JPH07282268A

JPH07282268A - 白線位置決定装置

Info

Publication number: JPH07282268A
Application number: JP6101881A
Authority: JP
Inventors: Mare Kitagawa; 希北川; Hiroyuki Kani; 博之可児; Michiya Okuno; 倫也奥野
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1994-04-15
Filing date: 1994-04-15
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】大きなメモリ領域を必要とせず、演算時間の
短縮と回路構成の簡易化を実現する。【構成】路面画像を得る撮像器と、得られた路面画像
を水平方向へ走査し、画像の明度が相対的に所定以上高
く変化する位置をアップエッジと判定するとともに、画
像の明度が相対的に所定以上低く変化する位置をダウン
エッジと判定するエッジ判定回路と、上記アップエッジ
とダウンエッジの画像上の間隔が所定の限界値以下の時
に、これらアップエッジとダウンエッジの対に基づいて
画像上の白線位置を決定する白線位置決定回路２とを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は撮像器によって得られた
路面画像の白線位置を決定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】路面上の白線は、車両や自走ロボット等
を自動走行せしめる際の案内標識となるもので、白線位
置を正確に把握できる簡易な装置の実現が望まれてい
る。

【０００３】かかる白線位置の決定方法として従来、Ｃ
ＣＤカメラ等の撮像器により得られた画像上の白線エッ
ジを検出するものが知られており、このエッジ検出法と
して、ゾーベルフィルタやラプラシアンフィルタ等の各
種空間フィルタが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかるフィル
タリングは、コンボリューション演算を施すために画像
データを一旦メモリに保存する必要があり、比較的大き
なメモリ領域を要するという問題があるとともに、演算
の処理時間や回路規模も大きくなる。また、エッジ強調
のためのしきい値を、画像毎に変更しなければならない
煩わしさもある。

【０００５】本発明はかかる課題を解決するもので、大
きなメモリ領域を必要とせず、演算時間の短縮と回路構
成の簡易化を実現した路面の白線位置決定装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の構成では、路
面画像を得る撮像手段３と、得られた路面画像を水平方
向へ走査し、画像の明度が相対的に所定以上高く変化す
る位置をアップエッジと判定するとともに、画像の明度
が相対的に所定以上低く変化する位置をダウンエッジと
判定するエッジ判定手段１と、上記アップエッジとダウ
ンエッジの画像上の間隔が所定の限界値以下の時に、こ
れらアップエッジとダウンエッジの対に基づいて画像上
の白線位置を決定する白線位置決定手段２とを有してい
る。

【０００７】請求項２の構成では、上記エッジ判定手段
１は、走査線上の所定間隔離れた複数の画素の明度を比
較して上記アップエッジとダウンエッジの判定をするよ
うに設定されている。

【０００８】請求項３の構成では、上記エッジ判定手段
１は、路面画像の水平走査が終了する毎に、路面画像を
垂直方向へ走査するように設定され、かつエッジ判定手
段１の垂直走査が進む毎に、当該垂直走査位置での水平
走査における上記アップエッジとダウンエッジの画像上
の間隔限界値を変更設定する限界値設定手段２をさらに
設ける。

【０００９】

【作用】請求項１の構成において、画像明度が相対的に
所定以上高くあるいは低く変化する位置をそれぞれアッ
プエッジないしダウンエッジと判定するから、画像全体
が暗くなる場合等にも、しきい値を変更することなくエ
ッジの抽出が確実になされる。また、画像上の間隔が所
定の限界値以下のアップエッジとダウンエッジの対に基
づいて白線位置を決定しており、上記間隔限界値を実際
の白線の幅に応じて決定しておけば、ノイズを排除して
正確な白線位置の決定が可能である。かくして、複雑な
フィルタリング演算を行うことなく、簡易かつ迅速に白
線位置を決定することができ、しきい値を変更する煩わ
しさもない。

【００１０】請求項２の構成においては、アップエッジ
とダウンエッジの判定を、走査線上の所定間隔離れた複
数の画素の明度を比較して行っているから、ノイズを排
除して確実なエッジ判定が可能である。

【００１１】請求項３の構成においては、画像上の垂直
走査が進む毎にアップエッジとダウンエッジの間隔限界
値が変更設定される。この変更設定を、近くから遠くへ
延びる実際の白線幅の変化に応じて行うようになせば、
さらに良好にノイズの影響を除去して正確な白線位置の
決定を行うことができる。

