81e. Since the exclusion areas 81a and 81d are shadow areas by the convex portions, they include both the shadow area by the convex portions and the area from the position of the shadow to the light source direction (the area surrounded by the broken line). On the other hand, since the excluded areas 81b, 81c, and 81e are shadow areas due to the recess, they are only the area from the shadow position to the light source direction (the area enclosed by the broken line) and do not include the shadow area due to the recess Range).

ここで、凸部による影の領域を検出領域から除いた理由を説明すると、凸部による影は車両の走行によって形状、特に光源方向の長さが大きく変化する。そのため、凸部による影のエッジを特徴点の検出に使用すると、車両の移動量を算出する際に誤差要因になる。そこで、凸部による影の領域を検出領域から除外することによって、特徴点を検出する際に路面の凸部による誤差を抑制し、車両の自己位置を精度良く算出できるようにしている。   Here, to explain the reason for excluding the shadow area due to the convex portion from the detection area, the shadow due to the convex part largely changes in shape, in particular the length in the light source direction, as the vehicle travels. Therefore, if the edge of the shadow by the convex portion is used to detect the feature point, it becomes an error factor when calculating the movement amount of the vehicle. Therefore, by excluding the shadow area due to the convex portion from the detection area, the error due to the convex portion of the road surface can be suppressed when detecting the feature point, and the self position of the vehicle can be accurately calculated.

また、検出領域設定部20は、路面の凹部による画像上の影の位置に基づいて検出領域を設定してもよい。具体的には、凹部による影の領域を除いて検出領域を設定する。   In addition, the detection area setting unit 20 may set the detection area based on the position of the shadow on the image due to the concave portion of the road surface. Specifically, the detection area is set excluding the area shaded by the recess.

例えば、上述した図13(b)では凸部による影の領域を除いて検出領域が設定されていたが、図14では図13(b)の検出領域からさらに凹部による影の領域を含めて除外領域91a〜91eが設定されている(破線で囲まれた範囲)。除外領域91a、91dは図13(b)の除外領域81a、81dと同一であるが、除外領域91b、91c、91eは、図13(b)の除外領域81b、81c、81eに凹部による影の領域が追加されている。したがって、除外領域91b、91c、91eは、凹部による影の領域と影の位置から光源方向の領域の両方を含んでいる(破線で囲まれた範囲)。   For example, in FIG. 13B described above, the detection area is set except for the shadow area due to the convex portion, but in FIG. 14 the detection area is further excluded from the detection area in FIG. Regions 91a to 91e are set (a range surrounded by a broken line). The excluded areas 91a and 91d are the same as the excluded areas 81a and 81d in FIG. 13B, but the excluded areas 91b, 91c and 91e are the shadows of the recessed areas in the excluded areas 81b, 81c and 81e in FIG. An area has been added. Therefore, the exclusion regions 91b, 91c, and 91e include both the shadow region by the recess and the region from the position of the shadow to the light source direction (a region surrounded by a broken line).

ここで、凹部による影の領域を検出領域から除いた理由を説明する。移動量を算出する技術では、パターン光の位置から距離及び姿勢角を算出する場合も路面が平坦であることが前提となっている。したがって、アスファルトの小さな亀裂や欠け部分のような凹部に照射されたパターン光から距離及び姿勢角を算出することは望ましくない。路面の凹部には影ができることから、凹部である可能性の高い影の領域を検出領域から除けば、パターン光から距離及び姿勢角を算出する際に路面の凹部による誤差を抑制することができる。そこで、路面の凹部による影の領域を検出領域から除いている。   Here, the reason for excluding the shadowed area due to the recess from the detection area will be described. In the technology of calculating the movement amount, it is premised that the road surface is flat also when calculating the distance and the attitude angle from the position of the pattern light. Therefore, it is not desirable to calculate the distance and the attitude angle from the pattern light irradiated to the concave portion such as a small crack or chip of asphalt. Since shadows are formed on the concave portions of the road surface, errors in the concave portions of the road surface can be suppressed when calculating the distance and the attitude angle from the pattern light if the shadow region having a high possibility of being concave portions is removed from the detection region. . Therefore, the area of the shadow due to the concave portion of the road surface is excluded from the detection area.

尚、本実施形態では、路面の凸部を判別し、まず凸部による影の領域を検出領域から除外し、その後さらに凸部以外の凹部と推定される影の領域を除外した。しかし、路面の凸部を判別せずに、影の領域をすべて検出領域から除外するようにしてもよい。   In the present embodiment, the convex portion of the road surface is determined, and first, the region of the shadow by the convex portion is excluded from the detection region, and thereafter, the region of the shadow presumed to be a concave portion other than the convex portion is excluded. However, all shadow areas may be excluded from the detection area without determining the convex portion of the road surface.

