JP2017207379A - 速度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱光の変化が激しい環境においても、移動体の速度を光学的な情報を基に高精度で測定する速度測定装置を提供する。【解決手段】速度測定装置１００は、路面Ｆで反射した光を電気信号に変換する撮像素子２３と、路面Ｆで反射した光を撮像素子２３において結像させる鏡筒２１と、撮像素子２３と路面Ｆとの間に配置されるフィルタ２２と、撮像素子２３から入力される電気信号に基づき、撮像時刻が異なる２つの撮像画像の比較によって、車両Ｖの速度を算出する速度算出部３１と、を備え、フィルタ２２を含む平面は、光の透過率が異なる複数の領域を有し、速度算出部３１は、複数の前記領域のうち、前記比較に適した輝度分布の領域を選択し、当該領域に対応する撮像素子２３からの前記電気信号に基づいて、車両Ｖの速度を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、移動体の速度を測定する速度測定装置に関する。

被写体を撮像する撮像装置として、例えば、特許文献１には、受光部に蓄積された信号電荷を読み出す際、長さの異なる複数の電荷蓄積期間を設定するようにした撮像装置について記載されている。

また、特許文献２には、画像信号の輝度分布を検出し、検出した輝度分布に応じて露光時間を設定する撮像装置について記載されている。

特開２００５‐１３００５４号公報 特開２００５‐６５１１９号公報

ところで、路面からの反射光を光電変換によって電気信号に変換し、この電気信号に基づいて移動体の速度を測定する速度測定装置が知られている。この速度測定装置は、ＧＰＳ（Global Positioning System）の位置情報に基づいて速度を算出する場合と比較して、ＧＰＳ電波環境に依存せず、路面に対する移動体の速度を高精度で測定できるという利点がある。

前記した特許文献１の発明を速度測定装置に適用すると、例えば、移動体がトンネルに入ったときに、各画素の輝度が急激に低くなるが、画像信号の増幅に用いられるゲインの応答遅れにより、一定時間、速度の測定に適した画像信号が得られない可能性がある。

また、前記した特許文献２の発明では、複数回の撮像を行う解決手段であることから、フレームレートが重要なマシンビジョンにおける高速化要求と原理的に両立しない可能性が高い。

そこで、本発明は、外乱光の変化が激しい環境においても、移動体の速度を光学的な情報を基に高精度で測定する速度測定装置を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するために、本発明は、路面で反射した光を受光し、受光した光を電気信号に変換する光電変換素子と、前記路面で反射した光を前記光電変換素子に向けて収束させ、前記光電変換素子に結像させる鏡筒と、前記光電変換素子と前記路面との間に配置されるフィルタと、を有し、移動体に設置される本体部と、前記光電変換素子から入力される前記電気信号に基づき、撮像時刻が異なる２つの撮像画像の比較によって、前記移動体の速度を算出する速度算出部と、を備え、前記フィルタを含む平面は、光の透過率が異なる複数の領域を有し、前記速度算出部は、複数の前記領域のうち、前記比較に適した輝度分布の領域を選択し、当該領域に対応する前記光電変換素子からの前記電気信号に基づいて、前記移動体の速度を算出することを特徴とする。

本発明によれば、外乱光の変化が激しい環境においても、移動体の速度を光学的な情報を基に高精度で測定する速度測定装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る速度測定装置の構成図である。 速度測定装置が備える本体部の分解斜視図である。 テンプレートマッチングに基づく速度の測定に関する説明図であり、（ａ）は前回の撮像結果の説明図であり、（ｂ）は今回の撮像結果の説明図である。 速度測定装置が備える速度算出部の処理を示すフローチャートである。 速度測定装置が備える速度算出部の処理を示すフローチャートである。 （ａ）は車両が暗い場所に移動したときのテンプレート領域の設定に関する説明図であり、（ｂ）は車両が明るい場所に移動したときのテンプレート領域の設定に関する説明図である。 本発明の第２実施形態に係る速度測定装置の構成図である。 速度測定装置の本体部が備えるフィルタと、フィルタに入射するレーザ光と、の位置関係を示す説明図である。 （ａ）は路面に対する車両の傾きの算出に関する説明図であり、（ｂ）は車両が左右方向で傾いていない状態における撮像結果の説明図であり、（ｃ）は車両が左右方向で傾いている状態における撮像結果の説明図である。 本発明の第３実施形態に係る速度測定装置が備える撮像素子の説明図である。 速度測定装置が備える速度算出部の処理を示すフローチャートである。 本発明の変形例に係る速度測定装置において、各領域とゲインとの関係を示す説明図である。 本発明の別の変形例に係る速度測定装置に関する説明図であり、（ａ）は第１領域に対応する各画素の輝度ヒストグラムであり、（ｂ）は第２領域に対応する各画素の輝度ヒストグラムであり、（ｃ）は第３領域に対応する各画素の輝度ヒストグラムであり、（ｄ）は輝度の代表値と、電気信号を増幅する際のゲインと、の関係を示す説明図である。

≪第１実施形態≫
＜速度測定装置の構成＞
図１は、第１実施形態に係る速度測定装置１００の構成図である。
速度測定装置１００は、車両Ｖ（移動体）の速度を測定する装置である。図１に示すように、速度測定装置１００は、投光機１０と、本体部２０と、演算装置３０と、表示装置４０と、を備えている。

投光機１０は、路面Ｆに向けて光を投光する機器であり、車両Ｖに設置されている。投光機１０は、投光された光が路面Ｆで反射し、路面Ｆで反射した光の一部が本体部２０のレンズ２１ｂに入射するように配置されている。

本体部２０は、路面Ｆからの反射光を、この路面Ｆの凹凸による輝度や色合いのパターンを示す電気信号に変換し、さらに、前記した電気信号を演算装置３０に出力するカメラであり、車両Ｖに設置されている。図１に示すように、本体部２０は、鏡筒２１と、フィルタ２２と、撮像素子２３（光電変換素子）と、を備えている。

鏡筒２１は、路面Ｆで反射した光を撮像素子２３に向けて収束させ、撮像素子２３に結像させるものである。この鏡筒２１は、有底円筒状の収容体２１ａと、収容体２１ａの開口付近に設けられるレンズ２１ｂと、を備えている。なお、図１では一例として、鏡筒２１が１つのレンズ２１ｂを備える構成を示しているが、収容体２１ａの軸方向において複数のレンズを重ねて配置してもよい。

フィルタ２２は、自身に入射する光の一部を吸収するものであり、薄膜状を呈している。フィルタ２２として、例えば、ＮＤフィルタ（Neutral Density）を用いることができるが、これに限定されない。図１に示す例では、レンズ２１ｂと撮像素子２３との間にフィルタ２２が配置されている。より詳しく説明すると、撮像素子２３との間に所定の隙間を設けて、フィルタ２２が配置されている。そして、フィルタ２２を透過した光が撮像素子２３に入射するようになっている。

