JP2020071202A

JP2020071202A - 移動体検知システム及び移動体検知システム用プログラム

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Publication number: JP2020071202A
Application number: JP2018207483A
Authority: JP
Inventors: 周樹児山; Shuki Koyama
Original assignee: Kodenshi Corp
Current assignee: Kodenshi Corp
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2020-05-07
Anticipated expiration: 2038-11-02
Also published as: JP7148126B2

Abstract

【課題】１つのエリアセンサを用いて、短い時間で且つ高い正確度で移動体の移動速度を算出できる移動体検知システムを提供する。【解決手段】所定の移動方向に動く移動体Ｏの検知システムであり、複数の撮像素子が縦横マトリクス状に敷設されたエリアセンサを有し、移動体が通過する領域を一定の時間間隔で撮像して画像データを逐次出力する撮像装置１と、画像データを受け付けて処理する画像処理装置２とを備え、撮像領域Ｒ０内において、撮像領域の面積よりも小さい所定の面積を有する対象領域が設定されており、画像処理装置が、対象領域内に映り込んだ移動体のエッジを検出するとともに、検出したエッジの位置を示すエッジ位置データと、エッジが映り込んだ画像を撮像した時間を示す時間データとを出力するエッジ検出部と、エッジ検出部が出力した複数のエッジ位置データと複数の時間データとに基づいて移動体の移動速度を算出する速度算出部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、所定の方向に移動する物体を検知する移動体検知システム及び移動体検知システム用プログラムに関する。

従来、例えばベルトコンベア等に載せられて移動する移動体を検知し、その移動速度を算出するものとして、例えば図７に示すような移動体検知システム３００が知られている。この移動体検知システム３００では、移動体の通過を検知する複数の光電センサ３Ａ、３Ｂが移動体Ｏの移動方向に沿って順に並べて配置されており、それぞれのセンサ３Ａ、３Ｂから出力される検知信号の時間差から移動体Ｏの移動速度を算出できるように構成されている。

しかしながら、このような２つの光電センサを備える移動体検知システムでは、移動速度を算出するためにはそれぞれの光電センサを所定の距離を置いて設置する必要があるため、システム自体のサイズが大きくなってしまうという問題がある。また、製造時の光電センサの取付け誤差によって２つの光電センサ間の距離が設計値から僅かにズレてしまい、算出される移動速度の正確度が低下する問題がある。

そのため近年では、特許文献１に記載されているように、エリアセンサを備える１つの撮像装置を用いて移動体を検知し、その移動速度を算出する移動体検知システムが開発されている。この移動体検知システムは、移動体の表面を一定の時間間隔で撮像し、撮像素子から得られる輝度情報に基づきパターンマッチング処理を行うことにより移動体の移動速度を算出することができる。

特許２０１６−２１２４２２号公報

しかしながら、前記したようなパターンマッチング処理を行う移動体検知システムは、高い正確度で移動速度を算出できるものの、移動速度を算出するのに膨大な演算処理を行う必要があるため、その処理時間に多大な時間を要してしまうという問題がある。

本発明は前記した問題に鑑みてなされたものであり、１つのエリアセンサを用いて、短い時間で且つ高い正確度で移動体の移動速度を算出できる移動体検知システムを提供することを目的とする。

すなわち本発明に係る移動体検知システムは、所定の移動方向に動く移動体を検知するためのものであって、複数の撮像素子が縦横マトリクス状に敷設されたエリアセンサを有し、前記移動体が通過する領域を一定の時間間隔で撮像してその画像データを逐次出力する撮像装置と、前記撮像装置から出力される画像データを受け付けて処理する画像処理装置とを備え、前記撮像装置が撮像する撮像領域内において、前記撮像領域の面積よりも小さい所定の面積を有する対象領域が設定されており、前記画像処理装置が、前記対象領域内に映り込んだ前記移動体のエッジを検出するとともに、該検出したエッジの位置であるエッジ位置を示すエッジ位置データと、当該エッジが映り込んだ画像を撮像した時間を示す時間データとを出力するエッジ検出部と、前記エッジ検出部が出力した複数のエッジ位置データと複数の時間データとに基づいて前記移動体の移動速度を算出する速度算出部とを備えることを特徴とする。

このようなものであれば、撮像領域内に設定された、撮像領域よりも面積が小さい対象領域を示す画像データのみを処理することで移動体の速度を算出することができるので、撮像領域の全体を示す画像データを処理する場合に比べて処理するデータ量を低減することができる。その結果、画像処理装置の処理速度を向上することができ、１つのエリアセンサで、短い時間で移動体の速度を算出することができる。
また、対象領域内で検出された詳細なエッジの位置に基づいて速度を算出するので、移動体の移動速度を高い正確度で算出することができる。
さらに、パターンマッチング処理ではなく、移動体のエッジの位置を検出して速度を算出するので、移動体がフィルム等の透明なものであっても、その速度を高い正確度で算出することができる。またレーザ光源を用いてスペックルパターンを生成する必要がないので、安価な照明環境下でも速度を高い正確度で算出することができる。

