車両位置計測装置及び車両運転者支援装置

【目的】本発明は、車両位置計測装置及び車両運転者支援装置に関し、車両外に複雑な設備を用いなくても、車両の位置を正確に測定できるようにすることを目的とする。
【構成】車両に搭載され、路面を含む車両周辺の景観を撮像するカメラ１と、カメラ１の出力画像から路面に関する俯瞰画像Ｏを作成する俯瞰画像作成部２と、車両の走行方向の方位を測定するコンパス３と、コンパス３の出力情報を元に、前記俯瞰画像Ｏをアフィン変換して、北を垂直軸上方にとった俯瞰画像Ｔに変換するアフィン変換部４と、地図データベース５と、前記俯瞰画像Ｔを地図データベース５の情報と比較して、地図上での車両位置を計測する位置計測部６とで構成する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両の位置を計測する車両位置計測装置及びこの装置を利用した車両運転者支援装置に関するものであり、例えば、マップベースの自動走行車における現在位置計測装置や、車両の運転者に対してのナビゲーションシステム等に利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、車両の位置を計測する手法には、種々の手法が開発されていたが、大別すると、■車両単体で位置を推定する手法と、■車両の外部に、位置計測用の施設を設けて車両の位置を計測する手法とに分けられる。
【０００３】■の手法は、車両の速度やハンドルの切れ角から、車両の移動量を推定し、基準点からの相対的な車両の位置を計測するものである。そのため、この手法では、走行距離が延びるにつれ、計測誤差が蓄積されることになる。従って、適宜、計測誤差をリセットしなくてはならないため、■の手法を併用する必要がある。
【０００４】また、■の手法は、車両外（道路等）に、位置計測の為の設備を設ける事で、絶対的な位置を測定できるようにする。例えば、ＧＰＳ（Grobal PositioningSystem) に代表されるような航行衛星による位置計測がこれに相当する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のものにおいては、次のような課題があった。
(1) 前記■の手法により車両の位置を計測する場合、広い範囲で、かつ十分な精度で位置計測をするためには、車両外設備への投資が莫大なものになり、実現困難となる。
【０００６】また、現在実用化されているＧＰＳについても、測定誤差は数メートル程度あるため、自動走行車の現在位置計測装置としての誤差が大きく、大まかな位置計測としてしか用いることができない。
【０００７】(2) 前記■の手法により車両の位置を計測する場合、走行距離が延びるにつれて計測誤差が蓄積される。この計測誤差を少なくするため、■の手法を併用すると、前記（1)の場合と同じ問題が生じる。
【０００８】即ち、広い範囲で、かつ十分な計測精度を維持するのは困難となる。本発明は、このような従来の課題を解決し、車両外に複雑な設備を用いることなく、車両の位置を正確に測定できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理図であり、図中、１はカメラ、２は俯瞰画像作成部、３はコンパス、４はアフィン変換部、５は地図データベース、６は位置計測部を示す。本発明は上記の課題を解決するため、次のように構成した。
【００１０】(1) 車両に搭載され、路面を含む車両周辺の景観を撮像するカメラ１と、カメラ１から出力される画像から、路面に関する俯瞰画像Ｏを作成する俯瞰画像作成部２と、車両の走行方向の方位を計測するコンパス３と、このコンパス３の出力情報を元に、前記俯瞰画像Ｏを、アフィン変換（同次座標変換）して、北を垂直軸上方にとった俯瞰画像Ｔに変換するアフィン変換部４とを設け、該アフィン変換部４から、アフィン変換された俯瞰画像Ｔを、車両位置計測情報として出力することを特徴とした車両位置計測装置。
