JPH0440595A

JPH0440595A - レーザ光切断法による交通流計測方法及び交通流計測装置

Info

Publication number: JPH0440595A
Application number: JP2148388A
Authority: JP
Inventors: Sadao Takahane; 高羽　禎雄; Taira Gi; 魏　平
Original assignee: Koito Industries Ltd
Current assignee: KI Holdings Co Ltd
Priority date: 1990-06-06
Filing date: 1990-06-06
Publication date: 1992-02-10
Anticipated expiration: 2014-05-31
Also published as: JP2898356B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、道路状況の把握管理技術に係り、特にレーザ
光切断法による交通流計測方法及びその方法を実施する
ための交通流計測装置に関するものである。

〔従来の技術〕

道路交通の計画と運用に当たって、交通の需要や交通状
況を把握し、道路設計の成果や交通制御の効果を評価す
るためには、交通流の計測が不可欠である。この交通流
の計測方法としては、従来から超音波センサが一般的に
使われており、交通流計測センサの中ではそれなりの実
績を持っている。しかし、該超音波センサは点計測によ
る時間占有率に基づいて車輌の交通流を計測するもので
あるため、計測パルス出力が軍輌間に発射されたり、又
は渋滞で停車している車輌に連続して発射されると計測
誤差が生しる欠点を有しており、また広範囲での面的な
計測ができないことから、近年より広い範囲で計測がで
きる画像処理センサも研究されており、自然照明を使っ
た一部の画像処理センサは実用化段階にまで達している
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この種の画像処理センサば、昼間は太陽光、夜
間はヘッドライトやテールランプ等の自然照明を利用し
、車輌と路面の輝度差によって車輌を検出するものであ
るため、（ａ）　　路面との輝度差が少ない車輌（ｂ）　　車輌
や街路樹等の影の影響（ｃ）　　Ｆｉｔ暮時や夜間の無点灯車輌（ｄｌ　　湿
潤した路面の鏡面化による反映像等の種々の影響を受け
やすく、数十パーセントの計測誤差を生じている。

更に、自然照明を使用した画像処理センサは、昼間と夜
間に使用するプログラムか異なるため、薄暮時における
プログラムの転換時刻が決定し難く、誤差が大きく成る
という問題を有していた。

本発明は、上記問題に鑑みて創案されたものであり、近
年の半導体レーザの高出力化とＣＣＤカメラの高感度化
等の技術的進歩を背景として、レーザ光による照明を用
い、光切断法によって車輌と路面の高度差を得て車輌を
検出するレーザ光切断法による交通流計測方法を提唱す
ると共に、該計測方法に使用する交通流計測装置を提供
することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

（１）光切断法による交通流計測方法の原理第１図に示
すように、交通流センサ１のレーザビーム発射装置２と
ＣＣＤカメラ３は、被計測路面すの上方に設置されると
共に、レーザビーム発射装置２とＣＣＤカメラ３ば、一
定距離を持って離間した位置にある。そして、発光側の
光束Ｌ　Ｌと受光側の光束Ｌ２が被計測範囲の路面す各
位置に対して有角度θを持つことが必須要件である。

上記レーザビーム発射装置２を構成する半導体レーザ発
生器８は、適宜光学系によりレーザビーム出力を路面す
の車輌が流れる方向に広げて拡開角度α１の平面状の扇
形ビームＢを形成し、被計測路面すに投射するものであ
る。この扇形ビームＢ（発光側）の光束Ｌ１は、路面す
又は該路面す上の車輌ａから反射され、ＣＣＤカメラ３
の結像面に結像する（第４図参照）。

被計測路面す上に車輌ａがない場合は、この扇形ビーム
の反射（受光側）光束Ｌ２の像Ａは、直線（第４図矢印
Ｐ１参照）であり、路面す上に車輌ａがある場合は、該
扇形ビームＢが車輌ａによって１切断」されるため、該
反射ビームＬ２の像は、車輌ａの反射面形状に応じて被
計測路面すの幅方向（矢印Ｗ）に変位した（第４図矢印
Ｐ２参照）パターンと成る。即ち、ＣＣＤカメラ３の撮
影方向Ｃに対して、扇形ビームＢの中で車輌ａの４二に
ある部分と路面すにある部分しま、幅方向（矢印Ｗ）に
ずれて、ＣＣＤカメラ３の横方向の座標差によって車輌
ａと路面すの高度差が判る。従って、この高度差を道路
情報として採り出すことにより、（ａ＋　　車輌の有無を検出することかできる。

