JP2013003920A - 道路状況把握装置 - Google Patents

Abstract

【課題】道路状況の判定精度および応答性を向上させることが可能となる道路状況把握装置を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る道路状況把握装置は、車両が走行する道路に対して設置され、当該道路上に設定された撮像範囲内の画像を撮像する撮像手段と、この撮像手段により撮像された画像から前記道路の撮像範囲内を走行する車両を検出する車両検出手段と、この車両検出手段により車両が検出されると、当該車両はブレーキランプが点灯しているか否かを判定する第１の判定手段と、この第１の判定手段により当該車両はブレーキランプが点灯している車両であると判定された場合、当該車両の台数はあらかじめ設定される所定値以上か否かを判定する第２の判定手段と、この第２の判定手段により当該車両の台数が所定値以上であると判定された場合、前記道路が車両で渋滞していると判定する第３の判定手段とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、道路状況把握装置に関する。

高速道路等の有料道路上などにおいて、路側に設置されたカメラで道路上に設定された撮像範囲内の画像を撮像し、撮像された画像から画像処理によって道路上を走行する車両を検出し、検出した車両の撮像範囲における走行速度、占有率の情報から現在の道路状況（渋滞、低速車両、停止車両、通常状態）を把握する道路状況把握装置が知られている。

このような撮像手段（カメラ）を用いた道路状況把握装置においては、画像処理を用いて、撮像範囲における車両の走行速度および占有率を算出し、算出した走行速度および占有率を用いて道路上における「渋滞」、「低速車両」、「停止車両」、「通常状態」を判定している。

しかしながら、従来の道路状況把握装置にあっては、ノイズ等による誤判定を防ぐため、車両の走行速度および占有率は、撮像手段の過去数フレーム画像の平均値を用いて事象判定を行なっている。そのため、車両の走行状況によっては事象判定の出力が瞬時に出ない等の問題がある。

特開２００２−２６９６８３号公報

本発明が解決しようとする課題は、道路状況の判定精度および応答性を向上させることが可能となる道路状況把握装置を提供することである。

実施形態に係る道路状況把握装置は、車両が走行する道路に対して設置され、当該道路上に設定された撮像範囲内の画像を撮像する撮像手段と、この撮像手段により撮像された画像から前記道路の撮像範囲内を走行する車両を検出する車両検出手段と、この車両検出手段により車両が検出されると、当該車両はブレーキが操作された際に点灯するブレーキランプが点灯しているか否かを判定する第１の判定手段と、この第１の判定手段により当該車両はブレーキランプが点灯している車両であると判定された場合、当該ブレーキランプが点灯している車両の台数はあらかじめ設定される所定値以上か否かを判定する第２の判定手段と、この第２の判定手段によりブレーキランプが点灯している車両の台数が所定値以上であると判定された場合、前記道路が車両で渋滞していると判定する第３の判定手段とを具備している。

実施形態に係る道路状況把握装置の構成を概略的に示す構成図。 実施形態の概要について説明する模式図。 実施形態の概要について説明する模式図。 実施形態の動作を説明するフローチャート。 実施形態の動作を説明するフローチャート。 実施形態の画像処理部において差分画像を取得する画像処理を説明する模式図。 実施形態の画像処理部におけるブレーキランプが点灯しているか否かの判定処理を説明する模式図。 実施形態の道路状況判定部において車両の移動距離を算出する処理を説明する模式図。 実施形態の道路状況判定部における道路状況の判定処理を説明する模式図。 従来装置での渋滞判定出力タイミングを説明する模式図。 本実施形態での渋滞判定出力タイミングを説明する模式図。

以下、実施形態の道路状況把握装置について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る道路状況把握装置の構成を概略的に示すものである。図１において、道路１１は高速道路等の有料道路（以降、単に道路と略称する）で、車両１２が図示矢印ａ方向に走行するものとする。