図２は、速度測定装置１００が備える本体部２０の分解斜視図である。なお、図２では、収容体２１ａ（図１参照）の図示を省略している。
図２に示すように、フィルタ２２は、光の透過率が異なる３つの「領域」として、第１領域２２ａと、第２領域２２ｂと、第３領域２２ｃと、を備えている。

第１領域２２ａは、光の透過率が最も高い矩形状の領域であり、鏡筒２１（図１参照）の光軸Ｋを含む位置に設けられている。第１領域２２ａにおける光の透過率は、例えば、略１００％である。なお、撮像素子２３の光軸Ｋ付近は、周辺領域に比べて光の透過量が多いため、この光軸Ｋを含む領域に、光の透過率が最も高い第１領域２２ａを配置するようにしている。これによって、第１領域２２ａを透過した光を光電変換することで、比較的暗い環境下でも路面Ｆの凹凸を、カメラ（つまり、本体部２０）本来の性能を犠牲にすることなく高感度で撮像できる。

第２領域２２ｂは、光の透過率が第１領域２２ａよりも低い矩形状の領域であり、第１領域２２ａに隣接している。第２領域２２ｂにおける光の透過率は、例えば、６０％である。
第３領域２２ｃは、光の透過率が第１領域２２ａ及び第２領域２２ｂよりも低い矩形状の領域であり、第１領域２２ａに隣接している。第３領域２２ｃにおける光の透過率は、例えば、２０％である。

図２に示すように、車両Ｖの前後方向に対して垂直な左右方向において、第１領域２２ａの一方側に第２領域２２ｂが配置され、他方側に第３領域２２ｃが配置されている。
また、第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、及び第３領域２２ｃにおいて、隣り合う２つの領域の境界線は、車両Ｖ（図１参照）が前後方向に移動する際の移動方向に対して平行になっている。

図２に示す撮像素子２３は、路面Ｆ（図１参照）で反射してフィルタ２２を透過した光を受光し、受光した光を電気信号に変換する素子であり、図示はしないが、前後・左右方向（行・列方向）において多数のフォトダイオードが平面上に配列された構成になっている。さらに、撮像素子２３は、図示はしないが、フォトダイオードに隣接し、フォトダイオードと一対一で接続される複数の増幅器を備えている。そして、撮像素子２３の各フォトダイオードは、フィルタ２２を透過した光によって光電流を発生させ、この光電流を電気信号として各増幅器に出力するようになっている。このような撮像素子２３の方式として、例えば、ロウとカラムで直接データを読み込むＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）を用いることができるが、これに限定されない。

図１に示す演算装置３０は、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成されている。そして、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。

演算装置３０は、速度算出部３１と、記憶部３２と、を備えている。
速度算出部３１は、撮像素子２３から入力される電気信号に基づき、撮像時刻が異なる２つの撮像画像の比較によって、車両Ｖの速度を算出する機能を有している。
記憶部３２には、速度算出部３１のプログラムや、前記撮像画像のデータ等が格納される。なお、演算装置３０が実行する処理については後記する。

表示装置４０は、例えば、ディスプレイであり、演算装置３０に接続されている。表示装置４０は、演算装置３０の演算結果等を表示する機能を有している。

＜テンプレートマッチングについて＞
図３は、テンプレートマッチングに基づく速度の測定に関する説明図であり、（ａ）は前回の撮像結果の説明図であり、（ｂ）は今回の撮像結果の説明図である。
車両Ｖの走行中、本体部２０（図１参照）によって所定のフレームレート（例えば、１秒間に５０回の撮像）で路面Ｆが撮像される。図３（ａ）に示すように、撮像素子２３の撮像範囲Ｐには、矩形状のテンプレート領域Ｑが設定されている。このテンプレート領域Ｑは、車両Ｖの速度を算出する際の基準として用いられる領域である。そして、撮像時刻が異なる２つの撮像画像を用いて、前回の撮像画像に含まれるテンプレート領域Ｑの画像が、今回の撮像画像のどこに位置しているかを、パターンマッチング（比較）によって探索するようにしている。このような処理が、路面Ｆを撮像するたびに繰り返される。

図３（ａ）に示す例では、撮像素子２３の撮像範囲Ｐにおいて、光の透過率６０％の第２領域２２ｂに対応する範囲の一部にテンプレート領域Ｑが設定されている。より詳しく説明すると、車両Ｖの前方への移動に伴って、撮像範囲Ｐで画像が移動する向き（図３（ａ）の矢印を参照）の上流側に矩形状のテンプレート領域Ｑが設定されている。

図３（ｂ）に示す今回の撮像結果のうち、前回の撮像によって得られたテンプレート領域Ｑの画像（図３（ａ）の部分拡大図を参照）に相当する領域Ｒが、パターンマッチングによって探索される。そして、前記した領域Ｒと、テンプレート領域Ｑと、の間の画素数Ｍ、一画素当たりの実際の長さ、及び所定のフレームレートに基づき、速度算出部３１（図１参照）によって車両Ｖの速度が算出される。

このようなテンプレート領域Ｑに基づくパターンマッチングを「テンプレートマッチング」という。テンプレートマッチングの手法として、例えば、正規化相互相関法を用いることができるが、これに限定されない。

テンプレートマッチングでは、撮像範囲Ｐにおいて、第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、及び第３領域２２ｃのいずれか（図３では、第２領域２２ｂ）に対応する位置にテンプレート領域Ｑが設定される。また、車両Ｖの前後方向における全画素数Ｎ１によって、テンプレートマッチングで測定可能な速度上限が規定される。前記したように、第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、及び第３領域２２ｃの境界線を、車両Ｖの左右方向ではなく、前後方向に対して平行にすることで、測定可能な速度上限を十分に確保できる。

＜速度測定装置における処理＞
図４は、速度測定装置１００が備える速度算出部３１の処理を示すフローチャートである（適宜、図１、図３を参照）。なお、図４の「ＳＴＡＲＴ」時には車両Ｖが走行中であり、光の透過率６０％である第２領域２２ｂにテンプレート領域Ｑが設定されているものとする。

ステップＳ１０１において速度算出部３１は、前回（１フレーム前）の撮像結果（図３（ａ）参照）において、テンプレート領域Ｑの輝度分布がランダムであるか否かを判定する。例えば、アスファルトの路面Ｆを走行しているときには、テンプレート領域Ｑの輝度分布がランダムである（つまり、速度の測定に適している）ことが多い。また、例えば、テンプレート領域Ｑの略全域に白線が写っている場合には、テンプレート領域Ｑの輝度分布がランダムでない（均一である）と判定されることが多い。なお、ランダムであるか否かの判定には、分散値のような統計的指標と、予め設定された閾値を用いることができる。

ステップＳ１０１においてテンプレート領域Ｑの輝度分布がランダムでない場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２において速度算出部３１は、テンプレート領域Ｑの平均輝度が所定範囲内であるか否かを判定する。つまり、速度算出部３１は、テンプレート領域Ｑに含まれる各画素の輝度の平均値（平均輝度）が、テンプレートマッチング（比較）に適した大きさであるか否かを判定する。すなわち、速度算出部３１は、白飛びや黒潰れが発生しているか否か（撮像に用いるゲインの大きさが適当であるか否か）を判定する。なお、平均輝度に関する「所定範囲」は、事前の実験等に基づいて、予め設定されている。

