JP3349381B2 - 車両進入検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駐車場や有料道路
の料金所における車両を検知する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術を図４〜図７に示す。図４
は、従来技術による車両検知装置の第１例の構造図。図
５は、従来技術による車両検知装置の第１例の処理過程
の説明図。

【０００３】図６は、従来技術による車両検知装置の第
２例の構造図。図７は、従来技術による車両検知装置の
第２例の処理過程の説明図である。駐車場や有料道路に
おいては、そのゲートに車両が進入してきたことを検知
し、入退場ゲートを開放したり、又は、通行券を発券し
たり、料金精算機の動作開始を指示するなどの上位装置
への情報出力を行う必要がある。

【０００４】また、進入する車両の面積や長さ、幅など
の大きさを計測し、車種の判別を行って発券する通行券
の種類や、精算する料金の変更を行わなければならな
い。このための車両検知装置としては、従来から超音波
センサを用いる方式や、電磁波、光電センサを用いる方
式などがあるが、ここでは、画像処理方式のものについ
て説明する。

【０００５】図４は、従来技術による車両検知装置の第
１の実施例の構成図であり、撮像装置１は、車線１２の
進入方向に向けて、進入してくる車両１０、及び、背景
１１を撮像する。

【０００６】撮像された画像は、ディジタル化されて画
像メモリ２に記憶される。また、参照メモリ３には、予
め車両１０の存在しないときの背景１１のみが撮像され
ている画像を登録しておく。

【０００７】画像メモリ２と参照メモリ３の内容は、差
分演算回路２１に入力され、２つの入力画像の画素毎に
差の絶対値が計算される。差分演算回路２１の出力は、
二値化回路６に入力され、差の絶対値が予め設定された
閾値より大きい画素の領域が検出される。

【０００８】二値化回路６の出力は、特徴抽出回路８に
入力される。特徴抽出回路８では、二値化回路６から出
力される領域、即ち車両領域の面積や、外接四角形、重
心位置等の画像上の特徴量が計測される。

【０００９】特徴抽出回路８の出力は、表示器９により
表示されたり、また、図示していない通信手段により上
位装置に出力され、料金機械の制御が行われる。本装置
の動作を図５を用いて更に詳しく説明する。

【００１０】図４のように車両１０の前方から撮像装置
１で車両を撮像すると、図５（ａ）に示すように車両１
０と背景１１を含む画像が撮像される。この入力画像が
画像メモリ２に記憶される。

【００１１】また、参照メモリ３には、図５（ｂ）に示
すような背景１１のみが撮像されている画像が予め登録
されている。差分演算回路２１では、画像メモリ２の内
容と参照メモリ３の内容の各画素毎の差の絶対値を求め
る。

【００１２】画像上の背景１１の部分では、同じ画像と
なっているので差を求めると０になる。しかしながら、
車両１０が進入していると、その部分の画素の濃度は変
化しており、差を求めるといくらかの値が出力される。

【００１３】ここで、車両１０の塗装色が白い場合と、
黒い場合では差の値は符号が逆転するため、絶対値を求
めることにより車両１０の領域のみがある値以上の出力
を示す。

【００１４】この差分演算回路２１の出力を、二値化回
路６において、予め設定される閾値と比較し、閾値以上
の画素は“Ｈ”を、閾値未満の画素は“Ｌ”を出力す
る。これにより図５（ｃ）のように車両１０の領域のみ
が“Ｈ”となる画像が得られる。

【００１５】特徴抽出回路８では、図５（ｃ）に示すよ
うな車両１０領域の特徴量を求める。特徴量は、図５
（ｃ）に示す車両１０領域の高さ方向の上下端ｊ_min 、
ｊ_max 及び、横方向の左右端ｉ_min 、ｉ_max 等の外接四
角形や、面積、即ち、“Ｈ”の領域の画素数等を用い
る。

【００１６】特徴抽出回路８の出力は、表示器９にて操
作員に表示され、車種の判定、ゲートの開閉などが行わ
れる。この第１の従来例では、車両１０の検知に差分演
算回路２１を用いているが、差分の場合は日照条件の変
化などにより画像全体の濃度が変化した場合、全ての領
域を変化領域、即ち車両１０と判断してしまうことがあ
る。

【００１７】そこで、図６に示す第２の従来例では、差
分演算回路２１に変えて、相関演算回路２２を用いてい
る。他の部分については第１の従来例と同一であるため
説明は省略し、相関演算回路２２の動作についてのみ、
図７を用いて説明する。

