(57)【要約】車輪付き車両（１）に取り付けられた３次元センサ（２１）の局所座標系（Ｌ）における車輪付き車両（１）の基点の位置を検索するための方法およびシステム。  この方法は、車輪付き車両（１）が直線経路および曲線経路に沿って移動している間に点群フレームを取得するステップと、前記車両（１）の一部（１９）を表す点群と、主方向ベクトル、主方向線、および前記局所座標系（Ｌ）における前記車輪付き車両（１）の瞬間回転中心の位置とを算出するステップと、前記基点の位置を検索するステップとを含む。
2019536019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪付き車両（１）に取り付けられた３次元センサ（２１）の局所座標系における、車輪付き車両（１）の基点の位置を検索する方法であって、
前記車輪付き車両（１）が直線経路（ＳＬ）に沿って移動している間に前記センサ（２１）を動作させることによって、前記車両（１）の周囲（Ｅ）の一連の第１の点群フレーム（Ｃ１）を取得するステップと、
前記車輪付き車両（１）が曲線経路（ＣＬ）に沿って移動している間に前記センサ（２１）を動作させることによって、前記車両（１）の前記周囲（Ｅ）の一連の第２の点群フレーム（Ｃ２）を取得するステップと、
前記センサ（２１）によって取得され、前記車両（１）の一部（１９）を表す、少なくとも１つの第３の点群（Ｃ３）を提供するステップと、を含み、
前記第１の点群フレーム、前記第２の点群フレーム、および前記少なくとも１つの第３の点群は、前記３次元センサ（２１）の局所座標系（Ｌ）において提供され、
前記一連の第１の点群フレーム（Ｃ１）から前記センサ（２１）の前記局所座標系（Ｌ）において前記車輪付き車両（１）の主方向ベクトル（Ｖ）を算出するステップと、
前記主方向ベクトル（Ｖ）、および前記第３の点群から前記センサ（２１）の前記局所座標系（Ｌ）における前記車輪付き車両（１）の主方向線（Ｍ）を規定するステップと、
前記曲線経路（ＣＬ）に沿って移動する前記車輪付き車両（１）の瞬間回転中心（Ｒ）の少なくとも１つの位置を、前記センサの前記局所座標系において、前記一連の第２の点群フレーム（Ｃ２）から、決定するステップと、
前記主方向線（Ｍ）および前記瞬間回転中心（Ｒ）の前記位置を用いて、前記局所座標系（Ｌ）において車輪付き車両（１）の基点（Ｂ）の位置を検索するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記車輪付き車両（１）の前記基点（Ｂ）の位置は、前記センサの前記局所座標系（Ｌ）において、前記瞬間回転中心（Ｒ）までの距離が最小である前記主方向線（Ｍ）の点を見つけることによって算出される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記センサ（２１）の前記局所座標系（Ｌ）における、前記車輪付き車両（１）の基点（Ｂ）の位置は、前記基点（Ｂ）を前記瞬間回転中心（Ｒ）に接続する線が前記主方向線（Ｍ）に垂直となる位置である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第３の点群（Ｃ３）によって表される前記車両の前記一部（１９）は、前記車輪付き車両（１）の対称面（Ｓ）の両側に同様の距離で延在する、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの３次元センサ（２１）は、前記車両のルーフ（１９）の上または上方に取り付けられ、
前記少なくとも１つの第３の点群によって表される前記車両の前記部分は、前記ルーフの左側エッジ（１９ａ）の少なくとも一部と、前記ルーフの右側エッジ（１９ｂ）の少なくとも一部とを含み、前記ルーフ（１９）の前記左側エッジおよび右側エッジは、前記車輪付き車両（１）の対称面（Ｓ）に関して規定される、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記車両の一部を表す前記少なくとも１つの第３の点群（Ｃ３）が、前記第１の点群フレーム（Ｃ１）と前記第２の点群フレーム（Ｃ２）との間の少なくとも２つの点群を比較することによって、前記少なくとも２つの点群の点を、前記車両（１）の周囲（Ｅ）を表すデータ点と前記車両（１）を表すデータ点にセグメント化するように提供され、前記少なくとも１つの第３の点群（Ｃ３）は、前記車両（１）を表す前記データ点から構成される、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記主方向ベクトル（Ｖ）および前記第３の点群（Ｃ３）から、前記センサ（２１）の前記局所座標系（Ｌ）における前記車輪付き車両（１）の主方向線（Ｍ）を決定する各ステップが、
前記第３の点群（Ｃ３）から前記車輪付き車両（１）の対称面（Ｓ）上に位置する少なくとも１つの中点（Ｏ）の前記局所座標系（Ｌ）における位置を決定するステップと、
前記主方向ベクトル（Ｖ）および前記少なくとも１つの中点（Ｏ）の位置から前記センサ（２１）の前記局所座標系（Ｌ）における前記車輪付き車両（１）の前記主方向線（Ｍ）を決定するステップと、を含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記中点（Ｏ）の前記位置は、前記第３の点群（Ｃ３）の重心を算出することによって決定される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記中点（Ｏ）の前記位置は、前記主方向ベクトル（Ｖ）に垂直な平面上に前記第３の点群（Ｃ３）を投影し、前記第３の点群（Ｃ３）の射影の中心を決定することによって決定される、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の点群フレーム（Ｃ１）、前記第２の点群フレーム（Ｃ２）および前記第３の点群（Ｃ３）のうちの少なくとも１つの点群は、前記車両（１）に取り付けられた少なくとも２つの３次元センサ（２１）によってそれぞれ取得された少なくとも２つの点群を融合することによって決定される、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記車輪付き車両（１）の基点（Ｂ）によって規定される前記車輪付き車両（１）の車体フレーム座標系（Ｆ）と、前記主方向ベクトル（Ｖ）および前記瞬間回転中心（Ｒ）から決定される前記車体フレーム座標系（Ｆ）の少なくとも１つの軸と、好ましくは少なくとも２つの軸、より好ましくは３つの軸とを決定するステップをさらに含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
