(57)【要約】【課題】計測誤差を低減させることができる計測方法を提供する。【解決手段】本発明に係る計測装置１は、トンネル内に等間隔に設置されたランプＲ１〜Ｒ４を撮影した撮影画像に基づいて、撮影画像を撮影したカメラの撮影条件に関するパラメータを算出する算出するステップと、カメラ１０のパラメータを用い、車両（計測対象物）３を撮影した撮影画像に基づいて車両３に関する物理量を計測する計測ステップと、を有する。これにより、撮影条件に関するパラメータはランプＲ１〜Ｒ４の撮影画像に基づいて常時更新され、カメラ１０の画角ずれが生じても自動補正できる。【選択図】  図４
2004326606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内に等間隔に設置されたランプを撮影した撮影画像に基づいて、前記撮影画像を撮影した撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出手段と、
前記撮影手段の前記パラメータを用い、計測対象物を撮影した撮影画像に基づいて前記計測対象物に関する物理量を計測する計測手段と、
を備えた計測装置。
【請求項２】
前記算出手段は、少なくとも前記撮影手段の撮影位置及び撮影姿勢に関するパラメータを算出することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記算出手段は、撮影光学系の焦点距離に関するパラメータを算出することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記計測手段は、前記計測対象物に関する移動速度を計測することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の計測装置。
【請求項５】
前記計測対象物が道路を走行する車両であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の計測装置。
【請求項６】
所定の撮影手段を用いてトンネル内に等間隔に設置されたランプを撮影する撮影工程と、
前記ランプを撮影した撮影画像に基づいて前記撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出工程と、
前記撮影工程で算出した前記パラメータを用い、計測対象物を撮影した撮影画像に基づいて前記計測対象物に関する物理量を計測する計測工程と、
を備えた計測方法。
【請求項７】
計測領域を撮影する撮影手段と、
所定の撮影手段を用いてトンネル内に等間隔に設置されたランプを前記撮影手段により撮影した撮影画像に基づいて、前記撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出手段と、
前記撮影手段の前記パラメータを用い、計測対象物を撮影した撮影画像に基づいて前記計測対象物に関する物理量を計測する計測手段と、
を備えた計測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の撮影画像を用いてその物体の位置、速度などを計測する計測装置、計測方法及び計測システムに関し、より詳細には、道路を走行する車両の位置、速度などの計測に適した計測装置、計測方法及び計測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路を走行する車両の交通量、車両速度などを計測する装置として、道路の監視用カメラを用い、その撮影画像を画像処理することにより計測を行う計測装置が知られている。この計測装置は、二次元平面である撮影画像上の車両の移動距離に基づいて、三次元空間である道路上における車両の位置、移動距離などを求め、車両の速度などを計測するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−４２７６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような計測装置はしばしばトンネル内で用いられるが、トンネル内では車両の煤煙などによりカメラの前面ガラスが汚れるため、定期的にカメラの汚れを清掃する作業が必要である。この際、カメラの角度が変わると次のような不都合を生じる場合があった。すなわち、計測装置にて正確に計測を行うためには、カメラの焦点距離、設置高さ及び設置角度などの撮影条件に関するパラメータを正確に与える必要があるが、カメラ清掃の際にカメラの設置高さ、設置角度にズレを生じ、これにより、計測結果に誤差が生ずることとなる。
