JP7267097B2 - 速度計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体の速度を計測する速度計測装置に関する。

従来、自動車には様々な性能の評価が求められている。そうした評価のひとつに排ガス計測がある。排ガス計測は、シャシダイナモメータを利用した模擬走行により求めることもできるが、模擬走行と実路走行とでは計測結果に乖離が発生することもあり、実路走行が重要視されてきている。

自動車の実路走行による性能評価において、自動車の速度を低速度域から高速度域まで計測することが求められる。例えば、自動二輪車の速度を計測する技術の一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の速度計測装置は、路面を撮影するカメラによって撮影された画像内の特徴点が単位時間当たりに移動した距離から車速を算出する車速算出手段を備える。速度計測装置は、自動二輪車の前後方向の基準距離を持つように形成された基準距離用マークを、カメラの光軸と平行に路面に対して照射する基準距離用マーク照射手段と、基準距離用マークの撮影画像中における前後方向の長さである画像基準距離を検出する画像基準距離検出手段とを有している。車速算出手段は、画像基準距離と前後方向の基準距離とを用いて移動距離から車速を算出する。速度計測装置は、撮影画像中に実距離の指標となるマークを投影するので、車高が変化した場合であっても、精度よく車速を求めることができる。

特開２０１４－１４９２０９号公報

しかし、特許文献１に記載の装置等では、基準距離用マークがひび割れやポットホールといった路面の損傷箇所に照射されると、画像における変位量を実距離に変換する変換係数が正しく算出されないおそれがある。そして、正確ではない実距離を基に速度が計測されると、正しい車速を計測することができない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、移動面の表面状態によらず、カメラによって撮影された画像に基づく速度計測が可能な速度計測装置を提供することにある。

上記課題を解決する速度計測装置は、移動体の速度計測方向を含んで延伸するラインレーザを移動面に照射するレーザ出力部と、前記ラインレーザの像と前記移動面に選択される特徴領域とを含んでいる２つの画像を時間間隔を有して撮影する撮影部と、前記レーザ出力部と前記撮影部との相対位置と、前記画像に含まれるラインレーザの像との関係に基づいて前記撮影部と前記ラインレーザの照射された前記移動面との間の対向距離を算出する距離算出部と、前記２つの画像における前記特徴領域の画像上での移動距離を前記移動面の実距離に変換する変換係数を、前記２つの画像の特徴領域に対応する２つの前記対向距離に基づいて取得する係数取得部と、前記変換係数と前記移動距離と前記時間間隔とに基づいて前記移動体の速度を計測する速度算出部とを備える。

このような構成によれば、時間間隔を有して撮影された２つの画像に基づいて移動体の速度を計測することができる。このとき、移動面までの対向距離を対応するラインレーザの像から算出することができるため、移動面の任意の位置に選択された特徴領域の対向距離が、対応するラインレーザの像から近似的に算出される。これにより、移動面の表面状態によらず、カメラによって撮影された画像に基づいて速度計測が可能になる。

また、ラインレーザの像の長さ方向の各対向距離を算出可能であるため、適切な対向距離を採用することによって、任意の位置にある特徴領域に適切な変換係数が算出されて、移動距離に基づいて精度の高い速度計測を行うことができる。

好ましい構成として、前記距離算出部は、前記ラインレーザの像の各位置で算出された対向距離の一部が不適切な値であるとき、又は常に、前記ラインレーザの像の各位置で算出した対向距離を他の位置で算出された対向距離に基づいて補正する。

このような構成によれば、ラインレーザの像から算出された対向距離が適切な値に補正される。例えば、ひび割れやポットホール等で対向面に特異な凹凸があるためにラインレーザの像の一部について速度計測に不適切な対向距離が算出されたとき、この不適切な対向距離を適切な対向距離に補正することが可能になる。

好ましい構成として、前記ラインレーザは、前記レーザ出力部と前記ラインレーザの像との間に形成される経路面が前記速度計測方向に対して平行である。
この構成のように、速度計測方向とラインレーザの延伸方向とが平行であれば、レーザの像により干渉されることのない特徴領域の移動を探索するための範囲を、最大で画像上の一端から他端までの範囲で、最も長く確保することができる。これにより、特徴領域の画像上での移動距離がより大きな値まで得られるので、速度計測範囲を広げることができる。

また、レーザの像により干渉される領域が予め設定可能になったり、特定が容易になったりする。特徴領域とラインレーザの像とが分離されれば、特徴領域とラインレーザの像とが重なったときに要する煩雑な処理を不要とすることができる。

好ましい構成として、前記経路面が前記撮影部の光軸の方向に傾いている。
このような構成によれば、画像においてラインレーザの像の位置の変化を大きくすることができる。つまり、対向距離の計測感度の調整自由度が高められる。例えば、対向距離（ワーキングディスタンス）を長くなるように設置しなければならない移動体の計測において、対向距離の計測感度を改善することができる。

好ましい構成として、前記レーザ出力部は、前記ラインレーザを第１ラインレーザとするとき、前記移動体の前記速度計測方向を含んで延伸する第２ラインレーザを前記移動面に照射し、距離算出部はさらに、前記撮影部と前記第２ラインレーザの照射された前記移動面との間の対向距離を算出する。

このような構成によれば、撮影部から第１ラインレーザの像までの対向距離と、撮影部から第２ラインレーザの像までの対向距離との２つの対向距離に基づいて、撮影画像内から任意に選択された特徴領域までの対向距離をより高精度に算出することができる。また、第１ラインレーザと第２ラインレーザとの間にある特徴領域であれば、第１ラインレーザに基づく対向距離と第２ラインレーザに基づく対向距離とが相違していたとしても、対向距離を２点間の補間から得ることができる。これによって、特徴領域の対向距離を高精度に算出することができる。

好ましい構成として、前記距離算出部はさらに、前記第２ラインレーザの像の各位置の一部で算出された対向距離が不適切な値であるとき、又は常に、前記第２ラインレーザの像の各位置で算出した対向距離を他の位置で算出された対向距離に基づいて補正する。

このような構成によれば、第２ラインレーザの像から算出された対向距離が適切な値に補正される。例えば、ひび割れやポットホール等で対向面に特異な凹凸があるために第２ラインレーザの像の一部について速度計測に不適切な対向距離が算出されたとき、この不適切な対向距離を適切な対向距離に補正することが可能になる。

好ましい構成として、前記画像は、前記特徴領域の撮影に使用される第１領域と、前記第１領域に隣接して前記ラインレーザの像の撮影に使用される１又は複数の第２領域とを有する。

このような構成によれば、特徴領域が検出される領域と、ラインレーザの像の検出される領域とが画像において別々の領域に区画されるため、特徴領域の検出精度とラインレーザの像の検出精度とがそれぞれ高められるとともに、それぞれの探索時間を抑制することができる。また、特徴領域とラインレーザの像とが重ならないため、それぞれの検出が容易になる。

好ましい構成として、前記撮影部は、前記第１領域の撮影に利用される第１部分と、前記第２領域の撮影に利用される１又は複数の第２部分とを有している光学部品を備え、前記第１部分は、前記移動面の前記特徴領域の撮影に適した光学特性を有し、前記第２部分は、前記ラインレーザの像の撮影に適した光学特性を有している。

