JP7644659B2 - Image processing device and vehicle - Google Patents
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Description
本開示は、撮像画像に基づいて物体の位置推定を行う画像処理装置、および、そのような画像処理装置を備えた車両に関する。 This disclosure relates to an image processing device that estimates the position of an object based on a captured image, and a vehicle equipped with such an image processing device.
撮像装置により得られた撮像画像には、様々な物体の画像が含まれる。例えば特許文献1には、そのような撮像画像に基づいて物体の位置推定を行う画像処理装置が開示されている。
Images captured by an imaging device include images of various objects. For example,
ところで、このような画像処理装置では、物体位置の推定処理の高速化を図ることが、求められている。物体位置の推定処理の高速化を図ることが可能な画像処理装置、および、そのような画像処理装置を備えた車両を提供することが望ましい。 However, in such image processing devices, there is a demand for speeding up the process of estimating object positions. It is desirable to provide an image processing device that can speed up the process of estimating object positions, and a vehicle equipped with such an image processing device.
本開示の一実施の形態に係る画像処理装置は、撮像画像において1または複数の画像領域を設定する領域設定部と、撮像画像の画像領域に含まれる2次元配置の特徴量を抽出する抽出部と、時間軸に沿った前後のフレーム期間にてそれぞれ得られた撮像画像の画像領域同士において、特徴量に対する畳み込み演算を利用した相関演算を行うことにより、追跡対象物体の位置を推定する位置推定部と、を備えたものである。位置推定部は、上記畳み込み演算を行う際に、特徴量に対するフーリエ変換を用いると共に、フーリエ変換および畳み込み演算をそれぞれ、2次元配置の特徴量に対して、1次元ずつ実行する。 An image processing device according to an embodiment of the present disclosure includes an area setting unit that sets one or more image areas in a captured image, an extraction unit that extracts feature amounts arranged in a two-dimensional arrangement contained in the image areas of the captured image, and a position estimation unit that estimates the position of a tracked object by performing a correlation calculation using a convolution calculation on the feature amounts between image areas of captured images obtained in previous and subsequent frame periods along the time axis. When performing the convolution calculation, the position estimation unit uses a Fourier transform on the feature amounts, and performs the Fourier transform and the convolution calculation on the two-dimensionally arranged feature amounts, one dimension at a time.
本開示の一実施の形態に係る車両は、上記本開示の一実施の形態に係る画像処理装置と、上記位置推定部から得られる追跡対象物体の推定位置を利用して、車両制御を行う車両制御部と、を備えたものである。 A vehicle according to one embodiment of the present disclosure includes an image processing device according to the embodiment of the present disclosure, and a vehicle control unit that controls the vehicle using the estimated position of the tracked object obtained from the position estimation unit.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.実施の形態(距離情報または機械学習を利用して画像領域を設定する場合の例)
2.変形例
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The description will be made in the following order.
1. Embodiment (Example of setting image area using distance information or machine learning)
2. Modifications
<1.実施の形態>
[構成]
図1は、本開示の一実施の形態に係る車両(車両10)の概略構成例を、ブロック図で表したものである。図2は、図1に示した車両10の外観構成例を、模式的に上面図で表したものである。
1. Preferred embodiment
[composition]
Fig. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle (vehicle 10) according to an embodiment of the present disclosure. Fig. 2 is a schematic top view showing an example of an external configuration of the
車両10は、図1に示したように、ステレオカメラ11、画像処理装置12および車両制御部13を備えている。なお、この図1では、車両10の駆動力源(エンジンやモータなど)等の図示については、省略している。この車両10は、例えば、ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV:Electric Vehicle)などの電動車両、あるいは、ガソリン車により構成されている。
As shown in FIG. 1, the
(A.ステレオカメラ11)
ステレオカメラ11は、例えば図2に示したように、車両10の前方を撮像することにより、互いに視差を有する一組の画像(左画像PLおよび右画像PR)を生成するカメラである。このステレオカメラ11は、図1,図2に示したように、左カメラ11Lおよび右カメラ11Rを有している。
(A. Stereo camera 11)
The
左カメラ11Lおよび右カメラ11Rはそれぞれ、例えば、レンズおよびイメージセンサを含んでいる。左カメラ11Lおよび右カメラ11Rは、例えば図2に示したように、車両10におけるフロントガラス19の上部近傍に、車両10の幅方向に沿って所定距離だけ離間して、配置されている。これらの左カメラ11Lおよび右カメラ11Rは、互いに同期して撮像動作を行うようになっている。具体的には図1に示したように、左カメラ11Lは左画像PLを生成し、右カメラ11Rは右画像PRを生成する。左画像PLは複数の画素値を含み、右画像PRは複数の画素値を含んでいる。これらの左画像PLおよび右画像PRは、図1に示したように、ステレオ画像PICを構成している。
The