【００１２】

【実施例】図９に示すような、ＣＣＤカメラにより得ら
れる走行車両の前方画像から白線を検出判定する手順と
回路を以下に説明する。説明の容易のために図９から白
線（レーンマーク）のみを取り出してアップエッジとダ
ウンエッジを判定する場合について説明すると、図１に
示す入力画像を水平に走査した場合、レーンマークを横
切る際に画像の明度はステップ的に大きくなってアップ
エッジとなり、その後、レーンマークの横断を終了する
際に明度はステップ的に小さくなってダウンエッジとな
る。なお、図中、Ａi は水平走査におけるｉ番目の画素
の明度を示す。

【００１３】そこで、ノイズをある程度排除して上記ア
ップエッジおよびダウンエッジを判定するために、上記
ｉ番目と、これに対して前後にｎ画素離れた（ｉ−ｎ）
番目と（ｉ＋ｎ）番目の画素の明度Ａi-n 、Ａi+n にも
注目して、これらの相対的な高低により上記各エッジを
判定する。この場合の判定の方法を表１に示す。

【００１４】表１中、Ｌは最も明度の低いものであり、
かかる明度Ｌを基準にして所定のしきい値ＴＨＬを加え
た明度（Ｌ＋ＴＨＬ）に対し、Ｈ＞（Ｌ＋ＴＨＬ）を満
足する場合を明度Ｈとする。表はｎ＝１とした時（すな
わち（ｉ−ｎ），ｉ，（ｉ＋ｎ）が互いに隣り合う画素
である場合）に、水平走査された各画素の明度が表中の
折れ線グラフで示すように変化した場合の、判定の種類
とその結果を示し、Ｕはアップエッジ、Ｄはダウンエッ
ジである。

【００１５】表１より明らかなように、Ｈ，Ｌの二段階
で明度を判定した場合にはタイプ１〜タイプ４の４種類
の判定方法が可能であるが、いずれの方法でも一時的に
明度が変化するノイズの影響を完全には除去できない。
明度をＨ，Ｍ，Ｌの三段階で判定すると、表に示すよう
にノイズの影響を受けない判定が可能であるが、これを
実現する回路の構成が複雑になってしまう。ここで、明
度ＭはＭ＞Ｌ＋ＴＨＬ1 かつＭ＜Ｈ−ＴＨＬ2 （ＴＨＬ
１，ＴＨＬ２はしきい値）を満足する明度である。な
お、判定に使用する画素の数は上述の３つに限られず、
４つ以上とすることができ、この場合も表１の最下欄に
示すようにノイズの影響を完全に除去できるが、やはり
回路構成は複雑化する。一方、表１の最上欄に示すよう
に画素の数を２つにすると、いずれのノイズ部分でもレ
ーンマークにおけると同様のアップエッジＵ、ダウンエ
ッジＤの対が現れてノイズ除去に工夫を要する。

【００１６】そこで、本実施例では、３画素Ａi-n ，Ａ
i ，Ａi+n で判定を行うこととし、表１のタイプ１によ
るエッジ判定の手順を図２に示す。ステップ１０１でＡ
i-n とＡi+n を比較し、Ａi+n ＞Ａi-n ＋ＴＨＬであれ
ばステップ１０２に進んでＡi+n とＡi を比較する。Ａ
i+n ＞Ａi ＋ＴＨＬであれば「ＬＬＨ」（表１参照）で
あるから、ｉ番目の画素位置でアップエッジが生じてい
ると判定する（ステップ１０３）。上記ステップ１０１
の判断が否定的な場合は、ステップ１０５でＡi-n とＡ
i+n を比較し、Ａi-n ＞Ａi+n ＋ＴＨＬであればステッ
プ１０６に進んでＡi-n とＡi を比較する。Ａi-n ＞Ａ
i ＋ＴＨＬであれば「ＨＬＬ」（表１参照）であるか
ら、ｉ番目の画素位置でダウンエッジが生じていると判
定する（ステップ１０７）。その他の場合にはエッジは
生じていないと判定する（ステップ１０４，１０８，１
０９）。