【０００５】
例えば、図８に示すように、カメラＡが道路Ｂから高さ７ｍの位置に配され、カメラの撮影画像における中心撮影位置が前方４０ｍの地点Ｃになるように設置される場合、道路Ｂの路面とカメラＡの撮影方向とのなす角αは、ｔａｎα＝７／４０から、１１．０３度となる。
【０００６】
ここで、カメラＡの設置角度が０．５度上向きにズレており、道路Ｂの路面とカメラＡの撮影方向とのなす角βが１０．５３度であるとすると、カメラＡの中心撮影位置には、ｔａｎ１０．５３゜＝７／ｘを満たすｘ、すなわち前方４１．９ｍの地点Ｄがされることとなる。このため、カメラＡの設置角度が０．５度ずれるだけで、距離の誤差が１．９ｍとなる。また、同様の設置条件において、道路Ｂ上で前方７０ｍの位置では、５．９ｍの誤差が生ずることとなる。このように、カメラＡの僅かな設置ズレにより、計測誤差が大きく生ずることが分かる。
【０００７】
この計測誤差の対策として、計測結果を補正することが考えられるが、実際に計測された車両位置、速度などのデータと正しい値を用いて補正値を決定する必要があり、その労力は多大なものとなる。また、カメラＡが外力を受けて設置角度などが変動してしまうと、その都度補正値を修正する必要があり、メンテナンスも煩雑である。従って、この種の計測装置においては、計測誤差を根本的に低減することが望ましい。
【０００８】
そこで本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであって、計測誤差の低減が図れる計測装置、計測方法及び計測システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係る計測装置は、トンネル内に等間隔に設置されたランプを撮影した撮影画像に基づいて、撮影画像を撮影した撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出手段と、撮影手段のパラメータを用い、計測対象物を撮影した撮影画像に基づいて計測対象物に関する物理量を計測する計測手段と、を備えて構成されている。
【００１０】
また本発明に係る計測装置は、前述の算出手段が少なくとも撮影手段の撮影位置及び撮影姿勢に関するパラメータを算出することを特徴とする。
【００１１】
また本発明に係る計測装置は、前述の算出手段が撮影光学系の焦点距離に関するパラメータを算出することを特徴とする。
【００１２】
また本発明に係る計測装置は、前述の計測手段が計測対象物に関する移動速度を計測することを特徴とする。
【００１３】
また本発明に係る計測装置は、計測対象物が道路を走行する車両であることを特徴とする。
【００１４】
また本発明に係る計測方法は、所定の撮影手段を用いてトンネル内に等間隔に設置されたランプを撮影する撮影工程と、ランプを撮影した撮影画像に基づいて撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出工程と、撮影工程で算出したパラメータを用い、計測対象物を撮影した撮影画像に基づいて計測対象物に関する物理量を計測する計測工程と、を備えて構成されている。
【００１５】
また本発明に係る計測システムは、計測領域を撮影する撮影手段と、所定の撮影手段を用いてトンネル内に等間隔に設置されたランプを撮影手段により撮影した撮影画像に基づいて、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出手段と、撮影手段のパラメータを用い、計測対象物を撮影した撮影画像に基づいて計測対象物に関する物理量を計測する計測手段と、を備えて構成されている。
【００１６】
