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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Bildverarbeitungsvorrichtung,
ein Bildverarbeitungsverfahren und eine Navigationsvorrichtung,
die einen Abstand zu einem Straßenrand
und einer Straßenbreite
auf der Basis eines Bildsignals von einer Bildaufnahmeeinrichtung
(z.B. einer Filmkamera) in einem Fahrzeug, das sich gegenwärtig bewegt,
erhalten kann.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Es
gibt eine Navigationsvorrichtung, die eine gegenwärtige Position
eines Fahrzeugs als einen bewegbaren Körper detektiert und die die
detektierte gegenwärtige
Position zusammen mit einer Straßenkarte ringsherum darstellt,
um dadurch eine Routenführung
durchzuführen.
Diese Art von Navigationsvorrichtung ist mit einem Speichermedium
mit großer Speicherkapazität (z.B.
einem CD-ROM, einem DVD-ROM oder Ähnlichem), auf dem Kartendaten gespeichert
sind, ausgerüstet
und diese wird zum Erzeugen der auf einer Anzeige-Bildebene dargestellten
Anzeigedaten verwendet. Die Kartendaten auf dem Speichermedium enthalten
die Form der Straße betreffende
Daten und verschieden Daten zum Anzeigen sowie diese begleitende
Straßenbreiten-Information.
Daher ist es möglich,
die der Straße,
auf der sich das Fahrzeug gegenwärtig
bewegt, entsprechende Straßenbreiten-Information
auszulesen und die Straßenbreite
dieser Straße
kann erfasst werden.
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Gemäß der oben
genannten Navigationsvorrichtung gibt die in den Kartendaten enthaltene
Straßenbreiten-Information
jedoch keine genaue Straßenbreite
an, sondern gibt eine ungenaue und grobe Straßenbreite der Straße an, beispielsweise
5,5 m bis 8 m. Somit ist es nicht möglich, eine genaue Straßenbreiten-Information, die
ausgezeichnet jedem Punkt der Straße entspricht, zu erhalten.
Außerdem ist
es wünschenswert,
dass der Abstand zum Rand der Straße in Echtzeit ermittelt wird
und für
das sichere Fahren des Fahrzeugs verwendet wird.
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Patent
Abstracts of Japan, Band 012, Nr. 251 (M-718), vom 15.07.1988 und
JP 63 038056 A (Hitachi
Ltd.) vom 18.02.1988 beschreibt eine Unfall-Vermeidungsvorrichtung
für ein
Auto. Diese Vorrichtung weist eine Bildverarbeitungsvorrichtung
mit einer Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen eines Bildes mindestens
auf einer Seite und nach hinten eines bewegbaren Autos und zum Ausgeben
eines Bildsignals an einen Mikrocomputer auf. Die Position, der Kurs
und die Geschwindigkeit eine detektierten Objekts werden aus dem
verarbeiteten Bild ermittelt und ein Abstand des Objekts wird berechnet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Bildverarbeitungsvorrichtung
und ein Bildverarbeitungsverfahren bereitzustellen, die einen Abstand zum
Straßenrand
oder eine Straßenbreite
erhalten kann, indem eine Wand, eine Rille oder eine Struktur, die
anders als eine Straßenoberfläche ist,
benachbart zu der Straßenoberfläche aus
einem Bild detektiert wird, welches von einem sich gegenwärtig bewegenden
Fahrzeug aufgenommen wird, und außerdem eine Navigationsvorrichtung,
die eine Warnung oder eine Führung
durchführen
kann, um auf diese Weise einen sicheren Fahrbetrieb für einen
Fahrer in Übereinstimmung
mit einem Ergebnis der Bildverarbeitung der Bildverarbeitungsvorrichtung
sicherzustellen.
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Die
obige Aufgabe dieser Erfindung kann mittels einer Bildverarbeitungsvorrichtung
gelöst
werden, die ausgerüstet
ist mit: einer Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen eines Bildes
auf einer Seite eines bewegbaren Körpers und zum Ausgeben eines dem
aufgenommenen Bild entsprechenden Bildsignals; einer Bewegungsvektor-Ermittlungseinrichtung zum
Ermitteln eines Bewegungsvektors für jeden Bereich des von der
Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bildes auf der Basis des Bildsignals, während sich
der bewegbare Körper
bewegt; und einer Abstandsberechnungseinrichtung zum Beurteilen
einer räumlichen Änderungsrate
einer Größe des detektierten
Bewegungsvektors und zum Berechnen des Abstandes zu einem Straßenrand
auf der Basis der räumlichen Änderungsrate.
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Gemäß der Bildverarbeitungsvorrichtung dieser
Erfindung werden der Bildaufnahmevorgang auf der Seite des bewegbaren
Körpers,
beispielsweise eines Fahrzeugs, durchgeführt und das Bildsignal von
der Bildaufnahmeeinrichtung ausgegeben, während sich der bewegbare Körper gegenwärtig bewegt.
Das Bildsignal zu einem bestimmten Zeitpunkt und das Bildsignal
zu einem anderen Zeitpunkt werden miteinander verglichen, so dass
der Bewegungsvektor für
jeden Bereich detektiert wird. In dem horizontalen Bereich, beispielsweise
einer Straßenoberfläche, etc.,
in dem Bild wird die Änderungsrate
des Bewegungsvektors annähernd
konstant. Auf der anderen Seite wird am Straßenrand ein diskontinuierlicher
Punkt der Änderungsrate
erzeugt. Es ist somit möglich,
den Straßenrand
separat für
jeden Bereich zu beurteilen und auf diese Weise den Abstand zum Straßenrand
auf der Basis der Größe des Bewegungsvektors
zu berechnen. Der berechnete Abstand kann folglich zum Erreichen
einer Sicherheit beim Fahren, zum Ergänzen des Navigationsbetriebs und Ähnliches
verwendet werden, um so die Sicherheit und die Annehmlichkeit des
bewegbaren Körpers
zu verbessern.
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In
einem Aspekt der Bildverarbeitungsvorrichtung dieser Erfindung weist
die Bildaufnahmeeinrichtung eine erste Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen
des Bildes auf einer linken Seite des bewegbaren Körpers und
eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des Bildes auf
einer rechten Seite des bewegbaren Körpers auf und die Abstandsberechnungseinrichtung
berechnet einen ersten Abstand zum Straßenrand auf der linken Seite und
einen zweiten Abstand zum Straßenrand
auf der rechten Seite.
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Gemäß diesem
Aspekt werden in dem bewegbaren Körper, beispielsweise einem
Fahrzeug, das Bild auf der linken Seite von der ersten Bildaufnahmeeinrichtung
und das Bild auf der rechten Seite von der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung
aufgenommen, um die jeweiligen Bildsignale auszugeben. Die darauf
folgenden Prozesse werden für
das Bild auf der linken Seite beziehungsweise für das Bild auf der rechten
Seite von der Bewegungsvektor-Ermittlungseinrichtung und der Abstandsberechnungseinrichtung
in der oben beschriebenen Weise durchgeführt, so dass der Abstand zum
Straßenrand
auf der linken Seite und der Abstand zum Straßenrand auf der rechten Seite
berechnet werden. Es ist daher möglich,
die Position des bewegbaren Körpers
auf der Straße
zu erkennen, indem diese zwei Abstände verwendet werden, und dadurch
die Sicherheit und die Annehmlichkeit des bewegbaren Körpers zu
verbessern.
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In
diesem Aspekt kann die Bildverarbeitungsvorrichtung außerdem mit
einer Straßenbreite-Berechnungseinrichtung
vorgesehen sein, um eine Straßenbreite
der Straße,
auf welcher sich der bewegbare Körper
bewegt, auf der Basis des ersten Abstandes und des zweiten Abstandes,
die von der Abstandsberechnungseinrichtung berechnet wurden, zu
berechnen.
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Gemäß diesem
Aspekt kann die Straßenbreite
der Straße,
auf der sich der bewegbare Körper gegenwärtig bewegt,
auf der Basis der zwei Abstände
entsprechend dem linken und rechten Bild des bewegbaren Körpers, beispielsweise
einem Fahrzeug, berechnet werden. Beispielsweise in dem Fall, dass die
Bildaufnahmeeinrichtungen auf beiden Seiten des Fahrzeugs installiert
sind, kann die Straßenbreite erhalten
werden, indem diese zwei Abstände
und der Abstand zwischen diesen Bildaufnahmeeinrichtungen addiert
werden. Daher ist es möglich,
die Sicherheit beim Fahren unter Verwendung dieser Straßenbreite
zu erreichen und die Straßenbreite-Daten
in Korrelation mit Kartendaten zu speichern, so dass die Funktion
und die Sicherheit der Navigation für den bewegbaren Körper verbessert
werden können.
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In
einem anderen Aspekt der Bildverarbeitungsvorrichtung dieser Erfindung
weist das Bildsignal Rahmen-Bilddaten, welche einen vorbestimmten Rahmenzyklus
aufweisen, als eine Einheit auf und die Bewegungsvektor-Ermittlungseinrichtung
detektiert den Bewegungsvektor auf der Basis zweier aufeinander
folgender Rahmen-Bilddaten.
