JP2018159642A - 移動体撮像装置および移動体 - Google Patents
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Abstract
Description
車両にカメラを搭載してトンネルの壁面を撮像する場合、一般的には、車両と壁面との距離が一定に保たれるように車両を走行させる。カメラのフォーカスを正確にひび割れに合わせるためである。
細かいひび割れに正確にフォーカスを合わせる場合、被写界深度が浅くなるため、強い光を発する光源を用いる必要がある。
特許文献1において、複数のカメラは、車両の長さ方向に沿って一列に並べられている。
特許文献2において、複数のカメラは、複数の回転体に取り付けられている。
しかし、壁面が映った画像には特徴量がほとんどないため、画像の周波数特性を利用したオートフォーカスは、トンネル点検においては適切ではない。
また、赤外線または超音波による距離測定は精度が悪いため、赤外線または超音波による距離測定を利用したオートフォーカスも、トンネル点検においては適切ではない。
また、車両がトンネルに進入したときにカメラを手動でオンにして車両がトンネルを通過したときにカメラを手動でオフにする場合、操作ミスによって、トンネル内の必要な画像が取得されない可能性がある。
前記移動体の移動中に撮像を行うカメラと、
前記移動体の移動中に前記移動体の周囲の侵入検知領域への物体の侵入を検知するレーザスキャナと、
前記移動体の移動中に前記カメラの撮像範囲に対して投光し、前記侵入検知領域への物体の侵入が検知された場合に減光する光源とを備える。
移動体に搭載された装置によって移動体の周囲を撮像する形態について、図1から図12に基づいて説明する。
図1から図3に基づいて、移動体101および移動体撮像装置100の構成を説明する。
移動体101は、移動体撮像装置100を備える。
移動体撮像装置100は、移動体101に搭載される撮像装置である。
撮像装置は、撮像を行う装置である。
撮像は、被写体を撮影して被写体が映った画像を得ることである。
具体的には、移動体101は車両であり、被写体はトンネルの中の壁面である。
移動体撮像装置100は、撮像ユニット110とレーザスキャナ120とを備える。
撮像ユニット110およびレーザスキャナ120は、移動体101の側部に配置される。
撮像ユニット110は、移動体101の進行方向102においてレーザスキャナ120よりも後方に配置される。
レーザスキャナ120は、移動体101の進行方向102において撮像ユニット110よりも前方に配置される。なお、レーザスキャナ120は、移動体101のなるべく前の部分において、移動体101の上方をスキャンできるように配置される。
撮像ユニット110は、カメラ111と光源112との組を複数備える。具体的には、撮像ユニット110は、カメラ111と2つの光源112との組を9組備えている。
9台のカメラ111は、移動体101の進行方向102に一列に並べられている。
それぞれのカメラ111の上下には光源112が配置されている。具体的な光源112はレーザ光源である。
移動体撮像装置100は、撮像ユニット110とレーザスキャナ120との組を2組備える。
撮像ユニット110およびレーザスキャナ120は、移動体101の左右に設けられる。
制御装置130は、撮像ユニット110とレーザスキャナ120とを制御するコンピュータである。
制御装置130は、信号線を介して撮像ユニット110とレーザスキャナ120とに接続されている。
具体的には、レーザスキャナ120は複数の光源112に対応する複数のポートを備え、複数のポートは複数の信号線(図示省略)を介して複数の光源112に接続されている。第nのポートは信号線を介して第nの光源112に接続されている。nは整数である。
撮像範囲全体210は、撮像ユニット110に備わる複数のカメラ111によって撮像される範囲の全体である。移動体101の正面から見ると、撮像範囲全体210は扇形を成している。
撮像範囲全体210は、複数のカメラ111に対応する複数の撮像範囲211から成る。図中のそれぞれの三角形が撮像範囲211である。
撮像範囲211は、1台のカメラ111によって撮像される範囲である。
投光範囲212は、2台1組の光源112によって投光される範囲である。
カメラ111と光源112との組において、撮像範囲211と投光範囲212とは互いに対応する。
