(57)【要約】  【解決手段】  既存の路面標示の上方に標示生成装置を位置決めする制御システム。この制御システムは、前記標示生成装置に取り付けられた電磁放射源であって、前記路面に標示パターンを生成する電磁放射源を有する。撮像装置は、前記制御システムが、前記既存の路面標示と、前記電磁放射源により生成された前記標示パターンとの双方を撮像できるようにする。コンピュータは、前記撮像装置に応答して、（ａ）前記既存の路面標示の画像と、（ｂ）前記電磁放射源により生成された前記標示パターンの画像との位置差に基づき誤差信号を生成する。アクチュエータは、前記誤差信号に応答して、前記既存の道路標示の上方に前記標示生成装置を位置決めする。  【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存の路面標示の上方に標示生成装置（ｍａｒｋｅｒ）を位置決めする制御システムであって、
前記標示生成装置に取り付けられ、路面に標示パターンを生成する電磁放射源と、
前記既存の路面標示、および前記電磁放射源により生成された前記標示パターンの双方を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置に応答するコンピュータであって、（ａ）前記既存の路面標示の画像と、（ｂ）前記電磁放射源により生成された前記標示パターンの画像との間の位置差に基づいて誤差信号を生成するものである、前記コンピュータと、
前記誤差信号に応答して、前記既存の道路標示の上方に前記標示生成装置を位置決めするアクチュエータと
を有する制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の制御システムにおいて、前記電磁放射源はレーザーである制御システム。
【請求項３】
請求項１記載の制御システムにおいて、前記電磁放射源はレーザーラインジェネレータである制御システム。
【請求項４】
請求項１記載の制御システムにおいて、前記撮像装置は、前記電磁放射源に選択的に応答するものである制御システム。
【請求項５】
請求項４記載の制御システムにおいて、前記撮像装置は、前記電磁放射源に応答する光学バンドパスフィルターを有するものである制御システム。
【請求項６】
請求項１記載の制御システムにおいて、前記アクチュエータは、さらに、
油圧ステアリングユニットを制御する電気モーターを有するものである制御システム。
【請求項７】
実質的に長方形の既存の道路標示を再ストライピングする装置であって、前記道路標示は、以前に道路標示経路に沿って路面上に配置されたものであり、当該装置は、
前記道路標示経路に沿って移動する自動車であって、前記既存の道路標示上に道路標示材料を定量供給する道路標示生成装置（ｒｏａｄｗａｙ  ｍａｒｋｅｒ）を有するものである、前記自動車と、
前記自動車に取り付けられ、路面の方向に向かって下向きに焦点が合うように配置された撮像装置であって、長手方向に位置が異なり且つ側方へ方向付けられた、前記道路標示の少なくとも２つの線分を撮像するものである、前記撮像装置と、
前記撮像装置に応答して、前記長手方向に位置が異なり且つ側方へ方向付けられた少なくとも２つの線分の画像から、（ｉ）前記道路標示経路を予測して当該予測された道路標示経路の上方に前記道路標示生成装置を位置合わせし、（ｉｉ）前記道路標示生成装置の再ストライピング定量供給時間を決定するシステムと
を有する装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、前記道路標示生成装置は、当該標示生成装置に取り付けられ、前記路面に標示パターンを生成する電磁放射源を有し、前記標示パターンは、さらに前記撮像装置により撮像されるものである装置。
【請求項９】
請求項７記載の装置において、前記撮像装置に応答して、前記長手方向に位置が異なり且つ側方へ方向付けられた少なくとも２つの線分の画像から、前記道路標示経路を予測して当該予測された道路標示経路の上方に前記道路標示生成装置を位置合わせするシステムは、前記撮像装置に応答するコンピュータであって、前記長手方向に位置が異なり且つ側方へ方向付けられた少なくとも２つの線分の画像の各中心点から、画像空間において前記道路標示経路を数学的にモデル化するプログラムを有する、前記コンピュータを有するものである装置。
【請求項１０】
請求項８記載の装置において、前記予測された道路標示経路の上方に前記道路標示生成装置を位置合わせするシステムは、前記撮像装置に応答するコンピュータであって、（ａ）前記既存の路面標示の画像と、（ｂ）前記電磁放射源により生成された前記標示パターンの画像との間の位置差に基づいて誤差信号を生成するプログラムを有する、前記コンピュータを有するものである装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、前記道路標示生成装置は、前記誤差信号に応答して、前記道路標示の上方に位置合わせされるものである装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の装置において、さらに、
前記誤差信号に応答して、前記道路標示の上方に前記道路標示生成装置を位置決めするアクチュエータを有するものである装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、前記アクチュエータは、油圧ステアリングユニットを制御する電気モーターをさらに有するものである装置。
【請求項１４】
請求項８記載の装置において、前記電磁放射源はレーザーを有するものである装置。
【請求項１５】
請求項８記載の装置において、前記電磁放射源はレーザーラインジェネレータを有するものである装置。
【請求項１６】
請求項８記載の装置において、前記撮像装置は、前記電磁放射源に選択的に応答するものである装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の装置において、前記撮像装置は、前記電磁放射源に応答する光学バンドパスフィルターを有するものである装置。
【請求項１８】
破線道路標示経路に沿って移動する自動車のスピードを自動的に決定する装置であって、
時間決定性トリガー信号を生成する信号発生器と、
物体空間を較正する撮像装置であって、前記信号発生器に応答して、破線道路標示の同様な形状特徴を有するトリガーされた画像を生成するものである、前記撮像装置と、
前記信号発生器および前記撮像装置に応答するコンピュータであって、トリガーされた画像間の時間差および前記破線道路標示の同様な形状特徴の物体空間における位置差を決定し、当該時間差および物体空間における位置差から前記自動車のスピードを決定するコンピュータと
を有する装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の装置において、前記時間決定性信号は周期信号である装置。
【請求項２０】
請求項１８記載の装置において、前記破線道路標示の前記同様な形状特徴は、前記道路標示の開始側方縁線および終了側方縁線を有するものである装置。
【請求項２１】
路面上に破線道路標示パターンを再ストライピングするように構成されている自動車により、移動距離を自動的に決定する装置であって、
前記破線道路標示パターンの一連の画像を撮像する撮像装置と、
前記自動車の前記移動距離を表す信号を生成するトランスデューサと、
前記撮像装置および前記トランスデューサに応答するコンピュータであって、（ａ）前記破線道路標示画像の同様な形状特徴間の等価空間距離を決定するプログラムと、（ｂ）前記空間距離に基づき、前記トランスデューサにより生成された距離信号を調整するプログラムとを有するコンピュータと
を有する装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の装置において、前記自動車の移動距離を表す信号を生成する前記トランスデューサは、
前記自動車の回転する駆動軸に取り付けられ、外周上に配置された磁石を有するカラーと、
ホール効果センサーを含み、前記カラーの変化する磁束に応答して一連のパルスを生成する回路と
を有するものである装置。
【請求項２３】
請求項２１記載の装置において、前記空間距離は画像または物体空間距離を有するものである装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年１２月２７日付で出願された米国特許出願第１３／７２８，０６２号の一部継続出願であり、この米国特許出願第１３／７２８，０６２号は転じて、２０１２年１月１７日付で出願され２０１３年１月１８日付で米国特許第８，４６７，９６８号として交付された米国特許出願第１３／３５１，８２９号の一部継続出願であり、本出願は、また、２０１４年２月２１日付で出願された米国仮特許出願第６１／９４２，８４７号および２０１５年１月１２日付で出願された米国特許出願第１４／５９４，７２６号のそれぞれの優先権の利益を主張するものであり、本出願はこの参照によりこれらすべての先願を全目的のため本明細書に組み込むものである。
【０００２】
本発明は、道路表面の道路車線区分標示を塗布する機器に関し、特に、マシンビジョン（機械視覚）技術を使って走行中の自動車から既存道路標示の上面に直接新規の道路標示材料を自動塗布することにより既存の道路車線標示を維持する機器に関する。
【背景技術】
【０００３】
既存の路面は、通常、交通を制御し導くための車線を自動車の運転者が視覚的に識別しやすいよう道路車線区分標示を含む。多くの場合、道路標示は路面上に直接配置され、通常、種々の色、例えば、アスファルトで覆われた道路用の白色または黄色の塗料、あるいは路面と標示間で鮮明なコントラストをなすよう黒く塗装された背景上の白色または黄色の塗料（特に、明るい色のコンクリート道路に使用される）から成る。その他の場合、道路標示は、予め路面にフライス加工された溝に配置されることもある。
【０００４】
路面と道路標示の認識可能なコントラストは、日中でも夜間でも、路面が乾燥し若しくは湿った運転条件でも、自動車の運転者が迅速かつ確実に正しい車線を認識できるようにする上で重要な検討事項である。
【０００５】
道路標示には、これまで種々の材料が完成されている。最も一般的な道路標示材料は液状で（総称的に「塗料」と呼ばれる）、望ましい道路標示経路に沿って前方へ走行する塗装車から路面にスプレーされる。次いで前記液体材料が乾燥、硬化、または固化して、乾燥した半永久的な道路標示を形成する。塗布される液体標示材料の厚さは、おおよそ１０００分の１インチの２０倍（０．５ｍｍ）だが、路面の粗さ、塗布仕様、および標示材料のタイプに応じて異なる。一般的ないくつかの液体標示材料としては、エポキシ、ポリ尿素、路面塗料、または道路標示産業用に特に配合された一般に使用される他の標示材料などがある。道路標示材料の製造元の例としては、Ｓｈｅｒｗｉｎ−Ｗｉｌｌｉａｍｓ（米国メリーランド州Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ）およびＥｐｏｐｌｅｘ  Ｉｎｃ．（米国ニュージャージー州Ｍａｐｌｅ  Ｓｈａｄｅ）などがある。
【０００６】
高温熱可塑性材料も、道路標示材料として一般に使用されている。この材料は、まず加熱および溶融されたのち、液化した溶融状態で、（圧力下で）スプレーされ、リボン状に押出成形され、あるいはトラフまたはシュー（スクリード）から路面に塗布される。また、低温の予備成形済み熱可塑性材料セクション（通常３フィート、すなわち９１ｃｍ長）を望ましい道路標示経路に沿って配置してからトーチで半液化させることもできる。半液化した熱可塑性材料は、まず路面に適合してから急速に冷めて固化し、路面に結合して望ましい道路標示を形成する。
【０００７】
道路標示に使用されるもう１つの材料は、テープ形態で供給される。特別に配合されたその道路標示テープは、実際の道路標示が連続した柔軟な形態になったもので、この道路標示テープを路面に貼付するため、底面に接着剤コーティングを有する。この製品は、路面に直接適用し、高温のアスファルト道路に直接はめこみ、または予め路面にフライス加工された溝に好適に適用することができる。連続した道路標示テープ製品の一例は、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（米国ミネソタ州Ｓｔ．Ｐａｕｌ）製のＳｔａｍａｒｋ（商標）Ｐａｖｅｍｅｎｔ  Ｍａｒｋｉｎｇ  Ｔａｐｅである。
【０００８】
上記すべての道路標示材料は、日中に晴天条件で道路車線の区分標示を可視的に画成するには有効であるが、湿潤および夜間条件では効果が損なわれる。
【０００９】
湿潤および夜間条件における道路標示の可視性を高めるため、道路標示材料の適用工程中、当該道路標示材料に反射エレメントが適用されている。これらの反射エレメントは、近づいてくる自動車から入射するヘッドライト光をその自動車の運転者へと反射して、道路標示の夜間可視性を著しく改善する。スプレー直後の道路標示または溶融された熱可塑性材料の頂面に反射エレメントを定量供給すると、道路標示の夜間可視性をさらに改善することができる。テープ製品の場合も、反射エレメントをテープ面に一体化することで複合反射面を形成できる。
【００１０】
最も一般的な反射エレメントのうち、液体または熱可塑性の道路標示材料とともに適用されるのは、小寸法で一般に球形のガラスビーズである。それらのビーズは近づいてくるヘッドライトからの光を効率的に裏面反射することにより自ら道路標示を照らすよう形成される。この現象の説明には用語「再帰反射性」が使用される。
【００１１】
液体ベースのスプレー材料の場合は、一般に、前方へ走行する塗装トラックと逆方向に等しい速さでビーズを定量供給して、それらのビーズが重力で略垂直に落下してスプレー直後の標示材料頂面に一部埋め込まれるようにする。前記ビーズの頂部は露出するため、近づいてくる自動車のヘッドライト光を再帰反射することができる。
【００１２】
道路ビーズのサイズは場合により異なるが、最も一般的なビーズ直径は、１０００分の１インチの約１５〜５０倍（０．４〜１．２ｍｍ）の範囲である。シェアの高い道路標示ガラスビーズ製造元は、Ｐｏｔｔｅｒｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  ＬＬＣ（米国ペンシルバニア州Ｍａｌｖｅｒｎ）である。
【００１３】
液体標示材料が乾燥、硬化し、または液化（溶融）熱可塑性材料の場合は冷却および固化するに伴い、前記ビーズは当該標示材料に、したがって路面に、実質的に接着および固定される。標示材料（しばしばバインダー（結合剤）と呼ばれる）は、埋め込まれたビーズとともに、面が粗く隆起・露出した頂面を有する硬質複合構造を形成する。硬化したバインダーから露出したビーズ部分は、自動車のヘッドライトからの入射光の一部を捉えて再帰反射する。完成した道路標示の厚さは、硬化したバインダーの厚さと、硬化した液体材料面より上のビーズ露出部分の厚さとを含む。
【００１４】
また、２若しくはそれ以上の異なる直径のビーズを同時にまとめて定量供給すると、種々の道路環境条件用に種々の反射特性を実現できる。また、他の非球形の反射エレメントも、単独で、または他種の反射エレメントと組み合わせて定量供給できる。
【００１５】
例えば、直径が１０００分の１インチの２０倍（０．５ｍｍ）のビーズを、直径が１０００分の１インチの５０倍（１．２５ｍｍ）のビーズと同時に定量供給すると、湿潤（雨天）夜間道路での反射率を改善できる。タイプの異なる２つの反射成分の定量供給は、一般にダブルドロップ工程と呼ばれる。タイプの異なる３つの反射成分の定量供給（例えば、サイズの異なる２種類のビーズと、１種類の不規則サイズの反射エレメント）は、トリプルドロップ工程と呼ばれる。
【００１６】
直径が大きいほうのビーズ部分は、湿った路面で水の膜の厚みより上に突出し、近づいてくるヘッドライトからの光を再帰反射し続けることができる。ただし、直径の大きいほうのビーズは路面から有意に突出するため、時とともに、より劣化しやすい。これと対照的に、直径が小さいほうのビーズは、湿った路面で水の膜の厚みに完全に沈んでしまい、近づいてくるヘッドライトからの光を有効に捉えず、再帰反射もしないが、サイズが小さいため経時劣化の影響は受けにくい。湿潤道路条件での道路標示の反射率をさらに改善するため、他の不規則形状および寸法の反射エレメントがビーズとともに追加で定量供給される場合もある。
【００１７】
テープ形態で供給される道路標示材料の場合、反射エレメントは、通常、テープに直接一体化されて、連続した複合構造を形成する。一部のテープ製品は、多角形形状の隆起した外形に埋め込まれ、ワッフル状パターンに構成されて乾燥および湿潤双方の夜間条件で、近づいてくる自動車のヘッドライトからの光を捉えて再帰反射する反射エレメントを有する。
【００１８】
上記すべての解決策は、種々の運転環境条件下において道路標示と路面間に初期に高コントラストの差別化をもたらす上で効果的である。ただし、この初期の高コントラスト差別化は、種々の理由で経時的に劣化する傾向がある。例えば、道路標示の認識可能な反射形状（通常、長方形）を画成する実際のバインダー材料は、自動車の通交および時間経過により摩耗し、さらに太陽の紫外線放射への長期露出により退色するおそれがある。さらに、道路標示の表面にタイヤの黒い擦り跡が生じて、標示の可視性がより劣化する場合もある。
【００１９】
また、バインダー材料と路面の熱膨張率の差により両者が物理的に分離して一貫して認識可能な道路標示を保つ能力がさらに損なわれるおそれがある。季節ごとの経時的な道路温度変動も、道路標示の亀裂と剥離を生じて標示の有効性をさらに劣化させる可能性がある。
【００２０】
液体、熱可塑性材料、およびテープ用途の反射エレメントは、各々のバインダーとともに導入されるが、通過する自動車のタイヤと適用された道路標示とが摩擦接触する結果、急速に摩耗するおそれがある。道路標示の劣化は、北方の気候における除雪車の路面除雪作業により、バインダーとその反射ビーズまたは反射エレメントが部分的または完全に削り取られることによっても起こる。通常、道路車線、ひいてはそれらの車線を画定する道路標示の厳密な位置は、除雪工程中に見ることはできないため、除雪車により標示が誤って削り取られてしまう可能性が高まる。
【００２１】
