JP5337905B2 - 速度計測システム、速度計測方法及びプログラム - Google Patents

速度計測システム、速度計測方法及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、速度計測システム、速度計測方法及びプログラムに関する。
移動体の速度を計測する装置として、複数のカメラで撮像した画像を元に、移動体の３次元座標を取得し、３次元座標の時間変化から移動体の速度を取得する装置が知られている（例えば、特許文献１乃至３）。
特許文献１に記載の速度計測装置は、道路上を走行する車両の速度を計測する装置であり、道路に垂直に立てられたＦ字形状の支柱に上下に取り付けられた２つのカメラにより、道路上方から斜め下方に向かって道路上を走行する車両を撮像する。それぞれのカメラで撮像した画像内で車両の同じ物点を示す特徴点同士を対応付けて物点の３次元座標を算出し、その３次元座標の時間変化より物点の移動速度を計測する。
特許文献２に記載の対象物検出装置は、道路上を移動する歩行者や自転車等の位置や速度等の運動情報を検出する装置であり、道路に垂直に立てられたＴ字上の柱に取り付けられた２つのカメラにより、道路上方から斜め下方に向かって道路上に存在する対象物を撮像する。撮像した画像に基づく対象物検出結果を統合して検出された対象物を追跡し、対象物の位置や速度を検出する。
特許文献３に記載の打球診断装置は、叩打力によって飛翔する球の速度や打球軌跡などを計測する装置であり、レーザ光を照射しているところを打球具が通過することにより、打撃スピードを検出し、打撃スピードに対応するタイミングでストロボ発光と２つのカメラで撮像を行う。２つのカメラは、球の進行方向に対して平行に配列し側方から撮像し、撮像画像に基づく球の速度、回転から打球軌跡を計測する。
特許３６２９９３５号公報 特開２００９−１９８４４５号公報 特開２００３−１１７０４４号公報
ステレオカメラの撮像画像に基づく３次元座標の誤差は、カメラから対象物までの距離に比例し、２台のカメラ間の距離（基線長）に反比例する。カメラ設置場所の制約から基線長を長く取れない場合には、カメラから離隔した対象物の３次元座標の計測は、誤差が大きくなってしまう。
特許文献１、２に記載された装置は、道路の上方から斜め下方に道路上の移動体を撮像するため、カメラを設置する支柱から遠方にある移動体の物点の３次元座標は誤差が大きくなってしまい、速度を正確に測定できない。
このような場合、計測誤差の削減を図るため、特許文献１では、略同じ速度の特徴点毎にグループ分けして、グループ全体としての速度を求めるとしている。また、特許文献２では、対象物の地面からの高さを検出し、その検出結果に基づいて、画像処理する処理領域を変えて速度を求めている。しかし、この誤差削減のための処理は複雑であり、複数の移動体を同時に計測する場合等は、計測結果出力までに時間がかかってしまう。また、移動体の撮像画像は、移動体の移動により大きさが変化するため対応する物点の特定が困難であり誤測定の要因となる。
更に、夜間の計測のために赤外線カメラを用いる場合、カメラから遠方には十分に赤外光が照射されず、誤差増大の原因となり得る。
一方、特許文献３に記載された装置は、球を側方から撮像する装置であるが、レーザ光を打球具が遮ることにより撮像のタイミングを図る手法を採っているため、道路のように複数の車両が継続して移動する場合には適応していない。また、レーザ照射装置、光検出器なども必要になり構成が複雑である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な処理で道路を走行する車両の速度を精度良く計測する速度計測システム等を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る速度計測システムは、
車両の進行方向に対して略垂直の視線方向で、互いに同時に撮像して、予め定めた時間間隔の連続フレーム画像を撮像時刻に対応付けて取得する複数の撮像手段と、
前記複数の撮像手段のうち１の撮像手段が撮像した前記連続フレーム画像から、前記車両を示すフレーム画像を基準フレーム画像として選択し、前記基準フレーム画像中の前記車両の画像と同じ画像をテンプレートとして生成するテンプレート生成手段と、
前記基準フレーム画像の前又は後の前後フレーム画像、並びに、他の撮像手段で、前記基準フレーム画像及び前記前後フレーム画像と同時に撮像したフレーム画像において、前記テンプレートを用いたテンプレートマッチングを行うことにより、前記テンプレートに略一致するテンプレート一致領域を特定するテンプレート一致領域特定手段と、
前記テンプレート及び前記テンプレート一致領域から互いに対応する基準点を決定し、前記複数の撮像手段で同時に撮像したフレーム画像における前記基準点の位置に基づいて、各撮像時刻における前記基準点の３次元座標を取得する３次元座標取得手段と、
前記３次元座標取得手段で取得した前記基準点の３次元座標を少なくとも２つの異なる前記撮像時刻について取得した値と、前記３次元座標を取得するのに使用したフレーム画像の前記撮像時刻の時間差とに基づいて、前記車両の速度を算出する速度算出手段と、を有し、
前記３次元座標取得手段は、前記基準フレーム画像と、複数の前記前後フレーム画像と、他の撮像手段で、前記基準フレーム画像及び前記前後フレーム画像と同時に撮像したフレーム画像と、に基づいて、４以上の撮像時刻について３次元座標を取得し、
前記速度算出手段は、前記車両が等加速度運動をしていると仮定した２次方程式に、４以上の撮像時刻について３次元座標をフィッティングすることにより、各３次元座標における速度のうち最も低い速度を、計測時間内最低速度として出力する、
ことを特徴とする。
前記テンプレート生成手段は、前記複数の撮像手段のうち１の撮像手段が撮像した前記連続フレーム画像から、フレーム画像の略中央に前記撮像手段の視線方向に対して略垂直の前記車両の略平面を示すフレーム画像を前記基準フレーム画像として選択し、前記基準フレーム画像中の前記車両の前記略平面の画像と同じ画像を前記テンプレートとして生成するようにしてもよい。
前記複数の撮像手段のうち１の撮像手段が撮像したフレーム画像の画素値が予め定めた変化量を超えて変化した時の変化量の最大値に対し、所定の割合以上の変化量を有する時間帯のフレーム画像を計測対象画像として取得する計測対象画像取得手段をさらに有し、
前記テンプレート生成手段は、前記計測対象画像取得手段で取得した前記計測対象画像の中から、前記基準フレーム画像を選択するようにしてもよい。
ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波信号を受信するＧＰＳ受信アンテナと、
前記基準フレーム画像と前記前後フレーム画像を撮像したときの前記撮像時刻と、前記撮像手段の現在位置と、を前記ＧＰＳ受信アンテナから受信した電波信号に基づいて取得し、各フレーム画像と、当該フレーム画像に対応付けて前記撮像時刻と前記現在位置を含む情報と、を記憶する記憶手段と、
をさらに有し、
前記撮像手段は、前記撮像時刻を前記記憶手段から取得するようにしてもよい。
前記複数の撮像手段は、前記車両が進行する道路の延在方向に略垂直かつ略水平方向である方向を視線方向とし、前記車両を側方から撮像するようにしてもよい。
前記複数の撮像手段は、前記車両が進行する道路の延在方向に略垂直かつ略鉛直方向下向きを視線方向とし、車両を上方から撮像するようにしてもよい。
前記基準点は、前記テンプレート及び前記テンプレート一致領域の重心であってもよい。
前記複数の撮像手段が前記視線方向に略平行の方向に赤外光を照射する赤外光照射手段を更に有し、
前記撮像手段は、赤外線撮像が可能なカメラであってもよい。
前記複数の撮像手段が撮像する領域と重複する領域をカラー撮像するカラー撮像装置と、
前記カラー撮像装置が撮像したカラー画像のうち、前記基準フレーム画像と前記前後フレーム画像を前記撮像手段が撮像した時刻と同時刻を含む時間に連続撮像したカラー画像を前記速度算出手段が算出する前記車両の速度と対応付けて記憶するカラー画像記憶手段と、
を更に有してもよい。
前記計測対象画像取得手段が前記計測対象画像を取得したことを検出した後に、前記車両の通過する方向を所定時間カラー撮像するカラー撮像装置と、
前記カラー撮像装置が撮像したカラー画像を前記速度算出手段が算出する前記車両の速度と対応付けて記憶するカラー画像記憶手段と、
を更に有してもよい。
また、本発明の第２の観点に係る速度計測方法は、
車両の進行方向に対して略垂直の視線方向で、互いに同時に撮像して、予め定めた時間間隔の連続フレーム画像を撮像時刻に対応付けて取得する複数の撮像手段で撮像する撮像ステップと、
前記複数の撮像手段のうち１の撮像手段が撮像した前記連続フレーム画像から、前記車両を示すフレーム画像を基準フレーム画像として選択し、前記基準フレーム画像中の前記車両の画像と同じ画像をテンプレートとして生成するテンプレート生成ステップと、
