(57)【要約】【課題】  自車が走行している車線を短時間で判定することは困難である。【解決手段】  片側複数車線道路を走行している自車の走行車線を判定する車線判定装置は、道路を撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された画像から区画線を認識する区画線認識手段と、区画線認識手段により認識された区画線から撮像手段までの距離を繰り返し算出して自車の軌跡を算出する第一の軌跡算出手段と、自律航法に基づいて自車の軌跡を算出する第二の軌跡算出手段と、第一の軌跡算出手段により算出された第一の軌跡及び第二の軌跡算出手段により算出された第二の軌跡に基づいて自車の軌跡を算出する第三の軌跡算出手段と、第三の軌跡算出手段により算出された第三の軌跡に基づいて自車の走行している車線を判定する走行車線判定手段と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
片側複数車線道路を走行している自車の走行車線を判定する車線判定装置において、
前記片側複数車線道路に設置された区画線を検出し、該区画線と自車との相対関係及び自車の走行軌跡に基づいて前記走行車線を判定する、車線判定装置。
【請求項２】
片側複数車線道路を走行している自車の走行車線を判定する車線判定装置において、
道路を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像から区画線を認識する区画線認識手段と、前記区画線認識手段により認識された区画線から前記撮像手段までの距離を繰り返し算出して自車の軌跡を算出する第一の軌跡算出手段と、自律航法に基づいて自車の軌跡を算出する第二の軌跡算出手段と、前記第一の軌跡算出手段により算出された第一の軌跡及び前記第二の軌跡算出手段により算出された第二の軌跡に基づいて自車の軌跡を算出する第三の軌跡算出手段と、前記第三の軌跡算出手段により算出された第三の軌跡に基づいて自車の走行している車線を判定する走行車線判定手段と、を備え、
前記第三の軌跡算出手段は、前記区画線認識手段が区画線を認識できた場合は前記第一の軌跡に基づいて前記第三の軌跡を算出し、前記区画線認識手段が区画線を認識できなかった場合は前記第二の軌跡に基づいて前記第三の軌跡を算出する、車線判定装置。
【請求項３】
自車の速度を検出する車速検出手段と、自車の方位を検出する方位検出手段と、を備え、
前記自律航法は、前記車速検出手段により検出された車速と、前記方位検出手段により検出された方位に基づいて自車の軌跡を算出する、請求項２記載の車線判定装置。
【請求項４】
前記第一の軌跡算出手段により算出された第一の軌跡に基づいて自車の進行方向を推定する進行方向推定手段と、前記進行方向推定手段により推定された自車の進行方向と前記第一の軌跡とに基づいて自律航法の方位と位置の少なくともいずれか一方を初期化する初期化手段と、を備え、
前記初期化手段は、前記進行方向推定手段により推定された自車の進行方向と前記区画線認識手段により認識された区画線の方向との差が所定の角度以内の場合、あるいは前記方向の差の変化が所定の期間または走行距離にわたって所定値より少ない場合、前記第一の軌跡算出手段により算出された第一の軌跡を自律航法の軌跡の初期値とする、請求項３記載の車線判定装置。
【請求項５】
前記走行車線判定手段は、前記区画線認識手段により認識された区画線の種別に基づいて自車の走行している車線を判定し、前記第三の軌跡算出手段により算出された第三の軌跡を補正する、請求項４記載の車線判定装置。
【請求項６】
画面や音声を用いて乗員に情報を報知する情報報知手段を備え、
前記情報報知手段は、前記走行車線判定手段により判定された自車が走行している車線に基づいて乗員に報知する情報の内容を切り替える、請求項５記載の車線判定装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６に記載の車線判定装置を有するナビゲーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自車が走行する車線を判定する車線判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に搭載されるナビゲーションシステムは、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）やジャイロシステム等の自律的な手法により検出される自車位置を、その付近の地図情報とともに表示する機能を有する。
【０００３】
