JP3151372B2

JP3151372B2 - 移動物体速度検出装置及び方法

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Publication number: JP3151372B2
Application number: JP09383395A
Authority: JP
Inventors: 越後富夫
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1995-04-19
Filing date: 1995-04-19
Publication date: 2001-04-03
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JPH08285873A; US5771485A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の移動、すなわち
交通状況を検知するための装置及び方法、特に移動物体
の速度検出装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】交通流量を計測するための車両速度の検
出技術にはいろいろなものがある。例えば、車両の移動
方向に対して垂直にカメラの撮影領域を設置し、その撮
影領域の特定位置にスリットを設ける。そして、このス
リットを通過する車両の映像だけを蓄積し、個々の車両
領域を切り出し、車両長さから速度に変換する。この方
法では、予め車両の長さを知っていなければ速度を検出
することができず、また、１台ずつ車両が正確に切り出
される必要がある。詳しくは、J.Y.Zhen and S.Tsuji F
rom Anorthoscope Perception to Dynamic Vision IEEE
Int'l Conf. R&A,vol.2,pp.1154-1160,1990を参照のこ
と。

【０００３】また他の方法では、２本のスリットを一定
距離をもって設定し、２本のスリットを通過する映像に
ついて、動的計画法によって対応づけることでスリット
間を移動する車両の移動時間を測定し、スリットの間隔
とから移動速度を計算する。この方法は、測定距離を一
定としているために、低速車両及び渋滞時には速度情報
を得るのに長時間要し、また不正確な情報しか得られな
い。

【０００４】さらに他の方法は、１フレームにおける車
両エッジのヒストグラムから移動成分を求めているが、
高速に移動する車両では１フレーム内でエッジが鈍って
しまい、車両エッジがヒストグラムでは判定できなくな
る。詳しくは、瀬川、塩原、佐々木、動画像処理システ
ムＩＳＨＨＴＡＲによるリアルタイム交通流計測、情報
処理学会コンピュータビジョン研究会、91-7,pp.47-54,
1994を参照のこと。

【０００５】また、特開平６−２１７３１１号には、カ
メラにより撮影した画像から、移動体情報と移動しない
所定設備情報を抽出し、背景にある設備の長さ等の情報
から、速度を検出する装置が開示されている。しかし、
画像の処理には撮影した画像を２次元で用いており、画
素数が増加すると速度検出処理に時間がかかり、また不
必要な部分の画素についても処理を必要とする。

【０００６】さらに、特開平６−１８０７４９号には、
予め撮影された背景画像を用い、撮影された画像から背
景の差分と、移動物体についての連続差分とを検出し、
それにより移動物体及び静止物体を検出することができ
る装置を開示している。このような装置は、移動物体の
移動方向が一定でない場合や、移動物体及び静止物体の
混在状態が想定される場所での測定においては効果があ
るが、物体の移動方向が一定であり、全体としての物体
の移動状態がほぼ同じような場所では、処理が煩雑で高
速処理には向かない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】よって本願発明の目的
は、簡便に物体（例えば車両）の移動速度を検出する装
置及び方法を提供することである。

【０００８】また他の目的は、撮影手段からの画像を２
次元情報としてそのまま処理することなく、標本時間Ｔ
の間に速度検出処理用として生成される画素の数を減少
させることにより、処理の高速化を図ることである。

【０００９】さらに他の目的は、背景状況の影響を少な
くし、正確な速度を検出することである。

【００１０】さらに他の目的は、上述の目的を達成する
装置及び方法を提供することにより、交通量規制、速度
規制等を行うための信号タイミングの適切な調節を可能
とすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上述べたような目的を
達成するために、本発明は以下のような構成を有する。
すなわち、時間間隔Ｔ毎に、物体が移動する、所定の領
域を撮影する撮影手段と、撮影手段により撮影された、
時間間隔Ｔ毎の画像の各画素の明度情報を物体の移動方
向に沿った軸に射影し、軸上に各明度値を蓄積すること
により、一次元射影情報を生成する射影手段と、射影手
段からの一次元射影情報を記憶する記憶手段と、記憶手
段に記憶された一次元射影情報を用いて、所定の領域内
を移動する物体の速度を検出する検出手段とを有する移
動物体速度検出装置である。これにより、処理の用いら
れる情報は、一次元の射影された情報となり、これらを
多数有するとしても、時間間隔Ｔにおいて撮影される画
像の情報量とあまり変わらない。よって、処理の簡便化
及び速度検出の正確化が行われる。