道路標示と路面に効果的なコントラストを保つため、道路交通局等は、定期的に種々の道路標示再適用工程を使って、道路標示のコントラストおよび可視性を維持できる。その工程の１つでは、まず特殊な研削機械（一般に「ｇｒｉｎｄｉｎｇ  ｔｒｕｃｋｓ」（研削トラック）と呼ばれる）または加圧循環水流（一般に「ｗａｔｅｒ  ｂｌａｓｔｉｎｇ」（ウェットブラスト）と呼ばれる）で、摩耗した既存の標示を抹消する。次いで、路面の標示を抹消したほぼ同じ位置に新たな道路標示が適用される。この特定の適用工程では、高価な専用機器（一般に「研削トラック」または「ウェットブラスター」と呼ばれる）または標示抹消機の組み合わせを使って、まず摩耗した既存のラインを除去する必要があるため、コスト高で非効率的であり、その後も新たな道路標示経路を描いて新たな道路標示を適用するために付加的な時間と人件費がかかる。さらに、道路標示の抹消とその後のレイアウトおよび再適用の双方を行う際に車線が閉鎖されるため、往来する一般者が不便をこうむってしまう。
【００２２】
比較的普及している廉価な別の再適用工程では、摩耗した既存の道路標示を抹消せず、新たな道路標示材料（例えば塗料と、必要に応じて反射エレメント）を直接既存の道路標示上から適用する。道路標示材料を直接既存の道路標示上から再適用するこの工程は、一般に「ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ  ｓｔｒｉｐｉｎｇ」（メンテナンス・ストライピング）と呼ばれ、これが本発明の主題である。一般的なメンテナンス・ストライピング工程としては完全に手作業で制御する工程があるが、この完全に手作業で制御する工程は一部自動化することもできる。以下、両タイプのメンテナンス・ストライピング工程について説明する。
【００２３】
完全に手作業で制御するメンテナンス・ストライピング工程の場合は、まず運転者が既存の道路標示経路に沿って塗装トラックを位置決めし、前記標示経路に沿って、道路標示材料の定量供給適用工程に合ったスピードで、長手方向に前記トラックを前方移動させる。既存道路標示が前方に明確に見えている前記運転者は、塗装トラックの位置およびトラックの経路を実質的に既存の道路標示経路と平行に保つ。
【００２４】
前記塗装トラックが既存の道路標示経路に沿って進むに伴い、当該塗装トラックの後方に位置し視野を遮られずに既存の道路標示を見ることのできる第１の作業者は、道路標示材料を定量供給するハードウェア（通常、可動式のキャリッジ。以下でより詳しく説明する）の側方位置を制御し、当該塗装トラックの片側を処理する（例えば、米国で中央線を塗装する場合は左側）。また、第２の作業者も前記塗装トラックの後方に位置して、道路標示を定量供給するハードウェアと、当該塗装トラックの反対側（例えば、車道外側線を塗装するための右側）での工程とを制御することができる。これらの作業者は、既存の道路標示の上から材料を定量供給するハードウェアを適切に位置合わせし、かつ、道路標示材料の定量供給を開始および終了するタイミングを制御する責任を負う。
【００２５】
実線の道路標示（例えば、道路中央線）を定量供給する距離は長いため、前記作業者は、主に、前記定量供給ハードウェアを既存標示の上方に位置合わせすることのみに関与し、前記実線標示の開始・終了時以外は道路標示材料の定量供給の開始および終了のタイミングを継続的に制御することには係わらない。ただし破線パターンが反復される場合は例外で、その場合、前記作業者は、絶えず前記定量供給ハードウェアを既存道路標示の上方で位置合わせし、同時に道路標示材料の定量供給を開始および終了するタイミングを定期的に手作業で補正することにより、前記塗装トラックの定量供給システムを監視および調整して、新規適用される標示が確実かつ正確に既存の破線パターンを再現するようにしなければならない。
【００２６】
そのため、道路標示を手作業でメンテナンス・ストライピングするには、既存の道路標示経路に沿って塗装トラックを操作および位置合わせする運転者、ならびに道路標示を定量供給するハードウェアの側方位置および道路標示材料の定量供給を開始および終了するタイミングの双方を制御する作業者が少なくとも１人、場合により２人必要である。
【００２７】
液体（または他種の）標示材料（例えば、エポキシバインダー）の定量供給ハードウェアは、通常、塗装トラックの対向しあう両側に取り付けられた側方へ延出可能な２つの油圧制御式キャリッジから成る。左右のキャリッジは、通常、塗装トラックが道路標示経路に沿って動くに伴って中央線および側線が（単独で若しくは同時に）塗布され、各々の作業者により制御されるよう設けられる。前記キャリッジは、さらに、当該キャリッジに取り付けられて下方へ向けられたガンを有し、このガンは、道路標示バインダー材料（例えば、塗料）を路面にスプレーする。反射媒体を定量供給するガンを、道路標示バインダー・スプレーガンの後方へ前記キャリッジに固定することもできる。他の道路標示材料には、特定の道路標示材料に適合した異なる定量供給ハードウェアが必要な場合もある。
【００２８】
キャリッジごとの油圧制御システムには、可動ピストン（さらに、ピストンロッドに取り付けられた）を有する１若しくはそれ以上の油圧操作可能なシリンダーと協働する従来の油圧ステアリング制御ユニットを含めて、前記キャリッジを側方へ延出させ、また引き込むことができる（前記シリンダーの一端は、前記塗装トラックの本体に固定され、前記ピストンロッドは、前記キャリッジに取り付けられる）。前記油圧ステアリング制御ユニットは、油圧に反応するピストンへの油圧作動液の方向を制御し、転じてそのピストンが各々のキャリッジを側方へ延出させ、または引き込む。
【００２９】
作業者は、従来のステアリングホイールで油圧ステアリング制御ユニットを制御可能に回転させることにより、前記左右に取り付けられたキャリッジの側方位置および動き（ひいては、液体バインダーおよびビーズガンの側方位置）を手作業で制御する。前記ステアリングホイールを１方向へ回転させると前記キャリッジは延出する一方、、当該ステアリングホイールを逆方向へ回転させると当該キャリッジは後退し、当該キャリッジの側方速度は、作業者がいかにすばやくステアリングホイールを物理的に回転させられるかにより決定される。
【００３０】
油圧式キャリッジの制御システムにより、各前記作業者は、既存の道路標示経路の上から道路標示材料を定量供給するハードウェアを側方へ位置合わせし、運転者が道路標示経路に沿って塗装トラックを位置決めする際、特に湾曲した道路標示経路の周辺で、わずかな位置のずれにも対応してキャリッジの位置を調整することができる。
【００３１】
既存の道路標示経路に対して前記ガンを正しい側方位置に位置合わせたら、作業者は、塗装トラックが既存の道路標示経路に沿って進むに伴い、道路標示材料の定量供給をいつ開始および終了するか決定しなければならない。通常、作業者は、既存線分の開始縁部から標示材料の定量供給の開始を試みる。この作業を行うため、作業者は、まず目視で前記線分の先端を見つけ、次いで定量供給バルブをオンにしたときの固有の遅延と、当該車のスピードとを考慮して道路標示材料の定量供給をいつ開始すべきか推定しなければならない。トラックスピード、定量供給バルブのオン遅延、および作業者の応答時間の変動により、通常は、実際の開始位置、すなわち既存の道路標示線分の先端と、新規適用される標示線分の開始縁部とに位置的なずれが生じる。既存道路標示線分の実際の先端と、新規適用される標示線分の開始縁部との位置合わせ許容誤差が、通常、大部分の交通局または道路標示維持に関する他の所轄当局により許されている。標示縁部の位置的な許容誤差は、±数インチ（数センチメートル）であり、交通局その他で定義された仕様に応じて異なる。
【００３２】
既存標示の上から道路標示材料の定量供給を開始したら、作業者は道路標示材料の定量供給を継続し、既存標示線分の後縁が視野に入った時点で、当該定量供給工程を停止すべき適切な時間の判断を試みる。既存標示と新規に適用された標示の後縁の位置誤差は、トラックスピード、定量供給バルブのオフ遅延、および作業者の応答時間の変動により生じうる。開始時間および終了時間について判断を行う時間を作業者に与えるには自動車の減速が必要な場合もあり、これにより標示材料の定量供給における標示の先端および後縁の位置合わせ誤差が最小限に抑えられる。ただし、走行するトラックを減速させると、既存標示の上から標示材料を再適用するために必要な時間は長くなる。
【００３３】
新規道路標示材料は既存道路標示の上から適切に定量供給できるものの、この手作業工程は、作業者が定量供給ハードウェアを側方へ位置合わせすると同時に、標示材料の定量供給を開始および終了するタイミングを制御しなければならないことによるヒューマンエラー（人的ミス）を生じやすい。
【００３４】
また、作業者は線分の実際の長さを正確に決定することはできず、通常、元の線分仕様には無関係に、見えている既存線分の全長にわたり新たな道路標示材料を定量供給する。例えば、一般的な１５／４０破線パターンは、１５フィート（４５０ｃｍ）の線分および２５フィート（７５０ｃｍ）の間隔を含むべきである。しかし、過去の再ストライピング活動により、１５フィート（４５０ｃｍ）の線分は、上から長めにスプレーされて１７フィート（５２０ｃｍ）の線分になってしまっているかもしれない。再ストライピング工程を手作業で制御した場合、作業者は、元の仕様では１５フィート（４５０ｃｍ）の線分が要求されていたとしても過剰な定量供給を行って１７フィート（５２０ｃｍ）の線分全体を再ストライピングしてしまい、道路標示材料を無視できない割合だけ不要に浪費することになる。あるいは、作業者が破線パターンの線分に本来より短く定量供給するおそれもある。例えば、１５フィート（４５０ｃｍ）の塗装線分が必要とされるところ、以前にそれより短い１３フィート（４００ｃｍ）長しかスプレーされていなかった場合、作業者は、目に見える最も最近の１３フィート（４００ｃｍ）の線分しか再ストライピングしない可能性がある（元の１５フィート（４５０ｃｍ）の線分のうち、残り２フィート（６０ｃｍ）の線分は摩損する）。
【００３５】
縁部の位置誤差を最小限に抑えて指定された線分長だけストライピングする試みとして、再ストライピング工程中に作業者を補助する「タイマーベースの」コントローラシステムがこれまで作製されている。これらの一部自動化されたシステムは、通常、道路標示経路に沿って塗装トラックが移動した距離を決定し、この情報を使って塗装ガン（または、例えばビーズ定量供給システムを含む、道路標示材料を定量供給する他の機器）を適切にオンおよびオフにして、望ましい破線パターンを生じる。道路標示材料の定量供給を制御する市販システムの一例には、Ｓｋｉｐ−Ｌｉｎｅ  Ｉｎｃ．（米国オレゴン州Ｌａ  Ｇｒａｎｄｅ）製のモデルＳＭ−５がある。
【００３６】
塗装トラックが移動した距離は、一定数の永久磁石を外周に埋め込んだアルミ製リングを駆動軸に取り付けたものにより決定できる。駆動軸（したがって、それに取り付けられたリング）が回転すると、永久磁石の磁束が空間的に変化し、シャーシに取り付けた従来のホール効果センサーまたは他の磁気反応性センサーがその変化を検出して、一連の電気パルスを出力する。例えば、前記リングに２０の永久磁石が埋め込まれている場合、駆動軸の各回転につき２０のパルスが生じる。駆動軸の回転により、リアアクスルおよびディファレンシャルを通じて後輪の回転も生じるため、駆動軸の回転で生じるパルス数は後輪の回転に比例し、したがって当該車が移動した直線距離に比例する。パルスごとの移動等価直線距離は、通常、まず道路を再ストライピングする前に較正手続きで決定される。
【００３７】
前記システムを較正するため、運転者は、まず道路の既知の長さを物理的に測定する（例えば、１，０００フィートすなわち３００ｍ）。次に、路上でこの既知の長さに沿ってトラックを運転すると、前記磁気反応性センサーにより生成されたパルス数がタイマーにより記録される。移動した距離（フィートその他の便宜的な長さ単位で）とこの距離にわたって磁気反応性センサーにより生成されたパルス数がわかっているため、前記システムは、パルスごとの移動等価直線距離（フィート）を計算でき、これを使って、マイル単位の時速で自動車のスピードを計算することもできる（パルスあたりのフィート数×１秒あたりのパルス×１時間３，６００秒×１マイルあたり５，２８０フィート）。次に、パルス数を計数することにより塗装トラックの移動距離が決定できるため、これを使って、道路標示を定量供給するための正確な線分および間隔の長さが決定できる。
【００３８】
例えば、較正手続きの完了後、磁気反応性センサーからの１パルスが１．２インチ（３０ｍｍ）の移動距離に対応することがわかったとする。１５／４０破線を再ストライピングするものと仮定すると、前記コントローラは、道路標示材料を定量供給するためのバルブを、１５０パルス（（１５フィート×１フィートあたり１２インチ）／（１パルスあたり１．２インチ））分だけオンにしたのち、２５０パルス分だけ前記バルブをオフにして道路標示材料を定量供給しないようにする。この定量供給バルブのオン・オフ・サイクルは、破線の全長にわたって繰り返される。また前記コントローラは、前記定量供給バルブのオン・オフ遅延時間、ならびにタイミングの前倒しまたは遅れの他の問題について補正を行うこともできる。
【００３９】
前記較正距離−パルス比が前記再ストライピング工程全体にわたり一定であると仮定すると、これらのタイプのコントローラは、塗布される線分および間隔の長さを、良好な位置的正確さで反復できる。
【００４０】
ただし、距離−パルス比は前記再ストライピング工程中に変化することもある。例えば、タイヤ直径がタイヤ空気圧の関数であり、タイヤ空気圧がタイヤ温度の関数であることはよく知られている。そのため、タイヤ温度の変動はタイヤ直径の変化を生じ、ひいては、以前に較正された距離−パルス比の変化を生じる。例えば、前記再ストライピング工程中にタイヤ温度が上昇すると、タイヤ空気圧が変化する可能性がある。このタイヤ空気圧の変化によりタイヤ直径が変化して、タイヤ１回転あたりの距離誤差が生じるおそれがある。温度変化が最終的にタイヤ１回転あたりの移動距離に影響を及ぼすほか、作業者が、新規塗装適用の開始前に距離−パルス比を再較正せず、代わりに以前の距離−パルス比を基準にすることを決定する可能性もある。また、他の要因、例えばタイヤの損耗、ならびに空気漏れまたは操作不能なタイヤ弁によるタイヤの空気抜けが、タイヤ１回転あたりの移動距離に影響する可能性もある。
【００４１】
前記再ストライピング工程中の前記距離−パルス比の変化に起因する誤差、または現在のものではない以前の比の使用は累積し、塗布される線分および間隔の長さに位置誤差を生じる。例えば、１５／４０破線をを再ストライピングすると仮定し、かつ、初期にパルスあたり１．２インチ（３０．５ｍｍ）の比を仮定すると、１．２インチ（３０．５ｍｍ）／パルスから１．２５インチ（３１．７５ｍｍ）／パルスへの変化は、望ましい１５フィート（４５７ｃｍ）長の破線標示でなく、１５．６２５フィート（４７６ｃｍ）の破線標示を生じ、７．５インチ（１９ｃｍ）の差分を生じる。間隔の長さも２５フィート（７６２ｃｍ）から２６．０４フィート（７９２ｃｍ）に変化し、１フィート（３０ｃｍ）を超える差分を生じる。この定量供給サイクル誤差は累積し、前記再ストライピング工程全体にわたり続くため、迅速に補正しなければ、結果的に許容されない道路標示パターンをもたらす。
【００４２】
前記距離−パルス比誤差その他の誤差に起因する道路標示材料の定量供給の位置的な微小変動に対応して定量供給サイクルを調整するため、作業者は、道路標示材料の定量供給が開始される位置を目視で観察し、その位置を既存道路標示の開始位置と目視で比較する。定量供給される道路標示の開始位置が既存標示の開始位置に位置合わせされない場合、作業者は、道路標示材料を定量供給（通称「ジョギング」）するタイミングを、手作業で先行させ（前倒しし）または遅延させ（遅らせ）て、それ以降の開始位置を再度位置合わせしなければならない。
【００４３】
既存の道路標示の上から厳密に再ストライピングする正確度は、材料を定量供給する作業者が、道路標示経路に沿った塗装トラックの移動に伴って前記キャリッジ（ひいては前記定量供給ハードウェア、すなわち前記塗料スプレーガン）を道路標示の上方で側方へ位置合わせする能力と、さらに、前記距離−パルス比および他の要因の変動に合わせて道路標示材料の定量供給の開始位置を前倒しし若しくは遅らせる能力とに大きく依存する。そのため、一部自動化した再ストライピング工程の位置的な正確さは、前記較正手続きの正確さおよび一貫性と、上述のように材料を定量供給する作業者の判断力とに依存するため、誤差を生じやすい。
【００４４】
さらに、道路標示の上から前記キャリッジを側方へ位置合わせし、かつ、タイミングを合わせた定量供給サイクルを前倒しし若しくは遅らせるよう作業者が視野を遮られずに道路標示を見ることができるという要件により、通常、作業者は塗装車の後方に位置するため、高速で通過する、または一般車線を往来する自動車からの危険にさらされる。前記塗装トラック後部とそのそばを通過する、または一般車線の交通との衝突による作業者の負傷も文書に記録されている。
【００４５】
既存の道路標示のメンテナンス再ストライピングを完全に自動化するこれまでの試みは、特に予め適用された道路標示材料の光学特性を使って標示材料ガンの側方位置と、標示材料適用の開始および終了の実際のタイミングとを制御するシステムを含んでいる。
【００４６】
例えば、Ｃａｒｌ  Ｆ．Ｂｒｏｗｎに付与された米国特許第３，１０１，１７５号では、塗装トラックの運転者が道路標示経路に沿って当該車を誘導するのを支援するため使用される閉回路テレビジョン受信機システムを有した塗装トラックについて開示している。前記トラックの運転者は、既存の道路標示に隣接して当該車を慎重に位置決めし、前記テレビジョン受信機での既存の道路標示の画像を使って、既存の道路標示の上から、道路標示を定量供給するハードウェアを絶えず位置合わせするよう当該塗装トラックの操作を試みなければならない。前記運転者は、テレビジョン受信機を絶えず監視して、既存の標示位置の上方で前記定量供給ハードウェアの位置合わせを維持するとともに、いつ道路標示材料の定量供給を開始および停止するか制御しなければならない。この特許では、塗装トラックの後方から作業者を排除することを試みているが、既存の道路標示の上方で正確な定量供給位置を保つことは、精確な時間に道路標示材料を適切に定量供給しながら、前記トラックおよび道路材料定量供給ハードウェアの双方と現在の道路標示経路との位置合わせを維持し、かつ、既存の道路標示経路に沿って前記塗装トラックの位置制御を試みるという同時作業が前記運転者に要求されるため、難しい。
