(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-27
(45)【発行日】2023-04-04
(54)【発明の名称】車両位置推定装置及び車両位置推定システム
(51)【国際特許分類】
G09B 29/00 20060101AFI20230328BHJP
G01C 21/30 20060101ALI20230328BHJP
G01C 21/28 20060101ALI20230328BHJP
G08G 1/16 20060101ALI20230328BHJP
【FI】
G09B29/00 Z
G01C21/30
G01C21/28
G08G1/16 A
(21)【出願番号】P 2017241522
(22)【出願日】2017-12-18
【審査請求日】2020-10-29
(73)【特許権者】
【識別番号】321011767
【氏名又は名称】ジオテクノロジーズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】竹田 淳一
(72)【発明者】
【氏名】菅原 拓矢
(72)【発明者】
【氏名】池田 佑太
(72)【発明者】
【氏名】藤田 陽子
【審査官】宇佐田 健二
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2016/060281(WO,A1)
【文献】特開2009-193240(JP,A)
【文献】国際公開第2017/009923(WO,A1)
【文献】特開2017-037450(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G09B 23/00-29/14
G01C 21/00-21/36,23/00-25/00
G08G 1/00-99/00
JSTPlus(JDreamIII)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両の位置を推定する車両位置推定装置であって、
地図上の位置に対応した単位区画に分割され、前記車両の自己位置推定に利用可能な法線マップ画像を記憶する記憶部と、
前記車両の外界に存在する物体の位置及び前記物体の形状を三次元の点群として取得するライダと、
前記車両の現在の位置を表す緯度及び経度の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記ライダによって取得された前記三次元の点群を結んだポリゴンを生成し、生成された前記ポリゴン毎
に法線を生成し、前記位置情報取得部によって取得された前記位置情報に基づいて、X軸に緯度が設定され、Y軸に経度が設定された画像の各ピクセルのRGBの値に、前記ポリゴン毎に生成された前記法線を示すベクトルを格納する前記法線マップ画像を生成する生成部と、
前記記憶部に予め記憶された前記法線マップ画像のうち、前記車両の位置周辺の法線マップ画像を、前記位置情報取得部によって取得された前記位置情報に基づいて特定する特定部と、
前記特定部によって特定された前記法線マップ画像と、前記生成部によって生成された前記法線マップ画像とのマッチング処理を行う照合部と、
前記照合部による前記マッチング処理の結果に基づいて、前記車両の位置を推定する推定部と、を備え
、
前記法線マップ画像は、前記車両の走行路及び前記走行路周辺の高低差の輪郭に関する情報を含み、
前記輪郭に関する情報は、高低差の急峻な度合いを示す情報を含む、ことを特徴とする車両位置推定装置。
【請求項2】
前記走行路の高低差の輪郭に関する情報は、凹凸、溝、隙間のうち少なくともいずれか1つの輪郭に関する情報を含むことを特徴とする請求項
1に記載の車両位置推定装置。
【請求項3】
前記記憶部に記憶されている前記法線マップ画像は、予め取得された前記三次元の点群に基づいて生成されたものである、ことを特徴とする請求項1
又は請求項
2に記載の車両位置推定装置。
【請求項4】
車両の位置を推定する車両位置推定装置と、
前記車両位置推定装置と通信可能なサーバ装置と、を備え、
前記サーバ装置は、地図上の位置に対応した単位区画に分割され、前記車両の自己位置推定に利用可能な法線マップ画像を記憶し、
前記車両位置推定装置は、
