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JP7164342B2 - DRIVER ASSISTANCE SYSTEM AND GUARDRAIL DETECTION METHOD - Google Patents

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JP7164342B2
JP7164342B2 JP2018135652A JP2018135652A JP7164342B2 JP 7164342 B2 JP7164342 B2 JP 7164342B2 JP 2018135652 A JP2018135652 A JP 2018135652A JP 2018135652 A JP2018135652 A JP 2018135652A JP 7164342 B2 JP7164342 B2 JP 7164342B2
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Description

本発明は、運転者支援システム及びガードレール検知方法に関する。 The present invention relates to a driver assistance system and a guardrail detection method.

路側のガードレールを検知することは、高度自動運転にとって決定的に重要である。これら構造(即ちガードレール)は、世界の様々な国において沿道に見られる。路側にそれらが存在することで、車両が側方に移動するのに利用可能なフリースペースが物理的に制限される。従って、ガードレールを検知することは非常に重要である。 Roadside guardrail detection is critical for highly automated driving. These structures (ie guardrails) are found along roadsides in various countries of the world. Their presence on the roadside physically limits the free space available for vehicles to move laterally. Therefore, detecting guardrails is very important.

この課題(即ちガードレール検知)は、カメラ(例えば単眼カメラ)を用いることで解決され得る。 This problem (ie guardrail detection) can be solved by using a camera (eg a monocular camera).

本発明は、ガードレールパターンを生成するコンピュータ実装方法において:
a.カメラを用いて画像フレームを取り込むステップと;
b.画像フレームがガードレールの、非垂直部NVPと垂直部VPとを有する少なくとも2つのガードレール構造を含むと決定し、切り抜きボックスを用いて画像フレーム内の前記ガードレール構造をトラッキングするステップと;
c.トラッキングされた前記ガードレール構造のうちの1つの角度勾配情報を抽出するために切り抜きボックスの情報を処理するステップと;
d.切り抜きボックスの成分の角度に関する情報のクラスタを生成するクラスタリング方法を用いて勾配情報をクラスタリングするステップと;
e.切り抜きボックスの非垂直部NVPに関する情報を抽出するステップと;
f.トラッキングされたガードレール構造の全てがステップc~eを経るまでステップc~eを繰り返すステップと;
g.トラッキングされたガードレール構造のNVPを通して曲線をフィッティングするステップとを備える方法に関する。
The present invention is a computer-implemented method for generating guardrail patterns:
a. capturing an image frame using a camera;
b. determining that an image frame includes at least two guardrail structures having a non-vertical portion NVP and a vertical portion VP of guardrails, and using a clipping box to track the guardrail structures within the image frame;
c. processing cutout box information to extract angular slope information of one of the tracked guardrail structures;
d. clustering the gradient information using a clustering method that produces clusters of information about the angles of the components of the clipping box;
e. extracting information about the non-vertical portion NVP of the clipping box;
f. repeating steps c-e until all of the tracked guardrail structures have gone through steps c-e;
g. and fitting a curve through the NVP of the tracked guardrail structure.

角度勾配情報は、少なくとも2つのガードレール構造の、ガードレールの単一の構造の垂直部及び非垂直部の勾配線と基準に対する非垂直部の角度勾配に関する情報とを提供する角度勾配記述子、好ましくは勾配方向ヒストグラムHoG記述子を備えることによって抽出されてよい。 The angular slope information is an angular slope descriptor, preferably of at least two guardrail structures, providing slope lines of vertical and non-vertical portions of a single structure of the guardrail and information about the angular slope of the non-vertical portions with respect to the reference The histogram of oriented gradients may be extracted by providing HoG descriptors.

角度勾配情報は、並列コンピューティングに対するビュー指向、分散、クラスタベースのアプローチVODCAを実行することで抽出されてよい。 Angular gradient information may be extracted by implementing VODCA, a view-oriented, distributed, cluster-based approach to parallel computing.

方法は、HoG特徴を抽出するためのVODCA成分をコンピューティングハードウェアの負荷を低減するために再び用いることができ、VODCAフレームワークからの分類成分を再び用いることができるという有利な点を有している。 The method has the advantage that the VODCA components for extracting HoG features can be reused to reduce the computational hardware load, and the classification components from the VODCA framework can be reused. ing.

ステップg)は、ガードレールを示す連続曲線を得るために、検知された前記ガードレール構造を通して曲線を補間することを含んでよい。 Step g) may include interpolating a curve through the detected guardrail structure to obtain a continuous curve indicative of the guardrail.

曲線は、前記少なくとも2つのガードレール構造のNVPの勾配線の交点を通る多項式曲線であってよい。 The curve may be a polynomial curve through the intersections of sloped lines of NVPs of said at least two guardrail structures.

上記方法のステップd.は各非垂直部における平均値μと、対応する拡散σとを提供してよく、拡散は曲線のフィッティングを最適化するために用いられる。
上記方法のステップd.は偽陽性のガード構造を除去することを更に含んでよい。
Step d. of the above method. may provide the mean μ at each non-vertical portion and the corresponding spread σ, which is used to optimize the curve fitting.
Step d. of the above method. may further include removing false positive guard structures.

画像フレームが道路の別々の側における2つのガードレール構造を含むことが決定されてよい。このように、2つの曲線が生成されてよい。 It may be determined that the image frame contains two guardrail structures on different sides of the road. Thus, two curves may be generated.

従って、方法は、フレーム内に複数のガードレールを検知可能であるという特に有利な点を有する。検知されたガードレール構造のトラッキングは、あらゆる適切なトラッキングアルゴリズム又は方法、特にカルマンフィルタを用いて実行される。 The method therefore has the particular advantage of being able to detect multiple guardrails within a frame. Tracking of the detected guardrail structure is performed using any suitable tracking algorithm or method, in particular a Kalman filter.

