(57)【要約】  【課題】  車両の高さにかかわらず、従来よりも正確に移動体（例えば、車両）の速度を計測することができる移動体計測装置、該移動体計測装置を備える信号制御システム、移動体計測方法、及び前記移動体計測装置を実現するコンピュータプログラムを提供する。  【解決手段】  ＣＰＵ２８は、撮像画像の画素の動きベクトルの角度差を算出し、算出した角度差が閾値以下であるか否かを判定し、算出された角度差が閾値以下である画素であって、隣接する画素を連結した連結ブロックを特定する。ＣＰＵ２８は、連結ブロック内の画素の動きベクトルを検索し、検索した動きベクトルから最大値を算出する。ＣＰＵ２８は、動きベクトルの最大値に基づいて、車両の速度を算出する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取得した撮像画像を処理して移動体の諸量を計測する移動体計測装置において、
撮像画像の画素の動きベクトルの角度差が閾値以下である画素を連結してなる連結ブロックを特定する手段と、
特定された連結ブロック内の動きベクトルの最大値に基づいて、移動体の速度を計測する手段とを備えることを特徴とする移動体計測装置。
【請求項２】
前記連結ブロック内の動きベクトルが最大となる画素を特定する手段と、
特定された画素の撮像画像上の座標に基づいて、移動体の位置を計測する手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の移動体計測装置。
【請求項３】
前記連結ブロック内の画素に対応する移動体の部分又は移動体に関連する部分の速度を動きベクトルに基づいて算出する手段と、
該手段で算出された速度が、前記連結ブロック内の動きベクトルが最大となる画素に対応する前記部分の速度と一致する第１領域及び一致しない第２領域を特定する手段と
を備え、
前記第１の領域及び第２の領域の境界を、移動体の位置とすることを特徴とする請求項２に記載の移動体計測装置。
【請求項４】
撮像時点が異なる第１の撮像時点及び第２の撮像時点における撮像画像夫々で画素ブロックを用いたブロックマッチング法に基づいて、前記第１の撮像時点における撮像画像の画素の第１の動きベクトルを算出する手段と、
該手段で算出された第１の動きベクトルに応じて前記第１の撮像時点における撮像画像の画素を移動して得られた新たな撮像画像及び前記第２の撮像時点における撮像画像夫々で局所領域を用いた勾配法に基づいて、前記新たな撮像画像の画素の第２の動きベクトルを算出する手段と
を備え、
両手段で算出された第１及び第２の動きベクトルの合成ベクトルを撮像画像の画素の動きベクトルとすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動体計測装置。
【請求項５】
前記画素ブロック又は局所領域の大きさは、撮像画像の遠距離に対応する領域よりも撮像画像の近距離に対応する領域で大きいことを特徴とする請求項４に記載の移動体計測装置。
【請求項６】
撮像時点が異なる複数の撮像画像夫々で局所領域を用いた勾配法に基づいて、撮像画像の遠距離に対応する領域の画素の動きベクトルを算出する手段と、
撮像時点が異なる複数の撮像画像夫々で画素ブロックを用いたブロックマッチング法に基づいて、撮像画像の近距離に対応する領域の画素の動きベクトルを算出する手段と
を備え、
両手段で算出された動きベクトルを撮像画像の画素の動きベクトルとすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動体計測装置。
【請求項７】
前記画素ブロック又は局所領域は、横長の矩形状であることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の移動体計測装置。
【請求項８】
撮像画像の画素の動きベクトルを取得する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動体計測装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の移動体計測装置と、該移動体計測装置によって出力された移動体の速度又は位置を受け付ける信号制御装置とを備え、受け付けた移動体の速度又は位置に基づいて、信号灯器を制御することを特徴とする信号制御システム。
【請求項１０】
取得した撮像画像を処理して移動体の諸量を計測する移動体計測方法において、
撮像画像の画素の動きベクトルの角度差が閾値以下である画素を連結してなる連結ブロックを特定し、
特定された連結ブロック内の動きベクトルの最大値に基づいて、移動体の速度を計測することを特徴とする移動体計測方法。
【請求項１１】
コンピュータに、取得した撮像画像を処理して移動体の諸量を計測させるためのコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータを、
撮像画像の画素の動きベクトルの角度差を算出する手段と、
該手段で算出された角度差が閾値以下であるか否かを判定する手段と、
前記角度差が閾値以下である画素を連結してなる連結ブロックを特定する手段と、
該手段によって特定された連結ブロック内の動きベクトルの最大値に基づいて、移動体の速度を計測する手段として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路を含む領域を撮像装置で撮像して得られた撮像画像を処理して、移動体（例えば、車両）の速度又は位置を計測する移動体計測装置、該移動体計測装置を備える信号制御システム、移動体計測方法、及び前記移動体計測装置を実現するコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
円滑な交通又は交通事故抑止のために、道路上の車両に関する詳細な交通情報を提供するシステムが求められており、特に車両の速度情報を利用するシステムとして、渋滞又は目的地への予想到着時刻を提供するシステム、交差点での衝突事故を回避するジレンマ感応制御システムなどが実用化されている。
【０００３】
特に、ジレンマ感応制御システムは、交差点へ接近する車両の速度と位置、及び信号現示の赤信号切替タイミングより、車両が赤信号までに停止線で停止できない状態、あるいは交差点を通過できない状態（ジレンマ状態）に陥るか否かを判定し、信号色の切替タイミングを制御して、交差点内での交差車両との衝突事故、又は停止線での急停止による追突事故などを回避するものであり、その有効性は実証されている。
【０００４】
しかし、車両の速度と位置の検出精度が低い場合、信号灯の無駄な青信号の延長を行うことによる交通渋滞が発生し、また、ジレンマ状態から脱却できない状況、却ってジレンマ状態に陥る状況などが発生するため、ジレンマ感応制御システムの普及はあまり進んでいないのが実情である。
【０００５】
従来、超音波によるドップラー効果を利用した車両速度計測装置が実用化されているが、この装置では車両の速度は、ある一点で計測される。このため、例えば、この装置を交差点の上流１５０ｍの地点に設置した場合、計測された車両の速度は、交差点の上流１５０ｍの地点における速度であり、交差点の上流１５０ｍから交差点までの間は、車両が等速度で走行しているものとして信号灯器の制御を行う。
【０００６】
また、画像処理技術を利用するものとして、交差点より５０ｍ〜１１０ｍの範囲をビデオカメラで撮像し、撮像して得られた撮像画像を処理して車両の速度を計測し、交差点より５０ｍの範囲では、車両の速度を推定するものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、予め生成しておいた車両が存在しない道路のみの撮像画像と、車両が存在する場合の撮像画像との差分を算出し、車両のみの情報を抽出し、抽出した車両の特徴部分（例えば、ナンバープレート）を追跡することにより、車両の速度を計測するものも提案されている。
【０００８】
