JP4800455B2

JP4800455B2 - 車速計測方法および装置

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Publication number: JP4800455B2
Application number: JP04136499A
Authority: JP
Inventors: 隆文枝並
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: US6628804B1; JP2000241440A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車速計測方法および装置に関する。
一般道路や高速道路においては、交通流の監視ならびに制御や、車両の速度規制の監視が行われており、車両のスムーズな運行と安全速度の維持が図られている。
【０００２】
このような道路監視システムを構築するに当っては、走行する車両の車速を知るための装置が不可欠となる。本発明はそのための車速計測手法について述べるものである。
【０００３】
【従来の技術】
図１４は一般的な車速計測システムを表す斜視図である。
本図において、１は一般道路あるいは高速道路における車道であり、車道１上を車両２が走行する。
本発明に関係する車速計測システムは、種々の機能部分から構成されるが、そのうち本図では、撮像カメラ３のみを、例えば３車線の各々に対応させて、３台示している。なおこのような撮像カメラを用いた車速計測装置の従来例としては、特開平５−３１２８１８号や特開平５−２６６３９４号がある。
【０００４】
撮像カメラ３は、撮影対象となる車両２の走行ルートの直上に設置される。車両２の車速を正確に計測するためには、車両の進行方向の真上から車両の移動を測定する必要があるからである。このように撮像カメラ３を車両の走行ルートの直上に位置させるためにまず車道１の両脇には設置ポール４が建てられ、さらにこれら一対の設置ポール４の各上端部間にアーム５が取り付けられ、このアーム５の上に撮像カメラ３が載置されるようになっている。
【０００５】
あるいは、車道１の一方の脇に建てられている信号機を利用し、この信号機の支柱の上部から車道上に延びるアームを設け、このアームの上に撮像カメラ３を載置することもある。
さらにまた車道１を跨ぐ歩道橋があれば、この歩道橋の一部に撮像カメラ３を取り付けるという場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来は、車両２の車速を正確に計測すべく、車両２の走行ルートの直上に撮像カメラ３を設置しなければならない。すなわち、撮像カメラ３によって撮影された車両の画像が、画面上、例えばモニタ画面上を垂直方向（上下方向）にのみ移動するように、該撮像カメラ３を、上記走行ルートの直上に設置する。そしてこのために、既述のとおり、（ｉ）設置ポール４とアーム５（図１４）を設けるか、（ii）信号機の支柱に対し水平方向に延びるアームを設けるか、（iii ）歩道橋を利用するか、等の対策を講じなければならない。
【０００７】
しかしながら、上記（ｉ）の対策によると、設置ポール４やアーム５の建設のために、車速計測システムとして相当高価なものになる、という問題がある。また、その建設時には交通を一旦しゃ断しなければならない、という問題がある。
また上記（ii）の対策によると、信号機の支柱に取り付けたアームが、風や高速走行する車両によって生ずる風圧のため、車道１と平行な水平面内に大きく振れ易く、高精度な車速の計測が行えない、という問題がある。
【０００８】
さらに上記（iii ）の対策によると、車速計測システムの構築場所が、歩道橋のあるところに限られてしまい所望の任意の場所での車速計測が行えず不便である、という問題がある。
したがって本発明は上記諸問題点に鑑み、車道の脇に建てた簡単な１本の支持ポールに取り付けられた撮像カメラによって、車両の速度を高精度に計測可能な車速計測方法および装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
すなわち、車両の走行ルートの真上から（従来）ではなく、該走行ルートに対して斜めの方向から撮影して得た、画面上の車両の画像に基づき該車両の速度を計測できるようにすることを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明を適用した車速計測システムの平面図である。
