(57)【要約】【課題】従来技術に比較して正確に対地速度を計測することができ、しかも構成が簡単である速度計測装置及び方法を提供する。【解決手段】移動体が所定の速度で所定の進行方向に移動するときの移動体の速度値を計測する速度計測装置及び方法であって、移動体の進行方向と実質的に平行な方向で主走査方向の撮像ラインを有し、移動体に対向して対地に固定的に載置された物体を、所定の時間間隔で副走査方向で繰り返して撮像して画像信号を出力し、移動体が移動するときに画像信号に含まれかつ物体に基づく縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算し、勾配角度が速度値に比例する関係を用いて、勾配角度を移動体の速度値に変換して出力する。【選択図】図２
2015025657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体が所定の速度で所定の進行方向に移動するときの上記移動体の速度値を計測する速度計測装置であって、
上記移動体の進行方向と実質的に平行な方向で主走査方向の撮像ラインを有し、上記移動体に対向して対地に固定的に載置された物体を、所定の時間間隔で上記主走査方向とは平行でない副走査方向で繰り返して撮像して画像信号を出力する撮像手段と、
上記撮像手段から出力される画像信号に基づいて、上記移動体が移動するときに上記画像信号に含まれかつ上記物体に基づく縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算し、上記勾配角度が上記速度値に比例する関係を用いて、上記勾配角度を上記移動体の速度値に変換して出力する速度値変換手段とを備えたことを特徴とする速度計測装置。
【請求項２】
上記副走査方向は上記主走査方向とは実質的に直交するように設定され、上記速度値変換手段は、上記主走査方向に対応する第１の方向と、上記副走査方向に対応しかつ上記第１の方向に直交する第２の方向とで計算し、上記第１の方向の濃度勾配に対する上記第２の方向の濃度勾配に基づいて勾配角度を計算することを特徴とする請求項１記載の速度計測装置。
【請求項３】
上記撮像手段から出力される画像信号から、上記物体に基づく縞形状のテクスチャに係る画像成分とは異なる所定の雑音成分を除去するようにろ波した後、上記速度値変換手段に出力するフィルタ手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の速度計測装置。
【請求項４】
上記速度値変換手段は、上記物体に基づく縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算するときに、上記画像信号に係る濃度勾配の平均値を計算し、当該濃度勾配の平均値に基づいて上記勾配角度を計算することを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の速度計測装置。
【請求項５】
上記速度値変換手段は、上記撮像手段から出力される画像信号に対して上記画像信号の解像度を変更することにより、上記速度値の計測精度を変更することを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載の速度計測装置。
【請求項６】
上記速度値変換手段は、互いに異なる解像度を有する複数の画像信号を生成し、当該複数の画像信号のうち所定の速度計測の精度を得られる画像信号を選択して、選択された画像信号に基づいて上記縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算して上記移動体の速度値に変換することを特徴とする請求項５記載の速度計測装置。
【請求項７】
移動体が所定の速度で所定の進行方向に移動するときの上記移動体の速度値を計測する速度計測方法であって、
撮像手段は、上記移動体の進行方向と実質的に平行な方向で主走査方向の撮像ラインを有し、上記撮像手段が上記移動体に対向して対地に固定的に載置された物体を、所定の時間間隔で上記主走査方向とは平行でない副走査方向で繰り返して撮像して画像信号を出力するステップと、
制御装置が、上記撮像手段から出力される画像信号に基づいて、上記移動体が移動するときに上記画像信号に含まれかつ上記物体に基づく縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算し、上記勾配角度が上記速度値に比例する関係を用いて、上記勾配角度を上記移動体の速度値に変換して出力するステップとを含むことを特徴とする速度計測方法。