前記車両の外界に存在する物体の位置及び前記物体の形状を三次元の点群として取得するライダと、
前記車両の現在の位置を表す緯度及び経度の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記ライダによって取得された前記三次元の点群を結んだポリゴンを生成し、生成された前記ポリゴン毎
に法線を生成し、前記位置情報取得部によって取得された前記位置情報に基づいて、X軸に緯度が設定され、Y軸に経度が設定された画像の各ピクセルのRGBの値に、前記ポリゴン毎に生成された前記法線を示すベクトルを格納する前記法線マップ画像を生成する生成部と、
前記サーバ装置から、前記車両の位置周辺の前記法線マップ画像を、前記位置情報取得部によって取得された前記位置情報に基づいて取得するマップ画像取得部と、
前記マップ画像取得部によって取得された前記法線マップ画像と、前記生成部によって生成された前記法線マップ画像とのマッチング処理を行う照合部と、
前記照合部による前記マッチング処理の結果に基づいて、前記車両の位置を推定する推定部と、を備え
、
前記法線マップ画像は、前記車両の走行路及び前記走行路周辺の高低差の輪郭に関する情報を含み、
前記輪郭に関する情報は、高低差の急峻な度合いを示す情報を含む、ことを特徴とする車両位置推定システム。
【請求項5】
前記サーバ装置に記憶されている前記法線マップ画像は、予め取得された前記三次元の点群に基づいて生成されたものである、ことを特徴とする請求項
4に記載の車両位置推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両位置推定装置及び車両位置推定システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、車両に搭載したカメラ、ライダ(LiDAR:Light Detection And Ranging)などの各種センサにより自車両周辺の状況を取得しながら自立走行する車両(自動運転車両)が開発されている。
【0003】
この種の自動運転車両が自動運転にて走行するためには、正確な道路情報を有した地図データが必要とされる。正確な道路情報とは、例えば、道路幅、車線、標識等の詳細な位置情報等を含むものである。そして、ライダ等のセンサで取得した自車両周辺の状況と地図データとを照合して自己位置を推定しながら走行する(例えば特許文献1を参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に記載されているライダ等のセンサで取得した自車両周辺の状況と地図データとの照合は、電柱、信号機等の所定の地物を用いて行うことが多い。そのため、所定の地物が少ない地点等ではセンサを用いた自己位置推定の精度が低下してしまう。
【0006】
本発明が解決しようとする課題としては、車両位置推定の精度を保つことができる車両位置推定装置及び車両位置推定システムの提供が一例として挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、車両の走行に利用する地図の地図データ構造であって、前記地図上の位置に対応した単位区画に分割され、前記車両の自己位置推定に利用可能な情報を有する前記単位区画を含むことを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】本発明の第1の実施例にかかる地図データ記憶装置を有するシステムの概略構成図である。
【
図2】
図1に示されたサーバ装置の機能構成図である。
【
図3】
図1に示された車両制御装置の機能構成図である。
【
図5】自動運転車両の自己位置推定方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の一実施形態にかかる地図データ構造を説明する。本発明の一実施形態にかかる地図データ構造は、地図上の位置に対応した単位区画に分割され、車両の自己位置推定に利用可能な情報を有する単位区画を含んでいる。このようにすることにより、例えば地物毎や所定の領域毎に自己位置推定に利用可能であることを示すことができる。そのため、自己位置推定の実行時には当該情報を参照して自己位置推定をすることにより、自己位置推定の精度を保ちつつ、効率良く自己位置の推定をすることができる。
