(57)【要約】【課題】対象物の特定効率および特定精度を向上し、処理時間の短縮化を図る。【解決手段】環境認識装置１３０は、検出領域内に存在する対象部位の輝度を取得し、対象部位の高さを取得し、データ保持部１５２に保持された、輝度の範囲と道路表面からの高さの範囲と特定物との対応付け（特定物テーブル）に基づいて、対象部位の輝度と高さとから、対象部位に対応する特定物を仮決定、または、グループ化された対象物に対応する特定物を決定する。【選択図】図３
2012226689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
輝度の範囲と道路表面からの高さの範囲と特定物とを対応付けて保持するデータ保持部と、
検出領域内に存在する対象部位の輝度を取得する輝度取得部と、
前記対象部位の高さを取得する位置情報取得部と、
前記データ保持部に保持された対応付けに基づいて、前記対象部位の輝度と高さとから、前記対象部位に対応する特定物を仮決定する特定物仮決定部と、
を備えることを特徴とする環境認識装置。
【請求項２】
前記位置情報取得部は、前記検出領域内の対象部位の、自車両に対する相対距離に相当する情報を、該検出領域を撮像した画像に対応付けた距離画像を取得し、該相対距離と、該対象部位と同相対距離にある道路表面上の点と該対象部位との該距離画像上の検出距離とに基づいて高さを導出することを特徴とする請求項１に記載の環境認識装置。
【請求項３】
水平距離の差分および高さの差分が所定範囲内にある、同一の特定物に対応すると仮決定された対象部位をグループ化して対象物とするグループ化部と、
前記対象物を前記特定物として決定する特定物決定部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の環境認識装置。
【請求項４】
前記グループ化部は、相対距離の差分が所定範囲内にある、同一の特定物に対応すると仮決定された対象部位をグループ化することを特徴とする請求項３に記載の環境認識装置。
【請求項５】
前記データ保持部は、前記特定物に、さらに大きさの範囲を対応付けて保持し、
前記特定物決定部は、前記データ保持部に保持された対応付けに基づいて、前記対象物の大きさから、該対象物を前記特定物として決定することを特徴とする請求項３または４に記載の環境認識装置。
【請求項６】
前記特定物仮決定部は、複数の対象部位それぞれに関して、複数の特定物から順次選択された１の特定物が対応するか否か判定し、前記対象部位に対応する特定物を仮決定することを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の環境認識装置。
【請求項７】
検出領域内に存在する対象部位の輝度を取得し、
前記対象部位の高さを取得し、
データ保持部に保持された、輝度の範囲と道路表面からの高さの範囲と特定物との対応付けに基づいて、前記対象部位の輝度と高さとから、前記対象部位に対応する特定物を仮決定することを特徴とする環境認識方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出領域における対象物の輝度に基づいて、その対象物を認識する環境認識装置および環境認識方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自車両の前方に位置する車両や信号機等の障害物といった対象物を検出し、検出した対象物との衝突を回避したり、先行車両との車間距離を安全な距離に保つように制御する技術が知られている（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
また、このような技術では、対象物を一律に物として特定するのみならず、さらに高精度な制御を行うため、対象物が自車両と同速度で走行している先行車両であるのか、移動を伴わない固定された物であるのか等を判定する技術も存在する。ここで、対象物を、検出領域の撮像を通じて検出する場合、対象物が何であるかを特定する前に、撮像された画像から対象物自体を抽出（切り出し）しなければならない。
【０００４】
例えば、撮像された画像がカラー画像の場合、同一の輝度（色）を有する画素の集まりを対象物として抽出する方法が考えられる。しかし、対象物と背景との色が近似しており輝度によっては両者を区別できなかったり、対象物が単色で構成されていない場合に、一体的な対象物が複数の部位に区別されてしまうことがある。そこで、このような対象物の特徴量を計算する技術として、同じような色特性を有する複数の画素同士をグループ化し、画像を単純化する技術が開示されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３４９０６０号
【特許文献２】特開平１０−２８３４６１号公報
【特許文献３】特開２０００−６７２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の手法では、撮像された画像全体を対象に各画素の輝度情報を抽出し、その都度、近接する画素とのグルーピングを図るといった処理が為されているので、画像全体の処理が完了するのに多大な処理時間を費やしていた。また、当該制御に不要な画素まで無駄にグルーピングしてしまい、対象物の特定効率や特定精度が劣化することがあった。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、対象物の特定効率および特定精度を向上し、処理時間の短縮化を図ることが可能な、環境認識装置および環境認識方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の環境認識装置は、輝度の範囲と道路表面からの高さの範囲と特定物とを対応付けて保持するデータ保持部と、検出領域内に存在する対象部位の輝度を取得する輝度取得部と、対象部位の高さを取得する位置情報取得部と、データ保持部に保持された対応付けに基づいて、対象部位の輝度と高さとから、対象部位に対応する特定物を仮決定する特定物仮決定部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
