JP2004191180A - 移動体検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の移動体が絶間なく走行する道路で、騒音が複数の移動体の何れから発生したのかを判定すことが容易な移動体検出装置を提供すること。
【解決手段】道路を走行する複数の移動体から発生した騒音を集音し、集音した騒音を複数の騒音信号に変換し、変換した複数の騒音信号を入力する複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃと、複数の騒音信号を時間軸に沿って複数のフレームに分割し、分割したフレーム毎に騒音の音源方向を算出する音源方向算出手段１０４と、音源方向から複数の移動体が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻をそれぞれ算出する通過時刻算出手段１０５とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】道路を走行する複数の移動体から発生した騒音を集音し、集音した騒音を複数の騒音信号に変換し、変換した複数の騒音信号を入力する複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃと、複数の騒音信号を時間軸に沿って複数のフレームに分割し、分割したフレーム毎に騒音の音源方向を算出する音源方向算出手段１０４と、音源方向から複数の移動体が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻をそれぞれ算出する通過時刻算出手段１０５とを備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路を走行する複数の移動体から発生した騒音を複数のマイクロホンで集音し、集音した騒音から複数の移動体を検出する移動体検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両から発生した騒音を集音し、集音した騒音が予め設定された種類の騒音か否かを判定することにより予め分類された種類の騒音を発生する車両を検出する車両検出装置が知られている。
【０００３】
図６に示す従来の車両検出装置は、車両から発生した音を集音する集音器３と、車両を撮像するビデオカメラ４と、集音器３が集音した音が特定の車両から発生した音であることを認識する音響認識装置６と、音響認識装置６が特定の車両であることを認識したとき、特定の車両を撮影するビデオ装置８とを備え、音響認識装置６は予め保持した特定の車両の音と集音器３が集音した音とを比較し、比較した結果に基づいて特定の車両を認識するようになっていた（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３０１８４号公報（第２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両検出装置は、車両から発生した騒音の音圧レベルが極大になる時刻の車両を検出するようにしていたので、複数の車両が絶間なく走行する道路では、騒音が複数の車両の何れから発生したのかを判定することが難しいという問題があった。
【０００６】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、複数の移動体が絶間なく走行する道路であっても、騒音が複数の移動体の何れから発生したのかを判定することが容易な移動体検出装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の移動体検出装置は、移動体の発する音を所定の範囲内で集音する複数のマイクロホンと、前記複数のマイクロホンの出力信号をもとに前記移動体の存在する方向を算出する方向算出手段と、前記方向の変化を検出して前記所定の範囲内における前記移動体の移動状態を算出する移動状態算出手段と、前記移動状態をもとに前記移動状態が所定の位置を通過する通過時刻を算出する通過時刻算出手段と、前記通過時刻に前記所定の位置で集音された音をもとに前記移動体の発する音の種別を判定する音種別判定手段とを備えた構成を有している。
【０００８】
この構成により、複数の移動体が所定の位置を通過する時刻をそれぞれ算出することができ、算出した時刻に収集した音が予め設定された種類の音か否かを判定し、予め設定された種類の音を発生する移動体を検出することができる。
【０００９】
本発明の移動体検出装置は、前記移動状態算出手段は、前記移動状態の典型を示す複数のテンプレートを有し、前記複数のテンプレートと前記方向算出手段の算出結果との比較を行って、前記移動体の移動状態を算出する構成を有している。
【００１０】
この構成により、複数のテンプレートと方向算出手段の算出結果とを比較して複数の移動体の移動状態を算出することができる。
【００１１】
本発明の移動体検出装置は、前記移動体位置算出手段は、前記移動体が異なる方向に進行した場合の移動状態の典型を示す複数のテンプレートを有し、前記複数のテンプレートと前記方向算出手段の算出結果との比較を行って、前記移動体の移動状態を算出する構成を有している。
【００１２】
この構成により、複数のテンプレートと方向算出手段の算出結果とを比較して複数の移動体の移動状態を算出することができる。
【００１３】
本発明の移動体検出装置は、前記移動体位置算出手段は、前記移動体が異なる速度で進行した場合の移動状態の典型を示す複数のテンプレートを有し、前記複数のテンプレートと前記方向算出手段の算出結果との比較を行って、前記移動体の移動状態を算出する構成を有している。
【００１４】
この構成により、複数のテンプレートと方向算出手段の算出結果とを比較して複数の移動体の移動状態を算出することができる。
【００１５】
本発明の移動体検出装置は、道路を走行する複数の移動体から発生した騒音を集音し、集音した前記騒音を複数の騒音信号に変換し、変換した前記複数の騒音信号を入力する複数のマイクロホンと、前記複数のマイクロホンによって入力された前記複数の騒音信号を時間軸に沿って複数のフレームに分割し、分割した前記フレーム毎に前記複数の騒音信号から前記騒音の音源方向を算出する音源方向算出手段と、この音源方向算出手段によって算出された前記音源方向から前記複数の移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻をそれぞれ算出する通過時刻算出手段と、この通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に前記複数のマイクロホンの何れか少なくとも１つが集音した前記騒音から音圧レベルを算出する音圧レベル算出手段と、この音圧レベル算出手段によって算出された前記音圧レベルが予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、前記音圧レベルが前記閾値を超えたと判定したとき前記通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に集音された前記騒音を分析し、分析した前記騒音の音種別を判定する音種別判定手段と、この音種別判定手段によって判定された前記騒音が予め分類された複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれるか否かを判定することにより前記複数の種類の何れか少なくとも１つに含まれる前記騒音を発生する移動体を検出する移動体検出手段とを備える構成を有している。
【００１６】
この構成により、複数の移動体が複数のマイクロホンの正面を通過する時刻をそれぞれ算出することができ、算出した時刻に収集した騒音が予め設定された種類の騒音か否かを判定し、予め設定された種類の騒音を発生する移動体を検出することができる。
【００１７】
本発明の移動体検出装置は、前記通過時刻算出手段は、前記音源方向算出手段によって前記フレーム毎に算出された前記音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファと、前記道路を予め設定された一定の速度で走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記音源方向の動きとして示された少なくとも１つのテンプレートを保持するテンプレート保持部と、このテンプレート保持部に保持された前記テンプレートと前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を前記テンプレートと前記音源方向データとの距離として算出する距離算出部とを備え、前記距離算出部は、前記音源方向データに対して前記テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記距離を算出し、算出した複数の前記距離から極小値を検出し、検出した前記極小値から前記移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻を算出する構成を有している。
【００１８】
この構成により、テンプレートと音源方向データとの距離を算出し、算出した距離から複数の移動体が複数のマイクロホンの正面を通過する時刻をそれぞれ算出することができ、算出した時刻に収集した騒音が予め設定された種類の騒音か否かを判定し、予め設定された種類の騒音を発生する移動体を検出することができる。
【００１９】
本発明の移動体検出装置は、前記通過時刻算出手段は、前記音源方向算出手段によって前記フレーム毎に算出された前記音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファと、前記道路を予め設定された一定の速度で第１方向に走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記音源方向の動きとして示された第１テンプレートを保持する第１テンプレート保持部と、前記第１方向に対向する第２方向に走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記音源方向の動きとして示された第２テンプレートとを保持する第２テンプレート保持部と、第１テンプレート保持部に保持された前記第１テンプレートと前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を第１距離として算出し、さらに第２テンプレート保持部に保持された前記第２テンプレートと前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を第２距離として算出する距離算出部とを備え、前記距離算出部は、前記第１距離を算出するとき、前記音源方向データに対して前記第１テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記第１距離を算出し、算出した複数の前記第１距離から極小値が存在するか否かを判定し、さらに前記第２距離を算出するとき、前記音源方向データに対して前記第２テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記第２距離を算出し、算出した複数の前記第２距離から極小値が存在するか否かを判定し、前記第１距離と前記第２距離のうち前記極小値が存在する方の算出結果から前記移動体の進行方向を判定し、さらに前記極小値から前記移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻を算出する構成を有している。
【００２０】
この構成により、第１テンプレートと音源方向データとの距離と、第２テンプレートと音源方向データとの距離とを算出し、算出した第１距離と第２距離とから複数の移動体の走行方向と複数の移動体が複数のマイクロホンの正面を通過する時刻とをそれぞれ算出することができ、算出した時刻に収集した騒音が予め設定された種類の騒音か否かを判定し、予め設定された種類の騒音を発生する移動体を検出することができる。
【００２１】
本発明の移動体検出装置は、前記通過時刻算出手段は、前記音源方向算出手段によって前記フレーム毎に算出された前記音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファと、前記道路を予め設定された一定の速度で走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記移動体の予め設定された複数の速度に対応した前記音源方向の動きとして示された複数のテンプレートを保持するテンプレート保持部と、このテンプレート保持部に保持された前記複数のテンプレート夫々と前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を前記テンプレートと前記音源方向データとの距離として算出する距離算出部とを備え、前記距離算出部は、前記音源方向データに対して前記複数のテンプレート夫々の時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記距離を算出し、算出した複数の前記距離から極小値を検出し、検出した前記極小値から前記移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻を算出し、さらに前記極小値が最も小さい数値を示したテンプレートから前記移動体の速度を算出する構成を有している。
