画像情報 を利用 した車両の自動追尾制御
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(2) 藤. 578. 原. 直. 史. 瀬. 尾. 達. 也. 松. 川. 和. 史. 尾. Table. Fig. 1. Relation. between. Fig.. 2. Distance. measuring. and the Number. of focal. distance. 1. 西. 隆. Evaluation. of Measuring. Methods. of Pixel. Li. 〓(2‑2) Fig. 3 こ こで カ メ ラ の焦 点 距 離Liを メ ラ はSONY製 離 を50[cm]か. のCCD‑G100STを ら250[cm]ま. 点 で 測 定 した.ズ るた め,対 で,よ. 求 め た 結 果 をFig.3に 使 用 した.対. で25[cm]刻. Relation. between. Distance. and Focal. Distance. 示 す.カ 象 まで の距. れ も十 分 に 許 容 範 囲 内 で あ る.誤. み で 変 化 さ せ,9地. は,カ. ー ム は 固 定 だ が オ ー トフ ォ ー カ ス を用 い て い. 象 まで の 距 離 に応 じ て 変 化 す る 結 果 とな っ た.そ. こ. 差 が す べ て負 の値 で あ るの. メ ラ レ ン ズ の ひ ず み,あ. る い は面 像 の 特 性 の 影 響 で あ る. と思 わ れ る.画 像 の性 質 上,同. じ 長 さ の もの で も横 方 向 は 縦 方. 向 に比 べ て 画 素 数 と し て は少 な く検 出 さ れ る.そ. り正 し い 焦 点 距 離 の 値 を得 る た め 距 離 との近 似 曲線 式(2‑. のた め実際 の. 光 軸 か ら の ず れ 量 よ り も小 さ く判 断 し,角 度 と し て も実 際 よ り. 3)に よ っ て 焦 点 距 離 を 求 め る.. 小 さ く求 め られ て し ま う.よ. り正 確 な 値 が 必 要 な場 合 に は,オ. フ セ ッ ト量 を加 え れ ば よ い. 〓. x:Distance. y:Focal. 3.速. Distance. 最 適 制 御 則 を用 い,ま 〓. 2.2位. 3.1評. こ こで 提 案 した 計 測 法 の 有 効 性 を実 験 に よ り確 か め る.実 験 示 す.カ. メ ラの最大視 野 角 を考慮 した各 点 で. 離 測 定 に お け る最 大 誤 差 は3%程. x=u‑ax(3‑1). 度 と,許 3.1.1評. 定距. ま ず,評 メ ラのズー ム を有効利 用 す る こ と. 量uで. 距 離 で の 測 定 誤 差 を 減 少 させ る こ と が 可 能 で あ ろ う.ま. た 方 位 角 で は,誤. JRSJ Vol.12 No.4. 差 は 最 大 で も5.4%(0.44[deg])程. 両 の 代 表 点 の 位 置,u:操. 同 一.直線 上 を 同 一 方 向 に 進 行 す る2台. 象 までの距 離 の増加 とと も. 素 の距 離 測 定 に 及 ぼ す 影 響 が 大 き くな る た め,測. 離 は 不 安 定 に な りや す い.カ で,遠. 間 遅 れ に 対 す る予 測 を加 え て 操. 価 対 象 につ いて. x:車 容 範 囲 内 で あ る こ とが わ か っ た.対 に,1画. 御. 車 両 の 動 特 性 を次 式(3‑1)と す る[4]. の 測 定 結 果 で あ る. 計 測 し た 結 果,距. た,時. 制. 作 量 を算 出 す る.. 置計 測法 の評価. 結 果 をTable1に. 度. 価 対 象 がuで. 作 量,α:正. の 車 両 を 考 え る.. あ る場 合. 価 関 数 内 で 評 価 す る対 象 を,式(3‑1)に. あ る 場 合 を 示 す.設. の定数. 定 車 間 距 離 をdと. お け る操 作. す る と,車 間 距. 離 に お け る偏 差eは〓. 度 と,こ. 72. May,. 1994.