【００１１】(2) 前記構成（1)の車両位置計測装置に、更に、地図情報を格納した地図データベース５と、前記アフィン変換部４から出力される俯瞰画像Ｔを、地図データベース５の地図情報と比較して、地図上での車両位置を計測する位置計測部６とを設け、前記位置計測部６から、地図と対応付けた俯瞰画像Ｔを、車両位置計測情報として出力することを特徴とした前記構成（1)記載の車両位置計測装置。
【００１２】(3) 前記構成（1)の車両位置計測装置に、アフィン変換部４から出力される車両位置計測情報を表示するための表示装置を接続し、該表示装置により、俯瞰画像Ｔを表示して、車両運転者に提示可能としたことを特徴とする車両運転者支援装置。
【００１３】(4) 前記構成（2)の車両位置計測装置に、位置計測部６から出力される車両位置計測情報を表示するための表示装置を接続し、該表示装置により、地図と対応付けた俯瞰画像Ｔを表示して、車両運転者に提示可能としたことを特徴とする車両運転者支援装置。
【００１４】
【作用】上記構成に基づく本発明の作用を、図１を参照しながら説明する。車両に搭載したカメラ１により、路面を含む周囲の景観を撮像して入力画像を得る。この入力画像は、俯瞰画像作成部２により、道路部分の俯瞰画像Ｏに変換する。
【００１５】その後、アフィン変換部４では、コンパス３からの方位情報を取り込んで、前記俯瞰画像Ｏのアフィン変換（同次座標変換）を行い、更に縮小処理を行って、北を垂直軸上方にとった俯瞰画像Ｔを得る。
【００１６】次に、位置計測部６では、地図データベース５の地図情報と、前記俯瞰画像Ｔとを比較して、俯瞰画像Ｔに対応する地図上の位置を求める。このようにすれば、車両の外部に複雑な設備を設けなくても、車両に搭載したカメラにより地図上の車両位置を正確に計測することができる。
【００１７】この場合、アフィン変換部４から出力される俯瞰画像Ｔを、そのまま表示装置へ出力して表示し、車両運転者に提示すれば、車両運転者は、表示された画像を、地図と照合することにより、車両の現在位置を知ることが可能となる。
【００１８】また、位置計測部６から出力される画像（地図と対応付けた俯瞰画像Ｔ）をそのまま表示装置へ出力して表示し、車両運転者に提示すれば、車両運転者は、表示された画像により、車両の現在位置を知ることができる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例の説明）図２〜図４は、本発明の第１実施例を示した図であり、図２は車両位置計測装置の構成図、図３はカメラと座標系の説明図、図４は画像の説明図である。
【００２０】図中、図１と同符号は同一のものを示す。また、２１は白線抽出部、２２は画像作成部を示す。（なお、第１実施例は、請求項２、及び請求項４に対応した実施例である。）
【００２１】第１実施例における車両位置計測装置は、図２に示したように、カメラ１、俯瞰画像作成部２、コンパス３、アフィン変換部４、地図データベース５、位置計測部６等で構成されている。
【００２２】また、前記俯瞰画像作成部２には、白線抽出部２１と画像作成部２２とを設けると共に、車両位置計測装置を表示装置７に接続し、計測した車両位置情報を、表示装置７で表示できるように構成されている。
【００２３】カメラ１は、車両に搭載され、路面の画像を車両位置計測装置に取り込むものである。俯瞰画像作成部２は、カメラ１から入力された路面の画像（道路画像）から、道路部分に関しての俯瞰図を作成するものである。
【００２４】アフィン変換部（同次座標変換部）４は、コンパス３からの方位を示す出力信号に従い、俯瞰画像作成部２の出力画像にアフィン変換（同次座標変換）を施すものである。