複数のカメラ111は、移動体101の進行方向102を軸とする回転方向103において互いに異なる方向を撮像する。
複数組の光源112は、移動体101の進行方向102を軸とする回転方向103において互いに異なる方向に投光する。それぞれの光源112は、対応するカメラ111が撮像する方向に投光する。
レーザスキャナ120は、移動体101の進行方向102を軸とする回転方向103において各方向をレーザ光によってスキャンする。
スキャン範囲220は、レーザスキャナ120によってスキャンされる範囲である。具体的には、移動体101の進行方向102を軸とする回転方向103における各方向を含む平面である。
スキャンは、距離方位測定および物体検知である。スキャン範囲220の全体に対する1回のスキャンを1スキャンという。例えば、レーザスキャナ120は1秒間に100スキャンを行う。
距離方位測定は、レーザ光を各方向に照射して反射地点毎に距離方位を測定することである。反射地点はレーザ光を反射した地点である。距離方位は、レーザスキャナ120から反射地点までの距離、および、レーザスキャナ120から反射地点への方位である。
物体検知は、スキャン範囲220に位置する物体を検知することである。物体検知は、距離方位測定によって得られた距離方位に基づいて行われる。
移動体撮像装置100は、オートフォーカス機能、侵入検知機能およびトンネル検知機能を有する。
オートフォーカス機能は、カメラ111のフォーカスを自動で調整する機能である。
オートフォーカス機能は、移動体101がトンネルに進入する前はオフの状態であり、移動体101がトンネルに進入したときにオンの状態になる。
カメラ111には適当なフォーカスが予め設定されている。適当なフォーカスは、例えば、トンネルの中を事前に走行することよって推定される。
カメラ111のフォーカスは、オートフォーカス機能によって適宜に調整される。例えば、フォーカス範囲は1メートルから6メートルである。
スキャン範囲220は、複数のカメラ111に対応する複数のカメラ領域221に分割される。
カメラ領域221は、カメラ111の撮像範囲211に対応する領域である。
第5のカメラ領域(221−5)は、第5のカメラ(111−5)の撮像範囲211に対応している。
カメラ領域データは、複数のカメラ領域221を特定するデータである。具体的には、カメラ領域データは、カメラ領域221毎に角度範囲を示す。
レーザスキャナ120とカメラ111とは互いに異なる位置にあるので、カメラ領域221の角度範囲を正確に決めることは難しい。そのため、カメラ領域221は撮像範囲211よりも広めにするとよい。
制御装置130は、レーザスキャナ120から出力される1スキャンの距離方位を受け付け、カメラ領域221毎に以下の処理を行う。
まず、制御装置130は、1スキャンの距離方位から、カメラ領域221における距離を抽出する。カメラ領域221における距離は、カメラ領域221に含まれる方位に対応付けられた距離である。
次に、制御装置130は、カメラ領域221における代表距離を決定する。
次に、制御装置130は、カメラ領域221における代表距離に基づいて、カメラ領域221に対応するカメラ111のフォーカス距離を決定する。
そして、制御装置130は、決定されたフォーカス距離をカメラ111に設定する。
(1)制御装置130は、カメラ領域221における距離から、距離の長い順における上位Nパーセントの距離を抽出する。そして、制御装置130は、上位Nパーセントの距離の平均を算出する。算出される平均が代表距離である。Nパーセントは予め設定される値である。
トンネルの中で撮像したいのは壁面である。トンネルでは照明および電線が壁面の手前に出ていることがある。そのため、カメラ領域全体の距離の平均が代表距離として用いられた場合、照明などの出っ張りの分、壁面よりも手前にフォーカスが合ってしまう可能性がある。そこで、制御装置130は、カメラ領域221における上位Nパーセントの距離の平均を代表距離として算出する。
例えば、照明などの出っ張りが全体の30パーセントと見込まれる場合、制御装置130は、上位70パーセントの距離の平均を代表距離として算出する。
(2)制御装置130は、カメラ領域221における距離から、最も長い距離を選択する。選択される距離が代表距離である。
通常、トンネルの中で壁面がへこんでいることはない。そこで、照明などの出っ張りを避けるため、制御装置130は最も長い距離を代表距離として選択する。
