JP6893334B2 - 軸重計測装置および軸重計測方法 - Google Patents

Description

本開示は、走行路を通過する車両が撮像された撮像画像から車両の軸重を計測する軸重計測装置および軸重計測方法に関する。

特許文献１には、軸重計測装置が開示されている。この軸重計測装置は、試験車両の車両ナンバー、既知の軸重、および既知の総重量を、既知データとして予め記憶し、さらに、軸重の誤差の許容範囲および総重量の誤差の許容範囲を、計測精度の判定に用いる判定用データとして予め記憶している。軸重計測装置は、走行する車両のナンバープレートを撮像カメラで撮像して車両ナンバーを読み取って試験車両を識別し、識別した試験車両について、荷重センサに基づいて、計測された軸重と既知の軸重との誤差、および、計測された総重量と既知の総重量との誤差をそれぞれ算出する。そして、軸重計測装置は、誤差が許容範囲内であるか否かによって計測精度を判定する。

特開２０１３−７６２４号公報

本開示は、走行路を通過する車両が撮像された撮像画像から、車両の軸重を高精度に計測する軸重計測装置および軸重計測方法を提供する。

本開示の一態様に係る軸重計測装置は、走行路と、走行路上の車両とが撮像された撮像画像を用いて、車両の軸重を計測する軸重計測装置であって、変位算出部と、補正情報取得部と、軸重算出部とを備える。変位算出部は、撮像画像を用いて、軸重による走行路の変位を検出する。補正情報取得部は、補正情報を取得する。軸重算出部は、変位と補正情報とを用いて軸重を算出する。補正情報取得部は、撮像画像から補正情報を取得する。補正情報取得部は、車両のホイールの形状を認識し、車両のホイールの形状から車両の車軸当たりのタイヤの数を示す情報を、補正情報として取得する。

本開示の一態様に係る軸重計測方法は、走行路と、走行路上の車両とが撮像された撮像画像を用いて、車両の軸重を計測する軸重計測方法であって、変位算出ステップと、補正情報取得ステップと、軸重算出ステップとを備える。変位算出ステップは、撮像画像を用いて、軸重による走行路の変位を検出するステップである。補正情報取得ステップは、補正情報を取得するステップである。軸重算出ステップは、変位と補正情報とを用いて軸重を算出するステップである。補正情報取得ステップでは、撮像画像から補正情報を取得する。補正情報取得ステップでは、車両のホイールの形状を認識し、車両のホイールの形状から車両の車軸当たりのタイヤの数を示す情報を、補正情報として取得する。

上記本開示に係る軸重計測装置および軸重計測方法によれば、走行路を通過する車両が撮像された撮像画像から、車両の軸重を高精度に計測することができる。

図１は、変位を計測する様子の一例を模式的に示す外観図である。 図２は、実施の形態１に係る軸重計測装置の構成を示すブロック図である。 図３は、空間情報を説明する図である。 図４Ａは、車軸を車両の正面側から見た模式図である。 図４Ｂは、車両を側面から見た時のタイヤの状態を示す模式図である。 図５は、軸重計測装置の動作を示すフローチャートである。 図６Ａは、エリア設定の一例を示す模式図である。 図６Ｂは、エリア設定の他の一例を示す模式図である。 図７は、撮像画像におけるノイズを説明する図である。 図８は、ノイズとエリアサイズの関係を説明する図である。 図９は、変位検出の感度とエリアサイズの関係を説明する図である。 図１０は、エリアサイズとＳＮ比の関係を説明する図である。 図１１Ａは、撮像装置とタイヤの位置関係を説明する図である。 図１１Ｂは、撮像装置とタイヤの位置関係を説明する図である。 図１２Ａは、図１１Ａの状態で撮像装置が生成した撮像画像を示す図である。 図１２Ｂは、図１１Ｂの状態で撮像装置が生成した撮像画像を示す図である。 図１３Ａは、軸重による路面変位の一例を説明する模式図である。 図１３Ｂは、軸重による路面変位の他の一例を説明する模式図である。 図１４Ａは、基準となる路面変位の一例を説明する模式図である。 図１４Ｂは、図１４Ａの路面変位と相似の関係にある路面変位を説明する模式図である。 図１５は、シングルタイヤにおける路面変位を説明する模式図である。 図１６は、ダブルタイヤにおける路面変位を説明する模式図である。 図１７は、車軸間の距離と路面変位の関係を説明する図である。

実施の形態の一態様に係る軸重計測装置は、走行路と、走行路上の車両とが撮像された撮像画像を用いて、車両の軸重を計測する軸重計測装置であって、変位算出部と、補正情報取得部と、軸重算出部とを備える。変位算出部は、撮像画像における軸重による走行路の変位を検出する。補正情報取得部は、補正情報を取得する。軸重算出部は、変位と補正情報とを用いて軸重を算出する。

以下、本開示の一態様に係る軸重計測装置の具体例について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本開示は、請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本開示の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

（実施の形態１）
ここでは、本開示の一態様として、一般車両の走行路に設置され、通過する車両の軸重による走行路の変位を計測し、計測した変位から車両の軸重を計測する軸重計測システムについて説明する。

［１．構成］
図１は、本開示の実施の形態１に係る軸重を計測する様子の一例を模式的に示す外観図である。

図１に示すように、軸重計測システム１は、撮像装置１００と軸重計測装置２００とで構成される。走行路１３０の路面１３１は、車両１２０のタイヤ１２１との接地面から荷重を受け変位する。路面１３１の変位は、タイヤ１２１の状態、気温、路面１３１の温度、車両１２０の走行速度などに影響を受け変化する。

