(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の進行方向と同じ方向にレンズを向けるように設置されて車両の後方位置より道路上に存在する車両の後方映像を撮影するカメラと、
該カメラが撮影した映像に対応するアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換する映像変換器と、
前記変換されたデジタル映像から車両の各特徴点を検出し、該検出された特徴点に基づいて前記道路上に存在する車両の位置を計算し、該計算された車両の位置に基づいて車両待機行列の長さを算出する計算手段と、
を含んで構成され、
前記計算手段は、前記検出された特徴点及び前記検出された特徴点の位置軌跡に基づいて前記道路上に存在する車両が停止した車両であるかを判断し、該道路上に存在する車両が停止した車両である時、該停止した車両の位置から道路の基準位置までの距離を計算し、該計算された値を車両待機行列の長さ値として出力することを特徴とする、車両待機行列の長さ測定装置。
【請求項２】
車両の進行方向と同じ方向にレンズを向けるように設置されて車両の後方位置より道路上に存在する車両の後方映像を撮影するカメラと、
該カメラが撮影した映像に対応するアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換する映像変換器と、
前記変換されたデジタル映像から車両の各特徴点を検出し、該検出された特徴点に基づいて前記道路上に存在する車両の位置を計算し、該計算された車両の位置に基づいて車両待機行列の長さを算出する計算手段と、
を含んで構成され、
前記計算手段は、
前記変換されたデジタル映像のノイズを除去する前処理部と、
前記ノイズが除去された映像から車両の特徴点をウィンドウ単位に検出する特徴点検出部と、
該検出された特徴点の位置を基準に探索領域を設定し、該設定された探索領域内で予め決定されたしきい値以上になる特徴点を車両として認識する特徴点追跡部と、
前記車両として認識された特徴点相互間の位置値に基づいて前記道路上に存在する車両が停止車両であるかを決定し、該車両が停止車両であると決定された時、該停止車両に属する各特徴点の位置から道路車線の基準位置までの距離を算出し、該算出された距離値を前記車両待機行列の長さ値として出力する待機行列の長さ測定部と、
を含んで構成されることを特徴とする、車両待機行列の長さ測定装置。
【請求項３】
前記特徴点は、車両の垂直線、水平線及び対角線の先端成分を含んで構成されることを特徴とする、請求項２に記載の車両待機行列の長さ測定装置。
【請求項４】
前記前処理部は、前記変換されたデジタル映像に対して垂直軸方向及び水平軸方向に順次フィルタリングしてノイズを除去することを特徴とする、請求項２に記載の車両待機行列の長さ測定装置。
【請求項５】
前記特徴点追跡部は、該特徴点検出部から検出された特徴点の位置を基準テンプレートとして設定し、次のデジタル映像から検出された特徴点の位置を予測して、該予測された位置部分を探索領域として決定し、ウィンドウ単位に決定された前記探索領域と前記基準テンプレートとの相関係数を求めて、それら求められた相関係数値の中で、最大相関係数値を示すウィンドウをテンプレートマッチングし、該マッチングされたウィンドウを新しい特徴点に選択することを特徴にする、請求項２に記載の車両待機行列の長さ測定装置。
【請求項６】
前記相関係数γは、
【数２】
0003816887.tif 000005
の式により求められ、この時、前記γは相関係数で、Ｘkは基準テンプレートウィンドウの各ピクセルのグレー値で、
【数３】
0003816887.tif 000006
を特徴とする、請求項５に記載の車両待機行列の長さ測定装置。
【請求項７】
前記待機行列の長さ測定部は、前記特徴点追跡部から選択された特徴点相互間の位置関係によってクラスタ状況を検査し、前記選択された各特徴点がクラスタを成す時は、それら特徴点を車両であると決定し、該車両として決定された特徴点の位置軌跡が予め決定された映像のフレームの大きさより小さい場合は、それら特徴点のクラスタを停止車両として決定し、該停止車両に属する各特徴点の水平軸及び垂直軸方向の最大位置及び最小位置を求めて、該最大位置及び最小位置の中心点から道路車線の基準位置までの距離を算出し、該算出された距離値を前記車両待機行列の長さ値として出力することを特徴とする、請求項５に記載の車両待機行列の長さ測定装置。
【請求項８】
車両の進行方向と同じ方向にレンズを向けるように設置されて車両の後方位置より道路上に存在する車両の後方映像を撮影するカメラと、
該カメラが撮影した映像に対応するアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換する映像変換器と、
前記変換されたデジタル映像から車両の各特徴点を検出し、該検出された特徴点に基づいて前記道路上に存在する車両の位置を計算し、該計算された車両の位置に基づいて車両待機行列の長さを算出する計算手段と、
を含んで構成され、
前記計算手段は、
前記映像変換器から変換されたデジタル映像に対して水平軸及び垂直軸方向にガウスフィルタリングしてノイズを除去し、該ノイズが除去された映像を出力する前処理部と、
