坡度识别装置的制作方法

1.本发明涉及一种识别本车辆的行进方向上的路面坡度的变化的坡度识别装置。


背景技术：

2.作为这种装置，以往已知有如下装置：在相机图像中包括前方车辆时，计算预测为假设道路的坡度为恒定时的前方车辆的下端所处的位置的预测位置，判定该预测位置和由相机图像检测出的前方车辆的下端位置之差是否超过阈值，当判定为超过阈值时，判定为存在坡度。这样的装置例如记载于专利文献1中。在专利文献1记载的装置中，根据由相机图像确定的消失点的位置，计算预测位置。
3.然而，在专利文献1记载的装置中，在例如因车辆上下移动导致消失点的位置变化那样的状况下，有时难以精确地识别坡度的变化。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2019-079182号公报(jp2019-079182a)。


技术实现要素：

7.本发明一技术方案的坡度识别装置具备：拍摄部，其设置在本车辆上，拍摄包括位于该本车辆的前方的前方车辆在内的规定区域；消失点计算部，其计算由拍摄部获取的图像中的消失点的位置；距离计算部，其根据由消失点计算部计算出的消失点的位置和由拍摄部获取的图像中的前方车辆的下端部的位置，计算从本车辆到前方车辆的距离；面积计算部，其计算由拍摄部获取的图像中的前方车辆的面积；以及判定部，其根据由距离计算部计算出的距离和由面积计算部计算出的面积，判定路面的坡度在本车辆的前方是否发生变化。判定部在由距离计算部计算出的距离的变化量或变化率为第一规定值以上，且由面积计算部计算出的面积的变化量或变化率为第二规定值以下时，判定为路面的坡度在本车辆的前方发生变化。
附图说明
8.本发明的目的、特征以及优点，通过与附图相关的以下实施方式的说明进一步阐明。
9.图1是示出从侧方观察具有本发明的实施方式的坡度识别装置的本车辆的图。
10.图2是示出应用本发明的实施方式的坡度识别装置的行驶场景的一例的图。
11.图3是示出本发明的实施方式的坡度识别装置的主要部分构成的框图。
12.图4是示出由图3的控制器执行的处理的一例的流程图。
13.图5是示出图1的变形例的图。
具体实施方式
14.以下参照图1～图5对本发明的实施方式进行说明。本发明的实施方式的坡度识别装置构成为，根据来自搭载于本车辆的前部的、拍摄车辆行进方向的相机的图像，识别本车辆前方的路面的坡度。
15.图1是从侧方观察具有本发明的实施方式的坡度识别装置的本车辆100的图。如图1所示，在本车辆100的前部，更详细而言是在车室内的上部的前车窗近旁设置相机1。相机1是具有ccd(电荷耦合器件)、cmos(互补金属氧化物半导体)等摄像元件(图像传感器)的单眼相机。相机1连续地拍摄车辆100的前方空间，取得作为对象物的物体的图像(相机图像)。
16.在图1中示出相机1的垂直视场角θ和拍摄区域ar。拍摄区域ar中包括在本车辆100的前方行驶的前方车辆101(101_1、101_2)作为相机1的拍摄对象。前方车辆101_1、101_2例示了在相互不同的路面上行驶的情况。即，前方车辆101_1在与本车辆100正在行驶中的路面200相同的路面200(同一水平面上的路面)行驶，与本车辆100位于同一高度。另一方面，前方车辆101_2向前方在上行坡度的路面201行驶，比本车辆100位于靠上方。
17.图2是示出应用本实施方式的坡度识别装置的行驶场景的一例的图。该图示出从本车辆100的相机1观察到的图(相机图像)。图2中包括示出本车辆100的发动机罩的前端部的本车辆图像100a、示出前方车辆101的前方车辆图像101a、分别示出路面200、201的路面图像200a、201a、示出左右道路划线211、212的道路划线图像211a、212a、示出行驶车道210的车道图像210a等。
