JP2006113645A - 移動軌跡解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多くの人手間を要することなく、車両や人その他の移動体の移動軌跡に関する詳細なデータを、簡易な操作で得ることができる移動軌跡解析方法を提供する。
【解決手段】 まず、トランシット、レベル等の機材により、ターゲット（標定点）Ａの基準点測量を行う。次に、３Ｄスキャナー２２により、道路２部分について、道路構造をスキャニングし、点群データ（３次元座標）を取得する。その後、ビデオカメラ２１により、車両１１や歩行者等の移動体をビデオ撮影する。３Ｄスキャナー２２により得られた点群データから、障害物あるいは不要なデータを除去し、この点群データとビデオ映像をマッチングさせる。ビデオ映像の各フレーム画像の解析から車両１１等の移動軌跡を抽出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビデオカメラ等によって得られる映像をもとに車両や人などの移動体の移動軌跡を精密に解析するための方法に関するものであり、例えば道路計画の策定の際に、大まかな交通流だけでなく、交通流に対する道路の形態や路面の起伏、地形、周辺の建造物など種々の要因による細かな影響を把握することで、移動体の移動軌跡をできるだけ精密に捉え、より合理的な計画の策定あるいは既存の施設の評価などを可能とするために用いられる。

従来の交通データの取得方法としては、人が操作するカウンターによる断面交通量の測定やビデオ映像からの位置検出といったものがあるが、これらには人手間や精度に関する問題があった。

一方、交通工学の進歩に応じ、車両や人の移動経路・時刻歴座標を交通施設構造との相対的な関係でより精密に抽出することが要望されるようになってきている。

従来のビデオ映像から車両の走行軌跡を観測する方法としては、例えば、特許文献１に記載されたものなどがある。これは１台のビデオカメラでは観測範囲が限られ精度の高い測定が困難であることから、車両の走行路に沿って複数のビデオカメラを間隔を置いて配置し、互いにフレーム同期された状態で観測を行うというものである。

これに対し、道路の形状や付帯設備、周辺の建物などの固定物については、測量によりその位置を正確に求めることができ、また、観測空間に絶対座標が既知のターゲットが３点以上あれば、求めた座標を絶対座標に変換することも可能である。特定の範囲についてこのような測量を簡易に効率よく行えるものとしては、レーザー光を用いた３Ｄスキャナーなどがあり（例えば、非特許文献１、特許文献２参照）、従来、土木建築構造物や遺跡に関する３Ｄデータを求めるために用いられている。
特開２００３−０８５６８５号公報 特開２００３−０６５７６３号公報 特開２００２−０８１９４１号公報 坂田電機株式会社、"３Ｄスキャナー計測"、[online] 、２００４年、〔平成１６年１０月５日検索〕、インターネット＜URL：http://www.sakatadenki.co.jp/product/_3d/3d.html＞

ビデオカメラの映像のみから車両などの移動体の３次元空間における位置・軌跡を正確に求めるのは難しく、概略的な動きは把握できても、道路の幅、カーブ、車線、信号機などの交通設備、路面の起伏、その他、種々の要因で変化する微細な動作を把握することができない。

一方、車両の移動軌跡を細かく分析し、微細な動作が把握できれば、車両の速度や加速度が分かり、それらに与える道路条件の影響を分析したり、車種を特定して加速度などとの関係から排ガス量を推定するといったことも可能となり、それに基づいて道路計画あるいは駅前の再開発計画等の策定を行うことができる。

本発明はこのような背景のもとになされたものであり、多くの人手間を要することなく、車両や人その他の移動体の移動軌跡に関する詳細なデータを、簡易な操作で得ることができる移動軌跡解析方法を提供することを目的としている。

請求項１に係る移動軌跡解析方法は、あらかじめ観測空間内にある固定物についての３次元座標を求めておき、該観測空間内を移動する移動体をビデオカメラで撮影し、撮影された映像について、前記固定物の３次元座標と撮影された映像の各フレーム内での移動体の相対的な位置関係から、該観測空間内における移動体の各部または特定部位の３次元座標を求め、該映像のフレームどうしの間での移動体の各部または特定部位の３次元空間での移動軌跡を求めることを特徴とするものである。

２次元のビデオ映像では、奥行き方向についての前後は判断できても正確な位置関係を特定することができない。これに対し、現地測量を行えば、固定物については、特定方向からは見えない部分も含め、３次元座標で表すことができ、測量方法によっては絶対座標系での座標を求めることもできるが、移動体の動きを求めることができない。

本発明では、測量によって得られる３次元座標にビデオ映像をマッチングさせることで、移動体の３次元空間での移動軌跡を簡易にかつ詳細に得られるようにしたものである。

請求項２は、請求項１に係る移動軌跡解析方法において、前記固定物の３次元座標を、３Ｄスキャナーによって求めることを特徴とするものである。

背景技術の項でも述べたように３Ｄスキャナーを用いれば、特定の範囲についての測量を簡易に効率よく行うことができる。その場合、３Ｄスキャナーによる測量を複数方向から行えば、特定方向から見えない部分も含め、固定物についての３次元座標系でのデータを得ることができる。