また、微小時間間隔の複数の撮像画像間での相関情報を算出し、車両の動きを算出するオプティカルフローは、日照変化、天候変化などの外部環境変化の影響を受けにくく、特に勾配法によるオプティカルフローは、１画素の微小な動きも算出することができ、比較的安定した速度を計測することができるため、勾配法を用いた車両速度計測方法も提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２１７０８２号公報
【特許文献２】特開２００２−００８０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の例にあっては、車両速度計測装置が設置された交差点の上流１５０ｍから交差点までの範囲では、車両の加速、減速が全く考慮されていないため、正確でかつ適切な信号灯制御を行うことができなかった。
【００１０】
また、特許文献１の方式においては、速度の具体的な計測方法は提示されておらず、また、交差点からより広範囲における車両の速度を計測することができず、特に交差点から１１０ｍ〜１５０ｍの範囲で高速走行中の車両に対しては、ジレンマ状態であるか否かを判定することができず、適切な信号灯器の制御ができない虞があった。
【００１１】
また、車両が存在しない道路のみの撮像画像と車両が存在する場合の撮像画像との差分に基づいて、車両の速度を計測する方法は、日照変化、天候変化などの外部環境変化の影響により、車両の特徴部分を安定して検出できない場合があり、道路上の影又は路面標識などの車両でない部分を車両として誤検出する場合もあり、車両の速度計測方式としては、抜本的な解決には至っていない。また、交差点から広範囲にある車両の速度を計測する場合、交差点付近に存在する車両に比べて、交差点からより遠方に存在する車両の大きさ、動き量は、非常に小さくなり、従来の速度計測方法では、撮像画像上、数画素に亘って動きを検出するまで車両の検出をすることができず、交差点での信号灯器の制御が間に合わない事態もあった。
【００１２】
また、特許文献２の車両速度計測方法は、勾配法によるオプティカルフローを用いるものであり、外部環境の変化の影響を受けずに、車両の速度を計測することができるものの、車両の見かけ上の動きのみによって速度を計測し、車両の路面からの高さを考慮していないため、車両の正確な速度又は位置を計測することができなかった。
【００１３】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、撮像画像の画素の動きベクトルの角度差が閾値以下である画素を連結してなる連結ブロックを特定し、特定された連結ブロック内の動きベクトルの最大値に基づいて、移動体（例えば、車両）の速度を計測することにより、車両の高さにかかわらず、従来よりも正確に移動体の速度を計測することができる移動体計測装置、該移動体計測装置を備える信号制御システム、移動体計測方法、及び前記移動体計測装置を実現するコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、連結ブロック内の動きベクトルが最大となる画素の撮像画像上の座標に基づいて、移動体（例えば、車両）の位置を計測することにより、車両の高さにかかわらず、従来よりも正確に移動体の位置を計測することができる移動体計測装置提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、連結ブロック内の画素に対応する移動体の部分又は移動体に関連する部分の速度が、連結ブロック内の画素の動きベクトルの最大値に対応する前記部分の速度と一致する第１領域及び一致しない第２領域の境界に基づいて、移動体の位置を計測することにより、従来よりも正確に車両の位置を計測することができる移動体計測装置を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、撮像時点が異なる撮像画像夫々で画素ブロックを用いたブロックマッチング法に基づいて第１の動きベクトルを算出し、算出された第１の動きベクトルに対応して移動して得られた新たな撮像画像及び撮像時点が異なる他の撮像画像夫々で局所領域を用いた勾配法に基づいて、さらに第２の動きベクトルを算出し、算出された第１及び第２の動きベクトルを合成することにより、移動体（例えば、車両）の動きの大小に拘わらず、精度良く移動体の速度又は位置を計測することができる移動体計測装置を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、前記画素ブロック又は局所領域の大きさを、撮像画像の遠距離に対応する領域よりも近距離に対応する領域で大きくすることにより、移動体（例えば、車両）までの距離にかかわらず広範囲に亘って、精度良く移動体の速度又は位置を計測することができる移動体計測装置を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、撮像画像の遠距離に対応する領域において、撮像時点が異なる撮像画像夫々で局所領域を用いた勾配法に基づいて動きベクトルを算出し、撮像画像の近距離に対応する領域において、撮像時点が異なる撮像画像夫々で画素ブロックを用いたブロックマッチング法に基づいて動きベクトルを算出することにより、移動体（例えば、車両）までの距離にかかわらず広範囲に亘って、精度良く移動体の速度又は位置を計測することができる移動体計測装置を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の他の目的は、前記画素ブロック又は局所領域を横長の矩形状にすることにより、移動体の路面からの高さに応じて変動する動きベクトルの影響を受けずに、精度良く移動体の速度又は位置を計測することができる移動体計測装置を提供することにある。
【００２０】
また、本発明の他の目的は、撮像画像の画素の動きベクトルを取得する手段を備えることにより、多地点又は遠隔地点における移動体の速度又は位置を集中的に計測することができる移動体計測装置を提供することにある。
【００２１】
また、本発明の他の目的は、移動体計測装置によって出力された移動体（例えば、車両）の速度又は位置を受け付け、受け付けた移動体の速度又は位置に基づいて、信号灯器を制御する信号制御装置を備えることにより、精度良く信号灯器の制御をすることができる信号制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
第１発明に係る移動体計測装置は、取得した撮像画像を処理して移動体の諸量を計測する移動体計測装置において、撮像画像の画素の動きベクトルの角度差が閾値以下である画素を連結してなる連結ブロックを特定する手段と、特定された連結ブロック内の動きベクトルの最大値に基づいて、移動体の速度を計測する手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
第２発明に係る移動体計測装置は、第１発明において、前記連結ブロック内の動きベクトルが最大となる画素を特定する手段と、特定された画素の撮像画像上の座標に基づいて、移動体の位置を計測する手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
第３発明に係る移動体計測装置は、第２発明において、前記連結ブロック内の画素に対応する移動体の部分又は移動体に関連する部分の速度を動きベクトルに基づいて算出する手段と、該手段で算出された速度が、前記連結ブロック内の動きベクトルが最大となる画素に対応する前記部分の速度と一致する第１領域及び一致しない第２領域を特定する手段とを備え、前記第１の領域及び第２の領域の境界を、移動体の位置とすることを特徴とする。
【００２５】
第４発明に係る移動体計測装置は、第１発明乃至第３発明のいずれかにおいて、撮像時点が異なる第１の撮像時点及び第２の撮像時点における撮像画像夫々で画素ブロックを用いたブロックマッチング法に基づいて、前記第１の撮像時点における撮像画像の画素の第１の動きベクトルを算出する手段と、該手段で算出された第１の動きベクトルに応じて前記第１の撮像時点における撮像画像の画素を移動して得られた新たな撮像画像及び前記第２の撮像時点における撮像画像夫々で局所領域を用いた勾配法に基づいて、前記新たな撮像画像の画素の第２の動きベクトルを算出する手段とを備え、両手段で算出された第１及び第２の動きベクトルの合成ベクトルを撮像画像の画素の動きベクトルとすることを特徴とする。