【００２５】地図データベース５は、車両が走行する道路の地図情報を格納したデータベースである。位置計測部６は、アフィン変換部４の出力画像と、地図データベース５中の地図情報とを比較して、地図上での車両位置を決定するものである。表示装置７は、位置計測部６の出力画像を表示するものであり、例えば、車両内で、運転者の見やすい場所に設置する。
【００２６】次に、第１実施例における車両位置計測装置の動作を、図３、図４を参照しながら説明する。車両位置計測装置では、車両から観測できる範囲の画像から、道路部分の俯瞰図を作成し、更に、コンパス３から方位出力信号に従い、方位と縮尺に関して正規化した俯瞰図を作成する。
【００２７】この例では、道路の俯瞰図を作成するにあたり、路面が平坦であって、道路の両端に白線が存在するものと仮定する。またカメラ１のレンズ系の歪みは無視できるものとする。
【００２８】今、カメラ１の出力画像の座標系（ｘｘ−ｙｙ）と、路上の座標系（ＸＸ−ＹＹ）とを図３のように設定し、カメラの路上からの高さをＨ〔ｍ〕、俯角をφ〔deg 〕、水平画角をξ〔deg 〕、水平画素数をｗとする。
【００２９】この場合、カメラ１の出力画像の座標値（ｘｘ、ｙｙ）（単位画素）と、路上の点の座標値（ＸＸ、ＹＹ）（単位；メートル）、カメラ１の前記パラメータ間の関係は、次式で表される。
【００３０】
【数１】

【００３１】先ず、カメラ１で車両周辺の景観を撮像し、図４Ａに示したようなｗ×ｈ画素の画像を入力する。この入力画像は、カメラ１内のＡ／Ｄコンバータ（図示省略）によってディジタル画像に変換した後、俯瞰画像作成部２に出力する。
【００３２】俯瞰画像作成部２では、前記画像を入力すると、白線抽出部２１により、適当な閾値を用いて画像を２値化し、白線のみを画像から抽出する。その後、画像作成部２２では、画像中の白線を、平坦な路面に写像した画像を作成する。
【００３３】この画像作成部２２の処理は、画像上の白線を、前記の式（１）〜式（３）により、路上の点へと写像することで行われ、ｒメートルを１画素で表した俯瞰画像Ｏ（縮尺：１／ｒ）を、写像の結果として出力する（図４Ｂ参照）。
【００３４】コンパス３は、車両及びカメラ１の向きの方位を測定し、北に対してのずれ角θ（単位：deg)を、アフィン変換部４に出力する。そして、アフィン変換部４は、図４Ｂに示した俯瞰画像Ｏ中の画素を、次式で写像した画像を作成する。
【００３５】
【数２】

【００３６】ただし、俯瞰画像Ｏ中の画素の座標値を（ＸＸ’、ＹＹ’）、写像Ｒした画素の座標値（ＸＸ”、ＹＹ”）、地図データベース５中の地図の縮尺を１／Ｒ（画素／メートル）とする。
【００３７】この処理により、縮尺１／Ｒ、かつ北を垂直軸上方とする俯瞰画像Ｔ（図４Ｃ参照）を得る。位置計測部６では、現在車両が存在している範囲の地図を、地図データベース５から検索する。
【００３８】その後、位置計測部６では、図４Ｃに示した俯瞰画像Ｔをテンプレートとしたテンプレートマッチングを地図に対して施し、俯瞰画像Ｔに対する地図上の位置を求める。地図上で対応する位置に俯瞰画像Ｔを重ねた時、俯瞰画像Ｔの原点と重なる地図上の位置が車両の現在位置となる。
【００３９】以上のようにして車両位置計測装置で計測した車両の現在位置情報は、表示装置７へ送り、この表示装置７内で、地図上に現在位置をプロットした画像に変換して表示することにより、車両運転者に車両の現在位置を知らせる。
【００４０】（第２実施例の説明）図５は、第２実施例における車両運転者支援装置の構成図であり、図中、図２R>２と同符号は同一のものを示す。この実施例は、図２に示した装置から、地図データベースとアフィン変換部を省いて、車両運転者支援装置とした例である。（なお、第２実施例は、請求項１及び請求項３に対応した実施例である。）