車輪付き車両（１）に取り付けられた少なくとも１つの３次元センサ（２１）によって取得された点群フレームを、前記車輪付き車両（１）の車体フレーム座標系（Ｆ）に登録するための方法であって、前記方法は、
前記少なくとも１つの３次元センサ（２１）からの複数の点群フレーム（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）を前記センサの局所座標系（Ｌ）で受信するステップと、
前記複数の点群フレームを用いて請求項１１に記載の方法を実行することによって、前記車輪付き車両（１）の車体フレーム座標系（Ｆ）を検索するステップと、
前記センサ（２１）によって取得された少なくとも１つの点群フレームを前記センサの前記局所座標系（Ｌ）で前記車輪付き車両（１）の前記車体フレーム座標系（Ｆ）に登録するステップと、を含む。
【請求項１３】
車輪付き車両（１）に取り付けられ、前記車両（１）の周囲（Ｅ）および前記車両（１）の少なくとも一部（１９）の点群フレーム（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）を取得するように適合された少なくとも１つの３次元センサ（２１）と、
前記少なくとも１つの３次元センサ（２１）に接続され、
前記少なくとも１つの３次元センサ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）から点群フレーム（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）を受け取り、
前記３次元センサ（２１）の局所座標系（Ｆ）における車輪付き車両の基点フレーム（Ｂ）の位置を、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法を実行させることによって検索し、および／または請求項１１に記載の方法を実行させることによって前記車輪付き車両（１）の車体フレーム座標系（Ｆ）に少なくとも１つの前記点群フレームを登録するように動作する処理ユニット（２２）と、を備える車輪付き車両（１）のための自己較正３次元センサシステム（２）。
【請求項１４】
請求項１３に記載の自己較正３次元センサシステム（２）を備える、自律または半自律車輪付き車両（１）。
【請求項１５】
プログラム命令を含むコンピュータプログラムを記憶しており、
前記コンピュータプログラムが処理ユニットによって実行される場合、
前記コンピュータプログラムは、請求項１３または１４のいずれか１項に記載の自己較正３次元センサシステムの処理ユニットにロード可能であり、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法、または請求項１２に記載の方法のステップを前記処理ユニットに実行させるように適合される、非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、車輪付き車両の基点の位置を検索するための方法、車輪付き車両のための自己較正センサシステム、およびそのような自己較正センサシステムを備える自動運転車両に関する。
【０００２】
〔背景技術〕
本出願は、車輪付き車両に取り付けられる３次元センサの分野に属する。
【０００３】
車両の周囲の３次元点群を取得することができる３次元センサを車両に提供することには、多くの興味深い用途が有る。
【０００４】
取得された点群は、例えば、車両によって移動された面積の３Ｄマップを生成するように使用されてもよい。
【０００５】
取得された点群はまた、車両の運転を補助または自動化するように使用されてもよい。
【０００６】
運転支援のためのアプリケーションの実施例は、衝突警報または衝突回避をトリガするための物体検知であるが、前記センサは、車両の運転を自動化するように、完全に自律的な車両で使用することもできる。
【０００７】
効果的に実行するために、前記３次元センサは、前記車両に関して高い精度で位置合わせされ、配置されなければならない。そうでなければ、前記センサの動作は、車両および他の道路利用者の乗客に重大な危険性を提示する可能性がある。例えば、前記センサが、ホスト車両の経路内にある物体を検出するが、位置合わせ不良のために物体が前記車輪付き車両の経路のわずかに左にあると考える場合、前記車輪付き車両は、深刻なリスク状況に気付かないことがある。
【０００８】
いくつかのセンサがある場合、決定を行うために、共通の基準システムにおいて取得されたデータを融合することができることも重要である。次いで、前記センサは、衝突する(conflicting)センサ情報を最小限に抑えるように、適切に位置合わせされる必要がある。
【０００９】
車輪付き車両の３次元センサ取得のための従来のアプローチは、注意深く機械加工されたキャリアプレートに依存して、前記センサを制御された位置に位置決めし、車両に対して位置合わせするか、または工場較正して、前記センサ取得の局所座標系から車両基準フレームシステムへの座標伝達関数を決定する。
【００１０】
これらのアプローチは、高価な機械加工を必要とする。さらに、衝撃、経年変化、または天候に関連する条件のために、センサが車両の基準フレームと不整合になった場合、これらのセンサの較正処理は、車の作業場では利用できない３Ｄ計測ツールおよび３Ｄインプットインターフェースを含むので、取り付け台を前記センサと交換するか、または車両を再較正のために工場に戻す以外に、不整合を補正する容易な方法は通常ない。