【0010】
また、車両の自己位置推定に利用可能な情報は、車両の走行路及びその走行路周辺の高低差の輪郭に関する情報を含んでもよい。このようにすることにより、電柱や信号機といった地物以外の走行路上の高低差に基づいて自己位置の推定をすることが可能となる。したがって、電柱や信号機といった地物が無い地点であっても自己位置推定の精度を保つことができる。
【0011】
また、走行路の急激な高低差の輪郭に関する情報は、凹凸、溝、隙間のうち少なくともいずれか1以上を含むものであってもよい。このようにすることにより、凹凸や溝、隙間等に基づいて自己位置の推定をすることが可能となる。したがって、電柱や信号機といった地物が無い地点であっても自己位置の自己位置推定の精度を保つことができる。
【0012】
また、本発明の一実施形態にかかる地図データ記憶装置は、上述した地図データ構造を記憶している。このようにすることにより、地図データを自動運転車両等に配信するサーバ装置等に、自己位置推定に有用であることを示す情報を有する地図データを記憶させることができる。
【実施例】
【0013】
本発明の一実施例にかかる地図データ構造、地図データ記憶装置及び自己位置推定装置を
図1~
図5を参照して説明する。サーバ装置1は、
図1に示したように、インターネット等のネットワークNを介して自動運転車両Cに搭載されている車両制御装置3と通信可能となっている。
【0014】
地図データ記憶装置としてのサーバ装置1の機能的構成を
図2に示す。サーバ装置1は、制御部11と、通信部12と、記憶部13と、を備えている。
【0015】
制御部11は、サーバ装置1のCPU(Central Processing Unit)が機能し、サーバ装置1の全体制御を司る。制御部11は、車両制御装置3からの要求に応じて記憶部13に記憶されている地図データ13aから必要な領域の地図データを読み出して通信部12を介して車両制御装置3に配信する。
【0016】
通信部12は、サーバ装置1のネットワークインターフェース等が機能し、車両制御装置3が出力した要求情報等を受信する。また、制御部11が地図データ13aから読み出した地図データを車両制御装置3に送信する。
【0017】
記憶部13は、サーバ装置1のハードディスク等の記憶装置が機能し、地図データ13aが記憶されている。地図データ13aは、自動運転車両Cが自律的に走行可能な程度の詳細な情報が含まれている地図である。また、地図データ13aには、当該地図データ13aに含まれる地図に対応する範囲の法線マップ情報が含まれている。法線マップ情報は、予めライダによって取得された点群情報に基づいて生成されたものである。なお、法線マップ情報は、地図データ13aに含まれる領域の全てに限らず一部であってもよい。また、本実施例における法線マップ情報については後述する。
【0018】
自動運転車両Cは、車両制御装置3及びセンサ4を備えている。車両制御装置3は、センサ4が検出した結果及び、車両制御装置3が有する地図データ33aに基づいて自動運転車両Cを自律的に走行(自動運転)させる。
【0019】
図3に車両制御装置3の機能的構成を示す。車両制御装置3は、制御部31と、通信部32と、記憶部33と、を備えている。
【0020】
制御部31は、センサ4が検出した結果及び記憶部33に記憶された地図データ33aに基づいて自動運転車両Cの自己位置を推定する。そして、制御部31は、自動運転車両Cのハンドル(操舵装置)やアクセル、ブレーキ等を制御して自動運転車両Cを自律的に走行させる。つまり、制御部31は、外界認識部としてのセンサ4の検出結果(認識結果)を取得する。また、制御部31は、サーバ装置1に対して走行経路となる領域の地図データの配信を通信部32を介して要求し、サーバ装置1から配信された地図データを記憶部33に地図データ33aとして記憶させる。
【0021】
通信部32は、制御部31が出力した要求情報等をサーバ装置1に送信する。また、サーバ装置1から配信された地図データを受信する。
【0022】
地図データ記憶装置としての記憶部33は、地図データ33aが記憶されている。地図データ33aは、自動運転車両Cが自律的に走行可能な程度の詳細な情報が含まれている地図である。また、地図データ33aには、地図データ13aと同様に法線マップ情報が含まれている。
