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JP4575031B2 - 車載用路面標示検出装置 - Google Patents

車載用路面標示検出装置 Download PDF

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Description

本発明は、走行車線を区分する白線や横断歩道線などの路面上の標示を検出する車載用路面標示検出装置に関する。
車載カメラで撮影された画像から白線及び横断歩道を検出する従来の路面標示検出装置として、例えば特許文献1(特開2003−252148号公報)に示されるものがある。この路面標示検出装置では、車載カメラで撮影された画像データとデータベース中のパターンマッチング用参照データと比較し、車載カメラで撮影された画像のパターン認識を行う。このとき、パターンマッチング用の参照データとして、白線及び横断歩道のパターンデータをデータベース上に格納することにより、白線及び横断歩道の検出が可能となる。
特開2003−252148号公報
従来の路面標示検出装置は以上のように構成されており、白線及び横断歩道の検出を入力画像と予め用意されたデータベースとの比較により行うため、データベース中には、車載カメラで撮影された多様な画像に対処するため多くの参照データが必要であり、検出には、それら全ての参照データと特徴(輝度値など)の比較・照合を行わなければならず、処理時間が膨大にかかるという課題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、構造の異なる白線及び横断歩道線の検出に、線分特徴を抽出し、前記線分特徴の構造を基に白線及び横断歩道線の検出を行うため、データベースが不要で、高速に検出が可能な路面標示検出装置の実現を目的とする。
本発明の車載用路面標示検出装置は、走行する自車両前方の画像データを入力する画像入力手段と,前記画像入力手段によって取り込まれた画像から、エッジ点を抽出するエッジ抽出手段と、前記画像入力手段の画像を複数の部分画像に分割する画像分割手段と、各部分画像内に存在するエッジ点を通る線分を抽出する線分抽出手段と、前記線分抽出手段により得られた線分の傾きと端点位置を特徴として抽出する特徴抽出手段と、前記特徴抽出手段によって得られた線分の端点位置が水平方向に所定の間隔で存在し、かつそれら線分が一つの消失点を形成した場合、前方に横断歩道が存在すると判断する路面標示検出手段を備える。

本発明は、白線及び横断歩道線を構成する白線候補の特徴を抽出する特徴抽出手段を設け、前記特徴抽出手段で抽出された特徴を基に白線と横断歩道線の構造の相違に着目して白線と横断歩道線の路面標示を検出するようにしたので、データベースが不要でかつ高速に検出を行うことができる。
実施の形態1.
以下、本発明の路面標示検出装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態1を示す構成図であり、本実施の形態1は、走行する自車両前方の画像データを入力する車載カメラ等からなる画像入力手段1と,前記画像入力手段1によって取り込まれた画像から、エッジ点を抽出するエッジ抽出手段2と、前記画像入力手段の画像を複数の部分画像(ブロック)に分割する画像分割手段3と、各ブロック内に存在するエッジ点を多く通る線分を複数検出する線分抽出手段4と、線分の傾き及び端点位置の差が所定範囲内にある線分同士を一つの組とし、組となった線分の傾き及び端点位置を特徴として抽出する特徴抽出手段5と、前記特徴抽出手段によって得られた特徴に基づき路面標示の検出を行う路面標示検出手段6と、前記各手段を制御する制御手段7から構成される。
図2は、本実施の形態1の処理の流れを示すフローチャートであり、本図により動作を説明する。
まず、白線検出処理について説明する。
図2のステップS11において、制御手段7は、画像入力手段1に指示し、画像情報を入手する。ここでは、図3の画像を入手したとする。
次に、ステップS12に進み、制御手段7は、画像入力手段1で得られた入力画像をエッジ抽出手段2に送る。エッジ抽出手段2は、得られた画像中のエッジ抽出を行う。エッジ抽出処理は、一般的な手法であるSOBELオペレータを用いることで行うことができる。
図4は、前記エッジ抽出手段2が図3の入力画像から生成したエッジ画像例である。エッジ抽出処理では、白線の輪郭線以外にも、背景に含まれる陰影の変化部分や縁石などが、エッジとして抽出される。
