JP2004061143A - 距離検出装置と歩行者検出装置及び交通信号制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】投受光部10で出射したレーザ光を走査する走査光学系11を、円筒状に形成され、中央部にビーム伝播経路を有する中空モータ20と、反射面を中空モータ20のビーム伝搬経路側に向けて中空モータ20の回転子23の上面に45度の角度で固定された反射部21で構成し、簡単な構成で投受光部10で出射したレーザ光を水平方向に走査して横断歩道9を歩行する歩行者や車両等の物体までの距離を確実に検出する。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば横断歩道の近傍で横断待ちの歩行者や横断歩道を歩行する歩行者までの距離を検出する距離検出装置と、横断歩道の近傍で横断待ちの歩行者や横断歩道を歩行する歩行者の数及び歩行速度を検出する歩行者検出装置と、検出した歩行者の数や歩行速度により横断歩道に設けられた交通信号機の信号表示タイミングを制御する交通信号制御装置、特に交通弱者の安全な横断と交通の渋滞の防止に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般道路の横断歩道に設けた信号機は、あらかじめ設定された信号表示タイミングにより青信号と赤信号を切り替えている。この横断歩道を歩行する歩行者の数は時間帯により大きく相違するとともに歩行速度にも個人差がある。これに対して、信号機の信号をあらかじめ設定された信号表示タイミングで切り替えていると、多くの歩行者が横断歩道を歩行したり、車椅子に乗った人や年配者等の交通弱者が歩行しているときに、横断歩道を渡り終えないうちに赤信号になったりして歩行者の安全が確保できなくなってしまう。
【0003】
また、夜間のように横断歩道を歩行する歩行者の数が少ない場合、歩行者が横断歩道を渡りきっても歩行者用の交通信号機を青信号にしていると、自動車の信号待ち時間が大きくなってしまい、交通渋滞が生じてしまう可能性がある。
【0004】
このような問題を解消するために、例えば特開平11−275562号公報や特開2001−101576号公報,特開2001−109987号公報等に示すように、信号待ち領域で待機している歩行者や横断歩道を歩行中の歩行者をCCDカメラや赤外線カメラ等で撮像し、撮像した画像情報から歩行者の人数や歩行弱者を認識し、この認識結果により信号機を切り替える時間を制御するようにしている。
【0005】
また、特開2002−140790号公報や特開2002−157682号公報に示すように、横断歩道の幅方向を走査するとともに横断歩道の長さ方向を走査するレーザセンサにより横断歩道と信号待ち領域に対してレーザ光を走査しながら投射し、その反射時間を計測して横断歩道や信号待ち領域にいる歩行者や車椅子等の大きさと形状と位置を計測し、この計測値の変化から歩行者等の移動速度を検出して、横断歩道を交通弱者等が渡り終えてから信号機を赤信号に切り替えるようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特開平11−275562号公報等に示すように、CCDカメラや赤外線カメラで撮像した画像から歩行者を検出する方法は、歩行者の人数や移動速度は検出できるが、夜間や雨等の天候状況により検出精度が低下してしまうという短所がある。
【0007】
また、特開2002−140790号公報等に示すように、レーザ光を走査して歩行者を検出する方法は、レーザセンサで横断歩道の幅方向を走査するとともに横断歩道の長さ方向を走査するため、レーザセンサには2方向に走査する走査機構が必要となり、レーザセンサの構造や走査のための制御が複雑になるという短所がある。
【0008】
この発明はかかる短所を改善し、簡単な構造でレーザ光を水平方向に走査して検出物体までの距離を検出する距離検出装置と、横断歩道の近傍で横断待ちの歩行者や横断歩道を歩行する歩行者の数及び歩行速度を検出する歩行者検出装置と、検出した歩行者の数や歩行速度により横断歩道に設けられた交通信号機の信号表示タイミングを制御する交通信号制御装置を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明の距離検出装置は、投受光部と走査光学系と距離計測部を有し、投受光部はレーザ光を出射し、検出物体からの反射光を入射し、走査光学系は中空モータと反射部を有し、中空モータは円筒状に形成され、中央部にビーム伝播経路を有し、反射部は反射面を中空モータのビーム伝搬経路側に向けて中空モータの回転子の上面に45度の角度で固定され、距離計測部は投受光部で出射したレーザ光と入射した反射光の遅延時間より検出物体までの距離を算出することを特徴とする。
