JP2007240380A - トンネル内位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＧＰＳ衛星からの電波が受信できないトンネル内でも、自車位置が正確を正確に検出することができる「トンネル内位置検出装置」を提供する。
【解決手段】 マイクロコントローラ１１２は、光センサ１０６の出力に基づき、車両がＧＰＳ衛星からの電波が受信できないトンネル内に進入したと判定すると、トンネル内位置検出プログラムを起動する。これにより、車両に設置された撮像カメラ１０２、１０４はトンネル内を撮像し、画像処理部１１０によってトンネル内の照明と自車位置との相対的な位置関係を検出する。この相対的な位置関係に基づき、それぞれの照明間における自車の左右位置、前後位置を算出することで、トンネル内の自車位置を検出する。これにより、トンネル内での正確な自車位置が特定され、ユーザに対して正確な誘導案内を提供することを可能にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＧＰＳ信号を受信できないトンネル内で自車位置を検出するトンネル内位置検出装置に関する。

現在、目的地までの経路を探索し、これを案内するナビゲーションシステムが開発され、車両、または携帯端末等で利用されている。ナビゲーション装置は、車両位置を検出する方式として、ＧＰＳ衛星から電波を受信して測位するＧＰＳ方式と、車速センサおよびジャイロセンサ等を利用した自立航法方式の２種類がある。これらを併用し、車両の現在位置と現在の方位を検出している。高層ビル群などのＧＰＳ衛星からの電波受信環境が良くない場所では、自立航法方式のみを使用するが、細かい動きや長距離走行で蓄積する誤差が発生しやすい。このような問題を解決するための、車両位置の検出方法が提案されている。

特許文献１は、路面の表示線を画像処理によって認識し、車両の位置を正確に検出する方法である。従来の自立航法方式と比較し、表示線を常に基準に補正することができるためより正確に車両の位置を検出し正確な誘導案内を提供することができる。

特開２０００−１０５８９８

ナビゲーション装置において、ＧＰＳ方式は、軌道上のＧＰＳ衛星の電波で絶対位置を測定するものであるが、トンネル内では、ＧＰＳ衛星からの電波を受信することができないため、自立航法方式を利用する。しかしながら、自立航法方式は、上記したように相対的な変化量を加算するため、誤差が蓄積され、長いトンネルやカーブの大きなトンネルでは無視できないほどの大きな誤差が発生し、正確に自車位置を検出することができず、誤った誘導案内を行ってしまうという課題がある。一方、特許文献１で開示されている位置検出方法は、道路によっては、表示線が明確でない道路もあるために認識率が低下してしまい、トンネル内の十分な位置検出方法とは言えない。

本発明は、上記課題を解決すべく、ＧＰＳ衛星からの電波が受信できないトンネル内でも、自車位置を正確に検出することができる、トンネル内位置検出装置およびこれを用いたナビゲーション装置を提供することを目的としている。

本発明は、ＧＰＳ衛星からの電波が受信できないトンネル内での位置を検出する機能に関する。自車がトンネル内に進入したことが確認されると、トンネル内の位置検出プログラムが起動される。自車の左右のドアミラーには、おおよそ１８０°程度の視野角を持つ光学系を含む、２つの撮像カメラが設置されており、その撮像カメラで、トンネル内を撮像し、撮像された画像データを解析することでトンネル内にある照明を検出し、自車から照明までの距離と角度（相対的位置関係）を検出する。検出された照明までの距離と角度に基づき、進行方向上にある自車の前後位置と、進行方向に対して垂直な左右方向上にある自車の左右位置とを算出することで、トンネル内での自車位置を検出する。

本発明に係るトンネル内自車位置検出装置は、自車がトンネル内に侵入したか否かを判定する判定手段と、判定手段によりトンネル内に自車が進入したと判定されたとき、自車の左右に取り付けられた撮像カメラによりトンネル内を撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された画像データからトンネル内の照明の位置を解析し、照明と自車との相対的位置関係を検出する画像処理手段と、画像処理手段により算出された相対的位置関係に基づき、トンネル内の自車位置を算出する位置算出手段とを有する。

