JP2000241440A

JP2000241440A - 車速計測方法および装置

Info

Publication number: JP2000241440A
Application number: JP11041364A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Enami; 隆文枝並
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2000-09-08
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: US6628804B1; JP4800455B2

Abstract

(57)【要約】【課題】車道の脇に建てられた支持ポール上部に設置
された撮像カメラからの画像をもとに、走行中の車両の
速度を正確に計測できるようにする。【解決手段】車道１の脇に設置された撮像カメラ３よ
り、走行中の車両２を撮影し（Ｓ１）、車両２の画像を
表示する画面上を移動する画像の垂直方向における垂直
移動量を算出し（Ｓ２）、車両２の画像を表示する前記
画面上を移動する画像の水平方向における水平移動量を
算出し（Ｓ３）、算出された垂直移動量および水平移動
量を、実空間における撮像カメラ３の撮影位置情報およ
び姿勢情報に基づき、該実空間における垂直移動量およ
び水平移動量に変換し（Ｓ４）、実空間における前記垂
直移動量および前記水平移動量と当該移動時間とから、
車両２の速度を計算する（Ｓ５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車速計測方法およ
び装置に関する。一般道路や高速道路においては、交通
流の監視ならびに制御や、車両の速度規制の監視が行わ
れており、車両のスムーズな運行と安全速度の維持が図
られている。

【０００２】このような道路監視システムを構築するに
当っては、走行する車両の車速を知るための装置が不可
欠となる。本発明はそのための車速計測手法について述
べるものである。

【０００３】

【従来の技術】図１４は一般的な車速計測システムを表
す斜視図である。本図において、１は一般道路あるいは
高速道路における車道であり、車道１上を車両２が走行
する。本発明に関係する車速計測システムは、種々の機
能部分から構成されるが、そのうち本図では、撮像カメ
ラ３のみを、例えば３車線の各々に対応させて、３台示
している。なおこのような撮像カメラを用いた車速計測
装置の従来例としては、特開平５−３１２８１８号や特
開平５−２６６３９４号がある。

【０００４】撮像カメラ３は、撮影対象となる車両２の
走行ルートの直上に設置される。車両２の車速を正確に
計測するためには、車両の進行方向の真上から車両の移
動を測定する必要があるからである。このように撮像カ
メラ３を車両の走行ルートの直上に位置させるためにま
ず車道１の両脇には設置ポール４が建てられ、さらにこ
れら一対の設置ポール４の各上端部間にアーム５が取り
付けられ、このアーム５の上に撮像カメラ３が載置され
るようになっている。

【０００５】あるいは、車道１の一方の脇に建てられて
いる信号機を利用し、この信号機の支柱の上部から車道
上に延びるアームを設け、このアームの上に撮像カメラ
３を載置することもある。さらにまた車道１を跨ぐ歩道
橋があれば、この歩道橋の一部に撮像カメラ３を取り付
けるという場合もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
は、車両２の車速を正確に計測すべく、車両２の走行ル
ートの直上に撮像カメラ３を設置しなければならない。
すなわち、撮像カメラ３によって撮影された車両の画像
が、画面上、例えばモニタ画面上を垂直方向（上下方
向）にのみ移動するように、該撮像カメラ３を、上記走
行ルートの直上に設置する。そしてこのために、既述の
とおり、（ｉ）設置ポール４とアーム５（図１４）を設
けるか、（ii）信号機の支柱に対し水平方向に延びるア
ームを設けるか、（iii ）歩道橋を利用するか、等の対
策を講じなければならない。

【０００７】しかしながら、上記（ｉ）の対策による
と、設置ポール４やアーム５の建設のために、車速計測
システムとして相当高価なものになる、という問題があ
る。また、その建設時には交通を一旦しゃ断しなければ
ならない、という問題がある。また上記（ii）の対策に
よると、信号機の支柱に取り付けたアームが、風や高速
走行する車両によって生ずる風圧のため、車道１と平行
な水平面内に大きく振れ易く、高精度な車速の計測が行
えない、という問題がある。

【０００８】さらに上記（iii ）の対策によると、車速
計測システムの構築場所が、歩道橋のあるところに限ら
れてしまい所望の任意の場所での車速計測が行えず不便
である、という問題がある。したがって本発明は上記諸
問題点に鑑み、車道の脇に建てた簡単な１本の支持ポー
ルに取り付けられた撮像カメラによって、車両の速度を
高精度に計測可能な車速計測方法および装置を提供する
ことを目的とするものである。

【０００９】すなわち、車両の走行ルートの真上から
（従来）ではなく、該走行ルートに対して斜めの方向か
ら撮影して得た、画面上の車両の画像に基づき該車両の
速度を計測できるようにすることを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は本発明を適用した
車速計測システムの平面図である。本図に示すとおり、
本発明においては、撮像手段をなす撮像カメラ３が、車
道１の脇に建てられた支持ポール６上に設けられる。し
たがって、図１４に示すような、従来における、走行ル
ートＲＴの直上のアーム５とこれを支持するための設置
ポール４は不要となる。このため本発明における車速計
測装置の撮像機能部分をなす撮像カメラ３は、車道１上
を走行する車両２を斜め上の方向から撮影することにな
る。

