JP6364698B2 - 合焦位置調整装置、合焦位置調整システム、プログラム、および合焦位置調整方法 - Google Patents

合焦位置調整装置、合焦位置調整システム、プログラム、および合焦位置調整方法 Download PDF

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Description

本発明は、合焦位置調整装置、合焦位置調整システム、プログラム、および合焦位置調整方法に関する。
高速道路等の料金所には、車両が備えるナンバープレートを撮影して車両番号を認識する車両番号認識装置が設けられる。車両番号認識装置を設置するとき、車両番号認識装置が備えるカメラをナンバープレートに合焦させる必要がある。手動で合焦させる場合、合焦の精度が調整員の能力に依存するため、車両番号認識装置の認識率が安定しない可能性がある。認識率を安定させる方法として、光学系と素子との間の距離である像距離または光学系の焦点距離を設定可能な全ての値に設定して画像を撮影することで、最も明瞭な画像を撮影できる値、すなわち合焦位置を探索する方法が挙げられるが、合焦位置の探索に時間がかかる問題がある。
合焦位置の探索方法として、山登り方式（山登り法）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。山登り方式とは、像距離を光軸方向に徐々に変更しながら撮影することで、撮影された画像のエッジの強さを示す評価値（すなわちシャープネス）がピークとなる像距離を探索する方法である。山登り方式を用いることで、（ピーク位置さえ見つかれば、それ以上の合焦調整は不要となるため）光学系または素子の移動量を抑えつつ、合焦位置を探索することができる。すなわち、合焦位置の探索にかかる時間を抑えることができる。
特開２００８−１７０５０７号公報
エッジの強さを示す評価値としては、一般的に、隣接する画素との濃度の差である微分値（例えば、一階微分値、二階微分値）が用いられる。しかしながら、カメラがナンバープレートなどの２色の明瞭な（２色に明確に分かれた）模様を有する被写体を撮影する場合において、カメラの像距離と微分値に基づく評価値との関係をグラフに表すと、評価値が極大となる点が２つ以上出現することがある。そのため、微分値に基づく評価値に基づいて山登り方式により合焦位置を探索すると、合焦位置とは異なる別の局所的なピークの位置を合焦位置と誤認識してしまうなど、適切でない結果が導き出されてしまう可能性がある。
本発明の目的は、合焦位置の探索にかかる時間を抑えつつ、適切な合焦位置を探索することができる合焦位置調整装置、合焦位置調整システム、プログラム、および合焦位置調整方法を提供することにある。
本発明の第１の態様によれば、合焦位置調整装置（１１）は、撮影方向が所定の撮影目標位置に向いたカメラ（１５０）の合焦のために前記カメラの光学系と前記カメラの素子との間の像距離または前記光学系の焦点距離を調整する合焦調整部（１１３）と、前記合焦調整部が前記像距離または前記焦点距離を調整するたびに、前記カメラが撮影する画像のうち、前記撮影目標位置に設けられ、第１の濃度の色からなる第１の色グループと第１の濃度と異なる第２の濃度の色からなる第２の色グループとで構成された模様を有する調整用部材（１２）が写る範囲である調整範囲について、当該調整範囲に含まれる画素の濃度の標準偏差に対して単調増加する評価値を算出する評価部（１１４）と、前記評価部が算出する前記評価値の変化に基づいて、前記カメラの合焦位置を決定する合焦位置決定部（１１６）とを備え、前記合焦調整部が、前記評価部が算出する前記評価値が減少するまで、前記光学系に対する前記素子または焦点の相対位置を前記撮影方向の第１側から前記撮影方向の第２側へ向けて第１の距離ずつ変更し、前記評価部が算出する前記評価値が前回より減少したときに、前記相対位置を前記撮影方向の第２側から前記撮影方向の第１側へ向けて、第１の距離より短い第２の距離ずつ変更することで前記像距離を調整する。
カメラの像距離と画素の濃度の標準偏差との関係をグラフに表すと、カメラの撮影条件によらず標準偏差が極大となる点が１つ出現する。そのため、第１の態様に係る合焦位置調整装置は、合焦位置の探索にかかる時間を抑えつつ、適切な合焦位置を探索することができる。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る合焦位置調整装置は、前記調整範囲に含まれる画素の平均濃度と、前記調整用部材の模様を構成する前記色の割合に応じた濃度との差が所定値以内になるように、前記カメラの撮影条件を調整する条件調整部（１１２）をさらに備え、前記評価部が、前記条件調整部が前記撮影条件を調整した後に前記評価値を算出する。
調整範囲に含まれる画素の平均濃度は、カメラが調整用部材に合焦している場合と合焦していない場合とで有意な差がない。そのため、第２の態様に係る合焦位置調整装置は、カメラの合焦位置を調整する前に、撮影条件を適切に調整することができる。
本発明の第４の態様によれば、第１から第３の何れかの態様に係る合焦位置調整装置は、前記合焦調整部が、前記相対位置を設定可能な位置のうち最も前記撮影方向の第１側に近い位置に変更した後に、前記相対位置を前記撮影方向の第２側へ向けて変更する。
