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近年，店舗や倉庫内など限定された環境下において自律走行ロボットの活躍の幅は日々幅広くなっている．一方，実際の市街地で完全な自律走行を行うには技術的な課題が多く残っており，市街地での自律走行を目的とした研究開発が盛んに行われている．その一例として，2007年から毎年茨城県つくば市内で開催されている「つくばチャレンジ」と呼ばれる技術チャレンジがある．
つくばチャレンジとは，人々が実際に生活している市街地や公園，駅，などの実環境下における公開実験会である．このつくばチャレンジは実環境下における自律走行技術の進歩を目的としており，大学の研究室や企業など様々な組織の研究者が参加している．また，参加チームそれぞれが開発及び研究を行っており，参加者同士が互いに知識や技術，経験を共有することによって全体の自律走行技術の進歩を目的としている\cite{TsukubaChallenge}．
以下からはつくばチャレンジ2022のコースや課題内容をもとに本研究の背景を説明する．
%つくチャレ2022の課題コースの地図画像 \begin{figure}[htbp]
\begin{center}
\includegraphics[height=7cm]{image/introduction/course.png}
\caption{2022年度の課題コースの地図}
\label{CourseView}
\end{center}
\end{figure}
\newpage つくばチャレンジでは必須課題と選択課題がある．必須課題は参加する全チームが取り組む課題であり，図\ref{CourseView}に示された課題ルートの約2kmを自律走行するという課題である．選択課題では次の4つの課題が課された\cite{TsukubaChallenge}．
\begin{description}
\item[事前計測なしエリア]\mbox{}\\
本走行で初めて訪れるエリア(つくば市役所庁舎内)を自律走行する．
事前にロボットを走行させたり，センサ等を用いて環境を計測することはできない．
\item[信号認識横断]\mbox{}\\
信号あり横断歩道において，歩行者用信号機と交差点内の安全を認識し，自律的に走行開始して横断する．
\item[チェックポイント通過＋経路封鎖迂回]\mbox{}\\
公園内で，複数のチェックポイントをすべて通過し，かつ通りがかった経路封鎖看板(事前通知なし)を認識して迂回する．
\item[探索対象発見]\mbox{}\\
公園内の探索エリアで，探索対象の複数のマネキン人形をすべて発見する.
\end{description}
この中でも実環境下での自律走行において，歩行者用信号機の状態の認識は安全面からも重要な要素であると考え，本研究では「信号認識横断」に着目した．
\newpage \section{研究目的} 自律走行ロボットで「信号認識横断」のためのソフトウェアを動作させるにあたり，いくつかの留意点がある．まず，自律走行ロボットはバッテリーで駆動するため搭載できる計算資源には限りがあり，限られた計算資源を自律走行に必要な他のソフトウェアと分け合う必要もある．また，信号機の認識は移動中に行うためリアルタイム性も重視しなければならない．
そこで本研究では画像特徴量とサポートベクターマシン（SVM）の組み合わせにより，高精度かつ軽量でリアルタイム性の優れた検出手法の開発を目指した．また，つくばチャレンジでの性能向上，将来的にはつくばチャレンジの環境下以外の歩行者用信号機でも検出を行うことができる性能を目指し，本研究では検出性能のみでなく汎化性能も重視した．
本研究では，複数の画像特徴量や特徴量同士を組み合わせたものなどでの性能をそれぞれ比較した．また，サポートベクターマシン（SVM）はいくつかのハイパーパラメータを設定する必要があるが検出性能と汎化性能に対して最適な値をグリッドサーチ，ホールドアウト法，層化k分割交差検証を組み合わせて求めた．
なお，本研究における検出対象は，図\ref{SignalImage}に示すような白熱電球型の歩行者用信号機に限定する．
\begin{figure}[H]
\begin{center}
\begin{tabular}{cc}
\begin{minipage}{0.5\hsize}
\centering
\includegraphics[scale=0.70]{image/introduction/signal_green_sample.jpg}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\hsize}
\centering
\includegraphics[scale=0.70]{image/introduction/signal_red_sample.png}
\end{minipage}
\end{tabular}
\caption{検出対象の歩行者用信号機の一例}
\label{SignalImage}
\end{center}
\end{figure}
