計測システムおよび計測方法
【課題】 撮影手段の撮影条件に関するパラメータを、より容易に算出させる。
【解決手段】 計測領域内の道路上を直線的に移動ながら通過する試験車両５を、計測領域を撮影するカメラで撮影し、その試験車両５の撮影画像に基づいて、カメラの撮影条件に関するパラメータを算出するとともに、算出したパラメータを用いて車両の速度などを計測する。計測領域内の道路上を直線的に移動ながら通過する試験車両５の撮影画像を用いてパラメータを算出することができるため、予め道路上に基準物を設置する等の困難を要する作業を省くことができる。
【解決手段】 計測領域内の道路上を直線的に移動ながら通過する試験車両５を、計測領域を撮影するカメラで撮影し、その試験車両５の撮影画像に基づいて、カメラの撮影条件に関するパラメータを算出するとともに、算出したパラメータを用いて車両の速度などを計測する。計測領域内の道路上を直線的に移動ながら通過する試験車両５の撮影画像を用いてパラメータを算出することができるため、予め道路上に基準物を設置する等の困難を要する作業を省くことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物の撮影画像を用いてその計測対象物の位置、速度などを計測する計測システムおよび計測方法に関し、より詳細には、道路を走行する車両の位置、速度などの計測に適した計測システムおよび計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
道路を走行する車両の交通量、車両速度などを計測するシステムとして、道路の監視用カメラを用い、その撮影画像を画像処理することで計測を行う計測システムが知られている（下記特許文献１参照）。この計測システムは、二次元平面である撮影画像上の車両の移動距離に基づいて、三次元空間である道路上における車両の位置、移動距離などを求め、車両の速度などを計測するものである。また、この計測システムでは、監視用カメラの焦点距離、撮影位置および撮影姿勢などの撮影条件に関するパラメータを、監視用カメラの計測領域内の道路上に設置された長さが既知の基準ポールを用いて算出することによって、監視用カメラの設置時に発生した設置ズレ等により生じる計測誤差を低減している。
【０００３】
また、下記特許文献２には、カメラ座標系の回転角度が、空間座標上に存在する既知の点を用いて行われるキャリブレーションによって算出される旨が記載されている（特許文献２の段落番号００２２参照）。すなわち、予め測定されている空間座標上に存在する既知の点を用いてキャリブレーションする旨が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−４２７６０号公報
【特許文献２】特開平１０−５５４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された計測システムにおいて、監視用カメラの撮影条件に関するパラメータを算出させるためには、監視カメラごとに基準ポールを設置しなければならないうえ、基準ポール間の相対位置関係を求めるために各基準ポール間の距離を正確に測定する必要がある。したがって、その作業には多大な労力を要していた。特に、監視カメラが高速道路に設置される場合には、基準ポールを設置するために高速道路の車線を規制しなければならず、さらに困難を要していた。また、上記特許文献２に記載されたキャリブレーションによりカメラの回転角度を算出する場合であっても、予め、空間座標上に存在する既知の点を測定しておかなければならないことから、上記特許文献１に記載された計測システムと同様の問題を有する。
【０００５】
そこで本発明は、以上のような問題点を解決するために、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを、より容易に算出させることができる計測システムおよび計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る計測システムは、計測対象物の撮影画像に基づいて計測対象物に関する物理量を計測する計測システムであって、計測領域を撮影する撮影手段と、撮影手段により撮影された移動物体の撮影画像に基づいて、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出手段と、算出手段により算出されたパラメータを用いて、上記物理量を計測する計測手段と、を備え、上記移動物体は、計測領域内を直線的に移動ながら通過することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る計測方法は、計測対象物の撮影画像に基づいて計測対象物に関する物理量を計測する計測方法であって、計測領域を撮影する撮影手段を用いて、移動物体を撮影する撮影工程と、撮像工程において撮影された移動物体の撮影画像に基づいて、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出工程と、算出工程において算出されたパラメータを用いて、上記物理量を計測する計測工程と、を備え、上記移動物体は、計測領域内を直線的に移動ながら通過することを特徴とする。