【００１１】図２は図１の左側から見た側面図である。
支持ポール６の上方に取り付けた撮像カメラ３は、車道
１上を走行する車両２の斜め上の方向から、該車両を撮
影する。なおこの支持ポール６は、この撮影のために新
たに建ててもよいし、また、既設の信号機の支柱あるい
は既設の電信柱や配電用柱があればこれらを利用するよ
うにしてもよい。上記のポール６（あるいは上記の柱）
には、車速計測装置１０を取り付けることができる。た
だし、図１には示していない。なお、この装置１０は、
撮像カメラ３の筐体に内蔵させてもよい。

【００１２】図１および図２に表すように、車両２の斜
め上の方向から撮像カメラ３により該車両を撮影する
と、車両の画像を表示する画面上においては、従来該画
面上の垂直方向（上下方向）にのみ移動した該車両の画
像が、該画面上の垂直方向のみならずその水平方向（左
右方向）にも移動することになる。この結果、画面上を
斜めに移動する、車両２の画像の移動量からは、単純に
は該車両の走行ルートＲＴに沿った実際の速度を正しく
算出することが困難となる。なぜなら、画面上における
車両２の画像の水平移動速度（Ｖｘ）とその垂直移動速
度（Ｖｙ）とが求まっても、その二乗和（Ｖｘ²＋Ｖｙ
²）の平方根から実空間における車速（Ｖ）が導き出せ
る、というような単純なものではないからである。そこ
で本発明においては次のような車速計測方法を採用す
る。

【００１３】図３は本発明に係る車速計測方法を表すフ
ローチャートである。第１ステップ（Ｓ１）：車道１の脇に建てられた支持体
（支持ポール６）上に設置された撮像カメラ３より、走
行中の車両２を撮影する。第２ステップ（Ｓ２）：撮像カメラ３により撮影された
車両２の画像を表示する画面上において、該画面上を移
動する画像の垂直方向における垂直移動量を算出する。

【００１４】第３ステップ（Ｓ３）：撮像カメラ３によ
り撮影された車両２の画像を表示する画面上において、
該画面上を移動する画像の水平方向における水平移動量
を算出する。第４ステップ（Ｓ４）：算出された垂直移動量および水
平移動量を、車両２が存在する実空間における撮像カメ
ラ３の撮影位置情報および該撮像カメラ３の姿勢情報に
基づき、該実空間における垂直移動量および水平移動量
に変換する。

【００１５】第５ステップ（Ｓ５）：車両２の上記実空
間における垂直移動量および水平移動量と当該移動時間
とから、車両２の速度を計算する。かくして、斜め上の
方向から撮影した、画面上における画像の移動量から、
実空間における車両２の実速度が求められる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図４は本発明に係る車速計測装置
の基本構成を表す図である。本図において、３は撮像カ
メラ（撮像手段）、１１は垂直移動量算出手段、１２は
水平移動量算出手段、１３は変換手段、１４は車速計算
手段である。撮像カメラ３は、車道１の脇に建てられた
支持体（支持ポール６）に設置され、走行中の車両２を
撮影する。

【００１７】垂直移動量算出手段１１は、撮像カメラ３
から出力される車両２の画像を表示する画面上におい
て、該画面上を移動する画像の垂直方向の移動量を算出
する。水平移動量算出手段１２は、上記画面上におい
て、画面上を移動する画像の水平方向の移動量を算出す
る。変換手段１３は、垂直移動量算出手段１１および水
平移動量算出手段１２によりそれぞれ算出した上記画面
上での垂直移動量および水平移動量を、車両２が存在す
る実空間上での撮像カメラ３の位置情報および該撮像カ
メラ３の姿勢情報に基づき、上記実空間上での垂直移動
量および水平移動量に変換する。

【００１８】車速計算手段１４は、車両２の上記実空間
上での垂直移動量および水平移動量と、当該移動時間と
から車両２の速度を計算する。上記の各構成要素のう
ち、特に本発明の主要な構成要素となるのは、変換手段
１３である。この変換手段１３について以下詳しく説明
する。図５は図４に示す変換手段１３の動作原理を説明
するための三次元ベクトル図である。

【００１９】本図において、相互に直行するＸ軸、Ｙ軸
およびＺ軸により規定される三次元座標系（Ｘ−Ｙ−
Ｚ）は、車両２を中心とする車道１上の実空間を表す。
この座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）において、右上方に延びる直
線（２１）は、撮像カメラ３の光軸である。この撮像カ
メラ３は、座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）内のＰ点（視点）に位
置し、その座標を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とする。

【００２０】撮像カメラ３によって形成される画面ＤＳ
は、本図のＤＳとして示される。この画面ＤＳは二次元
平面であり、相互に直交するｕ軸およびｖ軸からなる二
次元座標（ｕ−ｖ）で表すことができる。ただし、この
画面ＤＳは現実には、Ｐ点に置かれたカメラ３のレンズ
よりも後方（図の右側）にできるが、該レンズからを通
して見える画面ということで、本図では該レンズの前方
（図の左側）に描いている。

