(57)【要約】  照明灯や街灯や電飾看板などの複数の波長の外来光が照らしている路面であっても、良好に路面形状やその上の障害物を認識が可能な路面形状認識装置を提供する。  車両前方の路面の形状を認識するための路面形状認識装置は、路面上の複数の領域からの外来光を検出して、当該外来光の強度が最も弱い波長域を求める波長域算出手段と、前記路面上の複数の領域に、複数の波長域の光を、選択的に照射可能な照射手段と、前記照射手段によって選択的に照射可能な複数の波長域の光のうち、前記波長域算出手段により求められた最も弱い波長域に対応する波長を持つ光を選択し、前記照射手段から照射させる照射制御手段と、前記路面を撮像可能な撮像手段と、そして、前記照射制御手段により選択された波長の光を前記照射手段により前記路面上の領域に照射している時に前記撮像手段によって撮像される映像に基づいて、路面の形状を算出する路面形状算出手段とを備える。
2012086070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前方の路面の形状を認識するための路面形状認識装置であって：
前記路面上の複数の領域からの外来光を検出して、当該外来光の強度が最も弱い波長域を求める波長域算出手段と；
前記路面上の複数の領域に、複数の波長域の光を、選択的に照射可能な照射手段と；
前記照射手段によって選択的に照射可能な複数の波長域の光のうち、前記波長域算出手段により求められた最も弱い波長域に対応する波長を持つ光を選択し、前記照射手段から照射させる照射制御手段と；
前記路面を撮像可能な撮像手段と；そして、
前記照射制御手段により選択された波長の光を前記照射手段により前記路面上の領域に照射している時に前記撮像手段によって撮像される映像に基づいて、路面の形状を算出する路面形状算出手段とを備えたことを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載した路面形状認識装置において、
前記波長域算出手段は、前記照射手段が光を前記路面上に照射していない時に前記撮像手段により撮像される映像に基づいて、外来光を検出して、当該外来光の強度が最も弱い波長域を求めることを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載した路面形状認識装置において、
前記撮像手段は、前記波長域算出手段による外来光の強度が最も弱い波長域の検出と、前記照射制御手段及び前記照射手段による最も弱い波長域に対応する波長を持つ光の選択と照射とを逐次実行しながら前記路面の撮像を行うことを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項４】
前記請求項３に記載した路面形状認識装置において、前記波長域算出手段は、当該車両の運動に関する情報に基づいて、予測される路面領域での外来光の強度が最も弱い波長域を求めることを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項５】
前記請求項４に記載した路面形状認識装置において、前記照射手段は、前記路面上において、前記複数の波長域の光を、選択的に、複数のスポット光又はスリット光として、照射可能であることを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項６】
前記請求項５に記載した路面形状認識装置において、前記複数のスポット光又はスリット光の大きさ又は間隔を、当該検出する路面の状態によって変更することを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項７】
前記請求項６に記載した路面形状認識装置において、前記波長域算出手段は、前記撮像手段と共用されており、かつ、前記路面上の複数の領域からの外来光を選択的に透過するフィルタを備えていることを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項８】
前記請求項７に記載した路面形状認識装置において、前記照射制御手段は、前記路面上の複数の領域を順次スキャンしながら、求められた最も弱い波長域に対応する波長を持つ光を選択して前記照射手段から照射させることを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項９】
前記請求項８に記載した路面形状認識装置において、前記照射手段は、前記照射制御手段からの制御信号に基づいて順次スキャンしながら光を照射するためのガルバノメータを備えていることを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項１０】
路面形状を認識しながら当該路面上を自律的に移動することが可能な自律移動装置であって、前記請求項１に記載した路面形状認識装置を備えたことを特徴とする自律移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両等の移動装置の進行方向における路面形状や障害物を認識するための路面形状認識装置に関し、更には、かかる装置を利用した自律移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されたカメラによって路上の白線を撮像し、この撮像画像を画像処理して白線を抽出することにより、道路形状を認識できるようにした道路形状認識装置が知られている（例えば、以下の特許文献１を参照）。【０００３】
一方、白線が描かれていない道路や、白線が描かれていたとしても当該白線が不鮮明な道路であっても、当該道路の傾斜や凹凸等の道路形状を良好に認識することが可能なように、路上にパターン画像を投射し、当該パターン画像を投射した道路の撮像画像を画像処理することによってパターン画像の形状を検出し、もって、検出した形状に応じて道路形状を判断する道路形状認識装置が知られている（例えば、以下の特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０８５３４号公報
【特許文献２】特開２００８−２１７２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術になる道路形状認識装置においては、道路照明灯や街灯、電飾看板等、所謂、外来光が道路上に照らされると、特に、当該外来光の波長と、形状認識のために投射される車両照明や路上へ投射するパターン画像の光の波長が近い場合には、白線や投射したパターン画像を正確に検出することが出来ず、そのため、上述した状態の道路においては、その形状を正確に認識することが難しいという問題点があった。【０００６】
そこで、本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、その目的は、道路周辺に設けられた照明灯や街灯や電飾看板などか照射される外来光による悪影響にも拘わらず、道路形状や道路上の障害物を確実に認識することが可能な道路形状認識装置を、更には、当該装置を利用した自律移動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上述した目的を達成するため、まず、車両前方の路面の形状を認識するための路面形状認識装置であって：前記路面上の複数の領域からの外来光を検出して、当該外来光の強度が最も弱い波長域を求める波長域算出手段と；前記路面上の複数の領域に、複数の波長域の光を、選択的に照射可能な照射手段と；前記照射手段によって選択的に照射可能な複数の波長域の光のうち、前記波長域算出手段により求められた最も弱い波長域に対応する波長を持つ光を選択し、前記照射手段から照射させる照射制御手段と；前記路面を撮像可能な撮像手段と；そして、前記照射制御手段により選択された波長の光を前記照射手段により前記路面上の領域に照射している時に前記撮像手段によって撮像される映像に基づいて、路面の形状を算出する路面形状算出手段とを備えた路面形状認識装置が提供される。【０００８】