【０００８】
これらの発明によれば、計測領域内を直線的に移動ながら通過する移動物体の撮影画像に基づいて、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出させることができ、このパラメータを用いて計測対象物に関する物理量を計測することができる。したがって、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出させるために、例えば、道路上に基準物を設置することや、道路上に設置した基準物間における相対位置の計測を行う等の困難を要する作業を省くことができるため、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを、より容易に算出させることができる。すなわち、予め、空間座標（例えば、道路座標やカメラ座標）上に存在する既知の点を測定することなく、撮影手段の撮影条件に関するパラメータをより容易に算出させることができる。
【０００９】
また、本発明の計測システムにおいて、算出手段は、移動物体の撮影画像に含まれる移動物体の部位のうち、互いの相対位置関係が分かる複数の部位に基づいて、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出させることが好ましく、さらに、移動物体は道路を走行する車両であり、上記部位はテールランプまたはヘッドランプであることが好ましい。移動物体の複数の部位間、例えば、車両のテールランプ間またはヘッドランプ間等の相対位置関係は、容易に測定することができるため、これらの複数の部位間の相対位置関係さえ、事前に把握することができれば、これらの複数の部位を撮影した撮影画像に基づいて、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出させることができる。すなわち、撮影手段の撮影条件に関するパラメータをより容易に算出させることができる。
【００１０】
また、本発明の計測システムにおいて、算出手段は、少なくとも撮影手段の撮影位置および撮影姿勢に関するパラメータを算出することが好ましく、さらに、撮影光学系の焦点距離に関するパラメータを算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る計測システムおよび計測方法によれば、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを、より容易に算出させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る計測システムおよび計測方法の実施形態を図面に基づき説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態における計測システムの概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る計測システム１は、道路交通の監視に用いられる交通監視システムに適用したものであり、計測対象物は道路２を走行する車両３である。
【００１４】
計測システム１は、カメラ１０と、計測装置２０とを備えている。カメラ１０は、計測対象物である車両３を撮影する撮影手段であり、例えば道路２の上方に固定され、道路２を走行する車両３を前方又は後方の斜め上方から撮影する。カメラ１０は、動画として撮影可能な撮像カメラが用いられるが、静止画として撮影するものであってもよい。
【００１５】
計測装置２０は、カメラ１０と接続され、カメラ１０の撮影映像を受信して、その撮影映像における撮影画像を用いてカメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出する。計測装置２０は、撮影条件に関するパラメータ、および車両３を撮影した撮影画像に基づいて、車両３に関する物理量を計測する。計測装置２０は、例えば道路２の近傍に設置される。計測装置２０の計測結果は、撮影映像などを共に、交通管制センタなどに設置される中央制御装置３０に出力される。
【００１６】
ここで、撮影条件に関するパラメータとしては、例えば、カメラ１０の撮影位置、撮影姿勢（撮影角度）およびカメラ１０における撮影光学系の焦点距離を意味する。
【００１７】
また、車両３に関する物理量としては、例えば、車両３の位置、速度、加速度などが該当する。計測装置２０は、道路交通監視の必要に応じて、適宜必要な物理量を計測する。
【００１８】
計測装置２０は、Ａ／Ｄ（analogue-to-digital）変換部２１、ビデオメモリ２２、画像処理部２３を備えて構成されている。Ａ／Ｄ変換部２１は、入力された映像信号をアナログ信号からデジタル信号にＡ／Ｄ変換するものであり、例えば、ビデオＡ−Ｄコンバータなどが用いられる。なお、カメラ１０がデジタル信号を出力するものである場合には、このＡ／Ｄ変換部２１の設置を省略する場合もある。
【００１９】
ビデオメモリ２２は、デジタル変換された映像信号を画像データとして記憶するものである。画像データは、ｘ軸、ｙ軸の座標点ごとに濃淡値を持つ画素の集合であり、その画素の濃淡は例えば８ビットの２５６階調とされる。
