JP5930178B2

JP5930178B2 - 車両検出方法及び車両検出装置

Info

Publication number: JP5930178B2
Application number: JP2012046897A
Authority: JP
Inventors: 征史細矢; 久光　豊; 豊久光; 佐藤　文男; 文男佐藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: JP2013182496A

Description

本発明は、道路上にレーザ光を走査して車両を検出する車両検出方法及び車両検出装置に関わり、特に、レーザ光の走査範囲内に電線や標識等の固定の遮蔽物が存在している環境下で用いるのに好適な車両検出方法及び車両検出装置に関するものである。

近年、踏切や車道における移動体（障害物を含む）の検出手段として、三次元レーザレーダを用いた検出装置が実用化されてきており、このような三次元レーザレーダを用いた検出装置は、検出した移動体の位置や大きさや速度等のデータを安全性向上のための情報として保安システムや信号制御器等の上位システムに提供している。

特に、道路交通分野において、上記三次元レーザレーダを用いた検出装置を実用化するには、通行車両の安全な走行を確保するうえで、走行する車両をより高精度で検出する技術の構築が求められている。

ここで、三次元レーザレーダを用いた車両の検出において、移動体が車両である場合には、レーザ光の反射点（計測点）が数点〜数十点にも及ぶものの、このような多数の計測点の集まりである計測点群に基づいて移動体の位置を推定するので、画像のように移動体の形状を正確には捉えることができない。

また、三次元レーザレーダを用いた車両の検出において、三次元レーザレーダからの距離１００ｍ超までの広いエリアが検出可能範囲となっているので、太陽光や小物体を車両として誤検出する虞がある。

このような特徴を有する三次元レーザレーダを用いた検出手段として、例えば、レーザ光の１回の走査で得られる移動体の位置データ（１フレーム）をつなぎ合わせて、三次元レーザレーダの検出視野内に存在する移動体を歩行者として検出する特許文献１に開示された横断歩行者検出方法や、今回の１フレームで得られる検出結果に対して、２フレーム前からの検出結果による移動体の位置の蓄積により、今回の移動体が前回の移動体のうちのどれと同一であるかを判定する特許文献２に開示された車両の検出方法がある。

そして、これらの従来における検出手段では、特に、特許文献２に開示された車両の検出方法では、検出対象物である車両の移動方向がほぼ一定であるという前提が成立し易い条件を利用して、１フレームにおける多数の計測点のうちの少ない計測点で構成される計測点群をノイズとみなして除去したうえで、残った計測点群を複数のフレームにわたって同一車両とみなして追尾することで、車両の検出精度を高めるようにしている。

特開2002-140790号特開2010-044496号

しかしながら、上記した従来の車両の検出方法において、レーザ光の走査範囲内に電線や標識等の固定の遮蔽物が存在している環境下では、三次元レーザレーダと固定の遮蔽物とを結ぶ線の延長線上を車両が通過した際に、１フレームにおける車両を構成する計測点の数が一時的に減少することで、本当のノイズとの識別が困難になってしてしまい、結果として車両を未検出とする虞が無いとは言えないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、レーザ光の走査範囲内に電線や標識等の固定の遮蔽物が存在している環境下であったとしても、走査範囲内の車両をノイズとして誤判定する頻度を少なく抑えることができ、その結果、車両の検出精度を向上させることが可能である車両検出方法及び車両検出装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、道路上にレーザ光を走査して車両を検出する車両検出方法であって、前記レーザ光を１回走査した際の多数の計測点（１フレーム）に対して、車高に基づいて設定される高さ閾値及び車両間隔に基づいて設定される計測点間隔閾値のそれぞれで選別処理を行って、互いに関連する計測点をグループ化した後、このグループ化して成る計測点群に対して、車両の大きさに基づいて設定される計測点数の閾値で選別処理して残った前記計測点数の閾値を超える計測点数の計測点群を前記レーザ光の走査範囲内に存在する車両として検出した際に、該前回のレーザ光走査により車両として検出した前記計測点群が、今回のレーザ光走査において前記レーザ光の走査範囲に位置する固定遮蔽物によって前記レーザ光が遮られる固定遮蔽物周辺領域に差し掛かって該計測点群を構成する計測点の数が前記車両の大きさに基づいて設定されるノイズ除去閾値以下になる場合には、前回のレーザ光走査により検出されている車両の今回のレーザ光走査における予測到達領域を設定するのに続いて、前記固定遮蔽物周辺領域と前記予測到達領域との重なり領域を設定した後、この重なり領域に前回のレーザ光走査により検出されている車両が位置している場合には、該検出されている車両に下した判定が有効であるとする構成としたことを特徴としており、この車両検出方法の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