前記基準フレーム画像の前又は後の前後フレーム画像、並びに、他の撮像手段で、前記基準フレーム画像及び前記前後フレーム画像と同時に撮像したフレーム画像において、前記テンプレートを用いたテンプレートマッチングを行うことにより、前記テンプレートに略一致するテンプレート一致領域を特定するテンプレート一致領域特定ステップと、
前記テンプレート及び前記テンプレート一致領域から互いに対応する基準点を決定し、前記複数の撮像手段で同時に撮像したフレーム画像における前記基準点の位置に基づいて、各撮像時刻における前記基準点の３次元座標を取得する３次元座標取得ステップと、
前記３次元座標取得ステップで取得した前記基準点の３次元座標を少なくとも２つの異なる前記撮像時刻について取得した値と、前記３次元座標を取得するのに使用したフレーム画像の前記撮像時刻の時間差とに基づいて、前記車両の速度を算出する速度算出ステップと、を有し、
前記３次元座標取得ステップは、前記基準フレーム画像と、複数の前記前後フレーム画像と、他の撮像手段で、前記基準フレーム画像及び前記前後フレーム画像と同時に撮像したフレーム画像と、に基づいて、４以上の撮像時刻について３次元座標を取得し、
前記速度算出ステップは、前記車両が等加速度運動をしていると仮定した２次方程式に、４以上の撮像時刻について３次元座標をフィッティングすることにより、各３次元座標における速度のうち最も低い速度を、計測時間内最低速度として出力する、
ことを特徴とする。
また、本発明の第３の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
車両の進行方向に対して略垂直の視線方向で、互いに同時に撮像して、予め定めた時間間隔の連続フレーム画像を撮像時刻に対応付けて取得する複数の撮像手段に撮像させる撮像手順と、
前記複数の撮像手段のうち１の撮像手段が撮像した前記連続フレーム画像から、前記車両を示すフレーム画像を基準フレーム画像として選択し、前記基準フレーム画像中の前記車両の画像と同じ画像をテンプレートとして生成するテンプレート生成手順と、
前記基準フレーム画像の前又は後の前後フレーム画像、並びに、他の撮像手段で、前記基準フレーム画像及び前記前後フレーム画像と同時に撮像したフレーム画像において、前記テンプレートを用いたテンプレートマッチングを行うことにより、前記テンプレートに略一致するテンプレート一致領域を特定するテンプレート一致領域特定手順と、
前記テンプレート及び前記テンプレート一致領域から互いに対応する基準点を決定し、前記複数の撮像手段で同時に撮像したフレーム画像における前記基準点の位置に基づいて、各撮像時刻における前記基準点の３次元座標を取得する３次元座標取得手順と、
前記３次元座標取得手順で取得した前記基準点の３次元座標を少なくとも２つの異なる前記撮像時刻について取得した値と、前記３次元座標を取得するのに使用したフレーム画像の前記撮像時刻の時間差とに基づいて、前記車両の速度を算出する速度算出手順と、を実行させるためのプログラムであって、
前記３次元座標取得手順は、前記基準フレーム画像と、複数の前記前後フレーム画像と、他の撮像手段で、前記基準フレーム画像及び前記前後フレーム画像と同時に撮像したフレーム画像と、に基づいて、４以上の撮像時刻について３次元座標を取得し、
前記速度算出手順は、前記車両が等加速度運動をしていると仮定した２次方程式に、４以上の撮像時刻について３次元座標をフィッティングすることにより、各３次元座標における速度のうち最も低い速度を、計測時間内最低速度として出力する、
ことを特徴とする。
本発明によれば、簡易な処理で道路を走行する車両の速度を精度良く計測することができる。
実施の形態１に係る速度計測システムの構成を示す図である。 速度計測システムを構成するカメラとコンピュータの内部構成を示すブロック図である。 コンピュータが実現する機能を説明するための機能ブロック図である。 対象画像選択処理を説明するための図である。 テンプレート生成処理を説明するための図である。 テンプレートマッチング生成処理を説明するための図である。 実施の形態１に係る速度計測処理を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る速度計測システムの構成を示す図である。 実施の形態３に係る速度計測処理を示すフローチャートである。 実施の形態４の速度計測システムの構成を示す図である。 実施の形態５のコンピュータが実現する機能を説明するための機能ブロック図である。 実施の形態５に係る速度計測処理を示すフローチャートである。 車両を撮像した画像例を示す図である。 実施の形態６に係る速度計測処理を示すフローチャートである。 背景画像の特定処理を説明するための図である。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態に係る速度計測システム１は、図１に示すように、道路上を走行する車両１０の速度を計測するシステムであり、第１カメラ２０と、第２カメラ２１と、コンピュータ２２と、通信線２３と、撮像指示信号発生部２４と、通信線２５と、から構成される。
第１カメラ２０と第２カメラ２１は、互いに略平行もしくは、撮像対象の車両１０を同時に撮像できるように互いにやや内向きの視線で撮像する。また、第１カメラ２０と第２カメラ２１の視線方向は、車両１０の走行方向つまり道路の延在方向に略垂直方向かつ略水平方向とする。すなわち、第１カメラ２０と第２カメラ２１は、主に車両１０の側面を側方から撮像する。第１カメラ２０、第２カメラ２１と車両１０との距離は、道路幅や走行する車線によって変わり、５ｍ〜２５ｍ程度である。
第１カメラ２０と第２カメラ２１と撮像指示信号発生部２４は、通信線２３を介してコンピュータ２２に接続されている。また、第１カメラ２０、第２カメラ２１は、通信線２５を介して撮像指示信号発生部２４に接続されている。コンピュータ２２は、第１カメラ２０、第２カメラ２１に制御信号を送信する。第１カメラ２０、第２カメラ２１は、受信した制御信号に基づいて、撮像及び画像データ送信等の制御を行う。
撮像指示信号発生部２４は、コンピュータ２２が送信する制御信号を受信すると、一定の時間間隔で第１カメラ２０と第２カメラ２１に撮像を指示する指示信号を送信する。例えば、コンピュータ２２が、毎秒５０回の撮像をすることを示す制御信号を送信し、撮像指示信号発生部２４がその信号を受信した場合、毎秒の正時０．０００秒を基準に０．０２０秒、０．０４０秒と、１／５０秒毎に第１カメラ２０、第２カメラ２１に指示信号を送信する。指示信号を受けた第１カメラ２０と第２カメラ２１は指示信号を受信したタイミングで撮像を行い、取得した画像データをコンピュータ２２に送信する。
撮像指示信号発生部２４は、図２に示すように、ＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナ２４１を備えており、ＧＰＳ１１から送信される電波信号をＧＰＳアンテナ２４１で受信する。撮像指示信号発生部２４は、第１カメラ２０と第２カメラ２１に撮像を指示する指示信号を出力する際に現在時刻と位置情報をＧＰＳ１１からの電波信号に基づいて取得し、指示信号に現在時刻の情報と位置情報を含める。これにより、第１カメラ２０と第２カメラ２１は、撮像する時刻の情報と撮像場所の位置情報を撮像指示信号発生部２４から得ることができる。
第１カメラ２０と第２カメラ２１は、画素数等のカメラ性能も同じピンホールカメラであり、２つのカメラでステレオ画像（視差画像）を撮像可能なステレオカメラを構成する。２つのカメラ間の距離（基線長）は長いほど速度計測の誤差が小さくなる。しかし、２つのカメラの視野が重なる必要があるため、基線長はカメラから車両１０までの距離の１／５以内が望ましい。
第１カメラ２０は、図２に示すように、撮像部２０１と、制御部２０２と、通信部２０３を有する。制御部２０２には、フレームメモリ２０２１が備えられている。
撮像部２０１は、撮像部２０１に入力した光信号をデジタル信号に変換して画像データとして出力する。制御部２０２は、撮像指示信号発生部２４から、撮像を指示する指示信号を受信すると、撮像を実行するように撮像部２０１を制御する。また、撮像部２０１が出力した画像データを、１フレーム毎にフレームメモリ２０２１に保存する。ここで、第１カメラ２０は撮像指示信号発生部２４より、撮像する時刻の情報と位置情報を取得しているため、制御部２０２は、画像データにその画像を撮像した時刻情報と位置情報を付加して、フレームメモリ２０２１に保存する。
通信部２０３は、コンピュータ２２と信号を送受信する機能を有し、コンピュータ２２から制御信号を受信して第１カメラ２０の各構成部に出力したり、フレームメモリ２０２１に保存されている時刻情報・位置情報付きのフレーム画像データをコンピュータ２２に送信する。
第２カメラ２１も、第１カメラ２０と同等の構成、機能を有する。