該前処理部から出力された映像から水平軸及び垂直軸方向の差分映像を夫々検出し、該検出された差分映像から車両の特徴点をウィンドウ単位に検出する特徴点検出部と、
該特徴点検出部から検出された特徴点の位置を基準テンプレートとして設定し、次のデジタル映像から検出された特徴点の位置を予測し、該予測された位置部分を探索領域として決定し、ウィンドウ単位に決定された前記探索領域と前記基準テンプレートとの相関係数を求めて、それら求められた相関係数値の中で、最大相関係数値を示すウィンドウをテンプレートマッチングし、該マッチングされたウィンドウを新しい特徴点として選択する特徴点追跡部と、
該特徴点追跡部から選択された各特徴点がクラスタを成すと、それらクラスタを成す特徴点を車両であると認識し、該車両として認識された特徴点の位置軌跡が予め決定されたフレームの大きさより小さい場合、それら特徴点のクラスタを停止車両として決定し、該停止車両に属する各特徴点の水平軸、垂直軸方向の最大位置及び最小位置を求めて、該最大位置及び最小位置の中心点から道路車線の基準位置までの距離を算出し、該算出された距離値を前記車両待機行列の長さ値として出力する待機行列の長さ測定部と、
を含んで構成されることを特徴とする、車両待機行列の長さ測定装置。
【請求項９】
車両の進行方向と同じ方向にレンズを向けるように設置されたカメラを使用して車両の後方位置より道路上に存在する車両の後方映像を撮影する段階と、
該撮影された映像に含まれたノイズを除去する段階と、
該ノイズが除去された映像から車両の各特徴点を検出し、該検出された特徴点の移動軌跡を追跡する段階と、
該追跡した特徴点の移動軌跡が予め決定された大きさより小さい場合、前記特徴点を停止車両であると決定し、該停止車両の特徴点の位置から道路車線の基準位置までの距離を算出する段階と、
を順次行なうことを特徴とする、車両待機行列の長さ測定方法。
【請求項１０】
前記各特徴点を追跡する段階は、
前記ノイズが除去された映像に対して水平軸及び垂直軸方向の差分映像を求めて、該求められた差分映像から予め決定された大きさのウィンドウ単位に車両の特徴点を検出する段階と、
該検出された特徴点の位置を基準に探索領域を決定し、該探索領域内で予め決定されたしきい値以上になる特徴点を車両であると決定する段階と、
を順次行なうことを特徴とする、請求項９に記載の車両待機行列の長さ測定方法。
【請求項１１】
前記特徴点を追跡する段階は、
前記映像から検出された各特徴点の位置を基準テンプレートとして設定する段階と、
次の映像から前記検出された特徴点の位置を予測し、該予測された特徴点の位置部分を探索領域に決定する段階と、
該探索領域内のウィンドウと前記基準テンプレートのウィンドウとの間の相関係数を求める段階と、
それら求められた相関係数値の中で、最大相関係数値を示すウィンドウを新しい特徴点に選択する段階と、
を順次行なうことを特徴とする、請求項９に記載の車両待機行列の長さ測定方法。
【請求項１２】
前記相関係数γは、
【数５】
0003816887.tif 000007
の式により求められ、この時、前記γは相関係数で、Ｘkは基準テンプレートウィンドウの各ピクセルのグレー値で、
【数６】
0003816887.tif 000008
を特徴とする、請求項１１に記載の車両待機行列の長さ測定方法。
【請求項１３】
前記距離を算出する段階は、
前記選択された各特徴点相互間の位置に基づいて車両として認識する段階と、
前記車両として認識された特徴点の位置軌跡が予め決定されたフレーム内にあり、予め決定された大きさより小さい時、前記車両として認識された特徴点を停止車両であると決定する段階と、
前記停止車両に属する各特徴点の水平軸及び垂直軸方向の最大位置及び最小位置を求める段階と、
前記最大位置及び最小位置の中心点から道路車線の基準位置までの距離を車両待機行列の長さとして算出する段階と、
を順次行なうことを特徴とする、請求項１２に記載の車両待機行列の長さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交通管制システムに係るもので、詳しくは、滞留車両の行列の長さを測定し得る装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
交通制御システムにおいて、道路又は交差路の交通情報を把握する手段としてループ検出器が利用される。
【０００３】
該ループ検出器は、導電コイルを路面の下に設置し、該コイルに電流を流すことにより、車両が路面を通過する時に発生する電磁気誘導現象により車両の存在の有無を検出する。従って、１つの車線に２つのコイルを所定距離だけ離隔して路面の下に設置し、これら２つのコイル間の感知時間差を計算して車両の速度を計算し、各コイルの占有された時間の代表値(平均値)を求めて占有時間を計算し、該計算された速度及び占有時間に基づいて滞留車両行列の長さを算出する。
【０００４】
ループ検出器を利用して滞留車両行列の長さを算出する方式は、交通量、占有率及び速度情報に対して高い信頼度の情報を提供するが、路面の下に埋設する方式であるため、路面を破損するという短所があり、且つ、路面が損傷した場合は、コイルが切れるという問題点が発生する。又、この切れたコイルを補修する工事を行なう時には、交通に不便を与えるようになるため、最近は、既存の統計的な計算ではなく、現在の実時間交通情報から各交差路の滞留車両行列の長さの情報を把握する必要性が増大している。