【００２０】
画像処理部２３は、ビデオメモリ２２に記憶された画像データを画像処理し、撮影条件に関するパラメータを算出し、車両３の速度などを検出するものである。
【００２１】
次に、図２を参照して、車両３が走行する道路上を基準とした道路座標と、カメラ１０の撮影位置（カメラの投影中心を意味する。以下、「撮影位置ｏ」という。）を基準としたカメラ座標との関係について説明する。
【００２２】
図２に示すように、例えば、道路座標系における点Ｐ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が、カメラ座標系から見たときに（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）であるとした場合に、点Ｐにおける道路座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とカメラ座標（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）との関係は、次の式（１）で表される。
【数１】
【００２３】
なお、カメラ座標系は、道路座標系のＺ軸の正方向に対して左回りにκの角度だけ回転し、Ｙ軸のまわりにψの角度だけ回転し、Ｘ軸のまわりにωの角度だけ回転しているものとする。また、上記式（１）の（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）は、撮影位置ｏにおける道路座標系の座標である。
【００２４】
図２において、撮影位置ｏ（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）、点Ｐが焦点距離ｆの面に写像される座標ｐ（ｘ、ｙ）（カメラ１０から出力される撮影画像４の座標系、即ち画面座標系の座標）、道路上の位置Ｐ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が一直線上にあることから、次の式（２）、（３）が成立する。
【数２】
【数３】
【００２５】
この式（２）、（３）において、上記式（１）により得られるｘｐ、ｙｐ、ｚｐを用いてｘｐ、ｙｐ、ｚｐを消去すると、次の式（４）、（５）を得ることができる。なお、式（４）、（５）は、道路座標系から画面座標系へ座標変換を行うことにより得られるものである。
【数４】
【数５】
【００２６】
この式（４）、（５）において、ｆはカメラ１０の撮影光学系の焦点距離、Ｘ０は道路座標系におけるカメラ１０の設置位置のＸ軸座標値、Ｙ０は道路座標系におけるカメラ１０の設置位置のＹ軸座標値、Ｚ０は道路座標系におけるカメラ１０の設置位置のＺ軸座標値である。
【００２７】
また、ａ11、ａ12、ａ13、ａ21、ａ22、ａ23、ａ31、ａ32、ａ33は、ω、ψ又はκを用いて表される値であり、ａ11＝ｃｏｓψｃｏｓκ、ａ12＝−ｃｏｓψｓｉｎκ、ａ13＝ｓｉｎψ、ａ21＝ｃｏｓωｓｉｎκ＋ｓｉｎωｓｉｎψｃｏｓκ、ａ22＝ｃｏｓωｃｏｓκ−ｓｉｎωｓｉｎψｓｉｎκ、ａ23＝−ｓｉｎωｃｏｓψ、ａ31＝ｓｉｎωｓｉｎκ−ｃｏｓωｓｉｎψｃｏｓκ、ａ32＝ｓｉｎωｃｏｓκ＋ｃｏｓωｓｉｎψｓｉｎκ、ａ33＝ｃｏｓωｃｏｓψで表される。
【００２８】
ωはカメラ１０の撮影光学系の結像面におけるＸ軸まわりの回転角度、ψはカメラ１０の撮影光学系の結像面におけるＹ軸まわりの回転角度、κはカメラ１０の撮影光学系の結像面におけるＺ軸まわりの回転角度である。
【００２９】
ｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κは、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータであり、ｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを未知数として上記式（４）、（５）の連立方程式を解くことにより、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを求めることができる。
【００３０】
次に、本実施形態における計測システム１において、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出する方法について説明する。
【００３１】
図３を参照して、道路２上を走行する試験車両５（移動物体）を撮影することにより、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを算出する方法について説明する。図３は、計測領域内の道路２上を直線的に走行しながら当該計測領域内を通過する試験車両５を模式した図である。図３に示す試験車両５は、当該試験車両５の後方斜め上方に設置されているカメラ１０により撮影されている。試験車両５には、左右で一対のテールランプ６が備えられており、この左右のテールランプ６間の幅Ｗは予め測定されている。すなわち、互いの相対位置関係が分かる２つのテールランプ６が、カメラ１０により撮影されていることになる。図３に示す道路座標は、道路２の左端に沿った直線であり試験車両５の進行方向に延在する直線をＹ軸とし、２つのテールランプ６を結ぶ直線と平行な直線でありＹ軸と直角に道路２を横断する直線をＸ軸とし、Ｘ軸とＹ軸との交点（原点）から上方へ鉛直に延ばした直線をＺ軸とする。