前記した移動体検知システムの具体的な態様として、前記対象領域が、所定の距離を置いて前記移動方向の上流側から順に設定された第１対象領域と第２対象領域とを含み、前記エッジ検出部が、前記第１対象領域内に映り込んだ前記移動体のエッジを検出するとともに、該検出したエッジの位置である第１エッジ位置を示す第１エッジ位置データと、当該エッジが映り込んだ画像を撮像した時間を示す第１時間データとを出力する第１エッジ検出部と、前記第２対象領域内に映り込んだ前記移動体のエッジを検出するとともに、該検出したエッジの位置である第２エッジ位置を示す第２エッジ位置データと、当該エッジが映り込んだ画像を撮像した時間を示す第２時間データとを出力する第２エッジ検出部と、を含み、前記速度算出部が、前記第１エッジ検出部が出力した前記第１エッジ位置データ及び前記第１時間データと、前記第２エッジ検出部が出力した前記第２エッジ位置データ及び前記第２時間データと、に基づいて前記移動体の移動速度を算出するものを挙げることができる。
このようなものであれば、第１対象領域と第２対象領域のそれぞれをエッジを検出するために必要な大きさに設定すればよいので、処理するデータ量をより低減することができ、画像処理装置の処理速度をより向上することができる。

前記移動体検知システムの具体的な態様として、前記第１エッジ位置及び前記第２エッジ位置がそれぞれ、前記第１対象領域内及び前記第２対象領域内における相対的な位置であり、前記速度算出部が、前記第１対象領域と前記第２対象領域との間の距離と、前記第１エッジ位置と、前記第２エッジ位置とに基づいて前記第１エッジ位置と前記第２エッジ位置との間の距離であるエッジ間距離を算出し、当該エッジ間距離を前記第１時間データと前記第２時間データのそれぞれが示す時間の差で除することにより、又はそれと均等な演算をすることにより前記移動体の速度を算出するものを挙げることができる。

前記移動体検知システムの態様として、前記第１エッジ検出部及び前記第２エッジ検出部が、受け付けた前記画像データを逐次処理して、当該画像データが示す画像内におけるエッジの有無を示す時間変化波形を生成し、前記時間変化波形が、前記移動体の前方側又は後方側の一方のエッジが検出されると立ち上がり、その後前記移動体の前方側又は後方側の他方のエッジが検出されると立ち下がるように設定されており、当該時間変化波形が立ち上がった時間又は立ち下がった時間が前記第１時間データ及び前記第２時間データとして出力されるものを挙げることができる。
このようなものであれば、各画像データに含まれる撮像時間に関する情報を取得することなく、時間変化波形の立ち上がり又は立ち下りの時間に関する情報のみを用いて移動体の速度を算出することができるので、より一層短い時間でその速度を算出することができる。

前記移動体検知システムの態様として、前記時間変化波形が、前記撮像装置が撮像する時間間隔を単位時間として１つの画像データに対するエッジの有無を示すように設定されており、前記第１エッジ検出部及び第２エッジ検出部がそれぞれ、前記第１対象領域内及び前記第２対象領域内における前記第１エッジ位置及び前記第２エッジ位置の前記移動方向に沿った相対的な位置を、前記単位時間内における相対的な時間に換算して、前記時間変化波形を立ち上げる又は立ち下げるものを挙げることができる。

移動体の移動速度をより正確に算出するには、前記移動体検知システムは、前記第１エッジ検出部及び前記第２エッジ検出部がいずれも、前記移動体の前記移動方向の前方側又は後方側のエッジを検出するものであればよい。

前記移動体検知システムは、前記移動方向に平行な方向をｘ方向とし、前記移動方向に垂直な方向をｙ方向として、前記第１エッジ位置の前記ｙ方向に沿った位置であるｙ座標と、前記第２エッジ位置の前記ｙ座標とが同じであることが好ましい。
このようなものであれば、第１エッジ位置のｙ座標と第２エッジ位置のｙ座標が同じであるので、エッジ検出される移動体の辺がｙ方向に対して傾いている場合であっても、第１エッジ検出部と第２エッジ検出部が移動体におけるほぼ同じ箇所のエッジを検出することができるので、その移動速度を高い正確度で算出することができる。

前記移動体検知システムの態様として、前記第１対象領域内及び前記第２対象領域内のそれぞれには、前記ｘ方向に平行であって、かつ互いの前記ｙ座標が異なる複数のエッジ検出ラインが設定されており、前記第１エッジ検出部及び前記第２エッジ検出部のそれぞれが、前記複数のエッジ検出ライン毎に前記移動体のエッジを検出し、該検出したエッジの個数が所定の数以上になった場合に前記第１エッジ位置及び前記第２エッジ位置をそれぞれ確定するものを挙げることができる。

