CN111868486B - 轴重计测装置及轴重计测方法 - Google Patents

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Abstract

轴重计测装置(200)具备位移计算部(250)、存储部(255)和轴重计算部(270)。位移计算部(250)使用拍摄有行驶路(130)和该行驶路上的车辆(120)的摄像图像，检测由轴重带来的行驶路(130)的多个位置的位移。存储部(255)存储位移函数，该位移函数表示在一定的载荷作用于行驶路(130)的规定位置时，以规定位置为起点的行驶路(130)的位移的空间分布的形状信息。轴重计算部(270)基于多个位置的位移和位移函数计算轴重。

Description

轴重计测装置及轴重计测方法
技术领域
本发明涉及根据拍摄有经过行驶路的车辆的摄像图像计测车辆的轴重的轴重计测装置及轴重计测方法。
背景技术
在专利文献1中公开了轴重计测装置。该轴重计测装置预先存储试验车辆的车辆号码、已知的轴重及已知的总重量作为已知数据，进而，预先存储轴重的误差的容许范围及总重量的误差的容许范围作为用于判定计测精度的判定用数据。轴重计测装置用摄像机拍摄行驶的车辆的号码牌，读取车辆号码而识别试验车辆，对于识别出的试验车辆，基于载荷传感器，分别计算计测出的轴重和已知的轴重的误差、以及计测出的总重量和已知的总重量的误差。并且，轴重计测装置根据误差是否在容许范围内，来判定计测精度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013－7624号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的是提供一种根据拍摄有经过行驶路的车辆的摄像图像，高精度地计测车辆的轴重的轴重计测装置及轴重计测方法。
用来解决课题的手段
有关本发明的一技术方案的轴重计测装置，是使用拍摄有行驶路和上述行驶路上的车辆的摄像图像，计测车辆的轴重的轴重计测装置，具备位移计算部、存储部和轴重计算部。位移计算部使用摄像图像，检测由轴重带来的行驶路的多个位置的位移。存储部存储位移函数，该位移函数表示在一定的载荷作用于行驶路的规定位置时，以上述规定位置为起点的上述行驶路的位移的空间分布的形状信息。轴重计算部基于多个位置的位移和位移函数计算轴重。
有关本发明的一技术方案的轴重计测方法，是使用拍摄有行驶路和上述行驶路上的车辆的摄像图像，计测车辆的轴重的轴重计测方法，具备位移计算步骤、读出步骤和轴重计算步骤。位移计算步骤是使用摄像图像、检测由轴重带来的行驶路的多个位置的位移的步骤。读出步骤是读出位移函数的步骤，该位移函数表示在一定的载荷作用于行驶路的规定位置时，以上述规定位置为起点的上述行驶路的位移的空间分布的形状信息。轴重计算步骤是基于多个位置的位移和位移函数计算轴重的步骤。
发明效果
根据上述有关本发明的轴重计测装置及轴重计测方法，能够根据拍摄有经过行驶路的车辆的摄像图像，高精度地计测车辆的轴重。
附图说明
图1是示意地表示计测位移的状况的一例的外观图。
图2是表示有关实施方式1的轴重计测装置的结构的框图。
图3是说明空间信息的图。
图4A是表示基准位移函数的一例的曲线图。
图4B是表示基准位移函数的一例的曲线图。
图5A是将车轴从车辆的正面侧观察的示意图。
图5B是表示将车辆从侧面观察时的轮胎的状态的示意图。
图6是表示轴重计测装置的动作的流程图。
图7A是表示区设定的一例的示意图。
图7B是表示区设定的另一例的示意图。
图8是说明摄像图像中的噪声的图。
图9是说明噪声与区尺寸的关系的图。
图10是说明位移检测的灵敏度与区尺寸的关系的图。
图11是说明区尺寸与SN比的关系的图。
图12A是说明摄像装置与轮胎的位置关系的图。
图12B是说明摄像装置与轮胎的位置关系的图。
图13A是表示在图12A的状态下摄像装置生成的摄像图像的图。
图13B是表示在图12B的状态下摄像装置生成的摄像图像的图。
图14A是说明由轴重带来的路面位移的一例的示意图。
图14B是说明由轴重带来的路面位移的另一例的示意图。
图15A是说明作为基准的路面位移的一例的示意图。
图15B是说明与图15A的路面位移处于相似的关系的路面位移的示意图。
图16是说明单轮胎时的路面位移的示意图。
图17是说明双轮胎时的路面位移的示意图。
图18是说明车轴间的距离与路面位移的关系的图。
图19是说明路面附带物的例子的图。
具体实施方式
有关实施方式的一形态的轴重计测装置，是使用拍摄有行驶路和上述行驶路上的车辆的摄像图像，计测车辆的轴重的轴重计测装置，具备位移计算部、存储部和轴重计算部。位移计算部使用摄像图像，检测由轴重带来的行驶路的多个位置的位移。存储部存储位移函数，该位移函数表示在一定的载荷作用于行驶路的规定位置时，以上述规定位置为起点的上述行驶路的位移的空间分布的形状信息。轴重计算部基于多个位置的位移和位移函数计算轴重。
以下，对有关本发明的一形态的轴重计测装置的具体例进行说明。另外，以下说明的实施方式都表示本发明的优选的一具体例。在以下的实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，不是限定本发明的意思。本发明仅由权利要求书限定。因此，关于以下的实施方式的构成要素中的、在表示本发明的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，并不是达成本发明的课题而必定需要的，但作为构成更优选的形态的构成要素而进行说明。
