JP4120430B2

JP4120430B2 - 物体判別装置

Info

Publication number: JP4120430B2
Application number: JP2003066279A
Authority: JP
Inventors: 吉博小野田; 龍男大垣
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: JP2004272841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、道路に沿って移動している物体を検出し、この物体の種類を判別する物体判別装置に関し、特に道路を通行している歩行者、二輪車、四輪車を区別して検出する物体判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザレーダを用いて道路を通行している車両（二輪車、四輪車）の検出、およびこの検出した車両の種類（普通車、大型車、二輪車等）を判別する判別装置があった（例えば、特許文献１、２）。この装置は、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）の実用化にともない、高速道路等の有料道路の出入口（インタチェンジ）に設置されている。ＥＴＣは、周知のように、有料道路の出入口における通行券の発行や、通行料金の支払いを車両に搭載された端末機（車載機）との間で電子的に行うシステムである。車載機を搭載した車両は、有料道路の出入口において、通行券の受け取りや、通行料金の支払いのために車両を一時停止させなくてもよい。ＥＴＣでは、有料道路の出入口であるＥＴＣブースに進入してきた通行車両を上記判別装置に検出させるとともに、この車両の種類を判別させている。車両に対する通行料金は、判別装置で判別された車両の種類に基いて決定される。
【０００３】
この判別装置は、レーザパルスを道路の幅方向に走査し、その反射光を検出することにより、道路上に位置している物体の高さ、および幅を取得し（レーザパルスの走査ライン上における物体の断面形状から物体の高さ、および幅を取得し）、この物体の高さ、および幅の大きさに基づいて、この物体の種類を判別している。具体的には、レーザパルスを路面に向けて照射した照射タイミングと、その反射光を検出した検出タイミングとの時間差（飛行時間）から、レーザパルスが反射された反射位置までの距離を算出する。判別装置は、レーザパルスを道路の幅方向に走査しているので、道路の幅方向に対するレーザパルスの反射位置までの距離の変化を取得できる。道路上に位置している物体の高さ、および幅は、この道路の幅方向に対するレーザパルスの反射位置までの距離と道路に対する照射角度の変化から得られる。
【０００４】
なお、特許文献１は、ポリゴンミラーを用いてレーザパルスを道路の幅方向に走査する方式であり、特許文献２は道路の幅方向に複数組並べた一対の光源（ＬＤ）と受光部（ＡＰＤ）により個々のレーザパルスの走査から道路の幅方向を判別する方式である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２６９４８９号公報
【特許文献２】
特開平８−１２４０８１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の判別装置は、上述のようにＥＴＣブースに進入してきた車両の検知、およびこの車両の種類の判別を目的とした装置であったことから、歩行者を判別することについては考慮されていなかった。このため、従来の判別装置は、歩行者と二輪車とを区別することができなかった。一方、判別装置を車両だけでなく、歩行者も通行する一般道路に設置し、利用することが最近検討されている。
【０００７】
例えば、トンネル内における車両の台数、および歩行者の人数を確認するために、トンネルの入口、および出口のそれぞれに判別装置を設置することが検討されている。その目的は、トンネル内での事故の発生時にトンネル内に閉じ込められた車両の台数や歩行者の人数を確認し、非難誘導等を迅速、且つ適正に行うことである。また、トンネル内の歩行者や大型車の有無を対向車のドライバに知らせ未然に事故防止を図ることも考えられている。また、渋滞の解消のために道路における通行量の変化（曜日や時間帯の変化）を調査する目的で判別装置を設置することも検討されている。