一方、本発明の請求項２に係る車両検出装置は、道路上にレーザ光を走査して車両を検出する車両検出装置であって、前記レーザ光を照射すると共に前記道路に存在する検出対象物で反射して戻った反射光を受光して、前記検出対象物までの距離を測定するレーザ距離測定部と、このレーザ距離測定部で得た多数の計測点に基づいて、前記検出対象物が車両であるか否かの判定を行う車両検出部を備え、前記車両検出部は、請求項１に記載された車両検出方法により、検出されている車両に下した判定が有効であるか否かの判定を行う構成としたことを特徴としており、この車両検出装置の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

本発明に係る車両検出方法及び車両検出装置において、車線領域に照射するレーザ光としては、半導体レーザや固体レーザやガスレーザなどを用いることができ、信号波形がパルス状や位相変調した正弦波状を成すレーザ光が使用される。

また、本発明に係る車両検出方法及び車両検出装置において、１フレームにおける多数の計測点に対する選別処理で用いる高さ閾値は、車高として適当ではない高さ、すなわち、大型車両の車高を超える高さ（例えば３ｍ）に設定され、この高さ閾値以上の計測点は除去する。

さらに、本発明に係る車両検出方法及び車両検出装置において、同じく１フレームにおける多数の計測点に対する選別処理で用いる計測点間隔閾値は、車両同士が通常最低限確保しようとする距離（例えば１ｍ）に設定され、隣り合う計測点同士の間隔がこの計測点間隔閾値以下の計測点はグループ化して同一の計測点群に含まれるものとして扱う。

この際、グループ化されて成る計測点群が、例え高さ閾値以下で且つ計測点間隔閾値以下の計測点の集まりであったとしても、二輪車や乗用車等の車両の大きさを考慮して設定される計測点数の閾値（例えば３個）を下回る場合には、この計測点群全体をノイズとして除去する。

さらにまた、本発明に係る車両検出方法及び車両検出装置において、車両として検出した計測点群に対する選別処理で用いるノイズ除去閾値も、上記と同様にして二輪車や乗用車等の車両の大きさを考慮して設定される。

本発明に係る車両検出方法及び車両検出装置において、レーザ光走査範囲に位置する電線や標識等の固定遮蔽物によってレーザ光が遮られる領域、すなわち、固定遮蔽物周辺領域では、単純な計測点数に基づくノイズ除去処理ではなく、前回フレームの検出結果に基づいて設定される検出車両の予測到達領域を利用することで、検出されている車両に下した判定が有効であるか否かの判定を行うようにしているので、レーザ光の走査範囲内に電線や標識等の固定の遮蔽物が存在していたとしても、走査範囲内の車両をノイズとして誤判定する頻度を少なく抑え得ることとなる。

本発明に係る車両検出方法では、上記した構成としたから、レーザ光の走査範囲内における車両の存在を検出することができるのは言うまでもなく、レーザ光の走査範囲内に電線や標識等の固定の遮蔽物が存在している環境下であったとしても、車両の検出精度の向上を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例に係る車両検出装置を示すブロック図である。図１における車両検出装置による計測状況を示す斜視説明図である。図１における車両検出装置によるレーザ光走査範囲内での車両判別要領を示す側面説明図（ａ）及び平面説明図（ｂ）である。図１における車両検出装置により固定遮蔽物周辺領域を通過する車両を判別する要領を示す平面説明図である。図１に示した車両検出装置による車両の判定フローチャートである。

以下、本発明に係る車両検出方法及び車両検出装置を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は、本発明に係る車両検出方法及び車両検出装置の一実施例を示している。

図１に示すように、この車両検出装置は、道路上にレーザ光ＬＴを照射すると共に、検出対象物で反射して戻った反射光ＬＲを受光して、検出対象物までの距離を測定するレーザ距離測定部１０を備えている。このレーザ距離測定部１０は、レーザ光ＬＴを投光する投光部１と、反射光ＬＲを受光して受光信号Ｓｒを発信する受光部２と、受光信号Ｓｒから検出対象物の測定距離を含む多数の計測点データＤを作成する信号処理部３と、投光部１、受光部２及び信号処理部３を収容するレーザレーダヘッド７を具備しており、このレーザレーダヘッド７は、図２に示すように、道路Ｅの脇に立設した支柱８の上端部に配置されて、車両Ｂの進行方向の前方からレーザ光ＬＴを走査するようになっている。

