JP2009205642A - 車両速度判定装置および車両速度判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の低速移動と停止とを確実に判定する車両速度判定装置を提供する。
【解決手段】カメラ２は、速度判定の対象車両に搭載され、路面を含む車外の風景を撮影する。撮影は所定の周期で繰り返し行われ、撮影結果は、画像信号として画像処理部３へ送信される。画素抽出部４は、カメラ２が送信する画像信号から、速度判定に必要な画素のみを抽出して移動判定部６へ受け渡す。移動判定部６は、画素抽出部４によって抽出された画素から、車両の速度判定を行い、判定結果を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自車両の速度を計測する車載装置に関する。

自車両の速度を計測する際は、車速パルスを利用する方法が一般的である。車速パルスは、車速が低くなるほどパルス間隔が広くなる。そのため、車両が低速で移動している状態と停止している状態を区別することが困難である。これに対して、カメラの撮影画像を用いて車両の停止を検出する車両停止検出装置が存在する（特許文献１）。

特開２００７−１０４９６号公報

上述した装置は、車両の停止が確実である場合にのみ「停止」という結果を出力する。他方、車両の停止が不確実である場合には結果を出力しない。これにより、実際には車両が停止している場合であっても「停止」という結果が得られないことがあるという問題があった。

請求項１に係る発明は、自車両の速度を判定する車両速度判定装置において、自車両の近傍における光景を繰り返し撮像し、前記光景を表す画像信号を出力する撮像素子と、前記画像信号から画面内所定位置の画素成分を抽出する画素抽出手段と、最後に行われた車両速度判定の結果を記憶する判定結果記憶手段と、最後の車両速度判定で使用された前記所定位置の画素成分を記憶する画素記憶手段と、前記画素抽出手段により抽出された画素成分と、前記画素記憶手段に記憶されている画素成分とを比較し、前記判定結果記憶手段に記憶されている判定結果に応じて、前記車両の移動状態または停止状態を判定する速度判定手段と、を備えることを特徴とする車両速度判定装置である。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車両速度判定装置において、前記画素抽出手段により抽出された画素成分を時系列順に合成して時空間画像を生成する時空間画像生成手段と、前記時空間画像に含まれる道路標示を検出する道路標示認識手段と、前記時空間画像における前記道路標示の寸法と、道路上における前記道路標示の寸法とに基づいて、前記車両の速度を算出する速度演算手段と、を更に備えることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の車両速度判定装置において、前記画素抽出手段は、前記画像信号から、水平線状を成す複数画素の画素成分を抽出することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両速度判定装置において、前記速度判定手段は、前記画素抽出手段により抽出された画素成分と、前記画素記憶手段に記憶されている画素成分との比較を行う際に、輝度成分を用いることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、車両の近傍における光景を繰り返し撮像し、前記光景を表す画像信号を出力する撮像工程と、前記画像信号から所定位置の画素成分を抽出する画素抽出工程と、最後に行われた車両速度判定の結果を記憶する判定結果記憶工程と、最後に使用された前記所定位置の画素成分を記憶する画素記憶工程と、前記画素抽出手段により抽出された画素成分と、前記画素記憶工程により記憶されている画素成分とを比較し、前記判定結果記憶工程により記憶されている判定結果に応じて、前記車両の移動状態または停止状態を判定する速度判定工程と、を備えることを特徴とする車両速度判定方法である。
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の車両速度判定方法において、前記画素抽出工程により抽出された画素を時系列順に合成して時空間画像を生成する時空間画像生成工程と、前記時空間画像に含まれる道路標示を検出する道路標示認識工程と、前記時空間画像における前記道路標示の寸法と、道路上における前記道路標示の寸法とに基づいて、前記車両の速度を算出する速度演算工程と、を更に備えることを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項５または６に記載の車両速度判定方法において、前記画素抽出工程は、前記画像信号から、水平線状を成す複数画素の画素成分を抽出することを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項５〜７のいずれか一項に記載の車両速度判定方法において、前記速度判定工程は、前記画素抽出手段により抽出された画素成分と、前記画素記憶工程により記憶されている画素成分との比較を行う際に、輝度成分を用いることを特徴とする。