【0023】
地図データ13aや地図データ33aに含まれる法線マップ情報は、少なくとも自動運転車両Cが走行する走行路とその走行路周辺について生成されている。
【0024】
センサ4は、自車位置等の自車の情報や周辺環境(周辺に存在する地物等)を認識するためのセンサであり、カメラ、ライダ、GPS(Global Positioning System)受信機等、を含む。また、これらのセンサ以外に車両の加速度を検出する加速度センサ、車両の速度を検出する速度センサ、或いは、車両の姿勢(向きなど)を認識して他のセンサの取得データを補正するための慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)やジャイロセンサなどを備えてもよい。
【0025】
センサ4に含まれるカメラは、自動運転車両Cの外界の状況を表す画像を撮影する。センサ4に含まれるライダは、外界に存在する物体までの距離を離散的に測定し、当該物体の位置や形状等を三次元の点群として認識する。このライダが取得した情報は点群情報として出力される。センサ4に含まれるGPS受信機は、現在の車両の位置を表す緯度及び経度の位置情報を生成し出力する。
【0026】
次に、本実施例にかかる法線マップ情報の生成方法を説明する。まず、ライダによって取得された点群情報を周知の方法によりポリゴン化する。次に、ポリゴン毎に法線を求める。そして、その法線を求めたポリゴン画像のX軸Y軸を緯度経度、Z軸を地面から上空に向かう方向とするベクトルの空間として、Z軸を圧縮したXY平面の画像を生成する。このXY平面画像の各ピクセルのRGBの値として上記において求めた法線を示すベクトル(法線ベクトル=nx,ny,nz)を格納する。RGBの値として格納される法線ベクトルは、原則として当該ピクセルが対応するポリゴンの法線ベクトルが格納される。このようにして法線マップ情報が生成される。
【0027】
なお、法線マップ情報は、連続した面(地平面)を特定の大きさの画像として分割して、それぞれの画像ファイルを法線マップ画像ファイルとし、複数の法線マップ画像ファイルからなるファイル群を地図データ13aや地図データ33aに含めるようにしてもよい。
【0028】
ここで、上記した法線ベクトルをRGB値として格納する際に、ポリゴンの境界等により1つのピクセルにおいて複数の法線があった場合の集約条件は例えば以下の通りである。
(1)地面に対して平行な法線は削除する。
(2)1ピクセルのグリッドに1つの法線しかない場合は、その法線のベクトルをそのまま格納する。
(3)1ピクセルのグリッドに複数の法線が存在する場合は、それらの法線ベクトルの平均値を格納する。
(4)1ピクセルのグリッドに1つも法線が無い場合は、一旦無視して次のピクセルの処理を行う。
(5)全てのピクセルについて、上記(1)~(4)の処理が終了した後、法線ベクトル値が格納されていないピクセルに対し、当該ピクセルに隣接する周囲8ピクセルを検索し有効ピクセル(既に解をもつ=法線ベクトル値が格納されている)があればそれらの平均値を格納する。
(6)(5)の方法で法線ベクトルが求められない場合は徐々に探索範囲を拡張していく。
(7)(6)の方法で全ピクセルを探索しても法線ベクトルが求められない場合はそのピクセルは「解なし」という値、例えば(0,0,0)等の所定値を格納する。
【0029】
また、本実施例における法線マップ情報においては、上述した法線マップ画像の各ピクセルにRGBの値として格納した法線ベクトルに加えて、道路の凹凸、段差、マンホールのエッジ等の高低差の輪郭に関する情報を付加している。
【0030】
図4は、本実施例にかかる地図データ構造を有する法線マップ画像の例である。
図4の法線マップ画像M内の符号Pが単位区画としての法線マップ画像を構成するピクセルである。そして、各ピクセルPは、RGBデータつまり法線ベクトルに加えて高低差の輪郭を示す情報Eが付加されている。この情報Eは、当該ピクセルPの特徴量として、例えば高低差の急峻な度合いが大きくなるにしたがって大きな数値となるようにしてもよい。また、この情報Eは、当該数値を所定の範囲でランク分け(例:数値0~5:ランク1、数値6~10:ランク2等)してもよい。
【0031】