(实施方式1)
这里，作为本发明的一形态，对被设置在通常车辆的行驶路中、计测由经过的车辆的轴重带来的行驶路的位移、根据计测出的位移来计测车辆的轴重的轴重计测系统进行说明。
[1.结构]
图1是示意地表示有关本发明的实施方式1的计测轴重的状况的一例的外观图。
如图1所示，轴重计测系统1由摄像装置100和轴重计测装置200构成。行驶路130的路面131从与车辆120的轮胎121的接地面受到载荷而位移。路面131的位移受轮胎121的状态、气温、路面131的温度、车辆120的行驶速度等影响而变化。
这里，例如轴重计测装置200连接于拍摄车辆120所行驶的行驶路130的摄像装置100。并且，摄像装置100生成的多个摄像图像被输入至轴重计测装置200。此外，轴重计测装置200从摄像图像或外部设备取得对路面位移带来影响的各种信息。摄像图像的输入及信息的取得经由无线或有线的通信或者记录介质而进行。轴重计测装置200根据被输入的摄像图像和信息，计测行驶路130的路面位移。轴重计测装置200使用计测出的路面位移和所取得的信息，计测车辆120的轴重。
[1－1.轴重计测装置]
图2是表示有关本发明的实施方式1的轴重计测装置200的结构的框图。
如图2所示，轴重计测装置200具备输入输出I/F210、控制部220、空间信息取得部230、位置检测部240、位移计算部250、存储部255、修正信息取得部260、轴重计算部270和存储器280。此外，修正信息取得部260具备状态判定部261、温度计测部262和速度计测部263。
轴重计测装置200例如通过由CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等微处理器执行存储在存储器280中的程序而实现。
输入输出I/F210受理由摄像装置100生成的摄像图像的输入。例如，输入输出I/F210受理4096×2160像素的数字图像的输入。输入输出I/F210将所受理的摄像图像向控制部220输出。输入输出I/F210受理摄像装置100以外的摄像装置生成的摄像图像及其他装置输出的各种信息。
控制部220控制各部的动作。控制部220例如具有保存有程序的非易失性存储器、作为用来执行程序的暂时性的存储区域的易失性存储器、输入输出端口、执行程序的处理器等。
空间信息取得部230使用未拍摄有车辆120的摄像图像，取得路面131的空间信息。
图3是说明空间信息的图。如图3所示，空间信息取得部230使用保存在存储器280中的表示摄像装置100的摄像元件101距路面131的高度(h)、视场角(例如4096×2160像素)、摄像元件101相对于路面131的倾斜(α)等的设置信息。并且，空间信息取得部230计算路面131的各点被投影在摄像图像的哪个点，计算空间信息。这里，空间信息取得部230也可以通过计算路面131的各点被投影在虚拟的投影面102的哪个点，来计算空间信息。本发明的空间信息表示各点的每1个像素的实际的长度。空间信息用于将摄像图像中的各点的每1个像素的实际的长度不同的情况进行修正。空间信息取得部230使用透视投影法等方法来计算空间信息。
在图3中，路面131上的点G1、G2、G3分别与投影面102上的点F1、F2、F3对应。在将距摄像装置100较近的路面131上的点G3投影的点F3和将距摄像装置100较远的路面131上的点G1投影的点F1中，在摄像图像上显示相同的像素长，但实际长度不同。此外，将路面131上的点G1与点G3的中间点的点G2投影的点F2的每1个像素的实际长度也与点F1、F3的每1个像素的实际长度不同。这是因为，摄像装置100与各点G1、G2、G3的距离越大，各点G1、G2、G3在摄像图像中被越小地投影。
此外，空间信息取得部230将点G1、G2、G3周边的图像信息预先存储在存储器280中。通过将对象摄影图像与在不同的时刻拍摄的其他摄像图像(例如，未拍摄有车辆120的摄像图像)比较(在投影面102上的点F1、F2、F3的图像上的位置处比较)，检测摄像装置100的姿势变化(摄像方向的变化)。当摄像装置100的姿势变化超过预先设定的阈值(例如5个像素等)时，空间信息取得部230输出(报告)摄像装置100的摄像方向异常的信号。由此，能够根据影像检测摄像装置100的姿势不良等。
此外，空间信息取得部230在使用包含车辆120的摄像图像的情况下，也可以基于未拍摄有车辆120的图像区域来取得路面131的空间信息。由此，通过检测因车辆120的经过带来的暂时性的摄像装置100的姿势的变化(相机震动)，并从路面的位移检测结果减去摄像装置100的姿势的变化量，能够将相机震动的影响除去。空间信息取得部230取得的姿势变化(摄像方向的变化)是修正信息之一，空间信息取得部230也是修正信息取得部之一。
位置检测部240将存储器280存储的多个摄像图像以摄像时刻顺序取出，检测各摄像图像中的轮胎的位置。位置检测部240作为摄像图像中的轮胎位置检测方法，可以使用图像识别技术或模板匹配、机器学习、神经网络等通常的技术。位置检测的精度既可以是像素单位也可以是子像素单位。