18.如图2所示，本车辆100正在由沿着本车辆100的行进方向延伸的左右一对道路划线211、212规定的行驶车道210上行驶中。在本车辆100行驶中的路面200的前方存在上行坡度的路面201。在本车辆100的前方存在在路面200上行驶的前方车辆101(相当于图1的前方车辆101_1)。图中的点p1、p2分别是消失点。
19.消失点p1、p2是将左右道路划线211、212、人行道区域、护栏等按直线状延长了时获取的交点(无穷远点)。在道路的坡度为恒定时，消失点会集于图像上一点。在图2中，道路的坡度在途中发生变化而成为上行坡度，因此得到多个消失点p1、p2。即，存在由本车辆100正在行驶中的路面200上的道路划线等确定的消失点p1和由本车辆100的前方的路面201上的道路划线等确定的消失点p2。需要说明的是，在因障碍物、分岔路等而没有得到消失点时，能够使用刚刚之前为止所确定的最新消失点。
20.本实施方式的坡度识别装置具有根据相机图像计算从本车辆100到前方车辆101的距离，即车间距离的功能。如下进行车间距离的计算。首先，通过延长本车辆100所行驶的路面上的道路划线等来确定消失点p1。接着，计算相机图像上的从消失点p1到前方车辆101的接地面的长度y1。即，在以相机图像的横向为x轴，以纵向为y轴的xy坐标系中，通过从消失点p1的y坐标减去接地面的y坐标来计算出长度y1。
21.相机图像上的长度y1与车间距离具有相关关系。即，接地面位于消失点p1的下方，长度y1越短则车间距离越长。因此，通过将长度y1代入示出长度y1与车间距离的相关关系的式子，能够计算车间距离。计算出的车间距离被作为实际车间距离来处理，例如在使车间距离保持在目标车间距离不变的情况下对前方车辆进行跟随行驶时，使用该车间距离。
22.但是，前方车辆101在相对于路面200成为上行坡度的路面201上行驶中时，接地面比消失点p1向上方移动。其结果是，如果根据距离y1计算车间距离，则不能正确地计算车间
距离，难以良好地对前方车辆101进行跟随行驶。需要说明的是，在本车辆100的前方不是上行坡度而是下行坡度时，同样也不能正确地计算车间距离。因此，在本实施方式中，如下识别本车辆100前方的坡度的变化，并考虑坡度的变化来计算车间距离。
23.图3是示出本发明的实施方式的坡度识别装置10的主要部分构成的框图。如图3所示，坡度识别装置10具有相机1、控制器20、行驶用执行器2。
24.行驶用执行器2是在使本车辆100行驶时，尤其是使本车辆100在与前方车辆101之间隔着对应车速的规定的车间距离对前方车辆101进行跟随行驶时控制驱动的执行器。在行驶驱动源是发动机的情况下，行驶用执行器2包括调整发动机的节流阀的开度(节气门开度)的节气门用执行器。在行驶驱动源是行驶电动机的情况下，行驶电动机包括在行驶用执行器2中。使本车辆100的制动装置工作的制动用执行器也包含在行驶用执行器2中。驱动转向装置的转向用执行器也能够包含在行驶用执行器2中。
25.控制器20包括具有cpu(中央处理器)、rom(只读存储器)、ram(随机存取存储器)以及i/o接口等其他外围电路的计算机而构成。控制器20根据来自相机1的图像信号执行规定的处理，判定本车辆100前方的路面的坡度有无变化，并根据判定结果控制行驶用执行器2。控制器20具有计算部21、存储部22、判定部23、行驶控制部24作为功能性结构。
26.计算部21根据相机图像计算消失点p1、p2、本车辆100与前方车辆101之间的车间距离d、前方车辆101的后表面的面积a。即，计算部21作为消失点计算部、距离计算部、面积计算部发挥功能。