【００１１】
本発明は、こうした状況の改善を目指している。
【００１２】
この目的のために、本発明の第１の目的は、車輪付き車両に取り付けられた３次元センサの局所座標系における、車輪付き車両の基点の位置を検索する方法であって、前記方法は、前記車輪付き車両が直線経路に沿って移動している間に前記センサを動作させることによって、前記車両の周囲の一連の第１の点群フレームを取得するステップと、前記車輪付き車両が曲線経路に沿って移動している間に前記センサを動作させることによって、前記車両の前記周囲の一連の第２の点群フレームを取得するステップと、前記センサによって取得され、前記車両の一部を表す、少なくとも１つの第３の点群を提供するステップと、を含み、前記第１の点群フレーム、前記第２の点群フレーム、および前記少なくとも１つの第３の点群は、前記３次元センサの局所座標系において提供され、前記一連の第１の点群フレームから前記センサの前記局所座標系において前記車輪付き車両の主方向ベクトルを算出するステップと、前記主方向ベクトル、および前記第３の点群から前記センサの前記局所座標系における前記車輪付き車両の主方向線を規定するステップと、前記曲線経路に沿って移動する前記車輪付き車両の瞬間回転中心の少なくとも１つの位置を、前記センサの前記局所座標系において、前記一連の第２の点群フレームから、決定するステップと、前記主方向線および前記瞬間回転中心の前記位置を用いて、前記局所座標系において車輪付き車両の基点の位置を検索する（retrieve）ステップと、を含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、以下の特徴のうちの１つまたは複数を使用することもできる。
【００１４】
前記車輪付き車両の前記基点の位置は、前記センサの前記局所座標系において、前記瞬間回転中心までの距離が最小である前記主方向線の点を見つけることによって算出される。
【００１５】
前記センサの前記局所座標系における、前記車輪付き車両の前記基点の位置は、前記基点を前記瞬間回転中心に接続する線が前記主方向線に垂直となる位置である。
【００１６】
前記少なくとも１つの第３の点群によって表される前記車両の前記一部は、前記車輪付き車両の対称面の両側に同様の距離で延在する。
【００１７】
前記少なくとも１つの３次元センサは、前記車両のルーフの上または上方に取り付けられ、前記少なくとも１つの第３の点群によって表される前記車両の前記部分は、前記ルーフの左側エッジの少なくとも一部と、前記ルーフの右側エッジの少なくとも一部とを含み、前記ルーフの前記左側エッジおよび右側エッジは、前記車輪付き車両の対称面に関して規定される。
【００１８】
前記車両の一部を表す前記少なくとも１つの第３の点群が、前記第１の点群フレームと前記第２の点群フレームとの間の少なくとも２つの点群を比較することによって、前記少なくとも２つの点群の点を、前記車両の周囲を表すデータ点と前記車両を表すデータ点にセグメント化するように提供され、前記少なくとも１つの第３の点群は、前記車両を表す前記データ点から構成されている。
【００１９】
前記主方向ベクトルおよび前記第３の点群から、前記センサの前記局所座標系における前記車輪付き車両の主方向線を決定するステップは、前記第３の点群から前記車輪付き車両の対称面上に位置する少なくとも１つの中点の前記局所座標系における位置を決定するステップと、前記主方向ベクトルおよび前記少なくとも１つの中点の位置から前記センサの前記局所座標系における前記車輪付き車両の前記主方向線を決定するステップと、を含む。
【００２０】
前記中点の前記位置は、前記第３の点群の重心を算出することによって決定される。
【００２１】
前記中点の前記位置は、前記主方向ベクトルに垂直な平面上に前記第３の点群を投影し、前記第３の点群の射影の中心を決定することによって決定される。
【００２２】
前記第１の点群フレーム、前記第２の点群フレームおよび前記第３の点群のうちの少なくとも１つの点群は、前記車両に取り付けられた少なくとも２つの３次元センサによってそれぞれ取得された少なくとも２つの点群を融合することによって決定される。
【００２３】
前記方法は、前記車輪付き車両の基点によって規定される前記車輪付き車両の車体フレーム座標系と、前記主方向ベクトルおよび前記瞬間回転中心から決定される前記車体フレーム座標系の少なくとも１つの軸と、好ましくは少なくとも２つの軸、より好ましくは３つの軸とを決定するステップをさらに含む。
【００２４】
本発明の別の目的は、車輪付き車両に取り付けられた少なくとも１つの３次元センサによって取得された点群フレームを、前記車輪付き車両の車体フレーム座標系に登録するための方法であって、前記方法は、前記少なくとも１つの３次元センサからの複数の点群フレームを前記センサの局所座標系で受信するステップと、前記複数の点群フレームを用いて前述の方法を実行することによって、前記車輪付き車両の車体フレーム座標系を検索するステップと、前記センサによって取得された少なくとも１つの点群フレームを前記センサの前記局所座標系で前記車輪付き車両の前記車体フレーム座標系に登録するステップと、を含む。
【００２５】
本発明の別の目的は、車輪付き車両に取り付けられ、前記車両の周囲および前記車両の少なくとも一部の点群フレームを取得するように適合された少なくとも１つの３次元センサと、前記少なくとも１つの３次元センサに接続され、前記少なくとも１つの３次元センサから点群フレームを受け取り、前記３次元センサの局所座標系における車輪付き車両の基点フレームの位置を、前述の方法を実行させることによって検索し、および／または請求項１１に記載の方法を実行させることによって前記車輪付き車両の車体フレーム座標系に少なくとも１つの前記点群フレームを登録するように動作する処理ユニットと、を備える車輪付き車両のための自己較正３次元センサシステムである。