位移计算部250将存储器280存储的多个摄像图像以摄像时刻顺序取出。并且，位移计算部250使用在摄像图像内设定的检测区内的图像、空间信息取得部230计算出的各点的每1个像素的实际的长度和位置检测部240检测到的轮胎位置，计算路面131的多个位置的位移。位移计算部250作为摄像图像中的位移检测方法，可以使用块匹配、相关法、采样云纹法、特征点跟踪法等通常的位移检测方法。这里作为相关法，可以举出标准化相关法(normalized cross correlation)、相位相关法(phase correlation)、激光波谱相关法等。位移检测的精度既可以是像素单位也可以是子像素单位。
存储部255存储当一定的载荷作用于行驶路130的规定位置时，以该规定位置为起点的行驶路130的位移的空间分布的形状信息(基准位移函数)。在图4A、图4B中表示基准位移函数的例子。图4A是表示以载荷位置Pa(u＝0)为中心的位移分布的基准位移函数Qa(表示路面位移的(轴向或车辆行进方向等的)一维分布的1变量函数)的例子。图4B是表示以载荷位置Pb(u＝0，v＝0)为中心的位移分布的基准位移函数Qb(表示路面位移的二维分布的2变量函数)的例子。基准位移函数既可以是连续表现，也可以是离散表现。
修正信息取得部260从摄像图像取得用来将轴重修正的修正信息。修正信息是关于车辆120或摄像装置100的信息。例如，修正信息是关于车辆120的轮胎的位置或轮胎的种类(是否是双轮胎)的信息，或摄像装置100的姿势(摄像方向的变化)等。
状态判定部261判定轮胎的状态。状态判定部261例如可以根据将车辆120从正面及侧面拍摄的摄像图像，通过图像识别来判定轮胎的状态。状态判定部261在判定中使用的摄像图像既可以由摄像装置100生成，也可以由其他的摄像装置生成。状态判定部261判定每1个车轴的轮胎的数量、轮胎间隔、与路面的接地面积、轴间距离等。另外，状态判定部261也可以根据摄像图像通过图像识别来判定车种，基于车种来判定轮胎的状态。
此时，状态判定部261也可以使用存储在存储器280中的、关于与车种建立了对应的轮胎的信息，来判定轮胎的状态。更详细地讲，状态判定部261也可以取得包括表示车辆120的轮胎的粗细的信息、表示车辆120的每个车轴的轮胎的数量的信息、以及表示车辆120的车轴间的距离的信息中的至少一个的信息作为修正信息。
此外，状态判定部261也可以根据设置在行驶路130中的压力传感器或激光传感器的信息来判定轮胎的状态。
图5A是将后轮的车轴从车辆120的正面侧观察的示意图。图5B是表示将车辆120从侧面观察时的轮胎的状态的示意图。
图5A表示车辆120的后轮。在图5A中，在1个车轴的一端上连接着轮胎121、122。轮胎121与轮胎122的车轮间距离是距离D1。图5B表示车辆120的前轮的轮胎123与后轮的轮胎121的轴间距离是距离D2。此外，图5B表示轮胎121与路面的接地面积是S1。
温度计测部262测量外界气温及路面温度。温度计测部262也可以取得设置于行驶路130的温度计或热电偶测量的温度。此外，温度计测部262也可以从由热敏相机生成的摄像图像取得温度。
速度计测部263将存储器280存储的多个摄像图像以摄像时刻顺序取出。并且，速度计测部263使用光流、模板匹配、背景差分法等，计测车辆120的行驶速度。速度计测部263也可以从设置于行驶路130的埋入传感器、激光器、声波传感器等取得行驶速度。
轴重计算部270使用位移计算部250检测出的行驶路130的多个位置的位移和存储部255存储的基准位移函数，计算经过行驶路130的车辆120的轴重。进而，在需要进行基于车辆120或拍摄了摄像图像的摄像装置100的修正的情况下，轴重计算部270使用位移计算部250检测到的行驶路130的多个位置的位移、存储部255存储的基准位移函数和修正信息取得部260取得的修正信息，计算经过行驶路130的车辆120的轴重。
存储器280存储从输入输出I/F210输入的摄像图像及各种信息。存储器280存储摄像装置100的设置信息。此外，存储器280被用作各部的工作存储器。例如，存储器280存储空间信息取得部230所取得的空间信息。存储器280存储位置检测部240检测到的轮胎121的位置信息。
存储器280存储位移计算部250计算出的路面位移。存储器280存储修正信息取得部260所取得的修正信息。存储器280存储状态判定部261判定的轮胎状态。存储器280存储温度计测部262计测的外界气温及路面温度。存储器280测量速度计测部263计测的车辆120的行驶速度。存储器280存储轴重计算部270计算出的轴重。存储器280例如由DRAM(DynamicRandom Access Memory，动态随机存取存储器)等的能够高速动作的半导体存储元件构成。
[2.动作]
[2－1.整体的动作]
图6是表示有关实施方式1的轴重计测装置200的动作的流程图。
控制部220从摄像装置100取得摄像图像。控制部220经由输入输出I/F210取得摄像装置100所生成的摄像图像。并且，控制部220使存储器280保存摄像图像(步骤S501)。
控制部220使空间信息取得部230取得空间信息(步骤S502)。空间信息取得部230使用保存在存储器280中的摄像图像和摄像装置100的设置信息，取得空间信息。