ここでは、例えば、軸重計測装置２００は、車両１２０が走行する走行路１３０を撮像する撮像装置１００に接続される。そして、撮像装置１００が生成した複数の撮像画像は、軸重計測装置２００に入力される。また、軸重計測装置２００は、路面変位に影響を及ぼす各種の情報を撮像画像や外部機器から取得する。撮像画像の入力や情報の取得は、無線又は有線による通信、もしくは、記録媒体を介して行われる。軸重計測装置２００は、入力された撮像画像と情報から、走行路１３０の路面変位を計測する。軸重計測装置２００は、計測した路面変位と取得した情報を用いて車両１２０の軸重を計測する。

［１−１．軸重計測装置］
図２は、本開示の実施の形態１に係る軸重計測装置２００の構成を示すブロック図である。

図２に示されるとおり、軸重計測装置２００は、入出力Ｉ／Ｆ２１０と、制御部２２０と、空間情報取得部２３０と、位置検出部２４０と、変位算出部２５０と、補正情報取得部２６０と、軸重算出部２７０と、メモリ２８０とを備える。また、補正情報取得部２６０は、状態判定部２６１と、温度計測部２６２と、速度計測部２６３と、を備える。

軸重計測装置２００は、例えば、メモリ２８０に記憶されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）などのマイクロプロセッサが実行することによって実現される。

入出力Ｉ／Ｆ２１０は、撮像装置１００によって生成された撮像画像の入力を受け付ける。例えば、入出力Ｉ／Ｆ２１０は、４０９６×２１６０ピクセルのデジタル画像の入力を受け付ける。入出力Ｉ／Ｆ２１０は、受付けた撮像画像を制御部２２０に出力する。入出力Ｉ／Ｆ２１０は、撮像装置１００以外の撮像装置が生成した撮像画像や、他の装置が出力した各種情報を受け付ける。

制御部２２０は、各部の動作を制御する。制御部２２０は、例えば、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。

空間情報取得部２３０は、車両１２０が撮像されていない撮像画像を用いて、路面１３１の空間情報を取得する。

図３は、空間情報を説明する図である。図３に示すように、空間情報取得部２３０は、メモリ２８０に格納されている撮像装置１００の撮像素子１０１の路面１３１からの高さ（ｈ）、画角（例えば、４０９６×２１６０ピクセル）、撮像素子１０１の路面１３１に対する傾き（α）などを示す設置情報を用いる。そして、空間情報取得部２３０は、路面１３１の各点が撮像画像のどの点に投影されているかを算出し、空間情報を算出する。ここで、空間情報取得部２３０は、路面１３１の各点が仮想的な投影面１０２のどの点に投影されているかを算出することにより、空間情報を算出してもよい。本開示における空間情報とは、各点の１ピクセル当たりの実際の長さを示す。空間情報は、撮像画像における各点の１ピクセル当たりの実際の長さが異なることを補正するために用いられる。空間情報取得部２３０は、透視投影法などの方法を用いて、空間情報を算出する。

図３において、路面１３１上の点Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は、それぞれ、投影面１０２上の点Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３に対応する。撮像装置１００に近い路面１３１上の点Ｇ３を投影した点Ｆ３と、撮像装置１００から遠い路面１３１上の点Ｇ１を投影した点Ｆ１とでは、撮像画像上では同じピクセル長が表示されるが、実際の長さは異なる。また路面１３１上の点Ｇ１と点Ｇ３の中間点の点Ｇ２を投影した点Ｆ２の１ピクセル当たりの実際の長さも、点Ｆ１、Ｆ３の１ピクセル当たりの実際の長さとは異なる。これは、撮像装置１００と各点Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３との距離が大きいほど、各点Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３が撮像画像において小さく投影されることに起因する。

位置検出部２４０は、メモリ２８０が記憶している複数の撮像画像を撮像時刻順に取りだし、各撮像画像におけるタイヤの位置を検出する。位置検出部２４０は、撮像画像中のタイヤ位置検出方法として、画像認識技術やテンプレートマッチング、機械学習、ニューラルネットワークなどの一般的な技術を用いることができる。位置検出の精度は、ピクセル単位でもサブピクセル単位でもよい。

変位算出部２５０は、メモリ２８０が記憶している複数の撮像画像を撮像時刻順に取出す。そして、変位算出部２５０は、撮像画像内に設定した検出エリア内の画像と、空間情報取得部２３０が算出した各点の１ピクセル当たりの実際の長さと、位置検出部２４０が検出したタイヤ位置を用いて、路面１３１の変位を算出する。変位算出部２５０は、撮像画像中の変位検出方法として、ブロックマッチング、相関法、サンプリングモアレ法、特徴点追跡法など一般的な変位検出方法を用いることができる。ここで相関法として、正規化相関法（normalized cross correlation）、位相相関法（phase correlation）、レーザスペックル相関法などが挙げられる。変位検出の精度は、ピクセル単位でもサブピクセル単位でも良い。

補正情報取得部２６０は、軸重を補正するための補正情報を取得する。

状態判定部２６１は、タイヤの状態を判定する。状態判定部２６１は、例えば、車両１２０が正面および側面から撮像された撮像画像から、画像認識によりタイヤの状態を判定できる。状態判定部２６１が判定に用いる撮像画像は、撮像装置１００によって生成されてもよいし、他の撮像装置によって生成されてもよい。状態判定部２６１は、１つの車軸当たりのタイヤの数、タイヤ間隔、路面との接地面積、軸間距離などを判定する。なお、状態判定部２６１は、撮像画像から画像認識により、車種を判定し、車種に基づいてタイヤの状態を判定してもよい。