図3は、このようなステレオ画像PICの一例を表したものである。具体的には、図3(A)は、左画像PLの一例を示しており、図3(B)は、右画像PRの一例を示している。なお、図3中に示したx,yはそれぞれ、x軸,y軸を表している。この例では、車両10が走行している走行路における車両10の前方に、他車両(先行車両90)が走行している。左カメラ11Lは先行車両90を撮像することにより左画像PLを生成し、右カメラ11Rは先行車両90を撮像することにより右画像PRを生成する。
Figure 3 shows an example of such a stereo image PIC. Specifically, Figure 3(A) shows an example of a left image PL, and Figure 3(B) shows an example of a right image PR. Note that x and y shown in Figure 3 represent the x-axis and y-axis, respectively. In this example, another vehicle (preceding vehicle 90) is traveling ahead of
ステレオカメラ11は、このような左画像PLおよび右画像PRを含む、ステレオ画像PICを生成するようになっている。また、ステレオカメラ11は、所定のフレームレート(例えば60[fps])にて撮像動作を行うことにより、一連のステレオ画像PICを生成するようになっている。
The
(B.画像処理装置12)
画像処理装置12は、ステレオカメラ11から供給されたステレオ画像PICに基づいて、各種の画像処理(車両10の前方の物体の追跡処理等)を行う装置である。この画像処理装置12は、図1に示したように、画像メモリ121、距離情報生成部122、領域設定部123、特徴量抽出部124および位置推定部125を、有している。
(B. Image Processing Device 12)
The
このような画像処理装置12は、例えば、プログラムを実行する1または複数のプロセッサ(CPU:Central Processing Unit)と、これらのプロセッサに通信可能に接続される1または複数のメモリと、を含んで構成される。また、このようなメモリは、例えば、処理データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)、および、プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)等により構成される。
Such an
なお、上記した特徴量抽出部124は、本開示における「抽出部」の一具体例に対応している。
The
(画像メモリ121)
画像メモリ121は、図1に示したように、ステレオ画像PICに含まれる左画像PLおよび右画像PRをそれぞれ、一旦記憶するメモリである。また、画像メモリ21は、このようにして記憶された左画像PLおよび右画像PRの少なくとも一方を、撮像画像Pとして、距離情報生成部122および特徴量抽出部124に対してそれぞれ、順次供給するようになっている(図1参照)。
(Image memory 121)
1, the
(距離情報生成部122)
距離情報生成部122は、画像メモリ121から読み出された撮像画像P(ここでは、左画像PLおよび右画像PR)に基づいて、ステレオマッチング処理やフィルタリング処理などを含む所定の画像処理を行うことにより、距離情報Izを生成するものである(図1参照)。具体的には、距離情報生成部122は、これらの左画像PLおよび右画像PRに基づき、複数の画素値を含む距離画像を生成する。複数の画素値はそれぞれ、この例では視差値である。言い換えれば、複数の画素値はそれぞれ、3次元の実空間における、各画素に対応する点までの距離に対応する。なお、この例には限定されず、例えば、複数の画素値がそれぞれ、3次元の実空間における、各画素に対応する点までの距離を示す距離値であってもよい。このようにして距離情報生成部122は、各画素に対応する点までの距離を示す情報である、距離情報Izを生成するようになっている。
(Distance information generation unit 122)
The distance
(領域設定部123)
領域設定部123は、距離情報生成部122から供給される距離情報Izに基づき、撮像画像Pにおいて、1または複数の画像領域Rを設定するものである。具体的には、領域設定部123は、距離情報Izに基づき、撮像画像P内において互いに近くに位置すると共に視差値がほぼ同じである、複数の画素を特定し、その複数の画素を含む矩形領域を、画像領域Rとして設定するようになっている。すなわち、撮像画像P内において物体がある場合には、その物体に対応する領域の画素は、互いに近くに位置し、視差値はほぼ同じである。よって、領域設定部123は、このようにして画像領域Rを設定することにより、物体を囲むように画像領域Rを、設定するようになっている。
(Area setting unit 123)
The
図4は、領域設定部123が設定した画像領域Rの一例を、模式的に表したものである。この図4に示した例では、撮像画像P(ここでは、左画像PLおよび右画像PRのうちの一方の画像)において、2つの車両にそれぞれ、画像領域Rが設定されている。なお、領域設定部123は、この例では車両に画像領域Rを設定したが、この例には限定されず、例えば、人、ガードレール、壁などにも画像領域Rを設定するようにしてもよい。
Figure 4 is a schematic diagram showing an example of an image region R set by the
このようにして領域設定部123にて設定された、1または複数の画像領域Rについての情報は、図1に示したように、特徴量抽出部124に対して供給されるようになっている。
In this manner, information about one or more image regions R set by the
なお、この図1に示した例では、領域設定部123は、距離情報Izを利用して画像領域Rを設定しているが、この例には限られない。すなわち、領域設定部123は、例えば、DNN(Deep Neural Network)等の学習済みモデルを用いて、撮像画像P内の物体を識別すると共に、その識別した物体の座標を出力することにより、矩形領域である画像領域Rを設定するようにしてもよい。つまり、領域設定部123は、機械学習を利用して画像領域Rを設定するようにしてもよい。
In the example shown in FIG. 1, the
(特徴量抽出部124)
特徴量抽出部124は、撮像画像P(ここでは、左画像PLおよび右画像PRのうちの一方の画像)における1または複数の画像領域Rに含まれる、特徴量Fを抽出するものである(図1参照)。この特徴量Fは、詳細は後述するが(図6等)、行列状に配置(2次元配置)された複数の画素における画素値により構成されている。なお、このような特徴量Fとしては、例えば、RGB(Red, Green, Blue)特徴量やHOB(Histograms of Oriented Gradients)特徴量等が挙げられる。
(Feature Extraction Unit 124)
The
特徴量抽出部124は、例えば、DNNの学習済みモデルを用いて、このような特徴量Fを抽出するようになっている。なお、その場合、例えば、特徴量抽出部124におけるニューラルネットワークがそれぞれ、複数の畳み込み層および複数のプーリング層を有するようになっている。
The
このようにして特徴量抽出部124にて抽出された特徴量Fは、位置推定部125に対して供給されるようになっている(図1参照)。
The feature F extracted in this manner by the
(位置推定部125)
位置推定部125は、時間軸に沿った前後のフレーム期間にてそれぞれ得られた撮像画像Pの画像領域R同士において、上記した特徴量Fに対する畳み込み演算を利用した相関演算を行うことにより、追跡対象物体の位置を推定するものである。つまり、位置推定部125は、各フレーム期間での撮像画像Pごとに、特徴量Fを用いて追跡対象物体の位置を推定することによって、物体追跡を行う。
(Position estimation unit 125)
The
また、このような物体追跡は、例えば、KCF(Kernelized Correlation Filter)やテンプレートマッチング、Siamese Network等の、CNN(Convolutional Neural Network:畳み込みニューラルネットワーク)を利用した物体追跡手法を用いて、行われるようになっている。 In addition, such object tracking is performed using object tracking methods that utilize a CNN (Convolutional Neural Network), such as KCF (Kernelized Correlation Filter), template matching, and Siamese Network.