【0010】
前記距離計測部は、算出した検出物体までの距離を、あらかじめ一定位置に設けられた標準反射体の設置距離と標準反射体からの反射ビームで算出した距離とを使用して補正することが望ましい。
【0011】
また、走査光学系の中空モータは、あらかじめ定めた一定角度ごとにステップ回転し、投受光部は一定周期ごとに一定パルス幅のレーザ光を出射すると良い。
【0012】
この発明の歩行者検出装置は、前記距離検出装置及び演算処理部を有し、演算処理部は、距離検出装置で算出した検出物体までの距離と中空モータの回転角で得られる検出物体の方位角とから検出物体の位置情報を算出し、算出した位置情報から検出物体が横断歩道に存在するか否かと検出物体が歩行者であるか車両であるかを判別し、歩行者と判別した検出物体の密度と移動速度を算出することを特徴とする。
【0013】
この前記演算処理部は、前回のレーザ光の走査により算出した検出物体の位置情報と今回のレーザ光の走査により算出した検出物体の位置情報により、レーザ光の出射方向における検出物体の重なりを判定し、全ての検出物体の位置情報を算出することが望ましい。
【0014】
また、演算処理部は、距離検出装置で算出した検出物体までの距離と中空モータの回転角で得られる検出物体の方位角とから算出した検出物体の位置情報から、一定距離にある複数の検出物体の位置を連結し、複数の検出物体の連結状態から、検出物体が歩行者であるか車両であるかを容易に判別する。
【0015】
この発明の交通信号制御装置は、前記歩行者検出装置及び信号機制御部を有し、
信号機制御部は歩行者検出装置で算出した検出物体の密度と移動速度に基づき交通信号機の表示タイミングを可変することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の交通信号制御装置の構成を示すブロック図である。道路の横断歩道に設けた信号機2の信号表示タイミングを制御する交通信号制御装置1は、歩行者検出装置3と信号機制御部4を有する。歩行者検出装置3は、レーザ光走査距離計5と標準反射体6と演算処理部7を有する。
【0017】
レーザ光走査距離計5は、図2の配置図に示すように、道路8の横断歩道9の一方の角部に、一定高さ例えば約80cmの高さで設置され、横断歩道9を歩行する歩行者や車両までの距離を検出するものであり、投受光部10と走査光学系11と中央処理部12と走査制御部13とレーザ駆動部14及び距離計測部15を有する。投受光部10は、図3の構成図に示すように、光源16とコリメータレンズ17と集光レンズ18及び受光部19を有する。光源16はレーザダイオードを有し、例えば波長905nmのレーザ光を出射する。コリメータレンズ17は光源16から出射したレーザ光を平行光にして走査光学系9に入射する。集光レンズ18は標準反射体6や歩行者あるいは車両から反射して走査光学系9を介して入射したレーザ光を受光部19に集光する。受光部19は例えばアバランシェフォトダイオード(APD)からなり、集光レンズ18で集光した光を受光して電気信号に変換する。
【0018】
走査光学系9は中空モータ20と反射鏡21を有する。中空モータ20は固定子22と回転子23がそれぞれ円筒状に形成され、中央部に光伝播経路24を有する。反射鏡21は平面鏡からなり、反射面を中空モータ20の光伝搬経路24に向けて回転子23の上面に対して45度の角度で取り付けられている。
【0019】