このとき、状態判定部２６１は、メモリ２８０に記憶された、車種に対応付けられたタイヤに関する情報を用いて、タイヤの状態を判定してもよい。より詳細には、状態判定部２６１は、補正情報として、車両１２０のタイヤの太さを示す情報、車両１２０の車軸当たりのタイヤの数を示す情報、および車両１２０の車軸間の距離を示す情報のうち少なくとも一つを含む情報を取得してもよい。

また、状態判定部２６１は、走行路１３０に設置された圧力センサやレーザセンサの情報からタイヤの状態を判定してもよい。

図４Ａは、後輪の車軸を車両１２０の正面側から見た模式図である。図４Ｂは、車両１２０を側面から見た時のタイヤの状態を示す模式図である。

図４Ａは、車両１２０の後輪を示している。図４Ａにおいて、１つの車軸の一端に、タイヤ１２１、１２２が接続されている。タイヤ１２１とタイヤ１２２との車輪間距離は距離Ｄ１である。図４Ｂは、車両１２０の前輪のタイヤ１２３と後輪のタイヤ１２１との軸間距離が距離Ｄ２であることを示す。また、図４Ｂは、タイヤ１２１と路面との接地面積がＳ１であることを示す。

温度計測部２６２は、外気温および路面温度を測定する。温度計測部２６２は、走行路１３０に設置された温度計または熱電対が測定した温度を取得してもよい。また、温度計測部２６２は、サーマルカメラが生成した撮像画像から温度を取得してもよい。

速度計測部２６３は、メモリ２８０が記憶している複数の撮像画像を撮像時刻順に取りだす。そして、速度計測部２６３は、オプティカルフロー、テンプレートマッチング、背景差分法などを用いて、車両１２０の走行速度を計測する。速度計測部２６３は、走行路１３０に設置された埋め込みセンサ、レーザ、音波センサなどから走行速度を取得してもよい。

軸重算出部２７０は、変位算出部２５０が検出した走行路１３０の変位と補正情報取得部２６０が取得した補正情報を用いて、走行路１３０を通過する車両１２０の軸重を算出する。

メモリ２８０は、入出力Ｉ／Ｆ２１０から入力された撮像画像や各種情報を記憶する。メモリ２８０は、撮像装置１００の設置情報を記憶する。また、メモリ２８０は、各部のワークメモリとして用いられる。例えば、メモリ２８０は、空間情報取得部２３０が取得した空間情報を記憶する。メモリ２８０は、位置検出部２４０が検出したタイヤ１２１の位置情報を記憶する。メモリ２８０は、変位算出部２５０が算出した路面変位を記憶する。メモリ２８０は、補正情報取得部２６０が取得した補正情報を記憶する。メモリ２８０は、状態判定部２６１が判定したタイヤ状態を記憶する。メモリ２８０は、温度計測部２６２が計測した外気温および路面温度を記憶する。メモリ２８０は、速度計測部２６３が計測した車両１２０の走行速度を測定する。メモリ２８０は、軸重算出部２７０が算出した軸重を記憶する。メモリ２８０は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の高速動作が可能な半導体記憶素子で構成される。

［２．動作］
［２−１．全体の動作］
図５は、実施の形態１に係る軸重計測装置２００の動作を示すフローチャートである。

制御部２２０は、撮像装置１００より撮像画像を取得する。制御部２２０は、入出力Ｉ／Ｆ２１０を介して、撮像装置１００が生成した撮像画像を取得する。そして、制御部２２０は、撮像画像をメモリ２８０に格納させる（ステップＳ５０１）。

制御部２２０は、空間情報取得部２３０に、空間情報を取得させる（ステップＳ５０２）。空間情報取得部２３０は、メモリ２８０に格納されている撮像画像と、撮像装置１００の設置情報を用いて、空間情報を取得する。

制御部２２０は、位置検出部２４０に、撮像画像におけるタイヤ１２１の位置を検出させる（ステップＳ５０３）。

制御部２２０は、補正情報取得部２６０に、軸重算出に必要な情報を取得させる（ステップＳ５０４）。補正情報取得部２６０は、状態判定部２６１、温度計測部２６２、および速度計測部２６３の一部または全てに軸重計測に必要な情報を取得させ、その情報を補正情報としてメモリ２８０に格納させる。状態判定部２６１、温度計測部２６２、および速度計測部２６３は、メモリ２８０に格納されている撮像画像などを用いて、軸重計測に必要な補正情報を取得する。

制御部２２０は、変位算出部２５０に、撮像画像を用いて、路面１３１の変位を算出させる（ステップＳ５０５）。

制御部２２０は、軸重算出部２７０に、変位算出部２５０が算出した変位と補正情報取得部２６０が取得した補正情報を用いて、車両１２０の軸重を算出させる（ステップＳ５０６）。

［２−２．変位検出］
まず、変位算出部２５０は、撮像画像において変位を検出するための検出エリアのサイズを設定する。制御部２２０は、位置検出部２４０が検出したタイヤ位置に基づいて、任意に設定した位置において、エリアサイズを複数設定し、各エリアサイズで算出した変位結果から、検出エリアのエリアサイズを決定してもよい。また、制御部２２０は、タイヤ位置に基づいて、複数の位置を設定し、各位置で設定した検出エリアにおいて算出した変位結果の平均値、中央値などを用いて、検出エリアのエリアサイズを決定してもよい。