そして、ナビゲーションシステムに表示される自車位置が実際の自車位置と近いほど、位置精度は高くなり、高精度な自車位置を出力することで、乗員は実際の自車位置における適切な道路情報を把握でき、乗員に対する快適性を向上させることができる。
【０００４】
従来のナビゲーションシステムは、自車位置の推定精度が低く、片側複数車線の道路において自車の走行する車線を判定することは困難であった。従って、高速道路における分岐の案内や交差点における進行方向の案内を行う場合、車線毎に異なる経路誘導を行うことができずに、乗員に対しての快適性を向上することが困難であった。即ち、高度な経路誘導を実現するためには、自車の走行する車線を正確に判定する必要がある。
【０００５】
ここで、ウィンカ操作信号と区画線検知部からの信号（区画線またぎ）により車線変更を判定し、自車両が走行中の車線位置を判定し、また、前方の分岐を検出し、判定された車線に基づき、所定の距離手前位置で、運転者に分岐案内を行う車載用ナビゲーション装置がある（特許文献１参照）。また、区画線の種類（実線か破線か）から走行している車線を判定する車両制御装置がある（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３２７８号公報
【特許文献２】特開２０００−１０５８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、ウィンカ操作と区画線またぎの両方を検出して車線変更を判定するので、ウィンカの出し忘れや区画線またぎの未検知により自車両が走行中の車線位置を見失うおそれがある。実際に片側複数車線の道路の場合、区画線は破線の場合が多く、車線変更中に区画線を見失うことが多い。そのため、区画線またぎの未検知が発生する。
【０００８】
また、特許文献２では、区画線の種別（実線，破線，点線など）を認識するには、何本かのペイントを検出する必要があり、車線を判定するまでに時間がかかるという問題がある。また、ペイントがかすれていたりすると、未検知や誤検知の原因にもなる。更に、国や地域によって区画線の規格が異なるため、この方法では仕向け地ごとの対応が必要で必ずしも実用的ではない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、片側複数車線の道路を走行している自車の走行車線を迅速且つ正確に判定することができる車線判定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。
【００１１】
片側複数車線道路を走行している自車の走行車線を判定する車線判定装置は、道路を撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された画像から区画線を認識する区画線認識手段と、区画線認識手段により認識された区画線から撮像手段までの距離を繰り返し算出して自車の軌跡を算出する第一の軌跡算出手段と、自律航法に基づいて自車の軌跡を算出する第二の軌跡算出手段と、第一の軌跡算出手段により算出された第一の軌跡及び第二の軌跡算出手段により算出された第二の軌跡に基づいて自車の軌跡を算出する第三の軌跡算出手段と、第三の軌跡算出手段により算出された第三の軌跡に基づいて自車の走行している車線を判定する走行車線判定手段と、を備え、第三の軌跡算出手段は、区画線認識手段が区画線を認識できた場合は第一の軌跡に基づいて第三の軌跡を算出し、区画線認識手段が区画線を認識できなかった場合は第二の軌跡に基づいて第三の軌跡を算出する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、片側複数車線の道路を走行している自車の走行車線を迅速且つ正確に判定することができる車線判定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、車線判定装置の機能を示すブロック図である。
【００１５】
まず、車線判定装置１００の構成と処理内容について説明する。
【００１６】
車線判定装置１００は、撮像手段１，区画線認識手段２，第一の軌跡算出手段３，車速検出手段４，方位検出手段５，第二の軌跡算出手段６，進行方向推定手段７，初期化手段８，第三の軌跡算出手段９，走行車線判定手段１０，情報報知手段１１によって構成され、車線判定装置１００の図示しないコンピュータにプログラミングされ、予め定められた周期で繰り返し実行される。
【００１７】
