(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面及び路面上の設定領域を通過する車両を連続して撮影することにより連続画像を得るためのカメラと、
前記連続画像についてそれぞれに輝度ヒストグラムを計算により求めるための輝度ヒストグラム計算手段と、
前記輝度ヒストグラムの時系列差分を計算するための時系列差分計算手段と、
前記時系列差分計算手段により、規定の時間内において前記輝度ヒストグラムに変化のない場合、前記輝度ヒストグラムを路面データとして保存するための保存手段と、
前記時系列差分計算手段により、規定の時間内において前記輝度ヒストグラムに変化のある場合、前後の２つの前記輝度ヒストグラムの全体差分を計算するための差分計算手段と、
前記全体差分と、前記設定領域を通過する車両の複数の輝度分布に基づいてそれぞれ設定される複数の輝度ヒストグラム差分しきい値のうち、前記車両の輝度分布に対応する輝度ヒストグラム差分しきい値との比較を行い、さらに、前記路面に影が生じた場合には、前記影の部分を前記車両の本体として検出しないように、平均輝度差のしきい値として、前記輝度ヒストグラムにおける平均輝度と前記路面の平均輝度の偏差の差である偏差差分を正の値に設定することにより、前記設定領域を通過する前記車両の存在を判別する車両検知手段と
からなる交通流計測システム。
【請求項２】
請求項１に記載の交通流計測システムにおいて、
前記車両検知手段は、
前記輝度ヒストグラムの小型車両に対応する輝度分布よりも低いヒストグラム差分である前記輝度ヒストグラム差分しきい値を第１しきい値とし、前記路面データのしきい値よりも大きい値を前記路面データの分散（標準偏差）に対する第１分散しきい値とし、
前記全体差分（前記輝度ヒストグラム計算手段により求められた前記連続画像全体の前記輝度ヒストグラムから前記保存手段で保存された前記路面データ全体の前記輝度ヒストグラムを引いた値）が、前記第１しきい値以上であり、
且つ、前記路面データの前記分散（標準偏差）が、前記第１分散しきい値以上である場合に、前記設定領域に車両が存在すると判別する通常コントラスト時車両検知手段を備える
交通流計測システム。
【請求項３】
請求項２に記載の交通流計測システムにおいて、
前記車両検知手段は、さらに、
路面とのコントラストが低い反射面を持つ車両の前記輝度ヒストグラムから前記保存手段で保存された前記路面データ全体の前記輝度ヒストグラムを引いたヒストグラム差分である第２しきい値とし、前記輝度ヒストグラム計算手段により求められた前記連続画像全体の前記輝度ヒストグラムの平均輝度と前記保存手段で保存された前記路面データ全体の前記輝度ヒストグラムの平均輝度のそれぞれの偏差の差である偏差差分を正の値に設定する平均輝度差しきい値とし、前記第１分散しきい値よりも小さい値を第２分散しきい値とし、
前記全体差分が、前記第２しきい値以上であり、
且つ、平均輝度差（前記輝度ヒストグラム計算手段により求められた前記連続画像全体の前記輝度ヒストグラムの平均輝度と前記保存手段で保存された前記路面データ全体の前記輝度ヒストグラムの平均輝度の差）が、前記平均輝度差しきい値以上であり、
且つ、前記路面データの前記分散（標準偏差）が、前記第２分散しきい値以上である場合に、前記設定領域に車両が存在すると判別する低コントラスト時車両検知手段を備える
交通流計測システム。
【請求項４】
請求項１において、更に、
前記輝度ヒストグラムによりその存在が確認された通過車両の速度を計測するための速度計測手段と、
計測された前記速度に基づいて、前記通過車両の車長を計算するための車長計算手段と
からなる交通流計測システム。
【請求項５】
請求項４において、更に、
前記車長に基づいて、前記通過車両の車種を判定するための車種判定手段と、
判定された前記車種に基づいて、車種ごとの台数を計算するための台数計算手段とからなる
交通流計測システム。
【請求項６】
請求項４において、更に、
計測された前記通過車両の前記速度に基づいて、前後する前記通過車両の車間を計算するための車間計算手段と、
前記車間に基づいて警告を表示する警告表示手段とからなる
交通流計測システム。
【請求項７】
請求項４において、更に、
計測された前記通過車両の前記速度に基づいて、一定時間内の各車線における車両の時間占有率を計算するための時間占有率計算手段とからなる