【００１７】図３には上記手順を高速で行うエッジ判定
回路１の回路例を示す。該判定回路は直列に接続された
２つのｎ段シフトレジスタ１１Ａ，１１Ｂを有し、これ
らレジスタ１１Ａ，１１ＢにＣＣＤカメラからのＡi+n
信号が入力すると、シフトレジスタ１１ＡからはＡi 信
号が、シフトレジスタ１１ＢからはＡi-n 信号が得られ
る。なお、この場合の各信号Ａi-n ，Ａi ，Ａi+n はＣ
ＣＤカメラのアナログ出力を図略のＡ／Ｄ変換器でデジ
タル化したものである。

【００１８】上記各信号Ａi-n ，Ａi ，Ａi+n はそれぞ
れ加算器１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに入力し、しきい値Ｔ
ＨＬが加算される。加算後の各信号（Ａi-n ＋ＴＨ
Ｌ），（Ａi ＋ＴＨＬ），（Ａi+n ＋ＴＨＬ）と上記信
号Ａi-n ，Ａi+n は比較器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１
３Ｄに入力して相互に比較される。比較器１３Ｂの出力
はＡi+n ＞Ａi ＋ＴＨＬの時に「１」レベルとなり、ま
た比較器１３Ｃの出力はＡi+n ＞Ａi-n ＋ＴＨＬの時に
「１」レベルとなって、これら比較出力はＡＮＤゲート
１４Ａに入力している。一方、比較器１３Ａの出力はＡ
i-n ＞Ａi ＋ＴＨＬの時に「１」レベルとなり、また比
較器１３Ｄの出力はＡi-n ＞Ａi+n ＋ＴＨＬの時に
「１」レベルとなって、これら比較出力はＡＮＤゲート
１４Ｄに入力している。しかして、各ＡＮＤゲート１４
Ａ，１４Ｂの出力ＬＳＢ，ＭＳＢが「１」、「０」とな
った時にアップエッジが生じていると判定され、
「０」、「１」となった時にダウンエッジが生じている
と判定される。

【００１９】このようにして、アップエッジ、ダウンエ
ッジが判定された場合の再生画像を図１０に示す。図の
白丸がアップエッジ、黒丸がダウンエッジである。図よ
り知られる如く、ノイズを排して路面上のレーンマーク
のエッジがクリヤに抽出されているが、これ以外に、路
側帯の電柱等のエッジも同時に抽出されている。

【００２０】そこで次に、レーンマークのエッジのみを
選択する手順について説明する。平行に延びるレーンマ
ークは図４に示す如く、画像上の一点に収束する。これ
を消失点という。図中、画像の縦方向画角はθV ，縦方
向画素数はｎV であり、横方向画角はθh ，横方向画素
数はｎh である。また、消失点よりＹだけ下方へ離れた
位置の画像上のレーンマークの幅をＷとする。

【００２１】図５において、消失点は撮像器３の光軸上
にあり、上記画像上でＹだけ離れた位置の画角をθ1 と
すると、 θ1 ＝ｔａｎ^-1（ｈ／ｚ）…… である。ここで、ｈは撮像器３の高さ、ｚは上記Ｙだけ
離れた位置の実空間での距離である。また、θ1 ＝Ｙ・
θV ／ｎV であるから、これを式に代入して、ｚ＝ｈ／ｔａｎ（Ｙ・θV ／ｎV ）…… となる。

【００２２】レーンマークの幅Ｗの画角を図６に示す如
くθ2 とすると、 θ2 ＝ｔａｎ^-1（ｄ／ｚ）…… と近似できる。ここで、ｄはレーンマークの実際の幅で
ある。また、θ2 ＝Ｗ・θh ／ｎh であるから、これを
式に代入して、Ｗ＝（ｎh ／θh ）ｔａｎ^-1（ｄ／ｚ）…… となる。この式に上記式を代入すると、Ｗ＝（ｎh ／θh ）ｔａｎ^-1（ｄ・ｔａｎ（Ｙ・θV ／ｎV ）／ｈ）…… となる。しかして、式より知られる如く、画像上のレ
ーンマークの幅ＷはＹの関数になる。したがって、水平
走査時の画像上の間隔が、垂直走査位置により変わる上
記幅Ｗ以内にあるアップエッジとダウンエッジを選択す
れば、これがレーンマークのエッジを示す確率が高い。

