(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両検出対象領域をカラー画像により撮影し、
該撮影したカラー画像信号をＲＧＢの三原色信号に色分解した後、該ＲＧＢ信号をＨＶＣ表色系の色相、明度、彩度信号に変換してＨＶＣ画像を作成し、
該ＨＶＣ画像中の通路領域部分の画素のＨＶＣ三次元ヒストグラムを作成し、該ヒストグラム中の最大画素数となる路面の色を基準色として選択すると共に一定時間毎に前記基準色を更新し、
前記基準色と前記変換されたＨＶＣ画像の各点の色との間の色差を算出して色差画像を作成し、
該得られた色差画像に対してしきい値処理を施すことにより車両を抽出すること、
を特徴とする車両検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の車両検出方法において、
前記ＲＧＢ信号からＨＶＣ表色系の色相Ｈ、明度Ｖおよび彩度Ｃへの変換を下記の計算式
【数１】
0003783881.tif 000011
によって行なうこと、
を特徴とする車両検出方法。
【請求項３】
請求項１記載の車両検出方法において、
前記ＲＧＢ信号からＨＶＣ表色系の色相Ｈ、明度Ｖおよび彩度Ｃへの変換を下記の計算式
【数２】
0003783881.tif 000012
によって行なうこと、
を特徴とする車両検出方法。
【請求項４】
請求項１〜３記載のいずれかの車両検出方法において、
前記色差ΔＥを下記の計算式
【数３】
0003783881.tif 000013
によって求めること、
を特徴とする車両検出方法。
【請求項５】
車両検出対象領域を撮影するカラー撮像手段と、
該撮影されたカラー画像信号をＲＧＢの三原色信号に色分解するＲＧＢデコーダと、
該色分解されたＲＧＢ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
該ディジタル信号に変換されたＲＧＢ信号を格納するＲＧＢ画像メモリと、
該格納されたＲＧＢ信号をＨＶＣ表色系の色相、明度および彩度データに変換する表色系変換演算処理部と、
該変換された色相、明度および彩度データによって構成されるＨＶＣ画像を格納するＨＶＣ画像メモリと、
該ＨＶＣ画像中の通路領域部分の画素のＨＶＣ三次元ヒストグラムを作成する三次元ヒストグラム作成部と、
該得られたＨＶＣ三次元ヒストグラム中の最大画素数となる路面の色を基準色として選択すると共に一定時間毎に前記基準色を更新する最大値検出部と、
前記基準色と前記ＨＶＣ画像メモリに格納されたＨＶＣ画像の各点の色との間の色差を算出して色差画像を作成する色差画像算出部と、
該得られた色差画像に対してしきい値処理を施すことにより車両を抽出する車両判別処理部と、
を備えたことを特徴とする車両検出装置。
【請求項６】
請求項５記載の車両検出装置において、
前記表色系変換演算処理部が、ＲＧＢ信号からＨＶＣ表色系の色相Ｈ、明度Ｖおよび彩度Ｃへの変換を下記の計算式
【数４】
0003783881.tif 000014
によって行なうこと、
を特徴とする車両検出装置。
【請求項７】
請求項５記載の車両検出装置において、
前記表色系変換演算処理部が、ＲＧＢ信号からＨＶＣ表色系の色相Ｈ、明度Ｖおよび彩度Ｃへの変換を下記の計算式
【数５】
0003783881.tif 000015
によって行なうこと、
を特徴とする車両検出装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の車両検出装置において、
前記色差画像算出部が、前記色差ΔＥを下記の計算式
【数６】
0003783881.tif 000016
によって求めること、
を特徴とする車両検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＨＶＣ表色系と呼ばれる知覚的表色系の三次元空間における色差を利用して車両を検出する方法と、この方法を用いて構成した車両検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
駐車場や道路上に存在する車両の検出方法として、従来よりしきい値処理を利用した方法やＲＧＢの三原色成分を利用した方法が知られている。
【０００３】
