JP2004336153A - カメラ式車両感知器の露光制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】撮影した画像を所定時間ごとに入力し、入力された各画像のデータに基づいて、画面の輝度を算出し、過去の時間にわたって入力された複数の画面の輝度の移動平均値を算出し、この移動平均値と目標輝度との差がなくなるように、露光制御を行う。
【効果】画面の１フレームだけの輝度を利用するのではなく、複数フレームの輝度の移動平均値を用いて露光制御をすることによって、一時的な外乱に対する輝度変化のオーバーシュートを小さくすることができる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラにて道路を撮影して画像処理することにより、道路上の車両を検知することができるカメラ式車両感知器に関し、特にそのカメラの露光制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路上の車両を感知する車両感知器として、超音波式のものがよく知られている。この超音波式は道路の上から下に向けて超音波を発射し、その反射波の到達時間を検出することにより車両の計測を行うものであるが、一台ごとの車両の特徴を検出することまではできない。
そこで、カメラにて道路を撮影して画像処理することにより、車両の特徴を検出し、車両のナンバープレートなどの特定もできるカメラ式車両感知器が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０２１９５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このカメラ式車両感知器で行われる、カメラのＥＥ （Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｙｅ ｃａｍｅｒａ） 制御（被写体に当たる光の強弱に応じて自動的に露出を調節する制御）は、追従性が速いため、画面の大部分を占める大きな車両が通過した場合など、その車両の色によって、露光時間制御や絞り制御が不必要に動作してしまう。そのため、例えば白い屋根の大型貨物トラックが通過した後は、しばらく露光時間制御や絞り制御が効きすぎて、暗い画像になってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、画面の輝度の追従性を損なわずに、かつ外乱に対する輝度変化の過追従（オーバーシュート）を小さくすることができるカメラ式車両感知器の露光制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のカメラ式車両感知器の露光制御方法は、カメラ式車両感知器で撮影した画像を所定時間ごとに入力し、入力された各画像のデータに基づいて、画面の輝度を算出し、過去の時間にわたって入力された複数の画面の輝度の平均値（移動平均値という）を算出し、この移動平均値と目標輝度と比較し、移動平均値と目標輝度との差がなくなるように、露光制御を行う方法である（請求項１）。
【０００７】
前記の方法によれば、画面の１フレームだけの輝度を利用するのではなく、複数フレームの輝度の移動平均値を用いて露光制御をすることによって、一時的な外乱に対する輝度変化のオーバーシュートを小さくすることができる。
前記の移動平均値を用いた制御に加えて、露光制御の更新間隔を、移動平均値と目標輝度との差に応じて、差が小さいほど更新間隔が長く、差が大きいほど更新間隔が短くなるように変化させることが好ましい（請求項２）。移動平均値と目標輝度との差に応じて、制御間隔を調整することにより、過制御を防止でき、外乱に対しても安定した露光制御ができる。
【０００８】
前記移動平均値を算出する場合に、過去の時間にわたって入力された画面の輝度の最大値と最小値とを除外して算出することが好ましい（請求項３）。これによって、画面の輝度の瞬間的、突発的な変化を無視することができるので、制御の安定性が増す。
前記露光制御は、カメラの露光時間制御又は絞り制御であってもよい（請求項４）。
【０００９】
また、本発明の露光制御装置は、請求項１記載の露光制御方法と同一の発明に係る装置である（請求項５）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の露光制御装置を適用したカメラ式車両感知システムの概略構成図である。
道路の近傍に設置されたポール２の上部にカメラ式車両感知器１が取り付けられている。このカメラ式車両感知器１から、道路の交通状態を収集する交通情報センター３のパーソナルコンピュータ４まで通信回線５が接続されている。通信回線５は、有線／無線のいずれか又はこれらの結合でもよく、専用回線、公衆通信回線を問わない。
【００１１】