また、本発明によれば、上述した路面形状認識装置において、前記波長域算出手段は、前記照射手段が光を前記路面上に照射していない時に前記撮像手段により撮像される映像に基づいて、外来光を検出して、当該外来光の強度が最も弱い波長域を求めることが好ましく、更には、前記撮像手段は、前記波長域算出手段による外来光の強度が最も弱い波長域の検出と、前記照射制御手段及び前記照射手段による最も弱い波長域に対応する波長を持つ光の選択と照射とを逐次実行しながら前記路面の撮像を行うことが好ましい。加えて、前記波長域算出手段は、当該車両の運動に関する情報に基づいて、予測される路面領域での外来光の強度が最も弱い波長域を求めることが好ましく、更には、前記照射手段は、前記路面上において、前記複数の波長域の光を、選択的に、複数のスポット光又はスリット光として、照射可能であることが好ましい。【０００９】
また、本発明によれば、上述した路面形状認識装置において、前記複数のスポット光又はスリット光の大きさ又は間隔を、当該検出する路面の状態によって変更することが好ましく、更に、前記波長域算出手段は、前記撮像手段と共用されており、かつ、前記路面上の複数の領域からの外来光を選択的に透過するフィルタを備えていることが好ましい。更には、前記照射制御手段は、前記路面上の複数の領域を順次スキャンしながら、求められた最も弱い波長域に対応する波長を持つ光を選択して前記照射手段から照射させることが好ましく、そして、前記照射手段は、前記照射制御手段からの制御信号に基づいて順次スキャンしながら光を照射するためのガルバノメータを備えていることが好ましい。【００１０】
そして、本発明によれば、上述した路面形状認識装置に加え、路面形状を認識しながら当該路面上を自律的に移動することが可能な自律移動装置であって、上記に記載した路面形状認識装置を備えた自律移動装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
即ち、本発明によれば、上述した従来技術のように、道路照明灯や街灯、電飾看板等の外来光によって道路が照らされた場合、これらの照明と車両照明や路上に投射するパターン画像の光の波長が近い場合など、白線や投射したパターン画像を正確に検出することができず、そのため、路面形状を正確に認識できなくなるという問題点を解消し、道路照明灯や街灯や電飾看板などの複数の波長の外来光が照らしている道路であっても、当該外来光による影響の少ない波長の光で撮像することにより、路面形状やその上の障害物を確実にな認識することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例（実施例１）になる路面形状認識装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記実施例１の路面形状認識装置を自律移動車両への搭載した場合のスポット光を説明するための図である。
【図３】上記実施例１の路面形状認識装置における照射装置の詳細構成を示す図である。
【図４】上記実施例１の路面形状認識装置の波長域算出装置と照射制御装置における処理の概要を説明する図である。
【図５】上記実施例１の路面形状認識装置における照射制御装置処理の概要を示す図である。
【図６】上記実施例１において、複数の波長域（λ１、λ２、λ３）の外来光により照射された路面の状態の一例を示す図である。
【図７】上記実施例１において、複数の波長域（λ１、λ２、λ３）の外来光により照射された路面における光の波長とその強度を示す図である。
【図８】上記本実施例１の路面形状認識装置１における認識動作の一例について説明するフローチャート図である。
【図９】上記実施例１において、自己位置推定装置で求めた自車両の現在位置などに基づいて撮像画像中に次回のスポット光が照射する領域を予測する動作（予測動作）のタイミングを示す波形図である。
【図１０】上記実施例１において、上記予測動作を具体的に示すための図である。
【図１１】本発明の他の実施例（実施例２）になる路面形状認識装置におけるライン状のスリット光を説明するための図である。
【図１２】上記実施例２の路面形状認識装置を自律移動車両への搭載した場合のライン状のスリット光を説明するための図である。
【図１３】上記実施例２の路面形状認識装置によるライン状のスリット光と路面との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態になる路面形状認識装置及びそれを利用した自律移動装置について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１になる路面形状認識装置１の構成を示すブロック図である。即ち、本実施例になる路面形状認識装置１は、図２のように、自律移動車両に搭載され、もって、自律移動車両の前方における路面形状及び障害物を確実に認識することにより、当該自律移動車両の経路生成、障害物回避、自己位置推定等に利用される。【００１５】
本実施例１になる路面形状認識装置１は、図１に示すように、主に、路面観測装置２と、そして、路面形状算出装置３により構成されている。【００１６】
路面観測装置２は、路面形状認識装置１を搭載している自律移動体としての車両の前方路面側を撮像する２つのカメラ４１、４２と、当該カメラ４１，４２のそれぞれに取り付けられた特定の波長域の光のみを透過する光学フィルタ５１、５２と、当該カメラ４１、４２で撮像した画像データを保存するメモリ５と、車両の前方路面側に向けてスポット光（図２では、その領域をＳで示す）を照射する照射装置６と、照射装置のスポット光の波長や照射方向を制御する照射制御装置７、撮像画像からスペクトルを求める波長域算出装置８、車両と共に移動するスポット光の照射位置を予測するスポット光位置予測装置１０、そして、自己位置推定装置１１とで構成されている。【００１７】
また、路面形状算出装置３は、上記のカメラ４１、４２で撮像した画像データから求めた視差画像から路面形状を算出する。【００１８】
照射装置６は、例えばレーザープロジェクタなどからなり、所定の照射位置に向けて複数の波長のスポット光を照射する。図３は、当該照射装置６の詳細構成図を示しており、この図にも示すように、照射装置６は、２個のガルバノメータを直角に配置し、それぞれのミラーを動かして波長可変レーザー照射装置６１から照射されたレーザーの反射角を制御することにより、図のＸ軸とＹ軸で決まる任意の方向へレーザーを向けることが出来る。【００１９】
更に、上記のカメラ４１、４２は、自車両の前方路面を撮像することで、路面上の障害物の画像を含む画像データを取得する。【００２０】
また、上記照射装置６は、以下に詳述する時分割制御によって、光を照射する状態と、光を照射しない状態とで切り換えられる。このため、カメラ４１、４２は、照射装置６により複数の波長域を含む光が照射されたときには、外来光が前方路面で反射した光と照射光が前方路面で反射した光とを含む反射光を受光して撮像画像データ（照射時撮像画像データ）を取得し、他方、照射装置６により複数の波長域を含む光が照射されないときには、外来光が前方路面で反射した光のみを含む反射光を受光して撮像画像データ（非照射時撮像画像データ）を取得する。【００２１】
そして、メモリ５は、上記のカメラ４１、４２により取得された照射時撮像画像データを記憶する。なお、このメモリ５は、照射装置６により光が照射されないときの非照射時撮像画像データのみを、又は、照射時撮像画像データと非照射時撮像画像データの双方を記憶するように構成されていてもよい。【００２２】
波長域算出装置８は、光学フィルタ５１、５２の光透過波長域を連続的に変化させながら外来光による反射光のスペクトルを求め、このスペクトルから最も外来光の強度が弱い波長域を求める。ここで、カメラ４１、４２は、そのフレームレートを上げることで、より多くの透過波長域（スポット光に対応）に対して前方路面の撮像画像データを取得できることから、反射光のスペクトルの分解能を上げることが可能となり、外来光の強度が弱い波長域を、高精度に、求めることが出来る。【００２３】