図5は、このような相関演算を用いた物体追跡の概要について、模式的に表したものである。なお、この図5中に示したtは、時間軸を表しており、以降においても同様である。 Figure 5 shows a schematic overview of object tracking using such correlation calculations. Note that t in Figure 5 represents the time axis, and this also applies to the following examples.
例えば図5(A),図5(B)に示したように、相関演算を用いた物体追跡では、時間軸tに沿った各タイミングt0,t1,…,tnにおける各撮像画像P0,P1,…Pnにおいて、追跡対象物体の位置(位置座標x0)がどのように移動したのかが推定される(移動量Δx参照)。具体的には、このような物体追跡の際には、各撮像画像P0,P1,…Pn間での相関値が最も大きい(最大値を示す)位置が、追跡対象物体の位置座標x0として推定され、随時更新されるようになっている。 For example, as shown in Figures 5(A) and 5(B), in object tracking using correlation calculations, how the position (position coordinate x0) of the tracked object has moved in each captured image P0, P1, ... Pn at each timing t0, t1, ... tn along the time axis t is estimated (see movement amount Δx). Specifically, in such object tracking, the position where the correlation value is the largest (indicates the maximum value) among each captured image P0, P1, ... Pn is estimated as the position coordinate x0 of the tracked object, and is updated as needed.
一例として、上記したKCFを用いた場合の物体追跡の際には、以下のようにして各種演算が行われる。すなわち、まず、以下の(1)式で示される値が最小化されるように、係数wの機械学習が行われる。そして、この係数wの値を最適化できれば、入力画像における追跡対象物体の位置座標を出力する式となる。なお、このようにして係数wを最適化する際には、例えば、後述するカーネルトリックが用いられるようになっている。 As an example, when tracking an object using the above-mentioned KCF, various calculations are performed as follows. That is, first, machine learning of the coefficient w is performed so that the value shown in the following equation (1) is minimized. Then, if the value of this coefficient w can be optimized, it becomes an equation that outputs the position coordinates of the tracked object in the input image. Note that when optimizing the coefficient w in this way, for example, the kernel trick described below is used.
また、図6は、本実施の形態に係る相関演算の処理例を、模式的に表したものである。具体的には、現在のフレーム期間(図6(A)参照)において得られた撮像画像Pnの画像領域Rにて抽出された特徴量Fと、直後のフレーム期間(1フレーム後:図6(B)参照)において得られた撮像画像Pn+1の画像領域Rにて取得された特徴量Fn+1と、を用いた相関演算の処理例について、示している。 Also, FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of correlation calculation processing according to this embodiment. Specifically, it shows an example of correlation calculation processing using a feature amount F extracted from an image region R of a captured image Pn obtained in the current frame period (see FIG. 6(A)) and a feature amount Fn+1 obtained in an image region R of a captured image Pn+1 obtained in the immediately following frame period (one frame later: see FIG. 6(B)).
なお、上記した特徴量Fn,Fn+1ではそれぞれ、16個の画素PXが(y軸方向に対応する縦方向:4個×x軸方向に対応する横方向:4個)にて、行列状に配置(2次元配置)されている(図6(A),図6(B)参照)。また、図6中には、以下説明するフーリエ変換を用いた畳み込み演算による相関演算から得られる、相関マップMcを示している。 In addition, in each of the above feature quantities Fn and Fn+1, 16 pixels PX (4 pixels in the vertical direction corresponding to the y-axis direction × 4 pixels in the horizontal direction corresponding to the x-axis direction) are arranged in a matrix (two-dimensional arrangement) (see Figures 6(A) and 6(B)). Also, Figure 6 shows a correlation map Mc obtained from a correlation calculation by a convolution calculation using a Fourier transform, which will be described below.