(3)制御装置130は、カメラ領域221における距離の平均を算出する。算出される平均が代表距離である。
照明などの出っ張りが無いまたは少ない場合、カメラ領域全体の距離の平均を代表距離として用いてフォーカスを壁面に合わせることが可能である。そこで、制御装置130は、カメラ領域221における距離の平均を代表距離として算出する。
フォーカス距離テーブルが制御装置130のメモリに予め記憶される。フォーカス距離テーブルは、距離範囲とフォーカス距離とが互いに対応付けられたテーブルである。
制御装置130は、代表距離を含む距離範囲に対応するフォーカス距離をフォーカス距離テーブルから選択する。
フォーカス距離は、代表距離に固定距離を足して得られる距離に相当する。固定距離は、レーザスキャナ120とカメラ111との位置関係に基づいて決められる距離である。
しかし、トンネル201の中に退避エリア、消火栓ボックスまたは歩道の手すりなどの障害物があった場合、移動体101がトンネル201の壁面に対して平行に走ることができず、レーザスキャナ120からトンネル201の壁面までの距離が急激に変化してしまう可能性がある。
(A)代表距離が変化した後、変化後の代表距離が保留時間以上維持された場合に、制御装置130はフォーカス距離を変更する。つまり、代表距離が変化してから保留時間が経過するまで、制御装置130はフォーカス距離を変更しない。したがって、代表距離が変化した後、保留時間が経過する前に代表距離が元に戻った場合、フォーカス距離は変更されない。
例えば、保留時間は1秒である。移動体101が時速30キロメートルで走行する場合、2メートルを走行するのに要する時間は0.24秒である。したがって、保留時間が1秒であれば、2メートル程度の長さを有する障害物を迂回して移動体101が走行しても、フォーカス距離は変更されない。
(B)制御装置130は、対象のカメラ領域221と対象のカメラ領域221に隣接するカメラ領域221とを含む複数のカメラ領域221における代表距離を、対象のカメラ領域221における代表距離として算出する。
例えば、制御装置130は、第5カメラ領域における代表距離として、第4カメラ領域から第6カメラ領域までの領域における代表距離を算出する。
これにより、代表距離の精度が向上し、代表距離が極端に違う距離に変化しない。そのため、フォーカス距離は極端に違う距離に変更されない。
(C)制御装置130は、前回の代表距離と今回の代表距離との差分を算出し、差分を上限値と比較する。差分が上限値以下である場合、制御装置130は、今回の代表距離に基づいてフォーカス距離を決定する。しかし、差分が上限値より大きい場合、制御装置130は、前回の代表距離に上限値を足して得られる距離に基づいてフォーカス距離を決定する。
これにより、フォーカス距離の1回当たりの変化が上限値以下に制限される。したがって、フォーカス距離は急激に変化しない。
侵入検知機能は、侵入検知領域への物体の侵入を検知する機能である。
侵入検知領域は、侵入検知の対象として決められた領域である。
スキャン範囲220には、複数の侵入検知領域222が含まれる。
複数の侵入検知領域222は、移動体101の周囲の領域であり、移動体101の進行方向102を軸とする回転方向103において互いに異なる方向に位置する。
具体的には、それぞれのレーザスキャナ120のスキャン範囲220は、2つの侵入検知領域222に分割される。
侵入検知領域データは、侵入検知領域222を特定するデータである。具体的には、侵入検知領域データは、侵入検知領域222毎に角度範囲と距離範囲とを含む。
レーザスキャナ120は、侵入検知領域222毎に以下の処理を行う。
まず、レーザスキャナ120は、侵入検知領域データから、侵入検知領域222の角度範囲と侵入検知領域222の距離範囲とを取得する。
次にレーザスキャナ120は、スキャン範囲220における距離方位から侵入検知領域222の角度範囲に含まれる方位に対応付けられた距離を抽出する。抽出される距離を侵入検知領域222における距離という。
次に、レーザスキャナ120は、侵入検知領域222における距離を侵入検知領域222の距離範囲と比較する。
侵入検知領域222における少なくともいずれかの距離が侵入検知領域222の距離範囲に含まれる場合、レーザスキャナ120は、侵入検知領域222に物体が侵入していると判定する。
侵入検知領域222は、図7に示すように扇形の領域であってもよいし、図8に示すように多角形の領域であってもよい。
例えば、スキャン範囲220は7つの領域に分割される。