【００１２】また、先の検出手段が、連続する前記一次
元射影情報を１つの画像として空間微分する手段を含む
ようにすることも考えられる。

【００１３】さらに、所定の領域内で移動する物体があ
ることを検知する移動検知手段をさらに含み、先の移動
検知手段により、移動が検出された場合に検出手段を動
作させるようにすることも考えられる。

【００１４】

【作用】撮影手段は時間間隔Ｔで物体が移動する、所定
の領域の画像を撮影し、射影手段は撮影手段により撮影
された、時間間隔Ｔ毎の画像の各画素の明度情報を、物
体の移動方向に沿った軸に射影する。射影された明度値
は、先の軸上に蓄積され、一次元射影情報とされる。さ
らに、記憶手段には射影手段からの一次元射影情報を記
憶し、記憶手段に記憶された一次元射影情報を用いて、
所定の領域内を移動する物体の速度を検出する。物体の
速度を検出する際には、連続する一次元情報を１つの画
像として空間微分する。

【００１５】また、所定の領域内で移動する物体がある
ことを検知する場合にのみ検出動作を実行するようにす
れば、処理量を減らすことができる。

【００１６】

【実施例】まず、撮影装置(カメラ)からどのように移動
物体(ここでは車両)を撮影するのかを説明する。図１の
［Ａ］を参照すると、道路５上に立てられた支柱３にカ
メラ１が設けられている。道路５には車両７が走行して
いる。この図１の［Ａ］においてカメラ１の撮影範囲
（領域）は、ＡからＢまでである。よって、車両の一部
分は撮影領域に入っている。この図１の［Ａ］を真上か
ら見た図が図１の［Ｂ］である。支柱３には支持棒９が
道路５と平行に設けられ、その支持棒９にカメラ１が設
けられている。そして、カメラ１は点線で囲まれる領域
を撮影する。カメラ１により撮影された画像は図２に示
されたようになるであろう（点線の内部）。

【００１７】次に、このように撮影された画像の取扱い
について説明する。図１のようなカメラ１の位置である
と、車両の背景画像は道路５であるが、道路５の路面状
況は刻々と変化するものである。すなわち、処理される
画像は昼夜、晴・雨・曇等のさまざまな自然環境におい
て撮影されるので、どのような状態にも対応できる安定
性を必要とする。さらに、高速移動している車両を撮影
する場合、撮影された画像１フレーム間でも移動が複数
画素に現れ、背景と車両のエッジがぼけてくる。このぼ
けの対処法として、カメラのシャッター速度を速くする
ことが考えられるが、撮像素子に光信号を蓄積する時間
が短くなり、信号対雑音比が悪くなる。特に、薄暮や雨
天では光が弱くなるので、上述の安定性からしてもこの
ような手段をとることはできない。

【００１８】また、従来技術のように撮影した２次元画
像を用い、上述のようなぼやけた画像に微分処理を行わ
なければならない場合には、車両の進行方向部分に微分
値が広がる。微分演算は雑音に弱いので、微分値からフ
レーム間の対応をとり、移動距離を求めると、誤差を生
じやすい。撮影された画像の明度情報のみを用いる方法
も考えられるが、夜間ではヘッド・ライトのみしか撮影
されないので、その夜間にはヘッドライトを確実に捉え
る処理が付加的に必要となる。また、２次元情報を扱う
場合には、相関演算に時間がかかるという欠点もある。

【００１９】さらに、車両７は、図１及び２で示したよ
うな直線的な道路においては、当然直線的に走行する。
また、撮影領域を短く（例えば、車両１台分程度（およ
そ５ｍ））すれば、その部分においては、道路を直線と
みなすことができる。さらに、交通量を測定しなければ
ならないような道路は、通常交通量が多く、カーブのき
つい部分は少ないはずである。また、信号タイミングの
調節を行うことを考えると、撮影されるのは交差点付近
であり、車線が複数ある場合でも車線変更は少ない。よ
って、車両７の移動（進行）は直線的であるとして、移
動方向の軸となる車線の中心線Ｃに沿った情報があれ
ば、交通量及び車両速度を図るには十分である。