ステップＳ１０２においてテンプレート領域Ｑの平均輝度が所定範囲内である場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３において速度算出部３１は、テンプレート領域Ｑの位置を移動できるか否かを判定する。すなわち、速度算出部３１は、現時点でテンプレート領域Ｑとして使用している第２領域２２ｂ内で、輝度分布がランダムな箇所にテンプレート領域Ｑを移動できるか否かを判定する。例えば、テンプレート領域Ｑの輝度分布が均一で、しかも灰色である場合には、ゲインの大きさは適当ではあるが、コンクリート等の模様がない場所であると推定される。このような場合、速度算出部３１は、第２領域２２ｂ内でテンプレート領域Ｑを移動させることを試みる。
ステップＳ１０３においてテンプレート領域Ｑの位置を移動できると判定した場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４において速度算出部３１は、テンプレート領域Ｑの位置を移動する。例えば、速度算出部３１は、撮像範囲Ｐにおいて画像が移動していく向き（図３（ａ）参照）の上流側にテンプレート領域Ｑを移動させる。これによって、所定のフレームレートで測定可能な速度上限を十分に確保しつつ、輝度分布がランダムな箇所にテンプレート領域Ｑを移動できる。

ステップＳ１０４においてテンプレート領域Ｑの位置を移動させた後、ステップＳ１０５において速度算出部３１は、テンプレートマッチングを実行する。すなわち、速度算出部３１は、テンプレート領域Ｑの輝度分布（図３（ａ）参照）を基準として、この輝度分布との相関値が最も高い領域Ｒ（図３（ｂ）参照）を第２領域２２ｂ内で探索する。

また、ステップＳ１０２においてテンプレート領域Ｑの平均輝度が所定範囲外である場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０６において速度算出部３１は、テンプレート領域Ｑを設定する領域（第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、又は第３領域２２ｃ）として、テンプレートマッチングに適した、光の透過率が異なる他の領域を試したか否かを判定する。テンプレートマッチングに適した、光の透過率が異なる他の領域をまだ試していない場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７において速度算出部３１は、テンプレート領域Ｑを設定（使用）する領域を変更する。すなわち、速度算出部３１は、第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、及び第３領域２２ｃのうち、テンプレートマッチング（比較）に適した輝度分布の領域を選択する。なお、「比較に適した」とは、画像が白とび又は黒潰れしておらず、さらに、その平均輝度が所定範囲内であり、さらに、その輝度分布が適度にランダムであることを意味している。

ステップＳ１０７の処理を行った後、速度算出部３１の処理は「ＳＴＡＲＴ」に戻る（図５の「ＲＥＴＵＲＮ」）。そして、速度算出部３１は、テンプレートマッチングに適した領域にテンプレート領域Ｑを設定する。

図６（ａ）は、車両Ｖが暗い場所に移動したときのテンプレート領域Ｑの設定に関する説明図である。
例えば、太陽光が照りつけているアスファルトの路面Ｆの走行中、各撮像素子２３において、第２領域２２ｂに対応する範囲の一部にテンプレート領域Ｑが設定されていたとする（図６（ａ）の「前回の撮像結果」を参照）。この状態からトンネルに入った場合、オートゲインを適用していたとしても、それが機能するまでにはいくらか時間を要する。その結果、テンプレート領域Ｑの平均輝度は過小で、テンプレートマッチング（比較）に適していないことが多い。このような場合、ステップＳ１０７において速度算出部３１は、第２領域２２ｂよりも光の透過率が高い第１領域２２ａに新たなテンプレート領域Ｑを設定する（図６（ａ）の「今回の撮像結果」を参照）。

第１領域２２ａは、光の透過率が略１００％であり、また、鏡筒２１の光軸Ｋ（図２参照）を含む領域に設けられているため、光の感度が非常に高い。前記したように、トンネルに入った直後に、テンプレート領域Ｑを第１領域２２ａに対応する箇所に設定する（つまり、第２領域２２ｂから第１領域２２ａに変更する）ことで、所定のフレームレートのテンプレートマッチングを欠落なく適切に行うことができる。

図６（ｂ）は、車両Ｖが明るい場所に移動したときのテンプレート領域Ｑの設定に関する説明図である。
例えば、アスファルトの路面Ｆの走行中、各撮像素子２３において、第２領域２２ｂに対応する範囲の一部にテンプレート領域Ｑが設定されていたとする（図６（ｂ）の「前回の撮像結果」を参照）。その後、車両Ｖが走行する路面Ｆがアスファルトからコンクリートに変わった場合、テンプレート領域Ｑの平均輝度が過大で、テンプレートマッチング（比較）に適していないことが多い。このような場合、ステップＳ１０７において速度算出部３１は、第２領域２２ｂよりも光の透過率が低い第３領域２２ｃに新たなテンプレート領域Ｑを設定する（図６（ｂ）の「今回の撮像結果」を参照）。

このように、光の透過率２０％の第３領域２２ｃに対応する箇所にテンプレート領域Ｑを設定することで、平均輝度が高くなりやすいコンクリートでも、表面の模様を適切に撮像できる。したがって、路面Ｆがアスファルトからコンクリートに変わった直後も、所定のフレームレートでテンプレートマッチングを適切に行うことができる。

再び、図４に戻って説明を続ける。
ステップＳ１０６において光の透過率が異なる他の領域を既に試した場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１０８に進む。つまり、テンプレートマッチングに適した領域がない場合、速度算出部３１の処理はステップＳ１０８に進む。
ステップＳ１０８において速度算出部３１は、計測可能な速度上限を犠牲にする方向にテンプレート領域Ｑの位置を移動できるか否かを判定する。すなわち、速度算出部３１は、現時点で使用している領域内（例えば、第２領域２２ｂ）で、撮像結果の画像が移動する向き（図３（ａ）参照）の下流側にテンプレート領域Ｑを移動できるか否かを判定する。

ステップＳ１０８において、計測可能な速度上限を犠牲にする方向にテンプレート領域Ｑの位置を移動できる場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１０９に進む。
ステップＳ１０９において速度算出部３１は、速度上限を犠牲にする方向にテンプレート領域Ｑの位置を移動させた後、ステップＳ１０５においてテンプレートマッチングを実行する。

また、ステップＳ１０３又はステップＳ１０８において、テンプレート領域Ｑの位置をそれ以上移動できない場合（Ｓ１０３：Ｎｏ、Ｓ１０８：Ｎｏ）、速度算出部３１の処理は、図５のステップＳ１１０に進む。
ステップＳ１１０において速度算出部３１は、速度補間を実行する。すなわち、速度算出部３１は、過去の履歴速度を利用した単純な外挿補間、あるいは直近の１ショット又は複数ショットの間が空いている２つの画像を用いてテンプレートマッチングを実行し、車両Ｖの速度を算出する。これによって、例えば、テンプレート領域Ｑに白線等が一時的に撮像された場合でも、車両Ｖの速度を算出し続けることができる。