【００４１】図５に示したように、第２実施例の車両運転者支援装置は、カメラ１、俯瞰画像作成部２、コンパス３、アフィン変換部４、表示装置７とで構成する。また、前記俯瞰画像作成部２には、白線抽出部２１と画像作成部２２とを設ける。
【００４２】この装置の各部の動作は第１実施例と同じである。この例では、アフィン変換部４の出力である俯瞰画像Ｔ（図４Ｃ参照）を表示装置７で表示し、車両運転者に提示する。
【００４３】この場合、表示画面には、地図は表示されないが、運転者が通常用いる道路地図は、北を上に設定した地図てあるため、提示された俯瞰画像Ｔは、車両が道路地図上のどこに存在しているかを運転者が理解するための補助となる。
【００４４】（他の実施例）以上実施例について説明したが、本発明は次のようにしても実施可能である。
(1) 路側に白線が無い場合でも、道路が識別できれば、車両の位置計測を行うことが可能である。この場合、俯瞰画像作成部２では、白線抽出を行うかわりに、道路の側部を抽出すればよい。
(2) マップベースの自動走行車の現在位置計測装置や、車両の運転者に対してのナビゲーションシステム等、各種の用途に適用可能である。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。
(1) 車両の位置計測に、車両周辺の道路画像を用いるため、車両外には、路側の白線等があればよく、従来のように、複雑な設備を設けなくて済む。
【００４６】(2) カメラで撮像した画像を元に変換された俯瞰画像を、地図と対応付けして車両の位置計測を行っているため、地図上での絶対座標を計測することができる。
(3) 簡単な装置により、車両の正確な位置の計測が可能となる。また、交差点等の特徴的な道路上での車両位置が精度良く求められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理図である。
【図２】本発明の第１実施例における車両位置計測装置の構成図である。
【図３】カメラと座標系の説明図である。
【図４】画像の説明図である。
【図５】第２実施例における車両運転者支援装置の構成図である。
【符号の説明】
１カメラ
２俯瞰画像作成部
３コンパス
４アフィン変換部
５地図データベース
６位置計測部

【特許請求の範囲】
【請求項１】車両に搭載され、路面を含む車両周辺の景観を撮像するカメラ（１）と、カメラ（１）から出力される画像から、路面に関する俯瞰画像（Ｏ）を作成する俯瞰画像作成部（２）と、車両の走行方向の方位を計測するコンパス（３）と、コンパス（３）の出力情報を元に、前記俯瞰画像（Ｏ）を、アフィン変換（同次座標変換）して、北を垂直軸上方にとった俯瞰画像（Ｔ）に変換するアフィン変換部（４）とを設け、該アフィン変換部（４）から、アフィン変換された俯瞰画像（Ｔ）を、車両位置計測情報として出力することを特徴とした車両位置計測装置。
【請求項２】前記車両位置計測装置に、更に、地図情報を格納した地図データベース（５）と、前記アフィン変換部（４）から出力される俯瞰画像（Ｔ）を、地図データベース（５）の地図情報とを比較して、地図上での車両位置を計測する位置計測部（６）とを設け、前記位置計測部（６）から、地図と対応付けた俯瞰画像（Ｔ）を、車両位置計測情報として出力することを特徴とした請求項１記載の車両位置計測装置。
【請求項３】前記請求項１記載の車両位置計測装置に、アフィン変換部（４）から出力される車両位置計測情報を表示するための表示装置（７）を接続し、該表示装置（７）により、俯瞰画像（Ｔ）を表示して、車両運転者に提示可能としたことを特徴とする車両運転者支援装置。
【請求項４】前記請求項２記載の車両位置計測装置に、位置計測部（６）から出力される車両位置計測情報を表示するための表示装置（７）を接続し、該表示装置（７）により、地図と対応付けた俯瞰画像（Ｔ）を表示して、車両運転者に提示可能としたことを特徴とする車両運転者支援装置。

【図２】