【０００５】
然し、ループ検出器を利用して滞留車両行列の長さのような交通情報を獲得するためには、複数のコイル(ループコイル)を路面に設置しなければならないため、工事が難しくなるという短所があった。従って、ループコイル設置工事の難しさを避けるため、道路(路面)の特定地点のみにループコイルを設置して滞留車両の行列の長さを求めたが、この場合には、各地点に設置されたループコイルの地点情報を利用して待機行列の長さを把握するため、待機行列の長さの正確性が根本的に低下するという問題点があった。
【０００６】
一方、交通量、速度、占有率及び車両待機行列の長さのような交通情報を検出するため、交通関連分野では、CCTV(closed  circuit  television)又はCCD(charge-coupled  device)カメラを主要道路及び交差路に設置して、映像処理技術を道路現場に適用することにより交通情報を把握している。（例えば、特許文献１参照。）
【０００７】
また、「インテリジェント交通システム(Intelligent  Traffic  System；ITS）」では、進歩した交通管理システム(Advanced  Traffic  Management  System；ATMS）を利用して道路上の各種突発状況を認知することにより、信号灯点滅時間制御及び道路容量考察と、車両の流れ制御方法、を模索している。
【０００８】
一方、交通情報収集用センサのループ検出器の短所を克服するため、次世代交通情報収集用センサの一つとして映像を利用した交通情報収集センサに関する研究も活発に進行している。
【０００９】
また、交差路における信号灯点滅制御を、信号制御(Traffic  Signal  Lamp  ON/OFF  Time  Control、略称してSignal  Control)に利用した交差路の車両待機行列の長さ測定方法が研究されている。
【００１０】
即ち、図10に示したように、交差路に進入する車両の正面映像を撮影できるように交差路に隣接した建物又は交通信号灯の支持台にカメラ100を所定高さに設置する。これは、カメラ100のレンズを車両の前面に対向するように設置し、車両の撮影方向が車両の前面であるため、カメラと車両間の角度と車両の高さとによって発生される隠となる領域により車両待機行列の長さの真の値の撮影と演算により得られる測定値との間に誤差が発生するという欠点がある。
【００１１】
車両の最高点（車両の正確な高さ）と、カメラとの間の正確な距離を測定した後、誤差を補正することも可能であるが、撮影された映像に基づいて計測される車両の高さにも計測誤差が存在するため、根本的に車両待機行列の長さを正確に測定し得ないという欠点がある。
【００１２】
従って、測定された待機行列の長さの測定誤差を補正するため、各車両の高さを求めることなく、任意の推定値及び統計値を適用することができるが、この場合も、車両待機行列の長さを測定する時、補正による誤差が発生する欠点がある。又、車両の前面方向で待機行列の長さを測定することで、車両の高さが高いほど、且つ、車両とカメラとの間の距離が離隔するほど、誤差が幾何学的に増加するという欠点がある。
【００１３】
一方、従来の技術は、車両の前面方向で待機行列の長さを測定するため、幾何学的な誤差が発生すると共に、映像処理のとき、次のような測定誤差が発生する。
【００１４】
(1)車両固有の特徴を利用する映像処理方法として、車両の垂直、水平及び対角線のエッジ成分、並びに、それら各特徴のグループを利用した車両の輪郭線を検出して車両を検出する方法と、(2)車両がない道路の取得映像を基準映像として格納し、該基準映像と新しく取得する映像とを比較して、その差が予め決定されたしきい値を超過すると、道路上に車両が存在すると決定する方法と、がある。然し、(1)項記載の映像処理方法は、車両固有の特徴値を決定し、該決定された固有特徴値により車両がある場合と無い場合とを区分するしきい値を決定するための方法が先に提示されていなければならない。且つ、(2)項記載の映像処理方法は、時間経過によって基準映像も継続してアップデートして格納する基準映像の更新が必要であるため、更新した基準映像を利用して車両を検出するためのしきい値を調整する方法が提示されていなければならない。
【００１５】
このような2つの映像処理方法は、環境の変化による多様な道路環境に適合するため微細なしきい値が要求され、それらしきい値が間違った場合は、正確度が急激に低下するという短所がある。例えば、車両が道路上に存在するにもかかわらず、存在しないと判断するか、又は車両が道路に存在しないにもかかわらず、存在すると判断する状況が発生する。
【００１６】
且つ、基準映像として背景映像を利用する方法も、背景映像の更新を間違った場合、車両の存在の有無に関する出力が反転されることがあるため、良い背景映像を得るためには、細かい調整が必要であり、現実には、道路上に複数の車両が走行しており、車両の停滞と移動とが反復されている場合、車両の無い映像を探すことが難しく、基準映像の更新が継続して失敗し、基準映像の更新を満足し得ないと、更新時間が遅れるため、映像の更新時間の明暗及び気象現象の環境が急激に変化して基準映像が間違って更新されると、車両の存在の有無に対する判断の結果にエラーが発生して待機行列の長さの測定誤差が増加するという問題点がある。