【００２３】図７にはレーンマークのエッジを選択して
レーンマーク位置を決定する手順を示す。図において、
ステップ２０１、２０２でｉ，ｊをリセットする。ここ
で、ｉは横方向の画素番号、ｊは縦方向の画素番号であ
る。ステップ２０３でＡｉがアップエッジであれば、こ
の時のｉの値をｕとして記憶するとともに（ステップ２
０４）、ｉをカウントアップする（ステップ２０５）。
ｉが横方向の最終画素番号ｙｏｋｏに至っていない場合
には（ステップ２０６）、ステップ２０７でＡｉがダウ
ンエッジか確認する。ダウンエッジであれば、（ｉ−
ｕ）すなわちアップエッジとダウンエッジの間隔を算出
して（ｉ−ｕ）＜Ｗの時にレーンマークのエッジと判定
し、ステップ２０９でレーンマークの横方向位置を（ｉ
＋ｕ）／２、縦方向位置をｊと決定する。

【００２４】レーンマークの位置を決定した後、ステッ
プ２１０へ進んでｉをカウントアップし、ステップ２１
１でｉが最終画素番号ｙｏｋｏに至っていなければ再び
ステップ２０３以下を繰り返す。ｉが最終画素番号ｙｏ
ｋｏに至っている場合には、ステップ２１２でｊをカウ
ントアップし、縦方向の最終画素番号ｔａｔｅに至って
いるか確認する。最終画素番号ｔａｔｅに至っていれば
処理を終了し、至っていなければステップ２０２以下を
繰り返す。

【００２５】上記ステップ２０３でＡｉがアップエッジ
でない場合、あるいはステップ２０８で（ｉ−ｕ）＜Ｗ
でない場合には、ステップ２１０以下へ進む。また、ス
テップ２０７でＡｉがダウンエッジでない時は、ステッ
プ２１４にてＡｉがアップエッジか否か確認する。そし
て、アップエッジであればステップ２０４で先にｕとし
て記憶したｉの値に代えて、この時のｉの値をｕとして
記憶する。ステップ２１４でＡｉがアップエッジでなけ
ればステップ２０５へ進んでｉをカウントアップし、ス
テップ２０６以下を行う。

【００２６】かくして、上記手順により、画像中のアッ
プエッジとダウンエッジのうち、その間隔が限界値であ
る幅Ｗ以下の対（図１１で横線で結んだエッジ対）のみ
が選択されて、路側帯の電柱等によるエッジが消去さ
れ、ほぼレーンマークのエッジのみが抽出される（図１
２）。かくして、抽出されたエッジよりレーンマーク位
置が正確に決定される。

【００２７】図８には上記手順を高速で実現するレーン
マーク決定回路２の回路例を示す。図において、クロッ
ク信号が入力するＸカウンタ２１Ａと水平走査の開始時
に出力される水平同期信号（ＨＤ）が入力するＹカウン
タ２１Ｂが設けられ、Ｘカウンタは上記ＨＤ信号により
リセットされて順次横方向の画素番号をカウントする。
一方、Ｙカウンタは垂直走査の開始時に出力される垂直
同期信号（ＶＤ）によりリセットされて順次縦方向の画
素番号をカウントする。これら両カウンタの出力はラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２８に入力している。

【００２８】減算器２２が設けられて、そのＡ入力端子
にＹカウンタ２１Ｂの出力が入力するとともに、そのＢ
入力端子には、垂直走査が開始される画像の上辺を基準
とした消失点（図４参照）の縦方向画素位置が予め入力
されている。減算器２２の出力は（Ａ端子入力−Ｂ端子
入力）であり、これは消失点からの縦方向画素数Ｙ（図
４）に相当する。垂直走査が消失点の画素位置に至るま
では上記出力は負の値であり、垂直走査が消失点を越え
ると正の値になる。

【００２９】減算器２２の後段に接続されたリードオン
リメモリ（ＲＯＭ）２３には、減算器２２の出力、すな
わち上記画素数Ｙの正の値に対応して上式により算出
される画像上のレーンマーク幅Ｗが予め記憶してあり、
入力する上記画素数Ｙに対応したレーンマーク幅Ｗが出
力される。

【００３０】カウンタ２１Ｃが設けられ、これはクロッ
ク信号をカウントするとともに、エッジ判定回路（図
３）のＬＳＢ，ＭＳＢ出力をデコードしてアップエッジ
の検出時に発せられるＵＰ信号によりリセットされる。
このカウンタ２１Ｃの出力は比較器２４のＡ入力端子に
入力し、そのＢ入力端子には上記ＲＯＭ２３からのレー
ンマーク幅Ｗが入力している。比較器２４の出力は（Ａ
端子入力＜Ｂ端子入力）の時、すなわち、上記カウンタ
２１Ｃの出力がレーンマーク幅Ｗを越えない範囲で
「１」レベルとなる。