【００２６】
本発明の別の目的は、前述の自己較正３次元センサシステムを備える、自律または半自律車輪付き車両である。
【００２７】
本発明のさらなる別の目的は、プログラム命令を含むコンピュータプログラムを記憶しており、前記コンピュータプログラムが処理ユニットによって実行される場合、前記コンピュータプログラムは、前述の自己較正３次元センサシステムの処理ユニットにロード可能であり、前述の方法のステップを前記処理ユニットに実行させるように適合される、非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体である。
【００２８】
〔図面の簡単な説明〕
本発明の他の特徴および利点は、非限定的な実施例として提供されるその実施形態のいくつか、および添付の図面の以下の説明から容易に明らかになるであろう。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態に係る自己較正３次元センサシステムを備える車輪付き車両の概略斜視図である。
【００３０】
図２は、車輪を示すため、前記車両の車体を不図示にした、直線経路を辿る図１の車輪付き車両の概略上面図である。
【００３１】
図３は、曲線経路を辿る図２の前記車輪付き車両の概略上面図である。
【００３２】
図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃは、本発明の一実施形態に係る自己較正３次元センサシステムを備える図１の前記車輪付き車両の代替構成を示す。
【００３３】
図５は、本発明の実施形態に係る車輪付き車両の基点の位置を検索するための方法を詳述するフローチャートである。
【００３４】
異なる図において、同一の参照符号は、同様のまたは同種の要素を示す。
【００３５】
〔詳細な説明〕
図１は、本発明の１つの実施形態に係る車輪付き車両１を示す。
【００３６】
前記車両１は、車輪付き車両であり、その方向は、特定の経路をたどるように制御することができる。特に注目される実施例の１つは、ステアリングメカニズムを備えた車、例えば、図１に示すような前輪ステアリング車である。本発明は、広範囲の車輪付き車両、後輪ステアリング車、トラック、オートバイ等に適用することができる。最も一般的な場合には、前記車輪付き車両１０は、少なくとも１つの車輪１２を支持するシャーシ１０を備えている。
【００３７】
図１の実施例では、前記車両１は、２つの操舵可能な車輪１２、１３を備えた前車軸１１と、２つの非操舵可能な車輪１５、１６を備えた後車軸１４とを接続するシャーシ１０を備えた前輪操舵（ＦＷＳ）車両である。
【００３８】
前記車両１は、通常、前記車両１の周囲Ｅから前記車両の内側Ｉを画定する本体１７を備える。
【００３９】
前記車両１の車体１７上に、前記車両１の複数のセンサが取り付けられていてもよいし、前記車両１の車体１７の内部に取り付けられていてもよい。
【００４０】
特に、本発明に係る前記車両１は、前記車両１の前記周囲Ｅの点群フレームを出力することができる自己較正３次元センサシステム２を備えている。
【００４１】
前記センサシステム２は、前記車両上に、または内部に、取り付けられ、固定される。
【００４２】
前記センサシステムは、前記車両１の内部処理ユニット１８にデータを送ることができ、および／または遠隔サーバー（図示せず）にデータを送ることができる。
【００４３】
前記自己較正３次元センサシステム２は、前記車輪付き車両１に取り付けられるように適合された少なくとも１つの３次元センサ２１を備える。前記３次元センサ２１は、以下でさらに詳細に説明するように、前記車両１の前記周囲Ｅおよび前記車両１の少なくとも一部の点群および点群フレームを取得することができる。
【００４４】
「点群」とは、座標系例えば、以下に詳述するような前記センサの局所座標系Ｌにおける３次元データ点の集合、を意味する。前記点群の各データ点は、前記センサ２１を取り囲むボリューム内に位置する物体の表面の点に対応する。
【００４５】
「３次元データ点」とは、座標系、例えば、以下に詳述するような前記センサの局所座標系Ｌにおける、前記センサの周囲の点の３次元座標であると理解される。３次元データ点は、追加の特性、例えば、前記点で前記センサによって検出された信号の強度をさらに含んでいてもよい。
【００４６】
「点群フレーム」とは、一連の点群内のインデックスに関連付けられた点群、例えば、一連の取得中の前記点群の取得時刻を示すタイムスタンプを意味する。したがって、一連の点群フレームは、データフレーム取得のタイムラインで編成されてもよい。
【００４７】
前記点群は、特に、前記センサ２１の局所座標系Ｌにおいて取得することができる。
【００４８】
前記局所座標系Ｌは、例えば、前記センサ位置に原点を有する、前記センサ２１に関連する座標系Ｌである。前記局所座標系Ｌは、直行座標系、円筒座標系、または極座標系とすることができる。
【００４９】
３次元センサ２１は、例えば、光検知および測距（ＬＩＤＡＲ）モジュールのようなレーザレンジファインダ、レーダモジュール、超音波測距モジュール、ソナーモジュール、三角測量を使用する測距モジュール、または前記センサ２１の局所座標系Ｌにおける周囲の単一もしくは複数の点Ｐの位置を取得することができる他の任意の装置を含むことができる。
【００５０】
好ましい実施形態では、３次元センサ２１は、初期物理信号を放出し、局所座標系の制御された方向に沿って反射された物理信号を受信する。放出され、反射された物理信号は、例えば、光ビーム、電磁波、または音波であり得る。
【００５１】
次いで、前記センサ２１は、前記センサ２１から、前記センサ２１を取り囲むボリューム内に位置する物体の表面上の前記初期信号の反射点Ｐまでの距離に対応するレンジを算出する。前記レンジは、前記初期信号と前記反射信号とを比較することによって、例えば、発光および受信の時間または位相を比較することによって、算出することができる。
【００５２】
前記センサ２１の局所座標系における３次元データ点の座標は、前記レンジおよび前記制御された方向から算出することができる。