【請求項８】
上記副走査方向は上記主走査方向とは実質的に直交するように設定され、上記速度値に変換して出力するステップは、上記制御装置が、上記主走査方向に対応する第１の方向と、上記副走査方向に対応しかつ上記第１の方向に直交する第２の方向とで計算し、上記第１の方向の濃度勾配に対する上記第２の方向の濃度勾配に基づいて勾配角度を計算することを含むことを特徴とする請求項７記載の速度計測方法。
【請求項９】
上記撮像手段から出力される画像信号から、上記物体に基づく縞形状のテクスチャに係る画像成分とは異なる所定の雑音成分を除去するようにろ波した後、上記制御装置に出力するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項７又は８記載の速度計測方法。
【請求項１０】
上記速度値に変換して出力するステップは、上記制御装置が、上記物体に基づく縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算するときに、上記画像信号に係る濃度勾配の平均値を計算し、当該濃度勾配の平均値に基づいて上記勾配角度を計算することを含むことを特徴とする請求項７乃至９のうちのいずれか１つに記載の速度計測方法。
【請求項１１】
上記制御装置が、上記撮像手段から出力される画像信号に対してデシメーションフィルタ処理を行って上記画像信号の解像度を変更することにより、上記速度値の計測精度を変更するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７乃至１０のうちのいずれか１つに記載の速度計測方法。
【請求項１２】
上記速度値に変換して出力するステップは、上記制御装置が、互いに異なる解像度を有する複数の画像信号を生成し、当該複数の画像信号のうち所定の速度計測の精度を得られる画像信号を選択して、選択された画像信号に基づいて上記縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算して上記移動体の速度値に変換することを含むことを特徴とする請求項１１記載の速度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両などの移動体の速度を計測する速度計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に車両などの移動体から対地速度を正確に得ることは難しく、多くは車輪の回転パルスを積算して、積算されたパルスを速度に換算して対地速度を計算している（例えば、特許文献１参照。）。例えば、特許文献１において開示された速度算出方法では、正確な速度を算出するために、車輪を回転させる車軸の回転によって生じる速度パルスから車両１の速度Ｖｎを算出することを特徴としている。具体的には、パルスカウント時間間隔ＴＺを等分した複数の速度演算時間間隔ＴＳの少なくとも１つにおいて速度パルスが発生しない場合に、速度パルスが発生しない速度演算時間間隔ＴＳの個数及び配列と、速度パルスが発生した速度演算時間間隔ＴＳにおける速度パルス数とに基づいて、所定の速度と、前回算出した速度Ｖｎ−１と、速度演算値Ｖ’ｎとの何れか１つを速度Ｖｎとし、速度演算値Ｖ’ｎは、パルスカウント時間間隔ＴＺ内に発生する速度パルス数Ｐ及びパルスカウント時間間隔ＴＺ内の最初の速度パルスから最後の速度パルスまでの時間間隔Ｔに基づいて算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２８３５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、車両の場合、空転・滑走などの現象が頻発し、正確な車両速度が得られない問題があった。ここで、複数の車軸からのパルスを利用して空転を補おうとする技術や、速度測定のためだけの自由車輪を利用するなどの方法も提案されているが、営業車両で実施するにはコストが多大になるという問題点があった。
【０００５】
これに対し、対地速度を非接触に測定する既存の技術として、レーザやマイクロ波によるドップラー速度計、空間フィルタ式速度計があるが、（１）マイクロ波の場合、法規制が国によって厳しい、（２）レーザや空間フィルタ式において、橋梁ではマクラギの間は全くの空間であり、対物距離が極端に変動するため正確な速度が算出できないという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して正確に対地速度を計測することができ、しかも構成が簡単である速度計測装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る速度計測装置は、移動体が所定の速度で所定の進行方向に移動するときの上記移動体の速度値を計測する速度計測装置であって、