前記移動体検知システムは、前記第１エッジ位置及び前記第２エッジ位置が所定のｙ座標における前記移動体のエッジの位置であり、前記第１エッジ検出部及び前記第２エッジ検出部のそれぞれが、前記複数のエッジ検出ライン毎に検出した個別のエッジ位置に基づいて、前記第１エッジ位置及び前記第２エッジ位置をそれぞれ算出することが好ましい。
このようなものであれば、第１対象領域と第２対象領域のそれぞれに設定した複数のエッジ検出ラインでエッジ位置を個別に検出し、これに基づいて前記第１エッジ位置及び前記第２エッジ位置を算出するので、複数のエッジ検出ラインが通る部分の画像データのみを用いて移動体の速度を算出することができる。このため、第１対象領域及び第２対象領域の全体を示す画像データを処理する場合に比べて処理するデータ量をより一層低減することができるので、画像処理装置の処理速度を向上させて、更に短い時間で移動体の速度を算出することができる。
さらに、第１対象領域及び第２対象領域のそれぞれに、エッジ検出ラインを複数本設定しているので、移動体が小さい（例えばｙ方向の長さが短い）場合や、移動体の通過位置がｙ方向の一方に偏っている場合であっても、エッジの検出漏れを低減でき、より確実に速度を算出することができる。

前記移動体検知システムの態様として、前記撮像装置が、前記画像データから前記第１対象領域部分の画像を示す前記第１画像部分データと前記第２対象領域部分の画像を示す前記第２画像部分データとを抽出して出力するものを挙げることができる。
このようなものであれば、画像処理装置が取り込むデータ量を低減でき、処理時間をより短くすることができる。

また別の前記移動体検知システムの態様として、前記撮像装置が出力する画像データが前記撮像領域全体の画像を示すものであり、前記画像データを受け付けるとともに、該画像データから前記第１対象領域部分の画像を示す前記第１画像部分データと前記第２対象領域部分の画像を示す前記第２画像部分データとを抽出し、抽出した前記第１画像部分データを前記第１エッジ検出部に送信し、抽出した前記第２画像部分データを前記第２エッジ検出部に送信する画像データ受付部をさらに備えるものを挙げることができる。
このようなものであれば、画像処理装置が撮像領域の全体画像を取り込んだ後に処理を行うため、検知する移動体の大きさやコンベアの移動速度等に応じて、第１対象領域及び第２対象領域の画素数等の設定を容易に変更することができる。

前記撮像素子が敷設される縦方向又は横方向が前記移動方向と平行になるように構成されていることが好ましい。
このようなものであれば、移動体の移動方向に沿った移動速度をより正確に算出することができる。

また、本発明の移動体検知システム用のプログラムは、複数の撮像素子が縦横マトリクス状に敷設されたエリアセンサを有し、所定の移動方向に動く移動体が通過する領域を一定の時間間隔で撮像してその画像データを逐次出力する撮像装置と、前記撮像装置から出力される画像データを受け付けて処理する画像処理装置とを備える、前記移動体を検知するもの移動体検知システム用のものであって、前記撮像装置が撮像する撮像領域内において、前記撮像領域の面積よりも小さい所定の面積を有する対象領域を設定する対象領域設定部としての機能と、前記対象領域内に映り込んだ前記移動体のエッジを検出するとともに、該検出したエッジの位置であるエッジ位置を示すエッジ位置データと、当該エッジが映り込んだ画像を撮像した時間を示す時間データとを出力するエッジ検出部としての機能と、前記エッジ検出部が出力した複数のエッジ位置データと複数の時間データとに基づいて前記移動体の移動速度を算出する速度算出部としての機能とをコンピュータに発揮させることを特徴とする。

このような移動体検知システム用のプログラムであれば、上記した移動体検知システムと同様の作用効果を奏し得る。

このようにした本発明によれば、１つのエリアセンサを用いて、短い時間で且つ高い正確度で移動体の移動速度を算出できる移動体検知システムを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態における移動体検知システムの構成を模式的に示す斜視図である。同実施形態における移動体の速度算出の方法を説明するための図である。同実施形態における撮像装置の撮像領域を説明するための平面図である。同実施形態における画像処理装置の機能ブロック図である。同実施形態におけるエッジ検出の方法を説明するための図である。同実施形態における移動体の速度算出の方法を説明するための図である。従来における移動体検知システムの構成を模式的に示す斜視図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る移動体検知システムについて図面を参照して説明する。

本実施形態に係る移動体検知システム１００は、例えばベルトコンベア上に載せられて所定の移動方向に動く紙等の移動体Ｏの通過を検知するものである。具体的にこの移動体検知システム１００は、図１に示すように、移動体Ｏが通過する領域を撮像する撮像装置１と、撮像装置１が撮像した画像を処理して移動体Ｏを検知する画像処理装置２とを備えている。以下に各部を説明する。なお以下の説明では、移動体Ｏの移動方向（すなわちベルトコンベアによる搬送方向）に平行な方向をｘ方向とし、ｘ方向と垂直な方向をｙ方向とする。

