(57)【要約】【課題】システムの設置性と保守性を向上させるとともに、車両判別のための特徴量の検出精度を高めることのできるレーザ車両検出システムを得る。【解決手段】強度変調後のレーザ光を車両が通過する所定領域に照射する送信光学系を有する投光部と、所定領域に照射されたレーザ光の反射光を収集する受信光学系を有し、収集した反射光に基づいて所定領域の２次元光強度を検出する受光部と、投光部から所定領域に照射されたレーザ光と受光部で検出された２次元光強度との位相差あるいは遅延時間を検出する比較手段９と、比較手段により検出された位相差あるいは遅延時間に基づいて所定領域を通過する車両の３次元的な立体形状を示す距離画像を生成する第１の信号演算部１２と、第１の信号演算部で生成された距離画像を画像処理することにより所定領域を通過する車両の特徴量を抽出する第２の信号演算部１３とを備える。【選択図】図１
2010014706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度変調後のレーザ光を車両が通過する所定領域に照射する送信光学系を有する投光部と、
前記所定領域に照射された前記レーザ光の反射光を収集する受信光学系を有し、収集した前記反射光に基づいて前記所定領域の２次元光強度を検出する受光部と、
前記投光部から前記所定領域に照射されたレーザ光と前記受光部で検出された前記２次元光強度との位相差あるいは遅延時間を検出する比較手段と、
前記比較手段により検出された前記位相差あるいは前記遅延時間に基づいて前記所定領域を通過する車両の３次元的な立体形状を示す距離画像を生成する第１の信号演算部と、
前記第１の信号演算部で生成された前記距離画像を画像処理することにより前記所定領域を通過する車両の特徴量を抽出する第２の信号演算部と
を備え、
前記投光部および前記受光部は、車両が通過する前記所定領域に対して固定した位置に設置される
ことを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記投光部は、変調周波数をｆ、光速をｃ、前記投光部と前記所定領域内を通過する車両との最大距離をＬとしたときに、ｆ＜ｃ／（２Ｌ）の関係を満たす変調周波数ｆで、レーザ光を連続波変調し、前記所定領域に照射することを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記投光部は、前記レーザ光として、波長１．５μｍ帯を用いることを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記投光部に含まれる前記送信光学系と前記受光部に含まれる前記受信光学系とを同軸の共用光学系とし、
レーザ光の光源と前記共用光学系との間に、送信光と受信光とを分岐する分離部をさらに備える
ことを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記共用光学系は、前記所定領域を通過する車両の表面上の１点と前記受光部の光電面上の１点とを結像関係とする受信光学系と、前記受信光学系の視野角よりも広い角度範囲に送信光を投光する送信光学系とを共用することを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記分離部は、光路内に設けられた偏光ビームスプリッタに対して送信光をＳ偏光で入力して反射ポートに出力させ、前記偏光ビームスプリッタの反射ポートと前記共用光学系との間に設けられた４分の１波長板により円偏光に変換して空間照射し、前記共用光学系により受信した、対象物からの反射光の偏光を、Ｐ偏光に変換して前記偏光ビームスプリッタの透過ポートに出力させて受信光路に切り替えることを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項７】
請求項４または５に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記分離部は、光路内に設けられた偏光無依存型ビームスプリッタに対して、送信光を入力し透過ポートあるいは反射ポートからの出力光を、前記共用光学系を介して前記所定領域に照射し、前記共用光学系により受信した、対象物からの反射光を、前記偏光無依存型ビームスプリッタの前記反射ポートあるいは前記透過ポートに出力させて受信光路に導光するとともに、前記光源と前記偏光無依存型ビームスプリッタとの間に光アイソレータを有すること特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項８】
請求項４または５に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記分離部は、送信光を直交偏光成分に分離する第１の偏光ビームスプリッタを介して、Ｐ偏光、Ｓ偏光に対して独立した光路内で２分の１波長板とファラデーローテータとを通過させた後、第２の偏光ビームスプリッタにより合波し、４分の１波長板を介して円偏光に変換した後、前記共用光学系を用いて前記所定領域に照射し、前記共用光学系により受信した、対象物からの反射光を前記第２のビームスプリッタによりＰ偏光、Ｓ偏光の独立光路に分岐した後、前記第１の偏光ビームスプリッタの受信光路へと光路を切り替えることを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに１項に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記受光部は、前記所定領域における反射光を独立に受光可能な複数のフォトダイオードを有することを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに１項に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記受光部は、収集する前記反射光のうち、波長が前記送信光の波長の近傍の光を透過させ、他の光を反射させるバンドパスフィルタを前記受信光学系の前段に有することを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記比較手段は、前記位相差を検出する際に、前記受光部の各画素からの光強度信号に対して、前記送信光の強度変調後の信号と同一周波数の局部発振信号を各画素ごとに乗算して乗算信号を算出し、前記乗算信号の直流成分から光強度を検出し、前記乗算信号の交流成分の振動振幅の実効値から位相ずれ量を検出することを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記投光部は、前記所定領域を通過する車両の進行方向に対して、両側の斜め上側面の対称位置に設置されることを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記第２の信号演算部は、前記第１の信号演算部により生成された前記距離画像を、車両進行方向であるｙ方向に垂直な方向に投影したｙ方向投影距離画像データと、前記ｙ方向投影距離画像のフレーム間の減算データとに基づき、前記特徴量として、進入車両の有無検出、進入車両の速度、進行方向、軸数および車両の全長全高を計測することを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記第２の信号演算部は、前記第１の信号演算部により生成された前記距離画像を、車両進行方向に垂直な方向であるｘ方向に投影したｘ方向投影距離画像データに基づき、前記特徴量として、車両の全幅を計測することを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記受光部は、複数の１次元光強度検出器を直交に配置して構成されることを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記受光部は、車両の進行方向に少なくとも１個の１次元光強度検出器と、車両の進行方向に垂直な方向に少なくとも１個の１次元光強度検出器とを備えることを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項１７】
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記投光部および前記受光部の一対で構成され、かつ、投光部で用いられる変調周波数と受光部で用いられる復調周波数とを一致させた投受光部を複数個用いて異なる位置に設置し、それぞれの投光部で用いられる変調周波数と受光部で用いられる復調周波数とを互いに異なる周波数とすることを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記２次元光強度に基づいて前記所定領域への車両の進入あるいは車種を特徴量として検出する第３の信号演算部をさらに備え、
複数位置に設置された前記投受光部において、
１台目の投受光部内の投光部は、前記強度変調後のレーザ光を常時照射し、
１台目以外の投受光部内の受光部のそれぞれは、１台目の投受光部内の投光部による照射により得られた２次元光強度に基づいて、前記第３の信号演算部により検出された特徴量に基づいて、自身の投光部の電源投入、停止を制御する
ことを特徴とするレーザ車両検出システム。
【請求項１９】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のレーザ車両検出システムにおいて、
前記第２の信号演算部は、前記第１の信号演算部により生成された前記距離画像から車輪に対応する楕円形状情報を抽出し、抽出した前記楕円形状情報における車両進行方向の長さと車両進行方向に垂直な方向の長さとの比、および画像フレーム時間を用いて、車両進入速度を計測することを特徴とするレーザ車両検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通行料金収受システムなどに用いられる通過車両の検出および車種判別装置に関して、特に、レーザ光を照射して対象物の３次元形状を表す距離画像を計測する距離画像センサ、および通過車両の走行状態を監視する車種判別装置を含むレーザ車両検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、有料道路の通行料金を無人で自動収受するＥＴＣシステムが利用されている。ＥＴＣシステムでは、車両に設置されたＥＴＣ車載器と料金所ゲートに設置されたアンテナとの通信により、車両が料金所付近で停止することなく、自動で料金の支払いを行うことができる。