図２は、カメラ式車両感知器１の内部構成を示すブロック図である。カメラ式車両感知器１は、カメラと、カメラ１１の動作を制御するカメラＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１２と、画像処理装置１３と、通信インターフェイス１４とを有する。
カメラ１１は、レンズ系１５とイメージセンサ１６とを含んでいる。レンズ系１５における開口絞り量は、カメラＤＳＰ１２からの絞り制御信号に基づいて調整される。
【００１２】
カメラ１１の視野は、道路（図示せず）に向けられており、カメラ１１は道路状態を撮影しその撮影画像をイメージセンサ１６に形成する。イメージセンサ１６上に形成された画像のデータは、カメラＤＳＰ１２へ出力される。イメージセンサ１６の露光時間（シャッタ速度に相当）は、カメラＤＳＰ１２からの露光時間制御信号に基づいて調整される。
画像処理装置１３は、路面領域の画像データを生成する。この画像を「基準画像」という。基準画像データに基づき、車両の検出、ナンバープレート読取り、車両の速度検出、渋滞長検出などを行い、交通流を把握するための各種の情報を得る。これらの情報は、通信インターフェイス１４、通信回線５を通して交通情報センター３まで伝送される。
【００１３】
また画像処理装置１３は、基準画像データに基づき、カメラ１１の露光制御を実行する。露光制御の結果は、カメラＤＳＰ１２を通してイメージセンサ１６の露光時間制御やレンズ系１５の絞り制御に用いられる。基準画像データの作成取り込み時間間隔を、以下、ｋ（秒）と表記する。
図３は、画像処理装置１３の行う露光制御の概要を説明するためのグラフである。横軸に時刻、縦軸に輝度と露光時間をとっている。露光制御は、夜間、朝、昼間、夕方別に実行される。夜間はヘッドライトの撮影が目的であり、図３に示すように露光時間固定の制御が行われる。昼間は車体やナンバープレートの撮影が目的であり、基準画像の輝度を一定とするための制御が行われる。この一定の輝度を「目標輝度」という。なお、目標輝度は昼間常に一定であるとはかぎらない。その日の時間帯ごとに目標輝度を変えてもよく、その日の天候に応じて目標輝度を変えてもよい。
【００１４】
朝は、夜間制御から昼間制御につなぐため露光時間を長くしていく制御を行う。露光時間を長くしていくのは、夜間はヘッドライトの撮影が目的なので露光時間が比較的短くてよいが、朝は、車体等の撮影のためにイメージセンサ１６の露光量を増大させる必要があり、このために露光時間を徐々に長くしていく必要があるからである。夕方は、昼間制御から夜間制御につなぐため露光時間を短くしていく制御を行う。
【００１５】
以下、昼間における、基準画像の輝度を目標輝度に維持するための露光制御内容を、図４を用いて説明する。図４は、カメラ１１の露光時間制御内容を説明するためのブロック図である。
画像処理装置１３は、基準画像データに対して、画面にわたって輝度平均値を算出する。そして、この輝度平均値と、目標輝度との差を算出して、この差に応じて露光時間や絞りの増減を行う。
【００１６】
図４の「基準画像」ブロックでは、基準画像データを取り込む。「輝度平均算出」ブロックでは、基準画像データの画面全体にわたる輝度の平均値を算出する。本実施形態では、過去に取り込んだ基準画像データも考慮した移動平均をとることにしている。
図５は、輝度平均算出方法を示すためのグラフであり、横軸に時刻ｔ、縦軸に平均輝度をとっている。丸い点は、それぞれｋ秒ごとに取り込んだ基準画像データの、画面全体にわたる輝度の平均値を表す。以下、基準画像データの取り込み時刻をｔ１，ｔ２，ｔ３，．．．，ｔｉ，．．．と書く。なお、ｔｉ＋１−ｔｉ＝ｋの関係がある。移動平均は、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，．．．，ｔｉ，．．．ごとに、過去の所定時間Ｔにわたる輝度データについて、輝度の平均をとることにより算出する。所定時間Ｔは任意に設定できるが、例えばＴ＝７ｋにとる。時刻ｔｉにおいて取得された輝度平均値をＩ（ｔｉ）と書く。図４では、時刻ｔ１から遡った過去の時間Ｔにわたって平均をとる範囲を実線で示しており、この範囲において算出した移動平均値がＩ（ｔ１）となる。また時刻ｔ１の次の取り込み時刻ｔ２から遡った過去の時間Ｔにわたって平均をとる範囲を破線で示しており、この範囲において算出した移動平均値がＩ（ｔ２）である。
【００１７】
さらに本実施の形態においては、前記範囲内の輝度データの平均をとるにあたり、最大のもの及び次に大きなものを除き、最小のもの及び次に小さなものを除いている。図４を参照すると、時刻ｔ１の移動平均データは、実線の範囲内で、最大の輝度データａ及び次に大きな輝度データｅ、並びに最小の輝度データｃ及び次に小さな輝度データｄを除いて平均をとって算出する。時刻ｔ２の移動平均データは、破線の範囲内で、最大の輝度データｅ及び次に大きな輝度データｂ、並びに最小の輝度データｃ及び次に小さな輝度データｄを除いて平均をとって算出する。この最大最小を除外するのは、瞬時的に突出したデータを除外することにより、平均演算の信頼性、安定性を向上させるためである。
