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JP4426436B2 - 車両検知装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両を検知する技術に関する。
同一車線上の前方車両を検知し、その車両までの距離を一定に維持しようとする技術がある(ACC:自動車間制御システム)。
前方の車両を検知する方法として、レーダを用いる方法や、カメラで撮像した画像を用いる方法がある。レーダは、対象物までの距離を精度よく検知できるものの、横方向の検知精度が低く、検知した車両が自車両のレーンの車両であるのか、隣のレーンの車両であるのかを区別できない場合がある。一方、カメラは、広角が広く、撮像した画像を解析することにより、車両の横方向の位置を正確に検知することができ、カーブ時や割り込み車両がある場合でも、より確実に同一車線上の前方車両を検知することができる。
特許文献1には、カメラで撮像した画像を利用して、前方の車両を検知する車両検知装置が記載されている。この車両検知装置は、撮像した画像から抽出した特徴量を、ニューラルネットワークの応用技術であるサポートベクタマシンで構成される識別器に入力し、車両か否かを判別する。識別器は、予め記憶装置に登録されているものを用いる。
IEEE TRANS ON PATTERN ANALYSYS AND MACHINE INTELLIGENCE VOL. 26, No. 8, 2004, pp.1064-1072
非特許文献1の技術では、識別器は、当該識別器が生成される以前に存在した車両のパターンを識別するように構成されている。したがって、非特許文献1の技術では、識別器の生成後に出現した新型車を、車両として検知できない場合がある。
本発明の目的は、新型車についても車両として検知できる技術を提供することにある。
上記課題を解決すべく、本発明の車両検知装置は、撮像した画像を用いて識別器を更新していく。
例えば、本発明の車両検知装置は、特徴量の入力を受け付けて車両か否か判定する識別器を記憶する手段と、画像を取り込む画像取込手段と、前記画像取込手段で取り込んだ画像から抽出される特徴量を前記識別器に入力して前記画像に車両が含まれるか否か判定する車両判定手段と、車両を検知する前記車両判定手段以外の他の検知手段と、前記車両判定手段で判定した判定結果と前記他の検知手段の検知結果とが一致するか否か判定する一致判定手段と、前記一致判定手段で不一致と判定した場合、前記画像取込手段で取り込んだ画像から抽出される特徴量を前記識別器に入力した場合の判定結果が前記他の検知手段の結果と同一になるように前記識別器を更新する手段とを有する。
前記車両検知装置は、前記一致判定手段で不一致と判定した場合、前記画像取込手段で取り込んだ画像を教師データとしてセンタ装置に引き渡す手段を有してもよい。前記センタ装置は、前記車両検知装置から受け取った教師データを用いて識別器を更新する手段を有してもよい。そして、前記車両検知装置は、さらに、前記センタ装置で更新された識別器を受け取る手段と、受け取った識別器を前記記憶装置に記憶する手段とを有してもよい。
また、前記他の検知手段としては、車両を検知するレーダであってもよい。
本発明が適用された一実施形態について、図面を用いて説明する。
図1は、本実施形態のACC(Adaptive Cruise Control:自動車間制御)システムの概略構成図である。
なお、以下では、ACCシステムを載せた車両を「自車両」という。また、検知の対象となる前方の車両を「前方車両」という。
ACCシステムは、車両検知部100と、ACC制御部200と、ACC実行部300とから構成される
車両検知部100は、カメラ110と、画像処理部120と、識別器122と、レーダ130と、レーダデータ処理部140と、結果処理部150とを有する。
カメラ110は、CCDカメラなどで構成され、自車両の前方を撮像できる位置に取り付けられている。カメラ110は、撮像して得た画像データを画像処理部120に送る。
画像処理部120は、カメラ110から画像データを受け取り、画像データの中から車両候補領域を特定する。そして、特定した車両候補領域に前方車両が含まれているか否か判定する。車両か否かの判定は、後述するように、記憶装置(不図示)に記憶されている識別器122を用いて行う。画像処理部120は、判定結果を、結果処理部150に送る。
