JP7653941B2 - Data processing device, data processing method and data processing program - Google Patents
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Description
本開示は、移動体の位置及び姿勢を推定する技術に関する。 This disclosure relates to technology for estimating the position and orientation of a moving object.
移動体の位置及び姿勢を推定する自己位置推定技術として、特許文献1に記載のSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)を利用した技術がある。SLAMには、カメラの画像からランドマークを検出して自己位置推定を行うVisual SLAMが知られている。Visual SLAMは、Visual Odometry、Visual-Inertial Odometry等の技術を用いて行われる。
特許文献1では、移動しながら周囲の空間を撮影して得られた環境画像と、空間の各位置に関連付けられた複数の基準画像とを照合し、照合結果から移動体の位置及び姿勢を推定する位置推定装置が開示されている。
As a self-location estimation technology for estimating the position and orientation of a moving object, there is a technology using SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) described in
移動体の周囲の空間を撮影する手段として単眼カメラとミリ波レーダが存在する。
単眼カメラは、時系列画像の特徴点の追尾により、速度ベクトルを推定可能である。しかし、単眼カメラは全天候性が無く、太陽光の外乱に弱いという課題がある。また、単眼カメラは、遠方の物体では速度誤差が大きく、遠方の距離精度が悪いという課題がある。
ミリ波レーダは高反射物の相対速度ベクトルを全天候で遠方でも高精度に計測可能である。しかし、ミリ波レーダは低反射物を検知しにくいという課題がある。また、ミリ波レーダは空間分解能が低いという課題がある。
Monocular cameras and millimeter wave radars are available as means for capturing images of the space around a moving object.
A monocular camera can estimate a velocity vector by tracking feature points in a time series of images. However, monocular cameras have the problem that they are not suitable for all weather conditions and are vulnerable to disturbances from sunlight. In addition, monocular cameras have the problem that the velocity error is large for distant objects and the accuracy of distance measurement is poor at long distances.
Millimeter wave radar can measure the relative velocity vector of a highly reflective object with high accuracy in all weather conditions and at great distances. However, millimeter wave radar has the problem that it is difficult to detect low reflectivity objects. In addition, millimeter wave radar has the problem that the spatial resolution is low.
本開示は、単眼カメラとミリ波レーダとを組み合わせて、天候に影響されずに、周囲空間との離隔距離によらず、高精度に移動体の位置及び姿勢を推定可能な構成を得ることを主な目的とする。 The main objective of this disclosure is to obtain a configuration that combines a monocular camera and millimeter wave radar to estimate the position and attitude of a moving object with high accuracy, regardless of the weather or the distance from the surrounding space.
本開示に係るデータ処理装置は、
移動体に搭載された単眼カメラにより得られた複数のカメラ画像データの各々から複数の特徴点を複数のカメラ特徴点として抽出し、各カメラ特徴点をカメラ画像データ間で追尾し、各カメラ特徴点のカメラ画像データ間での移動速度を算出するカメラ画像処理部と、
前記移動体に搭載されたミリ波レーダにより前記複数のカメラ画像データに同期して得られた複数のレーダエコーデータの各々から複数の特徴点を複数のレーダ特徴点として抽出し、各レーダ特徴点をレーダエコーデータ間で追尾し、各レーダ特徴点のレーダエコーデータ間での移動速度を算出するレーダエコー処理部と、
同期しているカメラ画像データとレーダエコーデータとの間でカメラ特徴点とレーダ特徴点との同定を行い、同定されたレーダ特徴点の移動速度で各カメラ特徴点の移動速度を補正する同定処理部と、
カメラ画像データごとの各カメラ特徴点の補正後の移動速度を用いて、前記移動体の位置及び姿勢を推定する推定処理部とを有する。
The data processing device according to the present disclosure comprises:
a camera image processing unit that extracts a plurality of feature points as a plurality of camera feature points from each of a plurality of camera image data obtained by a monocular camera mounted on the moving object, tracks each camera feature point between the camera image data, and calculates a moving speed of each camera feature point between the camera image data;
a radar echo processing unit that extracts, as a plurality of radar characteristic points, a plurality of characteristic points from each of a plurality of radar echo data obtained in synchronization with the plurality of camera image data by a millimeter wave radar mounted on the moving object, tracks each of the radar characteristic points between the radar echo data, and calculates a moving speed of each of the radar characteristic points between the radar echo data;
an identification processing unit that identifies camera feature points and radar feature points between synchronized camera image data and radar echo data, and corrects the moving speed of each camera feature point with the moving speed of the identified radar feature point;
The apparatus further includes an estimation processing unit that estimates the position and orientation of the moving object using the corrected moving speed of each camera feature point for each camera image data.
本開示によれば、天候に影響されずに、周囲空間との離隔距離によらず、高精度に移動体の位置及び姿勢を推定可能な構成を得ることができる。 The present disclosure provides a configuration that can estimate the position and attitude of a moving body with high accuracy, regardless of the weather or the distance from the surrounding space.
以下、実施の形態を図を用いて説明する。以下の実施の形態の説明及び図面において、同一の符号を付したものは、同一の部分又は相当する部分を示す。 The following describes the embodiments with reference to the drawings. In the following description of the embodiments and the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
実施の形態1.
***構成の説明***
図1は、本実施の形態に係るデータ処理装置100の機能構成例を示す。
また、図2は、本実施の形態に係るデータ処理装置100のハードウェア構成例を示す。
データ処理装置100の動作手順は、データ処理方法に相当する。また、データ処理装置100の動作を実現するプログラムは、データ処理プログラムに相当する。
***Configuration Description***
FIG. 1 shows an example of the functional configuration of a
FIG. 2 shows an example of a hardware configuration of the
The operation procedure of the
図1に示すように、データ処理装置100は車両1に搭載されている。車両1は移動体の例である。
車両1には、乗用車、バス、タクシー等の輸送車両、ダンプカー等の建設車両、フォークリフト等の産業車両、オートバイ、自転車、自律走行ロボット、パーソナルモビリティ等が含まれる。
車両1は、データ処理装置100の他に、別体の単眼カメラ200及びミリ波レーダ300を搭載している。
なお、単眼カメラ200及びミリ波レーダ300は、データ処理装置100とともに上位システムとしてのデータ処理装置を構成しても良い。勿論、単眼カメラ200及びミリ波レーダ300は、データ処理装置100に一体的に組み込まれていても良い。
また、車両1は、データ処理装置100の他に、IMU(慣性計測装置)、積算走行距離計(Odometer)等を備えていても良い。
1, a
In addition to the
The
In addition to the
単眼カメラ200は、例えばCCD(Charge-Coupled Device)カメラ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)カメラ等である。
単眼カメラ200は、例えば車両1の周囲の空間を撮影し、撮影により得られたカメラ画像データをデータ処理装置100に出力する。
The
The
ミリ波レーダ300は、30GHz~300GHzの周波数帯にあるレーダである。
図1では図示していないが、ミリ波レーダ300は、主に、シンセサイザ、発振器、ミリ波送信アンテナ、ミリ波受信アンテナ、ミキサー及びDSP(Digital Signal Processor)を有する。
The
Although not shown in FIG. 1, the
シンセサイザは、発振器からの信号の振幅を時間の関数として表現するチャープ信号を生成する。
そして、ミリ波送信アンテナがチャープ信号を車両1の周囲の空間に送信する。物体がチャープ信号を反射すると、ミリ波受信アンテナが反射波を受信する。
次に、ミキサーが送信信号と受信信号を組み合わせて中間周波数信号を生成する。
そして、DSPが中間周波数信号のフーリエ変換処理を行い、ビート周波数を検知する。ビート周波数は距離に相関しているので、DSPは、ビート周波数により物体までの距離を算出することができる。また、フーリエ変換処理により位相情報も得られる。位相情報より速度ドップラが求められるため、DSPは、物体との相対速度も算出することできる。
DSPによる信号処理の結果がレーダエコーデータとしてデータ処理装置100に出力される。
The synthesizer generates a chirp signal that represents the amplitude of the signal from the oscillator as a function of time.
Then, the millimeter wave transmitting antenna transmits the chirp signal into the space around the
A mixer then combines the transmit and receive signals to generate an intermediate frequency signal.
The DSP then performs a Fourier transform on the intermediate frequency signal to detect the beat frequency. Since the beat frequency correlates with distance, the DSP can calculate the distance to the object from the beat frequency. Phase information can also be obtained by the Fourier transform. Since the velocity Doppler can be found from the phase information, the DSP can also calculate the relative velocity to the object.