本実施の形態では、位置推定部125は、前述した特徴量Fに対する畳み込み演算を行う際に、特徴量Fに対するフーリエ変換を用いるようになっている。また、位置推定部125は、例えば、前述したKCFを用いて、そのようなフーリエ変換を用いた相関演算を行うようになっている。更に、このKCFを用いた場合、例えば図5中に示したように、フーリエ変換によって、色空間を示す特徴量(前述したRGB特徴量等)から、周波数空間への変換が行われることで、処理の高速化が図られるようになっている
In this embodiment, the
ここで、このようなKCFにおいて前述したカーネルトリックを用いた場合、フーリエ変換を行う関数F(x)は、以下の(2)式にて定義される。また、上記した畳み込み演算を(f*g)として表すと、以下の(3)式にて定義される。 When the kernel trick described above is used in such a KCF, the function F(x) that performs the Fourier transform is defined by the following equation (2). Furthermore, when the above-mentioned convolution operation is expressed as (f*g), it is defined by the following equation (3).
すると、フーリエ変換を行ったもの同士の畳み込み演算は、以下の(4)式にて表されることになる。つまり、この(4)式における最後の式から分かるように、フーリエ変換を行ったもの同士の畳み込み演算は、フーリエ変換を行ったもの同士の積と等しくなる。具体的には、図6の例では、フーリエ変換を用いて周波数空間に変換した特徴量Fn,Fn+1に対して畳み込み演算を行う場合、これらの特徴量Fn,Fn+1(行列)同士の積を取ることで、演算が行われるようになっている。このようにしてKCFを用いることで、計算量が削減され、処理の高速化が実現されるようになっている。 Then, the convolution operation between the results of Fourier transform is expressed by the following equation (4). In other words, as can be seen from the last equation in equation (4), the convolution operation between the results of Fourier transform is equal to the product of the results of Fourier transform. Specifically, in the example of FIG. 6, when performing a convolution operation on feature quantities Fn and Fn+1 that have been transformed into frequency space using a Fourier transform, the operation is performed by taking the product of these feature quantities Fn and Fn+1 (matrices). By using KCF in this way, the amount of calculation is reduced, and processing speed is increased.
ここで、本実施の形態では、位置推定部125は、このようなフーリエ変換および畳み込み演算をそれぞれ、2次元配置の特徴量Fに対して、1次元ずつ実行するようになっている(例えば、図6(A),図6(B)中の特徴量Fn,Fn+1に示した、破線の矢印参照)。なお、このような位置推定部における詳細な処理例については、後述する(図7,図8)。
In this embodiment, the
(C.車両制御部13)
車両制御部13は、位置推定部125から供給される位置推定の結果(追跡対象物体の推定位置Pe)を利用して、車両10における各種の車両制御を行うものである(図1参照)。具体的には、車両制御部13はこの推定位置Peの情報に基づき、例えば、車両10の走行制御や、車両10における各種部材の動作制御などを、行うようになっている。
(C. Vehicle control unit 13)
The
このような車両制御部13は、画像処理装置12と同様に、例えば、プログラムを実行する1または複数のプロセッサ(CPU)と、これらのプロセッサに通信可能に接続される1または複数のメモリと、を含んで構成される。また、このようなメモリも、画像処理装置12と同様に、例えば、処理データを一時的に記憶するRAM、および、プログラムを記憶するROM等により構成される。
Similar to the
[動作および作用・効果]
続いて、本実施の形態における動作および作用・効果について、詳細に説明する。
[Actions, actions and effects]
Next, the operation, functions and effects of this embodiment will be described in detail.
(A.本実施の形態の位置推定処理等)
まず、図1~図6に加えて図7,図8を参照して、本実施の形態における前述した相関演算を含む処理(位置推定処理等)の一例について、説明する。図7は、そのような相関演算を含む処理例を、流れ図で表したものである。また、図8は、比較例(図8(A))および本実施の形態の実施例(図8(B))に係る相関演算の処理例をそれぞれ、対比して(破線で示した符号CF参照)、模式的に表したものである。
(A. Position Estimation Processing, etc., of the Present Embodiment)
First, an example of the process (position estimation process, etc.) including the correlation calculation described above in this embodiment will be described with reference to Figures 1 to 6 as well as Figures 7 and 8. Figure 7 shows a flow chart of such a process example including correlation calculation. Figure 8 shows a schematic comparison (see the dashed line CF) of a comparative example (Figure 8A) and an example of this embodiment (Figure 8B).