【００５３】
一実施例では、前記センサ２１は、一定の時速度を有する光パルスを放出するレーザを備え、前記光パルスは、２つの方向に沿って回転する可動ミラーによって偏向される。反射された光パルスは、前記センサによって収集され、放射されたパルスと受信されたパルスとの間の時差は、前記センサ２１の周囲における物体の反射面の間隔を与える。次いで、前記センサ２１のプロセッサ、または別個の処理ユニットが、簡単な三角公式を使用して、前記センサによって取得されたそれぞれの観測値を３次元データ点Ｄに変換する。
【００５４】
前記センサ２１の前記局所環境のフルスキャンを含む点群は、周期的に取得され、前記センサ２１を取り囲む当該ボリューム内の前記物体を表す３次元データ点Ｄのセットを含む。
【００５５】
「局所環境のフルスキャン」とは、前記センサ２１が完全な視野をカバーしたことを意味する。例えば、局所環境のフルスキャンの後、レーザベースのセンサの可動ミラーは、元の位置に戻り、新しい回転運動期間を開始する準備ができている。したがって、前記センサによる局所環境のフルスキャンは、二次元カメラによって取得された画像の３次元等価物である。
【００５６】
センサ２１の前記局所環境のフルスキャンで取得された３次元データ点Ｄのセットは、点群である。前記センサ２１は、所与のフレーマーを有する点群フレームを周期的に取得することができる。
【００５７】
前記自己較正３次元センサシステム２は、前記少なくとも１つの３次元センサ２１に接続された処理ユニット２２をさらに備える。
【００５８】
前記処理ユニット２２は、前記センサ２１から点群および点群フレームを受信することができる。前記処理ユニット２２は、前記センサ２１と単一のユニットで一体化されてもよく、あるいは、前記車両１に固定された別個のユニットであってもよい。ある実施形態では、前記処理ユニット２２は、前記車両１の内部処理ユニット１８の一部であってもよい。
【００５９】
前記処理ユニット２２は、前記センサ２１から受信した前記点群および点群フレームを処理して、前記３次元センサ２１の前記局所座標系Ｌにおける前記車輪付き車両１の基点Ｂの位置を検索することができる。
【００６０】
自己較正３次元センサシステム２を用いて、本発明の実施形態に係る前記車輪付き車両１の前記基点Ｂの位置を検索するための方法を図５に示し、さらに詳しく説明する。
【００６１】
一般に、車輪付き車両の「基点」は、以下のように規定することができる。
【００６２】
本発明に係る車輪付き車両は、前記車輪がすべて整列したときに車両の車輪の軸線に垂直な対照平面図Ｓを有する。前記対称面Ｓは、例えば、車両の中央垂直長手方向平面である。自動二輪車の場合、垂直縦面は、前記車輪が整列されたときに両方の車輪の中央を通る垂直平面である。
【００６３】
車両が図２に示すように曲線経路ＣＬに沿って走行しているとき、車両の車輪は、通常は異なるそれぞれの経路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４をたどる。各時点において、前記経路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の各々は、いわゆる瞬間回転中心の周りの瞬間円(instantaneous circle)によって局所的に近似することができる。特にアッカーマンステアリング条件では、前記経路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の瞬間回転中心は、車両１の瞬間回転中心Ｒと一致する。
【００６４】
次いで、前記車輪付き車両の前記基点Ｂは、前記車両１の前記瞬間回転中心Ｒまでの最小距離を有する前記車両１の前記対称面Ｓの固有点として識別することができる。
【００６５】
車両が操舵不能な車軸、例えば図１の前記前輪操舵車両１の場合には後車軸を含むとき、前記車輪付き車両１の前記基点Ｂは、図２、３に示すように操舵不能な車軸の中心に位置する。
【００６６】
本発明に係る前記車輪付き車両１の基点Ｂは、様々な実施形態の車輪付き車両の場合において、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示されている。
【００６７】
車輪付き車両の前記基点の位置を知ることは、多くの利点を提供する。特に、本発明は、車両の共通の信頼できる基準点に関して、様々なセンサからのデータを併合する方法を提供する。
【００６８】
本発明の１つの目的は、３次元センサの前記局所座標系における車輪付き車両１の前記基点Ｂの位置を検索する簡単で自動的かつ効率的な方法を提供することである。
【００６９】
本発明に係るこのような方法は、図５に詳細に示されている。
【００７０】
第１のステップでは、前記車輪付き車両１が図２に示すように直線経路ＳＬに沿って移動している間に、前記センサ２１を動作させることによって、前記車両１の前記周囲Ｅの一連の第１の点群フレームＣ１が取得される。
【００７１】
前記第１の点群フレームＣ１は、上述したように、前記３次元センサ２１の前記局所座標系Ｌにおいて取得される。
【００７２】
前記一連の第１の点群フレームＣ１は、それぞれの取得回数のタイプスタンプのセット｛ｔ１１，・・・，ｔ１Ｎ｝に関連付けられた点群のセット｛Ｃ１１，・・・，Ｃ１Ｎ｝を含む。
【００７３】
前記第１の点群フレームＣ１は、前記センサ２１の前記局所座標系Ｌにおける前記車輪付き車両１の主方向ベクトルＶを算出するように、前記処理ユニット２２によって処理される。
【００７４】
前記車輪付き車両１の前記主方向ベクトルＶは、３次元（または、前記点群が水平面上に投影される場合には２次元）ベクトルである。
【００７５】
前記主方向ベクトルＶは、ベクトルであり、したがって、前記３次元センサ２１の前記局所座標系Ｌにおける前記車両１の方位の徴候(indication)を含むだけであり、前記座標系Ｌにおける前記対照平面図Ｓの前記基点Ｂを位置付けるのには不十分であることに留意されたい。