The result of the signal processing by the DSP is output to the
データ処理装置100において、カメラ画像処理部101は、繰り返し単眼カメラ200からカメラ画像データを取得する。カメラ画像処理部101は、取得した各カメラ画像データから複数のカメラ特徴点を抽出する。カメラ特徴点は、カメラ画像データに含まれる特徴点である。
また、カメラ画像処理部101は、各カメラ特徴点をカメラ画像データ間で追尾し、各カメラ特徴点のカメラ画像データ間での移動速度を算出する。より具体的には、カメラ画像データごとに、各カメラ特徴点の座標値を算出し、各カメラ特徴点の座標値のカメラ画像データ間での移動速度を算出する。なお、カメラ画像データでの座標系を画像座標系という。
In the
Furthermore, the camera
レーダエコー処理部102は、繰り返しミリ波レーダ300からレーダエコーデータを取得する。レーダエコー処理部102は、取得した各レーダエコーデータから複数のレーダ特徴点を抽出する。レーダ特徴点は、レーダエコーデータに含まれる特徴点である。レーダ特徴点は、シンボルともいう。
また、レーダエコー処理部102は、各レーダ特徴点をレーダエコーデータ間で追尾し、各レーダ特徴点のレーダエコーデータ間での移動速度を算出する。より具体的には、レーダエコーデータごとに、各レーダ特徴点の座標値を算出し、各レーダ特徴点の座標値のレーダエコーデータ間での移動速度を算出する。なお、レーダエコーデータでの座標系をレーダ座標系という。
The radar
Furthermore, the radar
同期クロック生成部103は、既定の周期で同期クロック信号を生成し、生成した同期クロック信号をカメラ画像処理部101とレーダエコー処理部102に出力する。
The synchronous
第1の変換処理部104は、カメラ画像データごとに、画像座標系でのカメラ特徴点の座標値及び移動速度を、車体座標系での座標値及び移動速度に変換する。車体座標系は、車両1の既定の位置を原点とする座標系である。
The first
第2の変換処理部105は、カメラ画像データごとに、車体座標系でのカメラ特徴点の座標値及び移動速度をレーダ座標系での座標値及び移動速度に変換する。
The second
同定処理部106は、同期しているカメラ画像データとレーダエコーデータとの間でカメラ特徴点とレーダ特徴点との同定を行う。
更に、同定処理部106は、同定されたレーダ特徴点の移動速度で各カメラ特徴点の移動速度を補正する。
The
Furthermore, the
第3の変換処理部107は、カメラ画像データごとに、レーダ座標系のカメラ特徴点の座標値及び補正後の移動速度(以下、補正移動速度という)を、車体座標系での座標値及び補正移動速度に変換する。
The third
推定処理部108は、カメラ画像データごとに、カメラ特徴点の座標値及び補正移動速度を用いて、移動体の位置及び姿勢を推定する。
なお、推定処理部108は、Visual SLAMは、Visual Odometry、Visual-Inertial Odometry等の技術を併用して位置及び姿勢を推定しても良い。この時、IMU(慣性計測装置)、積算走行距離計(Odometer)等の他の計測情報を組み合わせて位置及び姿勢の推定精度を更に向上させても良い。
推定処理部108により行われる動作は推定処理に相当する。
The
The
The operation performed by the
次に、図2を参照して、本実施の形態に係るデータ処理装置100のハードウェア構成例を説明する。
本実施の形態に係るデータ処理装置100はコンピュータである。
データ処理装置100は、ハードウェアとして、プロセッサ901、主記憶装置902、補助記憶装置903、通信装置904及び入出力装置905を備える。
図1に示すカメラ画像処理部101、レーダエコー処理部102、同期クロック生成部103、第1の変換処理部104、第2の変換処理部105、同定処理部106、第3の変換処理部107及び推定処理部108の機能は、例えば、プログラムにより実現される。
補助記憶装置903には、カメラ画像処理部101、レーダエコー処理部102、同期クロック生成部103、第1の変換処理部104、第2の変換処理部105、同定処理部106、第3の変換処理部107及び推定処理部108の機能を実現するプログラムが記憶されている。
これらプログラムは、補助記憶装置903から主記憶装置902にロードされる。そして、プロセッサ901がこれらプログラムを実行して、後述するカメラ画像処理部101、レーダエコー処理部102、同期クロック生成部103、第1の変換処理部104、第2の変換処理部105、同定処理部106、第3の変換処理部107及び推定処理部108の動作を行う。
図2は、プロセッサ901がカメラ画像処理部101、レーダエコー処理部102、同期クロック生成部103、第1の変換処理部104、第2の変換処理部105、同定処理部106、第3の変換処理部107及び推定処理部108の機能を実現するプログラムを実行している状態を模式的に表している。
Next, an example of the hardware configuration of the
The
The
The functions of the camera
The
These programs are loaded from the
FIG. 2 shows a schematic diagram of a state in which the
***動作の説明***
図3は、本実施の形態に係るデータ処理装置100の動作の概略を示す。
*** Operation Description ***
FIG. 3 shows an outline of the operation of the
同期クロック生成部103により同期クロック信号がカメラ画像処理部101とレーダエコー処理部102に出力されると、ステップS101とステップS102が行われる。
When the synchronization
ステップS101では、カメラ画像処理部101がカメラ画像処理を行う。
具体的には、カメラ画像処理部101は、同期クロック生成部103からの同期クロック信号に従って単眼カメラ200に車両1の周囲の撮影を指示する。カメラ画像処理部101は、単眼カメラ200により得られたカメラ画像データを取得する。カメラ画像処理部101は、繰り返しカメラ画像データを取得し、取得した各カメラ画像データから複数のカメラ特徴点を抽出する。
また、カメラ画像処理部101は、各カメラ特徴点をカメラ画像データ間で追尾し、各カメラ特徴点のカメラ画像データ間での移動速度を算出する。より具体的には、カメラ画像データごとに、各カメラ特徴点の座標値を算出し、各カメラ特徴点をカメラ画像データ間で追尾し、各カメラ特徴点の座標値のカメラ画像データ間での移動速度を算出する。
In step S101, the camera
Specifically, the camera
Furthermore, the camera
ステップS102では、レーダエコー処理部102がレーダエコー処理を行う。
具体的には、レーダエコー処理部102は、同期クロック生成部103からの同期クロック信号に従ってミリ波レーダ300に車両1の周囲のスキャンを指示する。レーダエコー処理部102は、ミリ波レーダ300により得られたレーダエコーデータを取得する。レーダエコー処理部102は、繰り返しレーダエコーデータを取得し、取得した各レーダエコーデータから複数のレーダ特徴点を抽出する。
また、レーダエコー処理部102は、各レーダ特徴点をレーダエコーデータ間で追尾し、各レーダ特徴点のレーダエコーデータ間での移動速度を算出する。より具体的には、レーダエコーデータごとに、各レーダ特徴点の座標値を算出し、各レーダ特徴点の座標値のレーダエコーデータ間での移動速度を算出する。
In step S102, the radar
Specifically, the radar
The radar
ステップS104では、第1の変換処理部104が第1の変換処理を行う。
具体的には、第1の変換処理部104は、カメラ画像データごとに、画像座標系でのカメラ特徴点の座標値及び移動速度を、車体座標系での座標値及び移動速度に変換する。
In step S104, the first
Specifically, the first
ステップS105では、第2の変換処理部105が第2の変換処理を行う。
具体的には、第2の変換処理部105は、カメラ画像データごとに、車体座標系でのカメラ特徴点の座標値及び移動速度をレーダ座標系での座標値及び移動速度に変換する。
In step S105, the second
Specifically, the second
ステップS106では、同定処理部106が同定処理を行う。
具体的には、同定処理部106は、同期しているカメラ画像データとレーダエコーデータとの間で、カメラ特徴点ごとに、カメラ特徴点の座標値及び移動速度と各レーダ特徴点の座標値及び移動速度との近似度を評価して、カメラ特徴点とレーダ特徴点との同定を行う。つまり、同定処理部106は、カメラ特徴点と、当該カメラ特徴点との近似度が最も高いレーダ特徴点とを同定する。
更に、同定処理部106は、同定されたレーダ特徴点の移動速度で各カメラ特徴点の移動速度を補正する。
In step S106, the
Specifically, the
Furthermore, the
ステップS107では、第3の変換処理部107が第3の変換処理を行う。
具体的には、第3の変換処理部107は、カメラ画像データごとに、レーダ座標系のカメラ特徴点の座標値及び補正移動速度を、車体座標系での座標値及び補正移動速度に変換する。
In step S107, the third
Specifically, the third
ステップS108では、推定処理部108が推定処理を行う。
具体的には、推定処理部108は、カメラ画像データごとに、カメラ特徴点の座標値及び補正移動速度を用いて、車両1の位置及び姿勢を推定する。
In step S108, the
Specifically, the
次に、図3に示す各ステップの詳細を説明する。 Next, we will explain each step in Figure 3 in detail.