位置情報取得部は、検出領域内の対象部位の、自車両に対する相対距離を、検出領域を撮像した画像に対応付けた距離画像を取得し、相対距離と、対象部位と同相対距離にある道路表面上の点と対象部位との距離画像上の検出距離とに基づいて高さを導出してもよい。
【００１０】
水平距離の差分および高さの差分が所定範囲内にある、同一の特定物に対応すると仮決定された対象部位をグループ化して対象物とするグループ化部と、対象物を特定物として決定する特定物決定部と、をさらに備えてもよい。
【００１１】
グループ化部は、相対距離の差分が所定範囲内にある、同一の特定物に対応すると仮決定された対象部位をグループ化してもよい。
【００１２】
データ保持部は、特定物に、さらに大きさの範囲を対応付けて保持し、特定物決定部は、データ保持部に保持された対応付けに基づいて、対象物の大きさから、対象物を特定物として決定してもよい。
【００１３】
特定物仮決定部は、複数の対象部位それぞれに関して、複数の特定物から順次選択された１の特定物が対応するか否か判定し、対象部位に対応する特定物を仮決定してもよい。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の環境認識方法は、検出領域内に存在する対象部位の輝度を取得し、対象部位の高さを取得し、データ保持部に保持された、輝度の範囲と道路表面からの高さの範囲と特定物との対応付けに基づいて、対象部位の輝度と高さとから、対象部位に対応する特定物を仮決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、対象物を、輝度と高さといった複数のパラメータを通じて特定しているので、対象物の特定効率および特定精度を向上し、処理時間の短縮化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】環境認識システムの接続関係を示したブロック図である。
【図２】輝度画像と距離画像を説明するための説明図である。
【図３】環境認識装置の概略的な機能を示した機能ブロック図である。
【図４】特定物テーブルを説明するための説明図である。
【図５】位置情報取得部による三次元の位置情報への変換を説明するための説明図である。
【図６】特定物マップを説明するための説明図である。
【図７】環境認識方法の全体的な流れを示したフローチャートである。
【図８】特定物マップ生成処理の流れを示したフローチャートである。
【図９】特定物仮決定処理の流れを示したフローチャートである。
【図１０】グループ化処理の流れを示したフローチャートである。
【図１１】特定物決定処理の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
（環境認識システム１００）
図１は、環境認識システム１００の接続関係を示したブロック図である。環境認識システム１００は、車両１内に設けられた、複数（本実施形態では２つ）の撮像装置１１０と、画像処理装置１２０と、環境認識装置１３０と、車両制御装置１４０とを含んで構成される。
【００１９】
撮像装置１１０は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像素子を含んで構成され、カラー画像、即ち、画素単位で３つの色相（赤、緑、青）の輝度を取得することができる。ここでは、撮像装置１１０で撮像されたカラーの画像を輝度画像と呼び、後述する距離画像と区別する。また、撮像装置１１０は、車両１の進行方向側において２つの撮像装置１１０それぞれの光軸が略平行になるように、略水平方向に離隔して配置される。撮像装置１１０は、車両１の前方の検出領域に存在する対象物を撮像した画像データを、例えば１／６０秒毎（６０ｆｐｓ）に連続して生成する。ここで、対象物は、車両、信号機、道路、ガードレールといった独立して存在する立体物のみならず、テールランプやウィンカー、信号機の各点灯部分等、立体物の部分として特定できる物も含む。以下の実施形態における各機能部は、このような画像データの更新を契機として各処理を遂行する。
【００２０】
画像処理装置１２０は、２つの撮像装置１１０それぞれから画像データを取得し、２つの画像データに基づいて、画像中の任意のブロック（所定数の画素を集めたもの）の視差、および、任意のブロックの画面中の位置を示す画面位置を含む視差情報を導出する。画像処理装置１２０は、一方の画像データから任意に抽出したブロック（例えば水平４画素×垂直４画素の配列）に対応するブロックを他方の画像データから検索する、所謂パターンマッチングを用いて視差を導き出す。ここで、水平は、撮像した画像の画面横方向を示し、実空間上の水平に相当する。また、垂直は、撮像した画像の画面縦方向を示し、実空間上の鉛直方向に相当する。
【００２１】
このパターンマッチングとしては、２つの画像データ間において、任意の画像位置を示すブロック単位で輝度値（Ｙ色差信号）を比較することが考えられる。例えば、輝度値の差分をとるＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）、差分を２乗して用いるＳＳＤ（Sum of Squared intensity Difference）や、各画素の輝度値から平均値を引いた分散値の類似度をとるＮＣＣ（Normalized Cross Correlation）等の手法がある。画像処理装置１２０は、このようなブロック単位の視差導出処理を検出領域（例えば６００画素×２００画素）に映し出されている全てのブロックについて行う。ここでは、ブロックを４画素×４画素としているが、ブロック内の画素数は任意に設定することができる。
【００２２】