次に、ステップS13に進み、制御手段7は、エッジ抽出手段2で得られたエッジ画像を、画像分割手段3に送る。画像分割手段3は、入力したエッジ画像を部分画像に分割する。
図5は、画像分割手段3により、図4のエッジ画像を部分画像に分割した例であり、垂直方向に2分割、水平方向に4分割され、合計8個の部分画像に分割されている。なお、白線1本はこの水平方向に分割された線分によって近似される。
次に、ステップS14に進み、制御手段7は、図6(a)(b)に示す垂直方向に分割した全ての部分画像に対し、特徴抽出手段5による白線候補の特徴を抽出する処理を行ったか否かを判別する。全ての部分画像に対し、特徴抽出処理を行っていれば、ステップS18に進み。行っていなければ、ステップS15に進む。ここでは、特徴抽出処理を行っていないため、ステップS15に進む。
まず、図6(a)に示す部分画像を用いて、特徴抽出手段5による白線候補特徴を抽出する処理について説明する。
ステップS15において、制御手段7は、部分画像(ブロック1〜4)を、線分抽出手段4に送り、線分抽出手段4は、線分を抽出する。線分抽出処理では、ブロック内に存在する任意のエッジ点2つを選び、それを結ぶ線分上に位置する他のエッジ点数をカウントする。これを全ての組み合わせで行い、カウント数の大きな上位数個の線分を抽出する。
図7は、線分抽出手段4が、図6(a)の部分画像から線分を抽出した例である。図7において、k1〜k13は各ブロック内の線分を意味し、それぞれの線分は線分番号に対応する端点(s1〜s13,e1〜e13)を有する。
次に、ステップS16に進み、制御手段7は、特徴抽出手段5に対し、線分抽出手段4で得られた線分から、白線候補を生成する指示を行う。白線候補の生成は、線分抽出手段4により得られた線分の傾き及び端点の位置座標に基づいて、線分をグループ化することにより行われる。具体的には、線分kの傾きをak、端点をsk,ekとしたとき、式1、2を満たすものを同一の直線から構成される線分と判断してグループ化を行い、白線候補とする。
Figure 0004575031
なお、隣接線分以外とのグループ化を判別する時は、比較対象となる端点位置での座標値を線分の傾きから算出する。
図8は、図7から、白線候補を生成した画像例である。図8において、L1〜L7は、白線候補を示しており、白線が破線であっても、不連続部に影響されることなく、離れた線分を一つの白線候補として認識することができる。
次に、ステップS17に進み、制御手段7は、特徴抽出手段5に処理を指示し、特徴抽出手段5は、ステップS16で得られた白線候補の傾き及び、それら白線候補のカメラ(画像入力手段1)側に近い端点位置(画像下部側)を特徴として抽出する。
図9は、図8の白線候補L1〜L7の特徴となる白線候補の傾きp1〜p7、及び、カメラ(画像入力手段1)側に近い端点位置t1〜t7を示した例である。
次に、ステップS14に戻り、ステップS15からステップS17までの処理を、図6(b)に示す部分画像に対して行う。図10に、図6(b)から、白線候補の特徴となる白線候補の傾きp8〜p11、及びカメラ(画像入力手段1)側に近い端点位置t8〜t11を抽出した例を示す。以上により、垂直方向に分割した全ての部分画像に対し、白線候補の特徴を抽出する処理を行ったため、次に、ステップS18に進む。
ステップS18において、制御手段7は、特徴抽出手段5で得られた特徴を、路面標示検出手段6に送り、路面標示検出手段6は、白線及び横断歩道の検出を行う。
図11は、路面標示検出手段6の白線及び横断歩道検出のフローチャートであり、本図を用いてその動作を説明する。
まず、ステップS601において、制御手段7は、垂直方向に分割した全ての部分画像に対し、白線を検出する処理を行ったか否かを判別する。全ての部分画像に対し、白線検出処理を行っていれば、ステップS603に進み。行っていなければ、ステップS602に進む。ここでは、全ての部分画像に白線検出処理を行っていないため、ステップS602に進む。
まず、図9に示す白線候補の特徴を用いて、白線を検出する処理について説明する。
ステップS602では、制御手段7は、路面標示検出手段6の白線検出部に処理を指示し、白線検出部は、白線の検出を行う。白線検出部では、以下に示すような条件を設定し、白線の検出を行う。
白線を検出するための条件
(条件1)
