JPH081680B2 - 走行路上の白線認識方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は走行路上の左右の白線を検出して車両がその
２本の白線の中心から異常にずれたかどうかを認識する
方法と装置に関するものである。

「従来の技術」 従来より、自動車の自動運転とか運転者への補助支援
などのため、走行路の状態の認識システムの研究が国内
外で種々試みられている。それらの多くは車両に、標準
のTV走査またはこれに準じたTVカメラを取付け、このTV
カメラからの走行路の映像信号をアナログからディジタ
ルに変換し、さらに電子計算機で画像処理を行い、その
中から必要な情報を抽出して自動運転、警報などの信号
として利用しようとするものである。

「発明が解決しようとする課題」 しかし、このような方法では、装置が極めて複雑で、
高価になり、しかもTV画像の情報量は白黒でも2³²ビッ
ト／秒にのぼり、それらの間の関係を調べ、求める情報
を抽出し、さらに演算を施こすことは容易でなかった。

本発明は簡単なシステムによって目的の走行路上の白
線を検出して車両の位置ずれを認識できる方法と装置を
得ることを目的とするものである。

「課題を解決するための手段」 本発明は車両に取付けたTVカメラにより走行路に沿っ
て設けられた白線を検出し、この白線の情報から車両の
位置情報を得るようにした方法において、前記走行路の
遠近に応じた２本の白線のなす間隔の変化に対応して前
記TVカメラの光電面上を台形または３角形走査してそれ
ぞれの走査線上の映像信号を積分してその積分値により
白線位置を検出するようにしたことを特徴とする走行路
上の白線認識方法である。

「作用」 TVカメラを、車両の前端のやや上方に取付けて走行路
を観測すると、映像信号中の左右２本の白線は近いとこ
ろは間隔が広く、遠くなるに従って狭くなり、台形また
は３角形となる。この白線を高いS/N比で抽出するた
め、水平走査線をこの白線に沿って走査すれば、そのア
ナログ映像信号の積分値が白線のない部分より大きくな
る。そこで、水平走査線を白線に沿って、すなわち、台
形または３角形に走査する。そのためにはＸ軸とＹ軸を
90度回転し、かつ水平走査線がある１点に収束するよう
な走査方法とする。そして水平走査線の映像情報の積分
値の大小で白線であるかどうかを認識する。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を図面に基き説明する。

車両の先端やや上部にTVカメラを据付けて走行路を映
すと、その再生画像は第４図のように、２本の白線
（１）（１）と、その両側の景色（２）（２）とが画像
として映し出される。この画像において、目的の白線情
報だけを効率よくとり出すためにはつぎの３つの条件を
具備することが要求される。

両側の白線（１）（１）は基本的には台形（または３
角形）となる。

この台形（または３角形）の白線（１）（１）の情報
を高いS/N比で抽出する必要がある。

白線（１）（１）の外側の景色（２）（２）の情報
（横線部分）は不要であるから情報として取込まない。

以上を満足する情報を得るには、第５図（ａ）
（ｂ）（ｃ）に示すように、水平走査線（Ｈ）に平行な
Ｘ軸と垂直走査線（Ｖ）に平行なＹ軸とをそれぞれ90度
回転する。さらに水平走査線（Ｈ）は同（ｂ）または
（ｃ）のようにある１点に収束するような台形走査とす
ることが容易でしかも合理的なシステムになる。第４図
に基きさらに詳しく説明する。

（１）水平路面上で白線（１）（１）の台形の形状、す
なわち、下辺（近距離）での長さ（l₁）、上辺（遠距
離）での長さ（l₂）、上下辺間の高さ（ｈ）は、TVカメ
ラの取付け位置、路面からの高さ、レンズの視野、前傾
角などの数個のパラメータが決定すれば一義的に決定し
不変なものとなる。

（２）白線（１）（１）の情報を高いS/N比で抽出する
場合、白線（１）（１）を横切る走査線のアナログ信号
の微分処理によって検出しようとすると、同一走査線上
の白い物体の情報とのちがいが区別できない。そこで、
白線（１）（１）に沿って走査線を走らせ、その走査線
上のアナログ情報をすべて積分すれば、白線（１）
（１）にかすれ、途切れなどがあっても他の部分的な白
い物体の情報とは明白に区別できる。

以上のような考えに鑑みて発明された回路が第１図で
ある。

第１図において、（５）は撮像管からなるTVカメラ
で、このTVカメラ（５）はレンズ（６）、光電面
（７）、水平（Ｘ軸）、垂直（Ｙ軸）偏向コイル（８）
（９）を具備している。このTVカメラ（５）の出力側は
映像増幅器（10）、プロセス増幅器（11）を介してモニ
タTV（４）に結合されている。前記水平、垂直偏向コイ
ル（８）（９）は偏向コイル制御器（12）に結合されて
いる。（13）は同期信号発生器、（14）は電源である。