レーダ130は、公知の方法で、前方車両(対象物)を検知する。そして、車両を検知した場合、その検知結果を結果処理部150に送る。レーダ130としては、ミリ波レーダやレーザレーダなどを用いることができる。例えば、ミリ波レーダであれば、ミリ波を前方に照射し、前方車両から反射して戻ってきた波を解析して、前方車両の存在、位置(自車両から前方車両までの距離、自車両からみた前方車両の方向)、前方車両の速度(自車両を基準とした相対速度)、を検知する。なお、レーダ130が、ミリ波レーダの場合、ほとんどの立体物を検知できる反面、ノイズも多く検知してしまうため、検知した対象物が車両かどうかを区別する必要がる。また、レーザレーダの場合、ノイズは少ないが路肩のリフレクタを検知してしまう場合があるため、それらと車両の区別を行う必要がある。車両か否かの区別は、公知の方法を用いることができる。
結果処理部150は、画像処理部120から受け取った判定結果と、レーダ130から受け取った車両検知結果とを用いて、最終的な車両の検出結果を出力する。また、画像処理部120から受け取った判定結果と、レーダ130から受け取った車両検知結果とが一致しなかった場合、後述するように、カメラ110で撮像した画像を、識別器122を学習させるための教師データとして登録する。
ACC制御部200は、結果処理部150から出力された前方車両の存在、位置、速度等の情報に基づいて、アクセルやブレーキの動作のコマンドを生成し、ACC実行部300に送る。例えば、自車両と前方車両との距離が所定値(例えば30m)以上の場合、アクセルを開放するコマンドを生成し、ACC実行部300に送る。一方、自車両と前方車両との距離が所定値(例えば25m)未満の場合、アクセルを緩めるコマンドと、ブレーキを掛けるコマンドを生成し、それぞれACC実行部300に送る。
ACC実行部300は、アクセル制御部310と、ブレーキ制御部320とを有する。アクセル制御部310は、ACC制御部200からのコマンドに従って、車両のアクセルを開いたり、閉じたりする。ブレーキ制御部320は、ACC制御部200からのコマンドに従って、車両のブレーキを掛けたり、緩めたりする
なお、画像処理部120、識別器122、結果処理部150、ACC制御部200は、CPUなどの演算装置、メモリやHDDなどの記憶装置を備えるコンピュータにより達成される。各機能部の処理は、CPUがメモリにロードしたプログラムを実行することにより達成される。また、識別器122の構成(階層構造、ノードの接続、重み係数)は、メモリ又はHDDに記憶される。レーダ130は、独自のMPUとメモリを備え、上述の処理を行う。
上記のように構成されるACCシステムは、次のように動作する。
図2は、ACCシステムの車両検知部100が行う車両検知の処理のフロー図である。
レーダ130は、車両候補を検出する(S101)。レーダ130は、検出された車両候補が車両か否かを判定し、車両と判定した場合、検知結果(車両の存在、位置(距離、方向)、速度)を結果処理部150に送る(S102)。
一方、カメラ110は、撮像して得た画像データを、画像処理部120に継続的に送る。
画像処理部120は、カメラ110から受信した画像データの中から、車両候補が含まれる領域(車両候補領域)を特定する(S103)。車両候補領域を特定する手法は、車両両端の縦方向のエッジを検出する方法や、車両の水平エッジを検出する方法などが知られているがどの手法を用いても良い。
図3は、画像データの中から、車両候補領域を特定する方法を説明するための図である。図3(a)は、カメラ110によって前方車両の後面を含む画像が撮像された場合の画像データを示す。画像データ中の車両は、車両の両端を左右辺、ルーフを上辺、影あるいはバンパーの線を下辺としたほぼ矩形になる。
そこで、画像処理部120は、矩形の縦線を成す車両両端の縦エッジを検出する。具体的には、画像処理部120は、図3(b)に示すように、濃淡画像から縦方向のエッジのみを検出する。つぎに、縦エッジの分布を見るため、図3(c)に示すように、車両が存在する可能性のあるウィンドウ領域401を定め、エッジのX軸投影を行い、ヒストグラム402を得る。車両両端には縦エッジが密集しているはずであるので、画像処理部120は、ヒストグラム402のピークの位置を車両両端403a,bと特定する。