ただし、画像処理装置１２０では、検出分解能単位であるブロック毎に視差を導出することはできるが、そのブロックがどのような対象物の一部であるかを認識できない。したがって、視差情報は、対象物単位ではなく、検出領域における検出分解能単位（例えばブロック単位）で独立して導出されることとなる。ここでは、このようにして導出された視差情報（後述する相対距離に相当）を画像データに対応付けた画像を距離画像という。
【００２３】
図２は、輝度画像１２４と距離画像１２６を説明するための説明図である。例えば、２つの撮像装置１１０を通じ、検出領域１２２について図２（ａ）のような輝度画像（画像データ）１２４が生成されたとする。ただし、ここでは、理解を容易にするため、２つの輝度画像１２４の一方のみを模式的に示している。画像処理装置１２０は、このような輝度画像１２４からブロック毎の視差を求め、図２（ｂ）のような距離画像１２６を形成する。距離画像１２６における各ブロックには、そのブロックの視差が関連付けられている。ここでは、説明の便宜上、視差が導出されたブロックを黒のドットで表している。
【００２４】
視差は、画像のエッジ部分（隣り合う画素間で明暗の差分が大きい部分）で特定され易いので、距離画像１２６において黒のドットが付されている、視差が導出されたブロックは、輝度画像１２４においてもエッジとなっていることが多い。したがって、図２（ａ）に示す輝度画像１２４と図２（ｂ）に示す距離画像１２６とは各対象物の輪郭について似たものとなる。
【００２５】
環境認識装置１３０は、画像処理装置１２０から輝度画像１２４と距離画像１２６とを取得し、輝度画像１２４に基づく輝度と、距離画像１２６に基づく道路表面からの高さ（以下、単に「高さ」という。）を用いて検出領域における対象物がいずれの特定物に対応するかを特定する。このとき、環境認識装置１３０は、距離画像１２６における、検出領域１２２内のブロック毎の視差情報を、所謂ステレオ法を用いて、相対距離を含む三次元の位置情報に変換し、高さを導出している。ここで、ステレオ法は、三角測量法を用いることで、対象物の視差からその対象物の撮像装置１１０に対する相対距離を導出する方法である。かかる環境認識装置１３０に関しては、後ほど詳述する。
【００２６】
車両制御装置１４０は、環境認識装置１３０で特定された対象物との衝突を回避したり、先行車両との車間距離を安全な距離に保つ制御を実行する。具体的に、車両制御装置１４０は、操舵の角度を検出する舵角センサ１４２や車両１の速度を検出する車速センサ１４４等を通じて現在の車両１の走行状態を取得し、アクチュエータ１４６を制御して先行車両との車間距離を安全な距離に保つ。ここで、アクチュエータ１４６は、ブレーキ、スロットルバルブ、舵角等を制御するために用いられる車両制御用のアクチュエータである。また、車両制御装置１４０は、対象物との衝突が想定される場合、運転者の前方に設置されたディスプレイ１４８にその旨警告表示（報知）を行うと共に、アクチュエータ１４６を制御して車両１を自動的に制動する。かかる車両制御装置１４０は、環境認識装置１３０と一体的に形成することもできる。
【００２７】
（環境認識装置１３０）
図３は、環境認識装置１３０の概略的な機能を示した機能ブロック図である。図３に示すように、環境認識装置１３０は、Ｉ／Ｆ部１５０と、データ保持部１５２と、中央制御部１５４とを含んで構成される。
【００２８】
Ｉ／Ｆ部１５０は、画像処理装置１２０や車両制御装置１４０との双方向の情報交換を行うためのインターフェースである。データ保持部１５２は、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、特定物テーブル（対応付け）や、以下に示す各機能部の処理に必要な様々な情報を保持し、また、画像処理装置１２０から受信した輝度画像１２４、距離画像１２６を一時的に保持する。ここで、特定物テーブルは、以下のように利用される。
【００２９】
図４は、特定物テーブル２００を説明するための説明図である。特定物テーブル２００では、複数の特定物に対して、輝度の範囲を示す輝度範囲２０２と、道路表面からの高さの範囲を示す高さ範囲２０４と、特定物の大きさの範囲を示す幅範囲２０６とが対応付けられている。ここで、特定物としては、「信号機（赤）」、「信号機（黄）」、「信号機（青）」、「テールランプ（赤）」、「ウィンカー（橙）」、「道路標識（赤）」、「道路標識（青）」、「道路標識（緑）」等、道路を走行する上で視認を要する様々な物が想定されている。特定物は図４に記載された物に限定されないのは言うまでもない。また、特定物テーブル２００では、特定物の特定に優先順位が定められており、当該環境認識処理はその優先順に従って、特定物テーブル２００における複数の特定物から順次選択された１の特定物毎に行われる。特定物のうち、例えば、特定物「信号機（赤）」には、輝度（赤）「２００以上」、輝度（緑）「５０以下」、輝度（青）「５０以下」、高さ範囲「４．５〜７．０ｍ」、幅範囲「０．１〜０．３ｍ」が対応付けられている。
【００３０】
本実施形態では、特定物テーブル２００に基づいて、輝度画像１２４内の任意の対象部位のうち、任意の特定物に関する輝度範囲２０２および高さ範囲２０４の条件を満たした対象部位が特定物の候補となる。例えば、対象部位の輝度が特定物「信号機（赤）」の輝度範囲２０２に含まれる場合、その対象部位の高さを導出し、その高さ範囲２０４が特定物「信号機（赤）」の輝度範囲「４．５〜７ｍ」に含まれていれば、その対象部位を特定物「信号機（赤）」の候補とする。そして、対象部位をグループ化した対象物が、特定物らしい態様で抽出されれば、例えば、グループ化した対象物の大きさが「信号機（赤）」の幅範囲「０．１〜０．３ｍ」に含まれれば特定物と判定される。特定物と判定された対象部位は、特定物固有の識別番号によってラベリングされている。ここで、対象部位は、画素や画素を集めたブロックを想定しているが、本実施形態では、説明の便宜上、画素を用いることとする。
【００３１】
中央制御部１５４は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、システムバス１５６を通じて、Ｉ／Ｆ部１５０やデータ保持部１５２を制御する。また、本実施形態において、中央制御部１５４は、輝度取得部１６０、位置情報取得部１６２、特定物仮決定部１６４、グループ化部１６６、特定物決定部１６８、パターンマッチング部１７０としても機能する。