また、図４のステップＳ１０５においてテンプレートマッチングを実行した後、速度算出部３１の処理は、図５のステップＳ１１１に進む。
ステップＳ１１１において速度算出部３１は、マッチングできたか否かを判定する。つまり、速度算出部３１は、前回（１フレーム前）の撮像結果に含まれるテンプレート領域Ｑ（図３（ａ）参照）の画像を基準として、最も相関値の高い領域Ｒ（図３（ｂ）参照）を探索できたか否かを判定する。

ステップＳ１１１においてマッチングできた場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２において速度算出部３１は、車両Ｖの速度を算出する。すなわち、速度算出部３１は、テンプレート領域Ｑと、テンプレートマッチングに基づいて探索した領域Ｒと、の間の画素数Ｍ（図３（ｂ）参照）、一画素当たりの実際の長さ、及び所定のフレームレートに基づいて、車両Ｖの速度を算出する。

また、ステップＳ１１１においてマッチングできなかった場合（Ｓ１１１：Ｎｏ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１１３に進む。
ステップＳ１１３において速度算出部３１は、回転を考慮してテンプレートマッチングを再び実行する。例えば、車両Ｖがカーブしながら走行しているときには、図３（ｂ）に示す領域Ｒが、テンプレート領域Ｑに対して所定角度の回転の位置関係になる。したがって、回転に対する対応力の低い正規化相関法等を利用する場合、回転を考慮したテンプレートマッチングの試行が必要となる。

ステップＳ１１４において速度算出部３１は、マッチングできたか否かを判定する。なお、十分に高い値の相関値が得られたかどうかに加えて、例えば、車両Ｖの進行方向において、車両Ｖの加速度を考慮した範囲内にマッチングが収まっているか否かの判定を追加してもよい。ステップＳ１１４においてマッチングできた場合（Ｓ１１４：Ｙｅｓ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１１２に進む。一方、マッチングできなかった場合（Ｓ１１４：Ｎｏ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１１５に進む。例えば、グレーチング（網状の蓋）や、路面Ｆに描かれた白線等がテンプレート領域Ｑに写っている場合、そのままのテンプレート領域Ｑの位置ではテンプレートマッチングを行えないことがある。

ステップＳ１１５において速度算出部３１は、テンプレート領域Ｑの位置を移動できるか否かを判定する。すなわち、速度算出部３１は、テンプレート領域Ｑとして現在使用している領域内で（第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、又は第３領域２２ｃ）、撮像結果の画像が移動する向き（図３（ａ）参照）の上流側にテンプレート領域Ｑを移動できるか否かを判定する。テンプレート領域Ｑを移動できる場合（Ｓ１１５：Ｙｅｓ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１１６に進む。

ステップＳ１１６において速度算出部３１は、グレーチング等が写っていない箇所にテンプレート領域Ｑを移動させる。
ステップＳ１１７において速度算出部３１は、テンプレートマッチングを実行する。
ステップＳ１１８において速度算出部３１は、マッチングできたか否かを判定する。マッチングできた場合（Ｓ１１８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２において速度算出部３１は、テンプレートマッチングの結果に基づいて速度を算出する。一方、マッチングできなかった場合（Ｓ１１８：Ｎｏ）、ステップＳ１１０において速度算出部３１は、前記した速度補間に基づいて、車両Ｖの速度を算出する。

また、ステップＳ１１５においてテンプレート領域Ｑを移動できない場合（Ｓ１１５：Ｎｏ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１１９に進む。
ステップＳ１１９において速度算出部３１は、計測可能な速度上限を犠牲にする方向（撮像範囲において画像が移動する向きの下流側：図３（ａ）参照）に、テンプレート領域Ｑの位置を移動できるか否かを判定する。速度上限を犠牲にする方向にテンプレート領域Ｑの位置を移動できる場合（Ｓ１１９：Ｙｅｓ）、速度算出部３１の処理はステップＳ１１６に進む。

一方、速度上限を犠牲にする方向にもテンプレート領域Ｑの位置を移動できない場合（Ｓ１１９：Ｎｏ）、ステップＳ１１０において速度算出部３１は、前記した速度補間に基づいて、車両Ｖの速度を算出する。
ステップＳ１１０又はステップＳ１１２の処理を行った後、速度算出部３１の処理は、次のフレームを取得し、図４の「ＳＴＡＲＴ」に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。このようにして、速度算出部３１は、図４、図５に示す一連の処理を繰り返す。

＜効果＞
第１実施形態によれば、第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、及び第３領域２２ｃのうち、テンプレートマッチングに適した輝度分布の領域にテンプレート領域Ｑが設定される。したがって、例えば、走行中の車両Ｖがトンネルに入った直後には、光の透過率が最も高い第１領域２２ａにテンプレート領域Ｑを設定（変更）することで、所定のフレームレートで車両Ｖの速度を測定し続けることができる。また、例えば、トンネルから出た直後には、光の透過率６０％の第２領域２２ｂにテンプレート領域Ｑを設定（変更）することで、所定のフレームレートで車両Ｖの速度を測定し続けることができる。このように、本実施形態によれば、路面Ｆの状態や車両Ｖの走行環境の変化（明るさの変化）に応じて、車両Ｖの速度を高精度で測定できる。すなわち、外乱光の変化が激しい環境においても、車両Ｖの速度を光学的な情報を基に高精度で測定できる。
また、多くのカメラが備える輝度のオートゲインを有効にした上で、適切に機能させることはそれほど難しくないため、対応できる輝度レンジをより広げることが可能となる。

また、フィルタ２２において光の透過率が最も高い第１領域２２ａが、鏡筒２１の光軸Ｋを含む位置に配置されている（図２参照）。したがって、トンネル等の暗い環境下でも、路面Ｆの凹凸のパターンを適切に撮像し、車両Ｖの速度を高精度で測定できる。

また、フィルタ２２において、第１領域２２ａと第２領域２２ｂとの境界線、及び第１領域２２ａと第３領域２２ｃとの境界線は、車両Ｖが前後方向に移動する際の移動方向に対して平行になっている（図２参照）。したがって、前記した境界線が車両Ｖの移動方向に対して垂直である場合と比較して、所定のフレームレートで測定可能な速度上限を十分に確保できる。

≪第２実施形態≫
第２実施形態は、速度測定装置１００Ａ（図７参照）が、路面Ｆに向けてレーザ光を照射するレーザ光照射部５１，５２を備えるとともに、車両Ｖの傾きを算出する傾き算出部３３を備える点が第１実施形態とは異なっている。なお、その他については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

＜速度測定装置の構成＞
図７は、第２実施形態に係る速度測定装置１００Ａの構成図である。なお、図７では、投光機１０及び車両Ｖの図示を省略している。
図７に示すように、速度測定装置１００Ａは、本体部２０Ａと、演算装置３０Ａと、表示装置４０と、レーザ光照射部５１，５２と、を備えている。

