(57)【要約】【課題】信号機の視認性に影響を与えない点灯パターンの画像処理に基づき、信号機を見落とすことなく確実に判別することが可能となり、車両の走行に関する多様な支援を実現することができる信号機判別装置を提供する。【解決手段】信号機１１は、表示面における少なくとも一部の領域が点灯し、該点灯領域が所定規則の点灯パターンで目視不能な高速度で変化し、目視では表示面が一律に点灯しているように点灯制御され、撮影手段２１は、信号機１１の点灯時における前記所定規則で変化する点灯パターンを識別可能な解像度のフレーム間隔で所定範囲中の信号機１１を撮影可能であり、処理手段２２は、撮影手段２１から逐次入力した画像に基づき、予め複数用意されている点灯パターンのうち、何れの点灯パターンに該当するかを判別する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
路線を走行する車両にて、前記路線に沿って区間毎に設置されている信号機の表示内容の目視による確認を支援するための信号機判別装置において、
前記車両に搭載され、車両の前方の所定範囲を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段が撮影した画像の画像処理を行う処理手段と、を有し、
前記信号機は、その表示面における少なくとも一部の領域が点灯し、該点灯領域が所定規則の点灯パターンで目視不能な高速度で変化し、目視では表示面が一律に点灯しているように点灯制御され、
前記撮影手段は、前記信号機の点灯時における前記所定規則で変化する点灯パターンを識別可能な解像度のフレーム間隔で所定範囲中の信号機を撮影可能であり、
前記処理手段は、前記撮影手段から逐次入力した画像に基づき、予め複数用意されている前記点灯パターンのうち、何れの点灯パターンに該当するかを判別可能であることを特徴とする信号機判別装置。
【請求項２】
前記信号機の点灯パターンは、その種類ないし数を任意に変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の信号機判別装置。
【請求項３】
前記信号機は、複数の灯色の何れかで選択的に点灯可能であり、
前記処理手段は、前記信号機の点灯パターンに加えて、何れの灯色に該当するかも判別可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の信号機判別装置。
【請求項４】
前記処理手段は、
前記撮影手段から入力した画像の中から、事前に登録されている前記信号機の灯色に基づき信号機を検出し、
前記検出された信号機を各画像毎に追跡して、該信号機の点灯パターンを特定すると共に、該特定した点灯パターンを事前に登録されている点灯パターンと比較して同一性を判定することを特徴とする請求項３に記載の信号機判別装置。
【請求項５】
前記信号機の複数の点灯パターンには、それぞれ車両走行に関して伝達すべき各種情報が対応付けられており、
前記処理手段は、判別した前記点灯パターンに対応した情報を出力し、車両内にて表示ないし音声により報知することを特徴とする請求項１，２，３または４に記載の信号機判別装置。
【請求項６】
前記車両の走行を制御する制御手段を別に有し、
前記制御手段は、前記処理手段からの判定結果に応じて、車両の走行に影響を及ぼす対信号制御を実行することを特徴とする請求項１，２，３，４または５に記載の信号機判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路線を走行する車両にて、前記路線に沿って区間毎に設置されている信号機の表示内容の目視による確認を支援するための信号機判別装置に関する。ここで、路線とは鉄道用線路や自動車用道路等が該当し、車両とは鉄道車両や自動車等が該当するが、本発明は特に鉄道車両用の信号機の判別に適している。
【背景技術】
【０００２】
従来より、路線を走行する車両、特に公共の大量輸送に関わる鉄道車両における交通安全の確保は重要な課題である。この鉄道車両の交通安全を確保するために、線路に沿って区間毎に鉄道用信号機が設置されており、鉄道用信号機の確認は運転手の目視確認に依存しているが、より確実な信号機の確認を実現するために、最近では、信号機の表示内容の見落としを防止するためのシステムの開発が進められている。
【０００３】
このようなシステムとしては、一般的に画像処理による信号検出システムが知られている。かかる信号検出システムは、鉄道車両に搭載したビデオカメラにより走行中の前方の風景を撮影し、撮影した画像の画像処理によって画像中の鉄道用信号機の灯色を判定するものである。ここで灯色の判定は、主に信号機の色や配置を手掛かりとして行われ、判定結果は運転手による目視確認の補助として用いられることになる。