図4は、ステップS101の詳細を示す。つまり、図4は、カメラ画像処理部101によるカメラ画像処理の詳細を示す。
Figure 4 shows the details of step S101. That is, Figure 4 shows the details of the camera image processing by the camera
ステップS1011において、カメラ画像処理部101は、データ取得タイミングが到来したか否かを判定する。
同期クロック生成部103から同期クロック信号が出力されると、カメラ画像処理部101はデータ取得タイミングが到来したと判定する。
データ取得タイミングが到来している場合(ステップS1011でYES)は、処理がステップS1012に進む。
In step S1011, the camera
When the synchronous clock signal is output from the synchronous
If the data acquisition timing has arrived (YES in step S1011), the process proceeds to step S1012.
ステップS1012では、カメラ画像処理部101は、単眼カメラ200からカメラ画像データを取得する。
具体的には、カメラ画像処理部101は、単眼カメラ200に車両1の周囲の撮影を指示する。そして、カメラ画像処理部101は、単眼カメラ200からカメラ画像データを取得する。
In step S<b>1012 , the camera
Specifically, the camera
次に、ステップS1013において、カメラ画像処理部101は、単眼カメラ200の姿勢を算出する。
具体的には、カメラ画像処理部101は、単眼カメラ200の姿勢として、単眼カメラ200のヨー角、ロール角、ピッチ角を算出する。
単眼カメラ200の姿勢の算出方法は問わない。
Next, in step S<b>1013 , the camera
Specifically, the camera
The method for calculating the attitude of the
次に、ステップS1014において、カメラ画像処理部101は、カメラ画像データからカメラ特徴点を抽出する。
また、カメラ画像処理部101は、各カメラ特徴点の画像座標系での座標値を算出する。そして、カメラ画像処理部101は、今回のカメラ画像データにおいて、前回のカメラ画像処理の実行時に抽出したカメラ特徴点と同じカメラ特徴点を座標値の近似性から特定する。つまり、カメラ画像処理部101は、カメラ特徴点をカメラ画像データ間で追尾する。
カメラ画像処理部101は、例えば、ホモグラフィ変換技術を用いて前回のカメラ特徴点と同じ今回のカメラ特徴点を特定する。そして、カメラ画像処理部101は、追尾した今回のカメラ特徴点に前回のカメラ特徴点のID(Identifier)を設定する。
対応する前回のカメラ特徴点がないカメラ特徴点、すなわち、今回のカメラ画像データで新たに抽出されたカメラ特徴点に対しては、カメラ画像処理部101は新たなIDを設定する。
Next, in step S1014, the camera
Furthermore, the camera
The camera
For a camera feature point that does not have a corresponding previous camera feature point, that is, for a camera feature point that is newly extracted from the current camera image data, the camera
次に、ステップS1015において、カメラ画像処理部101は、カメラ特徴点の移動速度を算出する。
つまり、カメラ画像処理部101は、同じIDが付与されている前回のカメラ特徴点と今回のカメラ特徴点の座標値の変化量を同期クロック信号の生成周期で除算して、カメラ特徴点の移動速度を算出する。
Next, in step S1015, the camera
That is, the camera
最後に、ステップS1016において、カメラ画像処理部101は、カメラ画像データIDとカメラ姿勢情報とカメラ特徴点情報を第1の変換処理部104に出力する。
カメラ画像データIDは、カメラ画像データの識別子である。カメラ画像データIDは、例えば、同期クロック生成部103により出力された同期クロック信号のIDである。カメラ画像データIDは、同期すべきカメラ画像データとレーダエコーデータとが対応付けられる情報であれば、どのような情報でもよい。
カメラ姿勢情報には、ステップS1012で算出された単眼カメラ200の姿勢(ヨー角、ロール角、ピッチ角)が示される。
カメラ特徴点情報には、各カメラ特徴点のID、座標値及び移動速度が示される。
Finally, in step S<b>1016 , the camera
The camera image data ID is an identifier of the camera image data. For example, the camera image data ID is an ID of the synchronous clock signal output by the synchronous
The camera attitude information indicates the attitude (yaw angle, roll angle, pitch angle) of the
The camera feature point information indicates the ID, coordinate values, and movement speed of each camera feature point.
図5は、ステップS104の詳細を示す。つまり、図5は、第1の変換処理部104による第1の変換処理の詳細を示す。
Figure 5 shows the details of step S104. That is, Figure 5 shows the details of the first conversion process by the first
ステップS1041において、第1の変換処理部104は、カメラ画像データIDとカメラ姿勢情報とカメラ特徴点情報を取得する。
In step S1041, the first
次に、ステップS1042において、第1の変換処理部104は、各カメラ特徴点の画像座標系の座標値を車体座標系の座標値に変換する。
具体的には、第1の変換処理部104は、図6に記載の変換式により、画像座標系の座標値Xp/c=(u,v)を車体座標系の座標値Xp/w=(Z,Y,X)に変換する。なお、レーダエコーデータは水平面の2次元スキャンデータであるため、第1の変換処理部104は、座標変換後に、Z値をZ=0に変更し、車体座標系の座標値を2次元とする。なお、p/cは「Point to Camera」の略である。
Next, in step S1042, the first
Specifically, the first
次に、ステップS1043において、第1の変換処理部104は、各カメラ特徴点の画像座標系の移動速度を車体座標系の移動速度に変換する。
具体的には、第1の変換処理部104は、図6に記載の変換式により、画像座標系の移動速度Vp/c=(Δu,Δv)を車体座標系の移動速度Vp/w=(ΔZ,ΔY,ΔX)に変換する。座標値と同様に、第1の変換処理部104は、座標変換後に、Z値をΔZ=0に変更し、車体座標系の移動速度を2次元とする。
Next, in step S1043, the first
Specifically, the first
最後に、ステップS1044において、第1の変換処理部104は、カメラ画像データIDとカメラ姿勢情報とカメラ特徴点情報を第2の変換処理部105に出力する。
ここでは、カメラ特徴点情報には、各カメラ特徴点の車体座標系での座標値と移動速度が示される。
Finally, in step S<b>1044 , the first
Here, the camera feature point information indicates the coordinate value and moving speed of each camera feature point in the vehicle body coordinate system.
ここで、図6の補足説明を行う。
図6はカメラ画像データにおける点及び奥行きが、空間のどの位置に当たるのかを計算する方法を示す。
図6の(c)の「Camera Coordinate rotation(XYZ)」はカメラ座標(Y,X,Z)と画像座標(u,v)の座標軸と回転極性を示す。
図中のΨは単眼カメラ200のヨー角である。φは単眼カメラ200のロール角である。θは単眼カメラ200のピッチ角である。これらΨ、φ及びθはカメラ姿勢情報に含まれる。
画像サイズWはu軸方向の画素数である。画素サイズHはv軸方向の画素数である。
fxはX軸方向のピクセル単位であらわされる焦点距離である。fyはY軸方向のピクセル単位であらわされる焦点距離である。cxはX軸方向の焦点位置である。cyはY軸方向の焦点位置である。
Xp/c;Point in Image ( x, y, z)Tは、カメラ座標系における撮像した点を示す。
図6の(b)の「Vehicle Coordinate rotation(ZYX)」は、単眼カメラ200を搭載している車両1の座標系である車体座標系を示す。
Rc/vは車体座標系の座標軸と回転極性を示す。なお、c/vは「Camera to Vehicle」の略である。
また、図6の(a)の「Word Coordinate rotation(ZYX)」はワールド座標系を示す。
Rv/wはワールド座標系の座標軸と回転極性を示す。なお、v/wは「Vehicle to World」の略である。
O1×3は、1行4列の(0,0,0,0)行列である。
Xp/w;Point in World(x,y,z)Tは、ワールド座標系における撮像した点を示す。但し、式の中では(x,y,z,1)Tとして、4行1列として扱う。
Here, a supplementary explanation of FIG. 6 will be given.
FIG. 6 shows how to calculate where in space a point in the camera image data and its depth correspond.