【００３２】
輝度取得部１６０は、後述する特定物仮決定部１６４の制御指令に従って、受信した輝度画像１２４から、対象部位（画素）単位で輝度（画素単位で３つの色相（赤、緑、青）の輝度）を取得する。このとき、検出領域が例えば雨天や曇天であった場合、輝度取得部１６０は、本来の輝度を取得できるようにホワイトバランスを調整してから取得してもよい。
【００３３】
位置情報取得部１６２は、後述する特定物仮決定部１６４の制御指令に従い、距離画像１２６における検出領域１２２内のブロック毎の視差情報を、ステレオ法を用いて、水平距離ｘ、高さｙおよび相対距離ｚを含む三次元の位置情報に変換する。ここで、視差情報が、距離画像１２６における各対象部位の視差を示すのに対し、三次元の位置情報は、実空間における各対象部位の相対距離の情報を示す。したがって、相対距離や高さといった文言を用いる場合、実空間上の距離を指し、検出距離といった文言を用いる場合、距離画像１２６上の距離を指す。また、視差情報が画素単位ではなくブロック単位、即ち複数の画素単位で導出されている場合、その視差情報はブロックに属する全ての画素の視差情報とみなして、画素単位の計算を実行することができる。
【００３４】
図５は、位置情報取得部１６２による三次元の位置情報への変換を説明するための説明図である。位置情報取得部１６２は、まず、距離画像１２６を図５の如く画素単位の座標系として認識する。ここでは、図５中、左下隅を原点（０，０）とし、横方向をｉ座標軸、縦方向をｊ座標軸とする。したがって、視差ｄｐを有する画素は、画素位置ｉ、ｊと視差ｄｐによって（ｉ，ｊ，ｄｐ）のように表すことができる。
【００３５】
本実施形態における実空間上の三次元座標系を、車両１を中心とした相対座標系で考える。ここでは、車両１の進行方向右側方をＸ軸の正方向、車両１の上方をＹ軸の正方向、車両１の進行方向（前方）をＺ軸の正方向、２つの撮像装置１１０の中央を通る鉛直線と道路表面との交点を原点（０，０，０）とする。このとき、道路を平面と仮定すると、道路表面がＸ−Ｚ平面（ｙ＝０）と一致することとなる。位置情報取得部１６２は、以下の（数式１）〜（数式３）によって距離画像１２６上のブロック（ｉ，ｊ，ｄｐ）を、実空間上の三次元の点（ｘ，ｙ，ｚ）に座標変換する。
ｘ＝ＣＤ／２＋ｚ・ＰＷ・（ｉ−ＩＶ）  …（数式１）
ｙ＝ＣＨ＋ｚ・ＰＷ・（ｊ−ＪＶ）      …（数式２）
ｚ＝ＫＳ／ｄｐ                        …（数式３）
ここで、ＣＤは撮像装置１１０同士の間隔（基線長）であり、ＰＷは１画素当たりの視野角であり、ＣＨは撮像装置１１０の道路表面からの配置高さであり、ＩＶ、ＪＶは車両１の真正面における無限遠点の画像上の座標（画素）であり、ＫＳは距離係数（ＫＳ＝ＣＤ／ＰＷ）である。
【００３６】
したがって、位置情報取得部１６２は、対象部位の相対距離と、対象部位と同相対距離にある道路表面上の点と対象部位との距離画像１２６上の検出距離とに基づいて、道路表面からの高さを導出していることとなる。
【００３７】
特定物仮決定部１６４は、データ保持部１５２に保持された特定物テーブル２００に基づいて、対象物の輝度と高さとから、対象物に対応する特定物を仮決定する。
【００３８】
具体的に、特定物仮決定部１６４は、まず、輝度画像１２４における任意の対象部位の輝度を、輝度取得部１６０に取得させる。続いて、特定物仮決定部１６４は、特定物テーブル２００に登録されている特定物から任意の特定物を順次選択し、取得した１の対象部位の輝度が、順次選択した特定物の輝度範囲２０２に含まれるか否か判定する。そして、対象となる輝度範囲２０２に含まれれば、その対象部位に当該特定物を示す識別番号を付して、特定物マップを作成する。
【００３９】
特定物仮決定部１６４は、このような対象部位それぞれの輝度と特定物テーブル２００に登録されている複数の特定物の輝度範囲２０２との一連の比較を、複数の対象部位毎に順次実行する。ここで、特定物の選択順は、上述したように特定物テーブル２００に示された優先順位に従っている。即ち、図４の特定物テーブル２００の例では、「信号機（赤）」、「信号機（黄）」、「信号機（青）」、「テールランプ（赤）」、「ウィンカー（橙）」、「道路標識（赤）」、「道路標識（青）」、「道路標識（緑）」の順に比較処理が実行される。
【００４０】
また、上記優先順位に従って比較した結果、対象部位の輝度が優先順位の高い特定物の輝度範囲２０２に含まれていると判定された場合、それより優先順位が低い特定物に関する比較処理は最早行われない。したがって、１の対象部位に関して多くとも１の特定物を示す識別番号しか付されることはない。これは、複数の特定物が空間上で重なり合うことはないので、特定物仮決定部１６４によって一旦任意の特定物と判定された対象物は、最早、他の特定物であるか否かを判定する必要がないという理由に基づく。このように対象部位を排他的に取り扱うことによって、既に特定物が仮決定された対象部位の重複した特定処理を回避することができ、処理負荷を軽減することが可能となる。
【００４１】
図６は、特定物マップ２１０を説明するための説明図である。特定物マップ２１０は、輝度画像１２４に特定物の識別番号を重ねたものであり、特定物と仮決定された対象部位に相当する位置に、その特定物の識別番号が対応付けられる。
【００４２】
