JP4304610B2 - カメラ式車両感知器における画面の輝度調整方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、カメラにて道路を撮影して画像処理することにより、道路上の車両を検知することができるカメラ式車両感知器に関し、特にカメラ式車両感知器によって得られる画面の輝度調整方法及び装置に関するものである。

道路上の車両を感知する車両感知器として、超音波式のものがよく知られている。この超音波式は道路の上から下に向けて超音波を発射し、その反射波の到達時間を検出することにより車両の計測を行うものであるが、一台ごとの車両の特徴を検出することまではできない。
そこで、カメラにて道路を撮影して画像処理することにより、車両の特徴を検出し、車両のナンバープレートなどの特定もできるカメラ式車両感知器が知られている。
特開2001-021958号公報

このカメラ式車両感知器で行われる、カメラのＥＥ (Electric Eye camera) 制御（被写体に当たる光の強弱に応じて自動的に露出を調節する制御）では、撮影した画像のある撮影対象範囲の輝度の平均値を算出し、その平均値が、目標とする輝度になるように、露光時間や絞り量を調整していた。
ところが、前記制御では、撮影対象範囲に日向の場所が広く写っている画面や、白い車両が数多く通過したところを写した画面では、画面の輝度の平均値が目標とする輝度になるように制御する結果、もともと暗いところがさらに暗く写ってしまい、画面の暗い部分の構造がつぶれ認識できなくなってしまう。

また、撮影対象範囲に日陰の場所が広く写っている画面や、黒い車両が数多く通過したところを写した画面では、画面の輝度の平均値が目標とする輝度になるように制御する結果、もともと明るいところがさらに明るく写ってしまい、画面の明るい部分の構造がつぶれ認識できなくなってしまう。
このため、従来の画面の輝度調整方法では、ナンバープレートの読取りなど車両の特徴を検出するための後処理に支障を与えるおそれがある。

そこで、本発明は、階調の比較的真中の部分を活用でき、明るい場所を撮影した画面であっても、画面の暗い部分の認識が容易にでき、暗い場所を撮影した画面であっても、画面の明るい部分の認識が容易にできるカメラ式車両感知器の画面の輝度調整方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明のカメラ式車両感知器の画面の輝度調整方法は、カメラ式車両感知器で撮影した画像を入力し、入力された画像のデータに基づいて、高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βと、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αとを算出し、高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βが、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αよりも多い場合には、目標輝度をデフォルト値よりも上げて設定し、高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βが、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αよりも少ない場合には、目標輝度をデフォルト値よりも下げて設定し、この画面の中の平均輝度値と前記目標輝度との差がなくなるように、露光制御を行う方法である（請求項１）。

この画面の輝度調整方法によれば、高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βが、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αよりも多い場合、つまり明るめの画面の場合には、目標輝度をデフォルト値よりも上げて設定するので、露光制御を行ったときに、あまり暗い画面にならずに済む。従って、暗い部分がつぶれる可能性は少なくなり、全体に細部構造を認識しやすい画面になる。高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βが、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αよりも少ない場合、つまり暗めの画面の場合には、目標輝度をデフォルト値よりも下げて設定するので、露光制御を行ったときに、明るすぎる画面にならずに済む。従って、明るい部分がつぶれる可能性は少なくなり、全体に細部構造を認識しやすい画面になる。

前記画面の輝度調整方法において、前記高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βが、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αよりも多い場合には、この割合βが高輝度画素数しきい値ｍ以上であるかどうか判定し、この割合βが高輝度画素数しきい値ｍ以上である場合に、目標輝度をデフォルト値よりも上げて設定することが好ましい（請求項２）。このように、高輝度画素数しきい値ｍを設けたのは、明るすぎず暗くすぎもしない画面であるのに、ノイズなどで部分的に、高輝度しきい値以上の画素が偶然現われた場合に、明るい画面と判定して、目標輝度をデフォルト値よりも上げて設定するのを避けるためである。

前記画面の輝度調整方法において、高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βが、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αよりも少ない場合には、この割合αが低輝度画素数しきい値ｎ以上であるかどうか判定し、この割合αが低輝度画素数しきい値ｎ以上である場合に、目標輝度をデフォルト値よりも下げて設定することが好ましい（請求項３）。このように、低輝度画素数しきい値ｎを設けたのは、明るすぎず暗くすぎもしない画面であるのに、ノイズなどで部分的に、低輝度しきい値以下の画素が偶然現われた場合に、暗い画面と判定して、目標輝度をデフォルト値よりも下げて設定するのを避けるためである。