撮像装置１は、ベルトコンベア上の移動体Ｏが通過する所定の領域（以下、撮像領域ともいう）Ｒ_０を一定の時間間隔ｔ_ｉ（具体的には、ｔ_ｉ＝５００［μｓ］）で撮像し、その画像データを逐次出力するものである。当該画像データは、少なくとも撮像した画像を示す情報と、撮像した時間に関する情報、撮像された順番を示すフレーム番号に関する情報とを含んでいる。具体的に撮像装置１は、筐体１１と、筐体１１の内部に収容され、複数の撮像素子が縦横マトリクス状に面状に敷設されたエリアセンサ（図示しない）と、エリアセンサの前段に配置された光学系（図示しない）と、撮像された画像を示す画像データを出力する出力部（図示しない）とを備えている。撮像領域Ｒ_０は矩形状をなしており、その２組の対向する辺がそれぞれｘ方向及びｙ方向と平行になるように設定されている。すなわち複数の撮像素子が並ぶ縦横のそれぞれの方向と、ｘ方向及びｙ方向とが平行になっている。なお、本実施形態ではエリアセンサとして１２８×１２８画素を有するＣＭＯＳイメージセンサを用い、撮像領域Ｒ_０の大きさを２０×２０ｍｍとしている。そのため、１画素あたりの実サイズである画素分解能は約１５６μｍとなっている。以下では説明を簡略にするため、エリアセンサ内における位置を、撮像領域Ｒ_０内における対応する位置を用いて説明する。また、エリアセンサ内の１画素に相当する、撮像領域上での実サイズの長さを「１画素相当長さ」という。

画像処理装置２は、撮像装置１の出力部から出力された画像データを受け付けてこれを処理することにより、撮像領域Ｒ_０内に映り込む移動体Ｏを検知するものである。

しかして、本実施形態の移動体検知システム１００では、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、撮像領域Ｒ_０内において、所定の面積を有する第１対象領域Ｒ_１と第２対象領域Ｒ_２とがｘ方向に沿って移動方向の上流側（以下、単に上流側という）から順に設定されている。そして画像処理装置２が、取得した画像データに基づいて第１対象領域Ｒ_１内及び第２対象領域Ｒ_２内のそれぞれに映り込む移動体Ｏのエッジを個別に検出し、それぞれの対象領域内で検出した移動体Ｏのエッジの位置Ｅ_１（ｘ_１、ｙ_１）及びＥ_２（ｘ_２、ｙ_２）間の距離ｄ_Ｅと、それらを撮像した時間Ｔ_１及びＴ_２の差に基づいて、移動体Ｏの移動速度ｖを算出するように構成されている。
以下、詳細に説明する。

図３に示すように、第１対象領域Ｒ_１及び第２対象領域Ｒ_２は矩形状をなし、対向する１組の短辺がｘ方向に平行であり、対向する１組の長辺がｙ方向に平行となるように設定されている。第１対象領域Ｒ_１と第２対象領域Ｒ_２は同形状であり、それぞれの短辺の長さｄ_Ｒ１、ｄ_Ｒ２は３２画素相当長さ（＝約５ｍｍ）である。長辺の長さｄ_Ｒ０は撮像領域Ｒ_０のｙ方向に沿った長さと同じであり、１２８画素相当長さ（＝約２０ｍｍ）である。第１対象領域Ｒ_１と第２対象領域Ｒ_２はｘ方向に沿って所定の距離ｄ_０を置いて設定されている。この距離ｄ_０は、第１対象領域Ｒ_１と第２対象領域Ｒ_２のそれぞれの上流側の長辺間のｘ方向に沿った距離である。ここでは距離ｄ_０を６４画素相当長さ（＝約１０ｍｍ）に設定している。なお、第１対象領域Ｒ_１と第２対象領域Ｒ_２の合計面積は、撮像領域Ｒ_０の面積よりも小さい。

画像処理装置２は、図４に示すように、画像データ受付部２１、クロック部２２、第１エッジ検出部２３１、第２エッジ検出部２３２及び速度算出部２４としての機能を少なくとも発揮する。ここでは各機能部は、例えばＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）等の再構成可能なハードウェア回路によって実現される。以下に各機能部を説明する。なお、第１エッジ検出部２３１と第２エッジ検出部２３２はエッジを検出するそれぞれの領域が異なることを除いて同様の機能を発揮するものであるので、以下の説明においては、第１エッジ検出部２３１についてのみ記載し、第２エッジ検出部２３２についての記載を省略することがある。

画像データ受付部２１は、撮像装置１の出力部が出力した画像データを受け付け、これを第１エッジ検出部２３１及び第２エッジ検出部２３２に送信するものである。ここで、画像データ受付部２１が受け付ける画像データは、第１対象領域Ｒ_１部分の画像を示す第１画像部分データと第２対象領域Ｒ_２部分の画像を示す第２画像部分データとを含む。すなわち前記した出力部は、撮像領域Ｒ_０全体の画像を示す画像データから、第１画像部分データと第２画像部分データを抽出し、これらを出力するように設定されている。画像データ受付部２１は、第１画像部分データと第２画像部分データを受け付けると、第１画像部分データを第１エッジ検出部２３１に送信し、第２画像部分データを第２エッジ検出部２３２に送信する。

クロック部２２は、所定の周波数ｆ_ｐのクロックパルスを第１エッジ検出部２３１及び第２エッジ検出部２３２に出力するものである。ここではクロックパルスの周波数ｆ_ｐは４０ＭＨｚであり、そのパルス周期Ｔ_ｐは０．０２５μｓである。
なおクロック部２２は、撮像装置１にクロックパルスを出力してエリアセンサを駆動させるものであってもよい。