上記移動体の進行方向と実質的に平行な方向で主走査方向の撮像ラインを有し、上記移動体に対向して対地に固定的に載置された物体を、所定の時間間隔で上記主走査方向とは平行でない副走査方向で繰り返して撮像して画像信号を出力する撮像手段と、
上記撮像手段から出力される画像信号に基づいて、上記移動体が移動するときに上記画像信号に含まれかつ上記物体に基づく縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算し、上記勾配角度が上記速度値に比例する関係を用いて、上記勾配角度を上記移動体の速度値に変換して出力する速度値変換手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記速度計測装置において、上記副走査方向は上記主走査方向とは実質的に直交するように設定され、上記速度値変換手段は、上記主走査方向に対応する第１の方向と、上記副走査方向に対応しかつ上記第１の方向に直交する第２の方向とで計算し、上記第１の方向の濃度勾配に対する上記第２の方向の濃度勾配に基づいて勾配角度を計算することを特徴とする。
【０００９】
また、上記速度計測装置において、上記撮像手段から出力される画像信号から、上記物体に基づく縞形状のテクスチャに係る画像成分とは異なる所定の雑音成分を除去するようにろ波した後、上記速度値変換手段に出力するフィルタ手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１０】
さらに、上記速度計測装置において、上記速度値変換手段は、上記物体に基づく縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算するときに、上記画像信号に係る濃度勾配の平均値を計算し、当該濃度勾配の平均値に基づいて上記勾配角度を計算することを特徴とする。
【００１１】
またさらに、上記速度計測装置において、上記速度値変換手段は、上記撮像手段から出力される画像信号に対して上記画像信号の解像度を変更することにより、上記速度値の計測精度を変更することを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記速度計測装置において、上記速度値変換手段は、互いに異なる解像度を有する複数の画像信号を生成し、当該複数の画像信号のうち所定の速度計測の精度を得られる画像信号を選択して、選択された画像信号に基づいて上記縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算して上記移動体の速度値に変換することを特徴とする。
【００１３】
第２の発明に係る速度計測方法は、移動体が所定の速度で所定の進行方向に移動するときの上記移動体の速度値を計測する速度計測方法であって、
撮像手段は、上記移動体の進行方向と実質的に平行な方向で主走査方向の撮像ラインを有し、上記撮像手段が上記移動体に対向して対地に固定的に載置された物体を、所定の時間間隔で上記主走査方向とは平行でない副走査方向で繰り返して撮像して画像信号を出力するステップと、
制御装置が、上記撮像手段から出力される画像信号に基づいて、上記移動体が移動するときに上記画像信号に含まれかつ上記物体に基づく縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算し、上記勾配角度が上記速度値に比例する関係を用いて、上記勾配角度を上記移動体の速度値に変換して出力するステップとを含むことを特徴とする。
【００１４】
上記速度計測方法において、上記副走査方向は上記主走査方向とは実質的に直交するように設定され、上記速度値に変換して出力するステップは、上記制御装置が、上記主走査方向に対応する第１の方向と、上記副走査方向に対応しかつ上記第１の方向に直交する第２の方向とで計算し、上記第１の方向の濃度勾配に対する上記第２の方向の濃度勾配に基づいて勾配角度を計算することを含むことを特徴とする。
【００１５】