これらの発明によれば、トンネル内に等間隔に設置されたランプを撮影した撮影画像に基づいて撮影手段の撮影位置、撮影姿勢などの撮影条件に関するパラメータを算出し、そのパラメータを用いて計測対象物の位置、速度などの物理量を計測することにより、撮影手段の撮影条件のパラメータが正確に算出され、計測対象物の速度、位置などの物理量における計測誤差が低減する。従って、計測精度の向上が図れる。トンネルの天井などに設置されるランプは、直線上に等間隔に配置されているため、これらの条件を用いることにより、実際にランプの位置関係を計測しなくても、撮影条件のパラメータを算出することができる。これにより、本発明によれば、カメラ設置の際に基準物を設置したり、基準物間の位置関係を計測したりする必要がなく便利である。
【００１７】
また、固定していた撮影手段の位置、向きなどがズレた場合でも、基準物を撮影し撮影条件のパラメータを再度算出することにより、正確な計測が行える。このため、装置のメンテナンスが容易である。
【００１８】
また、撮影手段を固定し基準物を常時撮影しておけば、撮影手段の位置、向きなどがズレた場合でも、撮影条件に関するパラメータを自動修正することができ、計測精度が確実に確保できる。
【００１９】
また、基準物の撮影を行えば、撮影手段として、旋回可能な監視カメラ、ズーミング可能なカメラ、携帯用のハンディカメラなどを用いた場合でも、正確な計測が可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。尚、各図において同一要素には同一符号を付して説明を省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致していない。
【００２１】
実施形態に係る計測装置、計測方法及び計測システムについて説明する。
【００２２】
図１に本実施形態に係る計測システム、計測装置の説明図を示す。図１に示すように、本実施形態に係る計測システム１は、道路交通の監視に用いられる交通監視システムに適用したものであり、計測対象物は道路２を走行する車両３である。計測システム１には、道路２を走行する車両３を撮影するカメラ１０を備えている。カメラ１０は、計測対象物である車両３を撮影する撮影手段であり、例えば道路２の上方に固定され、道路２を走行する車両３を前方又は後方の斜め上方から撮影する。本実施形態においては、計測システムはトンネル内に設けられるが、図２に示すように、カメラ１０はトンネルの天井に設置することとしてもよい。また、カメラ１０は、動画として撮影可能な撮像カメラが用いられるが、静止画として撮影するものであってもよい。
【００２３】
計測システム１には、計測装置２０が設けられている。計測装置２０は、カメラ１０と接続され、カメラ１０の撮影映像を入力し、その撮影映像における撮影画像を用いてカメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出し、そのパラメータを用い車両３を撮影した撮影画像に基づいて車両３に関する物理量を計測する。すなわち、計測装置２０は、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出する算出手段及び車両３に関する物理量を計測する計測手段として機能するものである。
【００２４】
ここで、カメラ１０の「撮影条件に関するパラメータ」とは、カメラ１０の撮影位置、撮影姿勢（撮影角度）及びカメラ１０における撮影光学系の焦点距離を意味する。なお、カメラ１０の撮影光学系の焦点距離が一定のものなどについては、焦点距離を既知であるものとしてパラメータとして算出しない場合もある。
【００２５】
また、車両３に関する「物理量」とは、車両３の位置、速度、加速度などが該当する。計測装置２０は、道路交通監視の必要に応じて、適宜必要な物理量を計測する。
【００２６】
計測装置２０は、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇｕｅ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ）変換部２１、ビデオメモリ２２、画像処理部２３を備えて構成されている。Ａ／Ｄ変換部２１は、入力された映像信号をアナログ信号からデジタル信号にＡ／Ｄ変換するものであり、例えば、ビデオＡ−Ｄコンバータなどが用いられる。なお、カメラ１０がデジタル信号を出力するものである場合には、このＡ／Ｄ変換部２１の設置を省略する場合もある。
【００２７】