【００２１】この撮像カメラ３を中心とする三次元座標
系は、相互に直交するｒ軸、ｓ軸およびｔ軸により規定
される。このうちｒ軸は該カメラ３の光軸である。カメ
ラ３を中心とする実空間は、カメラ３が車両２を斜め上
から撮影していることから、三次元座標（Ｘ−Ｙ−Ｚ）
に対して、ねじれた三次元座標系（ｒ−ｓ−ｔ）を有す
る。このねじれは、上述した、撮像カメラ３の姿勢情報
に関係する。本図を参照すると、この姿勢情報は、実空
間（座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ）における第１軸（図ではＸ軸で
あり車両２の走行方向に相当）からのずれ角である方向
角θの情報を含む。この方向角θは、光軸２１を投影し
た投影線２２と、Ｘ軸とのなす角である。

【００２２】姿勢情報はまた、実空間（座標系Ｘ−Ｙ−
Ｚ）における、上記第１軸および該第１軸に直交する第
２軸（図ではＹ軸）からのずれ角である伏角φの情報を
含む。上記の方向角θおよび伏角φを有する光軸２１を
原点とする、画面ＤＳ上の上記の二次元座標系（ｕ−
ｖ）に現れる車両２の画像をＱ（ｕ，ｖ）点は、Ｘ−Ｙ
−Ｚ座標系の実空間内における領域２３においてＲ点に
現れる。図では、ｚ＝０であるからＲ（ｘ，ｙ）として
示される。ここに領域２３は、画面ＤＳの視野に相当す
る画面相当領域である。この領域２３は、Ｚ軸の上方か
ら見ると台形形状をなす。なぜなら撮像カメラ３に近い
側（画面ＤＳの下辺）は短く映し出され、該カメラ３か
ら遠い側（画面ＤＳの上辺）は長く映し出されるからで
ある。

【００２３】図５に表した解析をもとに画面ＤＳ上での
車両２の画像位置（Ｑ）を、上記の実空間を規定する三
次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で表した座標を（ｘ′，
ｙ′，ｚ′）とすると、この座標（ｘ′，ｙ′，ｚ′）
は例えば下記（１）式により表すことができる。

【００２４】

【数２】

【００２５】上記（１）式によれば、画面ＤＳ上の車両
２の画像（Ｑ）実空間における垂直移動量（ｘ）と水平
移動量（ｙ）は、回転角θをパラメータとする三次元の
第１回転行列（右辺の第１項）と、伏角φをパラメータ
とする三次元の第２回転行列（右辺の第２項）と、画面
ＤＳ上での垂直移動量ｕおよび水平移動量ｖならびに撮
像カメラ３の焦点距離および該カメラ３の性状で定まる
カメラ係数ｆと（右辺の第３項）、カメラ３の位置情報
（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と（右辺の第４項）、を用いた所
定の座標変換により、算出することができる。なお、上
記のカメラ３の性状とは、ＣＣＤを用いたカメラであれ
ば、ＣＣＤの画素数やＣＣＤのサイズ等により決定され
る物理量である。

【００２６】さらに図５を参照すると、撮像カメラ３の
視点Ｐと画面ＤＳ上の画像のＱ点とを結ぶ直線２４の延
長線と、車道１上の画面相当領域２３との交点が、求め
るべきＲ点の座標Ｒ（ｘ，ｙ，０）となり、実空間での
車両２の実際の移動量（すなわち車速）を算出すること
ができる。そこで上記（１）式より下記（２）式を導
く。

【００２７】

【数３】

【００２８】（２）式において、ｋは図５に示す直線２
４の、三次元座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）における傾きを特定
するパラメータである。このパラメータｋは、上記
（２）式の行列における最下段の（０，ｚ′−ｚ０，ｚ
０）から簡単に求まり（ｚ０／（ｚ０−ｚ′））、求め
るべき座標Ｒ（ｘ，ｙ）は下記（３）式のように導出さ
れる。

【００２９】

【数４】

【００３０】画面ＤＳは連続する画像フレーム（Ｐｎ−
１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１…）からなるので、画像フレームＰ
ｎにおいて、上記の各式に基づき得られた実空間におけ
る車両２の実際の位置をＬｎとすると、Ｌｎは座標（ｘ
ｎ，ｙｎ）である。同様に直前の画像フレームＰｎ−１
において、上記の各式に基づき得られた実空間における
車両２の実際の位置をＬｎ−１とすると、Ｌｎ−１は座
標（ｘ（ｎ−１），ｙ（ｎ−１））となる。

【００３１】かくして上記の位置ＬｎおよびＬｎ−１か
ら、車両２の移動距離Ｄが下記（４）式により求まる。Ｄ＝〔｛ｘｎ−ｘ（ｎ−１）｝²＋｛ｙｎ−ｙ（ｎ−１）｝²〕^1/2（４）画像フレームＰｎ−１からＰｎへ移る時間Ｔは既知であ
り、通常Ｔ＝１／３０ｓまたは１／６０ｓである。ここ
に求める車速Ｖは、下記（５）式のようになる。