【００１７】
又、従来の映像処理方法の測定誤差は、図11(a)に示したように、車両の前面方向で道路を撮影するため、夜間に撮影された円中の映像(2A-1）とこれから離れた円中の内部領域(2A-2)とは、前照灯の直射光及び反射光による光のぼやけが発生して車両の輪郭線が表れることなく、車両の全体映像が光の中に埋まることにより、滞留車両行列の長さ測定が不可能になる状況が発生する。
【００１８】
又、夜間道路では照明状態の変化が極めて激しくて同じ車両に対しても実時間(例えば、1秒当たり30フレーム)に入力される映像毎に車体輪郭線の可視の有無が変化するため、路面から反射された照明と車両の車体から反射された照明との差を区別することが極めて難しくなり、図11(a)に示したように、カメラから近い円の内部領域(2A-2)のような光のぼやけ現象が発生しない領域では車両の前照灯が明確に表れるが、車両の車体の輪郭線がぼやけて周辺の光がその車体に反射される場合にはその輪郭線を識別し得なくなる。
【００１９】
従って、夜間に撮影した映像の場合、図11(b)に示したように、車両の輪郭線を正確に検出し得ない領域が発生して車両待機行列の長さ測定範囲が縮小されるため、道路上の車両の中で、一番最後の車両を測定出来し得なくなり、車両待機行列の長さを正確に測定し得ないという問題点があった。
【特許文献１】
米国特許第５２９６８５２号明細書
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、車両の進行方向と同じ方向にレンズを向けるようにカメラを設置し、車両の後方位置より道路上の映像を撮影して車両待機行列の長さを測定することで、車両待機行列の長さの測定誤差を減少し得る車両待機行列の長さ測定装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００２１】
且つ、車両の後方位置で滞留行列車両の映像を撮影するようにカメラを設置することにより、従来のように車両の前面映像を撮影することにより、幾何学的に隠れた現象により発生する誤差、夜間の車両前照灯により発生するぼやけ現象及び車両の後面の輪郭線の不明確性を解消し得る車両待機行列の長さ測定装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００２２】
又、道路周辺環境の変化に影響されることなく、車両の特徴点を追跡して滞留車両行列の長さを正確に測定し得る滞留車両行列の長さ測定装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る滞留車両行列の長さ測定装置においては、道路上の車両の後方映像を撮影するカメラと、該カメラが撮影した映像に対応するアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換するアナログ/デジタル変換器と、変換されたデジタル映像から車両の各特徴点を検出し、それら検出された特徴点に基づいて道路上の車両の位置を計算し、該計算された車両の位置に基づいて滞留車両行列の長さを算出する計算手段と、を包含して構成されることを特徴とする。
【００２４】
又、本発明に係る車両待機行列の長さ測定方法においては、道路上に存在する車両の後方映像を撮影する段階と、該撮影された映像に含まれたノイズを除去する段階と、該ノイズが除去された映像から車両の各特徴点を検出して、それら検出された特徴点の移動軌跡を追跡する段階と、これらの追跡した特徴点の移動軌跡が予め決定された大きさより小さい場合、それら特徴点を停止車両であると決定し、該停止車両の特徴点の位置から道路車線の基準位置までの距離を算出する段階と、を順次行なうことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
【００２６】
本発明に係る滞留車両行列の長さ測定装置の第1実施形態においては、図1に示したように、道路上に存在する車両の後方位置で道路上の車両を撮影し、該撮影された映像に対応するアナログ映像信号を同軸ケーブルを通して伝送(出力)するカメラ310と、該カメラ310から伝送されたアナログ映像信号を1秒当たり30フレーム(即ち、1秒当たり30イメージのデジタル映像信号)に変換するイメージ取込み器320と、該イメージ取込み器320から変換されたデジタル映像をメモリ(図示せず）に1フレームずつ格納した後、該格納された映像に基づいて車両待機行列の長さを算出する計算手段330と、を包含して構成されている。この時、カメラ310の代りに多様な動映像又はスチール映像を撮影し得る各種カメラのような映像撮影機を使用することもできるし、映像変換器もイメージ取込み器320に限定されず、アナログ映像信号をデジタル映像信号に変換する多様な映像変換器を使用することもできる。
【００２７】
以下に、計算手段330の構成に関し、説明する。
【００２８】
