JP6850613B2 - 明滅度測定装置、明滅度測定方法、明滅度測定プログラムおよび記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、明滅度測定装置、明滅度測定方法、明滅度測定プログラムおよび記憶媒体に関するものである。

従来、カメラ等の撮影部を用いて道路を撮影するとともに画像処理を行い、道路の輝度を測定する輝度測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された輝度測定装置では、撮影した対象領域をグリッドに切り分けることにより、輝度測定の高精度化を図っている。このように道路の輝度を測定することにより、照明の輝度が適切かどうかを評価することができる。

特開２０１３−１８５８５７号公報

ところで、このように道路等に設けられる照明として、例えばＨＩＤランプのように所定の周波数で輝度が時間変化する光源が用いられることがある。また、輝度が時間変化しないように設計された光源であっても、リプル等が発生することで実際には多少明滅することがある。

光源の用途によっては輝度の変化幅（振幅）が小さいことが好ましい場合があるが、肉眼では光源が明滅しているか判断困難であった。また、光源やその周囲の高輝度部分を撮影して輝度を測定する場合、露光時間を短くしなければならないことがあり、露光時間が輝度変化の周期に対して短いと、撮影タイミングによって測定結果が変化してしまい、正しい輝度を測定できない場合がある。即ち、輝度を測定する際に、光源が明滅しているか否かを予め判断することが求められる場合があった。

本発明の目的は、光源が明滅しているか否かを判断することができる明滅度測定装置、明滅度測定方法、明滅度測定および記憶媒体を提供することにある。

本発明の明滅度測定装置は、光源又はその周囲の高輝度部分を含む撮影対象を所定の露光時間で撮影する撮影手段と、前記光源の明滅度を算出する算出手段と、を備え、前記撮影手段によって、時間間隔をあけて前記撮影対象を複数回撮影し、前記算出手段によって、前記撮影手段が撮影した複数の画像に基づいて前記明滅度を算出することを特徴とする。

以上のような本発明によれば、撮影手段が撮影した複数の画像に基づいて、それぞれの撮影タイミングにおける瞬間的な輝度を取得することができる。これらの瞬間的な輝度同士を比較することで、明滅度を算出し、光源が明滅しているか否かを判断することができる。即ち、例えば瞬間的な輝度のばらつきの程度（輝度同士の差や標準偏差等）を明滅度とし、明滅度が基準値以下であれば光源が明滅しておらず、基準値よりも大きければ光源が明滅していると判断することができる。

尚、撮影の時間間隔が光源の輝度変化の周期の整数倍である場合、複数回の撮影で同等の輝度を取得してしまうことがある。光源が交流電源によって駆動されて明滅する場合には、交流電源の周波数の整数倍を周期とすることが多いため、交流電源の周波数が既知であれば、この周波数の整数倍からずれた周期で撮影することが好ましい。また、連続した２回の撮影で同等の輝度が得られた場合には、次の撮影までの時間間隔を変更してもよい。

この際、本発明の明滅度測定装置では、前記撮影手段によって、前記時間間隔を変更しつつ前記撮影対象を複数回撮影することが好ましい。このような構成によれば、時間間隔の全てが光源の輝度変化の周期の整数倍となる（撮影タイミングと光源の輝度変化とが同期する）ことを抑制し、光源が明滅しているか否かを精度良く判断することができる。

さらに、本発明の明滅度測定装置では、前記時間間隔は、通算撮影回数に応じた調節分を基準時間間隔に加減した値であることが好ましい。このような構成によれば、撮影回数が増えていくにしたがって撮影間隔が長く又は短くなっていき、時間間隔の全てが光源の輝度変化の周期の整数倍となってしまうことをさらに抑制することができる。このとき、撮影手段の最小フレーム間隔を基準時間間隔とし、露光時間と通算撮影回数（又はこれに応じた回数）との積を調節分としてもよい。

また、本発明の明滅度測定装置では、複数の前記画像に基づいて前記光源の輝度の時間変化曲線を作成し、前記時間変化曲線に基づいて前記光源の標準輝度を取得することが好ましい。このような構成によれば、光源の明滅度を測定しつつ、光源の標準輝度も測定することができる。即ち、光源の輝度が時間変化していない場合には、輝度の時間変化曲線は直線状となり、任意のタイミングの輝度を、光源の標準輝度とすればよい。また、光源の輝度が時間変化している場合には、時間変化曲線のうち一周期分（またはその整数倍）について、その間の輝度の平均値や時間積分値に基づいて光源の標準輝度を取得すればよい。尚、明滅度を算出する算出手段が、時間変化曲線を作成するとともに標準輝度を取得してもよいし、時間変化曲線を作成して標準輝度を取得するために他の算出手段を設けてもよい。