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Gemäß diesem
Aspekt ist das Objekt der Bildverarbeitung die von jedem Rahmenzyklus
ausgegebenen Rahmen-Bilddaten und die oben beschriebene Bildverarbeitung
wird unter Verwendung der zwei aufeinander folgenden Rahmen-Bilddaten durchgeführt. Daher
wird die Bildverarbeitung stets in Echtzeit durchgeführt, während sich
der bewegbare Körper
bewegt, so dass die sich mit dem aktuellen Zustand des bewegbaren
Körpers
befassende Bildverarbeitungsvorrichtung zügig realisiert werden kann.
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In
einem anderen Aspekt der Bildverarbeitungsvorrichtung dieser Erfindung
ist die Bildaufnahmeeinrichtung an einem Frontabschnitt des bewegbaren
Körpers
installiert.
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Indem
das Bildsignal, das von der an dem Frontabschnitt des bewegbaren
Körpers
installierten Bildaufnahmeeinrichtung stammt, gemäß diesem
Aspekt auf beispielsweise einer Anzeige-Bildebene dargestellt wird, ist es für den Nutzer
oder Fahrer möglich,
die Gegend in seitlicher Richtung von der Frontseite des bewegbaren
Körpers
aus, die normalerweise schwierig zu beobachten ist, einfach zu beobachten,
so dass die Sicherheit des Fahrzeugs weiter verbessert werden kann.
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In
einem anderen Aspekt der Bildverarbeitungsvorrichtung dieser Erfindung
nimmt die Bildaufnahmeeinrichtung das Bild in einer Schräg-Vorwärts-Richtung
des bewegbaren Körpers
auf.
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Da
die oben beschriebenen Prozesse für das Bildsignal von der Bildaufnahmeeinrichtung,
die das Bild in der Schräg-Vorwärts-Richtung des bewegbaren
Körpers
aufnimmt, durchgeführt
werden, ist es gemäß diesem
Aspekt möglich,
den Abstand zum Straßenrand
des Straßenabschnitts,
der in Fortbewegungsrichtung vor dem bewegbaren Körper angeordnet
ist, im Voraus zu berechnen, so dass die Bewegungsbedingung des
bewegbaren Körpers
zügig erfasst
werden kann.
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In
einem anderen Aspekt der Bildverarbeitungsvorrichtung dieser Erfindung
nimmt die Bildaufnahmeeinrichtung das Bild in einer Schräg-Abwärts-Richtung
des bewegbaren Körpers
auf.
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Da
die oben beschriebenen Prozesse für das Bildsignal von der Bildaufnahmeeinrichtung,
die das Bild in der Schräg-Abwärts-Richtung des bewegbaren
Körpers
aufnimmt, durchgeführt
werden, ist es gemäß diesem
Aspekt möglich,
den Straßenrand
innerhalb des Blickwinkel-Feldes aufzunehmen, auch wenn der bewegbare
Körper
sich nahe am Straßenrand
befindet, so dass die Sicherheit des bewegbaren Körpers weiter
verbessert werden kann.
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Die
obige Aufgabe dieser Erfindung kann auch mittels eines Bildverarbeitungsverfahrens
gelöst
werden, bei dem eine Bildverarbeitung auf der Basis eines Bildsignals,
das von einer Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen eines Bildes
auf einer Seite eines bewegbaren Körpers und zum Ausgeben des
Bildsignals entsprechend dem aufgenommenen Bild ausgegeben wird,
durchgeführt
wird. Das Bildverarbeitungsverfahren wird bereitgestellt mit: einem Bewegungsvektor-Ermittlungsprozess
zum Ermitteln eines Bewegungsvektors für jeden Bereich des mittels
der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bildes auf der Basis des
Bildsignals, während
sich der bewegbare Körper
bewegt; und einen Abstands-Berechnungsprozess zum Beurteilen einer räumlichen Änderungsrate
einer Größe des ermittelten
Bewegungsvektors und zum Berechnen des Abstandes zu einem Straßenrand
auf der Basis der räumlichen Änderungsrate.
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Gemäß dem Bildverarbeitungsverfahren
dieser Erfindung wird der Bildaufnahme-Vorgang auf der Seite des
bewegbaren Körpers,
beispielsweise einem Fahrzeug, durchgeführt und das Bildsignal wird mittels
der Bildaufnahmeeinrichtung ausgegeben, während sich der bewegbare Körper gegenwärtig bewegt.
Dann wird der Bewegungsvektor für
jeden Bereich detektiert. Es ist somit möglich, den Straßenrand
separat für
jeden Bereich zu beurteilen und dadurch den Abstand zum Straßenrand
auf der Basis der Größe des Bewegungsvektors
zu berechnen. Folglich kann der berechnete Abstand zum Erreichen einer
Sicherheit beim Fahren, zum Hinzufügen zum Navigationsbetrieb
und Ähnlichem
verwendet werden, um auf diese Weise die Sicherheit und die Annehmlichkeit
des bewegbaren Körpers
zu verbessern.
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In
einem Aspekt des Bildverarbeitungsverfahrens dieser Erfindung weist
die Bildaufnahmeeinrichtung eine erste Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen
des Bildes auf einer linken Seite des bewegbaren Körpers und
eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des Bildes auf
einer rechten Seite des bewegbaren Körpers auf und der Abstands-Berechnungsprozess
berechnet einen ersten Abstand zum Straßenrand auf der linken Seite
und einen zweiten Abstand zum Straßenrand auf der rechten Seite.
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In
dem bewegbaren Körper,
beispielsweise einem Fahrzeug, wird gemäß diesem Aspekt das Bild auf
den linken Seite von der ersten Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen
und das Bild auf der rechten Seite wird von der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen,
um die jeweiligen Bildsignale auszugeben. Die nachfolgenden Prozesse
werden für
das Bild auf der linken Seite beziehungsweise für das Bild auf der rechten
Seite in der oben beschriebenen Weise mittels des Bewegungsvektor-Ermittlungsprozesses
und des Abstands-Berechnungsprozesses durchgeführt, so
dass der Abstand zum Straßenrand auf
der linken Seite und der Abstand zum Straßenrand auf der rechten Seite
berechnet werden. Folglich ist es möglich, die Position des bewegbaren
Körpers
auf der Straße
unter Verwendung dieser zwei Abstände zu erkennen und dadurch
die Sicherheit und die Annehmlichkeit des bewegbaren Körpers zu verbessern.
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Das
Bildverarbeitungsverfahren kann in diesem Aspekt außerdem einen
Straßenbreite-Berechnungsprozess
zum Berechnen einer Straßenbreite der
Straße,
auf der sich der bewegbare Körper
bewegt, auf der Basis des ersten Abstandes und des zweiten Abstandes,
die in dem Abstands-Berechnungsprozess berechnet wurden, aufweisen.
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Gemäß diesem
Aspekt kann die Straßenbreite
der Straße,
auf der sich der bewegbare Körper gegenwärtig bewegt,
auf der Basis der zwei Abstände
entsprechend dem linken und rechten Bild des bewegbaren Körpers, beispielsweise
einem Fahrzeug, berechnet werden. Beispielsweise in dem Fall, dass die
Bildaufnahmeeinrichtungen auf beiden Seiten des Fahrzeugs installiert
sind, kann die Straßenbreite mittels
Addierens dieser zweier Abstände
und des Abstandes zwischen diesen Bildaufnahmeeinrichtungen erhalten
werden. Daher ist es möglich,
die Sicherheit beim Fahren unter Verwendung dieser Straßenbreite
zu erzielen und die Straßenbreite-Daten
zu speichern, so dass die Funktion und die Sicherheit der Navigation
für den
bewegbaren Körper
verbessert werden können.
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In
einem anderen Aspekt des Bildverarbeitungsverfahrens dieser Erfindung
weist das Bildsignal Rahmen-Bilddaten, die einen vorgegebenen Rahmenzyklus
aufweisen, als eine Einheit auf und der Bewegungsvektor-Ermittlungsprozess
ermittelt den Bewegungsvektor auf der Basis zweier aufeinander folgender
Rahmen-Bilddaten.
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Gemäß diesem
Aspekt ist das Objekt der Bildverarbeitung die von jedem Rahmenzyklus
ausgegebenen Rahmen-Bilddaten und die oben beschriebene Bildverarbeitung
wird unter Verwendung der zwei aufeinander folgenden Rahmen-Bilddaten durchgeführt. Folglich
wird die Bildverarbeitung stets in Echtzeit durchgeführt, während sich
der bewegbare Körper
bewegt, so dass das sich mit dem gegenwärtigen Zustand des bewegbaren
Körpers
befassende Bildverarbeitungsverfahren zügig realisiert werden kann.