【００２０】そこで、本願発明では車線の中心線Ｃに撮
影された画像の明度情報を射影し、その総和を求め、１
次元情報に変換する。このような処理による効果には以
下のようなものがある。すなわち、（１）車両前部のエッジ情報は保持されたまま、夜間に
おいてもヘッドライトを探索する付加的な処理を必要と
しない。（２）画像に現れる一様な雑音は、明度の総和をとるこ
とにより低減される。また、一次元情報の微分も安定す
る。（３）撮影画像間の探索が一次元情報なので簡単で、処
理の負担が軽くなる。

【００２１】この一次元情報の例を図３に示す。図３
（ａ）は車両が撮影領域に入っていない状態、図３
（ｂ）は車両の前部が撮影領域に入った状態、図３
（ｃ）は車両全体が撮影領域に入った状態、図３（ｄ）
は車両の先頭が撮影領域を出た状態を各々示している。
このように、相関演算の負担は比較情報の減少により、
軽くなる。

【００２２】このようにして得た一次元射影情報を用い
た速度検出処理を説明する前に、全処理を行うための装
置構成を図４を用いて説明する。この装置は、カメラ１
と、射影部１３と、移動検出部１５と、バッファ１７と
から構成されており、それぞれ順にバス１９、２１、２
３にて接続されている。各構成要素の設置位置は、カメ
ラ１が道路上に設置されなければならないことを除き、
撮影した画像や検出した速度をどのように用いるかによ
って異なる。例えば、信号の上にカメラを設けて、信号
のタイミングを変更するようにするには、全ての構成要
素を信号機のそばに設置することが好ましい。しかし、
遠隔地にいる機械又は人によりモニタする必要がある場
合には、速度を設置位置で検出し、速度情報のみを送信
してもよいし、撮影された画像も必要ならばバス１９を
引き延ばして射影部１３以降を遠隔地に設置してもよ
い。撮影された画像が必要な場合には、バス１９に送り
出す前に画像圧縮装置を設け、画像を圧縮してから送る
ことが考えられる。

【００２３】図４の装置の動作を次に説明する。カメラ
１は上述のような所定の領域についての画像を時間Ｔご
とに撮影する。この時間Ｔは、図１におけるＡ地点とＢ
地点の距離（撮影される２枚の画像を比較しなければな
らないので、この距離の１／２が実際には用いられ
る。）と、走行する車両の検出可能な最高速度を決める
ことにより求まる。例えば、ＡＢの長さが５ｍであり、
検出可能な最高速度を２００ｋｍ／ｈとすると、Ｔ＝
０．０４５秒より短い時間間隔ごとに撮影する必要があ
る。但し、実際カメラによる撮影は、そのカメラのフィ
ールド周波数（通常は１７ｍｓｅｃ）に依存する。すな
わち、このフィールド周波数の整数倍の時間Ｔしか用い
ることができない。以下の説明では、このカメラのフィ
ールド周波数とは無関係に数値を用いる場合もあるが、
その場合にはカメラのフィールド周波数に合わせた適当
な時間Ｔ等を用いることが好ましい。撮影された画像
は、バス１９を介して射影部１３に送られる。射影部１
３は、予め定められた移動物体（車両）の進行方向の軸
に、各画素の明度情報を射影し、蓄積する。そして蓄積
された情報は、上述のＡＢの長さに対応する画素数の一
次元射影情報として、バス２１を介して移動検出部１５
に格納される。この移動検出部１５の動作は後に述べ
る。

【００２４】このバッファ１７には、所定数ｋの記憶位
置を有しており、好適にはｋ個の記憶位置を有するリン
グバッファである。すなわち、各記憶位置に０からｋ−
１まで番号を付したとすると、０番に最新の一次元射影
情報を入力し、０番に記憶されていた情報は、１番に記
憶し、といったように動作する。最後のｋ−１番に記憶
されていた情報は破棄される。