図６Ａはエリア設定の一例を示す模式図である。図６Ｂはエリア設定の他の一例を示す模式図である。

図６Ａおよび図６Ｂは、走行路１３０（図１参照）上を走行する車両のタイヤ１２１と接する路面１３１が車両の軸重により、変位していることを示している。また、図６Ａは、制御部２２０が検出エリアとしてエリアＳ１を設定していることを示す。さらに、図６Ｂは、制御部２２０が検出エリアとしてエリアＳ２を設定していることを示す。

図７は、撮像画像におけるノイズを説明する図である。図８は、ノイズとエリアサイズの関係を説明する図である。図７において、縦軸は変位、横軸は時刻を示す。図８において、縦軸はノイズ、横軸はエリアサイズを示す。

図７は、車両を含まない複数の撮像画像に対して、撮像画像時刻順に検出した変位を示す。この場合、各撮像画像間から変位は算出されないので、変位算出結果は各時刻において０になる。実際には、図７に示すように、撮像素子１０１（図３参照）のノイズ、大気の揺らぎなどにより、変位ｂがノイズ成分として算出される。そのため、例えば、変位ｂの分散ａをノイズと考えることが出来る。なお、分散ではなく標準偏差をノイズと考えてもよい。

このようなノイズは、一般的には白色雑音である。そのため、テンプレートマッチングにおいては、図６ＡのエリアＳ１のようにエリアサイズを大きくすると、図８に示すように、ノイズが平均化され、ノイズの影響は小さくなる。すなわち、エリアサイズを大きくすると、ノイズは飽和値ｃに近づいていく。一方、図６ＢのエリアＳ２のように、検出エリアの領域に対して変位が発生している領域の割合を大きくすることで、変位に関する感度が向上する。

また、図９に示すように、エリアサイズが大きくなるほど、変位検出の感度は小さくなる。図９は、変位検出の感度とエリアサイズの関係を説明する図である。図９において、縦軸は感度、横軸はエリアサイズを示す。エリアサイズが大きい場合、設定した検出エリアの領域に対して変位していない部分が占める領域の割合が大きくなる。従って、テンプレートマッチングを行う場合、変位していない部分に合わせ込む力が強くなり、変位検出の感度が小さくなってしまう。

このことから、エリアサイズとＳＮ比（シグナルノイズ比）の関係は図１０のようになると考えられる。図１０は、エリアサイズとＳＮ比の関係を説明する図である。図１０において、縦軸はＳＮ比、横軸はエリアサイズである。図１０に示すように、ＳＮ比にピークがある場合は、ピーク位置に対応するエリアサイズを検出エリアの大きさとして設定すればよい。また、ＳＮ比にピークがない場合は、図８においてノイズレベルが立ち上がるエリアサイズＳ３を検出エリアの大きさとして設定してもよい。

制御部２２０は、上記のいずれかの方法でエリアサイズを算出する。

次に、制御部２２０は、空間情報取得部２３０が取得した各点の１ピクセル当たりの実際の長さを用いて、算出したエリアサイズを調整する。

制御部２２０は、空間情報（１ピクセルあたりの実長）に応じて、エリアサイズを調整する。制御部２２０は、例えば、実際の長さにおいて１０ｃｍなどの基準を設定し、エリアサイズがその基準となるサイズになるように、空間情報を用いてタイヤ１２１の位置ごとにエリアサイズ（ピクセルサイズ）を調整する。これは、同じ基準のエリアサイズを用いないと、同じ重さがかかった時の変位が同じ値にならなくなってしまうためである。すなわち、エリアサイズを実際の長さに対応したピクセルサイズに変換する。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、撮像装置１００とタイヤ１２１の位置関係を説明する図である。図１２Ａは、図１１Ａの状態で撮像装置１００によってタイヤ１２１が撮像された撮像画像を示す図である。図１２Ｂは、図１１Ｂの状態で撮像装置１００によってタイヤ１２１が撮像された撮像画像を示す図である。

図１１Ａは、タイヤ１２１が撮像装置１００から遠い位置にあることを示す。図１１Ｂは、タイヤ１２１が撮像装置１００に近い位置にあることを示す。また、図１２Ａは、図１１Ａの状態において、撮像装置１００が生成した撮像画像５００を示す。図１２Ｂは、図１１Ｂの状態において、撮像装置１００が生成した撮像画像５１０を示す。図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、撮像時の撮像装置１００とタイヤ１２１との間の距離から、撮像画像５００におけるタイヤ５０１は、撮像画像５１０におけるタイヤ５１１より小さく撮像される。

ここで、図１２Ａにおけるタイヤ５０１の位置は、図３の点Ｆ１の位置に対応している。また、図１２Ｂにおけるタイヤ５１１の位置は、図３の点Ｆ３の位置に対応している。この時、空間情報取得部２３０が算出した各点の１ピクセル当たりの実際の長さは、点Ｆ１とその周辺の画素において３／５ｃｍであり、点Ｆ３とその周辺の画素において３／２０ｃｍであったとする。この時、エリアサイズ（縦×横）が３ｃｍ×６０ｃｍであったとすると、撮像画像５００における検出エリア５０２のエリアサイズは５ピクセル×１００ピクセルとなり、撮像画像５１０における検出エリア５１２のエリアサイズは２０ピクセル×４００ピクセルとなる。図１２Ａにおいて検出エリア５０２の大きさは５×１００ピクセルを示しており、図１２Ｂにおいて検出エリア５１２の大きさは２０×４００ピクセルを示している。このようにエリアサイズを調整することで、撮影画像上では、検出エリア５０２、５１２の大きさは異なるが、変位を検出する対象の領域の大きさを同じにすることができる。