コンピュータ２２は、第１カメラ２０、第２カメラ２１の操作、制御を行うとともに、速度計測処理を実行する処理実行装置であり、パーソナルコンピュータ等から構成される。
コンピュータ２２は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）２２１、通信部２２２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２３、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２４、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２２５、表示部２２６を備える。
ＣＰＵ２２１は、コンピュータ２２の各構成部の制御を行うとともに、ＲＯＭ２２４、ＨＤＤ２２５に保存されているプログラムを実行することにより、速度計測処理等の各処理を実行する。
通信部２２２は、第１カメラ２０、第２カメラ２１と信号を送受信する機能を有し、第１カメラ２０、第２カメラ２１に対してカメラの制御信号を送信したり、第１カメラ２０、第２カメラ２１が取得した画像データを受信したりする。
ＲＡＭ２２３は、高速にデータの読み書きが可能なメモリであり、通信部２２２が受信した画像データやＨＤＤ２２５から読み出した画像データ等をデータ処理のために一時保存する。ＲＯＭ２２４は、ＣＰＵ２２１が実行する処理のプログラムや、設定値などを記憶する読み出し専用メモリである。
ＨＤＤ２２５は、大容量の記憶装置であり、通信部２２２が受信した画像データや、速度計測処理で得られた計測結果などの各種データを記憶する。表示部２２６は、画像、文字等の情報表示出力を行うディスプレイであり、通信部２２２が受信した画像データが示す画像や、画像処理を施した画像や、速度計測処理で得られた計測結果等を表示する。
ＣＰＵ２２１は、速度計測処理を実行するために、図３に示すように、画像データ取得部２２１１、時刻・位置取得部２２１２、対象画像選択部２２１３、テンプレート生成部２２１４、テンプレートマッチング処理部２２１５、３次元座標取得部２２１６、速度算出部２２１７の各機能部を有する。
画像データ取得部２２１１は、通信部２２２が第１カメラ２０、第２カメラ２１から受信しＲＡＭ２２３に一時保存している画像データを取得する。時刻・位置取得部２２１２は、画像データ取得部２２１１で取得した画像データに含まれる時刻情報と位置情報を取得し、速度算出部２２１７に出力する。
対象画像選択部２２１３は、画像データ取得部２２１１が取得した画像データが示す画像のうちから、車両１０が撮像されていると推定される対象画像を選択する。具体的には、車両１０がカメラ前を通過したときは画像データの画素値（輝度や色度等）が大きく変化することから、画素値の変化量が大きいときの画像に車両１０の画像が含まれていると推定する。
図４は車両１０が通過する時を撮像したフレーム画像それぞれについて、画像データの画素値の合計から背景画像の画素値の合計を減算して求めた変化量の絶対値の時間変化を表した図である。ここで、背景画像の画素値の合計は、例えば、車両１０が写っていない画像を予め撮像して取得した画素値、又は、所定期間継続して撮像した画像の画素値の平均値から求める。図４のグラフの横軸は時刻、縦軸は変化量のピーク値を１００％として換算した変化量の絶対値である。ここでは、変化量が８０％を超えている時刻ｔｓ［ｍｓｅｃ］からｔｅ［ｍｓｅｃ］の間のフレーム画像を、対象画像として選択する。
テンプレート生成部２２１４は、対象画像選択部２２１３で選択した画像から車両１０の側面を表している部分の画像と同じ画像をテンプレートとして生成する。具体的な生成方法について図５を用いて説明する。
まず、対象画像選択部２２１３で選択したフレーム画像の中から、画素値の変化が大きく且つ略単色の部分を、車両と推定される車両推定部分として抽出し、その車両推定部分がフレーム画像内のどの位置に存するか判別する。
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、左側の図は、紙面右から左に走行している車両１０を上方から見下ろした図であり、右側の図はそのときの撮像画像である。第１カメラ２０は、車両１０の進行方向つまり道路の延在方向に対して、略垂直方向の視線方向で撮像している。また車両の側面は、車両の進行方向に略平行な平面からなることが多いため、第１カメラ２０の視線方向は、車両１０の側面に対して垂直であると言える。
この場合、図５（ａ）のように画面右側で車両１０を撮像すると、車両１０の前面が少し写る（図５（ａ）破線内）。また、（ｃ）のように画面左側で車両１０を撮像すると、車両１０の背面が少し写る（図５（ｃ）破線内）。一方、（ｂ）のように画面中央で車両１０を撮像すると、車両１０の側面のみが写る。ここで、第１カメラ２０は、レンズを有さないピンホールカメラであるため、画面のどの位置に車両１０が写っていても、車両１０の側面は略同じ大きさで写る。よって、車両１０の側面の画像をテンプレートとして位置検出をすると、車両１０の位置を正確に検出することができる。そこで、画面の中央にある車両１０の画像と同じ画像をテンプレート２２７として生成する。なお、画面の中央にあることの判別は、例えば、中心線を基準にして定まる所定領域内であることにより行う。
図５の例では、テンプレート生成部２２１４は、車両推定部分が画面の最も中央にあると判別された（ｂ）のフレーム画像から、二重線で囲んだ車両推定部分の画像と同じ画像をテンプレート２２７として生成する。
テンプレートマッチング処理部２２１５は、テンプレート生成部２２１４が生成したテンプレート２２７を用いて、対象画像選択部２２１３で選択した複数の画像に対してテンプレートマッチングを行う。つまり、図６（ａ）のようなテンプレート２２７を生成した場合、（ｂ）の対象画像に対して、テンプレート２２７を上下左右に動かし、明るさの差分が最小となる場所を見つける。
テンプレートマッチングは例えば、式（１）に示すマッチングスコアＳが最小となる場所を探す。
式（１）において、Ｉｎはテンプレート上の画素ｎの画素値であり、ｉｎはマッチング対象画像上の対応する点の画素値であり、Ｖｎはラベリング処理を施した際の重み係数である。ラベリング処理とは、連続する領域の画素に同じラベルを付加することで複数の領域をグループとして分類する処理であり、ここでは、車両１０のボディ領域と内背景領域と車両１０の外領域は、別グループとして分類される。重み係数は、背景に対する変化量であり、車両１０のボディ領域の重み係数は大きく、車両１０の内背景領域、外領域の重み係数は小さい。
３次元座標取得部２２１６は、テンプレート２２７及びテンプレートマッチング処理部２２１５でマッチングしたテンプレートに一致する領域中の、互いに対応する基準点を決定し、基準点のフレーム画像全体における位置に基づいて、その基準点の示す３次元座標を取得する。
基準点は、例えば、テンプレート画像においてラベリング処理による重み付けを行った状態での重心とする。重心ベクトルＰＣは式（２）で求めることができる。
式（２）において、Ｖｎはラベリング処理を施した際の重み係数であり、ベクトルＰｎは画素位置である。
３次元座標取得部２２１６は、同時刻に第１カメラ２０と第２カメラ２１で撮像した２枚の画像中の基準点の位置を特定し、その基準点が示す箇所の３次元座標を取得する。ここで３次元座標の取得は、従来のステレオ画像から三角測量の原理を用いた３次元座標を算出する方法により行う。３次元座標の取得は、対象画像から選択した２つの時刻のフレーム画像について行い、取得した２つの３次元座標Ｑ、Ｑ’を速度算出部２２１７に出力する。
速度算出部２２１７は、２つの時刻のフレーム画像について、時刻・位置取得部２２１２から入力された時刻の時間差と、３次元座標取得部２２１６から入力された基準点が示す箇所の３次元座標の変化量とから、車両１０の速度を算出して速度データとして出力する。具体的には３次元座標Ｑ、Ｑ’より、基準点が示す箇所の移動距離を求め、その移動距離を、２つの時刻のフレーム画像の撮像時刻の時間差で除算することにより車両１０の速度を算出する。速度算出部２２１７は算出した速度データを、ＨＤＤ２２５、表示部２２６に、速度計測結果として保存、表示させるために出力する。このとき、時刻・位置取得部２２１２で取得した時刻情報と位置情報も速度データと対応付けてＨＤＤ２２５に保存し、表示部２２６に表示させる。
以上のように構成された速度計測システムにおける速度計測処理について、図７のフローチャートに沿って詳細に説明する。
まず、コンピュータ２２から撮像を開始するように指示する制御信号を撮像指示信号発生部２４に送信する。制御信号を受信した撮像指示信号発生部２４は、撮像を指示する信号を第１カメラ２０、第２カメラ２１に出力する。その指示信号を受信した第１カメラ２０と第２カメラ２１は撮像を行い、撮像した画像の画像データを、時刻情報・位置情報とともに通信線２３を介してコンピュータ２２に送信する。送信する画像データは、連続するフレーム画像の画像データであり、例えば、１秒間に５０枚のペースで送信される。