特徴抽出手段5によって得られた白線候補のカメラ(画像入力手段1)側に近い端点tiの座標を(xi,yi)としたとき、tiが、より画像中央に位置するものを白線として選択する。例えば、式3に示す評価関数を用いることで行うことができる。
Figure 0004575031
(条件2)
入力画像データは、なめらかに変化することから、前回の白線検出によって得られた白線の端点位置と今回の白線候補の端点位置は、ほぼ等しくなる。具体的に、現在の時刻をmとし、今回の白線候補の端点座標を(xi(m),yi(m))、前回の検出結果の端点座標を(xi(m-1),yi(m-1))としたとき、式4満たすものを白線として選択する。
Figure 0004575031
(条件3)
白線の幅に関する閾値を設け、白線候補間の端点座標距離が、所定の閾値を満たすものを白線として選択する。具体的に、式5満たすものを白線として選択する。
Figure 0004575031
図12は、上記条件を用いて、図9の白線候補の特徴から、白線を検出した例を示す。また、図13は、上記同様の処理で、図10の白線候補の特徴から、白線を検出した例を示す。
以上により、垂直方向に分割した全ての部分画像に対し、白線検出処理を行ったため、次に、ステップS603に進む。
なお、本実施の形態では、垂直方向の2分割した部分画像を用いたが、これは白線検出部において白線を検出する際、白線候補の組み合わせ数を抑制するために行ったものであり、垂直方向に画像を分割しない場合でも白線検出を行うことができる。
ステップS603では、制御手段7は、路面標示検出手段6に対し、図14に示すように、特徴抽出手段5で得られた白線候補(L1〜L11)と、あらかじめ設定した基準線との交点(A、B)を求めるよう指示する。次いで路面標示検出手段6は各交点間の距離が一定の比を満たすか否かを判別し、一定の比を満たせばステップS604に進み、満たさなければ、当該検出処理を終了する。ここでは、横断歩道が画像中に含まれておらず、交点間の距離が他の交点間の距離と一定の比を満たさず当該検出処理を終了し、白線を検出と判断する。
次に、横断歩道検出の処理について説明する。
図2のステップS11において、制御手段7は、画像入力手段1に指示し、画像を入手する。ここでは、図15に示す画像中に横断歩道が存在した画像を入手したとする。画像入力手段1により、入手した画像は、白線検出処理と同様にステップS12からステップS17の処理を行い白線候補の特徴が抽出される。
図16は、図15から白線候補の特徴を抽出した例であり、特徴抽出手段5により、図中L12〜L21に示される白線候補の傾き、及び、●印で示されるカメラ(画像入力手段1)側に近い端点t12〜t21が特徴として抽出される。
次に、ステップS18に進み、制御手段7は、路面標示検出手段6に処理を指示し、路面標示検出手段6は、白線及び横断歩道の検出を行う。この検出処理を図11により説明する。ここで、ステップS602における路面標示検出手段6における白線検出部の処理は、前述の白線検出処理において説明した処理と同様なため説明を省略する。
次に、ステップS603に進む、制御手段7は、図17に示すように、特徴抽出手段5で得られた白線候補(L12〜L21)と、あらかじめ設定した基準線との交点(A〜H)を求めるよう路面標示検出手段6に指示する。次いで路面標示検出手段6は各交点間の距離が一定の比を満たすか否かを判別し、一定の比を満たせばステップS604に進み、満たさなければ、当該検出処理を終了する。ここでは、横断歩道が画像中に含まれおり、交点間の距離が一定の比を満たすため、ステップS604に進む。
次に、ステップS604では、制御手段7は、ステップS603で得られた一定の比を満たす白線候補同士の交点を算出するよう路面標示検出手段6に指示する。交点(xvp,yvp)の算出は、白線候補の傾き及び切片をαi、qiとしたとき、式6、式7で行うことができる。横断歩道を構成する白線は、3次元的に平行であるため、これを2次元に射影した画像データは、消失点で1点に交わる。この消失点形成の有無を交点(xvp,yvp)の取り得る範囲に閾値を設けることで判別する。上記条件を満たせば、ステップS605に進み、消失点を形成しない場合は、当該検出処理を終了する。ここでは、図18に示すように、白線候補が消失点を形成するため、ステップS605へ進む。
Figure 0004575031