このような構成によれば、特徴領域を第１部分によって好適に検出することができるとともに、ラインレーザの像を第２部分によって好適に検出することができる。

この発明によれば、移動面の表面状態によらず、カメラによって撮影された画像に基づいて速度計測が可能になる。

速度計測装置の第１実施形態を示すブロック図。 同実施形態の車両に配置された速度計測装置を示す側面図。 同実施形態の車両に配置された速度計測装置を示す上面図。 同実施形態で相違する撮影タイミングで撮影された撮影画像を示す図であって、（ａ）は先の撮影タイミングの撮影画像を示す図、（ｂ）は後の撮影タイミングの撮影画像を示す図。 同実施形態の撮影範囲とレーザ光の像とを示す図であって、（ａ）は撮影範囲を車両から進行方向に見たときの図、（ｂ）は車高が低いときの撮影範囲の上面図、（ｃ）は車高が高いときの撮影範囲の上面図。 同実施形態で車両が前傾している図であって、（ａ）は前傾車両を示す側面図、（ｂ）は撮影画像の一例を示す図。 同実施形態で路面に凹凸があるときのレーザ光の像を示す模式図。 同実施形態で車速測定の事前準備のフローチャート。 同実施形態で車速測定のフローチャート。 速度計測装置の第２実施形態を示す車両の上面図。 同実施形態の撮影画像を示す図。 同実施形態の車両が前傾及び左傾したときの図であって、（ａ）は車両の側面図及び正面図、（ｂ）は撮影画像を含む模式図。 同実施形態で特徴領域を検出する区画、及びラインレーザの像を検出する区画を示す図。 速度計測装置の光学部品の一例を示す正面図であって、（ａ）はラインレーザ用のフィルタが１箇所のときの図、（ｂ）はラインレーザ用のフィルタが２箇所のときの図。 速度計測装置のその他の実施形態で複数の特徴領域をマッチングするフローチャート。

（第１実施形態）
図１～図９を参照して、速度計測装置の第１実施形態について説明する。速度計測装置は、移動体に用いられる速度計測装置である。移動体は、例えば自動車等の車両１０である。図３に示すように、車両１０の前後方向Ｘにおいて、直進時の順方向が車両前方、直進時の逆方向が車両後方であり、車両１０の幅方向が幅方向Ｙである。また、車両１０は、進行方向の順方向に車両前部を有し、進行方向の逆方向に車両後部を有し、前方を向いて右側が車両右部、左側が車両左部である。

図１に示すように、車両１０は、当該車両１０の速度を計測する速度計測装置１を備えている。車両１０の速度（以下、車速とも記す）は、車両１０が停止又は走行している移動面としての路面１００（図２参照）に対する車両１０の相対速度である。速度計測装置１は、路面１００（図２参照）と車両１０の車輪との間のスリップ等の影響のない速度を測定する。

速度計測装置１は、画像取得部２１及び車載制御装置２６を備える。車載制御装置２６は、信号処理部３０、記憶部３４、及び出力部４０を備える。
画像取得部２１は、カメラ２２及びレーザ出力部２４を備えている。カメラ２２は、車両１０が停止又は走行している路面１００を撮影して路面１００の画像を得る。カメラ２２は、例えばＣＣＤカメラや、ＣＭＯＳカメラ等である。カメラ２２は、路面１００を撮影するときのパラメータ２２Ｇを記憶する記憶部を備える。パラメータ２２Ｇには、レンズのピント、絞り（レンズ絞り値）、シャッター速度、及び、アナログゲイン（感度）の少なくとも１つのパラメータと、その設定値とが含まれている。カメラ２２は、所定の時間間隔で路面を撮影する。

レーザ出力部２４は、路面１００に対してレーザ光ＬＢを照射する。レーザ出力部２４は、パターンレーザの一種で、例えばレーザモジュールに回折光学素子（ＤＯＥ：ディフラクティブオプティクス）レンズを取り付け、レーザ光ＬＢを扇状に照射することで、路面１００に前後方向Ｘに延びる直線状のラインレーザの像を描く。レーザ出力部２４は、パラメータ２４Ｇを記憶する記憶部を備える。パラメータ２４Ｇには、路面１００へのレーザ光ＬＢの照射に関するパラメータが含まれている。

図２及び図３に示すように、画像取得部２１及び車載制御装置２６は、１つのケースに一体収容されて、又は複数のケースに分散収容されて車両前部に取り付けられている。
カメラ２２及びレーザ出力部２４は、車両前部において車両１０の幅方向Ｙに隣接配置されている。カメラ２２及びレーザ出力部２４は、路面１００からの高さとして対向距離Ｈを有している。

カメラ２２は、車両前方の路面１００に撮影範囲Ｖａを有している。詳述すると、カメラ２２は、路面１００を垂直方向から撮影可能なように車両前部に設けられ、車両１０から略垂直方向下方となる路面１００の撮影範囲Ｖａを撮影する。なお、カメラ２２と路面１００との相対関係は、車両１０の姿勢や振動、路面１００の傾きに応じて変化する。

レーザ出力部２４は、車両前方の撮影範囲Ｖａ内にレーザ光ＬＢの像が含まれるようにレーザ光ＬＢを照射する。レーザ光ＬＢは、車両１０の前部から略垂直方向下方となる路面１００にレーザ光ＬＢの像を投影する。レーザ光ＬＢは、車両１０の速度計測方向としての前後方向Ｘに延びる直線状のラインレーザである。つまり、ラインレーザは、車両１０の速度計測方向を含んで延伸している。

カメラ２２及びレーザ出力部２４は、車両１０の幅方向Ｙに所定の配置間隔ｄを有している。また、カメラ２２及びレーザ出力部２４は、カメラ２２の光軸Ｃと、レーザ光ＬＢが形成する経路面ＬＰとが互いに平行になるように設けられている。経路面ＬＰは、レーザ出力部２４と、レーザ光ＬＢの像とを結んで形成される略三角形の面であるとともに、前後方向Ｘに対して平行でもある。

図４に示すように、カメラ２２は、レーザ光ＬＢの像と、路面１００の任意の位置に選択される特徴領域ＴＰとを含んでいる２つの撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２を、所定の時間間隔Δｔを有して撮影できる。カメラ２２は、各撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２を信号処理部３０（図１参照）に送信する。なお、図において上側が車両１０の進行方向Ｄであり、ここでは、進行方向Ｄは前後方向Ｘに一致している。

図１に示すように、車載制御装置２６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の記憶装置からなる記憶部３４を有するコンピュータを含み構成されている。車載制御装置２６は、ＲＯＭやその他の記憶装置に記憶されているプログラムをＣＰＵで演算処理することで、信号処理部３０及び出力部４０のそれぞれに必要とされる各演算処理等を実行する。

信号処理部３０は、車両状態として車速を算出するが、併せて走行位置や加速度等を算出してもよい。信号処理部３０は、カメラ２２から取得した路面１００の２つの撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２に基づいて車速を算出する画像車速算出部３２を備える。路面１００の２つの撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２に基づいて算出される車速が画像車速である。画像車速算出部３２は、距離算出部、係数取得部、及び速度算出部を構成する。

画像車速算出部３２は、対向距離Ｈ（図２参照）を算出する。画像車速算出部３２は、レーザ出力部２４とカメラ２２との相対位置と、撮影された画像に含まれるレーザ光ＬＢの像との関係から三角測量の原理に基づいて、カメラ２２とレーザ光ＬＢの像の照射された路面１００との間の対向距離Ｈ（図２参照）を逐次算出する。

また、画像車速算出部３２は、撮影画像上で移動した移動画素数Δｐ（ピクセル長さ）を、車両１０が実際に移動した移動距離ΔＬ（実際の長さ）に変換する係数である変換係数ｓを取得する。例えば、変換係数ｓの単位は［ｍｍ／ピクセル］である。

また、画像車速算出部３２は、車速を算出する。画像車速算出部３２は、撮影画像上で移動した移動画素数Δｐと変換係数ｓとの積から移動距離ΔＬを算出し、時間間隔Δｔの間に車両１０が実際に移動した移動距離ΔＬから車速を算出する。

図４（ａ），（ｂ）を参照して、画像車速算出部３２は、例えばアスファルト舗装された路面１００を、カメラ２２で撮影して、２枚の撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２を取得する。撮影画像Ｐ１１は、所定の撮影タイミングｔ１で撮影され、撮影画像Ｐ１２は、撮影画像Ｐ１１が撮影された所定の撮影タイミングｔ１から時間間隔Δｔ経過した後の撮影タイミングｔ２で撮影される。