【００２６】
第５発明に係る移動体計測装置は、第４発明において、前記画素ブロック又は局所領域の大きさは、撮像画像の遠距離に対応する領域よりも撮像画像の近距離に対応する領域で大きいことを特徴とする。
【００２７】
第６発明に係る移動体計測装置は、第１発明乃至第３発明のいずれかにおいて、撮像時点が異なる複数の撮像画像夫々で局所領域を用いた勾配法に基づいて、撮像画像の遠距離に対応する領域の画素の動きベクトルを算出する手段と、撮像時点が異なる複数の撮像画像夫々で画素ブロックを用いたブロックマッチング法に基づいて、撮像画像の近距離に対応する領域の画素の動きベクトルを算出する手段とを備え、両手段で算出された動きベクトルを撮像画像の画素の動きベクトルとすることを特徴とする。
【００２８】
第７発明に係る移動体計測装置は、第４発明乃至第６発明のいずれかにおいて、前記画素ブロック又は局所領域は、横長の矩形状であることを特徴とする。
【００２９】
第８発明に係る移動体計測装置は、第１発明乃至第３発明のいずれかにおいて、撮像画像の画素の動きベクトルを取得する手段を備えることを特徴とする。
【００３０】
第９発明に係る信号制御システムは、第１発明乃至第８発明のいずれかの移動体計測装置と、該移動体計測装置によって出力された移動体の速度又は位置を受け付ける信号制御装置とを備え、受け付けた移動体の速度又は位置に基づいて、信号灯器を制御することを特徴とする。
【００３１】
第１０発明に係る移動体計測方法は、取得した撮像画像を処理して移動体の諸量を計測する移動体計測方法において、撮像画像の画素の動きベクトルの角度差が閾値以下である画素を連結してなる連結ブロックを特定し、特定された連結ブロック内の動きベクトルの最大値に基づいて、移動体の速度を計測することを特徴とする。
【００３２】
第１１発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、取得した撮像画像を処理して移動体の諸量を計測させるためのコンピュータプログラムにおいて、コンピュータを、撮像画像の画素の動きベクトルの角度差を算出する手段と、該手段で算出された角度差が閾値以下であるか否かを判定する手段と、前記角度差が閾値以下である画素を連結してなる連結ブロックを特定する手段と、該手段によって特定された連結ブロック内の動きベクトルの最大値に基づいて、移動体の速度を計測する手段として機能させることを特徴とする。
【００３３】
第１発明、第１０発明、及び第１１発明にあっては、撮像画像の画素毎の動きベクトルの角度差が閾値以下である画素を連結した連結ブロックを特定する。これにより、位置変化がない道路上の影、路面標記などを排除して、道路を走行する車両（移動体）を特定する。なお、連結ブロックを特定する場合、動きベクトルの角度差が閾値以下であり、かつ隣接した画素を連結することもできる。ある速度で車両が走行している場合、その車両を特定する連結ブロック内の画素の動きベクトルに基づいて算出される車両の速度は、連結ブロック内の画素の位置に拘わらず同じ値でなければならない。しかし、連結ブロック内の画素の位置に応じて、該画素に対応する車両部分の路面からの高さ、又は移動体計測装置から車両部分までの距離が異なるため、連結ブロック内の動きベクトルの大きさに分布が生じる。
【００３４】
進行してくる車両を撮像した場合、車両前部の路面側（すなわち、路面からの高さが略０）の動きベクトルが最も大きく、車両前部の天井側、車両後部の天井側となるにつれて動きベクトルは小さくなる。連結ブロック内の画素の動きベクトルを検索して、動きベクトルの最大値を求め、該最大値に基づいて車両の速度を算出する。これにより、車両前部の路面側（すなわち、路面からの高さが略０である車両前面先端部）を計測箇所とすることで、車両部分の路面からの高さ又は車両部分までの距離の影響を受けずに、車両速度を計測する。
【００３５】
第２発明にあっては、連結ブロック内の動きベクトルが最大となる画素を特定することにより、車両前面先端部の位置を特定する。これにより、車両前面先端部を車両の位置として計測する。
【００３６】
第３発明にあっては、例えば、移動体の部分又は移動体に関連する部分（例えば、車両部分又は車両により生じる影部分）の高さを略０として、前記部分の速度を連結ブロック内の動きベクトルに基づいて算出する。算出された前記部分の速度が、連結ブロック内の動きベクトルが最大となる画素に対応する前記部分の速度と一致する第１領域と一致しない第２領域とを特定する。例えば、車両の影が車両前方（撮像画像上は車両の下側）に生じる場合、走行車両の影も車両と同様に移動するため、連結ブロックには、車両部分及び車両前方の影部分の両方が含まれる。この場合、連結ブロック内の画素の動きベクトルは、車両の影部分の進行方向の先端部分（路面からの高さが略０であって、移動体計測装置からの距離が最も近い部分）で最大となる。車両前方の影部分の速度は、路面からの高さが略０であるため、車両前面先端部の速度と同じになる。一方、車両前面先端部以外の車両部分は、路面からの高さが略０ではないため、車両の影部分の速度と車両前面先端部以外の車両部分との速度は異なる。特定された第１領域（すなわち、車両の影部分）と第２領域（すなわち、車両前面先端部以外の車両部分）との境界を、車両前面先端部の位置とする。
【００３７】
第４発明にあっては、撮像時点の異なる第１の撮像時点及び第２の撮像時点における撮像画像夫々で画素ブロック（例えば、注目画素とその周辺の画素で構成される）を用いたブロックマッチング法に基づいて、画素ブロックの撮像画像での位置変化を求め、前記第１の撮像時点における撮像画像の画素の第１の動きベクトルを算出する。算出された第１の動きベクトルに応じて、前記第１の撮像時点における撮像画像の画素を移動して得られた新たな撮像画像及び前記第２の撮像時点における撮像画像夫々で局所領域を用いた勾配法に基づいて、局所領域でのオプティカルフローが一定という拘束条件のもと、前記新たな撮像画像の画素の第２の動きベクトルを算出し、ブロックマッチング法及び勾配法により算出された第１及び第２の動きベクトルを合成して動きベクトルを算出する。
【００３８】
第５発明にあっては、撮像画像の遠距離に対応する領域（すなわち、撮像画像において車両までの距離が遠い領域）では、前記画素ブロック又は局所領域の大きさを小さくし、撮像画像の近距離に対応する領域（すなわち、撮像画像において車両までの距離が近い領域）では、前記画素ブロック又は局所領域の大きさを大きくする。これにより、前記画素ブロック又は局所領域の大きさを撮像画像での車両の大きさに近づける。
【００３９】
第６発明にあっては、撮像画像の近距離に対応する領域では、撮像時点が異なる撮像画像夫々で局所領域を用いた勾配法に基づいて、画素の動きベクトルを算出する。これにより、画素の動きが小さく、例えば、１画素未満の微小な動きであっても動きベクトルを算出する。一方、撮像画像の遠距離に対応する領域では、撮像時点が異なる撮像画像夫々で画素ブロックを用いたブロックマッチング法に基づいて、画素の動きベクトルを算出する。これにより、画素の動きがより大きい動きベクトルを算出する。
【００４０】
第７発明にあっては、前記画素ブロック又は局所領域を横長の矩形状にする。これにより、連結ブロック内の動きベクトルを算出する場合に、前記画素ブロック又は局所領域の縦方向に応じて変動する車両部分の路面からの高さ、又は車両部分までの距離の影響を少なくしつつ、所要の画素ブロック又は局所領域の大きさを確保する。
【００４１】
第８発明にあっては、予め算出された動きベクトルを取得する。
【００４２】
第９発明にあっては、計測した移動体の速度又は位置を信号制御装置へ出力し、該信号制御装置は、出力された移動体の速度又は位置に基づいて信号灯器を制御する。
【発明の効果】
【００４３】
第１発明、第１０発明、及び第１１発明にあっては、撮像画像の画素の動きベクトルの角度差が閾値以下である画素を連結してなる連結ブロックを特定し、特定された連結ブロック内の動きベクトルの最大値に基づいて、車両の速度を計測することにより、車両の高さにかかわらず、従来よりも正確に車両の速度を計測することができる。