【０００４】
具体的な画像処理による信号検出システムとしては、例えば特許文献１には、点滅しながら点灯しているＬＥＤ信号機に対して、点灯状態の撮影画像が得られる確率を大きくして、点灯しているＬＥＤ信号機を消灯状態と誤って撮影しにくくできる車載カメラに関する技術が開示されている。なお、ＬＥＤ信号機は、消費電力を低減するために直流電圧のオン／オフを繰り返して点灯させており、点灯時に実際には高速で点滅している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６５５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した従来の信号検出システムでは、鉄道車両に搭載されたビデオカメラにより、線路に沿って設置されている鉄道用信号機を撮影するが、ビデオカメラでは信号機だけでなく、周囲の似た色の照明等も撮影することがあり、信号機の色や配置を手掛かりとした判定だけでは、認識すべき信号機であるのか否かを判断することが困難な場合があるという問題があった。
【０００７】
また、近年普及しているＬＥＤ信号機は高速で点滅していることが一般的であるので、前記ビデオカメラの撮影タイミングによっては、本来はＬＥＤ信号機が点灯しているにも関わらず、滅灯している状態として撮影される場合もあり得る。そのため、信号機の灯色を正確に判断することが困難な場合があるという問題があった。
【０００８】
このようなＬＥＤの点滅に起因する問題点は、前述した特許文献１に記載の技術で解決し得るが、特許文献１に記載の技術では、点灯状態の撮影画像が得られたとしても、前述したように、信号機の周囲の似た色の照明等も撮影することがあり、信号機の色や配置を手掛かりとした判定だけでは、認識すべき信号機なのか否かを判断することが困難な場合があるという問題があった。
【０００９】
本発明は、以上のような従来技術の有する問題点に着目してなされたものであり、信号機の視認性に影響を与えない点灯パターンの画像処理に基づき、信号機を見落とすことなく確実に判別することが可能となり、また、点灯パターンに各種情報を対応付けることにより、車両の走行に関する多様な支援を実現することができる信号機判別装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、以下の各項の発明に存する。
［１］路線を走行する車両（２０）にて、前記路線に沿って区間毎に設置されている信号機（１１）の表示内容の目視による確認を支援するための信号機判別装置（１０）において、
前記車両（２０）に搭載され、車両（２０）の前方の所定範囲を撮影する撮影手段（２１）と、
前記撮影手段（２１）が撮影した画像の画像処理を行う処理手段（２２）と、を有し、
前記信号機（１１）は、その表示面における少なくとも一部の領域が点灯し、該点灯領域が所定規則の点灯パターンで目視不能な高速度で変化し、目視では表示面が一律に点灯しているように点灯制御され、
前記撮影手段（２１）は、前記信号機（１１）の点灯時における前記所定規則で変化する点灯パターンを識別可能な解像度のフレーム間隔で所定範囲中の信号機（１１）を撮影可能であり、
前記処理手段（２２）は、前記撮影手段（２１）から逐次入力した画像に基づき、予め複数用意されている前記点灯パターンのうち、何れの点灯パターンに該当するかを判別可能であることを特徴とする信号機判別装置（１０）。
【００１１】
［２］前記信号機（１１）の点灯パターンは、その種類ないし数を任意に変更可能であることを特徴とする［１］に記載の信号機判別装置（１０）。
【００１２】
［３］前記信号機（１１）は、複数の灯色の何れかで選択的に点灯可能であり、
前記処理手段（２２）は、前記信号機（１１）の点灯パターンに加えて、何れの灯色に該当するかも判別可能であることを特徴とする［１］または［２］に記載の信号機判別装置（１０）。
【００１３】
［４］前記処理手段（２２）は、
前記撮影手段（２１）から入力した画像の中から、事前に登録されている前記信号機（１１）の灯色に基づき信号機（１１）を検出し、
前記検出された信号機（１１）を各画像毎に追跡して、該信号機（１１）の点灯パターンを特定すると共に、該特定した点灯パターンを事前に登録されている点灯パターンと比較して同一性を判定することを特徴とする［３］に記載の信号機判別装置（１０）。
【００１４】
［５］前記信号機（１１）の複数の点灯パターンには、それぞれ車両走行に関して伝達すべき各種情報が対応付けられており、
前記処理手段（２２）は、判別した前記点灯パターンに対応した情報を出力し、車両（２０）内にて表示ないし音声により報知することを特徴とする［１］，［２］，［３］または［４］に記載の信号機判別装置（１０）。