画像車速算出部３２は、取得した２枚の撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２に含まれる同一の特徴領域ＴＰを探索して、同一の特徴領域ＴＰが時間間隔Δｔの間に移動した移動画素数Δｐ［ピクセル］を取得し、移動画素数Δｐに変換係数ｓを乗じて移動距離ΔＬに変換した後、車速を算出する。すなわち、撮影タイミングが時間間隔Δｔだけ相違する２枚の撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２において、同一の特徴領域ＴＰが移動した移動距離ΔＬと、時間間隔Δｔとの商に基づいて車速が計測される。車速の単位は［ｋｍ／ｈ］等である。

画像車速算出部３２は、車速測定の都度、探索に適した領域を特徴領域ＴＰとして選定する。特徴領域ＴＰは、機械的に選定されるため、２つの撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２上において特定される位置が、前後方向Ｘ及び幅方向Ｙにおいて未知である。

特徴領域ＴＰの探索は、領域ベースマッチングに分類されるテンプレートマッチングにより行う。テンプレートマッチングでは、撮影画像Ｐ１１に選択した特徴領域ＴＰをテンプレート領域とし、このテンプレート領域に最も類似する箇所を別の撮影画像Ｐ１２から探索する。領域ベースマッチングでは、対象画像からテンプレート領域と同じサイズの領域からなる注目領域を抽出する作業を、例えばラスタスキャンにより繰り返す。テンプレート領域と注目領域との間の類似の度合い（類似度）を「ＳＳＤ」、「ＳＡＤ」、「ＮＣＣ」、「ＺＮＣＣ」等の計算方法で計算し、類似度の高い注目領域をテンプレート領域に対応する画像として得る。これにより、２つの撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２の間で同じ特徴領域ＴＰの移動先を特定することができる。

特徴領域ＴＰは、マッチングに適した輝度変化を含む広さを有していればよく、例えば一辺が５０［ピクセル］以上、かつ、２００［ピクセル］以下の正方形である。しかし、特徴領域ＴＰは、マッチングの精度が得られるのであれば、一辺が５０［ピクセル］未満であってもよいし、演算負荷が抑えられるのならば、一辺が２００［ピクセル］よりも広くてもよい。また、特徴領域ＴＰは、狭い方が、演算負荷が抑えられるとともに、画像の一端から他端の間に含まれている時間を長くできるため、測定可能な速度上限が高くなる。

図５（ａ）に示すように、走行中の車両１０は、上下方向に振動するため、路面１００と、カメラ２２及びレーザ出力部２４との間の対向距離Ｈが逐次変化する。対向距離Ｈは、車高が高くなると長くなり、車高が低くなると短くなる。例えば、車高は、車体重量が軽くなったり、跳ね上がったりする場合に高くなり、逆に、車体重量が重くなったり、沈み込んだりする場合に低くなる。

そこで、図１に示す画像車速算出部３２は、三角測量の原理に基づいて、対向距離Ｈを逐次算出する。画像車速算出部３２は、撮影画像Ｐ１１で特徴領域ＴＰを含む撮影範囲Ｖａについての対向距離Ｈと、撮影画像Ｐ１２（図４参照）で特徴領域ＴＰを含む撮影範囲Ｖａについての対向距離Ｈとを算出する。画像車速算出部３２は、カメラ２２に対するレーザ出力部２４の相対的な位置Ｌと、カメラ２２の光軸Ｃとレーザ光ＬＢの像との間の角度θｎとに基づいて対向距離Ｈを算出する。

［対向距離Ｈが一定であるとき］
図５（ａ）～（ｃ）を参照して、２つの撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２の対向距離Ｈが同じであるときの車速測定について説明する。対向距離Ｈは、２つの撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２でカメラ２２の光軸Ｃとレーザ光ＬＢの像との間の角度θｎが同じであれば、同じ距離である。ここでは、一方の撮影画像Ｐ１１について対向距離Ｈを求める場合について説明し、他方の撮影画像Ｐ１２について対向距離Ｈを求める説明は割愛する。また、レーザ光ＬＢの経路面ＬＰとカメラ２２の光軸Ｃとが平行であるとする。

図５（ａ）に示すように、カメラ２２は、レンズ２２Ｌを介して路面１００上を２次元矩形状に区画する撮影範囲Ｖａを有している。カメラ２２は、撮影範囲Ｖａの中心が光軸Ｃである。レーザ光ＬＢの像が撮影範囲Ｖａに含まれるとき、光軸Ｃに対するレーザ光ＬＢの像のなす角θ１，θ２は、対向距離Ｈが短くなることに応じて絶対値が大きくなる。よって、なす角θ１，θ２と対向距離Ｈとは関係を有する。また、なす角θ１，θ２は、画像左端とレーザ光ＬＢの像との間の画像距離ｎ［ピクセル］に関係を有する。ここで、中心線ＬＣは、カメラ２２の光軸Ｃを通り、撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２を前後方向Ｘに延在する線である。なお、１ピクセルは、１画素に対応する。また、以下、画像距離の単位は省略する。

図５（ｂ）は、対向距離Ｈが小さいときの例であり、画像左端とレーザ光ＬＢの像の位置Ｐ２との間の画像距離ｎ２に対応して、なす角θ２、対向距離Ｈ２が得られる。
図５（ｃ）は、対向距離Ｈが大きいときの例であり、画像左端とレーザ光ＬＢの像の位置Ｐ１との間の画像距離ｎ１に対応して、なす角θ１、対向距離Ｈ１が得られる。

次に、なす角θ１に対応する対向距離Ｈ１や、なす角θ２に対応する対向距離Ｈ２に対応する実際の距離を算出する。カメラ２２は、レンズ２２Ｌから広がる画角ηを有することから撮影範囲Ｖａが狭くなると１画素当たりの実際の距離が短くなり、逆に、撮影範囲Ｖａが広くなると１画素当たりの実際の距離が長くなる。

図５（ｂ）に示すように、対向距離Ｈ２が短くなると、撮影範囲Ｖａが狭くなるため１画素に対応する実際の距離が短くなり、また、画像距離ｎ２が短くなる。
図５（ｃ）に示すように、対向距離Ｈ１が長くなると、撮影範囲Ｖａが広くなるため１画素に対応する実際の距離が長くなり、また、画像距離ｎ１が長くなる。

撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２における光軸Ｃに対するレーザ光ＬＢの像のなす角θ１，θ２によって、カメラ２２から路面１００までの対向距離Ｈを、式（１）～（３）に基づいて算出する。カメラ２２の光軸Ｃの始点を原点Ｏとしたとき、レーザ出力部２４の軸の位置Ｌ［Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ］、レーザ光ＬＢの像の位置Ｐ［Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ］とする。Ｌｘ，Ｐｘは前後方向Ｘの成分、Ｌｙ，Ｐｙは、幅方向Ｙの成分、Ｌｚ，Ｐｚは高さ方向Ｚの成分である。なお、「Ｌｚ＝０」としている。

予め定まっている値は、幅方向の全画素数「Ｎ」、光軸Ｃに対する画角「η」である。また、撮影画像Ｐ１１から得られる値が、幅方向Ｙの画像左端からレーザ光ＬＢの像の位置Ｐまでの画素数「ｎ」である。

まず、レーザ出力部２４の幅方向Ｙの位置Ｌｙと、レーザ光ＬＢの像の幅方向Ｙの位置Ｐｙとの関係が式（１）で示される。「φ」は高さ方向Ｚに対してレーザ光ＬＢが幅方向Ｙに傾く角度である。なお、「φ＝０」であるため「tanφ＝０」であり、「Ｐｙ＝Ｌｙ」となる。

Ｐｙ＝Ｌｙ＋Ｐｚ・tanφ…（１）
画像左端からレーザ光ＬＢの像の位置Ｐまでの画素数が「ｎ」であるとき、光軸Ｃに対して幅方向Ｙに広がる角度θｎが式（２）から求められる。