変位算出部２５０は、撮像画像５００の場合は、撮像画像５００のうち検出エリア５０２内の画像のみを用いて変位を算出する。また、変位算出部２５０は、撮像画像５１０の場合は、撮像画像５１０のうち検出エリア５１２内の画像のみを用いて変位を算出する。

［２−３．軸重算出］
図１３Ａは、軸重による路面変位の一例を説明する模式図である。図１３Ｂは、軸重による路面変位の他の一例を説明する模式図である。

図１３Ａに示すように、車両が走行する路面１３２には、タイヤ１２１を通してかかる車両の軸重による圧力によって変位が生じている。ここで、軸重による圧力は種々の条件によって変化するので、図１３Ｂに示すように路面は路面１３２や路面１３３のように変化する。

例えば、軸重が同じ車両でも、１つの車軸当たりの車輪数やタイヤ径が異なると、路面との総接地面積が変わってくる。これにより、路面にかかる圧力が変化し、路面変位も変化する。また、路面が舗装されている場合、気温や路面温度により、舗装の弾性係数が変化する。そのため、同じ圧力をかけた際の変位は変化する。また、車両が撮像地点で加減速している場合は、加速度に応じて各車軸にかかる荷重が変化する。例えば、ブレーキがかかると、前輪の車軸にかかる荷重が増加する。

また、路面の状態（路面プロフィール）により、車両が振動した場合、車両が沈み込む瞬間は路面にかかる圧力が高くなる。そのため、荷重が見かけ上大きくなる。逆に、車両が浮き上がる瞬間は、路面にかかる圧力が小さくなる。そのため、荷重が見かけ上小さくなる。また、路面自体の重さに対する抵抗力は、大別すると静的な抵抗力と動的な抵抗力からなると考えることができる。ここで、動的な抵抗力とは、路面における車両速度と考えられる。そのため、車両速度に応じても路面変位は変化しうる。

軸重算出には、静荷重が必要である。しかしながら、上記のように、荷重は圧力により変化することから、静荷重は、種々の条件により見かけ上変化してしまう。さらに、撮像画像からは路面の変位しか分らない。

このことから、軸重算出部２７０は、変位算出部２５０が算出した変位と補正情報取得部２６０が取得したタイヤの状態、温度、車両速度などの情報を用いて、変位を補正し軸重を算出する。

［２−３−１．関係式を用いた軸重の算出］
軸重算出部２７０は、変位と軸重の関係式を用いて、軸重を算出してもよい。

具体的には、軸重算出部２７０は、変位係数を用いて軸重を算出する。変位係数として、走行路１３０に車輪の軸重が加えられたことに起因して走行路１３０に変位が生じる場合における、軸重と変位との関係を示す関係式、及び、この関係式で用いられる係数を用いることができる。軸重算出部２７０は、関係式と変位係数を、予め記憶している。

一般に、軸重ｗ（ｋｇ）は、変位ｄの関数ｆとして、ｗ＝ｆ（ｄ）の式で表現される。本開示では、関数ｆを一次式で近似して取り扱う。軸重算出部２７０は、変数をｄ、変位係数をαとして表わされる一次式ｗ＝αｄを関係式として記憶している。

この変位係数αは、走行路１３０を構成するアスファルト等の種類、組成によって異なる。予め軸重が既知である車両を走行路１３０上で走行させ、軸重と車両の走行時の走行路１３０の変位の関係を調査することにより、変位係数αを事前に確定させることができる。軸重算出部２７０は、変位係数αを記憶しておく。軸重算出部２７０は、変位算出部２５０が検出した変位を車両の軸重に換算する。

［２−３−２．変位形状を用いた軸重の算出］
軸重算出部２７０は、変位算出部２５０が算出した路面１３１の変位形状から軸重を算出してもよい。

図１４Ａは、基準となる路面変位の一例を示す図である。図１４Ｂは、図１４Ａの路面変位と相似の関係にある路面変位の一例を示す図である。図１４Ａは、タイヤ１２１が接地したことにより変位した路面１３４を示す。図１４Ａにおいては、タイヤ１２１により、路面１３４には２ｔの重量が加えられているとする。これに対して、図１４Ｂは、タイヤ１２１が接地したことにより変位した路面１３５を示す。図１４Ｂにおいては、タイヤ１２１により、路面１３５には１０ｔの重量が加えられているとする。

ここで、タイヤ１２１が路面１３４に接地する接地面積と、タイヤ１２１が路面１３５に接地する接地面積は同じであるとする。接地面積が一定の場合、路面変位は重さに比例すると仮定すると、異なる重さの加重による路面の変位形状は、相似形となる。すなわち、基準のたわみ形状とその時の軸重を対応付けてメモリ２８０に格納しておけば、変位算出部２５０が計測した変位の変位形状が基準のたわみ形状の何倍にあたるかを算出することで、車両１２０の軸重を算出することが可能となる。図１４Ａおよび図１４Ｂの場合は、図１４Ａの路面１３４の変位形状と軸重２ｔを対応付けてメモリ２８０に記憶しておき、図１４Ｂの路面１３５の変位形状が路面１３４の変位形状の何倍であるかを算出する。この場合、算出結果が５倍となるので、図１４Ｂの場合の軸重は２ｔ×５＝１０ｔとなる。