例えば、特定物マップ２１０中の部分マップ２１０ａでは、先行車両のテールランプに相当する複数の対象部位２１２の輝度が特定物「信号機（赤）」の輝度範囲２０２に含まれているので、特定物「信号機（赤）」の識別番号「１」が対応付けられる。また、特定物マップ２１０中の部分マップ２１０ｂでは、信号機の右側点灯部分に相当する複数の対象部位２１４の輝度が特定物「信号機（赤）」の輝度範囲２０２に含まれているので、特定物「信号機（赤）」の識別番号「１」が対応付けられる。さらに、特定物マップ２１０中の部分マップ２１０ｃでは、先行車両の背面ランプ部に相当する複数の対象部位２１６の輝度が、特定物「信号機（赤）」、「信号機（黄）」、「信号機（青）」といった順に輝度範囲２０２と比較され、最終的に、特定物「テールランプ（赤）」の識別番号「４」および「ウィンカー（橙）」の識別番号「５」が対応付けられる。図６では、輝度画像１２４の複数の対象部位に識別番号が付された図を提示しているが、かかる表現は理解を容易にするための概念的なものであり、実際には対象部位にデータとして識別番号が登録されている。
【００４３】
続いて、特定物仮決定部１６４は、位置情報取得部１６２を通じ、特定物マップ２１０において識別番号が付された対象部位の道路表面からの高さを取得する。そして、特定物仮決定部１６４は、その高さが、特定物テーブル２００において識別番号により特定される特定物の高さ範囲２０４に含まれているか否か判定する。
【００４４】
例えば、図６に示した特定物マップ２１０において、複数の部分マップに識別番号「１」が付されているとする。このうち、部分マップ２１０ｂにある対象部位２１４は、位置情報取得部１６２で導出された実空間上の高さが６ｍであるので、特定物「信号機（赤）」の高さ範囲「４．５〜７ｍ」に含まれると判定される。また、部分マップ２１０ａにある対象部位２１２は、高さが１ｍであるので、特定物「信号機（赤）」の高さ範囲「４．５〜７ｍ」に含まれないと判定される。ここで、特定物の高さ範囲２０４に含まれていないと判定された対象部位は、最早、特定物「信号機（赤）」の候補からは除外される。一方、特定物の高さ範囲２０４に含まれていると判定された対象部位に関しては、一旦、その特定物「信号機（赤）」であると仮決定される。
【００４５】
グループ化部１６６は、仮決定された任意の対象部位を基点として、その対象部位と、水平距離ｘの差分および高さｙの差分が所定範囲内にある、同一の特定物に対応すると仮決定された（同一の識別番号が付された）対象部位をグループ化し、対象物とする。ここで、所定範囲は実空間上の距離で表され、任意の値に設定することができる。また、グループ化部１６６は、グループ化により新たに追加された対象部位に関しても、その対象部位を基点として、水平距離ｘの差分および高さｙの差分が所定範囲内にある、特定物が等しい対象部位をグループ化する。結果的に、同一の特定物として仮決定された対象部位同士の距離が所定範囲内であれば、それら全てがグループ化されることとなる。
【００４６】
ここで、グループ化部１６６は、実空間上の水平距離や高さを用いて判定しているが、輝度画像１２４上や距離画像１２６上の検出距離で判定する場合に、グループ化のための所定範囲の閾値は、対象部位の相対距離に応じて変更される。図２等に示したように、輝度画像１２４や距離画像１２６では、遠近の物体が平面上に表されているため、本体遠方に位置する物体は小さく（短く）表され、近傍に位置する物体は大きく（長く）表される。したがって、輝度画像１２４や距離画像１２６における所定範囲の閾値は、例えば、遠方に位置する対象部位については短く、近傍に位置する対象部位については長く設定されることとなる。こうして、遠方と近傍とで検出距離が異なる場合であっても安定したグループ化が望める。
【００４７】
また、グループ化部１６６は、上述した水平距離ｘの差分や高さｙの差分に加えて、相対距離ｚの差分が所定範囲内にある、同一の特定物に対応すると仮決定された対象部位をグループ化してもよい。実空間では、水平距離ｘや高さｙが近似していたとしても、相対距離ｚが離れている場合、別体の対象物であることが想定される。したがって、水平距離ｘ、高さｙおよび相対距離ｚのいずれかが離れている場合、その対象部位のグループは独立した対象物とみなすこととする。こうして、高精度なグループ化を図ることができる。
【００４８】
また、ここでは、水平距離ｘの差分、高さｙの差分および相対距離ｚの差分をそれぞれ独立して判定し、全てが所定範囲に含まれる場合のみ同一のグループとしているが、他の計算によることもできる。例えば、水平距離ｘの差分、高さｙの差分および相対距離ｚの差分の二乗平均√（（水平距離ｘの差分）２＋（高さｙの差分）２＋（相対距離ｚの差分）２）が所定範囲に含まれる場合に同一のグループとしてもよい。かかる計算により、対象部位同士の実空間上の正確な距離を導出することができるので、グループ化精度を高めることができる。
【００４９】
特定物決定部１６８は、グループ化部１６６がグループ化した対象物が所定の条件を満たしていれば、その対象物を特定物として決定する。例えば、図４に示したように、特定物テーブル２００に幅範囲２０６が対応付けられている場合、特定物決定部１６８は、特定物テーブル２００に基づき、対象物の大きさが、対象物について仮決定された特定物の幅範囲２０６に含まれていれば、その対象物を対象となる特定物として決定することとする。ここでは、対象物が、特定物とみなすのに妥当な大きさであることを確認している。したがって、幅範囲２０６に含まれない場合、当該環境認識処理に不要な情報として除外することができる。
【００５０】
こうして、環境認識装置１３０では、輝度画像１２４から、１または複数の対象物を、特定物として抽出することができ、その情報を様々な制御に用いることが可能となる。例えば、特定物「信号機（赤）」を抽出することで、その対象物が、移動を伴わない固定された物であることが把握されると共に、その対象物が自車線に関する信号機であれば、自車両１は、停止または減速すべきであることを把握することができる。また、特定物「テールランプ（赤）」を抽出することで、そこに自車両１と共に走行している先行車両があり、かつ、その先行車両の背面が、特定物「テールランプ（赤）」の相対距離にあることを把握することができる。
【００５１】
パターンマッチング部１７０は、特定物決定部１６８が決定した特定物が例えば「標識」であり、その中には制限速度が表記されていることが想定される場合、さらに、表記されている数値についてパターンマッチングを実行し、その数値を特定する。こうして、環境認識装置１３０は、自車線の制限速度等を認識することができる。