計算手段330においては、イメージ取込み器320から変換されたデジタル映像フレームデータに対して、水平軸(X軸）及び垂直軸(Y軸)方向にガウスフィルタリングして雑音を除去し、該雑音が除去された映像を出力する前処理部331と、該前処理部331から出力された映像から水平軸(X軸)及び垂直軸(Y軸)方向の差分映像を夫々検出し、それら検出された差分映像から車両の垂直線、水平線及び先端のような特徴点(即ち、追跡する対象となる特徴点)をウィンドウ単位に検出する特徴点検出部332と、該特徴点検出部332から検出された特徴点の位置を基準テンプレートとして設定し、メモリに格納された次のフレーム（予め決定された時間経過後の入力映像）から検出された特徴点の位置を予測し、該予測された位置部分を探索領域に決定し、ウィンドウ単位に決定された探索領域と基準テンプレートとの相関係数を求めて、それら求められた相関係数値の中で、最大相関係数値を示すウィンドウ(同じ映像を含むウィンドウを意味する)をテンプレートマッチングし、該マッチングされたウィンドウを新しい特徴点に選択する特徴点追跡部333と、該特徴点追跡部333から選択された各特徴点の相互間の位置関係を分析してクラスタ(cluster)状況を検査し、選択された各特徴点がクラスタを成していると、該クラスタを成す特徴点を車両であると認識し、該車両として認識された特徴点の位置軌跡が予め決定されたフレーム内にあり、予め決定された大きさ以上の動きがない場合には、前記クラスタを成す各特徴点を停止車両であると認識し、該停止車両に属する各特徴点の水平軸(X軸)、垂直軸(Y軸)方向の最大位置及び最小位置を夫々求めて、それら最大位置及び最小位置の中心点から道路の車線別停止線(即ち、基準位置)までの距離を算出し、該算出された距離値を前記車両待機行列の長さ値として出力する待機行列の長さ測定部334と、を包含して構成されている。
【００２９】
この時、特徴点検出部332は、車両の垂直線、水平線及び対角線の先端成分を含む特徴点を検出する。且つ、前記待機行列の長さ測定部334は、複数の特徴点を含む複数のクラスタ（各クラスタは、一つの停止車両を意味する)の中で、道路の最後に位置したクラスタ(停止車両)から各車線の停止線までの距離を算出する。又、停止車両とは、道路上に存在する複数の停止車両中、道路の最後に位置する停止車両(即ち、道路の停止線から最も遠く離隔している車両）を意味する。従って、該最後に位置した停止車両(カメラと最も近い車両）から道路の停止線までの距離が車両の待機行列の長さになる。
【００３０】
以下、上記のように構成された本発明に係る滞留車両行列の長さ測定装置の動作に関し、図面に基づいて説明する。
【００３１】
図2に示したように、本発明に係るカメラ310は、車両待機行列の長さ測定に適合した視野範囲を有するように、撮影方向と車両の進行方向とが一致するように道路側の設置台310-1に所定高さで設置される。即ち、カメラ310は、道路を走行する車両の後方位置に設置される。次いで、該カメラ310が道路を撮影すると、該撮影された道路映像の車両の姿は、車両の後面及び屋根から形成される。従って、本発明に係るカメラ310により車両の後方映像を撮影する場合と、従来のように、車両の前面映像を撮影する場合とを比較すると、本発明に係る車両待機行列の長さ測定装置及びその方法は、次のように少なくても4つの長所がある。
【００３２】
1．道路上に存在する車両の後方映像を撮影して、該撮影された映像から容易に道路上に存在する車両の中で、道路の最後に位置する車両を測定し得るため、従来のように、車両の屋根までの高さを考慮したり補正する必要がない。
【００３３】
2．道路上に存在する車両の後方映像を撮影する場合にも、該撮影された映像における測定値と待機行列の長さの真の値とは、根本的な誤差があるが、該誤差が車両輪の大きさによる誤差であるため、該誤差は、従来のように、車両の屋根までの高さによる誤差よりは極めて小さい。
【００３４】
3．車両待機行列の長さが長くなるほど、即ち、交差路の停止線から道路上の最後の車両までの距離が離隔されるほど、カメラ310と最後車両との距離が近くなることで、撮影する映像の解像度が増加して測定値の正確度が増加する。
【００３５】
4．夜間の道路上に存在する車両を撮影する時、車両前面の前照灯でなく、車両後面の後尾灯及び停止灯を撮影するため、光のぼやけ現象が発生せず、明確に周囲のノイズと区別し得ることで、車両待機行列の長さを正確に測定することができる。
【００３６】
このような各長所を有するように設置されたカメラ310は、道路上に存在する車両の後面方向でその道路上の車両の映像を撮影し、該撮影された映像に対応するアナログ映像信号をイメージ取込み器320に伝送するが、この時、カメラ310により撮影した昼間及び夜間映像は、図3(a)及び図4(a)に示したようであり、それら昼間及び夜間映像からイメージ取込み器320により検出された車両の輪郭線の映像は、図3(b)及び図4(b)に示したようである。
【００３７】
即ち、イメージ取込み器320は、カメラ310から出力されたアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換し、該変換されたデジタル映像信号を計算手段330のメモリ領域にフレーム単位に格納するが、この時、イメージ取込み器320から変換された映像は、各ピクセルが0〜255の白黒グレー値を有する映像フレームとして計算手段330のメモリ(図示せず）に格納され、該格納された映像フレームは、1秒当たり30フレーム速度で更新される。