【００１５】
［６］前記車両（２０）の走行を制御する制御手段を別に有し、
前記制御手段は、前記処理手段（２２）からの判定結果に応じて、車両（２０）の走行に影響を及ぼす対信号制御を実行することを特徴とする［１］，［２］，［３］，［４］または［５］に記載の信号機判別装置（１０）。
【００１６】
次に、前述した解決手段に基づく作用を説明する。
前記［１］に記載の信号機判別装置（１０）によれば、路線に沿って区間毎に設置されている信号機（１１）は、その表示面における少なくとも一部の領域が点灯し、該点灯領域が所定規則の点灯パターンで目視不能な高速度で変化し、目視では表示面が一律に点灯しているように点灯制御される。
【００１７】
前記信号機（１１）の表示形態によれば、点灯時に表示面のうち一部の領域のみを点灯させることにより、点灯時に表示面の全ての領域を点灯させるよりも、省電力で運用することができる。また、点灯時に表示面の一部の領域は点灯し続けるため、どのような撮影タイミングであっても、必ず点灯している部位を撮影することができ、点灯時に全て消灯した状態の画像が撮影される虞はない。
【００１８】
このような信号機（１１）は、例えば既存の一般的なＬＥＤ信号機（１１）をそのまま利用して、個々のＬＥＤの点灯ないし消灯を制御する駆動回路（のプログラム）を変更するだけで実現することが可能である。よって、ＬＥＤ信号機（１１）自体の基板等の構成を特別な仕様に変更する必要はない。このように、新たに設置する機器は少なく、コストを抑えることができる。
【００１９】
また、信号機（１１）の点灯時における点灯領域は、目視不能な高速度で変化して、目視では表示面が一律に点灯しているように点灯制御されるため、信号機（１１）の表示内容の見た目は従来と変わりがなく同様となる。ただし、実際の点灯パターンは所定規則に従うものであるため、この点灯パターンを利用した画像処理が可能となる。なお、前記点灯領域の「変化」とは、点灯領域の大きさの変化や位置の変化（移動）を含むものであり、何れの変化も所定規則に従うものとなる。
【００２０】
一方、車両（２０）に搭載されている撮影手段（２１）は、車両（２０）の前方の所定範囲を撮影するが、特に撮影手段（２１）は、前記信号機（１１）の点灯時における所定規則で変化する点灯パターンを識別可能な解像度のフレーム間隔で所定範囲中の信号機（１１）を撮影可能である。これにより、様々な点灯パターンを互いに区別して識別するような画像処理が可能となる。すなわち、処理手段（２２）は、前記撮影手段（２１）から逐次入力した画像に基づき、予め複数用意されている点灯パターンのうち、何れの点灯パターンに該当するかを判別する。
【００２１】
このように、信号機（１１）の色や配置に基づくばかりでなく、点灯パターンに基づく画像処理によれば、信号機（１１）を見落とすことなく確実に判別することが可能となる。また、点灯パターンに各種情報を対応付けることにより、走行に関する多様な支援を実現することが可能となる。なお、処理手段（２２）は、撮影手段（２１）と同様に車両（２０）に搭載しても良いが、車両（２０）外部においてインターネット等の通信回線を介して互いに通信可能に接続された外部サーバに設置しても良い。
【００２２】
前記点灯パターンのバリエーションとしては、例えば、パターンの遷移、固定パターンの回転、スクロール表示等の様々な形態が考えられる。ここで前記［２］に記載したように、点灯パターンの種類ないし数を任意に変更可能とすれば、よりいっそう多様な支援を行うことができる。
【００２３】
前記［３］に記載の信号機判別装置（１０）によれば、前記信号機（１１）は、複数の灯色の何れかで選択的に点灯可能であり、前記処理手段（２２）は、前記信号機（１１）の点灯パターンに加えて、何れの灯色に該当するかも判別可能である。これにより、同じ点灯パターンでも灯色を変えるだけでバリエーションが広がり、このような点灯パターンと灯色の組み合わせにより、走行の支援に関する情報量も増やすことができる。
【００２４】
前記処理手段（２２）によるアルゴリズムとしては、例えば前記［４］に記載したように、先ず、撮影手段（２１）から入力した画像の中から、事前に登録されている前記信号機（１１）の灯色に基づき信号機（１１）を検出する。次に、前記検出された信号機（１１）を各画像毎に追跡して、該信号機（１１）の点灯パターンを特定すると共に、該特定した点灯パターンを事前に登録されている点灯パターンと比較して同一性を判定する。このような簡易な画像処理により、信号機（１１）を確実に判別することができる。
【００２５】