【００２５】ここで、移動検出部１５の動作を図５を用
いて詳述する。この移動検出部１５は、動作を開始する
と、移動を検出したか否かを示す、自己の保持するフラ
グをリセットし、バッファ１７のポインタを０にセット
する（ステップ３３）。そして、入力された一次元射影
情報をバッファ１７に書き込む（ステップ３５）。最初
は、ポインタは０を示しているが、０の場合にはもう１
つ一次元射影情報が入力されるのを待つ（ステップ３
７）。もう一つ一次元射影情報が入力された場合（ステ
ップ５９においてポインタは１を指すようになる。）に
は、ここでフラグの検査を行う（ステップ３９）。最初
の処理ではフラグはステップ３３でリセットされている
ので、ステップ４１に進む。ここでは、今入力された一
次元射影情報と時間Ｔ前に入力された一次元射影情報と
の比較を行う（ステップ４１）。この比較は、２つの一
次元射影情報の差分をとり、局所領域、例えば差分値の
ピークの位置から±ｎ画素の領域における差分値の総和
を求めるものである。その差分値の総和が所定のしきい
値以上であった場合には、移動成分があったとして、ス
テップ４７に進む。

【００２６】ここで、差分値の総和がしきい値未満であ
ったならば、再度ポインタの位置に記憶された一次元射
影情報との比較を行う（ステップ４３）。最初の処理で
は、ポインタの位置の情報と時間Ｔ前の情報とは同じな
ので意味をなさない。しかし、数回処理を行った後であ
って、車両はゆっくり移動しているが、時間間隔Ｔの間
では移動したとみとめられない場合には有効である。す
なわち、何回か処理を行っても移動成分が検出されない
場合ステップ４５にてポインタの位置は次々増分され、
ステップ４３ではポインタの指す、ある時間前の情報と
の比較をとるので、そのような前の情報と比較すれば移
動が検出されることも考えられる。すなわち、標本時間
Ｔを可変にすることができるわけである。よって、これ
にて移動が認められれば、ステップ４７に進む。移動が
検出されなければ、上述したようにポインタの位置をず
らす（ステップ４５）。なお、移動検出部１５は、車両
のない路面のみの直近の一次元射影情報を保持しておく
ことが好ましい。これは、車両の先頭を確実に捉えるこ
とが速度検出で誤差を少なくするために必要であり、カ
メラ１の位置にもよるが、図１のように斜め上から撮影
すると、車両の後端ははっきりと画像に現れないからで
ある。よって、車両の先頭が初めて現れた一次元射影情
報の位置は記憶しておき、また図３（ｄ）のように車両
の先頭が撮影領域から出てしまった場合には、通常の差
分をとる方法では移動が認められるが、移動がないもの
と扱う必要がある。但し、１の車両の後ろに他の車両の
先頭がある場合には、先に述べた車両のない路面のみの
直近の一次元射影情報等を用いて、移動を検出するよう
にする。

【００２７】移動が検出された場合には、再度フラグの
状態を調べる（ステップ４７）。フラグが立っており、
移動が既に検出されていた場合には、ポインタの位置を
ずらす（ステップ４９）。フラグが立っていない場合に
は、フラグを立ててポインタを１の位置に置く。そし
て、速度を検出するならばステップ５５に進み、しない
場合にはステップ３５に戻る（ステップ５３）。いつ速
度検出を行うか、どのように行うのかについては、後に
述べる。

【００２８】上述のように１度移動が検出された場合に
は、フラグがセットされるので、速度検出が行われるま
で移動成分があるかどうかを検査しない（ステップ３
９）。このようにすると、撮影領域において車両の速度
が変化した場合、例えば速度を上げたり下げたり、また
止まってしまったりする場合には対応できない。しか
し、撮影領域は上述のように長いわけでないので、その
間の速度変化は誤差の範囲と考える。これに対する対応
案を後に述べる。