【００３２】Ｖ＝Ｄ／Ｔ（５）以上の説明では、画面ＤＳ上における車両２の画像の垂
直移動量および水平移動量をいかに求めるかについて特
に述べていないが、その求め方について以下、二、三の
例を記述する。第１は、画像の移動量を算出するのにヒ
ストグラムを用いる方法である。

【００３３】図６はヒストグラムによる画像の移動量測
定について説明するための図である。本図は画面ＤＳ上
に映し出された走行中の車両２の画像を表している。こ
の画像の中には、車両の水平エッジの要素が多く含まれ
ている。例えば、バンパーの水平部分、ナンバープレー
トの水平部分、車体の水平部分等である。そこで、これ
らの水平部分の各々について、画像データを水平方向に
累積し、ヒストグラム（Ｈ）を得る。本図の右側に示す
Ｈｈ（ｎ）は、画像フレームＰｎにおいて得た水平方向
（ｈ）のヒストグラムである。またＨｈ（ｎ−１）は、
所定時間（例えば１／３０ｓ）前における画像フレーム
Ｐｎ−１において得た水平方向のヒストグラムである。

【００３４】こうして得られた連続する水平方向ヒスト
グラムについて相互間の相関値を求め、さらにその相関
値のピーク値を検出する。本図の右側にはその相関値
（Ｒ）の変化を表すグラフが示されており、そのピーク
値までの距離Ｄが、垂直移動量となる。本発明において
は、画面ＤＳ上を斜めに移動する車両の画像の変位から
車両の移動量を求めるため、同様のヒストグラムは垂直
方向についても求める必要がある。

【００３５】画面上に映し出された走行中の車両２の画
像の中には、車両の垂直エッジの要素も含まれている。
例えばナンバープレートの垂直部分等である。そこでこ
れらの垂直部分の各々について、画像データを垂直方向
に累積し、ヒストグラム（Ｈ）を得る。本図の上側に示
すＨｖ（ｎ）は、画像フレームＰｎにおいて得た垂直方
向（ｖ）のヒストグラムである。またＨｖ（ｎ−１）
は、所定時間（例えば１／３０ｓ）前における画像フレ
ームＰｎ−１において得た垂直方向のヒストグラムであ
る。

【００３６】こうして得られた連続する垂直方向ヒスト
グラムについて相互間の相関値を求め、さらにその相関
値のピーク値を検出する。そして本図の右側のグラフと
同様のグラフに示されるように、そのピーク値までの距
離が、水平移動量となる。図７は水平方向ヒストグラム
により垂直移動量を算出する処理の一例を示すフローチ
ャートである。

【００３７】本図において、ステップＳ１２およびＳ１
３は、上述したように、画像フレームＰｎでの水平方向
ヒストグラムＨｈ（ｎ）を得るステップ、ステップＳ１
５およびＳ１６は画像フレームＰｎ−１での水平方向ヒ
ストグラムＨｈ（ｎ−１）を得るステップである。ステ
ップＳ１７およびＳ１８は、図６の右側に示すグラフを
用いて説明したような、相互相関値のピーク値を検出す
るステップであり、ステップＳ１９で求める、車両２の
画像の垂直移動量が算出される。なお、ステップＳ１１
およびＳ１４については後述する。

【００３８】図８は垂直方向ヒストグラムにより水平移
動量を算出する処理の一例を示すフーローチャートであ
る。本図において、ステップＳ２２およびＳ２３は、上
述したように、画像フレームＰｎでの垂直方向ヒストグ
ラムＨｖ（ｎ）を得るステップ、ステップＳ２５および
Ｓ２６は画像フレームＰｎ−１での垂直方向ヒストグラ
ムＨｖ（ｎ−１）を得るステップである。

【００３９】ステップＳ２７およびＳ２８は、図６の右
側に示すグラフを用いて説明したのと同様な、相互相関
値のピーク値を検出するステップであり、ステップＳ２
９で求める、車両２の画像の水平移動量が算出される。
なお、ステップＳ２１およびＳ２２については、ステッ
プＳ１１およびＳ１２と併せて以下に説明する。上述し
たステップＳ１２（図７）およびＳ２２（図８）におい
てそれぞれ水平エッジおよび垂直エッジを取り出すに際
し、車両２の周囲の明暗がその取り出し精度に影響を与
える。例えば、直射日光を受けて走行中の車両について
は、その画像の中から水平エッジおよび垂直エッジを抽
出するのは容易である。しかし、例えば夕暮れどきに走
行中の車両については、その画像の中から高精度で水平
エッジおよび垂直エッジを抽出するのは困難である。

【００４０】そこで車両２の画像について水平方向ヒス
トグラムＨｈを作成するに際し、車両２の周囲の明暗の
変化に追従させて水平エッジの要素を割り出すためのコ
ントラストを均一化させるステップを含むことが望まし
い。同様に、車両２の画像について垂直方向ヒストグラ
ムＨｖを作成するに際し、車両２の周囲の明暗の変化に
追従させて垂直エッジの要素を割り出すためのコントラ
ストを均一化させるステップを含むことが望ましい。