【００４４】
第２発明にあっては、連結ブロック内の動きベクトルが最大となる画素の撮像画像上の座標に基づいて、車両の位置を計測することにより、車両の高さにかかわらず、従来よりも正確に車両の位置を計測することができる。
【００４５】
第３発明にあっては、連結ブロック内の最大の動きベクトルに対応する速度分布の境界に基づいて、車両の位置を計測することにより、車両の前方に影が生じる場合であっても、正確に車両の位置を計測することができる。
【００４６】
第４発明にあっては、撮像時点が異なる第１の撮像時点及び第２の撮像時点における撮像画像の画素ブロックを用いたブロックマッチング法に基づいて第１の動きベクトルを算出し、算出された第１の動きベクトルに対応して前記第１の撮像時点における撮像画像の画素を移動して得られた新たな撮像画像及び前記第２の撮像時点における撮像画像夫々で局所領域を用いた勾配法に基づいて、さらに第２の動きベクトルを算出し、算出した第１及び第２の動きベクトルを合成して動きベクトルとすることにより、車両の速度又は距離に応じて、撮像面での動きが変動した場合であっても、大きさの大きい動きベクトルを検出することができるとともに、さらに微小な動きベクトルの変化も検出することができ、精度良く車両の速度又は位置を計測することができる。
【００４７】
第５発明にあっては、前記画素ブロック又は局所領域の大きさを、撮像画像の遠距離に対応する領域よりも近距離に対応する領域で大きくすることにより、前記画素ブロック又は局所領域の大きさを撮像画像における車両の大きさに近づけることができ、車両までの距離にかかわらず広範囲に亘って、精度良く車両の速度又は位置を計測することができる。
【００４８】
第６発明にあっては、動きベクトルの算出に、車両までの距離に応じて勾配法又はブロックマッチング法のいずれかを用いることにより、車両が遠距離にある場合は、微小な動きベクトルを算出することができ、車両が近距離にある場合は、大きな動きベクトルを算出することができ、車両までの距離にかかわらず広範囲に亘って、精度良く車両の速度又は位置を計測することができる。
【００４９】
第７発明にあっては、前記画素ブロック又は局所領域を横長の矩形状にすることにより、移動体の路面からの高さに応じて変動する動きベクトルの影響を受けずに、精度良く車両の速度又は位置を計測することができる。
【００５０】
第８発明にあっては、予め算出された動きベクトルを取得して、車両の速度又は位置を計測することができる。
【００５１】
第９発明にあっては、移動体計測装置によって出力された車両の速度又は位置を信号制御装置で受け付け、受け付けた車両の速度又は位置に基づいて、信号灯器を制御することにより、精度良く信号灯器の制御をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
実施の形態１
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る移動体計測装置を含む信号制御システムの概要を示す模式図である。図において、１は道路を含む領域を撮像するビデオカメラである。ビデオカメラ１は、交差点近傍に設置され、ビデオカメラ１の光軸は、例えば、交差点付近の停止線から１０ｍ〜１５０ｍの範囲にある道路に存在する車両の速度・位置計測範囲を撮像するように道路方向に沿って配置してある。これにより、ビデオカメラ１は、交差点の上流１５０ｍの位置から交差点に向かって走行する車両を撮像する。
【００５３】
ビデオカメラ１には、計測装置２を接続してある。計測装置２は、ビデオカメラ１で撮像して得られた撮像画像を処理して車両の速度又は位置を計測する。計測装置２には、通信線５を介して信号制御装置３を接続してあり、計測した車両の速度又は位置を信号制御装置３へ出力する。信号制御装置３には、信号灯器４を接続してある。信号制御装置３は、計測装置２から出力された車両の速度又は位置を受け付け、受け付けた車両の速度又は位置に基づいて、信号灯器４の表示を制御する。これにより、円滑な交通又は事故の未然防止を行う。
【００５４】
図２は計測装置２及び信号制御装置３の構成を示すブロック図である。図において、１はビデオカメラである。ビデオカメラ１は撮像して得られた撮像画像を映像信号（アナログ信号）として画像入力部２１へ出力する。画像入力部２１は、取得した映像信号をＡ／Ｄ変換部２２へ出力し、Ａ／Ｄ変換部２２は、入力された映像信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ２８の制御のもと、変換されたデジタル信号を画像データとして画像メモリ２３へ記憶する。ＣＰＵ２８は、画像入力部２１を介してビデオカメラ１から入力された撮像画像を画像データとして、ビデオカメラ１のフレームレート（撮像時点の間隔、例えば、１秒間に３０フレーム）と同期して、１フレーム単位（例えば、４８０×６４０画素）で画像メモリ２３に記憶する。
【００５５】
補助記憶部２７は、本発明のコンピュータプログラムＰＧを記録したＣＤ−ＲＯＭ２９が挿入されることにより、ＣＤ−ＲＯＭ２９に記録されたコンピュータプログラムＰＧをＲＡＭ２４に記憶する。ＣＰＵ２８は、ＲＡＭ２４に記憶されたコンピュータプログラムＰＧを実行する。計測装置２は、ＣＤ−ＲＯＭ２９に記録したコンピュータプログラムＰＧがＲＡＭ２４に読み込まれ、読み込まれたコンピュータプログラムＰＧをＣＰＵ２８で実行することにより、後述する動きベクトル算出処理、車両の速度・位置計測処理などを実現する。なお、ＣＰＵ２８は、車両が速度又は位置計測範囲に存在する間、車両の速度、位置を計測する処理を繰り返すことができる。
【００５６】
画像メモリ２３は、画像入力部２１を介して取得された撮像画像を画像データとして、フレーム毎に記憶する。
【００５７】
記憶部２６は、コンピュータプログラムＰＧをＣＰＵ２８で実行することにより、得られた動きベクトルの算出結果、車両の速度、又は車両の位置などの計測結果を各フレームに対応して記憶している。
【００５８】
通信部２５は、計測装置２で計測された車両の速度、車両の位置などの計測結果を、通信線５を介して信号制御装置３へ出力する。
【００５９】
信号制御装置３の通信部３１は、計測装置２から出力された車両の速度又は位置を受け付け、受け付けた車両の速度又は位置をＣＰＵ３５の制御のもと、記憶部３２に記憶する。また、通信部３１は、信号灯器４の信号表示を制御するための制御信号を出力する。
【００６０】
記憶部３２は、信号灯器４の信号表示を制御するために用いられる信号表示データ３２１、信号表示を計画する表示計画データ３２２などを記憶している。信号表示データ３２１は、月日、曜日、時間帯、交差点の交通量などに応じて、信号灯器４の青表示、黄表示、及び赤表示の各表示時間などを設定してある。
【００６１】
ＣＰＵ３５は、補助記憶部３４で読み込まれたコンピュータプログラムをＲＡＭ３３にロードし、該コンピュータプログラムを実行することにより、信号灯器４の制御処理を行う。より具体的には、ＣＰＵ３５は、記憶部３２に記憶された車両の速度又は位置に基づいて、車両が交差点に進入する進入時点（進入時の時刻又は進入時までの所要時間のいずれでもよい）を算出する。ＣＰＵ３５は、算出された進入時点における信号灯器４の表示状況を信号表示データ３２１に基づいて判定し、車両が交差点を安全に通過できないと判定される場合には、黄表示又は赤表示になる時刻を早くする、又は青表示の時刻を延長するよう表示計画を変更して表示計画データ３２２を更新する。また、車両が交差点を安全に通過できると判定される場合には、表示計画を変更しない。
【００６２】
ＣＰＵ３５は、車両が速度又は位置の計測範囲に存在する間、上述の処理を繰り返し実施することができる。
【００６３】
図３は撮像画像の一例を示す説明図である。図に示すように、計測装置２は、例えば、交差点の停止線から１０〜１５０ｍの範囲であって、片側４車線の道路を走行する車両をビデオカメラ１で撮像して得られた撮像画像に基づいて、車両の速度又は位置を計測する。
【００６４】