道路１１の側部には、撮像手段としてのビデオカメラ（以降、単にカメラと略称する）１３が設置されている。カメラ１３は、道路１１上に設定された撮像範囲１４内の画像を常時一定間隔（たとえば、３３ｍｓごと）で撮像してフレーム画像として出力するもので、出力されたフレーム画像は画像処理部１５に送られる。

なお、カメラ１３は、この例では走行する車両１２の斜め後方から車両１２の後部画像を撮像するようにしているが、道路１１上に設置して車両１２の斜め上方から車両１２の後部画像を撮像するようにしてもよい。要は、少なくとも車両１２のブレーキランプを撮像可能な位置に設置されていればよい。

画像処理部１５は、カメラ１３からの画像を入力として、後で詳細を説明する各種画像処理および判定処理等を行ない、その処理結果を道路状況判定部１６に送る。道路状況判定部１６は、画像処理部１５からの処理結果に基づき道路１１における道路状況を判定する。

ここで、道路状況判定部１６により判定する道路状況とは、たとえば、「渋滞」、「低速車両」、「停止車両」、「通常状態」の４状態とする。「渋滞」とは道路１１が車両１２で渋滞している状態、「低速車両」とは道路１１上にあらかじめ定められた所定値以下の速度で走行する車両１２が存在する状態、「停止車両」とは道路１１上に停止している車両１２が存在する状態、「通常状態」とは「渋滞」、「低速車両」、「停止車両」ではない状態を示すものとする。

道路状況判定部１６は、通信回線１７を介して上位装置（ホストコンピュータ）１８に接続されている。

以下、このような構成において動作を説明する。

まず、実際の動作を説明する前に本実施形態の概要について従来と比較して説明する。
たとえば、図１に示すように、撮像範囲１４外で渋滞が生じている場合を考える。図１中、１２ａ〜１２ｈは渋滞している車両を示している。また、撮像範囲１４内における車両１２の「平均速度」、「平均占有率」は事象判定の条件を満たさない状態であるとする。

従来の方法では、図３に示すように、撮像範囲１４内に車両１２の台数が増え、平均速度、平均占有率が事象判定の条件を満たすまで「渋滞」の判定は出力されない。

なお、図２は撮像範囲１４内に車両１２の台数が少なく、平均速度、平均占有率が事象判定の条件を満たさない状態時の撮像画像を示し、図３は図２の撮像画像の数フレーム後の撮像画像で、撮像範囲１４内に車両１２の台数が増え、平均速度、平均占有率が事象判定の条件を満たした状態を示している。

これに対し本実施形態では、撮像範囲１４内におけるブレーキランプの点灯する車両１２の台数を事象判定に用いることで、「渋滞」等の事象を判定する判定精度および応答性を向上させることが可能となる。

すなわち、高速道路等において、通常走行中の車両１２がブレーキを踏むことは考えにくいため、ブレーキランプを点灯させている車両１２があれば、前方に低速走行しなければならない原因が生じたと考えられる。

そのため、渋滞判定等の条件を満たしていなくても、ブレーキランプが点灯している車両１２の台数が所定値以上あれば「渋滞」が生じているとし、「渋滞」と判定する。
また、ブレーキランプが点灯している車両１２の台数が所定値に達していなくても、当該ブレーキランプが一定時間以上点灯している場合は「渋滞」が生じているとし、「渋滞」と判定する。これは、同一の車両１２が一定時間以上、撮像範囲１４内に残っている場合、前方に何か異常があると考えられるからである。

次に、図４および図５に示すフローチャートを参照して動作を説明する。
カメラ１３は、道路１１上に設定された撮像範囲１４内の画像を常時一定間隔で撮像し、撮像したフレーム画像を画像処理部１５へ順次送る（ステップＳ１）。画像処理部１５は、カメラ１３で撮像されたフレーム画像ごとに所定の画像処理を行なうことにより道路１１を走行する車両１２を検出する（ステップＳ２）。

具体的に説明すると、たとえば、まず、あらかじめ撮像範囲１４内の車両１２等が存在しない路面のみの画像（図６（ａ）参照）を基準画像として図示しないメモリに保持しておく。この状態で、カメラ１３で撮影された画像が入力されると、当該入力画像（図６（ｂ）参照）とあらかじめメモリに保持された基準画像との間で各画素の輝度値の差を求めることで輝度の差分画像を取得し（図６（ｃ）参照）、差分がある箇所を車両１２とする。