ビデオメモリ２２は、デジタル変換された映像信号を画像データとして記憶するものである。画像データは、ｘ軸、ｙ軸の座標点ごとに濃淡値を持つ画素の集合であり、その画素の濃淡は例えば８ビットの２５６階調とされる。
【００２８】
画像処理部２３は、ビデオメモリ２２に記憶された画像データを画像処理し、撮影条件に関するパラメータを算出し、車両３の速度などを検出するものである。つまり、この画像処理部２３が撮影条件に関するパラメータを算出する算出手段、計測対象物に関する物理量を計測する計測手段としての機能を有している。
【００２９】
計測装置２０は、例えば道路２の近傍に設置される。計測装置２０の計測結果は、撮影映像などを共に、交通管制センタなどに設置される中央制御装置３０に出力される。
【００３０】
次に、本実施形態に係る計測方法、並びに計測システム１及び計測装置２０の動作について説明する。
【００３１】
図３は、実施形態に係る計測システム１によって車両３を監視する動作を示すフローチャートである。図３に示されるように、まず、カメラ１０によって撮影されたトンネル内の映像を計測装置２０に入力し（Ｓ１０）、入力された映像をＡ／Ｄ変換部２１によってデジタルデータに変換し（Ｓ１０）、ビデオメモリ２２に記憶する。次に、画像処理部２３は、変換されたデータから車両３を抽出する（Ｓ１２）。
【００３２】
続いて、計測システム１は、抽出された車両３の追跡を行う（Ｓ１４）。具体的には、所定時間経過後のトンネル内の映像を入力し、入力された映像から車両３を抽出することによって、所定時間経過後の車両を追跡する。次に、計測システム１は、カメラの姿勢に関する画角パラメータを用いて、抽出された車両３の２次元データを３次元空間内での座標系に変換する（Ｓ１６）。なお、２次元データの３次元空間への座標変換は、画角パラメータが決まった時点で一括して算出し、テーブル化しておけば、変換にかかる処理時間を短縮できる。これにより、所定時間に３次元空間内で車両３が移動した距離を求めることができる。この情報に基づいて、計測システム１は車両３の速度を算出し、停止、低速などの異常走行をしていないか判定する（Ｓ１８）。
【００３３】
次に、上記したフローチャートのステップＳ１６において、２次元データを３次元の座標データに変換する際に用いる画角パラメータについて説明する。画角パラメータはカメラの姿勢に応じて変化するが、本実施形態においては、正しく３次元座標を求めることができるように、画角パラメータはカメラの姿勢を反映した適切な値に常時更新される。図４は、画角パラメータの更新動作を示すフローチャートである。
【００３４】
図４に示されるように、最初にカメラ１０を設置する際に、カメラ１０の画角パラメータの初期値を入力する（Ｓ２０）。次に、カメラ１０によってトンネル内を撮影し、撮影した映像からランプのカメラ座標を読み取る。そして、計測システム１は、初期設定された画角パラメータを用いて、ランプのカメラ座標を実際の３次元空間における３次元座標位置に変換し、ランプの物理位置を算出する（Ｓ２２）。このステップにおいて３次元座標を求める方法については、後に具体的に説明する。なお、ここまでのフローは、カメラ１０の設置時における動作であり、画角ズレを補正するための準備段階である。
【００３５】
次に、カメラ１０によってランプを撮影し、その映像を入力する（Ｓ２４）。そして、入力された映像に基づいて、撮影した映像においてランプの位置がずれているかどうか、すなわちカメラ１０の画角ずれが生じているかどうか検知する（Ｓ２６）。ランプの位置がずれていると検知された場合には、カメラ１０の設置時に求めたランプの物理位置の３次元座標と、ズレを検知した映像におけるランプのカメラ座標とに基づいて、カメラ１０の画角パラメータを再計算する（Ｓ２８）。このステップにおいて画角パラメータを再計算する方法については、後に具体的に説明する。ランプの位置ずれが検知されない場合には画角パラメータを更新しない。このようなフローによって、トンネル内のランプに基づいて、常に画角パラメータを更新することにより、カメラ１０のメンテナンス等により画角がずれた場合でも適切な画角パラメータを用いて正確に車両３の速度や位置を検知することができる。
【００３６】
（ランプの物理位置算出方法）