"Camera Coordinate Rotation (XYZ)" in FIG. 6C indicates the coordinate axes and rotation polarity of the camera coordinates (Y, X, Z) and image coordinates (u, v).
In the drawing, Ψ is the yaw angle of the
The image size W is the number of pixels in the u-axis direction, and the pixel size H is the number of pixels in the v-axis direction.
fx is the focal length in pixels in the X-axis direction. fy is the focal length in pixels in the Y-axis direction. cx is the focal position in the X-axis direction. cy is the focal position in the Y-axis direction.
Xp/c; Point in Image (x, y, z) T indicates an imaged point in the camera coordinate system.
"Vehicle Coordinate rotation (ZYX)" in FIG. 6(b) indicates the vehicle body coordinate system, which is the coordinate system of the
Rc/v indicates the coordinate axis and rotation polarity of the vehicle body coordinate system. Note that c/v is an abbreviation for "Camera to Vehicle."
Moreover, "Word Coordinate rotation (ZYX)" in FIG. 6A indicates the world coordinate system.
Rv/w indicates the coordinate axis and rotation polarity of the world coordinate system. Note that v/w is an abbreviation for "Vehicle to World."
O 1×3 is a 1 row, 4 column (0,0,0,0) matrix.
Xp/w; Point in World (x, y, z) T indicates an imaged point in the world coordinate system. However, in the formula, (x, y, z, 1) T is treated as 4 rows and 1 column.
図7は、ステップS105の詳細を示す。つまり、図5は、第2の変換処理部105による第2の変換処理の詳細を示す。
Figure 7 shows the details of step S105. In other words, Figure 5 shows the details of the second conversion process by the second
ステップS1051において、第2の変換処理部105は、カメラ画像データIDとカメラ姿勢情報とカメラ特徴点情報を取得する。
In step S1051, the second
次に、ステップS1052において、第2の変換処理部105は、各カメラ特徴点の車体座標系の座標値をレーダ座標系の座標値に変換する。
具体的には、第2の変換処理部105は、図8に記載の変換式により、車体座標系の座標値Xp/w=(Y,X)をレーダ座標系の座標値Xr=(r,θ)に変換する。
Next, in step S1052, the second
Specifically, the second
次に、ステップS1053において、第2の変換処理部105は、各カメラ特徴点の車体座標系の移動速度をレーダ座標系の移動速度に変換する。
具体的には、第2の変換処理部105は、図8に記載の変換式により、車体座標系の移動速度Vp/w=(ΔY,ΔX)をレーダ座標系の移動速度Vr=(Δr,Δθ)に変換する。
Next, in step S1053, the second
Specifically, the second
最後に、ステップS1054において、第2の変換処理部105は、カメラ画像データIDとカメラ姿勢情報とカメラ特徴点情報を同定処理部106に出力する。
ここでは、カメラ特徴点情報には、各カメラ特徴点のレーダ座標系での座標値と移動速度が示される。
Finally, in step S1054, the second
Here, the camera feature point information indicates the coordinate value and moving speed of each camera feature point in the radar coordinate system.
ここで、図8の補足説明を行う。
図8は、レーダエコーデータのレーダ特徴点の極座標表示の例を示す。
Xr:(x、y)は、カメラ画像データと同じ直角座標系でのレーダ特徴点の位置を示す。Xr:(x、y)を極座標で表示した場合は、Xr:(r、θ)となる。
Here, a supplementary explanation of FIG. 8 will be given.
FIG. 8 shows an example of a polar coordinate display of radar characteristic points of radar echo data.
Xr: (x, y) indicates the position of the radar characteristic point in the same Cartesian coordinate system as the camera image data. When Xr: (x, y) is expressed in polar coordinates, it becomes Xr: (r, θ).
図9は、ステップS102の詳細を示す。つまり、図9は、レーダエコー処理部102によるレーダエコー処理の詳細を示す。
Figure 9 shows the details of step S102. That is, Figure 9 shows the details of radar echo processing by the radar
ステップS1021において、レーダエコー処理部102は、データ取得タイミングが到来したか否かを判定する。
同期クロック生成部103から同期クロック信号が出力されると、レーダエコー処理部102はデータ取得タイミングが到来したと判定する。
データ取得タイミングが到来している場合(ステップS1021でYES)は、処理がステップS1022に進む。
In step S1021, the radar
When the synchronous clock signal is output from the synchronous
If the data acquisition timing has arrived (YES in step S1021), the process proceeds to step S1022.
ステップS1022では、レーダエコー処理部102は、ミリ波レーダ300からレーダエコーデータを取得する。
具体的には、レーダエコー処理部102は、ミリ波レーダ300に車両1の周囲のスキャンを指示する。そして、レーダエコー処理部102は、ミリ波レーダ300からレーダエコーデータを取得する。
In step S<b>1022 , the radar
Specifically, the radar
次に、ステップS1023において、レーダエコー処理部102は、レーダエコーデータからレーダ特徴点を抽出する。
具体的には、レーダエコー処理部102は、レーダエコーデータの中で反射強度の高い点をレーダ特徴点として抽出する。
また、レーダエコー処理部102は、各レーダ特徴点のレーダ座標系での座標値を算出する。そして、レーダエコー処理部102は、今回のレーダエコーデータにおいて、前回のレーダエコー処理の実行時に抽出されたレーダ特徴点と同じレーダ特徴点を座標値の近似性から特定する。つまり、レーダエコー処理部102は、レーダ特徴点をレーダエコーデータ間で追尾する。
後述するように、前回のレーダエコー処理の実行時に各レーダ特徴点に予測ゲートが設定されている。今回のレーダ特徴点が前回のいずれかのレーダ特徴点の予測ゲート内にあれば、レーダエコー処理部102は、これら2つのレーダ特徴点は同じであると判定する。そして、レーダエコー処理部102は、追尾した今回のレーダ特徴点に前回のレーダ特徴点のIDを設定する。
対応する前回のレーダ特徴点がないレーダ特徴点、すなわち、今回のレーダエコーデータで新たに抽出されたレーダ特徴点に対しては、レーダエコー処理部102は新たなIDを設定する。
Next, in step S1023, the radar
Specifically, the radar
The radar
As described later, a prediction gate is set for each radar characteristic point when the previous radar echo processing is executed. If the current radar characteristic point is within the prediction gate of any of the previous radar characteristic points, the radar
For a radar characteristic point that does not have a corresponding previous radar characteristic point, that is, for a radar characteristic point that is newly extracted from the current radar echo data, the radar
なお、前回のレーダ特徴点の予測ゲート内に複数の今回のレーダ特徴点が存在する可能性がある。
このため、レーダエコー処理部102は、前回のレーダ特徴点の予測ゲート内に存在する複数の今回のレーダ特徴点の各々について以下の評価関数Kを算出する。そして、レーダエコー処理部102は、評価関数Kの値が最小になる今回のレーダ特徴点を選択する。例えば、予測ゲート内に今回のレーダ特徴点が3つ存在する場合は、レーダエコー処理部102は、評価関数Kを3回算出する。
なお、式1において、「in」はnスキャン目のレーダ特徴点(前回のレーダ特徴点)の反射輝度である。また、「in+1」は(n+1)スキャン目のレーダ特徴点(今回のレーダ特徴点)の反射輝度である。
It is possible that a plurality of current radar characteristic points are present within the prediction gate of the previous radar characteristic point.
For this reason, the radar
In addition, in
次に、ステップS1024において、レーダエコー処理部102は、レーダ特徴点の移動速度を算出する。
つまり、レーダエコー処理部102は、同じIDが付与されている前回のレーダ特徴点と今回のレーダ特徴点の座標値の変化量を同期クロック信号の生成周期で除算して、レーダ特徴点の移動速度を算出する。
Next, in step S1024, the radar
In other words, the radar
次に、ステップS1025において、レーダエコー処理部102は、今回のレーダ特徴点の各々に対して予測ゲートを設ける。
具体的には、レーダエコー処理部102は、次のスキャンタイミングでの各レーダ特徴点の位置(座標値)を視線方向の速度情報から予測する。そして、レーダエコー処理部102は、予測した位置を中心とした誤差範囲を予測ゲートとして設定する。
レーダエコー処理部102は、各レーダ特徴点の予測ゲートを例えば補助記憶装置903に保存する。
Next, in step S1025, the radar
Specifically, the
The radar
最後に、ステップS1025において、レーダエコー処理部102は、レーダエコーデータIDとレーダ特徴点情報を同定処理部106に出力する。
レーダエコーデータIDは、レーダエコーデータの識別子である。レーダエコーデータIDは、例えば、同期クロック生成部103により出力された同期クロック信号のIDである。レーダエコーデータIDは、同期すべきカメラ画像データとレーダエコーデータとが対応付けられる情報であれば、どのような情報でもよい。
レーダ特徴点情報には、各レーダ特徴点のID、座標値及び移動速度が示される。
Finally, in step S1025, the radar
The radar echo data ID is an identifier of the radar echo data. The radar echo data ID is, for example, an ID of the synchronous clock signal output by the synchronous
The radar characteristic point information indicates the ID, coordinate value, and moving speed of each radar characteristic point.