【００４７】
Ｊ．Ｌ．ＭｃＬｕｃａｓらに付与された米国特許第３，２２９，６６０号では、幹線道路の舗装に道路標示材料を選択的に適用し、かつ、塗料適用車を所定の道路標示経路に沿って自動的に制御する機器について開示している。路面の下または上に配置された情報を含んだ信号素子は、所定の道路標示パターンを画成する。前記情報を含んだ素子は、路面に埋め込まれた金属または放射性材料のストリップ（帯状体）、あるいは予め固定された光学反応性の道路標示材料（塗料）を含むことができる。前記情報を含んだ素子の各々に応答する検出器は、新規道路標示材料の定量供給を制御する。塗布された道路標示の存在を検出するフォトセルが開示されている。道路標示が検出されると信号が生成され、これを使って標示材料の定量供給が制御される。前記フォトセルが標示のある若しくはない表面を光学的に区別する上で十分な道路標示材料が路面上で利用できると仮定すれば、前記光検出器は適切に機能する。この状況は、道路を往来する交通により、以前に適用された標示を区別する光学特性が損なわれるため、または路面から標示が完全に消失してしまうため、まれにしか生じない。そのため、この発明は、以前に適用された道路標示材料が十分にあって現在光学的に検出可能な位置でしか、標示材料を適用することができない。
【００４８】
Ｗｉｌｓｏｎらに付与された米国特許第５，０５４，９５９号および第５，１６９，２６２号では、走行する塗装トラックに取り付けられる支持構造を有した舗装道路の線標示機器について開示しており、この機器は、古い線標示を検出する標示検出器（ラインスキャン・カメラ）と、前記古い線標示上に塗料を吐出する横方向へ移動可能で制御可能な塗料アプリケータと、前記標示検出器からの信号に応答して前記古い線標示の上方の位置に塗料アプリケータを動し、その古い線標示の上から塗料を制御可能に吐出する制御システムとを有する。これらの機器は、前記古い線標示が前記標示検出器により検出可能な場合は適切に機能するが、現在の道路標示経路上で前記古い線標示の一部が完全に消失してしまっている場合は機能しない。さらに、線標示の先頭が前記標示検出器により明確に識別されない場合、線標示縁部の先頭が前記標示検出器により明確に識別されるまで、塗料は吐出されない。
【００４９】
Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｈ．Ｈａｒｔｍａｎに付与された米国特許第５，２０３，９２３号では、古い塗装標示を再塗装する制御システムについて開示しており、この制御システムは、既存の道路標示に光を当ててこれを電磁的に励起する光源を有する。分光検出器が既存の道路標示から反射されてくる光のスペクトル成分を解析して、標示材料について事前に選択された既知の化学成分の有無を決定し、道路標示材料の定量供給を制御するとともに、道路標示経路を追跡する。ただし、高い信頼性で道路標示を検出するには、道路標示材料の化学成分の電磁スペクトル放射応答が照明の波長に適合して、最大量の励起（蛍光）スペクトル放射を実現することが必要であり、交通により標示が摩損していると励起放射は得られない。
【００５０】
Ｓｍｙｒｋらに付与された米国特許第５，４５６，５４８号では、既存の道路標示構成の線を路面または舗装路面に適用して道路標示パターンを正確に反復する機器について開示している。この機器は、塗装車の前部付近に取り付けられた測量システムを有し、この測量システムは、路面を横方向にスキャンする道路標示検出器（電荷結合素子、すなわち「ＣＣＤ」、ラインスキャン・カメラ）と、ニューラルネットワークから着想を得たパターン推移検出器であって、線パターンの変化を認識し、これに応答して標示材料の定量供給を制御し、線パターンの変化を正確に繰り返すパターン推移検出器とを有する。前記機器が、現在の線パターンおよびそれに続く線パターン（例えば、標示および破線間隔パターン）の間で推移が生じる厳密な点を決定する正確さ、ひいては道路標示材料の定量供給の正確さは、前記ニューラルネットワークが種々のパターン変化からいかに適切に学習できるかに依存する。
【００５１】
以前に適用された道路標示材料の光学特性を使って道路標示材料の定量供給を制御する現在のメンテナンス・ストライピング技術は一部成功しているが、先行技術をさらに改善すると、再ストライピング工程をより完全に自動化してその正確さとスピードを高め、当該車の後方からキャリッジ作業者または作業者を排除することができるため、必要な作業者は再ストライピング工程を完了する（当該塗装車の運転者）ただ１人となる。
【００５２】
例えば、再ストライピング工程を完全に自動化する機器は、（１）再ストライピング工程全体にわたり、道路標示材料を定量供給するガンを、第１のストライピングサイクルの第１の標示の先頭縁部の位置と、それ以降の標示の先頭縁部の位置とに自動的かつ正確に位置合わせし、（２）既存の道路標示の上から道路標示材料を自動的かつ正確に定量供給し、（３）破線サイクルごとに標示および間隔の長さを正確に維持し、（４）単線、二重線、または陰影（コントラスト）線用に、道路標示材料（バインダー材料および反射成分を含む）を自動的に定量供給し、（５）道路標示材料の定量供給工程を監視し、（６）既存のラインストライピング車、特に、手作業で制御する油圧操作式キャリッジ位置決めシステムを有するラインストライピング車に容易に設置して、これを改修でき、（７）望ましい破線パターンを自動的に決定し、（８）再ストライピング工程中に距離−パルス比を自動的に自己較正し、（９）距離−パルス比の決定における誤差を低減し、（１０）既存の道路標示が光学的に検出可能であるかどうかにかかわらず、新規適用する道路標示と既存の道路標示との開始および終了位置の位置合わせを改善しなければならない。他の改善事項は、本発明を参照することで明確に理解されるであろう。
【００５３】
これらの要件すべてに対処する先行技術はない。そのため、道路標示産業では、より少ない手作業で、作業者の安全性を向上させ、今日利用可能な現在の道路メンテナンス・ストライピング技術より正確で効率的かつ廉価な道路標示メンテナンス・ストライピング機器が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００５４】
以上で認められた必要性、ならびに現在のメンテナンス・ストライピング技術を見直しその目的を鑑みることで明確に理解されるであろう他の必要性を満たすため、本発明は、現在の道路標示の状態に関係なく、かつ、作業者がメンテナンス・ストライピング工程を制御する必要なく、既存の道路標示の上から新規の線標示材料を正確に適用する改善された新しい装置および方法を提供する。
【００５５】
現在の道路標示メンテナンス再ストライピング技術の難点を克服するため、道路標示経路に沿って既存の標示の上から標示を配置する新たな装置および方法が提供される。本発明の基本的な目的は、路面上または他の表面上の既存車線区分線を自動的に再塗装または再現する改善された装置を提供することである。
【００５６】
本発明の別の目的は、路面上または他の表面上の部分的に消失した車線区分線を自動的に再塗装または再現する改善された装置を提供することである。
【００５７】
本発明の別の目的は、路面上または他の表面上の完全に消失した視認不能な車線区分線分を自動的に再塗装または再現する改善された装置を提供することである。
【００５８】
本発明のさらに別の目的は、道路標示を定量供給するハードウェアを既存の道路標示の上方に自動的および正確に位置合わせする改善された装置を提供することである。
【００５９】
本発明のさらに別の目的は、道路標示を定量供給するハードウェアを既存の実線単一または二重道路標示の上方に自動的および正確に位置合わせする改善された装置を提供することである。
【００６０】
本発明のさらに別の目的は、道路標示を定量供給するハードウェアを既存の破線単一または二重道路標示の上方に自動的および正確に位置合わせする改善された装置を提供することである。
【００６１】
本発明の別の目的は、道路標示材料を定量供給するハードウェアを直接既存の実線道路標示の上方に位置合わせするマシンビジョンベースの制御システムを提供することである。
【００６２】
本発明の別の目的は、道路標示材料を定量供給するハードウェアを直接既存の破線道路標示の上方に位置合わせするマシンビジョンベースの制御システムを提供することである。
【００６３】
本発明のさらに別の目的は、破線標示について標示および間隔の長さを正確に維持する改善された装置を提供することである。
【００６４】
本発明のさらに別の目的は、新規適用される道路標示と既存の道路標示との間で正確な開始および終了位置の位置合わせを提供する改善された装置を提供することである。
【００６５】
本発明のさらに別の目的は、既存の道路標示ストライピング車または他の標示ストライピング車に設置しやすい装置を提供することである。
【００６６】
本発明のさらに別の目的は、従来の油圧制御式の塗装キャリッジを有する既存の道路標示ストライピング車または他の標示ストライピング車に設置しやすい装置を提供することである。
【００６７】
本発明の別の目的は、ストライピング車の移動距離を自動的および動的に較正する装置を提供することである。
【００６８】
本発明の別の目的は、マシンビジョンを使ってストライピング車の移動距離を自動的および動的に較正する装置を提供することである。
【００６９】
本発明のさらに別の目的は、道路標示経路を計算する装置を提供することである。
【００７０】
本発明の別の目的は、道路標示経路の予測を計算する装置を提供することである。
【００７１】
本発明の別の目的は、マシンビジョン技術を使って道路標示経路の予測を計算する装置を提供することである。
【００７２】
他の目的は、本発明を参照することで明確に理解されるであろう。  
【課題を解決するための手段】
【００７３】
本発明は、既存の路面標示の上方に標示生成装置（ｍａｒｋｅｒ）を位置決めする制御システムを含む。この制御システムは、前記標示生成装置に取り付けられ、路面に標示パターンを生成する電磁放射源を有する。撮像装置により、前記制御システムが、前記既存の路面標示、および前記電磁放射源により生成された前記標示パターンの双方を撮像することが可能となる。コンピュータは、前記撮像装置に応答して、（ａ）前記既存の路面標示の画像と、（ｂ）前記電磁放射源により生成された前記標示パターンの画像との位置差に基づいて誤差信号を生成する。アクチュエータは、前記誤差信号に応答して、前記既存の道路標示の上方に前記標示生成装置を位置決めする。
【００７４】
本発明は、さらに、実質的に長方形の既存の道路標示を再ストライピング（ｒｅｓｔｒｉｐｉｎｇ）する装置を含む。前記道路標示は、以前に道路標示経路に沿って路面上に配置されたものである。当該装置は、前記道路標示経路に沿って移動する自動車を有し、当該自動車は前記既存の道路標示上に道路標示材料を定量供給する道路標示生成装置（ｒｏａｄｗａｙ  ｍａｒｋｅｒ）を有する。前記自動車に取り付けられた撮像装置は、路面の方向に向かって下向きに焦点が合うように配置され、長手方向に位置が異なり且つ側方へ方向付けられた、前記道路標示の少なくとも２つの線分を撮像する。システムは、前記撮像装置に応答して、前記長手方向に位置が異なり側方へ方向付けられた少なくとも２つの線分の画像から、（ｉ）前記道路標示経路を予測して当該予測された道路標示経路の上方に前記道路標示生成装置を位置合わせし、（ｉｉ）前記道路標示生成装置の再ストライピング定量供給時間を決定する。
【００７５】
本発明は、さらに、破線道路標示経路に沿って移動する自動車のスピードを自動的に決定する装置を含む。当該装置は、時間決定性トリガー信号を生成する信号発生器を有する。物体空間を較正する撮像装置は、前記信号発生器に応答して、破線道路標示の同様な形状特徴を有するトリガーされた画像を生成する。コンピュータは、前記信号発生器および前記撮像装置に応答して、トリガーされた画像間の時間差および前記破線道路標示の同様な形状特徴の物体空間における位置差を決定し、当該時間差および物体空間における位置差から前記自動車のスピードを決定する。
【００７６】
以上の全般的な説明および以下の詳細な説明は、どちらも例示的なものであり、本発明を限定するものではないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
本発明は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を読むことにより最もよく理解される。一般的な慣行に従い、図面の種々の特徴は縮尺どおりでないことに留意されたい。むしろ種々の特徴の寸法は、明瞭性のため適宜拡大または縮小されている。図面に含まれる図は以下のとおりである。
【図１】図１は、本発明に係る装置の実施例を備えた自動車を図式的に示した平面図であり、この自動車は、中央破線道路標示パターンおよび道路外側線を有した道路に沿って移動する。
【図２】図２は、本発明に係る装置を備えた自動車を図式的に示した側面図であり、当該装置の追加構成要素を例示している。
【図３Ａ】図３Ａは、塗装キャリッジの図であり、当該キャリッジのフレームには路面にラインを投影するレーザーラインジェネレータが取り付けられており、ワイヤ式変位センサを当該キャリッジフレームに取り付ける連結点も示されている。
【図３Ｂ】図３Ｂは、塗装キャリッジの側部正面図であり、路面にラインを投影するレーザーラインジェネレータに加えて、自動車の前記フレームに取り付けられたワイヤ式変位センサも示されている。
【図４】図４は、従来の道路標示材料加圧空気制御システムの概略図である。
【図５】図５は、従来のＮチャネルエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴトランジスタを使って実装された空気弁制御スイッチの概略図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の撮像システムの正面図であり、３軸回転取り付け部に固定された撮像装置を示している。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５Ａの撮像システムの側面図であり、保護用半球形プレキシグラス球および取り付けブラケットを具体的に例示している。
【図７】図７は、従来の手動操作可能な塗装キャリッジ油圧制御システムの概略図であり、この制御システムは、当該塗装キャリッジの側方の動きを制御する電気モーターで拡張されている。
【図８】図８は、自動車用駆動軸位置センサーの概略図である。
【図９】図９は、本発明の好適な一実施形態のマシンビジョンベースの制御システムの概略ブロック図である。
【図１０】図１０は、前記好適な一実施形態の前記マシンビジョンベースの制御システムの主要なソフトウェア要素のブロック図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、道路標示の生画像であり、光学的樽型歪曲およびパースペクティブ歪曲を示している。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、道路標示の補正済み画像であり、光学的樽型歪曲およびパースペクティブ歪曲は実質的に排除されている。
【図１２Ａ】図１２Ａは、撮像された道路標示の補正済み画像であり、所与のｕ軸に沿ったピクセルグレースケールプロットと、所与のｖ軸に沿ったピクセルグレースケールプロットとを示している。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａの撮像された道路標示の第２の補正済み画像であるが、のちの時間に撮像されたものである。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、図１２Ａの撮像された道路標示の第３の補正済み画像であるが、のちの時間に撮像され、前記自動車と道路標示経路間の相対距離が広がっており、道路標示経路の中間点も例示している。
【図１３】図１３は、塗装およびビーズガンと各々のノズルを、道路標示の中央上方に位置合わせするマシンビジョンベースの制御システムを例示したものである。
【図１４】図１４は、延出した塗装キャリッジおよび道路標示の上面展開図であり、前記塗装およびビーズガンと、物体空間原点と、道路標示の開始線との相対距離を示している。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の前記好適な一実施形態の動作フローチャートの一部である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の前記好適な一実施形態の動作フローチャートの続きである。
【発明を実施するための形態】
【００７８】
本発明は、路面上の既存の道路車線区分ラインの再塗装または複製に使用され、一般に「メンテナンス再ストライピング」と呼ばれる、マシンビジョンベースの道路標示システムを提供する。
【００７９】
ここで図面を参照すると、当該図面を構成する種々の図にわたり同様な参照番号は同様な要素を表しており、図１は、路面４と、米国で一般的な呼称である従来の右および左の各車線６および８を有する２車線道路１を示している。車線６は、連続的な外側線１０および単一の中央破線１２により画成される。車線８は、連続的な外側線１４および中央破線１２により画成される。車線６および８は、同じまたは反対方向の自動車の交通流を有しうる。
【００８０】
中央破線１２は、通常、前記道路１の長手方向中央に沿っている。道路標示経路１６は中央破線１２が従う経路を画成し、中央破線１２の長手方向の中央線は道路標示経路１６と一致する。標示経路１６は路面４上の破線として示されており、外側線１０および１４は、通常、道路標示経路１６から横方向へ所与の距離だけオフセットされるため、中央破線１２と実質的に平行である。道路標示経路１６は路面４上では見えず、単に中央破線１２の長手方向の中央線を例示し、示すものであることを理解すべきである。他の道路標示が道路標示経路１６からオフセットされる場合もある。
【００８１】
通常、道路の車道外側線１０および１４は連続した線であるが、標示されない中断部または区分を有する場合もある。道路交通の出口車線は、その好適な例であり、前記外側線１０および１４は途切れ、または標示経路１６と平行ではない。同様に、中央破線１２は、単一の実線、二重の実線、またはこれらまたは他の線の組み合わせである場合もある。