控制部220使位置检测部240检测摄像图像中的轮胎121的位置(步骤S503)。
控制部220使修正信息取得部260取得轴重计算所需要的信息(步骤S504)。修正信息取得部260使状态判定部261、温度计测部262及速度计测部263的一部分或全部取得轴重计测所需要的信息，使存储器280将该信息作为修正信息保存。状态判定部261、温度计测部262及速度计测部263使用保存在存储器280中的摄像图像等，取得轴重计测所需要的修正信息。
控制部220使位移计算部250使用摄像图像来计算路面131的位移(步骤S505)。
控制部220使轴重计算部270使用位移计算部250计算出的位移和修正信息取得部260取得的修正信息，计算车辆120的轴重(步骤S506)。
[2－2.位移检测]
首先，位移计算部250在摄像图像中设定用来检测位移的检测区的尺寸。控制部220也可以基于位置检测部240检测到的轮胎位置，在任意设定的位置处设定多个区尺寸，根据在各区尺寸中计算出的位移结果来决定检测区的区尺寸。此外，控制部220也可以基于轮胎位置设定多个位置，使用在各位置处设定的检测区中计算出的位移结果的平均值、中位数等，决定检测区的区尺寸。
图7A是表示区设定的一例的示意图。图7B是表示区设定的另一例的示意图。
图7A及图7B表示与在行驶路130(参照图1)上行驶的车辆的轮胎121接触的路面131因车辆的轴重而位移的情况。此外，图7A表示控制部220将区S1设定为检测区。进而，图7B表示控制部220将区S2设定为检测区。
图8是说明摄像图像中的噪声的图。图9是说明噪声与区尺寸的关系的图。在图8中，纵轴表示位移，横轴表示时刻。在图9中，纵轴表示噪声，横轴表示区尺寸。
图8表示对于不包含车辆的多个摄像图像以摄像图像时刻顺序检测到的位移。在此情况下，由于从各摄像图像间计算不出位移，所以位移计算结果在各时刻为0。实际上，如图8所示，通过摄像元件101(参照图3)的噪声、大气的晃动等，计算出位移b作为噪声成分。因此，例如可以将位移b的方差a认为是噪声。另外，也可以不是将方差而是将标准偏差认为是噪声。
这样的噪声通常是白噪声。因此，在模板匹配中，如果如图7A的区S1那样使区尺寸较大，则图9所示，噪声被平均化，噪声的影响变小。即，如果使区尺寸较大，则噪声接近于饱和值c。另一方面，通过如图7B的区S2那样使发生了位移的区域相对于检测区的区域的比例较大，提高关于位移的灵敏度。
此外，如图10所示，区尺寸越大，则位移检测的灵敏度越小。图10是说明位移检测的灵敏度与区尺寸的关系的图。在图10中，纵轴表示灵敏度，横轴表示区尺寸。在区尺寸较大的情况下，没有位移的部分相对于所设定的检测区的区域所占的区域的比例变大。因而，在进行模板匹配的情况下，与没有位移的部分契合的力变强，位移检测的灵敏度变小。
因此，可以想到区尺寸与SN比(信号噪声比)的关系如图11所示。图11是说明区尺寸与SN比的关系的图。在图11中，纵轴是SN比，横轴是区尺寸。如图11所示，在SN比有峰值的情况下，只要将与峰值位置对应的区尺寸设定为检测区的大小就可以。此外，在SN比没有峰值的情况下，也可以将在图9中噪声水平上升的区尺寸S3设定为检测区的大小。
控制部220通过上述的某种方法来计算区尺寸。
接着，控制部220使用空间信息取得部230取得的各点的每1个像素的实际长度，来调整计算出的区尺寸。
控制部220根据空间信息(每1个像素的实际长度)来调整区尺寸。控制部220例如对于实际的长度设定10cm等的基准，使用空间信息按轮胎121的每个位置来调整区尺寸(像素尺寸)，以使区尺寸成为该作为基准的尺寸。这是因为，如果不使用相同基准的区尺寸，则相同的重量作用时的位移不成为相同的值。即，将区尺寸变换为与实际的长度对应的像素尺寸。
图12A及图12B是说明摄像装置100与轮胎121的位置关系的图。图13A是表示在图12A的状态下由摄像装置100拍摄了轮胎121的摄像图像的图。图13B是表示在图12B的状态下由摄像装置100拍摄了轮胎121的摄像图像的图。
图12A表示轮胎121处于距摄像装置100较远的位置。图12B表示轮胎121处于距摄像装置100较近的位置。此外，图13A表示在图12A的状态下摄像装置100生成的摄像图像500。图13B表示在图12B的状态下摄像装置100生成的摄像图像510。如图13A及图13B所示，根据摄像时的摄像装置100与轮胎121之间的距离，摄像图像500中的轮胎501被拍摄为比摄像图像510中的轮胎511小。
这里，图13A中的轮胎501的位置与图3的点F1的位置对应。此外，图13B中的轮胎511的位置与图3的点F3的位置对应。此时，假设空间信息取得部230计算出的各点的每1个像素的实际长度在点F1和其周边的像素中是3/5cm，在点F3和其周边的像素中是3/20cm。此时，假如区尺寸(纵×横)是3cm×60cm，则摄像图像500中的检测区502的区尺寸为5像素×100像素，摄像图像510中的检测区512的区尺寸为20像素×400像素。在图13A中，检测区502的大小表示5×100像素，在图13B中，检测区512的大小表示20×400像素。通过这样调整区尺寸，虽然在摄像图像上检测区502、512的大小不同，但能够使检测位移的对象的区域的大小相同。
位移计算部250在摄像图像500的情况下，仅使用摄像图像500中的检测区502内的图像计算位移。此外，位移计算部250在摄像图像510的情况下，仅使用摄像图像500中的检测区512内的图像计算位移。