本図に示すとおり、本発明においては、撮像手段をなす撮像カメラ３が、車道１の脇に建てられた支持ポール６上に設けられる。したがって、図１４に示すような、従来における、走行ルートＲＴの直上のアーム５とこれを支持するための設置ポール４は不要となる。このため本発明における車速計測装置の撮像機能部分をなす撮像カメラ３は、車道１上を走行する車両２を斜め上の方向から撮影することになる。
【００１１】
図２は図１の左側から見た側面図である。支持ポール６の上方に取り付けた撮像カメラ３は、車道１上を走行する車両２の斜め上の方向から、該車両を撮影する。なおこの支持ポール６は、この撮影のために新たに建ててもよいし、また、既設の信号機の支柱あるいは既設の電信柱や配電用柱があればこれらを利用するようにしてもよい。上記のポール６（あるいは上記の柱）には、車速計測装置１０を取り付けることができる。ただし、図１には示していない。なお、この装置１０は、撮像カメラ３の筐体に内蔵させてもよい。
【００１２】
図１および図２に表すように、車両２の斜め上の方向から撮像カメラ３により該車両を撮影すると、車両の画像を表示する画面上においては、従来該画面上の垂直方向（上下方向）にのみ移動した該車両の画像が、該画面上の垂直方向のみならずその水平方向（左右方向）にも移動することになる。
この結果、画面上を斜めに移動する、車両２の画像の移動量からは、単純には該車両の走行ルートＲＴに沿った実際の速度を正しく算出することが困難となる。なぜなら、画面上における車両２の画像の水平移動速度（Ｖｘ）とその垂直移動速度（Ｖｙ）とが求まっても、その二乗和（Ｖｘ²＋Ｖｙ²）の平方根から実空間における車速（Ｖ）が導き出せる、というような単純なものではないからである。そこで本発明においては次のような車速計測方法を採用する。
【００１３】
図３は本発明に係る車速計測方法を表すフローチャートである。
第１ステップ（Ｓ１）：車道１の脇に建てられた支持体（支持ポール６）上に設置された撮像カメラ３より、走行中の車両２を撮影する。
第２ステップ（Ｓ２）：撮像カメラ３により撮影された車両２の画像を表示する画面上において、該画面上を移動する画像の垂直方向における垂直移動量を算出する。
【００１４】
第３ステップ（Ｓ３）：撮像カメラ３により撮影された車両２の画像を表示する画面上において、該画面上を移動する画像の水平方向における水平移動量を算出する。
第４ステップ（Ｓ４）：算出された垂直移動量および水平移動量を、車両２が存在する実空間における撮像カメラ３の撮影位置情報および該撮像カメラ３の姿勢情報に基づき、該実空間における垂直移動量および水平移動量に変換する。
【００１５】
第５ステップ（Ｓ５）：車両２の上記実空間における垂直移動量および水平移動量と当該移動時間とから、車両２の速度を計算する。
かくして、斜め上の方向から撮影した、画面上における画像の移動量から、実空間における車両２の実速度が求められる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図４は本発明に係る車速計測装置の基本構成を表す図である。
本図において、３は撮像カメラ（撮像手段）、１１は垂直移動量算出手段、１２は水平移動量算出手段、１３は変換手段、１４は車速計算手段である。
撮像カメラ３は、車道１の脇に建てられた支持体（支持ポール６）に設置され、走行中の車両２を撮影する。
【００１７】
垂直移動量算出手段１１は、撮像カメラ３から出力される車両２の画像を表示する画面上において、該画面上を移動する画像の垂直方向の移動量を算出する。
水平移動量算出手段１２は、上記画面上において、画面上を移動する画像の水平方向の移動量を算出する。
変換手段１３は、垂直移動量算出手段１１および水平移動量算出手段１２によりそれぞれ算出した上記画面上での垂直移動量および水平移動量を、車両２が存在する実空間上での撮像カメラ３の位置情報および該撮像カメラ３の姿勢情報に基づき、上記実空間上での垂直移動量および水平移動量に変換する。
【００１８】
車速計算手段１４は、車両２の上記実空間上での垂直移動量および水平移動量と、当該移動時間とから車両２の速度を計算する。
上記の各構成要素のうち、特に本発明の主要な構成要素となるのは、変換手段１３である。この変換手段１３について以下詳しく説明する。
図５は図４に示す変換手段１３の動作原理を説明するための三次元ベクトル図である。
【００１９】
本図において、相互に直行するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸により規定される三次元座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）は、車両２を中心とする車道１上の実空間を表す。