一方、本発明の明滅度測定方法は、光源又はその周囲の高輝度部分を含む撮影対象を所定の露光時間で撮影する撮影工程と、前記光源の明滅度を算出する算出工程と、を含み、前記撮影工程において、時間間隔をあけて前記撮影対象を複数回撮影し、前記算出工程において、前記撮影工程で撮影した複数の画像に基づいて前記明滅度を算出することを特徴とする。このような本発明によれば、上記のような明滅度測定装置と同様に、光源が明滅しているか否かを判断することができる。

また、本発明の明滅度測定プログラムは、上記のような明滅度測定方法を、コンピュータにより実行させることを特徴とする。また、本発明の記録媒体は、明滅度測定プログラムを格納したことを特徴とし、コンピュータ読み取り可能なものである。

本発明の明滅度測定装置、明滅度測定方法、明滅度測定プログラムおよび記憶媒体によれば、複数の画像に基づく瞬間的な輝度同士を比較することで、明滅度を算出し、光源が明滅しているか否かを判断することができる。

本発明の実施形態に係る明滅度測定装置を模式的に示すブロック図である。 前記明滅度測定装置が実施する明滅度算出処理の一例を示すフローチャートである。 前記明滅度測定装置が実施する輝度曲線作成処理の一例を示すフローチャートである。 前記明滅度測定装置の測定対象である光源の輝度の時間変化、及び、前記明滅度測定装置の撮影手段の撮影タイミングの一例を示すグラフである。 前記明滅度測定装置が作成する前記光源の輝度曲線の一例を示すグラフである。 前記光源の輝度の時間変化の他の例を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の明滅度測定装置１は、図１に示すように、撮影手段としてのカメラ２と、コンピュータ３と、を備え、カメラ２のシャッタータイミングを制御するシャッタータイミング制御装置１００に接続される。

カメラ２は、シャッター速度を調節することにより、露光時間が調節可能に構成され、光源２００を直接撮影しても画像濃度（画像レベル）が飽和しないように設定されている。カメラ２によって撮影される画像は、撮影対象の輝度および露光時間に応じて画像濃度（画像レベル）が変化する。即ち、撮影対象の輝度が高く露光時間が長いほど、画像濃度が濃く（画像レベルが高く）なり、撮影対象の輝度が低く露光時間が短いほど、画像濃度が薄く（画像レベルが低く）なる。カメラ２は、光源２００又はその周囲の高輝度部分を含む撮影対象（撮影領域）を撮影するが、輝度を取得する際には、撮影した画像のうち輝度が高い部分のみを使用してもよい。

カメラ２の露光時間は、光源２００を直接撮影しても画像濃度が飽和しない程度に短ければよく、光源２００の想定される輝度に基づいて設定されればよい。具体的には、露光時間は例えば０．１〜０．５ｍｓｅｃ程度であればよく、光源が商用周波数よりも高い周波数で駆動されている可能性がある場合には、さらに短い露光時間としてもよい。尚、ある露光時間で光源２００を直接撮影して画像濃度が飽和してしまった場合には、露光時間を短く設定し直して再度撮影すればよい。カメラ２によって撮影された画像は、コンピュータ３に送信される。

コンピュータ３は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等の記憶手段と、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の制御手段と、を有する汎用計算機である。コンピュータ３は、後述するように、カメラ２から受信した複数の画像の画像濃度に基づいて光源２００の明滅度を算出し、算出手段として機能する。

光源２００は、明滅度測定装置１の測定対象であって、明滅度が不明なものである。尚、光源２００が例えば定電流制御されたＬＥＤの場合には輝度がほとんど時間変化せず、明滅しない。また、光源２００が例えばＨＩＤランプの場合には、商用の交流電源によって駆動し、商用周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）やその２倍の周波数で輝度が時間変化する。尚、光源２００は、インバータが設けられることで商用周波数よりも高い周波数で輝度が変化するものであってもよい。

シャッタータイミング制御装置１００は、カメラ２のシャッター動作のタイミングを制御するものであって、０．０１ｍｓｅｃ程度の時間を正確に計測可能に構成され、後述するような露光の各タイミングでシャッターを開閉するように制御する。