本発明によれば、カメラからの画像信号に基づいて、低速移動と停止を混同することなく車速を判定することができる。

――第１の実施の形態――
本実施形態における車両速度判定装置について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態における車両速度判定装置の全体構成を示すブロック図である。

車両速度判定装置１は、カメラ２および画像処理部３から構成される。カメラ２は、速度判定の対象車両に搭載され、路面を含む車外の風景を撮影する。撮影は所定の周期で繰り返し行われ（例えば毎秒１５回とする）、撮影結果は、画像信号として画像処理部３へ送信される。カメラ２の設置位置は、車両の前部あるいは後部である。以下の説明では、カメラ２は車両の後部に設置されているものとする。

画像処理部３は、カメラ２から送信される画像信号を解析することで、車両が停止しているか否かを判定し、判定結果を出力する。画像処理部３は、画素抽出部４、パラメータ記憶部５、移動判定部６、画素記憶部７および判定結果記憶部８を備える。

画素抽出部４は、カメラ２が送信する画像信号から、速度判定に必要な画素のみを抽出して移動判定部６へ受け渡す。移動判定部６は、画素抽出部４によって抽出された画素から、車両の速度判定を行い、判定結果を出力する。速度判定は、カメラ２から画像信号が送信されるたびに行われる。例えば、カメラ２が毎秒１５回の撮影を行うのであれば、速度判定も毎秒１５回行われる。

パラメータ記憶部５には、画素抽出部４および移動判定部６が用いる、しきい値などのパラメータが予め記録されている。画素記憶部７には、移動判定部６が最後に実行した速度判定で用いた画素が記録されている。例えば、移動判定部６が１０回目の速度判定を行うとき、画素記憶部７には、９回目の速度判定の際に用いられた画素が記憶されている。画素記憶部７の記録内容は、速度判定が完了する際に、移動判定部６によって更新される。判定結果記憶部８は、最後に行われた速度判定の結果を記録する。移動判定部６は、速度判定の際に、判定結果記憶部８に記録されている、上記の速度判定結果を用いる。

速度判定を最初に行うとき、画素記憶部７には０で初期化された画素が記録されている。また、判定結果記憶部８には、「移動」が記録されている。なお、上記以外の内容が初期値として記録されていてもよい。

次に、速度判定の方法について、図を用いて説明する。図２は、車両後部に設置したカメラ２が送信する画像信号の例を示す図である。撮影画像１１には、移動検出画素位置１４が設定されている。画素抽出部４は、移動検出画素位置１４に位置する画素を抽出する。移動検出画素位置１４は、検出精度を高めるため、他の移動物体が写らない場所に設定する。本実施例では、移動検出画素位置１４を、画像下部へライン状（高さ１ピクセル）に設定している。

ここでは、本実施の形態における速度判定について、判定処理の概略を述べる。速度判定には、画素抽出部４が上記抽出した画素の輝度成分のみを用いる。まず、画素記憶部７に記録されている前回抽出した画素（＝１５分の１秒前に撮影された撮影画像１１の移動検出画素位置１４にある各画素）と、今回抽出した画素との間で輝度値を比較し、各画素ごとに、前回抽出時からの輝度値の変化量（以下、輝度差分値と呼ぶ）を算出する。次に、輝度差分値の絶対値が、所定の画素変化判定しきい値（後に詳述する）を超えている画素数を調べる。そして、上記の画素数が一定数を超えた場合、車両が停止していないと判定する。以下、図３を参照しながら、速度判定処理の考え方を説明する。

