(57)【要約】【課題】表面上のエッジ検出を実施するシステム及び方法を提供する。【解決手段】例示のシステムは、表面に関連付けられた平面に対してほぼ垂直な見通し線を有するカメラ（２６）と、その平面に対して、予め規定された閾値量だけ垂直に満たない見通し線を有する１つ又は複数の照明源（２８）と、カメラと信号通信する処理装置（２４）とを含む。この処理装置は、カメラによって生成された画像を受け取り、受け取った画像を比較し、その比較に基づいて、取込み画像の１つ又は複数内に位置するエッジを特定する。【選択図】図１
2009080101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に関連付けられた平面に対してほぼ垂直な見通し線を有するカメラ（２６）と、
前記平面に対して、予め規定された閾値量だけ垂直に満たない見通し線を有する１つ又は複数の照明源（２８）と、
前記カメラと信号通信する処理装置（２４）であって、
前記カメラによって生成された画像を受け取るように構成された第１の構成要素と、
前記受け取った画像を解析し、前記解析に基づいて、前記解析画像の１つ又は複数内に位置するエッジを特定するように構成された第２の構成要素とを含む、処理装置（２４）とを備え、
少なくとも１つの光源が、前記カメラのフレームレート、及び予め規定された画像取込みプロトコルに相対してストロボ照明され、前記第１の構成要素が、前記カメラから受け取った前記画像を、前記光源の第１のものによって照明された１つ又は複数の第１の画像と、前記光源の第２のものによって照明された１つ又は複数の第２の画像とに分離するように構成され、前記第２の構成要素が、前記１つ又は複数の第１の画像の１つを、前記１つ又は複数の第２の画像の１つと比較し、前記第２の構成要素が、前記１つ又は複数の第１の画像の１つにある画素の輝度を、前記１つ又は複数の第２の画像の１つと比較し、前記第１及び第２の画像にある前記画素が、前記表面上のほぼ同じ位置に関連付けられる、表面上のエッジ検出を実施するシステム。
【請求項２】
表面に関連付けられた平面に対してほぼ垂直な見通し線を有するカメラを用いて、複数の画像を取り込むステップと、
前記平面に対して、予め規定された閾値量だけ垂直に満たない少なくとも１つの見通し線に沿って前記表面を照明するステップと、
前記取込み画像の少なくとも２つを解析するステップであって、前記少なくとも２つの画像の少なくとも１つが照明されるステップと、
比較に基づいて、前記解析画像の１つ又は複数内に位置するエッジを特定するステップと、
前記取込み画像を、第１の光源によって照明された１つ又は複数の第１の画像と、第２の光源によって照明された１つ又は複数の第２の画像とに分離するステップとを含み、
解析するステップが、前記１つ又は複数の第１の画像の１つを、前記１つ又は複数の第２の画像の１つと比較し、比較するステップが、前記１つ又は複数の第１の画像の１つにある画素の輝度を、前記１つ又は複数の第２の画像の１つと比較し、前記第１及び第２の画像にある前記画素が、前記表面上のほぼ同じ位置に関連付けられる、表面上のエッジ検出を実施する方法。
【請求項３】
前記照明するステップが、前記カメラの両側に配置された光源から前記表面を照明するステップ、又は、前記カメラのフレームレート、及び予め規定された画像処理プロトコルに相対して前記表面上に光をストロボ照明するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
自動移動車両では、道路のエッジ（edges;縁、へり）、芝生のエッジ、縁石など、ある隣接した特徴に関して、ナビゲーションを行うことが求められる。しかし、環境条件によってエッジのコントラストが大きく変動するため、受動光技術を用いてエッジの諸特徴を確実に検出し、追跡することは非常に困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明は、表面上のエッジ検出を実施するシステム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
事例のシステムは、表面に関連付けられた平面に対してほぼ垂直な見通し線
（a line of sight）を有するカメラと、その平面に対して、予め規定された閾値量だけ垂直に満たない見通し線を有する１つ又は複数の照明源と、カメラと信号通信する処理装置とを含む。この処理装置は、カメラによって生成された画像を受け取り、受け取った画像を比較し、その比較に基づいて、取込み画像の１つ又は複数内に位置するエッジを特定する。
【０００４】