(3) 画像情 報を利用 した車両 の自動追 尾制御 x1が 先 行 車,x2が 定 速 度vで. 579. 追 尾 車 の 代 表 点 の 位 置 で あ る.先 行 車 が 一. 走 行 し て い る と き,こ. のeに. 関 す る 制 御 を行 う こ. と を 考 え る. e=v‑x2 e=一ae‑u (u=u2‑av;α,vは. 定 数). す な わ ち状 態 方 程 式 は 〓(3‑2) 評価 関数 ノ を. Fig. 4. Object of Estimate. is u. Fig. 5 Object of Estimate. is is. 〓(3‑3) とす る[8].rは. 重 み 係 数 で あ る.操. 作 量uは. 次 式(3‑4)で 与. え られ る. u=A,e(t)+B1e(t)(3‑4) こ こ でA1とB1は,リ. カ ッ テ ィ の 微 分 方 程 式 か ら 導 か れ る.. この と き定 常 偏 差 は av(3 Al. ‑5). と して 残 る こ とに な る. 3.1.2評. 価 対 象 がuで. あ る場合. 定 常 偏 差 を な く す こ と を 考 え,評 価 関 数 内 で 評 価 す る 対 象 を,操 作 量uの. 微 分 値uと. す る.偏. 差eに. 関 す る 前 項 の2階. 微 分 の 式 よ り, も取 り込 む こ と に な る の で,こ 〓と な り,式(3‑2)に. 対 して 状 態 方 程 式 は. 3.3乗. れ をE,と. 用 車 両 に 対 す る 適 用(シ. す る.. ミ ュ レー シ ョ ン). 以 上 の 手 法 を 用 い て乗 用 車 両 に 対 す る適 用 を 考 え る.制 御 に 必 要 な 各 係 数 は カ タ ロ グ の 図 表 を 用 い て 算 出 した.計 車 間 距 離 か ら操 作 量uが 〓式(3‑3)に 対 して 評 価 関 数 を. 算 出 さ れ る.こ. 両 に加 速 度 を与 え る も の で あ る た め,車 に 必 要 な駆 動 力.Fが クTと. 求 め られ る.そ. の 関 係 式(3‑7)よ. のuは. 測 され る. 式(3‑1)よ. り車. 重 と の積 算 に よ り車 両. し て 車 両 駆 動 力 、Fと トル. りエ ン ジ ンが 発 生 す べ き必 要 トル ク を. 求 め る. 〓と す る. こ の と き 操 作 量uは. 次 式(3‑6)で. 与 え ら れ る.. 〓1):駆 動 輪 の 有 効 径0.545[m],nr:総. 〓(3‑6) こ こ で,A2,B2,C2は の で あ る.こ. 対 し て 定 常 偏 差 は0と. シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 をFig.4,5に =0. . ま た エ ン ジ ン性 能 曲 線 図 で 機 関 回 転 数 と発 生 トル ク と の 関 係. リ カ ッ テ ィ の 微 分 方 程 式 か ら導 か れ る も. の 場 合,式(3‑5)に. な る.. が 与 え ら れ て い る た め,式(3‑8)とFig.6に. 示 す(γ=1.00,α=1.44,v. 必 要 回 転 数 を求 め る.必. .30,d=2.50). 3.2時. 間遅 れ に対す る予 測誤差. は,必. 距 離 と設 定 車 間 距 離 e)に. 対 し て,出. の偏 差e,そ. の積 分 値fed,微. ル ス ト ロー ク,踏. 分値. 曲 線 近 似 と し て い る.実. 要 回 転 数 が 求 め ら れ れ ば,そ み 込 み 力,気. 際上. れ に比例 したア クセル ペ ダ. 化 器 開 度 に調 整 ・制 御 す る こ と. に な る.〓. 力 時 の 状 態 は 計 算 に よ る時 間 遅 れ の た め に異. な る もの とな っ て い る.そ とつ 前 の 時 間 で の 状 態E,を 比 較 し,出. 際 の車 間. 示 す近似 曲線 か ら. 要 トル ク の 激 しい 変 動 に も ゆ る や か な. 回 転 数 の 変 化 を 得 る た め,3次. 操 作 量 を 算 出 す る た め に 使 用 し た 計 測 時 の 状 態(実. 減 速 比14.175. η,:動 力 伝 達 効 率0.95. こ で 二 つ 前 の 時 間 で の状 態E0と 記 憶 し て お く.こ. のE0とE1と. ひ. x:Torque. y:Enginespeed. を. 力 時 の 状 態E2=E1+(ErE0)を. 予 測 す る.こ. の. E2に 対 し て 最 適 制 御 則 を 適 用 し,出. 力 値 を 算 出 す る.出. 力. さて,短 時 間 に大 きな回転 数 の上昇 は不 可能 で あ るため,ア. 〓. 後,E1で. あ っ た もの をE0と. 日本 ロ ボ ッ ト学 会 誌12巻4号. し,ま た 実 際 の 出 力 時 の 状 態E3. ク セル踏 み込 み速度 を設 定 す る必 要 があ る.こ の踏 み込 み速度. 73. 1994年5月.