つまり、第４の態様に係る合焦位置調整装置は、光学系と素子または光学系と焦点の相対位置として設定可能な位置のうち像距離が最も短くなる位置または像距離が最も長くなる位置から探索を開始する。これにより、第４の態様に係る合焦位置調整装置は、最適な合焦位置が探索の対象とならないことを防ぐことができる。
本発明の第５の態様によれば、合焦位置調整システムは、第１の濃度の色からなる第１の色グループと第１の濃度と異なる第２の濃度の色からなる第２の色グループとで構成された模様を有する調整用部材と第１から第４の何れかの態様に係る合焦位置調整装置とを備える。
本発明の第６の態様によれば、プログラムは、コンピュータ（１１０）を、撮影方向が所定の撮影目標位置に向いたカメラの合焦のために前記カメラの光学系と前記カメラの素子との間の像距離または前記光学系の焦点距離を調整する合焦調整部、前記合焦調整部が前記像距離を調整するたびに、前記カメラが撮影する画像のうち、前記撮影目標位置に設けられ、第１の濃度の色からなる第１の色グループと第１の濃度と異なる第２の濃度の色からなる第２の色グループとで構成された模様を有する調整用部材が写る範囲である調整範囲について、当該調整範囲に含まれる画素の濃度の標準偏差に対して単調増加する評価値を算出する評価部、前記評価部が算出する前記評価値の変化に基づいて、前記カメラの合焦位置を決定する合焦位置決定部として機能させ、前記合焦調整部が、前記評価部が算出する前記評価値が減少するまで、前記光学系に対する前記素子または焦点の相対位置を前記撮影方向の第１側から前記撮影方向の第２側へ向けて第１の距離ずつ変更し、前記評価部が算出する前記評価値が前回より減少したときに、前記相対位置を前記撮影方向の第２側から前記撮影方向の第１側へ向けて、第１の距離より短い第２の距離ずつ変更することで前記像距離を調整する。
本発明の第７の態様によれば、合焦位置調整方法は、カメラの撮影方向が向く撮影目標位置に、第１の濃度の色からなる第１の色グループと第１の濃度と異なる第２の濃度の色からなる第２の色グループとで構成された模様を有する調整用部材を設置する部材設置工程と、前記カメラの光学系に対する前記カメラの素子または焦点の相対位置を、前記撮影方向の第１側から前記撮影方向の第２側へ向けて変更する第１調整工程と、前記相対位置が変更されるたびに、前記調整用部材を前記カメラで撮影する撮影工程と、前記撮影工程で撮影された画像のうち、前記調整用部材が写る範囲である調整範囲について、当該調整範囲に含まれる画素の濃度の標準偏差に対して単調増加する評価値を求める評価工程と、前記評価工程で求められた前記評価値が前回より減少したときに、前記相対位置を、前記撮影方向の第２側から前記撮影方向の第１側へ向けて、第１の距離より短い第２の距離ずつ変更する第２調整工程と、前記第２調整工程によって前記相対位置が変更された後の前記評価値の変化に基づいて、前記カメラの合焦位置を決定する決定工程とを有する。
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、合焦位置調整装置は、合焦位置の探索にかかる時間を抑えつつ、適切な合焦位置を探索することができる。
一実施形態に係る合焦位置調整システムの構成を示す図である。 一実施形態に係る合焦位置調整装置の構成を示す概略ブロック図である。 一実施形態に係る車両番号認識装置の合焦位置調整方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係る車両番号認識装置のモニタに表示される画像の一例を示す図である 一実施形態に係る合焦位置調整処理を示す第１のフローチャートである。 一実施形態に係る合焦位置調整処理を示す第２のフローチャートである。 調整用部材の模様と調整用部材の設置角度とが異なる撮影条件下において、像距離の評価値として画素の濃度の標準偏差を用いることで得られたグラフである。 調整用部材の模様とシャッタースピードとが異なる撮影条件下において、像距離の評価値として画素の濃度の標準偏差を用いることで得られたグラフである。 調整用部材の模様と調整用部材の設置角度とが異なる撮影条件下において、像距離の評価値として画素の濃度の一次微分値を用いることで得られたグラフである。 調整用部材の模様とシャッタースピードとが異なる撮影条件下において、像距離の評価値として画素の濃度の一次微分値を用いることで得られたグラフである。 調整用部材の模様と調整用部材の設置角度とが異なる撮影条件下において、像距離の評価値として画素の濃度の二次微分値を用いることで得られたグラフである。 調整用部材の模様とシャッタースピードとが異なる撮影条件下において、像距離の評価値として画素の濃度の二次微分値を用いることで得られたグラフである。
（全体構成）
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、一実施形態に係る合焦位置調整システムの構成を示す図である。
合焦位置調整システム１は、アイランドＩに設けられた車両番号認識装置１１が備えるカメラの光学系と素子との相対位置を、適切な位置に調整するシステムである。また、合焦位置とは、カメラの光学系と素子との相対位置のうち、カメラにより最も明瞭な画像を撮影できる位置のことをいう。
車両番号認識装置１１は、車両分離器２により検出された車両のナンバープレートを撮影し、車両番号を認識する。車両番号認識装置１１は、撮影方向へ向けて赤外光を投射し、その反射光を受光することで画像を得る。