【００４１】図７を参照すると、上述したコントラスト
を均一化させるためのステップは、ステップＳ１１およ
びＳ１４であり、画面ＤＳ上での輝度ヒストグラムを作
成しさらにこれを平均化させる輝度ヒストグラム平均化
処理を行う。同様に図８を参照すると、上述したコント
ラストを均一化させるためのステップは、ステップＳ２
１およびＳ２４であり、画面ＤＳ上での輝度ヒストグラ
ムを作成しさらにこれを平均化させる輝度ヒストグラム
平均化処理を行う。

【００４２】車両２の画像の垂直移動量および水平移動
量を算出する第２の方法は、公知の動き補償画像符号化
手法に基づいて行う方法である。すなわち一定の時間間
隔で撮影された画像フレーム間の動き評価（Ｍｏｔｉｏ
ｎＥｓｔｉｍａｔｉｏｎ）を行うことにより、車両２
の移動量を精度良く測定することができる。動きの探索
範囲は原則として全画面であり、その動きのベクトル量
として、車両２の画像フレーム間での移動量を検出す
る。

【００４３】図９は動き補償の処理について説明するた
めの図である。本図において、画面を複数の矩形に分割
したときの任意の１つ（ハッチングを付して示す）につ
いて見ると、画像フレームＰｎ−１における該矩形は、
画像フレームＰｎにおいて、水平方向にｄｘ移動し、垂
直方向にｄｙ移動したものとする。また該矩形の探索範
囲は、図示するように、始点を（ｘ，ｙ）として水平方
向にｉ、垂直方向にｊであるものとする。ここに画像フ
レームＰｎ−１での矩形領域と画像フレームＰｎでの矩
形領域との間での画像の相違度Ｅ（ｄｘ，ｄｙ）は、下
記（６）式

【００４４】

【数５】

【００４５】で表される。本式から明らかなように、上
記の相違度Ｅ（ｄｘ，ｄｙ）は、対象となる矩形に対す
る差分絶対値の和の累積計算結果に相当する。この累積
範囲は（ｉ，ｊ）である。以上述べた処理についての具
体例を、図１０を参照して説明する。図１０は動き補償
画像符号化手法による移動量算出処理の一例を示すフロ
ーチャートである。

【００４６】ステップＳ３１：画面ＤＳを複数の矩形
（その１つを、図９中、ハッチングで示す）に分割す
る。ステップＳ３２：その矩形領域に対しループ（ｌｏｏ
ｐ）処理、すなわちラスタスキャンを行う。ステップＳ３３：移動量を探索すべき範囲を決定する。
画像フレームの何番目から何番目について探索すべきか
決定する。

【００４７】ステップＳ３４：決定された上記画像フレ
ーム毎のループ（ｌｏｏｐ）処理を行う。ステップＳ３５：上述した（６）式による計算を行う。ステップＳ３６：その（６）式による計算値がこれまで
の最小であるか否か判定する。

【００４８】ステップＳ３７：もし最小値ならば、その
最小となった画面上の画像の位置、すなわち移動量を計
測すべき部分の候補とする。このとき得た最小値は保存
し、ステップＳ３６での判定に利用する。ステップＳ３８：全探索範囲に亘って上記（６）式によ
る計算が行われたかどうか判定し、全て完了ならば、移
動量算出処理を終了する。

【００４９】以上述べた動き補償画像符号化手法は、図
３に示すステップＳ２およびＳ３を実現するための手法
として採用することができる。ところがこの手法は、高
精度な移動量の測定ができる利点を有する反面、かなり
膨大な演算量を必要とするという不利がある。この点に
関し、図７および図８に示す前述したヒストグラムによ
る移動量の測定について見ると、このヒストグラムによ
る手法は、処理が単純であることから演算量が少なくて
済むという利点がある。しかし反面、このヒストグラム
による手法は、外乱やノイズに弱く、移動量の測定精度
が劣るという不利がある。

【００５０】そこで、動き補償画像符号化手法の利点
と、ヒストグラムによる手法の利点とを組み合わせると
理想的な移動量の測定が行える。この場合の処理を図１
１に示す。図１１はヒストグラムによる移動量の測定と
動き補償画像符号化手法による移動量の測定とを組み合
わせたフローチャートを示す図である。

【００５１】その組み合わせによれば、ヒストグラムに
よる手法により、測定対象となる特徴点を少ない演算量
で抽出し（しかし、上述のとおり、外乱やノイズに弱
く、その抽出精度は劣る）、そして、動き補償画像符号
化手法によりその特徴点を高精度に抽出することができ
る。この場合、既にヒストグラムによる手法で上記特徴
点についておよその見当をつけているので、動き補償画
像符号化手法を実行する際の演算量は大幅に減少する。