θｎ＝arctan［（（２ｎ／Ｎ）－１）・tanη］…（２）
そして、高さ方向Ｚの位置Ｐｚが式（３）から求められる。位置Ｐｚが対向距離Ｈに対応する。

Ｐｚ＝Ｌｙ／（（（２ｎ／Ｎ）－１）・tanη－tanφ）…（３）
このとき、「φ＝０」であるため「tanφ＝０」である。
以上より、変換係数ｓは式（４）から求められる。

ｓ＝２・Ｐｚ・tanη／Ｎ…（４）
そして、前後方向Ｘに対して車両１０が実際に移動した移動距離ΔＬは、撮影画像Ｐ１１上での移動画素数Δｐ［ピクセル］と、式（４）に示される変換係数ｓとの積によって求められる（式（５）参照）。

ΔＬ＝Δｐ×ｓ…（５）
ところで、式（５）に基づいて計算される変換係数ｓは、幅方向Ｙに対する係数である一方、実際の移動距離ΔＬは前後方向Ｘの距離であるが、通常、カメラ２２の１画素の大きさ（撮影範囲）は前後方向Ｘ及び幅方向Ｙに等方的である。よって、幅方向Ｙに対する変換係数ｓは、前後方向Ｘにも適用できるから、前後方向Ｘに対する移動距離ΔＬの算出に利用できる。もし、カメラ２２の１画素の大きさが、前後方向Ｘと幅方向Ｙとで異方的であるならば、１画素の大きさの前後方向Ｘと幅方向Ｙとの比に基づいて幅方向Ｙの変換係数ｓから前後方向Ｘの変換係数を算出すればよい。

そして、車速Ｖは、実際の移動距離ΔＬと時間間隔Δｔとの関係式（６）で示される。また、撮影画像Ｐ１１に前後方向Ｘと幅方向Ｙとの変位があるとき、移動距離ΔＬは式（７）で示すことができる。移動距離ΔＬ［ΔＬｘ，ΔＬｙ］であり、「ΔＬｘ」は前後方向Ｘの成分、「ΔＬｙ」は幅方向Ｙの成分である。

Ｖ＝ΔＬ／Δｔ…（６）
ΔＬ＝ｓｑｒｔ（ΔＬｘ＾２＋ΔＬｙ＾２）…（７）
［対向距離Ｈが２つの撮影画像で相違するとき］
図６（ａ）に示すように、車両１０は、走行中の加速や減速、前後方向への傾斜等により前後方向に傾くことがある。車両１０が前後方向に傾くと、図６（ｂ）に示すように、撮影範囲Ｖａの前後方向Ｘの位置毎に路面１００までの対向距離Ｈが相違するとともに、前後方向Ｘの位置毎に変換係数ｓが相違する。なお、説明の便宜上、図６（ｂ）の撮影画像Ｐ１１には、撮影タイミングが時間間隔Δｔだけ相違する２つの撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２から得られる位置であって、時間間隔Δｔの開始時の特徴領域ＴＰの位置と、終了時の特徴領域ＴＰの位置がそれぞれ合わせて示されている。

つまり、車両１０が前傾姿勢になると、撮影範囲Ｖａの撮影画像Ｐ１１は、車両１０に近い基端側に対して、車両１０から離れた先端側の対向距離Ｈが相対的に短くなる。このとき、中心線ＬＣは、撮影画像Ｐ１１の幅方向Ｙの中心を前後方向Ｘに延在する。一方、レーザ光ＬＢの像は、中心線ＬＣに対して傾いた直線となる。具体的には、レーザ光ＬＢの像は、中心線ＬＣからの幅方向Ｙの位置が、基端側では中心線ＬＣに近い位置、先端側では中心線ＬＣから遠い位置となる。

この場合であっても、カメラ２２の光軸Ｃとレーザ光ＬＢの像との間の角度θｎから、前後方向Ｘの各位置Ｐ３，Ｐ４に対して対向距離Ｈ及び変換係数ｓを算出できる。角度θｎは、画像左端とレーザ光ＬＢの像との間の画像距離ｎ３，ｎ４に基づいて算出できる。例えば、短い画像距離ｎ４である基端側では、長い対向距離Ｈと、大きい変換係数ｓとが得られる。逆に、長い画像距離ｎ３である先端側では、短い対向距離Ｈと、小さい変換係数ｓとが得られる。

つまり、車両１０が前傾したとしても、特徴領域ＴＰに対応する各位置Ｐ３，Ｐ４の対向距離Ｈから車速の測定に適した変換係数ｓを得て車速を測定する。
図６（ｂ）を参照して、例えば、１枚目の撮影画像Ｐ１１の特徴領域ＴＰの対向距離Ｈは、特徴領域ＴＰの幅方向Ｙに対応する角度θ１３、換言すると、画像左端とレーザ光ＬＢの像の位置Ｐ３との間の画像距離ｎ３に基づいて得られる。２枚目の撮影画像Ｐ１２（図６（ｂ）では撮影画像Ｐ１１上に重ねて記載）の特徴領域ＴＰの対向距離Ｈは、特徴領域ＴＰの幅方向Ｙに対応する角度θ１４、換言すると、画像左端とレーザ光ＬＢの像の位置Ｐ４との間の画像距離ｎ４に基づいて得られる。そして、時間間隔Δｔにおいて、２つの画像距離ｎ３，ｎ４の平均画像距離「（ｎ３＋ｎ４）／２」に対応する平均対向距離Ｈｖを速度計測に使用できる。なお、平均対向距離Ｈｖを、画像距離ｎ３から算出された対向距離Ｈと画像距離ｎ４から算出された対向距離Ｈとの平均として得てもよいし、平均画像距離「（ｎ３＋ｎ４）／２」から算出された対向距離Ｈでもよい。

変換係数ｓは、平均対向距離Ｈｖに対応して算出するとともに、２つの特徴領域ＴＰの間の距離は、画像上の移動画素数Δｐとして得る。そして、実際の移動距離ΔＬは、移動画素数Δｐと変換係数ｓとの積で求める。実際の速度は、「実際の移動距離ΔＬ／時間間隔Δｔ」で算出される。これにより、車両１０が前傾していたとしても、速度計測装置１による速度計測が行われる。

［路面に凹凸があるときの対向距離］
図７に示すように、レーザ光ＬＢが照射される路面１００には凹凸がある。例えば、ひび割れやポットホール等で対向面に特異な凹凸もある。レーザ光ＬＢの像は、路面１００の各位置Ｌ１～Ｌ７に対して凹凸に応じた適切な対向距離Ｈを算出する。

このとき、レーザ光ＬＢの像は、直線状のラインレーザであるから、対向距離Ｈに歪みが生じても、その歪みの影響を抑えた対向距離Ｈを得ることが可能である。例えば、路面１００の凹凸によってレーザ光ＬＢの像の一部が歪んでも、撮影されたレーザ光ＬＢの形状をレーザ光ＬＢの全体からもっともらしい直線に補正できる。よって、撮影されたレーザ光ＬＢの像が歪んだ部分を含んでいても特徴領域ＴＰまでの対向距離Ｈを高い精度で得られる。

画像車速算出部３２は、歪みの影響を抑える処理としては、計測された多数位置Ｌ１～Ｌ７の対向距離Ｈに対して、最小二乗近似やロバスト推定を適用してもっともらしい直線を算出する。ジグザグに並んだ各位置Ｌ１～Ｌ７が直線であると仮定して、最小二乗法を適用すればバラツキのあるデータからであっても、もっともらしい近似直線が得られる。このとき、大きく外れた異常計測値や、路面１００の狭い範囲に深く形成された穴の底の値などを予め設定した閾値に対する比較から除外する事前処理を行ってもよい。