以下、ステップＳ２２において、ランプの物理位置の３次元座標を求める方法について述べる。最初に、理解を容易にするために、カメラ１０によって撮影された２次元のカメラ座標系と実際の３次元空間における３次元座標とを変換する座標変換について説明する。
【００３７】
図５は、座標変換式を説明するための説明図である。図５において、地上の点Ｐと、投影中心Ｏと、カメラ１０の結像面ｐとは一直線上に並び、これを「共線条件」という。カメラ座標系をＺ軸の正方向に対して左回りにκの角度だけ回転し、次にＹ軸のまわりにψの角度だけ回転し、さらにＸ軸のまわりにωの角度だけ回転したとき、地上の対象物Ｐの３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、傾いたカメラ結像面におけるカメラ座標系（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）は次の式（１）で求まる。
【００３８】
【数１】
2004326606.tif 000003
ここで、投影中心Ｏの３次元座標は（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）である。
【００３９】
投影中心Ｏ、カメラ１０の結像面Ｐ及び地上の点Ｐとが一直線上にあるという共線条件は次の式（２）（３）（４）によって求められる。
【００４０】
【数２】
2004326606.tif 000004
【数３】
2004326606.tif 000005
【数４】
2004326606.tif 000006
なお、ａ１１、ａ１２、ａ１３、ａ２１、ａ２２、ａ２３、ａ３１、ａ３２、ａ３３は、ω、ψ又はκを用いて表される値であり、ａ１１＝ｃｏｓψｓｉｎκ、ａ１２＝−ｃｏｓψｓｉｎκ、ａ１３＝ｓｉｎψ、ａ２１＝ｃｏｓωｓｉｎκ＋ｓｉｎωｓｉｎψｃｏｓκ、ａ２２＝ｃｏｓωｃｏｓκ−ｓｉｎωｓｉｎψｓｉｎκ、ａ２３＝−ｓｉｎωｃｏｓψ、ａ３１＝ｓｉｎωｓｉｎκ−ｃｏｓωｓｉｎψｃｏｓκ、ａ３２＝ｓｉｎωｃｏｓκ＋ｃｏｓωｓｉｎψｓｉｎκ、ａ３３＝ｃｏｓωｃｏｓψで表される。
【００４１】
共線条件式は、カメラ座標（ｘ，ｙ）と標高Ｚを与えて、次の式（５）（６）のように地上座標（Ｘ，Ｙ）を求める式に書き直すことができる。
【００４２】
【数５】
2004326606.tif 000007
【数６】
2004326606.tif 000008
次に、トンネル内のランプの物理的位置を算出する手法について説明する。カメラ１０の設置時にカメラ１０の姿勢を示す画角パラメータを初期設定するが、ここでは、最初に設定される既知のパラメータは、焦点距離ｆ、カメラ１０の３次元座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）、Ｘ軸回りの回転角ω、Ｙ軸回りの回転角ψ、Ｚ軸回りの回転角κであるとする。
【００４３】
図６は、カメラ１０の設置時にトンネル内のランプＲ１〜Ｒ４を撮影した映像を示す図である。ここでは４個のランプＲ１〜Ｒ４を撮影した例を示すが、撮影するランプの数は４個に限られず、例えば５個以上であってもよい。トンネル内のランプＲ１〜Ｒ４は、一の直線上に所定の間隔ｌｗで配置されている。図６において連続する４個のランプＲ１〜Ｒ４のうち、カメラ１０に近いランプＲ１を基準ランプとしてその３次元座標を（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）とすると、ｉ番目のランプＲｉの３次元座標は（Ｘｂ，Ｙｂ＋ｉ×ｌｗ，Ｚｂ）と表すことができる。一方、撮影された映像（図６参照）におけるカメラ座標系でｉ番目のランプ位置を（ｘｉ，ｙｉ）とする。以上より、基準ランプの３次元座標（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）及びランプ間隔ｌｗを求める。
【００４４】
Ｘ０＝０，Ｙ０＝０，Ｚ０＝ｈとして、式（２）（３）で示した共線条件式を、求める４つのパラメータの関数とみなすと、式（７）（８）となる。
【００４５】
【数７】
2004326606.tif 000009
【数８】
2004326606.tif 000010
以下、最小二乗法を用いて４つのパラメータの値を決定する。４つのパラメータの近似値をＸｂ０，Ｙｂ０，Ｚｂ０，ｌｗ０とし、その補正値をΔＸｂ，ΔＹｂ，ΔＺｂ，Δｌｗとすると、未知数を式（９）で表すことができる。