しきい値処理を利用した方法は、路面輝度を基準としてしきい値処理することにより撮影画像を２値化あるいは３値化し、車両を検出するようにしたものである。また、ＲＧＢの三原色成分を利用した方法は、撮影したカラー画像をＲＧＢの三原色に色分解し、このＲＧＢ成分の濃度比率によって色分類することにより車両を検出するようにしたものである（例えば、特公平４−１５５１９号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記しきい値処理を利用した方法は、原理的に白黒画像における輝度の大小（明暗）から車両を検出するものである。このため、輝度の高い白色系の車両についてはそれほど問題ないが、白黒画像上では灰色もしくはそれに近い輝度となる赤色や青色系の車両は、背景となるアスファルトやコンクリートなどの路面との見分けがつきにくく、誤検出の原因となる。
【０００５】
また、ＲＧＢの三原色成分を利用した方法は、例えば、「赤い」車、「青い」車というような主観的な色分類に基づいて車両を検出しようとしても、ＲＧＢ成分のどの濃度比率までを赤い色とし、またどの濃度比率までを青い色とするかを決定することが難しかった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、ＨＶＣ表色系と呼ばれる知覚的表色系の三次元空間における２点間の距離、すなわち色差に基づいて車両のみを確実に分離抽出することのできる車両検出方法と、この方法を用いて構成した車両検出装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明では次のような手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の車両検出方法は、車両検出対象領域をカラー画像により撮影し、該撮影したカラー画像信号をＲＧＢの三原色信号に色分解した後、該ＲＧＢ信号をＨＶＣ表色系の色相、明度、彩度信号に変換してＨＶＣ画像を作成し、該ＨＶＣ画像中の通路領域の画素のＨＶＣ三次元ヒストグラムを作成し、該ヒストグラム中の最大画素数となる路面の色を基準色として選択すると共に一定時間毎に前記基準色を更新し、前記基準色と前記ＨＶＣ画像メモリに格納されたＨＶＣ画像の各点の色との間の色差を算出して色差画像を作成し、該得られた色差画像に対してしきい値処理を施すことにより車両を抽出することを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項２記載の車両検出方法は、前記請求項１記載の車両検出方法において、前記ＲＧＢ信号からＨＶＣ表色系の色相Ｈ、明度Ｖおよび彩度Ｃへの変換を下記の計算式
【数７】
0003783881.tif 000002
によって行なうことを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項３記載の車両検出方法は、前記請求項１記載の車両検出方法において、前記ＲＧＢ信号からＨＶＣ表色系の色相Ｈ、明度Ｖおよび彩度Ｃへの変換を下記の計算式
【数８】
0003783881.tif 000003
によって行なうことを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項４記載の車両検出方法は、前記請求項１〜３記載のいずれかの車両検出方法において、前記色差ΔＥを下記の計算式
【数９】
0003783881.tif 000004
によって求めることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項５記載の車両検出装置は、車両検出対象領域を撮影するカラー撮像手段と、該撮影されたカラー画像信号をＲＧＢの三原色信号に色分解するＲＧＢデコーダと、該色分解されたＲＧＢ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器と、該ディジタル信号に変換されたＲＧＢ信号を格納するＲＧＢ画像メモリと、該格納されたＲＧＢ信号をＨＶＣ表色系の色相、明度および彩度データに変換する表色系変換演算処理部と、該変換された色相、明度および彩度データによって構成されるＨＶＣ画像を格納するＨＶＣ画像メモリと、該ＨＶＣ画像中の通路領域のＨＶＣ三次元ヒストグラムを作成する三次元ヒストグラム作成部と、該得られたＨＶＣ三次元ヒストグラム中の最大画素数となる路面の色を基準色として選択すると共に一定時間毎に前記基準色を更新する最大値検出部と、前記基準色と前記ＨＶＣ画像メモリに格納されたＨＶＣ画像の各点の色との間の色差を算出して色差画像を作成する色差画像算出部と、該得られた色差画像に対してしきい値処理を施すことにより車両を抽出する車両判別処理部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項６記載の車両検出装置は、前記請求項５記載の車両検出装置において、前記表色系変換演算処理部が、ＲＧＢ信号からＨＶＣ表色系の色相Ｈ、明度Ｖおよび彩度Ｃへの変換を下記の計算式