第１エッジ検出部２３１は、画像データ受付部２１から受け付けた第１画像部分データを逐次処理し、第１画像部分データが示す画像に映り込む移動体Ｏのエッジを検出する。そして、検出したエッジの位置である第１エッジ位置Ｅ_１（ｘ_１、ｙ_１）を示す第１エッジ位置データと、エッジが映り込んだ画像を撮像した時間を示す第１時間データとを生成し、これらを速度算出部２４に出力する。

第１エッジ位置Ｅ_１（ｘ_１、ｙ_１）は、第１対象領域Ｒ_１内における相対的な座標位置であり、そのｘ座標ｘ_１は第１対象領域Ｒ_１の上流側の長辺の位置を基準としている。ｙ座標ｙ_１は、第１対象領域Ｒ_１の一方の短辺の位置を基準として予め設定されている。ここでは第１対象領域Ｒ_１のｙ方向に沿った真ん中付近の位置（ここではｙ座標に沿って上から６５画素目）になるように設定されている。第２エッジ位置Ｅ_２（ｘ_２、ｙ_２）も同じである。すなわち、第１エッジ位置Ｅ_１のｙ座標ｙ_１と、第２エッジ位置Ｅ_２のｙ座標ｙ_２とは同じである。

図５に示すように、第１対象領域Ｒ_１内にはｘ方向に平行であって且つ互いのｙ座標が異なる複数本のエッジ検出ラインが設定されている。第１エッジ検出部２３１は、各エッジ検出ライン毎に移動体Ｏのエッジを個別に検出する。そして、その検出した複数の個別のエッジ位置に基づいて第１エッジ位置Ｅ_１（ｘ_１、ｙ_１）を算出する。

具体的には、第１対象領域Ｒ_１内には７本のエッジ検出ラインＬ_１〜Ｌ_７が、ｙ方向に沿って所定の間隔ｄ_ｉで設定されている。ここでは間隔ｄ_ｉを１９画素相当長さである。第１エッジ検出部２３１は、第１画像部分データを受け付けてこれを処理する度に、７本のエッジ検出ラインＬ_１〜Ｌ_７のそれぞれで移動体Ｏのエッジ検出を行う。そして、検出したエッジの個数が所定の数（例えば３つ）以上である場合に、当該検出した複数の個別のエッジ位置に基づいて第１エッジ位置Ｅ_１（ｘ_１、ｙ_１）を算出する。例えば、図５に示すように４本のエッジ検出ラインＬ_２〜Ｌ_５において移動体Ｏのエッジを検出した場合、検出した４つの個別のエッジ位置Ｅ_１ｂ（ｘ_１ｂ、ｙ_１ｂ）、Ｅ_１ｃ（ｘ_１ｃ、ｙ_１ｃ）、Ｅ_１ｄ（ｘ_１ｄ、ｙ_１ｄ）及びＥ_１ｅ（ｘ_１ｅ、ｙ_１ｅ）に基づき、最小二乗法により一次の近似直線をまず算出する。そして算出した近似直線に基づき、予め設定されたｙ座標ｙ_１に対応するｘ座標位置ｘ_１を算出し、これを第１エッジ位置Ｅ_１（ｘ_１、ｙ_１）として確定する。
なお、検出した複数の個別のエッジ位置のそれぞれのｘ座標が同じである場合には、当該ｘ座標をｘ_１とするようにしてよい。

なお、各エッジ検出ラインにおいて個別のエッジ位置を算出するにあたっては、第１画像部分データが示す画像の輝度の勾配計算に基づいてエッジ位置を算出する。この際に平滑化処理（移動平均、ガウシアン）、メディアン及びプリューウィットフィルタ、ソーベルフィルタ等のフィルタ処理や、サブピクセル処理等を行ってもよい。

図６に示すように、第１エッジ検出部２３１は、受け付けた第１画像部分データを処理すると、当該第１画像部分データが示す画像内における移動体Ｏのエッジの有無を示す時間変化波形を生成するように構成されている。より具体的には、横軸を時間として、撮像装置１が撮像する時間間隔ｔ_ｉ（＝５００μｓ）を単位時間ｔ_ｕ（以下、出力単位時間という）として、１つの第１画像部分データが示す画像に対するエッジの有無を示すように設定されている。そして逐次処理した第１画像部分画像データの数に応じて、時間変化波形を連続して生成する。

ここで時間変化波形は、移動体の前方側のエッジが検出されるとパルス（以下、エッジパルスともいう）が立ち上がり、その後移動体の後方側のエッジが検出されるとエッジパルスが立ち下がるように設定されている。また、前方側のエッジが検出されてエッジパルスが立ち上がると、次のエッジ（すなわち後方側のエッジ）が検出されるまでエッジパルスが立ち上がった状態（ＯＮ状態）が維持される。