【００３８】
次いで、計算手段330は、映像フレームを実時間で映像処理して車両待機行列の長さを算出する。この時、車両待機行列の長さを算出するための処理過程は、前処理部331、特徴点検出部332、特徴点追跡部333及び待機行列の長さ測定部334の順に実行されるが、以下、その過程に関し、説明する。
【００３９】
先ず、前処理部331は、イメージ取込み器320から伝送されたデジタル映像の未加工映像に対して水平軸(X軸)方向にガウスフィルタリングし、該X軸方向にガウスフィルタリングされた映像に対して垂直軸(Y軸)方向にガウスフィルタリングすることにより、イメージ取込み器320から伝送された映像のノイズ成分を除去した後、ノイズ成分が除去された映像を特徴点検出部332に伝送する。この時、イメージ取込み器320から伝送された映像は、ガウスフィルタ(図示せず）を通してフィルタリングされるが、該ガウスフィルタでは、各ピクセルに適用される重み付け値を選択する時、ガウス分布に基いた重み付け値が適用される。即ち、ガウスフィルタにより前処理部331から伝送された映像の微細なノイズ成分が除去される。
【００４０】
以下、カメラ310により撮影された元の映像及び該元の映像をガウスフィルタを通して水平軸及び垂直軸方向にフィルタリングすることで、撮影された映像のノイズ成分を除去した映像について、図5(a)、(b)に基づいて説明する。
【００４１】
図5(a)及び(b)は、図3(a)に表示された円形の内部の元の映像とノイズが除去された映像とを夫々示した図で、図5(a)は、撮影された元の映像を示し、図5(b)は、撮影された元の映像をガウスフィルタリングして得られた映像(即ち、ノイズが除去された映像)を示した図である。
【００４２】
次いで、特徴点検出部332は、前処理部331から伝送された映像(ノイズが除去された映像)から車両の特徴点を検出するため、重み付け値を有したフィルタ(図示せず）を通して前処理部331から伝送された映像から二つの空間差分映像Gx、Gｙを検出する。この時、ガウス分布を微分して得た重み付け値をフィルタに適用するようになる。
【００４３】
即ち、図6(a)に示したように、各空間差分映像Gx、Gｙの検出方法においては、先ず、特徴点検出部332が、ノイズの除去された映像を水平軸方向にフィルタリングして、図6(b)に示したように水平軸方向の空間差分映像Gxを求める。次いで、特徴点検出部332は、図7(a)に示したように、ノイズが除去された映像を垂直軸方向にフィルタリングし、図7(b)に示したように、垂直軸方向の空間差分映像Gｙを求める。
【００４４】
又、特徴点検出部332は、水平軸及び垂直軸方向に求めた空間差分映像Gx、Gｙから追跡する対象となる特徴点を、所定大きさを有するウィンドウ単位で検出するが、このとき、一つの特徴点の大きさは、所定ウィンドウの大きさを有し、一つのウィンドウの特徴点に対応する特徴値WFVは、以下の式1を利用して演算することにより求めることができる。
【００４５】
【数７】
0003816887.tif 000002
【００４６】
この時、Sum gxxは、Gx映像におけるウィンドウ内の各ピクセルの自乗値の和で、Sum gyyは、Gｙ映像におけるウィンドウ内の各ピクセルの自乗値の和で、Sum gxyは、Gx映像におけるウィンドウ内の各ピクセルと前記Gx映像と対応するGｙ映像のウィンドウ内の各ピクセルとの乗算値を各ウィンドウ内の全てのピクセルから求めて和した総合値であって、Wは、ウィンドウの大きさである。又、元の映像から特徴点を検出するため、「コンボルーション(Convolution)関数」を使用し、該「コンボルーション関数」は、所定値を有する各ピクセルの集合から成り、「カーネル(kernel)」とも呼ばれる。且つ、水平方向の先端（エッジ）を検出するため、水平成分の先端を求めるための「カーネル」により元の映像の全てのピクセルに対して得られた映像をGxで示し、垂直方向のエッジを検出するため、垂直成分の先端（エッジ）を求めるため「カーネル」により元の映像の全てのピクセルに対して得た映像をGｙで示す。
【００４７】
且つ、ウィンドウの大きさ及び移動単位は、図8に示したように、ウィンドウの特徴点に対応する特徴値を求める演算を遂行する時、ウィンドウは、1ピクセルずつ上下左右方向に移動する。即ち、ウィンドウは、一番左側から始まって1ピクセルずつ右側に移動するが、一番右側に到達したとき、再び一番左側から下方に1ピクセル移動した後、再び右側に移動する。
【００４８】
従って、特徴点検出部332は、式1に示した演算により特徴値WFVをウィンドウ単位に計算した後、以下のような過程により追跡対象となる特徴値を求める。
【００４９】
即ち、先ず、特徴点検出部332は、特徴値WFVがしきい値WFVthより大きいかを比較するが、このとき、該しきい値WFVthは、空が曇ったり昼間から夜間に変わる時間帯で物体がぼける場合にも、特徴点が検出されるように可能な限り低く設定する。
【００５０】