[0003]本発明の一態様では、照明源は、カメラの両側に配置された少なくとも１つの光源を含む。[0004]本発明の別の態様では、光源は、カメラのフレームレート、及び予め規定された画像取込みプロトコルに相対してストロボ照明される。[0005]本発明の更に別の態様では、処理装置は、カメラから受け取った画像を、光源の第１のものによって照明された第１の画像と、光源の第２のものによって照明された第２の画像とに分離する。処理装置は、第１の画像の１つを第２の画像の１つと比較する。[0006]以下の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態、及び代替実施形態を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
[0009]図１は、自律的にエッジを特定し、その情報を用いて車両を制御するように構成された例示のシステム２０を有する車両１８を示す。システム２０は、少なくとも処理装置２４、カメラ２６、１つ又は複数の光源２８、車両制御構成要素３０、及びメモリ３２を含む。処理装置２４は、メモリ３２、カメラ２６、及び車両制御構成要素３０と信号通信しており、また、光源２８とも信号通信していてよい。
【０００６】
[0010]カメラ２６は、表面の画像を記録し、記録した画像を処理装置２４に送信する。１つ又は複数の光源２８は、カメラ２６が画像を記録する間、予め規定されたプロトコルに基づいて表面を照明する。処理装置２４は、記録画像を解析し、予め規定された閾値要件に基づいてエッジの位置を特定する。処理装置２４によって生成されたエッジ検出情報が、車両制御構成要素３０に送信される。次いで、車両制御構成要素３０は、検出されたエッジに関し、予め規定されたナビゲーション規則に基づいて車両１８をナビゲートする。
【０００７】
[0011]システム２０又はシステム２０の一部分（ただ１つの照明源（光源２８））を使用する例示の技術は、濃い影が生じるようにエッジを連続して照明することを含む。処理装置２４は、エッジ検出処理を用いて、照明されたエッジの位置を求める。
【０００８】
[0012]別の例示技術は、エッジによって生じる影が形成される第１の角度と、影が形成されない反対側の第２の角度とから交互に照明する（すなわちストロボ照明する）ことを含む。処理装置２４は、異なる光源の画像フレーム間の差を取り、その差分データに関して中央点（又は他の値）閾値を設定することによって、エッジを検出する。２つの光源が同じ明るさのものである場合、影のない領域の平均輝度は、ほぼ等しくなる。従って、影のない領域における差は、ほぼゼロになり、一方、影のある領域と影のない領域とにおける差は遙かに大きくなる。他の照明技術及び処理技術も使用できる。
【０００９】
[0013]図２Ａ、２Ｂは、カメラ２６に対する２つの側部光源２８ａ、ｂの配置の例を示す。光源２８ａ、ｂの正確な角度は、検出すべきエッジの想定される高さ、及び種類に応じて調整可能である。この例では、光源２８ａ、ｂは、それらの見通し線（ビーム角度）がカメラ２６の見通し線（中央線）から２０°よりも大きく離れるように配置される。
【００１０】
[0014]左の光源２８ａがまず、表面４０上に照明され、それによって表面４０の領域４２及び４４を露出させる。４２と４４との間の影にある間隙は、光源２８ａから発出する光によっては照明されない。次いで、カメラ２６は、その画像を取り込み、その画像をメモリ３２内に記憶する。次に、図２Ｂに示されるように、左の光源２８ａは停止し、右の光源２８ｂが作動し、それによって表面４０の全領域４６を照明する。その後、カメラ２６は別の画像を取得し、その画像をメモリ３２内に記憶する。次いで、処理装置２４は、記憶された画像を比較して、クロミナンス又は輝度などの、様々な画質の変化を特定する。処理装置２４は、画質の特定された変化を用いて、エッジ検出を実施する。エッジは、予め規定された画質において、画素の近接した対（又は他の組合せ）の閾値数が、閾値量だけ変動する場合に検出される。比較された画像の結果に対して、他のエッジ検出技術も使用できる。
【００１１】
[0015]一実施形態では、光源２８ａ、ｂは、カメラ２６のフレームレート（ビデオ）に相対して、予め規定された周波数でストロボ照明される。例えば、カメラが６０Ｈｚの原フレームレートを有し、２つの光源が使用される場合、ストロボ周波数は、各ストロボライトについて、すなわち、交番するフレームにつき１つのストロボライトで、３０Ｈｚよりも高くはならない。エッジを検査するのに必要となるレートは、車両の速度、追跡するエッジの直線性／変遷性（ｄｙｎａｍｉｃｓ）、ストロボの休止期間、エッジ観測の間に惰走する車両の能力、及び他の要因に依存する。別の実施形態では、光源２８ａ、ｂは、連続して照明されても、又は、様々な他の照明方式（ストロボ照明など）で代替されてもよく、それによって、処理装置２４は所望の表面に関して様々な照明方式を解析することが可能となる。