車両分離器２は、車線の両側のアイランドＩに向き合うように設けられた第１の透過型光センサアレイ２１と第２の透過型光センサアレイ２２とを備える。第１の透過型光センサアレイ２１は、第２の透過型光センサアレイ２２へ向けて複数の光線を出射する。第２の透過型光センサアレイ２２は、第１の透過型光センサアレイ２１から入射する複数の光線を検出する。車両分離器２は、車線に進入した車両が第１の透過型光センサアレイ２１が出射する光線を遮ったことを検出することで、車両の進入を検出する。車両分離器２は、車両番号認識装置１１より上流側（進行方向手前側、図１における＋Ｙ方向側）に設けられる。
つまり、車両番号認識装置１１のカメラの撮影方向は、第１の透過型光センサアレイ２１と第２の透過型光センサアレイ２２の間に向けられている。また、車両番号認識装置１１のカメラの光学系と素子との相対位置は、第１の透過型光センサアレイ２１と第２の透過型光センサアレイ２２の間に車両が存在するときに、その車両のナンバープレートにピントが合うように調整される必要がある。第１の透過型光センサアレイ２１と第２の透過型光センサアレイ２２の間の位置は、撮影目標位置の一例である。
合焦位置調整システム１は、車両番号認識装置１１と調整用部材１２とを備える。
調整用部材１２は、車両番号認識装置１１による合焦位置調整処理において、車両番号認識装置１１の撮影対象となる部材である。調整用部材１２は、２つの異なる濃度の色からなる模様を有する表示板を備える。本実施形態に係る表示板の模様は、白と黒の同じ幅の縦縞からなるストライプチャートである。縦縞の幅は６ミリメートル以上２０ミリメートル以下であることが好ましい。これは、ナンバープレートの文字の太さが１１ミリメートル程度であるためである。表示板は、車両のナンバープレートと略同じ位置（例えば、地上５０センチメートル）に設けられる。表示板の高さおよび幅は、車両のナンバープレートの高さおよび幅より大きい。
（車両番号認識装置１１の構成）
車両番号認識装置１１の構成について説明する。
図２は、一実施形態に係る合焦位置調整装置の構成を示す概略ブロック図である。
車両番号認識装置１１は、ＣＰＵ１１０、主記憶装置１２０、補助記憶装置１３０、インタフェース１４０、カメラ１５０、ライト１６０、モニタ１７０を備える。
補助記憶装置１３０は、合焦位置調整処理を実行するためのプログラムを記憶している。ＣＰＵ１１０は、プログラムを補助記憶装置１３０から読み出して主記憶装置１２０に展開し、当該プログラムに従って合焦位置調整処理を実行する。なお、補助記憶装置１３０は、一時的でない有形の媒体の一例である。
カメラ１５０、ライト１６０およびモニタ１７０は、インタフェース１４０を介してＣＰＵ１１０に接続される。
ＣＰＵ１１０は、補助記憶装置１３０が記憶するプログラムを実行することで、画像取得部１１１、条件調整部１１２、合焦調整部１１３、評価部１１４、評価値記憶部１１５、合焦位置決定部１１６を備える。
画像取得部１１１は、カメラ１５０から撮影した画像を取得する。
条件調整部１１２は、画像取得部１１１が取得した画像の平均濃度に基づいて、カメラ１５０のシャッタ速度、ライト１６０の強さ、および画像のゲインを調整する。
合焦調整部１１３は、カメラ１５０の像距離を調整する。像距離とは、光学系と素子との間の距離のことである。例えば、合焦調整部１１３は、固定された光学系に対して素子を動かすことで像距離を調整することができる。また例えば、合焦調整部１１３は、固定された素子に対して光学系を動かすことで像距離を調整することができる。また例えば、合焦調整部１１３は、光学系と素子の両方を動かすことで像距離を調整することができる。つまり、合焦調整部１１３は、光学系と素子の相対位置を変更することで、カメラ１５０の像距離を調整する。
評価部１１４は、画像取得部１１１が取得した画像に含まれる画素の濃度の標準偏差を評価値として算出する。評価部は、評価値を算出するものであり、評価値として、画像取得部１１１が取得した画像に含まれる画素の濃度の標準偏差に対して単調増加するような値が用いられる。本実施形態では、評価部１１４は、評価値として画像取得部１１１が取得した画像に含まれる画素の濃度の標準偏差そのものを用いる。なお、当然ながら、画像取得部１１１が取得した画像に含まれる画素の濃度の標準偏差は、画像取得部１１１が取得した画像に含まれる画素の濃度の標準偏差に対して単純増加する。
評価値記憶部１１５は、評価部１１４が算出した評価値を記憶する。
合焦位置決定部１１６は、評価部１１４が最後に算出した評価値と評価値記憶部１１５が記憶する前回の評価値との比較に基づいてカメラ１５０の合焦位置を決定する。
車両番号認識装置１１は、合焦位置調整装置の一例である。
（車両番号認識装置１１の合焦位置調整方法）
次に、本実施形態に係る車両番号認識装置１１の合焦位置調整方法について説明する。
図３は、一実施形態に係る車両番号認識装置の合焦位置調整方法を示すフローチャートである。
図４は、一実施形態に係る車両番号認識装置のモニタに表示される画像の一例を示す図である。