【００４６】
【数９】
2004326606.tif 000011
式（７）（８）を近似値のまわりでテーラー展開し、１次微分項で打ち切ると、式（１０）（１１）となる。
【００４７】
【数１０】
2004326606.tif 000012
【数１１】
2004326606.tif 000013
ここで、最小二乗法を利用して未知数（補正項）ΔＸｂ，ΔＹｂ，ΔＺｂ，Δｌｗの最適値を求めることにより、ランプの物理位置を求める。
【００４８】
連続する４ランプに対応するカメラ座標（ｘｉ，ｙｉ）が求められたとき、式（１０）（１１）に最小二乗法を適用し、ΔＸｂ〜ΔＺｂ，Δｌｗについて、偏微分して行列式に整理すると式（１２）のようになる。
【００４９】
【数１２】
2004326606.tif 000014
ここで、各偏微分係数項を式（１３）に示す。
【００５０】
【数１３】
2004326606.tif 000015
この４元１次連立方程式を解けば、補正項ΔＸｂ，ΔＹｂ，ΔＺｂ，Δｌｗが求まる。
【００５１】
収束計算は以下のｉ）〜ｖｉ）の要領で行う。
【００５２】
ｉ）初期近似値Ｘｂ０，Ｙｂ０，Ｚｂ０，ｌｗ０に対して概算値を設定する。
ｉｉ）上記ｉ）で設定した近似値と、それぞれのランプのカメラ座標を用いて式（１３）の関数値、及び式（１２）の係数項を求める
ｉｉｉ）式（１２）を解いて補正項ΔＸｂ，ΔＹｂ，ΔＺｂ，Δｌｗを求める。
ｉｖ）上記ｉｉｉ）で求めた補正値を式（９）に代入して近似値を補正する。
ｖ）上記ｉｉ）〜ｉｖ）を繰り返す。
ｖｉ）式（１４）を満足したときに収束したと判定する。
【００５３】
【数１４】
2004326606.tif 000016
【００５４】
（画角パラメータの再計算方法）
次に、ステップＳ２６においてランプの位置ずれを検知した際にカメラ１０の姿勢に関する画角パラメータを再計算する方法について説明する。
【００５５】
図６に示すように、トンネル内に等間隔に設置されたランプＲ１〜Ｒ４をカメラ１０によって撮像する。ここでは、トンネル内の各ランプＲ１〜Ｒ４の３次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）は、カメラ１０の設置時に上記計算によって求められているので、ランプＲ１〜Ｒ４はカメラ１０の姿勢に関するパラメータを算出するための基準となる。
【００５６】
図６に示す撮影画像４１の横方向をｘ軸、縦方向をｙ軸として画面座標系を設定し、撮影画像４１におけるランプＲ１〜Ｒ４のカメラ座標（ｘｉ，ｙｉ）を読み取る。
【００５７】
このようにランプＲ１〜Ｒ４の３次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）と対応するカメラ座標（ｘｉ，ｙｉ）が得られるので、Ｘ軸回りの回転角度ω、Ｙ軸回りの回転角度ψ、Ｚ軸回りの回転角度κを未知数として共線条件式（２）（３）を解くことで、カメラ１０の位置ずれ検知後の画角パラメータを求めることができる。共線条件式（２）（３）を求める３つのパラメータの関数とみなすと、式（１５）（１６）となる。
【００５８】
【数１５】
2004326606.tif 000017
【数１６】
2004326606.tif 000018
３つのパラメータの近似値をω０，ψ０，κ０とし、その補正値をΔω，Δψ，Δκとすると、未知数を式（１７）と表すことができる。
【００５９】
【数１７】
2004326606.tif 000019
式（１５）（１６）をテーラー展開し、１次微分項で打ち切ると、式（１８）（１９）となる。
【００６０】
【数１８】
2004326606.tif 000020
【数１９】
2004326606.tif 000021
ここで、ランプＲ１〜Ｒ４の３次元座標はカメラ１０の設置時に求められているので、ランプＲ１〜Ｒ４のカメラ座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）と３次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）とは対応付けられている。式（１８）（１９）に最小二乗法を適用し、Δω〜Δκについて偏微分して行列式に整理すると式（２０）となる。
【００６１】
【数２０】