そして、前記［５］に記載したように、前記信号機（１１）の複数の点灯パターンには、それぞれ車両走行に関して伝達すべき各種情報が対応付けられている。ここで各種情報のバリエーションとしては、例えば、乗務員への情報提示、鉄道車両（２０）の自動制御、乗客への案内等の様々な情報が考えられる。
【００２６】
前記処理手段（２２）は、判別した前記点灯パターンに対応した情報を出力し、車両（２０）内にて表示ないし音声により報知する。これにより、画像処理に基づき判別した信号機（１１）の表示の内容も確実に知らしめることができる。具体的には例えば、停止信号の理由として、混雑が原因なのか、あるいは事故が原因なのか等、様々な情報を確実に伝えることができる。
【００２７】
さらに、前記［６］に記載した信号機判別装置（１０）によれば、車両（２０）の走行を制御する制御手段を別に有し、この制御手段は、前記処理手段（２２）からの判定結果に応じて、車両（２０）の走行に影響を及ぼす対信号制御を実行する。例えば、停止信号に応じて、外部の制御手段によって実際に車両（２０）の走行を停止させたり、徐行信号に応じて、車両（２０）を徐行させたりする速度制限を実行するようなこと等が考えられる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る信号機判別装置によれば、信号機の視認性に影響を与えない点灯パターンの画像処理に基づき、信号機を見落とすことなく確実に判別することが可能となり、また、点灯パターンに各種情報を対応付けることにより、走行に関する多様な支援を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る信号機判別装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る信号機判別装置の画像処理で用いる画像の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る信号機判別装置の信号機において点灯領域が遷移する点灯パターンの一例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る信号機判別装置の信号機において点灯領域が回転する点灯パターンの一例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る信号機判別装置の信号機において点灯領域がスクロールする点灯パターンの一例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る信号機判別装置の画像処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面に基づき本発明を代表する実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る信号機判別装置１０は、路線を走行する車両にて、前記路線に沿って区間毎に設置されている信号機１１の表示内容の目視による確認を支援するための装置である。以下、鉄道用の信号機１１を列車（車両）２０に搭載されたカメラで撮影して画像処理を行い、信号機１１の表示内容を判別して列車２０の運行を支援する場合を例に説明する。
【００３１】
図１は、本実施の形態に係る信号機判別装置１０の構成例を示すブロック図である。本信号機判別装置１０は、判別対象である信号機１１の他、列車２０に搭載され、列車２０の前方の所定範囲を撮影する撮影手段２１と、この撮影手段２１が撮影した画像の画像処理を行う処理手段２２と、を有している。また、列車２０には、各種情報を表示するための表示装置２３等が設けられている。
【００３２】
信号機１１は、線路脇に沿って区間毎に設置され、前方の状況を運転手に伝えるものである。本実施の形態に係る信号機１１は、図１中において上から順に青色灯部１１ａ、黄色灯部１１ｂ、赤色灯部１１ｃを並設した３色灯信号機に適用している。各灯部１１ａ〜１１ｃの点灯状態が列車２０の運転手により目視確認され、点灯状態に従って運転される。なお、各灯部１１ａ〜１１ｃの点灯時の指示内容は、通常の信号灯と同様に、青点灯は路線の最高速度で進行を意図し、黄点灯は次の区間の信号機が赤であることの警告を意図し、赤点灯は停止すべきことを意図する。
【００３３】
各灯部１１ａ〜１１ｃは、それぞれ対応する灯色に発光する数多のＬＥＤランプを円形のプリント基板上に密に配置してなる。各灯部１１ａ〜１１ｃにおけるＬＥＤランプの発光は全点灯ないし全消灯のみならず、個々のＬＥＤランプ毎に個別に点灯ないし消灯に制御可能である。本実施の形態では、特に赤色灯部１１ｃに関して、所定規則の点灯パターンで点灯制御するように設定されている。ここで点灯パターンとは、表示面における少なくとも一部の領域が点灯し、該点灯領域が所定規則で目視不能な高速度で変化し、目視では表示面が一律に点灯しているように点灯制御されるものである。