この座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）において、右上方に延びる直線（２１）は、撮像カメラ３の光軸である。この撮像カメラ３は、座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）内のＰ点（視点）に位置し、その座標を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とする。
【００２０】
撮像カメラ３によって形成される画面ＤＳは、本図のＤＳとして示される。この画面ＤＳは二次元平面であり、相互に直交するｕ軸およびｖ軸からなる二次元座標（ｕ−ｖ）で表すことができる。ただし、この画面ＤＳは現実には、Ｐ点に置かれたカメラ３のレンズよりも後方（図の右側）にできるが、該レンズからを通して見える画面ということで、本図では該レンズの前方（図の左側）に描いている。
【００２１】
この撮像カメラ３を中心とする三次元座標系は、相互に直交するｒ軸、ｓ軸およびｔ軸により規定される。このうちｒ軸は該カメラ３の光軸である。カメラ３を中心とする実空間は、カメラ３が車両２を斜め上から撮影していることから、三次元座標（Ｘ−Ｙ−Ｚ）に対して、ねじれた三次元座標系（ｒ−ｓ−ｔ）を有する。このねじれは、上述した、撮像カメラ３の姿勢情報に関係する。本図を参照すると、この姿勢情報は、実空間（座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ）における第１軸（図ではＸ軸であり車両２の走行方向に相当）からのずれ角である方向角θの情報を含む。この方向角θは、光軸２１を投影した投影線２２と、Ｘ軸とのなす角である。
【００２２】
姿勢情報はまた、実空間（座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ）における、上記第１軸および該第１軸に直交する第２軸（図ではＹ軸）からのずれ角である伏角φの情報を含む。
上記の方向角θおよび伏角φを有する光軸２１を原点とする、画面ＤＳ上の上記の二次元座標系（ｕ−ｖ）に現れる車両２の画像をＱ（ｕ，ｖ）点は、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系の実空間内における領域２３においてＲ点に現れる。図では、ｚ＝０であるからＲ（ｘ，ｙ）として示される。ここに領域２３は、画面ＤＳの視野に相当する画面相当領域である。この領域２３は、Ｚ軸の上方から見ると台形形状をなす。なぜなら撮像カメラ３に近い側（画面ＤＳの下辺）は短く映し出され、該カメラ３から遠い側（画面ＤＳの上辺）は長く映し出されるからである。
【００２３】
図５に表した解析をもとに画面ＤＳ上での車両２の画像位置（Ｑ）を、上記の実空間を規定する三次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で表した座標を（ｘ′，ｙ′，ｚ′）とすると、この座標（ｘ′，ｙ′，ｚ′）は例えば下記（１）式により表すことができる。
【００２４】
【数２】

【００２５】
上記（１）式によれば、画面ＤＳ上の車両２の画像（Ｑ）実空間における垂直移動量（ｘ）と水平移動量（ｙ）は、回転角θをパラメータとする三次元の第１回転行列（右辺の第１項）と、伏角φをパラメータとする三次元の第２回転行列（右辺の第２項）と、画面ＤＳ上での垂直移動量ｕおよび水平移動量ｖならびに撮像カメラ３の焦点距離および該カメラ３の性状で定まるカメラ係数ｆと（右辺の第３項）、カメラ３の位置情報（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と（右辺の第４項）、を用いた所定の座標変換により、算出することができる。なお、上記のカメラ３の性状とは、ＣＣＤを用いたカメラであれば、ＣＣＤの画素数やＣＣＤのサイズ等により決定される物理量である。
【００２６】
さらに図５を参照すると、撮像カメラ３の視点Ｐと画面ＤＳ上の画像のＱ点とを結ぶ直線２４の延長線と、車道１上の画面相当領域２３との交点が、求めるべきＲ点の座標Ｒ（ｘ，ｙ，０）となり、実空間での車両２の実際の移動量（すなわち車速）を算出することができる。
そこで上記（１）式より下記（２）式を導く。
【００２７】
【数３】

【００２８】
（２）式において、ｋは図５に示す直線２４の、三次元座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）における傾きを特定するパラメータである。このパラメータｋは、上記（２）式の行列における最下段の（０，ｚ′−ｚ０，ｚ０）から簡単に求まり（ｚ０／（ｚ０−ｚ′））、求めるべき座標Ｒ（ｘ，ｙ）は下記（３）式のように導出される。