図7に示した処理例では、まず、ステレオカメラ11が車両10の前方を撮像することにより、ステレオ画像PIC(左画像PLおよび右画像PR)を生成する(ステップS100)。具体的には、例えば図3に示したような、ステレオ画像PIC(左画像PLおよび右画像PR)が、生成される。
In the processing example shown in FIG. 7, first, the
次に、画像処理装置12内の画像メモリ21が、そのようにして生成されたステレオ画像PIC(左画像PLおよび右画像PR)を、撮像画像Pとして一旦記憶する(ステップS101)。続いて、領域設定部123において、撮像画像Pにおける画像領域Rが設定済みなのか否かが、判定される(ステップS102)。ここで、そのような画像領域Rが設定済みであると判定された場合には(ステップS102:Y)、後述するステップS104へと進むことになる。
Next, the image memory 21 in the
一方、そのような画像領域Rが設定済みではないと判定された場合には(ステップS102:N)、次に領域設定部123は、前述した手法(距離情報Izまたは機械学習など)を利用して、撮像画像Pにおける1または複数の画像領域Rを設定する(ステップS103)。そして、次にステップS104では、特徴量抽出部124が、撮像画像Pの画像領域Rに含まれる、前述した特徴量F(2次元配置)を抽出する。
On the other hand, if it is determined that such an image region R has not been set (step S102: N), the
続いて、位置推定部125は、前述した撮像画像Pn,Pn+1(図6参照)の画像領域R同士において、特徴量Fに対する畳み込み演算を利用した相関演算を行うことにより、追跡対象物体の位置を推定する(ステップS105)。具体的には、位置推定部125は、前述したようなフーリエ変換および畳み込み演算をそれぞれ、2次元配置の特徴量Fに対して1次元ずつ実行することで、そのような追跡対象物体の位置推定を行う。
Next, the
より具体的には、図6の例に対応した図8(B)の実施例では、位置推定部125は、以下のようにして位置推定を行う。すなわち、位置推定部125は、まず、特徴量Fnにおけるx軸方向(行方向)に沿って、前述したようなフーリエ変換および畳み込み演算の1次元処理を、それぞれ実行する(破線の矢印参照)。そして、位置推定部125は、このようなx軸方向に沿った1次元処理の結果を、y軸方向(列方向)に沿った複数組(この例では4組)同士で互いに加算することにより、2次元配置の特徴量Fnに対するフーリエ変換および畳み込み演算を実行する。
More specifically, in the embodiment of FIG. 8B corresponding to the example of FIG. 6, the
ここで、上記したx軸方向(行方向)は、本開示における「第1の方向」の一具体例に対応している。また、上記したy軸方向(列方向)は、本開示における「第2の方向」の一具体例に対応している。 Here, the x-axis direction (row direction) described above corresponds to a specific example of the "first direction" in this disclosure. Also, the y-axis direction (column direction) described above corresponds to a specific example of the "second direction" in this disclosure.
なお、このようなステップS105において、追跡対象物体の位置推定が困難であると判断された場合には、そのような位置推定が終了となり、図7に示した一連の処理例も終了となる。 If it is determined in step S105 that it is difficult to estimate the position of the tracked object, then the position estimation ends, and the example process shown in FIG. 7 also ends.
続いて、車両制御部13が、ステップS105にて得られた位置推定の結果(前述した追跡対象物体の推定位置Pe)を利用して、車両10における各種の車両制御(前述した車両10の走行制御や、各種部材の動作制御など)を行う(ステップS106)。
Next, the
以上で、図7に示した一連の処理例が終了となる。 This completes the series of processing examples shown in Figure 7.
(B.作用・効果)
このようにして本実施の形態では、時間軸に沿って前後のフレーム期間にてそれぞれ得られた撮像画像Pの画像領域R同士において、抽出された特徴量F(2次元配置)に対する畳み込み演算を利用した相関演算を行うことによって、追跡対象物体の位置を推定する際に、以下の処理が行われる。すなわち、特徴量Fに対する畳み込み演算を行う際に、特徴量Fに対するフーリエ変換が用いられると共に、これらのフーリエ変換および畳み込み演算がそれぞれ、2次元配置の特徴量Fに対して、1次元ずつ実行される。これにより本実施の形態では、例えば、これらのフーリエ変換および畳み込み演算をそれぞれ2次元で実行する場合(以下の比較例の場合に対応)と比べ、演算処理量(計算量)が削減される。
(B. Actions and Effects)
In this manner, in this embodiment, the following processing is performed when estimating the position of a tracked object by performing a correlation calculation using a convolution calculation on extracted feature amounts F (two-dimensional arrangement) between image regions R of captured images P obtained in adjacent frame periods along the time axis. That is, when performing a convolution calculation on feature amounts F, a Fourier transform is used on feature amounts F, and these Fourier transforms and convolution calculations are each performed one-dimensionally on feature amounts F arranged in a two-dimensional arrangement. As a result, in this embodiment, the amount of calculation processing (calculation amount) is reduced compared to, for example, a case in which these Fourier transforms and convolution calculations are each performed two-dimensionally (corresponding to the case of the comparative example below).
具体的には、図8(A)に示した比較例では、離散フーリエ変換(DFT:Discrete Fourier Transform)を用いた場合について考えると、計算量は以下のようになる。すなわち、まず、(N×N)の2次元配置の画素PXにおける1次元DFTの際の計算量のオーダーは、O(N2)となる。したがって、この比較例では上記したように、フーリエ変換が2次元で実行される(x軸方向(行方向)およびy軸方向(列方向)の各々に沿って実行される:破線の矢印参照)ことから、2次元DFTの際の計算量のオーダーは、O(N2×N2)=O(N4)となる。つまり、図8(A)の例では、(4×4)の2次元配置の画素PXであることから、2次元DFTの際の計算量のオーダーは、O(42×42)=O(44)となる。 Specifically, in the comparative example shown in FIG. 8A, when considering the case where a Discrete Fourier Transform (DFT) is used, the amount of calculation is as follows. That is, first, the order of calculation amount in one-dimensional DFT for pixels PX arranged two-dimensionally (N×N) is O(N 2 ). Therefore, as described above, in this comparative example, since the Fourier transform is performed two-dimensionally (along the x-axis direction (row direction) and the y-axis direction (column direction): see the dashed arrow), the order of calculation amount in two-dimensional DFT is O(N 2 ×N 2 )=O(N 4 ). That is, in the example of FIG. 8A, since the pixels PX are arranged two-dimensionally (4×4), the order of calculation amount in two-dimensional DFT is O(4 2 ×4 2 )=O(4 4 ).