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Die
obige Aufgabe dieser Erfindung kann außerdem mittels einer Navigationsvorrichtung
gelöst werden,
die eine Routenführung
von einer gegenwärtigen
Position eines Fahrzeugs zu einem Zielort auf der Basis von Kartendaten
durchführt,
welche bereitgestellt ist mit: einer Sensoreinrichtung aufweisend einen
Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor
zum Detektieren einer Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs; eine
Bildaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen eines Bildes auf einer Seite
des Fahrzeugs und zum Ausgeben eines Bildsignals entsprechend dem aufgenommenen
Bild; eine Bewegungsvektor-Ermittlungseinheit
zum Ermitteln eines Bewegungsvektors für jeden Bereich des mittels
der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bildes auf der Basis des Bildsignals,
während
sich das Fahrzeug bewegt; und eine Abstands-Berechnungseinheit zum Beurteilen einer
räumlichen Änderungsrate
einer Größe des ermittelten
Bewegungsvektors und zum Berechnen des Abstands zu einem Straßenrand
auf der Basis der räumlichen Änderungsrate.
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Gemäß der Navigationsvorrichtung
dieser Erfindung wird die Fahrzeuggeschwindigkeit mittels der Sensoreinrichtung ermittelt,
der Bildaufnahmevorgang auf der Seite des Fahrzeugs wird durchgeführt und
das Bildsignal wird von der Bildaufnahmeeinrichtung ausgegeben.
Dann wird der Bewegungsvektor für
jeden Bereich ermittelt. Somit ist es möglich, den Straßenrand
separat für
jeden Bereich zu beurteilen und dadurch den Abstand zum Straßenrand
auf der Basis der Größe des Bewegungsvektors zu
berechnen. Folglich kann der berechnet Abstand zum Erreichen einer
Sicherheit beim Fahren, Hinzufügen
des Navigationsbetriebs und Ähnlichem
verwendet werden, um so die Sicherheit und die Annehmlichkeit des
Fahrzeugs zu verbessern.
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In
einem Aspekt der Navigationsvorrichtung dieser Erfindung ist die
Navigationsvorrichtung ferner mit einer Warneinrichtung bereitgestellt,
um zu warnen, dass das Fahrzeug nahe am Straßenrand ist, wenn der berechnete
Abstand zum Straßenrand schmaler
als ein Schwellenwert ist, der vorher festgelegt wurde.
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Gemäß diesem
Aspekt wird auf der Basis des Abstandes zum Straßenrand beurteilt, dass das Fahrzeug
zu nahe am Straßenrand
ist, und der Fahrer wird gewarnt, so dass die Sicherheit und die
Annehmlichkeit des Fahrzeugs weiter verbessert werden kann.
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In
diesem Aspekt kann die Navigationsvorrichtung außerdem mit einer Straßenbreite-Berechnungseinrichtung
bereitgestellt sein, um eine Straßenbreite der Straße, auf
der sich das Fahrzeug bewegt, auf der Basis des berechneten Abstands
zum Straßenrand
zu berechnen.
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Indem
diese Erfindung auf diese Weise gebildet wird, kann die Straßenbreite
der Straße,
auf der sich der bewegbare Körper gegenwärtig bewegt, berechnet
werden. Beispielsweise in dem Fall, dass die Bildaufnahmeeinrichtungen
auf beiden Seiten des Fahrzeugs installiert sind, kann die Straßenbreite mittels
Addierens dieser zwei Abstände
und des Abstandes zwischen diesen Bildaufnahmeeinheiten erhalten
werden. Daher ist es möglich,
die Sicherheit beim Fahren unter Verwendung dieser Straßenbreite zu
erreichen und die Straßenbreite-Daten
in Korrelation mit den Kartendaten zu speichern, so dass die Funktion
und die Sicherheit der Navigation für das Fahrzeug verbessert werden
können.
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In
diesem Aspekt mit der Straßenbreite-Berechnungseinrichtung
kann die Navigationsvorrichtung außerdem mit einem Straßenbreite-Daten-Speicher
zum Speichern von Straßenbreite-Daten entsprechend
der berechneten Straßenbreite
in Korrelation mit den Kartendaten bereitgestellt sein, damit auf diese
Weise die Straßenbreite-Daten
aktualisiert werden können.
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Indem
diese Erfindung auf diese Weise gebildet wird, werden die der berechneten
Straßenbreite
entsprechenden Straßenbreite-Daten
in den Kartendaten-Speicher gespeichert, so dass er aktualisiert
werden kann. Da die Straßenbreite-Daten der Straße, auf
der sich das Fahrzeug bewegt hat, somit aufgehoben werden können und
später
verwendet werden könne,
wenn sich das Fahrzeug auf der selben Straße wieder bewegt, ist es möglich, die
Funktion der Navigationsvorrichtung hinzuzufügen.
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In
diesem Aspekt mit der Straßenbreite-Berechnungseinrichtung
kann die Navigationsvorrichtung weiterhin bereitgestellt sein mit:
einer Fahrspur-Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen einer Fahrspur,
auf welcher sich das Fahrzeug gegenwärtig bewegt, auf der Basis
der Berechnungsergebnisse der Abstands-Berechnungseinrichtung und der Straßenbreite-Berechnungseinrichtung;
und eine Warneinrichtung zum Anmahnen einer geeigneten Fahrspur,
auf welcher sich das Fahrzeug bewegen soll, mittels Korrelation
der beurteilten Fahrspur mit einer Route zum Zielort.
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Indem
diese Erfindung auf diese Weise gebildet wird, wird die Fahrspur,
auf welcher sich das Fahrzeug gegenwärtig bewegt, von der Fahrspur-Beurteilungseinrichtung
auf der Basis des Abstandes zum Straßenrand und der Straßenbreite
beurteilt, wenn sich das Fahrzeug auf einer Straße mit einer Mehrzahl an Fahrspuren
bewegt. Die beurteilte Fahrspur wird dann mit der optimalen Route
zum Zielort korreliert und die Mahnung wird an den Fahrer ausgegeben,
das Fahrzeug auf der passenden Fahrspur entsprechend der optimalen
Route zu fahren. Somit ist es möglich,
den Fahrer darauf hinzuweisen, das Fahrzeug auf der Fahrspur entsprechend
der optimalen Route zu fahren, so dass eine komfortable Navigationsvorrichtung
realisiert werden kann.
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In
diesem Aspekt mit der Fahrspur-Beurteilungseinrichtung und der Warneinrichtung
kann die Warneinrichtung die passende Fahrspur anmahnen, wenn die
beurteilte Fahrspur nicht mit der passenden Fahrspur zusammenfällt.
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Indem
diese Erfindung auf diese Weise gebildet wird, wird die beurteilte
Fahrspur mit der optimalen Route zum Zielort korreliert und die
passende Fahrspur wird dem Fahrer angeraten, wenn beurteilt wird,
dass sich das Fahrzeug nicht auf der passenden Fahrspur bewegt.
Daher kann, während
unnötige
Hinweise vermieden werden, wenn sich das Fahrzeug auf der passenden
Fahrspur bewegt, die komfortable Navigationsvorrichtung auf Grund
minimaler Hinweise realisiert werden.
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In
diesem Aspekt mit der Fahrspur-Beurteilungseinrichtung und der Warneinrichtung
weist die Warneinrichtung darauf hin, dass die beurteilte Fahrspur
mit der passenden Fahrspur zusammenfällt, wenn die beurteilte Fahrspur
mit der passenden Fahrspur zusammenfällt.
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Indem
diese Erfindung auf diese Weise gebildet wird, wird die beurteilte
Fahrspur mit der optimalen Route zum Zielort korreliert und, wenn
beurteilt wird, dass sich das Fahrzeug auf der passenden Fahrspur
bewegt, wird diese Tatsache dem Fahrer mitgeteilt. Auf Grund des
Informierens des Fahrers, dass sich das Fahrzeug auf der passenden
Fahrspur bewegt, kann somit die komfortable Navigationsvorrichtung,
die dem Fahrer ein sicheres Gefühl
gibt, realisiert werden.