撮像手段１は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどの撮像素子によって自車外の画像を取得するものであり、例えばカメラを用いることができ、その撮像方向は、車両前方（フロントビューカメラ），車両側方（サイドビューカメラ），車両後方（リアビューカメラ）もしくは斜め方向のいずれでもよく、また、全方位を撮像する全方位カメラでもよい。また、カメラの種類に関しては、１つのカメラで撮像する単眼カメラ，２つのカメラで撮像するステレオカメラであってもよく、搭載数に関しても、車両の前後左右方向のそれぞれに配置してもよい。
【００１８】
区画線認識手段２は、撮像手段１により取得された画像情報を処理して画像内の区画線を認識する。ここで、区画線とは、道路管理者が設置する、道路の路面に描かれた道路鋲，ペイント，石等による線であり、道路標示の一種である。具体的には、車道中央線や車線境界線がある。また、認識した区画線から撮像手段までの距離を繰り返し演算し、更に、区画線の種別（実線，破線，点線など）を判別する機能（以下、線種判別という）を有する。
【００１９】
第一の軌跡算出手段３は、区画線認識手段２により演算された区画線から撮像手段までの距離に基づいて自車の走行軌跡を算出する。第一の軌跡算出手段の性能は区画線の有無やかすれなど区画線の状態の他、自車の運動にも左右される。直進時は車線内の自車の走行軌跡を精度良く描くことができるが、車線変更などで自車が旋回して自車と区画線との角度やその変化が大きくなると区画線の認識ができず軌跡が途切れてしまうため、車線変更の直後には自車がどの車線を走行しているかは認識できない。
【００２０】
車速検出手段４は、自車の車速を検出するものであり、例えば車両の前後左右各輪に装着された車輪速センサにより得られる値を平均して車速を検出する方法や、自車に搭載する加速度センサにより得られる自車の加速度の値を積分して車速を算出する方法などが採用可能である。
【００２１】
方位検出手段５は、自車の方位を検出するものであり、ジャイロセンサやヨーレイトセンサにより得られる値から自車の方位を算出する方法などが採用可能である。
【００２２】
第二の軌跡算出手段６は、車速検出手段４により検出した車速と方位検出手段５により検出した自車の方位を用いて自律航法により自車の走行軌跡を算出する。第二の軌跡算出手段は自律航法を用いて自車の運動に基づいた軌跡を描くので、軌跡が途切れることはないが、車速や方位の誤差が時間の経過とともに蓄積するので補正しないで使用できるのは短時間である。また、方位と位置は相対的なものであるので初期化が重要である。
【００２３】
進行方向推定手段７は、第一の軌跡算出手段３により算出された自車の走行軌跡に基づいて自車の進行方向を推定する。
【００２４】
初期化手段８は、進行方向推定手段７により推定された自車の進行方向，車速検出手段４により検出された車速，方位検出手段５により検出された自車の方位に基づいて自律航法を初期化するか否かを判断し、進行方向推定手段７により推定された自車の進行方向の精度が高い場合は初期化する。
【００２５】
第三の軌跡算出手段９は、第一の軌跡算出手段３により算出された第一の軌跡と第二の軌跡算出手段６により算出された第二の軌跡に基づいて最終的な自車の走行軌跡を算出する。具体的には、上記の第一および第二の軌跡算出手段の特性に基づいて、第一の軌跡が有効（区画線認識手段２において区画線を認識している場合）の場合は第一の軌跡を最終的な自車の走行軌跡とし、第一の軌跡が無効（区画線認識手段２において区画線を認識していない場合）の場合は第二の軌跡で外挿して最終的な自車の走行軌跡とする。これにより、自車の走行状態に関わらず連続した走行軌跡が得られる。
【００２６】
走行車線判定手段１０は、第三の軌跡算出手段９により算出された最終的な自車の走行軌跡に基づいて複数車線道路の中で自車が走行している車線を判定する。
【００２７】
情報報知部１１は、走行車線判定手段１０から得られる情報を乗員に分かり易く音声やモニター画面で報知する処理を行う。また、走行車線判定手段１０から得られる、自車が走行している車線に基づいて乗員に報知する内容を切り替えることで、より分かり易く親切な案内を実施することが可能である。
【００２８】
次に、車線判定装置全体の処理内容について説明する。
【００２９】
図２は、本実施の形態における車線判定装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００３０】
まず、処理２０１において、区画線認識手段２により認識した区画線から撮像手段までの距離を繰り返し演算し、更に、区画線の種別（実線，破線，点線など）を判別する。
【００３１】