これに対して、図8(B)に示した実施例では、同様にしてDFTを用いた場合について考えると、計算量は以下のようになる。すなわち、この実施例では、x軸に沿って実行した1次元DFT(破線の矢印参照)の結果が、y軸方向に沿った複数組(4組)同士で互いに加算されることから、トータルでの計算量のオーダーは、O(N2×N)=O(N3)=O(43)となる。つまり、この実施例では上記した比較例と比べ、計算精度を保持しつつ、特徴量Fnに対するDFTの際の計算量が、削減されることになる。なお、このような計算量の削減については、上記したDFTの場合には限られず、例えば高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)などの、他の種類のフーリエ変換等においても、同様となる。 In contrast, in the embodiment shown in FIG. 8B, when DFT is used in the same manner, the amount of calculation is as follows. That is, in this embodiment, the results of one-dimensional DFT (see dashed arrow) performed along the x-axis are added to each other for multiple sets (four sets) along the y-axis direction, so the order of the total amount of calculation is O(N 2 ×N)=O(N 3 )=O(4 3 ). That is, in this embodiment, the amount of calculation during DFT for the feature amount Fn is reduced while maintaining the calculation accuracy, compared to the above-mentioned comparative example. Note that such a reduction in the amount of calculation is not limited to the above-mentioned DFT, and is similar to other types of Fourier transform, such as fast Fourier transform (FFT).
以上のことから、本実施の形態では、物体位置の推定処理の高速化(処理時間の短縮化)を図ることが可能となる。 As a result, this embodiment makes it possible to speed up the object position estimation process (shorten the processing time).
また、本実施の形態では、x軸方向に沿った1次元処理の結果を、y軸方向に沿った複数組同士で互いに加算することによって、2次元配置の特徴量Fに対するフーリエ変換および畳み込み演算を実行するようにしたので、以下のようになる。すなわち、このような具体的な演算手法を用いることで、上記したような計算量の削減を、実際に実現することが可能となる。 In addition, in this embodiment, the results of one-dimensional processing along the x-axis direction are added together for multiple sets along the y-axis direction to perform a Fourier transform and convolution operation on the two-dimensionally arranged feature quantity F, as shown below. In other words, by using such a specific calculation method, it is possible to actually achieve the reduction in the amount of calculation described above.
更に、本実施の形態では、追跡対象物体の位置推定を行う際に、前述したKCFを用いて相関演算を行うと共に、フーリエ変換によって、色空間を示す特徴量Fから周波数空間への変換を行うようにしたので、更なる高速化(処理時間の更なる短縮化)を図ることが可能となる。 Furthermore, in this embodiment, when estimating the position of a tracked object, a correlation calculation is performed using the KCF described above, and a Fourier transform is used to convert the feature value F indicating the color space into a frequency space, which makes it possible to achieve even faster processing (even shorter processing time).
加えて、本実施の形態では、前述した距離情報Izまたは機械学習を利用して、撮像画像Pにおける画像領域Rを設定するようにしたので、そのような画像領域Rを容易に設定することができ、この点でも、更なる高速化(処理時間の更なる短縮化)を図ることが可能となる。 In addition, in this embodiment, the image region R in the captured image P is set using the distance information Iz or machine learning described above, so that such an image region R can be easily set, which also makes it possible to achieve further speedup (further shortening of processing time).
<2.変形例>
以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示はこの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。
2. Modified Examples
Although the present disclosure has been described above by way of the embodiment, the present disclosure is not limited to this embodiment and various modifications are possible.
例えば、車両10や画像処理装置12における各部材の構成(形式、形状、配置、個数等)については、上記実施の形態で説明したものには限られない。すなわち、これらの各部材における構成については、他の形式や形状、配置、個数等であってもよい。また、上記実施の形態で説明した各種パラメータの値や範囲、大小関係等についても、上記実施の形態で説明したものには限られず、他の値や範囲、大小関係等であってもよい。
For example, the configuration (type, shape, arrangement, number, etc.) of each component in the
具体的には、例えば上記実施の形態では、ステレオカメラ11が車両10の前方を撮像するように構成されていたが、このような構成には限定されず、例えばステレオカメラ11が、車両10の側方や後方を撮像するように構成してもよい。また、上記実施の形態では、ステレオカメラ11を用いた場合の例について説明したが、この例には限られず、例えば単眼のカメラを用いて、上記実施の形態で説明した各種処理を行うようにしてもよい。
Specifically, for example, in the above embodiment, the
また、例えば、上記実施の形態では、車両10や画像処理装置12において行われる各種処理について、具体例を挙げて説明したが、これらの具体例には限られない。すなわち、他の手法を用いて、これらの各種処理を行うようにしてもよい。具体的には、例えば、前述したフーリエ変換および畳み込み演算の1次元処理については、上記実施の形態で説明した手法(x軸方向に沿った1次元処理)には限られず、例えば、y軸方向に沿った1次元処理や、その他の方向(斜め方向など)に沿った1次元処理であってもよい。また、上記実施の形態では、KCFを用いた処理手法の例について説明したが、この例には限られず、他の処理手法を用いるようにしてもよい。
In addition, for example, in the above embodiment, specific examples of various processes performed in the
更に、上記実施の形態で説明した一連の処理は、ハードウェア(回路)で行われるようにしてもよいし、ソフトウェア(プログラム)で行われるようにしてもよい。ソフトウェアで行われるようにした場合、そのソフトウェアは、各機能をコンピュータにより実行させるためのプログラム群で構成される。各プログラムは、例えば、上記コンピュータに予め組み込まれて用いられてもよいし、ネットワークや記録媒体から上記コンピュータにインストールして用いられてもよい。 Furthermore, the series of processes described in the above embodiment may be performed by hardware (circuits) or by software (programs). When performed by software, the software is composed of a group of programs for causing a computer to execute each function. Each program may be, for example, pre-installed in the computer and used, or may be installed in the computer from a network or recording medium and used.