画像フレームが道路の別々の側における2つのガードレール構造を含むことを決定するために、ガードレール構造の角度情報を検討してよい。
上記方法は、運転者がガードレールに接近しているとき、運転者を警告するステップを更に備えてよい。
To determine that an image frame contains two guardrail structures on different sides of the roadway, the angular information of the guardrail structures may be considered.
The method may further comprise warning the driver when the driver is approaching the guardrail.

従って、方法は、ガードレールが常に道路境界に沿っている又はその逆であることから、開示された方法が道路境界を(正確に)決定するために車線逸脱システム及び/又はレーダを支援できるという更なる有利な点を有する。 Therefore, the method further provides that the disclosed method can assist lane departure systems and/or radar to (accurately) determine road boundaries, since guardrails are always along road boundaries and vice versa. It has several advantages.

また、本発明は、ガードレール構造を検知する運転者支援システムにおいて:
a.複数の画像を取り込むように構成されるカメラと;
b.カメラと接続されるように構成され、上記方法に記載の操作を実行するように構成されるプロセッサと、を備える運転者支援システムに関する。
The present invention also provides a driver assistance system for detecting guardrail structures:
a. a camera configured to capture a plurality of images;
b. a processor configured to be connected to a camera and configured to perform the operations described in the method above.

運転者支援システムは、レーダを更に備えてよく、プロセッサは、ガードレール曲線を生成するためにレーダにより提供される情報を用いるように構成される。 The driver assistance system may further comprise a radar, and the processor is configured to use information provided by the radar to generate the guardrail curve.

また、本発明は、運転者支援システムを備える車両に関する。 The invention also relates to a vehicle with a driver assistance system.

車両は、乗用車、自動二輪車、又はトラックであってよい。 The vehicle may be a car, motorcycle, or truck.

また、本発明は、画像フレームがガードレール構造を含むと決定する方法を提供するコンピュータ実装機械学習方法において:
a.データベースにおけるガードレール構造の少なくとも1つの画像フレームのラベル付きデータセットと学習モデルである少なくとも1つのマシンとを提供するステップと;
b.ガードレールのガードレール構造の角度勾配情報を抽出するために少なくとも1つの画像フレームを処理するステップと;
c.画像フレーム内にガードレール構造を含んでいる画像フレームを分類するための前記学習モデルを訓練するために角度勾配情報を用いるステップとを備える方法に関する。
The present invention also provides a computer-implemented machine learning method for determining that an image frame contains a guardrail structure:
a. providing a labeled dataset of at least one image frame of guardrail structures in a database and at least one machine being a learning model;
b. processing at least one image frame to extract angular gradient information of the guardrail structure of the guardrail;
c. and using angular gradient information to train said learning model for classifying image frames containing guardrail structures within the image frames.

学習モデルは、例えばサポートベクターマシンSVM又は適応型ブースティングマシンAdaBoost等のあらゆる適切な機械学習アプローチ、方法、又はモデルであってよい。 The learning model may be any suitable machine learning approach, method or model, such as the support vector machine SVM or the adaptive boosting machine AdaBoost.

コンピュータ実装機械学習方法のステップb.は、並列コンピューティングに対するビュー指向、分散、クラスタベースのアプローチVODCAを実行することを含んでよい。 Computer-implemented machine learning method step b. may include implementing VODCA, a view-oriented, distributed, cluster-based approach to parallel computing.

また、本発明は、メモリとプロセッサとを備えるコンピュータシステムにおいて、プロセッサは、上記コンピュータ実装機械学習方法の操作を実行するよう構成される、コンピュータシステムに関する。 The invention also relates to a computer system comprising a memory and a processor, wherein the processor is configured to perform the operations of the computer-implemented machine learning method described above.

図1は、ガードレール内の反復パターンを示す。FIG. 1 shows a repeating pattern within a guardrail. 図2は、ガードレールの単一の構造を示す。FIG. 2 shows a single construction of the guardrail. 図3は、ガードレールの単一の構造の勾配を示す。FIG. 3 shows the slope of a single construction of the guardrail. 図4は、ガードレール構造の勾配方向ヒストグラム記述子(HoG)特徴表現を示す。FIG. 4 shows the histogram of oriented gradient descriptor (HoG) feature representation of the guardrail structure. 図5は、ガードレール構造を検知し分類するための機械学習アルゴリズムを訓練するフロー図である。FIG. 5 is a flow diagram for training a machine learning algorithm for detecting and classifying guardrail structures. 図6は、切り抜きボックスに含まれる角度情報を示す。FIG. 6 shows the angle information contained in the clipping box. 図7は、図6に示される角度情報のガウス混合モデル密度分布を示す。FIG. 7 shows the Gaussian mixture model density distribution of the angular information shown in FIG. 図8は、検知されたガードレール構造への多項式のフィッティングを示す。FIG. 8 shows a polynomial fitting to the detected guardrail structure. 図9は、(1)機械学習アプローチ(S1~S5)を用いたガードレール構造の検知と(2)検知されたガードレール構造からのガードレールパターンの生成とを含む2つのステップのアプローチのフロー図に関する。FIG. 9 relates to a flow diagram of a two-step approach involving (1) detection of guardrail structures using a machine learning approach (S1-S5) and (2) generation of guardrail patterns from the detected guardrail structures. 図10は、本発明のコンピュータシステムを示す。FIG. 10 shows the computer system of the present invention.

詳細な説明
以下、本開示を詳細に参照するが、その実施例が添付図面に示されており、全図面を通して同一の参照符号は同一の要素を示している。本開示の態様を以下に記載し、図面を参照して本開示の教示を説明する。
DETAILED DESCRIPTION Reference will now be made in detail to the present disclosure, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like elements throughout. Aspects of the disclosure are described below and the drawings are referred to to illustrate the teachings of the disclosure.