【００２２】
この構成により、複数のテンプレートと音源方向データとの距離をそれぞれ算出し、算出した距離から複数の移動体の速度と複数のマイクロホンの正面を通過する時刻とを算出することができ、算出した時刻に収集した騒音が予め設定された種類の騒音か否かを判定し、予め設定された種類の騒音を発生する移動体を検出することができる。
【００２３】
本発明の移動体検出装置は、前記通過時刻算出手段は、前記音源方向算出手段によって前記フレーム毎に算出された前記音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファと、前記道路を予め設定された一定の速度で走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記音源方向の動きとして示された少なくとも１つのテンプレートを保持するテンプレート保持部と、前記移動体の複数の速度に対応した複数のテンプレートを生成するよう前記テンプレート保持部に保持された前記テンプレートの時間軸を伸縮する時間軸伸縮部と、この時間軸伸縮部によって時間軸が伸縮された複数のテンプレート夫々と前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を前記テンプレートと前記音源方向データとの距離として算出する距離算出部とを備え、前記時間軸伸縮部は、前記テンプレート保持部に保持された前記テンプレートの時間軸を伸縮することにより前記移動体の複数の速度に対応する複数のテンプレートを生成し、前記距離算出部は、前記音源方向データに対して前記テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記距離を算出し、算出した複数の前記距離から極小値を検出し、検出した前記極小値から前記移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻を算出し、さらに、前記移動体の複数の速度に対応する前記テンプレート毎に前記音源方向データに対して前記テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記距離を算出し、算出した複数の前記距離から前記移動体の速度を算出する構成を有している。
【００２４】
この構成により、テンプレートから移動体の複数の速度に対応する複数のテンプレートを生成することができ、生成した複数のテンプレートと音源方向データとの距離をそれぞれ算出し、算出した距離から複数の移動体の速度と複数のマイクロホンの正面を通過する時刻とを算出することができ、算出した時刻に収集した騒音が予め設定された種類の騒音か否かを判定し、予め設定された種類の騒音を発生する移動体を検出することができる。
【００２５】
本発明の移動体検出装置は、前記予め設定された通信先と通信する通信手段を備え、前記移動体検出手段が、前記通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に集音された前記騒音の前記音圧レベルが前記閾値を超えたと判定し、さらに前記時刻に集音された前記騒音が予め分類された複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれると判定したとき、前記通信手段は、前記通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に集音した前記騒音から算出された前記騒音に関連する情報と前記通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に前記マイクロホンの正面を通過した前記移動体が撮像された撮像情報とを前記通信先へ送信する構成を有している。
【００２６】
この構成により、予め設定された種類の騒音であると判定されたときには、移動体を撮像した撮像データと移動体から発生した騒音の音圧レベルと騒音の種類とを予め設定された送信先に送信することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
図１に示すように、本発明の実施の形態の車両検出装置は、道路を走行する車両から発生した騒音を集音し、集音した騒音を複数の騒音信号に変換し、変換した複数の騒音信号を入力するＭ個（Ｍ＞２）のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃと、Ｍ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃから入力された騒音信号を時間軸に沿って複数のフレームに分割し、分割したフレーム毎にＭ個の騒音信号から音源方向を算出する音源方向算出手段１０４と、方向の変化を検出して所定の範囲内における車両の移動状態を算出する移動状態算出手段と、算出された移動状態をもとに音源方向算出手段１０４によって算出された音源方向から複数の車両がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻をそれぞれ算出する通過時刻算出手段１０５と、この通過時刻算出手段１０５によって算出された時刻にＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの何れか少なくとも１つが集音した騒音から音圧レベルを算出する音圧レベル算出手段１１５と、この音圧レベル算出手段１１５によって算出された音圧レベルが予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、音圧レベルが予め設定された閾値を超えたと判定したとき、通過時刻算出手段１０５によって算出された時刻に集音された騒音を分析し、分析した騒音が予め分類された複数の種類の騒音の何れに含まれるのかを判定する音種別判定手段１１６と、この音種別判定手段１１６によって判定された騒音が予め分類された複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれるか否かを判定することにより複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれる騒音を発生する車両を検出する車両検出手段１２５とを備えている。
【００２９】
本発明の実施の形態の車両検出装置は、さらに通過時刻算出手段１０５によって算出された時刻にＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過した車両を撮像する撮像手段１０２ａ，１０２ｂと、この撮像手段１０２ａ，１０２ｂによって撮像された車両の撮像情報を蓄積する情報蓄積手段１２７と、車両検出手段１２５が予め分類された複数の種類の騒音の少なくとも１つに含まれる騒音を発生する車両を検出したとき、車両検出手段１２５によって検出された車両の撮像情報を情報蓄積手段１２７から読み取り、読み取った撮像情報と音種別判定手段１１６によって判定された騒音の音種別に関連する情報を予め設定された送信先に送信する通信手段１２６とを備えている。
【００３０】
また、通過時刻算出手段１０５は、音源方向算出手段１０４によってフレーム毎に算出された音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファ１０６と、道路を予め設定された一定の速度で第１方向に走行する車両から発生した騒音が音源方向の動きとして示された第１テンプレートを保持する第１テンプレート保持部１０８ａと、第１方向に対向する第２方向に走行する車両から発生した騒音が音源方向の動きとして示された第２テンプレートとを保持する第２テンプレート保持部１０８ｂと、予め設定された複数の速度に対応する複数のテンプレートを生成するよう第１テンプレート保持部１０８ａと第２テンプレート保持部１０８ｂに保持されたテンプレートの時間軸を伸縮する時間軸伸縮部１０９と、第１テンプレート保持部１０８ａに保持された第１テンプレートと音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和を第１距離として算出し、さらに第２テンプレート保持部１０８ｂに保持された第２テンプレートと音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和を第２距離として算出する距離算出部１０７とを備え、複数の車両がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面をそれぞれ通過する時刻を算出するようになっている。
【００３１】
また、音種別判定手段１１６は、通過時刻算出手段１０５によって算出された時刻にＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの何れか少なくとも１つが集音した騒音の周波数特性を算出する周波数特性算出部１１７と、音種別判定に用いる判別係数を算出する判別係数算出部１１９と、音種別判定に用いる重心を算出する重心算出部１２１と、判別係数算出部１１９によって算出された判別係数を用いて騒音の座標を算出する座標算出部１１８と、この座標算出部１１８によって算出された騒音の座標と重心算出部１２１によって算出された重心との距離を算出する距離算出部１２０とを備え、通過時刻算出手段１０５によって算出された時刻にＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの何れか少なくとも１つが集音した騒音の音種別を判定するようになっている。
【００３２】
また、音源方向算出手段１０４は、図３に示すように、Ｍ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃによって入力されたＭ個の騒音信号を時間軸に沿って複数のフレームにそれぞれ分割するようＭ個の騒音信号の波形を切り出すＭ個の波形切出し部３０３ａ〜３０３ｃと、この波形切出し部３０３ａ〜３０３ｃによって切り出されたフレーム毎にＭ個の騒音信号から予め設定された複数の周波数成分を抽出するようＭ個の騒音信号の周波数成分をそれぞれ分析するＭ個の周波数分析部３０４ａ〜３０４ｃと、Ｍ個の周波数分析部３０４ａ〜３０４ｃによって抽出された複数の周波数成分から相関行列を算出する相関行列算出部３０５と、音源方向を算出する走査範囲を設定する走査範囲設定部３０６と、方向制御ベクトルを生成する方向制御ベクトル生成部３０７と、相関行列算出部３０５によって算出された相関行列と方向制御ベクトル生成部３０７によって生成された方向制御ベクトルから騒音の方向別パワーを算出する方向別パワー算出部３０８と、この方向別パワー算出部３０８によって算出された方向別パワーから音源方向を算出する方向算出部３０９とを備え、フレーム毎に音源方向を算出するようになっている。
【００３３】
また、距離算出部１０７は、第１距離を算出するとき、音源方向データに対して第１テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に第１距離を算出し、算出した複数の第１距離から極小値が存在するか否かを判定し、さらに第２距離を算出するとき、音源方向データに対して第２テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に第２距離を算出し、算出した複数の第２距離から極小値が存在するか否かを判定し、第１距離と第２距離のうち極小値が存在する方の算出結果から車両の進行方向を判定し、さらに極小値から車両がＭ個のマイクロホンの１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻を算出するようになっている。
【００３４】
本実施の形態では、通過時刻算出手段１０５が、音源方向算出手段１０４によってフレーム毎に算出された音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファ１０６と、道路を予め設定された一定の速度で第１方向に走行する車両から発生した騒音が音源方向の動きとして示された第１テンプレートを保持する第１テンプレート保持部１０８ａと、第１方向に対向する第２方向に走行する車両から発生した騒音が音源方向の動きとして示された第２テンプレートとを保持する第２テンプレート保持部１０８ｂと、第１テンプレート保持部１０８ａに保持された第１テンプレートと音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和を第１距離として算出し、さらに第２テンプレート保持部１０８ｂに保持された第２テンプレートと音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和を第２距離として算出する距離算出部１０７とを備え、複数の車両がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻と進行方向と進行速度とを算出するようになっているが、複数の車両がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻だけを算出するのであれば、通過時刻算出手段１０５は、音源方向算出手段１０４によってフレーム毎に算出された音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファ１０６と、道路を予め設定された一定の速度で走行する車両から発生した騒音が音源方向の動きとして示された少なくとも１つのテンプレートを保持するテンプレート保持部１０８と、このテンプレート保持部１０８に保持されたテンプレートと音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和をテンプレートと音源方向データとの距離として算出する距離算出部１０７とを備え、距離算出部１０７が、音源方向データに対してテンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に距離を算出し、算出した複数の距離から極小値を検出し、検出した極小値から車両がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻を算出するよう構成してもよい。