このような高低差は、電柱や信号機等の従来自己位置推定に用いていた地物が少ない場合に、自己位置推定に利用することができる。したがって、この情報Eは自己位置推定に利用可能な情報である。つまり、上記の数値の値が大きいものほど、あるいは上記のランクが高いものほど、自己位置推定の精度がより高い情報として利用することができる。
【0032】
また、この情報Eは、数値情報に限らずフラグとしてもよい。つまり、自己位置推定に利用可能なピクセルには“1”を設定し、それ以外のピクセルには“0”を設定するようにしてもよい。
【0033】
また、情報Eは、
図4ではピクセル単位で付加しているが、法線マップ画像ファイル単位等の所定領域ごとに付加するようにしてもよい。または、一部のピクセルのみに付加してもよい。つまり、自己位置推定に利用可能な部分を有する領域には、情報Eに所定以上の数値を設定する或いはフラグとして“1”を設定するようにしてもよい。
【0034】
本実施例における自動運転車両Cの自己位置推定方法について、
図5のフローチャートを参照して説明する。
図5のフローチャートは車両制御装置3で実行される。また、
図5のフローチャートは、車両制御装置3の制御部のCPUで実行するコンピュータプログラム(自己位置推定プログラム)として構成してもよい。まず、ステップS101において、制御部31がセンサ4(ライダ)から点群情報を取得する。
【0035】
次に、ステップS102において、制御部31がステップS101で取得した点群情報から上述した方法によりポリゴン(3Dポリゴン)を生成する。次に、ステップS103において、制御部31によって生成されたポリゴン(3Dポリゴン)から、上述した方法により法線を生成する。次に、ステップS104において、制御部31によって生成された法線に基づいて、上述した方法により法線マップ画像(法線マップ情報)を生成する。ステップS104の結果、法線マップ画像D101がリアルタイムに得られる。即ち、制御部31が、第2取得部、生成部として機能し、法線マップ画像D101が第2法線マップ情報となる。
【0036】
一方、ステップS105において、制御部31がセンサ4に含まれるGPS受信機の情報(緯度経度)から地図データ33aに含まれる法線マップ画像を特定する。つまり、地図データ33a(法線マップ画像データベースD102)から自車位置周辺の法線マップ画像D103が読み出される。なお、地図データ33aに当該位置の法線マップ画像が無い場合は、サーバ装置1の地図データ13aから取得するようにすればよい。即ち、制御部31が第1取得部、位置情報取得部として機能し、法線マップ画像D103が第1法線マップ情報となる。
【0037】
次に、ステップS106において、制御部31は、ステップS104で生成された法線マップ画像D101とステップS105で読み出された法線マップ画像D103とのマッチング処理を行う。ステップS106におけるマッチング時には上述した情報Eを参照してもよい。例えば、電柱や信号機等の所定の地物が無い場合は情報Eを参照して数値が一定以上の場合にはマッチングに利用するようにしてもよい。或いは、電柱や信号機等の地物に加えて、情報Eの数値が一定以上の箇所もマッチング処理に利用してもよい。即ち、制御部31が、照合部として機能する。
【0038】
そして、ステップS107において、ステップS106におけるマッチング処理の結果に基づいて自己位置の推定がなされる。即ち、制御部31が、推定部として機能する。
【0039】
以上の説明から明らかなように、ステップS101が 第2取得工程、ステップS104が生成工程、ステップS105が第1取得工程、ステップS106が照合工程、ステップS107推定工程として機能する。
【0040】
本実施例によれば、法線マップ情報Mは、地図上の位置に対応したピクセルに分割され、車両の自己位置推定に利用可能な情報Eをピクセル毎に含んでいる。このようにすることにより、電柱や信号機といった地物以外の走行路上の高低差に基づいて自己位置の推定を行うことが可能となる。したがって、電柱や信号機といった地物が無い地点であっても自己位置推定の精度を保つことができる。
【0041】
また、情報Eは、凹凸、溝、隙間のうち少なくともいずれかを含むものである。このようにすることにより、凹凸や溝、隙間等に基づいて自己位置の推定をすることが可能となる。したがって、電柱や信号機といった地物が無い地点であっても自己位置の自己位置推定の精度を保つことができる。