つぎに、画像処理部120は、図2(e)に示すように、車両両端403a,bの間で、横エッジが連続している部分を画面下方からサーチし、その部分を車両下端404とする。さらに、車両の幅と高さの比は、ある程度決まっているので、車両の下端404から、所定距離(例えば、両端の距離の0.8倍の距離)だけ上に、上端405を定める。こうして、画像処理部120は、車両候補領域406を定める。
なお、画像処理部120は、車両の両端を求めると、自車両を基準として、前方車両の方向と距離を求める。方向は車両の写っている横位置から求めることができる。距離は、遠くであれば小さく写り近くであれば大きく写る原理を利用して、求めることができる。
次に、画像処理部120は、S103で特定した車両候補領域の画像が、前方車両か否かの判定を行う(S104)。車両候補領域は、上記のように縦エッジを検出することにより特定したものである。実際には、画像データの中に、電信柱や信号、ガードレールの支柱が含まれる場合があり、これらも縦エッジとして検出してしまう場合がある。したがって、車両候補領域の画像(パターン)が前方車両か否か判定する必要がある。
判定方法としては、車両パターンの代表となるテンプレートを複数用意しておき、差分累積演算あるいは正規化相関係演算を行って一致度を求めるテンプレートマッチングによる方法や、ニューラルネットワークに代表される識別器を用いてパターン認識を行う方法が挙げられる。いずれの方法をとるとしても、あらかじめ車両か否かを決定する指標となるソースのデータベースが必要となる。様々な車両のパターンをデータベースとして蓄えておき、そこから代表となるテンプレートを作成したり識別器を生成したりする。実環境では様々な乗用車、軽自動車、トラック、特別車両などが存在し、さらにそれぞれ色が異なったり環境光の当たり方が異なったりするため大量のデータベースを用意して、誤判定を少なくすることが必要となってくる。このとき、前者のテンプレートマッチングによる方法の場合、判定漏れを防ぐようにするとテンプレートの数が膨大となるため現実的でない。そこで、本実施形態では後者の識別器を用いて判定する方法を採用する。識別器の大きさはソースのデータベースの大きさに依存しない。なお、識別器を生成するためのデータベースを教師データと呼ぶ。
図4に、識別器を用いて車両か否か判定する様子を示す。
画像処理部120は、S103で得た車両候補領域の画像から、特徴量を抽出する。具体的には、まず、車両候補領域の画像を、縦12ドット、横16ドットの画像に変換する。そして、変換後の画像のドット毎の輝度を特徴量とする。
画像処理部120は、特徴量(ドットの輝度)を、画像の左上のドットから順番に識別器の入力層のノードに入力する。
識別器122は、192ノードの入力層、96ノードの中間層、2ノードの出力層からなる階層構造を有するニューラルネットワークである。各層間のノードの接続には、それぞれ重み係数が割り当てられている。識別器122は、入力層のノードに入力された特徴量を、割り当てられた重み係数で乗じた後、中間層のノードに出力する。そして、中間層のノードに入力された値を、全て加算し、割り当てられた重み係数で乗じた後、出力層のノードに出力する。さらに、出力層ノードに入力された値を、全て加算し、最終的に出力層のノードO1の値と、ノードO2の値を出力する。
それぞれの重み係数は、車両候補領域の画像が車両である場合、(ノードO1の値)>(ノードO2の値)となり、車両候補領域の画像が車両のでない場合、(ノードO1の値)≦(ノードO2の値)となるように割り当てられている。
画像処理部120は、(ノードO1の値)>(ノードO2の値)の場合、車両候補領域の画像は前方車両であると判定し、(ノードO1の値)≦(ノードO2の値)の場合、車両候補領域の画像は前方車両でないと判定する。そして、その判定結果を、結果処理部150に送る。このとき、車両と判定された場合は、前方車両の距離、方向も結果処理部150に送る。