以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る自己位置算出装置では、画像上の影の長さ変化に基づいて路面の凸部による影を判別する。これにより、必要に応じて凸部による影の領域と凸部以外の凹部と推定される影の領域を別々に検出領域から除外できるので、車両の自己位置を精度良く算出することができる。   As described above in detail, in the self-position calculation apparatus according to the present embodiment, the shadow by the convex portion of the road surface is determined based on the change in the length of the shadow on the image. Thereby, since it is possible to separately exclude from the detection region the shadow region estimated by the convex portion and the shadow region estimated to be the concave portion other than the convex portion as necessary, it is possible to calculate the vehicle's own position with high accuracy.

また、本実施形態に係る自己位置算出装置では、路面の凸部による画像上の影の位置に基づいて画像上に検出領域を設定する。これにより、凸部による影の領域を検出領域から除外できるので、特徴点を検出する際に路面の凸部による誤差を抑制し、車両の自己位置を精度良く算出することができる。   Further, in the self position calculation device according to the present embodiment, the detection area is set on the image based on the position of the shadow on the image by the convex portion of the road surface. Thereby, since the area of the shadow by the convex part can be excluded from the detection area, an error due to the convex part of the road surface can be suppressed when detecting the feature point, and the self position of the vehicle can be accurately calculated.

さらに、本実施形態に係る自己位置算出装置では、路面の凹部による画像上の影の位置に基づいて画像上に検出領域を設定する。これにより、凹部による影の領域を検出領域から除外できるので、パターン光から距離及び姿勢角を算出する際に路面の凹部による誤差を抑制し、車両の自己位置を精度良く算出することができる。   Furthermore, in the self-position calculation apparatus according to the present embodiment, the detection area is set on the image based on the position of the shadow on the image due to the concave portion of the road surface. Thereby, since the area of the shadow by the recess can be excluded from the detection region, when calculating the distance and the attitude angle from the pattern light, the error due to the recess of the road surface can be suppressed, and the vehicle's own position can be accurately calculated.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る自己位置算出装置について図面を参照して説明する。尚、ハードウェア構成は第1実施形態と同一なので、詳細な説明は省略する。
Third Embodiment
Next, a self-position calculation apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The hardware configuration is the same as that of the first embodiment, and thus the detailed description is omitted.

本実施形態に係る検出領域設定部20は、路面の凹凸による画像上の影の位置に基づいて画像上に第1の検出領域を設定し、路面の凸部による画像上の影の位置に基づいて画像上に第1の検出領域を設定する。そして、姿勢角算出部22は第1の検出領域におけるパターン光の位置から路面に対する車両の距離及び姿勢角を算出し、特徴点検出部23は第2の検出領域から路面上の複数の特徴点を検出する。すなわち、本実施形態では、車両の距離及び姿勢角を算出するための第1の検出領域と、特徴点を検出するための第2の検出領域とを別々に設定したことが第1及び第2実施形態と相違している。   The detection area setting unit 20 according to the present embodiment sets a first detection area on the image based on the position of the shadow on the image due to the unevenness of the road surface, and based on the position of the shadow on the image due to the convex portion on the road A first detection area is set on the image. The attitude angle calculation unit 22 calculates the distance and attitude angle of the vehicle to the road surface from the position of the pattern light in the first detection area, and the feature point detection unit 23 calculates a plurality of feature points on the road surface from the second detection area. To detect That is, in the present embodiment, the first detection area for calculating the distance and the attitude angle of the vehicle and the second detection area for detecting the feature point are set separately. It differs from the embodiment.