まず、作業者は、車両番号認識装置１１を起動させ、カメラ１５０に連続撮影を開始させる（ステップＳ１）。カメラ１５０が連続撮影を開始すると、画像取得部１１１は、カメラ１５０が撮影した画像Ｐを取得し、モニタ１７０に表示させる。次に、作業者は、モニタ１７０に、図４に示すようにナンバープレートの検知対象の範囲である調整範囲を示す枠Ｆをオーバレイ表示させる（ステップＳ２）。本実施形態に係る調整範囲は、予め設定された画素範囲である。他方、他の実施形態においては、撮影された画像に対する画像処理によって、調整用部材１２の輪郭がなす範囲が調整範囲としてその都度特定されるものであってもよい。次に、作業者は、画像のボケが小さくなるように、カメラ１５０の視野調整およびおおまかな像距離調整を行う（ステップＳ３）。おおまかな像距離調整とは、モニタ１７０の目視により第１の透過型光センサアレイ２１と第２の透過型光センサアレイ２２の間に存在する物体が確認できる程度に像距離を調整することである。したがって、ステップＳ３の時点で、作業者は、車両番号を認識可能な程度までカメラ１５０の像距離を調整しなくてよい。次に、作業者は、調整用部材１２を第１の透過型光センサアレイ２１と第２の透過型光センサアレイ２２の間に設置する（ステップＳ４）。これにより、カメラ１５０が撮影する画像の調整範囲には、調整用部材が写る。そして、作業者は、車両番号認識装置１１に合焦位置調整処理の実行指示を入力する（ステップＳ５）。これにより、ＣＰＵ１１０は、補助記憶装置１３０が記憶するプログラムを読み出し、後述する合焦位置調整処理を実行する。合焦位置調整処理が終了すると、車両番号認識装置１１は、絞りを自動調整する（ステップＳ６）。そして、作業者は、車両番号認識装置１１による連続撮影を停止させ（ステップＳ７）、調整用部材１２を撤去する（ステップＳ８）。
図５は、一実施形態に係る合焦位置調整処理を示す第１のフローチャートである。図６は、一実施形態に係る合焦位置調整処理を示す第２のフローチャートである。
車両番号認識装置１１が合焦位置調整処理を開始すると、画像取得部１１１は、カメラ１５０から画像を取得する（ステップＳ１０１）。次に、条件調整部１１２は、画像取得部１１１が取得した画像のうち、調整範囲に含まれる画素の平均濃度を算出する（ステップＳ１０２）。条件調整部１１２は、算出した平均濃度が濃度の中央値を中心とした所定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。例えば、画素の濃度が取り得る範囲が０以上２５５以下である場合、条件調整部１１２は、算出した平均濃度が、１２８を中心とした所定範囲内、例えば１２４以上１３２以下の値であるか否かを判定する。
平均濃度が所定範囲内にない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、条件調整部１１２は、平均濃度が濃度の中央値に近づくようにカメラ１５０のシャッタ速度、ライト１６０の強度、および画像のゲインを調整する（ステップＳ１０４）。例えば、平均濃度が濃度の中央値より高い場合、条件調整部１１２は、カメラ１５０のシャッタ速度を遅くし、ライト１６０の強度を上げ、または画像のゲインを強める。他方、平均濃度が濃度の中央値より低い場合、条件調整部１１２は、カメラ１５０のシャッタ速度を速くし、ライト１６０の強度を下げ、または画像のゲインを弱める。そして車両番号認識装置１１は、処理をステップＳ１０１に戻し、改めて平均濃度の判定を行う。
他方、平均濃度が所定範囲内にある場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、合焦調整部１１３は、カメラ１５０の光学系に対する素子の相対位置を、設定可能な位置のうち撮影方向の最も手前側に（図１の−Ｙ方向側（第１側））変更する（ステップＳ１０５）。次に、画像取得部１１１は、光学系に対する素子の相対位置を変更した後に撮影された画像をカメラ１５０から取得する（ステップＳ１０６）。次に、評価部１１４は、取得された画像のうち調整範囲内の画素の濃度の標準偏差を、評価値として算出する（ステップＳ１０７）。そして評価部１１４は、算出された評価値を評価値記憶部１１５に記録する（ステップＳ１０８）。
次に、合焦調整部１１３は、カメラ１５０の光学系に対する素子の相対位置を、現在の位置より第１距離（例えば５００ミリ秒）だけ奥側（図１の＋Ｙ方向側）の位置に変更する（ステップＳ１０９）。すなわち、合焦調整部１１３は、カメラ１５０の光学系に対する素子の相対位置を撮影方向の手前側（第１側）から奥側（第２側）に向けて変更する。次に、画像取得部１１１は、光学系に対する素子の相対位置を変更した後に撮影された画像をカメラ１５０から取得する（ステップＳ１１０）。次に、評価部１１４は、取得された画像のうち調整範囲内の画素の濃度の標準偏差を、評価値として算出する（ステップＳ１１１）。次に、合焦位置決定部１１６は、評価部１１４が算出した評価値が評価値記憶部１１５に記憶されている評価値より高いか否かを判定する（ステップＳ１１２）。つまり、合焦位置決定部１１６は、光学系に対する素子の相対位置の変更後の評価値が変更前の評価値より高いか否かを判定する。変更後の評価値のほうが変更前の評価値より高いということは、光学系に対する素子の相対位置が適切な位置に近づいたことを示し、変更後の評価値のほうが変更前の評価値より低いということは、光学系に対する素子の相対位置が適切な位置から遠ざかったことを示す。
評価部１１４が算出した評価値が評価値記憶部１１５に記憶されている評価値より高い場合（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、評価部１１４は、当該評価値を評価値記憶部１１５に上書き記録する（ステップＳ１１３）。そして、車両番号認識装置１１は、処理をステップＳ１０９に戻し、再度、カメラ１５０の光学系に対する素子の相対位置を変更する。