つぎに、結果処理部150は、レーダ130からの検知結果及び画像処理部120からの車両判定結果について、整合性をみる(S106)。
ただし、結果処理部150は、同一の対象物について、検知結果の整合性をみるようにする。具体的には、結果処理部150は、レーダ130からの検知結果に含まれる対象物の位置(距離、方向)と、画像処理部120からの車両判定結果に含まれる車両候補領域の位置(距離、方向)が一致(あるいは、所定の範囲内で一致)するもの同士で、整合性をみる。
レーダ130で車両を検知した場合で、かつ画処理部120でも同一車両を検知した場合、結果処理部150は、判定結果が一致したとする。また、レーダ130で車両を検知しなかった場合で、かつ画処理部120でも車両が検知されなかった場合、結果処理部150は、判定結果が一致したとする。
一方、レーダ130で車両を検知されなかったにも関らず、画処理部120で車両が検知された場合、結果処理部150は、判定結果が不一致であるとする。また、レーダ130で車両を検知したにも関らず、画処理部120で車両が検知されなかった場合、結果処理部150は、判定結果が不一致であるとする。
判定結果が一致した場合(S106でYes)、結果処理部150は、判定結果をACC制御部200に出力する。判定結果には、正常に検出された旨の情報、車両が検出された場合は、検出された車両の詳細情報(距離、方向等)が含まれている。
一方、判定結果が一致しなかった場合(S106でNo)、結果処理部150は、S103で特定した車両候補領域の画像を、識別器122の学習のための教師データに登録するか否か決定する。そして、登録するように決定された場合、候補領域の画像を記憶装置の教師データ121に登録する(S108)。具体的には、
(1)レーダ130で車両が検知されたにも関らず、画像処理部120が、その車両を検知しなかった場合、結果処理部150は、そのときの車両候補領域の画像を、車両の画像であるとして教師データ121に登録する。
(2)また、逆に、レーダ130で検知されなかったにも関わらず、画像処理部120が、車両を検知した場合、結果処理部150は、そのときの車両候補領域の画像を、車両の画像でないものとして教師データ121に登録する。
なお、教師データとして登録する際、候補領域の画像から抽出した特徴量を登録するようにしてもよい。
つぎに、S109において、結果処理部109は、不一致の旨の情報とともに、レーダの検知結果と、画像処理部120の判定結果を、ACC制御部200に送る。なお、ACC制御部200は、不一致の場合、いずれを選択するかが設定されている。そして、設定に従って、受信した検知結果と判定結果のいずれかを選択する。さらに、選択した情報にしたがって、ACC実行部310に送るコマンドを生成する。
以上、車両または車両候補が検知された場合に、行われる処理について説明したが、画像処理部120は、さらに、定期的に教師データ121を用いて、識別器122を学習させ更新する。
すなわち、教師データが、車両である画像の場合、その画像から抽出された特徴量が、入力層に入力されたとき、(ノードO1の値)>(ノードO2の値)となるように重み係数を割り当てなおす。一方、教師データが、車両でない画像の場合、その画像から抽出された特徴量が、入力層に入力されたとき、(ノードO1の値)≦(ノードO2の値)となるように、重み係数を割り当てなおす。このような、ニューラルネットワークで構成される識別器の教師データを用いた学習は、誤差逆伝播法などの公知の方法で行うことができる。
以上、本発明の一実施形態について説明した。
上記実施形態によれば、レーダでの車両検知結果と、カメラでの車両検知結果とを統合(センサフュージョン)して、最終的な車両検知結果を出力する。したがって、より信頼性のある車両検知結果を出力できる。すなわち、レーダは、前方車両までの距離を精度よく検知するが、横方向の検知精度が低く、検知した車両が走行中のレーンの車両か、隣のレーンの車両かを区別できない場合がある。一方、カメラでの車両検知によれば、撮像した画像の解析により、車幅をより正確に検知することができ、カーブ時や割り込み車両がある場合でも、より確実に同一車線の前方車両を検知できる。したがって、レーダとカメラの検知結果の統合により、車両検知結果のデータ精度を向上できる。