27.更详细而言，消失点计算部将如图2所示沿着本车辆100的左右侧方的道路划线等向相机图像的上侧(本车辆100的行进方向侧)延伸的直线的交点作为消失点p1，计算相机图像上的消失点p1的坐标(xy坐标)。能够通过霍夫变换等计算消失点p1。需要说明的是，在道路的坡度在途中发生变化时，消失点计算部计算出多个消失点p1、p2。
28.距离计算部计算从由消失点计算部计算出的消失点p1的位置到相机图像中的前方车辆101的接地面的y轴方向的长度y1。距离计算部还使用预先存储于存储部22的相机图像的y轴方向的长度y1与车间距离d的关系，计算与长度y1相对应的从本车辆100到前方车辆101的车间距离d。
29.面积计算部计算相机图像中的前方车辆101的后表面的面积a。例如如图2所示，由前方车辆101的接地面、上表面以及左右侧表面规定的矩形的图形f。面积计算部通过将从前方车辆101的接地面到上表面的y轴方向的长度(图像上的长度)和从左表面到右表面的x轴方向的长度(图像上的长度)相乘，计算出图形f的面积(图像上的面积)。将该图形f的面积作为前方车辆101的后表面的面积a进行处理。
30.存储部22分别按照时序存储从当前时间点至规定时间前为止的、由车间距离计算部计算出的车间距离d和由面积计算部计算出的面积a。规定时间相当于本车辆100到达例如如图1所示前方车辆101在坡度与本车辆100行驶中的路面200不同的路面201上开始行驶的位置(坡度的变化点)pa所需要的时间，即直到本车辆100和前方车辆101变为在相同坡度的路面201行驶为止的时间。因此，车间距离d越长且车速越慢，则规定时间越长。需要说明的是，还可以与车间距离d和车速无关地，将恒定的时间作为规定时间使用。还可以将本车辆100朝向前方车辆101行驶规定距离所需要的时间作为规定时间使用。
31.判定部23根据由距离计算部计算出的车间距离d和由面积计算部计算出的面积a，
判定在本车辆100的前方是否存在坡度。具体而言，首先判定部23判定由面积计算部计算出的面积a是否为规定值a1以上。该判定是为了防止当从面积a小于规定值a1的状态也就是说面积比较小的状态计算出面积a的变化量、变化率时，有可能误判定为面积a的变化量、变化率变大了的判定。
32.判定部23当判定为面积a为规定值以上时，判定由距离计算部计算出的、存储于存储部22的在规定时间内的车间距离d的变化量δd是否为规定值δd1以上，且由面积计算部计算出的、存储于存储部22的在规定时间内的面积a的变化量δa是否为规定值δa1以下。这是判定坡度条件是否成立的判定，当坡度条件成立时，判定为坡度发生变化。
33.即，例如如图2所示，只要本车辆100在水平的路面200行驶中，前方车辆101也在水平的路面200行驶着，从消失点p1到接地面的长度y1的变化量δy就较小，小于规定值δy1。另一方面，当本车辆100在水平的路面200行驶中，前方车辆101在上行坡度的路面201行驶时，相机图像上的前方车辆101的接地面向上方移动，长度y1的变化量δy成为规定值δy1以上，车间距离d的变化量δd也成为规定值δd1以上。此时，如图1所示，即使前方车辆101在上行坡度的路面201行驶，只要实际的车间距离不怎么变化，前方车辆101的后表面的面积a的变化量δa就较小，为规定值δa1以下。
34.考虑到这一点，判定部23判定δd≥d1且δa≤δa1是否成立，即坡度条件是否成立。然后，当判定为坡度条件成立时，判定部23判定为在本车辆100的行进方向上坡度发生变化。需要说明的是，判定部23还可以判定由距离计算部计算出的在规定时间内的车间距离d的变化率是否为规定值以上且由面积计算部计算出的在规定时间内的面积a的变化率是否为规定值以下，由此判定坡度条件是否成立。还可以不以规定时间作为条件计算车间距离d和面积a的变化量δd、δa，在δd≥d1且δa≤δa1成立时，判定为坡度条件成立。