図４は画素の動きベクトルを示す説明図である。図に示すように、撮像時点ｔkの撮像画像における画素Ｐjの座標が（ｘk、ｙk）、撮像時点ｔk+1の撮像画像における画素Ｐjの座標が（ｘk+1、ｙk+1）である場合、動きベクトルＰＶjは、（ｘk+1−ｘk、ｙk+1−ｙk）となる。異なる撮像時点の時間間隔は、１フレーム間隔でもよく、また、数フレーム間隔であってもよい。なお、上述の画素は、複数の画素で構成される画素ブロックであってもよい。この場合は、画素ブロック毎に動きベクトルが決定される。
【００６５】
図５は本発明に係る移動体計測装置の動きベクトルの算出例を示す説明図である。動きベクトルの算出方法は、ブロックマッチング法と勾配法とがある。本発明においては、ブロックマッチング法及び勾配法で算出した動きベクトル（第１及び第２の動きベクトル）を合成して最終的な動きベクトルを算出する。
【００６６】
まず、ブロックマッチング法について説明する。ブロックマッチング法は、異なる撮像時点（例えば、時刻ｔと時刻ｔ＋１）の撮像画像を用いる。ブロックマッチング法は、時刻ｔの撮像画像において、注目画素Ｐ１を中心とする矩形領域をテンプレートとして登録し、時刻ｔ＋１の撮像画像における任意の画素を中心とする前記テンプレートと同じ大きさの矩形領域との相関値を算出し、算出した相関値が最大となる画素位置Ｐ２を検出するものである。
【００６７】
相関値は、数１の式で表される。
【００６８】
【数１】
2007078358.tif 000003
【００６９】
ここで、矩形領域のサイズをＨｘＷ（Ｈ、Ｗは整数）、時刻ｔにおける撮像画像の座標（ｘ、ｙ）の画素の輝度値をＩ（ｘ、ｙ、ｔ）、０≦ｉ≦Ｗ、０≦ｊ≦Ｈ（ｉ、ｊは整数）であり、−１≦相関値≦１である。また、数２の式は矩形領域内の平均輝度値である。
【００７０】
【数２】
2007078358.tif 000004
【００７１】
上述の通り、ブロックマッチング法は、矩形領域（画素ブロック）の大きさを適宜変更することにより、動き量が大きい場合の動きベクトルを算出することができる。
【００７２】
次に、勾配法について説明する。勾配法は、動画像の各フレームのオプティカルフロー（動きベクトルの場）を求める方法として、各画素における輝度（明るさ）の空間的勾配と時間的勾配の関係を用いるものである。すなわち、勾配法は、撮像画像の輝度分布が動きに際して不変に保たれると仮定した勾配拘束式（すなわち、輝度の空間的勾配と時間的勾配の関係式）に基づいて、オプティカルフローを求める方法である。勾配法のうち、空間的局所最適化法は、特に計算量が少なく精度良好な方法であり、以下に説明する。
【００７３】
勾配法は、異なる撮像時点（例えば、時刻ｔと時刻ｔ＋１）の撮像画像を用いる。時刻ｔにおける撮像画像の座標（ｘ、ｙ）の画素の輝度をＩ（ｘ、ｙ、ｔ）とする。時刻ｔ＋１（時刻ｔに対してδｔだけ時間が経過したとする）において、座標（ｘ、ｙ）の画素が座標（ｘ＋δｘ、ｙ＋δｙ）に移動したとする。ここで、輝度は変化しないと仮定すると、Ｉ（ｘ、ｙ、ｔ）＝Ｉ（ｘ＋δｘ、ｙ＋δｙ、ｔ＋δｔ）の関係式が成立する。
【００７４】
上式の右辺をテイラー展開すると、数３の式が得られる。
【００７５】
【数３】
2007078358.tif 000005
【００７６】
ε（ｘ、ｙ、ｔ）は、２次以上の高次の項であり、微小であるためこれを無視するとともに、数３の式の両辺δｔで割り、δｔを０に近づけると、数４の式を得る。この式は、オプティカルフローの勾配拘束式と呼ばれる。
【００７７】
【数４】
2007078358.tif 000006
【００７８】
ここで、輝度勾配をＩｘ＝δＩ／δｘ、Ｉｙ＝δＩ／δｙ、時間勾配をＩｔ＝δＩ／δｔとし、オプティカルフローをｕ＝δｘ／δｔ、ｖ＝δｙ／δｔとする。
【００７９】
所要の局所領域（Ｍ×Ｎ）（Ｍ、Ｎは整数）でオプティカルフローが一定であるという拘束条件を付加すると、局所領域で得られるオプティカルフローは、同一の解を持つと仮定するので、誤差Ｅは数５の式で表される。ここで、０≦ｉ≦Ｍ、０≦ｊ≦Ｎ（ｉ、ｊは整数）は局所領域内の座標である。
【００８０】
【数５】
2007078358.tif 000007
【００８１】
最小２乗法の考え方から、δＥ／δｕ＝０、δＥ／δｖ＝０を算出し、局所領域内で重み付け平滑化すると、数６の（１）式及び（２）式を得る。ここでｗi,jは重み付けマトリクスであり、局所領域の中央部ほど重み付けが大きくなるような分布を持つマトリクスを使用することができる。
【００８２】
【数６】
2007078358.tif 000008
【００８３】
数６の式を解くことにより、オプティカルフロー（ｕ、ｖ）、すなわち、動きベクトルの場が数７の（３）式、（４）式、及び（５）式のように得られる。
【００８４】
【数７】
2007078358.tif 000009
【００８５】
上述の通り、勾配法は、ブロックマッチング法のように画素ブロックを用いる必要がないため、１画素未満の微小な動きベクトルであっても算出することができる。
【００８６】
図５に示すように、本発明に係る移動体計測装置の動きベクトルの算出法は、まずブロックマッチング法により、撮像時点が異なる第１の撮像時点及び第２の撮像時点における撮像画像夫々で画素ブロックを用いて前記第１の撮像時点における撮像画像の画素の大きな動きベクトル（第１の動きベクトル）を算出する。算出した動きベクトルに応じて、前記第１の撮像時点における撮像画像の画素を移動して得られた新たな撮像画像及び前記第２の撮像時点における撮像画像夫々で局所領域を用いた勾配法により動きベクトル（第２の動きベクトル）を算出し、夫々の方法で算出した動きベクトル（第１及び第２の動きベクトル）を合成して最終的な動きベクトルを算出する。これにより、ブロックマッチング法により、大きな動きベクトルを算出するとともに、ブロックマッチング法では、算出することができない１画素未満の微小な動きベクトルも算出し、両者の動きベクトルを合成することにより、精度良く動きベクトルを求めることが可能になる。
【００８７】
次に、本発明に係る移動体計測装置２の処理手順について説明する。図６は移動体計測装置２の動きベクトル算出の処理手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ２８は、撮像時点の異なる２つの撮像画像（例えば、撮像時点ｔのフレームｆt、撮像時点ｔ＋１のフレームｆt+1）を画像メモリ２３から取得する（Ｓ１０）。
【００８８】
ＣＰＵ２８は、取得した一方の撮像画像の画素ブロック（例えば、７×１５画素）毎に、画素ブロック内画素が有する輝度値（又は階調値など）に基づいて、他方の撮像画像を走査し一致する画素ブロックを特定する（Ｓ１１）。２つの撮像画像間で一致する画素ブロックを特定する場合、上述した相関値を用いることができる。
【００８９】
ＣＰＵ２８は、２つの撮像画像で一致する画素ブロックの撮像画像における座標（位置）変化に基づいて、ブロックマッチング法による各画素の動きベクトルを算出する（Ｓ１２）。なお、座標変化が無い場合は、動きベクトルはゼロである。
【００９０】
ＣＰＵ２８は、撮像時点ｔにおける撮像画像の画素毎に算出した動きベクトルに応じて、各画素を動きベクトル分（大きさ及び方向）だけ移動させた撮像画像を生成する（Ｓ１３）。
【００９１】
ＣＰＵ２８は、生成した撮像画像及び撮像時点ｔ＋１における撮像画像に対して、勾配法により動きベクトルを算出し（Ｓ１４）、ブロックマッチング法により算出した動きベクトルと勾配法により算出した動きベクトルを合成して最終的な動きベクトルを算出する（Ｓ１５）。
【００９２】
ＣＰＵ２８は、算出された動きベクトルの角度差を算出し（Ｓ１６）、算出した角度差が閾値以下であるか否かを判定し（Ｓ１７）、算出された角度差が閾値以下である場合（Ｓ１７でＹＥＳ）、すべての動きベクトルについて処理したか否かを判定し（Ｓ１８）、すべての動きベクトルについて処理した場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、角度差が閾値以下である画素であって、隣接する画素を連結した連結ブロックを特定する（Ｓ１９）。
【００９３】