以下、明滅度測定装置１によって光源２００の明滅度を測定する際にコンピュータ３が実施する制御（明滅度算出処理）の一例について図２に基づいて説明する。尚、コンピュータ３は、外部からの指令を受けて明滅度算出処理を実行すればよい。

まず、コンピュータ３は、基準時間間隔ｔｓ（例えばカメラ２の最小フレーム間隔）および微小時間Δｔ（例えばカメラ２の露光時間）を決定し（ステップＳ１）、カウンタ値ｎを０にする（ステップＳ２）。次に、コンピュータ３は、カメラ２に撮影対象を撮影させて画像濃度を取得し（ステップＳ３）、カウンタ値ｎが上限値ｎ０と等しい否かを判定する（ステップＳ４）。尚、上限値ｎ０は、例えばカメラ２のフレームレート（１秒あたりの撮影可能回数）の逆数であればよい。カウンタ値ｎが上限値ｎ０と等しくない場合（ステップＳ４でＮ）、コンピュータ３は、基準時間間隔ｔｓに対して微小時間Δｔとカウンタ値ｎとの積を加えた値を時間間隔Ｔとし、時間間隔Ｔだけ待機し（ステップＳ５）、カウンタ値ｎを１増加させ（ステップＳ６）、ステップＳ３に戻る。

一方、カウンタ値ｎが上限値ｎ０と等しい場合（ステップＳ４でＹ）、コンピュータ３は、ステップＳ３で取得した複数の画像の画像濃度に基づいて、光源２００の明滅度を算出し（ステップＳ７）、明滅度算出処理を終了する。

尚、ステップＳ７では、例えば複数の画像濃度（輝度）の標準偏差を算出してこの標準偏差を明滅度としてもよい。また、後述するように光源２００の輝度の時間変化曲線（輝度曲線）を作成し、この輝度曲線の振幅や周波数に基づく明滅度を算出してもよい。また、全ての画像濃度が等しいか（或いは画像濃度同士の差の最大値が所定の範囲以内か）を判定し、単に明滅があるか否かを明滅度としてもよい。このように明滅度算出処理のステップＳ７において明滅度を算出することにより、光源２００が明滅しているか否かが判断可能となる。また、露光時間が長すぎると、光源２００が明滅していても各撮影タイミングにおける輝度が同程度となってしまうことがある。そこで、明滅度が所定値以下である場合には、露光時間を短くして明滅度算出処理を再度実施してもよい。

コンピュータ３は、以上のような明滅度算出処理に次いで、図３に例示するような輝度曲線作成処理を実行してもよい。輝度曲線作成処理においてコンピュータ３は、まず光源２００の輝度が時間変化しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。光源２００の輝度が時間変化している場合（ステップＳ１１でＹ）、コンピュータ３は、後述するような方法で光源２００の周期ＴＬを推定する（ステップＳ１２）。

次に、コンピュータ３は、周期ＴＬに基づいて各撮影タイミングを補正することにより、各撮影タイミングにおける輝度を一周期分のグラフにプロットする（ステップＳ１３）。即ち、各撮影タイミングは、ＴＬ×ｋ＋ΔＴで表すことができ（ｋは整数、０≦ΔＴ＜ＴＬ）、補正後の撮影タイミングをΔＴとしてこれに対応する輝度をグラフにプロットする。次に、コンピュータ３は、各プロットを曲線近似することで輝度曲線を作成する（ステップＳ１４）。

一方、光源２００の輝度が時間変化していない場合（ステップＳ１１でＮ）、コンピュータ３は、任意の撮影タイミングで得られた輝度に基づいて直線状の輝度曲線を作成する（ステップＳ１５）。

コンピュータ３は、ステップＳ１４またはステップＳ１５で輝度曲線を作成した後、輝度曲線作成処理を終了する。コンピュータ３は、このように作成した輝度曲線に基づいて光源２００の標準輝度を取得することができる。尚、明滅度を算出する算出手段としてのコンピュータ３とは別の取得手段によって光源２００の標準輝度を取得してもよい。

輝度曲線が直線状である場合には、コンピュータ３は、任意のタイミングにおける光源２００の輝度を標準輝度とすればよい。一方、輝度曲線が正弦波等の曲線状である場合、一周期分の輝度の平均値や時間積分値に基づいて標準輝度を取得すればよい。また、輝度曲線がパルス状である場合には、一周期分の輝度の平均値や時間積分値に基づいて標準輝度を取得してもよいし、振幅とデューティー比とに基づいて標準輝度を取得してもよい。このように標準輝度を取得することにより、明滅度測定装置１を輝度測定装置としても機能させることができる。