(1)第1の侵入検知領域(222−1)は左側の3つの領域である。
(2)第2の侵入検知領域(222−2)は中央の3つの領域である。
(3)第3の侵入検知領域(222−3)は右側の3つの領域である。
第1の侵入検知領域(222−1)の右の領域は、第2の侵入検知領域(222−2)の左の領域と重なっている。
第2の侵入検知領域(222−2)の右の領域は、第3の侵入検知領域(222−3)の左の領域と重なっている。
トンネル検知機能は、移動体101がトンネルの中にいるか判定するための機能である。
レーザスキャナ120は周囲の形状を取得できる。トンネルの外と中では周囲の形状が異なる。特に、トンネルの外と中では上方が多く異なる。移動体撮像装置100は、これを利用して、移動体101がトンネル中にいるか判定する。
トンネル検知機能は、撮像ユニット110の自動稼働および撮像ユニット110の自動停止に利用される。
移動体101がトンネル201の中にいる場合、レーザスキャナ120によって測定される距離は、トンネル検知領域223において第1距離閾値より短い。例えば、第1距離閾値は20メートルである。
トンネル検知領域223は、スキャン範囲220のうちの上方である。例えば、スキャン範囲220のうちの上方の60度の範囲がトンネル検知領域223である。
移動体101がトンネル201の外にいる場合、レーザスキャナ120によってトンネル検知領域223の少なくとも一部において距離が測定されない。
まず、制御装置130は、レーザスキャナ120から出力される1スキャンの距離方位を受け付ける。
次に、制御装置130は、1スキャンの距離方位から、トンネル検知領域223に含まれる方位に対応付けられた距離を抽出する。抽出される距離をトンネル検知領域223における距離という。
次に、制御装置130は、トンネル検知領域223における距離の平均を算出する。算出される距離をトンネル検知領域223における平均距離という。
次に、制御装置130は、トンネル検知領域223における平均距離を第1距離閾値と比較する。
トンネル検知領域223における平均距離が第1距離閾値以下の場合、制御装置130は、移動体101がトンネル201の中にいると判定する。
トンネル検知領域223における平均距離が第1距離閾値より長い場合、制御装置130は、移動体101がトンネル201の外にいると判定する。
移動体101がトンネル201の中にいる場合、レーザスキャナ120によって測定される距離は、上下左右の全ての方向において第2距離閾値より短い。例えば、第2距離閾値は30メートルである。
移動体101がトンネル201の外にいる場合、レーザスキャナ120によって上下左右の少なくとも一部において距離が測定されない
まず、制御装置130は、レーザスキャナ120から出力される1スキャンの距離方位を受け付ける。
次に、制御装置130は、1スキャンの距離方位から距離を抽出する。抽出される距離をトンネル検知領域223における距離という。
次に、制御装置130は、トンネル検知領域223における距離の平均を算出する。算出される距離をトンネル検知領域223における平均距離という。
次に、制御装置130は条件(A)と条件(B)との両方が満たされるか判定する。
条件(A)は、全ての方位に対する距離が受け付けられたという条件である。
条件(B)は、トンネル検知領域223における平均距離が第2距離閾値以下であるという条件である。
条件(A)と条件(B)との両方が満たされる場合、制御装置130は、移動体101がトンネル201の中にいると判定する。
条件(A)と条件(B)との少なくとも一方が満たされない場合、制御装置130は、移動体101がトンネル201の外にいると判定する。
移動体撮像装置100の動作は移動体撮像方法に相当する。
移動体撮像方法では、トンネル検知機能、オートフォーカス機能および侵入検知機能が利用される。
移動体101は移動中である。具体的には、移動体101である車両は、点検対象のトンネル201に向けて走行している。
トンネル検知機能によって移動体101がトンネル201の中にいると判定された場合に、レーザスキャナ120は、移動体101がトンネル201に進入したと判定する。
移動体101がトンネル201に進入した場合、処理はステップS112に進む。
具体的には、制御装置130は撮像ユニット110に対して起動信号を出力する。出力された起動信号は撮像ユニット110に入力される。起動信号が撮像ユニット110に入力された場合、撮像ユニット110が起動する。つまり、カメラ111および光源112が起動する。