【００３５】
また、通過時刻算出手段１０５が、音源方向算出手段１０４によってフレーム毎に算出された音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファ１０６と、道路を予め設定された一定の速度で走行する車両から発生した騒音が車両の予め設定された複数の速度に対応した音源方向の動きとして示された複数のテンプレートを保持するテンプレート保持部１０８と、このテンプレート保持部１０８に保持された複数のテンプレート夫々と音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和をテンプレートと音源方向データとの距離として算出する距離算出部１０７とを備え、テンプレート保持部１０８に車両の複数の速度に対応する複数のテンプレートを保持してもよい。
【００３６】
また、通過時刻算出手段１０５が、音源方向算出手段１０４によってフレーム毎に算出された音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファ１０６と、道路を予め設定された一定の速度で走行する車両から発生した騒音が音源方向の動きとして示された少なくとも１つのテンプレートを保持するテンプレート保持部１０８と、車両の複数の速度に対応した複数のテンプレートを生成するようテンプレート保持部１０８に保持されたテンプレートの時間軸を伸縮する時間軸伸縮部１０９と、この時間軸伸縮部１０９によって時間軸が伸縮された複数のテンプレート夫々と音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和をテンプレートと音源方向データとの距離として算出する距離算出部１０７とを備え、テンプレート保持部１０８に保持されたテンプレートの時間軸を伸縮することによって予め設定された複数の速度に対応する複数のテンプレートを生成し、生成した複数のテンプレートを用いて車両の速度を算出してもよい。
【００３７】
ここで、Ｍ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃは、道路１０１の車両進行方向に平行な直線上に等間隔ｄで配置されている。これらＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの間隔は、必ずしも等間隔である必要はないが、以下に説明する音源方向の算出において方向制御ベクトルの算出が簡単になるため、ここでは等間隔ｄとしている。また、この間隔ｄは、対象とする音源信号の波長の半分よりも短くする必要があり、車両によって周波数特性は異なるものの、５００Ｈｚから３ｋＨｚの範囲は多くの車種で十分なパワーが出力されるため、この範囲の音源方向が検出できるようにマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの間隔ｄは５ｃｍ〜３４ｃｍであることが望ましい。特に、間隔ｄを５ｃｍ〜１０ｃｍにすると、センサのサイズを小さくすることができる。また、マイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの個数Ｍは、音源方向の算出精度を向上させるため、少なくとも「想定される音源（車両）の数＋１」以上とすることが望ましい。
【００３８】
次に、図２のフローチャートを参照し、固有値解析による方法に基いて音源方向を算出し、車両を検出する動作について説明する。なお、本実施の形態では、音源方向の算出精度が比較的に高い固有値解析による方法に基いて音源方向の方向別パワーを算出するが、音源方向を算出する方法として白色化相関法を適用してもよい。図２のフローチャートは、音源方向の方向別パワーが算出される工程から車両が検出される工程までの動作の概略を示したものである。
【００３９】
道路を走行する複数の車両から発生した騒が集音され、集音された騒音がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃによって複数の騒音信号に変換され、変換された複数の騒音信号がＭ個の波形切出し部３０３ａ〜３０３ｃにそれぞれ入力され、入力されたＭ個の騒音信号がＭ個の波形切出し部３０３ａ〜３０３ｃによって予め設定された時間窓で時間軸に沿って騒音信号を切出すよう複数のフレームに分割される。
【００４０】
ここで、Ｍ個の騒音信号が切出される時間窓の形状は矩形窓でもよいが、ハニング窓のように両端部の振幅が小さいものがさらに好ましい。また、窓長Ｗを小さくすればするほど音源方向の算出精度が劣化する。一方、窓長Ｗを長くすればするほど音源の移動に追従できなくなるので、音源の移動速度に応じて最適な窓長Ｗを選択する必要がある。例えば、Ｍ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃから距離Ｌ＝１０［ｍ］離れた位置を、時速４０［ｋｍ］程度で移動する音源を推定する場合には、窓長Ｗは２［ｍｓ］から１０［ｍｓ］の範囲が適している。また、切出し周期は、Ｗ／２から２Ｗの範囲が最適である。
【００４１】
次いで、Ｍ個の波形切出し部３０３ａ〜３０３ｃによって窓長Ｗで切出されたＭ個の騒音信号は、Ｍ個の周波数分析部３０４ａ〜３０４ｃにそれぞれ入力され、入力されたＭ個の騒音信号に含まれる周波数成分がそれぞれ分析され、予め設定された複数の周波数成分の複素振幅が算出される。
【００４２】
ここで、複素振幅の算出方法には、公知の高速フーリエ変換（以下単に、ＦＦＴという。）による方法を用いるが、算出される周波数成分の数が少ない場合には公知の離散的フーリエ変換による方法を用いてもよい。また、周波数が高ければ高いほど音源方向の推定精度が高くなるが、実用的にはｃ／１０ｒ以上ｃ／２ｒ未満の範囲の周波数が適している。但し、ｃは音速、ｒは複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの間隔である。
【００４３】
次いで、周波数分析部３０４ａ〜３０４ｃによって算出された複素振幅が周波数成分毎に（式１）のように列ベクトルＸ［ｍ］で表わされ、相関行列算出部３０５に入力される。
【００４４】
【式１】
ただし、ｘｍ（ｍ＝１〜Ｍ）はｍ番目のマイクロホンの複素振幅である。また、記号Ｔは行列［ｘ１，ｘ２，・・・，ｘｍ］の転置行列を意味する。
【００４５】
次いで、列ベクトルＸ［ｍ］から（式２）で示すように相関行列Ｒ［ｍ、ｍ］が相関行列算出部３０５によって算出される。
【００４６】
【式２】
ただし、記号Ｈは転置複素共役を意味する。また、ｍ＝１〜Ｍである。
【００４７】
次いで、方向制御ベクトルが（式３）によりｄ［ｍ］として表わされる。
【００４８】
【式３】
ただし、τ［ｍ］は音源と各マイクロホン１０３ａ〜１０３ｃ間の時間差を表わしており、各マイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの座標（ｘ［ｍ］，ｙ［ｍ］）と、各マイクロホン１０３ａ〜１０３ｃと音源との距離Ｌと、音源の方向αとを用いて（式４）で算出される。
【００４９】
【式４】
ただし、各マイクロホン１０３ａ〜１０３ｃと音源との距離Ｌは、実用的にマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃと道路中央との直線距離が設定される。また、音源方向を推定する範囲として、０°〜１８０°までの範囲を走査範囲設定部３０６に設定することができるが、０°および１８０°近傍では音源方向算出精度が低下するので、実用的には３０°〜１５０°の範囲に設定するのが好ましい。
【００５０】
次いで、相関行列Ｒ［ｍ、ｍ］の固有ベクトルｖ１［ｍ］，ｖ２［ｍ］，・・・，ｖＭ［ｍ］ （ｍ＝１〜Ｍ）が方向別パワー算出部３０８によって算出される（ステップＳ２０１ｅ）。ここでは、相関行列Ｒ［ｍ、ｍ］がエルミート行列であることから、公知のハウスホルダー法により３重対角行列に変換され、さらに公知のＱＲ法を用いて固有ベクトルが算出される。
【００５１】
次いで、Ｋ個の音源がある場合の雑音成分に相当する行列Ｒｎ［ｍ、ｍ］が（式５）のように算出される。
【００５２】
【式５】
ただし、音源数Ｋは、「マイクロホンの数Ｍ−１」以下にすることが好ましいが、予め音源数が想定できない場合にはＫ＝１としてもよい。
【００５３】
次いで、走査範囲設定部３０６に設定された範囲で下限から上限まで離散的に角度を変化させて（式６）に従って騒音の方向別パワーが方向別パワー算出部３０８によって算出される。
【００５４】
【式６】
ここで、角度の変化幅は０．１°〜５°の範囲内に設定するのが実用的である。
【００５５】
次いで、ステップＳ２０１ｇで方向別パワー算出部３０８によって算出された方向別パワーから音源方向算出手段３０９によって音源方向が算出される（ステップＳ２０２）。
【００５６】
次いで、音源方向算出手段１０４によってフレーム毎に算出された音源方向が音源方向蓄積バッファ１０６に音源方向データとして蓄積される（ステップＳ２０３）。ここで、バッファに蓄積される時間は車両の速度に依存し、車両の速度が遅くなるほど多くの蓄積時間を必要とする。例えば、時速６０［ｋｍ］程度の車両を対象とする場合には最低１［秒］間以上のバッファが必要であり、車両の速度が半分になるとその倍のバッファが必要となる。図４は、音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データの蓄積例であり、横軸が時間の経過を、縦軸が音源方向を示している。図４に示すように、音源方向をプロットした○印が時間の経過とともに右肩上がりに変化している部分、例えば、楕円で囲った部分では車両が通過したことを示している。
【００５７】
次いで、第１テンプレート保持部１０８ａに保持されたテンプレートＡおよび第２テンプレート保持部１０８ｂに保持されたテンプレートＢの時間軸が時間軸伸縮部１０９によって伸縮される（ステップＳ２０４）。ここで、テンプレートＡおよびテンプレートＢは、それぞれ進行方向Ａおよび進行方向Ｂの方向に走行する車両に対応するテンプレートを示している。
【００５８】
図５に示すテンプレートＡおよびテンプレートＢは何れも複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃからの距離が１０［ｍ］で、車両の速度が４０［ｋｍ／ｈ］を想定して作成されたものである。また、第１テンプレート保持部１０８ａまたは第２テンプレート保持部１０８ｂに予め保持されたテンプレートが車両の速度４０［ｋｍ／ｈ］に対応したものであっても、時間軸伸縮部１０９によってテンプレートの時間軸が伸縮され、車両の速度に対応するよう任意の速度のテンプレートが作成される。また、テンプレートの数を多くしすぎると距離算出部１０７で距離の演算量が多くなるので、１０［ｋｍ／ｈ］程度の間隔でテンプレートを作成するのが好ましい。
【００５９】
なお、本実施の形態では、複数の速度に対応した複数のテンプレートの情報を予め保持する必要のないよう時間軸伸縮部１０９を設けた構成としたが、複数の速度に対応したテンプレートを予め保持しておき時間軸伸縮部１０９を設けない構成とすることもできる。このように予め複数のテンプレートを保持することによって時間軸伸縮部１０９がテンプレートを伸縮する演算量を削減することができる。
【００６０】
また、周囲に他の車両や騒音源がない条件下で車両を予め設定された複数の速度でそれぞれ走行させて取得した音源方向データをテンプレートとしてもよい。
【００６１】
次いで、音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとテンプレートとの距離Ｄが（式７）に従って算出される（ステップＳ２０５）。
【００６２】
【式７】
ここでは、音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データをｆ［ｉ］、テンプレートをｔ［ｉ］で表している。また、距離ＤはテンプレートのサイズWsで正規化される。この距離Ｄは、音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとテンプレートが類似しているほど「０」に近づく。
【００６３】