【００１８】
このようにして取得された輝度平均値と、目標輝度との輝度差を算出する。目標輝度をＩ０とし、取得された輝度平均値Ｉ（ｔｉ）とＩ０との差Ｉ（ｔｉ）−Ｉ０をΔＩ（ｔｉ）と書く。
本発明では、取得された輝度平均値と目標輝度との輝度差ΔＩ（ｔｉ）を算出する時間間隔（更新間隔という）を、輝度差ΔＩ（ｔｉ）に応じて可変にしている。具体的には、基準画像データの作成取り込み時間間隔を前述したようにｋとすると、輝度差の絶対値｜ΔＩ（ｔｉ）｜がしきい値を超えたときは、時間ｋごとに露光制御（露光時間の増減や絞りの増減）を行い、輝度差の絶対値｜ΔＩ（ｔｉ）｜がしきい値を超えていないときは、それより長い時間ごとに露光制御を行う。
【００１９】
露光時間の補正量をτ及び−τとする。露光制御は、更新１回あたり露光時間をτだけ変化させる。補正量τは、ΔＩ（ｔｉ）が正のときに負の値をとり、ΔＩ（ｔｉ）が負のときに正の値をとる。
図６は、輝度差と更新間隔との具体的関係を例示したグラフである。輝度差のしきい値を２種類設定し、それぞれ±Ａ，±Ｂで示している。また、更新間隔を３種類設定し、輝度差の絶対値｜ΔＩ（ｔｉ）｜がしきい値Ａ以下のときは、時間ｋごとに露光制御を行い、輝度差の絶対値｜ΔＩ（ｔｉ）｜がしきい値Ａを超えＢ以下のときは、時間Ｍｋ（Ｍは１以上の整数で一定）ごとに露光制御を行い、輝度差の絶対値｜ΔＩ（ｔｉ）｜がしきい値Ｂを超えたときは、時間Ｌｋ（Ｌは１以上の整数で一定；Ｌ＞Ｍ）ごとに露光制御を行っている。数値Ａ，Ｂや、数値Ｍ，Ｌは限定されないが、数値例をあげると、輝度を２５６の階調数で表した場合にＡ＝１０，Ｂ＝２０、Ｍ＝２，Ｌ＝５である。
【００２０】
図７は、輝度差と更新間隔とのさらに他の具体的関係を示すグラフである。輝度差のしきい値を、図６と同様に２種類設定し、それぞれ±Ａ，±Ｂで示し、更新間隔をｋ．Ｍｋ（Ｍは１以上の整数で一定）の２種類設定している。そして、輝度差がＡとＢとの間で、更新間隔は、Ｍｋとｋとの間を連続的に直線状に変化する。
図８は、輝度差に応じて露光制御間隔を可変とする制御内容を示すグラフであり、横軸に時刻ｔ、縦軸に輝度差ΔＩ（ｔｉ）と、露光時間補正量をとっている。輝度差ΔＩ（ｔｉ）は折れ線グラフで示している。輝度差と更新間隔との具体的関係は図６のグラフに従うものとし、輝度差のしきい値は、１０と２０で示し、更新時間は、ｋを１秒とし、Ｍ＝２，Ｌ＝５としている。一回の露光時間補正量τは３００μｓｅｃとする。
【００２１】
輝度差ΔＩ（ｔｉ）は、ｔｉ＝０（秒）からｔｉ＝１０（秒）までは、しきい値１０以内であるので、更新時間は、５秒となる。露光補正の更新はｔｉ＝５（秒）の時点とｔｉ＝１０（秒）の時点で行われる。露光時間補正量はｔｉ＝５（秒）の時点では、輝度差ΔＩ（ｔ５）＞０なので、−τである。ｔｉ＝１０（秒）の時点では、輝度差ΔＩ（ｔ１０）＝０なので、露光時間補正量は０である。ｔｉ＝１１（秒）の時点では輝度差ΔＩ（ｔ１１）がしきい値１０を超えるので、更新時間は２秒となり、つぎのｔｉ＝１３（秒）の時点で更新を行う。ｔｉ＝１２（秒）の時点では輝度差ΔＩ（ｔ１２）がしきい値２０を超えるので、更新時間は１秒となり、更新時点はやはりつぎのｔｉ＝１３（秒）の時点である。露光時間補正量はｔｉ＝１３（秒）の時点では、輝度差ΔＩ（ｔ１３）＞０なので、−τである。ｔｉ＝１３（秒）の時点では輝度差ΔＩ（ｔ１３）がしきい値２０を超えるので、更新時間は１秒となり、つぎのｔｉ＝１４（秒）の時点で更新を行う。ｔｉ＝１４（秒）の時点でも輝度差ΔＩ（ｔ１４）がしきい値２０を超えるので、更新時間は１秒となり、つぎのｔｉ＝１５（秒）の時点で更新を行う。ｔｉ＝１５（秒）の時点では輝度差ΔＩ（ｔ１５）がしきい値２０を下回るが１０を超えるので、更新時間は２秒となり、つぎのｔｉ＝１６（秒）の時点で更新を行う。以下、同様のルールで、更新を続けていく。
【００２２】
このように、移動平均値と目標輝度との差に応じて、差が小さいほど更新時間を長く調整することにより、過制御を防止でき、外乱に対しても安定した露光制御ができる。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、前記のカメラ式車両感知システムでは、画像処理装置１３はカメラ式車両感知器１に設けられていたが、これに限定されるものではなく、カメラ式車両感知器１と通信回線５でつながったパーソナルコンピュータ４の中に設けてもよい。また、前述の形態では、露光制御の対象として露光時間を取り上げたが、絞り量を制御してもよい。この場合、露光時間を長くすることは絞り量を大きくすることに対応し、露光時間を短くすることは絞り量を小さくすることに対応する。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【００２３】