【００３４】
詳しく言えば、所定規則の点灯パターンは、例えば図３〜図５に示すような表示形態がある。図３に示す点灯パターンは、点灯領域が遷移するものである。具体的には、図３（ａ）に示す例は、同心円状のリング（点灯領域）が表示面の外周から中心に向かって順次縮小しつつ移動する、また、図３（ｂ）に示す例は、表示面を横切る縦線（点灯領域）が表示面の左右一端から他端に向かって順次移動する。このような点灯領域の形状、面積、ないし移動方向は、任意に定め得る設計事項である。
【００３５】
図４に示す例は、表示面の中心を横切る太線（点灯領域）が回転する。ここで太線の具体的な幅や回転方向は、任意に定め得る設計事項である。
図５に示す例は、表示面に表示される文字ないし図形（点灯領域）が一定方向へスクロールする。ここで文字ないし図形の具体的な形状やスクロール方向は、任意に定め得る設計事項である。
【００３６】
このように点灯パターンには様々なバリエーションが考えられるが、何れも表示面における少なくとも一部の領域が点灯し、この点灯領域が所定規則で目視不能な高速度で変化し、目視では表示面が一律に点灯して見えるように点灯制御される。点灯領域の形状ないし面積に関しては、次述する撮影手段２１の解像度や肉眼による視認性を考慮して具体的に定めると良い。
【００３７】
また、何れの点灯パターンも、既存の一般的なＬＥＤ信号機をそのまま利用して、個々のＬＥＤの点灯ないし消灯を制御する駆動回路のプログラムを変更するだけで実現することが可能である。このような点灯パターンの表示制御は、任意の図形を表示できるマルチ情報板の点灯制御に近いといえる。なお、信号機１１の発光する灯色と点灯パターンの変化等の表示制御に関しては、外部にある別のシステムを構成する信号表示制御手段（前記駆動回路を含む）からの指令に基づいて管理される。
【００３８】
撮影手段２１は、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳセンサ等を搭載した一般的なビデオカメラの他、赤外線ビデオカメラ等を主とする構成である。何れの種類のカメラを用いるにせよ、前述の点灯パターンが十分確認できる解像度を持ったものを採用する。撮影手段２１は、列車２０の運転席の前方の所定範囲を撮影可能な位置に搭載される。このように撮影手段２１は、ある程度画素数の大きなカメラを採用して、前記信号機１１の設置位置に関しても、撮影手段２１による撮影幅が狭くなるように工夫すると良い。
【００３９】
具体的には例えば、撮影手段２１として、９００万画素（３０００（Ｈ）×３０００（Ｖ））のビデオカメラを採用して、幅１０ｍを撮影した場合には、１画素あたり３．３ｍｍの解像度となり、信号機１１の点灯している形状を判別するには十分であるといえる。なお、高解像度のビデオカメラを採用した場合、画像のフレームレートが遅くなるという課題がある。フレームレートが問題になる場合には、ビデオカメラを複数組み合わせる手法をとることが考えられる。
【００４０】
撮影手段２１で撮影された画像（映像）は、処理手段２２に逐次入力されて記憶され画像処理される。撮影手段２１を構成するビデオカメラは、例えば、１秒間に３０フレームを撮影するものが一般的であるが、１秒間のフレーム数を任意に変更可能な可変フレームレートのものを用いても良い。ここでのフレーム間隔は、前述の点灯パターンの経時的な変化を識別可能な程度に設定する。なお、ビデオカメラによる撮影は、例えば信号機１１が視野範囲に入る時点等、所定のタイミングで開始するように制御すると良い。
【００４１】
処理手段２２は、前記撮影手段２１から逐次入力した画像に基づき、予め複数用意されている点灯パターンのうち、何れの点灯パターンに該当するかを判別する機能を備えている。かかる処理手段２２は、各種制御の中枢的機能を果たすＣＰＵ（中央処理装置）と、ＣＰＵの実行するプログラムや各種の固定的データを記憶するＲＯＭと、プログラムを実行する上で一時的に必要になるデータを記憶するためのＲＡＭ、その他、インターフェース等を主要部とするマイクロコンピュータから成る。また、処理手段２２は、前記撮影手段２１から逐次入力した画像等を蓄積する記憶部（図示せず）も備えている。
【００４２】
