JP2898356B2 - 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 - Google Patents

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

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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、計測パルス出力が車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
測誤差が生じ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は、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両を検出するもので
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)薄暮時や夜間の無点灯車輌 (d)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が異なるため、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b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は、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L1と受光側の光束L2が被計測範囲の路面b
各位置に対して有角度θを持つことが必須条件である。
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b
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b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b又
は該路面b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hb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
P参照)であり、路面b上に車輌aがある場合は、該扇
形ビームBが車輌aによて「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b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の上にある部分と
路面bにある部分は、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b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ができる。
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 (c)車速を計測することができる 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b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てある。
(2)CCDカメラ3の感度 半導体レーザー発生器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:830nm)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・τ・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,K=680〔1m/
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(n×nCCD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=1W,τ=0.8,ρ=0.3,L=50m,n=5
12として式(1)に代入すると、 E=16.7〔Lux〕 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
度が1〜10Lux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。
(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、105Lux(夏,
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〕 (2) 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〔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。
(b)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図のステッ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a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
b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
(l=2〜5m)を持って離間し、それぞれ被計測路面b
の方向に向くように支持され、発光側の光束L1と受光側
の光束L2が被計測範囲の路面b各位置に対して有角度θ
(被計測路面b位置によって異なる)を持つように配置
してある。該CCDカメラ3は、二点鎖線で示す被計測路
面b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L1上に円柱レンズ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b上の車輌aが流れ
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b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L1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12を介してCC
D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てある。
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GaAlAs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CC
Dカメラ3に入力したビデオ信号をビデオ信号処理回路2
1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ている。
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によって振り込まれた背景フ
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、二値価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27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CP
Uに座標データを出力するラッチ29によって構成してあ
る。
上記制御・処理装置20は、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、この一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b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bに対
して一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b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b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の計測を可能
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
図、 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(a),(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、5…アーム 8…半導体レーザ発生器、9…ステップモータ 10…揺動基板、11…円柱レンズ 12…干渉フィルタ、20…制御・処理装置 21…ビデオ信号処理回路 22…処理結果出力装置 23…背景フレーム信号記憶装置 24…引算器、25…比較器 27…発振器、28…カウンタ 29…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
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−41251(JP,A) 特開 昭53−146618(JP,A) 特開 平2−68098(JP,A) 実開 昭62−40661(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G08G 1/00 - 1/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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。
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