好ましくは、前記位置算出手段は、画像処理手段により検出された相対的位置関係に基づき、トンネル内での進行方向に垂直となる左右の位置を算出する第１の位置算出手段と、トンネル内での進行方向の位置を算出する第２の位置算出手段とを含む。画像処理手段は、自車の左右の各撮像カメラにより撮像された画像データから自車の左右に存在する照明と自車との左側角度および右側角度を検出し、前記第１の位置算出手段は、左側角度と右側角度を比較し、その比較結果に基づき、自車の左右位置を検出する。好ましくは、前記画像処理手段は、自車の左右の少なくとも一方の撮像カメラにより撮像された画像データから自車の前後に存在する照明と自車との前方角度または後方角度を検出し、第２の位置算出手段は、前方角度または後方角度の少なくとも一方により自車の進行方向の位置を検出する。

本発明によれば、トンネル内の照明と自車との相対的な位置関係を検出することで、より正確にトンネル内の自車位置を算出することができ、トンネル内における分岐点および車線変更等で正確な誘導案内を提供することができる。

本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係るトンネル内位置検出装置の構成を示すブロック図である。図２（ａ）は、車両の上面図であり、図２（ｂ）は、車両の背面図ある。トンネル内位置検出装置１００は、図２に示すように車両の左右のドアミラーに設置された撮像カメラ１０２、１０４と、周囲の明るさを検出する光センサ１０６と、撮像カメラ１０２、１０４により撮像された画像データを受け取り、画像データを解析してトンネル内の照明などを検出する画像処理部１１０と、自車位置を算出するプログラムや演算処理を行うマイクロコントローラ１１２と、トンネル内で自車位置を検出するプログラムや、演算処理データ等を記憶するメモリ１１４と、検出された自車位置を出力する出力部１１６によって構成されている。

左右のドアミラーに設置された撮像カメラ１０２、１０４は、ＣＣＤ撮像素子と、約１８０°程度の視野角θ１、θ２を持つ光学系とを含む。好ましくは、撮像カメラ１０２、１０４は、道路面に対し水平かつ進行方向に対し垂直に光軸を合わせた魚眼レンズを含み、その光軸を中心とした１８０°のお椀状の範囲を撮像する。本実施例では、２つの撮像カメラを用いてトンネル内を撮像するが、これに限らず、より多くの撮像カメラを用いてトンネル内を撮像してもよい。撮像カメラは、トンネル内専用の撮像カメラである必要は無く、自車がトンネル内を走行していないときには、自車周囲の障害物等を検出するものであってもよい。また、撮像カメラの取り付け位置は、必ずしもドアミラーに限るものではない。

画像処理部１１０は、撮像カメラ１０２、１０４からの画像データを解析し、トンネル内の照明位置を検出する。より多くの複数の撮像カメラを用いてトンネル内を撮像する場合には、複数の撮像カメラによって撮像された画像データを合成し、あたかも自車を中心とする一定範囲内のトンネル内を撮像するように視点変換し、そこから照明を抽出するようにしてもよい。

図３は、トンネル内の構成例を示す図である。トンネル内に車線２１０、２２０の２車線が通っており、トンネルの両側の内壁には、ほぼ一定の間隔で照明２００ａ〜２０６ａ、２００ｂ〜２０６ｂが設置されている。Ｐは、走行している自車位置である。

次に、図３に示すようなトンネル内を走行するときの自車位置検出方法について図４のフローチャートを参照して説明する。先ず、自車がトンネル内に侵入すると、マイクロコントローラ１１２は、光センサ１０６の出力に基づき、自車がトンネル内に侵入したと判定する（ステップＳ１０１）。これより、マイクロコントローラ１１２は、トンネル内位置検出プログラムを起動させ、画像処理部１１０を制御する。画像処理部１１０は、ドアミラーに設置された撮像カメラ１０２、１０４で撮像された画像データを解析し、トンネル内にある照明を検出するとともに、自車と照明との相対的位置関係を検出する（ステップＳ１０２）。