また、この車両検出装置は、レーザ距離測定部１０のレーザレーダヘッド７と離隔して配置されて、多数の計測点データＤを受信して車両の存在を検出する車両検出部６を有している。

投光部１は、例えば、光源となるレーザダイオード１ａと、レーザ光Ｌをコリメートする投光レンズ１ｂと、レーザダイオード１ａを操作するＬＤドライバ１ｃとから構成される。ＬＤドライバ１ｃは、信号処理部３からのトリガー信号Ｓｔに基づいてレーザ光Ｌを発光するようにレーザダイオード１ａを操作し、レーザ光Ｌの投光と同時にパルス状の投光同期信号Ｓｓを信号処理部３に発信する。なお、投光同期信号Ｓｓは、トリガー信号Ｓｔにより代用するようにしてもよい。

図１において、投光レンズ１ｂを透過したレーザ光ＬＴは、回転駆動されるポリゴンミラー１１と回動駆動される平面ミラー１２とにより構成される走査部の光学系により、略水平方向及び略鉛直方向に走査されるようになっている。ポリゴンミラー１１は、例えば、６面体の４側面が鏡面化されており、鏡面化された４側面以外の互いに対峙する２面（上下面）の中心を回転軸としてモータ１１ａにより回転されるように構成されている。モータ１１ａは、モータドライバ１１ｂにより操作される。平面ミラー１２は、例えば、モータ１２ａにより回動される回動軸の側面に接続されている。モータ１２ａは、モータドライバ１２ｂにより操作される。また、モータドライバ１１ｂ，１２ｂは、信号処理部３からの制御信号Ｓｍにより制御されるとともに、スキャン角度やスイング角度等の投光条件信号Ｓｃを信号処理部３に発信する。なお、この光学系は単なる一例であり、図示した構成に限定されるものではない。

受光部２は、例えば、反射光ＬＲを集光する受光レンズ２ａと、集光された反射光ＬＲを受光して電圧に変換するフォトダイオード等の光電変換素子や増幅器等を有する受光部本体２ｂとから構成される。レーザレーダヘッド７の前面の投光窓Ｗを透過した反射光ＬＲは、平面ミラー１２及びポリゴンミラー１１を介して受光レンズ２ａに導かれる。そして、反射光ＬＲを受光した受光部本体２ｂは、電圧値に変換された受光信号Ｓｒを信号処理部３に発信する。なお、図１では、投光部１と受光部２と個別に設けて投光軸と受光軸とがずれるように構成しているが、投光軸と受光軸とが一致するように投光部１と受光部２が一体に形成されていてもよい。

前記信号処理部３は、測定距離、受光強度、投光条件等のデータを含む計測点データＤを発信する機器である。信号処理部３は、主信号処理部３１と時間計測部３２とを有する。主信号処理部３１は、トリガー信号Ｓｔの発信、モータドライバ１１ｂ，１２ｂの制御信号Ｓｍの発信、スキャン角度やスイング角度等の投光条件信号Ｓｃの受信、時間計測部３２からの信号（受光強度信号Ｓｑ及び飛光時間信号Ｓｄ）の受信、計測点データＤの発信等の処理を行う。また、時間計測部３２は、投光同期信号Ｓｓの受信により時間の計測を開始し、受光信号Ｓｒを受信した時間を把握する。したがって、時間計測部３２では、投光されたレーザ光ＬＴが、検出対象物に反射して受光されるまでの飛光時間を計測することになる。

また、時間計測部３２は、受光信号Ｓｒから所望の受光強度を有する受光信号Ｓｒを選択する弁別機能や、受光信号Ｓｒのうち飛光時間の短いものを除外するゲート機能を有していてもよい。これらの弁別機能やゲート機能により、ノイズを効率よく排除することができる。そして、時間計測部３２は、弁別機能やゲート機能を通過した受光信号Ｓｒの受光強度信号Ｓｑ及び飛光時間信号Ｓｄを主信号処理部３１に発信する。主信号処理部３１は、飛光時間信号Ｓｄを（光の速度）×（飛光時間）／２の計算式により距離データに変換し、受光強度信号Ｓｑ、スキャン角度やスイング角度等の投光条件信号Ｓｃ等と共に計測点データＤを作成し、車両検出部６に計測点データＤを発信する。