[2－3.轴重计算]
图14A是说明由轴重带来的路面位移的一例的示意图。图14B是说明由轴重带来的路面位移的另一例的示意图。
如图14A所示，在车辆行驶的路面132中，通过经由轮胎121而作用的基于车辆的轴重的压力而发生位移。这里，由于基于轴重的压力根据各种条件而变化，所以如图14B所示，路面如路面132、路面133那样变化。
例如，即使是轴重相同的车辆，如果每1个车轴的车轮数或轮胎径不同，则与路面的总接地面积变化。由此，作用于路面的压力变化，路面位移也变化。此外，在路面被铺装的情况下，根据气温或路面温度，铺装的弹性模量变化。因此，作用了相同的压力时的位移变化。此外，在车辆在摄像地点处加减速的情况下，作用于各车轴上的载荷根据加速度而变化。例如，如果刹车，则作用于前轮的车轴上的载荷增加。
此外，在因路面的状态(路面轮廓)而车辆振动的情况下，车辆下沉的瞬间作用于路面的压力变高。因此，载荷看起来变大。相反，在车辆上浮的瞬间，作用于路面的压力变小。因此，载荷看起来变小。此外，对于路面自身的重量的阻力大体上划分可以认为由静态的阻力和动态的阻力构成。这里，动态的阻力可以认为是路面上的车辆速度。因此，路面位移也会根据车辆速度而变化。
在轴重计算中需要静载荷。但是，如上述那样，由于载荷根据压力而变化，所以静载荷根据各种条件而看起来变化了。进而，根据摄像图像，仅可知道路面的位移。
因此，轴重计算部270使用位移计算部250计算出的位移和修正信息取得部260取得的轮胎的状态、温度、车辆速度等的信息将位移修正，计算轴重。
[2－3－1.使用关系式的轴重的计算]
轴重计算部270也可以使用位移与轴重的关系式来计算轴重。
具体而言，轴重计算部270使用位移系数计算轴重。作为位移系数，可以使用表示因车轮的轴重被施加在行驶路130上而行驶路130发生位移的情况下的轴重与位移的关系的关系式、以及在该关系式中使用的系数。轴重计算部270预先存储有关系式和位移系数。
通常，轴重w(kg)作为位移d的函数f而通过w＝f(d)的式子表现。在本发明中，将函数f用一次式近似而处置。轴重计算部270存储将变量表示为d、将位移系数表示为α的一次式w＝αd作为关系式。
该位移系数α根据构成行驶路130的沥青等的种类、组成而不同。可以通过预先使轴重已知的车辆在行驶路130上行驶，调查轴重与车辆行驶时的行驶路130的位移的关系，来事前确定位移系数α。轴重计算部270预先存储位移系数α。轴重计算部270将位移计算部250检测出的位移换算为车辆的轴重。
[2－3－2.使用位移形状的轴重的计算]
轴重计算部270也可以根据位移计算部250计算出的路面131的位移形状来计算轴重。
图15A是表示作为基准的路面位移的一例的图。图15B是表示与图15A的路面位移处于相似的关系的路面位移的一例的图。图15A表示因轮胎121接地而位移的路面134。在图15A中，假设通过轮胎121而路面134上被施加了2t的重量。相对于此，图15B表示因轮胎121接地而位移的路面135。在图15B中，假设通过轮胎121而路面135上被施加了10t的重量。
这里，假设轮胎121接地于路面134的接地面积与轮胎121接地于路面135的接地面积相同。在接地面积一定的情况下，如果假定路面位移与重量成比例，则由不同重量的加载引起的路面的位移形状为相似形状。即，如果预先将基准的挠曲形状和那时的轴重建立对应而保存在存储器280中，则通过由计算位移计算部250计测出的位移的位移形状相当于基准的挠曲形状的几倍，能够计算车辆120的轴重。在图15A及图15B的情况下，将图15A的路面134的位移形状与轴重2t建立对应而预先存储在存储器280中，计算图15B的路面135的位移形状是路面134的位移形状的几倍。在此情况下，由于计算结果为5倍，所以图15B的情况下的轴重为2t×5＝10t。
另外，轴重计算部270也可以不是将路面的位移形状，而是将位移的最大值或规定区域中的位移的平均值与轴重建立对应而预先存储到存储器280中，将位移计算部250计算出的位移的最大值或规定区域中的位移的平均值与所存储的值比较，来计算轴重。此外，也可以将位移形状的关系不是用比例表示，而是使用高次函数表示。
[2－3－3.轮胎状态]
轴重计算部270也可以使用轮胎状态将轴重修正。为了进行基于轮胎状态的修正，需要知道由车辆带来的路面位移的空间分布。作为路面位移的空间分布，既可以使用根据摄像图像测定的路面位移的扩展情况，也可以使用由FWD(Falling WeightDeflectometer，落锤式弯沉仪)测定的路面位移的位移形状，也可以使用通过模拟计算出的空间分布。这里，将每单位重量的位移的空间分布作为基准位移函数而预先存储在存储部255中。在基准位移函数依赖于路面位置的情况下，预先按路面131的每个位置定义基准位移函数。此外，在依赖于轮胎的种类/尺寸的情况下，预先按轮胎的每个种类/尺寸而定义。关于轮胎状态的修正，最简单的是将路面位移假定为是各轮胎的位移的线性和。如果这样，则能够根据各轮胎状态来计算作用于各轮胎的重量。当然，并不限于线性，可以用任意的形式或函数来表现位移。
这里，使用图16及图17对由车轮的轮胎数带来的路面位移的差异进行说明。图16是说明单轮胎时的路面位移的示意图。图17是说明双轮胎时的路面位移的示意图。