(4) 580. 藤. Fig.. 6. Relation. between. 原. 直. torque. and. 史. 瀬. engine. 尾. 達. 也. 松. 川. 和. 史. 尾. 西. 隆. Table. 2. Acceleration. Table. 3. Deceleration. speed. 一 般 渋滞 路 にお け る加 速 度範 囲. 0 .1〜0.17[G]. 減 速 度 範囲:0.1〜0.2[G] 異和 感 の な い減 速 度 範 囲. っ てGを. 0.4[G]以 下. 与 え る こ とで よ り な め らか な 乗 り 心 地 を 実 現 で き. る.曲 線 の 曲 率 を 変 え る こ と に よ っ て,加. 速 感 ・減 速 感 を変 化. さ せ る こ と も可 能 で あ ろ う. Fig. 7. Results. of Simulation. Experiment. 4.追 追 尾 実 験 を行 い,速 4.1. 尾. 実. 験. 度 制 御 法 の 有 効 性 を確 か め る.. 実 験装 置. 追 尾 車 と し て 自動 車 を 用 い た か っ た の だ が,そ に 市 販 の ラ ジ オ コ ン トロ ー ル カ ー を用 い,こ カ ス ビデ オ カ メ ラ を 搭 載 す る.コ を 用 い た の で,画 た.先. 画 像 は,画 Change. of Acceleration. and Deceleration. 像 信 号 は ケ ー ブ ル,制. 御 信 号 は無 線 を用 い. 像 取 り込 み ボ ー ドに お い て 二 値 化 さ れ る.二. あ る が,先. れ,バ る.し. 行 車 に取 り付 け た 認 識 図 形 に 蛍 光 灯 の 灯 りを 照 ら し. 変 え る必 要 は な くな っ た.画. を も と に設 定 車 間 距 離 との 偏 差 を 求 め,操. か し小 さ く設 定 した ま ま だ と,大. A変. き く離 され て し ま っ た. 4.2. そ の と き の 車 間 距 離 に応 じ て 設 定 した ア ク セ ル 踏 み 込 み速 度, ブ レ ー キ 操 作 速 度 に 制 御 す る.各. 設 定 量 をTable. シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 をFig.7に. 示 す.設. 2,3に. 示 す.. に して あ る.そ. JRSJ Vol. 12 No. 4. あ る.. ミ ュ レー シ ョ ン を行 う.制 御 に必. 短 時 間 の 大 幅 な 入 力 電 圧 の増 加 に 対 す る 実 車 の 実 現 可 能 な 加 ー タ ー へ の入 力 電 圧 の 変 動 が 激. し い と,車 輪 が 空 転 し,駆 動 で き な くな る.ま は ブ レ ー キ 装 置 が な い た め,急. 与 え方 は 段 階 的. つ.そ. の切 り換 え 時 に シ ョ ッ ク が 出 て 乗 り心 地 に 悪 影. 響 を 与 え る の で あ れ ば,Fig.8の. 御 周 期 は お よ そ50[ms]で. 速 度 を 考 慮 せ ね ば な ら な い.モ. 突 す る こ と な く車 間 を と っ て 追 尾 で き る こ とが わ か 速 ・減 速 の 両 制 御 に お い て 各Gの. お,制. 前 章 で の 手 法 を適 用 し,シ. シ ミ ュ レー シ ョ ン結 果 よ り,先 行 車 の 速 度 変 化 に 十 分 に対 応. る.ま た,加. 示 す.な. シ ミ ュ レー シ ョ ン. 要 な 各 値 は 基 礎 実 験 に よ り求 め た.. 定車 間 距 離 は安. 全 停 止 距 離 を考 慮 し,速 度 に よ っ て 変 化 さ せ る も の と す る.. し て,追. 作 量 を 算 出 し,D/. 換 ボ ー ド を 経 て 送 信 機 へ の 出 力 が な さ れ る.実 験 装 置 を. Fig.9〜11に. 尾 が 不 可 能 とな る た め,. 初 に設 定 した 値 を. 像 処 理 に よ り検 出 さ れ た 車 間 距 離. ッ ク トル ク す な わ ち エ ン ジ ン ブ レ ー キ の 影 響 も含 ま れ. と き に い つ ま で も速 度 が 上 昇 せ ず,追. 値化 の. 囲 の明 る さに よって変 える必要 が. 続 け る こ と で 明 る さ は ほ ぼ 一 定 に 保 た れ,最 を 小 さ く設 定 す る こ と に よ っ て 走 行 性 能 曲 線 図 の 実 現 が な さ. れ にオ ー トフォー. ン トロ ー ラ と し て は パ ソ コ ン. 行 車 に取 り付 け られ た 認 識 図 形 を と ら え た カ メ ラ か らの. 境 界 値 で あ る し き い 値 は,周 Fig. 8. れ が ないた め. こ で 前 節 で の 手 法 を 用 い,電. す る.そ. よ う な 関 数 を作 り,そ れ に 従. 74. の 場 合 分 け をTable. た 使 用 す る車 両. 激 な 加 速 は追 突 の 危 険 性 を持 圧 増 加 量 を 設 定 す る こ とに. 4,5に 示 す.通. 常 時 は 制 御 周 期1. May,. 1994.