照射制御装置７は、上記波長可変レーザー照射装置６１から複数の波長域のレーザーを照射させる。各々のレーザーの波長は波長域算出部８により求められた外来光の強度が弱い波長域に基づき決定される。例えば、前方路面のスポット光を照射する位置の周囲の外来光の強度が最も弱い波長や、外来光の強度が閾値以下である波長域が最も広い波長などを選ぶ。【００２４】
また、照射制御装置７は、波長可変レーザー照射装置６１によって照射されるレーザーの強度を、前方路面のスポット光を照射する位置の周囲の外来光の強度に基づき決定する。なお、波長可変レーザー照射装置６１によって照射されたレーザーの強度情報は、スポット光検出装置に送られ、上記のカメラ４１、４２が撮像した前方路面の照射時撮像画像データからスポット光を抽出する際に使用される。【００２５】
なお、上述した路面形状認識装置１では、上記した照射制御装置７、波長域算出装置８、スポット光位置予測装置１０、自己位置推定装置１１、更には、上記路面形状算出装置３は、ここでは図示しないが、その各々を、又は、一部を併せて、例えば、ＣＰＵ等の演算素子によって構成されてもよく、その際、予め格納されたソフトウェア等により所定の処理動作を実行するものである。【００２６】
次に、以上に述べた本実施例１になる路面形状認識装置１における動作について、以下に詳細に説明する。【００２７】
まず、上述した波長域算出装置８と照射制御装置７における処理の概要について、添付の図４（Ａ）〜（Ｄ）を用いて説明する。なお、これらの図４（Ａ）〜（Ｄ）は、上記波長可変レーザー照射装置６１によって照射されるレーザー光の波長を選択する原理について説明する。
＜レーザー波長の選択原理＞【００２８】
まず、図４（Ａ）に示すように、外来光（複数の波長域λ1〜λ3を含む）のみによって照明された場合（非照射時）のスポット９及びその周辺からの光（反射光）を（例えば、図のレンズ等の光学素子によって集光し）、光学フィルタ５１又は５２（ここでは、説明のため、透過域λ１、λ２、λ３を備えた回転式の円盤状のフィルタで示す）を介して、検出器（＝カメラ４１又は４２）により検出する。なお、この時、光学フィルタを回転しながらその透過域をλ１→λ２→λ３の順に変えながら、上記スポットＳとその周辺からの外来光の強度を検出する。【００２９】
外来光の強度が、例えば、図４（Ｂ）に示すようなスペクトル分布を示している場合には、光学フィルタを透過した後に上記の検出器で検出した結果は、図４（Ｃ）に示すように、期間τ０〜τ１（透過域λ１を通過）で検出される強度（検出器の出力）が、他の期間τ１〜τ２（透過域λ２を通過）、τ２〜τ３（透過域λ３を通過）での検出強度よりも小さく、従った、最もが小さくなる。即ち、この例では、非照射時でのスポット９及びその周辺からの反射光は、波長域λ１〜λ３の範囲において、波長λ１付近で最も小さい強度を持っていることが分かる。【００３０】
そこで、本発明では、その後のスポット光Ｓの照射による路面形状や障害物の検出率を向上させるため、上記照射装置６から照射するスポット光Ｓであるレーザー光の波長を、上記波長λ１又はその近傍に設定すると共に、当該スポット光Ｓを、検出器であるカメラ４１又は４２により検出する際の光学フィルタ５１又は５２の透過波長領域も、当該波長λ１に設定する。かかるレーザー波長の選択原理によれば、道路照明灯や街灯、電飾看板など、複数の波長の外来光が照らしている道路であっても、当該外来光による悪影響を受けることなく、当該道路の形状及び路上の障害物を、確実かつ良好に認識することが可能となる。【００３１】
図５は、上記照射制御装置７における処理の概要を示す図であり、特に、図５（Ａ）には、波長領域λ１のレーザー光が選択された場合、図５（Ｂ）には、波長領域λ２のレーザー光が選択された場合、そして、図５（Ｃ）には、波長領域λ３のレーザー光が選択された場合がそれぞれ示されている。そして、これらの図の時刻t０〜時刻t１において（上記の期間τ０〜τ３に対応）、波長域算出装置８は、光学フィルタ５１、５２の光透過波長域を連続的に変化させながら、外来光による反射光のスペクトルを求める。その後、時刻t１〜時刻t２では、波長λ１のレーザーを発生させ、時刻t３〜時刻t４においては、波長λ２のレーザーを発生させ、そして、時刻t５〜時刻t６においては、波長λ３のレーザーを発生させる。【００３２】
続いて、添付の図６には、複数の波長域（λ１、λ２、λ３）の外来光により照射された路面の状態の一例を示す。即ち、この例は、照射装置６からのスポット光を照射せず（非照射時）、車両の前方路面における外来光の反射光を上記のカメラ４１、４２で撮像した画像データ（非照射時撮像画像データ）のスペクトルが示されており、複数の領域毎Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にそのスペクトルが、それぞれ、異なっている状態を示している。【００３３】
より具体的には、添付の図７にも示すように、領域Ｐ１では、外来光の強度が最も弱い波長はλ１であるため、照射制御装置７は、上記図５（Ａ）の時刻t１〜時刻t２において、波長λ１のレーザー光を発生させ、上記図３に示した照射装置６によって、所定の位置にスポット光を照射する。また、領域Ｐ２では、外来光の強度が最も弱い波長はλ２であるため、照射制御装置７は、上記図５（Ｂ）の時刻t３〜時刻t４において、波長λ２のレーザー光を発生させて、上記照射装置６によって、所定の位置にスポット光を照射する。更に、領域Ｐ３では、外来光の強度が最も弱い波長はλ３であるため、照射制御装置７は、上記図５（Ｃ）の時刻t５〜時刻t６において、波長λ３のレーザー光を発生させ、もって、上記照射装置６により所定の位置にスポット光を照射する。【００３４】
同時に、上記の光学フィルタ５１、５２の光透過波長域についても、上述したように選択された照射レーザーの波長λ１、λ２、λ３に合わせて変更することとなる。即ち、上記図５（Ａ）の時刻t１〜時刻t２においてはλ１に、図５（Ｂ）の時刻t３〜時刻t４においてはλ２に、そして、図５（Ｃ）の時刻t５〜時刻t６においてはλ３に、それぞれ、変更される。【００３５】
なお、以上の説明では、上記の光学フィルタ５１、５２は、一例として、回転式の円盤状のフィルタであり、３つの波長域λ１、λ２、λ３で可変なものとして示したが、しかしながら、これに限ることなく、これに代えて、可動部を持たず、選択波長を波長連続的に（例えば、λ１〜λ３）可変可能なものでもよい。例えば、ＶａｒｉＳｐｅｃ（ＴＭ）（ＬＣＴＦ：米国ＣＲＩ社製）として知られる、光学フィルタを利用することにより、稼働部品を使用せずに、電気的に波長をチューニングして制御することが可能な液晶チューナブルフィルターを利用することも可能である。このフィルタは、偏光子とネマティック液晶を積層することにより構成されており、印加電圧を可変することによりピーク波長を任意に高速で可変とすることが可能であり、その結果、任意の波長成分の光を取り出すことが可能となる。【００３６】
また、上述したスポット光を照射する照射装置６についても、波長の異なる複数のレーザー発生素子を選択的に利用するものに限られず、上記の液晶チューナブルフィルターを利用して所望の波長（λ１〜λ３）のレーザー光を連続的に発生するものであってもよい。【００３７】
次に、上記でその詳細な構成について説明した本実施例１になる路面形状認識装置１における認識動作の一例について、添付の図８を参照しながら、以下に説明する。【００３８】
図８に示すように、路面形状認識装置１では、当該装置を構成するＣＰＵ等により実行され、まず、波長域を示す数「ｎ」を「１」とする（ステップＳ１）。【００３９】
次に、波長域算出装置８は、上記光学フィルタ５１、５２の光透過波長域を、「ｎ＝１」に相当する波長域に設定する（ステップＳ２）。そして、カメラ４１、４２（一方だけでも、両方でも良い）は、前方路面を撮像する（ステップＳ３）。これにより、波長域算出装置８は、「ｎ＝１」に相当する波長域での反射光の強度データ（撮像画像データ）を取得する。その後、メモリ５は、上記のカメラ４１、４２で撮像された撮像画像を記憶する（ステップＳ４）。【００４０】