また、本発明のカメラ式車両感知器の画面の輝度調整装置は、請求項１記載の画面の輝度調整方法と同一の発明に係る装置である（請求項４）。

以上のように本発明によれば、明るめの画面の場合には、目標輝度をデフォルト値よりも上げて設定するので、露光制御を行ったときに、あまり暗い画面にならずに済み、暗い部分がつぶれる可能性は少なくなる。暗めの画面の場合には、目標輝度をデフォルト値よりも下げて設定するので、露光制御を行ったときに、明るすぎる画面にならずに済み、明るい部分がつぶれる可能性は少なくなる。したがって、全体に細部構造を認識しやすい画面になリ、車両識別などの後処理を正確に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の画面の輝度調整装置を適用したカメラ式車両感知システムの概略構成図である。
道路の近傍に設置されたポール２の上部にカメラ式車両感知器１が取り付けられている。このカメラ式車両感知器１から、道路の交通状態を収集する交通情報センター３のコンピュータ４まで、通信回線５が接続されている。通信回線５は、有線／無線のいずれか又はこれらの結合でもよく、専用回線、公衆通信回線を問わない。

図２は、カメラ式車両感知器１の内部構成を示すブロック図である。カメラ式車両感知器１は、カメラ１１と、カメラ１１の動作を制御するカメラＤＳＰ(Digital Signal Processor)１２と、画像処理装置１３と、通信インターフェイス１４とを有する。
カメラ１１は、レンズ系１５とイメージセンサ１６とを含んでいる。レンズ系１５における開口絞り量は、カメラＤＳＰ１２からの絞り制御信号に基づいて調整される。カメラ１１の視野は、道路（図示せず）に向けられており、カメラ１１は道路状態を撮影しその撮影画像をイメージセンサ１６に形成する。イメージセンサ１６上に形成された画像のデータは、カメラＤＳＰ１２へ出力される。イメージセンサ１６の露光時間（シャッタ速度に相当）は、カメラＤＳＰ１２からの露光時間制御信号に基づいて調整される。

画像処理装置１３は、路面領域の画像データを生成する。この画像を「基準画像」という。基準画像データに基づき、車両の検出、ナンバープレート読取り、車両の速度検出、渋滞長検出などを行い、交通流を把握するための各種の情報を得る。これらの情報は、通信インターフェイス１４、通信回線５を通して交通情報センター３まで伝送される。
また画像処理装置１３は、基準画像データに基づき、カメラ１１の露光制御を実行する。露光制御の結果は、カメラＤＳＰ１２を通してイメージセンサ１６の露光時間制御やレンズ系１５の絞り制御に用いられる。

図３は、画像処理装置１３の行う露光制御の概要を説明するためのグラフである。横軸に時刻、縦軸に輝度と露光時間をとっている。露光制御は、夜間、朝、昼間、夕方別に実行される。夜間はヘッドライトの撮影が目的であり、図３に示すように露光時間固定の制御が行われる。昼間は車体やナンバープレートの撮影が目的であり、基準画像の輝度を基準となる輝度にあわせるための制御が行われる。この基準となる輝度を「目標輝度」という。なお、図３では、目標輝度は昼間固定されているが、これは目標輝度が固定される場合もあるということで、目標輝度は常に昼間固定されるものとはかぎらない。その日の時間帯ごとに目標輝度を変えてもよく、その日の天候の変化に応じて目標輝度を変えてもよい。また、本発明のように目標輝度を自動調整する制御（後述）を行う場合は、目標輝度は変化していく。

朝は、夜間制御から昼間制御につなぐため露光時間を長くしていく制御を行う。露光時間を長くしていくのは、夜間はヘッドライトの撮影が目的なので露光時間が比較的短くてよいが、朝は、車体等の撮影のためにイメージセンサ１６の露光量を増大させる必要があり、このために露光時間を徐々に長くしていく必要があるからである。夕方は、昼間制御から夜間制御につなぐため露光時間を短くしていく制御を行う。

以下、昼間における、目標輝度を自動調整し、基準画像の輝度を目標輝度に維持するための露光制御内容を、図４を用いて説明する。図４は、カメラ式車両感知器１の露光時間制御内容を説明するためのフローチャートである。
画像処理装置１３は、基準画像データを入力し(ステップＳ１)、基準画像データに対して、基準画像データの画面全体にわたる輝度の平均値を算出する。なおこのとき、過去に一定回数取り込んだ基準画像データも考慮した移動平均をとってもよい。そして、この輝度平均値と、目標輝度との差を算出して(ステップＳ３)、この差が少なくなるように露光時間や絞りの増減を行う(ステップＳ４)。前記目標輝度は、後述するように、入力された基準画像データを画像処理し分析した結果に応じて、自動的に調整される(ステップＳ２)。