また、識別器122は、随時、更新されていく。したがって、新型車両が出現した場合でも、車両と判定できるようになる。
上記実施形態は、本発明の要旨の範囲内で様々な変形が可能である。
例えば、レーダの情報も誤認識を含んでいる可能性があり、誤った情報を教師データ121に登録してしまう可能性がある。その場合、かえって認識率を下げる要因となる。そのため、候補領域の画像を教師データ121としてすぐには登録せずに、教師データ121に登録するかどうかをユーザ(ドライバー)に判断させ、登録要求を入力装置から受け付けた場合に、登録するようにしてもよい。例えば、車両の停車を検出したとき、車両検知部100に接続された表示装置に、車両かどうかの判定を受け付ける画面を表示する。車両であるとの判定を受け付けた場合、車両候補領域の画像を車両の画像として教師データ121に登録する。一方、車両でないとの判定を受け付けた場合、車両候補領域の画像を車両でないものとして教師データに登録する。こうすれば、誤った情報が教師データ121に登録され、誤った教師データ121で識別器122が学習されるのを防止できる。
また、学習の処理量は大きく処理時間がかかるため、画像処理部120は、車両検知処理を行っていないとき、たとえば、停車中や低速走行中に、学習を行うようにしてもよい。停車中、低速走行中かの判断は、速度センサの出力から判断できる。
また、教師データ121に誤った情報が混入している可能性があるため、一度カーディーラなどに設置されたセンタ装置に、教師データ121を、ネットワークや記録媒体を介して渡すようにしてもよい。そして、センタ装置は、教師データ121を検査して、検査後の教師データ121で識別器を学習させる。車両検知部100は、センタ装置が生成した識別器を、ネットワークや記録媒体を介して受信する。この場合、センタ装置は、複数の車両検知部100から得た教師データを用いて識別器を生成するようにしてもよい。そうすれば、効率よく識別器の性能向上を果たすことができる。なお、センタ装置の教師データ121の検査は、例えば、教師データに含まれる画像を表示画面に表示していき、操作者から、車両か否かの判定を受け付けるようにする。そして、車両でないとの判定を受け付けた教師データは、削除するようにする。
また、上記実施形態では、S106で、レーダ130からの車両検知結果と、画像処理部120からの判定結果を比較したが、これに限定されない。前方車両を検知できる他の方法の出力と、画像処理部120からの判定結果とを比較するようにしてもよい。
また、識別器は、ニューラルネットワークに限定されない。サポートベクターマシン識別器、NN(ニアレストネイバー)識別器、ベイズ識別器などを用いてもよい。
また、車両検知部100は、ナビゲーション装置と一体に設けられ、CPUやメモリを共有するものであってもよい。
本発明の一実施形態にかかるACCシステムの概略構成図。 車両検知部100の処理のフロー図。 車両候補領域を特定する方法を説明するための図。 識別器を用いた車両判定の方法を説明するための図。
符号の説明
100 車両検知部
110 カメラ
120 画像処理部
121 教師データ
122 識別器
130 レーダ
150 結果処理部
200 ACC制御部
300 ACC実行部
310 アクセル制御部
320 ブレーキ制御部

Claims (6)

  1. 車両検知装置であって、
    特徴量の入力を受け付けて車両か否か判定する識別器を記憶する手段と、
    画像を取り込む画像取込手段と、
    前記画像取込手段で取り込んだ画像から抽出される特徴量を前記識別器に入力して前記画像に車両が含まれるか否か判定する車両判定手段と、
    車両を検知する前記車両判定手段以外の他の検知手段と、
    前記車両判定手段で判定した判定結果と前記他の検知手段の検知結果とが一致するか否か判定する一致判定手段と、
    前記一致判定手段で不一致と判定した場合、前記画像取込手段で取り込んだ画像から抽出される特徴量を前記識別器に入力した場合の判定結果が前記他の検知手段の結果と同一になるように前記識別器を更新する手段と
    を有することを特徴とする車両検知装置。
  2. 車両検知装置であって、
    特徴量の入力を受け付けて車両か否か判定する識別器を記憶する手段と、