【０００８】
しかし、上述のように従来の判別装置は、二輪車と歩行者とを区別して検出することができないため、歩行者が通行する一般道路に設置しても車両や、歩行者の通行量を正確に検出できない（歩行者を二輪車であると判別する）。このため、二輪車と歩行者とを区別して検出できる判別装置が要望されている。
【０００９】
この発明の目的は、二輪車と歩行者とを区別して検出できるようにすることで、歩行者が通行する一般道路に設置しても車両（特に大型車）や、歩行者の有無または通行量を正確に検出できる物体判別装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の物体判別装置は、上記課題を解決するために以下の構成を備えている。
【００１１】
（１）レーザパルスを道路の幅方向に走査する走査手段と、
上記走査手段がレーザパルスを道路の幅方向に走査したときの、このレーザパルスの反射光を検出する反射光検出手段と、
上記走査手段がレーザパルスで道路を幅方向に走査した照射タイミングと、上記反射光検出手段が道路の幅方向に走査したレーザパルスの反射光を検出した検出タイミングと、の時間差を用いて、上記走査手段によるレーザパルスの走査ライン上に位置する物体の高さ、および幅を取得し、この物体の種類を判別する判別手段と、を備えた物体判別装置において、
上記判別手段は、道路の側部に設定した所定幅の歩行者検知領域内において検出された物体の高さ、および幅が、それぞれ予め定められた範囲内であれば、この物体を歩行者であると判別し、且つ、上記歩行者検知領域外において検出された物体の高さ、および幅が、それぞれ予め定められた上記範囲内であっても、この物体を歩行者であると判別しない。
【００１２】
この構成では、道路の側部に設定した所定幅の歩行者検知領域内において、高さ、および幅が、それぞれ予め定められた範囲内、例えば高さが１００ｃｍ〜２００ｃｍ、幅が５０ｃｍ〜８０ｃｍ、の物体が検出された場合、この物体を歩行者であると判別する。
【００１３】
通常、歩行者は道路の中央を通行するのではなく、側端部を通行することから、道路の側端部に設定した所定幅の歩行者検知領域内において検出された高さ、および幅が人の大きさ（上記予め定められた範囲内）である物体については、歩行者である可能性が極めて高い。反対に、上記歩行者検知領域外において検出された高さ、および幅が人の大きさである物体については、歩行者ではなく、バイク等の二輪車（乗っている人を含む）である可能性が極めて高い。したがって、上記歩行者検知領域内において検出された高さ、および幅が人の大きさである物体については歩行者であると判別し、反対に上記歩行者検知領域外において検出された高さ、および幅が人の大きさである物体については二輪車であると判別することにより、歩行者と二輪車とを精度良く区別することができる。このため、歩行者が通行する一般道路に設置した場合に二輪車と、歩行者とを区別して通行量を検出できる。
【００１４】
また、検出された物体の幅が人の幅よりも大きい場合、四輪車であると判別することにより、歩行者、二輪車、四輪車を区別した通行量の検出が行える。
【００１５】
（２）レーザパルスを道路の幅方向に走査する走査手段と、
上記走査手段がレーザパルスを道路の幅方向に走査したときの、このレーザパルスの反射光を検出する反射光検出手段と、
上記走査手段がレーザパルスで道路を幅方向に走査した照射タイミングと、上記反射光検出手段が道路の幅方向に走査したレーザパルスの反射光を検出した検出タイミングと、の時間差を用いて、上記走査手段によるレーザパルスの走査ライン上に位置する物体の高さ、および幅を取得し、この物体の種類を判別する判別手段と、を備えた物体判別装置において、
上記判別手段は、道路の側部に設定した所定幅の歩行者検知領域内において検出された物体の高さ、および幅が、それぞれ予め定められた範囲内であれば、この物体を歩行者であると判別し、
上記走査手段は、上記歩行者検知領域におけるレーザパルスの走査分解能を、他の領域よりも高くした。