例如，在轴重是10吨的车辆中，单侧的车轮的轮载荷理想的是5吨。在车轮是单轮胎的情况下，5吨的载荷从1个轮胎121作用于行驶路的路面136，路面136如图16所示位移。相对于此，如图17所示，在双轮胎的情况下，5吨的轮载荷被分散至两个轮胎121、122而作用于路面139。这是因为，如果装在1个车轴上的轮胎数增加，则作用于每个轮胎的载荷减小，路面位移也变小。该情况下的行驶路的路面位移为，将由从轮胎121作用的2.5吨的载荷带来的路面位移138和由从轮胎122作用的2.5吨的载荷带来的路面位移137合成后的路面位移139。
如图16及图17所示，对于行驶路的位移而言，即使轴重或轮载荷相同，双轮胎也相比单轮胎较小。因此，例如如果根据车轮的轮胎数而变更从位移换算为轴重的关系式的位移系数α，则能够使轴重的计测精度提高。
这里，如果将计测的路面位移通过轮胎每一轮的位移的线性和表现，则可将位移如(数式1)那样表示。此外，轮胎每一轮的轮重是使作用于1个车轴的轴重用配置在1个车轴上的轮胎分配的载荷。即，在作用于车轴的重量被均等地分配给轮胎的情况下，轮重是将轴重除以配置在1个轴上的轮胎条数而得到的载荷。
(数式1)：D(x)＝w1×base1(x－x1)+w2×base2(x－x2)
其中，x1是轮胎121正下方的位置，x2是轮胎122正下方的位置，w1是轮胎121的轮重，w2是轮胎122的轮重。此外，base1是轮胎121的基准位移函数，base2是轮胎122的基准位移函数，D是表示每个位置x的位移的位移函数。在基准位移函数依赖于轮胎种类/尺寸的情况下，按每个轮胎种类/尺寸定义基准位移函数。此外，在因为路面、附带物的构造或它们的劣化程度而基准位移函数按照路面位置变化的情况下，基准位移函数也可以按路面的每个绝对位置来定义。在此情况下，基准位移函数如base3(u，x)、base4(u，x)那样表示。u表示距轮胎正下方的相对位置，x表示轮胎正下方的绝对位置。此时，位移D可以如数式2那样表示。
(数式2)：D(x)＝w1×base3(x－x1，x1)+w2×base4(x－x2，x2)
轴重计算部270根据图像识别轮胎的种类/尺寸(载荷种类)，基于此进行基准位移函数的选择。
这里，假设x≧0。在x<0的情况下，由于不能用摄像装置拍摄路面139，所以关于位移的计算也可以不考虑。
在(数式1)、(数式2)中，作用于轮胎上的重量(轮重)w1、w2这两个是未知数。由于未知数是两个，所以通过在两个以上的计测点分别计测位移，能够根据(数式1)、(数式2)计算轮胎121、122的重量(轮重)。在轮胎为两个以上的情况下也同样，通过匹配于未知数的数量(轮胎的数量)而增加计测点，能够计算作用于各轮胎上的重量(轮重)。此外，通过使用比所需最小限度的数量多的计测点数，并使用最小二乘法或稳健回归(robust regression)等，能够更高精度地求出w1、w2。此外，通过增多计测点，也可以将轮胎的位置x1、x2也作为未知数而与w1、w2同时计算。
这里，关于装在相同的轴上的轮胎，如果假定轴重相等地分散，则为w1＝w2，未知数减少。因此，能够减少计测点。
另外，说明了在1个车轴上具备多个轮胎的情况下，可以将1个车轴的位移用各轮胎的位移的线性和表示，但并不限定于此。例如，也可以使用其他的函数或模拟来估计能够再现合成位移的参数(重量)。
即，在修正信息取得部260从摄像图像取得了车辆120是双轮胎作为修正信息时，轴重计算部270基于行驶路130的多个位置的位移、和在车辆120的双轮胎的各个轮胎的位置处被施加载荷的两个基准位移函数，来计算轴重。
此外，如图18所示，有其他轴的影响重叠的情况。图18是说明轴间的距离与路面位移的关系的图。在图18中，假设轮胎121是第1轴的轮胎，轮胎123是第2轴的轮胎。如果这样，则由轮胎121带来的路面位移140和由轮胎123带来的路面位移141相互影响，该情况下的路面位移成为路面位移142。在此情况下，也只要如上述那样使用(数式3)的关系式来计算轴重就可以。
(数式3)：D(y)＝w1×base5(y－y1)+w2×base6(y－y2)
这里，y1是第1轴的位置，y2是第2轴的位置，w1是第1轴的轴重，w2是第2轴的轴重。此外，base5是第1轴的基准位移函数，base6是第2轴的基准位移函数，D是表示每个位置y的位移的位移函数。
此外，关于(数式1)、(数式2)、(数式3)的基准位移函数，用一维位置进行了定义，但也可以将正交的维度包括在内而定义二维位移分布。将二维的位移分布的例子表示在(数式4)中。
(数式4)：D(x，y)＝w1×base7(x－x1，y－y1)+w2×base8(x－x2，y－y2)
这里，D(x，y)是位置(x，y)的位移，(x1，y1)是轮胎121的二维位置，(x2，y2)是轮胎122的二维位置。根据单轮胎轴还是双轮胎轴的(载荷种类)，基准位移函数的形状变化。
即，当修正信息取得部260从摄像图像取得了车辆120的前轮(第1车轴)的轮胎的第1位置和后轮(第2车轴)的轮胎的第2位置作为修正信息时，轴重计算部270基于行驶路130的多个位置的位移、和在第1位置和第2位置处被施加载荷的两个位移函数来计算轴重。