交通流計測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交通流計測システムに関し、特に、定点を通過する自動車を撮影して得た画像を処理する画像処理技術を用いて車両の通過、車種などを計算により求める交通流計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速道路を通行する車両の流れの状態を自動的に判断することが求められている。このような求めに応じる交通流計測システムが知られている。その公知の交通流計測システムが用いている画像処理技術は、車両の前面にエッジが多い事実に基づいた技術であり、空間微分フィルタ処理を施した画像の指定領域を垂直に投影加算した１次データがあるしきい値よりも大きい場合に、その領域内に車両が存在すると判断するようにしたものである。
【０００３】
このような判断形式の公知技術には、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、大型車両６０１の車両の後部が指定領域６０４を通過する際に、その後部がエッジ６０７として撮影されて出現するため、そのエッジを後続車両のエッジとして検出してしまうという問題があった。
【０００４】
車両検知は、車種判定のためにも行われる。画像処理を利用した公知の交通流計測システムの車長に基づく車種判定方法としては、図７に示すように設定した領域７０２で車両７０１を検知したときに、一定距離だけ後方の領域７０３に車両が存在するかどうかを判断することにより、その車両が大型であるか小型であるかを判断する判断方法である。このような判断方法は、大型か小型かを判断するのみであり、定量的に車種を判断することができなかった。更に、道路交通流の特性のひとつであり車長を用いて計算する占有率は、各車両の車長が計測されていないため、その精度がよくなかった。
【０００５】
通過車両の車長を計測することにより、車長に基づいて車種判定を定量的に行うことができ、且つ、占有率を精度よく計測できることが求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような技術的背景に基づいてなされたものであり、次のような目的を達成する。
本発明の目的は、存在確認を定量化することができる交通流計測システムを提供することにある。
本発明の他の目的は、車両の有無を高精度に定量的に判定することができる交通流計測システムを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、存在を確認した車両について速度を定量的に計算することができる交通流計測システムを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、存在を確認した車両について計測速度に基づき車長を定量的に計算することができる交通流計測システムを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、存在を確認した車両について計測速度に基づき占有率を精度よく計測できる交通流計測システムを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、路面に対して輝度コントラストが低い車両の存在を高精度に計算により確認することができる交通流計測システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による交通流計測システムは、路面及び路面上の設定領域を通過する車両を連続して撮影することにより連続画像を得るためのカメラと、前記連続画像についてそれぞれに輝度ヒストグラムを計算により求めるための輝度ヒストグラム計算手段と、前記輝度ヒストグラムの時系列差分を計算するための差分計算手段と、設定時間中に変化がない前記輝度ヒストグラムを路面データとして保存するための保存手段と、前記設定時間中に前記輝度ヒストグラムに変化があるときに、前後の２つの輝度ヒストグラムの差分を計算するための差分計算手段と、前記差分と予め設定したしきい値とを比較して車両の存在の判別を行うための車両検知手段とからなる。
【０００８】
本発明による交通流計測システムは、その車両検知装置として、これに、輝度ヒストグラム計算手段、差分計算手段、路面データ保存手段が含まれていることが好ましい。車両速度を計算するための車両速度計算手段には、輝度ヒストグラム計算手段、差分計算手段、路面データ保存手段、車両存在時間計算手段、慣用の速度検出手段を含ませることができる。
【０００９】
本発明による交通流計測システムは、記録保存される路面ヒストグラムとリアルタイムのヒストグラムとの差分によって車両の存在を検出するので、その存在・非存在を高精度に定量化することができる。そして、このようなヒストグラムの連続画素は時間系列で入手されるので、画素時系列情報として再利用して、車長、車種も判定することができる。