図４は、音源方向データの一例に距離Ｄの算出例が重ねて示されている。楕円の枠で示した部分のように音源方向が右上がりに変化するところでは距離Ｄが極小値をとっている。この時刻は車両が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻に対応している。
【００６４】
以上説明したように、距離Ｄが極小になる位置を算出することによって、単に騒音の音圧レベルが極大となる時刻を検出する方法に比べて車両が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻がより正確に検出できることを示している。
【００６５】
本実施の形態では、車両検出方法として、車両通過時刻、車両進行方向、および車両の速度を算出できる。車両通過時刻の算出方法は、時間軸の伸縮を行わないテンプレートＡおよびテンプレートＢのそれぞれを用いて、音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの距離が算出され、何れかが極小値をとる時刻が車両通過時刻として決定される。
【００６６】
また、車両進行方向の算出方法は、テンプレートＡおよびテンプレートＢの何れのテンプレートで最小値が検出されたかによって車両の進行方向が決定される。
【００６７】
さらに、車両進行方向の算出方法は、車両の速度に対応するようテンプレートの時間軸を伸縮して複数のテンプレートが時間軸伸縮部１０９によって作成され、作成された複数のテンプレートと音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの距離Ｄがそれぞれ算出され、算出された距離Ｄが最小になったテンプレートによって車両の時速が決定される。
【００６８】
本実施の形態では、車両検出情報として、車両が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻と進行方向と速度が算出される構成としたが、これらのうちの一つまたは、二つが算出される構成としてもよい。例えば、車両が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻のみを算出したい場合には、車両の速度を算出する目的でテンプレートの時間軸伸縮を行う必要がないので時間軸伸縮部１０９を省略することができる。
【００６９】
次いで、車両が検出された場合にはステップＳ２０７に進み、車両が検出されない場合にはステップＳ１０１に戻り次のフレームが処理される（ステップＳ２０６）
【００７０】
次いで、音圧レベルが音圧レベル算出手段１１５によって算出される。（ステップＳ２０７）ここでは、車両が１つのマイクロホン１０３ａの正面を通過するまでの時間差を吸収するため、１つのマイクロホン１０３ａの出力が信号蓄積バッファ１１４に予め設定された時間だけ蓄積される。次いで、信号蓄積バッファ１１４に蓄積された騒音信号から車両が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過した時刻に収集された騒音の音圧レベルが算出される。この音圧レベルの算出時間長は、１０［ｍｓ］〜１００［ｍｓ］の範囲に設定するのが好ましい。また、騒音測定に一般に用いられている公知のＡ特性もしくはＣ特性が実用的である。
【００７１】
次いで、騒音の種別が音種別判定手段１１６によって判定される。（ステップＳ２０８）音種別判定とは、音の特徴を表す特徴量をもとに音の種別を判定することである。本実施の形態のように車両の音種別判定を行う目的としては、普通車やバイクやトラック等の車種の検出を行う車種検出がある。また、他の目的としていわゆる暴走車や整備不良車などを検出する整備不良車両検出がある。この種の判定を行う方法としては、統計的手法やニューロモデルを用いた方法など、多くの方法があるが、ここでは、統計的手法として公知の判別分析を用いた方法に従って説明する。
【００７２】
音種別判定を行う前段階として音の特徴を表す特徴量を決定し、音種別判定に用いる判別係数と重心座標が予め算出される。特徴量としては、音の周波数特性を表す帯域レベルが用いられる。帯域レベルは、公知のＦＦＴにより周波数毎にパワーが算出され、帯域毎にパワーが加算されたのち、デシベル値に変換される。このときの帯域幅は、１オクターブまたは１／３オクターブバンド幅が適しており、１／３オクターブバンド幅の場合には中心周波数５０Ｈｚから１２．５ｋＨｚまでとするのが適している。判別係数と重心座標の算出は、車種判別の場合には、普通車、バイク、トラック等の判別を行いたい判別グループ毎に最低１０以上の音サンプルについて帯域レベルを特徴量として算出し、各車種が分類できる判別係数と重心座標を公知の判別分析に従って算出しておく。また、整備不良車両検出の場合には、暴走車や整備不良車等の検出を行いたい判別グループ毎に最低１０以上の音サンプルを準備すると同時に、工事音や緊急自動車等の警報音など、音圧レベルが大きく誤検出の原因となると想定される各判別グループについても最低１０以上の音サンプルを準備し、各判別グループについて帯域レベルを特徴量として算出し、各車種が分類できるよう判別係数と重心座標を公知の判別分析に従って算出しておく。
【００７３】
次いで、車両が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻に一つのマイクロホン１０３ａが受信した騒音の周波数特性が周波数特性算出部１１７によって算出される（ステップＳ２０９）。周波数特性の算出方法は高速フーリエ変換により周波数毎にレベルを算出する方法もあるが、後工程での音種別判定の演算量が大きくなるため、帯域レベルを算出する方法が適している。
【００７４】
次いで、判別分析により予め算出された判別係数を用いて判別関数上の座標Ｘｊ（ｊ＝１〜Ｍ）が（式８）に従って座標算出部１１８によって算出される（ステップＳ２１０）。
【００７５】
【式８】
ここで、次元数Ｍは判別グループの数−１であり、αｉｊは判別係数である。
【００７６】
次いで、判別分析により予め算出されたＹｋ（ｋ＝１〜Ｍ−１）で表される重心座標とステップＳ２１０で算出された座標との距離Ｄｋ（ｋ＝１〜Ｍ−１）が距離算出部１２０によって（式９）に従って算出され、算出された距離Ｄｋが最小になる判別グループが音種別として出力される（ステップＳ２１１）。
【００７７】
【式９】
次いで、音圧レベルが予め設定された閾値の音圧レベルよりも大きく、かつステップＳ２１１で判定された騒音が予め分類された複数の種類の騒音の何れか少なくとも一つに含まれるか否かが車両検出手段１２５によって判定される（ステップＳ２１２）。
【００７８】
次いで、騒音の音圧レベルが予め設定された閾値よりも大きく、かつ複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれると判定されたとき、２台の撮像手段１０２ａ，１０２ｂのうち少なくとも１つによって撮像された車両の画像情報と騒音に関連する情報が予め設定された通信先に送信される。（ステップＳ２１３）。
【００７９】
以上説明したように、単に音圧レベルが極大になる時刻を検出する方法と比較して、車両がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻をより正確に検出することができる。したがって２台の撮像手段１０２ａ，１０２ｂの間にＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃを配置し、２台の撮像手段１０２ａ，１０２ｂがＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面付近を撮像することにより、車両を運転する運転者の画像やナンバープレート情報を含む車両の前面を撮像することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両検出装置は、複数の車両が絶間なく走行する道路であっても、騒音が複数の車両の何れから発生したのかを判定することが容易な車両検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の車両検出装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態の車両検出装置の動作を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態の車両検出装置の音源方向算出手段の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態の車両検出装置が算出した音源方向の一例を示す図
【図５】本発明の実施の形態の車両検出装置のテンプレート保持部に保持されたテンプレートの一例を示す図
【図６】従来の車両検出装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０２ａ、１０２ｂ 撮像手段
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ マイクロホン
１０４ 音源方向算出手段
１０５ 移動体状態算出手段
１０６ 音源方向蓄積バッファ
１０７ 距離算出部
１０８ａ 第１テンプレート保持部
１０８ｂ 第２テンプレート保持部
１０９ 時間軸伸縮部
１１４ 信号蓄積バッファ
１１５ 音圧レベル算出手段
１１６ 音種別判定手段
１１７ 周波数特性算出部
１１８ 座標算出部
１１９ 判別係数算出部
１２０ 距離算出部
１２１ 重心算出部
１２５ 車両検出手段
１２６ 通信手段
１２７ 情報蓄積手段
３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ 波形切出し部
３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ 周波数分析部
３０５ 相関行列算出部
３０６ 走査範囲設定部
３０７ 方向制御ベクトル生成部
３０８ 方向別パワー算出部
３０９ 方向算出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路を走行する複数の移動体から発生した騒音を複数のマイクロホンで集音し、集音した騒音から複数の移動体を検出する移動体検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両から発生した騒音を集音し、集音した騒音が予め設定された種類の騒音か否かを判定することにより予め分類された種類の騒音を発生する車両を検出する車両検出装置が知られている。
【０００３】
図６に示す従来の車両検出装置は、車両から発生した音を集音する集音器３と、車両を撮像するビデオカメラ４と、集音器３が集音した音が特定の車両から発生した音であることを認識する音響認識装置６と、音響認識装置６が特定の車両であることを認識したとき、特定の車両を撮影するビデオ装置８とを備え、音響認識装置６は予め保持した特定の車両の音と集音器３が集音した音とを比較し、比較した結果に基づいて特定の車両を認識するようになっていた（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３０１８４号公報（第２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両検出装置は、車両から発生した騒音の音圧レベルが極大になる時刻の車両を検出するようにしていたので、複数の車両が絶間なく走行する道路では、騒音が複数の車両の何れから発生したのかを判定することが難しいという問題があった。
【０００６】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、複数の移動体が絶間なく走行する道路であっても、騒音が複数の移動体の何れから発生したのかを判定することが容易な移動体検出装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の移動体検出装置は、移動体の発する音を所定の範囲内で集音する複数のマイクロホンと、前記複数のマイクロホンの出力信号をもとに前記移動体の存在する方向を算出する方向算出手段と、前記方向の変化を検出して前記所定の範囲内における前記移動体の移動状態を算出する移動状態算出手段と、前記移動状態をもとに前記移動状態が所定の位置を通過する通過時刻を算出する通過時刻算出手段と、前記通過時刻に前記所定の位置で集音された音をもとに前記移動体の発する音の種別を判定する音種別判定手段とを備えた構成を有している。
【０００８】
この構成により、複数の移動体が所定の位置を通過する時刻をそれぞれ算出することができ、算出した時刻に収集した音が予め設定された種類の音か否かを判定し、予め設定された種類の音を発生する移動体を検出することができる。
【０００９】
本発明の移動体検出装置は、前記移動状態算出手段は、前記移動状態の典型を示す複数のテンプレートを有し、前記複数のテンプレートと前記方向算出手段の算出結果との比較を行って、前記移動体の移動状態を算出する構成を有している。
【００１０】
この構成により、複数のテンプレートと方向算出手段の算出結果とを比較して複数の移動体の移動状態を算出することができる。
【００１１】
本発明の移動体検出装置は、前記移動体位置算出手段は、前記移動体が異なる方向に進行した場合の移動状態の典型を示す複数のテンプレートを有し、前記複数のテンプレートと前記方向算出手段の算出結果との比較を行って、前記移動体の移動状態を算出する構成を有している。