【００５２】
本実施形態においては、まず、特定物決定部１６８によって複数に制限された特定物を抽出し、その抽出された特定物とのパターンマッチングのみ行えばよい。したがって、従来のように、輝度画像１２４全面に対してパターンマッチングを行うのに比べ処理負荷が格段に少なくなる。
【００５３】
（環境認識方法）
以下、環境認識装置１３０の具体的な処理を図７〜図１１のフローチャートに基づいて説明する。図７は、画像処理装置１２０から距離画像（視差情報）１２６が送信された場合の割込処理に関する全体的な流れを示し、図８〜図１１は、その中の個別のサブルーチンを示している。また、ここでは、対象部位として画素を挙げており、輝度画像１２４や距離画像１２６の左下隅を原点とし、画像水平方向に１〜６００画素、垂直方向に１〜２００画素の範囲で当該環境認識方法による処理を遂行する。また、ここでは、対象となる特定物の数を８つと仮定する。
【００５４】
図７に示すように、距離画像１２６の受信を契機に当該環境認識方法による割込が発生すると、画像処理装置１２０から取得した輝度画像１２４が参照されて特定物マップ２１０が生成される（Ｓ３００）。そして、画像処理装置１２０から取得した距離画像１２６に基づく対象部位の高さｙを通じて、特定物マップ２１０内の対象部位が特定物に仮決定される（Ｓ３０２）。
【００５５】
続いて、仮決定された特定物がグループ化され（Ｓ３０４）、グループ化された対象物が特定物として決定される（Ｓ３０８）。決定された特定物からさらに情報を得る必要があれば、パターンマッチング部１７０によって、特定物のパターンマッチングが実行される（Ｓ３０８）。以下、上記の処理を具体的に説明する。
【００５６】
（特定物マップ生成処理Ｓ３００）
図８を参照すると、特定物仮決定部１６４は、対象部位（画素）を特定するための垂直変数ｊを初期化（「０」を代入）する（Ｓ３５０）。続いて、特定物仮決定部１６４は、垂直変数ｊに「１」を加算（インクリメント）すると共に水平変数ｉを初期化（「０」を代入）する（Ｓ３５２）。次に、特定物仮決定部１６４は、水平変数ｉに「１」を加算し、特定物変数ｍを初期化（「０」を代入）する（Ｓ３５４）。ここで、水平変数ｉや垂直変数ｊを設けているのは、６００×２００の画素全てに対して当該特定物マップ生成処理を実行するためであり、特定物変数ｍを設けているのは、画素毎に８つの特定物を順次比較するためである。
【００５７】
特定物仮決定部１６４は、輝度画像１２４から対象部位としての画素（ｉ，ｊ）の輝度を輝度取得部１６０に取得させ（Ｓ３５６）、特定物変数ｍに「１」を加算し（Ｓ３５８）、特定物（ｍ）の輝度範囲２０２を取得し（Ｓ３６０）、画素（ｉ，ｊ）の輝度が特定物（ｍ）の輝度範囲２０２に含まれるか否か判定する（Ｓ３６２）。
【００５８】
画素（ｉ，ｊ）の輝度が特定物（ｍ）の輝度範囲２０２に含まれていれば（Ｓ３６２におけるＹＥＳ）、特定物仮決定部１６４は、その画素に特定物（ｍ）を示す識別番号ｐを対応付けて、画素（ｉ，ｊ，ｐ）とする（Ｓ３６４）。こうして、輝度画像１２４中の各画素に識別番号が付された特定物マップ２１０が生成される。また、画素（ｉ，ｊ）の輝度が特定物（ｍ）の輝度範囲２０２に含まれていなければ（Ｓ３６２におけるＮＯ）、特定物変数ｍが特定物の最大数である８を超えたか否か判定する（Ｓ３６６）。ここで、特定物変数ｍが最大値を超えていなければ（Ｓ３６６におけるＮＯ）、ステップＳ３５８の特定物変数ｍのインクリメント処理からを繰り返す。また、特定物変数ｍが最大値を超えていれば（Ｓ３６６におけるＹＥＳ）、当該画素（ｉ，ｊ）に対応する特定物は存在しないとして、次のステップＳ３６８に処理が移される。
【００５９】
続いて、特定物仮決定部１６４は、水平変数ｉが水平画素の最大値である６００を超えたか否か判定し（Ｓ３６８）、水平変数ｉが最大値を超えていなければ（Ｓ３６８におけるＮＯ）、ステップＳ３５４の水平変数ｉのインクリメント処理からを繰り返す。また、水平変数ｉが最大値を超えていれば（Ｓ３６８におけるＹＥＳ）、特定物仮決定部１６４は、垂直変数ｊが垂直画素の最大値である２００を超えたか否か判定する（Ｓ３７０）。そして、垂直変数ｊが最大値を超えていなければ（Ｓ３７０におけるＮＯ）、ステップＳ３５２の垂直変数ｊのインクリメント処理からを繰り返す。また、垂直変数ｊが最大値を超えていれば（Ｓ３７０におけるＹＥＳ）、当該特定物マップ生成処理を終了する。
【００６０】
（特定物仮決定処理Ｓ３０２）
図９を参照すると、特定物仮決定部１６４は、対象部位（画素）を特定するための垂直変数ｊを初期化（「０」を代入）する（Ｓ４００）。続いて、特定物仮決定部１６４は、垂直変数ｊに「１」を加算すると共に水平変数ｉを初期化（「０」を代入）する（Ｓ４０２）。次に、特定物仮決定部１６４は、水平変数ｉに「１」を加算する（Ｓ４０４）。
【００６１】
特定物仮決定部１６４は、対象部位としての画素（ｉ，ｊ）を抽出し（Ｓ４０６）、その画素（ｉ，ｊ）に特定物の識別番号ｐが対応づけられているか否か判定する（Ｓ４０８）。ここで、識別番号が対応付けられていれば（Ｓ４０８におけるＹＥＳ）、特定物仮決定部１６４は、輝度画像１２４の画素（ｉ，ｊ，ｐ）に相当する距離画像１２６の視差情報を位置情報取得部１６２に取得させる（Ｓ４１０）。そして、特定物仮決定部１６４は、視差情報ｄｐを含む画素（ｉ，ｊ，ｐ，ｄｐ）を実空間上の点（ｘ，ｙ，ｚ）に座標変換して、画素（ｉ，ｊ，ｐ，ｄｐ，ｘ，ｙ，ｚ）とする（Ｓ４１２）。このとき、視差情報ｄｐがブロック単位で割り当てられていた場合、そのブロック内全ての画素に同一の視差情報ｄｐを設定することで画素単位に変更する。そして、実空間上の点の高さｙが、その識別番号ｐで示される特定物の高さ範囲２０４に含まれるか否か判定する（Ｓ４１４）。
【００６２】