図３は、画素抽出部４によって抽出された各画素における輝度成分を例示した図である。図３の例では、画素抽出部４が８個の画素を抽出するとしている。図３（ａ）は、画素記憶部７に記録されている画素の輝度値（ｎ回目の測定により得られた値）を示す。いま、ｎ＋１回目に抽出された画素の輝度値が図３（ｂ）に示される値であると仮定する。このとき、画素変化判定しきい値（すなわち、画素間の輝度差分値のしきい値（絶対値））が２０、画素数の判定しきい値が２であったとすると、上記画素判定しきい値２０を上回る輝度値の変化（−４０，−３０，＋４０）が３つの画素で発生していることから、車両は停止していないと判定（３＞２であるので）することができる。

しかしながら実際には、日光の当たり具合が変化するなどして、カメラ２が撮影した撮影画像１１（図２参照）全体の輝度が変化する場合が考えられる。このような場合の輝度値例を図３（ｃ）に示す。ｎ＋１回目に抽出された画素の輝度値が図３（ｃ）に示される値であった場合、車両が停止していたとしても、全ての画素において輝度差分値が画素変化判定しきい値（絶対値）２０よりも大きくなっているので、車両は停止していないと誤判定されてしまう（８個の画素＞画素数の判定しきい値２となるので）。このような誤判定を避けるため、移動判定部６は、各画素における輝度差分値から輝度差分値の平均値（以下、輝度差分平均値と呼ぶ）を算出し、上述した画素変化判定しきい値に絶対値を加算する。図３（ｃ）の場合、輝度差分平均値は４０となるので、修正後の画素変化判定しきい値は６０（＝２０＋４０）となる。その結果、各画素における輝度差分値の絶対値（３０〜５０）は、修正後の画素判定しきい値６０より小さな値となるので、上記６０を上回る輝度差分値を持つ画素数は０個である。かくして、速度判定の結果は「停止」となる（０＜２なので）。

次に、速度判定の具体的な処理内容について、図を用いて説明する。図４は、速度判定の処理手順を示すフローチャートである。まずステップＳ１では、移動検出画素位置１４（図２参照）に基づいて、Ｎ個の画素を抽出する。以下の説明では、抽出した画素を「移動判定画素」と呼ぶ。

ステップＳ２では、ステップＳ１で抽出したＮ個の移動判定画素と、前回の速度判定で用いた移動判定画素とを比較する。具体的には、各画素の輝度成分を取り出して、画素ごとに輝度差分値を算出する。ステップＳ３では、ステップＳ２で算出した各輝度差分値を基に、輝度差分平均値を算出する。

ステップＳ４では、まずステップＳ３で算出した輝度差分平均値の絶対値と、あらかじめ設定されている画素変化判定しきい値（例えば５とする）とを加算する。次に、ステップＳ１で抽出した移動判定画素について、各画素における輝度差分値の絶対値と、上記の加算結果とを比較して、上記の加算結果よりも大きな絶対値の輝度差分値を持つ画素を数える。以下の説明では、ここで数えた画素の数を変化画素数と呼ぶ。

ステップＳ５では、前回実行した速度判定（すなわち、１５分の１秒前の速度判定）の結果が「停止」か否かを判定する。前回の速度判定の結果が「停止」であれば、ステップＳ５により肯定判定がなされ、ステップＳ６へ進む。他方、ステップＳ５において否定判定がなされた場合は、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ６では、上記画素変化数と、あらかじめ設定されている停止判定しきい値（例えば５）とを比較し、上記画素変化数が停止判定しきい値よりも小さいか否かを判定する。画素変化数が停止判定しきい値よりも小さければ、ステップＳ６により肯定判定がなされ、ステップＳ８へ進む。他方、ステップＳ６において否定判定がなされた場合は、ステップＳ９へ進む。