本開示を詳細に説明する前に、本発明は、その適用が以下の説明において記載されるか又は図面に示される設計の詳細及び構成要素の配置に限定されないと理解すべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、又は様々に実行或いは実施可能である。また、本開示中に用いられる表現及び用語は説明を目的とするものであって、限定的であると見なすべきではないと理解すべきである。不定冠詞「1つの(a)」及び「1つの(an)」並びに定冠詞「その(the)」は、対応する複数も意味する。見出しは本発明の理解を助けるためにのみ付されており、セクション間同士の内容の範囲を定めるものと解釈されるべきではない。 Before describing the present disclosure in detail, it is to be understood that the present invention is not limited in its application to the design details and arrangement of components set forth in the following description or illustrated in the drawings. The invention is capable of other embodiments or of being practiced or carried out in various ways. Also, it is to be understood that the phraseology and terminology used in this disclosure is for the purpose of description and should not be regarded as limiting. The indefinite articles "a" and "an" and the definite article "the" also refer to the corresponding plural. Headings are provided only to assist in understanding the invention and should not be construed as delimiting content between sections.

ガードレール構造の検知
ガードレール101は、高速道路の路側そして他の種類の道路102にある線形構造である。
Detection of Guardrail Structures Guardrails 101 are linear structures on the roadside of highways and other types of roads 102 .

ガードレール構造は、図1にT1、T2...T6として示される反復パターンからなる。ここで、そのような反復パターンはカメラ(例えば単眼カメラ)を用いることで見出すことができると理解することは重要である。 The guardrail structure is indicated by T1, T2, . . . It consists of a repeating pattern denoted as T6. Here it is important to understand that such repetitive patterns can be found using a camera (eg a monocular camera).

ここでガードレール構造(例えば図1のT1~T6)として称されるガードレール反復パターンは、2つの部分、即ち図2に示される垂直部VP及び非垂直部NVPからなってよい。 A guardrail repeating pattern, referred to herein as a guardrail structure (eg, T1-T6 in FIG. 1), may consist of two portions, a vertical portion VP and a non-vertical portion NVP shown in FIG.

ガードレール構造のデジタル画像は、(図3に示されるような)画像の角度勾配又は類似の特徴記述子を提供するために処理してよい。これらの記述子をそのような構造を検出するために用いてよい。例えば、図4は、図2及び3と同じガードレール構造を示しているが、ガードレール構造の勾配方向ヒストグラムHoG記述子を用いて視覚化されている。角度勾配記述子(例えばHoG、エッジ方向ヒストグラム、スケール不変特徴変換記述子、及び形状コンテキスト)が用いられてよいのは、角度勾配記述子により提供される角度情報は対象物を豊かに説明するからである。 A digital image of the guardrail structure may be processed to provide an angular gradient or similar feature descriptor of the image (as shown in FIG. 3). These descriptors may be used to detect such structures. For example, FIG. 4 shows the same guardrail structure as FIGS. 2 and 3, but visualized using the gradient orientation histogram HoG descriptor of the guardrail structure. Angular gradient descriptors (e.g., HoG, edge orientation histograms, scale-invariant feature transform descriptors, and shape context) may be used because the angular information provided by the angular gradient descriptors richly describes the object. is.

ガードレール構造を検知するための訓練機械学習アルゴリズム
ガードレール構造用に設けられた上記角度勾配記述子は、ガードレール構造を検知するための訓練機械学習アルゴリズムを提供するために用いることができる。得られる訓練された機械学習モデルは、ガードレール及び/又は画像内のガードレール構造を検知し分類することができる。
Trained Machine Learning Algorithms for Detecting Guardrail Structures The angular gradient descriptors provided above for guardrail structures can be used to provide trained machine learning algorithms for detecting guardrail structures. The resulting trained machine learning model can detect and classify guardrails and/or guardrail structures in images.

ガードレール構造を検知するための機械学習アルゴリズムを訓練する方法は、図5に示される。方法はコンピュータにより実行することができ、例えばパーソナルコンピュータ、ラップトップ、メインフレーム、又は少なくともプロセッサとメモリを有するあらゆる他のシステム等のあらゆる適切なコンピュータシステムにより実行することができる。訓練方法及びシステムは、車両に含まれる運転者支援システムの一部でなくてよく、従って、訓練は「オフライン」つまり方法又はシステムが運転者支援方法又はシステムとして動作していないときに実行できる。「オフライン」とは、運転者支援方法又はシステムのリアルタイム動作を意味し、即ち、方法又はシステムは、車両の運転中、ガードレール構造及び/又はガードレールの検知を試みている。 A method for training a machine learning algorithm for detecting guardrail structures is shown in FIG. The methods can be computer-implemented, and can be performed by any suitable computer system, such as a personal computer, laptop, mainframe, or any other system having at least a processor and memory. The training method and system may not be part of the driver assistance system included in the vehicle, thus training may be performed "off-line", ie when the method or system is not operating as a driver assistance method or system. "Offline" means real-time operation of the driver assistance method or system, ie the method or system is attempting to detect guardrail structures and/or guardrails while the vehicle is in operation.

方法は以下のステップを含んでよい。データセットは、ガードレール及び/又はガードレール構造、即ち、既知のガードレール構造を含んでいる少なくとも1つのデジタル画像を含むデータベースに提供されるS501。データベースは、ガードレールの単一デジタル画像又はガードレール構造を示すフレームのシーケンス(例えばビデオ)を含んでよい。データセットは、デジタル画像に示されるガードレール構造を示し、異なるガードレール構造を示すためにラベル付けすることができる。 The method may include the following steps. A data set is provided S501 to a database containing at least one digital image containing guardrails and/or guardrail structures, ie known guardrail structures. The database may contain a single digital image of the guardrail or a sequence of frames (eg, video) showing the guardrail structure. The dataset indicates the guardrail structures shown in the digital image and can be labeled to indicate different guardrail structures.