另外，在上述中仅考虑了图像的范围内的轮胎及车轴，但也可以考虑存在于图像的范围外的轮胎及轴的影响来求出轴重。在此情况下，使用在与对象摄影图像不同的时刻拍摄的其他图像，基于位置检测部240检测到的同一轮胎121或轮胎123的不同时刻的位置，求出轮胎的移动速度。基于摄像图像的时刻信息和移动速度，位置检测部240计算图像的范围外的轮胎121或轮胎123至少某一个的位置。通过将该位置应用于(数式1)～(数式4)，估计轴重。通过考虑图像外的载荷的影响，能够更高精度地计算轴重。
[2－3－4.温度]
轴重计算部270也可以使用气温或路面温度将轴重修正。基于温度的修正也可以与通过FWD(Falling Weight Deflectometer)测定挠曲量时的修正同样。此外，也可以使用在各温度下测定由重量已知的载荷物带来的路面位移而生成的修正表进行修正。
此外，路面温度既可以设为一样，也可以细致地设定。在将路面温度细致地设定的情况下，也可以使用保存有与各温度区域匹配的修正系数的修正表进行修正。通过将修正表预先保存在存储器280中，也能够应对温度一样的情况。
[2－3－5.车辆速度]
轴重计算部270也可以使用车辆120的速度将轴重修正。也可以根据车辆120的速度基于理论式计算阻力值，将轴重修正。此外，也可以使重量已知的车辆以各速度行驶，根据此时的路面位移制作修正表，使用修正表将轴重修正。
此外，也可以根据速度计算加速度，进行基于加速度的修正。在此情况下，也可以使用保存有与计算出的加速度匹配的修正系数的修正表，将轴重修正。也可以将修正表保存在存储器280中。
[2－3－6.轮胎的接地面积]
轴重计算部270也可以使用轮胎对于路面的接地面积将轴重修正。在单轮胎的情况下，作用于路面的压力根据车轮的接地面积而变化。因此，路面位移也变化。因此，状态判定部261除了每1个车轴的轮胎数以外，还检测轮胎的种类。并且，轴重计算部270也可以根据轮胎数和轮胎的种类来变更位移系数α。
也可以预先测量由重量已知、接地面积不同的载荷物带来的路面位移，制作修正表，进行基于接地面积的修正。此外，也可以通过多层弹性理论或其他适当的计算式、基于有限要素法等的数值解析进行的模拟，根据接地面积来计算修正项。
[2－3－7.车辆的运动]
也可以根据摄像图像，使用图像处理检测车辆的运动，进行与运动对应的修正。例如，在车辆振动的情况下，也可以使用多个摄像图像，将由运动带来的路面位移的平均值作为路面位移。这样，通过取平均值，能够抵消车体下沉时或上浮时的对于位移的影响。
另外，在上述各种条件下，也可以在轴重计测中不使用发生了加速度的摄像图像或有车辆的起伏的摄像图像等认为会使位移计算的精度劣化的摄像图像。
[3.效果等]
实施方式1的轴重计测装置200是使用摄像装置拍摄行驶路130和行驶路130上的车辆120的摄像图像来计测车辆120的轴重的轴重计测装置，具备位移计算部250、修正信息取得部260和轴重计算部270。位移计算部250使用摄像图像，检测由轴重带来的行驶路130的多个位置的位移。存储部255存储载荷作用时的行驶路130的基准位移函数。修正信息取得部260取得基于上述车辆或上述摄像装置的修正信息。轴重计算部270基于多个位置的位移、基准位移函数和修正信息，计算轴重。
由此，能够计测在各种条件下可能变动的路面的位移。特别是，通过计测多个点的路面位移，并基于基准位移函数计算轴重，由此能够从混杂有不同的多个轴重的路面位移中将各个轴重分离，高精度地计测轴重。此外，通过使用多个点的位移，能够高精度地计算摄像装置的姿势变化，能够使轴重的计测精度提高。此外，通过还使用道路附带物的位移，能够确保许多个计测点，使轴重的计测精度提高。
(其他实施方式)
如以上这样，作为在本申请中公开的技术的例示，对实施方式1进行了说明。但是，本发明的技术并不限定于这些，对于适当进行了变更、替换、附加、省略等的实施方式也能够应用。
在本发明中，使用1台摄像装置拍摄了行驶路。但是，也可以对使用多台摄像装置生成的摄像影像进行与本发明同样的处理，使用根据多个计算结果计算出的最终的位移来计算轴重。此外，也可以利用多个摄像图像。由此，能够使计算精度提高。
此外，在摄像装置100相对于路面131的倾斜例如根据路面131的位移而变化的情况下，也可以根据基于全局运动、不动点的运动、三维重构、SFM(Structure from Motion，运动恢复结构)等的摄像装置100的位置估计等，估计摄像装置100的倾斜，将存储器280存储的设置信息进行修正。
此外，修正信息取得部260(参照图2)的状态判定部261也可以识别车辆120的轮子的形状。具体而言，状态判定部261也可以使用从摄像装置100取得的摄像图像，通过图像识别来识别车辆120的轮子的形状。并且，状态判定部261也可以根据识别出的轮子的形状，取得表示车辆120的每个车轴的轮胎的数量的信息作为修正信息。这里，通常单轮胎的轮子的形状与双轮胎的轮子的形状不同。具体而言，双轮胎的轮子的形状由于将轮胎在车轴的单侧安装两个，所以从外侧看呈凹形状。状态判定部261通过识别该形状的差异，能够取得表示车辆120的每个车轴的轮胎的数量的信息。
此外，在本实施方式中仅使用行驶路181的位移进行了说明，但如果如图19那样使用拍摄了如路面181的附带物(道牙182或反射板183、路侧人行道、安全岛等)那样车辆行驶位置附近的路面附带物的图像，检测附带物的位移，也能得到同样的效果。即，也可以将位移计算部250计算的多个位置的位移的至少1个设为摄像图像中包含的行驶路181的附带物(道牙182或反射板183、路侧人行道、安全岛等)的位移。