一方、算出された角度差が閾値以下でない場合（Ｓ１７でＮＯ）、又はすべての動きベクトルについて処理していない場合（Ｓ１８でＮＯ）、ＣＰＵ２８は、ステップＳ１６以降の処理を続ける。
【００９４】
これにより、動きベクトルの方向が異なる画素は、ノイズとして除去する。また、連結ブロックは走行車両に対応する。なお、連結ブロックを特定する場合に、連結ブロックを構成する画素の数が、予め定めた閾値より小さい場合は、ノイズとして除去することもできる。
【００９５】
ＣＰＵ２８は、動きベクトルの算出処理の終了要求を受け付けた否かを判定し（Ｓ２０）、処理終了でない場合（Ｓ２０でＮＯ）には、ステップＳ１０以降の処理を続ける。処理終了である場合（Ｓ２０でＹＥＳ）、ＣＰＵ２８は、処理を終了する。
【００９６】
図７は連結ブロックの例を示す説明図である。図に示すように、撮像画像を所定の画素で分割し、各画素の動きベクトルを算出し、算出した動きベクトルの角度差が閾値以下である画素であって、隣接する画素のみを連結することにより、連結ブロックを特定する。動きベクトルの角度差が閾値以下の画素であっても、離隔している画素はノイズとして除去する。また、連結された画素の数が所定の閾値以下の場合も、ノイズとして除去することにより、連結ブロックにより走行車両を精度良く特定することができる。
【００９７】
図８は連結ブロックにより特定された車両の例を示す説明図である。上述の通り、ビデオカメラ１は、片側４車線の道路を含む領域を撮像するように配置してある。ある撮像時点における撮像画像の車両は、連結ブロックにより特定される。
【００９８】
１つの連結ブロックが１つの車両を特定していることから、連結ブロック内の各位置の実空間上での速度は、どこでも同じである。しかし、見かけ上の動きである撮像画像上での動きベクトルは、車両各部の路面からの高さ、又は計測位置から車両各部までの距離に応じて、その大きさが異なる。これにより、連結ブロック内で、動きベクトルの大きさは異なり、大きさの分布が生ずる。
【００９９】
次に車両の路面からの高さによる動きベクトルの大きさの変動について説明する。図９は実空間座標及び撮像面座標の関係を示す説明図である。実空間での座標系を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、撮像画像上での座標系を（ｘ、ｙ）とする。実空間では、高さ方向（垂直方向）をＺ、道路の延びる方向をＹ、道路を横断する方向をＸにとる。撮像画像面上でのｘ軸方向を実空間でのＸ方向に平行とし、撮像画像面上でのｙ軸方向を実空間でのＹ方向とし、ビデオカメラ俯角（ビデオカメラの光軸とＹ軸方向とがなす角度）をαとなるように設置する。また、ビデオカメラレンズの焦点距離をＦ、ビデオカメラの設置高さをｈ、撮像画像面のｙ軸方向の大きさ（寸法）をＱｙ、撮像画像面のｙ軸方向の画素数をＮｙとする。この場合、撮像画像面上のｙは、数８の式で表される。
【０１００】
【数８】
2007078358.tif 000010
【０１０１】
図１０は車両の各部の動きベクトルの差を説明する説明図である。図に示すように、例えば、α＝２８°、ｈ＝１００００ｍｍ（１０ｍ）、Ｆ＝４．８ｍｍ、Ｑｙ＝４．８ｍｍ、Ｎｙ＝４８０画素とし、高さ３０００ｍｍ（３ｍ）、長さ８０００ｍｍ（８ｍ）の車両（例えば、トラック）がビデオカメラ方向に１フレーム（１／３０秒）の間（時刻ｔから時刻ｔ＋１の間）に、ビデオカメラから１２５００ｍｍ（１２．５ｍ）の地点から５００ｍｍ（０．５ｍ）移動したとする。この場合、車両の速度は５４ｋｍ／ｈに相当する。
【０１０２】
動きベクトルを求めるための車両の各部として、Ａ１（時刻ｔにおける車両前部の路面側、すなわち、路面からの高さが略０である車両前面先端部）、Ａ２（時刻ｔ＋１における車両前部の路面側、すなわち、路面からの高さが略０である車両前面先端部）、Ｂ１（時刻ｔにおける車両前部の天井部）、Ｂ２（時刻ｔ＋１における車両前部の天井部）、Ｃ１（時刻ｔにおける車両後部の天井部）、Ｃ２（時刻ｔ＋１における車両後部の天井部）を設定する。
【０１０３】
この場合、数８の式を用いて、車両の各部Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２に対応する撮像画像上でのｙ座標、ｙ１ａ、ｙ１ｂ、ｙ１ｃ、ｙ２ａ、ｙ２ｂ、ｙ２ｃは、夫々３３０．３５、２５０．４６、１６２．７１、３４０．３３、２５８．９１、１６６．４６と算出される。ここで、車両の各部Ａ１、Ａ２においては、路面からの高さＺ＝０としている。
【０１０４】
すなわち、車両各部の見かけ上の動き（動きベクトルの大きさ）は、ｙ２ａ−ｙ１ａ＝９．９８、ｙ２ｂ−ｙ１ｂ＝８．４５、ｙ２ｃ−ｙ１ｃ＝３．７５となり、車両前部の路面側の動きベクトル（ｙ２ａ−ｙ１ａ）が最大となる。
【０１０５】
逆に、撮像画像上で算出された動きベクトルの大きさ（ｙ２ｂ−ｙ１ｂ）＝８．４５、（ｙ２ｃ−ｙ１ｃ）＝３．７５とした場合、これに対応する車両の各部Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２を路面からの高さ０として、車両各部のＢ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２の移動距離を算出すると、Ｙ方向の移動量が大きくなり、実際の車両の速度より大きい速度を算出することになり、誤差を生じる。すなわち、従来は、車両の高さを所定の平均高さを用いることにより、Ｙ方向の移動量を求めていたが、車両毎に高さが異なるため、車両毎に誤差が生じていた。
【０１０６】
車両のＡ１、Ａ２は、路面からの高さが略０であり、車両の高さにより生ずる誤差が全く無く、車両の移動量、すなわち、車両の速度を求めることができる。すなわち、車両の各部の中で（連結ブロック内の画素で）、最大の動きベクトルを求めることにより、精度良く車両の速度を計測することが可能となる。また、連結ブロック内の画素で、最大の動きベクトルを有する画素の撮像画像上の座標に基づいて、車両の先頭位置（高さ０の車両前部の位置）を計測することも可能となる。
【０１０７】
撮像画像上のｙ座標の移動量を、その撮像時間差で除することにより、車両の速度を算出することができる。
【０１０８】
道路を走行する車両を撮像した場合、車両の前方に該車両による影が生じる場合がある。図１１は車両前方に影が生じた場合の動きベクトルの分布を示す説明図である。図において、Ｓ、Ａ、Ｂ、Ｃは夫々、車両の影領域の先端部、車両前部の路面側（すなわち、路面からの高さが略０である車両前面先端部）、車両前部の天井部、車両後部の天井部の位置を示す。
【０１０９】
この場合は、影領域の先端部Ｓで動きベクトルが最大となる。この影領域は路面からの高さが０であるため、この部分の速度は、車両の速度と一致する。そして、車両後方、すなわち、影領域の先端部Ｓから、車両各部Ａ、Ｂ、Ｃへと移動して、車両各部Ａ、Ｂ、Ｃでの動きベクトルに対して、高さ０として速度を算出すると、影領域の先端部Ｓから車両の前部の路面側Ａまでは、同一速度となる。一方、車両前部の天井部Ｂ、車両後部の天井部Ｃでは、高さが０でないため、算出された速度は大きくなる。
【０１１０】
すなわち、連結ブロック内の動きベクトルが最大となる画素（通常は、連結ブロックの下側部分）から連結ブロック内を走査し（例えば、下側から上側へ）、各画素の動きベクトルに基づいて、高さ０として各画素に対応する車両部分（又は影部分を含む）の速度を算出し、算出した速度が変化する位置を車両前面部の路面側、すなわち車両先頭位置として検出することができる。
【０１１１】
なお、影領域が存在する場合、従来の方法では、影領域の先端部を車両先頭位置として検出していたため、停止線までの到着時間に誤差が生じ、精度良く信号灯器の制御を行うことができない場合があった。
【０１１２】
図１２は撮像画像上の座標位置と速度との関係を示すグラフである。高さＺにある部分がΔＬ移動した場合に、高さ０として算出される前記部分の移動量Ｌは、Ｌ＝ΔＬ・Ｈ／（Ｈ−Ｚ）で表される。この式に、上述のパラメータを用いると、影の先端部Ｓから車両前部の路面側Ａまでの間（すなわち、影領域）では、速度が同じ（５４ｋｍ／ｈ）であり、車両前部の路面側Ａから車両前部の天井部Ｂに座標が変化するにつれて、速度が大きくなり、車両前部の天井部Ｂでは、速度が７７ｋｍ／ｈとなる。