【００１２】
この構成により、複数のテンプレートと方向算出手段の算出結果とを比較して複数の移動体の移動状態を算出することができる。
【００１３】
本発明の移動体検出装置は、前記移動体位置算出手段は、前記移動体が異なる速度で進行した場合の移動状態の典型を示す複数のテンプレートを有し、前記複数のテンプレートと前記方向算出手段の算出結果との比較を行って、前記移動体の移動状態を算出する構成を有している。
【００１４】
この構成により、複数のテンプレートと方向算出手段の算出結果とを比較して複数の移動体の移動状態を算出することができる。
【００１５】
本発明の移動体検出装置は、道路を走行する複数の移動体から発生した騒音を集音し、集音した前記騒音を複数の騒音信号に変換し、変換した前記複数の騒音信号を入力する複数のマイクロホンと、前記複数のマイクロホンによって入力された前記複数の騒音信号を時間軸に沿って複数のフレームに分割し、分割した前記フレーム毎に前記複数の騒音信号から前記騒音の音源方向を算出する音源方向算出手段と、この音源方向算出手段によって算出された前記音源方向から前記複数の移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻をそれぞれ算出する通過時刻算出手段と、この通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に前記複数のマイクロホンの何れか少なくとも１つが集音した前記騒音から音圧レベルを算出する音圧レベル算出手段と、この音圧レベル算出手段によって算出された前記音圧レベルが予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、前記音圧レベルが前記閾値を超えたと判定したとき前記通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に集音された前記騒音を分析し、分析した前記騒音の音種別を判定する音種別判定手段と、この音種別判定手段によって判定された前記騒音が予め分類された複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれるか否かを判定することにより前記複数の種類の何れか少なくとも１つに含まれる前記騒音を発生する移動体を検出する移動体検出手段とを備える構成を有している。
【００１６】
この構成により、複数の移動体が複数のマイクロホンの正面を通過する時刻をそれぞれ算出することができ、算出した時刻に収集した騒音が予め設定された種類の騒音か否かを判定し、予め設定された種類の騒音を発生する移動体を検出することができる。
【００１７】
本発明の移動体検出装置は、前記通過時刻算出手段は、前記音源方向算出手段によって前記フレーム毎に算出された前記音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファと、前記道路を予め設定された一定の速度で走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記音源方向の動きとして示された少なくとも１つのテンプレートを保持するテンプレート保持部と、このテンプレート保持部に保持された前記テンプレートと前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を前記テンプレートと前記音源方向データとの距離として算出する距離算出部とを備え、前記距離算出部は、前記音源方向データに対して前記テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記距離を算出し、算出した複数の前記距離から極小値を検出し、検出した前記極小値から前記移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻を算出する構成を有している。
【００１８】
この構成により、テンプレートと音源方向データとの距離を算出し、算出した距離から複数の移動体が複数のマイクロホンの正面を通過する時刻をそれぞれ算出することができ、算出した時刻に収集した騒音が予め設定された種類の騒音か否かを判定し、予め設定された種類の騒音を発生する移動体を検出することができる。
【００１９】
本発明の移動体検出装置は、前記通過時刻算出手段は、前記音源方向算出手段によって前記フレーム毎に算出された前記音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファと、前記道路を予め設定された一定の速度で第１方向に走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記音源方向の動きとして示された第１テンプレートを保持する第１テンプレート保持部と、前記第１方向に対向する第２方向に走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記音源方向の動きとして示された第２テンプレートとを保持する第２テンプレート保持部と、第１テンプレート保持部に保持された前記第１テンプレートと前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を第１距離として算出し、さらに第２テンプレート保持部に保持された前記第２テンプレートと前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を第２距離として算出する距離算出部とを備え、前記距離算出部は、前記第１距離を算出するとき、前記音源方向データに対して前記第１テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記第１距離を算出し、算出した複数の前記第１距離から極小値が存在するか否かを判定し、さらに前記第２距離を算出するとき、前記音源方向データに対して前記第２テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記第２距離を算出し、算出した複数の前記第２距離から極小値が存在するか否かを判定し、前記第１距離と前記第２距離のうち前記極小値が存在する方の算出結果から前記移動体の進行方向を判定し、さらに前記極小値から前記移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻を算出する構成を有している。
【００２０】
この構成により、第１テンプレートと音源方向データとの距離と、第２テンプレートと音源方向データとの距離とを算出し、算出した第１距離と第２距離とから複数の移動体の走行方向と複数の移動体が複数のマイクロホンの正面を通過する時刻とをそれぞれ算出することができ、算出した時刻に収集した騒音が予め設定された種類の騒音か否かを判定し、予め設定された種類の騒音を発生する移動体を検出することができる。
【００２１】
本発明の移動体検出装置は、前記通過時刻算出手段は、前記音源方向算出手段によって前記フレーム毎に算出された前記音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファと、前記道路を予め設定された一定の速度で走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記移動体の予め設定された複数の速度に対応した前記音源方向の動きとして示された複数のテンプレートを保持するテンプレート保持部と、このテンプレート保持部に保持された前記複数のテンプレート夫々と前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を前記テンプレートと前記音源方向データとの距離として算出する距離算出部とを備え、前記距離算出部は、前記音源方向データに対して前記複数のテンプレート夫々の時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記距離を算出し、算出した複数の前記距離から極小値を検出し、検出した前記極小値から前記移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻を算出し、さらに前記極小値が最も小さい数値を示したテンプレートから前記移動体の速度を算出する構成を有している。
【００２２】
この構成により、複数のテンプレートと音源方向データとの距離をそれぞれ算出し、算出した距離から複数の移動体の速度と複数のマイクロホンの正面を通過する時刻とを算出することができ、算出した時刻に収集した騒音が予め設定された種類の騒音か否かを判定し、予め設定された種類の騒音を発生する移動体を検出することができる。
【００２３】
本発明の移動体検出装置は、前記通過時刻算出手段は、前記音源方向算出手段によって前記フレーム毎に算出された前記音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファと、前記道路を予め設定された一定の速度で走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記音源方向の動きとして示された少なくとも１つのテンプレートを保持するテンプレート保持部と、前記移動体の複数の速度に対応した複数のテンプレートを生成するよう前記テンプレート保持部に保持された前記テンプレートの時間軸を伸縮する時間軸伸縮部と、この時間軸伸縮部によって時間軸が伸縮された複数のテンプレート夫々と前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を前記テンプレートと前記音源方向データとの距離として算出する距離算出部とを備え、前記時間軸伸縮部は、前記テンプレート保持部に保持された前記テンプレートの時間軸を伸縮することにより前記移動体の複数の速度に対応する複数のテンプレートを生成し、前記距離算出部は、前記音源方向データに対して前記テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記距離を算出し、算出した複数の前記距離から極小値を検出し、検出した前記極小値から前記移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻を算出し、さらに、前記移動体の複数の速度に対応する前記テンプレート毎に前記音源方向データに対して前記テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記距離を算出し、算出した複数の前記距離から前記移動体の速度を算出する構成を有している。
【００２４】
この構成により、テンプレートから移動体の複数の速度に対応する複数のテンプレートを生成することができ、生成した複数のテンプレートと音源方向データとの距離をそれぞれ算出し、算出した距離から複数の移動体の速度と複数のマイクロホンの正面を通過する時刻とを算出することができ、算出した時刻に収集した騒音が予め設定された種類の騒音か否かを判定し、予め設定された種類の騒音を発生する移動体を検出することができる。
【００２５】
本発明の移動体検出装置は、前記予め設定された通信先と通信する通信手段を備え、前記移動体検出手段が、前記通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に集音された前記騒音の前記音圧レベルが前記閾値を超えたと判定し、さらに前記時刻に集音された前記騒音が予め分類された複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれると判定したとき、前記通信手段は、前記通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に集音した前記騒音から算出された前記騒音に関連する情報と前記通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に前記マイクロホンの正面を通過した前記移動体が撮像された撮像情報とを前記通信先へ送信する構成を有している。
【００２６】
この構成により、予め設定された種類の騒音であると判定されたときには、移動体を撮像した撮像データと移動体から発生した騒音の音圧レベルと騒音の種類とを予め設定された送信先に送信することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