【００７６】
上述のように、前記３次元センサ２１によって取得された各点群は、前記車両１の前記周囲Ｅの点Ｐ＿Ｅを表すデータ点ＤＰ＿Ｅだけでなく、前記車両１の点Ｐ＿Ｖを表すデータ点ＤＰ＿Ｖを含んでいてもよい。例えば、前記センサ２１が前記車両１のルーフに取り付けられている場合、前記センサ２１によって取得された点群は、前記車両の前記ルーフのいくつかの点を捕捉することができる。
【００７７】
前記第１の点群フレームＣ１の場合、前記車両１の前記周囲Ｅを表すデータ点ＤＰ＿Ｅにより特に関心がある。
【００７８】
従って、前記主方向ベクトルＶを決定するように、前記第１の点群フレームＣ１をセグメント化して、それぞれ、前記周囲Ｅを表すデータ点ＤＰ＿Ｅ、前記車両１自体を表すデータ点ＤＰ＿Ｖを識別し、フラグを立てることができる。このセグメント化は、静止点または前記点群の領域を識別するように、一連の第１の点群フレームＣ１を互いに比較することによって実行することができる。前記点群フレームＣ１がセグメント化されると、前記車両１を表すデータ点ＤＰ＿Ｖは、前記第１の点群フレームＣ１から無視されてもよい。
【００７９】
次いで、動きの方向を算出するように、一連の第１の点群フレームＣ１を互いに比較することによって、前記主方向ベクトルＶが算出される。
【００８０】
そのような比較は、例えば、Ｐ．Ｊ．ＢｅｓｌおよびＮ．Ｄ．ＭｃＫａｙの”A method for registration of ３-d shapes”、IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence、１４（２）：２３９−２５６、１９９２、またはFZang ChenおよびGerard Medioni による“Object modelling by registration of multiple range images” Image Vision Comput、１０(３)、１９９２、によって詳述されているような、反復最近点アルゴリズム（ＩＣＰ）を使用することによって実行することができる。ＩＣＰアルゴリズムは、変換空間上で規定された関数を最適化することによって、２つのフレームのペアワイズ(pair-wise)変換のセットを見つけようと試みる変換空間内の探索を含む。ＩＣＰの変形例は、「最小二乗距離の合計」のようなエラーメトリックから、「画像距離」または確率的メトリックのような品質測定(quality metric)までの範囲の、最適化関数を含む。この実施形態において、したがって前記処理ユニット２２は、前記センサ２１の前記局所座標系Ｌにおける前記車両１の前記主方向ベクトルＶを決定するように、前記第１の点群｛Ｃ１１，・・・，Ｃ１１｝の中のいくつかの点群の変換空間上で規定される関数を最適化することができる。
【００８１】
本発明に係る方法の別のステップでは、前記車輪付き車両１が図３に示すように曲線経路ＣＬに沿って移動している間に、前記センサ２１を動作させることによって、前記車両１の前記周囲Ｅの一連の第２の点群フレームＣ２が取得される。
【００８２】
ここでも、前記第２の点群フレームＣ２は、上述したように、前記３次元センサ２１の前記局所座標系Ｌにおいて取得される。
【００８３】
一連の第２の点群フレームＣ２は、それぞれの取得回数｛ｔ１１，・・・，ｔ１Ｍ｝のタイムスタンプのセットに関連付けられたＭ個の点群｛Ｃ２１，・・・，Ｃ２Ｍ｝のセットを含む。
【００８４】
次いで、前記第２の点群フレームＣ２は、曲線経路ＣＬに沿って移動する前記車輪付き車両１の瞬間回転中心Ｒの少なくとも１つの位置を決定するように、前記処理ユニット２２によって処理される。
【００８５】
瞬間回転中心Ｒの前記位置は、前記センサ２１の前記局所座標系Ｌにおいて決定される。
【００８６】
瞬間回転中心Ｒの前記位置は、前記センサベクトルの前記局所座標系Ｌにおける前記瞬間回転中心Ｒの３次元座標（または、前記点群が水平平面上に投影される場合には二次元座標）の組として表される。
【００８７】
ここでも、前記車両１の前記周囲Ｅを表すデータ点ＤＰ＿Ｅに特に関心があるので、特に、静止点または前記点群の領域を識別するように一連の第２の点群フレームＣ２を互いに比較することによって、前記第２の点群フレームＣ２をセグメント化して、前記周囲Ｅを表すデータ点ＤＰ＿Ｅと前記車両１を表すデータ点ＤＰ＿Ｖとを識別し、フラグを立てることができる。次いで、前記車両１を表すデータ点ＤＰ＿Ｖを、前記第２の点群フレームＣ２から無視させることができる。
【００８８】
前記主方向ベクトルＶの前記算出と同様に、前記瞬間回転中心Ｒの位置は、例えば、動きの方向を算出するように、一連の第２の点群フレームＣ２を互いに比較することによって算出することができる。
【００８９】
このような比較は、ここでも、P.J.BeslおよびN.D.McKayによる“A method for registration of ３-d shapes” IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，１４(２)：２３９―２５６，１９９２、において詳述されているような、または、Yang ChenおよびGerard Medioniによる“Object modelling by registration of multiple range images” Image Vision Comput，１０（３），１９９２、に詳述されているような、反復最近点アルゴリズム（ＩＣＰ）を使用して実行することができる。ＩＣＰアルゴリズムは、変換空間上で規定された関数を最適化することによって、２つのフレームのペアワイズ変換のセットを見つけようと試みる変換空間内の探索を含む。ＩＣＰの変形例は、「最小二乗距離の合計」のようなエラーメトリックから「画像距離」または確率的メトリックのような品質測定までの範囲の最適化関数を含む。この実施形態において、したがって前記処理ユニット２２は、前記センサ２１の前記局所座標系Ｌにおける前記車両１の前記瞬間回転中心Ｒの位置を決定するように、前記第２の点群｛Ｃ２１，・・・，Ｃ２Ｍ｝の中のいくつかの点群の変換空間上で規定される関数を最適化することができる。