その高さｙが識別番号ｐで示される特定物の高さ範囲２０４に含まれていなければ（Ｓ４１４におけるＮＯ）、特定物仮決定部１６４は、画素（ｉ，ｊ，ｐ，ｄｐ，ｘ，ｙ，ｚ）に関連付けられている識別番号ｐをリセットし（「０」を代入）、画素（ｉ，ｊ，０，ｄｐ，ｘ，ｙ，ｚ）とする（Ｓ４１６）。高さｙが識別番号ｐで示される特定物の高さ範囲２０４に含まれていれば（Ｓ４１４におけるＹＥＳ）、識別番号は維持される。こうして、画素（ｉ，ｊ，ｐ，ｄｐ，ｘ，ｙ，ｚ）が特定物として仮決定されることとなる。また、識別番号が対応付けられていないと判定された場合（Ｓ４０８におけるＮＯ）、次のステップＳ４１８に処理が移される。
【００６３】
続いて、特定物仮決定部１６４は、水平変数ｉが水平画素の最大値である６００を超えたか否か判定し（Ｓ４１８）、水平変数ｉが最大値を超えていなければ（Ｓ４１８におけるＮＯ）、ステップＳ４０４の水平変数ｉのインクリメント処理からを繰り返す。また、水平変数ｉが最大値を超えていれば（Ｓ４１８にけるＹＥＳ）、特定物仮決定部１６４は、垂直変数ｊが垂直画素の最大値である２００を超えたか否か判定する（Ｓ４２０）。そして、垂直変数ｊが最大値を超えていなければ（Ｓ４２０におけるＮＯ）、ステップＳ４０２の垂直変数ｊのインクリメント処理からを繰り返す。また、垂直変数ｊが最大値を超えていれば（Ｓ４２０におけるＹＥＳ）、当該特定物仮決定処理を終了する。こうして、輝度画像１２４中の各画素に識別番号によって特定物が仮決定される。
【００６４】
また、ここでは、特定物マップ生成処理と特定物仮決定処理を分けておこなっているが、かかる２つの処理を水平変数ｉと垂直変数ｊのループ内で一度に処理することができる。
【００６５】
（グループ化処理Ｓ３０４）
図１０を参照すると、グループ化部１６６は、対象部位をグループ化するための所定範囲を参照し（Ｓ４５０）、対象部位（画素）を特定するための垂直変数ｊを初期化（「０」を代入）する（Ｓ４５２）。続いて、グループ化部１６６は、垂直変数ｊに「１」を加算すると共に水平変数ｉを初期化（「０」を代入）する（Ｓ４５４）。次に、グループ化部１６６は、水平変数ｉに「１」を加算する（Ｓ４５６）。
【００６６】
グループ化部１６６は、輝度画像１２４から対象部位としての画素（ｉ，ｊ，ｐ，ｄｐ，ｘ，ｙ，ｚ）を取得する（Ｓ４５８）。そして、その画素（ｉ，ｊ，ｐ，ｄｐ，ｘ，ｙ，ｚ）に、特定物の識別番号ｐが対応付けられているか否か判定する（Ｓ４６０）。ここで、識別番号ｐが対応付けられていれば（Ｓ４６０におけるＹＥＳ）、グループ化部１６６は、その画素（ｉ，ｊ，ｐ，ｄｐ，ｘ，ｙ，ｚ）の実空間上の座標（ｘ，ｙ，ｚ）から所定範囲内に、等しい識別番号ｐが対応付けられている他の画素（ｉ，ｊ，ｐ，ｄｐ，ｘ，ｙ，ｚ）が存在するか否か判定する（Ｓ４６２）。
【００６７】
識別番号の等しい他の画素（ｉ，ｊ，ｐ，ｄｐ，ｘ，ｙ，ｚ）が存在すれば（Ｓ４６２におけるＹＥＳ）、グループ化部１６６は、自己を含む所定範囲内の全ての画素のいずれかにグループ番号ｇが付されているか否か判定する（Ｓ４６４）。いずれかにグループ番号ｇが付されていたら（Ｓ４６４におけるＹＥＳ）、グループ化部１６６は、所定範囲に含まれる全ての画素および同一のグループ番号ｇが付されている全ての画素に、その付されているグループ番号のうち最も小さいグループ番号ｇ、および、グループ番号としてまだ利用されていない番号のうち最も小さい値のいずれか小さい方を付与して、画素（ｉ，ｊ，ｐ，ｄｐ，ｘ，ｙ，ｚ，ｇ）とする（Ｓ４６６）。また、いずれにもグループ番号ｇが付されていない場合（Ｓ４６４におけるＮＯ）、グループ番号としてまだ利用されていない番号のうち最も小さい値を、自己を含む所定範囲内の全ての画素に新規に付与する（Ｓ４６８）。
【００６８】
このように、所定範囲内に識別番号が等しい対象部位が複数存在する場合、１のグループ番号ｇを付すことによってグループ化を行う。このとき、複数の対象部位のいずれにも未だグループ番号ｇが付されていない場合、新規のグループ番号ｇを付すこととし、いずれかに既にグループ番号ｇが付されている場合、それと同一のグループ番号ｇを付すこととなる。ただし、複数の対象部位に複数のグループ番号ｇが存在する場合、１つのグループとみなすべきなので、その対象部位全てのグループ番号ｇを１のグループ番号ｇに置換することとする。
【００６９】
このとき、所定範囲に含まれる全ての画素のみならず、同一のグループ番号ｇが付されている全ての画素のグループ番号ｇを一度に変更しているのは、グループ番号ｇの変更により、すでに統一化されたグループを分離しないためである。また、最も小さいグループ番号ｇまたはグループ番号としてまだ利用されていない番号のうち最も小さい値のいずれか小さい方を採用しているのは、グループの採番において可能な限り欠番を出さないようにするためである。こうすることで、グループ番号ｇの最大値が無用に大きくなることがなくなり、処理負荷を軽減することが可能となる。
【００７０】
識別番号ｐが対応付けられていない場合（Ｓ４６０におけるＮＯ）、または、識別番号ｐの等しい他の画素が存在しない場合（Ｓ４６２におけるＮＯ）、次のステップＳ４７０に処理が移される。
【００７１】
続いて、グループ化部１６６は、水平変数ｉが水平画素の最大値である６００を超えたか否か判定し（Ｓ４７０）、水平変数ｉが最大値を超えていなければ（Ｓ４７０におけるＮＯ）、ステップＳ４５６の水平変数ｉのインクリメント処理からを繰り返す。また、水平変数ｉが最大値を超えていれば（Ｓ４７０におけるＹＥＳ）、グループ化部１６６は、垂直変数ｊが垂直画素の最大値である２００を超えたか否か判定する（Ｓ４７２）。そして、垂直変数ｊが最大値を超えていなければ（Ｓ４７２におけるＮＯ）、ステップＳ４５４の垂直変数ｊのインクリメント処理からを繰り返す。また、垂直変数ｊが最大値を超えていれば（Ｓ４７２におけるＹＥＳ）、当該グループ化処理を終了する。
【００７２】
（特定物決定処理Ｓ３０６）
図１１を参照すると、特定物決定部１６８は、グループを特定するためのグループ変数ｋを初期化（「０」を代入）する（Ｓ５００）。続いて、特定物決定部１６８は、グループ変数ｋに「１」を加算する（Ｓ５０２）。
【００７３】