35.当指示对前方车辆101的跟随行驶时，行驶控制部24控制行驶用执行器2，以使实际车间距离成为与车速相对应的目标车间距离。此时，若坡度条件不成立，行驶控制部24将由距离计算部计算出的车间距离d作为实际车间距离使用。另一方面，当由判定部23判定为坡度条件成立时，将在判定为坡度条件成立前(例如即将判定前)计算出的、存储于存储部22的车间距离d作为实际车间距离使用。由此，能够防止错误计算实际车间距离，能够进行良好的跟随行驶。
36.图4是示出按照预先决定的程序由控制器20执行的处理的一例的流程图。该流程图所示的处理例如通过模板匹配等处理在相机图像中识别出前方车辆101时开始，以规定周期反复执行。
37.首先，在s1(s：处理步骤)中，读入相机1的图像信号。接着，在s2中，根据相机图像计算消失点p1。接着，在s3中，计算从消失点p1到前方车辆101的接地面的长度y1，并使用预先存储于存储部22的长度y1与车间距离d之间的关系，计算与长度y1相对应的车间距离d。接着，在s4中，根据相机图像计算前方车辆101的后表面(图形f)的面积a。接着，在s5中，将在s3中计算出的车间距离d和在s4中计算出的面积a存储于存储部22。在该情况下，存储从当前时间点至规定时间前为止的车间距离d和面积a，并将规定时间之前的数据依次删除。
38.接着，在s6中，判定在s4中计算出的面积a是否为规定值a1以上。当s6为肯定(s6：是)时进入s7，当为否定(s6：否)时结束处理。在s7中，判定存储于存储部22的在规定时间内的车间距离d的变化量δd是否为规定值δd1以上，且在规定时间内的面积a的变化量δa是
否为规定值δa1以下。当s7为肯定(s7：是)时进入s8，当为否定(s7：否)时结束处理。在s8中，判定为坡度在本车辆100的前方发生变化，结束处理。
39.如下总结本实施方式的坡度识别装置10的动作。在本车辆100对前方车辆101进行着跟随行驶时，根据相机图像计算出消失点p1(图2)，并根据从消失点p1到前方车辆101的接地面的长度y1，计算出车间距离d(s2、s3)。由此，能够通过由使用了单眼相机1的价格低廉的构成计算车间距离d。此时，控制行驶用执行器2，以使车间距离d成为与车速相对应的目标车间距离。
40.在跟随行驶时，当前方车辆101开始在上行坡度的路面201行驶时，到前方车辆101的接地面的长度y1发生变化，车间距离d的变化量δd成为规定值δd1以上。另一反面，因为实际的车间距离的变化较小，所以前方车辆101的后表面的面积a为规定值a1以上时的、前方车辆101的后表面的面积a的变化量δa为规定值δa1以下。由此，识别出本车辆100的前方的坡度的变化(s7
→
s8)。
41.当识别出坡度的变化时，将在识别出坡度的变化之前计算出的车间距离d作为实际车间距离，进行对前方车辆101的跟随行驶。由此，能够防止使用过长的车间距离d进行跟随行驶。其结果是，能够不对周边的交通流产生影响地使交通的安全性提高的同时，抑制交通的顺畅性的下降。当识别出坡度的变化时，还可以将该信息报知给驾驶员。由此驾驶员能够无延迟地进行加速操作、制动操作等。
42.采用本实施方式能够起到如下的作用效果。