図５は、画像処理部１１０により画像データを自車背面方向から視点変換した状態、すなわち、自車を背面方向から投影した状態を示している。ここで、撮像カメラ１０２から左側方向にある照明２００ａとの左側角度をθ３とし、撮像カメラ１０４から右側方向にある照明２００ｂとの右側角度をθ４とする。画像処理部１１０は、トンネル内に侵入したと判定されると、撮像カメラ１０２、１０４からの画像データを一定周期で画像処理し、自車位置Ｐと左右の照明との角度θ３、θ４を検出する。

次に、マイクロコントローラ１１２は、画像処理部１１０からの検出結果を受け取り、トンネル内の進行方向に対して垂直方向の左右位置を算出する（ステップＳ１０３）。マイクロコントローラ１１２は、画像処理部１１０によって検出された左側角度θ３と右側角度θ４とを比較し、角度が大きい側の車線に自車が位置していると判定する。例えば、トンネル内が２車線２１０、２２０のとき、左側角度θ３と右側角度θ４との関係がθ３＞θ４であれば、マイクロコントローラ１１２は、左側角度θ３を検出した撮像カメラ１０２が設置されている左側の車線２１０に自車位置Ｐがあると判定する。その反対に、θ３＜θ４であれば、自車が右側の車線２２０に位置していると判定する。ここでは、２車線道路の例を示したが、２車線以上の道路であってもよい。その場合、２つの角度θ３とθ４との差分の間に車線数に応じた複数のしきい値を設定することで、どの車線を走行しているかを判定することができる。また、トンネル内の道路の車線数はナビゲーション装置に含まれるリンク情報を参照するようにしてもよい。

次に、マイクロコントローラ１１２は、トンネル内の進行方向上にある自車の前後位置を算出する（ステップＳ１０４）。図６は、画像処理部１１０により画像データを自車側面方向から視点変換した状態、すなわち自車の側面方向から投影した状態を示している。画像処理部１１０は、マイクロコントローラ１１２の左右位置の算出結果に基づき、左側ドアミラーに設置された撮像カメラ１０２により撮像された画像データを解析し、自車が走行している左側車線の内壁に設置されている照明２００ａ〜２００ｄを検出する。ここで、撮像カメラ１０２と照明２００ａとの成す角を後方角度θ５とし、撮像カメラ１０２と照明２０２ａとの成す角を前方角度θ６とし、撮像カメラ１０２から照明２００ａまたは２０２ａまでの高さをＨとする。画像処理部１１０は、画像データを一定の周期で解析し、前方または後方角度θ５、θ６および高さＨを検出する。

マイクロコントローラ１１２は、画像処理部１１０からの検出結果を受け取り、前後位置を算出する。すなわち、画像処理部１１０によって検出された照明の位置の高さＨと、後方角度θ５または前方角度θ６に基づき、距離Ａまたは距離Ｂを求め、前後位置を算出する。例えば、仮に照明２０２ａの座標を（Ｘ２，Ｈ）、２００ａの座標を（Ｘ１，Ｈ）としたとき、距離Ａは、Ｈ×tan^-1θ５で求めることができ、距離Ｂも同様に、Ｈ×tan^-1θ６で求めることができる。よって前後位置は、（Ｘ１+Ａ，０）、または（Ｘ２−Ｂ，０）となる。

マイクロコントローラ１１２は、第１の位置算出手法で算出された進行方向に対して垂直な方向上にある左右位置と、第２の位置算出手法で算出された進行方向上にある前後位置とを組み合わせ、トンネル内での自車位置Ｐを特定する（ステップＳ１０５）。マイクロコントローラ１１２は、光センサ１０６の出力を監視し、自車がトンネル外であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。トンネル内であれば、一連の動作を繰り返す。また、トンネル外であれば、トンネル内位置検出動作を終了する。なお、上記実施例では、トンネル内か否かを光センサを用いて行うようにしたが、これに限らず、他の検出方法を用いてもよい。さらに、自車の左右位置の検出に、画像データを自車背面方向から投影するようにした画像データを、自車前面方向から投影するようにしてもよい。

