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車両速度推定方法、車両速度推定プログラムおよび車両速度推定システム コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P140010954
整理番号 N13118
掲載日 2014年8月28日
出願番号 特願2014-063858
公開番号 特開2014-209108
出願日 平成26年3月26日(2014.3.26)
公開日 平成26年11月6日(2014.11.6)
優先権データ
  • 特願2013-066347 (2013.3.27) JP
発明者
  • 酒井 悟
  • 吉田 善成
  • 西山 翔
  • 永井 和幸
  • 北野 恭輔
  • 塚越 惇
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 車両速度推定方法、車両速度推定プログラムおよび車両速度推定システム コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】画像の特徴量抽出を用いることなく、車両速度を推定可能な汎用性の高い動画像処理に基づく車両速度推定方法を提案すること。
【解決手段】車両速度推定方法は、車両に取り付けたカメラにより撮影した画像を、コンピュータにおいて処理して車両の速度を推定する画像処理工程(ST3)を有する。画像処理工程では、或る時点iで得られた画像行列を、次の時点で得られた画像行列に変化させる写像を表す変換行列Aiを算出し(ST3-1)、算出した変換行列Aiと前回の時点における変換行列との変化量を算出し(ST3-2)、算出した変化量を用いて、当該時点iにおける車両速度を算出する(ST3-3)。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



現在、国内・海外の自動車メーカが自動ブレーキシステムを開発している。自動ブレーキシステムには車両速度推定技術が重要であり、対人安全性のために不可欠とされるカメラを用いた車両速度推定技術が確立すれば、現在のレーザーを用いた一般車両の速度推定技術の安全性が増強されると期待される。





また、国内での少子高齢化の進行等の観点から、農作業のロボット化を実現することが求められており、このためにも、農用無人車両の速度推定技術の確立が重要である。農用無人車両は、一般の自動車とは異なり、圃場、農道といった軟弱な路面を主に走行する。その際、車輪の空転が発生するので、車輪速度センサには誤差が生じてしまう。そこで、車輪速度センサを用いることなく速度を推定する技術の確立が重要視されている。





無人車両の速度推定技術としては、レーザーレンジファインダー、カメラ、高精度GPS等の数十万円から数百万円の高価なセンサを用いる方法が知られている。しかしながら、低コスト化が要望される車両の分野、特に、低コストが重要とされる農用車両の分野において、これらの高コストなセンサを用いた速度推定技術を採用することは困難である。





ここで、数万円程度の汎用カメラを用いた速度推定技術が研究されている。このような速度推定技術は非特許文献1において提案されており、カメラを下に向けて車体に取付け、カメラの取得画像から路面の凹凸を特徴量として抽出し、抽出した特徴量に基づき車両速度を推定している。

産業上の利用分野



本発明は、車両に搭載したカメラから得られる動画像に基づき車両の速度を推定する車両速度推定方法および車両速度推定プログラム、並びに、車両速度推定システムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
車両に取り付けたカメラで、車両の走行に伴って移動する周囲の画像を取得してコンピュータに取り込む画像取得工程、および、前記コンピュータにおいて取得画像を処理して前記車両の速度を推定する画像処理工程を有し、
前記画像取得工程は、前記取得画像のそれぞれを、各画素の諧調レベルを表す数字が配列された画像行列として取り込み、
前記画像処理工程は、
一つの時点で得られた前記画像行例を、その次の時点で得られた前記画像行列に変化させる写像を表す変換行列を算出する変換行列算出工程、
一つの時点で算出された前記変換行列をその前の時点で算出された前記変換行列と比較して、その変化量を算出する変化量算出工程、および、
前記変化量に基づき一つの時点における前記車両の速度を算出する速度算出工程を備えていることを特徴とする車両速度推定方法。

【請求項2】
前記変化量算出工程では、
一つの時点で算出された前記変換行列をAi、その前の時点で算出された前記変換行列をAi-1とすると、これらの関係を、次式で示すように、べき乗数xを用いて近似し、
Ai≒A(i-1)
前記変換行列のそれぞれを特異値分解して、それらの対称成分の最大特異値σi、σ(i-1)を算出し、前記べき乗数xを、次式で示すように、前記最大特異値の対数比で近似し、
x ≒ logσi/logσ(i-1)
前記べき乗数xの近似値を、前記変化量として算出する請求項1に記載の車両速度推定方法。