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Der
Beschaffenheit, die Verwendbarkeit und weitere Merkmale dieser Erfindung
werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme
auf bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung klarer verständlich,
wenn diese in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, die unten
kurz beschrieben werden, gelesen wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau einer Navigationsvorrichtung als
ein Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Bildverarbeitungseinheit
der Navigationsvorrichtung der 1 zeigt;
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3A ist
eine diagrammartige Aufsicht auf ein Fahrzeug, die einen Zustand
des Einstellens einer CCD-Kamera auf das Fahrzeug in dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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3B ist
eine diagrammartige Seitenansicht des Fahrzeugs, die den Zustand
des Einstellens der CCD-Kamera auf das Fahrzeug in dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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4 ist
ein Diagramm, das ein von der CCD-Kamera in dem Ausführungsbeispiel
mittels eines Modells einer Pinhole-Kamera aufgenommenes Bild zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Raum-Koordinatensystem
und einem Pixel-Koordinatensystem der Bilddaten in dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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6 ist
ein Diagramm zum Erklären
eines innerhalb der Bildebene definierten Referenzblocks, wenn in
dem Ausführungsbeispiel
ein Bewegungsvektor erhalten wird;
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7 ist
ein Diagramm zum Erklären
eines Verfahrens zum Erhalten des Bewegungsvektors mittels Definierens
eines Vergleichsblocks innerhalb eines Suchbereichs unter Bezugnahme
auf den Referenzblock innerhalb der Bildebene in dem Ausführungsbeispiel;
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8 ist
ein Diagramm zum Erklären
eines Verfahrens zum Berechnen eines Abstands zu einem Straßenrand
und einer Straßenbreite
in einer Bildverarbeitung in dem Ausführungsbeispiel;
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9 ist
ein Diagramm zum Erklären,
wie in dem Ausführungsbeispiel
die Größe des Bewegungsvektors
innerhalb des Bildes geändert
wird und wie der Abstand zur Wandfläche geändert wird;
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10 ist
ein Flussdiagramm, das in Übereinstimmung
mit einer Straßenbreite-Ermittlung
in der Navigationsvorrichtung in dem Ausführungsbeispiel einen Prozess
des Vermeidens, dass ein sich gegenwärtig fortbewegendes Fahrzeug
zu nahe am Straßenrand
positioniert wird, zeigt; und
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11 ist
ein Flussdiagramm, das in Übereinstimmung
mit einer Straßenbreite-Ermittlung
in der Navigationsvorrichtung in dem Ausführungsbeispiel einen Prozess
des Ermöglichens,
dass sich das Fahrzeug auf einer passenden Fahrspur für eine festgelegte
Route fortbewegt, wenn sich das Fahrzeug gegenwärtig auf einer Straße mit einer
Mehrzahl von Fahrspuren fortbewegt, zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
wird nun ein Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung erklärt.
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In 1 ist
eine Navigationsvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung
bereitgestellt mit einem Kontroller 11, einem Kartendaten-Speicher 12,
einem Straßenbreite-Datenspeicher 13,
einer Sensoreinheit 14, einer Gegenwärtige-Position-Ermittlungseinheit 15,
einer Anzeigeeinheit 16, einem Lautsprecher 17,
einer Bildverarbeitungseinheit 18 und CCD-Kameras 19a und 19b.
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Bei
dem oben erwähnten
Aufbau steuert der Kontroller 11 einen Betrieb der Navigationsvorrichtung
als Ganzes. Der Kontroller 11 wird von einer CPU oder Ähnlichem
gebildet. Der Kontroller liest und führt ein in einem nicht dargestellten
ROM gespeichertes Steuerprogramm aus, überträgt ein Steuersignal an jedes
Konstruktionselement der Navigationsvorrichtung und gibt verschiedene
Daten ein und aus.
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Der
Kartendaten-Speicher 12 ist ein Speicher mit hoher Kapazität zum Speichern
von Kartendaten und wird beispielsweise von einem CD-ROM oder einem
DVD-ROM gebildet. Die in dem Kartendaten-Speicher 12 gespeicherten
Kartendaten weisen Straßenform-Daten,
Namendaten, Hintergrunddaten und so weiter auf.
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Der
Straßenbreite-Datenspeicher 13 ist
ein Speicher zum Speichern von Straßenbreite-Daten, die durch
eine später
im Detail beschriebene Bildverarbeitung dieser Erfindung erhalten
werden, einer Straße,
wo sich das Fahrzeug gegenwärtig
fortbewegt, so dass die gespeicherten Straßenbreite-Daten aktualisiert
werden können.
Grobe Straßenbreite-Daten
können
in den in dem Kartendaten-Speicher 12 gespeicherten Kartendaten
enthalten sein. Die in dem Straßenbreite-Datenspeicher 13 gespeicherten
Straßenbreite-Daten sind detaillierter
als die groben Straßenbreite-Daten
und sind Daten, bei denen die Straßenbreite, die sich in Abhängigkeit
von der Position der Straße ändert, akkurat
erhalten wird. Das Verfahren des Erzeugens der Straßenbreite-Daten wird später im Detail
beschrieben werden.
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Die
Sensoreinheit 14 weist verschiedene Sensoren auf, die für die Ermittlung
der gegenwärtigen
Position des Fahrzeugs benötigt
werden. Konkreter, die Sensoreinheit 14 weist einen Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor
zum Ermitteln einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einen Azimutsensor zum
Ermitteln einer Azimut-Veränderungsmenge
des Fahrzeugs, einen GPS- (globales Positionierungssystem) Empfänger zum
Empfangen von elektrischen Wellen von GPS-Satteliten und so weiter
auf.
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Die
Gegenwärtige-Position-Ermittlungseinheit 15 berechnet
eine gegenwärtige
Position des Fahrzeugs auf der Basis von Ausgabe-Signalen von der
Sensoreinheit 14 und gibt die Gegenwärtige-Position-Daten aus. Nebenbei
bemerkt sind die Gegenwärtige-Position-Daten
mittels des Kontrollers 11 mit den vorher erwähnten Kartendaten
korreliert, um mit Hilfe einer Karten-Anpassungs-Technik oder Ähnlichem
korrigiert zu werden.
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Auf
der Anzeigeeinheit 16 werden die Kartendaten in verschiedenen
Aspekten unter der Steuerung des Kontrollers 11 dargestellt
und die gegenwärtige
Position des Fahrzeugs wird auf diese Kartendaten als eine Auto-Markierung überlagert
und dargestellt. Die Anzeigeeinheit 16 kann von einem CRT
(cathode ray tube = Kathodenstrahlröhre), einem LCD (liquid crystal
display = Flüssigkristallanzeige)
oder Ähnlichem
gebildet sein. Von dem Lautsprecher 17 wird Führungsinformation
entlang der Route des Fahrzeugs in Verbindung mit der Bildverarbeitung
dieser Erfindung mittels Sprache ausgegeben.
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Die
Bildverarbeitungseinheit 18 analysiert die Bildsignale
von den CCD-Kameras 19a und 19b, die in dem Fahrzeug
installiert sind, um die Bildverarbeitung dieser Erfindung durchzuführen. Der
Aufbau und der Betrieb der Bildverarbeitungseinheit 18 werden
hier unter Bezugnahme auf 2 erklärt.
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Wie
in 2 dargestellt, ist die Bildverarbeitungseinheit 18 mit
einem A/D-Wandler 21, einem ersten Bildspeicher 22,
einem zweiten Bildspeicher 23, einer Bewegungsvektor-Ermittlungseinheit 24 und
einer Bewegungsvektor-Verarbeitungseinheit 25 bereitgestellt.
Die Bildverarbeitungseinheit 18 wird in Übereinstimmung
mit dem Steuersignal von dem Kontroller 11 betrieben. Nebenbei
bemerkt, obwohl die Bildverarbeitungseinheit 18 tatsächlich die
Bildsignale der CCD-Kameras 19a und 19b verarbeitet, wird
hier der Einfachheit halber der Fall erklärt, bei dem das Bildsignal
von lediglich einer einzigen CCD-Kamera 19a verarbeitet
wird.
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Der
A/D-Wandler 21 in 2 wandelt
ein analoges Bildsignal basierend auf einem mittels der CCD 19a aufgenommenen
Bildes in ein digitales Bildsignal. Normalerweise bildet das von
dem A/D-Wandler 21 ausgegebene digitale Bildsignal einen
einzelnen Rahmen-Bilddaten-Wert für jeden vorgegebenen Rahmenzyklus.
In anderen Worten, das digitale Bildsignal weist eine kontinuierliche
Mehrzahl von Rahmen-Bilddaten auf.
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Der
erste Bildspeicher 22 und der zweite Bildspeicher 23 speichern
die von dem A/D-Wandler 21 ausgegebenen jeweiligen Rahmen-Bilddaten.
Der erste Bildspeicher 22 speichert die gegenwärtigen Rahmen-Bilddaten,
während
der zweite Bildspeicher 23 die direkt vorangegangenen Rahmen-Bilddaten speichert.
Somit werden die Bilddaten in Zwei-Rahmen-Menge stets von diesen
zwei Speichern in der Bildverarbeitungseinheit 18 gehalten
und werden zum Ausführen
des später
beschriebenen Prozesses verwendet.
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Die
Bewegungsvektor-Ermittlungseinheit 24 ermittelt einen Bewegungsvektor
für jeden
Bereich innerhalb des Bildes auf der Basis der in dem ersten Bildspeicher 22 und
dem zweiten Bildspeicher 23 gespeicherten Rahmen-Bilddaten.
Zu diesem Zeitpunkt der Ermittlung werden auch die von der Sensoreinheit 14 ausgegebenen
Fahrzeug-Geschwindigkeitsdaten verwendet.
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Die
Bewegungsvektor-Verarbeitungseinheit 25 erzielt einen Abstand
zu einem Straßenrand
einer Straße,
wo sich das Fahrzeug gegenwärtig
fortbewegt, und erzielt außerdem
die Straßenbreite
basierend auf diesem Abstand zum Straßenrand auf der Basis des von
der Bewegungsvektor-Ermittlungseinheit 24 ermittelten Bewegungsvektors
und gibt diese dann als Abstandsdaten und/oder Straßenbreite-Daten
aus.