その輝度ヒストグラムは、輝度平均値及び輝度標準偏差を含むことが好ましい。輝度平均値及び輝度標準偏差を判断資料として用いることにより、車両存在の数値化を更に高精度化することができる。
【００１０】
本発明による交通流計測システムは、更に、ヒストグラムによりその存在が確認された通過車両の速度を計測するための速度計測手段、存在及び速度に基づいて車長を計算するための車長計算手段が設けられることが更に好ましい。存在確認のもとで、車両情報を正確に得ることができる。車長に基づいて車種を判定し、車種及び存在に基づいて車種ごとの台数を計算することもできる。更に、その存在及びその速度に基づいて車間を計算することもできる。その車間に基づいて警告を表示することもできる。存在及び速度に基づいて時間占有率を計算することにより、交通流量を的確に判断することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、車種ごとに、一定時間当たりの車両通過台数、その車両の平均速度、及び、占有率を計測するとともに、前方車両に対する車間距離を計測し、車間距離が短い車両を検出した場合は、警告表示装置に危険車両の通過を検知することができる本発明による交通流計測システムの実施の形態を示している。
【００１２】
定点に設置されているＩＴＶカメラにより撮影される連続画像は、連続画像入力装置１に読み込まれる。連続画像は、一定時間当たり定数画面が撮影されて作成される。連続画像入力装置１により読み込まれた車両情報は、車両検知装置２、車両速度計測装置３に伝達されて入力される。
【００１３】
車両検知装置２は、連続画像入力装置１により読み込まれた車両情報に基づいて種々の物理的特徴を持つ車両の存否を判断する。車長計測装置４は、これに車両検知装置２で得られた時刻ｔの車両通過に関する検知データ及び車両速度計測装置３により計測された車両速度が入力され、その検知データ及び車両速度に基づいて、通過車両の車長を計算することができる。
【００１４】
車種判定装置５は、車長計測装置４で計測された車長と既に入力ずみの既知車長とを比較して、通過車両の車種を判定することができる。車両台数計測装置６は、車種判定装置５により通過車両ごとに判定された車種判定情報を受け取って、その車両台数を車種ごとに計数することができる。
【００１５】
車両台数計測装置６は、車種判定装置５で判定した車種毎の車両台数をインクリメントする。車間距離計数装置７は、各車線を通過した車両の通過時刻と車長等の情報を車両台数計測装置６から受け取り、それらの情報に基づいて車間距離を計算することができる。警告表示装置７は、車間距離計数装置７の車間距離情報を受け取って、その車間距離が短い場合に警告を表示する。占有率計測装置９は、車両検知装置２により得られる一定時間内の車両検知回数からの時間占有率を計算することができる。各装置について以下に更に詳しく述べられる。
【００１６】
車両検知装置２：
図２に示されるように、車線２０５，２０６，２０７，２０８ごとに、検出領域２０１，２０２，２０３，２０４が設定されている。検出領域２０１，２０２，２０３，２０４は、前後の車両がなるべく重ならない位置領域に設定されることが好ましい。車両検知装置２は、輝度ヒストグラムを作成する輝度ヒストグラム作成手段を備えている。
【００１７】
輝度ヒストグラム作成手段は、設定された複数の検出領域の輝度とその輝度に対応する画素数との関係をそれぞれにグラフ化する計算機能を備えている。単位時間当たりの全画素数は、ｎである。その輝度ヒストグラムから、輝度の標準偏差を下記式により算出する。
【数１】
ｓ={(1/n)Σ（ｘｉ−ｘ）２｝１／２, x = (1/n)Σxｉ.・・・（１）
ここで、Σは、下付添字ｉについて１からｎまで足し加えることを表す。この標準偏差ｓは、輝度ヒストグラムが輝度平均値からどれだけ広い範囲に分布しているかを定量的に示す計算値である。
【００１８】
単位時間中に設定領域を車両が通過しない場合は、図４（ｂ）に示されるように、単一のピーク値（画素数Ｎ）を持つ路面輝度分布４１０が得られる。即ち、路面のみから反射する反射光が検出されている。移動する雲が急激に太陽光を遮断するような場合でも、ヒストグラムの単位連続枚数の撮影時間を短くすることにより、自然環境による誤情報を取り除くことができる。
【００１９】
単位時間中に設定領域を車両が通過する場合には、図４（ａ）に示されるように、原則的に、２つのピーク値を持つスペクトラムの車両通過時輝度分布が得られる。車両から反射する光量と路面から反射する光量が異なるので、車両通過時に、輝度分布には２つのピーク値が現れる。輝度ヒストグラムにある程度の分布幅（分散値、標準偏差値）が生じる理由は、主として、車体形状の走行方向の変化であり、雲、車両などの移動体の存在、降雨、霧などの自然条件により変動する周囲環境から反射して設定領域に届く光の光量が変動は従である。