なお、軸重算出部２７０は、路面の変位形状ではなく、変位の最大値、または、所定領域における変位の平均値と軸重を対応付けてメモリ２８０に記憶しておき、変位算出部２５０が算出した変位の最大値、または、所定領域における変位の平均値と、記憶された値とを比較して、軸重を算出してもよい。また、変位形状の関係を、比例ではなく、高次の関数を用いて表してもよい。

［２−３−３．タイヤ状態］
軸重算出部２７０は、タイヤ状態を用いて軸重を補正してもよい。タイヤ状態による補正のためには、車両による路面変位の空間分布を知る必要がある。路面変位の空間分布として、撮像画像から測定された路面変位の広がりを用いてもよいし、ＦＷＤ（Falling Weight Deflectometer）にて測定された路面変位の変位形状を用いてもよいし、シミュレーションで算出された空間分布を用いてもよい。タイヤ状態の補正に関しては、最も単純には、路面変位を、各タイヤの変位の線形和であると仮定する。そうすると、各タイヤ状態から各タイヤにかかる重さを算出することが可能である。もちろん線形に限らず任意の形、または関数で変位を表現してもよい。

ここでは、車輪のタイヤ数による路面変位の違いについて図１５および図１６を用いて説明する。図１５は、シングルタイヤにおける路面変位を説明する模式図である。図１６は、ダブルタイヤにおける路面変位を説明する模式図である。

例えば、軸重が１０トンの車両において、片側の車輪の輪荷重は理想的には５トンとなる。車輪がシングルタイヤの場合は５トンの荷重が１つのタイヤ１２１から走行路の路面１３６に掛かり、路面１３６は図１５に示すように変位する。これに対して、図１６に示すように、ダブルタイヤの場合は、５トンの輪荷重が２つのタイヤ１２１、１２２に分散されて路面１３９に掛かる。これは、１つの車軸についているタイヤ数が増えると、タイヤ当たりにかかる荷重が減り、路面変位も小さくなることによる。この場合の走行路の路面変位は、タイヤ１２１から掛かる２．５トンの荷重による路面変位１３８と、タイヤ１２２から掛かる２．５トンの荷重による路面変位１３７とが合成された路面変位１３９となる。

図１５および図１６に示すように、走行路の変位は、軸重、もしくは輪荷重が同じであってもシングルタイヤに比べてダブルタイヤのほうが小さくなる。このことから、例えば、車輪のタイヤ数に応じて変位から軸重に換算する関係式の変位係数αを変更すれば、軸重の計測精度を向上させることができる。

ここで、計測される路面変位がタイヤ一輪毎の変位の線形和と仮定すると、変位を（数１）のように表せる。
（数１）：Ｄ（ｘ）＝ｗ１×Ｄ１（ｘ）＋ｗ２×Ｄ２（ｘ＋ｄ）
ただし、ｘはタイヤ１２１直下から撮像装置１００までの距離、ｄは車輪間距離、ｗ１はタイヤ１２１にかかる重さ、ｗ２はタイヤ１２２にかかる重さである。また、Ｄ１はタイヤ１２１の基準変位関数、Ｄ２はタイヤ１２２の基準変位関数、Ｄは合成変位関数である。ここで、ｘ≧とする。ｘ＜０の場合、撮像装置では路面１３９を撮像できないので、変位の算出について考慮しなくても構わない。

（数１）において、タイヤにかかる重さｗ１、ｗ２の２つが未知数である。未知数が２つであることから、２つの計測点においてそれぞれ変位を計測することで、（数１）からタイヤ１２１、１２２の重さが算出出来る。タイヤが２つ以上の場合も同様にして、未知数の数（タイヤの数）に合わせて計測点を増やすことで、各タイヤにかかる重さを算出することができる。

ここで、同じ軸についているタイヤに関しては、等しく軸重が分散すると仮定すると、ｗ１＝ｗ２となり、未知数が減る。そのため、計測点を減らすことが可能となる。

なお、１つの車軸に複数のタイヤが備えられている場合は、１つの車軸における変位は、各タイヤの変位の線形和で表せると説明したが、これに限定するものではない。例えば、他の関数や、シミュレーションを用いて合成変位を再現出来るようなパラメータ（重さ）を推定してもよい。

また、図１７に示すように、軸間の距離が近い場合は、別の軸の影響が強くなる。図１７は、軸間の距離と路面変位の関係を説明する図である。図１７において、タイヤ１２１が１軸目のタイヤ、タイヤ１２３が２軸目のタイヤとする。そうすると、タイヤ１２１による路面変位１４０とタイヤ１２３による路面変位１４１が影響し合い、この場合の路面変位は路面変位１４２となる。この場合も上記のような関係式を用いて、軸重を算出すればよい。

［２−３−４．温度］
軸重算出部２７０は、気温や路面温度を用いて軸重を補正してもよい。温度による補正は、ＦＷＤ（Falling Weight Deflectometer）にてたわみ量を測定する際の補正と同様でもよい。また、重さが既知の荷重物による路面変位を各温度で測定して生成した補正テーブルを用いて補正してもよい。

また、路面温度は、一様としてもよいし、細かく設定してもよい。路面温度を細かく設定する場合は、各温度領域に合わせた補正係数を格納した補正テーブルを用いて補正してもよい。補正テーブルをメモリ２８０に格納しておくことで、温度が一様だった場合にも対応可能となる。