【００３２】
ここで、図３に示す道路が平面であり、試験車両５がＹ軸と平行に走行する場合に、カメラ１０により所定間隔で撮影される各撮影画像には、２つのテールランプ６が撮影されている。すなわち、これら２つのテールランプ６が、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出する際に用いられる基準点として撮影されている。
【００３３】
具体的に説明すると、例えば、各撮影画像のうち、最初に得られる画像である第１画像からは２つの基準点（テールランプ）として、基準点１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および基準点２（Ｘ＋Ｗ，Ｙ，Ｚ）が得られ、第２画像からは２つの基準点として、基準点１（Ｘ，Ｙ＋ａ，Ｚ）および基準点２（Ｘ＋Ｗ，Ｙ＋ａ，Ｚ）が得られ、第３画像からは２つの基準点として、基準点１（Ｘ，Ｙ＋ｂ，Ｚ）および基準点２（Ｘ＋Ｗ，Ｙ＋ｂ，Ｚ）が得られ、第ｎ画像からは２つの基準点として、基準点１（Ｘ，Ｙ＋ｎ，Ｚ）および基準点２（Ｘ＋Ｗ，Ｙ＋ｎ，Ｚ）が得られる。
【００３４】
図４は、方程式に含まれる未知数の数と、その未知数を求めるために必要な方程式の数と、その方程式をたてるために必要な撮影画像数との関係を示すものである。本実施形態では、未知数が、少なくとも８つ（７つのパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κと試験車両５のＹ方向への移動量ａ）存在するため、８つの未知数を求めるために必要な方程式の数は８つであり、８つの方程式をたてるためには２画像必要となる。すなわち、本実施形態では、少なくとも２画像に含まれる各基準点の道路座標を与えることによって８つの未知数（７つのパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κと試験車両５のＹ方向への移動量ａ）を算出することができる。
【００３５】
以下において、例えば、３画像分の基準点の道路座標を用いて、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを求める際の具体的な動作について説明する。
【００３６】
なお、上述した式（４）、（５）に示す非線形の連立方程式を解く手法としては、例えばニュートン・ラプラス法があり、本実施形態ではニュートン・ラプラス法を用いて解くこととする。ニュートン・ラプラス法は、未知変量の近似値を与え、その近似値のまわりにテーラー展開して線形化し、最小二乗法により補正量を求めて近似値を補正し、その補正操作を繰り返して収束解を求めるものである。
【００３７】
まず、最初に得られる画像である第１画像においては、この第１画像に含まれる試験車両５の位置が基準位置となるため、試験車両５のＹ方向への移動量は０として取り扱われる。したがって、第１画像における未知数は、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータであるｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κの７つだけとなる。そこで、式（４）、（５）を、求めるべきパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κの関数として表すと、次の式（６）、（７）が得られる。
【数６】
【数７】
【００３８】
次に、第２画像においては、試験車両５の位置が、第１画像の試験車両５の位置からＹ軸方向に“ａ”だけ移動している。したがって、この“ａ”を未知数として加えると、上記式（６）、（７）は、次の式（８）、（９）で表される。
【数８】
【数９】
【００３９】
次に、第３画像においては、試験車両５の位置が、第１画像の試験車両５の位置からＹ軸方向に“ｂ”だけ移動している。したがって、この“ｂ”を未知数として加えると、上記式（６）、（７）は、次の式（１０）、（１１）で表される。
【数１０】
【数１１】
【００４０】
ここで、９つのパラメータの近似値をａ０、ｂ０、ｆ０、Ｘ００、Ｙ００、Ｚ００、ω０、ψ０、κ０とし、その補正値をΔａ、Δｂ、Δｆ、ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、Δω、Δψ、Δκとすると、ａ＝ａ０−Δａ、ｂ＝ｂ０−Δｂ、ｆ＝ｆ０−Δｆ、Ｘ０＝Ｘ００−ΔＸ、Ｙ０＝Ｙ００−ΔＹ、Ｚ０＝Ｚ００−ΔＺ、ω＝ω０−Δω、ψ＝ψ０−Δψ、κ＝κ０−Δκとなる。
【００４１】
上述した式（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）をこれらの近似値のまわりでテーラー展開し、一次微分項でうち切ると、次の式（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）が得られる。
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【数１５】