【００１６】
この構成では、上記歩行者検知領域におけるレーザパルスの走査分解能を、他の領域よりも高くすることで、歩行者検知領域に位置する物体の断面形状を一層精度よく検出できる。これにより、排ガスやスプラッシュのような浮遊物を歩行者とする誤検出を抑えることができ、歩行者の検出精度の一層の向上が図れる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態である物体判別装置について説明する。
【００１８】
図１は、この発明の実施形態である物体判別装置の設置例を示す図である。物体判別装置１は、車両だけでなく、歩行者も通行する一般道路、例えばトンネルの出入口、に設置される。図１において、１はこの実施形態の物体判別装置である。物体判別装置１は、道路ＲＤの側端部に立設されたポール２の上端部に取り付けられている。物体判別装置１は、レーザパルスで道路ＲＤを幅方向に走査する。走査範囲は、図１に示す範囲Ａであり、道路ＲＤの幅よりも広い。
【００１９】
なお、道路ＲＤの外側に照射されたレーザパルスは、道路上ＲＤに位置している物体で反射されるか、道路ＲＤの外側に位置する図示していない建物等の壁で反射される。
【００２０】
車両が通行する道路では、殆どの歩行者は危険な道路ＲＤの中央部を避け、道路ＲＤの側部を通行する。このことを考慮し、この実施形態の物体判別装置１は、道路ＲＤの両側に歩行者検知領域を設定している。歩行者検知領域は、図１に示すように道路ＲＤの側端部から所定幅、例えば８０ｃｍ、の範囲である。図１に示すように、道路ＲＤ側端部に設定された歩行者検知領域は、走査範囲Ａに含まれている。
【００２１】
図２は、この実施形態の物体判別装置１の構成を示すブロック図である。図２において、１１は装置本体の動作を制御する制御部である。１２は道路ＲＤを幅方向に走査するレーザパルス（パルスレーザ光）を出力するレーザダイオード（以下ＬＤ１２と言う。）、１３はＬＤ１２の発光タイミングを制御するＬＤドライバ、１４は投光レンズである。
【００２２】
１５はＬＤ１２から出力されたレーザパルスを道路ＲＤの幅方向に走査するためのポリゴンミラーである。このポリゴンミラー１５は、図示していないモータにより回転される。１６は、ポリゴンミラー１５の回転（ポリゴンミラー１５を回転させるモータの回転）を制御するモータドライバであり、１７はポリゴンミラー１５の回転角度、すなわち道路ＲＤにおけるレーザパルスの照射角度、を検出するためのエンコーダである。
【００２３】
１８はＬＤドライバ１３がＬＤ１２に供給している駆動電流をモニタするモニタ回路であり、１９はモニタ回路１８でモニタしているＬＤ１２の駆動電流に基づいてＬＤ１２の発光タイミングに応じたスタート信号を出力するスタート信号発生回路である。また、２０はＬＤ１２から出力されたレーザパルスの反射光を受光する受光素子である。２１は受光レンズ、２２は光学フィルタ、２３は反射光を受光素子２０に導くための反射ミラーである。
【００２４】
なお、ＬＤ１２から出力されたレーザパルスは、反射ミラー２３で反射されることなくポリゴンミラー１５に照射される。
【００２５】
２４は受光素子２０の出力電流をＩ／Ｖ変換（電流→電圧変換）するＩ／Ｖ変換回路であり、２５はＩ／Ｖ変換回路２４の出力を増幅するアンプであり、２６はアンプ２５の出力に基づいて反射光の受光タイミングに応じたストップ信号を出力するストップ信号発生回路である。
【００２６】
２７はスタート信号発生回路１９から入力されたスタート信号と、ストップ信号発生回路２６から入力されたストップ信号とに基づいて、ＬＤ１２から出力されたレーザパルスの飛行時間を検出する時間差検出回路である。ここで言う飛行時間とは、ＬＤ１２からレーザパルスが出力されてから、受光素子２０でその反射光が受光されるまでの時間である。すなわち、スタート信号とストップ信号との時間差である。ＬＤ１２から出力されたレーザパルスを反射した物体までの距離がこの飛行時間から得られる。２８は時間差検出回路２７で検出された飛行時間をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部、２９はこのディジタル信号を処理して道路ＲＤにおける通行車両や歩行者の有無を検出するとともに、通行車両の車種（二輪車、普通車、大型車等）を判別するディジタル処理部である。３０は、光学窓である。