次に、具体例を挙げて明滅度を算出する方法および輝度曲線を作成する方法について説明する。まず、図４に示すように、光源２００が商用周波数５０Ｈｚの電源によって駆動され、１００Ｈｚで輝度が時間変化する（即ち周期ＴＬが１０ｍｓｅｃとなる）ものとする。カメラ２の露光時間を１ｍｓｅｃに設定し、これに対応するフレームレートが１０ｆｐｓであり、即ち最小フレーム間隔が１００ｍｓｅｃであるものとする。このとき、上記の基準時間間隔ｔｓを１００ｍｓｅｃとし、微小時間Δｔを１ｍｓｅｃとする。尚、光源２００を駆動する電源の周波数が既知であり、光源２００が明滅している場合の周波数が予測できる場合には、この明滅の周波数に応じた基準間隔を設定することが好ましい。

図４では、１回目の撮影開始時を基準（０ｍｓｅｃ）として示している。２回目の撮影は、１回目の撮影開始時から１０１ｍｓｅｃ後に開始される。また、３回目の撮影は、２回目の撮影開始時から１０２ｍｓｅｃ後（即ち１回目の撮影開始時から２０３ｍｓｅｃ後）に開始される。このように、撮影の時間間隔Ｔ＝ｔｓ＋ｎ×Δｔが徐々に長くなっていくことで、撮影のタイミングと光源２００の輝度の時間変化とが同期しない。このような撮影を、例えばフレームレートの逆数（１０回）だけ繰り返す。

このとき、各撮影で異なる値の輝度が得られるため、高い明滅度が算出され、光源２００が明滅していると判定される。

輝度曲線を作成するためには、光源２００の周期ＴＬを推定する必要があるが、次のように推定すればよい。上記の例では、５回目の撮影開始時が、１回目の撮影開始時から５１０ｍｓｅｃ後となり、周期ＴＬの整数倍の間隔となるため、１回目の撮影と同等の輝度が得られる。換言すれば、同等の輝度が得られた場合、その２回の撮影の間隔は周期ＴＬの整数倍である可能性がある。この間隔の約数の時間間隔で撮影した際に、同等の輝度が得られる最小の時間間隔が、周期ＴＬとなる。尚、光源２００を駆動する電源の周波数が既知であり、光源２００が明滅している場合の周期が予測できる場合には、予測した周期（又はその約数）を時間間隔として撮影することにより、予測が正しいか否かを確認してもよい。

このように周期ＴＬを推定した後、各撮影タイミングを周期ＴＬに基づいて１回目の撮影開始時から０〜９ｍｓｅｃの間の値に補正する。例えば、２回目の撮影開始時は、１回目の撮影開始から１０１ｍｓｅｃ経過しており、周期ＴＬの整数倍を減じて１ｍｓｅｃに補正し、３回目の撮影開始時は、１回目の撮影開始から２０３ｍｓｅｃ経過しており、周期ＴＬの整数倍を減じて３ｍｓｅｃに補正する。このように補正した各撮影タイミングにおける輝度を一周期分のグラフにプロットすると、図５のような結果が得られる。尚、撮影開始時と撮影終了時との中間時刻に各プロットを打つ。これらのプロットを正弦波で近似することにより、光源２００の輝度曲線が得られる。

図６に示すように、光源２００の輝度がパルス状に変化することもある。この場合、各撮影タイミングにおいて得られる輝度は、０又は所定値が多数となるため、パルス状の波形であると判定してもよい。また、カメラ２の露光中に輝度が０から所定の値に切り換った場合、得られる輝度は０と所定値との中間の値となる。このような切り換わりのタイミングに基づいて光源２００の周期ＴＬを推定することができる。また、周期ＴＬを推定するとともに切り換わりのタイミングの前後で撮影することにより、パルスの立ち上がりの鋭さを評価することができる。

このように光源２００の輝度がパルス状に変化する場合であっても、各撮影タイミングを周期ＴＬに基づいて補正することにより、正弦波状に変化する場合と同様に輝度曲線を作成し、標準輝度を取得することができる。この場合、オン状態の輝度とデューティー比（オン時間の割合）に基づいて標準輝度を算出してもよい。