次に、処理２０２において、自律航法が初期化済みか否かを判定し、自律航法が初期化済みの場合には処理２０３に進み、自律航法が初期化済みではない場合には処理２１０に進む。
【００３２】
処理２０３において、処理２０１にて演算された区画線から撮像手段までの距離に基づいて自車の走行軌跡（第一の軌跡）を算出する。
【００３３】
次に、処理２０４において、自律航法により自車の走行軌跡（第二の軌跡）を算出する。
【００３４】
次に、処理２０５において、自車が直進中か否かを判定し、自車が直進中の場合には処理２０６に進み、自車が直進中でない場合は処理２０７に進む。ここで、自車が直進中か否かの判定は、進行方向推定手段７により推定された自車の進行方向と区画線認識手段２により認識された区画線の方向との角度差が所定の角度以内（例えば２度以内）あるいは角度差の変化が所定値（例えば１度／秒）以内でかつ、車速検出手段４により検出された車速が所定の速度以上（例えば１０km／ｈ以上）でかつ、方位検出手段５により検出された自車の方位の変化率（角速度）が所定の範囲内（例えば０.２deg／ｓ以内）の条件の下で実施する。
【００３５】
処理２０６において、自車は直進中で方位と位置の推定精度が高いと考えられるため自律航法を初期化する。この初期化の方法は、道路上の横位置（後述する図３のｙ）に関しては第一の軌跡の値を代入し、方位は進行方向推定手段７により推定された自車の進行方向を代入する。具体的には、自車の走行軌跡を所定時間遡り、最小二乗法に基づく回帰直線の傾きを進行方向とする。
【００３６】
次に、処理２０７において、第一の軌跡が有効か否かを判定し、第一の軌跡が有効の場合には処理２０８に進み、第一の軌跡を第三の軌跡として算出する。一方、第一の軌跡が有効でない場合には処理２０９に進み、第二の軌跡を第三の軌跡として算出する。ここで、第一の軌跡が有効とは、区画線認識手段２において区画線を認識している場合を示し、第一の軌跡が有効でないとは、区画線認識手段２において区画線を認識していない場合を示す。
【００３７】
次に、処理２１０において、線種判別に基づく車線判定処理を実施する。ここでは、区画線認識手段２において認識した区画線の種別（実線，破線，点線など）を利用して自車が走行している車線を判定する。例えば日本の高速道路で片側３車線の場合、区画線の種別は一番左から実線，破線，破線，実線の順に並んでいるため、自車の両側の区画線の種別が認識できるとおのずと自車が走行している車線が判定可能である。
【００３８】
次に、処理２１１において、処理２０８もしくは処理２０９で算出した第三の軌跡を用いて自車が走行している車線を判定する。具体的には、第三の軌跡の横位置が複数車線道路のどの位置にあるかを判定すればよく、車線幅の情報を用いて決定する。なお、処理２１０で線種判別により自車が走行している車線が判定されている場合には、第三の軌跡を用いて判定した車線を採用せずに、線種判別により判定した車線を優先して採用する。このとき、線種判別により判定した車線と第三の軌跡により判定した車線が異なる場合は、第三の軌跡の横位置を線種判別により判定した車線位置に補正する。先に述べたように、線種の判別には所定の距離を走行することが必要で応答は遅いが、信頼性は高い。一方，自車が蛇行運転を繰り返すなどして、第一の軌跡が無効になってから長時間が経過した場合は自律航法に基づく第二の軌跡に誤差が蓄積する。その後、区画線を認識しても、区画線から撮像手段までの距離からの距離に基づく方法では、どの区画線かを特定できないので走行軌跡は描けない。このため，特別な運転条件のバックアップとして上記の線種判別による補正を用いる。
【００３９】
最後に、処理２１２において、処理２１１にて求めた自車の走行している車線の情報に基づいて、道路案内を切り替えて乗員に音声や画面を用いて情報を報知する。
【００４０】
以上説明したように、上記の車線判定装置１００によれば、片側複数車線道路に設置された区画線を検出して、この区画線と自車との相対関係及び自律航法により算出した自車の走行軌跡に基づいて自車が走行している車線を判定しているので、走行車線を判定するまでの走行距離を短くすることができ、走行距離に応じて累積される誤差を小さくすることができる。従って、自車の走行車線を迅速且つ正確に判定することができる。
【００４１】
従って、例えばナビゲーションシステムにより、高速道路における分岐の案内や、車両前方に位置する交差点で進行方向の案内を行う場合に、車線毎に異なる経路誘導を行うことができ、乗員に対する高度な経路誘導を実現し、乗員の快適性を向上させることができる。
【００４２】
次に、図３を用いて、車線判定装置１００における車線判定処理の具体例について、所定の道路状況に当てはめて説明する。