［２−３−５．車両速度］
軸重算出部２７０は、車両１２０の速度を用いて軸重を補正してもよい。車両１２０の速度から理論式に基づいて抵抗値を算出して、軸重を補正してもよい。また、重さが既知の車両を各速度で走行させ、その時の路面変位から補正テーブルを作成し、補正テーブルを用いて軸重を補正してもよい。

また、速度から加速度を算出し、加速度による補正を行ってもよい。この場合、算出した加速度に合わせた補正係数を格納した補正テーブルを用いて、軸重を補正してもよい。補正テーブルをメモリ２８０に格納しておく。

［２−３−６．タイヤの接地面積］
軸重算出部２７０は、タイヤの路面に対する接地面積を用いて軸重を補正してもよい。シングルタイヤの場合、車輪の接地面積により路面に掛かる圧力が変化する。そのため、路面変位も変化する。このことから、状態判定部２６１は、１つの車軸当たりのタイヤ数に加え、タイヤの種類を検出する。そして、軸重算出部２７０は、タイヤ数とタイヤの種類に応じて変位係数αを変更してもよい。

重さが既知で接地面積の異なる荷重物による路面変位を測定しておき、補正テーブルを作成して、接地面積による補正を行ってもよい。また、多層弾性理論や他の適当な計算式、有限要素法などの数値解析によるシミュレーションから接地面積により補正項を算出してもよい。

［２−３−７．車両の動き］
撮像画像から画像処理を用いて、車両の動きを検出し、動きに応じた補正を行ってもよい。例えば、車両が振動している場合、複数の撮像画像を用いて、動きによる路面変位の平均値を路面変位としてもよい。このように、平均値をとることで、車体が沈み込んだ時と浮き上がった時の変位への影響を打ち消すことが可能となる。

なお、上記各種の条件において、加速度が生じている撮像画像や、車両の浮き沈みがある撮像画像など、変位算出の精度を劣化させると考えられる撮像画像は軸重計測に用いないとしてもよい。

［３．効果等］
実施の形態１の軸重計測装置２００は、走行路１３０と、走行路１３０上の車両１２０とが撮像された撮像画像を用いて、車両１２０の軸重を計測する軸重計測装置であって、変位算出部２５０と、補正情報取得部２６０と、軸重算出部２７０とを備える。変位算出部２５０は、撮像画像を用いて、軸重による走行路１３０の変位を検出する。補正情報取得部２６０は、補正情報を取得する。軸重算出部２７０は、変位と補正情報とを用いて軸重を算出する。

これにより、種々の条件に変動しうる路面の変位を計測することが出来る。従って、軸重の計測精度を向上させることができる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１について説明した。しかしながら、本開示における技術は、これらに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用可能である。

本開示では、走行路を１台の撮像装置を用いて撮像した。しかし、複数台の撮像装置を用いて生成した撮像映像について本開示と同様の処理を行い、複数の算出結果から算出した最終的な変位を用いて軸重を算出してもよい。また、複数の撮像画像を利用してもよい。これにより、算出精度を向上させることができる。

また、撮像装置１００の路面１３１に対する傾きが例えば、路面１３１の変位により変化してしまった場合、グローバル動き、不動点の動き、３次元再構成、ＳＦＭ（Structure from Motion）などによる撮像装置１００の位置推定などから、撮像装置１００の傾きを推定して、メモリ２８０が記憶している設置情報を補正してもよい。

また、補正情報取得部２６０（図２参照）の状態判定部２６１は、車両１２０のホイールの形状を認識してもよい。具体的には、状態判定部２６１は、撮像装置１００から取得した撮像画像を用いて、画像認識により車両１２０のホイールの形状を認識してもよい。そして、状態判定部２６１は、認識したホイールの形状から、車両１２０の車軸当たりのタイヤの数を示す情報を、補正情報として取得してもよい。ここで、一般的に、シングルタイヤのホイールの形状は、ダブルタイヤのホイールの形状とは異なる。具体的には、ダブルタイヤのホイールの形状は、タイヤを車軸の片側に２本取り付けるために、外側から見て凹形状となっている。状態判定部２６１は、この形状の違いを認識することにより、車両１２０の車軸当たりのタイヤの数を示す情報を取得することができる。

本開示において、軸重計測装置２００は、マイクロプロセッサとメモリとを備えるコンピュータにおいて、メモリに記憶されたプログラムをマイクロプロセッサが実行することによって実現される構成の例であるとして説明した。しかしながら、変位計測装置は、上記実現例と同等の機能を有していれば、必ずしも上記実現例通りに実現される構成の例に限定される必要はない。例えば、軸重計測装置２００を構成する構成要素の一部又は全部が、専用回路によって実現される構成の例であっても構わない。

また、軸重計測装置２００における各構成要素（機能ブロック）は、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の半導体装置により個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全部を含むように１チップ化されてもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。更には、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。

また、上記各種処理の全部又は一部は、電子回路等のハードウェアにより実現されても、ソフトウェアを用いて実現されてもよい。なお、ソフトウェアによる処理は、軸重計測装置２００に含まれるプロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現されるものである。また、そのプログラムを記録媒体に記録して頒布や流通させてもよい。例えば、頒布されたプログラムを、他のプロセッサを有する装置にインストールして、そのプログラムをそのプロセッサに実行させることで、その装置に、上記各処理を行わせることが可能となる。