次いで、波長域算出装置８は、波長域を示す数「ｎ」をインクリメントする（ステップＳ５）。【００４１】
その後、波長域算出装置８は波長域を示す数「ｎ」が反射光のスペクトルを取得するために必要な観測数「Ｎｍａｘ」（即ち、上記図６に示すスポットＳの数）であるか否かを判断する（ステップＳ６）。その結果、波長域を示す数「ｎ」が「Ｎｍａｘ」でないと判断された場合（ステップＳ６：ＮＯ）、処理は上記のステップＳ２に移行する。【００４２】
一方、波長域を示す数「ｎ」が「Ｎｍａｘ」であると判断された場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）には、波長域算出装置８は上記メモリ５から、上記のステップＳ３において撮像した撮像画像データを読み込む（ステップＳ７）。【００４３】
その後、波長域算出装置８は、各画像領域（スポットＳ）での外来光スペクトルを求める（ステップＳ８）。【００４４】
次に、添付の図９、及び、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、自己位置推定装置１１によって求めた自車両の現在位置、速度や角速度などの速度、更には、加速度や角加速度などの加速度に基づき、撮像画像中で次回（ｔ＝ｔ１）スポット光を照射する領域を予測する（ステップＳ９）。【００４５】
その後、波長域算出装置８は、上記のステップＳ１０で予測した画像領域の反射光のスペクトルから、その領域内で外来光の強度が最も弱い波長を検出する（ステップＳ１０）。【００４６】
同時に、照射するスポット光の強度を上記のステップＳ９で求めた外来光スペクトルに基づいて決定し（ステップＳ１２）、そして当該決定された照射するスポット光の強度情報をメモリ５に記憶する（ステップＳ１３）。【００４７】
次に、照射装置６は、上記のステップＳ１１で検出した波長のスポット光を前方路面の所定の位置に照射する（ステップＳ１４）。【００４８】
照射したスポット光は、光学フィルタ５１、５２により、上記のステップＳ１４で照射したスポット光の波長を含む帯域でフィルタリングされた（ステップＳ１５）後に、一対のカメラ４１、４２によって撮像される（ステップＳ１６）。【００４９】
その後、同一スポット光を上記一対のカメラ４１、４２で撮像した画像の視差から、当該スポット光の三次元位置を求める（ステップＳ１７）。なお、この同一スポット光の検出する際、上記ステップＳ１３で記憶したスポット光の強度情報を用いることによって、検出率を向上させることが望ましい。【００５０】
又は、前方路面に複数の照明から外来光が照射されているときのように、各路面領域において照射される外来光の強度の最も弱い波長が異なる場合には、それぞれの路面領域毎に、異なる波長（λ１〜λｍａｘ）の１の波長のスポット光を照射することにより、スポット光の三次元位置を求める（ステップＳ１１〜１８）。【００５１】
次に、上記のステップＳ１７で求めたスポット光の３次元位置に基づき、前方路面の形状を求め（ステップＳ１９）、最後に、その路面上に障害物があればそれを抽出する（ステップＳ２０）。【００５２】
そして、上記図８に示した処理は終了する。なお、この図８に示す処理は、路面形状認識装置１の電源が遮断（オフ）されるまで、繰り返し実行されることとなる。【００５３】
このようにして、本実施例１になる路面形状認識装置１によれば、街中のように、複数の波長域の外来光が路面に照射されているような環境下においても、それぞれの外来光が照らしている領域毎に当該外来光の強度が弱い波長域、言い換えれば、照射装置６からは、外来光の影響を受け難い波長域の光を照射することが出来ることから、外来光の強度に応じた効率的な路面形状の認識を行うことが可能となる。【００５４】
なお、以上の記載では、車両の前方路面側を撮像するため、例えば、カメラ４１、４２と共に、光学フィルタ５１、５２を組み合わせた構成について述べた。しかしながら、本発明ではこれに限定されず、それらに代えて、例えば、ハイパースペクトルカメラと呼ばれ、その光検出器を構成するセル毎に受光した光の波長を検出することが出来る装置を、２台、使用してもよい。このハイパースペクトルカメラの採用によれば、光学フィルタの透過波長域を変更しながらカメラで撮像して路面の反射光のスペクトルを求めることなく、カメラによる一度の撮像で必要なスペクトルを求めることが出来、もって、処理時間を短縮して、より高速に車両を移動しながらの路面形状の認識が可能となる。【００５５】
以上に述べた実施例１においては、撮像装置を構成する一対のカメラ４１、４２は、上記図３に示した照射装置６により、上記図２や図６に示すように、複数のスポット光Ｓを、順次、所定のパターンで（例えば、順次、スキャニングしながら）路面に照射することによって、路面形状や障害物を撮像するものとして説明した。しかしながら、上記のスポット光の間隔を路面の状態に応じて変更してもよい。より具体的には、路面の起伏が激しく、そのため、路面形状をより詳細に調べる必要がある場合には、全体もしくはその一部のスポット光の間の間隔を狭めたり、あるいは、スリット光の径をより小さくしたりする。これにより、路面形状計測の分解能をより高くすることができる。【００５６】
加えて、特に、上記図９、及び、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、求めた自車両の現在位置、速度や角速度などの速度、更には、加速度や角加速度などの加速度に基づいて撮像画像中で次回スポット光の照射領域を予測して当該領域内で外来光の強度が最も弱い波長を検出することによれば、より確実に、高速に車両を移動しながらの路面形状の認識が可能となる。
【実施例２】
【００５７】
続いて、以下の図１１〜１３により、本発明の他の実施例（実施例２）になる路面形状認識装置及びそれを利用した自律移動装置について説明する。なお、本実施例においても、路面形状認識装置の構成は上記と同様であるので、その説明については省略する。【００５８】
本実施例では、上記の図２や６に示した、照射装置６から路面上に照射される円形のスポット光に代えて、図１１や図１２にも明らかなように、Ｙ方向に伸びた複数のライン状の光（以下、「スリット光」と言う）とすることで、上記照射装置６の構成を簡単にしたものである。これによれば、図１３にも示すように、外来光が、主に、道路の脇より照射される場合など、車両の進行方向（Ｙ方向）に沿って、路面が、ほぼ同じ反射光スペクトルを持つ１つ又は複数の領域で分割されているような場合に、効率良く、外来光が照らしている領域毎に当該外来光の強度が弱い波長域、言い換えれば、照射装置６からは、外来光の影響を受け難い波長域の光を照射することが出来、もって、外来光による悪影響を受けることなく、当該道路の形状及び路上の障害物を、確実かつ良好に認識することが可能となる。【００５９】
なお、本実施例でも、上記のスポット光の場合と同様、例えば、路面の起伏が激しく、路面形状をより詳細に調べる必要がある場合には、全体もしくは一部のスリット光間の間隔やスリット光の幅を狭める。これにより、路面形状計測の分解能を高くすることができる。【００６０】
以上、本発明について、上述した実施例に基づき説明したが、しかしながら、本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、更に、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいことは、当業者であれば明らかであろう。
【符号の説明】
【００６１】
１…路面形状認識装置、２…路面観測装置、３…路面形状算出装置、５…メモリ、６…照射装置、７…照射制御装置、８…波長域算出装置、１０…スポット光位置予測装置、１１…自己位置推定装置、４１、４２…カメラ、５１、５２…光学フィルタ。
【図１】
2012086070.tif 000003
【図２】
2012086070.tif 000004
【図３】
2012086070.tif 000005
【図４】
2012086070.tif 000006