また、上記速度計測方法において、上記撮像手段から出力される画像信号から、上記物体に基づく縞形状のテクスチャに係る画像成分とは異なる所定の雑音成分を除去するようにろ波した後、上記制御装置に出力するステップをさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
さらに、上記速度計測方法において、上記速度値に変換して出力するステップは、上記制御装置が、上記物体に基づく縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算するときに、上記画像信号に係る濃度勾配の平均値を計算し、当該濃度勾配の平均値に基づいて上記勾配角度を計算することを含むことを特徴とする。
【００１７】
またさらに、上記速度計測方法において、上記制御装置が、上記撮像手段から出力される画像信号に対してデシメーションフィルタ処理を行って上記画像信号の解像度を変更することにより、上記速度値の計測精度を変更するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
さらに、上記速度計測方法において、上記速度値に変換して出力するステップは、上記制御装置が、互いに異なる解像度を有する複数の画像信号を生成し、当該複数の画像信号のうち所定の速度計測の精度を得られる画像信号を選択して、選択された画像信号に基づいて上記縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算して上記移動体の速度値に変換することを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
従って、本発明に係る速度計測装置及び方法によれば、従来技術に比較して正確に対地速度を計測することができ、しかも構成が簡単である速度計測装置及び方法を提供することができる。従って、本発明に係る速度計測装置及び方法により、発明が解決しようとする課題の欄で説明した「（１）マイクロ波の場合、法規制が国によって厳しい、（２）レーザや空間フィルタ式において、橋梁ではマクラギの間は全くの空間であり、対物距離が極端に変動するため正確な速度が算出できないという問題点」を解決することができる。例えば車両の対地速度を測定することで、車両検査システムにおいて自己の位置をより正確に測定することができ、検査確度が大幅に向上する。また、車両の走行状態において、従来の速度計と合わせて、空転・滑走状態を正確に検知して測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る速度計測装置の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の画像処理装置３の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の速度計測装置による取り込み画像の一例を示す図であって、（ａ）は鉄道車両の床下に図１の速度計測装置を装備したときに、１対のレール２１ａ，２１ｂ上の複数の枕木２２を撮像するラインセンサカメラ１の視野Ａ１を示す平面図であり、（ｂ）は図１のラインセンサカメラ１により取り込まれた画像の一例を示す平面図である。
【図４Ａ】図２の勾配角度計算回路１４で用いるＳＯＢＥＬオペレータｆｘの一例を示す図である。
【図４Ｂ】図２の勾配角度計算回路１４で用いるＳＯＢＥＬオペレータｆｙの一例を示す図である。
【図５】図２の勾配角度計算回路１４の変形例であって、画像上の出発点及び角度を変えつつライン上の濃度を積分して白と黒の差が一番大きい方向を縞の角度として検出する方法を示す画像の図である。
【図６】図１の画像処理装置３の変形例であって、速度を変化して得られる各事例において解像度を変化して得られた、高速用解像度の画像、中速用解像度の画像及び低速用解像度の画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態に係る速度計測装置の外観を示す斜視図であり、図２は図１の画像処理装置の構成を示すブロック図である。また、図３は図１の速度計測装置による取り込み画像の一例を示す図であって、図３（ａ）は鉄道車両の床下に図１の速度計測装置を装備したときに、１対のレール２１ａ，２１ｂ上の複数の枕木２２を撮像するラインセンサカメラ１の視野Ａ１を示す平面図であり、図３（ｂ）は図１のラインセンサカメラ１により取り込まれた画像の一例を示す平面図である。
【００２３】