【００８２】
中央破線１２は、道路線の標示区分１８に非標示の間隔区分２０が続く周期的なパターンを有する。この標示および間隙区分のサイクルは、道路標示経路１６に沿って路面４上で連続的に繰り返されるが、道路標示仕様に応じて変化することもある。例えば、この中央破線パターンは、単一実線または二重実線に変わり、または場合により破線と並行した１本の実線標示を有する道路標示、例えば従来の道路追い越し標示に変わることがある。本発明は、特定タイプの中央線または外側線パターンに限定されるものではなく、単一実線および二重実線パターン、破線パターン、他のパターン、または線パターンの各種組み合わせを含む。
【００８３】
中央破線１２は、長さ２４を有する標示区分１８および長さ２６を有する間隔区分２０を伴う周期的長さ２２を有する。破線パターンは、２つの数値がデリミタで区切られたものとして記述され、その第１の数値は前記標示区分の長さ２４を示し、次いで第２の数値は前記周期的長さ２２を示す。例えば、１５／４０（デリミタは「／」）破線パターンは、標示区分１８の長さ２４である１５フィート（４５０ｃｍ）と、周期的長さ２２である４０フィート（１，２００ｃｍ）を定義し、間隔区分２０の長さ２６である２５フィート（７５０ｃｍ）が算出される。ほかにも多くの破線パターンが存在し、１０／４０などが含まれる。また、破線パターンはメートル単位（メートル）で表現されることもある。
【００８４】
右手系の直交座標系５２を有する従来の塗装車５０は、さらに、車線６内で道路標示経路１６に沿って前方長手方向２８へ走行しながら、中央破線１２の道路標示線分を再ストライピングしている状態で示されている。用語「自動車」（ｖｅｈｉｃｌｅ）は最も広義に意味づけされ、任意の搬送機関、電動装置、または乗員または機器を輸送する可動機械装置を含むことを理解すべきである。より具体的で好適な自動車の例は、トラックおよび道路標示機械である。
【００８５】
図１に示すように、標示区分１８は部分的に摩耗部分３０を有するが、次の標示区分３２は不連続な中断部３４および３６を有する。他の標示区分は、摩耗部分、中断部、またはバインダー材料および／または反射エレメントがそれぞれ道路標示区分の表面から除去された領域の組み合わせを有しうる。標示区分の再ストライピングでは新規の道路標示材料を実質的に各道路標示区分の上から適用し、新規の道路標示材料（指定された場合は反射エレメントを含む）を、特に摩耗部分３０と、中断部３４および３６の上から適用することにより、所与の破線について、または単線または二重線全体にわたり、またはこれらの任意の組み合わせについて、標示区分のコントラスト視認性を回復させ、維持する。
【００８６】
道路標示区分は、通常、近位および遠位の長手方向（縦方向）の縁線と、開始および終了側方（横方向）縁線とにより画成される長方形の標示により特徴付けられる。例えば、標示区分１８は実質的に長方形で、この長方形は、近位の長手方向縁線４０（すなわち、自動車５０に最も近い長手方向の縁線）および遠位の長手方向縁線４４（すなわち、自動車５０から最も遠い長手方向の縁線）と、開始側方縁線４２（すなわち、方向２８へ移動する自動車５０が近づく第１の横方向の縁線）および終了側方縁線４６（すなわち、方向２８へ移動する自動車５０が近づく第２の横方向の縁線）とを有する。前記縁線は、前記道路標示１８の実質的に長方形の境界を形成する。側方縁線４２および４６は、標示区分１８の開始線および終了線をそれぞれ画成し、点４３および４７は、側方縁線４２および４６の中心点をそれぞれ画成する。
【００８７】
さらに図１に示しているのは、下方へ焦点が向けられ密閉された撮像システム６０および６５であり、これらの撮像システムは、自動車５０の運転席および助手席側にそれぞれ取り付けられる。撮像システム６０は、領域７０を撮像するよう自動車５０に配置され、撮像システム６５は、自動車５０の助手席側の同様な領域７５を撮像するよう自動車５０に配置される。密閉された撮像システム６０および６５は同一であり、本書以降で図６Ａ〜６Ｂを参照して、さらに詳しく開示する。
【００８８】
追加で図２を参照すると、自動車５０の運転席側は、側方へ移動可能に取り付けられた従来の塗装キャリッジ８０を有し、このキャリッジ８０は、自動車５０から離れる方向へ延出した位置で、中央破線１２の上方に位置付けられて示されている（図１に示す）。塗装およびビーズガン支持部材８２は、キャリッジ８０に移動可能に取り付けられ（従来の取り付け機構は図示せず）、外側に位置付けられた塗装ガン８４および内側に位置付けられた塗装ガン８６と、外側および内側に位置付けられた各々の反射ビーズガン８８および９０とを支持する。垂直で回転可能な耐荷重ホイール９２は、ガン支持部材８２に取り付けられており、路面４に接触する。ホイール９２は、キャリッジ８０が、自動車５０から離れる方向へ延出した位置にあるとき、ガン支持部材８２を垂直方向に支持する。
【００８９】
塗装ガン８４および８６間の側方距離は、手動で調整して、平行な二重線の再ストライピングに対応させることができる（例えば、破線と平行な実線は、通常、追い越しが許されるゾーンを示すため使用され、あるいは２本の実線は、通常、追い越し禁止ゾーンを示すため使用される）。同様な態様で、反射ビーズガン８８および９０間の側方距離は、手動で調整して、塗装ガン８４および８６との側方位置合わせをそれぞれ行うことができる。
【００９０】
キャリッジ８０にさらに取り付けられているのが、側方へ延出可能な円筒形の支持アーム９４および９５である。ピストンロッド４４７に連結されたピストン４４０を有する油圧シリンダー４１１（油圧シリンダー４１１、ピストン４４０、およびピストンロッド４４７は、図７に示す）は、自動車５０のフレーム５４に取り付けられ、支持アーム９４および９５間に配置される。ピストンロッド４４７の遠端は、キャリッジ８０の延出可能な端部の取り付け点９６に取り付けられる。油圧式に動力を伝達するピストン４４０は、キャリッジピストンロッド４４７を（ひいては塗装キャリッジ８０を）塗装車５０から側方へ延出させ、または引き込むために必要な力を提供することにより、既存の道路標示の上における塗装ガン８４および８６と各々のビーズガン８８および９０との位置決めを制御する。キャリッジ８０が側方へ延出および後退するに伴い、前記塗装ガン８４および８６のノズルの動きの路面４への垂直な突出部は、側方突出線８１を生じ（図１に示す）、これは座標系５２を基準とするものである（すなわち、線８１のｘ−ｙ−ｚ座標が従来の較正方法を使って決定され、線８１の式が決定される）。
【００９１】
ここで図３Ａおよび３Ｂを参照すると、従来のレーザーラインジェネレータ１０２がキャリッジ８０のフレーム（前部、側部、および後部フレーム部材１１６、１１８、および１２０をそれぞれ含む）の下に取り付けられた状態で示されている。レーザーラインジェネレータ１０２は、下向きに路面４に焦点が合わせられ、これと交差するレーザー光の扇形パターン１０４を生成して、ラインパターン１０６を生じる。前記レーザー光の扇形パターン１０４は、さらに、扇形の角度１０８により特徴付けられる。ラインジェネレータ１０２は、赤外および紫外線レーザー、または他の集束可能な電磁放射源を含むこともできる。ラインパターン１０６は、領域７０に入るよう位置決めされ、撮像システム６０により撮像される。撮像システム６０は、次いでキャリッジ８０の側方位置を決定でき（撮像システム６０は、図１０を参照してさらに詳しく説明するよう予め較正されている）、これにより、塗装ガン８４および８６と各々のノズル、ならびにビーズガン８８および９０の側方位置を決定することができる。撮像システム６０にはＣＣＤカメラ２５２が含まれ、このＣＣＤカメラ２５２は、ラインパターン１０６から反射されてきたレーザー光を通過させる光学バンドパスフィルター２６２を有する（図６Ａおよび６Ｂを参照してさらに詳しく説明する）。
【００９２】
そのため、キャリッジ８０は、自動車５０から側方内側および外側へ動くと、ラインパターン１０６も動いて、キャリッジ８０の側方位置に関する視覚的な指標（可視光のレーザーラインジェネレータの場合）が得られる（カメラ２５２により撮像される）。そのため、前記塗装ガンとビーズガン間の固定されたオフセットとレーザーラインパターン１０６とを考慮すると、前記塗装ガン８４および８６（と各々のノズル）の側方位置、ならびにビーズガン８８および９０も、ラインパターン１０６で視覚的に示される。また、レーザーラインジェネレータ１０２は、キャリッジ８０のフレームに沿って側方へ動かすことができ、ラインパターン１０６が、前記塗装ガンの１つ、例えば塗装ガン８４に対して側方へ位置合わせされるよう配置できる。
【００９３】
また、レーザーラインジェネレータ１０２は、フレーム５４に取り付けられて前記レーザー光の扇形パターン１０４を投影し、その光はまず表面４に対し水平方向に、次いでキャリッジ８０に取り付けられたミラーにより下方へ反射されて、再び表面４にラインパターン１０６を形成する。キャリッジ８０は、さらに、キャリッジ８０の前部フレーム部材１１６に記された反射性の定規標示１１５を有することができ、この定規標示１１５は、撮像システム６０により撮像でき、キャリッジ８０の側方位置を示すことができる。レーザーラインジェネレータ１０２は、路面４および撮像される領域７０内に実質的に円形の「スポット」パターンを投影する従来のレーザーポインターを含むこともできる。
【００９４】
あるいは、従来のワイヤ式変位センサ１１０（図３Ｂでは破線外形で隠れた状態で示す）をフレーム５４に取り付けることもでき、このワイヤ式変位センサ１１０は、円筒形の支持アーム９４および９５間に配置された柔軟な鋼線１１２を有し、キャリッジ８０の遠端の取り付け点１１４に取り付けられる。また、前記鋼線１１２の延出可能な端部と、キャリッジ８０の前記側部フレーム部材１１８との間で、フレーム５４に対して、前記塗装ガンおよびビーズガンおよび取り付け点１１４間の固定されたオフセットをこの場合も考慮することにより、センサー１１０は、キャリッジ８０の相対的な側方運動を決定し、これにより塗装ガン８４および８６と各々のノズル、ならびにビーズガン８８および９０の側方位置を決定することができる。距離を決定する他のトランスデューサを使っても、フレーム５４に対するキャリッジ８０の側方位置を決定でき、これらはすべて座標系５２を基準にすることができる。
【００９５】
キャリッジ８０と同一の側方へ移動可能な塗装キャリッジ１３０は、自動車５０の助手席側に取り付けられ、図１では自動車５０の助手席側を超えてわずかに延出した位置で示されている。塗装キャリッジ１３０は、さらに塗装およびビーズガン支持部材１３２（図示せず）を含み、これら塗装およびビーズガン支持部材１３２は、キャリッジ１３０に移動可能に取り付けられて、外側に位置付けられた塗装ガン１３４（図示せず）および内側に位置付けられた塗装ガン１３６（図示せず）と、外側および内側に位置付けられた各々の反射ビーズガン１３８および１４０（図示せず）とを支持する。垂直で回転可能な耐荷重ホイール１４２（図示せず）は、ガン支持部材１３２に取り付けられており、路面４に接触する。ホイール１４２は、キャリッジ１３０が、自動車５０から離れる方向へ延出した位置にあるとき、ガン支持部材１３２を垂直方向に支持する。
【００９６】
キャリッジ１３０にさらに取り付けられているのが、側方へ延出可能な円筒形の支持アーム１４４および１４６（図示せず）である。油圧ピストン１４８（図示せず）は、支持アーム１４４および１４６間に配置される。油圧ピストン１４８の可動端部は、キャリッジ１３０の側部フレーム部材に取り付けられ、当該ピストンの他端は、塗装車５０のフレーム５４に固定される。油圧式に動力を伝達するピストン１４８は、キャリッジ１３０を塗装車５０から側方へ延出させ、または引き込むために必要な力を提供することにより、道路標示の上方において、塗装ガン１３４および１３６とともに各々のノズルと各ビーズガン１３８および１４０との位置決めを可能にする。
【００９７】
キャリッジ１３０は、さらに、そのフレームに取り付けられて路面４上の撮像領域７５内にレーザーの線を投影するレーザーラインジェネレータまたはレーザーポインターと、前記前部フレーム部材上の反射性定規標示と、キャリッジ１３０の側方位置を決定するワイヤ式変位センサまたは他のトランスデューサとを有する。
【００９８】
撮像される領域７０は、自動車５０が車線６内を移動しているとき、任意の既存道路１の中央破線１２（または、単一または二重の実線か、破線と実線の組み合わせか、これらの任意の組み合わせかを含む他の任意の中央線）を含む。同様に、撮像される領域７５は、自動車５０が車線６内を移動しているとき、任意の既存道路１の外側線１０を含む。双方の撮像領域７０および７５は、各々のキャリッジ８０および１３０の全側方延出長を越えて側方へ延出し、各々の路面４上でレーザーラインパターン１０６、あるいはスポット画像および／またはキャリッジ定規標示１１５が撮像される。
【００９９】
図２に示すように、自動車５０には、さらに従来のリアルタイムキネマティック（ｒｅａｌ  ｔｉｍｅ  ｋｉｎｅｍａｔｉｃ：ＲＴＫ）に対応したグローバルポジショニングシステム（ｇｌｏｂａｌ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ：ＧＰＳ）が取り付けられ、これには自動車５０の座席後部内に取り付けられたアンテナ１５２およびＧＰＳ受信機１５４が含まれる。アンテナ１５２は、人工衛星のＧＰＳ信号１５６を受信する。通信ケーブル１５８は、アンテナ１５２を受信機１５４に電気接続する。
【０１００】
撮像システム６０は、キャリッジ８０の固定可能に枢動可能な取り付け部にも取り付け可能で（すなわち、この取り付け部は、不要な際、自動車５０の側部上で枢動して戻せる）、その場合、長手順方向への前方視野を有し、領域７０およびラインパターン１０６を撮像するよう配置される。撮像システム６５も、同様にキャリッジ１３０上に取り付けて領域７５とそのレーザーラインパターンを撮像することができる。自動車５０には、領域７０および７５をそれぞれ撮像するため撮像システム６０および６５を搭載できる他の位置もある。
【０１０１】
ここで図４を参照すると、従来の道路標示材料加圧空気制御システム１６０が示されており、さらに、自動車５０の運転席側には、キャリッジ８０に近接して空気注入導管１６２、１６４、１６６、および１６８が取り付けられている。導管１６２、１６４、１６６、および１６８の遠端は、圧縮空気槽（図示せず）と流体連通している。導管１６２、１６４、１６６、および１６８の近端は、さらに、従来の電磁弁１７８、１８０、１８２、および１８４の入口ポート１７０、１７２、１７４、および１７６にそれぞれ連結される。前記電磁弁は、各々の従来の塗装およびビーズガンへの加圧空気流を制御する。
【０１０２】
弁１７８、１８０、１８２、および１８４の出口ポート１８６、１８８、１９０、および１９２は、柔軟な導管１９４、１９６、１９８、および２００の近端にそれぞれ連結する。柔軟な導管１９４および１９６の遠端は、塗装ガン８４および８６に連結され柔軟な導管１９８および２００の遠端は、塗装ガン８８および９０にそれぞれ連結される。
【０１０３】
各前記塗装およびビーズガンは、加圧空気流に応答して開き、加圧された塗料および／またはビーズを強制的に路面４に定量供給する。キャリッジが側方へ動いて前記塗装およびビーズガン（と各々のノズル）を既存の道路標示に位置合わせすると、前記柔軟な導管は、当該ガンへの空気送達を可能にする。それら各塗装およびビーズガンへの材料供給配管は、図１の混雑を避けて明瞭性を高めるため図示していない。
【０１０４】
電磁弁１７８、１８０、１８２、および１８４は、それぞれ各々の弁スイッチソレノイドを作動させる電気エネルギーを供給する正負の電気接続部を別個に有する。弁１７８、１８０、１８２、および１８４の正端子には、それぞれ端子２０２、２０４、２０６、および２０８を通じて、ヒューズ付き電力が供給される。前記弁ソレノイドを操作するヒューズ付き電力は、自動車５０の１２ボルトバッテリー（図示せず）から得られる。
【０１０５】
前記弁１７８の負端子は、電子制御されたスイッチ２１２の端子の１つに、線２１０を通じて接続する。スイッチ２１２の他端は、線２１４を通じてグランドに接続する。
【０１０６】
スイッチ２１２のオン−オフ状態は、制御線２１６を通じて制御端子Ｃに流れる外部生成された電気制御信号により制御される。同様な態様で、弁１８０、１８２、および１８４の負端子も、線２１８、２２０、および２２２を通じて、電子制御されるスイッチ２２４、２２６、および２２８の端子の１つにそれぞれ接続する。スイッチ２２４、２２６、および２２８の他端は、線２３０、２３２、および２３４を通じて、グランドにそれぞれ接続する。同様に、スイッチ２２４、２２６、および２２８のオン−オフ状態は、各々の制御線２３６、２３８、および２４０を通じて制御端子Ｃに流れる外部生成された電気制御信号により制御される。
【０１０７】
図５は、従来のＮチャネル・エンハンスメント型の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１（ゲートＧ、ドレインＤ、およびソースＳの電気端子を有する）を使って実装されたスイッチ２１２を例示したものである。このＭＯＳＦＥＴは、電気信号の増幅またはスイッチングに使用されるタイプのトランジスタである。抵抗Ｒ１は、前記ゲート端子Ｑ１に接続し、正の電圧制御信号が外部から線２１６に与えられるまで、Ｑ１のゲートを接地電位に保つ（したがって、Ｑ１はオフ状態になる）。外部から正の信号電圧をかけて端子Ｃを制御すると、Ｑ１がオン状態に切り替わる。これにより実質的にドレインＤとソースＳの端子が短絡して、端子２０２から、電磁弁１７８のソレノイドを通じて、グランドに電流が流れ、これにより前記弁が作動して加圧空気が導管１６２から柔軟な導管１９４および塗装ガン８４へと流れるようになる。スイッチ２２４、２２６、および２２８も、同様な態様で制御および操作される。したがって、電磁弁１７８、１８０、１８２、および１８４は、スイッチ２１２、２２４、２２６、および２２８に流れる電気信号により個別に制御されることを理解すべきである。さらに、スイッチ２１２、２２４、２２６、および２２８は、従来のＮ−Ｐ−Ｎ型バイポーラトランジスタまたは他の電気制御スイッチ、例えばリレーで実装できる。コンピュータ７０２（図９および１０に示す）は、各前記制御信号の流れをスイッチ２２４、２２６、および２２８に送って、各ガンを通じた塗料および／またはビーズの流れを個別に制御できる。