前記偏向コイル制御器（12）はＸ軸とＹ軸を所定角度
θだけ回転させるための回転ラスタゼネレータ（15）と
矩形走査を台形走査に変換するための台形ラスタゼネレ
ータ（16）からなり、具体的回路は第２図に示される。
これらの回路のうち、回転ラスタゼネレータ（15）は、
本出願人が先に提案した特公昭56−24434号の発明を利
用している。この回転ラスタゼネレータ（15）におい
て、（17）はコサイン波入力端子、（18）はサイン波入
力端子、（19）は増幅器、（20）（21）（22）（23）は
積分器、（24）（25）は加算器、（26）はＸ軸出力端
子、（27）はＹ軸出力端子で、また（28）（29）は水平
同期信号（HD）でリセットされるスイッチ、（30）（3
1）は垂直同期信号（VD）でリセットされるスイッチで
ある。

前記台形ラスタゼネレータ（16）において、（32）
（33）はサンプルホールド回路、（34）（35）は積分
器、（36）（37）（38）（39）はHDでリセットされるス
イッチ、（40）（41）は傾き調整用可変抵抗である。そ
して、他方の積分器（35）は抵抗からなる加算器（43）
を介してＸ軸出力端子（26）に、一方の積分器（34）は
加算器（42）を介してＹ軸出力端子（27）に結合されて
いる。

つぎに以上の回路の作用を説明する。

TVカメラ（５）によって路上の白線（１）（１）を撮
像する。すると、２本の白線（１）（１）は第４図に示
すように遠方になるに従い間隔が狭くなって、通常状態
では台形（または３角形）になって表示される。そこ
で、本発明では、Ｘ軸とＹ軸を、90度回転し、かつ水平
走査線（Ｈ）が、白線（１）（１）上を走査するように
制御する。ここで、回転角度θ＝90度であるから、回転
ラスタゼネレータ（15）において、sinθ＝1,cosθ＝０
とすると、積分器（20）の出力端（ａ）点には第３図
（ａ）の出力波形が、積分器（21）の出力端（ｄ）点に
は第３図（ｄ）の出力波形があらわれる。また、台形ラ
スタゼネレータ（16）において、出力端（ａ）点の出力
はサンプルホールド回路（32）を経て角度調整用可変抵
抗（40）を介して積分器（34）に送られ、この出力端
（ｂ）点の出力は前記（ａ）点の出力と加算され、
（ｃ）点には第３図（ｃ）の出力波形があらわれて、Ｙ
軸の偏向コイル（９）に加えられる。なお、cos＝０で
あるから、積分器（22）（23）の出力はなく、したがっ
て、サンプルホールド回路（33）、可変抵抗（41）、積
分器（35）の出力がないから、前記（ｄ）点の出力がそ
のままＸ軸偏向コイル（８）に加えられる。このように
出力波形（ｃ）はＹ軸（垂直）偏向コイル（９）に、出
力波形（ｄ）はＸ軸（水平）偏向コイル（８）にそれぞ
れ加えられると、第５図のようにＸ軸とＹ軸が90度回転
し、水平走査線（Ｈ）は垂直になる。ここで、可変抵抗
（40）は台形すなわち白線（１）の傾きを調整するもの
で、アース側のとき第５図（ａ）のように傾き最小（略
平行）で、中間では同（ｂ）のように台形で、抵抗値最
大のとき同（ｃ）のように傾き最大（３角形）となって
ある１点に収束するように走査する。この台形走査によ
る映像信号は映像増幅器（10）、プロセス増幅器（11）
を介してモニタTV（４）へ送られる。このモニタTV
（４）によって通常の矩形走査を行うことによって、同
（ｄ）に示すように、白線（１）（１）が近いところで
も、遠いところでも同一間隔をもって表示される。

つぎに、水平走査線（Ｈ）の台形走査によって得られ
る映像信号は第６図（ａ）に示すように、連続した白線
を走査したとき（イ）と、断続した白線を走査したとき
（ロ）は白色成分が多くあらわれる。白線以外では白色
成分が少ないため（ハ）のような特性となる。そのた
め、同（ｂ）のように、水平同期信号の映像信号をすべ
て積分したときの電位値（V₁）を検出し、これがある一
定値（Vr）以上のときを白線と認識する。