処理手段２２における画像処理では、撮影手段２１が撮影した画像のうち実際に画像処理を行う領域は、前記信号機１１が写り込んでいる範囲に限定し、画像処理の対象となる画素数を減らすように処理すると良い。例えば、図２に示す画像のうち左側の薄墨色の網かけ部分Ｐに信号機１１が写り込むため、当該部分Ｐのみを画像処理の対象とする。また、画像処理において、信号機１１の灯色を抽出する前処理を行う。すなわち、カラーで撮影された画像を、Ｈ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）の表色系に変換し、信号機１１の灯色に該当する色相のみ抽出することで、点灯している何れかの灯部１１ａ〜１１ｃと、信号機１１以外の近くにある発光物に絞り込むことができる。
【００４３】
前記記憶部には、予め複数用意されている点灯パターンがテンプレートとして登録されている。前記撮影手段２１のカメラとレンズの組み合わせから、撮影される信号機１１の大きさが推定できるので、テンプレートのサイズを距離別に複数用意する。そして、初期認識範囲ではテンプレートマッチングを実施し、認識後は車速に応じた移動予測距離からテンプレートサイズを変更して追跡したマッチングを実施する。追跡により点灯パターンを特定して認識し、何れの点灯パターンに該当するか判別するように設定されている。
【００４４】
また、前記各点灯パターンには、それぞれ車両走行に関して伝達すべき各種情報が対応付けられており、各点灯パターンのテンプレートは、それぞれ対応する各種情報と対応付けられて前記記憶部に記憶されている。従って、処理手段２２により点灯パターンが判別された場合には、その点灯パターンに対応する各種情報も同時に判別されるように設定されている。そして、処理手段２２は、判別した点灯パターンに対応した情報を出力し、車両内にて表示ないし音声により報知するように設定されている。
【００４５】
ここで各種情報としては、例えば、運転手等の乗務員への情報提示に関する情報、列車２０の運行に関する情報、列車２０の乗客への案内に関する情報等がある。さらに詳しくは、乗務員への情報提示に関する情報とは、信号機１１の赤色灯部１１ｃが点灯する場合において、赤色灯部１１ｃの目視による確認とは別に赤点灯である旨と、赤点灯である理由（緊急事態や事故の発生等）等が該当する。かかる情報を判別した場合には、運転室内に設けられた後述の表示装置２３での表示により視覚的に報知したり、あるいは、運転室内や客室内に設けられたスピーカーからの音声により報知される。
【００４６】
列車２０の運行に関する情報とは、走行の自動制御に関する情報であり、速度抑制（減速指示等）、警笛（前方工事等）、パッシング（前方工事等）等が該当する。このような情報の報知も、前記乗務員への情報提示に関する情報の場合と同様に、運転室内に設けられた後述の表示装置２３での表示により視覚的に報知したり、あるいは、運転室内に設けられたスピーカーからの音声により報知すると良い。
【００４７】
乗客への案内に関する情報とは、前述の列車２０の運行に関する情報に関連するものとして、緊急情報（緊急停止など）、案内情報（工事のため揺れます）等の案内が該当する。このような情報の報知は、報知対象が客室内の乗客であるため、運転室内とは別に設けられた客室内の表示装置（図示せず）での表示により視覚的に報知したり、あるいは、客室内に設けられたスピーカーからの音声により報知すると良い。
【００４８】
表示装置２３は、例えばＬＣＤ（液晶表示器）から構成され、各種情報を表示するための表示画面を備えている。表示装置２３（の表示画面）には、処理手段２２による表示制御により、各種情報を表示することができる。この表示装置２３は、乗務員への情報提示を目的とするものであり運転室に設置されているが、前述したように、客室内には乗客への情報提示を目的とする同様の表示装置が設置されている。なお、表示装置２３は、ＬＣＤ（液晶表示器）以外でも、各種画像を表示可能なものであれば良く、他に例えば、ＣＲＴ（陰極線管）表示器、有機ＥＬディスプレイ表示器等を採用して構成しても良い。
【００４９】
また、図１中では図示省略したが、その他に列車２０の走行を制御する制御手段を別に有している。この制御手段は、前記処理手段２２からの判定結果に応じて、列車２０の走行に影響を及ぼす対信号制御を実行するものである。なお、制御手段は、必ずしも列車２０の内部に搭載する必要はなく、外部において列車２０の運行を統括的に制御するシステムの一部として構成しても良い。また、前述の信号表示制御手段を含む１つのシステムとして構築しても良い。これらのシステムは周知であるので詳細な説明は省略する。
【００５０】
次に、本実施の形態に係る信号機判別装置１０の作用について説明する。
図６は、処理手段２２の処理内容を示すフローチャートである。本ルーチンが開始されると（ステップＳ１００）、撮影手段２１から画像（映像）を逐次取得する（ステップＳ１０１）。ここで取得した画像の中から、事前に登録してある信号機１１の灯色を基に信号機１１が写っている領域を検出してから、前述のテンプレートマッチングを実施して、前記画像の中から点灯パターンに含まれる登録形状（点灯領域の形状）の種類と位置を抽出する（ステップＳ１０２）。