図10は、ステップS106の詳細を示す。つまり、図10は、同定処理部106による同定処理の詳細を示す。
Figure 10 shows the details of step S106. That is, Figure 10 shows the details of the identification process by the
ステップS1061において、同定処理部106は、カメラ画像データIDとカメラ姿勢情報とカメラ特徴点情報を取得する。
In step S1061, the
次に、ステップS1062において、同定処理部106は、レーダエコーデータIDとレーダ特徴点情報を取得する。
Next, in step S1062, the
次に、ステップS1063において、同定処理部106は、同期しているカメラ画像データとレーダエコーデータとの間で、カメラ特徴点とレーダ特徴点の同定を行う。
つまり、同定処理部106は、カメラ画像データIDとレーダエコーデータIDとが一致しているカメラ特徴点情報のカメラ特徴点とレーダ特徴点情報のレーダ特徴点との間で同定を行う。
ミリ波レーダ300のビーム幅は数度あるため、レーダ特徴点の位置分解能は低い。このため、同定処理部106は、カメラ特徴点ごとに、カメラ特徴点の座標値及び移動速度と各レーダ特徴点の座標値及び移動速度との近似度を評価して、カメラ特徴点とレーダ特徴点との同定を行う。
具体的には、同定処理部106は、カメラ特徴点ごとに、レ―ダ特徴点との近似度として、以下の式2に示す評価関数Jを算出する。そして、同定処理部106は、評価関数Jの値が最小になるレーダ特徴点とカメラ特徴点とを同定する。つまり、同定処理部106は、カメラ特徴点とレーダ特徴点との離隔距離に加え、移動速度の速度差分を考慮してカメラ特徴点とレーダ特徴点との同定を行う。
Next, in step S1063, the
That is, the
Since the beam width of the
Specifically, the
なお、式2において、rr及びθrは、レーダ座標系でのカメラ特徴点の座標値である(Xr=(rr,θr))。
また、rs及びθsは、レーダ特徴点の座標値である(Xs=(rs,θs))。
また、vrはレーダ座標系でのカメラ特徴点の移動速度である。
また、vsはレーダ特徴点の移動速度である。
In
Furthermore, r s and θ s are the coordinate values of the radar characteristic point (X s =(r s , θ s )).
Furthermore, vr is the moving speed of the camera feature point in the radar coordinate system.
Moreover, v s is the moving speed of the radar characteristic point.
次に、ステップS1064において、同定処理部106は、同定したレーダ特徴点の移動速度でカメラ特徴点の移動速度を補正する。
具体的には、同定処理部106は、以下の式3によりカメラ特徴点の移動速度を補正する。
式3のΔvrsは、カメラ特徴点の補正移動速度を示す。
同定処理部106は、カメラ特徴点情報に含まれる全てのカメラ特徴点について補正移動速度Δvrsを算出する。
Next, in step S1064, the
Specifically, the
Δv rs in Equation 3 indicates the corrected moving speed of the camera feature point.
The
最後に、ステップS1065において、同定処理部106は、カメラ画像データIDとカメラ姿勢情報と補正カメラ特徴点情報を第3の変換処理部107に出力する。
補正カメラ特徴点情報には、各カメラ特徴点のレーダ座標系での座標値と補正移動速度が示される。
Finally, in step S<b>1065 , the
The corrected camera feature point information indicates the coordinate value of each camera feature point in the radar coordinate system and the corrected moving speed.
図11は、ステップS107の詳細を示す。つまり、図11は、第3の変換処理部107による第3の変換処理の詳細を示す。
Figure 11 shows the details of step S107. That is, Figure 11 shows the details of the third conversion process by the third
ステップS1071において、第3の変換処理部107は、カメラ画像データIDとカメラ姿勢情報と補正カメラ特徴点情報を取得する。
In step S1071, the third
次に、ステップS1072において、第3の変換処理部107は、各カメラ特徴点のレーダ座標系の座標値を車体座標系の座標値に変換する。
Next, in step S1072, the third
次に、ステップS1073において、第3の変換処理部107は、各カメラ特徴点のレーダ座標系の補正移動速度を車体座標系の補正移動速度に変換する。
具体的には、第3の変換処理部107は、以下の式4及び式5により補正移動速度の変換を行う。
同定したカメラ特徴点がn個の場合は、n個のカメラ特徴点について車体座標系での補正移動速度が得られる。
Next, in step S1073, the third
Specifically, the third
When the number of identified camera feature points is n, corrected moving velocities in the vehicle body coordinate system are obtained for the n camera feature points.
最後に、ステップS1074において、第3の変換処理部107は、カメラ画像データIDとカメラ姿勢情報と補正カメラ特徴点情報を推定処理部108に出力する。
ここでは、補正カメラ特徴点情報には、各カメラ特徴点の車体座標系での座標値と補正移動速度が示される。
Finally, in step S1074, the third
Here, the corrected camera feature point information indicates the coordinate value of each camera feature point in the vehicle body coordinate system and the corrected moving speed.
図12は、推定処理部108の内部構成例を示す。
図12に示す構成は、状態推定フィルタのひとつである。また、図12に示す構成は、非線形システムの状態推定に使われるUKF(Unscented Kalman Filter)での実装例である。UKFは、例えば、図14、図15及び図16に示す式で実現される。
FIG. 12 shows an example of the internal configuration of the
The configuration shown in Fig. 12 is one of state estimation filters. The configuration shown in Fig. 12 is also an implementation example of an Unscented Kalman Filter (UKF) used for state estimation of a nonlinear system. The UKF is realized, for example, by the equations shown in Figs. 14, 15, and 16.
車両位置姿勢状態量更新部1081は、時刻tの観測量と図13の観測方程式とを用いて、時刻t+1での状態推定値を求める。
つまり、車両位置姿勢状態量更新部1081は、時刻tでのカメラ特徴点の座標値及び補正移動速度を図13の観測方程式に適用し、時刻t+1での車両1の位置及び姿勢についての状態推定値を算出する。
図13は、前輪でステアリングを切る四輪自動車のモデルを示す。なお、駆動輪の回転速度差でステアリングと駆動を兼ねる二輪モデルでも観測方程式を簡素化すれば適用可能である。
図13の(a)は、四輪運動力学モデルを示す。図13の(b)は、車体座標系での車体位置(四輪運動力学モデルの後軸中心の動き)を示す。
なお、図13において、x及びyは、車体座標系での座標値を示す。Ψは車両1の姿勢角を示す。vは車両1の速度を示す。aは車両1の加速度を示す。Lは車両1のホイールべ―スを示す。δは車両1のステアリング角を示す。Rは車体座標における回転半径を示す。
車両位置姿勢状態量更新部1081は、図1に図示していない構成(例えば、ECU(Electronic Control Unit)等)からこれらの値を取得する。
The vehicle position/attitude state
That is, the vehicle position/attitude state
Fig. 13 shows a model of a four-wheeled vehicle in which steering is performed by the front wheels. However, it can also be applied to a two-wheeled vehicle model in which both steering and driving are performed by the rotational speed difference of the driving wheels if the observation equation is simplified.
Fig. 13(a) shows a four-wheel dynamics model, and Fig. 13(b) shows a vehicle body position in a vehicle body coordinate system (movement of the rear axle center of the four-wheel dynamics model).