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Nebenbei
bemerkt werden die detaillierten Prozesse in der Bewegungsvektor-Ermittlungseinheit 24 und
in der Bewegungsvektor-Verarbeitungseinheit 25 beschrieben
werden.
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Wieder
in 1, sind die CCD-Kameras 19a und 19b in
der jeweiligen Nähe
beider Seitenkanten des Frontabschnitts des Fahrzeugs installiert,
so dass die Bilder auf der linken und rechten Seite des Fahrzeugs
aufgenommen werden und die jeweiligen Bildsignale ausgegeben werden.
Der Zustand des Einstellens der CCD-Kameras 19a und 19b wird
hier in 3A und 3B gezeigt.
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3A ist
ein Diagramm, das den von einer Aufwärtsrichtung des Fahrzeugs aus
zu sehenden Zustand des Einstellens der CCD-Kameras 19a und 19b zeigt.
Wie in 3A dargestellt, sind die CCD-Kameras 19a und 19b auf
dem oberen Abschnitt des Fahrzeugkörpers an der linken und rechten
Seite und an der Frontseite des Fahrzeugs installiert. Die CCD-Kamera 19a ist
an der linken Seite des Fahrzeugs installiert, während die CCD-Kamera 19b an
der rechten Seite des Fahrzeugs installiert ist. Die CCD-Kamera 19a ist
derart eingestellt, dass sie das Bild für die linke Seite des Fahrzeugs
aufnehmen kann. Die CCD-Kamera 19b ist derart eingestellt, dass
sie das Bild auf der rechten Seite des Fahrzeugs aufnehmen kann.
Die CCD-Kameras 19a und 19b sind
symmetrisch zueinander eingestellt.
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3B ist
ein Diagramm, das den Zustand des Einstellens der CCD-Kamera 19a von
einer Vorwärtsrichtung
des Fahrzeugs aus gesehen zusammen mit dem Bereich, der mittels
der CCD-Kamera 19a als Bild aufzunehmen ist, zeigt. Nebenbei
bemerkt ist der Einfachheit halber lediglich der als Bild aufzunehmende
Zustand für
die linke Seite des Fahrzeugs dargestellt. Wie in 3B gezeigt,
ist die CCD-Kamera 19a eingerichtet, den Bereich in einem Bildwinkel θ (d.h. in
einem Blickwinkel-Feld)
in Richtung einer Wandoberfläche
als Bild aufzunehmen. Die CCD 19a ist bevorzugt derart
installiert, dass das aufgenommene Bild die Wandoberfläche am oberen Abschnitt
davon und die Straßenoberfläche am unteren
Abschnitt davon enthält.
In dieser Erfindung wird ein Abstand DL zum Straßenrand auf der linken Seite auf
der Basis des von der CCD-Kamera 19a aufgenommenen Bildes
berechnet.
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Die
CCD-Kamera 19a ist an einer Position in einer Höhe des Fahrzeugs
von ungefähr
1 m installiert. Auf der anderen Seite, im Falle der CCD-Kamera 19b,
ist der Bildaufnahme-Zustand
symmetrisch zu dem in 3B dargestellten, so dass ein
Abstand DR zum Straßenrand
auf der rechten Seite auf der Basis des von der CCD-Kamera 19b aufgenommenen
Bildes berechnet wird.
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Wieder
in 1 ist die Navigationsvorrichtung weiterhin mit
einer Leseeinheit 101 und einer Kommunikationseinheit 103 bereitgestellt.
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Die
später
beschriebenen Navigationsvorgänge,
die die Bildverarbeitung in der Navigationsvorrichtung aufweisen,
werden hauptsächlich
von dem Kontroller 11 und der Bildverarbeitungseinheit 18 ausgeführt, nachdem
die Leseeinheit 101 ein auf einem Speichermedium 102,
beispielsweise einer CD-ROM, einer DVD-ROM oder Ähnlichem, gespeichertes Computer-Programm
in die Navigationsvorrichtung installiert hat. Alternativ kann solch
ein Computer-Programm auf die Navigationsvorrichtung mittels der
Kommunikationseinheit 103 durch ein Netzwerk, beispielsweise
das Internet, herunter geladen worden sein. Solch ein Computer-Programm
kann in dem gleichen Speicher wie dem Kartendaten-Speicher 12 und/oder
dem Straßenbreite-Datenspeicher 13 gespeichert
sein.
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Als
Nächstes
wird das Prinzip der Bildverarbeitung dieser Erfindung unter Bezugnahme
auf 4 bis 8 erklärt.
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4 ist
ein Diagramm, das das von den oben beschriebenen CCD-Kameras 19a und 19b aufgenommene
Bild unter Verwendung eines Modells einer Pinhole-Kamera zeigt.
In 4 sind eine Bildebene P0, die dem Lichtempfangselementabschnitt
der CCD-Kamera 19a entspricht,
und eine Brennpunktsebene F, die einem Linsenabschnitt der CCD-Kamera 19a entspricht,
mit einem Abstand der Fokusbrennweite f parallel zueinander angeordnet. Ein
Linsenzentrum C der Brennpunktsebene F entspricht einem Pinhole.
Ein Raum-Koordinatensystem (X, Y, Z) wird mit dem Linsenzentrum
C als ein Koordinatenursprung festgelegt. Auf der anderen Seite wird
in der Bildebene P0 ein Kamera-Koordinatensystem
(x, y) mit einer Raumkoordinate (0, 0, –f) als ein Bildzentrum c festgelegt.
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Hier
wird ein Punkt M (Xm, Ym, Zm) in dem Raum-Koordinatensystem betrachtet. Der Punkt
M kann beispielsweise einer vorgegebenen Position auf einer in 3B dargestellten
Wandoberfläche
entsprechen. Eine zentrale Projektion entsprechend diesem Punkt
M wird auf eine Punkt m (xm, ym) in dem Kamera-Koordinatensystem
mittels einer geraden Linie, die den Punkt M durch das Linsenzentrum
C in der Brennpunktsebene F mit der Bildebene P0 verbindet, projiziert.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird die Beziehung zwischen dem Punkt M (Xm, Ym,
Zm) und dem Projektionspunkt m (xm, ym) gemäß folgender Gleichungen (1)
ausgedrückt. xm = f × Xm/Zm
ym = f × Ym/Zm (1)
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Als
Nächstes
ist 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem
Raum-Koordinatensystem (X, Y, Z) und einem Pixel-Koordinatensystem
(u, v) der Bilddaten in Übereinstimmung
mit 4 zeigt. In 5 wird der
Einfachheit halber das Pixel-Koordinatensystem (u, v) mittels Positionierens
der Bildebene P0 der 4 auf einer Vorderseite der
Brennpunktsebene F und mittels Invertierens der x-Achse und der
y-Achse in dem Kamera-Koordinatensystem (x, y) in die u-Achse bzw.
in die v-Achse festgelegt. Auch wenn die Anordnung der 4 mittels
der Anordnung der 5 ersetzt wird, sind die gleichen
Beziehungen gültig,
da diese Anordnungen zueinander äquivalent
sind.
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Die
Bildebene P1 in dem Pixel-Koordinatensystem von 5 entspricht
dem Anzeigebild, bei dem die Anzahl von Pixeln in horizontaler Richtung Nw
und die Anzahl von Pixeln in vertikaler Richtung Nh beträgt, so dass
insgesamt Nw×Nh
Pixel in der Pixelebene P1 enthalten sind. Auf der anderen Seite fällt die
Bildebene P1 mit dem Lichtempfangsbereich der CCD-Kamera 19a bzw. 19b zusammen,
bei der die laterale Breite w und die Höhe h ist. Wenn der Punkt M
(X, Y, Z) in dem Raum-Koordinatensystem
in der gleichen Weise wie in 4 betrachtet
wird, wird er mittels einer geraden Linie durch den Punkt m (u, v)
in der Bildebene P1 hindurch auf das Linsenzentrum C in der Brennpunktsebene
F verbunden, wie in 5 gezeigt.
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Wenn
die zentrale Projektion mit Bezug auf den Punkt m in gleicher Weise
wie in 4 betrachtet wird, wird die Beziehung zwischen
dem Punkt M (X, Y, Z) und dem Projektionspunkt m (u, v) hier mittels
der folgenden Gleichungen (2) in Übereinstimmung mit den oben
genannten Gleichungen (1) ausgedrückt. u = (f × X/Z) × Nw/w
v
= (f × Y/Z) × Nh/h (2)
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Die
Gleichungen (2) drücken
nämlich
die Pixelposition des Punktes m (u, v) in der Bildebene P1 aus.
In den Gleichungen (2) entspricht u der Pixelposition in der horizontalen
Richtung, während
v der Pixelposition in der vertikalen Richtung entspricht.