ステップＳ７では、上記画素変化数と、あらかじめ設定されている移動判定しきい値（例えば１０）とを比較し、上記画素変化数が移動判定しきい値よりも大きいか否かを判定する。画素変化数が移動判定しきい値よりも大きければ、ステップＳ７により肯定判定がなされ、ステップＳ９へ進む。他方、ステップＳ７において否定判定がなされた場合は、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、速度判定の結果を「停止」に設定する。ステップＳ９では、速度判定の結果を「移動」に設定する。ステップＳ１０では、ステップＳ１で抽出した移動判定画素を保存し、次回の速度判定処理で参照できるよう、画素記憶部７（図１参照）の記憶内容を更新する。ステップＳ１１では、ステップＳ８またはステップＳ９で設定した速度判定の結果を判定結果記憶部８に保存し、次回の速度判定処理で参照できるようにする。

以上のようにして、車両速度判定装置１は速度判定を行い、「停止」または「移動」いずれかの速度判定結果を出力する。

上述した第１の実施の形態による車両速度判定装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）カメラで撮影した画像の輝度変化を用いて速度判定を行う。これにより、低速移動と停止を確実に判定することができる。

（２）輝度変化の検出には、移動検出画素位置で指定した画素のみを用いる。これにより、速度判定処理が高速に行える。

（３）輝度成分の変化量を見る際に、画素全体における輝度成分の変化量の平均値を考慮する。これにより、明るさの変化による誤判定を防止することができる。

（４）前回の判定結果によって、判定に用いるしきい値を使い分ける。これにより、判定結果として停止と移動が交互に連続するような、不安定な判定結果を回避できる。

――第２の実施の形態――
上述した第１の実施の形態では、速度判定の結果として「移動」と「停止」のみを出力していた。以下に詳述する第２の実施の形態では、抽出した画素を基に時空間画像を生成することで、より具体的な速度の算出を行う。

本実施形態における車両速度判定装置について、図を用いて説明する。図５は、本実施形態における車両速度判定装置の全体構成を示すブロック図である。車両速度判定装置２１は、カメラ２２、画像処理部２３および車速出力部３４から構成される。カメラ２２は、左右を反転した画像信号を出力する。画像処理部２３は、第１の実施形態と同様の、「移動」または「停止」という判定結果の他に、車両速度を出力する。

画像処理部２３は、画素抽出部２４、パラメータ記憶部２５、移動判定部２６、画素記憶部２７、判定結果記憶部２８、時空間画像生成部２９、時空間画像記憶部３０、道路標示認識部３１、道路標示ＤＢ３２および速度演算部３３を備える。このうち、画素抽出部２４、パラメータ記憶部２５、移動判定部２６、画素記憶部２７および判定結果記憶部２８については、第１の実施形態と同様である。

時空間画像生成部２９は、画素抽出部２４が抽出した画素と、時空間画像記憶部３０に記録されている時空間画像（後に詳述する）から、新しい時空間画像を生成する。道路標示認識部３１は、時空間画像から道路標示を検出する。速度演算部３３は、検出された道路標示および時空間画像のそれぞれの寸法から、車速を算出する。

時空間画像記憶部３０には、時空間画像生成部２９が生成した時空間画像が記録されている。時空間画像記憶部３０の記録内容は、画素抽出部２４によって抽出された画素を時空間画像生成部２９が受け取る度に、時空間画像生成部２９によって更新される。道路標示ＤＢ３２には、既存の道路標示の高さと形状があらかじめ記録されている。道路標示認識部３１は、道路標示ＤＢ３２の内容に基づいて、時空間画像から道路標示を検出する。

次に、時空間画像について説明する。時空間画像とは、既述の移動判定画素（図４のステップＳ１参照）を、時系列順に合成した画像のことを指す。図６は、移動中の車両におけるカメラ２２の映像と、それによって更新された時空間画像の例を示す図である。（ａ）〜（ｃ）の順に、時間が経過している。撮影画像（３６，３８，４０）の移動検出画素位置にある画素が、時空間画像（３７，３９，４１）の最上部に写し取られている。