【００５２】結局、＜１＞水平方向ヒストグラムによる
垂直移動量の算出に際して割り出した画面ＤＳ上におけ
る車両２の画像を含む所定の特徴領域を対象として、動
き補償画像符号化手法に基づく垂直移動量の算出を行う
ようにし、また＜２＞垂直方向ヒストグラムによる水平
移動量の算出に際して割り出した画面ＤＳ上における車
両２の画像を含む所定の特徴領域を対象として、動き補
償画像符号化手法に基づく水平移動量の算出を行う。

【００５３】ただし、図１１のフローチャートは、上記
＜１＞および＜２＞の工程を複合した処理を示す。ステップＳ４１：このステップは、図７および図８の処
理に相当する。ステップＳ４２：このステップは、図７および図８の処
理において、一応特徴点と思われるところを割り出す。

【００５４】ステップＳ４３：上記の割り出した特徴点
について、図１０に示すステップＳ３５の計算を実施す
る。ステップＳ４４：図１０のステップＳ３６およびＳ３７
に相当する。ステップＳ４５：求める移動量が算出される（図７のス
テップＳ１９に相当し、また図８のステップＳ２９に相
当する）。

【００５５】上記図１１におけるステップＳ４２で割り
出された特徴点は精度の低いものであり、動き補償画像
符号化手法に基づき、もっとも確からしい特徴点を追求
する訳であるが、この特徴点の追求に要する演算量は一
般に大である。そこで動き補償画像符号化手法のもとで
の特徴点抽出を一層簡易に行うことが望まれる。その簡
易化の手法として次の２つがある。

【００５６】第１の簡易化の手法は、車両２の前面を表
す画像において際立った特徴部分に着目する（後述する
第２の簡易化の手法についても同じ）。その際立った特
徴部分の一例は、車両２のナンバープレートである。図
１２は車両の前面を撮像カメラにより撮影した一例を示
す図である。本図のナンバープレートに注目すると、ナ
ンバープレートには陸運支局名、分類番号、ひらがな、
一連番号等が記載されている。これらの文字や数字は、
水平方向に等ピッチで記載される。例えば第一行目の陸
運支局および分類番号の場合には、その文字列のピッチ
がＣＰｍｉｎからＣＰｍａｘ（ＣＰ：ｃａｒａｃｔｅｒ
ｐｉｔｃｈ）までの範囲で記載されている。このと
き、その文字列を走査したときに得られる画像信号の周
波数は、ｆｍｉｎからｆｍａｘまでとなる。

【００５７】ｆｍｉｎ＝ＴＬ／ＣＰｍｉｎｆｍａｘ＝ＴＬ／ＣＰｍａｘである。ＴＬは、ナンバープレート上における所定の長
さ（水平方向）である。そこで上記ｆｍｉｎ〜ｆｍａｘ
の帯域でピークが現れるようなフィルタ（バンドパスフ
ィルタ）処理を水平方向に作用させることにより、車両
の特徴点としてのナンバープレートの画像を抽出可能と
なる。すなわち、画面上における車両２の画像をなす画
像信号のうち、一定の周期で現れる信号成分を有する画
像信号をフィルタ（バンドパスフィルタ）処理により抽
出し、抽出されたその画像信号に対応する部分（ナンバ
ープレート）の画像をもって、特徴領域とすることがで
きる。この場合の処理の一例を図１３に示す。

【００５８】図１３はバンドパスフィルタにより特徴点
を抽出する処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ５１：まず第１ライン（No. １）より走査す
る。ステップＳ５２：第１ラインについて上述したバンドパ
スフィルタ処理をする。

【００５９】ステップＳ５３：上記バンドパスフィルタ
処理により得られたフィルタ信号の最大値を探索する。
白地のナンバープレートに、黒の文字や数字が描かれて
いるときは正の最大値として現れるが、黒地のナンバー
プレートに、白の文字や数字が描かれているときは、当
該最大値は負の最大値として現れる。このため、本ステ
ップでは最大値の絶対値を探索する。

【００６０】ステップＳ５４：ステップＳ５３により得
た最大値が、全ライン中での真の最大値が判定する。ステップＳ５５：真の最大値が見つかったときは、その
ときのライン上の位置を検出し、そこが特徴点の一部を
なす。またそのときの最大値を保存し、ステップＳ５４
での判定に利用する。

【００６１】第１ラインの走査が終了すると、ステップ
Ｓ５１でのラインNo. を１つインクリメントする（Ｎ＝
２）。図１３のステップＳ５２に着目すると、このステ
ップでのバンドパスフィルタ処理として簡易な方法をと
ることができる。ナンバープレートの文字列部分を走査
して得られた画像信号は、（１１…１，００…０，１１…１，００…０）のような“１”連続および“０”連続となる。これを長
さＣＹＣで畳み込み演算する。ＣＹＣは、上記ＣＰｍｉ
ｎとＣＰｍａｘから、ＣＹＣ＝（ＣＰｍｉｎ＋ＣＰｍａｘ）／２として求まる。そうすると、簡単に周期的信号成分の有
無が判明する。周期的信号成分が見つかればそこにナン
バープレートの部分がある。