【０１０８】
また、各前記弁１７８、１８０、１８２、および１８４は、それぞれ保護回路２４２、２４４、２４６、および２４８（図示せず）を有する。この保護回路は、電磁弁のソレノイドによるスイッチング中、各前記正負のソレノイド電圧端子全般に生じるフライバック電圧を最小限に抑える。
【０１０９】
同様に構成された道路標示材料加圧空気制御システム２５０（図１に示す）は、自動車５０の助手席側に取り付けられて、キャリッジ１３０に設置された各前記塗装およびビーズガンへの加圧空気分配を制御する。空気、塗料、およびビーズの導管またはホースは明瞭性のため図１には示しておらず、キャリッジ８０への空気導管１９４、１９６、１９８、および２００のみ図２に示した。
【０１１０】
加圧空気の分配を制御して各ガンにおける塗料および／またはビーズの流れを制御する上で一般に使用される電磁弁の製造元は、ＭＡＣ  Ｖａｌｖｅｓ，Ｉｎｃ．（米国ミシガン州Ｗｉｘｏｍ）である。
【０１１１】
ここで図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、撮像システム６０は、カメラ２５２と、３軸調整可能な取り付け部２５４と、保護用プレキシグラス球２５６と、取り付け用Ｌ型ブラケット２５８とを有する。カメラ２５２は、レンズ２６０と、光学フィルター２６２と、光軸２６４とを有する従来のＣＣＤ撮像装置またはカメラである。電力、データ、および制御信号は、ローカルバス２６６を通じてカメラ２５２と通信する。カメラ２５２については、上記の参照文献と併せ、さらに図９に示す。
【０１１２】
取り付け部２５４により、カメラ２５２が、３つの軸２６８、２７０、および２７２を中心として方向２７４、２７６、および２７８へそれぞれ独立して回転することにより、カメラ２５２は領域７０を撮像するよう空間配置できる。取り付け部２５４については、上記で参照した特許出願でさらに詳しく開示している。取り付け部２５４は、さらに、従来のボルト２８２、２８４、２８６、および２８８により、Ｌ型ブラケット２５８の垂直レッグ２８０に固定される。
【０１１３】
プレキシグラス球２５６は、カメラ２５２および取り付け部２５４の双方を密閉し、さらに遠位側の半球面２９０および近位側の取り付け用リップ２９２を有する。リップ２９２は、Ｏリング２９６を受容する長方形の溝２９４を有し、外周上に配列された従来のボルト３００、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、および３１４で球２５６をブラケット２５８の垂直レッグ２８０に取り付けるための表面領域２９８を付加的に提供する。直角Ｌ型ブラケット２５８の水平レッグ２８１は、取り付けボルト３１８および３２０により圧縮機筐体５６（図１および図２を参照）の頂面に固定される。
【０１１４】
撮像システム６５は、撮像システム６０と同一で、カメラまたは撮像装置３３０を有し、３軸調整可能な取り付け部３３２と、保護用プレキシグラス球３３４と、取り付け用Ｌ型ブラケット３３６とを有する（これら構成要素の部品を含め、すべて図示せず）。撮像装置３３０は、撮像装置またはカメラ２５２と同一であり、レンズ要素３３８と、光学フィルター３４０と、光軸３４２とを有する。電力、データ、および制御信号は、電気ケーブル３４４を通じて撮像装置３３０と通信する（すべて図示せず）。
【０１１５】
ここで図７を参照すると、キャリッジ８０の側方の動きを制御する油圧操縦装置４００が示されており、この油圧操縦装置４００は、油圧ポンプ４０２と、油圧作動液貯留槽４０４と、油圧作動液フィルター４０６と、圧力逃がし弁４０８と、油圧ステアリング制御ユニット４１０と、油圧操作式シリンダー４１１と、従来のステアリングホイール４１６とから成る。電気モーター（電動機）４１４も示されている。ポンプ４０２、貯留槽４０４、フィルター４０６、逃がし弁４０８、ステアリング制御ユニット４１０、およびシリンダー４１１は、導管４１８、４２０、４２２、４２４、４２６、４２８、および４３０を通じて互いに流体連通している。単一方向の油圧作動液流は一方向矢印で示しており（例えば、一方向矢印４３２）、２つの矢が逆向きに接している矢印は、双方向の油圧流が可能であることを示している（例えば、２つの矢が逆向きに接している矢印４３４および４３６）。ステアリング制御ユニットの製造元は、Ｅａｔｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国オハイオ州Ｂｅａｃｈｗｏｏｄ）である。
【０１１６】
ステアリング制御ユニット４１０のスプライン軸４１５（図示せず）は、連結用のハブ４１７により電気モーター４１４の軸４１２と軸合わせされ、これに取り付けられる。ステアリングホイール４１６は、外周上に取り付けられる従来のボルト４１９ａ、４１９ｂ、および４１９ｃを用いて、ハブ４１７により電気モーター４１４の軸４１２と軸合わせされ、これに取り付けられる。電気モーター４１４内部のプログラム可能なモーターコントローラー４１３は、通信バスまたはケーブル４２１経由でコンピュータ７０２（図９に示す）と外部通信し、ケーブル４２１で送信される信号を通じてコンピュータ７０２によりプログラムされて、ステアリング制御ユニット４１０の軸４１２、ひいてはスプライン軸４１５の回転位置、速度、またはトルクを制御することができる。電力は、電力ケーブル４２３でモーター４１４に供給され、自動車５０の１２ボルトバッテリーから得られる。モーター４１４は、従来の直接駆動式永久磁石同期電動機（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ  ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｍｏｔｏｒ：ＰＭＳＭ）であってよく、高いトルクおよび低い動作回転速度を有する。モーター４１４は、さらに、ステアリングホイール４１６、ステアリング制御ユニット４１０、または支持スタンド４２５（支持スタンドは、図１および２に示す）のいずれにも特殊な修正をする必要なく、前記ステアリング制御ユニット４１０に設置し、これを改修しやすくなっている。
【０１１７】
貯留槽４０４は、導管４１８を通じてポンプ４０２の入口ポート４３８に連結する。ポンプ４０２の出口ポート４３９は、導管４２４を通じて、ステアリング制御ユニット４１０の圧力（Ｐ）ポート４４６と、逃がし弁４０８の入口ポートとに連結する。逃がし弁４０８の出口ポートは、導管４２２を通じて貯留槽４０４に連結する。ステアリング制御ユニット４１０のタンク（Ｔ）ポート４４１は、導管４３０を通じてフィルター４０６の入口ポートに連結する。フィルター４０６の出口ポートは、導管４２０を通じて貯留槽４０４に連結する。ステアリングユニット４１０の右ポート（Ｒ）４４２は、導管４２６を通じてシリンダー４１１のポート４４４に連結し、ステアリングユニット４１０の左ポート（Ｌ）４４３は、導管４２８を通じてシリンダー４１１のポート４４５に連結する。
【０１１８】
シリンダー４１１は、ピストンロッド４４７と接続されたピストン４４０を有し、ピストンロッド４４７は、導管４２６および４２８における油圧作動液の流れに応答して、方向４５２および４５３へそれぞれ延出および後退する。ピストンロッド４４７の近端はピストン４４０に連結し、ピストンロッド４４７の遠端は取り付け点９６でＵ字留め具４４８を使ってキャリッジ８０の側部フレーム部材１１８の内部に取り付けられる。これにより、油圧式に延出するロッド４４７は、キャリッジ８０を側方へ延出させ、油圧式に後退するロッド４４７は、キャリッジ８０を側方へ引き込む。
【０１１９】
ステアリング制御ユニット４１０のスプライン軸４１５の時計方向回転は、モーター４１４により自動的に、またはステアリングホイール４１６により手動で生成され、これによりピストン４４０の表面領域間に差圧が生じる。この差圧により、ピストン４４０、したがってピストンロッド４４７は方向４５３へと油圧シリンダー４１１内に強制的に動かされて、キャリッジ８０が自動車５０の運転席側へと側方へ引き込まれる。
【０１２０】
ステアリング制御ユニット４１０の前記スプライン軸４１５の反時計方向は、モーター４１４により自動的に、またはステアリングホイール４１６により手動で生成され、これによりピストン４４０の表面領域間に差圧が生じる。この差圧により、ピストン４４０、したがってピストンロッド４４７は方向４５２へと油圧シリンダー４１１から外側へ延出に強制的に動かされて、キャリッジ８０が自動車５０の運転席側から外側へと側方へ延出する。
【０１２１】
そのため、コンピュータ７０２は、ケーブル４２１を通じてコントローラ４１３に送信されるコマンドを介し、モーター４１４と通信できるため、キャリッジ８０の側方位置を制御できることを理解すべきである。コンピュータ７０２により、モーター４１４を電気的に接続解除（軸４１２の自由回転を許すことと定義される）すると、モーター４１４からの干渉または補助を介さずに、ステアリング制御ユニット４１０のスプライン軸４１５をステアリングホイール４１６により手動で回転させられるようになる。モーター４１４を接続解除すると、キャリッジ８０の側方位置は、モーター４１４が油圧操縦装置４００内に実装されていない場合と同様に、手動で制御することができる。
【０１２２】
油圧操縦装置４５０（図示せず）は、キャリッジ１３０の側方の動きを制御する。油圧操縦装置４５０は、前記ステアリングホイール（またはモーター）を反時計方向に回転させるとキャリッジ１３０が引き込まれ、前記ステアリングホイール（またはモーター）を時計方向に回転させるとキャリッジ１３０が延出されるよう油圧シリンダーで油圧連結部が逆になっている以外は、すべての点で油圧操縦装置４００と同一である。キャリッジ８０および１３０の動きを制御する上では、他の油圧操縦装置および他の構成も可能である。
【０１２３】
図８を参照すると、従来の非磁性セパレートタイプのシャフトカラー５０２および５０４を含む駆動軸位置センサー５００が示されており、前記シャフトカラー５０２および５０４は、非磁性間隔調整用スペーサー５０６で互いに離間される。シャフトカラー５０２および５０４の各半分、ならびに間隔調整用スペーサー５０６は、従来どおり自動車５０の駆動軸５０８周囲で凹部を伴ったネジ（図示せず）によりクランプ固定される。
【０１２４】
駆動軸５０８は、さらに、従来のリアアクスル・ディファレンシャルに連結され、転じて自動車５０のリアアクスルを駆動する。さらに前記リアアクスルに取り付けられるのは、それぞれ自動車５０の運転席および助手席側の後輪５７（図２を参照）および５８（図示せず）である。前記リアアクスル・ディファレンシャル、リアアクスル、および後輪５８は、図示していない。駆動軸５０８は、前記リアアクスルを回転させ、したがって、自動車５０の前記後輪５７および５８を回転させる。そのため、駆動軸５０８の回転（またはその一部）は、自動車５０による後輪５７の回転を介した長手方向の移動距離に対応する。
【０１２５】
駆動軸５０８が方向５１０へ回転するに伴い、カラー５０２および５０４ならびにスペーサー５０６も同じ方向５１０へ回転する。円柱形の永久磁石５１２および５１４は、カラー５０２および５０４の外周にそれぞれ埋め込まれ、嵌装され、これに沿って動径方向に配列される。さらに、カラー５０４は、磁石５１４が磁石５１２間に動径方向に位置合わせされるよう、カラー５０２から回転可能に変位される。これらのタイプの磁性シャフトカラーの製造元は、Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ｉｎｃ．（米国ミネソタ州Ｍｉｎｎｅｒｏａｔｔｏｎｋａ、郵便番号５５３４３）である。
【０１２６】
従来のホール効果センサー５１６および５１８は、シャフトカラー５０２および５０４の外周にそれぞれ近接して配置され、従来の取り付け部（図示せず）で自動車５０の本体フレーム５４に取り付けられる。センサー５１６および５１８は、方向５１０への駆動軸５０８の回転に応答してカラー５０２および５０４が回転するに伴い、それぞれ磁石５１２および５１４により変化する磁束を検出する。
【０１２７】
変化する磁束に応答して、センサー５１６および５１８は、有効なロー信号５２０および５２２（図８の時間軸すなわち「ｔ」軸に沿った例示において、パルス５２４および５２６でそれぞれ表す）を線５２８および５３０にそれぞれ生成し、次にこれらが従来のＮＡＮＤゲート５３２の入力部へと流れる。各前記ホール効果センサー５１６および５１８の出力は、外部のプルアップ抵抗ＲｘおよびＲｙにそれぞれ接続される。これらのプルアップ抵抗ＲｘおよびＲｙは、前記ホール効果センサー５１６および５１８内に実装してもよい。抵抗ＲｘおよびＲｙの他端はＤＣ電圧Ｖｃｃに接続され、このＤＣ電圧Ｖｃｃは自動車５０の１２ボルトバッテリーのものであってよい。入力信号５２０および５２２に応答して、ＮＡＮＤゲート５３２は、有効なハイ出力信号５３４を生成する。ＮＡＮＤゲート５３２からの出力信号５３４は線５３６に流れバスインターフェース回路５３８への入力信号となる。ＮＡＮＤゲート５３２は、明瞭性のため別個に示しているが、直接インターフェース回路５３８に実装してもよい。
【０１２８】
信号５３４は、シャフトカラー５０２および５０４からの信号から成る。カラー５０４をカラー５０２から回転可能に変位させた場合、特定のシャフトカラーサイズおよびカラーごとの磁石数を考慮すると、カラーが１つだけの場合より２倍多くの磁気パルスが得られる。カラー５０４を追加することにより、駆動軸５０８のパルスごとの回転数に関する角度解像度が高まる。より多くのカラーを互いに回転可能に変位させると、駆動軸５０８の角度分解能をいっそう高めることができる。
【０１２９】
例えば、カラー５０２が全３６個の磁石を有する場合、有効な各ローパルス５２４は、１０度の回転角度分解能に対応する。第２のカラー５０４も３６個の磁石を有し、磁石５１４がカラー５０２の磁石５１２間に位置合わせされるよう回転可能に変位されると、干渉しあわない第２の有効ローパルス５２６はパルス５２４間に生成され、実質的に５度の回転角度分解能が得られる。そのため、信号５３４の各パルスは、駆動軸５０８の既知の回転角度、ひいては後輪５７の既知の回転角度に対応する。
【０１３０】
次に、自動車５０の長手方向の移動距離（または長手方向の予測移動距離）は、信号５３４のパルス数を計測し、これに信号５３４のパルスごとの移動距離を乗算することで容易に決定される。このパルスごとの移動距離の値は、これまで、本明細書の背景技術の項で上述したように多数の誤差を生じる傾向があったが、それらの誤差は、本発明の好適な実施形態によると著しく低減される。
【０１３１】
インターフェース回路５３８は、バスインターフェース回路５４２と双方向に通信可能な従来のマイクロプロセッサ５４０を実装できる。インターフェース回路５４２は、ローカルバス５４４とマイクロプロセッサ５４０間のすべての双方向通信を扱う。マイクロプロセッサ５４０は、線５３６からの信号５３４の入力を受け、コンピュータ７０２によりプログラムされて、計算タスク、例えば従来のゲーティング信号により特定の時間間隔にわたって信号５３４の一定数のパルスを計数することを実行できる。例えば、コンピュータ７０２は、信号５３４のパルス計数を開始するよう回路５３８に命令する「計数開始」（ｓｔａｒｔ  ｃｏｕｎｔ）コマンドをインターフェース回路５３８に通信したのち、信号５３４のパルス計数を停止するよう回路５３８に命令する「計数停止」（ｓｔｏｐ  ｃｏｕｎｔ）コマンドをインターフェース回路５３８に通信することができる。次いでコンピュータ７０２が、「計数開始」と「計数停止」コマンド間に生じた信号５３４のパルス総数を回路５３８に要求すると、回路５３８は、ローカルバス５４４を通じて前記パルス総数をコンピュータ７０２に戻すか、あるいは信号５３４のパルス数が同期的または非同期的にコンピュータ７０２へ送信される。
【０１３２】
バスインターフェース回路５４２は、バス５４４に送信されるよう意図されたマイクロプロセッサ５４０の信号に対し、選択されたバス５４４の仕様と互換性を有するよう調整を行い、マイクロプロセッサ５４０に送信されるよう意図されたバス５４４からの受信信号に対し、当該マイクロプロセッサ５４０の仕様と互換性を有するよう調整を行う。バス５４４としては、例えば、従来のＣＡＮｏｐｅｎまたはＥＩＡ−４８５（正式にはＲＳ−４８５と呼ばれる）通信プロトコル仕様のものがある。このように、インターフェース回路５４２は、ローカルバス５４４を通じてコンピュータ７０２（および図９に示した他の構成要素）と双方向に通信可能であり、また計算タスクを実行し、さらに、これらタスクの結果を同期的または非同期的に通信してコンピュータ７０２または他のシステム要素（図９に示す）に戻すようコンピュータ７０２によりプログラム可能である。
【０１３３】
ここで図９を参照すると、キャリッジ８０用のマシンビジョンベースの制御システム７００が示されており、この制御システム７００は、コンピュータ７０２と、ＬＣＤディスプレイ７０４と、キーボード７０６と、撮像装置またはカメラ２５２と、第１のＧＰＳ受信機１５４と、加圧空気制御システム１６０と、電気モーター４１４と、ステアリング制御ユニット４１０と（油圧操縦装置４００の一部）、リニア位置センサー１１０と、駆動軸位置センサー５００と、電源７０８とを含む。同一のマシンビジョンコンピュータ制御システム７５０は、キャリッジ１３０を制御するが図では示しておらず、ＧＰＳ受信機（ＲＴＫ対応のＧＰＳ受信機１５４およびＧＰＳアンテナ１５２は自動車５０に１つだけ示されている）または駆動軸位置エンコーダまたはセンサー５００（駆動軸位置エンコーダまたはセンサー５００は、自動車５０に１つだけに必要とされる）を含まない点で異なる。コンピュータ７０２は、同一のマシンビジョンベース制御システム７５０の同様なコンピュータ７５２（図示せず）と、双方向バス７１０を通じて双方向に通信可能である。あるいは、コンピュータ７５２により実行されるタスクは、コンピュータ７０２により完全に管理される。
【０１３４】