データセットは、上記角度勾配記述子を用いて角度勾配特徴を抽出するために用いることができるS501。角度勾配記述子は、教師あり学習に基づいて、認識システムに入力されてよい。例えば、認識システムは、サポートベクターマシンSVM又は適応型ブースティングマシンAdaBoost等の学習モデル又は分類器であってよい。方法の出力は、フレームに存在するガードレール構造のリストを提供することができる訓練された分類器S503である。方法は、検知された構造をトラッキングし、ガードレール構造の周りにバウンディングボックス又は切り抜きボックスを提供できるトラッキングステップを含んでもよい。 The dataset can be used to extract angular gradient features using the angular gradient descriptors S501. Angular gradient descriptors may be input into a recognition system based on supervised learning. For example, the recognition system may be a learning model or classifier, such as the support vector machine SVM or the adaptive boosting machine AdaBoost. The output of the method is a trained classifier S503 that can provide a list of guardrail structures present in the frame. The method may include a tracking step that tracks the detected structure and can provide a bounding box or clipping box around the guardrail structure.

運転者支援方法及びシステム
1.ガードレールの検知方法及びシステム
この訓練されたモデル又は分類器は、あらゆるデジタル画像内のガードレール構造をオンラインで検知するために用いることができる。訓練されたモデル又は分類器を適用する場合、少なくとも2つのトラッキングされたガードレール構造を検出できる。これらの構造は、クラスタリングアルゴリズムを用いて真陽性のガードレール構造として検証でき、従って、必要ならば、偽陽性に同定されたガードレール構造を除去する。更に、クラスタリングアルゴリズムは、分類されたガードレール構造の角度の分布を決定するために用いることができる。
Driver assistance method and system 1 . Guardrail Detection Method and System This trained model or classifier can be used to detect guardrail structures in any digital image online. When applying a trained model or classifier, at least two tracked guardrail structures can be detected. These structures can be verified as true-positive guardrail structures using a clustering algorithm, thus removing false-positively identified guardrail structures, if necessary. Additionally, a clustering algorithm can be used to determine the angular distribution of the classified guardrail structures.

特に、方法又はシステムは、以下に示されるように偽陽性のガードレール構造を除去するステップを含んでもよい。偽陽性は、クラスタリングアルゴリズムを適用することで除去されてよい。クラスタリングアルゴリズムは、ガウス混合モデル(例えば1次元のガウス混合モデルGMM-1D)又はk平均法であってよい。 In particular, the method or system may include removing false positive guardrail structures as described below. False positives may be removed by applying a clustering algorithm. The clustering algorithm may be a Gaussian mixture model (eg, one-dimensional Gaussian mixture model GMM-1D) or k-means.

このステップは、以下のように実行される。偽陽性を除去するために、サニティチェックが適用できる。これは以下の方法ステップを用いて達成してよい。トラッカは、検知された構造をトラッキングするために用いることができる。(更なる処理のための)ガードレール構造を検討してよい。トラック長さは1より大であってよい。トラック長さは、所与のトラックにおいて検知された対象物のインスタンスの数に関する。本件の場合、これらの対象物は、ガードレールの潜在的なガードレール構造であり、即ち、対象物はサニティチェックをまだ受けていない。訓練された機械学習方法の分類器から、真陽性のガードレール構造を含むバウンディングボックスを得てよい。そして、方向勾配情報は、バウンディングボックス(図1のボックスT1~T6と類似;図6は1つのバウンディングボックスの内容を示す)におけるその領域のエッジマップから抽出してよい。
ガードレール構造はNVPとVP成分(図2及び6参照)からなるため、例えば図6に示されるように、方向勾配記述子におけるVP成分の0度又は略0度エッジを得てよい。ここで、NVPエッジ成分は非0の角度勾配情報に寄与してよい。
This step is performed as follows. A sanity check can be applied to eliminate false positives. This may be achieved using the following method steps. A tracker can be used to track the detected structure. Guardrail structures (for further processing) may be considered. The track length may be greater than one. Track length relates to the number of instances of an object detected in a given track. In the present case, these objects are the potential guardrail structures of the guardrail, i.e. the objects have not yet undergone a sanity check. A bounding box containing the true positive guardrail structure may be obtained from a trained machine learning method classifier. Directional gradient information may then be extracted from the edge map for that region in a bounding box (similar to boxes T1-T6 in FIG. 1; FIG. 6 shows the contents of one bounding box).
Since the guardrail structure consists of NVP and VP components (see FIGS. 2 and 6), we may obtain the 0 degree or near 0 degree edges of the VP component in the directional gradient descriptor, eg, as shown in FIG. Here, the NVP edge component may contribute non-zero angular gradient information.

この場合、方向勾配情報値は、上記のように、クラスタリングアルゴリズムに移されてよい。従って、2次元角度情報は、1次元データを得るために、行優先行列又はあらゆる適当な方法に変換されてよい。例えばGMM等のクラスタリングアルゴリズムから、分布、つまり最も高い確率を有するm個のガウスカーネルが更なる分析のために選択される。ガウス分布の1つは、VP成分に対応してよく、それ以外はNVP成分に関係する。 In this case, the directional gradient information values may be transferred to a clustering algorithm, as described above. Therefore, the two-dimensional angular information may be transformed into a row-major matrix or any suitable method to obtain one-dimensional data. From a clustering algorithm such as GMM, the distribution, ie the m Gaussian kernels with the highest probability, is selected for further analysis. One of the Gaussian distributions may correspond to the VP component and the other is related to the NVP component.

例えば、mは閾値Tを設定することにより決定され、予め定められた閾値Tを超える全てのガウス分布が検討されてよい。 For example, m may be determined by setting a threshold T, and all Gaussian distributions exceeding the predetermined threshold T may be considered.

図6に示される一例のカットアウトにおいて、n=4(nはガウスカーネルの個数)の場合のGMMクラスタリング出力が図7に示される。 In the example cutout shown in FIG. 6, the GMM clustering output for n=4 (where n is the number of Gaussian kernels) is shown in FIG.