また、TVカメラの位置（車両の位置）と白線の位置と
の関係は、第７図に示すように、垂直同期信号（VD）か
ら白線（１）（１）までの距離（d₁）（d₂）を知ること
により知ることができる。すなわち、TVカメラ（５）の
位置は白線（１）（１）の位置に拘らず２つのVDの中心
線（CL）と考えられるから、TVカメラ（５）が左側の白
線（１）へ近づけば一方の距離（d₁）が大で、他方の距
離（d₂）が小となる。この距離（d₁）（d₂）を測定する
には、前記水平走査線の積分値（V₁）が、第７図（ｃ）
のように変化するので、左側のVDから左側の白線（１）
のデータがあらわれるまでの時間と、右側の白線（１）
の右側のVDまでの時間を測定すればよい。そして、これ
らの時間に基づく距離（d₁）（d₂）間に許容以上の差が
生じたときにランプ、ブザーなどを作動させるようにで
きる。

つぎに、走行路の白線（１）（１）は直線である場合
ではなく、第８図（ａ）のようにカーブしている場合が
ある。このカーブしている方向を知るためには、画像を
走行路と直交する方向に例えば５つのゾーン（Z₁）〜
（Z₅）に分割する。そして、各ゾーン（Z₁）〜（Z₅）毎
に同（ｂ）のような積分値の包絡線を得る。そしてこれ
らの包絡線のピーク（P₁）（P₂）がどちらの方向に傾い
ているかを検出する。この動作と時間差の計測は上述の
ように、アナログ積分と加減算とで可能であるが、それ
以外に、走査線の番号をディジタル的に加減算すること
もできる。このときの白線位置データに基き、白線が走
査線に対しなるべく平行になり、S/N比が最大になるよ
うに、全体の台形ラスタの傾き制御を行う。つまり、垂
直帰線期間の時間内に新たに角度をセッテングすること
ができる。

さらには、時間分割で最初のフィールドでは、第１ゾ
ーン（Z₁）を計測して最も適した角度に設定し、ついで
第２ゾーン（Z₂）、第３ゾーン（Z₃）…へと角度を設定
することもできる。この場合、全体のゾーンを得る時間
は5/60secとおちるが、実用上は全く問題がない。

前記実施例では、TVカメラに撮像管を用いたが、実用
的には、信頼性、小形軽量化、コストなどの面からセン
サの固体化が必要となる。この目的のため、第９図に示
すように、予め白線の傾きに一致させた台形の転送型ホ
トダイオードアレイ（例えばCCD）を用いてこの出力を
映像信号処理装置（51）に結合してもよい。このように
すれば、ラスタの形状や回転角を電気的に自由に変更で
きないが、調整個所が不要になり、動作も安定する。

なお、白線（１）（１）がカーブしている場合は、検
出された位置信号を利用して、ホトダイオードアレイを
機械的に回転制御することになる。

「発明の効果」 本発明は上述のように構成したので、自動車走行路上
の白線が簡単な方法で確実に検出できる。特に、白線は
一部汚れていたり、破線状のものがあっても、白線に沿
って走査線を走らせてその映像信号をすべて積分するこ
とにより、部分的な白い物体と明確に区別できる。ま
た、白線の外側の不要な景色などの情報を最初から取込
まないようにしてあり、白線情報信号を取込んだ後の処
理も簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の一実施例を示すブロック
図、第２図は要部の詳細な電気回路図、第３図は各部の
波形図、第４図はTVカメラによる映写図、第５図はＸ、
Ｙ軸を90度回転した回転ラスタの説明図、第６図は水平
走査線間の波形図、第７図は垂直走査線間の波形図、第
８図は白線のカーブ検出の説明図、第９図は固体イメー
ジセンサの正面図である。 （１）……白線、（４）……モニタTV、（５）……TVカ
メラ、（７）……光電面、（８）……水平偏向コイル、
（９）……垂直偏向コイル、（12）……偏向コイル制御
器、（13）……同期信号発生器、（15）……回転ラスタ
ゼネレータ、（16）……台形ラスタゼネレータ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両に取付けたTVカメラにより走行路に沿
   って設けられた白線を検出し、この白線の情報から車両
   の位置情報を得るようにした方法において、前記走行路
   の遠近に応じた２本の白線のなす間隔の変化に対応して
   前記TVカメラの光電面上を台形または３角形走査してそ
   れぞれの走査線上の映像信号を積分してその積分値によ
   り白線位置を検出するようにしたことを特徴とする走行
   路上の白線認識方法。
2. 【請求項２】車両に取付けたTVカメラにより走行路に沿
   って設けられた白線を検出し、この白線の情報から車両
   の位置情報を得るようにした装置において、前記TVカメ
   ラの偏向コイルに、偏向コイル制御器を結合し、この偏
   向コイル制御器は、Ｘ軸とＹ軸を90度回転させるための
   回転ラスタゼネレータと、水平走査線を白線に沿った台
   形または３角形走査に変換するための台形ラスタゼネレ
   ータとからなることを特徴とする走行路上の白線認識装
   置。