この場合、車両検出部６は、レーザ光ＬＴを１回走査した際の多数の計測点（１フレーム）に対して、車高に基づいて設定される高さ閾値及び車両間隔に基づいて設定される計測点間隔閾値のそれぞれで選別処理を行って、互いに関連する計測点同士をグループ化する。

また、車両検出部６は、このグループ化して成る計測点群に対して、車両の大きさを考慮して設定される計測点数の閾値で選別処理して残った計測点群を道路上に存在する車両として検出するようになっている。

具体的には、図３（ａ）に示すように、１回の走査による多数の計測点ｂに対して、車高に基づいて設定される高さ閾値Ｈ（例えば３ｍ）により選別処理を行い、この高さ閾値Ｈ以上の計測点ｂｎは除去し、同じく１回の走査による多数の計測点ｂに対して、図３（ｂ）に示すように、車両間隔に基づいて設定される計測点間隔閾値（例えば１ｍ）により選別処理を行い、隣り合う計測点ｂ同士の間隔ｄがこの計測点間隔閾値以下の計測点ｂをグループ化して同一の計測点群Ｇに含まれるものとして扱う。

そして、このグループ化して成る計測点群Ｇに対して、該計測点群Ｇを構成する計測点ｂの構成数の閾値（例えば２個）で選別処理し、閾値以下の計測点群をノイズとして除去すると共に、残った計測点群Ｇを道路に設定した車線領域Ｌ内に存在する車両として検出する。

さらに、図４に示すように、今回フレームにおいて、レーザ光走査範囲に位置する電線や標識等の固定遮蔽物Ｎによってレーザ光ＬＴが遮られる領域、すなわち、固定遮蔽物周辺領域Ｙに検出されている車両Ｂが差し掛かった場合には、計測点数が前回フレームに比べて５→２に減少するが、この車両検出部６では、前回フレームの検出結果に基づいて設定される検出車両Ｂの予測到達領域Ｘを今回フレームに設定することで、検出されている車両Ｂをノイズとして扱わないようにしている。

さらにまた、車両検出部６は、画像処理や、故障診断や、誤差補正を行うようになっており、車両Ｂの検出結果をディスプレイ、プリンタ、警報機等の出力機器９に出力する。

次に、図５の車両の判定フローチャートを用いて、上記した車両検出装置による車両の検出要領を説明する。

まず、ステップＳ１において、平面座標系上に多角形で定義した車線領域Ｌにレーザ光ＬＴを走査し、車線領域Ｌ上の計測点以外は除去する。

次いで、ステップＳ２において、車線領域Ｌ上における多数の計測点ｂのうちの高さが車両として適切でない計測点ｂｎ、すなわち、高さ閾値Ｈ以上、例えば、高さが３ｍ以上の計測点ｂｎは除去する。

そして、ステップＳ３において、残っている計測点ｂのうちの隣接する計測点ｂ同士の距離ｄが計測点間隔閾値（例えば１ｍ）以下の計測点ｂは同一の計測点群としてグループ化する。

次に、ステップＳ４において、グループ化した計測点群Ｇのうちの計測点数が閾値以下の小さい計測点群（図示省略）はノイズとして除去し、ステップＳ５において、上記ステップを経て除去されずに残った計測点群Ｇを車両Ｂとみなす。

続いて、ステップＳ６において、前回のフレームで車両Ｂとして検出した計測点群Ｇが、今回フレームで固定遮蔽物Ｎによってレーザ光ＬＴが遮られる固定遮蔽物周辺領域Ｙに差し掛かって、この計測点群Ｇを構成する計測点の数がノイズ除去閾値以下となっている場合にはステップＳ７に進み、このステップＳ７において、前回のレーザ光走査により検出されている車両Ｂに新規ＩＤ＝１を付与すると共に、この車両Ｂの今回のレーザ光走査における予測到達領域Ｘを設定するのに続いて、ステップＳ８において、レーザ光ＬＴの走査範囲に位置する固定遮蔽物Ｎに基づいて、あらかじめパラメータとして設定されているレーザ光ＬＴが遮られる固定遮蔽物周辺領域Ｙと予測到達領域Ｘとの重なり領域を設定する。