In Fig. 13, x and y indicate coordinate values in the vehicle body coordinate system. Ψ indicates the attitude angle of the
The vehicle position/attitude state
車両位置姿勢観測量更新部1082は、時刻t+1の観測量と時刻t+1の観測量予測値との誤差に基づき、時刻t+1の観測量予測値を修正する。
車両位置姿勢出力部1083は、車両位置姿勢観測量更新部1082により修正された後の時刻t+1の観測量予測値を、時刻t+1の車両1の位置及び姿勢として、例えば、入出力装置905に出力する。
The vehicle position and attitude observation
The vehicle position and
以下、車両位置姿勢状態量更新部1081、車両位置姿勢観測量更新部1082及び車両位置姿勢出力部1083の動作の詳細を説明する。
The operation of the vehicle position and attitude state
車両位置姿勢状態量更新部1081は、補正カメラ特徴点情報に含まれるm個のカメラ特徴点の座標値Xp/w=(0,Ym,Xm)を式6及び式7で平均化する。そして、車両位置姿勢状態量更新部1081は、平均化により得られたx及びyの値を図13の式のx及びyに代入する。
The vehicle position/attitude state
また、車両位置姿勢状態量更新部1081は、カメラ姿勢情報に含まれるm個の単眼カメラ200のヨー角Ψを式8で平均化する。そして、車両位置姿勢状態量更新部1081は、平均化により得られたΨの値を図13の式のΨに代入する。
The vehicle position/attitude state
また、車両位置姿勢状態量更新部1081は、補正カメラ特徴点情報に含まれるn対の補正移動速度(Δxn,Δyn)を式9を用いて加速度aに変換する。そして、車両位置姿勢状態量更新部1081は、得られた加速度aを図13の式のaに代入する。
The vehicle position/attitude state
図13の式に含まれる他の変数(v、δ等)については、車両位置姿勢状態量更新部1081は、初期値として0を代入する。なお、その後は、各変数の値は観測方程式から順次算出される。
For the other variables (v, δ, etc.) included in the equation in FIG. 13, the vehicle position/attitude state
車両位置姿勢観測量更新部1082は、観測量が観測された後に、観測量予測値と実際の観測量との誤差に基づいて観測量予測値を修正する。
通常、移動体の自己位置推定では、現在の観測値を用いた演算により移動体の位置と姿勢を予測する。しかし、実際には、演算に用いられる現在の観測値(現在の位置)は演算周期分だけ過去の位置になってしまう。この結果、予測された位置には、演算周期分の誤差(現演算周期分の移動距離)が含まれる。そこで、車両位置姿勢観測量更新部1082は、演算周期分だけ先の時刻の位置を予測することで、この誤差を減らす。
After the observations are observed, the vehicle position/attitude
Normally, in self-location estimation of a moving object, the position and attitude of the moving object are predicted by calculation using current observation values. However, in reality, the current observation values (current position) used in the calculation are a position that is one calculation cycle in the past. As a result, the predicted position contains an error for one calculation cycle (movement distance for the current calculation cycle). Therefore, the vehicle position and attitude observation
車両位置姿勢出力部1083は、修正された観測量予測値を例えば入出力装置905に出力する。ここでは、演算時間分だけ未来の車両1の位置と姿勢が出力されるため、正確な現在の車両1の位置を得ることができる。
The vehicle position and
***実施の形態の効果の説明***
以上のように、本実施の形態によれば、単眼カメラとミリ波レーダとを組み合わせて、天候に影響されずに、周囲空間との離隔距離によらず、位置及び姿勢を推定可能な構成を得ることができる。
***Description of Effects of the Embodiment***
As described above, according to this embodiment, by combining a monocular camera and a millimeter wave radar, it is possible to obtain a configuration that can estimate position and attitude without being affected by weather or depending on the distance from the surrounding space.
単眼カメラによるカメラ画像データのカメラ特徴点の速度ベクトルは、動作環境に存在する静止物体に対する移動体の相対速度ベクトルである。このため、相対速度ベクトルを時間積分すれば出発点を原点とする移動体の走行軌跡が得られる。既知の目標点座標との差を計算すれば、駆動装置へのステアリング指令や速度指令が得られる。このため、カメラ特徴点の速度ベクトルは、移動ロボット等の制御に使用可能である。しかしながら、単眼カメラは全天候性が無く、太陽光の外乱に弱い。また、遠方の物体では速度誤差が大きいため、移動体の位置が算出できない、位置精度が悪いという課題を有する。 The velocity vector of the camera feature points in camera image data captured by a monocular camera is the relative velocity vector of the moving body relative to stationary objects in the operating environment. Therefore, by integrating the relative velocity vector over time, the travel trajectory of the moving body with the starting point as the origin can be obtained. By calculating the difference with the known target point coordinates, steering commands and speed commands to the drive unit can be obtained. For this reason, the velocity vector of the camera feature points can be used to control moving robots, etc. However, monocular cameras are not suitable for all weather conditions and are vulnerable to disturbances from sunlight. In addition, there is a problem that the position of the moving body cannot be calculated and the position accuracy is poor due to large velocity errors for distant objects.
ミリ波レーダによるレーダエコーデータのレーダ特徴点の速度ベクトルは反射輝度が高い物体からのみ取得できる。このため、カメラ画像データに映る物体をミリ波レーダでスキャンしても得られるレーダ特徴点の数が少ない。しかし、ミリ波レーダは周波数帯域が広くとれるため、速度分解能と精度が極めて高い。
本実施の形態では、カメラ画像データとレーダエコーデータとに映る同一の物体の速度差がゼロになるように移動体の位置と姿勢を補正する。これにより、遠方でも移動体の推定位置の精度を向上することができる。
The velocity vectors of radar feature points in radar echo data from millimeter-wave radar can only be obtained from objects with high reflective brightness. Therefore, even if an object captured in camera image data is scanned with a millimeter-wave radar, the number of radar feature points obtained is small. However, because millimeter-wave radar has a wide frequency band, it has extremely high velocity resolution and accuracy.
In this embodiment, the position and attitude of a moving object are corrected so that the speed difference between the same object captured in the camera image data and the radar echo data becomes zero. This makes it possible to improve the accuracy of the estimated position of a moving object even at a long distance.
また、本実施の形態によれば、太陽光の影響で有効なカメラ画像データが得られない場合でも、ミリ波レーダは太陽光の影響を受けないため、移動体の位置の推定を継続することができる。 In addition, according to this embodiment, even if valid camera image data cannot be obtained due to the influence of sunlight, the millimeter wave radar is not affected by sunlight, so it is possible to continue estimating the position of the moving object.
なお、本実施の形態では、データ処理装置100が移動体である車両1に搭載されている例を示している。しかしながら、データ処理装置100は必ずしも車両1に搭載されていなくてもよい。
例えば、データ処理装置100が車両1に搭乗するユーザ(ドライバ又は同乗者)が利用する携帯端末(例えば、スマートフォン)に実装されていてもよい。この場合は、データ処理装置100と単眼カメラ200及びミリ波レーダ300とは無線接続されている。
In this embodiment, an example is shown in which the
For example, the
実施の形態2.
実施の形態1では、カメラ特徴点の速度ベクトルは、カメラ特徴点が静止していれば、正しく車両1の移動速度を表す。しかし、車両1の前方に人、車両等の移動する物体(以下、移動物体という)がある場合は、車両1と移動物体との相対速度が誤って計測されるため、誤差が生じる。
この点に鑑み、実施の形態2では、移動物体の特徴点を排除して、車両1の位置及び姿勢を推定する例を説明する。
In the first embodiment, if the camera feature point is stationary, the velocity vector of the camera feature point correctly represents the moving velocity of the
In view of this, in the second embodiment, an example will be described in which the position and attitude of the
本実施の形態では、データ処理装置100の機能構成は図18に示す通りである。図1と比較して、図18では、推定処理部108からレーダエコー処理部102に車両1の速度情報が出力される点が異なっている。
また、データ処理装置100のハードウェア構成は図2に示す通りである。
本実施の形態では、主にレーダエコー処理部102の動作が実施の形態1と異なる。
本実施の形態では、実施の形態1との差異を説明する。
なお、以下で説明していない事項は、実施の形態1と同様である。
In this embodiment, the functional configuration of the
The hardware configuration of the
In this embodiment, the operation of the radar
In this embodiment, the differences from the first embodiment will be described.
It should be noted that matters not explained below are the same as those in the first embodiment.
図17は、本実施の形態に係るレーダエコー処理部102の動作例を示す。
図17では、図9と比較して、ステップS1023の代わりにステップS1027が行われる。
以下では、主にステップS1027を説明する。
FIG. 17 shows an example of the operation of the radar
17, compared to FIG. 9, step S1027 is performed instead of step S1023.
In the following, step S1027 will be mainly described.
ステップS1021~ステップS1022は、図9に示すものと同じであるため、説明を省略する。 Steps S1021 to S1022 are the same as those shown in Figure 9, so their explanation will be omitted.