2004326606.tif 000022
各偏微分係数項を式（２１）に示す。
【００６２】
【数２１】
2004326606.tif 000023
この３元１次方程式を解くことで、補正項Δω，Δψ，Δκが求まる。
【００６３】
収束計算は以下のｉ）〜ｖｉ）の要領で行う。
【００６４】
ｉ）初期近似値ω０，ψ０，κ０を以下のように定める。すなわち、Ｘ００＝０，Ｙ００＝０，Ｚ００＝Ｈ、ｆ０，ω０，ψ０はカメラ１０の設置時の値を初期値とする。
ｉｉ）上記ｉ）で設定した近似値と、２点以上の基準点のそれぞれに対する３次元座標とカメラ座標とを用いて、式（２１）の関数値、及び式（２０）の偏微分項を求める
ｉｉｉ）式（２１）を解いて補正項Δω，Δψ，Δκを求める。
ｉｖ）上記ｉｉｉ）で求めた補正値を式（１７）に代入して近似値を補正する。
ｖ）上記ｉｉ）〜ｉｖ）を繰り返す。
ｖｉ）式（２２）を満足したときに収束したと判定する。
【００６５】
【数２２】
2004326606.tif 000024
【００６６】
（車両の位置の算出方法）
最後に、ステップＳ１４において車両を抽出し、ステップＳ１６において画角パラメータを用いて車両３の位置及び速度の計測する方法について詳しく説明する。図７は、車両３の位置及び速度の計測についての説明図である。
【００６７】
まず、撮像画像４２を画像処理部２３にて画像処理を行うことにより、車両３の検出する。ここで、車両３の検出手法としては、例えば、空間差分方式が用いられる。すなわち、入力される撮影画像４２から輝度値が急激に変化するエッジ部を検出し、二値化処理を施し、二値化結果からパターンマッチングにより車両３を検出する。なお、車両３の検出手法としては、車両３の検出が行えれば、時間差のある撮影画像を比較して車両３を検出する時間差分方式などその他の手法を用いてもよい。
【００６８】
そして、撮影画像４２において、車両３の道路面上（Ｚ＝０）でのカメラ座標（ｘ、ｙ）が算出される。そして、車両３の画面座標の座標値ｘ、ｙと高さＺ＝０が次の式（２３）、（２４）に入力される。式（２３）、（２４）は、算出されたパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを用いた算出式である。
【００６９】
【数２３】
2004326606.tif 000025
【数２４】
2004326606.tif 000026
この式（２３）、（２４）により、車両３の道路座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、即ち道路２上における位置を検出することができる。
【００７０】
そして、撮影画像４２の撮影時から一定時間経過後の撮影画像について、車両３の位置検出を行い、その車両３の位置と一定期間経過前の位置により車両３の移動距離を求めることにより、車両３の速度を検出することができる。
【００７１】
そして、図１に示すように、計測装置２０１にて検出された車両３の位置情報及び速度情報は、カメラ１０の撮影映像などと共に、交通管制センタなどの設置される中央制御装置３０に出力される。
【００７２】
続いて、以上のような本実施形態に係る計測装置２０、計測方法及び計測システム１の効果について述べる。本発明によれば、トンネル内のランプＲ１〜Ｒ４を撮影した撮影画像４１に基づいて撮影手段であるカメラ１０の撮影位置、撮影姿勢などの撮影条件に関する画角パラメータを算出し、そのパラメータを用いて計測対象物である車両３の位置、速度などの物理量を計測することにより、カメラ１０の撮影条件のパラメータが正確に算出され、車両３の速度、位置などの物理量における計測誤差を低減することができる。従って、計測精度の向上が図れる。
【００７３】
また、固定していたカメラ１０の位置、向きなどがズレた場合でも、ランプＲ１〜Ｒ４を撮影し撮影条件のパラメータを再度算出することにより、正確な計測が行える。このため、装置のメンテナンスが容易である。
【００７４】
また、カメラ１０を固定してランプＲ１〜Ｒ４を常時撮影しておけば、カメラ１０の位置、向きなどがズレた場合でも、撮影条件に関するパラメータを自動修正することができ、計測精度が確実に確保できる。
【００７５】