この後、ステップＳ９において、固定遮蔽物周辺領域Ｙと予測到達領域Ｘとの重なり領域に前回のレーザ光走査により検出されているＩＤ＝１の車両Ｂが位置している場合には、ステップＳ１０において、ＩＤ＝１の検出車両に下した判定が有効であるとして、車両識別の後処理へ進み、ステップＳ６において、車両Ｂとして検出した計測点群Ｇを構成する計測点の数が、ノイズ除去閾値以下となっていない場合にも、ステップＳ１０において、ＩＤ＝１の検出車両に下した判定が有効であるとして、車両識別の後処理へ進む。

なお、ステップＳ９において、重なり領域にＩＤ＝１の車両Ｂが位置していない場合には、ステップＳ１１において、ＩＤ＝１の検出車両はノイズとして無効化処理する。

上記したように、この実施例に係る車両検出方法及び車両検出装置において、レーザ光走査範囲に位置する電線や標識等の固定遮蔽物Ｎによってレーザ光ＬＴが遮られる領域、すなわち、固定遮蔽物周辺領域Ｙでは、単純な計測点数に基づくノイズ除去処理ではなく、前回フレームの検出結果に基づいて設定される検出車両Ｂの予測到達領域Ｘを利用することで、検出されている車両Ｂに下した判定が有効であるか否かの判定を行うようにしているので、レーザ光ＬＴの走査範囲内に固定遮蔽物Ｎが存在していたとしても、走査範囲内の車両Ｂをノイズとして誤判定する頻度を少なく抑え得ることとなる。

つまり、査範囲内の車両Ｂを見逃すことがほとんどなくなり、その分だけ、車両の検出精度を向上させ得ることとなる。

なお、上記した実施例では、道路上に車線領域が一つ設定されている場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、道路上に車線領域が複数設定されている場合であってもよい。

また、閾値処理を行う際の高さ閾値や計測点間隔閾値の各値は、上記した実施例に限定されるものではない。

６車両検出部
１０レーザ距離測定部
Ｂ車両
ｂ，ｂｎ計測点
ｄ計測点間隔閾値
Ｇ計測点群
Ｈ高さ閾値
Ｌ車線領域
ＬＲ反射レーザ光
ＬＴ投光レーザ光
Ｎ固定遮蔽物
Ｘ予測到達領域
Ｙ固定遮蔽物周辺領域

Claims

道路上にレーザ光を走査して車両を検出する車両検出方法であって、
前記レーザ光を１回走査した際の多数の計測点に対して、車高に基づいて設定される高さ閾値及び車両間隔に基づいて設定される計測点間隔閾値のそれぞれで選別処理を行って、互いに関連する計測点同士をグループ化した後、
このグループ化して成る計測点群に対して、車両の大きさに基づいて設定される計測点数の閾値で選別処理して残った前記計測点数の閾値を超える計測点数の計測点群を前記レーザ光の走査範囲内に存在する車両として検出した際に、
該前回のレーザ光走査により車両として検出した前記計測点群が、今回のレーザ光走査において前記レーザ光の走査範囲に位置する固定遮蔽物によって前記レーザ光が遮られる固定遮蔽物周辺領域に差し掛かって該計測点群を構成する計測点の数が前記車両の大きさに基づいて設定されるノイズ除去閾値以下になる場合には、前回のレーザ光走査により検出されている車両の今回のレーザ光走査における予測到達領域を設定するのに続いて、
前記固定遮蔽物周辺領域と前記予測到達領域との重なり領域を設定した後、
この重なり領域に前回のレーザ光走査により検出されている車両が位置している場合には、該検出されている車両に下した判定が有効であるとする
ことを特徴とする車両検出方法。
道路上にレーザ光を走査して車両を検出する車両検出装置であって、
前記レーザ光を照射すると共に前記道路に存在する検出対象物で反射して戻った反射光を受光して、前記検出対象物までの距離を測定するレーザ距離測定部と、
このレーザ距離測定部で得た多数の計測点に基づいて、前記検出対象物が車両であるか否かの判定を行う車両検出部を備え、
前記車両検出部は、請求項１に記載された車両検出方法により、検出されている車両に下した判定が有効であるか否かの判定を行う
ことを特徴とする車両検出装置。