レーザ光照射部５１は、路面Ｆに向けてレーザ光を照射するレーザポインタであり、ホルダＧによって本体部２０の右側に固定されている。
レーザ光照射部５２は、路面Ｆに向けてレーザ光を照射するレーザポインタであり、ホルダＧによって本体部２０の左側に固定されている。

図７に示す例では、左右方向において、鏡筒２１の光軸Ｋとレーザ光照射部５１との距離と、鏡筒２１の光軸Ｋとレーザ光照射部５２との距離と、が等しくなっている。本体部２０及びレーザ光照射部５１，５２は、例えば、車両Ｖ（図示せず）の背面側に設置されている。

また、レーザ光照射部５１，５２は、各レーザ光及び鏡筒２１の光軸Ｋが平行になるように配置されている。さらに、レーザ光照射部５１，５２は、自身から照射されるレーザ光が、本体部２０Ａによって撮像される位置に設けられている。

図７に示すように、演算装置３０Ａは、速度算出部３１と、記憶部３２と、傾き算出部３３と、を備えている。
速度算出部３１は、第１実施形態と同様の方法で車両Ｖの速度を算出する機能を有している。
傾き算出部３３は、本体部２０Ａの撮像範囲におけるレーザ光の画像上の位置に基づいて、路面Ｆに対する車両Ｖの傾きを算出する機能を有している。なお、傾き算出部３３の処理については後記する。

図８は、速度測定装置１００Ａの本体部２０Ａが備えるフィルタ２２Ａと、フィルタ２２Ａに入射するレーザ光と、の位置関係を示す説明図である。
図８に示すように、フィルタ２２Ａは、光の透過率が異なる「領域」として、第１領域２２ａと、第２領域２２ｂと、第３領域２２ｃと、第４領域２２ｄと、第５領域２２ｅと、を備えている。鏡筒２１の光軸Ｋ（図７参照）を含む第１領域２２ａが、光の透過率が最も高く（例えば、略１００％）、次いで第２領域２２ｂ（例えば、６０％）、第３領域２２ｃ（例えば、２０％）、第４領域２２ｄ（例えば、数％）及び第５領域２２ｅ（例えば、数％）の順に光の透過率が低くなっている。

ちなみに、第４領域２２ｄの光の透過率と、第５領域２２ｅの光の透過率と、は略同一であってもよいし、また、一方の透過率が他方よりも高くてもよい。

図８に示す例では、車両Ｖの左側に向かって順に、第４領域２２ｄ、第３領域２２ｃ、第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、及び第５領域２２ｅが隣接して配置されている。撮像素子２３において、第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、及び第３領域２２ｃに対応する範囲は、第１実施形態と同様に、テンプレートマッチングに基づく速度の算出に用いられる。

第４領域２２ｄは、鏡筒２１の右側のレーザ光照射部５１（図７参照）から照射されて、路面Ｆで反射したレーザ光が入射する領域である。
第５領域２２ｅは、鏡筒２１の左側のレーザ光照射部５１（図７参照）から照射されて、路面Ｆで反射したレーザ光が入射する領域である。
このように、他の領域と比べて光の透過率が低い第４領域２２ｄ及び第５領域２２ｅにレーザ光が入射するようになっている。これによって、撮像結果におけるレーザ光の周囲の輝度が低くなるため、高輝度であるレーザ光の位置が特定しやすくなる。

＜速度測定装置における処理＞
図９（ａ）は、路面Ｆに対する車両Ｖの傾きの算出に関する説明図である。
図９（ａ）に示すように、本体部２０Ａの画角の１／２をθとする。また、鏡筒２１の下端面（路面Ｆ側のレンズ２１ｂの中心）を原点Ｏとし、この原点Ｏを基準としてｘ，ｙ，ｚ軸を設定する。ｘ軸の正の向きは、車両Ｖ（図示せず）の前後方向を基準とする右向きに一致している。ｚ軸の正の向きは、レーザ光照射部５１，５２からレーザ光が照射される向きに一致している（つまり、ｚ軸と各レーザ光は平行である）。

また、路面Ｆにおいて、レーザ光照射部５１から照射されたレーザ光が反射する位置をＤ１とし、位置Ｄ１のｚ座標の値をＤ１_ｚとする。同様に、路面Ｆにおいて、レーザ光照射部５２から照射されたレーザ光が反射する位置をＤ２とし、位置Ｄ２のｚ座標の値をＤ２_ｚとする。
また、撮像範囲Ｐ（図９（ｂ）参照）におけるｘ方向（車両Ｖの左右方向）の全画素数をＮとする。そうすると、撮像範囲Ｐにおける一画素に映るｘ方向の実際の長さδは、以下の式（１）で表される。

また、撮像範囲Ｐにおいて、レーザ光照射部５１のレーザ光が撮像された位置をＥ１（図９（ｂ）参照）とし、ｘ方向の中心線Ｗから位置Ｅ１までの画素数をｎ１（図９（ｂ）参照）とする。同様に、撮像範囲Ｐにおいて、レーザ光照射部５２のレーザ光が撮像された位置をＥ２とし、ｘ方向の中心線Ｗから位置Ｅ２までの画素数をｎ２とする。
また、鏡筒２１の光軸Ｋとレーザ光照射部５１の中心軸との距離、及び、鏡筒２１の光軸Ｋとレーザ光照射部５２の中心軸との距離をＬとする（図９（ａ）参照）。そうすると、前記した画素数ｎ１は、以下の式（２）で表される。

したがって、前記した値Ｄ１_ｚは、以下の式（３）で表される。なお、角度θ（本体部２０Ａの画角の１／２）、ｘ方向の全画素数Ｎ、及び、光軸Ｋとレーザ光照射部５１の中心軸との距離Ｌは、既知である。また、画素数ｎ１は、本体部２０Ａの撮像結果に基づいて求められる。

同様にして、前記した値Ｄ２_ｚも求められる。さらに、路面Ｆに対して車両Ｖが左右方向に傾いている角度をφとする（つまり、鏡筒２１の光軸Ｋに対して垂直な平面と、路面Ｆと、のなす角度をφとする：図９（ａ）参照）と、この角度φは、前記した値Ｄ１_ｚ，Ｄ２_ｚを用いて、以下の式（４）で求められる。ちなみに、路面Ｆに対して車両Ｖの右部が左部よりも下がって傾いている状態では角度φが正の値になり、逆の状態では角度φが負の値になる。

図９（ｂ）は、車両Ｖが左右方向で傾いていない状態における撮像結果の説明図である。車両Ｖが左右方向に傾いていない（つまり、角度φ＝０°：図９（ａ）参照）ときには、撮像範囲Ｐにおける左右方向の中心線Ｗからの画素数ｎ１，ｎ２が等しくなる。ちなみに、値Ｄ１_ｚ，Ｄ２_ｚが小さくなる（つまり、レーザ光照射部５１，５２と路面Ｆとの距離が短くなる）につれて、画素数ｎ１，ｎ２の値が大きくなる。