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Da
in diesem Ausführungsbeispiel
das Bild verarbeitet wird, das von dem Fahrzeug, das sich gegenwärtig fortbewegt,
aufgenommen wurde, wird die Bewegung eines Objekts innerhalb der
Bildebene P1 berücksichtigt.
Somit kann ein optischer Fluss in der Bildebene P1, d.h. ein Bewegungsvektor
V (u, v), erhalten werden. Unter der Annahme, dass eine Lichtintensität I am gleichen
Punkt im dreidimensionalen Raum konstant bleibt, ist nun eine Zeit-Raum-Differentialgleichung
(3) gültig. dI/dt = Ix × u + Iy × v + It
= 0 (3)
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In
dieser Gleichung (3) repräsentiert
innerhalb der Bildebene P1 jeweils Ix einem partiellen Differential
in horizontaler Richtung, Iy einem partiellen Differential in vertikaler
Richtung, It einem partiellen Differential auf der Zeitachse, u
eine Komponente des oben genannten Bewegungsvektors V in horizontaler
Richtung und v eine Komponente des oben genannten Bewegungsvektors
V in vertikaler Richtung.
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Nun
wird das Verfahren zum Erhalten des Bewegungsvektors V unter Bezugnahme
auf 6 und 7 erklärt.
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Wie
in 6 gezeigt, wird ein Referenzblock R innerhalb
der Bildebene P1 zu der Zeit t definiert. Dieser Referenzblock R
ist ein rechteckig geformter Bereich innerhalb eines Gebietes von
m Pixeln entlang der u-Achse und n Pixeln entlang der v-Achse mit dem Pixel
pr am linken oberen Eck davon als Startpunkt, und weist insgesamt
m×n Pixel
auf. Dann wird die Bildebene P1 in eine Mehrzahl von Referenzblocks
R aufgeteilt und der Bewegungsvektor V wird für jeden Referenzblock R erhalten.
In dem Beispiel von 6 ist der Referenzblock R angegeben, bei
dem m = 8 und n = 8 ist.
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7 ist
ein Diagramm zum Erklären
des Verfahrens zum Erhalten des Bewegungsvektors V für den Referenzblock
R innerhalb der Bildebene P1. 7 entspricht
der Bildebene P1 zur Zeit t + Δt, wenn
die Zeitdauer Δt
vom Zeitpunkt t der 6 verstrichen ist. Auf der Basis
der Fahrzeug-Geschwindigkeitsdaten,
etc., von der Sensoreinheit 14 wird ein vorgegebener Bereich
innerhalb der Bildebene P1 als ein Suchbereich S im Voraus definiert.
Der Suchbereich S ist ein rechteckig geformter Bereich mit M Pixeln
entlang der u-Achse und N Pixeln entlang der v-Achse, bei dem die
Werte M und N größer als
die Werte von m bzw. n sind.
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Mit
Bezug auf den Suchbereich S wird an einer vorgegebenen Position
ein Vergleichsblock C mit der gleichen Größe wie der Referenzblock R
definiert. Da die Größe des Suchbereichs
S signifikant größer ist
als die des Referenzblocks R, wird die Position des Vergleichsblocks
C innerhalb des Suchbereichs S Stück für Stück graduell verschoben. In 7 hat
der Vergleichsblock C mit der Größe m×n die gleiche
Größe wie der
Referenzblock R und der angegebene Pixel pc an der linken oberen
Ecke des Vergleichsblocks C entspricht dem Pixel pr an der linken
oberen Ecke des Referenzblocks R. Als erstes wird der Pixel des
linken oberen Ecks des Suchbereichs S als Pixel pc des Vergleichsblocks
C festgelegt und danach wird die Position des Pixels pc um jeweils
einen Pixel in Richtung der u-Achse oder in Richtung der v-Achse
innerhalb des Suchbereichs S bewegt, so dass die später beschriebene
Berechnung für
alle Referenzblöcke
C, die innerhalb des Suchbereichs S definiert werden können, durchgeführt wird.
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Darauf
folgend wird der Korrelationswert zwischen dem Referenzblock R zum
Zeitpunkt t in 6 und dem Vergleichsblock C
zum Zeitpunkt t + Δt
in 7 erhalten. Da in den Bilddaten, die ein Satz
von Pixeln sind, der Dichtewert korrespondierend zu jedem der m×n Pixel
gemacht wird, wird hier die Differenz der Dichtewerte für jeden
entsprechenden Pixel des Vergleichsblocks C und des Referenzblocks
R erhalten. Mittels Berechnens einer Summe dieser Differenzen in
den Dichtewerten der jeweiligen m×n Pixel kann der Korrelationswert
berechnet werden.
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Dann
wird der Korrelationswert zwischen dem Referenzblock R und dem Vergleichsblock
C für alle
Vergleichsblöcke
C innerhalb des Suchbereichs S erhalten und der Vergleichsblock
C, der den geringsten Korrelationswert ergibt, wird gesucht. Beispielsweise
wird hier angenommen, dass der in 7 gezeigte
Vergleichsblock C den geringsten Korrelationswert ergibt.
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In
diesem Fall ist es möglich,
wie in 7 gezeigt, einen Vektor als Bewegungsvektor zu
ermitteln, der vom Referenzblock R zum Zeitpunkt t in Richtung des
Vergleichsblocks C zum Zeitpunkt t + Δt gerichtet ist und in der Bildebene
P1 mittels einer durchgezogenen Linie angezeigt ist.
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Obwohl
in 7 lediglich ein einziger Bewegungsvektor V dargestellt
ist, wird der Bewegungsvektor V tatsächlich für alle Referenzblöcke R, die
innerhalb der Bildebene P1 definiert werden können, erhalten. Auf diese Weise
wird die räumliche
Verteilung der Bewegungsvektoren V erhalten. Auf der Basis der räumlichen
Verteilung der Bewegungsvektoren V wird dann der später beschriebene
Prozess durchgeführt.
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Als
Nächstes
wird das Verfahren zum Berechnen der oben genannten Abstände DR und
DL und der Straßenbreite
erklärt.
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8 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel der räumlichen Verteilung der Bewegungsvektoren
V in dem von der CCD-Kamera 19a aufgenommenen Bild zeigt.
Der Einfachheit halber wird in 8 angenommen,
dass sich die Straßenoberfläche und
die Wandoberfläche
in einer lateralen Seitenrichtung des Fahrzeugs, in der gleichen
Weise wie in 3B der Fall, in einem Grenzabschnitt 30 berühren. Es
wird hier auch die Verteilung der Bewegungsvektoren V auf der Linie
L1 zum Zeitpunkt t berücksichtigt.
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Wie
in 8 gezeigt, ist in dem von der CCD-Kamera 19a aufgenommenen
Bild die Größe des Bewegungsvektors
V auf der Wandoberfläche, die
im oberen Abschnitt des Grenzabschnitts 30 angeordnet ist,
konstant. Im Gegensatz dazu ändert sich die
Größe des Bewegungsvektors
V auf der Straßenoberfläche, die
in dem unteren Abschnitt des Grenzabschnitts 30 angeordnet
ist, mit einer ungefähr
konstanten Änderungsrate.
Auf diese Weise ist die Größe des Bewegungsvektors
V ein Wert, der von einem Abstand z zum Bildaufnehmenden Objekt abhängt.
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Wenn
nämlich
das Bild von der CCD-Kamera 19a zu einem Rahmenzyklus T
in dem Fahrzeug, das sich mit einer Geschwindigkeit v0 [m/s] fortbewegt, aufgenommen
wird, wird ein Bewegungsabstand d des Fahrzeugs während eines
Rahmens durch die nachfolgende Gleichung (4) ausgedrückt. d = v0 × T [m] (4)
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Unter
der Annahme, dass sich hier das Bildaufnehmende Objekt lediglich
in der u-Richtung bezüglich
des Fahrzeugs relativ bewegt und sich nicht in v- oder z-Richtung
bewegt, ist nach Ersetzen von x = d in den oben genannten Gleichungen
(2) die folgende Gleichung (5) gültig. u = (f × d/z) × Nw/w = (f × v0 × T/z) × Nw/w (5)
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Mittels
des in der Gleichung (5) ausgedrückten
Wertes u wird der Bewegungsvektor V (u, 0) ermittelt. Dieser Wert
u stimmt mit der Größe des Bewegungsvektors
V überein.
Auf diese Weise ist die Größe des Bewegungsvektors
V umgekehrt proportional zum Abstand z zum Bildaufnehmenden Objekt.
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9 ist
ein Diagramm, das zeigt, wie sich die Größe des Bewegungsvektors V auf
der Linie L1 in Übereinstimmung
mit der Gleichung (5) ändert.
Die Größe des Bewegungsvektors
V des Bildaufnehmenden Objekts ist in 9 mittels
einer durchgezogenen Linie gegen die v-Achse des Bildes in 8 aufgetragen
und der Abstand z ist mittels einer gestrichelten Linie aufgetragen.