図７は、図１に示すトンネル内位置検出装置１００をナビゲーション装置２００に適応したときの構成を示すブロック図である。同図に示すように、ナビゲーション装置２００は、撮像カメラ１０２、１０４、画像処理部１１０、内部バスと接続されるバスインターフェース２１０、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して車両の現在位置と現在方位を測位するＧＰＳ受信機２１２、アンテナ２１４を介して車両外部の現在の道路交通情報を受信するＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System）・ＦＭ多重レシーバ２１６、操作パネル２２２、音声入力部２２４およびリモコン操作部２２６を含むユーザ入力インターフェース２２０、大容量のハードディスクを有する記憶装置２３０、無線または有線によりデータ通信を可能とするデータ通信制御部２３２、スピーカ２４２から音声を出力させる音声出力部２４０、ディスプレイ２５２に画像を表示させる表示制御部２５０、プログラムを記憶するプログラムメモリ２６０、データを一時記憶するデータメモリ２７０、および制御部２８０を含んでいる。

記憶装置２３０は、ナビゲーションの各種機能を実行するためのプログラムおよびデータベースを記憶する。データベースは、地図データ、施設データ等を含み、地図データは、道路に関するリンク(道路)データおよび交差点データを含む。リンクデータは、交差点と交差点とを連結する道路に関するデータであり、道路の始点と終点の経緯度を示すノードデータ、道路の種別（国道、一般道、県道など）を示すデータ、幅員、規制（例えば、一方通行）、車線数、トンネル内か否かなどのデータを含んでいる。

プログラムメモリ２６０は、記憶装置２３０に記憶されたプログラムをロードする。例えば、ＧＰＳ受信機２１２の測位結果に基づく自車位置の算出を行う自車位置算出プログラム２６２、自車位置を地図データの道路（リンク）上にマップマッチングするプログラム２６４、目的地までの最適経路（最適ルート）を探索するルート探索プログラム２６６、トンネル内で位置を検出する位置検出プログラム２６８等を格納する。データメモリ２７０は、目的地までの経路データ２７２、ＧＰＳ受信機２１２により測位された測位データ２７４、記憶装置２３０から読み出された自車位置に対応する地図データ２７６、トンネル内の照明位置２７８等を記憶する。制御部２８０は、これらのプログラムに従い、各部の動作を制御する。

図８は、トンネル内位置検出装置１００をナビゲーション装置２００に適応したときの動作を示すフローチャートである。制御部２８０は、例えば、ＧＰＳ受信機２１２により検出された自車位置から自車がトンネル内に侵入したと判断すると（ステップＳ２０１）、トンネル内位置検出プログラム２６８を起動し（ステップＳ２０２）、トンネル内の自車位置を検出する（ステップＳ２０３）。検出された位置は、制御部２８０により地図データ２７６上にマップマッチングされ（ステップＳ２０４）、次に、表示制御部２５０を介し、表示部２５２に表示される（ステップＳ２０５）。そして、トンネル内であるか否かが判定され（ステップＳ２０６）、トンネル内であれば、一連の動作を繰り返す。また、トンネル外であれば、トンネル内位置検出プログラムが終了される（ステップＳ２０７）。