【０００３】
すなわち、有料道路の入り口料金所では、車両がＥＴＣレーンを走行すると、ＥＴＣ車載器がＥＴＣゲートのアンテナに対して車種情報を通知し、アンテナは、それを受け車載器側に入り口料金所を表示する。
【０００４】
一方、出口側料金所では、車両がＥＴＣレーンを走行すると、ＥＴＣ車載器がＥＴＣゲートのアンテナに対して車種情報と入り口料金所情報とを通知し、アンテナは、それを受け車載器側に計算した通行料金を通知する。
【０００５】
通行料金の算出に先だって、通行する車種（大型、中型、小型、軽、牽引）を判別する必要がある。ＥＴＣ車載器からの車種情報に基づいて、車種判別も可能である。しかしながら、ユーザの設定間違いにより車載器と車種情報とに相違がある場合、あるいは入り口での車載器とアンテナとの通信に障害がある場合に、適正な通行料金が算出できないことが考えられる。このため、ＥＴＣ車載器との通信以外の方法で、より確実に車種判別する方法が要求される。
【０００６】
このような車種判別の従来技術においては、複数種類のセンサを道路面およびその近傍に設置して、それらから得られる測定値を総合的に用いることで車種判別を行っていた。例えば、車両の高さは、車両レーン間に複数点対向させた光源と検出器との間での光路遮光の有無を計測して算出される。また、車幅は、カメラによる撮像画像を用いて算出される。さらに、軸数は、料金所入り口側に設置した踏み板への圧力測定から算出される。
【０００７】
従って、このような従来技術においては、各種センサを所定の位置に設置しなければならず、また、対向するセンサ間は、光軸調整をする必要があるため、設置工事に手間がかかる。また、各センサ間の依存関係も多く、メンテナンスや機器更新の際に、個別センサのみを入れ替える場合にも、上記と同様の調整や設置工事があるため、手間がかかる課題があった。
【０００８】
さらに、牽引車の通過に際しては、車両に比較して高さ幅ともに小さな牽引棒を検出する必要がある。しかしながら、現状のシステムでは、空間分解能を向上させるために、対向センサの高さ方向の間隔を狭める構成として、レーン方向のセンサ間での計測情報を統合しているため、センサの数を削減が困難であった。
【０００９】
これに対して、パルスレーザ光を照射して対象物からの散乱光を受信するシステムで、パルス照射から散乱光受信までの時間差から距離を算出するレーザレンジファインダの技術を用いる車両検知および車種判別に関する従来技術がある（例えば、特許文献１、２参照）。
【００１０】
特許文献１では、レーン上方にライン走査機能を持つレーザセンサが設置されている。そして、このレーザセンサにより、レーン横断方向の１次元距離データを取得している。また、複数のレーザセンサをレーンの上右、上左のように異なる方向から照射することで、車両の高さ、幅、軸数、牽引有無を検出し、車種判別を行っている。さらに、ライン走査位置をレーン前後にずらしておき、得られる距離データの時間差から進入速度を計測している。
【００１１】
ただし、レーザ光の照射は、対象物よりも小径のビームを出射し、受信光視野とビームの射出方向を一致させたまま、ライン走査して単一の光検出器で受光していた。このため、対象とするラインデータを得るためには、高速に走査する機構が必要であった。また、走査機構の動作速度とパルスレーザの繰り返し周波数とにより、空間分解能とデータ更新レートが制限されているため、単一のレーザセンサで車両検出用の２次元距離画像を得るには、速度的に不足であるといった問題がある。
【００１２】
一方、このような問題の改善案として、特許文献２には、複数のフォトダイオードを用いて並列に距離データを取得することで高速化し、単一のレーザセンサで車両検出用の２次元距離画像と２次元強度画像とを取得するセンサについてのアイディアが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−２６９４８９号公報
【特許文献２】特開２００３−２８１６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来技術においては、以下のような課題がある。
従来技術は、得られた２次元距離画像から車両判別する方法として、まず立体形状と車両とを関連付けるデータベースを用意しておき、次に、計測した２次元距離画像と該車両データベースとを比較して車種判別をする。しかしながら、このデータベースの具体的なフォーマットや比較方法については、開示も示唆もなされていない。
【００１５】
また、立体形状のデータベースを用いる方式においては、データベースが車両の立体形状に依存するため、通過車両の種類の増加に応じてデータベースを追加更新する必要がある。この結果、保守作業の負荷が増大する課題がある。
【００１６】
また、計測される距離画像には、車両の表面形状以外に、車両の通過位置や牽引有無により、複雑な画像パターンが形成される。このため、計測精度を向上するためには、車両形状以外のあらゆる条件の組合せによるデータベースの準備が必要となり、非現実的なシステムとなる。
【００１７】
一方、上述した特許文献１、２において、レーザセンサの投光部の設置位置と投光方向は、レーン側方のアイランド上から横向き投光、レーン入口のガントリ上から下向き投光、アイランド上にあるポール上から斜め下方など、いくつかのアイディアが示されている。しかしながら、いずれの配置においても、単一のセンサを設置する限りにおいて、投光光が通過車両により遮蔽される問題がある。
【００１８】
これらをまとめると、従来の車両検知・車種判別用のシステムにおいては、以下の３点の課題が挙げられる。
１）複数種類のセンサ（光路遮蔽検出、踏み板、撮像装置）を用いる必要があり、設置・調整の手間がかかる。
２）各センサ間の依存関係から、保守性が悪く、個別センサのみ入れ替える場合にも、新規設置と同様の調整や設置工事が必要である。
３）２次元検出型のレーザセンサを用いた車両検知・車種判別用のシステムにおいては、単一のレーザセンサを用いた場合には、通過車両による光路遮蔽が発生する。このため、全長・全幅・全高の測定精度が低下し、車種判別における誤検出の発生が避けられない。
【００１９】
ここで、光路遮蔽の問題を解決するためには、レーザセンサを異なる位置に複数台設置して、対象物に対して異なる方向から投光して得られた計測データを合成することが考えられる。複数台の２次元検出型レーザセンサを配置してデータを合成することは、上述した特許文献１、２を組み合わせることで、理論的には実現可能である。
【００２０】
しかしながら、特許文献１、２は、ともに、パルス光を投光して対象物で反射散乱される光パルスが再び戻ってくるまでの時間（飛行時間）を計測して、レーザ照射方向の距離を算出する方式である。このため、レーン近傍の異なる場所に設置して対象物に対して異なる複数方向からレーザ光を照射する場合、対象物での第１のレーザセンサの投光光による散乱光の一部が、第２のレーザセンサの受光部に漏れこみ、誤検出される場合が考えられる。
【００２１】
この誤検出を回避するためには、例えば、受光部の受信ゲート時間を、複数のレーザセンサのパルス繰り返し周波数を一致させて、かつ、同期信号を与え、出射パルスの投光タイミングを時間的にずらすことで実現できる。
【００２２】
しかし、この構成では、複数のレーザセンサを同期運転させ、かつ、各センサの投光タイミングを調整する必要があり、設置・調整作業が複雑になる。また、各センサ間で繰り返し周波数を一致させる必要がある。
【００２３】
さらに、保守作業において、複数のレーザセンサのうちの１つのみを交換する場合でも、各センサ間の動作タイミングを確認した上で、ゲート時間を調整する必要があり、作業が複雑化する課題があった。
【００２４】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、システムの設置性と保守性を向上させるとともに、車両判別のための特徴量の検出精度を高めることのできるレーザ車両検出システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明に係るレーザ車両検出システムは、強度変調後のレーザ光を車両が通過する所定領域に照射する送信光学系を有する投光部と、所定領域に照射されたレーザ光の反射光を収集する受信光学系を有し、収集した反射光に基づいて所定領域の２次元光強度を検出する受光部と、投光部から所定領域に照射されたレーザ光と受光部で検出された２次元光強度との位相差あるいは遅延時間を検出する比較手段と、比較手段により検出された位相差あるいは遅延時間に基づいて所定領域を通過する車両の３次元的な立体形状を示す距離画像を生成する第１の信号演算部と、第１の信号演算部で生成された距離画像を画像処理することにより所定領域を通過する車両の特徴量を抽出する第２の信号演算部とを備え、投光部および受光部は、車両が通過する所定領域に対して固定した位置に設置されるものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るレーザ車両検出システムによれば、複数種類のセンサで行っていた車種判別の特徴量検出を１種類のレーザ式センサに統合し、所定領域を通過する車両について検出された２次元光強度に基づいて車両判別を行うことにより、システムの設置性と保守性を向上させるとともに、車両判別のための特徴量の検出精度を高めることのできるレーザ車両検出システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ車両検出システムの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２におけるレーザ車両検出システムの機器配置と通過車両に対する投光状態を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態３におけるレーザセンサの動作タイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３における受光部の構成ブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態３におけるレーザ車両検出システムの受信光路における座標関係を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態４における信号演算部による特徴量（車両進入）検出の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態４における信号演算部による特徴量（車両進入速度）検出の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態４における信号演算部による特徴量（通過車両の全長、全高および軸数）検出の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態４における信号演算部による特徴量（通過車両の全幅）検出の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態４における信号演算部による特徴量（牽引の有無）検出の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態５における送受信光学系の実現例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態７におけるレーザ車両検出システムの低消費電力化を図るための説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態８における１次元光強度検出器により結像する領域を示した図である。