次いで、特徴点検出部332は、特徴値WFVがしきい値WFVthより大きい時、該しきい値WFVth以上の特徴値WFVを大きい値から順次整列し、次いで、該整列された特徴値と以前に選択された各特徴値との近接程度を比較し、ウィンドウが重ならない予め決定された個数の特徴値を選択して、該選択された特徴値を特徴値追跡部333に伝送する。この時、環境の変化に従ってしきい値WFVthより大きい特徴値の個数が異なるが、しきいWFVth値以上の特徴値WFVを大きい値順に整列して予め決定された個数の特徴値を選択することで、如何なる環境でも鮮明な垂直線、水平線の先端を含む特徴点に対応する特徴値を選択することができる。この時、特徴値に対応する特徴点は、追跡の対象となる。
【００５１】
次いで、特徴値追跡部333は、現在フレームにおける特徴点の位置を基準テンプレートに設定し、次のフレームで現在フレームにおける特徴点の位置を予測し、該予測された特徴点の位置部分を探索領域として決定する。
【００５２】
次いで、特徴値追跡部333は、ウィンドウ単位に決定された探索領域と基準テンプレートとをテンプレートマッチングして特徴値を追跡する。即ち、特徴値追跡部333は、それら検出された特徴点の位置を基準に探索領域を設定し、該設定された探索領域内で予め決定されたしきい値以上の特徴点を車両であると決定する。以下、特徴値の追跡方法に対し、順次説明する。
【００５３】
先ず、第1段階で、基準テンプレートを設定する。即ち、特徴値検出部332で選択された特徴点(即ち、複数のピクセルを含むウィンドウの映像）を基準テンプレートとして設定し、この時、前処理部331から伝送される映像を基準テンプレート映像として使用する。選択された各特徴点の基準テンプレートの単位は、特徴点を検出する時の単位と同じウィンドウである。
【００５４】
次いで、第2段階で、探索領域を決定する。初めは、基本的な探索領域を適用して決定し、その以後には、現在位置及び移転位置の移動ベクトルを計算して次のフレームで、特徴値検出部332で選択された特徴点の位置を予測した後、該予測された特徴点を含んだ予め決定された領域を探索領域に決定する。
【００５５】
次いで、第3段階では、テンプレートマッチング過程を遂行することにより、基準テンプレートウィンドウと探索領域の一つのウィンドウとの相関係数を求める。この時、該求められた相関係数値は、-1〜1の値を有し、相関係数値が1に近いほど前記ウィンドウ内に存在する各映像は相互類似している。即ち、相関係数値が1である時、ウィンドウ内に存在する各映像は同じであり、各映像が動くことなく同じであるとして、それら映像を停止車両であると決定する。相関係数は、以下の式2に示した演算により求められる。
【００５６】
【数８】
0003816887.tif 000003
【００５７】
式中、γは相関係数で、Xkは基準テンプレートのウィンドウの各ピクセルのグレー値で、
【００５８】
【数９】
0003816887.tif 000004
【００５９】
この時、式2により求められた値は、最も一致する時、+1の値を有するようになり、Xk、Ykの絶対値は同じであるが、符号が反対の場合には、-1値を有するようになり、その他の場合には、-1と+1間の値を有する。
【００６０】
従って、特徴値追跡部333は、探索領域で各位置毎にウィンドウ単位に基準テンプレートと探索領域との相関係数を求めた後、予め決定されたしきい値以上のウィンドウの中で、最大相関係数を示すウィンドウをテンプレートマッチングにより得た新しい特徴点として選択し、該選択された特徴点を待機行列の長さ測定部334に出力する。
【００６１】
一方、第3段階で、探索領域内に予め決定されたしきい値以上の相関係数を有したウィンドウがない場合には、追跡を中断し、反対に、満足なウィンドウがあって追跡が成功した場合には、次のフレームを追跡するために再び1及び2段階を反復遂行する。
【００６２】
以下に、待機行列の長さ測定部334の動作に関し、説明する。
【００６３】
待機行列の長さ測定部334は、特徴点追跡部333で追跡が成功した特徴点を対象にクラスタ状況を検査して車両を決定する段階と、該決定された車両について軌跡情報を検出して移動中の車両であるか停止状態の車両であるかを判断する段階と、停止状態であると決定された車両を対象に車両待機行列の長さを測定する段階と、を順次行なう。このような待機行列の長さ測定方法は、次のように行なわれる。
【００６４】
先ず、待機行列の長さ測定部334は、追跡に成功した各特徴点相互の位置関係を分析して所定距離以上離隔している各特徴点を、他の車両に属する各特徴点と認識して新しいクラスタを形成する。この時、一つのクラスタ(予め決定された各特徴点を含むクラスタ)は、一つの車両を意味する。
【００６５】
即ち、待機行列の長さ測定部334は、全ての特徴点の位置を分析してそれら特徴点を所定クラスタに分けて(一つのクラスタは一つの車両を意味する）、予め決定された個数以上の特徴点を含んだクラスタのみを車両として認識する。即ち、クラスタ状況検査により車両であると決定された車両には、複数の特徴点がある。
【００６６】
且つ、待機行列の長さ測定部334は、複数の特徴点の中心を求めて各撮影された映像のフレーム毎に記録し、該記録された特徴点のクラスタの中心の位置軌跡が予め決定された個数の基準映像連続フレームの位置軌跡よりも小さい場合(即ち、動きがない場合）に、記録された各特徴点を有するクラスタを道路に停止した車両であると決定する。