【図５】
2012086070.tif 000007
【図６】
2012086070.tif 000008
【図７】
2012086070.tif 000009
【図８】
2012086070.tif 000010
【図９】
2012086070.tif 000011
【図１０】
2012086070.tif 000012
【図１１】
2012086070.tif 000013
【図１２】
2012086070.tif 000014
【図１３】
2012086070.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月7日(2013.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前方の路面の形状を認識するための路面形状認識装置であって、
前記路面上の複数の領域からの外来光を検出して、当該外来光の強度が最も弱い波長域を求める波長域算出手段と、
前記路面上の複数の領域に、複数の波長域の光を、選択的に照射可能な照射手段と、
前記照射手段によって選択的に照射可能な複数の波長域の光のうち、前記波長域算出手段により求められた最も弱い波長域に対応する波長を持つ光を選択し、前記照射手段から照射させる照射制御手段と、
前記路面を撮像可能な撮像手段と、
前記照射制御手段により選択された波長の光を前記照射手段により前記路面上の領域に照射している時に前記撮像手段によって撮像される映像に基づいて、路面の形状を算出する路面形状算出手段とを備えたことを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載した路面形状認識装置において、
前記波長域算出手段は、前記照射手段が光を前記路面上に照射していない時に前記撮像手段により撮像される映像に基づいて、外来光を検出して、当該外来光の強度が最も弱い波長域を求めることを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載した路面形状認識装置において、
前記撮像手段は、前記波長域算出手段による外来光の強度が最も弱い波長域の検出と、前記照射制御手段及び前記照射手段による最も弱い波長域に対応する波長を持つ光の選択と照射とを逐次実行しながら前記路面の撮像を行うことを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項４】
前記請求項３に記載した路面形状認識装置において、
前記波長域算出手段は、当該車両の運動に関する情報に基づいて、撮像した映像中で前記照射手段により次回に光を照射する路面領域を予測し、予測した路面領域での外来光の強度が最も弱い波長域を求めることを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項５】
前記請求項４に記載した路面形状認識装置において、
前記照射手段は、前記路面上において、前記複数の波長域の光を、選択的に、複数のスポット光又はスリット光として、照射可能であることを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項６】
前記請求項５に記載した路面形状認識装置において、
前記複数のスポット光又はスリット光の大きさ又は間隔を、当該検出する路面の状態によって変更することを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項７】
前記請求項６に記載した路面形状認識装置において、
前記波長域算出手段は、前記撮像手段と共用されており、かつ、前記路面上の複数の領域からの外来光を選択的に透過するフィルタを備えていることを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項８】
前記請求項７に記載した路面形状認識装置において、
前記照射制御手段は、前記路面上の複数の領域を順次スキャンしながら、求められた最も弱い波長域に対応する波長を持つ光を選択して前記照射手段から照射させることを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項９】
前記請求項８に記載した路面形状認識装置において、
前記照射手段は、前記照射制御手段からの制御信号に基づいて順次スキャンしながら光を照射するためのガルバノメータを備えていることを特徴とする路面形状認識装置。
【請求項１０】
路面形状を認識しながら当該路面上を自律的に移動することが可能な自律移動装置であって、前記請求項１に記載した路面形状認識装置を備えたことを特徴とする自律移動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両等の移動装置の進行方向における路面形状や障害物を認識するための路面形状認識装置に関し、更には、かかる装置を利用した自律移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されたカメラによって路上の白線を撮像し、この撮像画像を画像処理して白線を抽出することにより、道路形状を認識できるようにした道路形状認識装置が知られている（例えば、以下の特許文献１を参照）。
【０００３】
一方、白線が描かれていない道路や、白線が描かれていたとしても当該白線が不鮮明な道路であっても、当該道路の傾斜や凹凸等の道路形状を良好に認識することが可能なように、路上にパターン画像を投射し、当該パターン画像を投射した道路の撮像画像を画像処理することによってパターン画像の形状を検出し、もって、検出した形状に応じて道路形状を判断する道路形状認識装置が知られている（例えば、以下の特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０８５３４号公報
【特許文献２】特開２００８−２１７２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術になる道路形状認識装置においては、道路照明灯や街灯、電飾看板等、所謂、外来光が道路上に照らされると、特に、当該外来光の波長と、形状認識のために投射される車両照明や路上へ投射するパターン画像の光の波長が近い場合には、白線や投射したパターン画像を正確に検出することが出来ず、そのため、上述した状態の道路においては、その形状を正確に認識することが難しいという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、その目的は、道路周辺に設けられた照明灯や街灯や電飾看板などか照射される外来光による悪影響にも拘わらず、道路形状や道路上の障害物を確実に認識することが可能な道路形状認識装置を、更には、当該装置を利用した自律移動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上述した目的を達成するため、まず、車両前方の路面の形状を認識するための路面形状認識装置であって：前記路面上の複数の領域からの外来光を検出して、当該外来光の強度が最も弱い波長域を求める波長域算出手段と；前記路面上の複数の領域に、複数の波長域の光を、選択的に照射可能な照射手段と；前記照射手段によって選択的に照射可能な複数の波長域の光のうち、前記波長域算出手段により求められた最も弱い波長域に対応する波長を持つ光を選択し、前記照射手段から照射させる照射制御手段と；前記路面を撮像可能な撮像手段と；そして、前記照射制御手段により選択された波長の光を前記照射手段により前記路面上の領域に照射している時に前記撮像手段によって撮像される映像に基づいて、路面の形状を算出する路面形状算出手段とを備えた路面形状認識装置が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、上述した路面形状認識装置において、前記波長域算出手段は、前記照射手段が光を前記路面上に照射していない時に前記撮像手段により撮像される映像に基づいて、外来光を検出して、当該外来光の強度が最も弱い波長域を求めることが好ましく、更には、前記撮像手段は、前記波長域算出手段による外来光の強度が最も弱い波長域の検出と、前記照射制御手段及び前記照射手段による最も弱い波長域に対応する波長を持つ光の選択と照射とを逐次実行しながら前記路面の撮像を行うことが好ましい。