中央処理部12は、走査制御部13とレーザ駆動部14及び距離計測部15の動作を管理するものであり、走査光学系11の中空モータ20を駆動するパルス列指令を生成して走査制御部12に送り、光源16の発光を制御する発光タイミング信号をレーザ駆動部14に送る。走査制御部12は中央処理部12から送られるパルス列信号により中空モータ20を1ステップずつ回転制御する。レーザ駆動部14は中央処理部12から送られる発光タイミング信号により光源16を発光させる。この中央処理部12から走査制御部13に送るパルス列指令は、例えば中空モータ20の回転角度を検出するロータリエンコーダの分解能より、1パルスで360度の角度を1024等分した角度dθ=0.35度だけ中空モータ20が回動するように定められ、中空モータ20が0.5秒で1回転するようにパルス列の周期が定められている。この角度dθ=0.35度を基本単位として中空モータ20の回転角θ=n・dθで定義される角度の離散値nは0〜1024の値をとる。また、中央処理部12からレーザ駆動部14に送る発光タイミング信号の発生期間は中空モータ20が角度α=120度回転する範囲とし、例えば光源16から周期0.5msでパルス幅15nsのレーザ光を出射するように定められている。この発光タイミング信号を発生させるための基準位置は、図2に示すように、光源16から出射して走査光学系11の反射鏡21で反射したレーザ光が横断歩道9と平行なるように反射鏡21が回転した位置とし、この基準位置から中空モータ20により反射鏡21が時計方向に角度α=120度回転する範囲に定めることにより、横断歩道9と横断歩道9の両端の歩行者の待機領域にもレーザ光を照射することができる。
【0020】
距離計測部15は、中央処理部12からレーザ駆動部14に送る発光タイミング信号と標準反射体6や物体25からの反射光を受光した受光部19から送られる受光信号とからレーザ光の標準反射体6や物体25までの往復時間を検出して標準反射体6や物体25までの距離を算出する。このレーザ光の反射光を検出して物体25までの距離を算出するとき、光源16や受光部19の素子の特性が温度により変化し、光源16に発光遅れが生じたり、受光部19に遅延時間が生じると測定距離に誤差が生じる。そこであらかじめ既知の距離Roの位置に標準反射体6を設け、標準反射体6の反射光を受光部19で受光ときに算出した距離がRsのとき、物体25からの反射光を受光部19で受光して算出した距離をrsとすると、物体25までの距離rをr=(Ro/Rs)・rsと補正し、測定距離に誤差が生じることを防ぐ。
【0021】
演算処理部7は例えばパーソナルコンピュータからなり、検出物体位置情報算出部26と重なり補正処理部27と歩行者・車両判別処理部28及び歩行者分布特性作成部29を有する。検出物体位置情報算出部26は、図2に示すように、レーザ光走査距離計5で測定する最大距離をRとすると、最大距離Rを100等分した単位距離drを基本単位として物体25の検出距離r=m・drで定義される離散値mにより距離計測部15で算出した物体25までの距離情報を算出し、算出した距離の離散値mと中央処理部12から入力する物体25の角度θの離散値nにより、物体25の位置情報を極座標P(n、m)で算出する。ここで距離の離散値mは1〜100の値をとり、例えば最大距離R=30mとすると、dr=30cmとなる。また、角度の基本単位dθ=0.35度から最大距離R=30mの円周に沿った距離の分解能dL=(π/180)dθ・Rは18cmになり、最大距離R=30mの地点で歩行者の有無を識別できる。重なり補正処理部27は、レーザ光走査距離計5でレーザ光を走査して歩行者等の物体25の距離を測定しているときに、各走査周期ごとに複数の物体25がレーザ光の照射方向で重なっているか否を判断し、複数の物体25が重なっているときに、その位置情報を算出する。歩行者・車両判別処理部28は各物体25の位置情報を利用して物体25が歩行者であるか車両であるかを判別する。歩行者分布特性作成部29は判別された歩行者の密度と移動速度を算出する。
【0022】
信号機制御部4は歩行者検出装置5で算出した歩行者の密度と移動速度から信号機2の青信号と赤信号の時間間隔を制御する。
【0023】
この交通信号制御装置1のレーザ光走査距離計5で横断歩道9や横断歩道9の待機領域にいる歩行者等を検出して信号機2の表示タイミングを制御するときの処理を図4のフローチャートを参照して説明する。
【0024】