図１において、本実施形態に係る速度計測装置は、例えば鉄道車両である移動体の床下に装備され、図３に示すように、複数のセンサ素子が並置していわゆる「リニアアレイセンサ」として構成され１対のレール２１ａ，２１ｂ上の複数の枕木２２を撮像するラインセンサカメラ１と、撮像対象が暗いときに照明するレーザラインプロジェクタ２と、ラインセンサカメラ１により撮像された画像データに基づいて鉄道車両の速度値を計算して速度出力信号５を速度表示器４に出力する画像処理装置３とを備えて構成される。ラインセンサカメラ１の主走査方向（複数のセンタ素子の並置方向をいう。）の撮像ラインを移動体の移動方向と実質的に平行に配置し、一定サイクルで（所定の時間間隔で）画像信号のデジタルデータを繰り返し取得する。ここで、１サンプリング当たりの各センタ素子からの出力信号を主走査方向に対応するＸ方向で並べてサンプリングデータとし、当該サンプリングデータを順次主走査方向とは実質的に直交する副走査方向に対応する−Ｙ方向（図３の時間方向）に並べて画像を得る。移動体が対地に対して相対移動がある場合、図３（ｂ）に示すように、例えば枕木２２の画像パターンは速度に比例して斜めに傾いた縞形状のテクスチャ（模様）を含む画像のパターンになる。
【００２４】
なお、本実施形態では、主走査方向と副走査方向とは実質的に直交する方向であるが、本発明はこれに限らず、主走査方向とは少なくとも平行ではない方向であれば、上記縞形状の画像を得ることができる。また、上記サイクルと図３のＹ方向のデータ間隔とを対応させれば、必ずしも一定のサイクルでサンプリングを行う必要はない。例えば、時間間隔０．１秒のときＹ方向のデータ間隔を１ピクセルとし、時間間隔０．２秒のときＹ方向のデータ間隔を２ピクセルとするように異なるサイクルを用いても、正しく上記縞形状の画像を得ることができる。
【００２５】
図１において、Ａ１はラインセンサカメラ１の視野領域を示し、Ａ２はレーザラインプロジェクタ２のレーザ光の照明領域を示す。なお、レーザラインプロジェクタ２については、撮像対象が明るいときは、装備しなくてもよいし、もしくはその電源をオフとしてもよい。また、ラインセンサカメラ１の視野領域Ａ１がライン形状なので、レーザラインプロジェクタ２としてレーザスリット投光器などの照明装置を利用してコンパクトに構成できる。
【００２６】
図２は図１の画像処理装置３の構成を示すブロック図である。図２において、画像処理装置３は、バッファメモリ１１ｍを有する画像取込回路１１と、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１２と、微分フィルタ１３と、勾配角度計算回路１４と、速度値変換回路１５とを備えて構成される。なお、画像処理装置３の各構成要素１１〜１５をまとめてデジタル・シグナル・プロセッサなどのデジタル制御装置などで構成してもよい。
【００２７】
図２において、画像取込回路１１は、ラインセンサカメラ１からの画像信号を、所定の内部クロックを用いて例えば３０ｋＨｚなどの所定のサンプリング周波数でサンプリングすることにより画像デジタルデータにＡＤ変換してフレーム毎にバッファメモリ１１ｍに取り込み、一時的に格納した後、フレーム毎に、低域通過フィルタ１２に出力する。次いで、低域通過フィルタ１２は入力される信号からノイズを抑制するためのノイズカットフィルタの一例であり、ノイズの抑制後の信号を微分フィルタ１３に出力する。ここで、低域通過フィルタ１２は、少なくとも、上記物体に基づく縞形状のテクスチャに係る画像成分とは異なる所定の雑音成分を除去する。さらに、微分フィルタ１３は、例えば、図３に示すように車両進行方向に平行なＸ方向のＳＯＢＥＬオペレータｆｘと、時間方向に対応するＹ方向のＳＯＢＥＬオペレータｆｙを用いて、詳細後述する微分フィルタ処理を実行することにより入力される画像の各画素でピークとなる濃度勾配をＸ方向とＹ方向とで局所的に計算して勾配角度計算回路１４に出力する。勾配角度計算回路１４は、入力される各画素のＸ方向とＹ方向の濃度勾配を全画素で加算することにより全画素での濃度勾配の平均値を計算し、当該平均値から画像全体の勾配角度を次式を用いて計算して速度値変換回路１５に出力する。
【００２８】
【数１】
2015025657.tif 000003
【００２９】
次いで、速度値変換回路１５は、当該装置における勾配角度θに対応する移動体の速度との関係（移動体の速度が速くなれば、勾配角度が大きくなる比例関係）を予め求めておきその変換係数（比例定数）（又は変換テーブルでもよい）を速度値変換回路１５内の内部メモリに格納しておき、当該関係を用いて入力される勾配角度θに対応する速度値を計算して、当該計算された速度値を示す速度出力信号を速度表示器４に出力する。