図１に示すように、本発明の実施の形態の車両検出装置は、道路を走行する車両から発生した騒音を集音し、集音した騒音を複数の騒音信号に変換し、変換した複数の騒音信号を入力するＭ個（Ｍ＞２）のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃと、Ｍ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃから入力された騒音信号を時間軸に沿って複数のフレームに分割し、分割したフレーム毎にＭ個の騒音信号から音源方向を算出する音源方向算出手段１０４と、方向の変化を検出して所定の範囲内における車両の移動状態を算出する移動状態算出手段と、算出された移動状態をもとに音源方向算出手段１０４によって算出された音源方向から複数の車両がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻をそれぞれ算出する通過時刻算出手段１０５と、この通過時刻算出手段１０５によって算出された時刻にＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの何れか少なくとも１つが集音した騒音から音圧レベルを算出する音圧レベル算出手段１１５と、この音圧レベル算出手段１１５によって算出された音圧レベルが予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、音圧レベルが予め設定された閾値を超えたと判定したとき、通過時刻算出手段１０５によって算出された時刻に集音された騒音を分析し、分析した騒音が予め分類された複数の種類の騒音の何れに含まれるのかを判定する音種別判定手段１１６と、この音種別判定手段１１６によって判定された騒音が予め分類された複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれるか否かを判定することにより複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれる騒音を発生する車両を検出する車両検出手段１２５とを備えている。
【００２９】
本発明の実施の形態の車両検出装置は、さらに通過時刻算出手段１０５によって算出された時刻にＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過した車両を撮像する撮像手段１０２ａ，１０２ｂと、この撮像手段１０２ａ，１０２ｂによって撮像された車両の撮像情報を蓄積する情報蓄積手段１２７と、車両検出手段１２５が予め分類された複数の種類の騒音の少なくとも１つに含まれる騒音を発生する車両を検出したとき、車両検出手段１２５によって検出された車両の撮像情報を情報蓄積手段１２７から読み取り、読み取った撮像情報と音種別判定手段１１６によって判定された騒音の音種別に関連する情報を予め設定された送信先に送信する通信手段１２６とを備えている。
【００３０】
また、通過時刻算出手段１０５は、音源方向算出手段１０４によってフレーム毎に算出された音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファ１０６と、道路を予め設定された一定の速度で第１方向に走行する車両から発生した騒音が音源方向の動きとして示された第１テンプレートを保持する第１テンプレート保持部１０８ａと、第１方向に対向する第２方向に走行する車両から発生した騒音が音源方向の動きとして示された第２テンプレートとを保持する第２テンプレート保持部１０８ｂと、予め設定された複数の速度に対応する複数のテンプレートを生成するよう第１テンプレート保持部１０８ａと第２テンプレート保持部１０８ｂに保持されたテンプレートの時間軸を伸縮する時間軸伸縮部１０９と、第１テンプレート保持部１０８ａに保持された第１テンプレートと音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和を第１距離として算出し、さらに第２テンプレート保持部１０８ｂに保持された第２テンプレートと音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和を第２距離として算出する距離算出部１０７とを備え、複数の車両がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面をそれぞれ通過する時刻を算出するようになっている。
【００３１】
また、音種別判定手段１１６は、通過時刻算出手段１０５によって算出された時刻にＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの何れか少なくとも１つが集音した騒音の周波数特性を算出する周波数特性算出部１１７と、音種別判定に用いる判別係数を算出する判別係数算出部１１９と、音種別判定に用いる重心を算出する重心算出部１２１と、判別係数算出部１１９によって算出された判別係数を用いて騒音の座標を算出する座標算出部１１８と、この座標算出部１１８によって算出された騒音の座標と重心算出部１２１によって算出された重心との距離を算出する距離算出部１２０とを備え、通過時刻算出手段１０５によって算出された時刻にＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの何れか少なくとも１つが集音した騒音の音種別を判定するようになっている。
【００３２】
また、音源方向算出手段１０４は、図３に示すように、Ｍ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃによって入力されたＭ個の騒音信号を時間軸に沿って複数のフレームにそれぞれ分割するようＭ個の騒音信号の波形を切り出すＭ個の波形切出し部３０３ａ〜３０３ｃと、この波形切出し部３０３ａ〜３０３ｃによって切り出されたフレーム毎にＭ個の騒音信号から予め設定された複数の周波数成分を抽出するようＭ個の騒音信号の周波数成分をそれぞれ分析するＭ個の周波数分析部３０４ａ〜３０４ｃと、Ｍ個の周波数分析部３０４ａ〜３０４ｃによって抽出された複数の周波数成分から相関行列を算出する相関行列算出部３０５と、音源方向を算出する走査範囲を設定する走査範囲設定部３０６と、方向制御ベクトルを生成する方向制御ベクトル生成部３０７と、相関行列算出部３０５によって算出された相関行列と方向制御ベクトル生成部３０７によって生成された方向制御ベクトルから騒音の方向別パワーを算出する方向別パワー算出部３０８と、この方向別パワー算出部３０８によって算出された方向別パワーから音源方向を算出する方向算出部３０９とを備え、フレーム毎に音源方向を算出するようになっている。
【００３３】
また、距離算出部１０７は、第１距離を算出するとき、音源方向データに対して第１テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に第１距離を算出し、算出した複数の第１距離から極小値が存在するか否かを判定し、さらに第２距離を算出するとき、音源方向データに対して第２テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に第２距離を算出し、算出した複数の第２距離から極小値が存在するか否かを判定し、第１距離と第２距離のうち極小値が存在する方の算出結果から車両の進行方向を判定し、さらに極小値から車両がＭ個のマイクロホンの１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻を算出するようになっている。
【００３４】
本実施の形態では、通過時刻算出手段１０５が、音源方向算出手段１０４によってフレーム毎に算出された音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファ１０６と、道路を予め設定された一定の速度で第１方向に走行する車両から発生した騒音が音源方向の動きとして示された第１テンプレートを保持する第１テンプレート保持部１０８ａと、第１方向に対向する第２方向に走行する車両から発生した騒音が音源方向の動きとして示された第２テンプレートとを保持する第２テンプレート保持部１０８ｂと、第１テンプレート保持部１０８ａに保持された第１テンプレートと音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和を第１距離として算出し、さらに第２テンプレート保持部１０８ｂに保持された第２テンプレートと音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和を第２距離として算出する距離算出部１０７とを備え、複数の車両がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻と進行方向と進行速度とを算出するようになっているが、複数の車両がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻だけを算出するのであれば、通過時刻算出手段１０５は、音源方向算出手段１０４によってフレーム毎に算出された音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファ１０６と、道路を予め設定された一定の速度で走行する車両から発生した騒音が音源方向の動きとして示された少なくとも１つのテンプレートを保持するテンプレート保持部１０８と、このテンプレート保持部１０８に保持されたテンプレートと音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和をテンプレートと音源方向データとの距離として算出する距離算出部１０７とを備え、距離算出部１０７が、音源方向データに対してテンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に距離を算出し、算出した複数の距離から極小値を検出し、検出した極小値から車両がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻を算出するよう構成してもよい。
【００３５】
また、通過時刻算出手段１０５が、音源方向算出手段１０４によってフレーム毎に算出された音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファ１０６と、道路を予め設定された一定の速度で走行する車両から発生した騒音が車両の予め設定された複数の速度に対応した音源方向の動きとして示された複数のテンプレートを保持するテンプレート保持部１０８と、このテンプレート保持部１０８に保持された複数のテンプレート夫々と音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和をテンプレートと音源方向データとの距離として算出する距離算出部１０７とを備え、テンプレート保持部１０８に車両の複数の速度に対応する複数のテンプレートを保持してもよい。
【００３６】
また、通過時刻算出手段１０５が、音源方向算出手段１０４によってフレーム毎に算出された音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファ１０６と、道路を予め設定された一定の速度で走行する車両から発生した騒音が音源方向の動きとして示された少なくとも１つのテンプレートを保持するテンプレート保持部１０８と、車両の複数の速度に対応した複数のテンプレートを生成するようテンプレート保持部１０８に保持されたテンプレートの時間軸を伸縮する時間軸伸縮部１０９と、この時間軸伸縮部１０９によって時間軸が伸縮された複数のテンプレート夫々と音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの差分の絶対値の総和をテンプレートと音源方向データとの距離として算出する距離算出部１０７とを備え、テンプレート保持部１０８に保持されたテンプレートの時間軸を伸縮することによって予め設定された複数の速度に対応する複数のテンプレートを生成し、生成した複数のテンプレートを用いて車両の速度を算出してもよい。
【００３７】
ここで、Ｍ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃは、道路１０１の車両進行方向に平行な直線上に等間隔ｄで配置されている。これらＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの間隔は、必ずしも等間隔である必要はないが、以下に説明する音源方向の算出において方向制御ベクトルの算出が簡単になるため、ここでは等間隔ｄとしている。また、この間隔ｄは、対象とする音源信号の波長の半分よりも短くする必要があり、車両によって周波数特性は異なるものの、５００Ｈｚから３ｋＨｚの範囲は多くの車種で十分なパワーが出力されるため、この範囲の音源方向が検出できるようにマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの間隔ｄは５ｃｍ〜３４ｃｍであることが望ましい。特に、間隔ｄを５ｃｍ〜１０ｃｍにすると、センサのサイズを小さくすることができる。また、マイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの個数Ｍは、音源方向の算出精度を向上させるため、少なくとも「想定される音源（車両）の数＋１」以上とすることが望ましい。
【００３８】
次に、図２のフローチャートを参照し、固有値解析による方法に基いて音源方向を算出し、車両を検出する動作について説明する。なお、本実施の形態では、音源方向の算出精度が比較的に高い固有値解析による方法に基いて音源方向の方向別パワーを算出するが、音源方向を算出する方法として白色化相関法を適用してもよい。図２のフローチャートは、音源方向の方向別パワーが算出される工程から車両が検出される工程までの動作の概略を示したものである。
【００３９】