レーザ光走査距離計5の走査光学系11の中空モータ20を角度dθ=0.35度を1ステップとして0.5秒で1回転するように時計方向に回転させながら、反射鏡21があらかじめ定めた基準位置に達したときに、光源16から周期0.5ms毎にパルス幅15nsのレーザ光を出射して、反射鏡21が角度α=120度回転する間の範囲でレーザ光を走査する(ステップS1)。このレーザ光の走査を0.5sの周期で繰り返す。このレーザ光を走査しているとき、受光部19で標準反射体6の反射光を受光するたびに、距離計測部15はレーザ光の往復時間から標準反射体6までの距離Rsを算出し、算出した距離Rsと標準反射体6の設置距離R0とから距離の補正係数(Ro/Rs)を算出して、先に算出して記憶した補正係数を書き換える。この状態で横断歩道9や横断歩道9の待機領域に存在する物体25からの反射光を受光部19で受光するたびに、距離計測部15は各物体25からのレーザ光の往復時間から各物体25までの距離を算出し、算出した距離を補正係数(Ro/Rs)で補正し、補正した各物体25までの距離rを演算処理部7の検出物体位置情報算出部26に送る。一方、レーザ光走査距離計5の中央処理部12は受光部19から反射光の受光信号が距離計測部15に送られるたびに、そのときのレーザ光の照射角度の離散値nを検出して検出物体位置情報算出部26に送る(ステップS2)。
【0025】
検出物体位置情報算出部26は距離計測部15から各検出物体25までの距離rが送られると、レーザ光走査距離計5で測定する最大距離をRを100等分した単位距離drを基本単位として検出物体25の検出距離r=m・drで定義される離散値mにより各検出物体25までの距離情報を算出し、算出した距離の離散値mと中央処理部12から入力する各物体25の角度θの離散値nにより、各検出物体25の位置情報を極座標P(n、m)で算出し重なり補正処理部27に送る(ステップS3)。
【0026】
重なり補正処理部27は、図5(a)に示すように、レーザ光走査距離計5のセット位置を基準点Oとしたメモリセルの各検出物体25ごとに送られた極座標P(n、m)に対応するビット30aをオンにし、このオンにしたビット30aよりレーザ光の照射方向の遠方には物体25が存在しないと判断し、ビット30aよりレーザ光の照射方向の遠方のビットは全てオフにする。また、最大測定距離Rを越える範囲は検出する物体25が存在しないと判断し、全てのビットをオフにする(ステップS4)。そしてレーザ光の走査を繰り返して各検出物体25までの距離情報を示す極座標P(n、m)を算出しているとき、各検出物体25が移動して、次のサンプル周期で、図5(b)に示すように、前回オンにしたビット30bよりレーザ光の照射方向の遠方のビット30aが今回オンになると、今回オンになったビット30aと基準点までの間で前回オンにしたビット30bをオフにする(ステップS5)。この処理を繰り返すことにより、横断歩道9や横断歩道9の待機領域に存在する全ての物体25の位置情報を極座標P(n、m)で得ることができる。
【0027】
歩行者・車両判別処理部28は、重なり補正処理部27で逐次算出して送られる各検出物体25の位置情報を示す極座標P(n、m)より、図6に示すように、レーザ光走査距離計5のセット位置を基準点OとしてX座標に角度の離散値nを示し、Y座標に距離の離散値mを示す直交座標を使用し、各検出物体25の位置ターゲット31を示すグラフを作成する(ステップS6)。そして各位置ターゲット31からΔm=1の距離にある位置ターゲット31と、Δn=1の角度にある位置ターゲット31及びΔm=1でΔn=1の位置ターゲット31を追跡して連結し、図7に示すように、連結した位置ターゲット群32a,32bを抽出する(ステップS7)。この連結した位置ターゲット群32a,32bを、図8に示すように、個々にX−Y座標系に展開し(ステップS8)、各位置ターゲット群32a、32bのX座標における最小値xaと最大値xbの位置ターゲット33と、Y座標における最小値yaと最大値ybの位置ターゲット33を検出する(ステップS9)。この検出した位置ターゲット33を結ぶ直線34上にある位置ターゲットのヒストグラム35をそれぞれ取り(ステップS10)、各位置ターゲット群32a,32bのヒストグラム35の合計値があらかじめ定めた一定値N例えば「5」以上である位置ターゲット群を示す検出物体は車両と認定する。例えば図8に示す位置ターゲット群32aのヒストグラム35の合計値は「3」であるから、位置ターゲット群32aを示す検出物体25は歩行者群と認定し、位置ターゲット群32bのヒストグラム35の合計値は「10」であるから、位置ターゲット群32bを示す検出物体25は車両と認定し、図5に示す各検出物体25の位置情報のなかで車両と認定された位置情報のビットに歩行者マスクをセットし、歩行者と認定して検出物体25の極座標P(n、m)で示した位置情報を歩行者分布特性作成部29に送る(ステップS11)。