【請求項3】
前記コンピュータに、前記変化量と前記車両の速度との相関関係を設定しておき、
前記速度算出工程では、前記相関関係に基づき、算出された前記べき乗数xの近似値から前記車両の速度を算出する請求項2に記載の車両速度推定方法。

【請求項4】
前記相関関係は、前記変化量と前記車両の直進速度との相関関係であり、
前記速度算出工程では、前記べき乗数xの近似値から、前記車両の直進速度を算出する請求項3に記載の車両速度推定方法。

【請求項5】
前記相関関係は、前記変化量と、前記車両が定位置において向きを変える動作を行っている間の速度である旋回速度との相関関係であり、
前記速度算出工程では、前記べき乗数xの近似値から、前記車両の旋回速度を算出する請求項3に記載の車両速度推定方法。

【請求項6】
前記車両に角速度センサを搭載し、
前記変化量と前記車両の直進速度との相関関係を第1相関関係とし、前記変化量と、前記車両が定位置において向きを変える動作を行っている間の速度である旋回速度との相関関係を第2相関関係とすると、前記コンピュータに前記第1相関関係および前記第2相関関係を設定しておき、
前記画像取得工程と並行して、前記車両に搭載した角速度センサによって計測される前記車両の旋回速度を取得し、
前記変換行列算出工程では、
前記車両の一般運動を、前記車両の直進運動と定位置での旋回運動との組み合わせであると見做して、
一つの時点で得られた前記画像行例を、次の時点で得られた前記画像行列に変化させる
写像を表す変換行列Akを、前記直進運動の前記変換行列S、前記旋回運動の前記変換行列Tを用いて、次式で表し、
Ak = Sm(k)n(k)
前記変化量算出工程では、
前記変換行列のそれぞれを特異値分解して、前記変換行列Ak、Sm(k)、Tn(k)の対称成分の最大特異値σ、σ、σをそれぞれ算出し、
前記べき乗数m(k)の値を、次式で示すように、対数比で近似し、
m(k) ≒ (logσ-nlogσ)/logσ
前記角速度センサによって計測される前記旋回速度を用いて、前記第2相関関係に基づき、べき乗数n(k)の値を算出し、
算出した前記べき乗数n(k)の値を上式に代入して、前記べき乗数m(k)の近似値を算出し、
前記速度算出工程では、算出された前記べき乗数m(k)の近似値を用いて、前記第1相関関係に基づき、前記車両の一般運動における直進速度を算出する請求項1に記載の車両速度推定方法。

【請求項7】
車両に搭載したカメラによって撮像される車両の走行に伴って移動する周囲の画像に基づき、前記車両の速度を推定する車両速度推定プログラムであって、
コンピュータに、請求項1ないし5のうちのいずれか一つの項に記載の車両速度推定方法における前記画像取得工程および前記画像処理工程を実行させることを特徴とする車両速度推定プログラム。

【請求項8】
車両に搭載したカメラによって所定のサンプリング周期で撮像された車両の走行に伴って移動する周囲の画像と、車両に搭載した角度速度センサによって計測される車両の旋回速度とに基づき、前記車両の一般運動における直進速度を推定する車両速度推定プログラムであって、
コンピュータに、請求項6に記載の車両速度推定方法における前記画像取得工程および前記画像処理工程を実行させることを特徴とする車両速度推定プログラム。

【請求項9】
車両に取り付けるカメラ、および、前記カメラの撮像画像を取得する画像入力部を備えたコンピュータシステムを有し、
前記コンピュータシステムは、請求項1ないし5のうちのいずれか一つに記載された車両速度推定方法によって前記車両の速度を推定する処理部を備えていることを特徴とする車両速度推定システム。

【請求項10】
車両に取り付けるカメラおよび角速度センサと、前記カメラの撮像画像および前記角速度センサによって測定される前記車両の旋回速度を取得する入力部を備えたコンピュータシステムを有し、
前記コンピュータシステムは、請求項6に記載の車両速度推定方法によって、前記車両の一般運動における直進速度を推定する処理部を備えていることを特徴とする車両速度推定システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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