エッジパルスが立ち上がるタイミングは、第１対象領域Ｒ_１内における第１エッジ位置Ｅ_１（ｘ_１、ｙ_１）のｘ方向に沿った相対的な位置を、出力単位時間ｔ_ｕ内における相対的な時間に換算してエッジパルスを立ち上げるようにしている。より具体的には、第１対象領域Ｒ_１のｘ方向に沿った長さｄ_Ｒ１（＝３２画素相当長さ）を出力単位時間ｔ_ｕ（＝５００μｓ）とみなし、第１エッジ位置Ｅ_１（ｘ_１、ｙ_１）のｘ座標ｘ_１に対応する時間でエッジパルスが立ち上がる。例えば、ｘ座標ｘ_１が第１対象領域Ｒ_１内のｘ方向に沿った真ん中の座標であれば、出力単位時間ｔ_ｕの始まりから２５０μｓ経過したタイミングでエッジパルスが立ち上がる。このエッジパルスが立ち上がるタイミングは、クロック部２２から受け付けるクロックパルスにより計測している。ここではクロックパルスの周波数ｆ_ｐは４０ＭＨｚであるので、出力単位時間ｔ_ｕ（＝５００μｓ）内には２００００個のパルスが発生する。出力単位時間ｔ_ｕの始まりから２５０μｓ経過したタイミングでエッジパルスを立ち上げる場合には、出力単位時間ｔ_ｕの始まりから１００００個目のクロックパルスが立ち上がるタイミングでエッジパルスを立ち上げる。エッジパルスが立ち下がるタイミングについても同様である。

本実施形態では、エッジパルスが立ち上がった時間を移動体Ｏの前方側のエッジを撮像した時間とみなしており、第１エッジ検出部２３１はエッジパルスが立ち上がった時間ｔ_１を第１時間データとして速度算出部２４に出力する。

速度算出部２４は、第１エッジ検出部２３１から受け付けた第１エッジ位置データ及び第１時間データと、第２エッジ検出部２３２が出力した第２エッジ位置データ及び第２時間データと、予め設定された第１対象領域Ｒ_１と第２対象領域Ｒ_２間の距離ｄ_０とに基づいて、移動体Ｏの移動速度を算出する。具体的には、第１エッジ位置Ｅ_１（ｘ_１、ｙ_１）と第２エッジ位置Ｅ_２（ｘ_２、ｙ_２）の間のｘ方向に沿った距離であるエッジ間距離ｄ_Ｅを、第１時間データが示す時間ｔ_１と第２時間データが示す時間ｔ_２の差の時間であるエッジ移動時間ｔ_Ｅで除することにより移動体Ｏの移動速度ｖを算出する。

具体的に速度算出部２４は、エッジ間距離ｄ_Ｅを、第１対象領域Ｒ_１と第２対象領域Ｒ_２との間の距離ｄ_０と、第１対象領域Ｒ_１及び第２対象領域Ｒ_２のそれぞれの上流側の長辺からのｘ方向に沿った距離であるｘ_１、ｘ_２に基づいて、以下の式（１）により算出する。
ｄ_Ｅ＝ｄ_０＋（ｘ_２−ｘ_１）［ｍｍ］（１）

そして、エッジ移動時間ｔ_Ｅを以下の式（２）により算出する。
ｔ_Ｅ＝ｔ_２−ｔ_１［ｓ］（２）

速度算出部２４は、このようにして算出したエッジ間距離ｄ_Ｅ及びエッジ移動時間ｔ_Ｅ用いて、移動体Ｏの移動速度ｖを以下の式（３）により算出して出力する。
ｖ＝ｄ_Ｅ／ｔ_Ｅ［ｍｍ／ｓ］（３）

このように構成された本実施形態の移動体検知システム１００によれば、撮像領域Ｒ_０内に設定された第１対象領域Ｒ_１と第２対象領域Ｒ_２を示す画像データを処理することで移動体Ｏの速度を算出することができるので、撮像領域Ｒ_０の全体を示す画像データを処理する場合に比べて、画像処理装置２が処理するデータ量を低減することができる。その結果、画像処理装置２の処理速度を向上することができ、短い時間で移動体Ｏの速度を算出することができる。
また、第１対象領域Ｒ_１と第２対象領域Ｒ_２内のそれぞれで検出されたエッジの位置に基づいて速度を算出するので、第１対象領域Ｒ_１と第２対象領域Ｒ_２との間の距離のみに基づいて速度を算出する場合に比べて、移動体Ｏの移動速度を高い正確度で算出することができる。
さらに、パターンマッチング処理ではなく、移動体Ｏのエッジを示す輝度変化の情報からエッジの位置を検出してその移動速度を算出するので、移動体Ｏの材質によらず（例えばフィルム等の透明なものであっても）、その速度を高い正確度で算出することができる。

また、第１エッジ位置のｙ座標と第２エッジ位置のｙ座標が同じであるので、エッジ検出される移動体Ｏの辺がｙ方向に対して傾いている場合であっても、第１エッジ検出部２３１と第２エッジ検出部２３２が移動体Ｏにおけるほぼ同じ箇所のエッジを検出することができるので、その移動速度を高い正確度で算出することができる。

第１対象領域Ｒ_１と第２対象領域Ｒ_２のそれぞれに設定した複数のエッジ検出ラインでエッジ位置を個別に検出し、これに基づいて前記第１エッジ位置及び前記第２エッジ位置を算出するので、複数のエッジ検出ラインが通る部分の画像データのみを用いて移動体Ｏの速度を算出することができる。このため、第１対象領域Ｒ_１及び第２対象領域Ｒ_２の全体を示す画像データを処理する場合に比べて処理するデータ量をより一層低減することができるので、画像処理装置２の処理速度を向上させて、更に短い時間で移動体Ｏの速度を算出することができる。さらに、第１対象領域Ｒ_１及び第２対象領域Ｒ_２のそれぞれに、エッジ検出ラインを複数本設定しているので、移動体Ｏが小さい（例えばｙ方向の長さが短い）場合や、移動体Ｏの通過位置がｙ方向の一方に偏っている場合であっても、エッジの検出漏れを低減でき、より確実に移動速度を算出することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