図５は、基準画像データに基づいたヒストグラムであり、横軸に輝度値、縦軸に画面内画素の分布数をとっている。目標輝度として、デフォルトとして与えられた値を示しているが、本発明により、ヒストグラム分布状態に応じて、この目標輝度が変動し調整される。
図５において、高輝度しきい値、低輝度しきい値という固定値を示している。高輝度しきい値は、これ以上輝度の高い画面は、日向の道路や、白い大きな車両など明るい対象を撮影したものとみなし、低輝度しきい値は、これ以上輝度の低い画面は、日陰の道路や、黒い大きな車両などを撮影したものとみなすための、それぞれのしきい値である。画面を構成する全画素に対する低輝度しきい値以下の画素数の割合を低輝度画素数α（単位％）、高輝度しきい値以上の画素数の割合を高輝度画素数β（単位％）という。

天候が晴れていて画面が日向と日陰にはっきりと分かれていて、日陰の少ない場所を撮影した画面であれば、低輝度画素数αは少なく、高輝度画素数βは多めの値となる。天候が晴れで日陰の多い場所を撮影した画面であれば、高輝度画素数βは少なく、低輝度画素数αは多めの値になる。また、白い大きなトラックやバスが画面を横切ったとき、高輝度画素数βは多めの値となリ、黒い大きなトラックやバスが画面を横切ったとき、低輝度画素数αは多めの値になる。

図６は、目標輝度の自動調整方法を説明するためのフローチャートである。
画像処理装置１３は、基準画像データに基づいてヒストグラムを作成し、高輝度しきい値以上の高輝度画素数βを算出し(ステップＴ１)、低輝度しきい値以下の低輝度画素数αを算出する(ステップＴ２)。βとαとを比較し(ステップＴ３)、β＞αであれば、βが高輝度画素数しきい値ｍ以上かどうかを判定する(ステップＴ４)。ここで高輝度画素数しきい値ｍを使うのは、本来のヒストグラムが高輝度しきい値〜低輝度しきい値の範囲内に入っているのに、ノイズなどで部分的に、高輝度しきい値以上の画素が偶然現われた場合に、明るい画面と判定してしまうのを避けるためである。βが高輝度画素数しきい値ｍ以上であれば目標輝度を上げる操作をする(ステップＴ５)。

α＞βであれば(ステップＴ６)、αが低輝度画素数しきい値ｎ以上かどうかを判定する(ステップＴ７)。ここで低輝度画素数しきい値ｎを使うのは、本来のヒストグラムが高輝度しきい値〜低輝度しきい値の範囲内に入っているのに、ノイズなどで部分的に、低高輝度しきい値以下の画素が偶然現われた場合に、暗い画面と判定してしまうのを避けるためである。αが低輝度画素数しきい値ｎ以上であれば目標輝度を下げる操作をする(ステップＴ８)。

α＝βであれば、ヒストグラムが対称的な分布をしいると判断されるので、目標輝度を変更しない(ステップＴ９)。
このようにして、高輝度画素数βが低輝度画素数αよりも多くて、画面全体が明るい部分が多いと判定されたときに、目標輝度を上げる操作をするので、カメラ式車両感知器１から出力される画面の輝度を全体的に上げて、暗い部分もつぶれずに認識できるようになる。また、低輝度画素数αが高輝度画素数βよりも多くて、画面全体が暗い部分が多いと判定されたときに、目標輝度を下げる操作をするので、カメラ式車両感知器１から出力される画面の輝度を全体的に下げて、明るい部分がつぶれずに認識できるようになる。

したがって、車両の検出、ナンバープレート読取り、車両の速度検出、渋滞長検出など後処理をする場合に、処理の確実性を向上させることができる。
ここで、目標輝度の自動調整による効果を、図を用いて説明する。
図７は、本発明の画面の輝度調整方法を説明するためのヒストグラムである。図７(ａ)は、基準画像データに基づいて作成されたヒストグラムを示す。目標輝度はＩ₀で示している。この図では、β＞αとなっており、明るい部分の多い画面である。この場合、図７(ｂ)に示すように、目標輝度Ｉ₀ を上げる操作をする。その上で図７(ｃ)に示すように画面全体の輝度平均値Ｍと、目標輝度Ｉ₀との差がなくなるように露光制御を行う。その結果、図７(ｃ)に示されるように低輝度画素数αは増大してα′になる。