【００６２】上述したバンドパスフィルタ処理では、何
種類かのバンドパスをフィルタバンクとして予め用意し
ておく必要がある。なぜなら、撮像カメラ３から遠くを
走行する車両２の撮像では、上記のＣＰが小さく、した
がって帯域の広いバンドパスフィルタを必要とし、逆に
撮像カメラ３の近くを走行する車両２の撮像では、上記
のＣＰが大きく、したがって狭い帯域のバンドパスフィ
ルタを必要とするからである。また、大型車のナンバー
プレートにおけるＣＰと、小型車のナンバープレートに
おけるＣＰとについても長短の差があるからである。

【００６３】このように複数種のバンドパスフィルタを
用意することを避ける必要がある場合は、ナンバープレ
ートに相当する画像の領域の画像信号に対し、周波数領
域の信号に変換するための変換処理をするのが好まし
い。このときの処理のフローチャートは、ステップＳ５
２を除き、図１３のフローチャートとほぼ同じである。
このときそのステップＳ５２に相当するステップは、特
徴領域（特徴点の集合）と想定される部分の画像信号に
対し、上記の変換処理を行うステップとなる。その想定
は、既述のヒストグラムによる移動量の算出時に行うこ
とができる。

【００６４】上記変換処理としては、一次元ＤＣＴ（Ｄ
ｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ）
でも良いし、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒ
ａｎｓｆｏｒｍ）でも良い。これら一次元ＤＣＴまたは
ＦＦＴを行って得られた値のうち、ピークを示す部分に
特徴領域（特徴点）がある。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、車
道１を走行する車両２の走行方向に対し斜め上の方向か
ら撮影して得た画像をもとに、正確に、該車両の車速を
計測することが可能になる。したがって、その撮影を行
うための撮像カメラ３は、車道１の脇に建てた１本の支
持ポール６の上部に設置することができ、従来における
既述の諸問題が同時に解決される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した車速計測システムの平面図で
ある。