Figure 0007164342000001
Figure 0007164342000001

表1は、図7に示されるガードレール構造の平均及び拡散を示す。但し、表1は本発明を例示し説明する役目を果たすに過ぎない。図7及び対応する表1から、勾配は、シグマにより示される拡散に沿って平均値に集中する成分(カーネルとも称される)を有することが観測できる。図は、2つの高密度ピーク即ち、2.46度のc3及び-19.16度のc2を有することが観測できる。 Table 1 shows the mean and spread of the guardrail structure shown in FIG. However, Table 1 only serves to illustrate and explain the invention. From FIG. 7 and corresponding Table 1, it can be observed that the gradient has a component (also called kernel) centered on the mean value along the spread indicated by sigma. It can be observed that the figure has two high density peaks: c3 at 2.46 degrees and c2 at -19.16 degrees.

更に、これら成分間における重複が存在するため、それらは1つの成分と考えることができる。それ以外の2つの成分、即ちc1及びc4は、1対の〔-180、-180〕円状表現の線を示している。これら2つの成分はガードレール構造に属し、その角度を決定することができる。 Furthermore, since there is overlap between these components, they can be considered as one component. The other two components, c1 and c4, represent a pair of [-180, -180] circular representation lines. These two components belong to the guardrail structure and its angle can be determined.

ここで、サニティチェックは、例えばGMM分布をチェックすることで、偽陽性ガードレール構造/バウンディングボックスを除去するために適用されてよい。(全部のうち)カーネル平均の1つは、0°±Δ(Δは所定の閾値)でなければならないとしてよい。または、検知されたボックスは除去できる。 Here, a sanity check may be applied to remove false positive guardrail structures/bounding boxes, eg by checking the GMM distribution. One of the kernel averages (out of all) may have to be 0°±Δ, where Δ is a predetermined threshold. Alternatively, the detected box can be removed.

同じ操作を(カットアウトボックスでトラッキングされた)検知されたガードレール構造の全てに対して実施してよい。しかし、本発明の方法を実施する場合には、あらゆる適切なトラッキング方法を用いることができる(例えばカルマンフィルタ)。これらガードレール構造から、NVP角度情報、即ち、上記の平均μを抽出できる。これら平均値が関係しているのは、NVP成分が、下記のようにガードレール構造間の連続性に寄与するからである。 The same operation may be performed for all detected guardrail structures (tracked with cutout boxes). However, any suitable tracking method may be used (eg Kalman filter) when implementing the method of the present invention. From these guardrail structures, we can extract the NVP angle information, ie the average μ above. These average values are relevant because the NVP component contributes to continuity between guardrail structures as follows.

2.検知されたガードレール構造からのガードレールパターンの生成
ガードレールパターンを決定するために、1セットの点を通る曲線を描く必要がある(即ち、この目的のため、ガードレール構造の全てが1つの点に寄与する)。この点は、検知されたボックス内のNVP勾配線の交点として得ることができる。
2. Generating Guardrail Patterns from Detected Guardrail Structures To determine a guardrail pattern, a curve must be drawn through a set of points (i.e., for this purpose all of the guardrail structures contribute to one point). ). This point can be obtained as the intersection of the NVP gradient lines within the detected box.

そして、検知された構造のNVP部の角度、特にNVPを検討して、方向(例えば多項式)曲線は、ガードレール構造を通してフィッティングされる。 Then, considering the angle of the NVP portion of the sensed structure, specifically the NVP, a directional (eg, polynomial) curve is fitted through the guardrail structure.

任意には、連続性チェックを実施することができる。角度情報(即ちμ)は、上記のように、拡散(即ちσ)を用いて得ることができる。これにより、各ガードレール構造のNVP(σ内)の角度に関する情報を検討しながら、点描/描かれた線を適合させることができる。このように、円滑な線801を提供することができ、例えば道路802を含む画像(図8参照)に視覚化されてよく、又は他に適用するために提供されてよい。 Optionally, a continuity check can be performed. Angular information (ie, μ) can be obtained using diffusion (ie, σ), as described above. This allows the stipple/drawn line to be adapted while considering information about the angle of NVP (within σ) of each guardrail structure. In this way, a smooth line 801 can be provided, which may be visualized in an image containing, for example, road 802 (see FIG. 8), or provided for other applications.

NVP成分の角度を検討しながら曲線を描くことにより、道路の両側にガードレールを有する場面における提案されたアルゴリズムのロバストな実施が確実になる。そのような場面において、運転者支援システム又は方法は、両側のガードレール構造を検知することができる。これらの場面では、開示された方法及びシステムによると、道路の左側と右側に見出されるガードレール構造では異なるNVP値になる。この結果、開示された方法及びシステムにより、2つのガードレールを同時に、所与のフレーム内に検知又は/及び描くことができる。 Drawing the curve while considering the angles of the NVP components ensures a robust implementation of the proposed algorithm in scenarios with guardrails on both sides of the road. In such situations, the driver assistance system or method can detect guardrail structures on both sides. In these scenarios, the disclosed method and system result in different NVP values for the guardrail structures found on the left and right sides of the road. As a result, the disclosed method and system allow two guardrails to be detected and/or drawn simultaneously within a given frame.

図9は、開示された運転者支援システム及び方法のステップの概観を示す。 FIG. 9 shows an overview of the steps of the disclosed driver assistance system and method.

ステップS901では、フレーム(即ち、画像又はビデオのフレーム)が入力される。訓練された機械学習アルゴリズム又は方法は、ガードレール構造を検出するフレームに適用されるS902。そして、ガードレールのガードレール構造はあらゆる適切なトラッキング方法(例えばカルマンフィルタ)によりトラッキングされ、更なる処理のため、カットアウトボックスが提供(抽出)される。カットアウトボックスに含まれる情報から、NVPに関する角度情報を含む、カットアウトボックスにおける構造の角度情報が得られるS903。任意には、クラスタリングが偽陽性を除去するために適用できるS904。NVP角度に関する情報が得られ、提供されるS905。得られたNVP角度情報を検討して、(例えば多項式)曲線が、各ガードレール構造を通してフィッティングされる。 In step S901, a frame (ie, an image or video frame) is input. A trained machine learning algorithm or method is applied S902 to frames that detect guardrail structures. The guardrail structure of the guardrail is then tracked by any suitable tracking method (eg Kalman filter) and cutout boxes are provided (extracted) for further processing. From the information contained in the cutout box, the angular information of the structure in the cutout box is obtained S903, including the angular information about the NVP. Optionally, clustering can be applied to remove false positives S904. Information about the NVP angle is obtained and provided S905. Considering the obtained NVP angle information, a (eg, polynomial) curve is fitted through each guardrail structure.