図９（ｃ）は、車両Ｖが左右方向で傾いている状態における撮像結果の説明図である。
例えば、路面Ｆに対して車両Ｖが左右方向で傾くことで、レーザ光照射部５１と路面Ｆとの距離よりも、レーザ光照射部５２と路面Ｆとの距離の方が長くなった場合を考える（Ｄ１_ｚ＜Ｄ２_ｚ）。この場合、撮像範囲Ｐにおけるレーザ光の位置Ｅ１，Ｅ２は、図９（ｃ）に示す位置関係になる。つまり、画素数ｎ２よりも画素数ｎ１の方が大きくなり、車両Ｖの傾きを示す角度φが正の値になる。このようにして、傾き算出部３３は、撮像範囲Ｐにおけるレーザ光の画像上の位置に基づいて、路面Ｆに対する車両Ｖの傾きを示す角度φを算出する。なお、前記した角度φの算出方法は一例であり、これに限定されるものではない。

＜効果＞
第２実施形態によれば、速度算出部３１によって車両Ｖの速度を算出できるとともに、傾き算出部３３によって路面Ｆに対する車両Ｖの傾きも算出できる。つまり、撮像範囲Ｐにおけるレーザ光の位置に基づいて、路面Ｆに対する車両Ｖの傾き（姿勢）を算出することができる。

≪第３実施形態≫
第３実施形態は、第１実施形態の構成からフィルタ２２（図１、図２参照）を省略し、代わりに、撮像素子２３のフォトダイオード（図示せず）について、各領域で異なる長さの露光時間を設定するようにしている。なお、その他の構成については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

＜速度測定装置の構成＞
図１０は、第３実施形態に係る速度測定装置が備える撮像素子２３の説明図である。なお、図１０では、前後・左右方向に配列されてなる個々のフォトダイオードの図示を省略している。
図１０に示すように、撮像素子２３の各フォトダイオードが配列されてなる「領域」は、第１領域２３ａと、第２領域２３ｂと、第３領域２３ｃと、を有している。
第１領域２３ａは、路面Ｆを撮像する際の露光時間が最も長い矩形状の領域であり、鏡筒２１の光軸Ｋを含む位置に設けられている。第２領域２３ｂは、露光時間が第１領域２３ａよりも短い矩形状の領域であり、第１領域２３ａに隣接している。第３領域２３ｃは、露光時間が第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂよりも短い矩形状の領域であり、第１領域２３ａに隣接している。

図１０に示すように、第１領域２３ａ、第２領域２３ｂ、及び第３領域２３ｃにおいて、隣り合う２つの領域の境界線は、車両Ｖが前後方向に移動する際の移動方向に対して平行になっている。そして、第１領域２３ａ、第２領域２３ｂ、及び第３領域２３ｃのうちいずれかの領域（例えば、第２領域２３ｂ）に、テンプレートマッチングを行うためのテンプレート領域Ｑが設定される。

＜速度測定装置における処理＞
図１１は、速度算出部３１の処理を示すフローチャートである（適宜、図１０を参照）。なお、第１実施形態（図４参照）と同様の処理には、同一のステップ番号を付している。また、図１０を用いて説明したように、第１領域２３ａ、第２領域２３ｂ、及び第３領域２３ｃにおいて、異なる長さの露光時間で路面Ｆが撮像されるものとする。

ステップＳ１０２においてテンプレート領域Ｑの平均輝度が所定範囲外である場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、速度算出部３１の処理はステップＳ２０１に進む。
ステップＳ２０１において速度算出部３１は、テンプレート領域Ｑを設定する領域（第１領域２３ａ、第２領域２３ｂ、又は第３領域２３ｃ）として、テンプレートマッチングに適した、露光時間の長さが異なる他の領域を試したか否かを判定する。テンプレートマッチングに適した、露光時間の長さが異なる他の領域をまだ試していない場合（Ｓ２０１：Ｎｏ）、速度算出部３１の処理はステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２において速度算出部３１は、テンプレート領域Ｑを設定（使用）する領域を変更する。すなわち、速度算出部３１は、第１領域２３ａ、第２領域２３ｂ、及び第３領域２３ｃのうち、テンプレートマッチング（比較）に適した輝度分布の領域を選択する。

例えば、露光時間が中程度である第２領域２３ｂにテンプレート領域Ｑを設定している状態で車両Ｖがトンネルに入った場合、テンプレート領域Ｑの平均輝度が過小になるため、テンプレートマッチング（比較）には適していない。したがって、ステップＳ２０２において速度算出部３１は、第２領域２３ｂよりも露光時間が長い第１領域２３ａにテンプレート領域Ｑを設定する。
また、例えば、アスファルトの路面Ｆの走行中、露光時間が中程度である第２領域２３ｂにテンプレート領域Ｑが設定されていたとする。その後、車両Ｖが走行する路面Ｆがコンクリートに変わった場合、第２領域２３ｂではテンプレート領域Ｑの平均輝度が過大になるため、テンプレートマッチング（比較）には適していない。したがって、ステップＳ２０２において速度算出部３１は、第２領域２３ｂよりも露光時間が短い第３領域２３ｃにテンプレート領域Ｑを設定する。

ステップＳ２０２の処理を行った後、速度算出部３１の処理は「ＳＴＡＲＴ」に戻る（「ＲＥＴＵＲＮ」）。そして、速度算出部３１は、テンプレートマッチングに適した領域にテンプレート領域Ｑを設定し、テンプレート領域Ｑに対応する各撮像素子からの電気信号に基づいて、車両Ｖの速度を算出する。これによって、走行環境が変化しても車両Ｖの速度を高精度に測定し続けることができる。なお、ステップＳ１０３以後の処理は、第１実施形態（図４、図５参照）と同様であるから、説明を省略する。

＜効果＞
第３実施形態によれば、露光時間の異なる第１領域２３ａ、第２領域２３ｂ、及び第３領域２３ｃのうち、テンプレートマッチングに適した輝度分布の領域にテンプレート領域Ｑを設定するようにしている。これによって、走行環境が変化しても、車両Ｖの速度を高精度で測定し続けることができる。

≪変形例≫
以上、本発明に係る速度測定装置１００等について各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第１実施形態では、撮像素子２３からの電気信号を増幅器において所定のゲインで増幅する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、第１領域２２ａ（図２参照）に対応する各撮像素子については、この第１領域２２ａの光量分布を補正する形のゲインで各撮像素子からの電気信号を増幅するようにしてもよい。他の第２領域２２ｂや第３領域２２ｃについても同様である。このような制御の一例を、図１２を用いて説明する。

図１２は、変形例に係る速度測定装置において、各領域とゲインとの関係を示す説明図である。
図１２に示す例では、フィルタ２２において、光の透過率の最も高い第１領域２２ａに対応する各撮像素子に関して、小さめのゲインが設定されている。一方、光の透過率の最も低い第３領域２２ｃに対応する各撮像素子に関して、大きめのゲインが設定されている。また、光の透過率が中程度の第２領域２２ｂに対応する各撮像素子に関して、中程度のゲインが設定されている。