【0028】
歩行者分布特性作成部29は検出物体25の位置を示す極座標P(n、m)を図9に示すようにを単位長さdx=dr=30cmで定めたx座標と単位長さdy=dr=30cmで定めたy座標の直交座標T(i,j)に変換して、極座標P(n、m)のオンビットの座標を直交座標T(i,j)の30cm×30cmの単位面積毎にプロットして正規化し(ステップS12)、正規化した単位面積をx軸方向とy軸方向にそれぞれ投影してx軸投影ヒストグラム36とy軸投影ヒストグラム37を作成する(ステップS13)。このx軸投影ヒストグラム36は横断歩道9の幅方向の歩行者の分布を示し、y軸投影ヒストグラム37は横断歩道9に沿った歩行者の分布を示す。このx軸投影ヒストグラム36とy軸投影ヒストグラム37の面積から歩行者の密度を算出し(ステップS14)、y軸投影ヒストグラム37の変化から歩行者の移動速度を算出して信号機制御部4に逐次送る(ステップS15)。
【0029】
信号機制御部4は逐次送られる歩行者の密度と移動速度に基づいて信号機2の表示タイミングを制御する(ステップS16)。このように歩行者の密度を検出して信号機2の信号表示タイミングを制御することにより、多くの歩行者が通行する時間帯には歩行者用の信号機2の青表示の時間を長くし、夜間のよう歩行者の通行量が少ない場合は青信号の時間を短くすることができ、横断歩道9を歩行者が安全に通行できるとともに夜間に車両の交通渋滞が生じることを防ぐことができる。また、歩行者の移動速度により信号機2の信号表示タイミングを制御することにより、老人等の交通弱者も安全に横断歩道9を通行することができる。
【0030】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、投受光部で出射したレーザ光を走査する走査光学系を、円筒状に形成され、中央部にビーム伝播経路を有する中空モータと、反射面を中空モータのビーム伝搬経路側に向けて中空モータの回転子の上面に45度の角度で固定された反射部で構成することにより、簡単な構成で投受光部で出射したレーザ光を水平方向に走査して横断歩道を歩行する歩行者や車両等の物体までの距離を確実に検出することができる。
【0031】
また、算出した検出物体までの距離を、あらかじめ一定位置に設けられた標準反射体の設置距離と標準反射体からの反射ビームで算出した距離とを使用して補正することにより、等受光部等の各素子等の特性が温度等により変化しても測定距離に誤差が生じることを防ぐことができ、精度良く距離を測定することができる。
【0032】
また、走査光学系の中空モータは、あらかじめ定めた一定角度ごとにステップ回転し、投受光部は一定周期ごとに一定パルス幅のレーザ光を出射することにより、検出物体の角度を精度良く検出するとともに投受光部の劣化を防止することができ、長時間安定して検出検出物体の距離や角度を測定することができる。
【0033】
また、距離検出装置で算出した検出物体までの距離と中空モータの回転角で得られる検出物体の方位角とから検出物体の位置情報を算出し、算出した位置情報から検出物体が横断歩道に存在するか否かと検出物体が歩行者であるか車両であるかを判別することにより、歩行者の状態を精度良く検出することができる。
【0034】
また、歩行者と判別した検出物体の密度に基づき交通信号機の表示タイミングを可変することにより、多くの歩行者が通行する時間帯には歩行者用の信号機の青表示の時間を長くし、夜間のよう歩行者の通行量が少ない場合は青信号の時間を短くすることができ、横断歩道を歩行者が安全に通行できるとともに夜間に車両の交通渋滞が生じることを防ぐことができる。また、歩行者の移動速度により信号機の信号表示タイミングを制御することにより、老人等の交通弱者も横断歩道を安全に通行することができる。
【0035】
さらに、前回のレーザ光の走査により算出した検出物体の位置情報と今回のレーザ光の走査により算出した検出物体の位置情報により、レーザ光の出射方向における検出物体の重なりを判定することにより、横断歩道とその近傍にいる歩行者の位置情報を確実に算出することができる。