【００２９】
【数４】

【００３０】
画面ＤＳは連続する画像フレーム（Ｐｎ−１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１…）からなるので、画像フレームＰｎにおいて、上記の各式に基づき得られた実空間における車両２の実際の位置をＬｎとすると、Ｌｎは座標（ｘｎ，ｙｎ）である。同様に直前の画像フレームＰｎ−１において、上記の各式に基づき得られた実空間における車両２の実際の位置をＬｎ−１とすると、Ｌｎ−１は座標（ｘ（ｎ−１），ｙ（ｎ−１））となる。
【００３１】
かくして上記の位置ＬｎおよびＬｎ−１から、車両２の移動距離Ｄが下記（４）式により求まる。
Ｄ＝〔｛ｘｎ−ｘ（ｎ−１）｝²＋｛ｙｎ−ｙ（ｎ−１）｝²〕^1/2（４）
画像フレームＰｎ−１からＰｎへ移る時間Ｔは既知であり、通常Ｔ＝１／３０ｓまたは１／６０ｓである。ここに求める車速Ｖは、下記（５）式のようになる。
【００３２】
Ｖ＝Ｄ／Ｔ（５）
以上の説明では、画面ＤＳ上における車両２の画像の垂直移動量および水平移動量をいかに求めるかについて特に述べていないが、その求め方について以下、二、三の例を記述する。
第１は、画像の移動量を算出するのにヒストグラムを用いる方法である。
【００３３】
図６はヒストグラムによる画像の移動量測定について説明するための図である。
本図は画面ＤＳ上に映し出された走行中の車両２の画像を表している。この画像の中には、車両の水平エッジの要素が多く含まれている。例えば、バンパーの水平部分、ナンバープレートの水平部分、車体の水平部分等である。そこで、これらの水平部分の各々について、画像データを水平方向に累積し、ヒストグラム（Ｈ）を得る。本図の右側に示すＨｈ（ｎ）は、画像フレームＰｎにおいて得た水平方向（ｈ）のヒストグラムである。またＨｈ（ｎ−１）は、所定時間（例えば１／３０ｓ）前における画像フレームＰｎ−１において得た水平方向のヒストグラムである。
【００３４】
こうして得られた連続する水平方向ヒストグラムについて相互間の相関値を求め、さらにその相関値のピーク値を検出する。本図の右側にはその相関値（Ｒ）の変化を表すグラフが示されており、そのピーク値までの距離Ｄが、垂直移動量となる。
本発明においては、画面ＤＳ上を斜めに移動する車両の画像の変位から車両の移動量を求めるため、同様のヒストグラムは垂直方向についても求める必要がある。
【００３５】
画面上に映し出された走行中の車両２の画像の中には、車両の垂直エッジの要素も含まれている。例えばナンバープレートの垂直部分等である。そこでこれらの垂直部分の各々について、画像データを垂直方向に累積し、ヒストグラム（Ｈ）を得る。本図の上側に示すＨｖ（ｎ）は、画像フレームＰｎにおいて得た垂直方向（ｖ）のヒストグラムである。またＨｖ（ｎ−１）は、所定時間（例えば１／３０ｓ）前における画像フレームＰｎ−１において得た垂直方向のヒストグラムである。
【００３６】
こうして得られた連続する垂直方向ヒストグラムについて相互間の相関値を求め、さらにその相関値のピーク値を検出する。そして本図の右側のグラフと同様のグラフに示されるように、そのピーク値までの距離が、水平移動量となる。
図７は水平方向ヒストグラムにより垂直移動量を算出する処理の一例を示すフローチャートである。
【００３７】
本図において、ステップＳ１２およびＳ１３は、上述したように、画像フレームＰｎでの水平方向ヒストグラムＨｈ（ｎ）を得るステップ、ステップＳ１５およびＳ１６は画像フレームＰｎ−１での水平方向ヒストグラムＨｈ（ｎ−１）を得るステップである。
ステップＳ１７およびＳ１８は、図６の右側に示すグラフを用いて説明したような、相互相関値のピーク値を検出するステップであり、ステップＳ１９で求める、車両２の画像の垂直移動量が算出される。なお、ステップＳ１１およびＳ１４については後述する。
【００３８】
図８は垂直方向ヒストグラムにより水平移動量を算出する処理の一例を示すフーローチャートである。
本図において、ステップＳ２２およびＳ２３は、上述したように、画像フレームＰｎでの垂直方向ヒストグラムＨｖ（ｎ）を得るステップ、ステップＳ２５およびＳ２６は画像フレームＰｎ−１での垂直方向ヒストグラムＨｖ（ｎ−１）を得るステップである。
【００３９】