【図２】図１の左側から見た側面図である。

【図３】本発明に係る車速計測方法を表すフローチャー
トである。

【図４】本発明に係る車速計測装置の基本構成を表す図
である。

【図５】図４に示す変換手段１３の動作原理を説明する
ための三次元ベクトル図である。

【図６】ヒストグラムによる画像の移動量測定について
説明するための図である。

【図７】水平方向ヒストグラムにより垂直移動量を算出
する処理の一例を示すフローチャートである。

【図８】垂直方向ヒストグラムにより水平移動量を算出
する処理の一例を示すフローチャートである。

【図９】動き補償の処理について説明するための図であ
る。

【図１０】動き補償画像符号化手法による移動量算出処
理の一例を示すフローチャートである。

【図１１】ヒストグラムによる移動量の測定と動き補償
画像符号化手法による移動量の測定とを組み合わせたフ
ローチャートを示す図である。

【図１２】車両の前面を撮影カメラにより撮影した一例
を示す図である。

【図１３】バンドパスフィルタにより特徴点を抽出する
処理の一例を示すフローチャートである。

【図１４】一般的な車速計測システムを表す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…車道２…車両３…撮像カメラ６…支持ポール１０…車速計測装置１１…垂直移動量算出手段１２…水平移動量算出手段１３…変換手段１４…車速計算手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車道の脇に建てられた支持体に設置され
た撮像手段より、走行中の車両を撮影する第１ステップ
と、前記撮像手段により撮影された前記車両の画像を表示す
る画面上において、該画面上を移動する前記画像の垂直
方向における垂直移動量を算出する第２ステップと、前記撮像手段により撮影された前記車両の画像を表示す
る前記画面上において、該画面上を移動する前記画像の
水平方向における水平移動量を算出する第３ステップ
と、算出された前記垂直移動量および前記水平移動量を、前
記車両が存在する実空間における前記撮像手段の撮影位
置情報および該撮像手段の姿勢情報に基づき、該実空間
における垂直移動量および水平移動量に変換する第４ス
テップと、前記車両の前記実空間における前記垂直移動量および前
記水平移動量と当該移動時間とから、該車両の速度を計
算する第５ステップとを有することを特徴とする車速計
測方法。
【請求項２】前記撮像手段の前記姿勢情報を、前記実
空間を規定する三次元座標系における前記車両の走行方
向に相当する第１軸からのずれ角である方向角（θ）
と、該実空間における該第１軸とこれに直交する第２軸
とにより規定される平面からのずれ角である伏角（φ）
とにより規定するとき、前記方向角（θ）をパラメータとする三次元の第１回転
行列と、前記伏角（φ）をパラメータとする三次元の第
２回転行列と、前記画面上での前記垂直移動量（ｕ）お
よび前記水平移動量（ｖ）ならびに前記撮像手段をなす
カメラの焦点距離および該カメラの性状で定まるカメラ
係数（ｆ）と、前記撮像手段の位置情報と、を用いた所
定の座標変換により、前記車両の画像の前記実空間にお
ける前記垂直移動量および前記水平移動量を算出し、さ
らに該実空間における該車両の実際の移動量を算出する
請求項１に記載の車速計測方法。
【請求項３】前記画面上での前記車両の画像位置を前
記実空間を規定する三次元座標系で表した座標を
（ｘ′，ｙ′，ｚ′）とし、該車両を見る視点となる前
記撮像手段の位置を該実空間を規定する三次元座標系で
表した座標を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とすると、前記所定の座標変換は下記の座標変換式【数１】で表される請求項２に記載の車速計測方法。
【請求項４】前記画面上における前記車両の画像の中
に存在する水平エッジの要素のみを各水平方向に累積し
て得た水平方向ヒストグラムを、ある時刻の画像フレー
ム（Ｐｎ）について、作成し、同様の水平方向ヒストグ
ラムを、該時刻より所定時間前の画像フレーム（Ｐｎ−
１）について、作成し、これら２つの水平方向ヒストグ
ラム相互間の相関値を求め、該相関値のピークを検出す
ることにより、前記第２ステップにおける前記画面上で
の前記垂直移動量を算出する請求項１に記載の車速計測
方法。
【請求項５】前記画面上における前記車両の画像の中
に存在する垂直エッジの要素のみを各垂直方向に累積し
て得た垂直方向ヒストグラムを、ある時刻の画像フレー
ム（Ｐｎ）について、作成し、同様の垂直方向ヒストグ
ラムを、該時刻より所定時間前の画像フレーム（Ｐｎ−
１）について、作成し、これら２つの垂直方向ヒストグ
ラム相互間の相関値を求め、該相関値のピークを検出す
ることにより、前記第３ステップにおける前記画面上で
の前記水平移動量を算出する請求項１に記載の車速計測
方法。
【請求項６】前記車両の画像について前記水平方向ヒ
ストグラムを作成するに際し、該車両の周囲の明暗の変
化に追従させて前記水平エッジの要素を割り出すための
コントラストを均一化させるステップを含む請求項４に
記載の車速計測方法。
【請求項７】前記コントラストを均一化させるための
ステップは、前記画面上での輝度ヒストグラムを作成し
さらにこれを平均化させる輝度ヒストグラム平均化処理
を含む請求項６に記載の車速計測方法。
【請求項８】前記車両の画像について前記垂直方向ヒ
ストグラムを作成するに際し、該車両の周囲の明暗の変
化に追従させて前記垂直エッジの要素を割り出すための
コントラストを均一化させるステップを含む請求項５に
記載の車速方法。
【請求項９】前記コントラストを均一化させるための
ステップは、前記画面上での輝度ヒストグラムを作成し
さらにこれを平均化させる輝度ヒストグラム平均化処理
を含む請求項８に記載の車速計測方法。
【請求項１０】前記第２ステップおよび前記第３ステ
ップによる、前記垂直移動量および前記水平移動量の算
出を、前記画面上における前記車両の画像を含む特徴領
域を対象として、動き補償画像符号化手法に基づき行う
請求項１に記載の車速計測方法。
【請求項１１】前記水平方向ヒストグラムによる前記
垂直移動量の算出に際し割り出した前記画面上における
前記車両の画像を含む所定の特徴領域を対象として、動
き補償画像符号化手法に基づく垂直移動量の算出を行う
請求項４に記載の車速計測方法。
【請求項１２】前記垂直方向ヒストグラムによる前記
水平移動量の算出に際し割り出した前記画面上における
前記車両の画像を含む所定の特徴領域を対象として、動
き補償画像符号化手法に基づく水平移動量の算出を行う
請求項５に記載の車速計測方法。
【請求項１３】前記画面上における前記車両の画像を
なす画像信号のうち、一定の周期で現れる信号成分を有
する画像信号をフィルタ処理により抽出し、抽出された
該画像信号に対応する部分の前記画像をもって、前記特
徴領域とする請求項１０に記載の車速計測方法。
【請求項１４】前記画面上における前記車両の画像信
号のうち、前記特徴領域と想定される部分の画像信号に
対し一次元ＤＣＴまたはＦＦＴ処理を行い、その処理に
より得た値のうちのピークに相当する部分を、前記特徴
領域とする請求項１０に記載の車速計測方法。
【請求項１５】車道の脇に建てられた支持体に設置さ
れ、走行中の車両を撮影する撮像手段と、前記撮像手段から出力される前記車両の画像を表示する
画面上において、該画面上を移動する前記画像の垂直方
向の移動量を算出する垂直移動量算出手段と、前記画面上において、前記画面上を移動する前記画像の
水平方向の移動量を算出する水平移動量算出手段と、前記垂直移動量算出手段および前記水平移動量算出手段
によりそれぞれ算出した前記画面上での垂直移動量およ
び水平移動量を、前記車両が存在する実空間上での前記
撮像手段の位置情報および該撮像手段の姿勢情報に基づ
き、前記実空間上での垂直移動量および水平移動量に変
換する変換手段と、前記車両の前記実空間上での垂直移動量および水平移動
量と、当該移動時間とから該車両の速度を計算する車速
計算手段とからなることを特徴とする車速計測装置。