【数１６】
【数１７】
【００４２】
これらの式（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）は、未知数Δａ、Δｂ、Δｆ、ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、Δω、Δψ、Δκを持つ２×３組の連立一次方程式となる。
【００４３】
ここで、第１画像〜第３画像には、それぞれ二つの基準点があるため、本実施形態においては、全体として６個の基準点Ｐｉ（ｉ＝１〜６）が存在することとなる。そして、これらの各基準点Ｐｉは、上述したように道路座標とカメラ座標とで対応づけられる。なお、第１画像の基準点をＰ１、Ｐ２とし、第２画像の基準点をＰ３、Ｐ４とし、第３画像の基準点をＰ５、Ｐ６とする。
【００４４】
次に、上述した式（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）に最小二乗法を適用してΔａ、Δｂ、Δｆ、ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、Δω、Δψ、Δκについて偏微分し、求める連立方程式を行列式で表すと、次の式（１８）のようになる。
【数１８】
【００４５】
この式（１８）に表される9元１次連立方程式を解くことにより、補正項Δa，Δb，Δｆ，ΔＸ０，ΔＹ０，ΔＺ０，Δω，Δψ，Δκを求めることができる。
【００４６】
求めた補正項Δa，Δb，Δｆ，ΔＸ０，ΔＹ０，ΔＺ０，Δω，Δψ，Δκを、近似値ａ０、ｂ０、ｆ０、Ｘ００、Ｙ００、Ｚ００、ω０、ψ０、κ０から減ずることにより、近似値を補正する。そして、補正済みの近似値を用いて再度上述した補正値の計算を繰り返す。
【００４７】
補正計算は、変化量Δt-1−Δtが一定値Ｄ（収束判定定数）以下となったところで中止する。なお、Δt＝（Ｆt2＋Ｇt2＋Ｆａt2＋Ｇａt2＋Ｆｂt2＋Ｇｂt2）1/2であり、Ｆ、Ｇ、Ｆａ、Ｇａ、Ｆｂ、Ｇｂは、式（１２）〜（１７）において表されるものである。
【００４８】
以上の計算により、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを算出することができる。
【００４９】
次に、図５を参照して、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを用いて、車両３の位置および速度を計測する際の動作について説明する。
【００５０】
上述したようにカメラ１０の撮影条件に関するパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを算出した後に、計測対象物である車両３が走行する道路２をカメラ１０で撮影する。カメラ１０は、車両３が撮影された撮影映像を映像信号として出力する。その映像信号は、計測装置２０に入力され、Ａ／Ｄ変換部２１によりデジタル信号に変換され、ビデオメモリ２２に画像データとして記憶される。これにより、図５に示すように、車両３を撮影した撮影画像８が得られる。
【００５１】
そして、この撮影画像８を画像処理部２３にて画像処理を行うことにより、車両３の検出が行われる。ここで、車両３の検出手法としては、例えば、空間差分方式が用いられる。すなわち、入力される撮影画像８から輝度値が急激に変化するエッジ部を検出し、二値化処理を施し、二値化結果からパターンマッチングにより車両を検出する。なお、車両３の検出手法としては、車両３の検出が行えれば、時間差のある撮影画像を比較して車両を検出する時間差分方式などその他の手法を用いてもよい。
【００５２】
そして、撮影画像８において、車両３の道路面上（Ｚ＝０）での画面座標（ｘ、ｙ）が算出される。そして、車両３の画面座標の座標値ｘ、ｙと高さＺ＝０が次の式（１９）、（２０）に入力される。式（１９）、（２０）は、算出されたパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを用いた算出式である。
【数１９】
【数２０】
【００５３】
この式（１９）、（２０）により、車両３の道路座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、即ち道路２上における位置を検出することができる。
【００５４】
そして、撮影画像８の撮影時から一定時間経過後の撮影画像について、車両３の位置検出を行い、その車両３の位置と一定期間経過前の位置により車両３の移動距離を求めることにより、車両３の速度を検出することができる。
【００５５】