【００２７】
また、この実施形態の物体判別装置１は、図示していない出力部を備え、この出力部から道路ＲＤにおける歩行者や車両の通行にかかる検出結果を出力する。
【００２８】
ここでは、道路の幅方向に走査するレーザパルスの走査分解能は一定である。具体的には、ＬＤ１２の発光周期を一定に制御するとともに、ポリゴンミラー１５の回転速度も一定に制御している。走査分解能は、連続するレーザパルスの照射角度の差を小さくするほど高くなる。
【００２９】
以下、この実施形態の物体判別装置１の動作について説明する。
【００３０】
図３は、この実施形態の物体判別装置の動作を示すフローチャートである。物体判別装置１は、ポリゴンミラー１５を回転させて、ＬＤ１２から出力されたレーザパルスを道路ＲＤの幅方向に繰り返し走査している。このとき、ＬＤ１２は一定周期で発光、停止を繰り返している。ＬＤドライバ１３が、ＬＤ１２の発光を制御している。
【００３１】
物体判別装置１は、レーザパルスを道路ＲＤの幅方向に１走査する毎に、この間にＬＤ１２から照射された各レーザパルスの反射位置である走査ポイントを算出し（ｓ１）、今回の走査で得られたレーザパルスの走査ライン上に位置している物体の断面形状データを取得する（ｓ２）。
【００３２】
走査ポイントは、ＬＤ１２からレーザパルスが照射されたタイミングと、受光素子２０でこのレーザパルスの反射が検出されたタイミングとの時間差（飛行時間）、およびこのレーザパルスの道路ＲＤに対する照射角度から算出される。飛行時間は、スタート信号発生回路１９で発生されたスタート信号と、ストップ信号発生回路２６で発生されたストップ信号との時間差であり、時間差検出回路２７で検出されている。また、レーザパルスの道路ＲＤに対する照射角は、エンコーダ１７により検出されている。
【００３３】
例えば、図４（Ａ）に示すように道路ＲＤの走査ライン上に車両、および歩行者が位置しない場合、道路ＲＤの幅方向に走査された各レーザパルスの走査ポイントは路面である。但し、道路ＲＤの外側に照射されたレーザパルスについては、道路上ＲＤに物体が位置していないので、道路ＲＤの外側に位置する建物等の壁で反射される。ここでは、道路ＲＤの外側に照射されたレーザパルスの反射位置を道路ＲＤと同じ高さであるとしている。この場合、物体判別装置１は、ｓ２で図４（Ｂ）に示す断面形状データを取得する（生成する）。また、図５（Ａ）に示すように道路ＲＤの歩行者検知領域に歩行者が位置している場合、走査されたレーザパルスの一部がこの歩行者で反射される。この場合、物体判別装置１は、ｓ２で図５（Ｂ）に示す断面形状データを取得する。さらに、図６（Ａ）に示すように道路ＲＤに四輪車が位置している場合、走査されたレーザパルスの一部がこの四輪車で反射される。この場合、物体判別装置１は、図６（Ｂ）に示す断面形状データを取得する。
【００３４】
物体判別装置１は、ｓ２で取得した断面形状データから、道路ＲＤに物体が位置しているかどうかを判定する（ｓ３）。図４〜図６に示したように、道路ＲＤに物体が位置していると、ｓ２で取得した断面形状データにこの物体の断面形状に応じた山ができている。物体判別装置１は、ｓ２で取得した断面形状データに山ができているかどうかにより、道路ＲＤに物体が位置しているかどうかを判定する。物体判別装置１は、ｓ３で道路ＲＤに物体が位置していないと判定すると、ｓ１に戻って上記処理を繰り返す。
【００３５】
反対に、ｓ３で道路ＲＤに物体が位置していると判定すると、道路ＲＤに位置している物体の高さ、および幅を取得する（ｓ４）。図４〜図６に示したように、道路ＲＤに位置している物体（歩行者、車両等）の高さ、および幅は、ｓ２で得た断面形状データにできた山の高さ、および幅から取得できる。
【００３６】