Da der Abstand z für
die Wandoberfläche
konstant ist, wie aus der 8 entnommen
werden kann, ist auch die Größe des Bewegungsvektors
V konstant. Da der Abstand z für
die Straßenoberfläche bei
ungefähr
konstanter Rate in Richtung des unteren Abschnitts abnimmt, nimmt
im Gegensatz dazu der Wert u in der Gleichung (5) linear zu.
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Daher
ist es möglich,
in 9 die Wandoberfläche von der Straßenoberfläche auf
der Basis, ob der Bewegungsvektor V ohne Veränderung bei ungefähr konstanter Änderungsrate
ungefähr
konstant ist, zu unterscheiden, so dass auch die Position der Grenze 30 beurteilt
werden kann. Unter der Annahme, dass der Durchschnittswert des Bewegungsvektors
V für die
Wandoberfläche
MV (Pixel) beträgt, kann
dann basierend auf der Gleichung (5) mittels der folgenden Gleichung
(6) der Abstand DL zur Wandoberfläche berechnet werden. DL = (f × v0 × T/MV) × Nw/w (6)
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In
dem Fall, dass am Straßenrand
ein Einschnitt existiert, ist nebenbei bemerkt die Änderungsrate
des Bewegungsvektors V nicht lokal konstant, aber ändert sich
drastisch an der Grenze zwischen der Straßenoberfläche und dem Einschnitt, obwohl der
Bewegungsvektor V für
die Straßenoberfläche bei
ungefähr
konstanter Änderungsrate
in Richtung des oberen Abschnitts des Bildes abnimmt. Somit ist es
möglich,
den Einschnitt mittels Beurteilens dieses diskontinuierlichen Punktes,
was die Änderungsrate angeht,
zu detektieren und auf diese Weise den Abstand DL zum Straßenrand
auf der Basis der Größe des Bewegungsvektors
V vor und nach dem Einschnitt zu erhalten.
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In
dem Fall, dass die Wandoberfläche
nicht eine einzige Oberfläche
ist, sondern eine partielle Wandoberfläche wie beispielsweise eine
Leitplanke, gibt es eine Mehrzahl von Bereichen, wo der Bewegungsvektor
V ungefähr
konstant ist. In solch einem Fall wird der diskontinuierliche Punkt
in der oben beschriebenen Weise ermittelt und der Abstand DL für die Mehrzahl
von Bereichen wird ermittelt, wobei der kleinste Abstand DL als
der Abstand DL zum Straßenrand
verwendet wird. Im Falle, dass sich die Leitplanke neben dem Straßenrand
befindet, ist es möglich,
den Abstand D zum Straßenrand
auf der Basis des Abstandes zu dem Bereich, der der Leitplanke entspricht,
zu erhalten.
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Als
konkrete Beispiele für
verschiedene numerische Werte in der Gleichung (5) betragen die Brennweite
f = 4 mm, die Anzahl der Pixel in horizontaler Richtung Nw = 320
Pixel, die laterale Breite des Lichtempfangenden Bereichs w = 4
mm und der Rahmenzyklus T = 1/30 s.
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Indem
die oben beschriebene Bildverarbeitung auf die von den CCD-Kameras 19a und 19b aufgenommenen
Bilder in gleicher Weise angewendet wird, ist es möglich, die
Abstände
DL und DR zum Straßenrand
auf der linken und rechten Seite des Fahrzeugs zu erhalten. Mittels
Addierens dieser Abstände
DL und DR und Berücksichtigens
der lateralen Breite des Fahrzeugkörpers kann somit die Straßenbreite
der Straße,
auf der sich das Fahrzeug gegenwärtig
fortbewegt, berechnet werden. Wenn beispielsweise das Fahrzeug in
dem in 3B dargestellten Einstellzustand
die laterale Breite W hat, kann die Straßenbreite RW mittels folgender
Gleichung (7) ungefähr
berechnet werden. RW
= DL + DR + W (7)
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Wenn
die der berechneten Straßenbreite RW
entsprechenden Straßebreite-Daten
in dem Straßenbreite-Datenspeicher 13 in
Korrelation mit den Kartendaten derart gespeichert werden, dass
die Straßenbreite-Daten
aktualisiert werden können, kann
dies nebenbei bemerkt für
verschiedene später beschriebene
Prozesse verwendet werden.
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Als
Nächstes
werden die aktuellen Bildverarbeitungen in der Navigationsvorrichtung
dieses Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf 10 und 11 erklärt. 10 ist
ein Flussdiagramm, das den Prozess des Vermeidens, dass sich das
gegenwärtig
fortbewegende Fahrzeug dem Straßenrand
zu nahe kommt, zeigt. 11 ist ein Flussdiagramm, das
den Prozess des Ermöglichens,
dass sich das Fahrzeug auf einer passenden Fahrspur für eine festgelegte
Route fortbewegt, wenn sich das Fahrzeug gegenwärtig auf einer Straße mit einer
Mehrzahl von Fahrspuren fortbewegt, zeigt. Die in 10 und 11 gezeigten
Prozesse werden hauptsächlich unter
der Steuerung des Kontrollers 11 durchgeführt.
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Wenn
in 10 der Prozess startet, werden die Abstände DL und
DR zu den Straßenrändern auf beiden
Seiten mittels des oben beschriebenen Prozesses der Bildverarbeitungseinheit 18 erhalten
und die Straßenbreite
RW wird auf der Basis dieser Abstände DL und DR berechnet (Schritt
S1). Dann werden die der Straßenbreite
RW entsprechenden, in Schritt S1 berechneten Straßenbreite-Daten
in Korrelation mit den Kartendaten in den Straßenbreite-Datenspeicher 13 geschrieben
(Schritt S2). Zu diesem Zeitpunkt können die Straßenbreite-Daten von jedem Punkt
auf der vorher festgelegten Straße geschrieben werden.
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Auf
der Basis der in Schritt S1 berechneten Abstände DL und DR wird dann beurteilt,
ob das sich gegenwärtig
fortbewegende Fahrzeug zu nahe am Straßenrand ist oder nicht (Schritt
S3). Es kann nämlich
beurteilt werden, dass das Fahrzeug zu nahe am Straßenrand
ist, wenn der Abstand DL oder DR kleiner als ein vorgegebener Wert
ist, der vorher als Standardwert festgelegt wurde.
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Wenn
das Beurteilungsergebnis in Schritt S3 „Ja" ist, wird der Fahrer darauf hingewiesen,
dass sich das Fahrzeug zu nahe am Straßenrand befindet (Schritt S4).
Beispielsweise wird eine vorgegebene Nachricht, die angibt, dass
sich das Fahrzeug zu nahe am Straßenrand befindet, von dem Lautsprecher 17 akustisch
ausgegeben. Alternativ kann solch eine Nachricht, eine vorgegebene
Anzeigemarkierung oder Ähnliches
auf der Anzeigeeinheit 16 dargestellt werden.
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Wenn
das Beurteilungsergebnis in Schritt S3 „Nein" ist oder nach Vollendung des Prozesses
in Schritt S4 wird beurteilt, ob sich das Fahrzeug gegenwärtig fortbewegt
oder nicht (Schritt S5). Wenn sich das Fahrzeug gegenwärtig nicht
fortbewegt (Schritt S5: Nein), werden die Prozesse beendet, da es
nicht notwendig ist, die Bildverarbeitung durchzuführen. Auf
der anderen Seite, wenn sich das Fahrzeug gegenwärtig noch fortbewegt (Schritt
S5: Ja), kehrt der Ablauffluss zu Schritt S1 zurück, um die Prozesse S1 bis
S5 zu wiederholen.
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Indem
die oben beschriebenen Prozesse der Schritte S1 bis 55 in der Navigationsvorrichtung durchgeführt werden,
ist es möglich,
stets die genaue Straßenbreite
RW in Echtzeit zu erhalten. Mittels Überwachens der Abstände DL und
DR zum Straßenrand
wird dann der Hinweis an den Fahrer gegeben, wenn sich das gegenwärtig fortbewegende Fahrzeug
zu nahe am Straßenrand
befindet. Es ist somit möglich,
die Sicherheit während
des Fahrbetriebs mittels Ergänzens
des Fahrbetriebs für
den Fahrer zu erreichen. Da die Straßenbreite-Daten in geeigneter
Form in den Straßenbreite-Datenspeicher 13 geschrieben
werden, ist es außerdem
möglich,
die Straßenbreite-Daten
effektiv in dem Fall zu verwenden, dass sich das Fahrzeug später auf
der gleichen Straße
fortbewegt.
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Als
Nächstes
wird der in 11 dargestellte Prozess unter
der Bedingung durchgeführt,
dass ein gewünschter
Zielort in die Navigationsvorrichtung eingegeben wird und eine Route
zu dem Zielort beurteilt wird. Zuerst werden in gleicher Weise wie
in Schritt S1 die Abstände
DL und DR zum Straßenrand an
beiden Seiten erhalten und außerdem
wird die Straßenbreite
RW berechnet (Schritt S11).