他方、評価部１１４が算出した評価値が評価値記憶部１１５に記憶されている評価値以下である場合（ステップＳ１１２：ＮＯ）、評価部１１４は、当該評価値を評価値記憶部１１５に上書き記録する（ステップＳ１１４）。次に、合焦調整部１１３は、カメラ１５０の光学系に対する素子の相対位置を、現在の位置より第２距離（例えば５０ミリ秒）だけ手前側の位置に変更する（ステップＳ１１５）。すなわち、合焦調整部１１３は、カメラ１５０の光学系に対する素子の相対位置を撮影方向の奥側（第２側）から手前側（第１側）に向けて変更する。第２距離は、第１距離より短い距離である。次に、画像取得部１１１は、光学系に対する素子の相対位置を変更した後に撮影された画像をカメラ１５０から取得する（ステップＳ１１６）。次に、評価部１１４は、取得された画像のうち調整範囲内の画素の濃度の標準偏差を、評価値として算出する（ステップＳ１１７）。次に、合焦位置決定部１１６は、評価部１１４が算出した評価値が評価値記憶部１１５に記憶されている評価値より高いか否かを判定する（ステップＳ１１８）。
評価部１１４が算出した評価値が評価値記憶部１１５に記憶されている評価値より高い場合（ステップＳ１１８：ＹＥＳ）、評価部１１４は、当該評価値を評価値記憶部１１５に上書き記録する（ステップＳ１１９）。そして、車両番号認識装置１１は、処理をステップＳ１１５に戻し、再度、カメラ１５０の光学系に対する素子の相対位置を変更する。
他方、評価部１１４が算出した評価値が評価値記憶部１１５に記憶されている評価値以下である場合（ステップＳ１１８：ＮＯ）、合焦調整部１１３は、カメラ１５０の光学系に対する素子の相対位置の位置を、現在の位置より第３距離（例えば３０ミリ秒）だけ奥側の位置に変更する（ステップＳ１２０）。第３距離は、第２距離より短い距離である。合焦位置決定部１１６は、ステップＳ１２０における変更後の位置を、カメラ１５０の合焦位置として決定し（ステップＳ１２１）、処理を終了する。
このように、本実施形態によれば、車両番号認識装置１１は、カメラ１５０の合焦位置を適切に調整することができる。
（評価値の比較）
図７は、調整用部材の模様と調整用部材の設置角度とが異なる撮影条件下において、像距離の評価値として画素の濃度の標準偏差を用いることで得られたグラフである。図８は、調整用部材の模様とシャッタースピードとが異なる撮影条件下において、像距離の評価値として画素の濃度の標準偏差を用いることで得られたグラフである。
図７および図８には、異なる撮影条件下で撮影された画像の評価値と像距離との関係を示すグラフが描かれている。第１のグラフＨ１は、調整用部材１２の縦縞の幅が２０ミリメートルであり、かつカメラ１５０に対する調整用部材１２の設置角度が０度である撮影条件下で得られたグラフである。第２のグラフＨ２は、調整用部材１２の縦縞の幅が２０ミリメートルであり、かつカメラ１５０に対する調整用部材１２の設置角度が３０度である撮影条件下で得られたグラフである。第３のグラフＨ３は、調整用部材１２の縦縞の幅が６ミリメートルであり、かつカメラ１５０に対する調整用部材１２の設置角度が０度である撮影条件下で得られたグラフである。第４のグラフＨ４は、調整用部材１２の縦縞の幅が６ミリメートルであり、かつカメラ１５０に対する調整用部材１２の設置角度が３０度である撮影条件下で得られたグラフである。第５のグラフＨ５は、調整用部材１２の縦縞の幅が２０ミリメートルであり、かつカメラ１５０のシャッタースピードが１／３０００秒である撮影条件下で得られたグラフである。第６のグラフＨ６は、調整用部材１２の縦縞の幅が２０ミリメートルであり、かつカメラ１５０のシャッタースピードが１／４０００秒である撮影条件下で得られたグラフである。第７のグラフＨ７は、調整用部材１２の縦縞の幅が２０ミリメートルであり、かつカメラ１５０のシャッタースピードが１／６０００秒である撮影条件下で得られたグラフである。第８のグラフＨ８は、調整用部材１２の縦縞の幅が６ミリメートルであり、かつカメラ１５０のシャッタースピードが１／３０００秒である撮影条件下で得られたグラフである。第９のグラフＨ９は、調整用部材１２の縦縞の幅が６ミリメートルであり、かつカメラ１５０のシャッタースピードが１／４０００秒である撮影条件下で得られたグラフである。第１０のグラフＨ１０は、調整用部材１２の縦縞の幅が６ミリメートルであり、かつカメラ１５０のシャッタースピードが１／６０００秒である撮影条件下で得られたグラフである。
図７および図８を参照すると、全てのグラフにおいて、評価値が極大となる像距離が常に１つとなる。また、図７および図８を参照すると、全てのグラフにおいて、常に同じ像距離において評価値が極大となっていることが分かる。つまり、本実施形態のように、像距離の評価値として標準偏差を用いることで、調整用部材１２の縦縞の幅、カメラ１５０のシャッタースピード、およびカメラ１５０に対する調整用部材１２の設置角度などの撮影条件が異なったとしても、極大となる像距離は１つであり、その位置が一定となる。したがって、本実施形態に係る合焦位置調整システム１によれば、山登り方式を用いてカメラ１５０の像距離を調整しても、適切でない結果が導き出されず、適切な合焦位置を特定することができる。