起動したカメラ111は稼働する。つまり、カメラ111は繰り返し撮像を行う。
起動した光源112は稼働する。つまり、光源112は投光を行う。
物体の侵入が検知された侵入検知領域222が有る場合、処理はステップS132に進む。
物体の侵入が検知された侵入検知領域222が無い場合、処理はステップS141に進む。
レーザスキャナ120には、侵入検知領域データが設定されている。侵入検知領域データは、侵入検知領域222毎にポート番号を含む。
まず、レーザスキャナ120は、侵入検知領域データから、侵入検知領域222のポート番号を取得する。
そして、レーザスキャナ120は、侵入検知領域222のポート番号で識別されるポートから減光信号を出力する。
出力された減光信号は侵入検知領域222に対応する光源112に入力される。
減光信号が光源112に入力された場合、光源112は減光する。例えば、光源112は消灯する。
トンネル検知機能によって移動体101がトンネル201の外にいると判定された場合に、レーザスキャナ120は、移動体101がトンネル201を通過したと判定する。
移動体101がトンネル201を通過した場合、処理はステップS142に進む。
移動体101がトンネル201を通過していない場合、処理はステップS120に進む。
具体的には、制御装置130は撮像ユニット110に対して停止信号を出力する。出力された停止信号は撮像ユニット110に入力される。停止信号が撮像ユニット110に入力された場合、撮像ユニット110が停止する。つまり、カメラ111および光源112が停止する。カメラ111は撮像を停止し、光源112は消灯する。
レーザスキャナ120は撮像ユニット110よりも前方に配置されているため、トンネル201の通過が検知されたときには、レーザスキャナ120はトンネル201の外に位置するが撮像ユニット110はまだトンネル201の中に位置するからである。
移動体撮像装置100は、移動体101とトンネル201の壁面との距離が変化しても、オートフォーカス機能によって常に良好な画像を取得できる。
侵入検知領域222への物体の侵入が検知された場合、光源112は減光する。これにより、侵入検知領域222に人が侵入しても、光源112からの投光による人体(特に目)への影響を防ぐことができる。
例えば、レーザスキャナ120から光源112までの距離が3メートルであるものとする。また、移動体101が時速40キロメートルで走行するものとする。この場合、レーザスキャナ120によって人が検知されてから、人が検知された地点に光源112が到達するまで、0.27秒の到達時間を要する。レーザスキャナ120が1秒間に100スキャンを行う場合、検知間隔は0.01秒である。つまり、検知間隔は到達時間に比べて十分に短い。そのため、レーザスキャナ120は到達時間が経過する前に光源112を減光させることができる。これは、ソフトウェアを介在せずに、レーザスキャナ120から光源112に対して直接、減光信号が出力されているためである。
複数のカメラ111は、移動体101の進行方向102に並べずに、移動体101の高さ方向に並べてもよい。つまり、複数のカメラ111は、横一列ではなくて縦一列に並べてよい。
それぞれのカメラ111は、特許文献2に記載のように、回転式のカメラであってもよい。
移動体撮像装置100は、1つのカメラ111に対して2つの光源112を備えずに、1つのカメラ111に対して1つの光源112を備えてもよい。つまり、カメラ111の上下一方だけに光源112が配置されてもよい。また、移動体撮像装置100は、1つのカメラ111に対して3つ以上の光源112を備えてもよい。
実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本発明の技術的範囲を制限することを意図するものではない。実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。フローチャート等を用いて説明した手順は、適宜に変更してもよい。
Claims (13)
- 移動体に搭載される移動体撮像装置であって、
前記移動体の移動中に撮像を行うカメラと、
前記移動体の移動中に前記移動体の周囲の侵入検知領域への物体の侵入を検知するレーザスキャナと、
前記移動体の移動中に前記カメラの撮像範囲に対して投光し、前記侵入検知領域への物体の侵入が検知された場合に減光する光源と