物体判別装置１は、ｓ４で取得した道路ＲＤに位置している物体の高さ、および幅が、歩行者に対応するサイズであるかどうかを判定する（ｓ５）。ここで、歩行者に対応するサイズは、予め定められている。このサイズは、高さおよび幅で定められている。例えば、高さが１００ｃｍ〜２００ｃｍであり、且つ幅が５０ｃｍ〜８０ｃｍと定められている。この場合、検出された物体の大きさが、高さが１００ｃｍ〜２００ｃｍであり、且つ幅が５０ｃｍ〜８０ｃｍであれば、歩行者に対応するサイズであると判定する。
【００３７】
物体判別装置１は、ｓ５で歩行者に対応するサイズであると判定すると、この物体の位置が道路ＲＤの側端部に設定した歩行者検知領域内であるかどうかを判定する（ｓ６）。物体判別装置１は、ｓ６で歩行者検知領域であると判別すると、今回検出された道路ＲＤに位置している物体を歩行者であると判別し（ｓ７）、上記ｓ１に戻る。反対に、物体判別装置１は、ｓ５で歩行者に対応するサイズであると判定しても、ｓ６でこの物体の位置が道路ＲＤの側端部に設定した歩行者検知領域外であると判別すると、今回検出された道路ＲＤに位置している物体を歩行者ではなく、バイク（二輪車）であると判別し（ｓ８）、上記ｓ１に戻る。
【００３８】
図７に示すように道路ＲＤにバイクが位置している場合に、ｓ２で取得される断面形状データから得られる、物体の高さ、および幅が歩行者に対応するサイズとなる。したがって、ｓ４で取得した物体の高さ、および幅だけでは、この物体が歩行者であるのか、バイクであるのかを区別することができない。そこで、上述のように、道路ＲＤの側端部に設定した歩行者検知領域内で検出された歩行者サイズの物体については歩行者であると判別し、歩行者検知領域外で検出された歩行者サイズの物体についてはバイクであると判別するようにしている。上述のように、殆どの歩行者は道路ＲＤの中央を通行すると危険であることから、道路ＲＤの側端部に設定されている歩行者検知領域を通行する。反対に、バイクは歩行者検知領域に歩行者がいると考え、危険を避けるために、道路ＲＤの中央よりを走行する。
【００３９】
したがって、上述したように、歩行者検知領域内において検出された歩行者に対応するサイズの物体を歩行者と判別し、歩行者検知領域外において検出された歩行者に対応するサイズの物体をバイクと判別することにより、歩行者とバイクとを精度良く区別することができる。
【００４０】
なお、物体検出装置１は、道路ＲＤの幅方向における略同じ位置で、同じサイズの物体を検出しつづけている場合、この物体を１つの物体として処理する。
【００４１】
また、物体検出装置１は、ｓ５で検出された物体のサイズが歩行者のサイズでないと判別すると、四輪車であるかどうかを判別する（ｓ９）。四輪車のサイズも、上記歩行者のサイズと同様に予め設定されている。四輪車のサイズは、例えば高さが５０ｃｍ以上で、且つ幅が１００ｃｍ以上と設定されている。物体検出装置１は、ｓ９で四輪車のサイズでないと判別すると、排ガスやスプラッシュの影響であると判断し（物体無しと判断し）、ｓ１に戻って上記処理を繰り返す。
【００４２】
また、ｓ９で四輪車のサイズであると判定すると、そのサイズから普通車であるか大型車であるかを判別し（ｓ１０〜ｓ１２）、ｓ１に戻って上記処理を繰り返す。
【００４３】
なお、物体判別装置１には、予め普通車と、大型車とを区別するために、その境界となる物体の大きさ（高さ、および幅）が設定されている。
【００４４】
このように、この実施形態の物体判別装置１は、道路ＲＤに位置している歩行者と、二輪車とを区別することができるので、歩行者が通行する一般道路に設置し、歩行者、二輪車、四輪車（普通車、大型車）を区別して物体の有無もしくは通行量を検出することができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、物体検出装置１は道路を幅方向に走査するレーザパルスの走査分解能が一定であるとしたが、歩行者検知領域における走査分解能を他の領域よりも高くしてもよい（図８参照）。走査分解能を高くすることにより、取得できる物体の断面形状の精度が高くなる。
【００４６】
このようにすれば、歩行者検知領域に発生した、排ガスやスプラッシュ等の浮遊物を歩行者として誤って検出するのを抑えることができ、道路ＲＤ上に位置する物体の判別精度の一層の向上が図れる。
【００４７】