測定の対象となる固定物は観測空間の全ての固定物を対象とすることもできるが、用途やその用途における必要性に応じて、特定の固定物、例えば、道路の車線、白線、ゼブラ、不陸、縁石、道路の付帯設備のみを対象として、解析の障害となる樹木等を対象から除いたり、用途として必要がなければ、周辺の建物も対象から除外するといったことも可能である。あるいは全ての固定物を測定しておき、解析の際に必要のないデータを除外することも可能である。

請求項３は、請求項１または２に係る移動軌跡解析方法において、前記固定物の３次元座標を、前記３Ｄスキャナーによって測定した点群の３次元座標で表し、これらの点群の３次元座標とビデオカメラによるフレームごとの画像をコンピュータ上でマッチングさせることで、観測空間内における移動体の各部または特定部位のフレームごとの３次元座標を求めることを特徴とするものである。

３Ｄスキャナーで測定されるデータそのものは、各測定点の相対的な位置関係を表しているに過ぎないが、測定空間内に絶対座標が既知の標定点（ターゲット）が３点以上ある場合には、コンピュータ上で、３Ｄスキャニングした相対座標を絶対座標に変換することができる。

既知の標定点が３点なく座標が分からないターゲットがある場合、あるいはターゲットがない場合には、ターゲットまたはターゲットに見立てた３点以上のポイント（設定ポイント）を複数の位置から測量した３Ｄスキャニング点群の合成時のマッチング基準点として使用することができる。

請求項４は、請求項１、２または３に係る移動軌跡解析方法において、ビデオカメラを複数箇所に配置し、各ビデオカメラで撮影された映像について、前記観測空間内における移動体の各部または特定部位の３次元座標を求めることを特徴とするものである。

複数のビデオカメラの映像を３次元空間に投影して３次元座標を求めるようにすれば、より広範なデータを取得し重ね合わせることができ、また１つのビデオカメラでは死角になってしまう部分のデータも得ることができる。

請求項５は、請求項１、２、３または４に係る移動軌跡解析方法において、前記移動体が道路を走行する車両であり、フレームどうしの間での移動体の各部または特定部位の３次元座標を比較することにより、車両の３次元空間での移動軌跡に加え、速度および／または加速度を求めることを特徴とするものである。

請求項５は用途を限定したものであり、さらに具体的な適用方法については、発明を実施するための最良の形態の項で説明する。

従来の交通データの取得で用いられている方法と比較し、人手間を要することなく、移動体の正確な移動軌跡を、簡易に得ることができる。

また、従来のビデオ映像のみでの解析では、正確な３次元情報が得られないため、概略的な情報しか得られなかったのに対し、本発明によれば３次元座標系での微細な情報まで得られるため、移動体の速度や加速度の推定に留まらず、解析結果の利用可能範囲が大きく広がった。

図１は、本発明を、道路を走行する車両の移動軌跡の解析に用いる場合の基本概念を示したものである。大まかな作業手順としては、(1)現地測量、(2)前処理、(3)解析となる。

(1)現地測量
まず、トランシット、レベル等の機材により、ターゲット（標定点）Ａの基準点測量を行う。なお、図の例では、基準点測量を行うターゲットＡを３個所設定し、後述する３Ｄスキャナー２２で測定されるデータ（３次元座標）の絶対座標系への変換を可能としている。
次に、３Ｄスキャナー２２により、道路２部分について、道路構造をスキャニングし、点群データ（３次元座標）を取得する。
その後、ビデオカメラ２１により、車両１１や歩行者等の移動体をビデオ撮影する。

(2)前処理
３Ｄスキャナー２２により得られた点群データから、障害物あるいは不要なデータを除去し、この点群データとビデオ映像をマッチングさせる。

(3)解析
ビデオ映像の各フレーム画像の解析から車両１１等の移動軌跡を抽出する。この解析はフレーム画像においてピクセル単位で行うことができる。

図２は、駅前の道路を走行する車両１１のホイール部分の移動軌跡の解析例を示したものである。

固定物は３Ｄスキャナー等を利用した現地測量で、３次元座標系での点群データとして求め、これに２次元のビデオ映像を重ね合わせ、両者に映っているターゲット（標定点）
を利用してビデオ映像上の移動体の移動軌跡を３次元座標系にマッチングさせている。

この例では、走行車両１１の左前輪のホイールの中心部を注視点Ａに選び、注視点Ａの位置をパソコンの画面上で１フレームごと求め、これを図上にプロット（ａ₁，ａ₂，ａ₃，……，ａ_n）して行くことで、注視点Ａの３次元座標系での移動軌跡が得られる。

図３は、本発明の方法の一実施形態における全体構成としてのフロー図であり、フロー図左上のビデオカメラによって記録されたビデオ映像（ビデオ画面上の座標系）と、左下の３Ｄスキャナーなどを利用した現地測量によって得られた点群データ（３次元の絶対座標系または相対座標系）をマッチングさせ、出力データとして移動体の軌跡を３次元空間のデータで表した解析用ファイル（３次元の絶対座標系または相対座標系）を生成する流れを示している。