ステップＳ２７およびＳ２８は、図６の右側に示すグラフを用いて説明したのと同様な、相互相関値のピーク値を検出するステップであり、ステップＳ２９で求める、車両２の画像の水平移動量が算出される。なお、ステップＳ２１およびＳ２２については、ステップＳ１１およびＳ１２と併せて以下に説明する。
上述したステップＳ１２（図７）およびＳ２２（図８）においてそれぞれ水平エッジおよび垂直エッジを取り出すに際し、車両２の周囲の明暗がその取り出し精度に影響を与える。例えば、直射日光を受けて走行中の車両については、その画像の中から水平エッジおよび垂直エッジを抽出するのは容易である。しかし、例えば夕暮れどきに走行中の車両については、その画像の中から高精度で水平エッジおよび垂直エッジを抽出するのは困難である。
【００４０】
そこで車両２の画像について水平方向ヒストグラムＨｈを作成するに際し、車両２の周囲の明暗の変化に追従させて水平エッジの要素を割り出すためのコントラストを均一化させるステップを含むことが望ましい。
同様に、車両２の画像について垂直方向ヒストグラムＨｖを作成するに際し、車両２の周囲の明暗の変化に追従させて垂直エッジの要素を割り出すためのコントラストを均一化させるステップを含むことが望ましい。
【００４１】
図７を参照すると、上述したコントラストを均一化させるためのステップは、ステップＳ１１およびＳ１４であり、画面ＤＳ上での輝度ヒストグラムを作成しさらにこれを平均化させる輝度ヒストグラム平均化処理を行う。
同様に図８を参照すると、上述したコントラストを均一化させるためのステップは、ステップＳ２１およびＳ２４であり、画面ＤＳ上での輝度ヒストグラムを作成しさらにこれを平均化させる輝度ヒストグラム平均化処理を行う。
【００４２】
車両２の画像の垂直移動量および水平移動量を算出する第２の方法は、公知の動き補償画像符号化手法に基づいて行う方法である。
すなわち一定の時間間隔で撮影された画像フレーム間の動き評価（ＭｏｔｉｏｎＥｓｔｉｍａｔｉｏｎ）を行うことにより、車両２の移動量を精度良く測定することができる。動きの探索範囲は原則として全画面であり、その動きのベクトル量として、車両２の画像フレーム間での移動量を検出する。
【００４３】
図９は動き補償の処理について説明するための図である。
本図において、画面を複数の矩形に分割したときの任意の１つ（ハッチングを付して示す）について見ると、画像フレームＰｎ−１における該矩形は、画像フレームＰｎにおいて、水平方向にｄｘ移動し、垂直方向にｄｙ移動したものとする。また該矩形の探索範囲は、図示するように、始点を（ｘ，ｙ）として水平方向にｉ、垂直方向にｊであるものとする。ここに画像フレームＰｎ−１での矩形領域と画像フレームＰｎでの矩形領域との間での画像の相違度Ｅ（ｄｘ，ｄｙ）は、下記（６）式
【００４４】
【数５】

【００４５】
で表される。本式から明らかなように、上記の相違度Ｅ（ｄｘ，ｄｙ）は、対象となる矩形に対する差分絶対値の和の累積計算結果に相当する。この累積範囲は（ｉ，ｊ）である。以上述べた処理についての具体例を、図１０を参照して説明する。
図１０は動き補償画像符号化手法による移動量算出処理の一例を示すフローチャートである。
【００４６】
ステップＳ３１：画面ＤＳを複数の矩形（その１つを、図９中、ハッチングで示す）に分割する。
ステップＳ３２：その矩形領域に対しループ（ｌｏｏｐ）処理、すなわちラスタスキャンを行う。
ステップＳ３３：移動量を探索すべき範囲を決定する。画像フレームの何番目から何番目について探索すべきか決定する。
【００４７】
ステップＳ３４：決定された上記画像フレーム毎のループ（ｌｏｏｐ）処理を行う。
ステップＳ３５：上述した（６）式による計算を行う。
ステップＳ３６：その（６）式による計算値がこれまでの最小であるか否か判定する。
【００４８】
ステップＳ３７：もし最小値ならば、その最小となった画面上の画像の位置、すなわち移動量を計測すべき部分の候補とする。このとき得た最小値は保存し、ステップＳ３６での判定に利用する。
ステップＳ３８：全探索範囲に亘って上記（６）式による計算が行われたかどうか判定し、全て完了ならば、移動量算出処理を終了する。
【００４９】
以上述べた動き補償画像符号化手法は、図３に示すステップＳ２およびＳ３を実現するための手法として採用することができる。ところがこの手法は、高精度な移動量の測定ができる利点を有する反面、かなり膨大な演算量を必要とするという不利がある。この点に関し、図７および図８に示す前述したヒストグラムによる移動量の測定について見ると、このヒストグラムによる手法は、処理が単純であることから演算量が少なくて済むという利点がある。しかし反面、このヒストグラムによる手法は、外乱やノイズに弱く、移動量の測定精度が劣るという不利がある。