【０１１３】
次に、本発明に係る移動体計測装置２の速度・位置計測処理手順について説明する。図１３は移動体計測装置２の車両の速度・位置算出の処理手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ２８は、連結ブロック内の画素の動きベクトルを検索する（Ｓ３０）。ＣＰＵ２８は、連結ブロック内のすべての画素を検索したか否かを判定し（Ｓ３１）、すべての画素を検索していない場合（Ｓ３１でＮＯ）、ステップＳ３０の処理を続ける。
【０１１４】
連結ブロック内のすべての画素を検索した場合（Ｓ３１でＹＥＳ）、ＣＰＵ２８は、検索した動きベクトルから最大値を算出する（Ｓ３２）。なお、複数の画素で動きベクトルが最大となる場合もある。ＣＰＵ２８は、動きベクトルの最大値に基づいて、車両の速度を算出する（Ｓ３３）。これにより、車両の高さ、又は計測装置から車両各部までの距離に拘わらず、精度良く車両の速度を計測することができる。
【０１１５】
ＣＰＵ２８は、連結ブロックを下側から上側に走査して、高さ０とした場合の各画素の見かけ速度（すなわち、各画素に対応する車両部分又は影部分の実空間での速度）を算出する（Ｓ３４）。ＣＰＵ２８は、見かけ速度が車両速度（動きベクトルの最大値に対応する車両の速度）に一致するか否かを判定し（Ｓ３５）、一致する場合（Ｓ３５でＹＥＳ）、その画素を影領域として記録する（Ｓ３６）。一致しない場合（Ｓ３５でＮＯ）、ＣＰＵ２８は、その画素を車両領域として記録する（Ｓ３７）。
【０１１６】
ＣＰＵ２８は、連結ブロック内のすべての画素について見かけ速度を算出したか否かを判定し（Ｓ３８）、すべての画素について見かけ速度を算出していない場合（Ｓ３８でＮＯ）、ステップＳ３４以降の処理を続ける。すべての画素について見かけ速度を算出した場合（Ｓ３８でＹＥＳ）、ＣＰＵ２８は、影領域と車両領域との境界を車両位置として算出する（Ｓ３９）。これにより、影の有無に拘わらず、車両の先頭位置を求めることができる。
【０１１７】
ＣＰＵ２８は、１フレーム内のすべての連結ブロックについて処理を行ったか否かを判定し（Ｓ４０）、すべての連結ブロックの処理が終了していない場合（Ｓ４０でＮＯ）、ステップＳ３０以降の処理を続ける。すべての連結ブロックの処理が終了した場合（Ｓ４０でＹＥＳ）、ＣＰＵ２８は、算出した車両の速度・車両の位置を出力し（Ｓ４１）、処理を終了する。
【０１１８】
上述の処理は、撮像画像１フレームに対する処理であるが、この処理を各フレームに対して継続して処理を行うこともできる。また、複数のフレームの都度、間引きして処理を行うようにしてもよい。
【０１１９】
図１４は移動体計測装置２で算出される算出情報を示す説明図である。図１４（ａ）に示すように、１フレームの撮像画像は、例えば、４８０×６４０の画素Ｐ1、Ｐ2、…Ｐnに分割される。図１４（ｂ）に示すように、画素毎に算出された動きベクトルＰＶ1、ＰＶ2、…ＰＶnが記録される。動きが検出されなかった画素の動きベクトルはゼロである。図１４（ｃ）に示すように、１フレームの撮像画像毎に、検出された車両数（連結ブロック数）、車両毎の車両の速度Ｖ1 、…、車両毎の車両位置Ｙ1 、…などを記録する。
【０１２０】
実施の形態２
上述の実施の形態１においては、動きベクトルを算出する場合に、ブロックマッチング法及び勾配法で算出した動きベクトルを合成して最終的な動きベクトルを算出するものであったが、これに限定されるものではなく、例えば、車両までの距離に応じてブロックマッチング法及び勾配法を使い分けることもできる。
【０１２１】
図１５は撮像画像を分割して動きベクトル算出法を使い分ける場合の例を示す説明図である。図に示すように、車両までの距離が遠い場合、すなわち、撮像画像上の上側の領域においては、勾配法により動きベクトルを算出する。一方、車両までの距離が近い場合、すなわち、撮像画像上の下側の領域においては、ブロックマッチング法により動きベクトルを算出する。
【０１２２】
車両が遠距離にある場合、動きベクトルの大きさは比較的小さく、１画素未満の微小な動きベクトルも算出することができる勾配法が優れている。一方車両が近距離にある場合、動きベクトルは大きく変化するため、効率よく大きな動きベクトルを算出できるブロックマッチング法が優れている。なお、ブロックマッチング法及び勾配法での動きベクトル算出手順は、実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。
【０１２３】
実施の形態３
上述の実施の形態では、動きベクトルを算出するための画素ブロック（ブロックマッチング法の場合）、又は局所領域（勾配法の場合）は、横長の矩形状であったが、これに限定されるものではなく、例えば、車両までの距離に応じて大きさを変えることもできる。
【０１２４】
図１６は画素ブロック又は局所領域の例を示す説明図である。図に示すように、車両までの距離が遠い場合、すなわち、撮像画像上の上側の領域においては、画素ブロック又は局所領域を小さくし（例えば、４×８）する。一方、車両までの距離が近い場合、すなわち、撮像画像上の下側の領域においては、画素ブロック又は局所領域を大きく（例えば、８×１６）する。
【０１２５】
車両までの距離に応じて、撮像画像上での車両の大きさも異なり、画素ブロック又は局所領域の大きさを、車両の大きさの１／２〜１／１０程度になるようにすることで、動きベクトル算出のための処理労力を低減しつつ、精度良く動きベクトルを算出することができる。
【０１２６】
実施の形態４
上述の実施の形態においては、ビデオカメラで撮像して得られた撮像画像から各画素ブロックの動きベクトルを算出する構成であったが、これに限定されるものではなく、ビデオカメラで撮像してＭＰＥＧ、ＭＰＥＧ２、ＭＰＥＧ４、Ｈ．２６４等の符号化映像の形式に変換された映像データに含まれる各画素ブロックの動きベクトル情報を用いてもよい。例えば、複数の交差点近傍に設置されたビデオカメラ１、１、…で撮像して得られた撮像画像に基づいて、予め動きベクトルを算出しておき、算出した動きベクトルを通信回線に接続された計測装置で取得して、多地点、遠隔地点などの車両の速度・位置を集中的に計測することもできる。
【０１２７】
図１７は本発明の実施の形態に係る移動体計測装置を含む信号制御システムの概要を示す模式図である。図において、１は道路を含む領域を撮像するビデオカメラである。ビデオカメラ１は、複数の交差点近傍に設置され、ビデオカメラ１の光軸は、例えば、交差点付近の停止線から１０ｍ〜１５０ｍの範囲にある道路に存在する車両の速度・位置計測範囲を撮像するように道路方向に沿って配置してある。これにより、ビデオカメラ１は、交差点の上流１５０ｍの位置から交差点に向かって走行する車両を撮像する。
【０１２８】
ビデオカメラ１には、制御装置６を接続してあり、制御装置６には信号灯器４を接続してある。制御装置６は、ビデオカメラ１で撮像して得られた画像データを所定の方式（例えば、ＭＰＥＧ、ＭＰＥＧ２、ＭＰＥＧ４、Ｈ．２６４など）に基づいて符号化処理するとともに、画像データに基づいて算出した動きベクトルを符号化処理し、符号化処理後のデータ及び動きベクトルを、通信回線７を介して接続された計測装置２へ送信する。
【０１２９】
ここで、ＭＰＥＧ、ＭＰＥＧ２、ＭＰＥＧ４、Ｈ．２６４等の符号化映像とは、画像の中の動く部分だけを検出し保存するなどして映像データを圧縮しているものであって、この形式に変換する際に、画素の動きベクトルの算出が行われる。
【０１３０】
制御装置６は、後述するように、計測装置２から通信回線７を介して出力された車両の速度、位置を取得し、取得した車両の速度、位置に基づいて、信号灯器４の制御を行う。これにより、多地点又は遠隔地点にある交差点での円滑な交通又は事故の未然防止を行う。
【０１３１】
計測装置２は、画像入力部２１に代えて、通信部２５で制御装置６、６、…から送信された符号化処理後のデータを取得し、取得したデータ元の画像データを復元するとともに、動きベクトルなどを抽出する。計測装置２は、抽出した動きベクトルに基づいて、車両の速度・位置を算出し、算出した車両の速度、位置を制御装置６、６、…へ通信回線７を介して出力する。