ここで、画素の濃度の標準偏差により適切な合焦位置を導き出せる理由を説明する。カメラ１５０の像距離が適切でない場合、撮影される画像がぼやける。そのため、カメラ１５０の光学系と素子の相対位置が適切な位置より遠いほど、調整範囲内の各画素の濃度が調整用部材１２の模様を構成する２色の平均値に近い値となる。つまり、カメラ１５０の光学系と素子の相対位置が適切な位置に近づくほど、画素の濃度が平均値から離れるため、標準偏差が大きくなる。したがって、合焦位置調整システム１は、画素の濃度の標準偏差が極大となる像距離を特定することで、適切な合焦位置を特定することができる。
ここで、比較例として、画素の濃度の一次微分値を評価値とする場合について説明する。
図９は、調整用部材の模様と調整用部材の設置角度とが異なる撮影条件下において、像距離の評価値として画素の濃度の一次微分値を用いることで得られたグラフである。図１０は、調整用部材の模様とシャッタースピードとが異なる撮影条件下において、像距離の評価値として画素の濃度の一次微分値を用いることで得られたグラフである。
図９および図１０に示すグラフＨ１〜Ｈ１０は、図７および図８に示すグラフと同じ条件で得られたグラフである。図１０を参照すると、第５のグラフＨ５、第６のグラフＨ６、第９のグラフＨ９のように、撮影条件によっては、評価値が極大となる像距離が複数個所存在するグラフが得られることがわかる。この場合、山登り方式を用いてカメラ１５０の合焦位置を調整すると、適切でない結果が導き出される可能性がある。
また、比較例として、画素の濃度の二次微分値を評価値とする場合について説明する。
図１１は、調整用部材の模様と調整用部材の設置角度とが異なる撮影条件下において、像距離の評価値として画素の濃度の二次微分値を用いることで得られたグラフである。図１２は、調整用部材の模様とシャッタースピードとが異なる撮影条件下において、像距離の評価値として画素の濃度の二次微分値を用いることで得られたグラフである。
図１１および図１２に示すグラフＨ１〜Ｈ１０は、図７および図８に示すグラフと同じ条件で得られたグラフである。図１１および図１２を参照すると、多くの撮影条件において（特に、第１のグラフＨ１、第３のグラフＨ３、第５のグラフＨ５、第６のグラフＨ６、第７のグラフＨ７、第９のグラフＨ９）、評価値が極大となる像距離が複数個所存在するグラフが得られることがわかる。この場合、山登り方式を用いてカメラ１５０の合焦位置を調整すると、適切でない結果が導き出される可能性がある。
（作用・効果）
このように、本実施形態によれば、車両番号認識装置１１は、カメラ１５０の光学系に対する素子の相対位置を一方向に変更しながら、カメラ１５０が撮影する画像のうち、調整用部材１２が写る調整範囲内の画素の濃度の標準偏差の変化に基づいて、カメラ１５０の合焦位置を決定する。図７に示すように、カメラ１５０の像距離と画素の濃度の標準偏差との関係をグラフに表すと、カメラ１５０の撮影条件によらず標準偏差が極大となる点が１つだけ出現する。そのため、本実施形態に係る車両番号認識装置１１は、合焦位置の探索にかかる時間を抑えつつ、適切な合焦位置を探索することができる。
また、本実施形態によれば、車両番号認識装置１１は、調整範囲に含まれる画素の平均濃度と、画素の濃度が取り得る範囲の中央値との差が所定値以内になるように、カメラ１５０の撮影条件を調整する。調整範囲に含まれる画素の平均濃度は、カメラ１５０が調整用部材１２に合焦している場合と合焦していない場合とで有意な差がないため、車両番号認識装置１１は、カメラ１５０の合焦位置を調整する前に、撮影条件を適切に調整することができる。
また、本実施形態によれば、車両番号認識装置１１は、評価値が減少するまで、光学系に対する素子の相対位置を撮影方向の奥側へ向けて第１の距離ずつ変更し、評価値が前回より減少したときに、光学系に対する素子の相対位置を撮影方向の手前側へ向けて、第１の距離より短い第２の距離ずつ変更する。つまり、車両番号認識装置１１は、まず手前側から奥側へ向けて合焦位置を探索し、評価値が増加から減少に転じたときに、探索方向を逆転し、より細かな精度で合焦位置を再度探索する。これにより、車両番号認識装置１１は、合焦位置の探索にかかる時間を抑えることができる。
また、本実施形態によれば、車両番号認識装置１１は、まず光学系に対する素子の相対位置を設定可能な位置のうち最も撮影方向の手前側に近い位置に変更してから、光学系に対する素子の相対位置を撮影方向の奥側へ向けて変更する。これにより、車両番号認識装置１１は、最適な合焦位置が探索の対象とならないことを防ぐことができる。
（変形例）
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本実施形態に係る合焦位置調整システム１は、車両番号認識装置１１が、自身のカメラ１５０の像距離を調整するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る合焦位置調整システム１は、車両番号認識装置１１と別個に設けられた合焦位置調整装置が、車両番号認識装置１１のカメラの像距離を調整してもよい。
例えば、本実施形態に係る車両番号認識装置１１は、調整範囲に含まれる画素の平均濃度が所定値に近づくようにカメラ１５０の撮影条件を調整するが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、作業者の手作業によって明るさの調整がなされてもよい。