【００１８】相関演算回路５は、図７（ａ）、（ｂ）に
示すように画像メモリ２、及び、参照メモリ３を全く同
じようにいくつかの矩形領域に分割する。画像メモリ２
と参照メモリ３の対応する矩形領域毎に、次式で示され
る正規化相関値を計算する。

【００１９】 正規化相関値＝Σ（ｆｇ−μν）／σπＮ 式（１） ただし ｆ：画像メモリ２の各矩形領域内の各画素の濃度データ ｇ：参照メモリ３の各矩形領域内の各画素の濃度データ μ：画像メモリ２の各矩形領域内の濃度データの平均値 ν：参照メモリ３の各矩形領域内の濃度データの平均値 σ：画像メモリ２の各矩形領域内の濃度データの標準偏
差 π：参照メモリ３の各矩形領域内の濃度データの標準偏
差 Ｎ：各矩形領域内のデータ数 これは、各矩形領域毎に、その濃度を濃度の標準偏差で
正規化して差を求めているような種類の演算であり、日
照条件の変化などによる画像全体の濃度変化があって
も、それに影響されず濃度分布の変化の小さい領域は大
きい相関値を、濃度分布の変化の大きい領域は小さい相
関値を示す。

【００２０】この結果、図７（ｃ）に示すように車両１
０領域を含む矩形領域のみが小さい相関値を示し、二値
化回路６は閾値未満の領域を“Ｈ”、閾値以上の領域は
“Ｌ”となるように反転二値化し、車両１０の領域が検
知できる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術に
は、次のような問題がある。 （１）従来技術による差分演算回路を用いた車両検知装
置では、日照変化などにより画像全体の濃度が変化した
場合に、車両の有無にかかわらず、画像全体が車両領域
と判断され、信頼性が低い。 （２）また、従来技術による相関演算回路を用いた車両
検知装置では、最終的に得られる車両検知結果の解像力
を大きくするためには、正規化相関演算を行う矩形領域
の大きさを小さくする必要があるが、この場合は、矩形
領域内の画素数が少ないために、濃度を正規化したとき
に、画像上のノイズにより背景領域に於いても相関値が
下がったり、また、相関演算を行うための特徴的な濃度
変化領域が入らないために、相関結果の信頼性が低くな
る。 （３）逆に、相関演算の信頼性を向上するためには、矩
形領域を大きくしなければならず、最終的に得られる車
両領域の解像度が悪くなり、車種判別に用いるための特
徴量の精度が悪くなると言った課題があった。本発明
は、これらの問題を解決することができる装置を提供す
ることを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】

（第１の手段）本発明に係る車両検知装置は、駐車場や
有料道路の料金所におけるゲートへの車両の進入を検知
し、又は、形状を計測する装置において、（Ａ）入口方
向の画像を撮像するための撮像装置１と、（Ｂ）撮像装
置の出力する画像を記憶する画像メモリ２と、（Ｃ）車
両の存在しないときの画像を登録する参照メモリ３と、
（Ｄ）参照メモリ３の内容と画像メモリ２の内容を縦長
矩形領域１３ａに分割して、それぞれの領域の正規化相
関値を求める縦相関演算回路４と、（Ｅ）参照メモリ３
の内容と画像メモリ２の内容を横長矩形領域１３ｂに分
割して、それぞれの領域の正規化相関値を求める横相関
演算回路５と、（Ｆ）縦相関演算回路４の演算回路の出
力を予め設定された閾値により二値化する第１の二値化
回路６１と、（Ｇ）横相関演算回路５の演算回路の出力
を予め設定された閾値により二値化する第２の二値化回
路６２と、（Ｈ）前記第１の二値化回路６１と第２の二
値化回路６２の出力の論理積演算を行う論理積回路７
と、（Ｉ）論理積回路７からの信号を入力する特徴抽出
回路８を有し、（Ｊ）前記論理積回路７は、画像メモリ
２と参照メモリ３の相違点を、縦長矩形領域と横長矩形
領域のそれぞれの正規化相関値の低い領域の論理積部分
として判断し、高解像度で、かつ、信頼性高く検知する
ことを特徴とする。

【００２３】（第２の手段）本発明に係る車両検知装置
は、第１の手段において、縦相関演算回路４と横演算相
関回路５、及び、演算回路の出力を二値化する第１の二
値化回路６１と第２の二値化回路６２を、同時に演算す
ることにより高速に検知することを特徴とする。