コンピュータ７０２は、ＧＰＳ受信機１５４と、カメラ２５２と、加圧空気制御システム１６０と、電気モーター４１４と、駆動軸位置センサー５００と、リニア位置センサー（ワイヤ式変位センサ）１１０とを含む種々の構成要素と通信可能であり（すなわち、データを送受信し）、またはそれらの構成要素間も双方向に通信可能であり、その通信は、マスターバス７１２およびローカルバス７２４、２６６、７１４、４２１、５４４、および７１６を通じてそれぞれ行い、各構成要素は、双方向に通信可能である。
【０１３５】
マスターバス７１２は、いくつかの異なる個別のローカルバスから構成でき、各個別のローカルバスは、各々の通信仕様をサポートする異なる電気的および機械的仕様を有する。例えば、ローカルバス２６６は、カメラリンク互換バスであってよく、ローカルバス４２１は、ＣＡＮｏｐｅｎ互換バスであってよく、まとめてグループ化またはバンドルされると、マスターバス７１２の一部を形成する。コンピュータ７５２により実行されるタスクが完全にコンピュータ７０２で代行される場合、マスターバス７１２は、コンピュータ制御システム７５０の残りの構成要素の個別のローカルバスを含むよう拡張される。
【０１３６】
キーボード７０６および液晶（または同様な）ディスプレイ７０４は、従来のコンピュータ周辺機器であり、双方向のユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）７１８および７２０を通じてそれぞれコンピュータ７０２に接続される。キーボード７０６により、作業者は英数字および他のデータをコンピュータ７０２に入力でき、ディスプレイ７０４は、コンピュータ７０２からの情報を作業者が見られるよう表示する。また、ディスプレイ７０４は従来の「タッチ」ディスプレイであってよく、その場合、作業者は、「スマート」な携帯電話、例えばＡｐｐｌｅ  ６携帯電話のディスプレイ同様に、ディスプレイ７０４上の領域に選択的に触れることにより、情報を見ることも、データを入力することもできる。さらに、従来のコンピュータと互換性のあるマウスおよびジョイスティックも、作業者によるコンピュータ７０２へのデータ入力用に提供される（図示せず）。
【０１３７】
電源７０８は、コンピュータ７０２と、カメラ２５２と、ＧＰＳ受信機１５４と、リニア位置センサー１１０と、駆動軸位置センサー５００とに電力を供給し、主電源として自動車５０の１２ボルトバッテリーを使うことができる。加圧空気制御システム１６０およびモーター４１４は、自動車５０の前記１２ボルトバッテリーから直接受電するか、電源７０８から受電することができる。システム７５０は、各構成要素に電力を供給する電源７０８と同様な専用電源７６２（図示せず）を有してよく、または電源７０８を適宜サイズ調整して、システム７００およびシステム７５０の構成要素の双方に供電することもできる。
【０１３８】
また図９には図７のステアリング制御ユニット４１０も示しており、このステアリング制御ユニット４１０は、ステアリングホイール４１６の回転と、より具体的には電気モーター４１４の制御された軸４１２の回転（矢印７２２で表す）との双方に応答する。
【０１３９】
第１のＧＰＳアンテナ１５２は、電気ケーブル１５８を通じてＧＰＳ受信機１５４と電気的に通信可能である。アンテナ１５２および受信機１５４は、任意のＧＰＳ衛星システム（例えば、ロシアのＧＬＯＮＯＳＳシステムまたは米国のグローバルポジショニングシステム）、あるいはＧＰＳ擬似衛星システムから従来のＧＰＳ信号１５６を受信するようなっている。また、受信機１５４は、さらに、別個の通信チャネル（図示せず）経由でＲＴＫデータを使用して、衛星から得られるＧＰＳデータを補完し、自動車５０のＧＰＳ位置精度を向上させるようなっている。
【０１４０】
図９に示した単一のアンテナ・受信機ＧＰＳシステムを拡張すると、２つの追加ＧＰＳアンテナおよび受信機を有した公知のＧＰＳベーストラック座標系（慣用地球中心地球固定（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  Ｅａｒｔｈ  Ｃｅｎｔｅｒｅｄ  Ｅａｒｔｈ  Ｆｉｘｅｄ：ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ＥＣＥＦ）座標系を基準とする）が得られる。第２のＧＰＳアンテナは、長手方向に位置合わせされ（座標系５２のＸ軸に沿って）、前記第１のＧＰＳアンテナの後方にある。第３のＧＰＳアンテナは、前記第２のＧＰＳアンテナから側方へ反対側に位置する（座標系５２のＹ軸に沿って）。自動車５０に基づいた拡張ＧＰＳシステムにより、自動車５０とその任意の固定または可動部品の前記ＥＣＥＦ座標が決定可能になり（オフセットは補正される）、各々の絶対ＥＣＥＦ位置が決定できる。ＧＰＳ受信機の一例としては、Ｔｒｉｍｂｌｅ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｌｉｍｉｔｅｄ（米国カリフォルニア州Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ）製の機種ＢＸ−９８２がある。
【０１４１】
ＧＰＳ受信機１５４は、アンテナ１５２により受信された信号をデコードし、ＲＴＫデータを使って（別個の通信チャネル経由で）アンテナ１５２の地理的位置（経度、緯度、および高度、またはＥＣＥＦ位置）を決定する。アンテナ１５２の位置は、座標系５２についてわかっている。
【０１４２】
システム７００の他の構成要素のうちＧＰＳ受信機１５４との双方向通信は、ローカルバス７２４およびマスターバス７１２を経由する。上述のように、通常は、自動車５０にただ１つのＲＴＫ対応ＧＰＳシステムが必要とされる。この場合、コンピュータ７５２は、コンピュータ７０２からＧＰＳデータを要求できる。すると、コンピュータ７０２は、要求されたＧＰＳデータを双方向バス７１０経由でコンピュータ７５２に送信する。その際、コンピュータ７０２はサーバーとして機能し、コンピュータ７５２はクライアントのように機能する。あるいは、コンピュータ７０２は、コンピュータ７５２から要求がなくともコンピュータ７５２にＧＰＳデータを送信し、基本的に、ＧＰＳ受信機１５４からローカルバス７２４およびマスターバス７１２を通じてコンピュータ７０２がＧＰＳ位置および他のデータを受信し次第、これをコンピュータ７５２にストリーミングする。
【０１４３】
撮像装置またはカメラ２５２は、光を電気信号に変換するよう通常長方形フォーマットに構成された長方形のピクセルアレイを備えたＣＣＤセンサーを有する従来の順次走査ＣＣＤカメラであり、例えばＪＡＩ  Ｉｎｃ．（米国カリフォルニア州Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ）製の型番ＲＭ／ＴＭ−６７４０ＣＬなどがある。例えば、ＲＭ／ＴＭ−６７４０ＣＬ用のＣＣＤセンサーは６４０×４８０能動ピクセルのアレイを有する。
【０１４４】
カメラ２５２には、光学バンドパスフィルター２６２（図６に示したもので、レーザー発光波長を光学的に通過させる）を有することのできる従来のレンズ２６０が取り付けられ、さらに、手動で若しくは電子的に調整可能な絞り２６１（図示せず）を有する。カメラ２５２は、前記ＣＣＤセンサーが受け取る光量を制御可能に決定するプログラム可能な電子シャッター２６３も有する。
【０１４５】
カメラ２５２内には電子回路（図示せず）が含まれ、この電子回路は、従来のカメラリンクインターフェースを使い、ローカルバス２６６およびマスターバス７１２を通じて、ステータス、制御、および画像データをコンピュータ７０２に通信する。さらに、カメラ２５２は、コンピュータ７０２により（画像取得システム７２６を介して）ＧＰＳ受信機１５４から直接得られる、または他の時間決定性トリガーソース（すなわち、トリガー信号が発生する時間がわかっている）から得られるトリガー信号から画像を取得するようトリガーされる。
【０１４６】
リニア位置（トランスデューサ）センサー１１０は、自動車５０のフレーム５４に対するキャリッジ８０の相対的な側方の直線変位を測定する。例えば、リニア位置センサー１１０は、Ｍｉｃｒｏ−Ｅｐｓｉｌｏｎ（米国ノースカロライナ州Ｒａｌｅｉｇｈ）製の、従来の業務用デジタルＣＡＮｏｐｅｎワイヤ式変位センサ型番ＷＤＳ−５０００−Ｐ１１５であってよく、このＷＤＳ−５０００−Ｐ１１５は、自動車５０のフレーム５４に取り付けられるセンサーハウジングと、キャリッジ８０の取り付け点１１４で側部フレーム部材１１８に固定される柔軟な鋼（テフロン（登録商標）でコーティングされた）ワイヤーとを有する。また、リニアセンサー１１０は、フレーム５４に固定されて反射性のターゲットに焦点を合わせ、かつ、キャリッジ８０の側部フレーム部材１１８の内側に取り付けられる従来のレーザー距離計であってよく、または従来の線形可変差動変圧器（ｌｉｎｅａｒ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：ＬＶＤＴ）であってよい。位置および他のデータがローカルバス７１６を通じてセンサー１１０とコンピュータ７０２間で通信されると、ローカルバス７１６はマスターバス７１２の構成要素になる。コンピュータ７０２は、位置情報についてセンサー１１０をポーリング（要求）することができ、あるいはセンサー１１０が位置データをコンピュータ７０２に連続的に送信することも可能である。キャリッジ８０の位置は、座標系５２に関し、センサー１１０を介してわかる（オフセットは調整される）。
【０１４７】
そのため、フレーム５４に関するキャリッジ８０の相対的な側方位置の動きは、センサー１１０により決定され、キャリッジ８０が相対的に移動した距離は、位置の違いに加え、塗装およびビーズガンと各々のノズルの位置を含む、キャリッジ８０に搭載された物体の位置（および距離）から計算でき、また、座標系５２と相対的にも計算できる（オフセットは補正される）ことを理解すべきである。
【０１４８】
加圧空気制御システム１６０（以上で、図４について参照した）は、ローカルバス７１４およびマスターバス７１２を通じてコンピュータ７０２と通信可能である。線２１６、２３６、２３８、および２４０は、まとめてローカルバス７１４になる。これにより、コンピュータ７０２は、加圧空気制御システム１６０による道路標示材料の定量供給を制御できる。
【０１４９】
上述したように、モーター４１４は高トルク、低速で、好ましくは直接駆動の永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ）である。直接駆動モーターを有することで、単純な改修設置が可能になるとともに、手動またはモーター軸４１２回転によるキャリッジ８０の側方の動きを等しく維持することができる。また、直接駆動モーター４１４は、機械的な伝動装置を不要にする。モーター４１４は、さらに、軸４１２の角位置、ひいてはスプライン軸４１５の角位置を決定するシャフトエンコーダ（図示せず）を有する。シャフトエンコーダは、例えば、従来の光または磁性シャフトエンコーダであってよい。
【０１５０】
電気モーター４１４内部のプログラム可能なモーターコントローラー４１３は、ローカルバス４２１およびマスターバス７１２経由でコンピュータ７０２と外部通信し、バス４２１およびマスターバス７１２で送信される信号を通じてコンピュータ７０２によりプログラムして、ステアリング制御ユニット４１０の軸４１２、ひいてはスプライン軸４１２の回転位置、速度、またはトルクを制御することができる。また、コンピュータ７０２は、コントローラ４１３、例えば電圧、電流、動作温度、エンコーダ位置、および他のデータを操作するモーターバスから、データを要求および受信できる。
【０１５１】
コンピュータ７０２は、外部周辺機器、例えば外部メモリ、メモリースティック、および他のＵＳＢ互換周辺機器と通信する通信ポート、例えばユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）を有した従来のコンピュータである。付加的に設けられる通信ポートとしては、有線ポート、例えばイーサネット（登録商標）、ＥＩＡ−２３２、ＥＩＡ−４２２、ＥＩＡ−４８５など、および無線ポート、例えばＷｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などがある。
【０１５２】
コンピュータ７０２は、内部で利用可能な周辺機器相互接続（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ：ＰＣＩ）拡張スロットおよび／または周辺機器相互接続エクスプレス（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  ｅｘｐｒｅｓｓ：ＰＣＩｅ）拡張スロットも有する。例えば、コンピュータ７０２は、コンピュータ７０２から外部周辺機器、例えば従来の道路標示材料加圧空気制御システム１６０にデジタル制御信号を送信するため、また外部周辺機器からコンピュータ７０２にデジタル信号を受信するため、ＰＣＩｅ互換拡張スロットに挿入された従来のＰＣＩｅ入出力基板を備えることができる。
【０１５３】
コンピュータ７０２は、さらに、カメラ２５２をコンピュータ７０２にインターフェース接続する画像取得システム７２６を含む。取得システム７２６には、従来のフレームグラバーＰＣＩｅ拡張スロットと互換性のある画像フレームグラバーカード、例えば高性能カメラリンクフレームグラバーカードであるＮａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国テキサス州Ａｕｓｔｉｎ）製の型番ＮＩ  ＰＣＩｅ−１４３３を含めることができる。システム７２６は、カメラ２５２から取得された画像を格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）バッファも含み、カメラ２５２をコンピュータ７０２にインターフェース接続するためのソフトウェアオーバーヘッド（制御、画像データ転送など）をすべて扱う。
【０１５４】
取得システム７２６は、さらに、外部撮像トリガー入力７２８を有する。入力７２８に送られる外部トリガー信号に応答し、取得システム７２６は、バス７１２および２６６を通じてカメラ２５２に制御信号を送信して、既知の時間に画像を取得または「スナップ」する。次に、画像データ（ピクセルグレースケールおよび位置値）が、カメラ２５２から各々のバスを通じて、取得システム７２６のオンボードバッファメモリに転送され、続いてコンピュータ７０２のデータメモリ８０６（図１０に示す）に転送される。また、取得システム７２６は、ソフトウェア命令に応答して既知の時間にカメラ２５２から画像データを取得する。そのため、画像データは、ハードウェアまたはソフトウェアが既知の時間に発するトリガー信号に応答して取得できる。
【０１５５】
外部トリガーソース（図示せず）は、前記外部トリガー信号のタイミングを生成して正確に制御し、またコンピュータ７０２によりプログラムされて種々のトリガー信号を生成することができる。例えば、このトリガーソースは、既知の周波数を有した定期的なトリガー信号を生成するようプログラムできる。その定期的なトリガー信号に応答して、カメラ２５２は、各取得画像間に正確な既知の時間間隔を有する一連の画像を取得する。一連の画像は、次に、決定性外部トリガー信号に応答して取得される。前記トリガーソースは、従来のプログラム可能な信号発生器であってよく、またはコンピュータ内蔵タイマー、タイミングモジュール７３０、外部マイクロコントローラベースのシステム、またはＧＰＳ受信機１５４から（あるいは３つのＧＰＳ受信機・アンテナシステムから）得られる。
【０１５６】
そのため一連の画像は、外部または内部で生成されて（すなわちソフトウェアにより）前記トリガーソースかコンピュータ７０２によりタイミングがそれぞれ正確に維持および制御される決定性トリガー信号に応答して、カメラ２５２により取得してコンピュータ７０２のデータメモリ８０６に格納できることを理解すべきである。取得された画像は、前記ピクセルアレイと１対１の対応を有するグレースケール値のアレイとしてメモリ８０６に格納される。例えば、６４０×４８０のピクセルアレイを有するＣＣＤセンサーは、６４０×４８０のアレイのグレースケール値（前記ピクセルアレイに整合する）を出力する。あるいは、カラー撮像装置を使うこともできる。
【０１５７】
コンピュータ７０２は従来のタイミングモジュール７３０も含み、このモジュールは、コンピュータ７０２により、またはオンラインに配置された信号を通じて外部プログラミングソースからプログラムすることで一定のタイミングタスクを実行でき、既知の時間にカメラ２５２から画像を取得するためのトリガーソースとして使用できる。
【０１５８】
図１０を参照すると、コンピュータ７０２のメモリ８００のブロック図が示されている。メモリ８００は、コンピュータ７０２のハードウェアおよび他のリソースを管理するオペレーティングシステムソフトウェア８０２と、本発明の好適な一実施形態に基づいてタスクを実行するいくつかのソフトウェアプログラムを有するプログラムメモリ８０４と、カメラ２５２から取得される画像データを含むシステムおよび他のデータを格納するデータメモリ８０６とを含む。
【０１５９】
オペレーティングシステムソフトウェア８０２は、リアルタイムオペレーティングシステム（ｒｅａｌ  ｔｉｍｅ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ：ＲＴＯＳ）、ユニックス、リナックス（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社製）、または他の互換オペレーティングシステムを含むことができ、従来のオペレーティングシステムソフトウェア機能を実行し、コンピュータ７０２のプログラムメモリ８０４に格納された種々のプログラムを実行することができる。
【０１６０】
プログラムメモリ８０４は、画像補正プログラム８０８と、ピクセル−距離プログラム８１０と、画像解析プログラム８１２と、標示経路予測プログラム８１４と、マシンビジョンキャリッジ制御プログラム８１６と、動的位置較正プログラム８１８と、定量供給制御プログラム８２０とを含む。
【０１６１】
画像補正プログラム８０８は、カメラ２５２から取得された生画像データを入力したのち、レンズ２６０（および可能性としてプレキシグラス球２５６）により生じる光学的な糸巻き型または樽型歪曲について前記生画像データを補正し、続けて従来のホモグラフィアルゴリズムを使ってパースペクティブ歪曲に関する第２の補正を行う。生画像も補正された画像データも、データメモリ８０６に格納される。
【０１６２】