(5) 画像情 報を利 用 した車両の 自動追尾制御. 581. Table. 4. Acceleration. Table 5. Fig. 9. Calculating. and Transmitter. Deceleration. System. Fig. 10 Receiver (Follower Vehicle). Fig.. 12. Results. of Sirnuration. Experiments. は 余 裕 を も っ て追 従 で き る こ とが わ か る.し か し減 速 時 時 刻45〜55[s]付 る.そ. 近 に お い て,車. の 原 因 は,車. 特に. 間距 離 の 偏 差 が増 大 し て い. 両 の 減 速 装 置 の 不 備 に よ る操 作 量 算 出 時 の. 偏 差 積 分 項 の 増 大 で あ る.偏 差 の 累 積 の 影 響 を 明 ら か に した も の がFig.13とFig.14で 0.10[m],設. あ る.と. 定 車 間 距 離 は1.0[m]で. も に 初 期 車 間 距 離 は あ る.追. 車 両 と もに 停 止 状 態 で あ る.Fig.13で に お い て ス タ ー トし,0.50[m/s]ま 度 は,0.098[m/s2]で を5.0[s]と. あ る,Fig.14で. して い る.他. 尾 開 始 時 に は両. は 先 行 車 は 時 刻1.0[s] で 加 速 す る.先 行 車 の 加 速 は 先 行 車 の ス ター ト時 刻. の 値 は す べ て 同 一 で あ る.Fig.13と. 比 較 す る と,偏 差 量 の 累 積 が 多 くな る結 果,そ. の収 束 に 時 間 が. か か る こ とが わ か る. Fig. 11. 回(刻 み 幅0.1[s])に. Preceding. つ き0.001[volt]の. 間 距 離 が 設 定 車 間 距 離 の50%以. 以 上 の こ と よ り,使 用 した 車 両 で は加 速 追 従 時 に は 問 題 は な. Vehicle. 増 減 と す る.な. お,車. 下 に ま で 近 づ い た 場 合 に は,. 初 期 速 度0.50[m/s],設. 結 果 よ り,こ. み 係 数1.00と. 行 車の加. 定 車 間 距 離 との 偏 差 を持 ち続 け る よ うな. の後 の 不 安 定 要 因 とな る た め,避. 0.20[m/s2]で0.28[m]ま. 示 す.. の 値 は45.0で よ そ12[m]で. 75. け る べ き で あ る.. 験 結果. 先 行 車 は 設 定 車 間 距 離 の40%増. した場 合. の設定値 程 度の加 速度 で あれ ば先行 車 の加速 に. 日本 ロ ボ ッ ト学 会誌12巻4号. た 長 時 間,設. 4.3実. 定 車 間 距 離1.10[m],先. の シ ミュ レ ー シ ョ ン結 果 をFig.12に. 速 時 に は速 度 と の兼 ね 合 い で 減 速 時 に 留 意 す る 必 要 が. あ る.ま. 状 態 は,そ. 停 止 電 圧 ま で 下 げ る もの とす る.. 減 速 度0.098[m/s2](≒0.Ol[G]),重. い が,減. し の 位 置 か ら,加. で 加 速 し,定 速 走 行 す る.重. あ る.設 定 車 間 距 離 は0.80[m],走 あ る.実 験 結 果 をFig.15に. 速度 み係 数. 行 距 離 はお. 示 す.. 1994年5月.