ステップS1027では、レーダエコー処理部102は、移動物体の特徴点を排除してレーダ特徴点を抽出する。
具体的には、レーダエコー処理部102は、レーダエコーデータを解析してミリ波レーダにより捕捉された物体の相対移動速度と推定処理部108で推定した車両1の速度との速度差を算出する。そして、レーダエコー処理部102は、算出した速度差に基づき、ミリ波レーダにより捕捉された物体の中から一定以上の速度差をもつ物体を移動物体と識別して、レーダエコーデータからその移動物体の特徴点を排除して複数のレーダ特徴点を抽出する。
レーダ特徴点の抽出は、実施の形態1に示した方法により行われる。
In step S1027, the radar
Specifically, the radar
The radar characteristic points are extracted by the method shown in the first embodiment.
ステップS1024~ステップS1026は、図9に示すものと同じであるため、説明を省略する。 Steps S1024 to S1026 are the same as those shown in Figure 9, so their explanation will be omitted.
以上のように、本実施の形態では、移動物体の特徴点を排除してレーダ特徴点を抽出している。このため、本実施の形態によれば、静止している物体の速度ベクトルのみを抽出できる。従って、本実施の形態によれば、車両1の周囲に移動物体が存在する場合でも正しく車両1の位置及び姿勢を推定することができる。
As described above, in this embodiment, radar feature points are extracted while excluding feature points of moving objects. Therefore, according to this embodiment, it is possible to extract only the velocity vectors of stationary objects. Therefore, according to this embodiment, it is possible to correctly estimate the position and attitude of
以上、実施の形態1及び2を説明したが、これら2つの実施の形態を組み合わせて実施しても構わない。
あるいは、これら2つの実施の形態のうち、1つを部分的に実施しても構わない。
あるいは、これら2つの実施の形態を部分的に組み合わせて実施しても構わない。
また、これら2つの実施の形態に記載された構成及び手順を必要に応じて変更してもよい。
Although the first and second embodiments have been described above, these two embodiments may be combined and implemented.
Alternatively, one of these two embodiments may be partially implemented.
Alternatively, these two embodiments may be partially combined.
Furthermore, the configurations and procedures described in these two embodiments may be modified as necessary.
***ハードウェア構成の補足説明***
最後に、データ処理装置100のハードウェア構成の補足説明を行う。
図2に示すプロセッサ901は、プロセッシングを行うIC(Integrated Circuit)である。
プロセッサ901は、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)等である。
主記憶装置902は、RAM(Random Access Memory)である。
補助記憶装置903は、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等である。
通信装置904は、データの通信処理を実行する電子回路である。
通信装置904は、例えば、通信チップ又はNIC(Network Interface Card)である。
入出力装置905は、例えば、マウス、キーボード、ディスプレイである。
Additional hardware configuration information
Finally, a supplementary explanation of the hardware configuration of the
The
The
The
The
The
The
The input/
また、補助記憶装置903には、OS(Operating System)も記憶されている。
そして、OSの少なくとも一部がプロセッサ901により実行される。
プロセッサ901はOSの少なくとも一部を実行しながら、カメラ画像処理部101、レーダエコー処理部102、同期クロック生成部103、第1の変換処理部104、第2の変換処理部105、同定処理部106、第3の変換処理部107及び推定処理部108の機能を実現するプログラムを実行する。
プロセッサ901がOSを実行することで、タスク管理、メモリ管理、ファイル管理、通信制御等が行われる。
また、データ処理装置100は、プロセッサ901を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、「部」の機能を実現するプログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ901と同じように、プロセッシングを行うICである。
また、カメラ画像処理部101、レーダエコー処理部102、同期クロック生成部103、第1の変換処理部104、第2の変換処理部105、同定処理部106、第3の変換処理部107及び推定処理部108の処理の結果を示す情報、データ、信号値及び変数値の少なくともいずれかが、主記憶装置902、補助記憶装置903、プロセッサ901内のレジスタ及びキャッシュメモリの少なくともいずれかに記憶される。
また、カメラ画像処理部101、レーダエコー処理部102、同期クロック生成部103、第1の変換処理部104、第2の変換処理部105、同定処理部106、第3の変換処理部107及び推定処理部108の機能を実現するプログラムは、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ(登録商標)ディスク、DVD等の可搬記録媒体に格納されていてもよい。そして、カメラ画像処理部101、レーダエコー処理部102、同期クロック生成部103、第1の変換処理部104、第2の変換処理部105、同定処理部106、第3の変換処理部107及び推定処理部108の機能を実現するプログラムが格納された可搬記録媒体を流通させてもよい。
The
At least a part of the OS is executed by the
The
The
The
In addition, at least one of information, data, signal values and variable values indicating the results of processing by the camera
Furthermore, the programs realizing the functions of the camera
また、カメラ画像処理部101、レーダエコー処理部102、同期クロック生成部103、第1の変換処理部104、第2の変換処理部105、同定処理部106、第3の変換処理部107及び推定処理部108の「部」を、「回路」又は「工程」又は「手順」又は「処理」又は「サーキットリー」に読み替えてもよい。
また、10は、処理回路により実現されてもよい。処理回路は、例えば、ロジックIC(Integrated Circuit)、GA(Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)である。
この場合は、カメラ画像処理部101、レーダエコー処理部102、同期クロック生成部103、第1の変換処理部104、第2の変換処理部105、同定処理部106、第3の変換処理部107及び推定処理部108は、それぞれ処理回路の一部として実現される。
なお、本明細書では、プロセッサと処理回路との上位概念を、「プロセッシングサーキットリー」という。
つまり、プロセッサと処理回路とは、それぞれ「プロセッシングサーキットリー」の具体例である。
In addition, the "part" in the camera
Moreover, the circuit 10 may be realized by a processing circuit, such as a logic IC (Integrated Circuit), a GA (Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (Field-Programmable Gate Array).
In this case, the camera
In this specification, the higher-level concept of a processor and a processing circuit is called "processing circuitry."
That is, a processor and a processing circuit are each specific examples of "processing circuitry."
1 車両、100 データ処理装置、101 カメラ画像処理部、102 レーダエコー処理部、103 同期クロック生成部、104 第1の変換処理部、105 第2の変換処理部、106 同定処理部、107 第3の変換処理部、108 推定処理部、200 単眼カメラ、300 ミリ波レーダ、901 プロセッサ、902 主記憶装置、903 補助記憶装置、904 通信装置、905 入出力装置、1081 車両位置姿勢状態量更新部、1082 車両位置姿勢観測量更新部、1083 車両位置姿勢出力部。 1 Vehicle, 100 Data processing device, 101 Camera image processing device, 102 Radar echo processing device, 103 Synchronization clock generation device, 104 First conversion processing device, 105 Second conversion processing device, 106 Identification processing device, 107 Third conversion processing device, 108 Estimation processing device, 200 Monocular camera, 300 Millimeter wave radar, 901 Processor, 902 Main storage device, 903 Auxiliary storage device, 904 Communication device, 905 Input/output device, 1081 Vehicle position and attitude state quantity update device, 1082 Vehicle position and attitude observation quantity update device, 1083 Vehicle position and attitude output device.
Claims (8)
前記移動体に搭載されたミリ波レーダにより前記複数のカメラ画像データに同期して得られた複数のレーダエコーデータの各々から複数の特徴点を複数のレーダ特徴点として抽出し、各レーダ特徴点をレーダエコーデータ間で追尾し、各レーダ特徴点のレーダエコーデータ間での移動速度を算出するレーダエコー処理部と、
同期しているカメラ画像データとレーダエコーデータとの間でカメラ特徴点とレーダ特徴点との同定を行い、同定されたレーダ特徴点の移動速度で各カメラ特徴点の移動速度を補正する同定処理部と、
カメラ画像データごとの各カメラ特徴点の補正後の移動速度を用いて、前記移動体の位置及び姿勢を推定する推定処理部とを有するデータ処理装置。 a camera image processing unit that extracts a plurality of feature points as a plurality of camera feature points from each of a plurality of camera image data obtained by a monocular camera mounted on the moving object, tracks each camera feature point between the camera image data, and calculates a moving speed of each camera feature point between the camera image data;
a radar echo processing unit that extracts, as a plurality of radar characteristic points, a plurality of characteristic points from each of a plurality of radar echo data obtained in synchronization with the plurality of camera image data by a millimeter wave radar mounted on the moving object, tracks each of the radar characteristic points between the radar echo data, and calculates a moving speed of each of the radar characteristic points between the radar echo data;
an identification processing unit that identifies camera feature points and radar feature points between synchronized camera image data and radar echo data, and corrects the moving speed of each camera feature point with the moving speed of the identified radar feature point;
and an estimation processing unit that estimates a position and orientation of the moving object using the corrected moving speed of each camera feature point for each camera image data.