例えば、領域７０の物体空間（すなわち、カメラ２５２の実際の物理的視野）は、実質的に長方形の道路標示区分１８を含み、この長方形は、近位の長手方向縁線４０（すなわち、自動車５０に最も近い長手方向の縁線）および遠位の長手方向縁線４４（すなわち、自動車５０から最も遠い長手方向の縁線）と、開始側方縁線４２（すなわち、自動車５０が最初に近づく第１の横方向の縁線）および終了側方縁線４６（図１を参照）とを有する。前記縁線は、実質的に長方形の境界を伴う道路標示区分１８を形成する。側方縁線４２および４６は、それぞれ一般に、標示区分１８の開始線および終了線と呼ばれる。前記長方形の境界は、物体空間において実質的に「直線状の」線で明確に画成される。
【０１６３】
ここで図１１Ａを参照すると、領域７０のひずんだ生画像９００が示されている。領域７０の当該生画像には、前記光学的およびパースペクティブ歪曲が明らかに見られ、特に、この生画像の標示区分１８の長方形境界の一部はひずんでいる。標示区分１８の元の直線状の縁線４０、４４、および４２（線４２のみ、撮像領域７０内に位置する）は、前記生画像データ９００において、それぞれひずんだ線分（すなわち、湾曲した区分）９０２、９０６、および９０４になる。さらに図１１Ａに示したのは、カメラ２５２の視野に含まれる前記長方形画像９００の画像境界９００ａ、９００ｂ、９００ｃ、および９００ｄ（前記ピクセルアレイデータに対応する）である。
【０１６４】
図１１Ｂを参照すると、領域７０のひずみのない画像９１４が示されている。画像補正プログラム８０８は、ひずんだ生画像９００のデータを入力し、光学的およびパースペクティブ双方の歪曲を補正することでひずんだ画像９００を補正し、特にひずんだ線分９０２、９０４、および９０６を元のひずみのない空間の線分９０８、９１０、および９１２（直線４０、４２、および４４にそれぞれ対応する）にして、ひずみのない（補正された）画像９１４を生成する。補正されたひずみのない画像９１４を表すこのデータは、次に、データメモリ８０６に格納される。各画像（生および補正済み双方）は、タイムスタンプされて、各前記画像とともにデータメモリ８０６に格納される。
【０１６５】
また図１１Ａおよび１１Ｂの双方に示しているのは、従来どおり画成されたピクセル（画像空間）の原点９０５と、物体空間のｘ−ｙ軸に対応する画像座標軸ｕおよびｖと、原点９０５に対するキャリッジ８０の側方位置を示し、したがって前記塗装およびビーズガン８４、８６、８８、および９０と各々のノズルのオフセット補正済み側方位置を示すレーザーラインパターン１０６を撮像したレーザーラインパターン１０６ａである。
【０１６６】
画像補正プログラム８０８が光学的なひずみを補正する上で必要とする各前記ひずみパラメータは、従来の光学的ひずみ補正プログラム、例えばＴｈｅ  ＭａｔｈＷｏｒｋｓ，  Ｉｎｃ．（米国マサチューセッツ州Ｎａｔｉｃｋ）製のものにより決定され、これは当該カメラ較正技術分野で知られている。また、次にパースペクティブ歪曲は、光学的にひずみのない画像を平面ホモグラフィ変換して補正される（路面４はカメラ２５２の視野内で平面であると仮定される）。画像補正プログラム８０８は、寸法の定義された２Ｄ市松模様（チェッカー盤パターン）の画像データを適切なソフトウェアとともに使って、光学的およびパースペクティブ歪曲を最小限に抑えるために必要な補正を決定する。さらに、前記画像のｕ−ｖ座標は、実際のひずみのない画像境界を超えて延長でき、この場合も路面４がカメラ２５２の視野内で平面であると仮定して、特に前記塗装およびビーズガンと各々のノズルの下にある領域を含む。
【０１６７】
ピクセル−距離変換プログラム８１０は、前記ひずみのない画像の各ピクセルを等価な物体空間距離に変換し（例えば、補正済み画像の画像空間におけるｕ軸方向の１つのピクセルは、物体空間におけるｘ方向の０．２５インチすなわち６ｍｍに対応する場合がある）、または各物体空間座標をそれに対応するひずみのない画像空間座標に変換する。さらに、従来の較正法によりｘ−ｙ−ｚ物体空間における各ピクセルの位置が決定され、座標系５２がその基準とされる。特に、ピクセル−距離変換プログラム８１０は、物体空間における他の全ピクセル座標を決定する際に基になるひずみのない画像の前記画像空間原点９０５について、物体空間におけるｘ−ｙ−ｚ座標を決定することができる。この変換の実行に必要なデータは、この場合もの既知の物体空間で撮像された市松模様のｘ軸およびｙ軸寸法から実験で決定され、路面４のｚ軸座標が決定される。これにより、各ピクセル（画像空間における）は、それと等価な、座標系５２を基準とする物体空間のｘ−ｙ−ｚ軸座標を有する。これらのピクセル−物体および物体−ピクセル距離変換データは、次いでデータメモリ８０６に格納される。
【０１６８】
画像解析プログラム８１２は、前記開始および終了側方縁線４２および４６、ならびにこれら開始および終了側方縁線４２および４６のそれぞれの中心点４３および４７の双方を、道路標示区分１８前記ひずみのない画像から、当該技術分野で周知の画像処理方法を使って決定する。画像処理方法は、例えば、Ｒａｆａｅｌ  Ｃ．ＧｏｎｚａｌｅｚおよびＲｉｃｈａｒｄ  Ｅ．Ｗｏｏｄｓによる『Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ』（デジタル撮像処理）（第２版、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ刊、２００２年）を含む多くの文献で参照されている。また、画像解析プログラム８１２は、ピクセル−距離プログラム８１０からのデータを使って、線４２および４６と、中心点４３および４７との画像および物体空間座標も決定する。さらに、プログラム８１２は、撮像されたレーザーラインパターン１０６ａの画像空間座標を決定し、それに対応する物体空間のｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸座標も決定する。画像解析プログラム８１２の結果は、データメモリ８０６に格納される。
【０１６９】
ここで図１２Ａを参照すると、領域７０の補正された（ひずみのない）画像９５０が示されており、座標系５２について等価な物体空間座標を有することのできる画像空間の原点９０５と、画像の隅のｕ−ｖ座標（６４０×４８０ピクセルアレイを仮定する）とが含まれる。ｕ（６４０）で定義される垂直な画像線９５２に沿った画像ピクセルグレースケール値のグラフが、画像座標ｖの関数としてグラフ９５４に示されている。このグレースケール値のグラフは、高グレースケール値の領域９６０の両側に低グレースケール値の領域９５６および９５８があることを示している。領域９６０は垂直な画像線９５２上の道路標示区分１８の画像９６２に対応し、閾値９４０を超えるすべてのグレースケール値を考慮することのみにより決定される。閾値９４０は、前記領域９５６、９５８、および９６０のグレースケール値（すなわち、領域９５６、９５８、および９６０のコントラスト差に基づき、動的に閾値９４０を決定）および他のパラメータに基づいて動的に設定できる。当該撮像処理技術分野では、種々の閾値決定技術がよく知られている。
【０１７０】
道路標示区分１８については、領域９５６から閾値値９４０を越える移行により、補正済み画像における長手方向の縁線４４のひずみのない線分９１２のｖ座標９６４が決定され、領域９６０から閾値値９４０を越える領域９５８への移行により、補正済み画像における長手方向の縁線４０のひずみのない線分９０８のｖ座標９６６が決定される。前記ｖ座標９６４および９６４の差から、画像空間における道路標示区分１８の画像の幅が得られる。したがって、それに対応する画像のピクセル−物体距離比がｖ方向についてわかっていれば、物体空間における標示区分１８の実際の物理的な幅を決定できる。また、ｖ座標値９６６および９６４の平均から、道路標示区分１８の画像の中央のｖ座標値９６８（例ではｖ（２００）と示している）、ひいては道路標示経路１６の位置が得られる。
【０１７１】
画像空間における画像のｕおよびｖ値は較正され、それと等価なｘ−ｙ軸の物体距離をもたらしているため、画像空間で決定される任意ピクセルのｕ−ｖ座標（およびピクセルから得られる）距離は、それに対応するｘ−ｙ−ｚ点の座標（およびｘ−ｙ−ｚから得られる）距離を、座標系５２を基準とする物体空間において有することを理解すべきである。また、前記画像および物体空間およびの双方における道路標示区分１８の厳密な位置も決定される。
【０１７２】
さらに図１２Ａに示しているのは、ｖ座標値９６８で定義される水平な道路標示経路の画像線９７２に沿った、画像座標ｕの関数としての画像ピクセルグレースケール値のグラフ９７０である。このグレースケール値のグラフは、低グレースケール値の領域９７４および高グレースケール値の領域９７６を示している。領域９７６は、道路標示経路の画像線９７２に沿った道路標示区分１８の画像に対応する。また、グラフ９７０は、グレースケール閾値９７８も示している。領域９７６から閾値値９７８を越える領域９７４への移行により、道路標示区分１８の縁線４２のｕ座標値９８０が定義される。閾値９７８は、前記領域９７４および９７６のグレースケール値（領域９７４および９７６のコントラスト差に基づき、動的に閾値９７８を決定）および他のパラメータに基づいて動的に設定できる。レーザーラインパターン１０６の撮像されたレーザーラインパターン１０６ａも示されている。
【０１７３】
そのため、画像のｕ−ｖ座標（それぞれ点９８０および９６８）は、ひずみのない線分９１０の線画像の中心点９８２を定義する（したがって、座標系５２を基準とする物体空間において、側方縁線４２の中心点４３（すなわち、道路標示区分１８の中央）を定義する）ことを理解すべきである。また、ひずみのない線分９１０の線画像の端点９８４および９８６の画像空間座標も、同様に決定できる。例えば、端点９８６のｕ−ｖ座標は、ｕ座標９８０およびｖ座標９６４から成る。側方縁線４２は、一般に、標示区分１８の開始線（ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ  ｌｉｎｅまたはｓｔａｒｔｉｎｇ  ｌｉｎｅ）と呼ばれる。画像解析プログラム８１２は、同様な計算を行って側方終了線４６の中心点４７の位置のほか、物体または画像空間座標における側方線４６の位置も決定することができる。中心点４３および４７は、実質的に直線状の道路標示区分１８の長手方向の端点を画成するが、図１２Ｃを参照して説明したように、この目的で他の中間点を使用してもよい。
【０１７４】
図１２Ｂを参照すると、再び領域７０の遅延画像９９０が示されているが、自動車５０が道路標示経路１６に沿って長手方向２８へ移動している結果、道路標示区分１８の画像は、この時点でｕ座標軸に沿って左方向へ変位し、原点９０５に近づいている。画像９５０および９９０間のタイムスタンプ差は、わかっている。また、レーザーラインパターン１０６の撮像されたレーザーラインパターン１０６ａも示されている。またはレーザーポインター「スポット」の画像を撮像することもできる。画像点９８２、９８４、および９８６の画像座標は、この場合も図１２Ａを参照して説明したものと同様な技術を使って決定される。
【０１７５】
また、画像解析プログラム８１２は、画像および物体空間データおよびの双方に計算を行い、例えば、図１２Ａおよび１２Ｂの点９８２のｕ−ｖ座標差を取得する。次に、このｕ−ｖ差について、ピクセル−距離プログラム８１０で決定されたピクセル−距離比を使って物体距離と相関をとる。同様な差および他の計算は、点９８４、９８２、および９８６、ならびに撮像された線４６の等価な画像点により定義される画像線分について行うことができる。
【０１７６】
また、画像解析プログラム８１２は、駆動軸位置センサー５００からのパルス数データを入力し、以上に述べたデータ等を使って計算を行うことができる。画像解析プログラム８１２は、画像空間計算および従来の画像処理アルゴリズムを使って、撮像された道路標示区分１８が単一線または二重線、実線または破線、あるいは線パターンの任意の組み合わせを有するかも決定できる。撮像中の線のタイプは、位置および時間がタグ付けされて、データメモリ８０６に格納される。
【０１７７】
図１２Ｃを参照すると、再び領域７０の遅延画像９９２が示されているが、今回は、自動車５０が道路標示区分１８から逸れている結果（自動車５０は右折中である）、標示区分１８の部分的な画像がｕおよびｖ座標双方から変位している（この標示区分１８の部分的な画像が傾斜している）。傾斜した画像は、以前の点９８８（図１２Ａを参照）を垂直な画像線９５２上の現在の点９９４と比較することにより決定される。例えば、図１２Ａの点９８８のｖ座標を図１２Ｃの点９９４のｖ座標と比較すると、差があるため、自動車５０および道路標示経路１６（ひいては道路標示区分１８）の相対距離の変化が示される。
【０１７８】
画像間の逸脱が大きくならないようすばやく取得された画像の場合は、図１２Ａおよび１２Ｂで説明したように、道路標示区分１８の画像で開始および終了縁線４２および４６を決定する技術と同じ座標決定技術を使用できるが、この場合は、新たな中間垂直探索線（側方へ方向付けられた）９５２ａを使って、点９９６を決定する。ここでは両点９９４および９９６のｕ−ｖ座標を使って、新しい傾斜した道路標示経路の画像線９７２ａを定義し、次に図１２Ａおよび１２Ｂを参照して説明した技術を使って中心点９８２を決定する。また、前記点９９４および９９６（したがって、道路標示経路の画像線９７２ａ）は、線分９９４ａの中心および線分９９６ａの中心を決定することにより決定できる。そのため、線分９９４ａおよび９９６ａは、長手方向に位置が異なり側方へ方向付けられた線分であり、それぞれ探索線９５２および９５２ａと前記道路標示画像の交点から得られ、それぞれの中心は、前記道路標示経路上の２点を画成し、さらに前記道路標示経路をモデル化する上で使用できる（線９７２ａに直線モデルを仮定）。
【０１７９】
また、画像解析プログラム８１２は、道路標示区分１８の連続画像（例えば、前記開始線４２の画像）の特徴間のｕ−ｖ座標差を決定し、その差を、ピクセル−距離プログラム８１０からのデータを使って物体空間距離に変換したのち、前記連続画像間の時間の差を得ることにより、自動車５０のスピードを決定する。各画像が取得された時間および画像間の時間間隔は、トリガー入力７２８に送られるトリガー信号のタイミングにより、または上述した他の決定性から得られるトリガー信号（例えば、ＧＰＳ受信機１５４から得られるタイミング信号）により決定され、画像解析プログラム８１２で既知のものである。次いで、物体移動距離とこの距離を移動するための時間の双方がわかっていることから、自動車５０のスピードが決定される（距離／時間）。ＧＰＳ受信機１５４からのデータを使用すると、距離および時間間隔、ひいては自動車５０のスピードを決定することもできる。
【０１８０】
また、画像解析プログラム８１２は、補正済み画像を分析して間隔および標示区分の長さを決定し、破線パターン（例えば、１５／４０パターン）を決定することができる。
【０１８１】
標示経路予測プログラム８１４は、一連の時間補正された画像および画像解析プログラム８１２から逐次決定された個々の中心点９８２の一連のｕ−ｖ座標に基づき、画像空間において道路標示経路１６を予測する方程式（数学モデル）を計算する。もう１つの利用可能なｕ−ｖ点は、モデル開発用に、境界線９５２（ｕ座標がｕ（６４０）に等しい）および水平線９７２（ｖ座標がｖ（２００）に等しい）の交点で定義することができる（図１２Ａおよび図１２Ｂを参照）。他の画像点または画像から決定される線分、例えば図１２Ｃに示した点９９４および９９６は、この目的で使用することができる。また、標示経路予測プログラム８１４は、ピクセル−距離プログラム８１０を使って物体空間における前記標示経路１６を予測する方程式も決定できる。
【０１８２】
例えば、２つのｕ−ｖ座標ペアを使用すると、画像または物体空間における道路標示経路１６の直線数学モデル（従来のｙ＝ｍｘ＋ｂ線型方程式）を開発でき、３つのｕ−ｖ座標ペアを使用すると、二次または他のタイプの補間曲線モデルを開発できる。次に、この情報を、ピクセル−距離プログラム８１０からの画像空間−物体空間変換値とともに使って、道路標示経路１６の物体空間予測モデルが開発され（標示経路に、例えば前記縁線４２の中心点４３が続くなど）、自動車５０の後方、特にキャリッジ８０および塗装・ビーズガン領域の上方における標示経路が予測される。
【０１８３】
マシンビジョンおよびキャリッジ制御プログラム８１６は、塗装ガン８４とその各々のノズル、ならびにそれに伴うビーズガン８８が、既存の単一道路標示区分１８の上方に配置されるよう、キャリッジ８０を位置決めする。ガン８４が各々の道路標示区分１８と適切に位置合わせされている場合は、塗装ガン８６およびビーズガン９０が、第２の道路標示に対応するよう側方へ調整されているものと仮定される。塗装および／またはビーズガンは、どのような数であっても対応できる。マシンビジョンおよびキャリッジ制御プログラム８１６は、前記画像または物体空間のどちらかの道路標示経路１６の数学予測モデルを、標示経路予測プログラム８１４から使用することができる。
【０１８４】
マシンビジョンおよびキャリッジ制御プログラム８１６は、前記側方突出線８１の画像空間方程式と、前記道路標示経路１６の画像空間経路予測方程式との交点を計算する。前記交点のｕ−ｖ座標は、道路標示材料を直接道路標示区分１８の上から定量供給するための、塗装ガン８４とそのノズル（およびビーズガン８８）の位置合わせ位置を定義する。
【０１８５】
キャリッジ８０の現在位置（したがって、オフセットを調整した塗装ガン８４とそのノズルの現在位置）は、レーザーラインパターン１０６の撮像されたレーザーラインパターン１０６ａを補正したもののｕ−ｖ座標を使って、画像解析プログラム８１２により計算できる。次いで、マシンビジョンおよびキャリッジ制御プログラム８１６は、前記側方突出線８１の画像空間方程式と、前記道路標示経路１６の画像空間経路予測方程式との画像空間交点を使って、レーザーラインパターン１０６の撮像されたレーザーラインパターン１０６ａに必要とされるｕ−ｖ座標位置を計算して、道路標示経路区分１８の上から塗装ガン８４とそのノズルを側方へ位置決めする。また、マシンビジョンおよびキャリッジ制御プログラム８１６は、塗装およびビーズガンとレーザーラインパターン１０６とのオフセット、ならびに他のシステムオフセットについて補正を行う。