43.(1)坡度识别装置10具备：相机1，其设置在本车辆100上，拍摄包括位于本车辆100的前方的前方车辆101在内的规定的拍摄区域ar；消失点计算部(计算部21)，其计算由相机1获取的图像中的消失点p1的位置；距离计算部(计算部21)，其根据由消失点计算部计算出的消失点p1的位置和由相机1获取的图像中的前方车辆101的下端部的位置，计算从本车辆100到前方车辆101的车间距离d；面积计算部(计算部21)，其计算由相机1获取的图像中的前方车辆101的面积a；以及判定部23，其根据由距离计算部计算出的车间距离d和由面积计算部计算出的面积a，判定路面的坡度在本车辆100的前方是否发生变化(图3)。判定部23在由距离计算部计算出的车间距离d的变化量δd为规定值δd1以上且由面积计算部计算出的面积a的变化量δa为规定值δa1以下时，判定为路面的坡度在本车辆100的前方发生变化(图4)。
44.由此，即使在消失点p1的位置因车辆的上下移动而发生变化那样的状况下，也能够精确地判定路面的坡度的变化。另外，仅使用相机图像判定坡度的变化，因此能够以低廉的构成良好地判定坡度的变化。还有，在基于消失点p获取的车间距离d发生了变化的情况下，能够判定为车间距离d并不是实际发生了变化，而是因坡度的变化发生了变化，因此能够防止使用错误的车间距离d进行跟随行驶等的车辆控制。
45.(2)判定部23还判定由面积计算部计算出的面积a是否为规定值a1以上，在由面积计算部计算出的面积a为规定值a1以上时，判定路面的坡度在本车辆100的前方是否发生变化(图4)。由此，在面积a较大的状态下，判定面积a的变化量δa是否为规定值δa1以下这一坡度条件的成立与否，因此能够精确地判定路面的坡度是否发生变化。
46.上述实施方式能够变形成各种方式。以下对若干变形例进行说明。在上述实施方式中，以面积a为规定值a1以上作为条件，判定坡度条件的成立与否，但还可以以被计算出
多个消失点作为条件，判定坡度条件的成立与否。即，在本车辆100的前方存在坡度时，如图2所示，计算出多个消失点p1、p2。考虑到这一点，还可以在由消失点计算部计算出多个消失点p1、p2时，判定路面的坡度在本车辆100的前方是否发生变化。由此，能够精确地判定是否存在坡度的变化。
47.在上述实施方式中，示出在本车辆100的前方存在上行坡度的情况下，根据由距离计算部计算出的距离d的变化量δd和由面积计算部计算出的面积a的变化量δa来判定坡度的变化的有无(坡度的变化点pa的有无)的例子，但即使在本车辆100的前方存在下行坡度的情况下，也能够同样地判定坡度的变化的有无。如图5所示，即使在本车辆100在具有坡度的路面201行驶中，而前方车辆101在水平的路面200行驶中的情况下，也能够同样地判定坡度的变化的有无。
48.在上述实施方式中，将作为拍摄部的相机安装在车室内的前侧上部，但只要是拍摄包括位于本车辆的前方的前方车辆在内的规定区域，拍摄部的安装位置就不限于以上所述。在上述实施方式中，在由距离计算部计算出的在规定时间内的距离d的变化量δd为规定值(第一规定值)以上且由面积计算部计算出的在规定时间内的面积a的变化量δa为规定值δa1(第二规定值)以下时，判定部23判定为路面的坡度在本车辆100的前方发生变化(有坡度的变化点pa)，但还可以在由距离计算部计算出的在规定时间内的距离d的变化率为第一规定值以上且由面积计算部计算出的在规定时间内的面积a的变化率为第二规定值以下时，判定部23判定为路面的坡度在本车辆100的前方发生变化。因此，第一规定值和第二规定值不限于以上所述。另外，还可以不附加规定时间内的条件地计算距离d和面积a的变化量、变化率。
49.在上述实施方式中，在本车辆100对前方车辆101进行跟随行驶时，判定路面的坡度在本车辆100的前方是否发生变化，但即使在跟随行驶以外，在存在前方车辆时，也可以判定坡度的变化的有无。在上述实施方式中，使用存储于存储部22的、判定为坡度发生变化前的车间距离信息进行跟随行驶，但还可以将车间距离信息用于跟随行驶以外的行驶控制。