【００２０】
標準偏差（値）などの取得データが、ある一定時間Δｔの間で変化しない場合は、その間の平均輝度、標準偏差、輝度ヒストグラムは路面情報であるから、それらを路面データとして連続画像入力装置１の中で記録・保存する。指定・設定領域の輝度ヒストグラムは、図３に示すステップＳ３０１でただちに（ほとんどリアルタイムで）計算により瞬時に作成される。
【００２１】
以下、”ヒストグラム”は設定領域のものに限られる。そのヒストグラムに基づいて、ただちにステップＳ３０２により、平均輝度、輝度分散（値）である式（１）の標準偏差ｓが計算される。続いて、平均輝度に関して、ステップＳ３０３で入力画像ヒストグラム（車両通過有無に関係しない画像であり路面画像に一致することもある）と路面画像ヒストグラムの差が計算により求められる。
平均輝度差＝入力画像平均輝度−路面画像平均輝度・・・（２）
続いて、輝度ヒストグラムの全体について、ステップＳ３０４により全体差分が求められる。
全体差分＝入力画像輝度ヒストグラム−路面画像輝度ヒストグラム・・・（３）
【００２２】
この全体差分は、図４（ｃ）に示されている。車両部分の輝度スペクトラム４０９は、そのままが差分である。車両通過により路面からの反射光を示す画素数は減少しているので、路面部分のヒストグラムの縦軸量は、図４（ｃ）に示されるように、差分として当然に負である。車両部分の縦軸量の面積差分４１１は、正の成分の合計値であり、路面よりも光をよく反射する白い車体が通過した場合は、面積差分４１１は概ね、図４（ａ）の車両部分４０９に一致する。
【００２３】
入力画像の車両部分４０９は、白い車体では高く（図で右側にシフトして）分布し、黒い車両では低く（左側にシフトして）分布する。通過車両が小型車両である場合に人が判断して、その小型車両の輝度分布４１１よりも低いヒストグラム差分をしきい値１として設定する。路面データのしきい値よりも少し高い値を分散（標準偏差）に対する分散しきい値として設定する。
【００２４】
図４（ｄ）は、灰色のトラックの上面など路面とのコントラストが低い反射面を持つ車両の輝度ヒストグラムを示している。この場合も、車体から反射する太陽光により、低く分布するが、路面に比較すれば、高い輝度の車両輝度分布４１２が得られている。このような車両について、そのヒストグラム差分をしきい値２として設定する。
【００２５】
図４（ｅ）に示される輝度ヒストグラムは、太陽の位置に関係して生じる車体の影が検出領域に生じる場合のものとして示されている。影が生じた路面部分の輝度分布４１６は、先に保存した路面部分輝度分布よりも低輝度で（図で左側にシフトして）分布する。領域に入ったこのような影の部分を車両部分として検出しないように、平均輝度差のしきい値は、平均輝度４１３と路面の平均輝度４１４の偏差の差である偏差差分４１５を正の値に設定しておく。この正の設定により、影と車体との相違を判断し、コントラストが低い車両の存在を検知することができる。
【００２６】
ステップＳ３０４は、以上に述べた、２つのしきい値１，２と、路面データの分散しきい値と、影が生じた場合のしきい値との４つのしきい値をリアルタイムの画像ヒストグラムと比較することにより、ステップＳ３０５で定める条件式により次の判断を可能にする。
【００２７】
その条件式は、次式で示される。
ステップＳ３０５−１：
ヒストグラム差分（全体差分）＞＝しきい値１，ａｎｄ
分散＞＝分散しきい値
【００２８】
又は、
ステップＳ３０５−２：
ヒストグラム差分＞＝しきい値２，ａｎｄ
平均輝度差＞＝平均輝度しきい値，ａｎｄ
分散＞＝路面分散値
【００２９】
このような条件式を満たせば、車両の存在が確認される。この確認により、時刻ｔにおける車両検知フラッグをＯＮにする。条件３０５−１を満たせば、路面に対してコントラストが高い車両の存在を確認することができる。条件３０５−２を満たせば、路面とのコントラストが低いが影から区別して車両の存在を確認することができる。
【００３０】
車両速度計測装置３：
車両速度計測装置３は、図２に示す走行方向に一定の距離が設定されている長さ方向領域２０５〜２０８を通過する各車線の車両の速度をテンプレートマッチングによる車両追跡手法により通過車両の平均速度を検出する公知の速度検出方法である。通過車両の速度検出方法は、他にも多様な慣用方法が知られ、本発明はいずれの方法も用いることができるから、その説明は省略される。
【００３１】
車長計測装置４：