【００５０】
そこで、動き補償画像符号化手法の利点と、ヒストグラムによる手法の利点とを組み合わせると理想的な移動量の測定が行える。この場合の処理を図１１に示す。
図１１はヒストグラムによる移動量の測定と動き補償画像符号化手法による移動量の測定とを組み合わせたフローチャートを示す図である。
【００５１】
その組み合わせによれば、ヒストグラムによる手法により、測定対象となる特徴点を少ない演算量で抽出し（しかし、上述のとおり、外乱やノイズに弱く、その抽出精度は劣る）、そして、動き補償画像符号化手法によりその特徴点を高精度に抽出することができる。この場合、既にヒストグラムによる手法で上記特徴点についておよその見当をつけているので、動き補償画像符号化手法を実行する際の演算量は大幅に減少する。
【００５２】
結局、＜１＞水平方向ヒストグラムによる垂直移動量の算出に際して割り出した画面ＤＳ上における車両２の画像を含む所定の特徴領域を対象として、動き補償画像符号化手法に基づく垂直移動量の算出を行うようにし、また＜２＞垂直方向ヒストグラムによる水平移動量の算出に際して割り出した画面ＤＳ上における車両２の画像を含む所定の特徴領域を対象として、動き補償画像符号化手法に基づく水平移動量の算出を行う。
【００５３】
ただし、図１１のフローチャートは、上記＜１＞および＜２＞の工程を複合した処理を示す。
ステップＳ４１：このステップは、図７および図８の処理に相当する。
ステップＳ４２：このステップは、図７および図８の処理において、一応特徴点と思われるところを割り出す。
【００５４】
ステップＳ４３：上記の割り出した特徴点について、図１０に示すステップＳ３５の計算を実施する。
ステップＳ４４：図１０のステップＳ３６およびＳ３７に相当する。
ステップＳ４５：求める移動量が算出される（図７のステップＳ１９に相当し、また図８のステップＳ２９に相当する）。
【００５５】
上記図１１におけるステップＳ４２で割り出された特徴点は精度の低いものであり、動き補償画像符号化手法に基づき、もっとも確からしい特徴点を追求する訳であるが、この特徴点の追求に要する演算量は一般に大である。
そこで動き補償画像符号化手法のもとでの特徴点抽出を一層簡易に行うことが望まれる。その簡易化の手法として次の２つがある。
【００５６】
第１の簡易化の手法は、車両２の前面を表す画像において際立った特徴部分に着目する（後述する第２の簡易化の手法についても同じ）。その際立った特徴部分の一例は、車両２のナンバープレートである。図１２は車両の前面を撮像カメラにより撮影した一例を示す図である。
本図のナンバープレートに注目すると、ナンバープレートには陸運支局名、分類番号、ひらがな、一連番号等が記載されている。これらの文字や数字は、水平方向に等ピッチで記載される。例えば第一行目の陸運支局および分類番号の場合には、その文字列のピッチがＣＰｍｉｎからＣＰｍａｘ（ＣＰ：ｃａｒａｃｔｅｒｐｉｔｃｈ）までの範囲で記載されている。このとき、その文字列を走査したときに得られる画像信号の周波数は、ｆｍｉｎからｆｍａｘまでとなる。
【００５７】
ｆｍｉｎ＝ＴＬ／ＣＰｍｉｎ
ｆｍａｘ＝ＴＬ／ＣＰｍａｘ
である。ＴＬは、ナンバープレート上における所定の長さ（水平方向）である。
そこで上記ｆｍｉｎ〜ｆｍａｘの帯域でピークが現れるようなフィルタ（バンドパスフィルタ）処理を水平方向に作用させることにより、車両の特徴点としてのナンバープレートの画像を抽出可能となる。すなわち、画面上における車両２の画像をなす画像信号のうち、一定の周期で現れる信号成分を有する画像信号をフィルタ（バンドパスフィルタ）処理により抽出し、抽出されたその画像信号に対応する部分（ナンバープレート）の画像をもって、特徴領域とすることができる。この場合の処理の一例を図１３に示す。
【００５８】
図１３はバンドパスフィルタにより特徴点を抽出する処理の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ５１：まず第１ライン（No. １）より走査する。
ステップＳ５２：第１ラインについて上述したバンドパスフィルタ処理をする。
【００５９】
ステップＳ５３：上記バンドパスフィルタ処理により得られたフィルタ信号の最大値を探索する。白地のナンバープレートに、黒の文字や数字が描かれているときは正の最大値として現れるが、黒地のナンバープレートに、白の文字や数字が描かれているときは、当該最大値は負の最大値として現れる。このため、本ステップでは最大値の絶対値を探索する。
【００６０】
ステップＳ５４：ステップＳ５３により得た最大値が、全ライン中での真の最大値が判定する。