コンピュータ２２の通信部２２２が受信した画像データはＲＡＭ２２３に一時保存される。図７のフローチャートは新しい画像データを通信部２２２が受信した時にスタートする。
ＣＰＵ２２１の画像データ取得部２２１１は、ＲＡＭ２２３に一時保存される画像データのうち、第１カメラ２０が撮像した画像データを順次取得する（ステップＳ１０１）。対象画像選択部２２１３は、取得した画像データの画素値の合計が、背景画像の画素値の合計と比較して所定値以上の変化量で変化しているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
画素値合計の変化量が所定値以上でなかった場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、次のフレーム画像をチェックする（ステップＳ１０２）。一方、画素値合計の変化量が所定値以上であった場合には（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３の処理に進む。
ステップＳ１０３において、対象画像選択部２２１３は、画素値合計の変化量のピークを検出する。検出されたピークに対して所定の割合以上の変化量を有する画像を対象画像として選択する（ステップＳ１０４）。図４の例の場合は、時刻ｔｓからｔｅまでのフレーム画像を対象画像とする。
テンプレート生成部２２１４は、ステップＳ１０４で選択した対象画像のうち、画素値の時間変化が大きく且つ略単色の部分を、車両と推定される車両推定部分として検出し、その車両推定部分がフレーム画像内の中央にあるフレーム画像を特定する（ステップＳ１０５）。そして、特定したフレーム画像から、車両の側面と推定される部分の画像と同じ画像をテンプレート２２７として生成する（ステップＳ１０６）。
ステップＳ１０４で対象画像選択部２２１３が選択した画像のうち２つの時刻に、第１カメラ２０、第２カメラ２１でそれぞれ撮像したフレーム画像、つまり４枚のフレーム画像について、テンプレートマッチング処理部２２１５は、テンプレート２２７を用いたテンプレートマッチングを行う（ステップＳ１０７）。
３次元座標取得部２２１６は、テンプレート生成部２２１４が生成したテンプレート２２７の基準点を決定し、ステップＳ１０７でテンプレートマッチング処理部２２１５がマッチングしたテンプレートに一致する領域内の基準点を特定する。そして、２つの時刻に第１カメラ２０、第２カメラ２１でそれぞれ撮像したフレーム画像における基準点の位置に基づいて、基準点の示す箇所の３次元座標を取得する（ステップＳ１０８）。
速度算出部２２１７は、ステップＳ１０７でテンプレートマッチングした画像を撮像した時刻の時間差と、それぞれの時刻について３次元座標取得部２２１６が取得した基準点が示す箇所の３次元座標の変化量とから、車両１０の速度を算出する（ステップＳ１０９）。
算出した速度を表示部２２６に表示すると共に、ＨＤＤ２２５に記憶させる（ステップＳ１０９）。表示部２２６に表示させ、ＨＤＤ２２５に記憶させるときに、テンプレートマッチングを行った画像の画像データや画像を撮像した時刻の情報、位置情報も速度と対応付けて表示、記憶する。これにより、後に速度を計測した車両や時刻・場所等を特定することができる。
以上説明したように、本実施の形態においては、第１カメラ２０と第２カメラ２１で道路を走行する車両１０を走行方向に略垂直の方向から撮像し、第１カメラ２０の撮像画像から画素値の合計の変化量が所定の値以上の対象画像を選択し、対象画像の略中央にある車両推定部分の画像と同じ画像をテンプレートとして特定し、対象画像のうち２つの時刻に第１カメラ２０、第２カメラ２１で撮像した画像に対し、テンプレートマッチングを行い、テンプレート中の基準点のフレーム画像に対する位置に基づいて、基準点が示す箇所の３次元座標を取得し、２つの時刻の時間差と、２つの３次元座標の変化量に基づいて車両１０の速度を計測することとした。これにより、車両１０の側面を確実に検出でき、車両１０の側面上の基準点の３次元座標を正確に計測することができ、誤差の少ない速度計測が可能となる。
また、カメラで撮像した画像に基づいて速度計測を行っているため、計測対象となった車両１０の特定が容易であり、また、撮像の時刻情報及び位置情報も合わせて記憶しているため、車両の誤認の可能性を低くすることができる。
また、ステレオカメラで撮像した画像から得られる３次元座標から速度計測を行っているため、カメラから車両１０までの距離、車両１０の進行方向によらず正確に計測することができ、カメラの設置場所を問わない計測が可能となる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図８を参照して説明する。本実施の形態に係る速度計測システム２は、図８に示すように、道路上を走行する車両１０の速度を計測するシステムであり、第１カメラ４０と、第２カメラ４１と、赤外光照射部４２と、コンピュータ２２と、通信線２３と、撮像指示信号発生部２４と、通信線２５と、から構成される。
第１カメラ４０と第２カメラ４１は、互いに略平行もしくは、撮像対象の車両１０を同時に撮像できるように互いにやや内向きの視線で撮像する。また、第１カメラ４０と第２カメラ４１の視線方向は、車両１０の走行方向つまり道路の延在方向に略垂直方向かつ略水平方向とする。すなわち、第１カメラ４０と第２カメラ４１は、主に車両１０の側面を側方から撮像する。第１カメラ４０、第２カメラ４１と車両１０との距離は、道路幅や走行する車線によって変わり、５ｍ〜２５ｍ程度である。赤外光照射部４２は、第１カメラ４０と第２カメラ４１の近くに配置され、第１カメラ４０と第２カメラ４１の撮像方向と略同じ方向に赤外光を照射させる。
第１カメラ４０と第２カメラ４１は、赤外線撮像が可能なカメラであり、例えば、赤外線感光線のイメージセンサを備える。赤外光照射部４２に照射された撮像対象を第１カメラ４０と第２カメラ４１で撮像することにより、赤外線撮像を行う。２つのカメラは、画素数等のカメラ性能も同じピンホールカメラであり、２つのカメラでステレオ画像（視差画像）を撮像可能なステレオカメラを構成する。２つのカメラ間の距離（基線長）は長いほど速度計測の誤差が小さくなる。しかし、２つのカメラの視野が重なる必要があるため、基線長はカメラから車両１０までの距離の１／５以内が望ましい。
第１カメラ４０、第２カメラ４１、赤外光照射部４２は、通信線２３を介してコンピュータ２２に接続されている。また、第１カメラ４０、第２カメラ４１、赤外光照射部４２は、撮像指示信号発生部２４と通信線２５を介して接続されている。コンピュータ２２は、第１カメラ４０、第２カメラ４１、赤外光照射部４２に制御信号を送信する。第１カメラ４０、第２カメラ４１、赤外光照射部４２は、受信する制御信号に基づいて、撮像方法や発光方法の制御を行う。
撮像指示信号発生部２４は、コンピュータ２２が送信する制御信号を受信すると、一定の時間間隔で第１カメラ４０と第２カメラ４１に撮像を指示する指示信号を送信する。また、その指示信号を出すタイミングと略同時に赤外光照射部４２に照射を指示する指示信号を送信する。指示信号を受信した赤外光照射部４２と第１カメラ４０と第２カメラ４１はその指示にしたがって、赤外光を照射させ、赤外線撮像を行い、撮像した画像データをコンピュータ２２に送信する。
２つのカメラ、コンピュータ２２の内部構成、速度計測処理内容は、実施の形態１と同様であり、赤外光照射部４２が赤外光を照射したときに第１カメラ４０、第２カメラ４１で赤外線撮像したステレオ画像とその撮像時刻に基づいて、車両１０の速度計測を行う。
以上説明したように、本実施の形態においては、赤外光照射部４２により赤外光を照射した対象を赤外線撮像したステレオ画像に基づいて、車両１０の速度計測を行うこととした。これにより、夜間等の周辺の明るさが不十分な環境での計測も可能となり、周辺環境の影響を受けにくい速度計測システムを提供できる。
また、赤外光照射部４２は、コンピュータ２２からの制御信号に基づいて、撮像時のみ照射することとしたため、常時発光させる場合と比較して、消費電力を抑制することができる。また、赤外光照射部４２の発光デバイスは、撮像時のみ多くの電流を流すことにより強い光を発光できるため、常時発光させる場合より小規模の赤外光照射部４２を構成することができる。これにより安価で小型の速度計測システムを提供できる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について、図９を参照して説明する。本実施の形態の速度計測システムは、実施の形態１又は２とシステムの構成、及び各内部構成は同様であるが、速度計測処理の処理内容が異なる。図９のフローチャートに沿って説明する。
ステップＳ１０６のテンプレート生成までは実施の形態１と同様の処理を行う。