図８は、従来の画面の輝度調整方法を説明するためのヒストグラムである。図８(ａ)は、図７(ａ)と同じヒストグラムを示す。この場合、図８(ｂ)に示すように、目標輝度Ｉ₀を変えないで、図８(ｃ)に示すように画面全体の輝度平均値Ｍと、目標輝度Ｉ₀との差がなくなるように露光制御を行う。その結果、従来の画面の輝度調整方法では、図８(ｃ)に示されるように低輝度画素数αは増大してα″になる。

この増大した分α″は、図７(ｃ)に示される本発明の画面の輝度調整方法による増大分α′よりも大きくなる。このため、従来の方法では、低輝度しきい値以下の画素数の割合α″が多くなり、低階調の部分が増えて、暗い部分の詳細が読取り難くなるのに対して、本発明の方法では、低輝度しきい値以下の画素数の割合α′がそれほど多くならず、暗い部分の詳細が比較的読取り易くなる。

図７、図８では、明るい部分の多い画面を例にとって説明したが、暗い部分の多い画面についても、同じ効果が得られる。すなわち、従来の方法では、目標輝度が固定されるため、高輝度しきい値以上の画素数の割合が多くなり、高階調の部分が増えて、明るい部分の詳細が読取り難くなるのに対して、本発明の方法では、高輝度しきい値以上の画素数の割合がそれほど多くならず、明るい部分の詳細が比較的読取り易くなる。

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、前記のカメラ式車両感知システムでは、画像処理装置１３はカメラ式車両感知器１に設けられていたが、これに限定されるものではなく、カメラ式車両感知器１と通信回線５でつながったパーソナルコンピュータ４の中に設けてもよい。また、前述の形態では、露光制御の対象として露光時間を取り上げたが、絞り量を制御してもよい。この場合、露光時間を長くすることは絞り量を少なくすることに対応し、露光時間を短くすることは絞り量を多くすることに対応する。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

本発明の露光制御装置を適用したカメラ式車両感知システムの概略構成図である。 カメラ式車両感知器１の内部構成を示すブロック図である。 露光制御の概要を説明するためのグラフである。 カメラ式車両感知器１の露光時間制御内容を説明するためのフローチャートである。 基準画像データに基づいて作成されたヒストグラムである。 目標輝度の自動調整方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の画面の輝度調整方法の効果を説明するためのヒストグラムである。 従来の画面の輝度調整方法の効果を説明するためのヒストグラムである。

符号の説明

１ カメラ式車両感知器
２ ポール
３ 交通情報センター
４ コンピュータ
５ 通信回線
１１ カメラ
１２ カメラＤＳＰ
１３ 画像処理装置
１４ 通信インターフェイス
１５ レンズ系
１６ イメージセンサ

Claims (4)

1. カメラ式車両感知器で撮影した画像を入力し、
   入力された画像のデータに基づいて、高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βと、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αとを算出し、
   高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βが、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αよりも多い場合には、目標輝度をデフォルト値よりも上げて設定し、
   高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βが、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αよりも少ない場合には、目標輝度をデフォルト値よりも下げて設定し、
   この画面の中の平均輝度値と前記目標輝度との差がなくなるように、露光制御を行うことを特徴とするカメラ式車両感知器の画面の輝度調整方法。
2. 高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βが、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αよりも多い場合には、この割合βが高輝度画素数しきい値ｍ以上であるかどうか判定し、この割合βが高輝度画素数しきい値ｍ以上である場合に、目標輝度をデフォルト値よりも上げて設定することを特徴とする請求項１記載のカメラ式車両感知器の画面の輝度調整方法。
3. 高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βが、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αよりも少ない場合には、この割合αが低輝度画素数しきい値ｎ以上であるかどうか判定し、この割合αが低輝度画素数しきい値ｎ以上である場合に、目標輝度をデフォルト値よりも下げて設定することを特徴とする請求項１記載のカメラ式車両感知器の画面の輝度調整方法。
4. カメラ式車両感知器のカメラで撮影した画像のデータを入力する画像データ入力手段と、
   高輝度しきい値以上の輝度を持つ画素の割合βと、低輝度しきい値以下の輝度を持つ画素の割合αとを算出し、比較する画素の割合比較手段と、
   画素の割合比較手段によって、β＞αと判定された場合には、目標輝度をデフォルト値よりも上げて設定し、β＜αと判定された場合には、目標輝度をデフォルト値よりも下げて設定する目標輝度設定手段と、
   画面の中の平均輝度値と前記目標輝度との差がなくなるように、露光制御を行う露光制御手段とを備えることを特徴とするカメラ式車両感知器の画面の輝度調整装置。

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