【００９０】
本発明に係る方法のさらに別のステップでは、少なくとも１つの第３の点群Ｃ３が、前記センサ２１を動作させることによって取得される。
【００９１】
上述のように、前記第３の点群Ｃ３は、前記車両１の前記周囲Ｅを表すデータ点ＤＰ＿Ｅと、前記車両１を表すデータ点ＤＰ＿Ｖとを含んでいてもよい。
【００９２】
したがって、前記周囲Ｅを表すデータ点ＤＰ＿Ｅと、前記車両１を表すデータ点ＤＰ＿Ｖとをセグメント化し、フラグを立てる上記の詳細な動作は、前記第３の点群Ｃ３の場合にも実行することができる。
【００９３】
しかし、前記第１の点群フレームＣ１および前記第２の点群フレームＣ２とは異なり、ここでは、前記第３の点群Ｃ３のうち、前記車両１のデータ点ＤＰ＿Ｖに特に関心がある。
【００９４】
前記第３の点群Ｃ３がセグメント化されると、前記車両１の前記周囲Ｅを表すデータ点ＤＰ＿Ｅは、今度は、前記第３の点群Ｃ３から無視されることができる。
【００９５】
一実施形態では、前記第３の点群Ｃ３は、前記第１の点群フレームＣ１および第２の点群フレームＣ２のうちの少なくとも２つの点群フレームから生成される。
【００９６】
前記第３の点群Ｃ３は、例えば、静止点もしくは前記点群の領域であって前記車両１のデータポイントＤＰ＿Ｖとしてこのようにフラグを立てることができ前記第３の点群Ｃ３を生成するように収集され得る静止点もしくは前記点群の領域を識別するように、２つの点群フレームを比較することによって、生成することができる。
【００９７】
前記第３の点群Ｃ３は、前記車両１の部分Ｔを表す。
【００９８】
前記車両１のこのような部分Ｔの実施例は、図１に示されている。前記車両の前記部分Ｔは、前記車輪付き車両１の前記対称面Ｓの両側に略同様の距離で延在する。
【００９９】
「対称面の両側に同様の距離で延在する」とは、前記対称面Ｓの一方の側の前記第３の点群Ｃ３の前記データ点の最大距離が、前記対称面Ｓの他方の側の前記第３の点群Ｃ３の前記データ点の最大距離に近いことを意味する。したがって、前記対称面Ｓに対する前記第３の点群Ｃ３の重心または前記第３の点群Ｃ３の中間延伸は、前記対称面Ｓ上またはその近傍に位置する。
【０１００】
図１の実施例では、前記センサ２１は、車両１の前記ルーフ１９に取り付けられている。この例では、前記車両の前記部分Ｔは、前記ルーフ１９の一部、特に、前記ルーフ１９の左側エッジ１９ａの少なくとも一部、および前記ルーフ１９の右側エッジ１９ｂの少なくとも一部を含む。ルーフの左側方エッジ１９ａおよび右側方エッジ１９ｂは、図１に示すように、前記車輪付き車両１の前記対称面Ｓに関して規定される。
【０１０１】
本発明の一実施形態では、前記車両の前記部分Ｔは、前記車両１の前記ルーフ１９の全幅(full width)を含む。
【０１０２】
前記第３の点群Ｃ３が提供されると、前記処理ユニット２２は、前記主方向ベクトルＶおよび前記第３の点群Ｃ３から、前記センサ２１の前記局所座標系Ｌにおける前記車輪付き車両１の主方向線Ｍを規定することができる。
【０１０３】
一実施形態では、前記処理ユニット２２は、前記主方向線Ｍは、前記主方向ベクトルＶに沿って配向され、前記主方向ベクトルＶに垂直な平面上の前記第３の点群Ｃ３の射影の重心を通る３次元線であるように、前記主方向ベクトルＶに垂直な前記局所座標系Ｌの平面における前記主方向ベクトルＶの横方向位置を決定する。
【０１０４】
別の実施形態では、前記処理ユニット２２は、最初に、前記第３の点群Ｃ３から、前記車輪付き車両の前記対称面Ｓ上に位置する中点Ｏの、前記局所座標系における３次元位置を決定することができる。この目的のために、前記処理ユニット２２は、上で詳述したように、前記第３の点群Ｃ３の重心の位置を単純に決定することができる。
【０１０５】
次いで、前記車輪付き車両１の前記主方向線Ｍは、前記センサ２１の前記局所座標系Ｌにおいて、前記主方向ベクトルＶに沿って配向され、前記中点Ｏを通過する３次元線として決定されてもよい。
【０１０６】
上述した第１のおよび第２の実施例は、前記第３の点群Ｃ３の重心が、前記実施例において前記主方向ベクトルＶに垂直な平面上の２次元でのみ算出されることを除いて、同様である。
【０１０７】
前記取得された点群から、前記車輪付き車両１の前記主方向線Ｍと、前記車両１の瞬間回転中心Ｒの位置とが決定されると、図３に示すように、前記車両１の前記基点の位置を検索することができる。
【０１０８】
前記局所座標系Ｌにおける前記基点Ｂの位置は、前記瞬間回転中心Ｒまでの最小間隔を有する前記主方向線Ｍの点を見つけることによって得られる。
【０１０９】
したがって、前記センサの前記局所座標系における前記基点Ｂの位置は、前記基点Ｂを前記瞬間回転中心Ｒに接続する線が前記主方向線Ｍに垂直であるような位置である。
【０１１０】
図３に示すように曲線経路に沿って移動する前記車両１の運動力学を見ると、前記基点Ｂは、このように、非操舵軸（例えば、図１の前輪操舵（ＦＷＳ）車両の後車軸）の中心に自然に位置することが分かる。
【０１１１】
前記センサ２１の前記局所座標系Ｌ内の前記基点Ｂの位置は、単純に前記車両１の２つの標準経路（直線経路および任意の曲線経路）に沿ってデータを記録することによって決定されることが強調されるべきである。したがって、上述の検索手順は、外部の較正ツールを必要としないので、安価である。連続的な再較正のために、容易に再構成され、取得プロセスに統合されることさえできる。
【０１１２】
上述のプロセスは、衝撃または経年変化など、前記センサシステムの前記較正を変更する(modify the calibration)可能性がある事象に対して、前記３次元センサシステムを高度にレジリエントにするために使用することができる。
【０１１３】