次に、画像処理部１５は、取得した差分画像から撮像範囲１４内に存在する車両１２の台数を算出する（ステップＳ３）。すなわち、取得した差分画像における差分の塊がある箇所の個数を算出し、それを車両１２の台数とする。

次に、画像処理部１５は、検出した車両１２のブレーキが操作された際に点灯するブレーキランプが点灯しているか否かを判定する（ステップＳ４〜Ｓ７）。
以下、ブレーキランプが点灯しているか否かの判定処理について、図７に示す具体例をも参照して説明する。なお、図７（ａ）は入力画像で、右側の車両１２Ｒはブレーキランプが点灯状態、左側の車両１２Ｌはブレーキランプが非点灯状態の場合を示している。図７（ｂ）は図７（ａ）の入力画像に対する差分画像を示している。

まず、図７（ｃ）に示すように、検出した車両１２Ｒ，１２Ｌ（差分の塊がある箇所）ごとに、差分画像内のブレーキランプが存在する位置に評価領域Ｅ１，Ｅ２を設定する（ステップＳ４）。これは、あらかじめ車両１２のブレーキランプが存在する位置を登録しておくことにより設定する。

次に、設定した評価領域Ｅ１，Ｅ２の輝度値およびその周辺領域の輝度値をそれぞれ求め、求めた評価領域Ｅ１，Ｅ２の各輝度値とその周辺領域の輝度値とを比較する（ステップＳ５）。ここに、ブレーキランプが点灯状態の場合、他所に比較して輝度値が非常に高くなる。

次に、輝度値の比較の結果、評価領域Ｅ１，Ｅ２の輝度値と周辺領域の輝度値との差があらかじめ定められた一定値以上か否かを判定し（ステップＳ６）、一定値以上ある場合は評価領域内の差分を点灯したブレーキランプとして認識する（ステップＳ７）。図７の例の場合、評価領域Ｅ１内の差分（車両１２Ｒのブレーキランプ）を点灯したブレーキランプとして認識する。

次に、画像処理部１５は、点灯したブレーキランプ有りと認識した車両１２の台数を算出する（ステップＳ８）。すなわち、点灯したブレーキランプ有りと認識した差分の塊の個数を算出し、それをブレーキランプ点灯の車両１２の台数とする。図７の例の場合、ブレーキランプ点灯の車両１２の台数は「１」となる。

次に、道路状況判定部１６は、画像処理部１５の処理結果に基づき道路１１が渋滞しているか否かを判定する（ステップＳ９〜Ｓ１０）。すなわち、画像処理部１５で算出されたブレーキランプ点灯の車両１２の台数は、あらかじめ設定される所定数ｎ以上か否かを判定する（ステップＳ９）。この判定の結果、ブレーキランプ点灯の車両１２の台数が所定数ｎ以上の場合、道路１１が車両１２で渋滞していると判定し（ステップＳ１０）、ステップＳ１に戻って次のフレーム画像に対する動作を繰り返す。

ステップＳ９の判定の結果、ブレーキランプ点灯の車両１２の台数が所定数ｎ以下の場合、当該ブレーキランプが点灯している車両１２のブレーキランプの点灯時間（点灯していると認識された時点からの点灯時間）を算出し、算出した点灯時間はあらかじめ設定される所定値ｔ以上か否かを判定する（ステップＳ１１）。この判定の結果、ブレーキランプの点灯時間が所定値ｔ以上の場合、道路１１が車両１２で渋滞していると判定し（ステップＳ１０）、ステップＳ１に戻って次のフレーム画像に対する動作を繰り返す。

ステップＳ１１の判定の結果、ブレーキランプの点灯時間が所定値ｔ以下の場合、道路状況判定部１６は、画像処理部１５の処理結果に基づき「渋滞」、「低速車両」、「停止車両」、「通常状態」の４状態を判定する（ステップＳ１２〜Ｓ１５）。以下、道路状況の判定処理について説明する。