【数１０】
0003783881.tif 000005
によって行なうことを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項７記載の車両検出装置は、前記請求項５記載の車両検出装置において、前記表色系変換演算処理部が、ＲＧＢ信号からＨＶＣ表色系の色相Ｈ、明度Ｖおよび彩度Ｃへの変換を下記の計算式
【数１１】
0003783881.tif 000006
よって行なうことを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項８記載の車両検出装置は、前記請求項５〜７のいずれかに記載の車両検出装置において、前記色差画像算出部が、前記色差ΔＥを下記の計算式
【数１２】
0003783881.tif 000007
によって求めることを特徴とするものである。
【００１５】
上記のような構成とした場合、ＨＶＣ表色系と呼ばれる知覚的表色系の三次元空間における色差を利用して車両を検出しているので、白黒画像上では灰色もしくはそれに近い輝度となって路面や車両の影の部分との見分けがつきにくかった赤色や青色系の車両も確実に検出することができる。また、ＲＧＢの三原色成分を利用した方法に比べ、より人間の知覚に近い分離を行なうことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１に、本発明の車両検出方法を用いて構成した本発明に係る車両検出装置の一例を示す。
【００１７】
図において、１は駐車場や道路などの車両検出対象領域を上方または斜め上方から俯瞰撮影するカラーＴＶカメラ、２はカラーＴＶカメラ１で撮影したカラー画像信号をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の三原色信号に色分解するＲＧＢデコーダ、３はＲＧＢデコーダ２で色分解されたアナログ信号からなるＲ，Ｇ，Ｂ信号をディジタルデータに変換するＡＤ変換器、４はディジタルデータに変換された１画面分のＲ，Ｇ，Ｂ信号をそれぞれ格納するＲＧＢ画像メモリである。
【００１８】
５は後述する計算式に基づいて前記ＲＧＢ信号をＨＶＣ表色系の色相Ｈ、明度Ｖおよび彩度Ｃの３つの色情報に変換する表色系変換演算処理部、６は該変換された１画面分のＨＶＣ画像を格納するＨＶＣ画像メモリ、７は該ＨＶＣ画像中の通路領域部分の画素のＨＶＣ三次元ヒストグラムを作成する三次元ヒストグラム作成部である。
【００１９】
８は得られたＨＶＣ三次元ヒストグラム中の最大画素数となる位置の色を画面中の路面の色を表す基準色Ｐ０として選択する最大値検出部、９は後述する計算式に基づいて前記選択した基準色Ｐ０と前記ＨＶＣメモリ６に格納されたＨＶＣ画像の各点（画素）の色Ｐｉとの間の色差ΔＥを算出して色差画像を作成する色差画像算出部、１０は該色差画像に対してしきい値処理を施すことにより車両を抽出する車両判別処理部である。
【００２０】
なお、前記表色系変換演算処理部５、三次元ヒストグラム作成部７、最大値検出部８、色差画像算出部９および車両判別処理部１０は、通常マイクロコンピュータなどの演算処理装置を用いてソフトウェア的に実現されるが、専用のハードウェア回路で構成してもよい。
【００２１】
本発明は、ＲＧＢデータを色相Ｈ、明度Ｖ、彩度Ｃの３つの色情報で与えられるＨＶＣ表色系に変換し、このＨＶＣ表色系を用いて色差画像を作成し、車両を抽出するようにした点に特徴を有するものである。そこで、本発明の理解を容易とするために、図１の装置の動作説明を行なう前に、ＨＶＣ表色系について説明する。
【００２２】
現在、我々の身近にあるカラー画像を扱う機器のほとんどがＲＧＢの三原色信号を用いている。これは、ＣＣＤカメラなどによりＲＧＢ信号を簡単に得られること、信号処理が簡単であること、既知の回路や処理手法を利用できることなどによるものと思われる。しかしながら、物体の検出といった人間の知覚に近い処理を行なうには、従来利用されているＲＧＢ表色系よりも、マンセル表色系に代表される人間の感覚に近い知覚的表色系を用いる方が望ましい。