道路を走行する複数の車両から発生した騒が集音され、集音された騒音がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃによって複数の騒音信号に変換され、変換された複数の騒音信号がＭ個の波形切出し部３０３ａ〜３０３ｃにそれぞれ入力され、入力されたＭ個の騒音信号がＭ個の波形切出し部３０３ａ〜３０３ｃによって予め設定された時間窓で時間軸に沿って騒音信号を切出すよう複数のフレームに分割される。
【００４０】
ここで、Ｍ個の騒音信号が切出される時間窓の形状は矩形窓でもよいが、ハニング窓のように両端部の振幅が小さいものがさらに好ましい。また、窓長Ｗを小さくすればするほど音源方向の算出精度が劣化する。一方、窓長Ｗを長くすればするほど音源の移動に追従できなくなるので、音源の移動速度に応じて最適な窓長Ｗを選択する必要がある。例えば、Ｍ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃから距離Ｌ＝１０［ｍ］離れた位置を、時速４０［ｋｍ］程度で移動する音源を推定する場合には、窓長Ｗは２［ｍｓ］から１０［ｍｓ］の範囲が適している。また、切出し周期は、Ｗ／２から２Ｗの範囲が最適である。
【００４１】
次いで、Ｍ個の波形切出し部３０３ａ〜３０３ｃによって窓長Ｗで切出されたＭ個の騒音信号は、Ｍ個の周波数分析部３０４ａ〜３０４ｃにそれぞれ入力され、入力されたＭ個の騒音信号に含まれる周波数成分がそれぞれ分析され、予め設定された複数の周波数成分の複素振幅が算出される。
【００４２】
ここで、複素振幅の算出方法には、公知の高速フーリエ変換（以下単に、ＦＦＴという。）による方法を用いるが、算出される周波数成分の数が少ない場合には公知の離散的フーリエ変換による方法を用いてもよい。また、周波数が高ければ高いほど音源方向の推定精度が高くなるが、実用的にはｃ／１０ｒ以上ｃ／２ｒ未満の範囲の周波数が適している。但し、ｃは音速、ｒは複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの間隔である。
【００４３】
次いで、周波数分析部３０４ａ〜３０４ｃによって算出された複素振幅が周波数成分毎に（式１）のように列ベクトルＸ［ｍ］で表わされ、相関行列算出部３０５に入力される。
【００４４】
【式１】
【００４５】
次いで、列ベクトルＸ［ｍ］から（式２）で示すように相関行列Ｒ［ｍ、ｍ］が相関行列算出部３０５によって算出される。
【００４６】
【式２】
【００４７】
次いで、方向制御ベクトルが（式３）によりｄ［ｍ］として表わされる。
【００４８】
【式３】
【００４９】
【式４】
【００５０】
次いで、相関行列Ｒ［ｍ、ｍ］の固有ベクトルｖ１［ｍ］，ｖ２［ｍ］，・・・，ｖＭ［ｍ］ （ｍ＝１〜Ｍ）が方向別パワー算出部３０８によって算出される（ステップＳ２０１ｅ）。ここでは、相関行列Ｒ［ｍ、ｍ］がエルミート行列であることから、公知のハウスホルダー法により３重対角行列に変換され、さらに公知のＱＲ法を用いて固有ベクトルが算出される。
【００５１】
次いで、Ｋ個の音源がある場合の雑音成分に相当する行列Ｒｎ［ｍ、ｍ］が（式５）のように算出される。
【００５２】
【式５】
【００５３】
次いで、走査範囲設定部３０６に設定された範囲で下限から上限まで離散的に角度を変化させて（式６）に従って騒音の方向別パワーが方向別パワー算出部３０８によって算出される。
【００５４】
【式６】
【００５５】
次いで、ステップＳ２０１ｇで方向別パワー算出部３０８によって算出された方向別パワーから音源方向算出手段３０９によって音源方向が算出される（ステップＳ２０２）。
【００５６】
次いで、音源方向算出手段１０４によってフレーム毎に算出された音源方向が音源方向蓄積バッファ１０６に音源方向データとして蓄積される（ステップＳ２０３）。ここで、バッファに蓄積される時間は車両の速度に依存し、車両の速度が遅くなるほど多くの蓄積時間を必要とする。例えば、時速６０［ｋｍ］程度の車両を対象とする場合には最低１［秒］間以上のバッファが必要であり、車両の速度が半分になるとその倍のバッファが必要となる。図４は、音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データの蓄積例であり、横軸が時間の経過を、縦軸が音源方向を示している。図４に示すように、音源方向をプロットした○印が時間の経過とともに右肩上がりに変化している部分、例えば、楕円で囲った部分では車両が通過したことを示している。
【００５７】
次いで、第１テンプレート保持部１０８ａに保持されたテンプレートＡおよび第２テンプレート保持部１０８ｂに保持されたテンプレートＢの時間軸が時間軸伸縮部１０９によって伸縮される（ステップＳ２０４）。ここで、テンプレートＡおよびテンプレートＢは、それぞれ進行方向Ａおよび進行方向Ｂの方向に走行する車両に対応するテンプレートを示している。
【００５８】
図５に示すテンプレートＡおよびテンプレートＢは何れも複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃからの距離が１０［ｍ］で、車両の速度が４０［ｋｍ／ｈ］を想定して作成されたものである。また、第１テンプレート保持部１０８ａまたは第２テンプレート保持部１０８ｂに予め保持されたテンプレートが車両の速度４０［ｋｍ／ｈ］に対応したものであっても、時間軸伸縮部１０９によってテンプレートの時間軸が伸縮され、車両の速度に対応するよう任意の速度のテンプレートが作成される。また、テンプレートの数を多くしすぎると距離算出部１０７で距離の演算量が多くなるので、１０［ｋｍ／ｈ］程度の間隔でテンプレートを作成するのが好ましい。
【００５９】
なお、本実施の形態では、複数の速度に対応した複数のテンプレートの情報を予め保持する必要のないよう時間軸伸縮部１０９を設けた構成としたが、複数の速度に対応したテンプレートを予め保持しておき時間軸伸縮部１０９を設けない構成とすることもできる。このように予め複数のテンプレートを保持することによって時間軸伸縮部１０９がテンプレートを伸縮する演算量を削減することができる。
【００６０】
また、周囲に他の車両や騒音源がない条件下で車両を予め設定された複数の速度でそれぞれ走行させて取得した音源方向データをテンプレートとしてもよい。
【００６１】
次いで、音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとテンプレートとの距離Ｄが（式７）に従って算出される（ステップＳ２０５）。
【００６２】
【式７】
【００６３】
図４は、音源方向データの一例に距離Ｄの算出例が重ねて示されている。楕円の枠で示した部分のように音源方向が右上がりに変化するところでは距離Ｄが極小値をとっている。この時刻は車両が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻に対応している。
【００６４】
以上説明したように、距離Ｄが極小になる位置を算出することによって、単に騒音の音圧レベルが極大となる時刻を検出する方法に比べて車両が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻がより正確に検出できることを示している。
【００６５】
本実施の形態では、車両検出方法として、車両通過時刻、車両進行方向、および車両の速度を算出できる。車両通過時刻の算出方法は、時間軸の伸縮を行わないテンプレートＡおよびテンプレートＢのそれぞれを用いて、音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの距離が算出され、何れかが極小値をとる時刻が車両通過時刻として決定される。
【００６６】
また、車両進行方向の算出方法は、テンプレートＡおよびテンプレートＢの何れのテンプレートで最小値が検出されたかによって車両の進行方向が決定される。
【００６７】
さらに、車両進行方向の算出方法は、車両の速度に対応するようテンプレートの時間軸を伸縮して複数のテンプレートが時間軸伸縮部１０９によって作成され、作成された複数のテンプレートと音源方向蓄積バッファ１０６に蓄積された音源方向データとの距離Ｄがそれぞれ算出され、算出された距離Ｄが最小になったテンプレートによって車両の時速が決定される。
【００６８】
本実施の形態では、車両検出情報として、車両が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻と進行方向と速度が算出される構成としたが、これらのうちの一つまたは、二つが算出される構成としてもよい。例えば、車両が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻のみを算出したい場合には、車両の速度を算出する目的でテンプレートの時間軸伸縮を行う必要がないので時間軸伸縮部１０９を省略することができる。
【００６９】
次いで、車両が検出された場合にはステップＳ２０７に進み、車両が検出されない場合にはステップＳ１０１に戻り次のフレームが処理される（ステップＳ２０６）
【００７０】
次いで、音圧レベルが音圧レベル算出手段１１５によって算出される。（ステップＳ２０７）ここでは、車両が１つのマイクロホン１０３ａの正面を通過するまでの時間差を吸収するため、１つのマイクロホン１０３ａの出力が信号蓄積バッファ１１４に予め設定された時間だけ蓄積される。次いで、信号蓄積バッファ１１４に蓄積された騒音信号から車両が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過した時刻に収集された騒音の音圧レベルが算出される。この音圧レベルの算出時間長は、１０［ｍｓ］〜１００［ｍｓ］の範囲に設定するのが好ましい。また、騒音測定に一般に用いられている公知のＡ特性もしくはＣ特性が実用的である。
【００７１】
次いで、騒音の種別が音種別判定手段１１６によって判定される。（ステップＳ２０８）音種別判定とは、音の特徴を表す特徴量をもとに音の種別を判定することである。本実施の形態のように車両の音種別判定を行う目的としては、普通車やバイクやトラック等の車種の検出を行う車種検出がある。また、他の目的としていわゆる暴走車や整備不良車などを検出する整備不良車両検出がある。この種の判定を行う方法としては、統計的手法やニューロモデルを用いた方法など、多くの方法があるが、ここでは、統計的手法として公知の判別分析を用いた方法に従って説明する。
【００７２】
音種別判定を行う前段階として音の特徴を表す特徴量を決定し、音種別判定に用いる判別係数と重心座標が予め算出される。特徴量としては、音の周波数特性を表す帯域レベルが用いられる。帯域レベルは、公知のＦＦＴにより周波数毎にパワーが算出され、帯域毎にパワーが加算されたのち、デシベル値に変換される。このときの帯域幅は、１オクターブまたは１／３オクターブバンド幅が適しており、１／３オクターブバンド幅の場合には中心周波数５０Ｈｚから１２．５ｋＨｚまでとするのが適している。判別係数と重心座標の算出は、車種判別の場合には、普通車、バイク、トラック等の判別を行いたい判別グループ毎に最低１０以上の音サンプルについて帯域レベルを特徴量として算出し、各車種が分類できる判別係数と重心座標を公知の判別分析に従って算出しておく。また、整備不良車両検出の場合には、暴走車や整備不良車等の検出を行いたい判別グループ毎に最低１０以上の音サンプルを準備すると同時に、工事音や緊急自動車等の警報音など、音圧レベルが大きく誤検出の原因となると想定される各判別グループについても最低１０以上の音サンプルを準備し、各判別グループについて帯域レベルを特徴量として算出し、各車種が分類できるよう判別係数と重心座標を公知の判別分析に従って算出しておく。
【００７３】
次いで、車両が複数のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻に一つのマイクロホン１０３ａが受信した騒音の周波数特性が周波数特性算出部１１７によって算出される（ステップＳ２０９）。周波数特性の算出方法は高速フーリエ変換により周波数毎にレベルを算出する方法もあるが、後工程での音種別判定の演算量が大きくなるため、帯域レベルを算出する方法が適している。
【００７４】
次いで、判別分析により予め算出された判別係数を用いて判別関数上の座標Ｘｊ（ｊ＝１〜Ｍ）が（式８）に従って座標算出部１１８によって算出される（ステップＳ２１０）。
【００７５】
【式８】
【００７６】
次いで、判別分析により予め算出されたＹｋ（ｋ＝１〜Ｍ−１）で表される重心座標とステップＳ２１０で算出された座標との距離Ｄｋ（ｋ＝１〜Ｍ−１）が距離算出部１２０によって（式９）に従って算出され、算出された距離Ｄｋが最小になる判別グループが音種別として出力される（ステップＳ２１１）。
【００７７】
【式９】
【００７８】
次いで、騒音の音圧レベルが予め設定された閾値よりも大きく、かつ複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれると判定されたとき、２台の撮像手段１０２ａ，１０２ｂのうち少なくとも１つによって撮像された車両の画像情報と騒音に関連する情報が予め設定された通信先に送信される。（ステップＳ２１３）。
【００７９】