【実施例】
図９は、車両を消去しないで得た道路の撮影画像データに基づき、輝度差に応じて露光制御間隔を可変とする本発明の制御を行って、画面平均輝度と露光時間の時間推移を測定した結果を示すグラフである。横軸は時刻、縦軸は、輝度を２５６の階調数で表した場合の平均輝度と、露光時間を示している。目標輝度を１１０としている。測定条件の数値は、図８で例示したのと同様である。点線は１画面の平均輝度を表し、実線は７画面にわたる移動平均輝度をあらわしている。また太線は露光時間を表している。円（１）で囲んだところは、白い屋根の貨物トラックが通過したことを示している。平均輝度は瞬間的に高くなるが、移動平均を使用した本発明の効果により、このような外乱の影響を回避し、安定した露光制御が行える。円（２）で囲んだところは、８秒間レンズをわざと黒い物体で覆い、取り除いたときの様子を示す。黒い物体での前を覆ったことにより、平均輝度が著しく低下し、露光制御が輝度を高くする方向に働いて、露光時間を長くしている。ところが、黒い物体を取り除いた直後に画面が明るくなっても、露光制御の更新間隔を変化させるようにした本発明の効果により、露光時間の追従遅れは少なく、かつ、制御の行き過ぎ（オーバーシュート）も少なくすることができている。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、入力画像の輝度の移動平均値を算出し、この移動平均値と目標輝度との差に応じて、露光制御更新間隔を変化させることによって、画面の輝度の追従性を損なわずに、かつ外乱に対する輝度変化のオーバーシュートを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光制御装置を適用したカメラ式車両感知システムの概略構成図である。
【図２】カメラ式車両感知器１の内部構成を示すブロック図である。
【図３】露光制御の概要を説明するためのグラフである。
【図４】基準画像の輝度を目標輝度に維持するための露光制御内容を説明するためのブロック図である。
【図５】輝度平均算出方法を示すためのグラフである。
【図６】輝度差と更新間隔との具体的関係を例示したグラフである。
【図７】輝度差と更新間隔とのさらに他の具体的関係を示すグラフである。
【図８】輝度差に応じて露光制御間隔を可変とする制御内容を示すグラフである。
【図９】車両を消去しないで得た道路の撮影画像データに基づき、輝度差に応じて露光制御間隔を可変とする本発明の制御を行って、画面平均輝度と露光時間の時間推移を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ カメラ式車両感知器
２ ポール
３ 交通情報センター
４ パーソナルコンピュータ
５ 通信回線
１１ カメラ
１２ カメラＤＳＰ
１３ 画像処理装置
１４ 通信インターフェイス
１５ レンズ系
１６ イメージセンサ

Claims (5)

1. カメラ式車両感知器で撮影した画像を所定時間ごとに入力し、
   入力された各画像のデータに基づいて、画面の輝度を算出し、
   過去の時間にわたって入力された複数の画面の輝度の平均値（移動平均値という）を算出し、
   この移動平均値と目標輝度と比較し、移動平均値と目標輝度との差がなくなるように、露光制御を行うことを特徴とするカメラ式車両感知器の露光制御方法。
2. 前記露光制御の更新間隔を、移動平均値と目標輝度との差に応じて、差が小さいほど更新間隔が長く、差が大きいほど更新間隔が短くなるように変化させることを特徴とする請求項１記載のカメラ式車両感知器の露光制御方法。
3. 前記移動平均値を算出する場合に、過去の時間にわたって入力された画面の輝度の最大値と最小値とを除外して算出することを特徴とする請求項１記載のカメラ式車両感知器の露光制御方法。
4. 前記露光制御は、カメラの露光時間制御又は絞り制御であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のカメラ式車両感知器の露光制御方法。
5. カメラ式車両感知器のカメラで撮影した画像のデータに基づいて、画面の輝度を算出する画面輝度算出手段と、
   過去の時間にわたって入力された画面輝度の平均値（移動平均値という）を算出する移動平均算出手段と、
   この移動平均値と目標輝度と比較し、移動平均値と目標輝度との差が０になるように、露光制御を行う露光制御手段とを有することを特徴とするカメラ式車両感知器における露光制御装置。

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