【００５１】
そして、前記ステップＳ１０２で抽出された登録形状の数だけ、次述するステップＳ１０４乃至Ｓ１０８の処理が繰り返されたか否か判定する（ステップＳ１０３）。ここで、未だ繰り返されていなければ（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、当該登録形状について、記憶部に記憶されている過去の履歴と比較する（ステップＳ１０４）。すなわち、過去の履歴に今回抽出した登録形状を含む点灯パターンが存在するか否か判定する（ステップＳ１０５）。
【００５２】
前記ステップＳ１０５の判定において、同じ登録形状を含む点灯パターンの履歴が存在する場合には（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、履歴を更新する（ステップＳ１０６）。一方、同じ登録形状を含む点灯パターンの履歴が存在しなかった場合には（ステップＳ１０５でＮｏ）、履歴に今回の登録形状を新規に登録する（ステップＳ１０７）。なお、履歴が一定の保存数まで到達したら古い履歴から順に削除する。
【００５３】
次いで、今回抽出した登録形状を含む点灯パターンが何れの点灯パターンに該当するのかを判別する（ステップＳ１０８）。その後、前記ステップＳ１０３に戻り、今回抽出された登録形状の数だけ、前述したステップＳ１０４乃至Ｓ１０８の処理が繰り返されることになる。これにより、点灯パターンの判別に関する確実性が高められることになる。そして、今回抽出された登録形状の数だけ、前述したステップＳ１０４乃至Ｓ１０８の処理が繰り返された場合には（ステップＳ１０３でＮｏ）、次のステップＳ１０９に進む。
【００５４】
ステップＳ１０９では、前述した履歴の数だけ、次述するステップＳ１１０乃至Ｓ１１３の処理が繰り返されたか否か判定する。そして、未だ繰り返されていなければ（ステップＳ１０９でＹｅｓ）、前述したステップＳ１０３乃至Ｓ１０８の処理で更新されなかった履歴であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、更新のない履歴であれば（ステップＳ１１０でＹｅｓ）、この更新のない履歴を削除して（ステップＳ１１１）、ステップＳ１１２に進む。一方、更新のあった履歴であれば（ステップＳ１１０でＮｏ）、ステップＳ１１２にジャンプする。なお、ステップＳ１１１で更新のない履歴を削除する場合には、一定時間の猶予を設けても良い。
【００５５】
続いて、ステップＳ１１２では、検出結果の出力条件に合致するか否かを判定する。ここでの出力条件は、例えば履歴数や検出時間等に関して適宜定めることができる。この検出結果の出力条件に合致した場合には（ステップＳ１１２でＹｅｓ）、判別した点灯パターンの検出結果を出力する（ステップＳ１１３）。ここでの出力は、灯色や点灯パターンに加えて、点灯パターンに対応した情報に関するものであり、車両内にて表示ないし音声により報知される。
【００５６】
その後、前記ステップＳ１０９に戻り、前述した履歴の数だけ、ステップＳ１１０乃至Ｓ１１３の処理が繰り返されることになる。これにより、点灯パターンの判別に関する出力内容の信頼度が高められることになる。そして、前述した履歴の数だけ、ステップＳ１１０乃至Ｓ１１３の処理が繰り返された場合には（ステップＳ１０９でＮｏ）、本ルーチンの処理を終了する（ステップＳ１１４）。このように本ルーチンが終了すると、ステップＳ１００に戻って処理は繰り返される。
【００５７】
以上に説明した本実施の形態に係る信号機判別装置１０によれば、点灯の制御された信号機１１と画像処理を組み合わせることにより、従来の信号機を撮影するだけでは実現できなかった新たな運転支援のシステムを構築することができる。特に信号機１１の点灯制御に関しては、図案化された点灯パターンを高速で切り替え点灯することにより、人間の目では従来通り見える一方、撮影手段２１では点灯パターンを撮影できるため、確実に信号機を判別することが可能となる。
【００５８】
すなわち、信号機１１は、前述した図３〜図５に示すように、表示面における少なくとも一部の領域が点灯し、該点灯領域が所定規則の点灯パターンで目視不能な高速度で変化し、目視では表示面が一律に点灯しているように点灯制御される。このように、点灯時に表示面のうち一部の領域のみを点灯させることにより、点灯時に表示面の全ての領域を点灯させるよりも、省電力で運用することができる。
【００５９】