【０１８６】
ここで図１３を参照すると、マシンビジョンベースのキャリッジ制御システム１７００のブロック図が示されており、このキャリッジ制御システム１７００は、プログラム８０８、８１２、８１４、および８１６と協働して、モーター４１４が油圧操縦装置４００を介してガン８４とそのノズル（およびビーズガン８８）を道路標示区分１８の上方に位置合わせする方向へキャリッジ８０を動かすようコマンド制御する。
【０１８７】
制御システム１７００は、標示経路予測システム１７０１（標示経路予測プログラム８１４を有することができる）と、マシンビジョンベースのキャリッジ制御システム１７２０（マシンビジョンおよびキャリッジ制御プログラム８１６を有することができる）と、モーター４１４と、油圧操縦装置４００と、カメラまたは撮像装置２５２と、画像補正システム１７２５（画像補正プログラム８０８を有することができる）と、画像解析システム１７３０（画像解析プログラム８１２を有することができる）とを有する。システム１７２０は、さらに、標示位置合わせ演算部１７０３と、コンパレータ１７０５と、キャリッジ位置コントローラ１７１０とを有する。システム１７０１、１７２０、１７２５、および１７３０は、ソフトウェア、ハードウェア（例えば、ＦＰＧＡ）、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実装できる。
【０１８８】
標示経路予測システム１７０１は、図１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃを参照して上述したように、線１７４０を通じて画像解析システム１７３０からのデータを入力し、道路標示経路１６の数学的予測モデルを画像（および物体）空間に生成する。次に、このモデルは、標示位置合わせ演算部１７０３により使用され、前記側方突出線８１の画像空間方程式と、前記道路標示区分１８の画像空間経路予測方程式との交点が計算されて、キャリッジ８０下で画像空間における前記塗装ガン側方突出線８１の位置を通過中の実際の道路標示区分１８の画像空間側方位置が予測される（側方突出線８１の画像空間方程式は、予め決定済みであると仮定される）。この交点は、塗装ガン８４とそのノズルが既存の道路標示区分１８の上から前記道路標示材料（塗装）を直接定量供給するための、画像空間における望ましい側方位置である。この望ましい側方位置の画像空間座標データは、次いでコンパレータ１７０５の正の（＋）入力部に入力される。
【０１８９】
また一連の補正済み画像から、画像解析システム１７３０が、レーザーラインパターン１０６の撮像されたレーザーラインパターン１０６ａのｕ−ｖ座標を決定し、これにより前記塗装ガン８４とそのノズルの実際の画像空間座標がわかる（オフセットは補正される）。次に、これらのデータは、コンパレータ１７０５の負の（−）入力部にに入力される。
【０１９０】
コンパレータ１７０５は、前記塗装ガン８４とそのノズルが既存の道路標示区分１８の上から道路標示材料を直接定量供給すべき前記望ましい側方位置と、レーザーラインパターン１０６の撮像されたレーザーラインパターン１０６ａの位置により決定された前記塗装ガン８４とそのノズルの前記実際の側方位置との差を取得し（オフセットは撮像領域７０から画像解析プログラム８１２を使って補正および決定される）、誤差信号１７０７を生成する。誤差信号１７０７は、次いでキャリッジ位置コントローラ１７１０に入力される。
【０１９１】
コントローラ１７１０は、モーター位置コマンドを（角速度および加速コマンドとともに）モーター４１４のコントローラ４１３へ送信する。コントローラ４１３は、道路標示システムと整合した速度プロファイルで、スムーズに調整された動きを提供する。キャリッジ位置コントローラ１７１０から受信された前記位置コマンドに応答して、モーター軸４１２は、回転するか回転しないかのどちから一方の動作を行う。前記誤差信号１７０７がゼロに等しい場合、モーター軸４１２は回転せず、前記油圧操縦装置４００は、現在のキャリッジ８０の側方位置（ひいては、現在の塗装ガン８４とそのノズルの側方位置）を維持する。モーター軸４１２の回転に応答して、油圧操縦装置４００は、キャリッジ８０を延出させるか後退させるかのどちらかの動作を行って、前記塗装ガン８４（およびビーズガン８８も）の側方位置を変更する。キャリッジ８０の側方位置を変更すると、撮像されたレーザーラインパターン１０６ａも側方へ動き、マシンビジョンベースのキャリッジ制御システム１７２０は、側方へキャリッジ８０を移動させて誤差信号１７０７を最小化することにより、従来のサーボフィードバックシステムと同様に、塗装ガン８４を道路標示区分１８に位置合わせする。
【０１９２】
したがって、マシンビジョンおよび画像処理技術を使うことでキャリッジ８０の位置は動的に調整され、予測された道路標示区分１８の上方に塗装ガン８４とそのノズルが正しく位置決めされることを理解すべきである。ここで、前記塗装ガン８４をいつオンおよびオフにするか決定して、既存の道路標示区分１８を正しく正確に複製する必要がある。前記ガン８６の制御は、システム７００により同様に制御されることを理解すべきである。
【０１９３】
動的位置較正プログラム８１８は、ピクセル−距離プログラム８１０を使って図１２Ａおよび１２Ｂの中心点９８２などの道路標示画像の一般的な特徴間の画像空間におけるピクセル差を計算して、それと等価な物体距離差分を計算し、この区間にわたってセンサー５００により生成されたパルス数を計数することにより、駆動軸位置センサー５００のパルス−距離比を動的に較正する。単純に物体距離をパルス数で除算すると、正確な距離−パルス比が得られる。
【０１９４】
例えば図１２Ａでの中心点９８２は、座標ｕ（４８０）、ｖ（２００）を有し、後続画像図１２Ｂにおける中心点９８２は、座標ｕ（２２４）、ｖ（２００）を有する。図１２Ａおよび１２Ｂの画像座標間の距離差を取得すると２５６が得られる。各ピクセルが物体空間で０．２５インチ（約６ｍｍ）を表すことが（ピクセル−距離プログラム８１０の結果を使って）以前に決定されている場合、全移動距離は２５６ピクセルで６４インチ（１６３ｃｍ）に等しい。画像９５０と９９０間でセンサー５００により生成されたパルス数が２００パルスに等しいと、パルスあたりの距離は、（６４インチ）／（２００パルス）＝．３２インチ（８ｍｍ）／パルスに等しくなる。この技術は、タイヤの直径または圧力に依存しないため従来の方法より正確で動的であり、すなわち、この技術では、識別可能な特徴を有する画像が取得されるとその画像ごとに自動較正を行う。そのため、現在の距離−パルス比は、画像ごとに絶えず新たに計算され、現在の当該産業で仮定されるように固定された値ではない。あるいは、パルスあたりのピクセル数も、２５６ピクセル／２００パルス＝１．２８ピクセル／パルスと決定される。
【０１９５】
定量供給制御プログラム８２０は、加圧制御システム１６０を制御し、どの電磁弁を作動させるか、およびその時間長を決定する。作動オンおよびオフ遅延も、作動させる全バルブについて同時に決定される。
【０１９６】
ここで図１４を参照すると、キャリッジ８０、ならびにガン支持部８２、塗装ガン８４、および８６と各々のビーズ定量供給ガン８８および９０の拡大上面図が示されている。ホースまたは導管は、明瞭性を高めるため示していない。また、道路標示区分１８の一部を視野内に有した撮像領域７０も示されている。自動車５０は、長手方向に移動して道路標示区分１３を通り過ぎ、標示区分１８に塗料およびビーズを再適用する位置にあると仮定される。なお、キャリッジ８０は、塗装ガン８４を標示区分１８に位置合わせするためシステム１７００により適切に位置付けられており（延出または引き込みは、矢印１０１４で示す）、さらに、この現在位置で標示区分１８がちょうど撮像されているものと仮定する。
【０１９７】
領域７０の画像から、標示区分１８の開始線４２の物体空間位置は、この物体空間におけるｘ−ｙ座標系の原点１００２に対してわかっており（プログラム８１０および８１２が、この画像空間から物体空間への変換を行う）、特に線４２から原点１００２までの長手方向の距離１００４は決定済みである。ガン８４から原点１００２までの長手方向の距離１００６は、較正手続きで予め決定されており、距離１００８は、定規または他の較正方法を使って決定されている。そのため、距離１０１０および１０１２は、単にそれぞれ距離１００４および１００６を足し合わせ、距離１００４、１００６、および１００８を足し合わせることにより決定される。塗装ガン８４をオンにする時間は線４２が塗装ガン８４の下になるときであり、またはそれと同等に、線４２が総距離１０１０だけ移動したときである。この移動距離１０１０は、動的位置較正プログラム８１８で予め決定される距離−パルス比と、続いてセンサー５００からのパルス５３４を計数することにより決定される。同様に、距離１０１２は、距離１０１２と等価なパルス５３４を計数することにより計算される。また、定量供給制御プログラム８２０は、各前記ガンのオンおよびオフ時間を考慮する。それと同等の計算は、画像空間でも行える。
【０１９８】
定量供給は、予めコンピュータ７０２にキーボード７０６で作業者が入力した道路標示区分の長さ２４と、パルス５３４の数から計算される距離が等価になるまで続く。また、次の標示区分３２のための定量供給は、累積パルス数が道路標示の間隔区分の長さ２６の距離と等価になるまで起こらないことに注意すべきである。距離−パルス比は継続的に更新され、動的に計算されるため、道路標示要素の正確なメンテナンス・ストライピングは、付加的なキャリッジ作業者が定量供給サイクル中に先行または遅延時間調整を強制する必要なく行われる。
【０１９９】
上記の説明では単一破線の道路標示区分１８を参照しているが、二重破線の標示、あるいは単一または二重の実線標示に道路標示材料を適用する場合にも、同様な手順を実施できる。
【０２００】
本発明の好適な一実施形態の動作を理解する際の明瞭性のため、道路標示区分１８の画像は、図１２Ａおよび１２Ｂに示したように、２つだけ使用される。
【０２０１】
動作時は、また付加的に図１５Ａおよび図１５Ｂを参照すると、本発明の好適な実施形態を使った既存破線道路標示のメンテナンス・ストライピング工程は、工程１１００から開始する。
【０２０２】
工程１１００において、作業者は、再ストライピングする必要のある道路標示を有した望ましい道路標示経路１６に沿って、ＧＰＳ受信機１５４およびディスプレイＬＣＤ７０４により供給される位置支援を用いて、自動車５０を位置付ける。すべての較正およびオフセットデータは、予め取得され、データメモリ８０６に格納されているものと仮定する。次に、運転者は、望ましい線ストライプパターン（単一または二重、実線または破線、例えば１５／４０）および定量供給する道路標示材料のタイプ（塗料、または塗料およびビーズ）をキーボード７０６から入力して、キーボード７０６の開始ボタンを押す。あるいは、システム７００が画像解析システム１７３０を使って標示区分１８の長さ２４および間隔区分２０の長さ２６を決定することにより、線ストライプパターンを決定する。運転者は、次いで再ストライピング工程に使用する道路標示材料のタイプに合ったスピードで、道路標示経路１６に沿って自動車５０を運転する。継続的に更新されるＧＰＳ位置データは、ＬＣＤディスプレイ７０４に表示されて（現在、自動車で利用できるように）、正しい開始位置で前記道路標示経路１６に沿って運転者が自動車５０を位置決めできるよう支援する。プログラムフローは次に１１０２へ続く。
【０２０３】
工程１１０２では、開始ボタンが押されたことに応答して、システム７００（および、自動車５０に備えられている場合はシステム７５０）が、道路標示区分１８先頭の第１のタイムスタンプされた生画像（図１１Ａを参照）およびＧＰＳ位置データを取得する。プログラムフローは次に１１０４へ続く。
【０２０４】
工程１１０４では、画像補正システム１７２５により、前記第１のタイムスタンプされた生画像データからひずみが除去され、道路標示区分１８の前記第１のタイムスタンプされたひずみのない画像は、前記タイムスタンプとそれに対応するＧＰＳ位置データとともに、データメモリ８０６に格納される（図１２Ａを参照）。プログラムフローは次に１１０６へ続く。
【０２０５】
工程１１０６では、前記第１の画像の第１の中心点９８２のｕ−ｖ座標（図１２Ａを参照）が、画像解析システム１７３０により決定される。プログラムフローは次に１１０８へ続く。
【０２０６】
工程１１０８では、システム７００（および、自動車５０に備えられている場合はシステム７５０）が、道路標示区分１８先頭の第２のタイムスタンプされた生画像（図１１Ａに示したものと同様）およびＧＰＳ位置データを取得する。この第２の画像は、前記第１の画像の後に、当該第１の画像から変位されて生成されるが、これは自動車５０が前記道路標示経路１６に沿って方向２８へ動いているためである。プログラムフローは次に１１１０へ続く。
【０２０７】
工程１１１０では、画像補正システム１７２５により、前記第２のタイムスタンプされた生画像データからひずみが除去され、道路標示区分１８の前記第１のタイムスタンプされたひずみのない画像は、前記タイムスタンプおよびＧＰＳ位置データとともに、データメモリ８０６に格納される（図１２Ｂを参照）。プログラムフローは次に１１１２へ続く。
【０２０８】
工程１１１２では、前記第２の画像の第２の中心点９８２のｕ−ｖ座標が、画像解析システム１７３０により決定される。プログラムフローは次に１１１４へ続く。
【０２０９】
工程１１１４では、標示経路予測システム１７０１により、画像空間における道路標示経路１６の予測方程式が、前記第１および第２の画像中心点９８２を使って計算される（この場合、当該方程式は線になる）。さらに、レーザーラインパターン１０６の前記撮像されたレーザーラインパターン１０６ａのｕ−ｖ座標が、画像解析システム１７３０により決定される。プログラムフローは１１１６へ続く。
【０２１０】
工程１１１６では、標示経路予測システム１７０１から得られた前記標示経路予測方程式と、前記予め格納された側方突出線８１方程式とに基づき、画像空間におけるこれら２つの方程式の交点が、マシンビジョンベースのキャリッジ制御システム１７２０のシステム標示位置合わせ演算部１７０３を使って決定される。キャリッジ８０は、前記撮像されたレーザーラインパターン１０６ａおよびキャリッジ制御システム１７００を使って、塗装ガン８４とそのノズルを（ひいてはビーズガン８８も）直接道路標示区分１８の上方に位置合わせするよう配置される（オフセットは補正される）。プログラムフローは１１１８へ続く。
【０２１１】
工程１１１８では、前記第１の中心点９８２のｕ−ｖ座標が前記第２の中心点９８２のｕ−ｖ座標から減算され、この差に対し、システム５００により生成されたパルスの数が画像解析システム１７３０により決定される。プログラムフローは１１２０へ続く。
【０２１２】
工程１１２０では、前記第２の中心点９８２から、前記標示経路予測方程式および前記予め格納された側方突出線８１方程式の交点までの画像空間での距離が、画像解析システム１７３０により計算される。プログラムフローは１１２２へ続く。
【０２１３】
工程１１２２では、前記予測された道路標示経路１６の画像線に沿って、直前に撮像された中心点９８２から前記交点までの画像距離をカバーするのに必要な前記システムにより生成されるパルスの数が、画像解析システム１７３０により決定される。プログラムフローは１１２４へ続く。
【０２１４】
工程１１２４では、駆動軸位置センサー５００により生成されたパルスの数が工程１１２２で決定された数だけ起こった時点で、定量供給制御プログラム８２０が、システム１６０を通過してガン８４（および、工程１１００で作業者による事前入力に基づき、必要な場合はビーズガン８８）へ流れる加圧空気流を制御する。前記加圧空気に応答して、ガン８４（および必要な場合はビーズガン８８）は、道路標示材料の定量供給を、道路標示区分１８に位置合わせして開始し、前記システム５００のパルス数が、作業者または運転者による事前入力に基づき、画像空間における望ましい標示区分の長さと等価になるまで、前記定量供給を行う。プログラムフローは次に１１２６へ続く。
【０２１５】
工程１１２６では、前記システム５００のパルス数が、長さ２４を有する標示区分１８の前記必要な長さと等価になった後、塗装ガン８４が（およびそれに伴うビーズガン８８も、それまでオンであった場合は）オフにされ、前記間隔区分２０の長さと等価な駆動軸位置センサー５００のパルス数だけ、材料の定量供給が停止される。別の定量供給サイクルが始まり、中央破線１２の望ましい全長が再ストライピングされるまで続く。
【０２１６】
動作時において、本発明の好適な実施形態を使った既存の実線道路標示のメンテナンス・ストライピング工程は、上記の工程と同様であるが、工程１１０６および１１１２において標示経路予測線を生成するため使用される前記第１および第２の点が、中間点、例えば図１２Ｃの点９９６および９９４から得られる点で異なる（実線は連続的で、第１および第２の中心点９８２は識別不能）。マシンビジョンベースの制御システム１７００は、前記キャリッジ８０、ひいては塗装ガン８４（とそのノズル）およびビーズガン８８の側方位置を絶えず更新して、道路標示材料を直接道路標示区分１８に、その上から継続的に定量供給する。工程１１１８〜１１２４は実装されず、運転者が、キーボード７０６の停止キーを押すことにより、手動で道路標示の定量供給工程を終了する。
【０２１７】
そのため、二重線、例えば単一の破線と実線の組み合わせは、本発明の開示内容に基づいて再ストライピングされることを理解すべきである。
【０２１８】
以上、一定の具体的な実施形態および例を参照して例示および説明を行ったが、本発明は、上記で示した詳細に限定されることを意図したものではない。むしろ、請求項の均等物の範囲内で、かつ、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、細部に種々の変更形態が可能である。例えば、本文書で広義に記載された全範囲は、各々の範囲内で、比較的幅広い範囲内の比較的狭いすべての範囲を含むことが明示的に意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際調査報告】
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