そして、図１に示すように、計測システム１にて検出された車両３の位置情報および速度情報は、カメラ１０の撮影映像などと共に、交通管制センタなどの設置される中央制御装置３０に出力される。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る計測システムおよび計測方法によれば、計測領域内の道路上を直線的に移動ながら通過する試験車両５の撮影画像に基づいて、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータ（カメラ１０の撮影位置、撮影姿勢（撮影角度）およびカメラ１０における撮影光学系の焦点距離）を算出させることができ、このパラメータを用いて車両３の位置情報および速度情報を計測することができる。したがって、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出させるために、道路上に基準物を設置することや、道路上に設置した基準物間における相対位置の計測を行う等の困難を要する作業を省くことができるため、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを、より容易に算出させることができる。すなわち、予め、計測領域内に存在する既知の点を測定することなく、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータをより容易に算出させることができる。
【００５７】
また、試験車両５を撮影した撮影画像に含まれる試験車両５の部位のうち、互いの相対位置関係が分かる一対のテールランプ６に基づいて、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出させることができる。すなわち、互いの相対位置関係を容易に測定することができるテールランプ６間の相対位置関係さえ、事前に把握できれば、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを、このテールランプ６間の相対位置関係に基づいて算出させることができる。したがって、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを、より容易に算出させることができる。
【００５８】
また、固定していたカメラ１０の位置、向きなどがズレた場合でも、道路上を走行する試験車両５を撮影させて、撮影条件のパラメータを再度算出することにより、正確な計測が行える。このため、システムのメンテナンスが容易である。
【００５９】
また、試験車両５の撮影が行えれば、撮影手段として、旋回可能な監視カメラ、ズーミング可能なカメラ、携帯用のハンディカメラなどを用いた場合でも、正確な計測が可能である。すなわち、これらのカメラを用いる場合であっても、試験車両５を撮影して撮影条件に関するパラメータを算出し、その撮影状態で車両３を撮影することにより、車両３の位置、速度等を正確に計測することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、カメラ１０の撮影映像を配線を介して計測装置２０に入力しているが、本発明に係る計測システムおよび計測方法はそのようなものに限られるものではなく、カメラ１０の撮影映像をテープ等に録画し、その録画映像に基づいて車両３の位置、速度等を計測するものであってもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、道路交通の監視に用いられる交通監視システムに適用した場合について説明したが、本発明に係る計測システムおよび計測方法はそのようなものに限られるものではなく、車両以外の計測対象物を計測するものであってもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出する際に用いられる基準点として、試験車両５のテールランプ６を用いて説明したが、本発明に係る計測システムおよび計測方法はそのようなものに限られるものではなく、例えば、ヘッドランプやドアミラー等の車両の特徴となる部位であればよい。基準点を、ヘッドランプやドアミラーにする場合には、試験車両５の前方斜め上方から試験車両５を撮影することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態に係る計測システムの概略構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る計測システムおよび計測方法における道路座標とカメラ座標との関係について説明するための図である。
【図３】実施形態に係る計測システムおよび計測方法における撮影条件に関するパラメータを算出する方法を説明するための図である。
【図４】実施形態に係る計測システムおよび計測方法における方程式に含まれる未知数の数とその未知数を求めるために必要な方程式の数とその方程式をたてるために必要な撮影画像数との関係を示す図である。
【図５】実施形態に係る計測システムおよび計測方法における車両の位置、速度の計測について説明するための図である。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・計測システム、２・・・道路、３・・・車両、４，８・・・撮影画像、５・・・試験車両、６・・・テールランプ、１０・・・カメラ、２０・・・計測装置、２１・・・変換部、２２・・・ビデオメモリ、２３・・・画像処理部、３０・・・中央制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物の撮影画像を用いてその計測対象物の位置、速度などを計測する計測システムおよび計測方法に関し、より詳細には、道路を走行する車両の位置、速度などの計測に適した計測システムおよび計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