ステップＳ５５：真の最大値が見つかったときは、そのときのライン上の位置を検出し、そこが特徴点の一部をなす。またそのときの最大値を保存し、ステップＳ５４での判定に利用する。
【００６１】
第１ラインの走査が終了すると、ステップＳ５１でのラインNo. を１つインクリメントする（Ｎ＝２）。
図１３のステップＳ５２に着目すると、このステップでのバンドパスフィルタ処理として簡易な方法をとることができる。
ナンバープレートの文字列部分を走査して得られた画像信号は、
（１１…１，００…０，１１…１，００…０）
のような“１”連続および“０”連続となる。これを長さＣＹＣで畳み込み演算する。ＣＹＣは、上記ＣＰｍｉｎとＣＰｍａｘから、
ＣＹＣ＝（ＣＰｍｉｎ＋ＣＰｍａｘ）／２
として求まる。そうすると、簡単に周期的信号成分の有無が判明する。周期的信号成分が見つかればそこにナンバープレートの部分がある。
【００６２】
上述したバンドパスフィルタ処理では、何種類かのバンドパスをフィルタバンクとして予め用意しておく必要がある。なぜなら、撮像カメラ３から遠くを走行する車両２の撮像では、上記のＣＰが小さく、したがって帯域の広いバンドパスフィルタを必要とし、逆に撮像カメラ３の近くを走行する車両２の撮像では、上記のＣＰが大きく、したがって狭い帯域のバンドパスフィルタを必要とするからである。また、大型車のナンバープレートにおけるＣＰと、小型車のナンバープレートにおけるＣＰとについても長短の差があるからである。
【００６３】
このように複数種のバンドパスフィルタを用意することを避ける必要がある場合は、ナンバープレートに相当する画像の領域の画像信号に対し、周波数領域の信号に変換するための変換処理をするのが好ましい。このときの処理のフローチャートは、ステップＳ５２を除き、図１３のフローチャートとほぼ同じである。
このときそのステップＳ５２に相当するステップは、特徴領域（特徴点の集合）と想定される部分の画像信号に対し、上記の変換処理を行うステップとなる。その想定は、既述のヒストグラムによる移動量の算出時に行うことができる。
【００６４】
上記変換処理としては、一次元ＤＣＴ（ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ）でも良いし、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）でも良い。これら一次元ＤＣＴまたはＦＦＴを行って得られた値のうち、ピークを示す部分に特徴領域（特徴点）がある。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、車道１を走行する車両２の走行方向に対し斜め上の方向から撮影して得た画像をもとに、正確に、該車両の車速を計測することが可能になる。したがって、その撮影を行うための撮像カメラ３は、車道１の脇に建てた１本の支持ポール６の上部に設置することができ、従来における既述の諸問題が同時に解決される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した車速計測システムの平面図である。
【図２】図１の左側から見た側面図である。
【図３】本発明に係る車速計測方法を表すフローチャートである。
【図４】本発明に係る車速計測装置の基本構成を表す図である。
【図５】図４に示す変換手段１３の動作原理を説明するための三次元ベクトル図である。
【図６】ヒストグラムによる画像の移動量測定について説明するための図である。
【図７】水平方向ヒストグラムにより垂直移動量を算出する処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】垂直方向ヒストグラムにより水平移動量を算出する処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】動き補償の処理について説明するための図である。
【図１０】動き補償画像符号化手法による移動量算出処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】ヒストグラムによる移動量の測定と動き補償画像符号化手法による移動量の測定とを組み合わせたフローチャートを示す図である。
【図１２】車両の前面を撮影カメラにより撮影した一例を示す図である。
【図１３】バンドパスフィルタにより特徴点を抽出する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１４】一般的な車速計測システムを表す斜視図である。
【符号の説明】
１…車道
２…車両
３…撮像カメラ