フロー図の中列は、ビデオ映像の個々のフレームの画像について、画面上に写し出されている固定点から、あらかじめ３次元座標が分かっている３点以上の標定点（ターゲット）の位置と、移動軌跡を求める注視点座標の位置を取り出し、透視変換により現地測量による３次元座標を有する点群データと重ね合わせて行く。

フロー図の右列では、この重ね合わせを一連のフレーム画像ごと行い、注視点の位置を座標変換して観測空間の３次元座標に埋め込んで行き、これを解析用ファイルとして出力する。

図４は、３次元座標への座標変換処理部分のフローの詳細を示したものである。

ビデオ映像のフレームの画像をパソコン等のコンピュータにデータとして読み込み、画面上で注視点の位置を確認する。３枚目以降のフレームについては、それまでの注視点の移動に基づいた移動予測を画面上に表示し、移動予測位置と目視に位置が一致していると判断されれば、画面上での注視点の位置をデバイス座標（ビデオ画面での座標）とする。目視される位置とずれがある場合には、操作者がカーソル（ポインター）を画面上の注視点に位置へ持って行き、クリックするなどしてその点を注視点のデバイス座標とする。この操作をビデオ映像のフレーム数だけ繰り返し、各フレームの注視点の位置をデバイス座標として出力する。

次に、出力されたデバイス座標を、３次元の点群データとビデオ画像上の標定点の関係から求めた座標変換テーブルのデータと対比し、３次元座標（現地座標）への変換を行う。その際、注視点の位置が座標変換テーブルに存在しない場合には、座標変換テーブルにある近接点の座標から座標計算を行う。この操作をビデオ映像のフレーム数だけ繰り返すことで、各フレームの注視点の位置を３次元座標（現地座標）で与える解析用ファイルができあがり、移動体の注視点の移動軌跡が得られる。

注視点は、例えば図２に示した移動体としての車両のタイヤホイール中央部の他、バークミラーの取付け部、ナンバープレートの角など、画面上で捕らえやすい位置であれば特に限定されない。また、注視点を一点だけでなく、複数設定すればより具体的な挙動が把握でき、さらに多数の注視点を設定すればよりリアルなアニメーション動画の形で移動軌跡を与えることもできる。

このようにして得られる移動軌跡のデータからは、フレーム間の移動を詳細に解析することで、車両等の移動体の速度、加速度、種々の要因による車線変更の様子などが分かり、また、車種との関係で排ガス量を推定したりすることもできる。また、長時間のビデオ映像から多数の注視点の移動軌跡を取り出し、交通シミュレーションとしてのアニメーション動画を作れば、観測空間での交通流の特徴を容易に把握することができ、交通施設の新設、再整備の配置計画の策定、評価に利用したり、既存交通施設の評価に利用することができる。

本発明を、道路を走行する車両の移動軌跡の解析に用いる場合の基本概念を示す俯瞰図である。 本発明の方法により車両ホイール部分の移動軌跡の解析した場合の例を示すビデオカメラ視準方向の図である。 本発明の方法の一実施形態における全体構成としてのフロー図である。 図３におけるスマート処理部分の詳細を示すフロー図である。

符号の説明

Ａ…ターゲット（標定点）、Ｂ…注視点、１…観測空間、２…道路、３…交差点、４…白線、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ…道路付帯設備、６…樹木、７…建物、１１…移動体（車両）２１…３Ｄスキャナー、２２…ビデオカメラ

Claims (5)

1. あらかじめ観測空間内にある固定物についての３次元座標を求めておき、該観測空間内を移動する移動体をビデオカメラで撮影し、撮影された映像について、前記固定物の３次元座標と撮影された映像の各フレーム内での移動体の相対的な位置関係から、該観測空間内における移動体の各部または特定部位の３次元座標を求め、該映像のフレームどうしの間での移動体の各部または特定部位の３次元空間での移動軌跡を求めることを特徴とする移動軌跡解析方法。
2. 前記固定物の３次元座標を、３Ｄスキャナーによって求めることを特徴とする請求項１記載の移動軌跡解析方法。
3. 前記固定物の３次元座標を、前記３Ｄスキャナーによって測定した点群の３次元座標で表し、これらの点群の３次元座標とビデオカメラによるフレームごとの画像をコンピュータ上でマッチングさせることで、観測空間内における移動体の各部または特定部位のフレームごとの３次元座標を求めることを特徴とする請求項１または２記載の移動軌跡解析方法。
4. ビデオカメラを複数箇所に配置し、各ビデオカメラで撮影された映像について、前記観測空間内における移動体の各部または特定部位の３次元座標を求めることを特徴とする請求項１、２または３記載の移動軌跡解析方法。
5. 前記移動体が道路を走行する車両であり、フレームどうしの間での移動体の各部または特定部位の３次元座標を比較することにより、車両の３次元空間での移動軌跡に加え、速度および／または加速度を求めることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の移動軌跡解析方法。

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