【0036】
また、検出物体までの距離と中空モータの回転角で得られる検出物体の方位角とから算出した検出物体の位置情報から、一定距離にある複数の検出物体の位置を連結し、複数の検出物体の連結状態から、検出物体が歩行者であるか車両であるかを判別することにより、横断歩道とその近傍に存在する検出物体が歩行者であるか車両であるかを精度良く識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の交通信号制御装置の構成を示すブロック図である。
【図2】横断歩道に設置したレーザ光走査距離計の配置を示す平面図である。
【図3】走査光学系の構成図である。
【図4】交通信号制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図5】検出物体の重なり処理を示す処理説明図である。
【図6】検出物体の位置情報を示す模式図である。
【図7】検出物体の位置ターゲットの連結処理を示す模式図である。
【図8】歩行者と車両の判別処理を示す模式図である。
【図9】歩行者の密度と移動速度の判定処理を示す模式図である。
【符号の説明】
1;交通信号制御装置、2;信号機、3;歩行者検出装置、
4;信号機制御部、5;レーザ光走査距離計、6;標準反射体、
7;演算処理部、9;横断歩道、10;投受光部、11;走査光学系、
12;中央処理部、13;走査制御部、14;レーザ駆動部、
15;距離計測部、16;光源、17;コリメータレンズ、
18;集光レンズ、19;受光部、20;中空モータ、21;反射鏡、
24;光伝播経路、25;物体、26;検出物体位置情報算出部、
27;重なり補正処理部、28;歩行者・車両判別処理部、
29;歩行者分布特性作成部。
Claims (7)
- 投受光部と走査光学系と距離計測部を有し、投受光部はレーザ光を出射し、検出物体からの反射光を入射し、走査光学系は中空モータと反射部を有し、中空モータは円筒状に形成され、中央部にビーム伝播経路を有し、反射部は反射面を中空モータのビーム伝搬経路側に向けて中空モータの回転子の上面に45度の角度で固定され、距離計測部は投受光部で出射したレーザ光と入射した反射光の遅延時間より検出物体までの距離を算出することを特徴とする距離検出装置。
- 前記距離計測部は、算出した検出物体までの距離を、あらかじめ一定位置に設けられた標準反射体の設置距離と標準反射体からの反射ビームで算出した距離とを使用して補正する請求項1記載の距離検出装置。
- 前記走査光学系の中空モータは、あらかじめ定めた一定角度ごとにステップ回転し、投受光部は一定周期ごとに一定パルス幅のレーザ光を出射する請求項1又は2記載の距離検出装置。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の距離検出装置及び演算処理部を有し、
演算処理部は、距離検出装置で算出した検出物体までの距離と中空モータの回転角で得られる検出物体の方位角とから検出物体の位置情報を算出し、算出した位置情報から検出物体が横断歩道に存在するか否かと検出物体が歩行者であるか車両であるかを判別し、歩行者と判別した検出物体の密度と移動速度を算出することを特徴とする歩行者検出装置。 - 前記演算処理部は、前回のレーザ光の走査により算出した検出物体の位置情報と今回のレーザ光の走査により算出した検出物体の位置情報により、レーザ光の出射方向における検出物体の重なりを判定する請求項4記載の歩行者検出装置。
- 前記演算処理部は、距離検出装置で算出した検出物体までの距離と中空モータの回転角で得られる検出物体の方位角とから算出した検出物体の位置情報から、一定距離にある複数の検出物体の位置を連結し、複数の検出物体の連結状態から、検出物体が歩行者であるか車両であるかを判別する請求項4又は5記載の歩行者検出装置。
- 請求項4乃至6のいずれかに記載の歩行者検出装置及び信号機制御部を有し、
信号機制御部は歩行者検出装置で算出した検出物体の密度と移動速度に基づき交通信号機の表示タイミングを可変することを特徴とする交通信号制御装置。
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