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Dann
wird für
Fahrspuren, auf denen das Fahrzeug gegenwärtig fährt, die Fahrspur-Information,
die in den Kartendaten enthalten ist, aus dem Kartendaten-Speicher 12 ausgelesen
(Schritt S12). Die Fahrspur-Information gibt an, wie viele Fahrspuren
sich auf der Straße
befinden, auf der sich das Fahrzeug gegenwärtig fortbewegt. Somit wird
auf der Basis der Fahrspur-Information beurteilt, ob die Straße, auf
der sich das Fahrzeug gegenwärtig
fortbewegt, eine Straße
mit einer Mehrzahl von Fahrspuren ist oder nicht (Schritt S13).
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Wenn
das Beurteilungsergebnis in Schritt S13 „Ja" ist, wird auf Basis des Beurteilungsergebnisses
aus Schritt S11 beurteilt, auf welcher Fahrspur sich das Fahrzeug
gegenwärtig
fortbewegt (Schritt S14). Diese Beurteilung kann auf der Basis des
Verhältnisses
der Abstände
DL und DR zum Straßenrand
auf beiden Seiten des Fahrzeugs, die in Schritt S11 erhalten wurden,
vorgenommen werden.
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Als
Nächstes
wird beurteilt, ob die in Schritt S14 beurteilte Spur die passende
Spur, die der Route zum Zielort entspricht, ist oder nicht (Schritt
S15). In dem Fall, dass sich das Fahrzeug auf einer Straße mit drei
Fahrspuren fortbewegt, ist nämlich
die rechte Spur im Allgemeinen die passende Spur, wenn das Fahrzeug
an einem vorwärts
liegenden Punkt rechts abbiegen soll, ist nämlich die linke Spur im Allgemeinen
die passende Spur, wenn das Fahrzeug an dem vorwärts liegenden Punkt links abbiegen
soll, oder kann nämlich
jede Spur in Abhängigkeit
von der aktuellen Umgebung die passende Spur sein, wenn sich das
Fahrzeug an dem vorwärts
liegenden Punkt geradeaus weiterbewegen soll. Alternativ kann Information,
die die passende Spur für
das Linksabbiegen oder das Rechtsabbiegen angibt, im Voraus festgelegt
sein.
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Als
Ergebnis der Beurteilung in Schritt S15 enden die Prozesse, wenn
sich das Fahrzeug gegenwärtig
auf der passenden Spur fortbewegt (Schritt S15: Ja). Auf der anderen
Seite, wenn sich das Fahrzeug gegenwärtig nicht auf der passenden
Spur fortbewegt (Schritt S15: Nein), wird an den Fahrer eine Anleitung
zum Wechseln der Spur ausgegeben (Schritt S16). Beispielsweise in
dem Fall, dass sich das Fahrzeug vor einem Rechtsabbiegepunkt gegenwärtig auf
der linken Spur fortbewegt, kann eine Nachricht, dass dem Fahrer
empfohlen wird, das Fahrzeug um zwei Spuren nach rechts zu bewegen, von
dem Lautsprecher 17 akustisch ausgegeben oder auf der Anzeigeeinheit 16 dargestellt
werden.
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Indem
die Prozesse in den Schritten S11 bis S16 in der Navigationsvorrichtung
durchgeführt
werden ist es möglich,
die Fahrspur, auf der sich das Fahrzeug fortbewegen soll, auf einer
Straße
mit einer Mehrzahl von Fahrspuren in Echtzeit zu beurteilen. Nur
in dem Fall, dass sich das Fahrzeug nicht auf der passenden Fahrspur
für das
Rechtsabbiegen oder das Linksabbiegen fortbewegt, wird dann die
Anleitung zum Wechseln der Fahrspur an den Fahrer ausgegeben. Somit
wird die Anleitung nur im Fall, dass sie notwendig ist, ausgegeben
und unnötige
Anleitungen werden in dem Fall vermieden, dass sich das Fahrzeug
auf der passenden Fahrspur fortbewegt. Somit ist es möglich, für den Fahrer
eine praktischere und komfortablere Navigation zu realisieren.
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Nebenbei
bemerkt wurde in dem in 11 gezeigten
Beispiel der Fall erklärt,
dass die Anleitung zum Wechseln der Fahrspur nur ausgegeben wird, wenn
sich das Fahrzeug nicht auf der passenden Fahrspur fortbewegt, d.h.
in dem Fall, dass die Anleitung zum Wechseln der Fahrspur nicht
ausgegeben wird, wenn sich das Fahrzeug auf der passenden Fahrspur
fortbewegt. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Es
ist möglich,
Anleitung in irgendeiner Weise vorzunehmen, wenn sich das Fahrzeug
auf der passenden Fahrspur fortbewegt. Beispielsweise kann eine
Anleitung wie „Bitte
folgen Sie Ihrer Spur" akustisch
ausgegeben werden. Auf diese Weise ist es möglich, dem Fahrer ein Gefühl der Sicherheit
zu geben, indem dem Fahrer erlaubt wird zu realisieren, dass sich
das Fahrzeug auf der passenden Fahrspur fortbewegt.
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Bei
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
kann das von den CCD-Kameras 19a und 19b aufgenommene
Bild auf der Anzeigeeinheit 16 dargestellt werden. Da die
CCD-Kameras 19a und 19b installiert wurden, um
das Bild in seitlicher Richtung von dem vorwärts gerichteten Abschnitt des Fahrzeugs
aus aufzunehmen, ist es für
den Fahrer möglich,
das seitliche Bild auf der Anzeigeeinheit 16 zu beobachten,
bevor der Fahrer eine Position erreicht, wo der Fahrer es tatsächlich beobachten kann.
Insbesondere in dem Fall, dass das Fahrzeug aus einer engen Straße in eine
Kreuzung einfährt,
ist es möglich,
das seitliche Bild auf der Anzeigeeinheit 16 zu beobachten,
indem der Spitzenabschnitt des Fahrzeugs ganz leicht in die Kreuzung
positioniert wird, was für
einen sicheren Fahrbetrieb ziemlich hilfreich ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wurde außerdem
der Fall erklärt,
bei dem die CCD-Kameras 19a und 19b installiert
sind, um das Bild in seitlicher Richtung des Fahrzeugs aufzunehmen.
Jedoch ist diese Erfindung hierauf nicht beschränkt. Es ist möglich, die
CCD-Kameras 19a und 19b derart zu installieren, dass
sie das Bild in schräger
Richtung, die sich zwischen der seitlichen Richtung und der Vorwärtsrichtung
befindet, aufnehmen. Auf diese Weise ist es möglich, das seitliche Bild im
Voraus auf der Zeitachse zu verarbeiten, so dass es möglich ist,
den Abstand zum Straßenrand
rechtzeitig zu erhalten.
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Alternativ
können
die CCD-Kameras 19a und 19b derart installiert
sein, dass sie das Bild in schräger
Richtung, die sich zwischen der seitlichen Richtung und der Rückwärtsrichtung
befindet, aufnehmen. Wenn die CCD-Kameras 19a und 19b,
deren Blickwinkel-Feld ziemlich klein ist, verwendet werden, kann
ein Fall auftreten, dass sich der Straßenrand nicht im aufgenommenen
Bild befindet, wenn das Fahrzeug zu nahe am Straßenrand ist. Wenn die Bildaufnahme-Richtung nach unten
gerichtet (d.h. abwärts)
ist, kann sich in solch einem Fall der Straßenrand noch im aufgenommenen
Bild befinden, so dass es möglich
ist, den Abstand zum Straßenrand
zu erhalten.
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Außerdem können CCD-Kameras 19a und 19b,
deren Blickwinkel-Feld
relativ groß ist,
verwendet werden. Indem beispielsweise CCD-Kameras 19a und 19b verwendet
werden, deren Blickwinkel-Feld
bis zu 180° in
horizontaler Richtung beträgt, und
mittels Anwendens der oben beschriebenen Prozesse separat auf der
linken Seite und auf der rechten Seite in dem aufgenommenen Bild
kann der Abstand zum Straßenrand
erhalten werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Abstand zum Straßenrand sogar
noch genauer zu erhalten.
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Da
das Bild auf der Seite des sich gegenwärtig fortbewegenden Fahrzeugs
mittels der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wird und der Abstand
zum Straßenrand
mittels der Bildverarbeitung erhalten wird, ist es, wie oben im
Detail beschrieben, gemäß der Bildverarbeitungsvorrichtung
und dem Bildverarbeitungsverfahren dieser Erfindung möglich, die
Sicherheit und die Bequemlichkeit der Fahrzeugs zu verbessern, z.B.
die Sicherheit des Fahrzeugs und das Erhalten der Straßenbreite
zu erreichen.
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Gemäß der Navigationsvorrichtung
dieser Erfindung ist es außerdem
möglich,
die Funktion der Navigationsvorrichtung zu verbessern, indem der Fahrer
darauf hingewiesen wird, dass sich das Fahrzeug nahe am Straßenrand
befindet, indem basierend auf der Beurteilung der Fahrspur der Wechsel der Fahrspur
angeraten wird, indem die Straßenbreite-Daten
gespeichert werden, und so weiter.