例えば、車両の距離及び姿勢角を算出するためのパターン光を抽出する第1の検出領域は、図15(a)に示すように、除外領域101a〜101eを除いた領域に設定される。パターン光から距離及び姿勢角を算出する場合には路面が平坦であることが前提となっている。そこで、除外領域101a、101dは凸部による影と判定された領域なので、凸部が存在する可能性のある領域を除外するために、影の位置から光源方向の領域が設定されている。また、除外領域101b、101c、101eは凹部による影と判定された領域なので、凹部が存在する領域を除外するために、凹部による影の領域が設定されている。このとき、凹部の外縁は明るくなるので、除外領域101b、101c、101eは実際の影の領域よりも広く設定することが好ましい。こうして除外領域101a〜101eが設定されると、第1の検出領域は除外領域101a〜101eを除いた領域に設定される。   For example, as shown in FIG. 15A, the first detection area for extracting the pattern light for calculating the distance and the attitude angle of the vehicle is set to an area excluding the exclusion areas 101a to 101e. When calculating the distance and attitude angle from the pattern light, it is premised that the road surface is flat. Therefore, since the excluded areas 101a and 101d are areas determined to be shadows by the convex portions, areas from the position of the shadow to the light source direction are set in order to exclude areas where the convex portions may exist. Further, since the excluded areas 101b, 101c, and 101e are areas determined to be shadows due to the concave portions, the shadow areas due to the concave portions are set in order to exclude the area where the concave portions exist. At this time, since the outer edge of the recess is brightened, it is preferable to set the exclusion areas 101b, 101c and 101e wider than the actual shadow area. Thus, when the exclusion regions 101a to 101e are set, the first detection regions are set to regions excluding the exclusion regions 101a to 101e.

一方、特徴点を検出するための第2の検出領域は、図15(b)に示すように、除外領域103a、103bを除いた領域に設定される。除外領域103a、103bは凸部による影と判定された領域なので、凸部が存在する可能性のある領域を除外するために、影の位置から光源方向の領域が設定されている。さらに、凸部による影は車両の走行によって形状の変化が大きいので、凸部による影の領域も除外領域103a、103bに含まれている。ただし、凹部による影と判定された領域は、特徴点の検出に利用できるので、除外せずに検出領域としている。こうして除外領域103a、103bが設定されると、第2の検出領域は除外領域103a、103bを除いた領域に設定される。   On the other hand, as shown in FIG. 15B, the second detection area for detecting the feature point is set to an area excluding the exclusion areas 103a and 103b. Since the excluded areas 103a and 103b are areas determined to be shadows by the convex portions, areas from the position of the shadow to the light source direction are set in order to exclude areas where the convex portions may exist. Furthermore, since the shadow by the convex portion is largely changed in shape due to the traveling of the vehicle, the shadow region by the convex portion is also included in the exclusion regions 103a and 103b. However, since the area determined to be a shadow due to the concave portion can be used for detection of feature points, it is not excluded and is used as a detection area. When the exclusion areas 103a and 103b are thus set, the second detection area is set to the area excluding the exclusion areas 103a and 103b.

この後、姿勢角算出部22は第1の検出領域におけるパターン光の位置から路面に対する車両の距離及び姿勢角を算出し、特徴点検出部23は第2の検出領域から路面上の複数の特徴点を検出する。   Thereafter, the attitude angle calculation unit 22 calculates the distance and attitude angle of the vehicle to the road surface from the position of the pattern light in the first detection area, and the feature point detection unit 23 calculates a plurality of features on the road surface from the second detection area. Detect points

以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る自己位置算出装置では、路面の凹凸による画像上の影の位置に基づいて画像上に第1の検出領域を設定し、路面の凸部による画像上の影の位置に基づいて画像上に第2の検出領域を設定する。そして、第1の検出領域におけるパターン光の位置から路面に対する車両の姿勢角を算出し、第2の検出領域から路面上の複数の特徴点を検出する。これにより、姿勢角の算出に適した検出領域と特徴点の検出に適した検出領域とをそれぞれ設定することができるので、路面の凹部による誤差と凸部による誤差の両方を抑制し、車両の自己位置を精度良く算出することができる。特に、画像からより多くのパターン光や特徴点を検出できるので、特徴が少ない路面や路面の凹凸変化に対して、よりロバストな移動量の算出が可能となる。   As described above in detail, in the self-position calculation apparatus according to the present embodiment, the first detection area is set on the image based on the position of the shadow on the image due to the unevenness of the road surface. A second detection area is set on the image based on the position of the shadow on the image. Then, the attitude angle of the vehicle with respect to the road surface is calculated from the position of the pattern light in the first detection area, and a plurality of feature points on the road surface are detected from the second detection area. As a result, the detection area suitable for calculating the attitude angle and the detection area suitable for detecting the feature point can be set respectively, so that both the error due to the concave and the convex due to the road surface can be suppressed. The self position can be calculated accurately. In particular, since it is possible to detect more pattern light and feature points from the image, it is possible to calculate the movement amount more robust to the road surface with few features and the unevenness of the road surface.

上記のように、本発明の第1乃至第3の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。   Although the first to third embodiments of the present invention have been described above, it should not be understood that the statements and the drawings that form a part of this disclosure limit the present invention. Various alternative embodiments, examples and operation techniques will be apparent to those skilled in the art from this disclosure.