【００３０】
図４Ａは図２の勾配角度計算回路１４で用いるＳＯＢＥＬオペレータｆｘの一例を示す図であり、図４Ｂは図２の勾配角度計算回路１４で用いるＳＯＢＥＬオペレータｆｙの一例を示す図である。ここで、ＳＯＢＥＬオペレータはエッジ抽出のための演算子であり、局所積和演算でグラジエントの強度（微分値）を求める方法であって、例えば、図４Ａのｆｘと図４Ｂのｆｙに対して、
【数２】
2015025657.tif 000004
で強度を計算することができる。また、
【数３】
2015025657.tif 000005
でエッジの方向を計算することができる。そして、本実施形態では、勾配角度θを上記式（１）を用いて計算することができる。
【００３１】
以上の実施形態においては、微分フィルタ１３及び勾配角度計算回路１４において、全微分処理（ＳＯＢＥＬオペレータｆｘの処理後の画像データと、時間方向に対応するＹ方向のＳＯＢＥＬオペレータｆｙの処理後の画像データとを加算して合成する処理）後の画像データについて、勾配角度θを変化させながら濃度投影し、得られた濃度分布の分散を評価することで、分散値が最も大きくなる角度を選ぶことでも速度値に変換できる。
【００３２】
以上の実施形態においては、勾配角度計算回路１４においてＳＯＢＥＬオペレータｆｘ，ｆｙを用いて濃度勾配を求めているが、本発明はこれに限らず、図５に示すように、画像上の出発点及び角度を変えつつライン上の濃度を積分して白と黒の差が一番大きい方向を縞の角度として検出してもよい。当該方向の処理は、ＳＯＢＥＬオペレータｆｘ，ｆｙの処理前もしくは処理後に行ってもよいし、各ＳＯＢＥＬオペレータｆｘ，ｆｙの片方のみの処理後に使用してもよい。
【００３３】
図２の実施形態においては、デシメーション処理をしない場合であって、ノイズカットフィルタの一例である低域通過フィルタ１２及び微分フィルタ１３を用いて構成しているが、本発明はこれに限らず、以下に示すように、デシメーションフィルタを用いて複数回デシメーション処理を実行してもよい。例えば１０００×１０００の画像データを、例えば１０００×２５０の画像データ、もしくは２５０×１０００の画像データに解像度変換する。このときエイリアシングを避けるために必要な低域通過フィルタ１２を作用させた後に再サンプリング（間引き）する。ここで用いる低域通過フィルタ１２は、デシメーション処理をしないときのフィルタとは異なり、エイリアシングノイズなどのノイズを除去し帯域制限するために、入力される画像デジタルデータの周波数成分のうち、サンプリング周波数の１／２の周波数以下の周波数成分のみを低域通過ろ波して出力する。これにより、検出レンジを広げ、結果を統合することで高い精度を得ることが可能である。すなわち、速度値は勾配角度θに比例するので、所定の第１の速度値範囲で画像データの解像度を所定の第１の解像度とし、上記第１の速度値範囲とは異なる所定の第２の速度値範囲で画像データの解像度を上記第１の解像度よりも高くすることで、上記第２の速度値範囲での速度値計測の精度を上記第１の速度値範囲での速度値計測の精度を高くすることができる。言い換えれば、画像データの解像度を変更することで、移動体の速度値の計測精度を変更することができる。
【００３４】
上記の方法では、解像度を変えるためにデシメーション処理を行っているが、本発明はこれに限らず、サンプリング速度を変えて、もしくは他の種々の方法で解像度を変化してもよい。
【００３５】
図６は、図１の画像処理装置３の変形例であって、速度を変化して得られる各事例において解像度を変化して得られた、高速用解像度の画像、中速用解像度の画像及び低速用解像度の画像を示す図である。図６（ａ）は最低速時の事例１の各画像Ｖ１１〜Ｖ１３を示し、最低速時には、画像Ｖ１２及びＶ１３を用いて速度計測を行うことで所定の計測精度を得ることができる。また、図６（ｂ）は図６（ａ）よりも速い中速時の事例２の各画像Ｖ２１〜Ｖ２３を示し、中速に近づいても画像Ｖ２２，Ｖ２３を選択して速度計測しても「傾斜急すぎる」という問題は起こらず、計測するうえで都合がよいいずれか画像Ｖ２２，Ｖ２３を選択して速度計測を行うことができる。さらに、図６（ｃ）は図６（ｂ）よりも速い高速時の事例３の各画像Ｖ３１〜Ｖ３３を示し、縞形状のパターンの傾斜が所定のしきい値を越えれば、例えば画像Ｖ３１，Ｖ３２を選択して速度計測することで所定の計測精度を得ることができる。またさらに、図６（ｄ）は図６（ｃ）よりも速い最高速時の事例４の各画像Ｖ４１〜Ｖ４３を示し、画像Ｖ４１，Ｖ４２を選択すれば、常に所定のしきい値以上の角度を使用することで所定の計測精度を得ることができる。従って、画像処理装置３において、互いに異なる解像度を有する複数の画像信号を生成し、当該複数の画像信号のうち所定の速度計測の精度（もしくは、所定のしきい値以上の速度計測の精度）を得られる画像信号を選択して、選択された画像信号に基づいて上記縞形状のテクスチャを含む画像の濃度勾配を計算して上記移動体の速度値に変換するように構成してもよい。