また、走査分解能を高くする方法としては、レーザパルスを歩行者検知領域に走査しているときにおけるＬＤ１２の発光周期を、他の領域を走査しているときよりも短くすればよい。ＬＤドライバ１３がこの制御を行う。
【００４８】
なお、ポリゴンミラー１５の回転速度については一定に制御される。
【００４９】
また、上記実施形態では、１車線の道路を例にして説明したが、２車線や３車線の道路にも、本願発明の物体判別装置１を適用できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、道路を通行している歩行者と、二輪車とを区別することができるので、歩行者が通行する一般道路に設置した場合に、車両や、歩行者の物体の有無もしくは通行量を正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態である物体判別装置の設置例を示す図である。
【図２】この実施形態の物体判別装置の構成を示すブロック図である。
【図３】この実施形態の物体判別装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】この実施形態の物体判別装置で得られる物体の断面形状データを説明する図である。
【図５】この実施形態の物体判別装置で得られる物体の断面形状データを説明する図である。
【図６】この実施形態の物体判別装置で得られる物体の断面形状データを説明する図である。
【図７】この実施形態の物体判別装置で得られる物体の断面形状データを説明する図である。
【図８】この発明にかかる別の実施形態の物体判別装置による走査パターンを示す図である。
【符号の説明】
１−物体判別装置
２−ポール
１１−制御部
１２−ＬＤ
１３−ＬＤドライバ
１５−ポリゴンミラー
１７−エンコーダ
１９−スタート信号発生回路
２０−受光素子
２６−ストップ信号発生回路
２７−時間差検出回路
２９−ディジタル処理部
ＲＤ−道路

Claims

レーザパルスを道路の幅方向に走査する走査手段と、
上記走査手段がレーザパルスを道路の幅方向に走査したときの、このレーザパルスの反射光を検出する反射光検出手段と、
上記走査手段がレーザパルスで道路を幅方向に走査した照射タイミングと、上記反射光検出手段が道路の幅方向に走査したレーザパルスの反射光を検出した検出タイミングと、の時間差を用いて、上記走査手段によるレーザパルスの走査ライン上に位置する物体の高さ、および幅を取得し、この物体の種類を判別する判別手段と、を備えた物体判別装置において、
上記判別手段は、道路の側部に設定した所定幅の歩行者検知領域内において検出された物体の高さ、および幅が、それぞれ予め定められた範囲内であれば、この物体を歩行者であると判別し、且つ、上記歩行者検知領域外において検出された物体の高さ、および幅が、それぞれ予め定められた上記範囲内であっても、この物体を歩行者であると判別しない物体判別装置。
レーザパルスを道路の幅方向に走査する走査手段と、
上記走査手段がレーザパルスを道路の幅方向に走査したときの、このレーザパルスの反射光を検出する反射光検出手段と、
上記走査手段がレーザパルスで道路を幅方向に走査した照射タイミングと、上記反射光検出手段が道路の幅方向に走査したレーザパルスの反射光を検出した検出タイミングと、の時間差を用いて、上記走査手段によるレーザパルスの走査ライン上に位置する物体の高さ、および幅を取得し、この物体の種類を判別する判別手段と、を備えた物体判別装置において、
上記判別手段は、道路の側部に設定した所定幅の歩行者検知領域内において検出された物体の高さ、および幅が、それぞれ予め定められた範囲内であれば、この物体を歩行者であると判別し、
上記走査手段は、上記歩行者検知領域におけるレーザパルスの走査分解能を、他の領域よりも高くした物体判別装置。
上記判別手段は、上記歩行者検知領域外において検出された物体の高さ、および幅が、それぞれ予め定められた上記範囲内であれば、この物体を二輪車であると判別する請求項１または２に物体判別装置。
上記判別手段は、上記走査手段によるレーザパルスの走査ライン上に位置する物体の高さ、および幅が、それぞれ予め定められた閾値を超える場合、この物体を四輪車であると判別する請求項１〜３のいずれかに記載の物体判別装置。