図９は、ナビゲーション装置２００によるトンネル内の誘導案内表示例を示す図である。例えば、図９（ａ）に示すようにトンネル内の分岐点を右折するとき、従来のナビゲーション装置では、トンネル内で自車位置Ｐを正確に特定できず、誤った誘導案内３０２を行うことがあったが、ナビゲーション装置２００は、トンネル内位置特定プログラムを起動し、自車位置Ｐを正確に特定し、正確な誘導案内３００を行うことができる。また、図９（ｂ）に示すようにトンネルＴを退出した直後にある分岐点を左折する場合、トンネル内で車線変更が必要となり、ナビゲーション装置２００は、車線２２０から車線２１０へ車線変更するように誘導案内３０４を行う。さらに、図９（ｃ）に示すように、自車が車線２２０を走行中に後方から緊急車両Ｅが接近してきた場合、ナビゲーション装置２００は、ユーザに対して車線２２０から車線２１０へ車線を変更するように誘導案内３０６を行う。この場合、緊急車両Ｅは、撮像カメラ１０２、１０４により検出するようにしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明に係るトンネル内位置検出装置は、車両等に搭載されるナビゲーション装置、ナビゲーションシステム、あるいはナビゲーション機能を包含するコンピュータ等の電子装置において利用することができる。

本実施例に係るトンネル内位置検出装置の構成を示すブロック図である。 図２（ａ）は、車両に取り付けられた撮像カメラの配置を示す上面図である。図２（ｂ）は、車両に取り付けられた撮像カメラの配置を示す背面図である。 トンネル構成例を示す図である。 本実施例のトンネル内位置検出の動作を示すフローチャートである。 自車を背面方向から見たように視点変換した図である。 自車を側面方向から見たように視点変換した図である。 ナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。 位置検出装置をナビゲーション装置に適応したときの動作を示すフローチャートである。 ナビゲーション装置２００によるトンネル内の誘導案内表示例を示す図である。

符号の説明

１００：トンネル内位置検出装置 １０２、１０４：撮像カメラ
１０６：センサ １１０：画像処理部
１１２：マイクロコントローラ １１４：メモリ
１１６：出力部 ２００ａ〜２０６ａ：照明
２００ｂ〜２０６ｂ：照明 ２００：ナビゲーション装置
２３０：記憶装置

Claims (7)

1. トンネル内で自車位置を検出するトンネル内位置検出装置であって、
   自車がトンネル内に侵入したか否かを判定する判定手段と、
   判定手段によりトンネル内に自車が進入したと判定されたとき、自車の左右に取り付けられた撮像カメラによりトンネル内を撮像する撮像手段と、
   撮像手段により撮像された画像データからトンネル内の照明の位置を解析し、照明と自車との相対的位置関係を検出する画像処理手段と、
   画像処理手段により算出された相対的位置関係に基づき、トンネル内の自車位置を算出する位置算出手段と
   を有するトンネル内位置検出装置。
2. 前記位置算出手段は、画像処理手段により検出された相対的位置関係に基づき、トンネル内での進行方向に垂直となる左右の位置を算出する第１の位置算出手段と、トンネル内での進行方向の位置を算出する第２の位置算出手段とを含む、請求項１に記載のトンネル内位置検出装置。
3. 画像処理手段は、自車の左右の撮像カメラにより撮像された画像データから自車の左右に存在する照明と自車との左側角度および右側角度を検出し、前記第１の位置算出手段は、左側角度と右側角度を比較し、その比較結果に基づき、自車の左右位置を算出する、請求項２に記載のトンネル内位置検出装置。
4. 前記画像処理手段は、自車の左右の少なくとも一方の撮像カメラにより撮像された画像データから自車の前方または後方に存在する照明と自車との前方角度または後方角度を検出し、第２の位置算出手段は、前方角度または後方角度の少なくとも一方により自車の進行方向の位置を算出する、請求項３に記載のトンネル内位置検出装置。
5. 画像処理手段は、第１の位置算出手段により検出された側の撮像カメラからの画像データを用いて前方角度または後方角度を検出する、請求項４に記載のトンネル内位置検出装置。
6. 前記判定手段により自車がトンネル内に進入したと判定されたとき、前記画像処理手段は画像データの解析を開始する、請求項１に記載のトンネル内位置検出装置。
7. 請求項１ないし６いずれか１つに記載に記載されたトンネル内位置検出装置と、当該トンネル内位置検出装置により検出された自車位置を道路地図データ上に表示する表示手段とを備えた、ナビゲーション装置。
   

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