    車両を検知するレーダと、
    画像を取り込む画像取込手段と、
    前記画像取込手段で取り込んだ画像から抽出される特徴量を前記識別器に入力して前記画像に車両が含まれるか否か判定する車両判定手段と、
    前記車両判定手段で判定した判定結果と前記レーダの検知結果とが一致するか否か判定する一致判定手段と、
    前記一致判定手段で不一致と判定した場合、前記画像取込手段で取り込んだ画像から抽出される特徴量を前記識別器に入力した場合の判定結果が前記レーダの検知結果と同一になるように前記識別器を更新する手段と
    を有することを特徴とする車両検知装置。
  3. 車両検知装置であって、
    特徴量の入力を受け付けて車両か否か判定する識別器を記憶する手段と、
    画像を取り込む画像取込手段と、
    前記画像取込手段で取り込んだ画像から抽出される特徴量を前記識別器に入力して前記画像に車両が含まれるか否か判定する判定手段と、
    前記判定手段で判定された判定結果を示すとともに、登録の指示を受け付ける登録指示受付手段と、
    前記登録指示受付手段で登録の指示を受け付けた場合、前記画像取込手段で取り込んだ画像から抽出される特徴量を前記識別器に入力した場合に正しく判定されるように前記識別器を更新する手段とを有することを特徴とする車両検知装置。
  4. 車両検知装置とセンタ装置とを有するシステムであって、
    前記車両検知装置は、
    特徴量の入力を受け付けて車両か否か判定する識別器を記憶する記憶装置と、
    画像を取り込む画像取込手段と、
    前記画像取込手段で取り込んだ画像から抽出される特徴量を前記識別器に入力して前記画像に車両が含まれるか否か判定する車両判定手段と、
    車両を検知する前記車両判定手段以外の他の検知手段と、
    前記車両判定手段で判定した判定結果と前記他の検知手段の検知結果とが一致するか否か判定する一致判定手段と、
    前記一致判定手段で不一致と判定した場合、前記画像取込手段で取り込んだ画像を教師データとしてセンタ装置に引き渡す手段とを有し、
    前記センタ装置は、
    前記車両検知装置から受け取った教師データを用いて識別器を更新する手段を有し、
    前記車両検知装置は、さらに、
    前記センタ装置で更新された識別器を受け取る手段と、
    受け取った識別器を前記記憶装置に記憶する手段とを有する
    ことを特徴とするシステム。
  5. 車両検知装置であって、
    特徴量の入力を受け付けて車両か否か判定する識別器を記憶する記憶装置と、
    画像を取り込む画像取込手段と、
    前記画像取込手段で取り込んだ画像から抽出される特徴量を前記識別器に入力して前記画像に車両が含まれるか否か判定する車両判定手段と、
    車両を検知する前記車両判定手段以外の他の検知手段と、
    前記車両判定手段で判定した判定結果と前記他の検知手段の検知結果とが一致するか否か判定する一致判定手段と、
    前記一致判定手段で不一致と判定した場合、前記画像取込手段で取り込んだ画像を前記識別器を学習させるための教師データとして登録する手段とを有する
    ことを特徴とする車両検知装置。
  6. 車両検知装置の車両検知方法であって、
    前記車両検知装置は、
    特徴量の入力を受け付けて車両か否か判定する識別器を記憶する手段を有し、
    画像を取り込む画像取込ステップと、
    前記画像取込ステップで取り込んだ画像から抽出される特徴量を前記識別器に入力して前記画像に車両が含まれるか否か判定する車両判定ステップと、
    車両を検知する前記車両判定ステップ以外の他の検知ステップと、
    前記車両判定ステップで判定した判定結果と前記他の検知ステップの検知結果とが一致するか否か判定する一致判定ステップと、
    前記一致判定ステップで不一致と判定した場合、前記画像取込ステップで取り込んだ画像から抽出される特徴量を前記識別器に入力した場合の判定結果が前記他の検知手段の結果と同一になるように前記識別器を更新するステップと
    を有することを特徴とする車両検知方法。
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