【００２９】では、ステップ５３以降の速度検出につい
て述べる。ステップ５３では、速度検出のタイミングを
見つけだす必要がある。このタイミングは、移動してい
る車両により異なる。すなわち、比較的ゆっくりした車
両では、バッファ１７の記憶位置ｋ個の全ての一次元射
影情報が車両の先頭を記憶している。しかし、高速の車
両については、バッファ１７の記憶位置のうちほんの数
枚の画像にしか車両の先頭を記憶しない。上述のよう
に、車両の後端にて速度を計算しないようにするために
は、車両の先頭があるかどうかが重要である。よってま
ず、車両の先頭が撮影領域を過ぎていってしまっていな
いかを検出する。これには、前述したように、予め記憶
した直近の車両のない路面のみの一次元射影情報を用い
る。次に、これも先に述べたが、初めて車両の先頭が撮
影領域に入った（又はフラグがセットされた）一次元射
影情報の位置を用いて、その位置がバッファ１７のｋ−
１番目の記憶位置に来ているかどうかを判断する。この
ような場合には、ｋ個の情報を用いて速度を計算できる
わけであるから、より正確な検出を行うことができる。

【００３０】このようないずれかの条件が満たされた場
合に、速度の計算を行う。但し、この場合も、速度の遅
いものと、速度の速いものとを分けて検出する。（１）車両の速度が遅い場合この遅い場合とは、車両の先頭が撮影領域に入ってから
所定の時間以内では、その車両の先頭が撮影領域を出な
い場合をいう。例えば、撮影領域が５ｍであって、０．
０５秒間隔（＝Ｔ）で撮影を行っている場合には、４枚
の撮影画像以内で出ていってしまうのは２００ｋｍ／ｈ
以上で移動している車両である。よって、２００ｋｍ／
ｈ以上のものを高速として扱うならば、４記憶位置以上
で車両の先頭がバッファ１７に記憶されている場合を扱
う。

【００３１】この場合には、前述の車両の先頭が撮影領
域に初めて入った一次元射影情報(ポインタが示してい
る位置に記憶されたもの。但し、非常に遅い場合には、
速度を検出した直後に記憶されたもの。）から車両の先
頭が撮影領域を出るまで、又は、前述の車両の先頭が撮
影領域に初めて入った一次元射影情報がバッファ１７の
ｋ−１番目の記憶位置に達した場合にはｋ個の情報すべ
て、を１つの２次元画像として扱う。これを図６に示
す。図６は、車両の速度がかなりゆっくりであるためｋ
回撮影しても車両の先頭が撮影領域を出ていかなかった
場合であり、既に１度以上速度の検出が行われている。
そして、フラグが再度立ってから、再度ポインタがバッ
ファ１７のｋ−１番目の位置に達した場面を示してい
る。このように、１次元の画像を連結して２次元画像を
生成し、生成された画像を空間微分する。そしてその直
線エッジを検出し、その直線の傾きが速度ということに
なる。例えば、図６においては、Ｅような直線の傾きが
速度ということになる。

【００３２】（２）車両の速度が速い場合これは例えば、上述の例の場合には、４枚の撮影画像以
内で車両の先頭が出ていってしまったものであり、一般
的にはポインタの指す記憶位置の番号が所定の値以内
で、車両の先頭が現れなくなってしまった場合である。
このような場合では、先のように直線エッジを求めるの
ではサンプル時間が短くなり誤差が大きくなるので、ポ
インタの指す記憶位置に記憶された一次元射影情報から
相関演算のテンプレートを検出し、そのテンプレートと
の相関が最大である、比較対象の撮影画像内の位置か
ら、速度を計算する。このテンプレートは、一次元情報
の軸方向に微分し、ポインタの指す記憶位置に記憶され
た車両の先頭と比較対象の一次元射影情報に記憶された
車両の先頭との差である移動成分を含む領域でその微分
値がピークとなる位置を中心に±ｎ画素とする。また、
比較対象の一次元射影情報との探索は、テンプレートと
なる撮影画像の車両の先頭から先の移動成分の２倍まで
にし、間違った画素を捉えないようにする。そして、テ
ンプレートの移動量により、速度を計算する。