又は、ロバスト推定を適用して、重み付き評価によって考慮すべきでない点を除外した最小二乗法から、より適切な近似直線を得てもよい。ロバスト推定では、誤差許容範囲と繰り返し回数を指定する。誤差許容範囲は、いま得られている近似直線に対する標準偏差の３倍、繰り返し回数は、３回等を指定することができる。誤差許容範囲を標準偏差の３倍とすれば、アスファルトの凹凸の３倍以上の深さの穴は無視されるようになる。なお、適切な近似直線が得られるのであれば、標準偏差は、３倍未満であってもよいし、３倍よりも大きくてもよい。また、歪みの影響を抑える処理としては、その他の平均処理、統計処理等であってもよい。

つまり、ラインレーザを用いて対向距離Ｈを算出することで、レーザ光が１点や２点であるとき、極所的な凹凸部にレーザ光が当たり、評価すべき路面１００とカメラ２２との位置関係とは異なる対向距離Ｈを算出してしまうおそれが抑制される。なお、画像車速算出部３２は、レーザ光ＬＢの形状をレーザ光ＬＢの全体からもっともらしい直線に補正する処理を、常に行うようにしてもよいし、レーザ光ＬＢの像の各位置に算出された対向距離Ｈの一部が不適切な値であるときに行うようにしてもよい。

［車速の測定手順］
図８及び図９を参照して、車載制御装置２６で実行する車速の測定手順について説明する。車速の測定手順では、初めに、計測の準備が行われ、次に、車速の測定が行われる。

図８の流れで、車載制御装置２６は、計測の準備を行う。計測の準備では、探索領域の設定処理（図８のステップＳ１０）、計測速度の設定処理（図８のステップＳ１１）、探索数の選択処理（図８のステップＳ１２）、及びフレームレート等のカメラ２２のパラメータ２２Ｇの設定処理（図８のステップＳ１３）が実行される。

探索領域の設定処理（図８のステップＳ１０）では、特徴領域ＴＰの大きさが設定される。特徴領域ＴＰの大きさは、例えば、一辺が５０［ピクセル］や１００［ピクセル］の正方形として設定される。特徴領域ＴＰの大きさは、路面１００の撮影画像から取得した路面凹凸に基づくテクスチャサイズあるいは車両１０の特性等を考慮して定めてもよい。

計測速度の設定処理（図８のステップＳ１１）では、計測する車速の上限値を設定する。
探索数の選択処理（図８のステップＳ１２）では、２つの撮影画像で比較する特徴領域ＴＰの数が、１以上の値から選択される。ここでは、探索数は「１」である。

フレームレートの設定処理（図８のステップＳ１３）では、測定する車速の上限値に応じてフレームレートが決定されるとともに、カメラ２２のパラメータ２２Ｇに設定される。このとき、シャッター速度やゲイン等がカメラ２２のパラメータ２２Ｇに設定されてもよい。

図９に示すように、計測の準備が終了すると、画像車速算出部３２は、車速の測定を開始する。車速の測定では、第１計測処理として、テンプレート領域選択処理（図９のステップＳ２０）、マッチング処理（図９のステップＳ２１）、車速算出処理（図９のステップＳ２２）を行う。続いて、第２計測処理として、基準テンプレート領域選択処理（図９のステップＳ２３）、探索領域設定処理（図９のステップＳ２４）、マッチング処理（図９のステップＳ２５）、移動画素数算出処理（図９のステップＳ２６）を行う。また、第２計測処理として、姿勢算出処理（図９のステップＳ２７）、車速算出処理（図９のステップＳ２８）を実行し、その後、終了判定（図９のステップＳ２９）を実行する。

第１計測処理は、第２計測処理を高速処理、高精度処理できるようにするための準備処理である。よって、第１計測処理は、第２計測処理よりも、処理時間を要したり、検出精度を低くしたりしてもよい。

まず、テンプレート領域選択処理（図９のステップＳ２０）では、特徴領域ＴＰの画像としてのテンプレート領域を撮影画像Ｐ１１の中央に設定する。
マッチング処理（図９のステップＳ２１）では、撮影画像Ｐ１１を撮影してから時間間隔Δｔ経過後に撮影された撮影画像Ｐ１２の全領域に対して特徴領域ＴＰの画像を探索するテンプレートマッチングを行う。これにより、時間間隔Δｔの間における車両１０の変位が取得される。

車速算出処理（図９のステップＳ２２）では、撮影画像Ｐ１１の特徴領域ＴＰまでの対向距離Ｈと、撮影画像Ｐ１２の特徴領域ＴＰまでの対向距離Ｈと、２つの特徴領域ＴＰの移動画素数に基づいて車速を算出する。

こうして取得された車速に基づいて、第２計測処理における処理が適正化されるようにしている。第２計測処理を、リアルタイムに実行できるように処理が適正化されることが好ましい。

続いて、基準テンプレート領域選択処理（図９のステップＳ２３）では、第１計測処理の結果に基づいて、撮影画像Ｐ１１に選択する特徴領域ＴＰの位置と、撮影画像Ｐ１２に特徴領域ＴＰの画像を探索するマッチング領域とを定める。探索領域は、１フレーム間における速度の変動量、つまり取り得る加速度を考慮した特徴領域ＴＰよりも大きなサイズを設定する。すなわち、特徴領域ＴＰが時間間隔Δｔの間に移動する移動画素数を予測し、特徴領域ＴＰの位置とマッチング領域の位置とを、カメラ２２の光軸Ｃを中心にして点対称となる位置になるように設定する。これにより、撮影画像Ｐ１１と撮影画像Ｐ１２とで同じ特徴領域ＴＰの画像が含まれている可能性の高い位置が定められる。また、特徴領域ＴＰの画像とマッチング領域とを、カメラ２２の光軸Ｃに近い位置に配置することができるため、カメラ２２の撮影する画像周辺に生じやすいレンズ歪み等の影響を低減できる。

探索領域設定処理（図９のステップＳ２４）では、前回の移動画素数と１フレーム間における速度の変動量と前回の探索の妥当性とに基づいて、今回の特徴領域ＴＰを探索する領域を設定する。探索する領域を絞り込むことで、テンプレートマッチングを迅速に行える可能性が高まり、第２計測処理に要する時間を短くすることができる。

マッチング処理（図９のステップＳ２５）では、撮影画像Ｐ１１を撮影してから時間間隔Δｔの経過後に撮影された撮影画像Ｐ１２の探索領域に対してテンプレートマッチングによる特徴領域ＴＰの探索を行う。

移動画素数算出処理（図９のステップＳ２６）では、撮影画像Ｐ１１の特徴領域ＴＰと、撮影画像Ｐ１２の特徴領域ＴＰとの間の移動画素数Δｐ［ピクセル］を算出する。
姿勢算出処理（図９のステップＳ２７）では、撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２の多点に対する対向距離Ｈの測定結果からカメラ２２に対する路面１００の姿勢を算出する。例えば、ロバスト推定から姿勢を算出することができる。ここで、移動画素数Δｐに対して時間間隔Δｔの間の姿勢変化が与える影響を補正することで、移動画素数Δｐの計測精度をより高めることもできる。

車速算出処理（図９のステップＳ２８）では、撮影画像Ｐ１１の特徴領域ＴＰが撮影画像Ｐ１２の特徴領域ＴＰまで移動したことに適した変換係数ｓを算出する。変換係数ｓは、例えば、特徴領域ＴＰのそれぞれの中央に対して算出し、それらの平均値とする。そして、移動画素数Δｐ［ピクセル］と、変換係数ｓ［ｍｍ／ピクセル］と、時間間隔Δｔ［ｓ］とに基づいて現在の速度［ｋｍ／ｈ］を算出する。

終了判定（図９のステップＳ２９）では、車速の算出を終了するか否かを判定する。車速の算出を終了するか否かは、車両１０がエンジン停止等で走行不可能な状態等であるか否か、あるいは試験者の計測指示状態等に基づいて判定される。