【図１４】本発明の実施の形態８における車両長手方向検出領域での反射光による計測距離データを示した図である。
【図１５】本発明の実施の形態８における車両長手方向検出領域での反射光による距離計測データを示した図である。
【図１６】本発明の実施の形態８における車両幅方向検出領域からの反射光による距離プロファイルを示した図である。
【図１７】本発明の実施の形態８における軸数検出方法についての説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態９における１次元光強度検出器により結像する領域を示した図である。
【図１９】本発明の実施の形態９における車両進入速度計測方法についての説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明のレーザ車両検出システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００２９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ車両検出システムの構成図である。
図１におけるレーザ車両検出システムは、光源部４、送受信光学系７、受光部１１、および信号処理部１６で構成され、信号処理部１６による処理結果は、上位装置１７に送信される。
【００３０】
光源部４は、基準光源１、強度変調器２、および基準信号発生器３を有している。また、送受信光学系７は、送受信光分離部５および光アンテナ部６を有している。また、受光部１１は、２次元光強度検出器８、２次元位相差検出手段９、および２次元強度算出手段１０を有している。
【００３１】
さらに、信号処理部１６は、距離算出を行う信号演算部１２、車種特徴量の抽出を行う信号演算部１３、車種判別を行う信号演算部１４、および車両進入検出を行う信号演算部１５を有している。
【００３２】
次に、レーザ車両検出システムの基本動作である２次元距離画像の計測概要について説明する。まず、送受信光学系７は、光源部４で発生する連続波で強度変調されたレーザ光を、対象物である車両２１が通過する所定の照射領域２５に照射する。
【００３３】
次に、送受信光学系７は、照射領域２５を通過する車両２１の表面における反射光の分布を再び収集し、受光部１１に伝送する。反射光は、照射領域２５内の路面や通過車両２１の表面の実効的な反射率がそれぞれ異なるため、車両の有無、形状に応じて強度分布が変化する。また、通過車両２１の有無、表面の凹凸により、送受信光学系７との距離が変化するため、反射光の位相分布が変化する。
【００３４】
この効果を利用し、受光部１１内に設置された２次元光強度検出器８は、送受信光学系７から得られる受信信号を光電変換し、受信光としての２次元光強度を得る。２次元強度算出手段１０は、得られた２次元光強度の反射強度分布を算出し、２次元の反射強度画像を得る。一方、２次元位相差検出手段９は、光源部４から得られる送信光と、２次元光強度検出器８から得られる受信光との位相差を検出する。
【００３５】
次に、信号処理部１６内の信号演算部１２は、２次元位相差検出手段９で検出された位相差から、２次元の距離画像を算出する。次に、信号演算部１３は、信号演算部１２で得られた距離画像から、通過車両２１の全長、全高などの特徴量、あるいは進入速度を算出する。一方、信号演算部１５は、２次元強度算出手段１０で得られた反射強度画像から、車両進入の有無を検出する。
【００３６】
ここで、２次元強度算出手段１０および信号演算部１５により車両進入の有無を検出する方法は、位相差を必要とせず、光源部４で発生される送信光の情報なしに、検出可能である。そして、この構成は、低消費電力化を図るために活用することができ、後の実施の形態７で詳述する。
【００３７】
そして、信号演算部１４は、信号演算部１５で得られた車両進入の有無、または、信号演算部１３で得られた特徴量から、車種判別の１次データを出力する。さらに、信号演算部１４の出力は、上位装置１７に伝送され、他のレーザセンサの情報と統合され、さらに詳細な車種判別が行われる。
【００３８】
なお、本実施の形態１において、受光部１１内の２次元位相差検出手段９は、光源部４から得られる送信光（投光光）として、強度変調された連続光を受信し、この連続光を用いて距離を計測することを想定している。しかしながら、投光光をパルス状に強度変調し、かつ、２次元位相差検出手段９の代わりに、投光パルスと反射光との時間差を検出する手段を用いて距離を計測してもよい。
【００３９】
この場合、投光光のパルス出力タイミングと受信信号との同期が必要となるが、連続光と比べ、パルスのデューティ比が小さいため、投光光の出力平均パワーを低くできる利点がある。なお、位相差を求める２次元位相差検出手段９、およびその代替として用いられる時間差を検出する手段は、比較手段に相当する。
【００４０】
以上のように、実施の形態１によれば、単一種類のレーザ式車両センサにより、所定領域を通過する車両の２次元光強度を取得し、取得した２次元光強度に基づいて、各特徴量の検出を可能としている。この結果、従来の複数種類のセンサ信号（全高：車両レーン間に設置した複数点遮光センサ、全幅：カメラによる撮像画像、軸数：路面設置した圧力センサ）の検出信号の合成が不要となり、システムの設置性と保守性を向上させることができる。
【００４１】
実施の形態２．
本実施の形態２では、レーザ車両検出システムの機器配置、および光源部４の構成例について、具体的に説明する。本実施の形態２におけるレーザ車両検出システムの全体構成は、先の実施の形態１における図１の構成と同様である。
【００４２】
図２は、本発明の実施の形態２におけるレーザ車両検出システムの機器配置と通過車両に対する投光状態を示す図である。光源部４、送受信光学系７、受光部１１を筐体に収納したレーザセンサ２３ａ、２３ｂが、レーン入り口に路面２０のゲート状の構造物（ＥＴＣゲート）２２の上端内側の両側面に設置されている場合を例示している。
【００４３】
すなわち、本実施の形態２では、光源部４、送受信光学系７、受光部１１を筐体に収納したレーザセンサを複数用いる場合を例に説明するとともに、説明を簡略化するために、２台のレーザセンサ２３ａ、２３ｂを用いる場合について、詳細に説明する。
【００４４】
ここで、ＥＴＣゲート２２の高さをＨ、幅を２Ａとする。また、ＥＴＣゲート２２側方には、信号処理部１６が収納された信号処理部筐体２４が設置されている。レーザセンサ２３ａ、２３ｂは、路面２０上で半径Ａ程度かつ略同一の照射領域２５を投光できるように、ビームの広がりと照射中心方向が設定されているものとする。従って、レーザセンサ２３ａは、通過車両２１の左側面から上面を覆う範囲に、レーザセンサ２３ｂは、通過車両２１の右側面から上面を覆う範囲に投光することになる。
【００４５】
図２（ｂ）〜（ｆ）は、ＥＴＣゲート２２の設置面でのレーンの断面図において、代表的な通過車両とレーザセンサ２３ａ、２３ｂによる投光領域の関係を示した説明図である。より具体的には、図２（ｂ）は、通過車両２１がない場合、図２（ｃ）は、小型・普通車両２１ａが通過する場合、図２（ｄ）は、大型車両２１ｂが通過する場合、図２（ｅ）は、オートバイ２１ｃが通過する場合をそれぞれ示している。また、図２（ｆ）は、２台の通過車両の間につながれた牽引棒２１ｄを示している。
【００４６】
通過車両のない図２（ｂ）において、レーザセンサ２３ａ、２３ｂは、路面２０のみを照明する。これに対して、小型・普通車両２１ａが通過する図２（ｃ）において、レーザセンサ２３ａの照射領域は、車両進行方向左側の路面から車輪を含めた車両左側面、車両の上面、そして車両進行方向右側の路面の一部となり、車両の右側面と進行方向右側の路面の一部は、遮蔽される。
【００４７】
一方、小型・普通車両２１ａが通過する（ｃ）において、レーザセンサ２３ｂの照射領域は、車両進行方向右側の路面から車輪を含めた車両右側面、車両の上面、そして車両進行方向左側の路面の一部となり、車両の左側面と進行方向左側の路面の一部は、遮蔽される。しかしながら、レーザセンサ２３ｂは、レーザセンサ２３ａで遮蔽された領域を遮蔽なく照射できる。同様に、レーザセンサ２３ａも、レーザセンサ２３ｂで遮蔽された領域を遮蔽なく照射できることになる。
【００４８】
図２（ｄ）は、大型車両２１ｂの通過イメージであり、普通車両２１ａが通過する図２（ｃ）の場合よりも光路遮蔽領域が増え、レーザセンサ２３ａの照射領域は、車両進行方向左側の路面から車輪を含めた車両左側面、車両の上面のみ、レーザセンサ２３ｂの照射領域は、車両進行方向右側の路面から車輪を含めた車両右側面、車両の上面のみとなる。しかしながら、レーザセンサ２３ａ、２３ｂが互いに遮蔽された領域を補間する関係は、先の図２（ｂ）と同様に保たれている。
【００４９】
図２（ｅ）、図２（ｆ）の場合も、レーザセンサ２３ａ、２３ｂが互いに遮蔽された領域を補間する関係が保たれている。すなわち、図２（ｂ）〜（ｅ）の何れの場合にも、２つのレーザセンサ２３ａ、２３ｂを用いることにより、通過車両２１の車軸、そして通過車両２１あるいは牽引棒２１ｄの両側面と上面を遮蔽なく照射することができる。
【００５０】
基準光源１としては、単一波長で発振する半導体レーザを用い、連続波（ＣＷ）発振させた光が生成される。そして、連続波（ＣＷ）発振させた光は、強度変調器２により光強度を正弦波状に単一周波数ｆで変調される。
【００５１】