まず、現在フレームの差分画像とそれよりも１フレーム前の差分画像とを比較して車両１２の移動距離Ｌを算出することにより、車両１２の「速度」を算出する（ステップＳ１２）。

すなわち、たとえば、Ｎフレーム目の差分画像（現在フレームの差分画像）Ｃ１およびＮ−１フレーム目の差分画像（１フレーム前の差分画像）Ｃ２が図８に示すものとすると、これら差分画像Ｃ１，Ｃ２を比較することにより車両１２の移動距離Ｌを算出する。次に、Ｎフレーム目の画像取得とＮ−１フレーム目の画像取得との時間間隔を画像処理周期Ｔとして算出する。次に、これら求めた移動距離Ｌおよび画像処理周期Ｔを用いて［Ｌ／Ｔ］なる演算を行なうことにより、車両１２の「速度」を算出する。

次に、画像処理部１５で得られた差分画像と撮像範囲１４内の車線面積（道路１１の面積）とから車両１２の「占有率（道路１１における車両１２の占める割合）」を算出する（ステップＳ１３）。

すなわち、得られた差分画像内の差分の塊（車両１２）の面積をＭ１、撮像範囲１４内の車線面積（道路１１の面積）をＭ２とすると、［Ｍ１／Ｍ２］なる演算を行なうことにより、車両１２の「占有率」を算出する。

次に、算出した「速度」および「占有率」を用いて過去複数（Ｎ）フレーム分の「平均速度」および「平均占有率」を算出する（ステップＳ１４）。以下、図９を参照して具体的に説明する。図９（ａ）は１フレーム目の画像で、算出された「速度」はＶ１、「占有率」はＲ１とする。図９（ｂ）は２フレーム目の画像で、算出された「速度」はＶ２、「占有率」はＲ２とする。図９（ｃ）はＮフレーム目の画像で、算出された「速度」はＶｎ、「占有率」はＲｎとする。ここで、「平均速度」をＶａｖｅ、「平均占有率」をＲａｖｅとすると、
Ｖａｖｅ＝（Ｖ１＋Ｖ２＋…＋Ｖｎ）／ｎ
Ｒａｖｅ＝（Ｒ１＋Ｒ２＋…＋Ｒｎ）／ｎ
となる。

次に、算出した「平均速度Ｖａｖｅ」および「平均占有率Ｒａｖｅ」を用いて「渋滞」、「低速車両」、「停止車両」、「通常状態」の判定処理を行なう（ステップＳ１５）。これらの道路状況の判定条件は、たとえば、以下のようになっている。
「渋滞」 ：Ｖａｖｅ≦Ｖｌｗ かつ Ｒａｖｅ≧Ｒｊｍ
「低速車両」：Ｖａｖｅ≦Ｖｌｗ かつ Ｒｊｍ≧Ｒａｖｅ≧Ｒｌｗ
「停止車両」：Ｖａｖｅ≦Ｖｓｔ かつ Ｒｊｍ≧Ｒａｖｅ≧Ｒｓｔ
「通常状態」：渋滞」、「低速車両」、「停止車両」でない場合
ここに、Ｖｌｗ：低速閾値、Ｖｓｔ：停止速度閾値、Ｒｊｍ：渋滞占有率閾値、Ｒｌｗ：低速占有率閾値、Ｒｓｔ：停止占有率閾値である。
なお、上記判定処理は一例であり、たとえば、車両１２の「占有率」の代わりに撮像範囲１４内の「車両台数」を使用してもよい。
ステップＳ１５の判定処理が終了すると、ステップＳ１に戻って次のフレーム画像に対する動作を繰り返す。

ステップＳ６において、評価領域Ｅ１，Ｅ２の輝度値と周辺領域の輝度値との差が一定値以上ない場合、ステップＳ１２に進み、上記同様な動作を繰り返す。

図１０は従来装置での渋滞判定出力タイミングを示し、図１１は本実施形態での渋滞判定出力タイミングを示している。ここでは渋滞判定の閾値を、Ｖｌｗ＝２５ｋｍ／ｈ、Ｒｊｍ＝３５％とする。