加えて、前記波長域算出手段は、当該車両の運動に関する情報に基づいて、撮像した映像中で前記照射手段により次回に光を照射する路面領域を予測し、予測した路面領域での外来光の強度が最も弱い波長域を求めることが好ましく、更には、前記照射手段は、前記路面上において、前記複数の波長域の光を、選択的に、複数のスポット光又はスリット光として、照射可能であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明によれば、上述した路面形状認識装置において、前記複数のスポット光又はスリット光の大きさ又は間隔を、当該検出する路面の状態によって変更することが好ましく、更に、前記波長域算出手段は、前記撮像手段と共用されており、かつ、前記路面上の複数の領域からの外来光を選択的に透過するフィルタを備えていることが好ましい。更には、前記照射制御手段は、前記路面上の複数の領域を順次スキャンしながら、求められた最も弱い波長域に対応する波長を持つ光を選択して前記照射手段から照射させることが好ましく、そして、前記照射手段は、前記照射制御手段からの制御信号に基づいて順次スキャンしながら光を照射するためのガルバノメータを備えていることが好ましい。
【００１０】
そして、本発明によれば、上述した路面形状認識装置に加え、路面形状を認識しながら当該路面上を自律的に移動することが可能な自律移動装置であって、上記に記載した路面形状認識装置を備えた自律移動装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
即ち、本発明によれば、上述した従来技術のように、道路照明灯や街灯、電飾看板等の外来光によって道路が照らされた場合、これらの照明と車両照明や路上に投射するパターン画像の光の波長が近い場合など、白線や投射したパターン画像を正確に検出することができず、そのため、路面形状を正確に認識できなくなるという問題点を解消し、道路照明灯や街灯や電飾看板などの複数の波長の外来光が照らしている道路であっても、当該外来光による影響の少ない波長の光で撮像することにより、路面形状やその上の障害物を確実に認識することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例（実施例１）になる路面形状認識装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記実施例１の路面形状認識装置を自律移動車両への搭載した場合のスポット光を説明するための図である。
【図３】上記実施例１の路面形状認識装置における照射装置の詳細構成を示す図である。
【図４】上記実施例１の路面形状認識装置の波長域算出装置と照射制御装置における処理の概要を説明する図である。
【図５】上記実施例１の路面形状認識装置における照射制御装置処理の概要を示す図である。
【図６】上記実施例１において、複数の波長域（λ１、λ２、λ３）の外来光により照射された路面の状態の一例を示す図である。
【図７】上記実施例１において、複数の波長域（λ１、λ２、λ３）の外来光により照射された路面における光の波長とその強度を示す図である。
【図８】上記本実施例１の路面形状認識装置１における認識動作の一例について説明するフローチャート図である。
【図９】上記実施例１において、自己位置推定装置で求めた自車両の現在位置などに基づいて撮像画像中に次回のスポット光が照射する領域を予測する動作（予測動作）のタイミングを示す波形図である。
【図１０】上記実施例１において、上記予測動作を具体的に示すための図である。
【図１１】本発明の他の実施例（実施例２）になる路面形状認識装置におけるライン状のスリット光を説明するための図である。
【図１２】上記実施例２の路面形状認識装置を自律移動車両への搭載した場合のライン状のスリット光を説明するための図である。
【図１３】上記実施例２の路面形状認識装置によるライン状のスリット光と路面との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態になる路面形状認識装置及びそれを利用した自律移動装置について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１になる路面形状認識装置１の構成を示すブロック図である。即ち、本実施例になる路面形状認識装置１は、図２のように、自律移動車両に搭載され、もって、自律移動車両の前方における路面形状及び障害物を確実に認識することにより、当該自律移動車両の経路生成、障害物回避、自己位置推定等に利用される。
【００１５】
本実施例１になる路面形状認識装置１は、図１に示すように、主に、路面観測装置２と、そして、路面形状算出装置３により構成されている。
【００１６】
路面観測装置２は、路面形状認識装置１を搭載している自律移動体としての車両の前方路面側を撮像する２つのカメラ４１、４２と、当該カメラ４１，４２のそれぞれに取り付けられた特定の波長域の光のみを透過する光学フィルタ５１、５２と、当該カメラ４１、４２で撮像した画像データを保存するメモリ５と、車両の前方路面側に向けてスポット光（図２では、その領域をＳで示す）を照射する照射装置６と、照射装置のスポット光の波長や照射方向を制御する照射制御装置７、撮像画像からスペクトルを求める波長域算出装置８、車両と共に移動するスポット光の照射位置を予測するスポット光位置予測装置１０、そして、自己位置推定装置１１とで構成されている。
【００１７】
また、路面形状算出装置３は、上記のカメラ４１、４２で撮像した画像データから求めた視差画像から路面形状を算出する。
【００１８】
照射装置６は、例えばレーザープロジェクタなどからなり、所定の照射位置に向けて複数の波長のスポット光を照射する。図３は、当該照射装置６の詳細構成図を示しており、この図にも示すように、照射装置６は、２個のガルバノメータを直角に配置し、それぞれのミラーを動かして波長可変レーザー照射装置６１から照射されたレーザーの反射角を制御することにより、図のＸ軸とＹ軸で決まる任意の方向へレーザーを向けることが出来る。
【００１９】
更に、上記のカメラ４１、４２は、自車両の前方路面を撮像することで、路面上の障害物の画像を含む画像データを取得する。
【００２０】
また、上記照射装置６は、以下に詳述する時分割制御によって、光を照射する状態と、光を照射しない状態とで切り換えられる。このため、カメラ４１、４２は、照射装置６により複数の波長域を含む光が照射されたときには、外来光が前方路面で反射した光と照射光が前方路面で反射した光とを含む反射光を受光して撮像画像データ（照射時撮像画像データ）を取得し、他方、照射装置６により複数の波長域を含む光が照射されないときには、外来光が前方路面で反射した光のみを含む反射光を受光して撮像画像データ（非照射時撮像画像データ）を取得する。
【００２１】
そして、メモリ５は、上記のカメラ４１、４２により取得された照射時撮像画像データを記憶する。なお、このメモリ５は、照射装置６により光が照射されないときの非照射時撮像画像データのみを、又は、照射時撮像画像データと非照射時撮像画像データの双方を記憶するように構成されていてもよい。
【００２２】
波長域算出装置８は、光学フィルタ５１、５２の光透過波長域を連続的に変化させながら外来光による反射光のスペクトルを求め、このスペクトルから最も外来光の強度が弱い波長域を求める。ここで、カメラ４１、４２は、そのフレームレートを上げることで、より多くの透過波長域（スポット光に対応）に対して前方路面の撮像画像データを取得できることから、反射光のスペクトルの分解能を上げることが可能となり、外来光の強度が弱い波長域を、高精度に、求めることが出来る。
【００２３】