他の実施形態の移動体検知システム１００の画像処理装置２は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータ等を有する所謂コンピュータであり、メモリに格納された所定のプログラムに従ってＣＰＵや周辺機器が協働することにより、画像データ受付部２１、クロック部２２、第１エッジ検出部２３１、第２エッジ検出部２３２及び速度算出部２４としての機能を発揮するものであってもよい。また、これらの機能の一部がＦＰＧＡ等の再構成可能なハードウェア回路によって実現されてもよい。

速度算出部２４は、前記した実施形態で行った演算と均等な演算をすることにより移動体Ｏの速度を検出してもよい。
例えば、他の実施形態の移動体検知システム１００では、速度算出部２４は、第２エッジ検出部２３２がエッジを検出した画像を撮像した時間Ｔ_２から第１エッジ検出部２３１がエッジを検出した画像を撮像した時間Ｔ_１を引くことによりエッジ移動時間ｔ_Ｅを算出してもよい。この場合、第１エッジ検出部２３１が、受け付けた第１画像部分データから当該データが示す画像を撮像した時間Ｔ１に関する情報を抽出し、これを第１時間データとして出力するようにしてよい。第２エッジ検出部２３２も同様に構成してよい。

前記実施形態では、時間変化波形の立ち上がり時間を第１時間データとして出力していたが、時間変化波形の立ち下がり時間を第１時間データとしてもよい。すなわち、移動体の後方側のエッジを撮像した時間に基づき、その移動速度を算出するようにしてもよい。
なお、時間変化波形の立ち上がり時間と立下り時間の差に、算出した移動速度を乗じることで、移動体のｘ方向に沿った長さを算出するようにしてもよい。

前記実施形態では第１エッジ位置Ｅ_１のｙ座標ｙ_１の位置は、第１対象領域Ｒ_１のｙ方向に沿った真ん中の位置に設定されていたが、これに限らず第１対象領域Ｒ_１内のｙ方向に沿った真ん中以外の位置に設定されていてもよい。

他の実施形態の移動体検知システム１００では、撮像装置１が出力する画像データが撮像領域Ｒ_０全体の画像を示すものであり、画像データ受付部２１が画像データを受け付けると、当該画像データから第１画像部分データと第２画像部分データとを抽出し、抽出した第１画像部分データを第１エッジ検出部２３１に送信し、抽出した第２画像部分データを第２エッジ検出部２３２に送信するように構成されていてもよい。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・移動体検知システム
１・・・撮像装置
２・・・画像処理装置
２３１・・・第１エッジ検出部
２３２・・・第２エッジ検出部
２４・・・速度算出部
Ｏ・・・移動体
Ｒ_０・・・撮像領域
Ｒ_１・・・第１対象領域
Ｒ_２・・・第２対象領域