図10は、本発明のガードレールパターンを生成する方法を実施するコンピュータシステム1000を示す。コンピュータシステムは、プロセッサ1001で処理されるフレームを取り込むカメラ1002を有する。任意に、システム1000は、取り込まれて処理されたデータを格納するメモリを有する。 FIG. 10 illustrates a computer system 1000 that implements the guardrail pattern generation method of the present invention. The computer system has a camera 1002 that captures frames that are processed by processor 1001 . Optionally, system 1000 has memory to store the captured and processed data.

本発明のコンピュータ実装機械学習方法は、同じシステムで実施することができるが、その場合、カメラ1002は任意である。 The computer-implemented machine learning method of the present invention can be implemented in the same system, in which case camera 1002 is optional.

本発明のコンピュータシステムは、パーソナルコンピュータ、特定用途向け集積回路ASIC、又はフィールドプログラマブルゲートアレイFPGAであってよい。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の観点として以下を含む。
1.ガードレールパターンを生成するコンピュータ実装方法において、
a.カメラを用いて画像フレームを取り込むステップと、
b.前記画像フレームがガードレールの、非垂直部NVPと垂直部VPとを有する少なくとも2つのガードレール構造を含むと決定し、切り抜きボックスを用いて前記画像フレーム内の前記ガードレール構造をトラッキングするステップと、
c.トラッキングされた前記ガードレール構造のうちの1つの角度勾配情報を抽出するために前記切り抜きボックスの情報を処理するステップと、
d.前記切り抜きボックスの成分の角度に関する情報のクラスタを生成するクラスタリング方法を用いて前記角度勾配情報をクラスタリングするステップと、
e.前記切り抜きボックスの前記非垂直部NVPに関する情報を抽出するステップと、
f.トラッキングされたガードレール構造の全てがステップc~eを経るまでステップc~eを繰り返すステップと、
g.トラッキングされたガードレール構造の前記NVPを通して曲線をフィッティングするステップとを備える方法。
2.前記角度勾配情報は、前記少なくとも2つのガードレール構造の、ガードレールの単一の構造の前記垂直部及び前記非垂直部の勾配線と基準に対する非垂直部の角度勾配に関する情報とを提供する角度勾配記述子、好ましくは勾配方向ヒストグラム記述子を備えることによって抽出される、上記1に記載の方法。
3.前記角度勾配情報は、並列コンピューティングに対するビュー指向、分散、クラスタベースのアプローチVODCAを実行することで抽出される、上記1又は2に記載の方法。
4.ステップg)は、ガードレールを示す連続曲線を得るために、検知された前記ガードレール構造を通して曲線を補間することを含む、上記1~3の何れか1項に記載の方法。
5、前記曲線は、前記少なくとも2つのガードレール構造のNVPの勾配線の交点を通る多項式曲線である、上記1~4の何れか1項に記載の方法。
6.ステップd.は各非垂直部における平均値μと、対応する拡散σとを提供し、前記拡散は前記曲線の前記フィッティングを最適化するために用いられる、上記1~5の何れか1項に記載の方法。
7、ステップd.は偽陽性のガードレール構造を除去することを更に含む、上記1~6の何れか1項に記載の方法。
8.検知された前記ガードレール構造の前記トラッキングは、あらゆる適切なトラッキングアルゴリズム又は方法、特にカルマンフィルタを用いて実行される、上記1~7の何れか1項に記載の方法。
9.前記画像フレームが道路の別々の側における2つのガードレール構造を含むことが決定され、及び/又は2つの曲線が生成される、上記1~8の何れか1項に記載の方法。
10.前記ガードレール構造の前記角度情報を検討することにより、前記画像フレームが道路の別々の側における2つのガードレール構造を含むことが決定される、上記9に記載の方法。
11.運転者が前記ガードレールに接近しているとき、運転者を警告するステップを更に備える、上記1~10の何れか1項に記載の方法。
12.ガードレール構造を検知する運転者支援システム(1000)において、
a.複数の画像を取り込むように構成されるカメラ(1002)と、
b.前記カメラと接続されるように構成され、上記1~11の何れか1項に記載の操作を実行するように構成されるプロセッサ(1001)と、を備える運転者支援システム。
13.レーダを更に備え、前記プロセッサは、ガードレール曲線を生成するために前記レーダにより提供される情報を用いるように構成される、上記12に記載の運転者支援システム。
14.上記12又は13に記載の運転者支援システムを備える車両。
15.前記車両は、乗用車、自動二輪車、又はトラックである、上記14に記載の車両。
16.画像フレームがガードレール構造を含むと決定する方法を提供するコンピュータ実装機械学習方法において、
a.データベースにおけるガードレール構造の少なくとも1つの画像フレームのラベル付きデータセットと学習モデルである少なくとも1つのマシンとを提供するステップと、
b.ガードレールのガードレール構造の角度勾配情報を抽出するために前記少なくとも1つの画像フレームを処理するステップと、
c.画像フレーム内にガードレール構造を含んでいる前記画像フレームを分類するための前記学習モデルを訓練するために前記角度勾配情報を用いるステップとを備える方法。
17.前記学習モデルは、サポートベクターマシンSVM若しくは適応型ブースティングマシンAdaBoost、又はあらゆる適切な機械学習アプローチである、上記16に記載の方法。
18.ステップb.は、並列コンピューティングに対するビュー指向、分散、クラスタベースのアプローチVODCAを実行することを含む、上記16又は17に記載の方法。
19.メモリ(1003)とプロセッサ(1001)とを備えるコンピュータシステム(1000)において、前記プロセッサは、上記1~11又は16~18の何れか1項に記載の操作を実行するよう構成される、コンピュータシステム。
The computer system of the present invention may be a personal computer, an application specific integrated circuit ASIC, or a field programmable gate array FPGA.
Although this application relates to the invention described in the claims, it includes the following as another aspect.
1. A computer-implemented method for generating a guardrail pattern comprising:
a. capturing an image frame with a camera;
b. determining that the image frame includes at least two guardrail structures having a non-vertical portion NVP and a vertical portion VP of guardrails, and using a clipping box to track the guardrail structures within the image frame;
c. processing the cutout box information to extract angular slope information of one of the tracked guardrail structures;
d. clustering the angular gradient information using a clustering method that produces clusters of information about angles of the clipping box components;
e. extracting information about the non-vertical portion NVP of the clipping box;