強度変調された光は、送受信光学系７に伝送され、送受信光分離部５から光アンテナ部６へと伝送された後、空間放出され、所定の照射領域２５を通過する対象物である通過車両２１へと照射される。
【００５２】
ここで、レーザ光源としては、単一波長でＣＷ出力でき、かつ、強度変調できればなんでもよい。ただし、例えば、波長１．５μｍ帯の半導体レーザを用いるのが適当である。この理由としては、目に対して安全な波長である（クラス１相当）こと、受光側に波長フィルタを挿入して可視域の背景光を効果的に分離できること、そして光通信用の安価で信頼性の高い光源を流用できること、が挙げられる。
【００５３】
ここで、強度変調器２による正弦波変調の変調周波数ｆは、変調周期１／ｆが、光が距離２Ｌを伝搬する時間以下となるように設定し、次式（１）で与える。
【００５４】
【数１】
2010014706.tif 000003
【００５５】
ここで、ｃは光速、Ｌは対象物との最大距離であり、次式（２）で表される。
【００５６】
【数２】
2010014706.tif 000004
【００５７】
例えば、Ｈ＝６ｍ、Ａ＝３ｍとした場合、Ｌは８．４８ｍとなり、ｆは１７．７ＭＨｚ程度となる。変調周波数として２０ＭＨｚ以下の正弦波でよいので、立ち上がり特性が数ｎｓ程度の半導体レーザであれば駆動電流を直接変調してもよい。これにより、強度変調器が不要となる。
【００５８】
以上のように、実施の形態２によれば、複数のレーザセンサを配置して所定の照射領域を照射することにより、遮蔽された領域を補間することが可能となる。さらに、レーザ光源の波長帯を適切な値に設定することにより、上述したような優れた効果を得ることができる。
【００５９】
実施の形態３．
本実施の形態３では、レーザ車両検出システムの動作タイミングチャート、受光部１１の機器構成と動作例、および信号演算部１２における距離計測原理について説明する。本実施の形態３におけるレーザ車両検出システムの全体構成は、先の実施の形態１における図１の構成と同様である。
【００６０】
図３は、本発明の実施の形態３におけるレーザセンサの動作タイミングチャートである。完全変調を仮定すると、送信光ＳT（ｔ）は、次式（３）で表される。
【００６１】
【数３】
2010014706.tif 000005
【００６２】
ただし、Ｐｔは送信光パワー、φＴは初期位相である。
送信光が対象物で反射されて送受信光学系に戻る際に、反射光は、光路長の変化に応じた位相変化を受ける。今、変調周期１／ｆが、光が距離２Ｌを伝搬する時間以下となるように（上式（１）参照）設定しているため、伝搬距離の変化ΔＬに対する位相変化Δφは、次式（４）で表される。
【００６３】
【数４】
2010014706.tif 000006
【００６４】
ここで、ΔＬ≦Ｌであるため、位相変化量は、０〜２πの範囲である。従って、受信光強度ＳR（ｔ）は、次式（５）で表される。
【００６５】
【数５】
2010014706.tif 000007
【００６６】
受光部１１では、上式（５）の第１項の直流成分を強度信号として検出し、強度分布画像として用いる。一方、第２項は、２次元位相差検出手段９の内部で、次式（６）であらわされる局部発振信号ＳLOCと乗算される。
【００６７】
【数６】
2010014706.tif 000008
【００６８】
上式（５）の第２項と上式（６）の局部発振信号ＳLOCとの乗算結果である乗算信号ＳMPL（ｔ）は、下式（７）となる。
【００６９】
【数７】
2010014706.tif 000009
【００７０】
上式（７）の第２項は、バイアスゼロ、２倍の周波数で正弦的に振動するため、時間平均による信号積分処理（ローパスフィルタ処理）により、ゼロに収束する。従って信号積分処理後は、下式（８）の信号ＳMPL（ｔ）となる。
【００７１】
【数８】
2010014706.tif 000010
【００７２】
今、上式（６）の局部発振信号の初期位相φLOCを送信信号の初期位相φTに一致させると、下式（９）となる。
【００７３】
【数９】
2010014706.tif 000011
【００７４】
通常のロックイン検出においては、検出位相の余弦（あるいは正弦）成分が得られるため、位相の２πの不確定性が現れる。しかしながら、本発明の場合、最大計測距離に基づく周波数の設定により位相変化範囲が０〜２πであるため、ローパスフィルタ後の局発乗算信号振幅から位相変化量が一意に決まる。これにより、伝搬距離変化ΔＬを不確定性なく算出することができる。
【００７５】
本発明においては、フレーム時間内に、上述した信号処理（受信信号の強度出力と位相差検出）を、２次元強度算出手段１０と２次元位相差検出手段９とを用いて、２次元光強度検出器８の各画素に対して同時にかつ独立に行い、２次元バッファに転送する。そして、次のフレームで、２次元バッファ内のデータをＡＤ変換する。ＡＤ変換後の数値データは、後段の信号処理部１６内の信号演算部１２〜１５で処理され、最終的に数フレーム内で一連の処理を完了する。
【００７６】
次に、受光部１１の機器構成と具体的な動作について説明する。
図４は、本発明の実施の形態３における受光部１１の構成ブロック図である。２次元光強度検出器８の各画素において、光検出用のフォトダイオード３０で検出された光強度は、トランスインピーダンス増幅器３１で電圧信号に変換される。そして、電圧信号に変換された後、分岐して、一方は、強度情報格納用のバッファ３５ａに格納される。
【００７７】
また、他方は、キャパシタ３２を介してＡＣ結合した後、ミキサ３３により局部発振信号と乗算され、ローパスフィルタ３４を通過後に、距離情報格納用バッファ３５ｂに格納される。以上の構造を、全画素に対して独立に持たせ、局部発振信号としては、同一信号源を分岐して供給する。
【００７８】
露光から、バッファ格納までの一連の動作は、１フレーム時間内に行う。フレーム信号の入力によりバッファ３５ａ、３５ｂの格納情報をクリアし、次のフレーム信号入力まで信号蓄積を行う。
【００７９】
バッファ３５ａ、３５ｂからの読み出しは、マルチプレクサ３６ａ、３６ｂにより時系列信号に変換された後、ＡＤ変換器３７ａ、３７ｂにより各々、強度画像の時系列データおよび距離画像の時系列データとして出力され、後段の信号演算部１２〜１５に伝送される。
【００８０】
フレームレートとして、例えば、現状で実現可能な電子回路技術レベルを考慮して、５１２×５１２画素の格納データを２ＧＳ／ｓのＡＤ変換器でサンプルすることを想定して考える。この場合、全画素読み出すための時間は、１３１μｓ程度となり、フォトダイオード３０からバッファ３５ａ、３５ｂへの格納時間は、ＡＤサンプル時間に比べて無視できるほど小さいと仮定すると、フレームレートは、７．６ｋＨｚとなる。
【００８１】
通過車両の進入速度として、例えば、通常のＥＴＣの想定値よりも高速の１００ｋｍ／ｈを仮定したとしても、上述した１フレーム時間内で車両が動く距離は、３．６ｍｍ程度と見積もられる。後段の演算処理に１０フレーム費やしたと仮定した場合でも、３．６ｃｍと見積もられる。この値は、普通車両の全長の１００分の１程度であり、十分な時間精度を持つことが分かる。
【００８２】
また、受光部が撮像する範囲を５ｍ×５ｍ、画素数を５１２×５１２と仮定すると、面内の空間分解能は、９．８ｍｍ程度となる。この値は、普通車両の全長の４００分の１以下であり、十分な計測分解能を持つと見積もられる。
【００８３】
さらに、最大計測距離Ｌ＝８ｍの位置にセンサを設置して、有効ビット数１０ビットのＡＤ変換器を用いて取得した場合の、距離画像データの分解能は、７．８ｍｍ程度である。この値は、普通車両の全高の２００分の１以下と見積もられる。
【００８４】
以上の見積りから、本発明の構成により、受信視野の機械的な走査を行うことなく、高い空間分解能を有した２次元距離画像と強度画像を、十分な時間分解能で得ることができることがわかる。
【００８５】
次に、信号演算部１２における距離画像の算出について、具体的に説明する。
図５は、本発明の実施の形態３におけるレーザ車両検出システムの受信光路における座標関係を示した図である。図５（ａ）は、車両進行方向の断面図であり、図５（ｂ）は、車両進行方向に対して垂直な断面図である。座標軸として、（ａ）の断面と路面方向に平行な方向をｘ軸とし、（ｂ）の断面と路面方向に平行な方向をｙ軸とし、路面に対して垂直上向き方向をｚ軸とする。
【００８６】
なお、以下の説明においては、光アンテナの配置として、レーザセンサ２３ａ（車両進行方向に対して左上方に設置）の設置を想定する。レーザセンサ２３ａは、路面に対して高さＨ、路面中心からＡの距離に設置し、レーザセンサ２３ａの光アンテナの光軸は、アンテナが設置されているｙｚ平面（ｘ＝０）上において、路面中心点ｙ＝０と光アンテナ開口中心とを結ぶ直線とする。従って、光アンテナ光軸と路面法線とのなす角θMは、下式（１０）となる。
【００８７】
【数１０】
2010014706.tif 000012
【００８８】
今、受信光学系の結像範囲を、路面中心（ｘ、ｙ、ｚ）＝（０、０、０）を中心として半径Ａの範囲とする。光アンテナが見込む角度を±θMとした場合、この結像範囲をカバーすることになる。
【００８９】
受信光学系は、上記範囲内にある各点を、受光部１１内の２次元光強度検出器８の光電面上の各画素に１対１に結像する。２次元位相差検出手段９は、２次元光強度検出器８の各画素に入射した反射光に基づいて、対象物との距離を反映した位相差を各画素ごとに算出する。
【００９０】
図５に示すように、反射光の光アンテナに対する入射角としてｘｚ平面上での入射角成分をφ、ｙｚ平面上での角度θとなる条件で入射した反射光成分から得られた距離情報をΔＬ（φ、θ）とすると、次式（１１）の変換式により、（ｘ、ｙ、ｚ）座標に変換できる。
【００９１】
【数１１】
2010014706.tif 000013
【００９２】
以上の演算を信号演算部１２において行うことで、入射角φ、θと距離計測値ΔＬから通過車両の表面形状を示すｘｙｚ３次元データ、あるいは、ｘｙ２次元上にｚ値を濃淡で表した２次元距離画像を構築できる。
【００９３】
また、本実施の形態３では、受光部１１における２次元光強度検出器８は、対象物からの反射光を直接結像して光電変換していた。しかしながら、２次元受光センサと受信光学系との間に光のバンドパスフィルタを設置してもよい。このバンドパスフィルタにより、可視波長域の背景光を効果的に抑圧でき、受光素子の飽和や信号対雑音比の低下を低減できる効果がある。
【００９４】