また、本実施形態に係る合焦位置調整システム１は、カメラ１５０の像距離を調整するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る合焦位置調整システム１は、カメラ１５０の像距離に代えて、またはカメラ１５０の像距離に加えて、カメラ１５０の焦点距離を調整してもよい。この場合、合焦位置調整システム１は、カメラ１５０の光学系に対する焦点の相対位置を、撮影方向の奥側へ向けて変更した後に光学系に対する焦点の相対位置を撮影方向の手前側へ向けて変更する。
また、本実施形態に係る調整用部材１２の模様はストライプチャートだが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る調整用部材１２の模様は、チェッカー、ボーダー、またはその他の模様であってよい。また、他の実施形態に係る調整用部材１２の表示板として実物のナンバープレートを用いてもよい。なお、本実施形態に係る条件調整部１１２は、調整範囲に含まれる画素の平均濃度が濃度の中央値になるように設定するが、これは、ストライプチャートの縦縞の幅が同じであるためである。したがって、例えば調整用部材１２の表示板としてナンバープレートを用いる場合、条件調整部１１２は、調整範囲に含まれる画素の平均濃度が、ナンバープレートの背景部分と文字部分の割合に応じた濃度になるように設定することが好ましい。例えば、画素の濃度が取り得る範囲が０以上２５５以下である場合において、ナンバープレートの背景部分と文字部分の割合が７対３である場合、条件調整部１１２は、算出した平均濃度が、１７８を中心とした所定範囲内、例えば１７４以上１８２以下の値となるように撮影条件を調整する。ナンバープレートは各文字について大きさおよび幅が予め規定されている。そのため、文字列が分かれば濃度を推定することができる。したがって、ナンバープレートに含まれる文字列に基づいて平均濃度を算出し、これに基づいて撮影条件を調整することができる。
また、本実施形態に係る調整用部材１２の模様は２色で構成されるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る調整用部材１２の模様は、ナンバープレートの背景部分に近い反射率（波長に対する反射率の分布）または光吸収率（波長に対する吸収率の分布）を有する複数の色からなる第１の色グループと濃度がナンバープレートの文字部分に近い反射率または光吸収率を有する複数の色からなる第２の色グループとで構成されたもの（例えば、青系の色グループ及び白系の色グループの２つの色グループから構成されたもの）であってもよい。
また、本実施形態では、作業者がステップＳ３でカメラ１５０の視野調整およびおおまかな像距離調整を行った後に調整用部材１２を設置するが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、作業者が調整用部材１２を第１の透過型光センサアレイ２１と第２の透過型光センサアレイ２２の間に設置した後に、視野調整およびおおまかな像距離調整または焦点距離調整を行ってもよい。
また、本実施形態に係る車両番号認識装置１１は、光学系に対する素子の相対位置を撮影方向の奥側へ向けて変更した後に光学系に対する素子の相対位置を撮影方向の手前側へ向けて変更するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る車両番号認識装置１１は光学系に対する素子の相対位置を、初めから撮影方向の手前側から奥側へ向けて細かい精度で変化させることで、一方向の探索のみにより合焦位置を決定してもよい。他の実施形態において、焦点距離を用いる場合も同様である。
また、本実施形態によれば、車両番号認識装置１１は、まず光学系に対する素子の相対位置を設定可能な位置のうち最も撮影方向の手前側に近い位置に変更してから、光学系に対する素子の相対位置を撮影方向の奥側へ向けて変更するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る車両番号認識装置１１は、まず光学系に対する素子の相対位置を設定可能な位置のうち最も撮影方向の奥側に近い位置に変更してから、光学系に対する素子の相対位置を撮影方向の手前側へ向けて変更してもよい。また、他の実施形態に係る車両番号認識装置１１は、光学系に対する素子の相対位置の変更の始点を最も手前側または最も奥側に設定せず、作業者によって指定された位置を始点に設定してもよい。他の実施形態において、焦点距離を用いる場合も同様である。
また、本実施形態に係る評価部１１４は、画素の濃度の標準偏差を評価値として算出するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る評価部１１４は、標準偏差に対して単調増加するその他の値を評価値として算出してよい。標準偏差に対して単調増加する値の例としては、画素の濃度の分散、各画素の濃度と濃度の平均値との差の絶対値の総和、および画素の濃度と画素数の関係を示すグラフに現れる２つのピークの間の距離が挙げられる。
また、本実施形態に係るプログラムは、補助記憶装置１３０に記録されているが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係るプログラムは、一時的でない有形の他の媒体に記録されていてもよい。一時的でない有形の他の媒体の例としては、インタフェース１４０を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。また、他の実施形態においては、プログラムが通信回線によって車両番号認識装置１１に配信されてもよい。この場合、配信を受けた車両番号認識装置１１は、当該プログラムを主記憶装置１２０に展開し、上記処理を実行する。また、プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。また、当該プログラムは、上述した機能を補助記憶装置１３０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