【００３３】以上のように速度計算を行った後に、フラ
グをリセットし、ポインタを０にセットする。そして、
次の射影処理された情報を取り込み、処理を続行する。

【００３４】先ほど述べたように、本アルゴリズムにお
いてはフラグが一旦セットされると、速度の変化があっ
ても反応できない。さほど精度を必要としないならば問
題とはならないが、例えばステップ４９で、撮影画像間
の移動成分を検出しておき、その変化率が所定のしきい
値を越えた場合には、ステップ５３にて速度検出ありの
ルートに入るようにすることも考えられる。

【００３５】本願発明の変形例はいろいろ考えられる。
例えば、カメラ１の位置は図１では道路の上方であっ
た。これは車線が複数あるような道路では有効である
が、１車線しかない場合には道路上方ではなく、道路の
横においてもよい。また、速度検出のタイミングは先に
述べたような方法だけでなく、ｋ・Ｔより短い時間間隔
においてフラグがセットされている場合であって定期的
に行うようにしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明により、簡便に
物体の移動速度を検出する装置及び方法を提供できた。

【００３７】また、撮影手段からの画像を２次元情報と
してそのまま処理することなく、標本時間Ｔの間に速度
検出処理用として生成される画素の数を減少させること
により、処理の高速化を図ることができた。

【００３８】さらに、背景状況の影響を少なくし、正確
な速度を検出することもできた。

【００３９】さらに、上述の目的を達成する装置及び方
法を提供することにより、車両が高速に移動している場
合には信号の間隔を短くしたり、車両の移動が遅い場合
には信号の間隔を長くするなど、交通量規制、速度規制
等を行うための信号タイミングの適切な調節を行うこと
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための概要図である。［Ａ］
は側面から見た図、［Ｂ］は上面から見た図である。

【図２】カメラによる撮影画像の例である。

【図３】一次元射影情報の例である。

【図４】本発明の装置構成例である。

【図５】本発明の処理を示すハイレベルのフローチャー
トである。

【図６】速度検出を行うための画像処理を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１カメラ７車両１３射影部１５移動検出部１７バッファ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−189776（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−79880（ＪＰ，Ａ) 特開平４−129579（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 3/36 G06T 1/00 G06T 7/20 G08G 1/052

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】時間間隔Ｔ毎に、物体が移動する、所定の
領域を撮影する撮影手段と、前記撮影手段により撮影された、前記時間間隔Ｔ毎の画
像の各画素の明度情報を前記物体の移動方向に沿った軸
に射影し、前記軸上に各明度値を蓄積することにより、
一次元射影情報を生成する射影手段と、前記射影手段からの一次元射影情報を記憶する記憶手段
と、前記記憶手段に記憶された一次元射影情報を用いて、前
記所定の領域内を移動する物体の速度を検出する検出手
段とを有する移動物体速度検出装置。
【請求項２】前記検出手段が、連続する前記一次元射影
情報を１つの画像として空間微分する手段を含む請求項
１記載の移動物体速度検出装置。
【請求項３】前記所定の領域内で移動する物体があるこ
とを検知する移動検知手段をさらに含み、前記移動検知手段により、移動が検出された場合に前記
検出手段を動作させることを特徴とする請求項１又は２
記載の移動物体速度検出装置。
【請求項４】時間間隔Ｔ毎に、物体が移動する、所定の
領域を撮影するステップと、撮影された、前記時間間隔Ｔ毎の画像の各画素の明度情
報を前記物体の移動方向に沿った軸に射影し、前記軸上
に各明度値を蓄積することにより、一次元射影情報を生
成するステップと、前記一次元射影情報を記憶するステップと、記憶された前記一次元射影情報を用いて、前記所定の領
域内を移動する物体の速度を検出する検出ステップとを
含む移動物体速度検出方法。
【請求項５】前記検出ステップが、連続する前記一次元
射影情報を１つの画像として空間微分するステップを含
むことを特徴する請求項４記載の移動物体速度検出方
法。
【請求項６】前記所定の領域内で移動する物体があるこ
とを検知する移動検知ステップをさらに含み、前記移動検知ステップにて移動が検出された場合に、前
記検出ステップを実行することを特徴とする請求項４又
は５記載の移動物体速度検出方法。