図１０（ａ）は、たとえば「速度」が４０ｋｍ／ｈ、「占有率」が２０％、「平均速度」が６０ｋｍ／ｈ、「平均占有率」が１５％の撮像画像を示し、図１０（ｂ）は、たとえば「速度」が２５ｋｍ／ｈ、「占有率」が３５％、「平均速度」が３５ｋｍ／ｈ、「平均占有率」が２５％の撮像画像を示し、図１０（ｃ）は、たとえば「速度」が１５ｋｍ／ｈ、「占有率」が４０％、「平均速度」が２５ｋｍ／ｈ、「平均占有率」が３５％の撮像画像を示しており、従来装置では図１０（ｃ）の状態になったときに始めて「渋滞」と判定される。

これに対し本実施形態では、図１１に示すように、ブレーキランプが点灯する車両の台数を検出し、検出した車両台数が所定値以上（たとえば、複数台）あれば「渋滞」が生じているとし、「渋滞」と判定するので、従来に比較して迅速に「渋滞」と判定することが可能となる。

以上述べた少なくとも１つの実施形態の道路状況把握装置によれば、ブレーキランプが点灯する車両の台数を検出し、事象判定に用いることにより道路状況の判定精度および応答性を向上させることが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１１…道路、１２…車両、１３…カメラ（撮像手段）、１４…撮像範囲、１５…画像処理部、１６…道路状況判定部、１７…通信回線、１８…上位装置（ホストコンピュータ）。

Claims (4)

1. 車両が走行する道路に対して設置され、当該道路上に設定された撮像範囲内の画像を撮像する撮像手段と、
   この撮像手段により撮像された画像から前記道路の撮像範囲内を走行する車両を検出する車両検出手段と、
   この車両検出手段により車両が検出されると、当該車両はブレーキが操作された際に点灯するブレーキランプが点灯しているか否かを判定する第１の判定手段と、
   この第１の判定手段により当該車両はブレーキランプが点灯している車両であると判定された場合、当該ブレーキランプが点灯している車両の台数はあらかじめ設定される所定値以上か否かを判定する第２の判定手段と、
   この第２の判定手段によりブレーキランプが点灯している車両の台数が所定値以上であると判定された場合、前記道路が車両で渋滞していると判定する第３の判定手段と、
   を具備したことを特徴とする道路状況把握装置。
2. 前記第２の判定手段によりブレーキランプが点灯している車両の台数が所定値以下であると判定された場合、当該ブレーキランプが点灯している車両のブレーキランプの点灯時間はあらかじめ設定される所定値以上か否かを判定する第４の判定手段と、
   この第４の判定手段によりブレーキランプが点灯している車両のブレーキランプの点灯時間が所定値以上であると判定された場合、前記道路が車両で渋滞していると判定する第５の判定手段と、
   をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載の道路状況把握装置。
3. 前記第１の判定手段により当該車両はブレーキランプが点灯している車両でないと判定された場合、前記撮像手段により撮像された画像から前記道路の撮像範囲における車両の走行速度および占有率または台数を算出する第１の算出手段と、
   この第１の算出手段により算出された車両の走行速度および占有率または台数に基づき、少なくとも前記道路が車両で渋滞しているか否かを判定する第６の判定手段と、
   をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載の道路状況把握装置。
4. 前記第４の判定手段によりブレーキランプが点灯している車両のブレーキランプの点灯時間が所定値以下であると判定された場合、前記撮像手段により撮像された画像から前記道路の撮像範囲における車両の走行速度および占有率または台数を算出する第２の算出手段と、
   この第２の算出手段により算出された車両の走行速度および占有率または台数に基づき、少なくとも前記道路が車両で渋滞しているか否かを判定する第７の判定手段と、
   をさらに具備したことを特徴とする請求項２記載の道路状況把握装置。

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