次に、ステップS605では、制御手段7は、横断歩道の上下線(車両走行方向に平行な白線を横断する形で引かれている横断歩道の手前と奥に位置する白線)の検出を行うために、横断歩道上下端の大まかな位置を決定するよう路面標示検出手段6に指示する。位置の決定には、図19に示すように、まず、各白線候補線の中点を中心に、白線候補の延長線方向に走査線を生成する。次に、その走査線に沿って、水平方向に輝度値分散w(j)を計算する。上記分散値は、白線部では大きく、路面部において小さな値を示すため、その変化点を横断歩道の上下端点とする。
図20に、ステップS605で得られた横断歩道の上下端点の例を示す。
次にステップS606において、制御手段7は、ステップS605で得られた上下端点に基づいて、横断歩道の上下線を求めるための探索領域の決定を行う指示を路面標示検出手段6に出す。探索領域の決定処理は、例えば、まず、ステップS605で得られた上下端点それぞれに対し、最小2乗推定法を用いて、直線を算出する。次に、算出された直線をy=ax+bとしたとき、式8を満たす領域を探索領域とすることで行うことができる。ただし、式8中のv、νは、処理範囲を設定するための閾値である。
Figure 0004575031
図21は、ステップS606で得られた横断歩道上下線の探索領域をそれぞれ、探索領域1、探索領域2とした例である。次に,ステップS607において、横断歩道の上下線を求める。
ステップS607において、制御手段7は、探索領域内のエッジ点を最も多く通る直線を横断歩道の上下線として検出する指示を路面標示検出手段6に行う。横断歩道の上下線の検出を行う処理では、各探索領域内の任意のエッジ点2つを選び、それを結ぶ線分上に位置する他のエッジ点数のカウントを行う。これを全ての組み合わせで行い、カウント数の最も大きな線分を横断歩道の上下線とする。
図22は、ステップS607で得られた横断歩道の上下線を示した例である。
以上、実施の形態1について説明した。本実施の形態では、路面標示検出手段6において、ステップS603及びステップS604の処理を用いて、横断歩道の有無を判別したが、路面標示検出手段6の他の実施例として、図23のフローチャートで示すようにステップS603及びステップS604の処理の代わりにステップS701の横断歩道有無判別処理機能を有するものに変更しても良い。この実施例における路面標示検出手段6の横断歩道有無判別処理ステップS701は、次のような手順で、横断歩道の有無判別を行う。図24(a)で示すように、図2のステップS16で生成された白線候補の延長線方向を走査線とし、その走査線上に位置するエッジ分布を求める。図24(b)は、走査線上に位置するエッジの分布を示した例である。横断歩道を構成するエッジは、各白線候補の走査線上において特定の位置に分布しているため、走査線上のエッジ位置に関する分散が大きくなる。この分散値を指標とすることで、横断歩道の判別を行うことができる。
また、本実施の形態では、路面標示検出手段6において、ステップS603及びステップS604の処理を用いて、横断歩道の有無を判別したが、横断歩道を構成する白線幅と道路白線の幅は異なるため、白線幅に関する閾値を設けることで、横断歩道が存在するか否かを判別する処理に変更・追加しても良い。
また、本実施の形態では、路面標示検出手段6において、ステップS603及びステップS604の処理を用いて、横断歩道の有無を判別したが、路面標示検出手段6のさらに他の実施例として、図25のフローチャートで示すようなステップS702の横断歩道有無判別処理を追加する機能を有するものにしても良い。ステップS702では、ステップS16において生成された白線候補数が所定数以上か否かにより横断歩道の有無判別を行う。横断歩道は、所定数以上の白線候補から構成されるため、この白線候補数に関する閾値を設けることで行うことができる。
このような路面標示検出手段6を用いれば、横断歩道有無の判別処理の精度がさらにあがる。
また、本実施の形態では、エッジ抽出手段2における入力画像のエッジ抽出処理は、ステップSOBELオペレータ以外の方法で実施しても良く、例えばCannyオペレータなどのエッジ抽出フィルタを用いて行っても良い。
また、本実施の形態では、線分抽出手段4における線分抽出処理として、直線検出アルゴリズムの1つであるHough変換や最小2乗法などの手法を用いて行っても良い。
上記のように、本実施の形態によれば、白線及び横断歩道線を構成する白線候補の特徴を抽出する特徴抽出手段5を設け、前記特徴抽出手段5で抽出された特徴を基に白線と横断歩道線の構造の相違に着目して検出するようにしたので、データベースが不要でかつ高速に検出を行うことができる。
実施の形態2.