【0042】
また、地図データ33aは、法線マップ情報Mを有しているので、法線マップを構成する画像の1ピクセル単位で法線の情報を得ることができる。つまり、従来のナビゲーションの地図情報のようにリンクごとの傾きではなく、さらに細かい単位で傾きの情報を得ることができる。そのため、坂道等の地形単位で自己位置の推定を行うことが可能となる。
【0043】
法線マップ情報Mは、ライダで取得された点群情報に基づいて生成されていている。このようにすることにより、ライダで得られた三次元の点群情報を二次元の法線マップ情報とすることができ、より自己位置推定に利用しやすくすることができる。
【0044】
また、サーバ装置1は、上述した地図データ構造(法線マップ情報M)を記憶している。このようにすることにより、地図データを自動運転車両等に配信するサーバ装置等に、法線マップ情報や自己位置推定に利用可能な情報を有する地図データを記憶させることができる。
【0045】
また、車両制御装置3において、制御部31は、記憶部33から法線マップ画像D103を取得し、ライダで取得した点群情報に基づいて法線マップ画像D101を生成する。そして、制御部31は、2つの法線マップ情報を照合して、照合の結果に基づいて自己位置を推定する。このようにすることにより、予め生成されている法線マップ情報とリアルタイムに生成した法線マップ情報とを照合することで自己位置を推定することができる。そのため、電柱や信号機といった所定の地物の有無に左右されずに自己位置推定を行うことが可能となる。
【0046】
また、法線マップ画像D101、D103はライダで取得した点群情報に基づいて生成されているので、暗い部分にある段差等の輝度差による解析では判別が困難な箇所を自己位置推定に利用することが可能となる。
【0047】
また、制御部31は、点群情報に基づいて生成された法線から法線マップ情報を生成してもよい。このようにすることにより、ライダで得られた三次元の点群情報を二次元の法線マップ情報とすることができ、より自己位置推定に利用しやすくすることができる。
【0048】
また、車両の位置情報を制御部31が取得し、通信部32は、位置情報に基づいて必要な領域の法線マップ情報をサーバ装置1から取得するようにしてもよい。このようにすることにより、自車位置周辺の法線マップ情報を取得することができる。
【0049】
なお、上述した実施例では、自己位置推定に利用可能な情報は法線マップ情報に付加されていたが、従来の地図データの地物に関する情報に付加されていてもよい。このようにすることにより、例えば、同じ電柱でも、自己位置推定に利用できそうな電柱とそうでない電柱とを区別することができる。したがって、自己位置推定に利用可能な地物を使用して精度よく自己位置推定を行うことができる。
【0050】
なお、上述した実施例では、サーバ装置1から車両制御装置3へ地図データを配信していたが、車両制御装置3が予め地図データを有していてもよいし、メモリーカード等の可搬性のある記憶媒体によって車両制御装置3へ地図データを転送するようにしてもよい。この場合は、記憶部33が地図データ記憶装置として機能する。
【0051】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の地図データ構造、地物データ記憶装置及び自己位置推定装置を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
【符号の説明】
【0052】
1 サーバ装置(地図データ記憶装置)
3 車両制御装置(地図データ記憶装置、自己位置推定装置)
4 センサ(ライダ)
13 記憶部
13a 地図データ(第1法線マップ情報)
31 制御部(第2取得部、生成部、照合部、推定部、位置情報取得部)
32 通信部(第1取得部)
33 記憶部(地図データ記憶装置)
33a 地図データ(第1法線マップ情報)
S101 ライダ点群情報取得(第2取得工程)
S104 生成工程(生成工程)
S105 経緯度から周辺の法線マップ画像を推定(第1取得工程)
S106 法線マップのマッチング処理(照合工程)
S107 推定処理(推定工程)