車両１０がエンジン停止等で走行不可能な状態等であるとき、車速の算出を終了すると判定し（図９のステップＳ２９でＹＥＳ）、車速の算出を終了する。
車両１０がエンジン停止等で走行不可能な状態等ではないとき、車速の算出を終了しないと判定し（図９のステップＳ２９でＮＯ）、処理をステップＳ２３に戻して、基準テンプレート領域選択処理以降の処理を再度実行する。

以上説明したように、第１実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１－１）時間間隔Δｔを有して撮影された２つの撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２に基づいて車両１０の速度を計測することができる。このとき、路面１００までの対向距離Ｈを対応するレーザ光ＬＢの像から算出することができるため、路面１００の任意の位置に選択された特徴領域ＴＰの対向距離Ｈが、対応するレーザ光ＬＢの像から近似的に算出される。これにより、路面１００の表面状態によらず、カメラ２２によって撮影された撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２に基づいて速度計測が可能になる。

また、レーザ光ＬＢの像の長さ方向の各対向距離Ｈを算出可能であるため、適切な対向距離Ｈを採用することによって、任意の位置にある特徴領域ＴＰに適切な変換係数ｓが算出されて、移動画素数Δｐに基づいて精度の高い速度計測を行うことができる。

（１－２）レーザ光ＬＢの像から算出された対向距離Ｈが適切な値に補正される。例えば、ひび割れやポットホール等で対向面に特異な凹凸があるためにレーザ光ＬＢの像の一部について速度計測に不適切な対向距離Ｈが算出されたとき、この不適切な対向距離Ｈを適切な対向距離Ｈに補正することが可能になる。

（１－３）前後方向Ｘとレーザ光ＬＢの延伸方向とが平行であるので、レーザ光ＬＢの像により干渉されることのない特徴領域ＴＰの移動を探索するための範囲を、最大で画像上の一端から他端までの範囲で、最も長く確保することができる。これにより、特徴領域ＴＰの画像上での移動画素数Δｐがより大きな値となるまで得られるので、速度計測範囲を広げることができる。

また、レーザ光ＬＢの像により干渉される領域が予め設定可能になったり、特定が容易であったりする。特徴領域ＴＰとレーザ光ＬＢの像とが分離されれば、特徴領域ＴＰとレーザ光ＬＢの像とが重なったときに要する煩雑な処理を不要とすることができる。

（第２実施形態）
図１０～図１３を参照して、速度計測装置の第２実施形態について説明する。本実施形態の速度計測装置は、第１実施形態に設けられたレーザ出力部２４に加えて、第２レーザ出力部２５がカメラ２２を挟んで対称となる位置に配置されている点が第１実施形態と相違する。第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を割愛する。なお、本実施形態では、レーザ出力部２４は、第１レーザ出力部２４と記載し、第１レーザ出力部２４の出力するレーザ光を第１レーザ光ＬＢ１とする。なお、説明の便宜上、図１１及び図１２に示す、撮影画像Ｐ１１には、撮影タイミングが時間間隔Δｔだけ相違する２つの撮影画像Ｐ１１，Ｐ１２から得られる位置であって、時間間隔Δｔの開始時と経過後との各特徴領域ＴＰの位置をそれぞれ示している。

図１０に示すように、画像取得部２１は、車両１０の前部で幅方向Ｙに一列となるように、カメラ２２と、カメラ２２を挟んで対称位置に第１レーザ出力部２４と第２レーザ出力部２５とを備えている。つまり、第１レーザ出力部２４と第２レーザ出力部２５とは幅方向Ｙに直線状に所定の配置間隔２ｄで配置されているとともに、所定の配置間隔２ｄの中央にカメラ２２が配置されている。

第１レーザ出力部２４は、その像が撮影範囲Ｖａ内に含まれるように第１レーザ光ＬＢ１を路面１００に投影する。第２レーザ出力部２５は、その像が撮影範囲Ｖａ内に含まれるように第２レーザ光ＬＢ２を路面１００に投影する。第１レーザ光ＬＢ１の経路面と第２レーザ光ＬＢ２の経路面とは平行である。

［２つのレーザ光の像が平行であるときの速度計測］
図１１に示すように、各位置Ｐ５１，Ｐ５２，Ｐ６１，Ｐ６２の対向距離Ｈと変換係数ｓとが同一の値として算出される。また、前後方向Ｘの移動画素数Δｐは、時間間隔Δｔを有する２つの撮影画像Ｐ１１に同一の特徴領域ＴＰを探索して得る。実際の移動距離ΔＬは、移動画素数Δｐと変換係数ｓとに基づいて算出される。そして、実際の速度は、「実際の移動距離ΔＬ／時間間隔Δｔ」で算出される。

［２つのレーザ光の像が非平行であるときの速度計測］
図１２（ａ）に示すように、車両１０は、走行中の加速や減速、操舵等により傾くと、撮影範囲Ｖａの撮影画像Ｐ１１は変換係数ｓが前後方向Ｘ及び幅方向Ｙの位置毎に相違することになる。例えば、減速により車両１０が前後方向Ｘに対して前傾姿勢となると、図１２（ｂ）に示す撮影画像Ｐ１１は、車両１０に近い基端側の対向距離Ｈに対して、車両１０から離れた先端側の対向距離Ｈが相対的に短くなる。また、車両１０が幅方向Ｙに対して左傾姿勢となると、撮影画像Ｐ１１は、右側の第２レーザ光ＬＢ２の像の対向距離Ｈに対して、左側の第１レーザ光ＬＢ１の像の対向距離Ｈが相対的に短くなる。

よって、各位置Ｐ５１，Ｐ５２，Ｐ６１，Ｐ６２の対向距離Ｈと変換係数ｓとがそれぞれ相違する値として算出される。また、２つの位置Ｐ５１，Ｐ５２に対して幅方向Ｙに一列に並ぶ特徴領域ＴＰの対向距離Ｈと変換係数ｓとは、２つの位置Ｐ５１，Ｐ５２を結ぶ直線上にあることに基づいて算出される。同様に、２つの位置Ｐ６１，Ｐ６２に対して幅方向Ｙに一列に並ぶ特徴領域ＴＰの対向距離Ｈと変換係数ｓとは、２つの位置Ｐ６１，Ｐ６２を結ぶ直線上にあることに基づいて算出される。また、各位置Ｐ５１，Ｐ５２，Ｐ６１，Ｐ６２に対応する各対向距離Ｈ及び各変換係数ｓから平均的な対向距離Ｈ及び平均的な変換係数ｓを算出することができる。

第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とを路面１００に対して照射した場合、それぞれの第１レーザ光ＬＢ１の像と第２レーザ光ＬＢ２の像とのもっともらしい直線を求めることもできる。また、最小二乗近似やロバスト推定を適用して第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２を含む、もっともらしい平面を求めることで適切な対向距離Ｈを算出することもできる。

なお、画像車速算出部３２は、第１レーザ光ＬＢ１上の各位置Ｐ５１，Ｐ６１の対向距離Ｈを、路面１００の局所的な歪みの影響を抑える処理を適用した上で算出することができる。同様に、画像車速算出部３２は、第２レーザ光ＬＢ２上の各位置Ｐ５２，Ｐ６２の対向距離Ｈを、路面１００の局所的な歪みの影響を抑える処理を適用した上で算出することができる。

また、前後方向Ｘの移動画素数Δｐは、時間間隔Δｔを有する２つの撮影画像Ｐ１１に同一の特徴領域ＴＰを探索して得る。実際の移動距離ΔＬは、「移動画素数Δｐ×平均的な変換係数ｓ」で算出され、実際の速度は、「実際の移動距離ΔＬ／時間間隔Δｔ」で算出される。