以上のように、実施の形態３によれば、受光部は、所定の照射領域における２次元光強度に基づいて、各画素ごとに、同時、かつ独立に、強度画像の時系列データおよび距離画像の時系列データを算出できる構成を備えている。さらに、後段の信号処理部は、数フレーム内で一連の処理を行い、通過車両の表面形状を示す３次元データ、あるいは、２次元上に他の１軸分を濃淡で表した２次元距離画像を構築できる構成を備えている。この結果、システムの設置性と保守性を向上させるとともに、車両判別のための特徴量を、適切な検出速度、適切な検出精度で算出できるレーザ車両検出システムを得ることができる。
【００９５】
実施の形態４．
本実施の形態４では、レーザ車両検出システムの信号演算部１３における特徴量の抽出方法について、具体的に説明する。本実施の形態４におけるレーザ車両検出システムの全体構成は、先の実施の形態１における図１の構成と同様である。
【００９６】
まず、車両の進入検出方法について説明する。
図６は、本発明の実施の形態４における信号演算部１３による特徴量（車両進入）検出の説明図である。処理の準備として、信号演算部１３は、信号演算部１２により算出された、通過車両２１の表面形状のｘｙｚ３次元データのうち、ｙ方向の投影画像データ（ｙ方向に対して数値積算）６１ａ、６１ｂを算出する（図６の左側に示した（ａ１）、（ｂ１）参照）。ここで、投影画像データ６１ａは、通過車両がない場合の積算結果であり、投影画像データ６１ｂは、通過車両が進入してきた場合の積算結果である。
【００９７】
次に、信号演算部１３は、連続するフレーム間で、この投影画像データを減算（現在のフレーム画像から１フレーム前のフレーム画像を減算）した減算画像データ６２ａ、６２ｂを算出する（図６の右側に示した（ａ２）、（ｂ２）参照）。ここで、減算画像データ６２ａは、通過車両がない場合の減算結果であり、減算画像データ６２ｂは、通過車両が進入してきた場合の減算結果である。なお、図６においては、説明を簡単にするため、レーザセンサは２３ｂを想定しており、通過車両の右上方側面から投光する場合を想定している。
【００９８】
受信視野内に通過車両がない場合には、図６（ａ１）に示すように、路面の距離データ６３ａのみが現れる。フレーム減算画像６２ａの値は、図６（ａ２）に示すように、全画素ともゼロとなる。
【００９９】
一方、通過車両が進入した場合には、図６（ｂ１）に示すように、車両の投影距離画像６３ｂが画面左側から現れる。また、車両が前進方向に進行する場合には、車両の投影データの車両前方側のエッジは、図６の左側から右側に移動する。このため、フレーム間の減算画像６２ｂは、図６（ｂ２）に示すように、正値の分布６４ａ、６４ｂが現れる。なお、車両後方側のエッジが現れている場合には、負値の分布６５となる。従って、このような投影画像に基づく減算処理結果を用いることで、信号演算部１３は、車両進入の有無を検出できる。
【０１００】
次に、この減算画像を用いた車両進入速度の検出について説明する。図７は、本発明の実施の形態４における信号演算部１３による特徴量（車両進入速度）検出の説明図である。まず、フレーム間の減算画像７１において、地上より所定の高さｈ０（通過車両の最低地上高よりも高い高さであり、図６（ａ）中の点線参照）に対応する１ラインのデータ７４を抽出する。得られた１次元のデータ７４は、位置Ｘ［ｍ］＝Ｘ１において、幅ΔＸで正値ピークを持つ。フレームレートをＴＦ［ｓ］とすると、車両の進入速度は、ΔＸ／ＴＦ［ｍ／ｓ］で表される。
【０１０１】
さらに、連続するフレーム間で同じ計測を行った場合、車両前進に伴い１次元データ７８のピーク位置Ｘ＝Ｘ２は右側に移動する（図６（ｂ）参照）。逆に、車両が後退する場合には、ピーク位置は、左側に移動する。従って、Ｘ２とＸ１の値を比較することで、Ｘ２＞Ｘ１の場合に車両前進、Ｘ２＜Ｘ１の場合に車両後退を検出することができる。以上のような処理により、信号演算部１３は、車両の有無、進入速度、前進後退を検出することができる。
【０１０２】
次に通過車両の全長、全高および軸数の計測方法について説明する。
図８は、本発明の実施の形態４における信号演算部１３による特徴量（通過車両の全長、全高および軸数）検出の説明図である。図８（ａ）は、車両全体が受光部視野範囲に入った場合のｙ方向投影距離画像のフレーム減算データ８１を示している。車両の進行により、車両の前方方向エッジ部分８２ａ、８２ｂ、８２ｃは、正値を取るのに対して、車両の後方方向エッジ８３ａ、８３ｂ、８３ｃは、負値となる減算データが得られる。
【０１０３】
まず、信号演算部１３は、ｙ方向投影距離画像のフレーム減算データ８１において、路面位置から高さｈ０およびｈ１のそれぞれに相当するライン８４ａ、８４ｂでの画素切り出しを行う。ここで、ｈ０は、通過車両の最低地上高さより高く、ｈ１は、最低地上高さよりも低い値に設定されている。
【０１０４】
画素切り出しにより得られたｈ＝ｈ０に対するラインプロファイル８５ａには、Ｘ＝ＸＰの位置に車両前端に相当する正値ピーク、負値ピークＸ＝ＸＮの位置に車両後端に相当する負値ピークが現れる。得られた各ピーク位置の差ＸＰ−ＸＮにより、通過車両の全長を算出できる。
【０１０５】
一方、画素切り出しにより得られたｈ＝ｈ１に対するラインプロファイル８５ｂを見ると、ＸＮ＜Ｘ＜ＸＰの位置に、車軸位置に対応した正負ピークのペアが表れる。従って、このプロファイル８５ｂに対して正値のしきい値８６を設定して、しきい値８６以上、かつＸＮ＜Ｘ＜ＸＰの範囲におけるパルス数を計数することで、軸数を検出することができる。
【０１０６】
また、図８（ａ）のｙ方向投影距離画像のフレーム減算データ８１に正値のしきい値処理を行った結果を図８（ｂ）に示す。これにより得られたデータ８７に対して、信号演算部１３は、ｘ方向に投影（画素平均）してラインプロファイル８８を算出する。このラインプロファイル８８は、車両前端エッジを車両の前後方向に投影したデータに対応する。このため、ラインプロファイル８８が正値をとるｚ方向長さを算出することで、通過車両の全高を算出することができる。以上のような処理により、信号演算部１３は、車両の全長、全高および軸数を計測することができる。
【０１０７】
次に通過車両の全幅を計測する方法について説明する。
図９は、本発明の実施の形態４における信号演算部１３による特徴量（通過車両の全幅）検出の説明図である。図９（ａ）は、車両前端が受光部視野範囲に入った場合のｙ方向投影距離画像のフレーム減算データ９１を示す。車両の進行により、車両の前方方向エッジ部分９２ａ、９２ｂは正値を取るのに対して、車輪後方エッジ９３ａは負値となる減算データが得られる。
【０１０８】
路面位置から通過車両の最低地上高より高い位置のｈ０に相当するライン９４におけるラインプロファイル９５には、車両前端エッジの位置に相当する正値ピークがＸ＝ＸＰの位置に現れる。得られたＸＰがＸ方向の中心線９６（Ｘ＝Ａ［ｍ］）よりも左側０＜Ｘ＜Ａの場合には、以下のように車幅検出し、それ以外の場合には、車幅検出処理を行わない。
【０１０９】
通過車両の表面形状のｘｙｚ３次元データのうち、車両進入側のエリア（０＜Ｘ＜Ａ）に対してｘ方向の投影画像データ（Ｘ方向に対して数値積算）を算出する。図９（ｂ）（ｃ）にｘ方向の投影画像データ（０＜Ｘ＜Ａ）９７ｂ、９７ｃを示す。これにより、車両表面形状の進行方向への投影データ９８ｂ、９８ｃが得られる。
【０１１０】
Ｘ方向の中心９６の面に車両が交差していないため、レーザセンサ投光において、車両の幅方向（ｙ方向）の光路遮蔽が発生しない。従って、投影データ９８ｂ、９８ｃのｙ方向の幅を計測することで、精度の高い車幅計測ができる。
【０１１１】
ｙ方向の幅を計測する方法として、例えば、ｘ方向の投影画像データ（０＜Ｘ＜Ａ）９７ｂ、９７ｃをｚ方向に投影（積算平均）した積算プロファイル９９ｂ、９９ｃを算出して、９９ｂ、９９ｃが正値を取るｙ方向長さを算出することで、車両幅を算出することができる。以上のような処理により、信号演算部１３は、車両の全幅を計測することができる。
【０１１２】
次に通過車両における牽引の有無を検出する方法について説明する。
図１０は、本発明の実施の形態４における信号演算部１３による特徴量（牽引の有無）検出の説明図である。ここでは、通過車両の条件として、牽引車両１０１ａ、１０１ｂが受光部視野範囲に入り、かつ牽引棒１０１ｃが受光視野におけるＸ方向の中心付近を通過する場合を考える。
【０１１３】
図１０（ａ）に、距離画像のｙ方向投影画像１００を示す。受信視野中心に牽引棒１０１ｃがくるため、車両１０１ａ、１０１ｂによる光路けられがなく、牽引棒を検出することができる。
【０１１４】
図１０（ｂ）に、図１０（ａ）のｙ方向投影距離画像をフレーム間で減算したデータ（現在のフレーム画像から１フレーム前のフレーム画像を減算）１０２を示す。車両の進行により、車両の前方方向のエッジ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、正値をとり、車両の後方エッジ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄは、負値をとり、牽引棒は、上下方向に動かないためゼロとなる。
【０１１５】
ｙ方向投影距離画像のフレーム減算データ１０２において、路面位置から通過車両の最低地上高よりも高い位置ｈ０に相当するライン１０５におけるラインプロファイル１０６を、図１０（ｂ）の下に示す。ラインプロファイル１０６には、車両前方エッジに相当する正値ピークがＸ＝ＸＰの位置に、車両後方エッジに相当する負値ピークがＸ＝ＸＮの位置に現れる。
【０１１６】
ここで、正値ピーク位置ＸＰがｘ方向の中心線１０７（Ｘ＝Ａ［ｍ］）よりも左側０＜ＸＰ＜Ａの場合で、かつ、負値ピーク位置ＸＮが中心線１０７よりも右側Ａ＜ＸＮの場合において、信号演算部１３は、中心線１０７を含むＹＺ平面で通過車両の表面形状のｘｙｚ３次元データを切り出す。
【０１１７】
図１０（ｃ）に、中心線１０７を含むＹＺ平面での、通過車両の表面形状のｘｙｚ３次元データの切り出しデータ１０８ａを示す。切り出し面１０７は、牽引棒１０１ｃと路面とに交差するため、１０８ａの中には、路面を示すライン１０９ａ、１０９ｂと牽引棒を示す曲線１０９ｃが表れる。
【０１１８】
図１０（ｄ）には、参考までに牽引棒が存在しない場合の中心線１０７を含むＹＺ平面での、通過車両の表面形状のｘｙｚ３次元データの切り出しデータ１０８ｂを示す。この場合、１０８ｂの中には、路面を示すライン１０９ａのみが表れる。従って、牽引棒を示す曲線１０９ｃの存在を検出することで、牽引棒の有無を検知できる。
【０１１９】
牽引棒の曲線１０９ｃの検出は、例えば、次のようにして行うことができる。