【００２３】
しかし、マンセル表色系は、心理的な色知覚に基づいた実験を繰り返して創られた表色系である。このため、ＲＧＢ表色系からマンセル表色系への変換は計算によって直接行なうことができず、変換表を用いるしかない。しかしながら、この変換表のデータ量は極めて多く、しかも、画像処理において一般的に用いられている８ビットの画像データに対応できるほど細かなものではない。また、何らかの方法でこの変換表を近似できたとしても、その計算はかなり複雑で膨大なものとなり、ハードウェアやソフトウェアの負担が極めて大きなものとなる。
【００２４】
そこで、本発明では、ＲＧＢ表色系から容易に変換可能で、かつ、マンセル表色系に近い知覚的表色系として、ＨＶＣ表色系を採用したものである。なお、このＨＶＣ表色系は、ＨＳＶ表色系あるいはＨＳＩ表色系と別称されることがあるが、本発明ではこれらを代表して「ＨＶＣ表色系」の語を用いる。
【００２５】
ＨＶＣ表色系は、「色相Ｈ」、「明度Ｖ」、「彩度（飽和度）Ｃ」の３つの属性をパラメータとする三次元空間で色を表現するものであり、その代表的なモデルとして、図２に示す双六角錐モデルが知られている。この双六角錐モデルの場合、ＲＧＢ表色系からＨＶＣ表色系への変換は、次の３式で与えられる。
【数１３】
0003783881.tif 000008
【００２６】
なお、色相Ｈは、図２において、主対角軸（明度軸Ｖ）とＲ軸により作られる平面と、色を表す三次元頂点Ｐより主対角軸に下ろした垂線とのなす角である。
【００２７】
そして、図３に示すように、このＨＶＣ表色系の三次元空間における任意の２つの色Ｐ0 （Ｈ0 ，Ｖ0 ，Ｃ0 ）とＰi （Ｈi ，Ｖi ，Ｃi ）間の色差ΔＥ（Ｐ0 ，Ｐi ）は下記の計算式で求めることができる。
【数１４】
0003783881.tif 000009
【００２８】
なお、この色差ΔＥ（Ｐ0 ，Ｐi ）は、双六角錐モデルにおける２点Ｐ0 ，Ｐi 間のユークリッド距離に相当する。
【００２９】
本発明は、上記のような双六角錐モデルで代表されるＨＶＣ表色系を用い、このＨＶＣ表色系における通路領域部分の画素のＨＶＣ三次元ヒストグラム（頻度分布）から路面の色を与える基準色Ｐ0 を求め、この基準色Ｐ0 を基準点として前記計算式(4) から色差画像を算出するようにしたものである。
【００３０】
上記のようにＨＶＣ表色系から得られる色差画像を用いて車両を検出するようにした場合、輝度情報から車両を検出する場合に比べて情報量が多くなり、より緻密な色の差を検出することが可能となる。また、ＨＶＣ表色系は知覚的表色系であるので、ＲＧＢ三原色の濃度比率を利用した方法に比べ、より人間の知覚に近い分離を行なうことが可能となる。
【００３１】
次に、前述した図１の車両検出装置の動作を説明する。
カラーＴＶカメラ１は、駐車場や道路などの車両検出対象領域を俯瞰撮影することができるように、車両検出対象領域の上方または斜め上方の高所に設置されている。このカラーＴＶカメラ１で撮影されたカラー画像信号はＲＧＢデコーダ２に送られ、ＲＧＢの三原色に色分解された後、それぞれＡＤ変換器３において例えば１画素８ビットのディジタルデータに変換され、ＲＧＢ画像メモリ４に格納される。
【００３２】
表色系変換演算処理部５は、前記画像メモリ４に格納されたＲ，Ｇ，Ｂデータを画素単位で次々と読み出し、前記計算式(1)(2)(3) を用いて当該画素の色相Ｈ、明度Ｖ、彩度Ｃを算出し、ＨＶＣ画像メモリ６に格納する。表色系変換演算処理部５は、この変換処理を画像メモリ４に格納されている１画面分の全画素について行なう。この１画面分の表色系変換処理が終了すると、ＨＶＣ画像メモリ６にはＨ、Ｖ、Ｃの３つの色情報によって構成されるＨＶＣ画像が得られる。
【００３３】
三次元ヒストグラム作成部７は、ＨＶＣ画像メモリ６に格納されているＨＶＣ画像中の通路領域部分の各画素のＨ，Ｖ，Ｃの色情報を読み出し、図４に例示すような通路領域部分のＨＶＣ三次元ヒストグラムを作成する。これにより、双六角錐モデルで与えられるＨＶＣ表示系の色空間の各色の位置を占める画素数が得られる。なお、実際のヒストグラムは３次元の立体グラフとなるが、理解を容易とするためおよび図示が困難なため、二次元の表で示した。また、ＨＶＣ画像中から通路領域のみの色情報を読み出すには、カラーＴＶカメラ１で撮影した画像を図示を略したモニタＴＶなどで見ながら、カーソルやペンなどを用いて領域指定してやればよい。