特定物決定部１６８は、輝度画像１２４からグループ番号ｇがグループ変数ｋである対象物が存在するか否か判定し（Ｓ５０４）、存在すれば（Ｓ５０４におけるＹＥＳ）、そのグループ番号ｇが付された対象物の大きさを計算する（Ｓ５０６）。そして、計算した大きさが、グループ番号ｇがグループ変数ｋである対象物に対応付けられた識別番号ｐで示される特定物の幅範囲２０６に含まれるか否か判定する（Ｓ５０８）。
【００７４】
大きさが識別番号ｐで示される特定物の幅範囲２０６に含まれていれば（Ｓ５０８におけるＹＥＳ）、特定物決定部１６８は、その対象物を特定物として決定する（Ｓ５１０）。大きさが識別番号ｐで示される特定物の幅範囲２０６に含まれていない場合（Ｓ５０８におけるＮＯ）、または、グループ番号ｇがグループ変数ｋである対象物が存在しない場合（Ｓ５０４におけるＮＯ）、次のステップＳ５１２に処理が移される。
【００７５】
続いて、特定物決定部１６８は、グループ変数ｋが、グループ化処理において設定されたグループ番号の最大値を超えたか否か判定する（Ｓ５１２）。そして、グループ変数ｋが最大値を超えていなければ（Ｓ５１２におけるＮＯ）、ステップＳ５０２のグループ変数ｋのインクリメント処理からを繰り返す。また、グループ変数ｋが最大値を超えていれば（Ｓ５１２におけるＹＥＳ）、当該特定物決定処理を終了する。こうして、グループ化された対象物が正式に特定物として決定される。
【００７６】
以上、説明したように、環境認識装置１３０によれば、対象物を、輝度と高さといった複数のパラメータを通じて特定しているので、対象物を迅速に特定することで特定効率を向上し、処理時間の短縮化を図り処理負荷を軽減することが可能となる。
【００７７】
また、輝度と高さ、または、輝度と高さと大きさといった複数の条件をすべて満たす場合にのみ、その特定物を特定しているので、特定精度を向上することができる。
【００７８】
また、コンピュータを、環境認識装置１３０として機能させるプログラムや当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。
【００７９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８０】
上述した実施形態においては、まず、対象部位の輝度をいずれかの特定物に排他的に対応付け、高さ、および、対象部位をグループ化した対象物の大きさがその特定物として妥当であるか判定する例を挙げた。しかし、このような場合に限らず、特定物、輝度、高さ、大きさのいずれを基準にして判定してもよく、また、その判定順も任意に決定することが可能である。
【００８１】
また、上述した実施形態においては、対象物の三次元位置を複数の撮像装置１１０を用い画像データ間の視差に基づいて導出しているが、かかる場合に限られず、例えば、レーザレーダ測距装置等、既知の様々な距離測定装置を用いることができる。ここで、レーザレーダ測距装置は、検出領域１２２にレーザビームを投射し、このレーザビームが物体に当たって反射してくる光を受光し、この所要時間から物体までの距離を測定するものである。
【００８２】
また、上述した実施形態では、位置情報取得部１６２が、画像処理装置１２０から距離画像（視差情報）１２６を受けて三次元の位置情報を生成している例を挙げている。しかし、かかる場合に限られず、画像処理装置１２０において予め三次元の位置情報を生成し、位置情報取得部１６２は、その生成された三次元の位置情報を取得するとしてもよい。このようにして、機能分散を図り、環境認識装置１３０の処理負荷を軽減することが可能となる。
【００８３】
また、上述した実施形態においては、輝度取得部１６０、位置情報取得部１６２、特定物仮決定部１６４、グループ化部１６６、特定物決定部１６８、パターンマッチング部１７０は中央制御部１５４によってソフトウェアで動作するように構成している。しかし、上記の機能部をハードウェアによって構成することも可能である。
【００８４】
また、特定物決定部１６８は、例えば対象物の大きさが特定物の幅範囲２０６に含まれることをもって特定物と決定しているが、かかる場合に限らず、さらに、他の様々な条件を満たしている場合に特定物として決定してもよい。例えば、対象物中における水平方向および鉛直方向の相対距離の推移がほぼ等しい（連続する）場合や、ｚ座標に対する相対移動速度が等しい場合に特定物とする。このとき対象物中における水平方向および鉛直方向の相対距離の推移は、ハフ変換あるいは最小二乗法による近似直線によって特定することができる。
【００８５】
なお、本明細書の環境認識方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、検出領域における対象物の輝度に基づいて、その対象物を認識する環境認識装置および環境認識方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１     …車両
１２２  …検出領域
１２４  …輝度画像
１２６  …距離画像
１３０  …環境認識装置
１５２  …データ保持部
１６０  …輝度取得部
１６２  …位置情報取得部
１６４  …特定物仮決定部
１６６  …グループ化部
１６８  …特定物決定部
２００  …特定物テーブル
２０２  …輝度範囲
２０４  …高さ範囲
２０６  …幅範囲
２１０  …特定物マップ
【図１】
2012226689.tif 000003
【図２】
2012226689.tif 000004
【図３】
2012226689.tif 000005
【図４】
2012226689.tif 000006
【図５】
2012226689.tif 000007
【図７】
2012226689.tif 000008
【図８】
2012226689.tif 000009
【図９】
2012226689.tif 000010
【図１０】
2012226689.tif 000011
【図１１】
2012226689.tif 000012
【図６】
2012226689.tif 000013