図１３に示すように、画像車速算出部３２は、撮影画像Ｐ１１の幅方向Ｙ中央に第１領域ＡＲ１を設定し、第１領域ＡＲ１の幅方向Ｙ右側と左側とにそれぞれ第２領域ＡＲ２を設定する。第１領域ＡＲ１は、画像車速算出部３２で特徴領域ＴＰを探索する領域である。第２領域ＡＲ２は、第２レーザ光ＬＢ２の像を検出する領域である。つまり、特徴領域ＴＰが検出される第１領域ＡＲ１と、レーザ光ＬＢの像の検出される第２領域ＡＲ２とが撮影画像において別々の領域に区画されるため、画像車速算出部３２は、特徴領域ＴＰの探索を第１領域ＡＲ１だけで行い探索時間を抑制する。また、画像車速算出部３２は、第１及び第２レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の像の検出を第２領域ＡＲ２だけで行い検出時間を抑制する。さらに、特徴領域ＴＰと第１及び第２レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の像とが重なるおそれが無いため、特徴領域ＴＰの検出精度やラインレーザの像の検出精度がそれぞれ高められる。また、特徴領域ＴＰと第１及び第２レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の像とが重ならないため、それぞれの検出が容易になる。

以上説明したように、第２実施形態によれば、上記の（１－１）～（１－３）の効果に加えて、以下に記載する効果が得られる。
（２－１）カメラ２２から第１レーザ光ＬＢ１の像までの対向距離Ｈと、カメラ２２から第２レーザ光ＬＢ２の像までの対向距離Ｈとの２つの対向距離Ｈに基づいて、撮影画像内から任意に選択された特徴領域ＴＰまでの対向距離Ｈがより高精度に算出することができる。また、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との間にある特徴領域ＴＰであれば、第１レーザ光ＬＢ１に基づく対向距離Ｈと第２レーザ光ＬＢ２に基づく対向距離Ｈとが相違していたとしても、対向距離Ｈを２点間の補間から得ることができる。これによって、特徴領域ＴＰの対向距離Ｈを高精度に算出することができる。

（２－２）第１レーザ光ＬＢ１の像から算出された対向距離Ｈが適切な値に補正されることと同様に、第２レーザ光ＬＢ２の像から算出された対向距離Ｈが適切な値に補正される。例えば、ひび割れやポットホール等で対向面に特異な凹凸があるために第２レーザ光ＬＢ２の像の一部について速度計測に不適切な対向距離Ｈが算出されたとき、この不適切な対向距離Ｈを適切な対向距離Ｈに補正することが可能になる。

（２－３）特徴領域ＴＰが検出される第１領域ＡＲ１と、第１及び第２レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の像が検出される第２領域ＡＲ２とが画像において別々の領域に区画される。このため、特徴領域ＴＰの検出精度と第１及び第２レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の像の検出精度とがそれぞれ高められるとともに、それぞれの探索時間を抑制することができる。また、特徴領域ＴＰと第１及び第２レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の像とが重ならないため、それぞれの検出が容易になる。

（その他実施形態）
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・カメラ２２のレンズ２２Ｌには、レーザ光ＬＢの像等を撮影する範囲に、レーザ光ＬＢ等の撮影に適したフィルタを設けてもよい。
図１４（ａ）を参照して、第１実施形態の図５（ｂ）に示すように、撮影範囲Ｖａの左側に照射されるレーザ光ＬＢを撮影するとき、レンズ２２Ｌの透光範囲２２Ａには、左側に第２部分としてのレーザ透光範囲２２１と、第１部分としてのその他の範囲２２０とを設けてもよい。レーザ透光範囲２２１は、レーザ光ＬＢの撮影に適したフィルタを備え、その他の範囲２２０は、フィルタを備えず、又は、路面１００の撮影に適したフィルタを備えている。よって、特徴領域ＴＰをその他の範囲２２０によって好適に検出することができるとともに、レーザ光ＬＢの像をレーザ透光範囲２２１によって好適に検出することができる。

詳述すると、レーザ透光範囲２２１は、撮影範囲Ｖａにおいて、静止した車両１０においてレーザ光ＬＢの像の全てを含み、かつ、カメラ２２の光軸Ｃを含まない領域に対応する範囲に設けられている。その他の範囲２２０は、第１部分を構成し、レーザ透光範囲２２１は、第２部分を構成する。このとき、レーザ透光範囲２２１は、前後方向Ｘに延在することで、その他の範囲２２０の前後方向Ｘに介在しない。よって、その他の範囲２２０の前後方向Ｘの全長を特徴領域ＴＰの探索領域とすることができる。レーザ光ＬＢが照射されている範囲は、特徴領域ＴＰとは色や輝度レベルが大きく相違する。そのため、路面１００の観察に適切なその他の範囲２２０を経た撮影画像は、レーザ光ＬＢの像を探索するには不向きである。逆に、レーザ透光範囲２２１も路面１００の特徴領域ＴＰの探索には不向きである。また、レーザ透光範囲２２１を前後方向Ｘに延在させることで、その他の範囲２２０の探索可能範囲が広く確保されて、探索が可能となる車速範囲が広く維持される。

また、図１４（ｂ）を参照して、第２実施形態の図１１等に示すように、撮影範囲Ｖａの左側及び右側に照射される第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を撮影する。このとき、レンズ２２Ｌの透光範囲２２Ｂの左側に第１レーザ光ＬＢ１の撮影に適したレーザ透光範囲２２１を設け、レンズ２２Ｌの右側に第２レーザ光ＬＢ２の撮影に適したレーザ透光範囲２２２をレーザ透光範囲２２１と同様に区画された範囲に設ける。一方、その他の範囲２２０には、フィルタを設けない、又は、路面１００の撮影に適したフィルタを設けてもよい。レーザ透光範囲２２２は、第２部分を構成する。このとき、レーザ透光範囲２２１，２２２は、前後方向Ｘに延在することで、その他の範囲２２０の前後方向Ｘに介在しない。よって、その他の範囲２２０の前後方向Ｘの全長を特徴領域ＴＰの探索領域とすることができる。

・車載制御装置２６は、信号処理部３０や出力部４０の処理を実行するプログラムを有するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等であってもよい。
・上記各実施形態では、１つの特徴領域ＴＰをマッチングする場合について例示した。しかし、これに限らず、複数の特徴領域ＴＰをマッチングするようにしてもよい。例えば、複数の特徴領域ＴＰのそれぞれに対して、図９のステップＳ２３～Ｓ２５の処理を複数回繰り返す処理によってマッチングを行ってもよい。また、複数の特徴領域ＴＰを、主とする特徴領域ＴＰと、主とする特徴領域ＴＰの周囲に設定した特徴領域を副特徴領域とし、それぞれの特徴領域毎にマッチング結果を得てもよい。いずれにしても、複数の特徴領域をマッチングして、変位量を比較することで、各マッチングの妥当性を判断することができる。

例えば、主とする特徴領域ＴＰのマッチングの後、又は、前に、副特徴領域のマッチング処理を行うことができる。特徴領域ＴＰのマッチングの後としては、例えば、図９のステップＳ２５の処理の後が挙げられる。

図１５に示すように、副特徴領域のマッチング処理では、副特徴領域としての副テンプレート領域を選択する処理（図１５のステップＳ３０）と、マッチング処理（図１５のステップＳ３１）と、副マッチング終了判断（図１５のステップＳ３２）とを行う。

副テンプレート領域を選択する処理（図１５のステップＳ３０）では、撮影画像Ｐ１１の中央に設定された主とする特徴領域ＴＰの周囲に副テンプレート領域としての副特徴領域を設定する。副特徴領域は、最初に必要とする全てが設定され、以降の処理毎に順次選択されてもよいし、必要とする全てが設定されるまで処理毎に順次、領域が選択されてもよい。

マッチング処理（図１５のステップＳ３１）では、時間間隔Δｔの経過後に撮影された撮影画像Ｐ１２のマッチング対象領域に対して副特徴領域を探索するためのテンプレートマッチングを行う。