また、上記実施の形態では、画像処理装置12が車両に設けられている場合の例について説明したが、この例には限られず、そのような画像処理装置12が、例えば、車両以外の移動体や、移動体以外の装置に設けられているようにしてもよい。
In addition, in the above embodiment, an example in which the
更に、これまでに説明した各種の例を、任意の組み合わせで適用させるようにしてもよい。 Furthermore, the various examples described above may be applied in any combination.
なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。 The effects described in this specification are merely examples and are not limiting, and other effects may also be present.
また、本開示は、以下のような構成を取ることも可能である。
(1)
撮像画像において、1または複数の画像領域を設定する領域設定部と、
前記撮像画像の前記画像領域に含まれる、2次元配置の特徴量を抽出する抽出部と、
時間軸に沿った前後のフレーム期間にてそれぞれ得られた、前記撮像画像の前記画像領域同士において、前記特徴量に対する畳み込み演算を利用した相関演算を行うことにより、追跡対象物体の位置を推定する位置推定部と
を備え、
前記位置推定部は、
前記畳み込み演算を行う際に、前記特徴量に対するフーリエ変換を用いると共に、
前記フーリエ変換および前記畳み込み演算をそれぞれ、前記2次元配置の前記特徴量に対して、1次元ずつ実行する
画像処理装置。
(2)
前記位置推定部は、
前記特徴量における第1の方向に沿って、前記フーリエ変換および前記畳み込み演算の1次元処理を、それぞれ実行すると共に、
前記第1の方向に沿った前記1次元処理の結果を、前記第1の方向とは異なる第2の方向に沿った複数組同士で、互いに加算することにより、
前記2次元配置の前記特徴量に対する、前記フーリエ変換および前記畳み込み演算を実行する
上記(1)に記載の画像処理装置。
(3)
前記位置推定部は、
KCF(Kernelized Correlation Filter)を用いて前記相関演算を行うと共に、
前記フーリエ変換によって、色空間を示す前記特徴量から周波数空間への変換を行う
上記(1)または(2)に記載の画像処理装置。
(4)
前記領域設定部は、ステレオカメラから得られる前記撮像画像としての左画像および右画像に基づいて生成される距離情報、または、機械学習を利用して、前記画像領域を設定する
上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の画像処理装置。
(5)
上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の画像処理装置と、
前記位置推定部から供給される前記追跡対象物体の推定位置を利用して、車両制御を行う車両制御部と
を備えた車両。
(6)
1または複数のプロセッサと
前記1または複数のプロセッサに通信可能に接続される1または複数のメモリと
を備え、
前記1または複数のプロセッサは、
撮像画像において、1または複数の画像領域を設定することと、
前記撮像画像の前記画像領域に含まれる、2次元配置の特徴量を抽出することと、
時間軸に沿った前後のフレーム期間にてそれぞれ得られた、前記撮像画像の前記画像領域同士において、前記特徴量に対する畳み込み演算を利用した相関演算を行うことにより、追跡対象物体の位置を推定することと
を行うと共に、
前記畳み込み演算を行う際に、前記特徴量に対するフーリエ変換を用いると共に、
前記フーリエ変換および前記畳み込み演算をそれぞれ、前記2次元配置の前記特徴量に対して、1次元ずつ実行する
画像処理装置。
The present disclosure can also be configured as follows.
(1)
a region setting unit that sets one or more image regions in a captured image;
an extraction unit that extracts a feature amount of a two-dimensional arrangement included in the image region of the captured image;
a position estimation unit that estimates a position of a tracked object by performing a correlation calculation using a convolution operation on the feature amount between the image regions of the captured images obtained in previous and subsequent frame periods along a time axis,
The position estimation unit is
When performing the convolution operation, a Fourier transform is used for the feature amount,
the image processing device performing the Fourier transform and the convolution operation on the feature amounts arranged in the two-dimensional array, one dimension at a time.
(2)
The position estimation unit is
performing one-dimensional processing of the Fourier transform and the convolution operation along a first direction of the feature amount,
The results of the one-dimensional processing along the first direction are added to each other in a plurality of sets along a second direction different from the first direction,
The image processing device according to (1) above, further comprising: a processor for executing the Fourier transform and the convolution operation on the feature amounts arranged in the two-dimensional array.