１ 合焦位置調整システム
２ 車両分離器
１１ 車両番号認識装置
１２ 調整用部材
１１１ 画像取得部
１１２ 条件調整部
１１３ 合焦調整部
１１４ 評価部
１１５ 評価値記憶部
１１６ 合焦位置決定部
１５０ カメラ

Claims (6)

  1. 撮影方向が所定の撮影目標位置に向いたカメラの合焦のために前記カメラの光学系と前記カメラの素子との間の像距離または前記光学系の焦点距離を調整する合焦調整部と、
    前記合焦調整部が前記像距離または前記焦点距離を調整するたびに、前記カメラが撮影する画像のうち、前記撮影目標位置に設けられ、第１の濃度の色からなる第１の色グループと第１の濃度と異なる第２の濃度の色からなる第２の色グループとで構成された模様を有する調整用部材が写る範囲である調整範囲について、当該調整範囲に含まれる画素の濃度の標準偏差に対して単調増加する評価値を算出する評価部と、
    前記評価部が算出する前記評価値の変化に基づいて、前記カメラの合焦位置を決定する合焦位置決定部と
    を備え、
    前記合焦調整部が、前記評価部が算出する前記評価値が減少するまで、前記光学系に対する前記素子または焦点の相対位置を前記撮影方向の第１側から前記撮影方向の第２側へ向けて第１の距離ずつ変更し、前記評価部が算出する前記評価値が前回より減少したときに、前記相対位置を前記撮影方向の第２側から前記撮影方向の第１側へ向けて、第１の距離より短い第２の距離ずつ変更することで前記像距離を調整する
    合焦位置調整装置。
  2. 前記調整範囲に含まれる画素の平均濃度と、前記調整用部材の模様を構成する前記色の割合に応じた濃度との差が所定値以内になるように、前記カメラの撮影条件を調整する条件調整部をさらに備え、
    前記評価部が、前記条件調整部が前記撮影条件を調整した後に前記評価値を算出する
    請求項１に記載の合焦位置調整装置。
  3. 前記合焦調整部が、前記相対位置を設定可能な位置のうち最も前記撮影方向の第１側に近い位置に変更した後に、前記相対位置を前記撮影方向の第２側へ向けて変更する
    請求項１または請求項２に記載の合焦位置調整装置。
  4. 第１の濃度の色からなる第１の色グループと第１の濃度と異なる第２の濃度の色からなる第２の色グループとで構成された模様を有する調整用部材と
    請求項１から請求項３の何れか１項に記載の合焦位置調整装置と、
    を備える合焦位置調整システム。
  5. コンピュータを、
    撮影方向が所定の撮影目標位置に向いたカメラの合焦のために前記カメラの光学系と前記カメラの素子との間の像距離または前記光学系の焦点距離を調整する合焦調整部、
    前記合焦調整部が前記像距離または前記焦点距離を調整するたびに、前記カメラが撮影する画像のうち、前記撮影目標位置に設けられ、第１の濃度の色からなる第１の色グループと第１の濃度と異なる第２の濃度の色からなる第２の色グループとで構成された模様を有する調整用部材が写る範囲である調整範囲について、当該調整範囲に含まれる画素の濃度の標準偏差に対して単調増加する評価値を算出する評価部、
    前記評価部が算出する前記評価値の変化に基づいて、前記カメラの合焦位置を決定する合焦位置決定部
    として機能させ、
    前記合焦調整部が、前記評価部が算出する前記評価値が減少するまで、前記光学系に対する前記素子または焦点の相対位置を前記撮影方向の第１側から前記撮影方向の第２側へ向けて第１の距離ずつ変更し、前記評価部が算出する前記評価値が前回より減少したときに、前記相対位置を前記撮影方向の第２側から前記撮影方向の第１側へ向けて、第１の距離より短い第２の距離ずつ変更することで前記像距離を調整する
    プログラム。
  6. カメラの撮影方向が向く撮影目標位置に、第１の濃度の色からなる第１の色グループと第１の濃度と異なる第２の濃度の色からなる第２の色グループとで構成された模様を有する調整用部材を設置する部材設置工程と、
    前記カメラの光学系に対する前記カメラの素子または焦点の相対位置を、前記撮影方向の第１側から前記撮影方向の第２側へ向けて第１の距離ずつ変更する第１調整工程と、
    前記相対位置が変更されるたびに、前記調整用部材を前記カメラで撮影する撮影工程と、
    前記撮影工程で撮影された画像のうち、前記調整用部材が写る範囲である調整範囲について、当該調整範囲に含まれる画素の濃度の標準偏差に対して単調増加する評価値を求める評価工程と、
    前記評価工程で求められた前記評価値が前回より減少したときに、前記相対位置を、前記撮影方向の第２側から前記撮影方向の第１側へ向けて、第１の距離より短い第２の距離ずつ変更する第２調整工程と、
    前記第２調整工程によって前記相対位置が変更された後の前記評価値の変化に基づいて、前記カメラの合焦位置を決定する決定工程と
    を有する合焦位置調整方法。
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