f. repeating steps c-e until all of the tracked guardrail structures have gone through steps c-e;
g. and fitting a curve through said NVP of a tracked guardrail structure.
2. The angular gradient information is an angular gradient description providing gradient lines of the vertical and non-vertical portions of a single structure of guardrails of the at least two guardrail structures and information about the angular gradients of the non-vertical portions relative to a reference. A method according to claim 1, extracted by providing a child, preferably a gradient oriented histogram descriptor.
3. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the angular gradient information is extracted by implementing VODCA, a view-oriented, distributed, cluster-based approach to parallel computing.
4. 4. The method of any one of claims 1-3, wherein step g) includes interpolating a curve through the detected guardrail structure to obtain a continuous curve indicative of the guardrail.
5. The method according to any one of the preceding paragraphs 1 to 4, wherein said curve is a polynomial curve through the intersections of sloped lines of NVPs of said at least two guardrail structures.
6. step d. provides the mean μ at each non-vertical portion and the corresponding spread σ, said spread being used to optimize said fitting of said curve .
7, step d. 7. The method of any one of claims 1-6, further comprising removing false positive guardrail structures.
8. Method according to any one of the preceding claims 1 to 7, wherein said tracking of said detected guardrail structure is performed using any suitable tracking algorithm or method, in particular a Kalman filter.
9. 9. A method according to any one of the preceding claims 1-8, wherein it is determined that the image frame contains two guardrail structures on different sides of the road and/or two curves are generated.
10. 10. The method of claim 9, wherein by examining the angular information of the guardrail structures, it is determined that the image frame contains two guardrail structures on different sides of a road.
11. 11. The method of any one of claims 1-10, further comprising the step of warning a driver when the driver is approaching the guardrail.
12. In a driver assistance system (1000) for detecting a guardrail structure,
a. a camera (1002) configured to capture a plurality of images;
b. a processor (1001) configured to be connected to the camera and configured to perform the operation according to any one of 1 to 11 above.
13. 13. The driver assistance system of claim 12, further comprising a radar, wherein the processor is configured to use information provided by the radar to generate guardrail curves.
14. 14. A vehicle comprising the driver assistance system according to 12 or 13 above.
15. 15. The vehicle according to 14 above, wherein the vehicle is a passenger car, a motorcycle, or a truck.
16. A computer-implemented machine learning method for providing a method for determining that an image frame contains a guardrail structure, comprising:
a. providing a labeled dataset of at least one image frame of guardrail structures in a database and at least one machine being a learning model;
b. processing the at least one image frame to extract angular gradient information of a guardrail structure of a guardrail;
c. and using the angular gradient information to train the learning model for classifying the image frames containing guardrail structures within the image frames.
17. 17. The method of claim 16, wherein the learning model is a support vector machine SVM or an adaptive boosting machine AdaBoost, or any suitable machine learning approach.
18. step b. 18. The method of claim 16 or 17, comprising implementing VODCA, a view-oriented, distributed, cluster-based approach to parallel computing.
19. A computer system (1000) comprising a memory (1003) and a processor (1001), wherein the processor is configured to perform the operations according to any one of 1 to 11 or 16 to 18 above. .