６…支持ポール
１０…車速計測装置
１１…垂直移動量算出手段
１２…水平移動量算出手段
１３…変換手段
１４…車速計算手段

Claims

車道の脇に建てられた支持体に設置された撮像手段より、走行中の車両を、該車両の前方でかつ該車両の斜め上方から撮影する第１ステップと、
前記撮像手段により撮影された前記車両の画像を表示する画面上において、該画面上の車両の第１座標を算出する第２ステップと、
前記撮像手段により撮影された前記車両の画像を表示する前記画面上において、所定時間経過後の該画面上の車両の第２座標を算出する第３ステップと、
算出された前記第１座標および前記第２座標を、前記車両が存在する実空間における前記撮像手段の撮影位置情報および該撮像手段の姿勢情報に基づいて、前記実空間を規定する三次元座標系における第３座標および第４座標に変換する第４ステップと、
前記第３座標および第４座標と、前記撮像手段の撮影位置座標とに基づいて、前記第３座標および第４座標のそれぞれを、前記車両の実空間における第５座標および第６座標に変換する第５ステップと、
前記実空間における前記第５座標から前記第６座標までの座標差から求まる前記車両の実際の移動距離と前記所定時間とから、該車両の速度を計算する第６ステップとを有し、
前記撮像手段の前記姿勢情報を、前記実空間を規定する前記三次元座標系における前記車両の走行方向に相当する第１軸からのずれ角である方向角（θ）と、該実空間における該第１軸とこれに直交する第２軸とにより規定される平面からのずれ角である伏角（φ）とにより規定するとき、
前記第４ステップにおいて、
前記車両を見る視点となる前記撮像手段の位置を、前記実空間を規定する三次元座標系で表した座標を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）として、前記方向角（θ）をパラメータとする三次元の第１回転行列と、前記伏角（φ）をパラメータとする三次元の第２回転行列と、前記画面上での前記車両の座標の水平成分（ｕ）および垂直成分（ｖ）と、前記撮像手段をなすカメラの焦点距離および該カメラの画素数と該画素のサイズで決定される該カメラの性状に基づいて算出される座標変換係数（ｆ）とを、下記の座標変換式により、前記実空間を規定する三次元座標系で表した座標（ｘ′，ｙ′，ｚ′）に変換することにより、

前記第１座標および第２座標をそれぞれ、前記第３座標および第４座標に変換することを特徴とする車速計測方法。
車道の脇に建てられた支持体に設置され、走行中の車両を、該車両の前方でかつ該車両の斜め上方から撮影する撮像手段と、
前記撮像手段により撮影された前記車両の画像を表示する画面上における該車両の第１座標を算出し、前記画面上において所定時間経過後の該画面上の車両の第２座標を算出する算出手段と、
算出された前記第１座標および前記第２座標を、前記車両が存在する実空間における前記撮像手段の撮影位置情報および該撮像手段の姿勢情報に基づいて、前記実空間を規定する三次元座標系における第３座標および第４座標に変換し、得られた第３座標および第４座標と、前記撮像手段の撮影位置座標とに基づいて、前記第３座標および第４座標のそれぞれを前記車両の実空間における第５座標および第６座標に変換する変換手段と、
前記実空間における前記第５座標から前記第６座標までの座標差から求まる前記車両の実際の移動距離と前記所定時間とから、該車両の速度を計算する計算手段とを有し、
前記撮像手段の前記姿勢情報を、前記実空間を規定する前記三次元座標系における前記車両の走行方向に相当する第１軸からのずれ角である方向角（θ）と、該実空間における該第１軸とこれに直交する第２軸とにより規定される平面からのずれ角である伏角（φ）とにより規定するとき、
前記変換手段において、
前記車両を見る視点となる前記撮像手段の位置を、前記実空間を規定する三次元座標系で表した座標を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）として、前記方向角（θ）をパラメータとする三次元の第１回転行列と、前記伏角（φ）をパラメータとする三次元の第２回転行列と、前記画面上での前記車両の座標の水平成分（ｕ）および垂直成分（ｖ）と、前記撮像手段をなすカメラの焦点距離および該カメラの画素数と該画素のサイズで決定される該カメラの性状に基づいて算出される座標変換係数（ｆ）とを、下記の座標変換式により、前記実空間を規定する三次元座標系で表した座標（ｘ′，ｙ′，ｚ′）に変換することにより、

前記第１座標および第２座標をそれぞれ、前記第３座標および第４座標に変換することを特徴とする車速計測装置。