を備える移動体撮像装置。 - 前記移動体撮像装置は、前記光源を含む複数の光源を備え、
前記複数の光源は、前記移動体の進行方向を軸とする回転方向において互いに異なる方向に投光し、
前記レーザスキャナは、前記回転方向において互いに異なる方向に位置する複数の侵入検知領域に対して侵入検知領域毎に物体の侵入を検知し、物体の侵入が検知された侵入検知領域に対応する光源を減光させる
請求項1に記載の移動体撮像装置。 - 前記移動体撮像装置、前記カメラを含む複数のカメラを備え、
前記複数のカメラは、前記回転方向において互いに異なる方向を撮像し、
それぞれの光源は、対応するカメラが撮像する方向に投光する
請求項2に記載の移動体撮像装置。 - 前記レーザスキャナは、前記移動体の進行方向において前記光源よりも前方に配置されることによって、前記移動体の進行方向において前記光源が前記侵入検知領域に到達する前に前記侵入検知領域への物体の侵入を検知する
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の移動体撮像装置。 - 前記移動体撮像装置は、前記カメラと前記光源とを制御する制御装置を備え、
前記レーザスキャナは、前記移動体の進行方向を軸とする回転方向において各方向の反射地点までの距離を測定し、
前記制御装置は、各方向の反射地点までの距離に基づいて前記移動体がトンネルに進入したか判定し、前記移動体がトンネルに進入したときに前記カメラと前記光源とを起動する
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の移動体撮像装置。 - 前記制御装置は、各方向の反射地点までの距離に基づいて前記移動体がトンネルを通過したか判定し、前記移動体がトンネルを通過したときに前記カメラと前記光源とを停止する
請求項5に記載の移動体撮像装置。 - 前記移動体撮像装置は、前記カメラを制御する制御装置を備え、
前記レーザスキャナは、前記移動体の進行方向を軸とする回転方向において各方向の反射地点までの距離を測定し、
前記制御装置は、各方向の反射地点までの距離から前記撮像範囲に対応する領域であるカメラ領域における距離を抽出し、前記カメラ領域における代表距離を決定し、前記カメラ領域における代表距離に基づいて前記カメラのフォーカスを調整する
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の移動体撮像装置。 - 前記制御装置は、各方向の反射地点までの距離に基づいて前記移動体がトンネルに進入したか判定し、前記移動体がトンネルに進入したときに前記カメラと前記光源とを起動する
請求項7に記載の移動体撮像装置。 - 前記制御装置は、各方向の反射地点までの距離に基づいて前記移動体がトンネルを通過したか判定し、前記移動体がトンネルを通過したときに前記カメラと前記光源とを停止する
請求項8に記載の移動体撮像装置。 - 移動体に搭載される移動体撮像装置であって、
カメラと、
光源と、
前記移動体の移動中に前記移動体の進行方向を軸とする回転方向において各方向の反射地点までの距離を測定するレーザスキャナと、
各方向の反射地点までの距離に基づいて前記移動体がトンネルに進入したか判定し、前記移動体がトンネルに進入したときに前記カメラと前記光源とを起動する制御装置と
を備える移動体撮像装置。 - 前記制御装置は、各方向の反射地点までの距離に基づいて前記移動体がトンネルを通過したか判定し、前記移動体がトンネルを通過したときに前記カメラと前記光源とを停止する
請求項10に記載の移動体撮像装置。 - 移動体に搭載される移動体撮像装置であって、
前記移動体の移動中に撮像を行うカメラと、
前記移動体の移動中に前記移動体の進行方向を軸とする回転方向において各方向の反射地点までの距離を測定するレーザスキャナと、
各方向の反射地点までの距離から前記カメラの撮像範囲に対応する領域であるカメラ領域における距離を抽出し、前記カメラ領域における代表距離を決定し、前記カメラ領域における代表距離に基づいて前記カメラのフォーカスを調整する制御装置と
を備える移動体撮像装置。 - 請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の移動体撮像装置が搭載された移動体。
Priority Applications (1)
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