また、上述した実施の形態で示した構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示の範囲に含まれる。

本開示は、走行路を走行中の車両の撮像映像から車両の軸重を計測する軸重計測装置に利用可能である。

１ 軸重計測システム
１００ 撮像装置
２００ 軸重計測装置
２１０ 入出力Ｉ／Ｆ
２２０ 制御部
２３０ 空間情報取得部
２４０ 位置検出部
２５０ 変位算出部
２６０ 補正情報取得部
２６１ 状態判定部
２６２ 温度計測部
２６３ 速度計測部
２７０ 軸重算出部
２８０ メモリ

Claims (12)

1. 走行路と、前記走行路上の車両とが撮像された撮像画像を用いて、前記車両の軸重を計測する軸重計測装置であって、
   前記撮像画像を用いて、前記軸重による前記走行路の変位を検出する変位算出部と、
   補正情報を取得する補正情報取得部と、
   前記変位と前記補正情報とを用いて前記軸重を算出する軸重算出部と、
   を備え、
   前記補正情報取得部は、前記撮像画像から前記補正情報を取得し、
   前記補正情報取得部は、前記車両のホイールの形状を認識し、前記車両のホイールの形状から前記車両の車軸当たりのタイヤの数を示す情報を、前記補正情報として取得する、軸重計測装置。
2. 走行路と、前記走行路上の車両とが撮像された撮像画像を用いて、前記車両の軸重を計測する軸重計測装置であって、
   前記撮像画像を用いて、前記軸重による前記走行路の変位を検出する変位算出部と、
   補正情報を取得する補正情報取得部と、
   前記変位と前記補正情報とを用いて前記軸重を算出する軸重算出部と、
   を備え、
   前記補正情報取得部は、前記撮像画像から前記補正情報を取得し、
   前記補正情報取得部は、前記撮像画像から前記車両の種類を認識し、前記車両の種類に基づいて前記補正情報を取得し、
   前記補正情報は、前記車両のタイヤの太さを示す情報、および前記車両の車軸当たりのタイヤの数を示す情報のうち少なくとも一つを含む、軸重計測装置。
3. 走行路と、前記走行路上の車両とが撮像された撮像画像を用いて、前記車両の軸重を計測する軸重計測装置であって、
   前記撮像画像内に設定した検出エリア内の画像の画素数と、前記撮像画像内の各点の画素当たりの実際の長さを示す空間情報とを用いて、前記軸重による前記走行路の変位を検出する変位算出部と、
   補正情報を取得する補正情報取得部と、
   前記変位と前記補正情報とを用いて前記軸重を算出する軸重算出部と、
   を備えた、軸重計測装置。
4. 前記補正情報取得部は、前記撮像画像から前記補正情報を取得する、請求項３記載の軸重計測装置。
5. 前記補正情報取得部は、前記撮像画像から前記車両の種類を認識し、前記車両の種類に基づいて前記補正情報を取得する、請求項４記載の軸重計測装置。
6. 前記補正情報は、前記車両のタイヤの太さを示す情報、前記車両の車軸当たりのタイヤの数を示す情報、および前記車両の車軸間の距離を示す情報のうち少なくとも一つを含む、請求項５記載の軸重計測装置。
7. 前記補正情報取得部は、前記車両のホイールの形状を認識し、前記車両のホイールの形状から前記車両の車軸当たりのタイヤの数を示す情報を、前記補正情報として取得する、請求項４記載の軸重計測装置。
8. 前記補正情報は、前記走行路の温度を示す情報を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の軸重計測装置。
9. 前記補正情報は、前記車両の速度を示す情報を含む、請求項１〜８のいずれかに記載の軸重計測装置。
10. 走行路と、前記走行路上の車両とが撮像された撮像画像を用いて、前記車両の軸重を計測する軸重計測方法であって、
    前記撮像画像を用いて、前記軸重による前記走行路の変位を検出する変位算出ステップと、
    補正情報を取得する補正情報取得ステップと、
    前記変位と前記補正情報とを用いて前記軸重を算出する軸重算出ステップと、を
    備え、
    前記補正情報取得ステップでは、前記撮像画像から前記補正情報を取得し、
    前記補正情報取得ステップでは、前記車両のホイールの形状を認識し、前記車両のホイールの形状から前記車両の車軸当たりのタイヤの数を示す情報を、前記補正情報として取得する、軸重計測方法。
11. 走行路と、前記走行路上の車両とが撮像された撮像画像を用いて、前記車両の軸重を計測する軸重計測方法であって、
    前記撮像画像を用いて、前記軸重による前記走行路の変位を検出する変位算出ステップと、
    補正情報を取得する補正情報取得ステップと、
    前記変位と前記補正情報とを用いて前記軸重を算出する軸重算出ステップと、を
    備え、
    前記補正情報取得ステップでは、前記撮像画像から前記補正情報を取得し、
    前記補正情報取得ステップでは、前記撮像画像から前記車両の種類を認識し、前記車両の種類に基づいて前記補正情報を取得し、
    前記補正情報は、前記車両のタイヤの太さを示す情報、および前記車両の車軸当たりのタイヤの数を示す情報のうち少なくとも一つを含む、軸重計測方法。
12. 走行路と、前記走行路上の車両とが撮像された撮像画像を用いて、前記車両の軸重を計測する軸重計測方法であって、
    前記撮像画像内に設定した検出エリア内の画像の画素数と、前記撮像画像内の各点の画素当たりの実際の長さを示す空間情報とを用いて、前記軸重による前記走行路の変位を検出する変位算出ステップと、
    補正情報を取得する補正情報取得ステップと、
    前記変位と前記補正情報とを用いて前記軸重を算出する軸重算出ステップと、を
    備えた、軸重計測方法。

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