照射制御装置７は、上記波長可変レーザー照射装置６１から複数の波長域のレーザーを照射させる。各々のレーザーの波長は波長域算出部８により求められた外来光の強度が弱い波長域に基づき決定される。例えば、前方路面のスポット光を照射する位置の周囲の外来光の強度が最も弱い波長や、外来光の強度が閾値以下である波長域が最も広い波長などを選ぶ。
【００２４】
また、照射制御装置７は、波長可変レーザー照射装置６１によって照射されるレーザーの強度を、前方路面のスポット光を照射する位置の周囲の外来光の強度に基づき決定する。なお、波長可変レーザー照射装置６１によって照射されたレーザーの強度情報は、スポット光検出装置に送られ、上記のカメラ４１、４２が撮像した前方路面の照射時撮像画像データからスポット光を抽出する際に使用される。
【００２５】
なお、上述した路面形状認識装置１では、上記した照射制御装置７、波長域算出装置８、スポット光位置予測装置１０、自己位置推定装置１１、更には、上記路面形状算出装置３は、ここでは図示しないが、その各々を、又は、一部を併せて、例えば、ＣＰＵ等の演算素子によって構成されてもよく、その際、予め格納されたソフトウェア等により所定の処理動作を実行するものである。
【００２６】
次に、以上に述べた本実施例１になる路面形状認識装置１における動作について、以下に詳細に説明する。
【００２７】
まず、上述した波長域算出装置８と照射制御装置７における処理の概要について、添付の図４（Ａ）〜（Ｄ）を用いて説明する。なお、これらの図４（Ａ）〜（Ｄ）は、上記波長可変レーザー照射装置６１によって照射されるレーザー光の波長を選択する原理について説明する。
＜レーザー波長の選択原理＞
【００２８】
まず、図４（Ａ）に示すように、外来光（複数の波長域λ１〜λ３を含む）のみによって照明された場合（非照射時）のスポット９及びその周辺からの光（反射光）を（例えば、図のレンズ等の光学素子によって集光し）、光学フィルタ５１又は５２（ここでは、説明のため、透過域λ１、λ２、λ３を備えた回転式の円盤状のフィルタで示す）を介して、検出器（＝カメラ４１又は４２）により検出する。なお、この時、光学フィルタを回転しながらその透過域をλ１→λ２→λ３の順に変えながら、上記スポットＳとその周辺からの外来光の強度を検出する。
【００２９】
外来光の強度が、例えば、図４（Ｂ）に示すようなスペクトル分布を示している場合には、光学フィルタを透過した後に上記の検出器で検出した結果は、図４（Ｃ）に示すように、期間τ０〜τ１（透過域λ１を通過）で検出される強度（検出器の出力）が、他の期間τ１〜τ２（透過域λ２を通過）、τ２〜τ３（透過域λ３を通過）での検出強度よりも小さく、従った、最もが小さくなる。即ち、この例では、非照射時でのスポット９及びその周辺からの反射光は、波長域λ１〜λ３の範囲において、波長λ１付近で最も小さい強度を持っていることが分かる。
【００３０】
そこで、本発明では、その後のスポット光Ｓの照射による路面形状や障害物の検出率を向上させるため、上記照射装置６から照射するスポット光Ｓであるレーザー光の波長を、上記波長λ１又はその近傍に設定すると共に、当該スポット光Ｓを、検出器であるカメラ４１又は４２により検出する際の光学フィルタ５１又は５２の透過波長領域も、当該波長λ１に設定する。かかるレーザー波長の選択原理によれば、道路照明灯や街灯、電飾看板など、複数の波長の外来光が照らしている道路であっても、当該外来光による悪影響を受けることなく、当該道路の形状及び路上の障害物を、確実かつ良好に認識することが可能となる。
【００３１】
図５は、上記照射制御装置７における処理の概要を示す図であり、特に、図５（Ａ）には、波長領域λ１のレーザー光が選択された場合、図５（Ｂ）には、波長領域λ２のレーザー光が選択された場合、そして、図５（Ｃ）には、波長領域λ３のレーザー光が選択された場合がそれぞれ示されている。そして、これらの図の時刻t０〜時刻t１において（上記の期間τ０〜τ３に対応）、波長域算出装置８は、光学フィルタ５１、５２の光透過波長域を連続的に変化させながら、外来光による反射光のスペクトルを求める。その後、時刻t１〜時刻t２では、波長λ１のレーザーを発生させ、時刻t３〜時刻t４においては、波長λ２のレーザーを発生させ、そして、時刻t５〜時刻t６においては、波長λ３のレーザーを発生させる。
【００３２】
続いて、添付の図６には、複数の波長域（λ１、λ２、λ３）の外来光により照射された路面の状態の一例を示す。即ち、この例は、照射装置６からのスポット光を照射せず（非照射時）、車両の前方路面における外来光の反射光を上記のカメラ４１、４２で撮像した画像データ（非照射時撮像画像データ）のスペクトルが示されており、複数の領域毎Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にそのスペクトルが、それぞれ、異なっている状態を示している。
【００３３】
より具体的には、添付の図７にも示すように、領域Ｐ１では、外来光の強度が最も弱い波長はλ１であるため、照射制御装置７は、上記図５（Ａ）の時刻t１〜時刻t２において、波長λ１のレーザー光を発生させ、上記図３に示した照射装置６によって、所定の位置にスポット光を照射する。また、領域Ｐ２では、外来光の強度が最も弱い波長はλ２であるため、照射制御装置７は、上記図５（Ｂ）の時刻t３〜時刻t４において、波長λ２のレーザー光を発生させて、上記照射装置６によって、所定の位置にスポット光を照射する。更に、領域Ｐ３では、外来光の強度が最も弱い波長はλ３であるため、照射制御装置７は、上記図５（Ｃ）の時刻t５〜時刻t６において、波長λ３のレーザー光を発生させ、もって、上記照射装置６により所定の位置にスポット光を照射する。
【００３４】
同時に、上記の光学フィルタ５１、５２の光透過波長域についても、上述したように選択された照射レーザーの波長λ１、λ２、λ３に合わせて変更することとなる。即ち、上記図５（Ａ）の時刻t１〜時刻t２においてはλ１に、図５（Ｂ）の時刻t３〜時刻t４においてはλ２に、そして、図５（Ｃ）の時刻t５〜時刻t６においてはλ３に、それぞれ、変更される。
【００３５】
なお、以上の説明では、上記の光学フィルタ５１、５２は、一例として、回転式の円盤状のフィルタであり、３つの波長域λ１、λ２、λ３で可変なものとして示したが、しかしながら、これに限ることなく、これに代えて、可動部を持たず、選択波長を波長連続的に（例えば、λ１〜λ３）可変可能なものでもよい。例えば、ＶａｒｉＳｐｅｃ（ＴＭ）（ＬＣＴＦ：米国ＣＲＩ社製）として知られる、光学フィルタを利用することにより、稼働部品を使用せずに、電気的に波長をチューニングして制御することが可能な液晶チューナブルフィルターを利用することも可能である。このフィルタは、偏光子とネマティック液晶を積層することにより構成されており、印加電圧を可変することによりピーク波長を任意に高速で可変とすることが可能であり、その結果、任意の波長成分の光を取り出すことが可能となる。
【００３６】
また、上述したスポット光を照射する照射装置６についても、波長の異なる複数のレーザー発生素子を選択的に利用するものに限られず、上記の液晶チューナブルフィルターを利用して所望の波長（λ１〜λ３）のレーザー光を連続的に発生するものであってもよい。
【００３７】
次に、上記でその詳細な構成について説明した本実施例１になる路面形状認識装置１における認識動作の一例について、添付の図８を参照しながら、以下に説明する。
【００３８】
図８に示すように、路面形状認識装置１では、当該装置を構成するＣＰＵ等により実行され、まず、波長域を示す数「ｎ」を「１」とする（ステップＳ１）。
【００３９】
次に、波長域算出装置８は、上記光学フィルタ５１、５２の光透過波長域を、「ｎ＝１」に相当する波長域に設定する（ステップＳ２）。そして、カメラ４１、４２（一方だけでも、両方でも良い）は、前方路面を撮像する（ステップＳ３）。これにより、波長域算出装置８は、「ｎ＝１」に相当する波長域での反射光の強度データ（撮像画像データ）を取得する。その後、メモリ５は、上記のカメラ４１、４２で撮像された撮像画像を記憶する（ステップＳ４）。
【００４０】