まず、信号演算部１３は、ＹＺ平面で通過車両の表面形状のｘｙｚ３次元データの切り出しデータ１０８ａをｙ方向に対して投影（ｙ方向に対して数値積算）し、積算プロファイル１１０を算出する。この積算プロファイルには、路面位置ｈ＝０および、高さｈがｈ１＜ｈ＜ｈ２の範囲内に正値のピークを持つ。ただし、ｈ１は、最小地上高よりも低い位置、ｈ２は、車両の高さよりも低い位置とする。
【０１２０】
従って、ｈ１＜ｈ＜ｈ２の範囲内に正値ピークが存在するかどうかを検出することで、牽引棒有無を検知できる。以上のような処理により、信号演算部１３は、牽引車両の牽引棒の有無を検出することができる。
【０１２１】
以上のように、実施の形態４によれば、通過車両の表面形状のｘｙｚ３次元データに対して、フレーム間の減算、平面データの取り出し、座標軸方向への投影（数値積算）、しきい値処理といった簡単な画像処理を施すことにより、通過車両の所望の特徴量を高速に演算することができる。
【０１２２】
なお、本実施の形態４において、ｙ方向投影距離画像からフレーム減算データを得るために、１フレーム時間はなれたｙ方向投影距離画像の減算によりフレーム減算データを算出することを説明した。しかしながら、通過車両の速度に合わせてＮ（Ｎは、２以上の整数）フレーム間の減算を行ってもよい。これにより、低速度で進入した車両に対して、エッジ検出の感度を引き上げることができる。
【０１２３】
実施の形態５．
本実施の形態５では、レーザ車両検出システムの送受信光学系７における、送受信光分離部５と光アンテナ部６の構成例について、詳細に説明する。本実施の形態５におけるレーザ車両検出システムの全体構成は、先の実施の形態１における図１の構成と同様である。
【０１２４】
図１１は、本発明の実施の形態５における送受信光学系７の実現例を示す図である。図１１（ａ）は、偏光分離方式の光送受信分離部と光アンテナ１１４（６）とを組み合わせて実現する例である。
【０１２５】
光源部４より、直線偏光のうちＳ偏光が入力することを前提とする。まず、Ｓ偏光は、コリメートレンズ１１１ａにより略平行とされた後、偏光ビームスプリッタ１１２ａに入力する。偏光ビームスプリッタ１１２ａにおいて、Ｓ偏光は、反射されて光路が下側に折り曲げられ、４分の１波長板１１３を透過することにより円偏光に変換される。光アンテナ１１４（図１の光アンテナ部６に相当）によりビーム径が拡大されて、所定の照射領域２５を通過する車両２１へ照射される。
【０１２６】
一方、車両２１での反射光は、光アンテナ１１４を再度透過して、４分の１波長板１１３に入射する。いま、対象物である車両２１で反射される際に、偏光の変化が無視できると仮定できる場合には、４分の１波長板１１３を通過後の反射光成分は、Ｐ偏光となる。Ｐ偏光光が偏光ビームスプリッタ１１２ａに入射すると、透過ポートから出力されるため、反射光は、送信光路から分離されて受信光路へと伝送され、集光レンズ１１１ｂを通って２次元光強度検出器８に導かれる。
【０１２７】
ここで、使用する偏光ビームスプリッタ１１２ａ、４分の１波長板１１３は、集光作用や発散作用がなく、透過波面収差も無視できる理想的な素子を仮定する。
【０１２８】
受信光路については、光アンテナ１１４を構成する対物レンズ１１５ｂと接眼レンズ１１５ａと集光レンズ１１１ｂの曲率、厚さ、および面間隔は、車両２１の表面上の１点が２次元光強度検出器８の光電面上の１点と結像する条件に設定する。
【０１２９】
一方、送信光路については、光アンテナ１１４を構成する対物レンズ１１５ｂと接眼レンズ１１５ａとコリメートレンズ１１１ａの各曲率、厚さ、および面間隔によって決まる送信光の広がり角度が、上述のように設定した受信光路の視野角よりも大きくなるように設定する。これにより、車両２１の表面付近で、受光素子の視野範囲よりも広い範囲を投光できるため、照明光を均一化できるメリットがある。
【０１３０】
上述した図１１（ａ）の構成では、送信光と受信光の分離度（消光比）を高く確保できるメリットがある。しかしながら、対象物である車両２１での反射の際に偏光変化が生じた場合に、受信光量が変化する問題が考えられる。そこで、図１１（ｂ）は、これを解決するため、偏光無依存型の光送受信分離部と光アンテナ１１４を組み合わせて実現する例を示している。
【０１３１】
光源部４には、特に偏波状態は規定しない。送信光は、コリメートレンズ１１１ａにより略平行とされた後、偏光無依存型ビームスプリッタ１１２ｂに入力され、１：１の分岐比で透過ポートと反射ポートとに分岐される。このうち、反射ポートにより下側に折曲げられ、光アンテナ１１４によりビーム径が拡大されて、対象物である通過車両２１へ照射される。
【０１３２】
車両２１による反射光は、光アンテナ１１４により再収集されて、偏光無依存型ビームスプリッタ１１２ｂに伝送される。偏光無依存型のビームスプリッタを用いているため、車両２１での反射の際の偏光変化に関係なく、２分の１の光量の反射光が受信光路へ伝送され、集光レンズ１１１ｂを通って２次元光強度検出器８に導かれる。
【０１３３】
一方、反射ポート側（送信部側）に分岐した反射光成分が基準光源方向に漏洩するのを防ぐため、光アイソレータ１１６を偏光無依存型ビームスプリッタ１１２ｂとコリメートレンズ１１１ａとの間に設置する。以上により、図１１（ａ）の構成において、対象物による偏光変化が生じた際の受信光量の変化を抑えることができる。
【０１３４】
上述した図１１（ｂ）の構成では、送信光に定偏光の光源が不要となり、非偏波保持系のため低コスト化が可能となる。しかしながら、偏光無依存型ビームスプリッタ１１２ｂの通過に伴い、１回の分岐で光量が５０％に低下する。従って、送受信の往復光路で受ける光路損失は６ｄＢとなり、反射光の信号強度低下が問題となる。そこで、図１１（ｃ）は、これを解決するため、送信光および受信光を直交２偏光に分けた後、独立した光路で送受信光を分離する構成により実現する例を示している。
【０１３５】
光源部４より、直線偏光光が入力することを前提とする。まず、直線偏光光は、コリメートレンズ１１１ａにより略平行とされた後、第１の偏光ビームスプリッタ１１２ａに入力する。第１の偏光ビームスプリッタ１１２ａでは、入射光のうち、Ｐ偏光成分は透過、Ｓ偏光成分は反射される。
【０１３６】
Ｐ偏光光路として、ファラデーローテータ１１７ａと２分の１波長板１１８ａとを含み、第２の偏光ビームスプリッタの透過ポートに入力する光路を、Ｓ偏光光路として、反射ミラー１１６ａ、ファラデーローテータ１１７ｂと２分の１波長板１１８ｂ、反射ミラー１１６ｂを含んで第２の偏光ビームスプリッタ１１２ｃの反射ポートに入力する光路とする。
【０１３７】
各光路とも、ファラデーローテータ１１７ａ、１１７ｂにより４５度偏光回転された後、２分の１波長板１１８ａ、１１８ｂに入射する。２分の１波長板１１８ａ、１１８ｂにおいて、ファラデーローテータ１１７ａによる偏光回転を相殺するように、主軸を設定する（Ｓ偏光軸と主軸とのなす角を２２．５度）。
【０１３８】
これにより、Ｐ偏光側の光路を通る送信光は、Ｐ偏光のまま、Ｓ偏光側の光路を通る送信光はＳ偏光のまま、第２の偏光ビームスプリッタ１１２ｃに入射する。第２の偏光ビームスプリッタ１１２ｃによりＰ偏光の送信光とＳ偏光の送信光とが合成された後、４分の１波長板１１３により円偏光に変換されて、光アンテナ１１４に入射する。光アンテナ１１４によりビーム径が拡大されて、対象物である通過車両２１へ照射される。
【０１３９】
以上により、光源部４の直交偏光成分のＰ偏光、Ｓ偏光の成分比に関係なく、すべてのパワーを対象物である車両２１に投光できる。
【０１４０】
対象物である車両２１での反射光は、光アンテナ１１４を再度透過して４分の１波長板１１３を通過して、再び直交２偏光に変換され、第２の偏光ビームスプリッタ１１２ｃに入射する。第２の偏光ビームスプリッタにより、Ｐ偏光成分はＰ偏光側光路に、Ｓ偏光成分はＳ偏光光路に伝送される。
【０１４１】
Ｐ偏光光路に再入射した反射光のＰ偏光成分は、２分の１波長板１１８ａにより、＋４５度偏光が回転する。さらに、ファラデーローテータ１１７ａにより、＋４５度偏光回転を受けるため、Ｓ偏光に変換される。他方、Ｓ偏光光路に再入射した反射光のＳ偏光成分も、２分の１波長板１１８ｂとさらにファラデーローテータ１１７ａにより、それぞれ＋４５度ずつの偏光回転を受けるため、Ｐ偏光に変換される。
【０１４２】
従って、Ｐ偏光光路に入射した反射光のＰ偏光成分は、Ｓ偏光となって、第１の偏光ビームスプリッタで反射されて、受信側光路へと切り替わる。また、Ｓ偏光光路に入射した反射光のＳ偏光成分も、Ｐ偏光に変換され、第１の偏光ビームスプリッタで透過されて、受信側光路へと切り替わる。結果として、通過車両に偏光回転作用がある場合の受信光レベルの安定化を図ることができる。
【０１４３】
以上のように、実施の形態５によれば、反射光の偏光成分比に依存せずに、すべての反射光パワーを受信光路へと導くことができる。これにより、対象物である車両での反射の際に偏光変化がある場合でも、安定した反射光パワーを受信光路に導くことができる。また、Ｐ偏光、Ｓ偏光各々独立に伝送光路をもつため、偏光分離による光路損失を抑えられ、信号強度低下をさせない利点がある。
【０１４４】
実施の形態６．
本実施の形態６では、レーザ車両検出システムを複数台設置する場合の具体的な運用方法について説明する。本実施の形態６におけるレーザ車両検出システムの全体構成は、先の実施の形態１における図１の構成と同様であり、複数のレーザセンサの配置は、先の実施の形態２における図２の構成と同様である。
【０１４５】
レーザセンサを２系統設置する場合には、第１のレーザセンサ２３ａの投光時における対象物による反射光の一部が、第２のレーザセンサ２３ｂの受光部にもれこんで誤検出するクロストークの問題がある。
【０１４６】
これを回避するため、レーザセンサ２３ａ、２３ｂそれぞれに用いる変調周波数をｆ、ｆ＋Δｆ（Δｆ≠０）と異なる値に設定する。第１のレーザセンサ２３ａの投光による反射光が、第２のレーザセンサ２３ｂの受光部に漏洩した場合の受信光強度ＳR（ｔ）は、次式（１２）で表される。
【０１４７】
【数１２】
2010014706.tif 000014
【０１４８】
一方、第２のレーザセンサ２３ｂの受光部に入力する局部発振信号ＳLOC（ｔ）は、次式（１３）となる。
【０１４９】
【数１３】
2010014706.tif 000015
【０１５０】
従って、乗算信号ＳMPL（ｔ）は、次式（１４）となる。
【０１５１】
【数１４】
2010014706.tif 000016
【０１５２】