以下、本発明の実施の形態2について図1、2、26を用いて説明する。本実施の形態2は路面標示検出手段6の構成、機能が実施の形態1と異なるのみで概略構成は図1に示す実施の形態1と同様であり、路面標示検出装置の概略処理手順も図2に示すフローチャートと同様である。図26は本実施の形態2における路面標示検出手段6のフローチャートである。
なお、図中、実施の形態1と同一または相当部分は同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態2の動作を図2に示すフローチャートにより説明する。
制御手段7は、実施の形態1と同様の手順で、まず、画像入力手段1に指示し、画像を入手する。ここでは、図27の画像を入手したとする。入手した画像は、実施の形態1と同様、ステップS12からステップS17の処理を行い白線候補の特徴が抽出される。
図28は、図27の入手画像から白線候補の特徴を抽出した例であり、特徴抽出手段5により、図中L22〜L29に示される白線候補の傾き、及び、●印で示されるカメラ(画像入力手段1)側に近い端点t22〜t29が特徴として抽出される。
次に、制御手段7は、路面標示検出手段6に処理を指示し、路面標示検出手段6は白線及び横断歩道の検出を行う。白線及び横断歩道の検出の動作の流れを図26のフローチャートを用いて説明する。なお、路面標示検出手段6におけるステップS601、S602の白線検出は、実施の形態1と同一であるため、その説明を省略する。
ステップS603において、制御手段7は、図29に示すように、特徴抽出手段5で得られた白線候補(L22〜L29)と、あらかじめ設定した基準線との交点(A、B、C、D)を求めるよう路面標示検出手段6に指示をする。各交点間の距離が一定の比を満たすか否かを判別し、一定の比を満たせばステップS604に進み、満たさなければ、ステップS703に進む。ここでは、横断歩道を構成する白線が、かすれによって一部検出されなかったため、交点間の距離の比が一定の比にならず。ステップS703に進む。
次に、ステップS703において、路面標示検出手段6は、検出された交点のみから、かすれなどによって、検出されなかった交点を推測し、横断歩道の有無判別処理を行う。具体的には、検出された交点(A、B、C、D)から、各交点間の距離を計算し、算出された距離AB、BC、CDを用いて、式9、式10を満たすか否かで行うことができる。式9、式10の条件を満たさない場合は当該検出処理を終了する。ここでは、条件を満たし、ステップS604に進む。
Figure 0004575031
次に、ステップS604では、制御手段7は、ステップS703で得られた白線候補が消失点を形成するか否かの判別を行う指示を路面標示検出手段6にだす。ここでは、白線候補が消失点を形成するため、ステップS605へ進む。消失点を形成しない場合は当該検出処理を終了する。
次に、ステップS605では、制御手段7は、横断歩道の上下線の検出を行うために、横断歩道上下端の大まかな位置を決定するよう路面標示検出手段6に指示し、路面標示検出手段6は横断歩道の上下端点を抽出する。
次にステップS606において、制御手段7は、ステップS605で得られた上下端点に基づいて、横断歩道の上下線を求めるための探索領域の決定を行う指示を路面標示検出手段6に出し、路面標示検出手段6は探索領域の決定を行う。
ステップS607では、制御手段7は、探索領域内のエッジ点を最も多く通る直線を横断歩道の上下線として検出する指示を路面標示検出手段6に行い路面標示検出手段6は横断歩道の上下線を検出する。
以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態1の効果に加えて、路面標示検出手段6において、横断歩道の有無を再判定する処理を設けるようにしたので、横断歩道の一部がかすれや隠蔽されている場合においても検出を行うことができる。
本発明はデータベースを用いずに白線と横断歩道線の路面標示を高速に検出することが可能なため、ナビゲーション装置に適用で、GPS(Global Positioning System)からの自車位置の検出信号と併用することで、自車の位置の検出精度を高めることができる。