画素抽出部２４から移動判定画素を受け取った時空間画像生成部２９は、時空間画像記憶部３０に記録されている古い時空間画像へ、移動判定画素を加えることによって、新しい時空間画像を生成する。生成された新しい時空間画像は、時空間画像記憶部３０に記録されると共に、道路標示認識部３１へ送られる。

時空間画像に現れる道路標示４２の大きさは、車速に応じて変化する。具体的には、車速が速ければ高さ４３が大きくなり、遅ければ高さ４３が小さくなる。速度演算部３３は、この性質を利用して車速を算出する。

次に、時空間画像から車速を算出する方法について説明する。前述の通り、時空間画像に現れる道路標示の高さは、車速に応じて変化する。他方、道路標示の中には、路面における大きさが一定であるものが存在する。そこで、ある高さの道路標示が、時空間画像においてある高さで現れた場合、これら２つの高さから、車速を算出することが可能である。

ここで、道路標示の高さ（メートル）をＬ、カメラ２２の撮影間隔（ミリ秒）をｔ、時空間画像における道路標示の高さ（ピクセル）をＮとすると、車速ｖ（ｋｍ／ｈ）は次式（１）にて表される。
ｖ＝３６００Ｌ／ｔＮ （１）

次に、時空間画像から車速を求める処理の内容について、図を用いて説明する。図７は、時空間画像から車速を算出する処理手順を示すフローチャートである。まずステップＳ２０で、時空間画像を生成する。ステップＳ２１では、時空間画像に対して道路標示の認識処理を行い、時空間画像に道路標示が存在するか否かを判定する。時空間画像に道路標示が見つかった場合、ステップＳ２１により肯定判定がなされ、ステップＳ２２へ進む。他方、ステップＳ２１において否定判定がなされた場合は、車速を算出せずに処理を終了する。この場合、車速は出力されない。

ステップＳ２２では、道路標示ＤＢ３２から、ステップＳ２１で認識した道路標示の高さを取得する。ステップＳ２３では、時空間画像における道路標示の高さを取得する。ステップＳ２４では、式（１）を用いて車速を算出する。ステップＳ２５では、算出した車速を出力する。

上述した第２の実施の形態による車両速度判定装置によれば、第１の実施の形態による車両速度判定装置で得られる作用効果に加えて、次の作用効果が得られる。カメラによる撮影画像から、時空間画像を生成して、道路標示を認識する。これにより、別途装置を必要とすることなく、車速を取得することができる。

次のような変形も本発明の範囲内である。
（１）画像処理部が、カメラから送信される画像信号を間引いて、画像信号の送信回数よりも少ない回数だけ速度判定を実行するようにしてもよい。例えば、カメラから画像信号が毎秒１５回送信されるとき、そのうち１２回は速度判定を行わず、毎秒３回だけ速度判定を実行するようにしてもよい。

（２）時空間画像に道路標示の全体像が現れる前に、道路標示の認識処理を開始してもよい。この場合、徐々に明らかになる道路標示に対して、あらかじめ道路標示の候補を用意し、少しずつ候補を絞り込むことができる。上記の処理を行うことで、道路標示の認識処理の負荷を分散することができる。

（３）時空間画像を用いて認識した道路標示から、走行中の道路の速度制限や交通規制情報を取得してもよい。また、これらの情報を、ナビゲーション処理などに用いてもよい。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

なお、以上説明した実施の形態における車両速度判定装置の各構成要素と特許請求の範囲の各構成要素との対応関係は以下の通りである。カメラ２は撮像素子に対応し、画素抽出部４は画素抽出手段に対応し、判定結果記憶部８は判定結果記憶手段に対応し、画素記憶部７は画素記憶手段に対応し、移動判定部６は速度判定手段に対応する。