【００３６】
以上の実施形態においては、図３に示すように、枕木２２の画像に基づいて鉄道車両の対地速度を計算している。枕木２２が例えば６０ｃｍ間隔で配置されているときは、好ましくは、少なくとも２本程度の枕木２２が撮像可能なようにラインセンサカメラ１の撮像ライン長を選択することが好ましい。ここで、本発明はこれに限らず、枕木２２に関わらず、転てつ機など、移動体の床下にある物体の画像に基づいて移動体の対地速度を計算してもよい。すなわち、移動体は鉄道車両に限定されず、車両などの移動体であってもよく、移動体の例えば床下又は側面などに対向して対地に固定的に載置された物体に基づいて縞形状のテクスチャを得ることができ、その勾配角度θに基づいて速度値を得ることができる。
【００３７】
以上の実施形態においては、照明された画像をラインセンサカメラ１により取り込んでいるが、本発明はこれに限らず、所定の波長を有する光を用いて照明して、ラインセンサカメラ１により撮像された撮像信号を当該波長のみを通過させる帯域通過フィルタを用いてろ波してその画像処理を行ってもよい。これにより、他の光波長による雑音を除去でき、正確な対地速度を計算できる。
【００３８】
以上の実施形態において、低域通過フィルタ１２を用いているが、画像取込回路１１からの画像デジタルデータに含まれる雑音成分が比較的小さいときは、低域通過フィルタ１２を挿入しなくてもよい。
【００３９】
以上の実施形態においては、ラインセンサカメラ１を用いているが、本発明はこれに限らず、複数の検出素子が一列に並置されて構成されたいわゆるリニアアレイセンサであればよく、例えば、安価なエリアセンサの中央部走査線の一部（１ライン〜数ライン）を部分取り込み（パーシャルスキャン）することにより、低コストに実現してもよい。
【００４０】
以上説明したように、本発明に係る実施形態によれば、ラインセンサカメラ１の撮像ラインを移動体の移動方向と実質的に平行に配置し、一定サイクルで画像を取得する。相対移動がある場合、画像パターンは速度に比例して斜めに傾いたパターンになるため、この傾きを速度に換算することで、移動体の速度値を従来技術に比較して高精度でかつ簡単な構成で計測することができる。本実施形態では、（１）電波を利用せず、法規制の影響を受けない、また、（２）例えばラインセンサカメラ１のレンズの選定で視野を広く取れ、対物距離が枕木２２の周期で変動する橋梁でも測定が可能であり、上述の従来技術の課題を解決している。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上詳述したように、従って、本発明に係る速度計測装置及び方法によれば、従来技術に比較して正確に対地速度を計測することができ、しかも構成が簡単である速度計測装置及び方法を提供することができる。例えば車両の対地速度を測定することで、車両検査システムにおいて自己の位置をより正確に測定することができ、検査確度が大幅に向上する。また、車両の走行状態において、従来の速度計と合わせて、空転・滑走状態を正確に検知して測定できる。
【符号の説明】
【００４２】
１…ラインセンサカメラ、
２…レーザラインプロジェクタ、
３…画像処理装置、
４…速度表示器、
５…速度出力信号、
１１…画像取込回路、
１１ｍ…バッファメモリ、
１２…低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、
１３…微分フィルタ、
１４…勾配角度計算回路、
１５…速度値変換回路、
２１ａ，２１ｂ…レール、
２２…枕木、
Ａ１…ラインセンサカメラの視野領域、
Ａ２…レーザによる照明領域、
Ｖ１１〜Ｖ４３…画像。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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