【００３１】フリップフロップ（Ｆ．Ｆ．）２６が設け
られ、これはＯＲゲート２５を介して入力する、ダウン
エッジ検出時のＤＯＷＮ信号ないしＨＤ信号の立ち下が
りでリセットされる。上記Ｆ．Ｆ．２６のセットは上記
ＵＰ信号によりなされる。しかして、ＵＰ信号が入力し
てからＤＯＷＮ信号が入力するまでの間に比較器２４の
出力が「１」レベルに維持されていれば、すなわち、ア
ップエッジからダウンエッジまでの間隔がレーンマーク
幅Ｗ以下であれば、ＡＮＤゲートより「１」レベルの書
き込み信号が発せられ、この時の両カウンタ２１Ａ，２
１Ｂの出力、すなわちダウンエッジの縦方向画素番号と
横方向画素番号がレーンマーク位置としてＲＡＭ２８に
記憶される。なお、本回路ではダウンエッジの位置をレ
ーンマーク位置として記憶しており、図７に示したフロ
ーチャートが、レーンマークの中央位置（ｉ＋ｕ）／２
を算出しているのとは異なるが、その差は小さいから実
用上の問題はない。もちろん、回路素子の増設によりレ
ーンマークの中央位置を出力することも可能である。

【００３２】かくして、複雑な演算や大規模な回路を使
用することなく、簡易かつ迅速にレーンマークの位置を
決定することができる。

【００３３】なお、上記実施例においては、アップエッ
ジとダウンエッジの対を選択する条件を、これらの間隔
がレーンマーク幅Ｗ以下になることとしたが、これに代
えて、レーンマーク幅Ｗの近傍とする条件を使用しても
良い。

【００３４】また、演算速度が十分確保されれば、図
２、図７のフローチャートで示した手順を、ハードウエ
アに代えてマイクロコンピュータ等のソフトウエアで実
行することも可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上の如く、本発明の路面の白線位置決
定装置によれば、演算規模を大きくすることなく、ノイ
ズ成分を効果的に除去して簡易かつ迅速に白線位置を決
定することができ、車両や自走ロボット等の自動走行制
御に好適に使用できる。

【００３６】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】路面画像およびその明度変化を模式的に示した
図である。

【図２】エッジ判定の処理手順を説明するフローチャー
トである。

【図３】エッジ判定回路の回路図である。

【図４】路面画像の概略図である。

【図５】撮像器と路面との位置関係を示す側面図であ
る。

【図６】撮像器と路面との位置関係を示す平面図であ
る。

【図７】レーンマーク位置の決定手順を示すフローチャ
ートである。

【図８】レーンマーク位置決定回路の回路図である。

【図９】撮像器で得られる画像の正面図である。

【図１０】処理過程における再生画像の正面図である。

【図１１】処理過程における再生画像の正面図である。

【図１２】処理過程における再生画像の正面図である。

【符号の説明】

１エッジ判定回路（エッジ判定手段）２レーンマーク位置決定回路（白線位置決定手段、限
界値設定手段）３撮像器（撮像手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】路面画像を得る撮像手段と、得られた路
面画像を水平方向へ走査し、画像の明度が相対的に所定
以上高く変化する位置をアップエッジと判定するととも
に、画像の明度が相対的に所定以上低く変化する位置を
ダウンエッジと判定するエッジ判定手段と、上記アップ
エッジとダウンエッジの画像上の間隔が所定の限界値以
下の時に、これらアップエッジとダウンエッジの対に基
づいて画像上の白線位置を決定する白線位置決定手段と
を具備する路面の白線位置決定装置。
【請求項２】上記エッジ判定手段は、走査線上の所定
間隔離れた複数の画素の明度を比較して上記アップエッ
ジとダウンエッジの判定をするように設定されている請
求項１記載の路面の白線位置決定装置。
【請求項３】上記エッジ判定手段は、路面画像の水平
走査が終了する毎に、路面画像を垂直方向へ走査するよ
うに設定され、かつエッジ判定手段の垂直走査が進む毎
に、当該垂直走査位置での水平走査における上記アップ
エッジとダウンエッジの画像上の間隔限界値を変更設定
する限界値設定手段をさらに設けた請求項１または２記
載の路面の白線位置決定装置。