Claims

所定の移動方向に動く移動体を検知するためのものであって、
複数の撮像素子が縦横マトリクス状に敷設されたエリアセンサを有し、前記移動体が通過する領域を一定の時間間隔で撮像してその画像データを逐次出力する撮像装置と、
前記撮像装置から出力される画像データを受け付けて処理する画像処理装置とを備え、
前記撮像装置が撮像する撮像領域内において、前記撮像領域の面積よりも小さい所定の面積を有する対象領域が設定されており、
前記画像処理装置が、
前記対象領域内に映り込んだ前記移動体のエッジを検出するとともに、該検出したエッジの位置であるエッジ位置を示すエッジ位置データと、当該エッジが映り込んだ画像を撮像した時間を示す時間データとを出力するエッジ検出部と、
前記エッジ検出部が出力した複数のエッジ位置データと複数の時間データとに基づいて前記移動体の移動速度を算出する速度算出部と
を備えることを特徴とする移動体検知システム。
前記対象領域が、所定の距離を置いて前記移動方向の上流側から順に設定された第１対象領域と第２対象領域とを含み、
前記エッジ検出部が、
前記第１対象領域内に映り込んだ前記移動体のエッジを検出するとともに、該検出したエッジの位置である第１エッジ位置を示す第１エッジ位置データと、当該エッジが映り込んだ画像を撮像した時間を示す第１時間データとを出力する第１エッジ検出部と、
前記第２対象領域内に映り込んだ前記移動体のエッジを検出するとともに、該検出したエッジの位置である第２エッジ位置を示す第２エッジ位置データと、当該エッジが映り込んだ画像を撮像した時間を示す第２時間データとを出力する第２エッジ検出部と、
を含み、
前記速度算出部が、前記第１エッジ検出部が出力した前記第１エッジ位置データ及び前記第１時間データと、前記第２エッジ検出部が出力した前記第２エッジ位置データ及び前記第２時間データと、に基づいて前記移動体の移動速度を算出する、請求項１に記載の移動体検知システム。
前記第１エッジ位置及び前記第２エッジ位置がそれぞれ、前記第１対象領域内及び前記第２対象領域内における相対的な位置であり、
前記速度算出部が、前記第１対象領域と前記第２対象領域との間の距離と、前記第１エッジ位置と、前記第２エッジ位置とに基づいて前記第１エッジ位置と前記第２エッジ位置との間の距離であるエッジ間距離を算出し、当該エッジ間距離を前記第１時間データと前記第２時間データのそれぞれが示す時間の差で除することにより、又はそれと均等な演算をすることにより前記移動体の速度を算出する請求項２に記載の移動体検知システム。
前記第１エッジ検出部及び前記第２エッジ検出部が、受け付けた前記画像データを逐次処理して、当該画像データが示す画像内におけるエッジの有無を示す時間変化波形を生成し、
前記時間変化波形が、前記移動体の前方側又は後方側の一方のエッジが検出されると立ち上がり、その後前記移動体の前方側又は後方側の他方のエッジが検出されると立ち下がるように設定されており、
当該時間変化波形が立ち上がった時間又は立ち下がった時間が前記第１時間データ及び前記第２時間データとして出力される請求項２又は３に記載の移動体検知システム。
前記時間変化波形が、前記撮像装置が撮像する時間間隔を単位時間として、１つの画像データに対するエッジの有無を示すように設定されており、
前記第１エッジ検出部及び第２エッジ検出部がそれぞれ、前記第１対象領域内及び前記第２対象領域内における前記第１エッジ位置及び前記第２エッジ位置の前記移動方向に沿った相対的な位置を、前記単位時間内における相対的な時間に換算して、前記時間変化波形を立ち上げる又は立ち下げる、請求項４記載の移動体検知システム。
前記第１エッジ検出部及び前記第２エッジ検出部がいずれも、前記移動体の前記移動方向の前方側又は後方側のエッジを検出する請求項２〜５のいずれか１項に記載の移動体検知システム。
前記移動方向に平行な方向をｘ方向とし、前記移動方向に垂直な方向をｙ方向として、
前記第１エッジ位置の前記ｙ方向に沿った位置であるｙ座標と、前記第２エッジ位置の前記ｙ座標とが同じである請求項２〜６のいずれか１項に記載の移動体検知システム。
前記第１対象領域内及び前記第２対象領域内のそれぞれには、前記ｘ方向に平行であって、かつ互いの前記ｙ座標が異なる複数のエッジ検出ラインが設定されており、
前記第１エッジ検出部及び前記第２エッジ検出部のそれぞれが、前記複数のエッジ検出ライン毎に前記移動体のエッジを検出し、該検出したエッジの個数が所定の数以上になった場合に前記第１エッジ位置及び前記第２エッジ位置をそれぞれ確定する、請求項７に記載の移動体検知システム。
前記第１エッジ位置及び前記第２エッジ位置は、所定のｙ座標における前記移動体のエッジの位置であり、
前記第１エッジ検出部及び前記第２エッジ検出部のそれぞれが、前記複数のエッジ検出ライン毎に検出した個別のエッジ位置に基づいて、前記第１エッジ位置及び前記第２エッジ位置をそれぞれ算出する請求項８に記載の移動体検知システム。
前記撮像装置が、前記画像データから前記第１対象領域部分の画像を示す前記第１画像部分データと前記第２対象領域部分の画像を示す前記第２画像部分データとを抽出して出力する、請求項２〜９のいずれかに記載の移動体検知システム。
前記撮像装置が出力する画像データが前記撮像領域全体の画像を示すものであり、
前記画像データを受け付けるとともに、該画像データから前記第１対象領域部分の画像を示す前記第１画像部分データと前記第２対象領域部分の画像を示す前記第２画像部分データとを抽出し、抽出した前記第１画像部分データを前記第１エッジ検出部に送信し、抽出した前記第２画像部分データを前記第２エッジ検出部に送信する画像データ受付部をさらに備える、請求項２〜１０のいずれかに記載の移動体検知システム。
前記撮像装置は、前記撮像素子が敷設される縦方向又は横方向が前記移動方向と平行になるように構成されている、請求項２〜１１のいずれかに記載の移動体検知システム。
複数の撮像素子が縦横マトリクス状に敷設されたエリアセンサを有し、所定の移動方向に動く移動体が通過する領域を一定の時間間隔で撮像してその画像データを逐次出力する撮像装置と、前記撮像装置から出力される画像データを受け付けて処理する画像処理装置とを備える、前記移動体を検知する移動体検知システム用のプログラムであって、
前記撮像装置が撮像する撮像領域内において、前記撮像領域の面積よりも小さい所定の面積を有する対象領域を設定する対象領域設定部としての機能と、
前記対象領域内に映り込んだ前記移動体のエッジを検出するとともに、該検出したエッジの位置であるエッジ位置を示すエッジ位置データと、当該エッジが映り込んだ画像を撮像した時間を示す時間データとを出力するエッジ検出部としての機能と、
前記エッジ検出部が出力した複数のエッジ位置データと複数の時間データとに基づいて前記移動体の移動速度を算出する速度算出部としての機能と
をコンピュータに発揮させることを特徴とする移動体検知システム用のプログラム。