なお、以上の対応関係の説明は一例であり、権利解釈に際して何ら拘束されるものではない。

第１の実施の形態における、車両速度判定装置の全体構造を示すブロック図である。 車両後部に設置したカメラが送信する、画像信号の例を示す図である。 画像抽出部によって抽出された画素の、輝度成分の例を示す図である。 速度判定の処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における、車両速度判定装置の全体構成を示すブロック図である。 移動中の車両におけるカメラの映像と、それによって更新された時空間画像の例を示す図である。 時空間画像から車速を算出する処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１、２１ 車両速度判定装置
２、２２ カメラ
３、３３ 画像処理部
４、２４ 画素抽出部
６、２６ 移動判定部
２９ 時空間画像生成部
３１ 道路標識認識部
３３ 速度演算部

Claims (8)

1. 自車両の速度を判定する車両速度判定装置において、
   自車両の近傍における光景を繰り返し撮像し、前記光景を表す画像信号を出力する撮像素子と、
   前記画像信号から画面内所定位置の画素成分を抽出する画素抽出手段と、
   最後に行われた車両速度判定の結果を記憶する判定結果記憶手段と、
   最後の車両速度判定で使用された前記所定位置の画素成分を記憶する画素記憶手段と、
   前記画素抽出手段により抽出された画素成分と、前記画素記憶手段に記憶されている画素成分とを比較し、前記判定結果記憶手段に記憶されている判定結果に応じて、前記車両の移動状態または停止状態を判定する速度判定手段と、
   を備えることを特徴とする車両速度判定装置。
2. 請求項１に記載の車両速度判定装置において、
   前記画素抽出手段により抽出された画素成分を時系列順に合成して時空間画像を生成する時空間画像生成手段と、
   前記時空間画像に含まれる道路標示を検出する道路標示認識手段と、
   前記時空間画像における前記道路標示の寸法と、道路上における前記道路標示の寸法とに基づいて、前記車両の速度を算出する速度演算手段と、
   を更に備えることを特徴とする車両速度判定装置。
3. 請求項１または２に記載の車両速度判定装置において、
   前記画素抽出手段は、前記画像信号から、水平線状を成す複数画素の画素成分を抽出することを特徴とする車両速度判定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両速度判定装置において、
   前記速度判定手段は、前記画素抽出手段により抽出された画素成分と、前記画素記憶手段に記憶されている画素成分との比較を行う際に、輝度成分を用いることを特徴とする車両速度判定装置。
5. 車両の近傍における光景を繰り返し撮像し、前記光景を表す画像信号を出力する撮像工程と、
   前記画像信号から所定位置の画素成分を抽出する画素抽出工程と、
   最後に行われた車両速度判定の結果を記憶する判定結果記憶工程と、
   最後に使用された前記所定位置の画素成分を記憶する画素記憶工程と、
   前記画素抽出手段により抽出された画素成分と、前記画素記憶工程により記憶されている画素成分とを比較し、前記判定結果記憶工程により記憶されている判定結果に応じて、前記車両の移動状態または停止状態を判定する速度判定工程と、
   を備えることを特徴とする車両速度判定方法。
6. 請求項５に記載の車両速度判定方法において、
   前記画素抽出工程により抽出された画素を時系列順に合成して時空間画像を生成する時空間画像生成工程と、
   前記時空間画像に含まれる道路標示を検出する道路標示認識工程と、
   前記時空間画像における前記道路標示の寸法と、道路上における前記道路標示の寸法とに基づいて、前記車両の速度を算出する速度演算工程と、
   を更に備えることを特徴とする車両速度判定方法。
7. 請求項５または６に記載の車両速度判定方法において、
   前記画素抽出工程は、前記画像信号から、水平線状を成す複数画素の画素成分を抽出することを特徴とする車両速度判定方法。
8. 請求項５〜７のいずれか一項に記載の車両速度判定方法において、
   前記速度判定工程は、前記画素抽出手段により抽出された画素成分と、前記画素記憶工程により記憶されている画素成分との比較を行う際に、輝度成分を用いることを特徴とする車両速度判定方法。

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