図５は、図２に示した長さ方向領域２０５〜２０８のうちの１つの長さ方向領域２０６を通過する１台の大型車両５０１と１台の小型車両５０２の通過を示し、ヒストグラム作成のための検知領域２０２の通過により、車両の存在が検知される。車両の存在を継続して検知する連続時間帯Δｔが、車両の通過時間に対応する。
【００３２】
図５（ｂ）の縦軸は、車両の存在を示す。時間帯５０５は、長さ方向領域の長さ及び車体長さを加えた距離を大型車両５０１が通過するのに要した時間５０７を示している。時間帯５０６は、長さ方向領域の長さ及び車体長さを加えた距離を小型車両５０２が通過するのに要した時間５０９を示している。
【００３３】
時間５０７に大型車両５０１の車両速度計測装置３による計測速度と実際の距離への換算係数を乗じ、長さ方向領域の距離を差し引くことにより、大型車両５０１の車長を計算により求めることができる。換算計数は、画像上の車両の角度、大きさに応じて予め実測して定められる。
【００３４】
車種判定装置５：
車種とその車種の車長は、予め、車種判定装置５に入力されている。この基準車長と車長計測装置４に得られた通過車両の車長を比較することにより、車種が判定される。車種としては、例えば、大型、小型である。
車両台数計測装置６：
【００３５】
車種判定装置５により判定した車種ごとの台数をインクリメントする（順次に１を加える）ことにより、車種ごとの累計の通過台数を知ることができる。
【００３６】
車間距離計数装置７：
各車線で、通過した前方車両と後続の車両の車間距離は、図５（ｂ）の車間時間５０８等から算出することができる。車間時間５０８に計測速度と実際の距離への換算係数を乗じて実際の車間距離を計算する。速度が一定以上であり車間距離が一定以下である場合にその車両の通過を下記警告表示装置に表示する。
【００３７】
警告表示装置８：
警告表示装置８は、車両の走行方向で前方に設置される。警告があった場合には、速度注意などの警告を表示して運転者に知らせる。
【００３８】
占有率計測装置９：
一定時間内の各車線の車両の時間占有率を計算する。図５（ｂ）の時間５０７から、車両５０１がその車長分の距離を通過した時間を計算する。通過する全車両について車長分の距離を通過した時間を計算してその合計を求める。この合計時間の計測時間に対する割合が時間占有率である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明による交通流計測システムは、車両存在を高精度に数値化することができる。車両存在の高精度な判定のもとで、その存在判断に用いた同じ画素時系列情報を用いて、車長、車種、速度、車間距離、交通流量、渋滞度を次々に数値化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による交通流計測システムの実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図２】図２は、車線と検知領域の関係を示す斜軸投影図である。
【図３】図３は、本発明による交通流計測システムのフローチャートである。
【図４】図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、各種のヒストグラムをそれぞれに示すグラフである。
【図５】図５（ａ），（ｂ）は、車種判定の概念図であり同（ａ）は斜軸投影図、同（ｂ）はタイムチャート図である。
【図６】図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、従来の車両検知を示す斜軸投影図である。
【図７】図７は、従来の車長検知を示す斜軸投影図である。
【符号の説明】
１…連続画像入力装置（カメラ、各種計算手段）
２…車両検知装置（各種計算手段）
３…車両速度計測装置（各種計算手段＋速度計算手段）
４…車長計測装置（各種計算手段＋車長計算手段）
５…車種判定装置（各種計算手段＋車長比較手段）
６…車両台数計測装置（各種計算手段＋台数計算手段）
７…車間距離計数装置（各種計算手段＋車間計算手段）
８…警告表示装置
９…占有率計測装置（各種計算手段＋占有率計算手段）
２０１〜２０４…設定領域
４０８、４０９…入力画像ヒストグラム
４１０…路面ヒストグラム（路面データ）
５０１〜５０４…車両
【図１】
0003771729.tif 000002
【図２】
0003771729.tif 000003
【図３】
0003771729.tif 000004
【図４】
0003771729.tif 000005
【図５】
0003771729.tif 000006
【図６】
0003771729.tif 000007
【図７】
0003771729.tif 000008