また、トンネル内に設置されたランプＲ１〜Ｒ４は直線上に等間隔に配置されているという性質を利用することで、カメラ１０の設置時にランプＲ１〜Ｒ４を撮影した映像と初期設定時のカメラの画角パラメータとに基づいてランプＲ１〜Ｒ４の物理位置を算出することができ（ステップＳ２２、図４参照）、実測を行わなくてもよいので便利である。
【００７６】
また、ランプＲ１〜Ｒ４の撮影が行えれば、撮影手段として、旋回可能な監視カメラ１０、ズーミング可能なカメラ１０、携帯用のハンディカメラ１０などを用いた場合でも、正確な計測が可能である。すなわち、これらのカメラ１０を用いる場合であっても、ランプＲ１〜Ｒ４を撮影して撮影条件に関するパラメータを算出し、その撮影状態で車両３を撮影することにより、車両３の位置、速度等を正確に計測することができる。
【００７７】
なお、本実施形態では、カメラ１０の撮影映像を配線を介して計測装置２０に入力しているが、本発明に係る計測装置２０、計測方法及び計測システム１はそのようなものに限られるものではなく、カメラ１０の撮影映像をテープ等に録画し、その録画映像に基づいて車両３の位置、速度等を計測するものであってもよい。
【００７８】
また、本実施形態では、道路交通の監視に用いられる交通監視システムに適用した場合について説明したが、本発明に係る計測装置２０、計測方法及び計測システム１はそのようなものに限られるものではなく、車両３以外の計測対象物を計測するものであってもよい。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、トンネル内のランプを撮影した撮影画像に基づいて撮影手段の撮影位置、撮影姿勢などの撮影条件に関するパラメータを算出し、そのパラメータを用いて計測対象物の位置、速度などの物理量を計測することにより、撮影手段の撮影条件のパラメータが正確に算出され、計測対象物の速度、位置などの物理量における計測誤差を低減することができる。従って、計測精度の向上が図れる。
【００８０】
また、固定していた撮影手段の位置、向きなどがズレた場合でも、基準物を撮影し撮影条件のパラメータを再度算出することにより、正確な計測が行える。このため、装置のメンテナンスが容易である。
【００８１】
また、撮影手段を固定し基準物を常時撮影しておけば、撮影手段の位置、向きなどがズレた場合でも、撮影条件に関するパラメータを自動修正することができ、計測精度が確実に確保できる。
【００８２】
また、トンネル内に設置されたランプは直線上に等間隔に配置されているという性質を利用することで、カメラ設置時にランプを撮影した映像と初期設定時の画角パラメータとに基づいてランプの物理位置を算出することができ、実測を行わなくてもよいので便利である。
【００８３】
更に、ランプの撮影を行えれば、撮影手段として、旋回可能な監視カメラ、ズーミング可能なカメラ、携帯用のハンディカメラなどを用いた場合でも、正確な計測が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る計測システムの構成を示す図である。
【図２】カメラの取り付け位置について説明するための図である。
【図３】実施形態に係る計測システムによって車両の走行を監視する動作を示すフローチャートである。
【図４】実施形態に係る計測システムによって、画角パラメータを更新する動作を示すフローチャートである。
【図５】２次元座標と３次元座標との座標変換について説明するための図である。
【図６】カメラ設置時にトンネル内のランプを撮影した映像を示す図である。
【図７】車両の位置及び速度の計測についての説明図である。
【図８】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１・・・計測システム、２・・・道路、３・・・車両、１０・・・カメラ、２０・・・計測装置。
【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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【図７】
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【図８】
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