ステップＳ１０４で対象画像選択部２２１３が選択した画像のうち、４枚以上の画像において、第１カメラ２０、第２カメラ２１でそれぞれ撮像した画像、つまり８枚以上の画像について、テンプレートマッチング処理部２２１５は、テンプレート２２７を用いたテンプレートマッチングを行う（ステップＳ２０７）。
３次元座標取得部２２１６は、テンプレート生成部２２１４が生成したテンプレート２２７の基準点を決定し、ステップＳ２０７でテンプレートマッチング処理部２２１５がマッチングしたテンプレート２２７に一致する領域内の基準点を特定する。そして、４以上の時刻に第１カメラ２０、第２カメラ２１でそれぞれ撮像したフレーム画像における基準点の位置に基づいて、基準点の示す３次元座標を取得する（ステップＳ２０８）。
速度算出部２２１７は、ステップＳ２０８で算出した４以上の３次元座標と、３次元座標を求めたフレーム画像の撮像時刻に対して、車両１０が等加速度直線運動をしていると仮定した式（３）に表すような２次方程式をフィッティングする（ステップＳ２０９）。ここでのフィッティングは、例えば、全速度算出点に対する最小二乗法を用いたフィッティングや、ロバスト推定を用いたフィッティング等の任意の方法で行う。
式（３）において、ベクトルｘは基準点の位置、ｔは撮像時刻、ベクトルｖ０は初速度、ベクトルａは加速度である。これを３次元の各成分についてフィッティングすることにより、各時刻における速度を求めることができる。そして、対象画像の撮像時刻の範囲内で最低速度を算出する（ステップＳ２１０）。ここでは等加速度運動と仮定しているため、対象画像の撮像時刻の範囲の端の時刻ｔｓ又はｔｅにおける速度になる。
速度算出部２２１７が算出した速度を表示部２２６に表示すると共に、ＨＤＤ２２５に記憶させる（ステップＳ２１１）。ＨＤＤ２２５に記憶させるときに、テンプレートマッチングを行った画像の画像データや画像を撮像した時刻の情報、位置情報も速度と対応付けて記憶する。これにより、後に速度を計測した車両１０や時刻・場所等を特定することができる。
以上説明したように、本実施の形態においては、第１カメラ２０と第２カメラ２１が撮像した４以上の時刻のフレーム画像に基づいて取得した４以上の３次元座標に対し、等加速度直線運動の２次方程式をフィッティングすることにより、各時刻における速度を求め、対象画像の撮像時刻の範囲内で最低速度を算出することとした。これにより、速度取り締まりの場において、対象車両が出していた速度の最低値を知ることができ、その最低値が規制速度を超えていたときに、その事実を対象車両が速度超過をしていたことを証明する信憑性の高い証拠として提示することができる。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について、図１０を参照して説明する。本実施の形態に係る速度計測システム４は、図１０に示すように、第１カメラ６０と、第２カメラ６１と、撮像指示信号発生部２４が道路上方に備え付けられている。
第１カメラ６０と第２カメラ６１は、互いに略平行もしくは、撮像対象の車両１０を同時に撮像できるように互いにやや内向きの視線で撮像する。また、第１カメラ６０と第２カメラ６１の視線方向は、車両１０の走行方向つまり道路の延在方向に略垂直方向かつ略鉛直下方向とする。すなわち、第１カメラ６０と第２カメラ６１は、主に車両１０の上面を上方から撮像する。第１カメラ６０、第２カメラ６１と車両１０の上面との距離は、５ｍ〜２５ｍ程度である。ここで、車両１０の上面は、例えば、天井面の裏面である。
本実施の形態の速度計測システム４は、実施の形態１乃至３のいずれかとシステムの構成、及び各内部構成は同様であるが、本実施の形態では車両１０を上方から撮像するため、図７のフローチャートのステップＳ１０６でテンプレート生成部２２１４が生成するテンプレート２２７が車両１０の上面を撮像した画像と同じ画像となる点が、他の実施の形態と異なる。
テンプレート生成部２２１４は、図７のフローチャートのステップＳ１０４で選択した対象画像のうち、画素値の時間変化が大きく且つ略単色の部分を、車両と推定される車両推定部分として抽出し、その車両推定部分がフレーム画像内の中央にあるフレーム画像を特定する。そして、特定したフレーム画像から、車両１０の上面と推定される部分の画像と同じ画像をテンプレート２２７として生成する（ステップＳ１０６）。
速度計測処理の他の処理は、実施の形態１乃至３のいずれかと同様である。
以上説明したように、本実施の形態においては、第１カメラ６０と第２カメラ６１を道路上方に備え、視線方向を車両１０の進行方向に略垂直且つ略鉛直方向下向きとなるようにして車両１０の上面を撮像し、フレーム画像内の中央にある車両１０の上面と推定される部分の画像と同じ画像をテンプレート２２７として生成することとした。これにより、高速道路や幹線道路等、道路幅が広くまた路肩にカメラを設置するのが困難な場合にも、車両１０の上面を確実に検出でき、車両１０の上面上の基準点の３次元座標を正確に計測することができ、誤差の少ない速度計測が可能となる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５について図１１乃至１３を参照して説明する。
本実施の形態に係る速度計測システム５は、実施の形態１と同様に、道路上を走行する車両１０の速度を計測するシステムであり、第１カメラ２０と、第２カメラ２１と、コンピュータ２２と、通信線２３、撮像指示信号発生部２４、通信線２５と、から構成される（図１）。第１カメラ２０と第２カメラ２１は、車両１０の走行方向つまり道路の延在方向に略平行に並んで配置されている。また、第１カメラ２０と第２カメラ２１の撮像方向は、互いに略平行もしくは、撮像する車両１０を同時に撮像できるように互いにやや内向きであり、且つ、道路の延在方向に略垂直の方向である。第１カメラ２０、第２カメラ２１と車両１０との距離は、道路幅や走行する車線によって変わり、５ｍ〜２５ｍ程度である。
第１カメラ２０、第２カメラ２１、コンピュータ２２、撮像指示信号発生部２４の接続態様、内部構成は、実施の形態１と同様であるが、ＣＰＵ２２１の機能や実行する処理が異なる。
本実施の形態においては、ＣＰＵ２２１は、速度計測処理を実行するために、図１１に示すように、画像データ取得部２２２１、時刻・位置取得部２２２２、特徴的形状特定部２２２３、３次元座標取得部２２２４、速度算出部２２２５の各機能部を有する。
画像データ取得部２２２１は、通信部２２２が第１カメラ２０、第２カメラ２１から受信し、ＲＡＭ２２３に一時保存している画像データのうち、画像に付加された時刻情報により２つのカメラで同時刻に撮像した２枚の画像データを特定し、それらの画像データを取得する。時刻・位置取得部２２２２は、画像データ取得部２２２１で取得した画像データに含まれる時刻情報、位置情報を取得し、速度算出部２２２５に出力する。
特徴的形状特定部２２２３は、画像データ取得部２２２１が取得した画像データが示す画像の中に車両１０の一部と認められる特徴的形状がないか探索し、見つかった場合には、その特徴的形状を特定する。同時刻に撮像した他方のカメラが撮像した画像からも同じ特徴的形状を特定する。
３次元座標取得部２２２４は、同時刻に撮像した２枚の画像から特定した特徴的形状の中の任意の基準点を選択し、その基準点が示す箇所の３次元座標を取得する。この３次元座標の取得は、同じ特徴的形状を含み異なる時刻に撮像された２フレーム以上の画像について行い、取得した２以上の３次元座標を速度算出部２２２５に出力する。ここで３次元座標の取得は、従来のステレオ画像から三角測量の原理を用いて３次元座標を算出する方法により行う。
速度算出部２２２５は、同じ特徴的形状を特定した２フレーム以上の画像について、時刻・位置取得部２２２２から入力された時刻の時間差と、３次元座標取得部２２２４から入力された基準点が示す箇所の３次元座標の変化量とから、車両１０の速度を算出して速度データとして出力する。速度算出部２２２５から出力された速度データは、時刻情報、位置情報とともに、ＨＤＤ２２５に保存され、表示部２２６に速度計測結果として出力される。
以上のように構成された速度計測システムにおける速度計測処理について、図１２のフローチャートに沿って詳細に説明する。
まず、コンピュータ２２から撮像を開始するように指示する制御信号を撮像指示信号発生部２４に送信する。制御信号を受信した撮像指示信号発生部２４は、撮像を指示する信号を第１カメラ２０、第２カメラ２１に出力する。その指示信号を受信した第１カメラ２０と第２カメラ２１は撮像を行い、撮像した画像の画像データを、時刻情報・位置情報とともに通信線２３を介してコンピュータ２２に送信する。送信する画像データは、連続するフレーム画像の画像データであり、例えば、１秒間に５０枚のペースで送信される。
コンピュータ２２の通信部２２２が受信した画像データはＲＡＭ２２３に一時保存される。図１２のフローチャートは新しい画像データを通信部２２２が受信した時にスタートする。