この方法は、２つ以上の３次元センサ２１を含む３次元センサ装置２に容易に拡張することができる。この場合、前記第１の点群フレームおよび／または前記第２の点群フレームは、前記車両に取り付けられた前記２つ以上の３次元センサによってそれぞれ取得された点群を融合することによって決定されてもよい。あるいは、別個の基点位置は、前記点群を併合する(merge)ために、前記２つ以上の３次元センサの各局所座標系において決定されてもよい。
【０１１４】
より一般的には、前記車輪付き車両の車体フレーム座標系Ｆは、前記車輪付き車両の前記基点Ｂの位置を前記センサの前記車体フレーム座標系Ｆの原点として設定するステップと、前記主方向ベクトルＶおよび瞬間回転中心Ｃの位置に基づいて前記車体フレーム座標系Ｂの少なくとも１つの軸を規定するステップとによって、前記センサ２１の前記局所座標系Ｌにおいて決定されてもよい。
【０１１５】
一実施例では、前記車体フレーム座標系Ｆの第１の軸Ｘは、前記主方向ベクトルＶによって規定され、第２の軸Ｙは、前記基点Ｂから前記瞬間回転中心Ｃに向けられたベクトルによって規定され、第３の軸Ｚは、前記第１のおよび第２の軸に垂直な方向として規定され得る。
【０１１６】
前記車体フレーム座標系Ｆの１つの長所は、前記センサシステム２によって自律的に決定することができるとしても、前記車両の一般的な運動特性、特に前記基点および前記主方向ベクトルに関して規定されることである。したがって、別のセンサ、特に別の３次元センサ、または処理ユニットは、効率的かつ信頼性のある方法で、そのような座標系を使用することができる。
【０１１７】
したがって、前記センサ２１によって取得された前記点群フレームを登録する(register)ように、前記車体フレーム座標系Ｆを使用することができる。
【０１１８】
本発明は、このように、前記車輪付き車両１に取り付けられた３次元センサ２１により取得された点群フレームを、前記車輪付き車両１の車体フレーム座標系Ｆに登録する方法にも関する。
【０１１９】
この方法は、前記少なくとも１つの３次元センサ２１からの複数の点群フレームを前記センサの局所座標系Ｌで受信するステップと、前記複数の点群フレームを用いて上述の方法を実行することによって、前記車輪付き車両１の車体フレーム座標系Ｆを検索するステップと、前記センサ２１によって取得された少なくとも１つの点群フレームを前記センサの前記局所座標系Ｌで前記車輪付き車両１の前記車体フレーム座標系Ｆに登録するステップと、を含む。
【０１２０】
前記登録するステップは、前記点群の前記データ点の前記位置に座標系変換を適用することによって達成される。
【０１２１】
特に、本発明に係る自己較正３次元センサシステム２は、３次元センサによって取得された点群フレームを登録するための前記方法の各ステップを実行するように動作することができる。
【０１２２】
特に興味深い本発明の一実施形態では、前記自己較正３次元センサシステム２が内部に、または外部に取り付けられる前記車両１は、自動運転車両である。
【０１２３】
この実施形態において、前記センサ２１は、前記自動運転車両の運転を担当する前記車両１の内部処理ユニット１８と通信可能である。
【０１２４】
本発明のいくつかの実施形態では、前記自己較正３次元センサシステム２は、少なくとも１つの登録された点群フレームを出力する、例えば、前記登録された点群フレームを前記車両１の内部処理ユニット１８に出力するように動作可能な通信ユニットを備えることができる。前記通信ユニットは、装置２の前記処理ユニット２２内に統合することができる。
【０１２５】
当業者にはよく理解されるように、本明細書で説明するいくつかの様々なステップおよびプロセスは、コンピュータ、プロセッサ、または電気現象を使用してデータを操作および／または変換する他の電子計算装置によって実行される動作を指すことができる。これらのコンピュータおよび電子装置は、コンピュータまたはプロセッサによって実行されることが可能な様々なコードまたは実行可能命令を含む実行可能プログラムが格納された非一時的コンピュータ読み取り可能記録媒体を含む様々な揮発性および／または不揮発性メモリを使用することができ、メモリおよび／またはコンピュータ読み取り可能記録媒体は、すべての形態およびタイプのメモリおよび他のコンピュータ可読媒体を含んでいてもよい。
【０１２６】
上記の説明は、単に本発明の例示的な実施形態を開示し、説明したに過ぎない。当業者は、そのような議論から、および添付の図面および特許請求の範囲から、以下の特許請求の範囲に規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更、修正、および変形を行うことができることを容易に認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る自己較正３次元センサシステムを備える車輪付き車両の概略斜視図である。
【図２】図２は、車輪を示すため、前記車両の車体を不図示にした、直線経路を辿る図１の車輪付き車両の概略上面図である。
【図３】図３は、曲線経路を辿る図２の前記車輪付き車両の概略上面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態に係る自己較正３次元センサシステムを備える図１の前記車輪付き車両の代替構成を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る自己較正３次元センサシステムを備える図１の前記車輪付き車両の代替構成を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の一実施形態に係る自己較正３次元センサシステムを備える図１の前記車輪付き車両の代替構成を示す。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る車輪付き車両の基点の位置を検索するための方法を詳述するフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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