50.既能够任意组合上述实施方式和变形例的一个或者多个，也能够将各变形例彼此进行组合。
51.采用本发明，即使在消失点的位置发生变化那样的状况下也能够精确地识别坡度的变化。
52.上文结合优选实施方式对本发明进行了说明，但本领域技术人员应理解，在不脱离后述权利要求书的公开范围的情况下能够进行各种修改和变更。

技术特征：
1.一种坡度识别装置，其特征在于，具备：拍摄部(1)，其设置在本车辆(100)上，拍摄包括位于该本车辆(100)的前方的前方车辆(101)在内的规定区域；消失点计算部，其计算由所述拍摄部(1)获取的图像中的消失点(p1)位置；距离计算部，其根据由所述消失点计算部计算出的所述消失点(p1)的位置和由所述拍摄部(1)获取的图像中的所述前方车辆(101)的下端部的位置，计算从所述本车辆(100)到所述前方车辆(101)的距离；面积计算部，其计算由所述拍摄部(1)获取的图像中的所述前方车辆(101)的面积；以及判定部(23)，其根据由所述距离计算部计算出的所述距离和由所述面积计算部计算出的所述面积，判定路面的坡度是否在所述本车辆(100)的前方发生变化，所述判定部(23)在由所述距离计算部计算出的所述距离的变化量或变化率为第一规定值以上且由所述面积计算部计算出的所述面积的变化量或变化率为第二规定值以下时，判定为路面的坡度在所述本车辆(100)的前方发生变化。2.根据权利要求1所述的坡度识别装置，其特征在于，所述判定部(23)还判定由所述面积计算部计算出的所述面积是否为规定值(a1)以上，在由所述面积计算部计算出的所述面积为所述规定值(a1)以上时，判定路面的坡度在所述本车辆(100)的前方是否发生变化。3.根据权利要求1或2所述的坡度识别装置，其特征在于，所述判定部(23)还判定由所述消失点计算部是否计算出多个消失点(p1、p2)，在由所述消失点计算部计算出多个消失点(p1、p2)时，判定路面的坡度在所述本车辆(100)的前方是否发生变化。4.根据权利要求1或2所述的坡度识别装置，其特征在于，还具备存储部(22)，所述存储部(22)按时序存储从当前时间点至规定时间前为止的、由所述距离计算部计算出的所述距离和由所述面积计算部计算出的所述面积，所述判定部(23)判定存储于所述存储部(22)的在所述规定时间内的距离的变化量或变化率是否为所述第一规定值以上且存储于所述存储部(22)的在所述规定时间内的面积的变化量或变化率是否为所述第二规定值以下。5.根据权利要求4所述的坡度识别装置，其特征在于，还具备行驶控制部(24)，所述行驶控制部(24)根据由所述距离计算部计算出的所述距离控制行驶用执行器(2)，当由所述判定部(23)判定为路面的坡度在所述本车辆(100)的前方发生变化时，所述行驶控制部(24)在即将实施该判定之前根据存储于所述存储部(22)的所述距离控制所述行驶用执行器(2)。

技术总结
坡度识别装置具备：拍摄部；消失点计算部，其计算由拍摄部获取的图像中的消失点的位置；距离计算部，其根据所计算出的消失点的位置和图像中的前方车辆的下端部的位置，计算从本车辆到前方车辆的距离；面积计算部，其计算图像中的前方车辆的面积；以及判定部，其根据计算出的距离和面积，判定路面的坡度在本车辆的前方是否发生变化。判定部在由距离计算部计算出的距离的变化量或变化率为第一规定值以上且由面积计算部计算出的面积的变化量或变化率为第二规定值以下时，判定为路面的坡度在本车辆的前方发生变化。辆的前方发生变化。辆的前方发生变化。


技术研发人员：喜多正一
受保护的技术使用者：本田技研工业株式会社
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/9/25