本発明の実施の形態1を示す構成図である。 実施の形態1における処理の流れを示すフローチャートである。 画像入力手段により入手された画像情報を示す図である。 入力画像から生成されたエッジ画像を示す図である。 画像分割手段で分割された部分画像を示す図である。 垂直方向に分割した部分画像を(a)(b)に分離して示す図である。 図6(a)部分画像から抽出された線分抽出画像を示す図である。 線分抽出画像から生成された白線候補の画像例を示す図である。 白線候補の傾き及びカメラ(画像入力手段)側に近い端点位置を示す図である。 図6(b)部分画像から生成された白線候補の傾き及びカメラ(画像入力手段)側に近い端点位置を示す図である。 路面標示検出手段の処理の流れを示すフローチャートである。 図9の白線候補の特徴から、白線を検出した例を示す図である。 図10の白線候補の特徴から、白線を検出した例を示す図である。 白線候補と、基準線との交点を示す図である。 横断歩道が存在する入力画像の例を示す図である。 横断歩道が存在する入力画像から白線候補の特徴を抽出した例を示す図である。 横断歩道が存在する入力画像からの白線候補と、あらかじめ設定した基準線との交点を示す図である。 白線候補の消失点を説明するための図である。 横断歩道の上下端検出のための説明図である。 横断歩道の上下端点の例を示す図である。 横断歩道上下線の探索領域を示す図である。 横断歩道の上下線を示す図である。 路面標示検出手段の他の実施例による処理の流れを示すフローチャートである。 路面標示検出手段の他の実施例による横断歩道の有無判別用の説明図である。 路面標示検出手段のさらに他の実施例による処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態2における路面標示検出手段の処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態2における入力画像を示す図である。 実施の形態2における白線候補の特徴抽出例を示す図である。 実施の形態2における白線候補と、基準線との交点を示す図である。
符号の説明
1:画像入力手段、2:エッジ抽出手段、3:画像分割手段、4:線分抽出手段、5:特徴抽出手段、6:路面標示検出手段、7:制御手段。

Claims (3)

  1. 走行する自車両前方の画像データを入力する画像入力手段と,前記画像入力手段によって取り込まれた画像から、エッジ点を抽出するエッジ抽出手段と、前記画像入力手段の画像を複数の部分画像に分割する画像分割手段と、各部分画像内に存在するエッジ点を通る線分を抽出する線分抽出手段と、前記線分抽出手段により得られた線分の傾きと端点位置を特徴として抽出する特徴抽出手段と、前記特徴抽出手段によって得られた線分の端点位置が水平方向に一定の間隔で存在し、かつそれら線分が一つの消失点を形成した場合、前方に横断歩道が存在すると判断する路面標示検出手段を備えることを特徴とする車載用路面標示検出装置。
  2. 走行する自車両前方の画像データを入力する画像入力手段と,前記画像入力手段によって取り込まれた画像から、エッジ点を抽出するエッジ抽出手段と、前記画像入力手段の画像を複数の部分画像に分割する画像分割手段と、各部分画像内に存在するエッジ点を通る線分を抽出する線分抽出手段と、前記線分抽出手段により得られた線分の傾きと端点位置を検出し、線分の傾きと端点位置の差が所定範囲内にある線分同士を一つの組とし、組となった線分の傾き及び端点位置を特徴として抽出する特徴抽出手段と、前記特徴抽出手段において組となった線分数が、所定数以上得られた場合に前方に横断歩道が存在すると判断する路面標示検出手段を備えることを特徴とする車載用路面標示検出装置。
  3. 前記路面標示検出手段は、横断歩道と判断された複数の線分又は組となった複数の線分の上下端の大まかな位置を決定して、分割された部分画像の何れかを探索領域として決定し、探索領域内のエッジ点を最も多く通る直線を横断歩道を形成する白線の手前と奥の位置の上下線として検出する構成にされたことを特徴とする請求項1又は2に記載の車載用路面標示検出装置。
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