101 ガードレール
T1~T6 ガードレール構造
102 道路
S501 ガードレール構造用ラベル付きデータベースを提供
S502 角度勾配特徴を抽出
S503 分類ステップ
801 描かれた曲線
802 道路
S901 フレームを入力
S902 ガードレールを検出する機械学習アルゴリズムを適用
S903 カットアウトの角度情報を抽出
S904 クラスタリングを適用
S905 非垂直部角度情報を抽出
S905 非垂直部角度情報を検討して(多項式)フィッティングを実施
1000 コンピュータシステム
1001 プロセッサ
1002 カメラ
101 Guardrails T1-T6 Guardrail Structures 102 Roads S501 Provide Labeled Database for Guardrail Structures S502 Extract Angular Gradient Features S503 Classification Step 801 Drawn Curves 802 Roads S901 Input Frames S902 Apply Machine Learning Algorithm to Detect Guardrails S903 Cut Extract out angle information S904 Apply clustering S905 Extract non-vertical portion angle information S905 Consider non-vertical portion angle information and perform (polynomial) fitting 1000 Computer system 1001 Processor 1002 Camera

Claims (16)

ガードレールパターンを生成するコンピュータ実装方法において
a.カメラを用いて画像フレームを取り込むステップと
b.前記画像フレームがガードレールの、非垂直部NVPと垂直部VPとを有する少なくとも2つのガードレール構造を含むと決定し、切り抜きボックスを用いて前記画像フレーム内の前記ガードレール構造をトラッキングするステップと
c.トラッキングされた前記ガードレール構造のうちの1つの角度勾配情報を抽出するために前記切り抜きボックスの情報を処理するステップと
d.前記切り抜きボックスの成分の角度に関する情報のクラスタを生成するクラスタリング方法を用いて前記角度勾配情報をクラスタリングするステップと
e.前記切り抜きボックスの前記非垂直部NVPに関する情報を抽出するステップと
f.トラッキングされたガードレール構造の全てがステップc~eを経るまでステップc~eを繰り返すステップと
g.トラッキングされたガードレール構造の前記NVPを通して曲線をフィッティングするステップとを備える方法。
A computer-implemented method for generating a guardrail pattern comprising :
a. capturing an image frame with a camera ;
b. determining that the image frame includes at least two guardrail structures having a non-vertical portion NVP and a vertical portion VP of guardrails, and using a clipping box to track the guardrail structures within the image frame ;
c. processing the cutout box information to extract angular slope information of one of the tracked guardrail structures ;
d. clustering the angular gradient information using a clustering method that produces clusters of information about angles of the clipping box components ;
e. extracting information about the non-vertical portion NVP of the clipping box ;
f. repeating steps c-e until all of the tracked guardrail structures have gone through steps c-e ;
g. and fitting a curve through said NVP of a tracked guardrail structure.
前記角度勾配情報は、前記少なくとも2つのガードレール構造の、ガードレールの単一の構造の前記垂直部及び前記非垂直部の勾配線と基準に対する非垂直部の角度勾配に関する情報とを提供する角度勾配記述子、好ましくは勾配方向ヒストグラム記述子を備えることによって抽出される、請求項1に記載の方法。 The angular gradient information is an angular gradient description providing gradient lines of the vertical and non-vertical portions of a single structure of guardrails of the at least two guardrail structures and information about the angular gradients of the non-vertical portions relative to a reference. 2. Method according to claim 1, extracted by providing children, preferably gradient oriented histogram descriptors. 前記角度勾配情報は、並列コンピューティングに対するビュー指向、分散、クラスタベースのアプローチVODCAを実行することで抽出される、請求項1又は2に記載の方法。 3. The method of claim 1 or 2, wherein the angular gradient information is extracted by implementing VODCA, a view-oriented, distributed, cluster-based approach to parallel computing. ステップg)は、ガードレールを示す連続曲線を得るために、検知された前記ガードレール構造を通して曲線を補間することを含む、請求項1~3の何れか1項に記載の方法。 A method according to any preceding claim, wherein step g) comprises interpolating a curve through the detected guardrail structure to obtain a continuous curve indicative of the guardrail. 前記曲線は、前記少なくとも2つのガードレール構造のNVPの勾配線の交点を通る多項式曲線である、請求項1~4の何れか1項に記載の方法。 A method according to any one of claims 1 to 4, wherein said curve is a polynomial curve through the intersections of sloped lines of NVPs of said at least two guardrail structures. ステップd.は各非垂直部における平均値μと、対応する拡散σとを提供し前記拡散は前記曲線の前記フィッティングを最適化するために用いられる、請求項1~5の何れか1項に記載の方法。 step d. provides a mean value μ in each non-vertical portion and a corresponding spread σ , said spread being used to optimize said fitting of said curve. Method. ステップd.は偽陽性のガードレール構造を除去することを更に含む、請求項1~6の何れか1項に記載の方法。 step d. The method of any one of claims 1-6, further comprising removing false positive guardrail structures. 検知された前記ガードレール構造の前記トラッキングは、あらゆる適切なトラッキングアルゴリズム又は方法、特にカルマンフィルタを用いて実行される、請求項1~7の何れか1項に記載の方法。 Method according to any one of the preceding claims, wherein said tracking of said detected guardrail structure is performed using any suitable tracking algorithm or method, in particular a Kalman filter. 前記画像フレームが道路の別々の側における2つのガードレール構造を含むことが決定され、及び/又は2つの曲線が生成される、請求項1~8の何れか1項に記載の方法。 Method according to any one of the preceding claims, wherein it is determined that the image frame contains two guardrail structures on different sides of the road and/or two curves are generated. 前記ガードレール構造の前記角度情報を検討することにより、前記画像フレームが道路の別々の側における2つのガードレール構造を含むことが決定される、請求項9に記載の方法。 10. The method of claim 9, wherein by examining the angular information of the guardrail structures, it is determined that the image frame contains two guardrail structures on different sides of a road. 運転者が前記ガードレールに接近しているとき、運転者を警告するステップを更に備える、請求項1~10の何れか1項に記載の方法。 A method according to any preceding claim, further comprising the step of warning a driver when he is approaching the guardrail. ガードレール構造を検知する運転者支援システム(1000)において
a.複数の画像を取り込むように構成されるカメラ(1002)と
b.前記カメラと接続されるように構成され、請求項1~11の何れか1項に記載の操作を実行するように構成されるプロセッサ(1001)と、を備える運転者支援システム。
In a driver assistance system (1000) for detecting a guardrail structure ,
a. a camera (1002) configured to capture a plurality of images ;
b. a processor (1001) configured to be connected to the camera and configured to perform the operation of any one of claims 1-11.
レーダを更に備え、前記プロセッサは、ガードレール曲線を生成するために前記レーダにより提供される情報を用いるように構成される、請求項12に記載の運転者支援システム。 13. The driver assistance system of Claim 12, further comprising a radar, wherein the processor is configured to use information provided by the radar to generate a guardrail curve. 請求項12又は13に記載の運転者支援システムを備える車両。 A vehicle comprising a driver assistance system according to claim 12 or 13. 前記車両は、乗用車、自動二輪車、又はトラックである、請求項14に記載の車両。 15. The vehicle of claim 14, wherein the vehicle is a car, motorcycle, or truck. メモリ(1003)とプロセッサ(1001)とを備えるコンピュータシステム(1000)において、前記プロセッサは、請求項1~11の何れか1項に記載の操作を実行するよう構成される、コンピュータシステム。 A computer system (1000) comprising a memory (1003) and a processor (1001), said processor being configured to perform the operations of any one of claims 1-11.
JP2018135652A 2017-07-20 2018-07-19 DRIVER ASSISTANCE SYSTEM AND GUARDRAIL DETECTION METHOD Active JP7164342B2 (en)

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