なお、図2は、カメラ12とパターン光投光器11を車両10の前面に取り付けた例を示したが、車両10の側方,後方,真下に向けて設置してもよい。また、上述の実施形態では車両10の一例として、四輪の乗用自動車を図2に示したが、オートバイ、貨物自動車、或いは例えば建設機械を運搬する特殊車両など、道路の路面或いは壁面上の特徴点を撮像することが可能な移動体(車両)すべてに適用可能である。   In addition, although FIG. 2 showed the example which attached the camera 12 and the pattern light projector 11 to the front of the vehicle 10, you may install toward the side of the vehicle 10, back, and directly below. Furthermore, although a four-wheeled passenger vehicle is shown in FIG. 2 as an example of the vehicle 10 in the above-described embodiment, features on a road or wall of a road, such as a motorcycle, a lorry, or a special vehicle for transporting a construction machine, for example It is applicable to all the mobile bodies (vehicles) which can image a point.

10 車両
11 パターン光投光器(投光器)
12 カメラ(撮像部)
14 路面投光器(投光器)
20 検出領域設定部
21 パターン光抽出部
22 姿勢角算出部
23 特徴点検出部
24 姿勢変化量算出部
26 自己位置算出部
31 路面
32a、32b パターン光
51、53、71 凸部
55、61a、61b、61c、61d、61e、73、77 影の領域
63a〜63e、81a〜81e、91a〜91e、101a〜101e、103a〜103e 除外領域
75 凹部
Te 特徴点
10 vehicles 11 pattern light projectors (projectors)
12 Camera (imaging unit)
14 Road Surface Emitter (Sender)
Reference Signs List 20 detection area setting unit 21 pattern light extraction unit 22 attitude angle calculation unit 23 feature point detection unit 24 attitude change amount calculation unit 26 self position calculation unit 31 road surface 32a, 32b pattern light 51, 53, 71 convex portion 55, 61a, 61b , 61c, 61d, 61e, 73, 77 shadow areas 63a to 63e, 81a to 81e, 91a to 91e, 101a to 101e, 103a to 103e excluded area 75 concave portion Te feature point

Claims (7)