ＣＰＵ２２１の画像データ取得部２２２１は、ＲＡＭ２２３に一時保存される画像データのうち、第１カメラ２０が撮像した画像データを順次取得する（ステップＳ３０１）。取得した画像データが示す画像の中で、一つ前のフレームの画像と比較して対応する画素の画素値の変化が所定値以上である箇所を探索する（ステップＳ３０２）。
画素値の変化が所定値以上の箇所がなかった場合には（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、次のフレームの画像をチェックする（ステップＳ３０２）。一方、画素値の変化が所定値以上の箇所があった場合には（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ；そのときの画像をＰａとする）、ステップＳ３０３の処理に進む。図１３に示した連続画像の例を用いて説明すると、（ａ）の画像の右端に車両１０の前部が現れているため、車両１０の前部が写っている箇所の画素は画素値が大きく変化する。このような箇所を見つけた場合に、画素値の変化が所定値以上の箇所があったと判別する。
ステップＳ３０３では、時刻・位置取得部２２２２が画像Ｐａの画像データに含まれる時刻情報を取得する（ステップＳ３０３）。ここで取得する時刻情報は、画像Ｐａを第１カメラ２０が撮像した時刻情報である。
ステップＳ３０４では、特徴的形状特定部２２２３が、その画像Ｐａの中で車両１０の一部と特徴付けられる特徴的形状を特定する。図１３（ａ）の例の画像において、車のタイヤ、ヘッドライトを含む点線で囲まれた箇所の形状を特徴的形状として特定する。ここで特定する特徴的形状は任意の形状で良く、測定の度に異なる形状を特定しても良い。
また、ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３で取得した時刻情報と同じ時刻情報を含む第２カメラ２１が出力する画像データを取得し、その画像データが示す画像（画像Ｐｂとする）の中を探索し、画像Ｐａで特定した特徴的形状と同じ形状を特定する。
次にステップＳ３０５では、ステップＳ３０４で特定した画像Ｐａと画像Ｐｂ内の特徴的形状内の基準点を決定し、その基準点が示す車両１０上の箇所の３次元座標Ｑを算出する。基準点は特徴的形状全体に対する位置が明確に認定できる点であり、例えば重心である。３次元座標Ｑは、ステレオ画像である画像Ｐａと画像Ｐｂから、従来の三角測量の原理を用いた方法により算出する。
その後、第１カメラ２０が撮像した画像Ｐａの後続フレームの画像について順次特徴的形状を探索する（ステップＳ３０６）。特徴的形状を発見できたとき（ステップＳ３０７：Ｙｅｓ）は次のフレームの画像の探索を続ける（ステップＳ３０６）。図１３の例において、（ｃ）、（ｄ）では特徴的形状が発見できるため、次の画像を探索する。
画像の探索をした結果、特徴的形状を発見できなかったときは（ステップＳ３０７：Ｎｏ）、１フレーム前の画像Ｐａ’の画像データに含まれる時刻情報を取得する（ステップＳ３０８）。ここで取得する時刻情報は、画像Ｐａ’を第１カメラ２０が撮像した時刻情報である。図１３の例において、（ｄ）の画像が、画像Ｐａ’に相当する。
その後、画像Ｐａ’について、特徴的形状とその基準点を特定する。また、ステップＳ３０８で取得した時刻と同時刻の第２カメラ２１が撮像した画像Ｐｂ’についても、特徴的形状とその基準点を特定する。そして、特定した基準点が示す車両１０上の箇所の３次元座標Ｑ’を算出する（ステップＳ３０９）。
以上のステップで取得した、画像Ｐａ、Ｐｂの特徴的形状の基準点が示す箇所の３次元座標Ｑと、画像Ｐａ’、Ｐｂ’の特徴的形状の基準点が示す箇所の３次元座標Ｑ’と、画像Ｐａと画像Ｐａ’の撮像時刻から車両１０の速度を算出する（ステップＳ３１０）。具体的には３次元座標Ｑ、Ｑ’より、基準点が示す箇所の移動距離を求め、その移動距離を、画像Ｐａと画像Ｐａ’の撮像時刻の時間差で除算することにより車両１０の速度を算出する。
算出した速度を表示部２２６に表示すると共に、ＨＤＤ２２５に記憶させる。ＨＤＤ２２５に記憶させるときに、画像Ｐａ’等の画像データや時刻情報や位置情報も速度と対応付けて記憶することにより、後に速度を計測した車両１０等を特定することができる。
以上説明したように、本実施の形態においては、第１カメラ２０と第２カメラ２１を車両１０の走行方向に略平行に配列させ、道路を走行する車両１０を走行方向に略垂直の方向から撮像させ、第１カメラ２０と第２カメラ２１の同時刻の撮像画像から車両１０の特徴的形状を特定し、その特徴的形状の画像全体に対する位置から特徴的形状の３次元座標を求め、その３次元座標を異なる時刻について取得した値と、３次元座標を取得するのに使用した画像の撮像時刻に基づいて車両１０の速度を計測することとした。これにより、カメラから近距離の車両１０を撮像したステレオ画像に基づく計測であるため、誤差の少ない速度計測が可能となる。
また、カメラで撮像した画像に基づいて速度計測を行っているため、計測対象となった車両１０の特定が容易であり、車両１０の誤認の可能性を低くすることができる。
また、ステレオカメラで撮像した画像から得られる３次元座標から速度計測を行っているため、カメラから車両１０までの距離、車両１０の進行方向によらず正確に計測することができ、カメラの設置場所を問わない計測が可能となる。
また、同じ特徴的形状を数フレームに渡って追跡し、特徴的形状を初めて特定したフレーム画像と、その特徴的形状を特定できなくなる１フレーム前のフレーム画像に基づいて計測するため、一定以上の時間幅をもった計測ができ、瞬時的な画像の変化による誤動作の可能性を低くすることができる。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６について図１４、１５を参照して説明する。本実施の形態の速度計測システムは、実施の形態５とシステムの構成、及び各内部構成は同様であるが、速度計測処理の処理内容が異なる。図１４のフローチャートに沿って説明する。
本実施の形態における速度計測処理では、まず、最初に取得した画像を背景画像として登録する（ステップＳ４０１）。そして、背景画像を更新する時間を計測するためのタイマーをスタートする（ステップＳ４０２）。
ＣＰＵ２２１の画像データ取得部２２２１は、ＲＡＭ２２３に一時保存される画像データのうち、第１カメラ２０が撮像した画像データを順次取得する（ステップＳ４０３）。取得した画像データが示す画像の中で、一つ前のフレームの画像と比較して対応する画素の画素値の変化が所定値以上である箇所を探索する（ステップＳ４０４）。
画素値の変化が所定値以上の箇所がなかった場合には（ステップＳ４０４：Ｎｏ）、タイマーをチェックし、タイマー時刻ｔが更新時間ｔ０以下であるときは（ステップＳ４０８：Ｎｏ）次のフレーム画像を取得する（ステップＳ４０３）。一方、タイマー時刻ｔが更新時間ｔ０を超えたときは（ステップＳ４０８：Ｙｅｓ）取得した画像を背景画像として登録更新する（ステップＳ４０９）。その後タイマーをリセットして（ステップＳ４１０）ステップＳ４０３に戻る。
ステップＳ４０４で、画素値の変化が所定値以上の箇所があった場合には（ステップＳ４０４：Ｙｅｓ）、その箇所が所定時間以上画素値の変化が継続している箇所であるか否か判別し、所定時間以上画素値の変化が継続している箇所であった場合には（ステップＳ４０５：Ｙｅｓ）、その箇所は背景であると判別し、背景画像に追加する（ステップＳ４１１）。その後ステップＳ４０３に戻る。
ステップＳ４０５で、所定時間以上画素値の変化が継続していない箇所と判別された場合には（ステップＳ４０５：Ｎｏ）その画素値の変化があった箇所が車両１０等の移動体が撮像されたと判別できるため、ステップＳ４０６以下の特徴的形状の特定等の処理に入る。そのときの画像を画像Ｐａとする。
ステップＳ４０６では、時刻・位置取得部２２２２が画像Ｐａの画像データに含まれる時刻情報を取得する。ここで取得する時刻情報は、画像Ｐａを第１カメラ２０が撮像した時刻情報である。
ステップＳ４０７では、その画像Ｐａの中で車両１０の一部と特徴付けられる特徴的形状を特定する。また、ステップＳ４０６で取得した時刻情報と同じ時刻情報を含む第２カメラ２１が出力する画像データを取得し、その画像データが示す画像（画像Ｐｂとする）の中を探索し、画像Ｐａで特定した特徴的形状と同じ形状を特定する。ここでの特徴的形状の特定は、背景画像として認定している画像を除外して行う。その後の処理は図１２のステップＳ３０５以下の処理と同じである。
以上説明した特徴的形状を特定する際、背景を除外する処理について、図１５に示す例を用いて説明する。ステップＳ４０１で取得する背景画像は図１５（ａ）のように、ビルや樹木や生け垣等が撮像されたものである。図１５（ｂ）の斜線で示した樹木や生け垣の部分が風等で揺れて、ステップＳ４０４で、画素値の変化が所定値以上であると判断されたとする。この場合であっても、その部分の画素値の変化が、所定時間以上継続していると判別された場合には（ステップＳ４０５：Ｙｅｓ）、樹木や生け垣の部分も背景として背景画像に追加する（ステップＳ４１１）。