副マッチング終了判断（図１５のステップＳ３２）では、必要とする全ての副特徴領域のマッチングが終了したか否かを判断する。必要とする全ての副特徴領域のマッチングが終了していないと判断した場合（図１５のステップＳ３２でＮＯ）、図１５のステップＳ３０に戻り、副テンプレート領域を選択する処理以降の処理を実行する。

これにより、主とする特徴領域ＴＰのマッチングの妥当性を判断することができる。特徴領域ＴＰの変位量が同様であればマッチングの妥当性が高く、変位量が相違するようであればマッチングの妥当性が低いと判断できるようになる。このとき、得られた複数の変位量を分類し、最も多くの集合をなす変位量を確からしい値として採用してもよい。

・上記第２実施形態では、第１レーザ光ＬＢ１の経路面と第２レーザ光ＬＢ２の経路面とが平行である場合について例示した。これに限らず、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが交差するなど、非平行であってもよい。

例えば、第１レーザ光ＬＢ１の経路面がカメラ２２の光軸Ｃの方向に傾斜してもよいし、第２レーザ光ＬＢ２の経路面がカメラ２２の光軸Ｃの方向に傾斜してもよい。また、路面１００までの間で第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが交差してもよい。

第１レーザ光ＬＢ１や第２レーザ光ＬＢ２を傾けることができれば、撮影画像においてレーザ光の像の配置自由度が高まる。
・上記第１実施形態では、レーザ光ＬＢの経路面ＬＰとカメラ２２の光軸Ｃとが平行である場合について例示した。これに限らず、レーザ出力部２４の経路面がカメラ２２の光軸Ｃに対して傾いてもよく、レーザ光ＬＢの経路面とカメラ２２の光軸Ｃとが交差してもよい。

これにより、撮影画像において対向距離Ｈに対するレーザ光ＬＢの像の位置の変化を大きくすることができる。つまり、対向距離Ｈの計測感度の調整自由度が高められる。例えば、対向距離Ｈ（ワーキングディスタンス）を長くなるように設置しなければならない移動体の計測において、対向距離Ｈの計測感度を改善することができる。

・上記各実施形態では、経路面ＬＰが前後方向Ｘに対して平行である場合について例示したが、経路面が前後方向Ｘに傾きを有していてもよい。
・上記各実施形態では、画像取得部２１は、車両１０の前部に取り付けられている場合について例示した。これに限らず、レーザ光ＬＢの像を含む路面１００の撮影画像を撮影できれば、画像取得部は、車両の前部以外の場所である、車両の後部、側部、底部等に設けてもよい。

・上記各実施形態では、カメラ２２の光軸Ｃが路面１００に対して略垂直である場合について例示した。これに限らず、カメラは、路面の模様を探索可能な程度に撮影できれば、光軸Ｃが路面に対して略垂直でなくてもよい。傾きによる影響を演算処理等によって適切に処理可能であれば、傾きを補正する演算により垂直であることと同様に処理できる。

・上記各実施形態では、路面１００が移動面である場合について例示した。しかしこれに限らず、移動体の速度を相対的に測定する対象であって、レーザ光の像が写るものであれば、移動面は、アスファルト以外の路面や、路面以外の地面や床面、壁面等であってもよい。

・上記各実施形態では、レーザ光ＬＢ等の像の前後方向Ｘの長さが撮影範囲Ｖａを超える場合について例示した。これに限らず、特徴領域のある位置の対向距離や変換係数を得られれば、レーザ光の像の一端、又は両端が撮影範囲内で終わっていてもよい。

・上記各実施形態では、車載制御装置２６の信号処理部３０にパラメータ設定部３３を設ける場合について例示した。これに限らず、各カメラに適切なパラメータを予め設定できれば、車載制御装置の信号処理部にパラメータ設定部を設けなくてもよい。例えば、カメラ２２のパラメータ２２Ｇを予め適切な値に設定しておいてもよい。

・上記各実施形態では、車載制御装置２６がケースに収容されて車両１０の前部に取り付けられている場合について例示したが、車載制御装置は分離して、車両に設置されていてもよい。

・上記各実施形態では、カメラ２２が記憶部にパラメータ２２Ｇを保持している場合について示した。これに限らず、車載制御装置からの操作が可能ならば、カメラにパラメータを保持する記憶部がなくてもよい。この場合、パラメータは車載制御装置に保持される。

１…速度計測装置、１０…車両、２１…画像取得部、２２…カメラ、２２Ａ…透光範囲、２２Ｂ…透光範囲、２２Ｇ…パラメータ、２２Ｌ…レンズ、２４…レーザ出力部、２４…第１レーザ出力部、２４Ｇ…パラメータ、２５…第２レーザ出力部、２６…車載制御装置、３０…信号処理部、３２…画像車速算出部、３３…パラメータ設定部、３４…記憶部、４０…出力部、１００…路面、２２０…その他の範囲、２２１，２２２…レーザ透光範囲、Ｃ…光軸、ＬＣ…中心線、Ｏ…原点、ＬＢ…レーザ光、ＬＰ…経路面、Ｐ１１，Ｐ１２…撮影画像、ＴＰ…特徴領域。

Claims (8)

1. 移動体の速度計測方向を含んで延伸するラインレーザを移動面に照射するレーザ出力部と、
   前記ラインレーザの像と前記移動面に選択される特徴領域とを含んでいる２つの画像を時間間隔を有して撮影する撮影部と、
   前記レーザ出力部と前記撮影部との相対位置と、前記画像に含まれるラインレーザの像との関係に基づいて前記撮影部と前記ラインレーザの照射された前記移動面との間の対向距離を算出する距離算出部と、
   前記２つの画像における前記特徴領域の画像上での移動距離を前記移動面の実距離に変換する変換係数を、前記２つの画像の特徴領域に対応する２つの前記対向距離に基づいて取得する係数取得部と、
   前記変換係数と前記移動距離と前記時間間隔とに基づいて前記移動体の速度を計測する速度算出部とを備える
   速度計測装置。
2. 前記距離算出部は、前記ラインレーザの像の各位置で算出された対向距離の一部が不適切な値であるとき、又は常に、前記ラインレーザの像の各位置と前記ラインレーザの像の各位置で算出した対向距離とに基づく近似直線を取得し、当該近似直線に基づいて前記特徴領域に対応する対向距離を算出する
   請求項１に記載の速度計測装置。
3. 前記ラインレーザは、前記レーザ出力部と前記ラインレーザの像との間に形成される経路面が前記速度計測方向に対して平行である
   請求項１又は２に記載の速度計測装置。
4. 前記経路面が前記撮影部の光軸の方向に傾いている
   請求項３に記載の速度計測装置。
5. 前記レーザ出力部は、前記ラインレーザを第１ラインレーザとするとき、前記移動体の前記速度計測方向を含んで延伸する第２ラインレーザを前記移動面に照射し、
   前記距離算出部はさらに、前記撮影部と前記第２ラインレーザの照射された前記移動面との間の対向距離を算出する
   請求項１～４のいずれか一項に記載の速度計測装置。
6. 前記距離算出部はさらに、前記第２ラインレーザの像の各位置の一部で算出された対向距離が不適切な値であるとき、又は常に、前記第２ラインレーザの像の各位置と前記第２ラインレーザの像の各位置で算出した対向距離とに基づく近似直線を取得し、当該近似直線に基づいて前記第２ラインレーザの像について前記特徴領域に対応する対向距離を算出する
   請求項５に記載の速度計測装置。
7. 前記画像は、前記特徴領域の撮影に使用される第１領域と、前記第１領域に隣接して前記ラインレーザの像の撮影に使用される１又は複数の第２領域とを有する
   請求項１～６のいずれか一項に記載の速度計測装置。
8. 前記撮影部は、前記第１領域の撮影に利用される第１部分と、前記第２領域の撮影に利用される１又は複数の第２部分とを有している光学部品を備え、
   前記第２部分にのみ、減光フィルタ、あるいは、前記ラインレーザの波長の光を選択的に透過するフィルタを有する
   請求項７に記載の速度計測装置。

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