【００１２】
[0016]図３は、システム２０による検出が望まれる狭チャネル５２を含む表面５０を示す。より良好な照明強化をもたらすために、第２の光源２８ｂは、カメラ２６の見通し線から３０°未満の角度差を備えた見通し線を有する。実際の角度は、スロットの深さ及び幅に依存する。その角度は、カメラ２６と同じ平面にあっても、又は３０°を超えてもよい。光源２８ａ、ｂの、カメラ２６及び表面５０に対する角度は、処理装置２４によるエッジ検出を高めるために、最良の照明結果をもたらすように設定される。また、スロットの深さ／幅比に応じて、左右の偏差のために、スロットを追跡するのに３つ以上の光源（第３の光源２８ｃ）が必要となることもある。
【００１３】
[0017]図４は、表面５６上の高くなったエッジ５８を特定するのに使用するシステム２０の別の応用例を示す。図２Ａ、２Ｂに記載された工程と同様に、光源２８ａ、ｂは、交互に照明され、それによって、カメラ２６は、エッジ（この場合は高くなったエッジ）が存在するかどうか解析、比較し、特定するために、異なる角度のついた光源を用いて様々な画像を取り込むことが可能となる。
【００１４】
[0018]本発明の一実施形態では、光源２８は、蛍光灯、白熱灯、又はキセノン灯など、いくつかの可視照明源のいずれでもよい。[0019]光源２８はまた、赤外光を生じる発光ダイオード（ＬＥＤ）、又はレーザ光線を生じるレーザダイオードなどの不可視照明を生じることもできる。レーザ光源が使用される場合、標的となる表面に沿って所望のパターンでレーザ光線を走査する機構が含まれてもよい。
【００１５】
[0020]他の実施形態では、３つ以上の光源が、カメラ２６に対して様々な他の角度で使用されてもよい。また、低照度の環境では、単一の光源でも、処理装置２４がエッジを検出できるのに十分な影を生じることができよう。照明源のどのような組合せも使用できる。また、照明源は、特定の色の照明が望まれるときなど、ある周波数範囲に限定できる。
【００１６】
[0021]一実施形態では、車両１８（図１）は、改善されたエッジ検出能力を有することから利点が得られる、様々な車両のどのようなもの、例えば自動芝刈機でもよい。上記で論じたエッジ検出能力は、ＧＰＳなどの他のナビゲーションシステムと組み合わせて、より包括的な自動ナビゲーションシステムをもたらすことができる。
【００１７】
[0022]車の助手席側の縁石のような上向きの段差（ｓｔｅｐ  ｕｐ）、又は芝生の未刈地と刈取地とのエッジのような下向きの段差（ｓｔｅｐ  ｄｏｗｎ）など、エッジの形状が定まっており、既知の場合、光源の配置、及び影のパターンに対するエッジの位置もまた、定まる。エッジの形状が定まっていない場合、このシステムは、上記で図に示された照明パターン及び技術のいくつかを組み合わせて、エッジが異なる角度から照明されたときに生じるコントラストのパターンに基づき、エッジの形状を推定することが可能となる。
【００１８】
[0023]周辺光が低い、又は、補足光の周波数を周辺光からフィルタリングできる場合、影と照明された表面とのコントラストがより大きくなるため、取込み画像を処理してエッジを特定することが遙かに効果的になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に従って形成されたシステムのブロック図である。
【図２Ａ】図１のシステムを用いた側部照明技術の側面図である。
【図２Ｂ】図１のシステムを用いた側部照明技術の側面図である。
【図３】図１のシステムを用いた側部照明技術の側面図である。
【図４】図１のシステムを用いた側部照明技術の側面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１８  車両
２０  システム
２４  処理装置
２６  カメラ
２８ａ、ｂ、ｃ  光源
３０  車両制御構成要素
３２  メモリ
４０  表面
４２  領域
４４  領域
４６  全領域
５０  表面
５２  狭チャネル
５６  表面
５８  エッジ
【図１】
2009080101.tif 000003
【図２Ａ】
2009080101.tif 000004
【図２Ｂ】
2009080101.tif 000005
【図３】
2009080101.tif 000006
【図４】
2009080101.tif 000007
【外国語明細書】
2009080101000001.pdf