【００３４】
最大値検出部８は、上記のようにして得られたＨＶＣ三次元ヒストグラム中から最大画素数となる位置の色を路面の色を与える基準色Ｐ0 （Ｈ0 ，Ｖ0 ，Ｃ0 ）として選択する。これは、画像中の通路領域は大部分が路面であることから、最大画素数となる位置の色を選択すれば、それはＨＶＣ表色系における路面の色を表していることになるからである。
【００３５】
色差画像算出部９は、前述した計算式(4) を用いて、路面の色を与える前記基準色Ｐ0 （Ｈ0 ，Ｖ0 ，Ｃ0 ）と、前記ＨＶＣ画像メモリ６に格納されているＨＶＣ画像の各点の色Ｐi （Ｈi ，Ｖi ，Ｃi ）との間の色差ΔＥ（Ｐ0 ，Ｐi ）を算出し、１画面分の色差画像を作成する。
【００３６】
そして、車両判別処理部１０は、この得られた色差画像に対してしきい値処理を施し、撮影画像中から車両のみを抽出する。これにより、路面と車両、車両と車両を確実に分離識別して抽出することができる。
【００３７】
なお、上述した図１の例では、計算式(1) を用いて色相Ｈを算出したが、この(1) 式は下記の計算式(5) で近似することができる。従って、前記計算式(1) に代えて、下記の計算式(5) を用いて色相Ｈを算出してもよい。この(5) 式によるときは、計算が簡単となるので、処理の高速化を図ることができる。
【数１５】
0003783881.tif 000010
【００３８】
また、前述した路面の色を与える基準色Ｐ0 は、天候や時間などによって変わるおそれがあるので、一定時間毎あるいは天候の変化時に新たな値に更新することが望ましい。また、これらの変化に対処するために、予め種々の基準色を用意しておき、状況に応じて切り換えるようにしてもよい。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その発明の主旨に沿った各種の変形が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、請求項２および請求項４記載の発明によるときは、ＨＶＣ表色系から得られる色差画像を利用して車両を抽出しているので、車両と路面を確実に識別して分離することができる。また、輝度情報から車両を検出する場合に比べて情報量が多くなり、より緻密な色の差を検出することが可能となる。また、ＨＶＣ表色系は知覚的表色系であるので、ＲＧＢ三原色の濃度比率を利用した方法に比べ、より人間の知覚に近い分離を行なうことが可能となる。
【００４１】
また、請求項３記載の発明によるときは、計算が簡単であるため、前記効果に加え、ＲＢＧ表色系からＨＶＣ表色系への変換が簡単となり、処理の高速化を図ることができる。
【００４２】
また、請求項５、請求項６および請求項８記載の発明によるときは、ＨＶＣ表色系から得られる色差画像を利用して確実で正確な車両検出を行なうことのできる車両検出装置を提供することができる。
【００４３】
さらに、請求項８記載の発明によるときは、計算が簡単であるため、前記効果に加え、ＲＢＧ表色系からＨＶＣ表色系への変換が簡単となり、装置の構成を簡素化できるとともに、処理の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両検出方法を用いて構成した本発明に係る車両検出装置の一例を示すブロック図である。
【図２】ＨＶＣ表色系の双六角錐モデル図である。
【図３】双六角錐モデルにおける色差の説明図である。
【図４】ＨＶＣ画像における通路領域部分のＨＶＣ三次元ヒストグラムの例を示す図である。
【符号の説明】
１    カラーＴＶカメラ（カラー撮像手段）
２    ＲＧＢデコーダ
３    ＡＤ変換器
４    ＲＧＢ画像メモリ
５    表色系変換演算処理部
６    ＨＶＣ画像メモリ
７    三次元ヒストグラム作成部
８    最大値抽出部
９    色差画像算出部
１０    車両判別処理部
Ｈ    色相
Ｖ    明度
Ｃ    彩度（飽和度）
Ｐ0   基準色（路面の色）
Ｐi   ＨＶＣ画像の各点の色
ΔＥ    色差
【図１】
0003783881.tif 000017
【図２】
0003783881.tif 000018
【図３】
0003783881.tif 000019
【図４】
0003783881.tif 000020