また、第４図矢印Ｐ２のパターンが略車輌ａの縦方向の
形と対応することから、これによって（ｂ）　　車種分
類ができる。

更に、パターンの移動時間を監視することによってｆＣｌ　　車速を計測することかできるものである。

尚、第１図は、第１車線の計測状態を示しているが、走
査機構を用いて扇形ビームＢを被計測路面すの幅方向Ｗ
に走査することによって、複数の車線の計測ができる。

このとき、車線変更中の車輌を考慮する場合、走査のビ
ーム間隔を小型車の車幅より狭くするように振り角α２
を調整する必要があることはいうまでもない。

そして、ＣＣＤカメラ３からの情報出力は、後述する制
御・処理装置２０に出力するように構成しである。

（２）ＣＣＤカメラ３の感度半導体レーザ発生器８は、最大効率でレーザ光の出力を
利用するため、ＣＣＤの分光特性のピーク値付近の波長
で発振するＧａＡｌＡｓ半導体レーザ（発振波長：８３
０ｎｍ）を使用する近赤外線を用いることが好ましい。

光強度については、可視光に準じて計算すると、次式が
成り立つ。

Ｅ−（Ｐ−Ｋ・ｒ　−ρ）／　（Ｌ・２Ｌ／ｎ）（１）
上記式（１）の中で、Ｅはレーザ光による放射照度（反
射光）、Ｐはレーザ光の光出力パワー、に−６８０Ｃ１
ｍ／Ｗ）は最大視感度定数、τは光学系の透過率、ρは
被写体（車輌ａ或いは被計測路面ｂ）の反射率、Ｌは被
計測範囲長（道路方向）。

ｎはＣＣＤカメラの画素数（ｎＸｎＣＣＤカメラ）であ
り、係数２はビームを確実に検出するため扇形ビームＢ
の幅を２画素とした場合である。

計算例として、Ｐ＝ＩＷ、Ｔ＝０．８．／）＝０．３゜
Ｌ−５０ｍ、　　ｎ　＝５１２として式（］）に代入す
ると、Ｅ＝１６．７　　ＣＬｕｘ）と成る。従って、ＣＣＤカメラ３の撮影可能な最低被写
体照度がこれより小さければ検出することができる。現
在市販されている汎用監視用ＣＣＤカメラは、最低被写
体照度カ月〜１０　Ｌ　ｕ　ｘであり、検出可能な範囲
である。

（３）太陽光背景の除去について上記レーザ光切断法による交通流計測方法では、ＣＣＤ
カメラ３への入射光のうちレーザ光以外の照明は背景と
成る。その中では、太陽光が一番強い背景光と考えられ
、レーザ光と比べて非常に強いため次の二つの方法で太
陽光を除去する。

＝７　＝（ａ）　　干渉フィルタを使った光学的除去使用するレ
ーザ光は、非常に狭い帯域幅の波長特性を持っており、
該帯域と対応する狭い透過帯域幅の干渉フィルタを用い
ることによって大部分の太陽光を除去することができる
。例えば、波長幅５ｎｍのレーザ光を使用し、これと対
応する透過帯域−１０ｎｍの干渉フィルタを用いたとき
、太陽光による路面上の照度は、１０’Ｌｕｘ（夏２晴
れ、直射、照度計の検出波長幅−４００〜１１５０ｎｍ
）　。

反射率を上記と同様にρ−０，３とすると、干渉フィル
タの透過帯域幅で太陽光による放射照度（反射光）Ｅ゛
　は、次式で与えられる。

Ｅ’　　−（１０５Ｌｕｘ　−０，３−１０ｎｍ）／　
（１１５０ｎｍ−４００ｎｍ）−４００［Ｌｕｘ）　　
　　　　　　　　　（２１これを前記の計算例で与えら
れたレーザ光による放射照度（反射光）の計算結果、Ｅ
＝１６．７（Ｌｕｘ）と比べると、Ｅ’　／Ｅ！；２４
　Ｃ倍〕に成る。この値は、ＣＣＤカメラ３の放射照度
に対する分解能に比べると、十分に背景を除去すること
が可能な値であることが判る。

（ｂｌ　　データ処理（演算）による背景の除去干渉フ
ィルタによって除去された太陽光の残り分は、照射する
レーザ光の照度より約２４倍であるから、制御・処理回
路とソフトウェアによってその残り分を除去する。

具体的には、第５図のタイミングチャートに示すように
、第２図のステンプモータを駆動走査した後、１フレー
ムの背景画像（第６図Ｃ参照）を撮り込み、次に同位置
でレーザ光を照射して１フレームの信号画像（第６図す
参照）を撮って、その信号画像から背景画像を減算して
処理し、計測画像（第６図Ｃ参照）を得るものである。