上式（１４）において、第１項はバイアスゼロ、周波数Δｆで正弦的に振動し、第２項もバイアスゼロ、周波数（ｆ＋Δｆ）で正弦的に振動する。このため、いずれの項も、時間平均による信号積分処理（ローパスフィルタ処理）によりゼロに収束する。従って、２系統のレーザセンサで異なる変調周波数に設定することで、クロストークを効果的に抑圧することができる。
【０１５３】
また、受光素子と受信光学系との間に光のバンドパスフィルタを設置する構成において、２系統のレーザセンサの光源波長を異なる値に設定し、かつバンドパスフィルタの中心波長を光源波長に一致させる。これによりクロストークを効果的に抑圧することができる。
【０１５４】
変調周波数の設定、波長の設定のいずれの運用方法においても、複数台のレーザセンサには同期信号を与えることなく、完全に非同期運用でクロストークを効果的に抑圧できる。従って、各センサを独立に交換、設置、更新することが可能となり、取り付け保守作業が簡単化する利点がある。
【０１５５】
以上のように、実施の形態６によれば、複数のレーザセンサを併用する際に、それぞれの投光部で用いられる変調周波数を互いに異なる周波数とすることにより、同期運転無しにレーザセンサ相互のクロストークの抑圧を図ることができる。この結果、システムの設置性と保守性を向上させるとともに、車両判別のための特徴量の検出精度を高めることが可能となる。
【０１５６】
実施の形態７．
本実施の形態７では、レーザ車両検出システムを複数台設置する場合の運用方法として、特に低消費電力化に着目して説明する。本実施の形態７におけるレーザ車両検出システムの全体構成は、先の実施の形態１における図１の構成と同様であり、複数のレーザセンサの配置は、先の実施の形態２における図２の構成と同様である。
【０１５７】
先の実施の形態４において、１台のレーザセンサにより、車種判別を行うために必要な特徴量として、車両の進入検出、進入速度の計測、軸数の計測、車両の全長、全幅、全幅の計測、牽引棒の検出すべてを行えることを説明した。ただし、大型車両で前端部の地上高が高い車両については、送信光のビーム広がりの制限から、車幅の計測を、本来よりも小さな値に誤計測する可能性がある。
【０１５８】
これを回避するためには、２台のレーザセンサにより車両の両側面の距離計測することは有効である。しかしながら、頻度は、低いと考えられる。また、通過車両の台数が少ない時期、時間帯においては、計測に使用しない投光パワー自体が無駄となる。
【０１５９】
このため、本実施の形態７では、２台のうちの片方のレーザセンサの投光光を停止することで低消費電力化を図る方法について説明する。なお、説明を簡略化するために、２台のレーザセンサを用いる場合の低消費電力化について説明するが、この方法は、３台以上の場合にも適用可能である。
【０１６０】
まず、１台目のレーザセンサ２３ａのみ投光し、２台目のレーザセンサ２３ｂは、送信部の電源を停止し、受光部のみを動作させる。レーザセンサ２３ｂの受光部のうち、２次元強度算出手段１０により得られた反射強度画像をモニタする。
【０１６１】
図１２は、本発明の実施の形態７におけるレーザ車両検出システムの低消費電力化を図るための説明図である。図１２（ａ）は、進入車両がない場合、図１２（ｂ）は、普通車両２１ａが進入する場合、図１２（ｃ）は、大型車両２１ｂが進入する場合であり、それぞれ、１台目のレーザセンサ２３ａのみ投光した状態と、その結果として、２台目のレーザセンサ２３ｂの受光部内の２次元強度算出手段１０により得られた反射強度画像を示している。
【０１６２】
これを見ると、（ａ）の進入車両がない場合には、レーザセンサ２３ａの投光光によって路面が照明された強度画像１２０ｃが得られる。これに対して（ｂ）（ｃ）のように、進入車両がある場合には、画面左側に車両によるコントラスト１２０ａ、１２０ｂが現れる。
【０１６３】
この場合に、図１２（ｂ）に示したように、レーザセンサ２３ａの投光光は、進入車両により遮蔽された部分１２２ａが生じる。この遮蔽部分の信号強度は、進入車両がない場合の路面の強度に比べて低くなる（図１２（ａ）参照）。従って、信号演算部１５は、２次元強度算出手段１０により算出された反射強度画像に基づいて、信号強度が変化する画素エリア１２２ａの平均強度をモニタし、所定値を下回った段階で車両の進入を検出できる。
【０１６４】
２台目のレーザセンサ２３ｂにおいて、この車両進入の検出信号に基づいて、光源部４の電源を再投入することで、通過車両の台数が少ない時期の消費電力を抑えることができる。
【０１６５】
また、図１２（ｃ）に示すように、モニタする画素エリアを１２２ｂの領域に設定することで、投光光の遮蔽領域が大きな大型車両のみを検出することができる。従って、レーザセンサ２３ｂの光源部４を、この大型車両の進入信号に基づき、電源再投入することで、車幅の計測誤差が生じる可能性の高い大型車両以外は、片方のレーザセンサ２３ａの投光部のみの運用とすることができ、消費電力を抑えることができる。
【０１６６】
本実施の形態７における光源部の制御信号となるのは、制御しようとする自機の２次元強度算出手段１０で得られる強度画像に基づいており、レーザセンサ２３ａ、２３ｂ間に制御信号を接続する必要はない。従って、設置作業と保守作業が簡単になる利点がある。
【０１６７】
以上のように、実施の形態７によれば、通常時は、２台目のレーザセンサによる投光を行わず、１台目のレーザセンサからの投光により得られる反射強度画像をモニタし、モニタ結果に応じて車両進入あるいは車種を判断し、必要に応じて投光用の光源部の電源を再投入する構成を備えている。この結果、通過車両が少ない時間帯等に、２台目の投光部の電源を停止させておくことができ、低消費電力化、高寿命化を図ることができる。
【０１６８】
実施の形態８．
本実施の形態８では、先の実施の形態１で説明した２次元光強度検出器８を、複数の１次元光強度検出器により構成する方法について説明する。本実施の形態８におけるレーザ車両検出システムの全体構成は、先の実施の形態１における図１の構成と同様である。
【０１６９】
図１３は、本発明の実施の形態８における１次元光強度検出器により結像する領域を示した図である。先の図２で説明した路面２０上のレーザ光の照射領域２５のうち、送受信光学系の光軸との交点である（ｘ、ｙ）＝（０、０）を中心として、車両進行方向（＋ｘ方向）の車両長手方向検出領域１３１、および車両幅方向検出領域１３２に対応する領域からの反射光を、各々対応する位置に設置した１次元光強度検出器８ｘ、８ｙとで検出する。
【０１７０】
車両長手方向の検出領域１３１は、図１３（ｂ）に示すように、中心部をさらに分割して１３１ａ、１３１ｂに対応する２個の１次元検出器で別々に検出する構成としてもよい。このような分割構成をとることにより、１次元検出器を同一平面上に配置できるため、結像光学系の設計が簡易になる利点がある。
【０１７１】
次に、図１３に示すような複数の１次元光強度検出器を用いた特徴量の抽出方法について説明する。なお、１次元光強度検出器により検出された光強度から、１次元の距離画像を得る方法は、先の実施の形態１で説明した２次元における方法と同じである。
【０１７２】
まず、車両の進入検出と進入速度の計測および進入方向の検出について説明する。図１４は、本発明の実施の形態８における車両長手方向検出領域１３１での反射光による計測距離データを示した図である。
【０１７３】
図１４（ａ）のように、車両の進入がない場合には、検出される距離データは、路面のみとなり、平坦なプロファイル１４０となる。次に、路面から、高さｈ０（通過車両の最低地上高以上）で、しきい値処理をした後のプロファイル１４１ａ、およびある時間経過後のしきい値処理後の距離データ１４１ｂも平坦なままであるので、両者の差分データ１４１ｃも平坦となる。
【０１７４】
一方、図１４（ｂ）のように、車両の進入があった場合、検出距離データ１４２は、車両の表面形状を示す凹凸を持つ。図１４（ａ）と同様に、ｈ０でしきい値処理を行うと、車両の前方端よりも後方で値を持ったプロファイル１４３ａとなる。時間経過後のしきい値処理後の距離データ１４３ｂは、１４３ａをｘ方向に平行移動した形となるため、両者の差分（現在のフレームから、１フレーム前のデータを減算）を取ると、得られたデータ１４３ｃは、位置Ｘ＝Ｘ１で、幅ΔＸで正値のピークを持つ。フレームレートをＴＦ［ｓ］とすると、車両の進入速度はΔＸ／ＴＦ［ｍ／ｓ］と計算できる。
【０１７５】
さらに、図１４（ｃ）のように、連続的にデータを取得した場合、車両の前進に伴い、上述した差分後の１次元プロファイル１４５ｃにおけるピーク位置Ｘ＝Ｘ２は、右側に移動する。逆に、車両が後退する場合には、このピーク位置は、左側に移動する。従って、Ｘ２とＸ１の値を比較することで、Ｘ２＞Ｘ１で車両前進、Ｘ２＜Ｘ１で車両後退を検出できる。以上より、信号演算部１３は、１次元光強度センサを用いて得られた距離データから、車両進入の有無、進入速度、進入方向を検出することができる。
【０１７６】
次に、通過車両の全長の計測方法について説明する。
図１５は、本発明の実施の形態８における車両長手方向検出領域１３１での反射光による距離計測データを示した図である。車両の進入により、距離計測データは、表面形状を示す凹凸を持つプロファイル１５１となる。先の図１４と同様に、ｈ０でしきい値処理を行うと、車両の全長を表すプロファイル１５２が得られる。
【０１７７】
また、車両全長が検出領域１３１よりも長い場合には、車両の前端エッジをある検出位置Ｘ＝ＸＰで検出してから、同じ位置に車両後端エッジが現れるまでの時間ＴＰＮをカウントし、前述した車両進入速度の計測値ΔＸ／ＴＦに乗算すればよい。
【０１７８】
ここで、車両の前端と後端の各エッジの検出は、しきい値処理後のプロファイル１５２のフレーム間減算データ１５３において、正値を先端エッジ、負値を後端エッジとすればよい。以上より、信号演算部１３は、１次元光強度センサを用いて得られた距離データから、通過車両の全長を検出することができる。
【０１７９】
次に、車幅と車高の検出方法について説明する。
図１６は、本発明の実施の形態８における車両幅方向検出領域１３２からの反射光による距離プロファイル１６２ａ、１６２ｂを示した図である。車両幅検出領域により検出できる距離情報の断面は、破線１６１を含み紙面に垂直な面となる。
【０１８０】
このプロファイル１６２ａ、１６２ｂの高さｈＭにより、車高に関する情報が計測できる。また、プロファイル１６２ａ、１６２ｂを、図１４と同様に、ｈ０でしきい値処理を行うと、車両の幅ＷＭを表すプロファイル１６３ａ、１６３ｂが表れる。これらｈＭ、ＷＭの最大値を求めることで、車両の全高、全幅を計測できる。以上より、信号演算部１３は、１次元光強度センサを用いて得られた距離データから、通過車両の全高、全幅を検出することができる。