(3)
The position estimation unit is
The correlation calculation is performed using a KCF (Kernelized Correlation Filter),
The image processing device according to (1) or (2) above, wherein the feature quantity indicating a color space is transformed into a frequency space by the Fourier transform.
(4)
The image processing device according to any one of (1) to (3) above, wherein the area setting unit sets the image area using distance information generated based on a left image and a right image as the captured image obtained from a stereo camera, or machine learning.
(5)
An image processing device according to any one of (1) to (4) above;
a vehicle control unit that controls the vehicle by using the estimated position of the tracked object provided by the position estimation unit.
(6)
one or more processors; and one or more memories communicatively coupled to the one or more processors,
The one or more processors:
Setting one or more image areas in a captured image;
extracting a feature amount of a two-dimensional arrangement included in the image region of the captured image;
and estimating a position of a tracked object by performing a correlation calculation using a convolution calculation on the feature amount between the image regions of the captured images obtained in the previous and next frame periods along a time axis, and
When performing the convolution operation, a Fourier transform is used for the feature amount,
the image processing device performing the Fourier transform and the convolution operation on the feature amounts arranged in the two-dimensional array, one dimension at a time.
10…車両、11…ステレオカメラ、11L…左カメラ、11R…右カメラ、12…画像処理装置、121…画像メモリ、122…距離情報生成部、123…領域設定部、124…特徴量抽出部、125…位置推定部、13…車両制御部、19…フロントガラス、90…先行車両、PL…左画像、PR…右画像、PIC…ステレオ画像、P,P0~Pn,Pn+1…撮像画像、R…画像領域、Iz…距離情報、F,Fn,Fn+1…特徴量、Mc…相関マップ、Pe…推定位置、x0…位置座標、PX…画素、t…時間軸、t0~tn…タイミング。 10...vehicle, 11...stereo camera, 11L...left camera, 11R...right camera, 12...image processing device, 121...image memory, 122...distance information generation unit, 123...area setting unit, 124...feature extraction unit, 125...position estimation unit, 13...vehicle control unit, 19...windshield, 90...preceding vehicle, PL...left image, PR...right image, PIC...stereo image, P, P0 to Pn, Pn+1...captured image, R...image area, Iz...distance information, F, Fn, Fn+1...feature, Mc...correlation map, Pe...estimated position, x0...position coordinate, PX...pixel, t...time axis, t0 to tn...timing.
Claims (5)
前記撮像画像の前記画像領域に含まれる、2次元配置の特徴量を抽出する抽出部と、
時間軸に沿った前後のフレーム期間にてそれぞれ得られた、前記撮像画像の前記画像領域同士において、前記特徴量に対する畳み込み演算を利用した相関演算を行うことにより、追跡対象物体の位置を推定する位置推定部と
を備え、
前記位置推定部は、
前記畳み込み演算を行う際に、前記特徴量に対するフーリエ変換を用いると共に、
前記フーリエ変換および前記畳み込み演算をそれぞれ、前記2次元配置の前記特徴量に対して、1次元ずつ実行する
画像処理装置。 a region setting unit that sets one or more image regions in a captured image;
an extraction unit that extracts a feature amount of a two-dimensional arrangement included in the image region of the captured image;
a position estimation unit that estimates a position of a tracked object by performing a correlation calculation using a convolution operation on the feature amount between the image regions of the captured images obtained in previous and subsequent frame periods along a time axis,
The position estimation unit is
When performing the convolution operation, a Fourier transform is used for the feature amount,
the image processing device performing the Fourier transform and the convolution operation on the feature amounts arranged in the two-dimensional array, one dimension at a time.
前記特徴量における第1の方向に沿って、前記フーリエ変換および前記畳み込み演算の1次元処理を、それぞれ実行すると共に、
前記第1の方向に沿った前記1次元処理の結果を、前記第1の方向とは異なる第2の方向に沿った複数組同士で、互いに加算することにより、
前記2次元配置の前記特徴量に対する、前記フーリエ変換および前記畳み込み演算を実行する
請求項1に記載の画像処理装置。 The position estimation unit is
performing one-dimensional processing of the Fourier transform and the convolution operation along a first direction of the feature amount,
The results of the one-dimensional processing along the first direction are added to each other in a plurality of sets along a second direction different from the first direction,
The image processing device according to claim 1 , further comprising: a processor configured to execute the Fourier transform and the convolution operation on the feature amounts in the two-dimensional arrangement.
KCF(Kernelized Correlation Filter)を用いて前記相関演算を行うと共に、
前記フーリエ変換によって、色空間を示す前記特徴量から周波数空間への変換を行う
請求項1または請求項2に記載の画像処理装置。 The position estimation unit is
The correlation calculation is performed using a KCF (Kernelized Correlation Filter),
The image processing apparatus according to claim 1 , wherein the feature quantity indicating a color space is transformed into a frequency space by the Fourier transform.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の画像処理装置。 The image processing device according to claim 1 , wherein the region setting unit sets the image region by using distance information generated based on a left image and a right image as the captured image obtained from a stereo camera, or by using machine learning.
前記位置推定部から供給される前記追跡対象物体の推定位置を利用して、車両制御を行う車両制御部と
を備えた車両。 An image processing device according to any one of claims 1 to 4,
a vehicle control unit that controls the vehicle by using the estimated position of the tracked object provided by the position estimation unit.
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