その状態で、車両１０が撮像範囲内に入ってきた場合（図１５（ｃ））に、車両１０の一部を特徴的形状として特定するが、その際、背景と認定されている画像を除外して特定する（図１５（ｄ））。
以上説明したように、本実施の形態においては、背景画像を定期的に更新し、所定時間以上継続して画素値の変化がある場合には、その変化部分を背景として除外して特徴的形状を特定することとした。これにより、樹木の揺れなどを特徴的形状として誤って特定することがなく、より正確な速度計測が可能となる。
このように本発明は、２つのカメラで道路を走行する車両を走行方向に略垂直の方向から撮像し、撮像画像の略中央にある車両推定部分の画像と同じ画像をテンプレートとして特定し、複数の時刻に２つのカメラで撮像した画像に対し、テンプレートマッチングを行い、テンプレート中の基準点のフレーム画像に対する位置に基づく３次元座標の計測を行う等して、基準点が示す箇所の３次元座標を取得し、撮像時刻の時間差と、３次元座標の移動量に基づいて車両の速度を計測することとした。これにより、簡易な処理で道路を走行する車両速度を精度良く計測することができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。
例えば、上記実施の形態において、測定対象は道路を走行する車両としたが、電車等他の移動体であってもよい。
また、第１カメラ２０、４０、６０と第２カメラ２１、４１、６１以外に、車両や運転者や周辺環境等を撮像するためのカラーカメラを設置して、第１カメラ２０、４０、６０や第２カメラ２１、４１、６１が撮像する領域と重複する領域をカラー撮像するようにしてもよい。カラーカメラが撮像したカラー画像のうち、３次元座標を取得するために使用したフレーム画像を第１カメラ２０、４０、６０と第２カメラ２１、４１、６１が撮像した時刻と同時刻を含む時間に連続撮像したカラー画像を車両１０の速度と対応づけてＨＤＤ２２５に記憶するようにしてもよい。これにより、車両１０のナンバープレートや運転者の顔や周辺環境を含めた速度の記録が可能となり、例えば速度超過した車両１０や運転手の認定が容易になる。
また、前記カラーカメラによるカラー撮像は、画像の画素値の変化量が所定の値を超える対象画像を取得したことや、速度算出部２２１７、２２２５が算出した速度が所定の値を超えていたことを検出した後に、車両１０の通過する方向を所定時間カラー撮像するようにしてもよい。これにより、車両１０や運転手の認定が容易になるとともに、カラーカメラを常時駆動させる必要がないため電力消費量を低減することができる。
また、第１カメラ２０、４０、６０と第２カメラ２１、４１、６１の２台によりステレオ計測を行うとしたが、３台以上のカメラで３次元座標を算出しても良い。これにより、３次元座標をより正確に算出することができ、より精度の高い速度計測が可能となる。
また、速度の算出に用いる時間の計測にＧＰＳ１１から受信した時刻情報を使用するとしたが、撮像指示信号発生部２４が等しい時間間隔で撮像を指示する信号を発生させる場合であれば撮像する時間間隔が一定であるため、３次元座標位置を取得するのに使用した２枚のフレーム画像の間の撮像枚数により、その間の時間を求めることとしても良い。また、撮像指示信号発生部２４が独自の時計を備えており、その時計が示す時刻情報を画像データに付加する構成としても良い。これらの場合ＧＰＳアンテナ２４１を省略することができ、ＧＰＳ１１からの信号を受信できない場所においても、速度計測が可能となり、システム構成をより簡略化させることができる。
また、１つの撮像指示信号発生部２４を設け、撮像指示信号発生部２４から第１カメラ２０、４０、６０と第２カメラ２１、４１、６１赤外光照射部４２に指示信号を送信する構成としたが、第１カメラ２０、４０、６０、第２カメラ２１、４１、６１、赤外光照射部４２それぞれがＧＰＳアンテナ２４１、撮像指示信号発生部２４を内蔵する構成としても良い。この場合、コンピュータ２２から撮像する時刻情報を、第１カメラ２０、４０、６０、第２カメラ２１、４１、６１、赤外光照射部４２に送信することにより、２つのカメラで同時刻に撮像した画像データを取得することができ、この画像データによる速度計測が可能となる。
また、実施の形態１において、２の時刻のフレーム画像における基準点の位置に基づいて基準点が示す箇所の３次元座標を求め、３次元座標の移動量と２枚のフレーム画像の撮像時刻の時間差に基づいて速度を算出するとしたが、３以上の時刻に撮像した３枚以上のフレーム画像に基づいて、基準点が示す箇所の３次元座標を３以上の時刻について求めることにより、複数の速度を算出しても良い。さらに算出した複数の速度の平均を求めて出力しても良いし、最高速度、最低速度を求めて出力してもよい。
また、実施の形態１において、対象画像選択部２２１３は、画像データの画素値の合計から背景画像の画素値の合計を減算して求めた変化量の絶対値に基づいて、対象画像を選択するとしたが（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）、車両１０の進入による画像の変化を表す値であれば、これに限られない。例えば、画像データの画素値の平均値、あるいは、画像データの所定の範囲内の画素値の合計又は平均値から、背景画像における値を減算して求めても良い。
また、実施の形態５の速度計測処理のステップＳ３０２、実施の形態６の速度計測処理のステップＳ４０４において、画素値の変化が所定値以上の箇所の有無について判定したが、画素値の変化が所定値以上の画素が所定以上の範囲に渡って認定できる場合に次のステップに進むような処理内容としてもよい。
また、実施の形態５の速度計測処理において、特徴的形状が特定された最初の画像に基づく特徴的形状の基準点の３次元座標と、特徴的形状が発見できなくなる１フレーム前の画像に基づく特徴的形状の基準点の３次元座標の２座標にもとづいて、車両１０の速度を算出するとしたが、３以上の時刻における３次元座標から３次元座標の時間変化をもとめ、測定期間で車両１０の速度の平均を求めても良い。これにより、より正確な速度計測が可能となる。
また、実施の形態３乃至６において、実施の形態２の赤外線照射部４２を更に備え第１カメラ２０、４０、６０と第２カメラ２１、４１、６１で赤外線撮像するようにしてもよい。
また、上記実施の形態のＣＰＵ２２１が実行した処理のプログラムを、既存のコンピュータ等で実行させることにより、当該速度計測システムを構成させることができる。
このようなプログラムの配布方法は任意であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical Disk）、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよいし、インターネット等の通信ネットワークを介して配布してもよい。
１、２、４、５…速度計測システム
１０…車両
１１…ＧＰＳ
２０、４０、６０…第１カメラ
２１、４１、６１…第２カメラ
２０１、２１１…撮像部
２０２、２１２…制御部
２０２１、２１２１…フレームメモリ
２０３、２１３…通信部
２２…コンピュータ
２２１…ＣＰＵ
２２１１、２２２１…画像データ取得部
２２１２、２２２２…時刻・位置取得部
２２１３…対象画像選択部
２２１４…テンプレート生成部
２２１５…テンプレートマッチング処理部
２２１６、２２２４…３次元座標取得部
２２１７、２２２５…速度算出部
２２２３…特徴的形状特定部
２２２…通信部
２２３…ＲＡＭ
２２４…ＲＯＭ
２２５…ＨＤＤ
２２６…表示部
２２７…テンプレート
２３…通信線
２４…撮像指示信号発生部
２４１…ＧＰＳアンテナ
２５…通信線
４２…赤外光照射部

Claims (12)

  1. 車両の進行方向に対して略垂直の視線方向で、互いに同時に撮像して、予め定めた時間間隔の連続フレーム画像を撮像時刻に対応付けて取得する複数の撮像手段と、
    前記複数の撮像手段のうち１の撮像手段が撮像した前記連続フレーム画像から、前記車両を示すフレーム画像を基準フレーム画像として選択し、前記基準フレーム画像中の前記車両の画像と同じ画像をテンプレートとして生成するテンプレート生成手段と、
    前記基準フレーム画像の前又は後の前後フレーム画像、並びに、他の撮像手段で、前記基準フレーム画像及び前記前後フレーム画像と同時に撮像したフレーム画像において、前記テンプレートを用いたテンプレートマッチングを行うことにより、前記テンプレートに略一致するテンプレート一致領域を特定するテンプレート一致領域特定手段と、
    前記テンプレート及び前記テンプレート一致領域から互いに対応する基準点を決定し、前記複数の撮像手段で同時に撮像したフレーム画像における前記基準点の位置に基づいて、各撮像時刻における前記基準点の３次元座標を取得する３次元座標取得手段と、