(6) 藤. 582. 原. 直. 史. 瀬. 尾. 達. 也. 松. 川. 和. 史. 尾. 西. 隆. Fig. 15. Fig. 13. Experimental. Results. Preceding Vehicle starts at 1.0[s] 離 と 画 素 数 の 関 係 の 近 似 曲 線 に よ っ て 距 離 を,ま か ら の 対 象 中 心 の ず れ 量 か ら 方 位 角 を,一. た カ メ ラ光 軸. 定 の精度 で検 出 す る. こ と が 可 能 で あ る. 2)車. 両 の 追 尾 制 御 に お い て,そ. 用 い,操 し,さ. の速度 制御 に最適制 御則 を. 作 量 の 微 分 値 を評 価 対 象 とす る こ とで 定 常 偏 差 を な く ら に 操 作 量 増 減 速 度 を 設 定 と 変 化 量 の 予 測 を 取 り入 れ る. こ と に よ り 自 動 追 尾 が 可 能 で あ る. 参. Fig. 14. [2]. 津 川, 車 両 間 通 信 を 用 い た 追 従 走 行 の 速 度 制 御. ,第4回. ア ドバ ンテ. ィ ・シ ン ポ ジ ウ ム 講 演 論 文 集,pp.35‑38,1991.. 車 間 距 離 は 設 定 車 間 距 離 に 収 束 す る こ とが わ か る.相 対 速 度. の 変 化 の 仕 方 を見 る と設 定 車 間 距 離 と の偏 差 に 応. じ て い る.. [3]. 津 村, 車 両 群 の 自動 追 従 走 行 シ ス テ ム ジ ウ ム 講演 論 文 集,pp.19‑22,1990.. [4]. 津 川, 車 両 間 通 信 に よ る車:両の 追 従 走 行 制 御 ,第10回 ー トメ ー シ ョ ン ・シ ン ポ ジ ウ ム ,pp.111‑114,1987.. [5]. 森, 構 内道 路 を走 行 す る 自律 移 動 ロ ボ ッ ト ,日 本 ロ ポ ッ ト学 会 誌 vol.5 no.5,pp.29‑42,1987.. [6]. 石 黒, 移 動 ロ ポ ッ トの 視 覚 シ ス テ ム no.2,pp.21‑26,1992.. 論 [7]. 画 像 情 報 の み を 用 い た2車. 献. 津 村, ビー ク ル ・オ ー トメ ー シ ョ ン(各 種 移 動 体 の 自動 化 ・自律 化 に つ い て の最 近 の 動 向 ,金沢 工 業 会 誌no.108,pp,28‑33,1992.. Preceding Vehicle starts at 5.0[s]. 5.結. 文. [1]. は,計 測 車 間 距 離 の 変 化 量 か ら求 め て い るた め に ば ら つ き が 見 ら れ るが,そ. 考. I. Fukui,•gTV. image. vehicle,•hPattern. 間 の 相 対 位 置 の 検 出 方 法 を提 案 [8]. し,以 下 に示 す こ とを シ ミ ュ レー シ ョ ン と 実 験 に よ っ て 確 か め. M.. Athans,•gOn. Linear. processing. to. Recognition, the. Regulator. Design Theory,•h. ピー クル ・オ. ,日 本 ロ ボ ッ ト学 会 誌vol.10 determine. vol. of. ,第3回 ア ドバ ン テ ィ ・シ ンポ. the. 14, no.. P-I-D. 1-6,. Controllers. Automatica,. vol.. position pp.. of robot. 101-109, Using. 1981. Optimal. 7, pp. 643-647,. 1971.. た. 1)あ. らか じ め 定 め た 認 識 図 形 を用 い る こ とに よ り,そ の 距. 藤原 直 史. (Naofumi. 1942年11月22日. 瀬 尾 達也. Fujiwara). 生.1965年. (Tatsuya. 1969年2月26日. 大 阪 府立 大 学 工 学 部. 航 空 工 学 科 卒.同 年 大 阪 府 立 大 学 工 学 部 助 手. 1989年 金沢 大 学 教授(機 械 シス テ ム工 学 科)現 在 に. Seo). 生.1991年. 金沢大学工 学部機械. シ ス テ ム 工 学 科 卒.1993年. 同大学 院修 士課 程修. 了.同 年 ヤマ ハ(株)勤. 務.. 至 る.移 動体 の 位 置 計 測,誘 導 に関 す る研 究 に従 事.日 本 機 械 学 会,計 測 自動 制 御 学 会,シ ス テ ム 制 御 情 報 学 会,ビ ー クル オ ー トメ ー シ ョ ン技 術 研 究 会 会員. 松 川和 史. (Kazufumi. 1970年3月17日. 生.1992年. シ ス テ ム 工 学 科 卒.1994年 了.同. JRSJ. Vol.12. No.4. 年(株)ダ. 尾 西. Matsukawa). 隆. (Takashi. 1945年10月20日. 金沢 大 学 工 学 部 機 械. 務,技. 同大学 院修 士課 程修. Onishi) 生.1964年. 金 沢大 学 工学 部 勤. 術 部 技 術 専 門 職 員.. イ フ ク 勤 務.. 76. May,1994.
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