在本发明中，假设轴重计测装置200是在具备微处理器和存储器的计算机中通过由微处理器执行存储在存储器中的程序实现的结构的例子而进行了说明。但是，位移计测装置只要具有与上述实现例同等的功能，并不一定限定于如上述实现例那样实现的结构的例子。例如，也可以是将构成轴重计测装置200的构成要素的一部分或全部用专用电路实现的结构的例子。
此外，轴重计测装置200的各构成要素(功能块)既可以通过IC(IntegratedCircuit)、LSI(Large Scale Integration)等的半导体装置单独地形成1个芯片，也可以以包含一部分或全部的方式形成1个芯片。此外，集成电路化的方法并不限于LSI，也可以由专用电路或通用处理器实现。也可以利用在LSI制造后能够编程的FPGA(Field ProgrammableGate Array)或能够重构LSI内部的电路单元的连接及设定的可重构处理器。进而，如果因半导体技术的进步或派生的其他技术出现替代LSI的集成电路化的技术，则也可以使用该技术进行功能块的集成化。有可能是生物技术的应用等。
此外，上述各种处理的全部或一部分也可以由电子电路等的硬件实现，也可以使用软件实现。另外，基于软件的处理通过由轴重计测装置200中包含的处理器执行存储在存储器中的程序而实现。此外，也可以将该程序记录在记录介质中而发布或使其流通。例如，通过将发布的程序安装到其他具有处理器的装置中、并使该处理器执行该程序，使该装置进行上述各处理。
此外，通过将在上述实施方式中表示的构成要素及功能任意地组合而实现的形态也包含在本发明的范围中。
产业上的可利用性
本发明能够利用于根据沿行驶路行驶中的车辆的摄像影像来计测车辆的轴重的轴重计测装置。
标号说明
1 轴重计测系统
100 摄像装置
200 轴重计测装置
210 输入输出I/F
220 控制部
230 空间信息取得部
240 位置检测部
250 位移计算部
255 存储部
260 修正信息取得部
261 状态判定部
262 温度计测部
263 速度计测部
270 轴重计算部
280 存储器

Claims (11)

1.一种轴重计测装置，使用拍摄有行驶路和上述行驶路上的车辆的摄像图像，计测上述车辆的轴重，其中，具备：
位移计算部，使用上述摄像图像，检测由上述轴重带来的上述行驶路的多个位置的位移；
存储部，预先存储位移函数，该位移函数表示在一定的载荷作用于上述行驶路的规定位置时，以上述规定位置为起点的上述行驶路的位移的空间分布的形状信息；以及
轴重计算部，基于上述多个位置的位移和上述位移函数，计算上述轴重。
2.如权利要求1所述的轴重计测装置，其中，
还具备修正信息取得部，该修正信息取得部从上述摄像图像取得基于上述车辆或拍摄了上述摄像图像的摄像装置的修正信息；
上述轴重计算部基于上述多个位置的位移、上述位移函数和上述修正信息，计算上述轴重。
3.如权利要求2所述的轴重计测装置，其中，
上述修正信息取得部从上述摄像图像取得上述车辆的轮胎的位置作为上述修正信息；
上述位移计算部使用上述轮胎的位置计算上述多个位置的位移。
4.如权利要求3所述的轴重计测装置，其中，
上述修正信息取得部取得上述车辆的第1车轴的轮胎的第1位置和第2车轴的轮胎的第2位置作为上述修正信息；
上述位移函数是将上述第1车轴的轴重与上述第1位置的第1位移函数的乘积和上述第2车轴的轴重与上述第2位置的第2位移函数的乘积相加而得到的函数。
5.如权利要求4所述的轴重计测装置，其中，
上述修正信息取得部使用在不同的时刻拍摄的其他摄像图像，计算存在于上述摄像图像的图像范围外的上述第1位置及上述第2位置中的至少某一个。
6.如权利要求2所述的轴重计测装置，其中，
上述修正信息取得部从上述摄像图像取得上述车辆是双轮胎的情况作为上述修正信息。
7.如权利要求6所述的轴重计测装置，其中，
上述位移函数是将上述双轮胎的第1轮胎的轮重与上述第1轮胎的位置的第3位移函数的乘积和上述双轮胎的第2轮胎的轮重与上述第2轮胎的位置的第4位移函数的乘积相加而得到的函数。
8.如权利要求2所述的轴重计测装置，其中，
上述修正信息取得部使用在不同的时刻拍摄的其他摄像图像，取得上述摄像图像中的上述摄像装置的摄像方向的变化作为上述修正信息。
9.如权利要求8所述的轴重计测装置，其中，
上述修正信息取得部在上述摄像方向的变化超过了预先设定的阈值时，报告上述摄像装置的摄像方向异常。
10.如权利要求1～9中任一项所述的轴重计测装置，其中，
上述多个位置的位移的至少1个是上述摄像图像中包含的上述行驶路的附带物的位移。
11.一种轴重计测方法，使用拍摄有行驶路和上述行驶路上的车辆的摄像图像，计测上述车辆的轴重，其中，具有：
位移计算步骤，使用上述摄像图像，检测由上述轴重带来的上述行驶路的多个位置的位移；
读出步骤，读出位移函数，该位移函数表示在一定的载荷作用于上述行驶路的规定位置时，以上述规定位置为起点的上述行驶路的位移的空间分布的形状信息；以及
轴重计算步骤，基于上述多个位置的位移和上述位移函数，计算上述轴重。
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