このように、フィルタ２２における透過率の高さの違いを相殺するようにゲインを設定することで、図４のステップＳ１０６において、マッチングに適した模様の位置を、車両Ｖの前後方向に対して垂直な左右方向から探せば良いことになる。つまり、フィルタ２２を用いない画像による速度測定装置で必要な処理をほとんど変えることなく、周囲の光量変化に強くなる（柔軟に対応できる）フィルタ２２の効果を得ることができる。

また、次に説明するように、第１実施形態の構成において、第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、及び第３領域２２ｃの輝度ヒストグラムをそれぞれ生成し、この輝度ヒストグラムに基づいてゲインを変更してもよい。

図１３（ａ）は、別の変形例に係る速度測定装置において、第１領域２２ａに対応する各画素の輝度ヒストグラムである。なお、各撮像素子からの電気信号を所定の（つまり、各領域で同一の）ゲインで増幅した結果として、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のデータが得られたものとする。
前記したように、第１領域２２ａは光の透過率（例えば、略１００％）が最も高いため、輝度が比較的高い画素が多くを占めている。なお、図１３（ａ）に示す輝度Ｊ１は、第１領域２２ａに対応する各画素の輝度の代表値である。このような代表値として、例えば、輝度Ｊ１以上の画素数と、輝度Ｊ１未満の画素数と、が等しくなる値を用いることができる（図１３（ｂ）に示す輝度Ｊ２、図１３（ｃ）に示す輝度Ｊ３についても同様）。

図１３（ｂ）は、第２領域２２ｂに対応する各画素の輝度ヒストグラムである。
フィルタ２２において第２領域２２ｂは光の透過率（例えば、６０％）が中程度であるため、輝度が中程度の画素が多くを占めている。
図１３（ｃ）は、第３領域２２ｃに対応する各画素の輝度ヒストグラムである。
フィルタ２２において第３領域２２ｃは光の透過率（例えば、２０％）が最も低いため、輝度が比較的低い画素が多くを占めている。

図１３（ｄ）は、輝度の代表値と、電気信号を増幅する際のゲインと、の関係を示す説明図である。
図１３（ｄ）に示すように、輝度の代表値が高いほど、撮像素子２３の電気信号を増幅する際のゲインを小さな値に設定してもよい。すなわち、速度算出部３１は、フィルタ２２を透過した光を受光する撮像素子２３からの電気信号に関して、フィルタ２２の設置範囲に対応する領域の輝度分布に応じたゲインで電気信号を増幅する。例えば、第１領域２２ａに関しては、代表値である輝度Ｊ１が比較的高いため、この輝度Ｊ１に対応して、ゲインＧ１が小さめの値に設定（変更）される。このように、フィルタ２２の各領域における透過率の違いを、ゲインで相殺するようにしてもよい。これによって、フィルタ２２を用いない画像による速度測定装置で必要な処理をほとんど変えることなく、周囲の光量変化に強くなる（柔軟に対応できる）フィルタ２２の効果を得ることができる。

また、第１実施形態では、鏡筒２１の光軸Ｋを含む位置に、光の透過率の最も高い第１領域２２ａ（図２参照）を配置する構成について説明したが、これに限らない。例えば、鏡筒２１の光軸Ｋを含む位置に、最も使用頻度が高い領域（例えば、透過率が中程度の第２領域２２ｂ）を配置してもよい。これにより、一般的なレンズにおいてもっとも解像度の高い領域を長期間利用できることになり、速度計測を行う上で有利になる。

また、第１実施形態で説明した図４のステップＳ１０８，Ｓ１０９の処理を省略してもよい。なお、第２実施形態で説明した図１１のステップＳ１０８，Ｓ１０９についても同様である。

また、第１、第２実施形態では、本体部２０が備える撮像素子２３としてＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合について説明したが、これに限らない。例えば、撮像素子２３としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサを用いてもよい。

また、第１実施形態（図１参照）では、レンズ２１ｂと撮像素子２３との間にフィルタ２２を設ける構成について説明したが、これに限らない。すなわち、撮像素子２３と路面Ｆとの間において、光軸方向で任意の位置にフィルタ２２を設けてもよい。例えば、光軸方向において複数のレンズを重ねて配置する場合において、レンズと他のレンズとの間にフィルタ２２を設けてもよい。また、最も路面Ｆに近いレンズ（つまり、前玉）の路面Ｆ側にフィルタ２２を設けてもよい。これによって、撮像素子２３に入射する光の透過率が連続的に変化するため、適度な輝度分布の箇所にテンプレート領域Ｑを設定できる。

また、各実施形態では、鏡筒２１がレンズ２１ｂを備える構成について説明したが、レンズ２１ｂに加えて、プリズムやミラーを用いてもよい。
また、第１実施形態では、光の透過率が異なる３つの領域（第１領域２２ａ、第２領域２２ｂ、及び第３領域２２ｃ：図２参照）をフィルタ２２が備える構成について説明したが、これに限らない。すなわち、前記した領域の個数は２つであってもよいし、また、４つ以上であってもよい。なお、第２、第３実施形態についても同様のことがいえる。

また、車両Ｖが前後方向に移動する際の移動方向に対して垂直な方向において、光の透過率が連続的に（グラデーション状に）変化するようにフィルタを構成してもよい。このような構成も「フィルタを含む平面が、光の透過率が異なる複数の領域を有する」という事項に含まれる。また、前記した構成のフィルタにおいて、光の透過率が他の領域と比べて小さい側の領域（例えば、光の透過率が３０％以下の領域）に、レーザ光照射部５１，５２のレーザ光が入射するようにしてもよい。これによって、撮像結果において、レーザ光照射部からのレーザ光の周囲の輝度が低くなるため、高輝度であるレーザ光の位置を特定しやすくなる。

また、第２実施形態では、本体部２０Ａ（図７参照）の右側にレーザ光照射部５１を設け、本体部２０Ａの左側にレーザ光照射部５２（図７参照）を設ける構成について説明したが、これに限らない。例えば、本体部２０Ａの前後方向両側にレーザ光照射部を一つずつ設けてもよい。これによって、第２実施形態と同様の方法で、車両Ｖの前後方向の傾き（姿勢）を算出できる。また、レーザ光照射部を３つ以上設け、車両Ｖの前後・左右の傾きをそれぞれ算出するようにしてもよい。このような構成において、好ましくは、光の透過率の最も低い領域に結像するように、レーザ光照射部からのレーザ光を照射する。これによって、撮像結果におけるレーザ光の周囲の輝度が低くなるため、高輝度であるレーザ光の位置を特定しやすくなる。

また、第２実施形態では、フィルタ２２Ａにおいて光の透過率の最も小さい領域にレーザ光が入射するように領域２２ａ〜２２ｅを配列する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、光の透過率の最も小さい領域に限らず、光の透過率が５０％以下、さらに好ましくは、光の透過率が３０％以下の領域にレーザ光が入射するようにしてもよい。

また、第２実施形態では、鏡筒２１（図７参照）の光軸Ｋと、各レーザ光と、が平行になるようにレーザ光照射部５１，５２を配置する構成について説明したが、これに限らない。すなわち、レーザ光照射部５１，５２から斜め方向にレーザ光を照射するようにしてもよい。