    前記３次元座標取得手段で取得した前記基準点の３次元座標を少なくとも２つの異なる前記撮像時刻について取得した値と、前記３次元座標を取得するのに使用したフレーム画像の前記撮像時刻の時間差とに基づいて、前記車両の速度を算出する速度算出手段と、を有し、
    前記３次元座標取得手段は、前記基準フレーム画像と、複数の前記前後フレーム画像と、他の撮像手段で、前記基準フレーム画像及び前記前後フレーム画像と同時に撮像したフレーム画像と、に基づいて、４以上の撮像時刻について３次元座標を取得し、
    前記速度算出手段は、前記車両が等加速度運動をしていると仮定した２次方程式に、４以上の撮像時刻について３次元座標をフィッティングすることにより、各３次元座標における速度のうち最も低い速度を、計測時間内最低速度として出力する、
    ことを特徴とする速度計測システム。
  2. 前記テンプレート生成手段は、前記複数の撮像手段のうち１の撮像手段が撮像した前記連続フレーム画像から、フレーム画像の略中央に前記撮像手段の視線方向に対して略垂直の前記車両の略平面を示すフレーム画像を前記基準フレーム画像として選択し、前記基準フレーム画像中の前記車両の前記略平面の画像と同じ画像を前記テンプレートとして生成する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の速度計測システム。
  3. 前記複数の撮像手段のうち１の撮像手段が撮像したフレーム画像の画素値が予め定めた変化量を超えて変化した時の変化量の最大値に対し、所定の割合以上の変化量を有する時間帯のフレーム画像を計測対象画像として取得する計測対象画像取得手段をさらに有し、
    前記テンプレート生成手段は、前記計測対象画像取得手段で取得した前記計測対象画像の中から、前記基準フレーム画像を選択する、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の速度計測システム。
  4. ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波信号を受信するＧＰＳ受信アンテナと、
    前記基準フレーム画像と前記前後フレーム画像を撮像したときの前記撮像時刻と、前記撮像手段の現在位置と、を前記ＧＰＳ受信アンテナから受信した電波信号に基づいて取得し、各フレーム画像と、当該フレーム画像に対応付けて前記撮像時刻と前記現在位置と、を含む情報を記憶する記憶手段と、
    をさらに有し、
    前記撮像手段は、前記撮像時刻を前記記憶手段から取得する、
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の速度計測システム。
  5. 前記複数の撮像手段は、前記車両が進行する道路の延在方向に略垂直かつ略水平方向である方向を視線方向とし、前記車両を側方から撮像する、
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の速度計測システム。
  6. 前記複数の撮像手段は、前記車両が進行する道路の延在方向に略垂直かつ略鉛直方向下向きを視線方向とし、車両を上方から撮像する、
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の速度計測システム。
  7. 前記基準点は、前記テンプレート及び前記テンプレート一致領域の重心である、
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の速度計測システム。
  8. 前記複数の撮像手段が前記視線方向に略平行の方向に赤外光を照射する赤外光照射手段を更に有し、
    前記撮像手段は、赤外線撮像が可能なカメラである、
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の速度計測システム。
  9. 前記複数の撮像手段が撮像する領域と重複する領域をカラー撮像するカラー撮像装置と、
    前記カラー撮像装置が撮像したカラー画像のうち、前記基準フレーム画像と前記前後フレーム画像を前記撮像手段が撮像した時刻と同時刻を含む時間に連続撮像したカラー画像を前記速度算出手段が算出する前記車両の速度と対応付けて記憶するカラー画像記憶手段と、
    を更に有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の速度計測システム。
  10. 前記計測対象画像取得手段が前記計測対象画像を取得したことを検出した後に、前記車両の通過する方向を所定時間カラー撮像するカラー撮像装置と、
    前記カラー撮像装置が撮像したカラー画像を前記速度算出手段が算出する前記車両の速度と対応付けて記憶するカラー画像記憶手段と、
    を更に有することを特徴とする請求項３に記載の速度計測システム。
  11. 車両の進行方向に対して略垂直の視線方向で、互いに同時に撮像して、予め定めた時間間隔の連続フレーム画像を撮像時刻に対応付けて取得する複数の撮像手段で撮像する撮像ステップと、
    前記複数の撮像手段のうち１の撮像手段が撮像した前記連続フレーム画像から、前記車両を示すフレーム画像を基準フレーム画像として選択し、前記基準フレーム画像中の前記車両の画像と同じ画像をテンプレートとして生成するテンプレート生成ステップと、
    前記基準フレーム画像の前又は後の前後フレーム画像、並びに、他の撮像手段で、前記基準フレーム画像及び前記前後フレーム画像と同時に撮像したフレーム画像において、前記テンプレートを用いたテンプレートマッチングを行うことにより、前記テンプレートに略一致するテンプレート一致領域を特定するテンプレート一致領域特定ステップと、
    前記テンプレート及び前記テンプレート一致領域から互いに対応する基準点を決定し、前記複数の撮像手段で同時に撮像したフレーム画像における前記基準点の位置に基づいて、各撮像時刻における前記基準点の３次元座標を取得する３次元座標取得ステップと、
    前記３次元座標取得ステップで取得した前記基準点の３次元座標を少なくとも２つの異なる前記撮像時刻について取得した値と、前記３次元座標を取得するのに使用したフレーム画像の前記撮像時刻の時間差とに基づいて、前記車両の速度を算出する速度算出ステップと、を有し、
    前記３次元座標取得ステップは、前記基準フレーム画像と、複数の前記前後フレーム画像と、他の撮像手段で、前記基準フレーム画像及び前記前後フレーム画像と同時に撮像したフレーム画像と、に基づいて、４以上の撮像時刻について３次元座標を取得し、
    前記速度算出ステップは、前記車両が等加速度運動をしていると仮定した２次方程式に、４以上の撮像時刻について３次元座標をフィッティングすることにより、各３次元座標における速度のうち最も低い速度を、計測時間内最低速度として出力する、
    ことを特徴とする速度計測方法。
  12. コンピュータに、
    車両の進行方向に対して略垂直の視線方向で、互いに同時に撮像して、予め定めた時間間隔の連続フレーム画像を撮像時刻に対応付けて取得する複数の撮像手段に撮像させる撮像手順と、
    前記複数の撮像手段のうち１の撮像手段が撮像した前記連続フレーム画像から、前記車両を示すフレーム画像を基準フレーム画像として選択し、前記基準フレーム画像中の前記車両の画像と同じ画像をテンプレートとして生成するテンプレート生成手順と、
    前記基準フレーム画像の前又は後の前後フレーム画像、並びに、他の撮像手段で、前記基準フレーム画像及び前記前後フレーム画像と同時に撮像したフレーム画像において、前記テンプレートを用いたテンプレートマッチングを行うことにより、前記テンプレートに略一致するテンプレート一致領域を特定するテンプレート一致領域特定手順と、
    前記テンプレート及び前記テンプレート一致領域から互いに対応する基準点を決定し、前記複数の撮像手段で同時に撮像したフレーム画像における前記基準点の位置に基づいて、各撮像時刻における前記基準点の３次元座標を取得する３次元座標取得手順と、
    前記３次元座標取得手順で取得した前記基準点の３次元座標を少なくとも２つの異なる前記撮像時刻について取得した値と、前記３次元座標を取得するのに使用したフレーム画像の前記撮像時刻の時間差とに基づいて、前記車両の速度を算出する速度算出手順と、を実行させるためのプログラムであって、
    前記３次元座標取得手順は、前記基準フレーム画像と、複数の前記前後フレーム画像と、他の撮像手段で、前記基準フレーム画像及び前記前後フレーム画像と同時に撮像したフレーム画像と、に基づいて、４以上の撮像時刻について３次元座標を取得し、
    前記速度算出手順は、前記車両が等加速度運動をしていると仮定した２次方程式に、４以上の撮像時刻について３次元座標をフィッティングすることにより、各３次元座標における速度のうち最も低い速度を、計測時間内最低速度として出力する、
    ことを特徴とするプログラム。
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