車両周囲の路面に少なくともパターン光を投光する投光器と、
前記車両に搭載され、前記パターン光が投光された領域を含む車両周囲の路面を撮像して画像を取得する撮像部と、
前記撮像部で取得した画像から、前記路面の凹凸による前記画像上の影の位置を検出し、前記影の位置に基づいて前記路面上に凹凸が存在する可能性のある領域を除いて前記画像上に検出領域を設定する検出領域設定部と、
前記撮像部で取得した画像の前記検出領域における前記パターン光の位置から前記路面に対する車両の姿勢角を算出する姿勢角算出部と、
前記撮像部で取得した画像の前記検出領域から、前記路面上の複数の特徴点を検出する特徴点検出部と、
前記特徴点検出部により検出された路面上の複数の特徴点の時間変化に基づいて、前記車両の姿勢変化量を算出する姿勢変化量算出部と、
前記車両の初期位置および姿勢角に、前記姿勢変化量を加算してゆくことで、前記車両の現在位置および姿勢角を算出する自己位置算出部と、
を備えたことを特徴とする自己位置算出装置。
A projector for projecting at least pattern light onto the road surface around the vehicle;
An imaging unit which is mounted on the vehicle and captures an image of a road surface around the vehicle including an area where the pattern light is projected;
The position of the shadow on the image due to the unevenness of the road surface is detected from the image acquired by the imaging unit, and the image excluding the area where the unevenness may exist on the road based on the position of the shadow A detection area setting unit that sets a detection area on the upper side;
An attitude angle calculation unit that calculates an attitude angle of the vehicle with respect to the road surface from the position of the pattern light in the detection area of the image acquired by the imaging unit;
A feature point detection unit that detects a plurality of feature points on the road surface from the detection area of the image acquired by the imaging unit;
A posture change amount calculation unit that calculates a posture change amount of the vehicle based on time changes of a plurality of feature points on the road surface detected by the feature point detection unit;
A self position calculation unit that calculates the current position and attitude angle of the vehicle by adding the amount of attitude change to the initial position and attitude angle of the vehicle;
The self-position calculation apparatus characterized by having.
請求項1に記載の自己位置算出装置であって、
前記検出領域設定部は、前記画像上の影の位置から前記投光器の方向の領域を除いて検出領域を設定することを特徴とする自己位置算出装置。
The self position calculation apparatus according to claim 1, wherein
The detection position setting unit sets the detection position by excluding the region in the direction of the light projector from the position of the shadow on the image.
請求項1または2に記載の自己位置算出装置であって、
前記検出領域設定部は、前記路面の凸部による前記画像上の影の位置に基づいて、前記画像上に検出領域を設定することを特徴とする自己位置算出装置。
It is a self-position calculation apparatus of Claim 1 or 2, Comprising:
The detection position setting unit sets the detection area on the image based on the position of the shadow on the image by the convex portion of the road surface.
請求項3に記載の自己位置算出装置であって、
前記検出領域設定部は、前記路面の凹部による前記画像上の影の位置に基づいて、前記画像上に検出領域を設定することを特徴とする自己位置算出装置。
The self-position calculation apparatus according to claim 3,
The detection position setting unit sets a detection area on the image based on a position of a shadow on the image due to a concave portion of the road surface.
請求項3または4に記載の自己位置算出装置であって、
前記検出領域設定部は、前記路面の凹凸による前記画像上の影の位置に基づいて前記画像上に第1の検出領域を設定し、前記路面の凸部による前記画像上の影の位置に基づいて前記画像上に第2の検出領域を設定し、
前記姿勢角算出部は、前記第1の検出領域における前記パターン光の位置から前記路面に対する車両の姿勢角を算出し、
前記特徴点検出部は、前記第2の検出領域から前記路面上の複数の特徴点を検出することを特徴とする自己位置算出装置。
The self-position calculation apparatus according to claim 3 or 4, wherein
The detection area setting unit sets a first detection area on the image based on the position of the shadow on the image due to the unevenness of the road surface, and based on the position of the shadow on the image due to the convex portion on the road Setting a second detection area on the image;
The attitude angle calculation unit calculates an attitude angle of the vehicle with respect to the road surface from the position of the pattern light in the first detection area,
The feature point detection unit detects a plurality of feature points on the road surface from the second detection region.
請求項1または2に記載の自己位置算出装置であって、
前記検出領域設定部は、前記画像上の影の長さ変化に基づいて前記路面の凸部による影を判別することを特徴とする自己位置算出装置。
It is a self-position calculation apparatus of Claim 1 or 2, Comprising:
The detection position setting unit determines a shadow by a convex portion of the road surface based on a change in length of a shadow on the image.
車両に搭載された投光器から車両周囲の路面に少なくともパターン光を投光する手順と、
前記車両に搭載された撮像部によって、前記パターン光が投光された領域を含む車両周囲の路面を撮像して画像を取得する手順と、
前記車両の制御部が、前記撮像部で取得した画像から前記路面の凹凸による前記画像上の影の位置を検出し、前記影の位置に基づいて前記路面上に凹凸が存在する可能性のある領域を除いて前記画像上に検出領域を設定する手順と、
前記制御部が、前記撮像部で取得した画像の前記検出領域における前記パターン光の位置から前記路面に対する車両の姿勢角を算出する手順と、
前記制御部が、前記撮像部で取得した画像の前記検出領域から、前記路面上の複数の特徴点を検出する手順と、
前記制御部が、検出された前記路面上の複数の特徴点の時間変化に基づいて、前記車両の姿勢変化量を算出する手順と、
前記制御部が、前記車両の初期位置および姿勢角に、前記姿勢変化量を加算してゆくことで、前記車両の現在位置及び姿勢角を算出する手順と、
を含むことを特徴とする自己位置算出方法。
A procedure for projecting at least pattern light from the projector mounted on the vehicle to the road surface around the vehicle;
A procedure for capturing an image by capturing an image of a road surface around the vehicle including an area where the pattern light is projected by an imaging unit mounted on the vehicle;
The control unit of the vehicle detects the position of the shadow on the image due to the unevenness of the road surface from the image acquired by the imaging unit, and the unevenness may exist on the road surface based on the position of the shadow Setting a detection area on the image excluding an area;
A procedure in which the control unit calculates an attitude angle of the vehicle with respect to the road surface from the position of the pattern light in the detection area of the image acquired by the imaging unit;
A procedure in which the control unit detects a plurality of feature points on the road surface from the detection area of the image acquired by the imaging unit;
A procedure in which the control unit calculates the amount of change in posture of the vehicle based on the time change of a plurality of feature points detected on the road surface;
A procedure in which the control unit calculates the current position and attitude angle of the vehicle by adding the amount of change in attitude to the initial position and attitude angle of the vehicle;
A self position calculation method characterized by including.
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