〔作用〕

而して、上記レーザ光切断法による交通流計測方法によ
れば、レーザ光による照明を用いて得た映像データから
、干渉フィルタによる光学的光選択手段と減算による後
処理手段を介して光切断法によって車輌と路面の高度差
を得て検出するため、自然光による影響を受けることな
く、確実な計測を行うことができる。また、処理系が簡
単であり、リアルタイムで車輌の空間占有率に基づく計
測ができ、従って車輌が渋滞した路面に対しても計測誤
差を生じることがなく、正確な交通流を情報化すること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明に係るレーザ光切断法による交通流計測方
法を実施する交通流計測装置の一実施例を図面に従って
説明する。

第１図に示すように、交通流センサ１のレーザビーム発
射装置２とＣＣＤカメラ３は、路側或いは路上に樹立し
た支柱４によって支持されるか、又は道路近傍の建物の
屋上或いは壁面に設置されると共に、レーザビーム発射
装置２とＣＣＤカメラ３は、例えば支柱４の高さ（Ｈ＝
１０〜１２ｍ）位置に横架設したアーム５に対して、一
定距離（ρ−２〜５ｍ）を持って離間し、それぞれ被計
測路面すの方向に向くように支持され、発光側の光束Ｌ
　Ｌと受光側の光束Ｌ　２が被計測範囲の路面す各位置
に対して有角度θ（被計測路面す位置によって異なる）
を持つように配置しである。該ＣＣＤカメラ３ば、二点
鎖線で示す被計測路面すを含む固定した撮像範囲Ｓを有
し、レーザビーム発射装置２は、後述する走査機構６に
よってビームの照射方向を駆動する構造に成っている。

第２図は、レーザビーム発射装置２の走査機構６の一例
を示すものであり、駆動回路７によって制御される半導
体レーザ発生器８は、ステップモータ９の駆動軸に軸着
した揺動基板１０に固設してあり、該半導体レーザ発生
器８の前方光束Ｌｌ上に円柱レンス１１を配置した光学
系によりレーザビーム出力を被計測路面す上の車輌ａか
流れる方向に広げて拡開角度α１の平面状扇形ビームＢ
を被計測路面すの幅方向Ｗに振り（矢印α２）、走査に
よって順次所定の車線に扇形ビームＢを照射する構成に
成り、該照射光束Ｌ　Ｌを含む反射光束Ｌ２は、照射光
束Ｌ１に対応する選択透過特性を有する干渉フィルタ１
２を介してＣＣＤカメラ３に入力し、結像する構造に成
る。そして、ＣＣＤカメラ３からの情報出力は、後述す
る制御・処理装置２０の中央制御装置ｃｐｕに出力する
ように構成しである。

上記ＣＣＤカメラ３は、半導体レーザ発生器８のレーザ
光出力を最大効率で利用するため、ＣＣＤの分光特性の
ピーク値付近の波長で発振するＧａ八へＡｓ半導体レー
ザ（発振波長：８３０ｎｍ）を使用した近赤外線を使用
することが好ましい。

第３図は、制御・処理装置２０の一実施例を示すもので
あり、第５図の動作タイミングチャートを参照しながら
説明する。

ＣＰＵは中央制御装置であり、ＣＣＤカメラ３の垂直同
期出力と対応するように制御信号によって半導体レーザ
発生器８及びステップモータ９を制御駆動すると共に、
該ＣＣＤカメラ３に入力したビデオ信号をビデオ信号処
理回路２１を介して入力し、処理結果出力装置２２によ
り交通流計測に使用可能な処理結果を出力する構造に成
っ−ζいる。上記ビデオ信号処理回路２１は、ＣＣＤカ
メラ３によって背景フレーム信号記憶装置２３によって
撮り込まれた背景フレーム信号を減算し、背景除去を実
施する引算器２４と、予め設定したしきい値２６との比
較出力によって雑音を除去し、二値化信号を出力する比
較器２５と、ＣＣＤカメラ３の水平同期出力と発振器２
７の出力によって分周するカウンタ２８の出力と上記二
値化信号によって中央制御装置ＣＰＵに座標データを出
力するラッチ２９によって構成しである。

上記制御・処理装置２０ば、水平同期信号で制御するカ
ウンタ２８により、第３図の車輌ａのパターンに示すよ
うな水平座標が簡単な一次元の波形データに変換される
ため、この−次元の波形データを中央制御装置ＣＰＵに
入力することにより、車輌検出、車種分類及び車輌速度
計算等の処理を行うことができる。