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、カメラ２によって時間間隔をあけて撮影対象を複数回撮影し、撮影した複数の画像に基づいて明滅度を算出することにより、光源２００が明滅しているか否かを判断することができる。

さらに、基準時間間隔ｔｓに対して微小時間Δｔとカウンタ値ｎとの積（通算撮影回数に応じた調節分）を加えた値を時間間隔Ｔとすることで、撮影回数が増えていくにしたがって時間間隔Ｔが長くなっていき、時間間隔Ｔの全てが光源２００の輝度変化の周期ＴＬの整数倍となる（撮影タイミングと光源２００の輝度変化とが同期する）ことを抑制し、光源が明滅しているか否かを精度良く判断することができる。

また、撮影した複数の画像に基づいて光源２００の輝度曲線を作成し、輝度曲線に基づいて光源２００の標準輝度を取得することで、光源２００の明滅度を測定しつつ、光源２００の標準輝度も測定することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

例えば、前記実施形態では、基準時間間隔ｔｓに対して微小時間Δｔとカウンタ値ｎとの積を加えた値を時間間隔Ｔとし、撮影回数が増えていくにしたがって時間間隔Ｔが長くなるものとしたが、基準時間間隔に対して通算撮影回数に応じた調節分を減じることにより、撮影回数が増えていくにしたがって時間間隔が短くなるようにしてもよい。また、例えば時間間隔をランダムに設定することによって時間間隔を変更し、撮影対象を複数回（３回以上）撮影してもよい。これらの方法によっても前記実施形態と同様に撮影タイミングと光源２００の輝度変化とが同期することを抑制し、光源が明滅しているか否かを精度良く判断することができる。

また、前記実施形態では、カウンタ値ｎの上限値ｎ０に１を加えた回数だけ撮影するものとしたが、撮影回数は２回以上であればよい。例えば、２回の撮影で得られた輝度同士の差に基づく明滅度を算出し、明滅度が基準値よりも大きければ光源２００が明滅していると判断すればよい。明滅度が基準値以下である場合には、光源２００が明滅していないと判断してもよいし、追加の撮影を行うことにより、この結果も含めて再度判断してもよい。勿論、追加の撮影（３回目の撮影）時には、１回目の撮影と２回目の撮影との時間間隔とは異なる時間間隔をあけることが好ましい。

また、前記実施形態では、明滅度測定装置１が光源２００の輝度曲線を作成するとともに光源２００の標準輝度を取得するものとしたが、明滅度測定装置１は単に光源２００の明滅度を測定するものであってもよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１ 明滅度測定方法
２ カメラ（撮影手段）
３ コンピュータ（算出手段）
２００ 光源

Claims (5)

1. 光源又はその周囲の高輝度部分を含む撮影対象を所定の露光時間で撮影する撮影手段と、
   前記光源の明滅度を算出する算出手段と、を備え、
   前記撮影手段によって、時間間隔をあけて前記撮影対象を複数回撮影し、
   前記算出手段によって、前記撮影手段が撮影した複数の画像に基づいて前記明滅度を算出し、
   複数の前記画像に基づいて前記光源の輝度の時間変化曲線を作成し、
   前記時間変化曲線に基づいて前記光源の標準輝度を取得し、
   前記撮影手段によって、前記時間間隔を変更しつつ前記撮影対象を複数回撮影することを特徴とする明滅度測定装置。
2. 前記時間間隔は、通算撮影回数に応じた調節分を基準時間間隔に加減した値であることを特徴とする請求項１に記載の明滅度測定装置。
3. 光源又はその周囲の高輝度部分を含む撮影対象を所定の露光時間で撮影する撮影工程と、
   前記光源の明滅度を算出する算出工程と、
   前記光源の標準輝度を取得する工程と、を含み、
   前記撮影工程において、時間間隔をあけて前記撮影対象を複数回撮影し、
   前記算出工程において、前記撮影工程で撮影した複数の画像に基づいて前記明滅度を算出し、
   前記光源の標準輝度を取得する工程において、複数の前記画像に基づいて前記光源の輝度の時間変化曲線を作成し、前記時間変化曲線に基づいて前記光源の標準輝度を取得し、
   前記撮影工程において、前記時間間隔を変更しつつ前記撮影対象を複数回撮影することを特徴とする明滅度測定方法。
4. 請求項３に記載の明滅度測定方法を、コンピュータにより実行させることを特徴とする明滅度測定プログラム。
5. 請求項４に記載の明滅度測定プログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

Images