【００４３】
図３は、片側２車線の道路において、自車３００が左車線から右車線に点線矢印３０１の軌跡を描いて車線変更した場合を示す図である。
【００４４】
図３において、Ｄ１は車両中心から左に見える区画線までの距離、Ｄ２は車両中心から右に見える区画線までの距離であり、自車３００が左車線に存在する場合と右車線に存在する場合では対象となる区画線が異なる。また、一番左の区画線から自車３００までの距離をｙで表す。更に、車線幅はＷとする。
【００４５】
まず、自車３００が地点Ａに存在するとき、自車３００は直進中であると判定され（処理２０５でＹＥＳ）、自律航法の初期化処理を実施する（処理２０６）。このとき、Ｄ１とＤ２が両方とも有効な場合には、例えばＤ１を優先して第一の軌跡３１２を算出し、自律航法の横位置をｙ１に、方位を第一の軌跡３１２で求めた方位に設定すると、自律航法で算出した軌跡は第二の軌跡３１４のようになる。更に、第一の軌跡が有効であるため（処理２０７でＹＥＳ）、第三の軌跡に第一の軌跡を代入し（処理２０８）、自車が走行している車線を判定する（処理２１１）。この場合、ｙ１＜Ｗであるため、自車が走行している車線は車線位置３１８で示すように１（左車線）となる。また、自車３００が地点Ａから地点Ｂに達するまでは自車３００は直進中であると判定（自律航法初期化フラグ３１１がＯＮ）されるため、その後の処理は地点Ａに存在する場合と同じである。
【００４６】
次に、自車３００が地点Ｂに到達すると、自車３００は車線変更動作を開始しているため、直進中でないと判定され（処理２０５でＮＯ）、自律航法初期化フラグがＯＦＦになる。そして、自車３００が地点Ｃに到達するまではＤ１，Ｄ２がそれぞれ変化するが、第一の軌跡が有効であるため（処理２０７でＹＥＳ）、第三の軌跡に第一の軌跡を代入し（処理２０８）、自車が走行している車線を判定する（処理２１１）。従って、地点ＡからＣまでは第一の軌跡と第三の軌跡は同一である。
【００４７】
次に、自車３００が地点Ｃに到達して、Ｄ１とＤ２がロストすると（処理２０７でＮＯ）、第二の軌跡で第三の軌跡を外挿する（処理２０９）。更に、自車３００が地点Ｄに到達すると、第三の軌跡の横位置が車線幅Ｗを超えてくるため、自車が走行している車線位置３１８は２に変化する（処理２１１）。
【００４８】
次に、自車３００が地点Ｅに到達して、Ｄ１とＤ２が再び有効になると（処理２０７でＹＥＳ）、第三の軌跡は第一の軌跡に戻すため（処理２０８）、第二の軌跡に誤差があった場合、領域３１７のように第三の軌跡がジャンプする。
【００４９】
次に、自車３００が地点Ｆに到達すると、自律航法初期化フラグが再びＯＮになり、自律航法を初期化する（処理２０６）。このとき第二の軌跡に誤差があった場合、領域３１５のように第二の軌跡がジャンプする。
【００５０】
その後、自車３００が地点Ｇに到達するまでは自車３００は直進中であると判定（自律航法初期化フラグ３１１がＯＮ）される。
【００５１】
以上説明したように、自車から区画線までの距離と自律航法を組合せることで、正確な走行軌跡を途切れなく描くことが可能となり、自車の走行車線を迅速且つ正確に判定することができる。
【００５２】
なお、図３においては片側２車線道路における例を示したが、車線数は３車線以上でも適用できることは言うまでもない。
【００５３】
以上のように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の様態で実施することができる。
【００５４】
以上によれば、片側複数車線道路に設置された区画線を検出して、この区画線と自車との相対関係及び自律航法により算出した自車の走行軌跡に基づいて自車が走行している車線を判定しているので、走行車線を判定するまでに必要な走行距離を特許文献２の方法より短くすることができ、走行距離に応じて累積される誤差を小さくすることができる。従って、自車の走行車線を迅速且つ正確に判定することができる。従って、ナビゲーションシステムによる高度な経路誘導が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】車線判定装置のブロック図。
【図２】車線判定装置の処理内容を示すフローチャート。
【図３】具体例を説明する図。
【符号の説明】
【００５６】
１００  車線判定装置
３００  自車
３０１  走行軌跡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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