以上説明したように、単に音圧レベルが極大になる時刻を検出する方法と比較して、車両がＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面を通過する時刻をより正確に検出することができる。したがって２台の撮像手段１０２ａ，１０２ｂの間にＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃを配置し、２台の撮像手段１０２ａ，１０２ｂがＭ個のマイクロホン１０３ａ〜１０３ｃの正面付近を撮像することにより、車両を運転する運転者の画像やナンバープレート情報を含む車両の前面を撮像することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両検出装置は、複数の車両が絶間なく走行する道路であっても、騒音が複数の車両の何れから発生したのかを判定することが容易な車両検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の車両検出装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態の車両検出装置の動作を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態の車両検出装置の音源方向算出手段の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態の車両検出装置が算出した音源方向の一例を示す図
【図５】本発明の実施の形態の車両検出装置のテンプレート保持部に保持されたテンプレートの一例を示す図
【図６】従来の車両検出装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０２ａ、１０２ｂ 撮像手段
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ マイクロホン
１０４ 音源方向算出手段
１０５ 移動体状態算出手段
１０６ 音源方向蓄積バッファ
１０７ 距離算出部
１０８ａ 第１テンプレート保持部
１０８ｂ 第２テンプレート保持部
１０９ 時間軸伸縮部
１１４ 信号蓄積バッファ
１１５ 音圧レベル算出手段
１１６ 音種別判定手段
１１７ 周波数特性算出部
１１８ 座標算出部
１１９ 判別係数算出部
１２０ 距離算出部
１２１ 重心算出部
１２５ 車両検出手段
１２６ 通信手段
１２７ 情報蓄積手段
３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ 波形切出し部
３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ 周波数分析部
３０５ 相関行列算出部
３０６ 走査範囲設定部
３０７ 方向制御ベクトル生成部
３０８ 方向別パワー算出部
３０９ 方向算出部
Claims (10)
- 移動体の発する音を所定の範囲内で集音する複数のマイクロホンと、前記複数のマイクロホンの出力信号をもとに前記移動体の存在する方向を算出する方向算出手段と、前記方向の変化を検出して前記所定の範囲内における前記移動体の移動状態を算出する移動状態算出手段と、前記移動状態をもとに前記移動状態が所定の位置を通過する通過時刻を算出する通過時刻算出手段と、前記通過時刻に前記所定の位置で集音された音をもとに前記移動体の発する音の種別を判定する音種別判定手段とを備えたことを特徴とする移動体検出装置。
- 前記移動状態算出手段は、前記移動状態の典型を示す複数のテンプレートを有し、前記複数のテンプレートと前記方向算出手段の算出結果との比較を行って、前記移動体の移動状態を算出することを特徴とする請求項１に記載の移動体検出手段。
- 前記移動体位置算出手段は、前記移動体が異なる方向に進行した場合の移動状態の典型を示す複数のテンプレートを有し、前記複数のテンプレートと前記方向算出手段の算出結果との比較を行って、前記移動体の移動状態を算出することを特徴とする請求項１に記載の移動体検出手段。
- 前記移動体位置算出手段は、前記移動体が異なる速度で進行した場合の移動状態の典型を示す複数のテンプレートを有し、前記複数のテンプレートと前記方向算出手段の算出結果との比較を行って、前記移動体の移動状態を算出することを特徴とする請求項１に記載の移動体検出装置。
- 道路を走行する複数の移動体から発生した騒音を集音し、集音した前記騒音を複数の騒音信号に変換し、変換した前記複数の騒音信号を入力する複数のマイクロホンと、前記複数のマイクロホンによって入力された前記複数の騒音信号を時間軸に沿って複数のフレームに分割し、分割した前記フレーム毎に前記複数の騒音信号から前記騒音の音源方向を算出する音源方向算出手段と、この音源方向算出手段によって算出された前記音源方向から前記複数の移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻をそれぞれ算出する通過時刻算出手段と、この通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に前記複数のマイクロホンの何れか少なくとも１つが集音した前記騒音から音圧レベルを算出する音圧レベル算出手段と、この音圧レベル算出手段によって算出された前記音圧レベルが予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、前記音圧レベルが前記閾値を超えたと判定したとき前記通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に集音された前記騒音を分析し、分析した前記騒音の音種別を判定する音種別判定手段と、この音種別判定手段によって判定された前記騒音が予め分類された複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれるか否かを判定することにより前記複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれる前記騒音を発生する移動体を検出する移動体検出手段とを備えることを特徴とする移動体検出装置。
- 前記通過時刻算出手段は、前記音源方向算出手段によって前記フレーム毎に算出された前記音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファと、前記道路を予め設定された一定の速度で走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記音源方向の動きとして示された少なくとも１つのテンプレートを保持するテンプレート保持部と、このテンプレート保持部に保持された前記テンプレートと前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を前記テンプレートと前記音源方向データとの距離として算出する距離算出部とを備え、
前記距離算出部は、前記音源方向データに対して前記テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記距離を算出し、算出した複数の前記距離から極小値を検出し、検出した前記極小値から前記移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻を算出することを特徴とする請求項５に記載の移動体検出装置。 - 前記通過時刻算出手段は、前記音源方向算出手段によって前記フレーム毎に算出された前記音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファと、前記道路を予め設定された一定の速度で第１方向に走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記音源方向の動きとして示された第１テンプレートを保持する第１テンプレート保持部と、前記第１方向に対向する第２方向に走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記音源方向の動きとして示された第２テンプレートとを保持する第２テンプレート保持部と、第１テンプレート保持部に保持された前記第１テンプレートと前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を第１距離として算出し、さらに第２テンプレート保持部に保持された前記第２テンプレートと前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を第２距離として算出する距離算出部とを備え、
前記距離算出部は、前記第１距離を算出するとき、前記音源方向データに対して前記第１テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記第１距離を算出し、算出した複数の前記第１距離から極小値が存在するか否かを判定し、さらに前記第２距離を算出するとき、前記音源方向データに対して前記第２テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記第２距離を算出し、算出した複数の前記第２距離から極小値が存在するか否かを判定し、前記第１距離と前記第２距離とのうち前記極小値が存在する方の算出結果から前記移動体の進行方向を判定し、さらに前記極小値から前記移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻を算出することを特徴とする請求項５に記載の移動体検出装置。 - 前記通過時刻算出手段は、前記音源方向算出手段によって前記フレーム毎に算出された前記音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファと、前記道路を予め設定された一定の速度で走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記移動体の予め設定された複数の速度に対応した前記音源方向の動きとして示された複数のテンプレートを保持するテンプレート保持部と、このテンプレート保持部に保持された前記複数のテンプレート夫々と前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を前記テンプレートと前記音源方向データとの距離として算出する距離算出部とを備え、
前記距離算出部は、前記音源方向データに対して前記複数のテンプレート夫々の時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記距離を算出し、算出した複数の前記距離から極小値を検出し、検出した前記極小値から前記移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻を算出し、さらに前記極小値が最も小さい数値を示したテンプレートから前記移動体の速度を算出することを特徴とする請求項５に記載の移動体検出装置。 - 前記通過時刻算出手段は、前記音源方向算出手段によって前記フレーム毎に算出された前記音源方向を音源方向データとして蓄積する音源方向蓄積バッファと、前記道路を予め設定された一定の速度で走行する前記移動体から発生した前記騒音が前記音源方向の動きとして示された少なくとも１つのテンプレートを保持するテンプレート保持部と、前記移動体の複数の速度に対応した複数のテンプレートを生成するよう前記テンプレート保持部に保持された前記テンプレートの時間軸を伸縮する時間軸伸縮部と、この時間軸伸縮部によって時間軸が伸縮された複数のテンプレート夫々と前記音源方向蓄積バッファに蓄積された前記音源方向データとの差分の絶対値の総和を前記テンプレートと前記音源方向データとの距離として算出する距離算出部とを備え、
前記時間軸伸縮部は、前記テンプレート保持部に保持された前記テンプレートの時間軸を伸縮することにより前記移動体の複数の速度に対応する複数のテンプレートを生成し、
前記距離算出部は、前記音源方向データに対して前記テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記距離を算出し、算出した複数の前記距離から極小値を検出し、検出した前記極小値から前記移動体が前記複数のマイクロホンの正面を通過する時刻を算出し、さらに、前記移動体の複数の速度に対応する前記テンプレート毎に前記音源方向データに対して前記テンプレートを時間軸に沿って予め設定された時間ずつシフトし、シフトする毎に前記距離を算出し、算出した複数の前記距離から前記移動体の速度を算出することを特徴とする請求項５に記載の移動体検出装置。 - 予め設定された通信先と通信する通信手段を備え、
前記移動体検出手段が、前記通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に集音された前記騒音の前記音圧レベルが前記閾値を超えたと判定し、さらに前記時刻に集音された前記騒音が予め分類された複数の種類の騒音の何れか少なくとも１つに含まれると判定したとき、
前記通信手段は、前記通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に集音した前記騒音から算出された前記騒音に関連する情報と前記通過時刻算出手段によって算出された前記時刻に前記マイクロホンの正面を通過した前記移動体が撮像された撮像情報とを前記通信先へ送信することを特徴とする請求項５から請求項９までの何れかに記載の移動体検出装置。
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