【０１８１】
次に、軸数の検出方法について説明する。
図１７は、本発明の実施の形態８における軸数検出方法についての説明図である。先の図１６の場合と同様に、車両幅方向検出領域１３２により、破線１６１を含み紙面に垂直な面の距離情報が得られる。破線１６１により切り取られる車両表面の距離情報は、１７０ａ、１７０ｂのプロファイルとなる。
【０１８２】
次に、このプロファイル１７０ａ、１７０ｂから高さｈ０、ｈ１に相当するｙ座標を検索し、ｈ＝ｈ０に相当する抽出成分１７１ａ、１７１ｂと、ｈ＝ｈ１に相当する抽出成分１７２ａと１７２ｂとが得られる。ここで、ｈ０は進入車両の最小地上高よりも大きく、ｈ１は最小地上高よりも小さな値とする。
【０１８３】
破線断面１６１上に車軸が存在する場合には、車輪が地面と接しているため、１７２ｂのように正の値が表れる。一方、破線断面１６１上に車軸が存在しない場合には、１７２ａのようにゼロとなる。
【０１８４】
次に、１７１ａと１７１ｂとの差分、および１７２ａと１７２ｂとの差分を演算すると、それぞれ１７３ｂ、１７４ｂとなる。差分値１７３ｂは、車両前端の通過とともに正値を、車両後端通過により負値を取る。また、差分値１７４ｂは、車輪の前方方向エッジで正値、後方エッジで負値を取る。
【０１８５】
この性質を利用して、図１７（ｂ）に示すように、ｈ＝ｈ０における差分値が１７３ａの正値から１７３ｆの負値まで遷移する間の期間において、ｈ＝ｈ１における差分値が正値（あるいは負値）となる回数をカウントすることで、車軸数を計測できる。
【０１８６】
図１７（ｂ）の場合、ｈ＝ｈ１における差分値が正値となるのは、１７４ｂと１７４ｄの２回であるため、軸数は２である。以上より、信号演算部１３は、１次元光強度センサを用いて得られた距離データから、車幅、車高、車軸数を検出することができる。
【０１８７】
なお、車両幅方向検出領域１３２は、送受信光学系の光軸を含む面となるため、車両長手方向には垂直な投光・受光の光路となる。従って、車両の長手方向の遮蔽を受けないため、車幅の計測精度が向上する。
【０１８８】
また、牽引棒の有無については、次のように検出する。先の図１５の全長計測において求めた車両前端位置Ｘ＝ＸＰと後方端位置Ｘ＝ＸＮの位置関係が、０＜ＸＰ＜Ａ、かつＡ＜ＸＮ（ただし、Ａは車両長手方向検出領域１３１の半分の長さ）の条件となるとき、破線１６１を含み紙面に垂直な面は、２台の車両の間となる。
【０１８９】
このような条件において、破線１６１を含み紙面に垂直な面での距離情報を算出すると、牽引棒がある場合には、先に示した図１０（ｃ）のようなプロファイルが得られ、牽引棒がない場合には、先に示した図１０（ｄ）のようなプロファイルが得られる。従って、牽引棒を表す曲線１０９ｃの存在有無を検出することで、牽引棒検出が実現できる。以上より、信号演算部１３は、１次元光強度センサを用いて得られた距離データから、牽引棒を検出することができる。
【０１９０】
以上のように、実施の形態８によれば、２次元光強度検出器の代わりに、１次元の光強度検出器を２個あるいは３個組合せることにより、車両の進入検出、進入速度の計測、軸数の計測、車両の全長、全幅、全幅の計測、牽引棒の検出すべてを行うことができる。
【０１９１】
そして、このような計測は、先の実施の形態３で説明した２次元光強度検出器を用いた構成の場合と同様に、光路走査を行うことなく実現できる。
【０１９２】
なお、車両長手方向の検出領域１３１を広げた領域とし、長手方向の１次元光強度検出器の光電面直前でシリンドリカルレンズを用いて集光する構成としてもよい。これにより、幅の狭い通過車両（オートバイ等）の通過位置が、車幅方向へのずれに対する許容度を増加させる効果がある。
【０１９３】
また、本実施の形態８においては、ｘ方向の１次元光強度検出器の検出領域は、レーンに対して、１本だけの場合を説明した。しかしながら、レーンに平行して複数本の検出領域を設けてもよい。これにより、オートバイの車幅方向のずれ、あるいは併走の場合の検出漏れに対する許容度を増加させることができる。
【０１９４】
実施の形態９．
本実施の形態９では、先の実施の形態８で説明した複数の１次元光強度検出器のうち、車両の長手方向の検出器を取り除いて、車両幅方向の検出器のみで構成する方法について説明する。本実施の形態９におけるレーザ車両検出システムの全体構成は、先の実施の形態１における図１と同じである。
【０１９５】
また、車両の長手方向の検出器を用いるのは、車両の進入検出、進入速度の計測、および進入方向の検出のみである。これ以外の計測（車両幅、全長、全幅、全高の計測、牽引棒の検出）については、先の実施の形態８と共通であるため、説明を省略する。
【０１９６】
図１８は、本発明の実施の形態９における１次元光強度検出器により結像する領域を示した図である。先の図２で説明した路面２０上のレーザ光の照射領域２５のうち、送受信光学系の光軸との交点である（ｘ、ｙ）＝（０、０）を中心として、車両進行方向（＋ｘ方向）の車両幅方向検出領域１８２に対応する領域からの反射光を、対応する位置に設置した１次元光強度検出器８ｙで検出する。
【０１９７】
図１９は、本発明の実施の形態９における車両進入速度計測方法についての説明図であり、より具体的には、車両幅方向検出領域に対応する１次元光強度検出器８ｙで検出される距離プロファイルを示す図である。図１９において、車両は左から進入して、１６１のラインで距離検出される。従って、図１９中の車両のうち、１６１よりも右側１９２が距離検出された距離画像を示す。また、点線で示された領域１９３は、検出した距離画像のうち、前輪１９４およびその周辺を示す解析範囲を示す。
【０１９８】
本実施の形態９では、車両幅検出用の１次元検出器８ｙの後段に接続される位相差検出手段９で検出した１次元画素間の位相差データを信号処理部１２に伝送して距離算出を行う。
【０１９９】
ここで、信号処理部１２は、フレームレートＴＦ［ｓ］ごとに算出される１次元距離データをある一定期間格納する。今、格納データを、ｙ軸に１次元光強度検出器８ｙの座標をとり、ｘ軸に下式（１５）により算出した値ΔＸをとり、マッピングする。
【０２００】
【数１５】
2010014706.tif 000017
【０２０１】
ここで、Ｖは、車両の進入速度を示す。
従って、ＴＦとして固定値のフレームレートを仮定すると、Ｘ軸方向の１画素の長さΔＸは、車両の進入速度に応じて増減する。
【０２０２】
一方、Ｙ軸としては、路面２０上のレーザ光の照射領域２５のうちの検出領域１８２を、光アンテナ６を用いて縮小して結像させる。検出領域１９２の幅をＷ［ｍ］とし、１次元検出器の画素数をｍとすると、画素あたりＷ／ｍ［ｍ］として長さを校正できる。
【０２０３】
今、Ｘ軸方向の画素長を校正するため、車両側面からレーザ光を照射する際に、車輪部分に対応する距離画像が円形状の形状（図１９の符号１９４に相当）となる先見情報を用いる。
【０２０４】
すなわち、車両の進入速度が下式（１６）の想定値Ｖnominalよりも速い場合には、図１９の符号１９５に示されるような縦長の楕円となり、遅い場合には、図１９の符号１９６に示されるような横長の楕円となる。
【０２０５】
【数１６】
2010014706.tif 000018
【０２０６】
従って、抽出された車輪部分に対応する距離画像の楕円形状のうち、Ｙ軸方向長に対するＸ軸方向長の比αをとることで、車両の進入速度Ｖを、次式（１７）で算出することができる。
【０２０７】
【数１７】
2010014706.tif 000019
【０２０８】
車輪部の抽出は、例えば次のように、先の実施の形態８の途中までのプロセスを利用して行う。すなわち、図１７(ｂ)において、車両の前端の通過の際の差分値１７３ａを用いて、この差分値がゼロから正値に遷移する時間から、前側車輪の後端通過の際の差分値１７４ｃの値が正値から負値に遷移する時間までの距離画像（図１９の破線部分１９３に相当）を格納する。
【０２０９】
格納された距離画像内には、前輪１８４が含まれるため、この中から楕円パターンを抽出する。楕円パターンの抽出は、パターンマッチングの手法を用いる。
【０２１０】
抽出された楕円パターンの画素情報に基づき、楕円のＸ軸方向長およびＹ軸方向長を算出して、両者の比を算出することで、αを求めることができる。
【０２１１】
このように、本実施の形態９では、先の実施の形態８において車両速度検出に必要だった車両の長手方向の検出器が不要となる。さらに、先の実施の形態８と組み合わせると、対向する２台のセンサのみを用いて、車両の進入検出、進入速度の計測、軸数の計測、車両の全長、全幅、全高の計測、牽引棒の検出のすべてを行うことができる。
【０２１２】
以上のように、実施の形態９によれば、車両の長手方向の検出器が不要となることにより、構成が簡素になり、低コスト化、信頼性向上を図ることができる。さらに、進入車両の種類や大きさが異なる場合でも、車輪の形状は、常に円形であるため、車種依存性が無く、計測信頼性が向上する。さらに、車両前輪は、操舵する機能上、側面から車輪自体が車体フェンダー等により遮蔽されない。この結果、常に車輪の円形状が見通せることになり、計測精度が向上する。
【符号の説明】
【０２１３】
１  基準光源、２  強度変調器、３  基準信号発生器、４  光源部、５  送受信光分離部、６  光アンテナ部、７  送受信光学系、８  ２次元光強度検出器、８ｘ、８ｙ  １次元光強度検出器、９  ２次元位相差検出手段、１０  ２次元強度算出手段、１１  受光部、１２  信号演算部（第１の信号演算部）、１３  信号演算部（第２の信号演算部）、１４  信号演算部、１５  信号演算部（第３の信号演算部）、１６  信号処理部、２１  車両（対象物）、２３ａ、２３ｂ  レーザセンサ、２５  照射領域、３０  フォトダイオード、３１  トランスインピーダンス増幅器、３２キャパシタ、３３  ミキサ、３４  ローパスフィルタ、３５ａ  強度情報格納用バッファ、３５ｂ  距離情報格納用バッファ、３６ａ  強度情報格納用マルチプレクサ、３６ｂ  距離情報格納用マルチプレクサ、３７ａ  強度情報格納用ＡＤ変換器、３７ｂ  距離情報格納用ＡＤ変換器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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