また、第１実施形態では、本体部２０（図１参照）が一枚のフィルタ２２を備える構成について説明したが、これに限らない。例えば、鏡筒２１の光軸を含む領域（第１領域２２ａに相当する領域：図２参照）にはフィルタを設けず、第２領域２２ｂに所定の透過率（例えば、６０％）のフィルタを配置するとともに、第３領域２２ｃに所定の透過率（例えば、２０％）の別のフィルタを配置してもよい。すなわち、フィルタを含む平面が、光の透過率が異なる複数の領域を有する構成であればよい。

また、各実施形態では、本体部２０，２０Ａがカメラである場合について説明したが、これに限らない。例えば、路面で反射した光をレンズ及びスリットを介して、櫛形構造の光電変換素子上に結像させ、光電変換素子で発生する光電流の変化をパルス列に変換し、このパルス列を計数することで車両Ｖの速度を算出する、いわゆる空間フィルタ方式にも各実施形態を適用できる。

また、各実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせ、第１領域２３ａ、第２領域２３ｂ、及び第３領域２３ｃ（図１０参照）の各撮像素子の露光時間を異なる長さに設定するとともに（第３実施形態）、撮像範囲におけるレーザ光の位置に基づいて車両Ｖの傾きを算出するようにしてもよい（第２実施形態）。

また、各実施形態では、車両Ｖに投光機１０（図１参照）を設置する構成について説明したが、投光機１０を省略してもよい。
また、各実施形態では、速度測定装置１００等によって車両Ｖの速度を測定する構成について説明したが、これに限らない。例えば、速度測定装置１００等によって、二輪車や鉄道車両等の「移動体」の速度を測定するようにしてもよい。

１００，１００Ａ 速度測定装置
１０ 投光機
２０，２０Ａ 本体部
２１ 鏡筒
２２，２２Ａ フィルタ
２２ａ 第１領域（領域）
２２ｂ 第２領域（領域）
２２ｃ 第３領域（領域）
２２ｄ 第４領域（領域）
２２ｅ 第５領域（領域）
２３ 撮像素子（光電変換素子）
２３ａ 第１領域（領域）
２３ｂ 第２領域（領域）
２３ｃ 第３領域（領域）
３０，３０Ａ 演算装置
３１ 速度算出部
３２ 記憶部
３３ 傾き算出部
４０ 表示装置
５１，５２ レーザ光照射部
Ｆ 路面
Ｋ 光軸
Ｐ 撮像範囲
Ｑ テンプレート領域
Ｖ 車両（移動体）

Claims (11)

1. 路面で反射した光を受光し、受光した光を電気信号に変換する光電変換素子と、
   前記路面で反射した光を前記光電変換素子に向けて収束させ、前記光電変換素子に結像させる鏡筒と、
   前記光電変換素子と前記路面との間に配置されるフィルタと、
   を有し、移動体に設置される本体部と、
   前記光電変換素子から入力される前記電気信号に基づき、撮像時刻が異なる２つの撮像画像の比較によって、前記移動体の速度を算出する速度算出部と、を備え、
   前記フィルタを含む平面は、光の透過率が異なる複数の領域を有し、
   前記速度算出部は、複数の前記領域のうち、前記比較に適した輝度分布の領域を選択し、当該領域に対応する前記光電変換素子からの前記電気信号に基づいて、前記移動体の速度を算出すること
   を特徴する速度測定装置。
2. 複数の前記領域において、隣り合う２つの領域の境界線は、前記移動体が前後方向に移動する際の移動方向に対して平行であること
   を特徴とする請求項１に記載の速度測定装置。
3. 複数の前記領域のうち、前記鏡筒の光軸を含む領域は、他の領域よりも光の透過率が高いこと
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の速度測定装置。
4. 前記速度算出部は、前記移動体の速度を算出する際の基準として用いるテンプレート領域を複数の前記領域のいずれかに設定し、前記テンプレート領域の平均輝度が過大で前記比較に適していない場合、現時点での前記テンプレート領域よりも光の透過率が低い他の前記領域に新たな前記テンプレート領域を設定すること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の速度測定装置。
5. 前記速度算出部は、前記移動体の速度を算出する際の基準として用いるテンプレート領域を複数の前記領域のいずれかに設定し、前記テンプレート領域の平均輝度が過小で前記比較に適していない場合、現時点での前記テンプレート領域よりも光の透過率が高い他の前記領域に新たな前記テンプレート領域を設定すること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の速度測定装置。
6. 前記速度算出部は、前記フィルタを透過した光を受光する前記光電変換素子からの前記電気信号に関して、前記フィルタの設置範囲に対応する前記領域の輝度分布に応じたゲインで、前記電気信号を増幅すること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の速度測定装置。
7. 前記路面に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
   前記移動体の前記路面に対する傾きを算出する傾き算出部と、をさらに備え、
   前記レーザ光照射部は、前記本体部の撮像範囲において少なくとも２箇所に前記レーザ光が入射するように配置され、
   前記傾き算出部は、前記本体部の撮像範囲における前記レーザ光の画像上の位置に基づいて、前記移動体の前記路面に対する傾きを算出すること
   を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の速度測定装置。
8. 路面で反射した光を受光し、受光した光を電気信号に変換する光電変換素子と、
   前記路面で反射した光を前記光電変換素子に向けて収束させ、前記光電変換素子に結像させる鏡筒と、を有し、移動体に設置される本体部と、
   前記光電変換素子から入力される前記電気信号に基づき、撮像時刻が異なる２つの撮像画像の比較によって、前記移動体の速度を算出する速度算出部と、を備え、
   前記光電変換素子は、前記速度算出部によって設定される露光時間が異なる複数の領域を有し、
   前記速度算出部は、複数の前記領域のうち、前記比較に適した輝度分布の領域を選択し、当該領域に対応する前記光電変換素子からの前記電気信号に基づいて、前記移動体の速度を算出すること
   を特徴する速度測定装置。
9. 複数の前記領域において、隣り合う２つの領域の境界線は、前記移動体が前後方向に移動する際の移動方向に対して平行であること
   を特徴とする請求項８に記載の速度測定装置。
10. 前記速度算出部は、前記移動体の速度を算出する際の基準として用いるテンプレート領域を複数の前記領域のいずれかに設定し、前記テンプレート領域の平均輝度が過大で前記比較に適していない場合、現時点での前記テンプレート領域よりも露光時間が短い他の前記領域に新たな前記テンプレート領域を設定すること
    を特徴とする請求項８又は請求項９に記載の速度測定装置。
11. 前記速度算出部は、前記移動体の速度を算出する際の基準として用いるテンプレート領域を複数の前記領域のいずれかに設定し、前記テンプレート領域の平均輝度が過小で前記比較に適していない場合、現時点での前記テンプレート領域よりも露光時間が長い他の前記領域に新たな前記テンプレート領域を設定すること
    を特徴とする請求項８又は請求項９に記載の速度測定装置。