尚、本発明に係るレーザ光切断法に使用するレーザ光は
、扇形ビームＢに拡開せしめられ、被計測路面すに当た
る位置の放射照度は数十ルクスであるため、国際電機標
準会議（ＩＥＣ）の安全基準案で設定された最大許容露
光量（ＭＰＥ）より相当小さくすることができるため、
人眼に対する障害の心配はない。

また、上記実施例の説明において、被計測路面すに対し
て−のレーザビーム発射装置２を配置し、該レーザビー
ム発射装置２を被計測路面すの幅方向Ｗに振ることによ
り複数車線に対応する車輌ａの交通流を計測する方法を
開示しているが、被計測路面すの各車線に対応する複数
のレーザビーム発射装置２を配置して各車線毎に計測し
、又は車線を超えて走行している車輌ａの副側を可能に
するように構成することができることは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明に係るレーザ光切断法による交通流計測方法及び
交通流計測装置は、自然照明を利用して車輌と路面の輝
度差によって車輌を検出する従来の画像処理センサと異
なり、レーザ光によるアクティブな照明を用いた光切断
法によって車輌と路面の高度差を得て車輌の検出をする
ことができるため、従来の画像処理センサが有する問題
を解決することができる。

また、処理系がより簡単であり、空間占有率に基づく実
時間計測が可能であり、更に、本発明のレーザ光切断法
に用いるレーザ光は、放射照度が小さいため、人眼に対
する障害の心配がない等の特徴を有するものであり、本
発明実施後の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーザ光切断法による交通流計測
方法を実施する交通流計測装置の一実施例を示す原理Ｍ
、第２図は第１図における要部正面図、第３図は同装置の制御・処理装置の構成を示すブロック
図、第４図はＣＣＤカメラ結像面上の被計測車輌のパターン
を示す説明図、第５図は駆動タイミングを示す説明図、第６図（ａｌ、
　（ｂ）及び（Ｃ）は制御・処理装置の引算器の駆動を
示す説明図である。１・・・交通流センサ２・・・レーザビーム発射装置３・・・ＣＣＤカメラ４・・・支柱８・・・半導体レーザ発生器０・・・揺動基板２・・・干渉フィルタ ■・・・ビデオ信号処理回路２・・・処理結果出力装置３・・・背景フレーム信号記憶装置４・・・引算器　　　　　　２５・・・比較器７・・・
発振器　　　　　　２８・・・カウンタ９・・・ラッチ
　　　　　ＣＰＵ・・・中央制御装置Ａ・・・反射光束
の像　　　　Ｂ・・・扇形ビームａ・・・車輌　　　　
　　　　ｂ・・・被計測路面５・・・アーム９・・・ステップモータ１１・・：円柱レンズ２０・・・制御・処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザビーム発射装置とＣＣＤカメラを被計測路
面を臨む路面の上方に一定距離離間して設けると共に、
レーザビーム発射装置から車輌が流れる方向に拡開した
平面状の扇形ビームを被計測路面に投射し、この扇形ビ
ームを含む路面及び車輌からの反射光を照射したレーザ
光の帯域幅の透過波長特性を持つ干渉フィルタを介して
上記ＣＣＤカメラに撮り込み、該ＣＣＤカメラのビデオ
信号により、レーザ光を照射した１フレームの信号画像
から同位置でレーザ光を照射しない１フレームの背景画
像を減算処理して計測画像を得ることを特徴とするレー
ザ光切断法による交通流計測方法。
（２）光軸上に特定波長帯域のビームを車輌が流れる方
向に拡開する円柱レンズ等の平面状扇形ビーム形成手段
を設けると共に、該扇形ビームを路面の幅方向に振り変
位する走査駆動手段を構成したレーザビーム発射装置と
、レーザ光の帯域幅の透過波長特性を持つ干渉フィルタを
光軸上に介挿したＣＣＤカメラを被計測路面を臨む路面
の上方に一定距離離間して設け、レーザビーム発射装置
から被計測路面に発射した扇形ビームを含む路面及び車
輌からの反射光をＣＣＤカメラに撮り込むように成る交
通流センサと、上記ＣＣＤカメラからの映像出力からレ
ーザビームを出力しない背景出力を減算除去すると共に
、上記レーザビーム発射装置及びＣＣＤカメラを駆動制
御するように成る制御・処理装置とによって構成したこ
とを特徴とするレーザ光切断法による交通流計測装置。