【００２４】すなわち、本発明は、従来技術の課題を解
決するために、入口方向の画像を撮像するための撮像装
置１と、撮像装置の出力する画像を記憶する画像メモリ
２と、車両の存在しないときの画像を登録する参照メモ
リ３と、参照メモリの内容と画像メモリの内容を縦長矩
形領域に分割してそれぞれの領域の正規化相関値を求め
る縦相関演算回路４と、参照メモリの内容と画像メモリ
の内容を横長矩形領域に分割してそれぞれの領域の正規
化相関値を求める横相関演算回路５と、それぞれの演算
回路の出力を予め設定された閾値により二値化する２つ
の二値化回路６１、６２と、２つの二値化回路の出力の
論理積演算を行う論理積回路７を有する。

【００２５】したがって、次のように作用する。以上の
ような構成において、縦相関演算回路４、及び、横相関
演算回路５では、それぞれ画像メモリ、参照メモリの内
容を縦長矩形領域、横長矩形領域に分割して正規化相関
値を求める。

【００２６】この時、矩形領域の大きさは、短辺を最終
的に必要とする車両領域の解像度に相当する程度の長さ
とし、長辺を各矩形領域の正規化相関演算の信頼性が得
られる程度の大きさとする。

【００２７】縦相関演算回路４、及び、横相関演算回路
５の出力を、それぞれに対応する二値化回路で予め設定
された閾値と比較し、閾値以上の領域は“Ｌ”に、閾値
未満の領域は“Ｈ”になるように反転に値化した後、論
理積回路７により、両出力の論理積を求めることによ
り、矩形領域の短辺に相当する解像度で、かつ、短辺と
長辺の積、即ち、矩形領域の面積に相当する画素数で計
算された、十分に信頼性のある正規化相関値での検知が
行えるようになる。

【００２８】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を図１
〜図３に示す。図１は、本発明の第１の実施の形態に係
る車両検知装置の構成図。

【００２９】図２は、第１の実施の形態の係る車両検知
のための相関演算領域の説明図。図３は、相関演算結果
から、車両領域を決定する論理積演算の説明図である。
従来技術と同じ働きをする構成要素は同一の番号を記入
し、説明は省略する。

【００３０】図１において、撮像装置１により撮像され
た車両１０、背景１１を含む画像は、ディジタル化され
画像メモリ２に記憶される。

【００３１】また、参照メモリ３には、図２（ｃ）、
（ｄ）に示すような車両１０のない、背景１１のみの画
像を予め登録しておく。縦相関演算回路４は、画像メモ
リ２の内容と、参照メモリ３の内容を、図２（ａ）、
（ｃ）に示すように、縦長の矩形領域に分割し、それぞ
れの正規化相関値を計算する。

【００３２】この時、矩形領域の短辺を最終的に必要と
する車両領域の解像度に相当する程度の長さとし、長辺
を各矩形領域の正規化相関演算の信頼性が得られる程度
の大きさとする。

【００３３】例えば、従来技術による正規化相関演算で
は８×８画素の領域を用いて正規化相関値の信頼性が確
保できていたとすると、ここでは、２×３２画素、及
び、３２×２画素の領域で正規化相関演算を行う。

【００３４】これにより、従来技術による方法と同じ画
素数のデータを用いているために、得られる正規化相関
値の信頼性は同程度と言える。また、各矩形領域の位置
は画像毎に変更するものではなく、常に同一の位置でも
構わないため、各矩形領域の位置を記憶素子に記憶さ
せ、その領域のデータを読み出すように構成する。

【００３５】縦相関演算回路４の出力は、第１の二値化
回路６１に入力される。第１の相関回路６１では、入力
される正規化相関値と、予め設定される閾値を比較し、
閾値以上であるならば“Ｌ”を、閾値未満ならば“Ｈ”
を出力する反転二値化を行う。

【００３６】同様に、横相関演算回路５は、画像メモリ
２の内容と、参照メモリ３の内容を図２（ｂ）、（ｄ）
に示すように、横長の矩形領域に分割し、それぞれの正
規化相関値を計算した後、第２の二値化回路６２で反転
二値化が行われる。

【００３７】縦相関演算回路４、第１の二値化回路６１
の処理と、横相関演算回路５、第２の二値化回路６２と
の処理は、同時に、並列に実行し、高速化を図ることも
可能である。

【００３８】第１、第２の二値化回路６１、６２の出力
は、図２、図３の（ｅ）、（ｆ）のようになる。図では
“Ｈ”の領域にのみハッチングをしている。

【００３９】論理積回路７では、第１、第２の二値化回
路６１、６２の出力する二値化画像の論理積が計算され
る。論理積の結果は、図３（ｇ）に示すように、太線で
示された領域が第１、第２の二値化回路６１、６２の出
力する二値化画像の“Ｈ”の領域であり、ハッチングを
した領域のみが出力されることになる。