【００６７】
又、待機行列の長さ測定部334は、停止車両であると決定された車両中、道路の最後に位置する停止車両の各特徴点(クラスタ)の水平軸(X軸)及び垂直軸(Y軸)方向の最大位置及び最小位置を求めて、該求められた最大位置値及び最小位置値から外枠の四角形(車両を意味する)を求めて、該外枠の四角形の中心点から各車線の停止線(又は基準位置)までの距離を求めて車両待機行列の長さを決定する。
【００６８】
図9は、外枠四角形の中心点から該当車線の停止線までの距離を示した図で、その外枠四角形の中心点から該当車線の停止線(基準位置)までの距離が車両待機行列の長さとなる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る車両待機行列の長さ測定装置及びその方法において、車両の後方位置で待機行列車両の映像を撮影するようにカメラを設置することにより、従来の車両の前面映像を撮影することに比べ、幾何学的に隠となる現象により発生する誤差、夜間の車両前照灯により発生する光のぼやけ現象及び車両後方輪郭線の不明確さの問題点を防止し得るという効果がある。即ち、本発明に係る車両待機行列の長さ測定装置及びその方法において、車両の移動方向とカメラの撮影方向とが同じになるようにカメラを設置することにより、道路上の最後の車両位置を測定する時の幾何学的誤差を低減すると共に、夜間の道路撮影時、前照灯及び該前照灯の反射光の散乱による影響を除去して、車両待機行列の長さ測定値の正確度を向上し得るという効果がある。
【００７０】
又、本発明に係る車両待機行列の長さ測定装置及びその方法において、車両の後方位置で待機行列車両の映像を撮影するようにカメラを設置することで、車両待機行列の長さの測定誤差を低減し得るという効果がある。
【００７１】
又、本発明に係る車両待機行列の長さ測定装置及びその方法において、道路周辺の環境変化に関係なく、車両の各特徴点を追跡して車両待機行列の長さを正確に測定し得るという効果がある。即ち、本発明に係る車両待機行列の長さ測定装置及びその方法において、車両の各特徴点に基づいて道路上の車両が停止車両であるかを迅速に決定し、車両待機行列の長さを測定することにより、待機行列の長さ測定の迅速性を向上し得るという効果がある。
【００７２】
又、本発明に係る車両待機行列の長さ測定装置及びその方法において、車両の各特徴点に基づいて実時間で道路上の車両が停止車両であるかを迅速に決定して車両待機行列の長さを測定することにより、環境変化によるしきい値の調節及び背景映像の更新を省略して、車両待機行列の長さを正確に測定し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両待機行列の長さ測定装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明に係る車両待機行列の長さ測定装置のカメラの撮影方向を示した説明図である。
【図３】  (a)図1において昼間に道路を撮影した映像を示した写真である。
(b)(a)の昼間に道路を撮影した映像の輪郭線の映像を示した写真である。
【図４】  (a)図1において夜間に道路を撮影した映像を示した写真である。
(b)(a)の夜間に道路を撮影した映像の輪郭線の映像を示した写真である。
【図５】  (a)図3(a)の円形内部に表示された車両の元の映像を示した写真である。
(b)(a)の車両の元の映像からノイズが除去された映像を示した写真である。
【図６】  (a)本発明に係わるノイズが除去された映像を示した写真である。
(b)(a)のノイズが除去された映像から検出された差分映像Gxを示した写真である。
【図７】  (a)本発明に係わるノイズが除去された映像を示した写真である。
(b)(a)のノイズが除去された映像から検出された差分映像Gyを示した写真である。
【図８】図1の特徴点を追跡する時、ウィンドウの大きさ及び移動単位を示した図である。
【図９】本発明に係る外枠四角形の中心点から該当車線の停止線までの距離を示した説明図である。
【図１０】従来の車両待機行列の長さ測定方法及びそれに係る測定結果の誤差発生を説明した説明図である。
【図１１】  (a)図10のカメラにより撮影された道路上の夜間撮影映像を示した図である。
(b)(a)の夜間撮影映像の輪郭線の映像を示した図である。
【符号の説明】
310…カメラ
320…イメージ取込み器
330…制御手段
331…前処理部
332…特徴点検出部
333…特徴点追跡部
334…待機行列の長さ測定部
【図１】
0003816887.tif 000009
【図２】
0003816887.tif 000010
【図３】
0003816887.tif 000011
【図４】
0003816887.tif 000012
【図５】
0003816887.tif 000013
【図６】
0003816887.tif 000014
【図７】
0003816887.tif 000015
【図８】
0003816887.tif 000016
【図９】
0003816887.tif 000017
【図１０】
0003816887.tif 000018
【図１１】
0003816887.tif 000019