次いで、波長域算出装置８は、波長域を示す数「ｎ」をインクリメントする（ステップＳ５）。
【００４１】
その後、波長域算出装置８は波長域を示す数「ｎ」が反射光のスペクトルを取得するために必要な観測数「Ｎｍａｘ」（即ち、上記図６に示すスポットＳの数）であるか否かを判断する（ステップＳ６）。その結果、波長域を示す数「ｎ」が「Ｎｍａｘ」でないと判断された場合（ステップＳ６：ＮＯ）、処理は上記のステップＳ２に移行する。
【００４２】
一方、波長域を示す数「ｎ」が「Ｎｍａｘ」であると判断された場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）には、波長域算出装置８は上記メモリ５から、上記のステップＳ３において撮像した撮像画像データを読み込む（ステップＳ７）。
【００４３】
その後、波長域算出装置８は、各画像領域（スポットＳ）での外来光スペクトルを求める（ステップＳ８）。
【００４４】
次に、添付の図９、及び、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、自己位置推定装置１１によって求めた自車両の現在位置、速度や角速度などの速度、更には、加速度や角加速度などの加速度に基づき、撮像画像中で次回（ｔ＝ｔ１）スポット光を照射する領域を予測する（ステップＳ９）。
【００４５】
その後、波長域算出装置８は、上記のステップＳ１０で予測した画像領域の反射光のスペクトルから、その領域内で外来光の強度が最も弱い波長を検出する（ステップＳ１０）。
【００４６】
同時に、照射するスポット光の強度を上記のステップＳ９で求めた外来光スペクトルに基づいて決定し（ステップＳ１２）、そして当該決定された照射するスポット光の強度情報をメモリ５に記憶する（ステップＳ１３）。
【００４７】
次に、照射装置６は、上記のステップＳ１１で検出した波長のスポット光を前方路面の所定の位置に照射する（ステップＳ１４）。
【００４８】
照射したスポット光は、光学フィルタ５１、５２により、上記のステップＳ１４で照射したスポット光の波長を含む帯域でフィルタリングされた（ステップＳ１５）後に、一対のカメラ４１、４２によって撮像される（ステップＳ１６）。
【００４９】
その後、同一スポット光を上記一対のカメラ４１、４２で撮像した画像の視差から、当該スポット光の三次元位置を求める（ステップＳ１７）。なお、この同一スポット光の検出する際、上記ステップＳ１３で記憶したスポット光の強度情報を用いることによって、検出率を向上させることが望ましい。
【００５０】
又は、前方路面に複数の照明から外来光が照射されているときのように、各路面領域において照射される外来光の強度の最も弱い波長が異なる場合には、それぞれの路面領域毎に、異なる波長（λ１〜λｍａｘ）の１の波長のスポット光を照射することにより、スポット光の三次元位置を求める（ステップＳ１１〜１８）。
【００５１】
次に、上記のステップＳ１７で求めたスポット光の３次元位置に基づき、前方路面の形状を求め（ステップＳ１９）、最後に、その路面上に障害物があればそれを抽出する（ステップＳ２０）。
【００５２】
そして、上記図８に示した処理は終了する。なお、この図８に示す処理は、路面形状認識装置１の電源が遮断（オフ）されるまで、繰り返し実行されることとなる。
【００５３】
このようにして、本実施例１になる路面形状認識装置１によれば、街中のように、複数の波長域の外来光が路面に照射されているような環境下においても、それぞれの外来光が照らしている領域毎に当該外来光の強度が弱い波長域、言い換えれば、照射装置６からは、外来光の影響を受け難い波長域の光を照射することが出来ることから、外来光の強度に応じた効率的な路面形状の認識を行うことが可能となる。
【００５４】
なお、以上の記載では、車両の前方路面側を撮像するため、例えば、カメラ４１、４２と共に、光学フィルタ５１、５２を組み合わせた構成について述べた。しかしながら、本発明ではこれに限定されず、それらに代えて、例えば、ハイパースペクトルカメラと呼ばれ、その光検出器を構成するセル毎に受光した光の波長を検出することが出来る装置を、２台、使用してもよい。このハイパースペクトルカメラの採用によれば、光学フィルタの透過波長域を変更しながらカメラで撮像して路面の反射光のスペクトルを求めることなく、カメラによる一度の撮像で必要なスペクトルを求めることが出来、もって、処理時間を短縮して、より高速に車両を移動しながらの路面形状の認識が可能となる。
【００５５】
以上に述べた実施例１においては、撮像装置を構成する一対のカメラ４１、４２は、上記図３に示した照射装置６により、上記図２や図６に示すように、複数のスポット光Ｓを、順次、所定のパターンで（例えば、順次、スキャニングしながら）路面に照射することによって、路面形状や障害物を撮像するものとして説明した。しかしながら、上記のスポット光の間隔を路面の状態に応じて変更してもよい。より具体的には、路面の起伏が激しく、そのため、路面形状をより詳細に調べる必要がある場合には、全体もしくはその一部のスポット光の間の間隔を狭めたり、あるいは、スリット光の径をより小さくしたりする。これにより、路面形状計測の分解能をより高くすることができる。
【００５６】
加えて、特に、上記図９、及び、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、求めた自車両の現在位置、速度や角速度などの速度、更には、加速度や角加速度などの加速度に基づいて撮像画像中で次回スポット光の照射領域を予測して当該領域内で外来光の強度が最も弱い波長を検出することによれば、より確実に、高速に車両を移動しながらの路面形状の認識が可能となる。
【実施例２】
【００５７】
続いて、以下の図１１〜１３により、本発明の他の実施例（実施例２）になる路面形状認識装置及びそれを利用した自律移動装置について説明する。なお、本実施例においても、路面形状認識装置の構成は上記と同様であるので、その説明については省略する。
【００５８】
本実施例では、上記の図２や６に示した、照射装置６から路面上に照射される円形のスポット光に代えて、図１１や図１２にも明らかなように、Ｙ方向に伸びた複数のライン状の光（以下、「スリット光」と言う）とすることで、上記照射装置６の構成を簡単にしたものである。これによれば、図１３にも示すように、外来光が、主に、道路の脇より照射される場合など、車両の進行方向（Ｙ方向）に沿って、路面が、ほぼ同じ反射光スペクトルを持つ１つ又は複数の領域で分割されているような場合に、効率良く、外来光が照らしている領域毎に当該外来光の強度が弱い波長域、言い換えれば、照射装置６からは、外来光の影響を受け難い波長域の光を照射することが出来、もって、外来光による悪影響を受けることなく、当該道路の形状及び路上の障害物を、確実かつ良好に認識することが可能となる。
【００５９】
なお、本実施例でも、上記のスポット光の場合と同様、例えば、路面の起伏が激しく、路面形状をより詳細に調べる必要がある場合には、全体もしくは一部のスリット光間の間隔やスリット光の幅を狭める。これにより、路面形状計測の分解能を高くすることができる。
【００６０】
以上、本発明について、上述した実施例に基づき説明したが、しかしながら、本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、更に、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいことは、当業者であれば明らかであろう。
【符号の説明】
【００６１】
１…路面形状認識装置、２…路面観測装置、３…路面形状算出装置、５…メモリ、６…照射装置、７…照射制御装置、８…波長域算出装置、１０…スポット光位置予測装置、１１…自己位置推定装置、４１、４２…カメラ、５１、５２…光学フィルタ。
【国際調査報告】
2012086070.tif 000016
2012086070.tif 000017
2012086070.tif 000018
2012086070.tif 000019