【００４０】図３より明らかなように、車両検知最終結
果は縦長矩形領域、及び、横長矩形領域の短辺で構成さ
れる升目に相当する解像度で検知されている。例えば、
従来技術による方法で８×８画素の領域を用いて正規化
相関値の演算を行っていたすると、入力画像を縦横共に
１／８倍にした解像力しか得られないが、ここでは、２
×３２画素、及び、３２×２画素の領域で正規化相関演
算を行うことにより、入力画像を縦横共に矩形領域の短
辺である２画素で除した、１／２倍にした解像力で車両
の検知結果が得られることになる。図３（ｇ）の車両検
知結果が得られると、従来と同様に特徴抽出回路８で画
像上の特徴量を抽出し、表示器９に表示する。

【００４１】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）車両を検知するための画像処理が正規化相関演算
による処理を行うために、日照変化による誤検知は少な
い。 （２）正規化相関値の計算を行うための画素数が十分に
信頼性の高い分だけ確保できるために、得られる正規化
相関値の信頼性が高い。 （３）最終的に得られる車両領域の解像度は矩形領域の
短辺に相当する解像力となるために、本発明の検知結果
を用いて計測される画像上の特徴量の分解能も高くな
り、車種判定などに用いる場合の信頼性を向上すること
ができる。 （４）縦相関演算と横相関演算を並列に実行することが
可能であり、高速化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両検知装置
の構成図。

【図２】本発明の第１の実施の形態の係る車両検知のた
めの相関演算領域の説明図。

【図３】相関演算結果から、車両領域を決定する論理積
演算の説明図。

【図４】従来技術による車両検知装置の第１例の構造
図。

【図５】従来技術による車両検知装置の第１例の処理過
程の説明図。

【図６】従来技術による車両検知装置の第２例の構造
図。

【図７】従来技術による車両検知装置の第２例の処理過
程の説明図。

【符号の説明】

１…撮像装置 ２…画像メモリ ３…参照メモリ ４…縦相関演算回路 ５…横相関演算回路 ６…二値化回路 ７…論理積回路 ８…特徴抽出回路 ９…表示器 １０…車両 １１…背景 １２…車線 １３ａ…縦長矩形領域 １３ｂ…横長矩形領域 ２１…差分演算回路 ２２…相関演算回路 ６１…第１の二値化回路 ６２…第２の二値化回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 7/20 G01B 11/00 G06T 1/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駐車場や有料道路の料金所におけるゲート
   への車両の進入を検知し、又は、形状を計測する装置に
   おいて、（Ａ）入口方向の画像を撮像するための撮像装
   置（１）と、（Ｂ）撮像装置の出力する画像を記憶する
   画像メモリ（２）と、（Ｃ）車両の存在しないときの画
   像を登録する参照メモリ（３）と、（Ｄ）参照メモリ
   （３）の内容と画像メモリ（２）の内容を縦長矩形領域
   （１３ａ）に分割して、それぞれの領域の正規化相関値
   を求める縦相関演算回路（４）と、（Ｅ）参照メモリ
   （３）の内容と画像メモリ（２）の内容を横長矩形領域
   （１３ｂ）に分割して、それぞれの領域の正規化相関値
   を求める横相関演算回路（５）と、（Ｆ）縦相関演算回
   路（４）の演算回路の出力を予め設定された閾値により
   二値化する第１の二値化回路（６１）と、（Ｇ）横相関
   演算回路（５）の演算回路の出力を予め設定された閾値
   により二値化する第２の二値化回路（６２）と、（Ｈ）
   前記第１の二値化回路（６１）と第２の二値化回路（６
   ２）の出力の論理積演算を行う論理積回路（７）と、
   （Ｉ）論理積回路（７）からの信号を入力する特徴抽出
   回路（８）を有し、（Ｊ）前記論理積回路（７）は、画
   像メモリ（２）と参照メモリ（３）の相違点を、縦長矩
   形領域と横長矩形領域のそれぞれの正規化相関値の低い
   領域の論理積部分として判断し、検知することを特徴と
   する車両検知装置。
2. 【請求項２】縦相関演算回路（４）と横演算相関回路
   （５）、及び、演算回路の出力を二値化する第１の二値
   化回路（６１）と第２の二値化回路（６２）を、同時に
   演算することにより高速に検知することを特徴とする請
   求項１記載の車両検知装置。