また、点灯時に表示面の一部の領域は点灯し続けるため、どのような撮影タイミングであっても、必ず点灯している部位を撮影することができ、点灯時に全て消灯した状態の画像が撮影される虞はない。これにより、従来の信号機にて表示面全体が高速点滅する表示形態の場合のように、点灯状態であるにも関わらず、消灯した状態であると誤解が生じる虞はない。
【００６０】
信号機１１は、既存の一般的なＬＥＤ信号機１１をそのまま利用して、個々のＬＥＤの点灯ないし消灯を制御する外部の制御手段にある駆動回路（のプログラム）を変更するだけで実現することができる。よって、ＬＥＤ信号機１１自体の基板等の構成を特別な仕様に変更する必要はない。このように、新たに設置する機器は少なく、コストを抑えることができる。また、前述した点灯パターンによる点灯制御によれば、図形パターンによる認識が可能となるため、画像処理の手順が簡単になり、処理能力が低く安価なハードウェアでも実現することができる。
【００６１】
一方、列車２０に搭載されている撮影手段２１は、列車２０の前方の所定範囲を撮影するが、特に撮影手段２１は、前記信号機１１の点灯時における所定規則で変化する点灯パターンを識別可能な解像度のフレーム間隔で所定範囲中の信号機１１を撮影可能である。これにより、様々な点灯パターンを互いに区別して識別するような画像処理が可能となる。すなわち、処理手段２２は、前記撮影手段２１から逐次入力した画像に基づき、予め複数用意されている点灯パターンのうち、何れの点灯パターンに該当するかを判別する。
【００６２】
このように、信号機１１の色や配置に基づくばかりでなく、点灯パターンに基づく画像処理によれば、信号機１１を見落とすことなく確実に判別することが可能となる。また、点灯パターンに各種情報を対応付けることにより、走行に関する多様な支援を実現することが可能となる。なお、処理手段２２は、撮影手段２１と同様に列車２０に搭載しても良いが、列車２０外部においてインターネット等の通信回線を介して互いに通信可能に接続された外部サーバに設置しても良い。
【００６３】
前記点灯パターンのバリエーションに関しては、その種類ないし数を任意に変更可能とすれば、よりいっそう多様な支援を行うことができる。例えば、処理手段２２の記憶部に複数のバリエーションを予め登録しておき、列車２０の運行状況に応じて適宜変更できるように設定すれば良い。また、同じ点灯パターンでも灯色を変えるだけでバリエーションが広がり、点灯パターンと灯色の組み合わせにより、走行の支援に関する情報量も増やすことができ、運転支援の情報が多くなる。
【００６４】
また、前記点灯パターンには、それぞれ列車２０の走行に関して伝達すべき各種情報が対応付けられている。ここで各種情報のバリエーションとしては、前述したように、乗務員への情報提示、鉄道列車２０の自動制御、乗客への案内等の様々な情報が考えられる。処理手段２２は、判別した点灯パターンに対応した情報を出力し、列車２０内にて表示ないし音声により報知する。これにより、画像処理に基づき判別した信号機１１の表示の内容も確実に知らしめることができる。具体的には例えば、停止信号の理由として、混雑が原因なのか、あるいは事故が原因なのか等、深刻度を表現することができる。
【００６５】
さらに、本信号機判別装置１０によれば、列車２０の走行を制御する制御手段を別に有しており、この制御手段は、前記処理手段２２からの判定結果に応じて、列車２０の走行に影響を及ぼす対信号制御を実行する。例えば、停止信号に応じて、外部の制御手段によって実際に列車２０の走行を停止させたり、徐行信号に応じて、列車２０を徐行させたりする速度制限を実行するようなこと等が考えられる。これにより、走行に関する多様な支援を実現することができる。
【００６６】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、信号機１１の種類は図１に示した３色灯信号機に限るものではなく、他に２色灯信号機や矢印信号機等、発光する表示形態のものであれば適用することができる。もちろん、鉄道用に限定されるものでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、鉄道用線路や自動車用道路に沿って区間毎に設置される信号機の表示内容の目視による確認を支援するための信号機判別装置に広く利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…信号機判別装置
１１…信号機
２０…列車
２１…撮影手段
２２…処理手段
２３…表示装置
【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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