【０１３２】
図１８は制御装置６の構成を示すブロック図である。ビデオカメラ１は撮像して得られた撮像画像を映像信号（アナログ信号）として画像入力部６１へ出力する。画像入力部６１は、取得した映像信号をＡ／Ｄ変換部６２へ出力し、Ａ／Ｄ変換部６２は、入力された映像信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ６８の制御のもと、変換されたデジタル信号を画像データとして画像メモリ６３へ記憶する。ＣＰＵ６８は、画像入力部６１を介してビデオカメラ１から入力された撮像画像を画像データとして、ビデオカメラ１のフレームレート（撮像時点の間隔、例えば、１秒間に３０フレーム）と同期して、１フレーム単位（例えば、４８０×６４０画素）で画像メモリ６３に記憶する。
【０１３３】
ＣＰＵ６８は、画像メモリ６３に記憶した画像データを所定の方式（例えば、ＭＰＥＧ、ＭＰＥＧ２、ＭＰＥＧ４、Ｈ．２６４など）に基づいて符号化処理し、符号化処理後のデータを通信部６５から計測装置２へ送信する。ＣＰＵ６８は、符号化処理を行う際に画像データに基づいて動きベクトルを算出し、算出した動きベクトルを符号化処理する。
【０１３４】
補助記憶部６７は、コンピュータプログラムＰＧを読み込み、ＣＰＵ６８は、読み込まれたコンピュータプログラムをＲＡＭ６４にロードし、ロードされたコンピュータプログラムＰＧを実行することにより、動きベクトル算出処理、信号灯器４の制御処理などを行う。なお、動きベクトル算出処理、信号灯器４の制御処理は、実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。
【０１３５】
図１９は実施の形態４における計測装置２の処理手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ２８は、制御装置６から送信された符号化画像データを受信する（Ｓ５０）。ＣＰＵ２８は、受信した符号化画像データから動きベクトルを抽出する（Ｓ５１）。
【０１３６】
ＣＰＵ２８は、算出された動きベクトルの方向が略一致する画素であって、隣接する画素を連結した連結ブロックを特定する（Ｓ５２）。ＣＰＵ２８は、連結ブロック内のすべての画素を検索して、動きベクトルの最大値を算出する（Ｓ５３）。ＣＰＵ２８は、動きベクトルの最大値を撮像間隔で除して、車両の速度を算出する（Ｓ５４）。
【０１３７】
ＣＰＵ２８は、動きベクトルが最大となる画素の見かけ速度の変化点に基づいて、車両の位置を算出し（Ｓ５５）、すべての連結ブロックについて処理を終了したか否かを判断する（Ｓ５６）。すべての連結ブロックについて処理が終了していない場合（Ｓ５６でＮＯ）、ＣＰＵ２８は、ステップＳ５３以降の処理を続ける。一方、すべての連結ブロックについて処理が終了した場合、算出した車両の速度、車両の位置を出力し（Ｓ５７）、制御装置６へ送信して処理を終了する。
【０１３８】
なお、上述の処理は、撮像画像１フレームに対する処理であるが、この処理を各フレームに対して継続して処理を行うこともできる。また、複数のフレームの都度、間引きして処理を行うようにしてもよい。
【０１３９】
以上説明したように、本発明にあっては、高精度な車両速度計測及び車両位置計測を広範囲、かつ多地点・遠隔地点において安定的に実現することができ、特に、検出した車両の位置のずれによる速度誤差、検出した車両の路面からの高さによる速度誤差、遠距離にある車両を検出した場合に、車両の動きが微小であるが故に、精度良く車両の速度が計測できずに信号灯器の制御遅れが生じるなどの問題を解決することができる。
【０１４０】
上述の実施の形態１〜３においては、ビデオカメラ１と計測装置２とは、別個の装置で構成されていたが、ビデオカメラ１と計測装置２とを統合して、ひとつの装置として構成してもよい。
【０１４１】
上述の実施の形態においては、撮像画像のすべての画素に対して動きベクトルを算出する構成であったが、複数の画素で構成されるブロック毎に動きベクトルを算出する構成であってもよい。
【０１４２】
上述の実施の形態においては、ブロックマッチング法で動きベクトルを算出する場合に、数１の式で表される相関値を用いる構成であったが、これに限定されるものではなく、画素ブロック内画素の差分階調値の絶対値の和、画素の平均階調値の差の絶対値、画素の階調値の標準偏差の差の絶対値など、いずれの方法を用いてもよい。
【０１４３】
上述の実施の形態において、異なる撮像時点の撮像画像を取得する場合、撮像時点の時間間隔は、道路の交通状況に応じて、適宜設定することができる。車両が比較的高速で走行する道路の場合は、時間間隔を短くし、低速走行車両が多い道路では、時間間隔を長くすることができる。
【０１４４】
上述の実施の形態においては、交差点に向かって進行する車両に対して、速度、位置を計測する構成であったが、本発明は、計測装置から遠ざかる方向に進行する車両に対しても適用することができる。また、移動体は、車両に限定されるものではなく、移動する物体であれば他のものであってもよい。
【０１４５】
上述の実施の形態においては、車両の位置を計測する場合、車両部分の高さを０として、速度を算出する構成であったが、高さを０に限定する必要はなく、微小な高さを設定して速度を算出する構成であってもよい。しかし、高さを０にすることにより、速度を算出する際の処理労力を低減することができるとともに、精度よく速度、位置を算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の実施の形態に係る移動体計測装置を含む信号制御システムの概要を示す模式図である。
【図２】計測装置及び信号制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】撮像画像の一例を示す説明図である。
【図４】画素の動きベクトルを示す説明図である。
【図５】本発明に係る移動体計測装置の動きベクトルの算出例を示す説明図である。
【図６】移動体計測装置の動きベクトル算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】連結ブロックの例を示す説明図である。
【図８】連結ブロックにより特定された車両の例を示す説明図である。
【図９】実空間座標及び撮像面座標の関係を示す説明図である。
【図１０】車両の各部の動きベクトルの差を説明する説明図である。
【図１１】車両前方に影が生じた場合の動きベクトルの分布を示す説明図である。
【図１２】撮像画像上の座標位置と速度との関係を示すグラフである。
【図１３】移動体計測装置の車両の速度・位置算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】移動体計測装置で算出される算出情報を示す説明図である。
【図１５】撮像画像を分割して動きベクトル算出法を使い分ける場合の例を示す説明図である。
【図１６】画素ブロック又は局所領域の例を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態に係る移動体計測装置を含む信号制御システムの概要を示す模式図である。
【図１８】制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】実施の形態４における計測装置の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４７】
１  ビデオカメラ
２  計測装置
３  信号制御装置
４  信号灯器
６  制御装置
２１  画像入力部
２２  Ａ／Ｄ変換部
２３  画像メモリ
２４  ＲＡＭ
２５  通信部
２６  記憶部
２７  補助記憶部
２８  ＣＰＵ
２９  ＣＤ−ＲＯＭ
３１  通信部
３２  記憶部
３３  ＲＡＭ
３４  補助記憶部
３５  ＣＰＵ
【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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