前記複数のレーダエコーデータの各々から、前記ミリ波レーダにより捕捉された移動する物体である移動物体の特徴点を排除して前記複数のレーダ特徴点を抽出する請求項1に記載のデータ処理装置。 The radar echo processing unit includes:
2 . The data processing apparatus according to claim 1 , wherein the plurality of radar characteristic points are extracted by excluding characteristic points of moving objects that are moving objects captured by the millimeter wave radar from each of the plurality of radar echo data.
前記複数のレーダエコーデータの各々を解析して前記ミリ波レーダにより捕捉された物体と前記移動体との相対速度を算出し、算出した相対速度に基づき、前記ミリ波レーダにより捕捉された物体の中から前記移動物体を識別して、前記複数のレーダエコーデータの各々から前記移動物体の特徴点を排除して前記複数のレーダ特徴点を抽出する請求項2に記載のデータ処理装置。 The radar echo processing unit includes:
3. The data processing device according to claim 2, further comprising: a data processing device for processing a signal from the object captured by the millimeter wave radar based on the relative speed of the object captured by the millimeter wave radar; a data processing device for processing a signal from the object captured by the millimeter wave radar based on the relative speed of the object captured by the millimeter wave radar; and a data processing device for processing a signal from the object captured by the millimeter wave radar based on the relative speed of the object captured by the millimeter wave radar.
カメラ画像データごとに、各カメラ特徴点の座標値を算出し、
前記レーダエコー処理部は、
レーダエコーデータごとに、各レーダ特徴点の座標値を算出し、
前記同定処理部は、
同期しているカメラ画像データとレーダエコーデータとの間で、カメラ特徴点ごとに、カメラ特徴点の座標値及び移動速度と各レーダ特徴点の座標値及び移動速度との近似度を評価して、カメラ特徴点とレーダ特徴点との同定を行う請求項1に記載のデータ処理装置。 The camera image processing unit includes:
Calculate the coordinates of each camera feature point for each camera image data;
The radar echo processing unit includes:
Calculate the coordinates of each radar characteristic point for each radar echo data.
The identification processing unit
2. The data processing device according to claim 1, wherein the camera feature points and the radar feature points are identified by evaluating the degree of similarity between the coordinate values and moving speed of the camera feature points and the coordinate values and moving speed of each radar feature point for each camera feature point between synchronized camera image data and radar echo data.
カメラ画像データごとに、各カメラ特徴点の座標値を算出し、
前記推定処理部は、
カメラ画像データごとの各カメラ特徴点の補正後の移動速度と各カメラ特徴点の座標値とを用いて、前記移動体の位置及び姿勢を推定する請求項1に記載のデータ処理装置。 The camera image processing unit includes:
Calculate the coordinates of each camera feature point for each camera image data;
The estimation processing unit:
2. The data processing device according to claim 1, wherein the position and orientation of the moving object are estimated using the corrected moving speed of each camera feature point for each camera image data and the coordinate values of each camera feature point.
前記コンピュータが、前記移動体に搭載されたミリ波レーダにより前記複数のカメラ画像データに同期して得られた複数のレーダエコーデータの各々から複数の特徴点を複数のレーダ特徴点として抽出し、各レーダ特徴点をレーダエコーデータ間で追尾し、各レーダ
特徴点のレーダエコーデータ間での移動速度を算出し、
前記コンピュータが、同期しているカメラ画像データとレーダエコーデータとの間でカメラ特徴点とレーダ特徴点との同定を行い、同定されたレーダ特徴点の移動速度で各カメラ特徴点の移動速度を補正し、
前記コンピュータが、カメラ画像データごとの各カメラ特徴点の補正後の移動速度を用いて、前記移動体の位置及び姿勢を推定するデータ処理方法。 a computer extracts a plurality of feature points as a plurality of camera feature points from each of a plurality of camera image data obtained by a monocular camera mounted on the moving object, tracks each camera feature point between the camera image data, and calculates a moving speed of each camera feature point between the camera image data;
the computer extracts, as a plurality of radar characteristic points, a plurality of radar echo data obtained by a millimeter wave radar mounted on the moving object in synchronization with the plurality of camera image data, tracks each radar characteristic point between the radar echo data, and calculates a moving speed of each radar characteristic point between the radar echo data;
the computer identifies camera feature points and radar feature points between the synchronized camera image data and radar echo data, and corrects the moving speed of each camera feature point with the moving speed of the identified radar feature point;
A data processing method in which the computer estimates the position and orientation of the moving object using the corrected moving speed of each camera feature point for each camera image data.
前記移動体に搭載されたミリ波レーダにより前記複数のカメラ画像データに同期して得られた複数のレーダエコーデータの各々から複数の特徴点を複数のレーダ特徴点として抽出し、各レーダ特徴点をレーダエコーデータ間で追尾し、各レーダ特徴点のレーダエコーデータ間での移動速度を算出するレーダエコー処理と、
同期しているカメラ画像データとレーダエコーデータとの間でカメラ特徴点とレーダ特徴点との同定を行い、同定されたレーダ特徴点の移動速度で各カメラ特徴点の移動速度を補正する同定処理と、
カメラ画像データごとの各カメラ特徴点の補正後の移動速度を用いて、前記移動体の位置及び姿勢を推定する推定処理とをコンピュータに実行させるデータ処理プログラム。 camera image processing for extracting a plurality of feature points as a plurality of camera feature points from each of a plurality of camera image data obtained by a monocular camera mounted on the moving object, tracking each camera feature point between the camera image data, and calculating a moving speed of each camera feature point between the camera image data;
a radar echo process for extracting a plurality of characteristic points as a plurality of radar characteristic points from each of a plurality of radar echo data obtained in synchronization with the plurality of camera image data by a millimeter wave radar mounted on the moving object, tracking each of the radar characteristic points between the radar echo data, and calculating a moving speed of each of the radar characteristic points between the radar echo data;
an identification process for identifying camera feature points and radar feature points between synchronized camera image data and radar echo data, and correcting the moving speed of each camera feature point with the moving speed of the identified radar feature point;
and an estimation process of estimating the position and orientation of the moving object using the corrected moving speed of each camera feature point for each camera image data.
移動体に搭載されたミリ波レーダと、
前記単眼カメラから移動体の移動に応じて得られた複数の画像データと前記ミリ波レーダから移動体の移動に応じて得られた複数のレーダエコーデータの対応付けに基づいて得られる複数の移動速度を用いて、前記移動体の位置およびまたは姿勢を推定する推定処理部と
前記単眼カメラの画像データから複数の特徴点を複数のカメラ特徴点として抽出し、各カメラ特徴点を画像データ間で追尾し、各カメラ特徴点の画像データ間での移動速度を算出するカメラ画像処理部と、
前記ミリ波レーダのレーダエコーデータから複数の特徴点を複数のレーダ特徴点として抽出し、各レーダ特徴点をレーダエコーデータ間で追尾し、各レーダ特徴点のレーダエコーデータ間での移動速度を算出するレーダエコー処理部と、
同期している前記画像データとレーダエコーデータとの間でカメラ特徴点とレーダ特徴点との同定を行い、同定されたレーダ特徴点の移動速度で各カメラ特徴点の移動速度を補正する同定処理部と
を備えたデータ処理装置。 A monocular camera mounted on a moving object,
A millimeter wave radar mounted on a moving object,
an estimation processing unit that estimates a position and/or an attitude of the moving object using a plurality of moving speeds obtained based on association between a plurality of image data obtained from the monocular camera in response to the movement of the moving object and a plurality of radar echo data obtained from the millimeter wave radar in response to the movement of the moving object;
a camera image processing unit that extracts a plurality of feature points as a plurality of camera feature points from the image data of the monocular camera, tracks each camera feature point between the image data, and calculates a moving speed of each camera feature point between the image data;
a radar echo processing unit that extracts a plurality of characteristic points as a plurality of radar characteristic points from the radar echo data of the millimeter wave radar, tracks each of the radar characteristic points between the radar echo data, and calculates a moving speed of each of the radar characteristic points between the radar echo data;
an identification processing unit that identifies camera feature points and radar feature points between the synchronized image data and radar echo data, and corrects the moving speed of each camera feature point with the moving speed of the identified radar feature point;
A data processing device comprising :
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