道路を走行する車両の交通量、車両速度などを計測するシステムとして、道路の監視用カメラを用い、その撮影画像を画像処理することで計測を行う計測システムが知られている（下記特許文献１参照）。この計測システムは、二次元平面である撮影画像上の車両の移動距離に基づいて、三次元空間である道路上における車両の位置、移動距離などを求め、車両の速度などを計測するものである。また、この計測システムでは、監視用カメラの焦点距離、撮影位置および撮影姿勢などの撮影条件に関するパラメータを、監視用カメラの計測領域内の道路上に設置された長さが既知の基準ポールを用いて算出することによって、監視用カメラの設置時に発生した設置ズレ等により生じる計測誤差を低減している。
【０００３】
また、下記特許文献２には、カメラ座標系の回転角度が、空間座標上に存在する既知の点を用いて行われるキャリブレーションによって算出される旨が記載されている（特許文献２の段落番号００２２参照）。すなわち、予め測定されている空間座標上に存在する既知の点を用いてキャリブレーションする旨が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−４２７６０号公報
【特許文献２】特開平１０−５５４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された計測システムにおいて、監視用カメラの撮影条件に関するパラメータを算出させるためには、監視カメラごとに基準ポールを設置しなければならないうえ、基準ポール間の相対位置関係を求めるために各基準ポール間の距離を正確に測定する必要がある。したがって、その作業には多大な労力を要していた。特に、監視カメラが高速道路に設置される場合には、基準ポールを設置するために高速道路の車線を規制しなければならず、さらに困難を要していた。また、上記特許文献２に記載されたキャリブレーションによりカメラの回転角度を算出する場合であっても、予め、空間座標上に存在する既知の点を測定しておかなければならないことから、上記特許文献１に記載された計測システムと同様の問題を有する。
【０００５】
そこで本発明は、以上のような問題点を解決するために、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを、より容易に算出させることができる計測システムおよび計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る計測システムは、計測対象物の撮影画像に基づいて計測対象物に関する物理量を計測する計測システムであって、計測領域を撮影する撮影手段と、撮影手段により撮影された移動物体の撮影画像に基づいて、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出手段と、算出手段により算出されたパラメータを用いて、上記物理量を計測する計測手段と、を備え、上記移動物体は、計測領域内を直線的に移動ながら通過することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る計測方法は、計測対象物の撮影画像に基づいて計測対象物に関する物理量を計測する計測方法であって、計測領域を撮影する撮影手段を用いて、移動物体を撮影する撮影工程と、撮像工程において撮影された移動物体の撮影画像に基づいて、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出工程と、算出工程において算出されたパラメータを用いて、上記物理量を計測する計測工程と、を備え、上記移動物体は、計測領域内を直線的に移動ながら通過することを特徴とする。
【０００８】
これらの発明によれば、計測領域内を直線的に移動ながら通過する移動物体の撮影画像に基づいて、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出させることができ、このパラメータを用いて計測対象物に関する物理量を計測することができる。したがって、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出させるために、例えば、道路上に基準物を設置することや、道路上に設置した基準物間における相対位置の計測を行う等の困難を要する作業を省くことができるため、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを、より容易に算出させることができる。すなわち、予め、空間座標（例えば、道路座標やカメラ座標）上に存在する既知の点を測定することなく、撮影手段の撮影条件に関するパラメータをより容易に算出させることができる。
【０００９】
また、本発明の計測システムにおいて、算出手段は、移動物体の撮影画像に含まれる移動物体の部位のうち、互いの相対位置関係が分かる複数の部位に基づいて、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出させることが好ましく、さらに、移動物体は道路を走行する車両であり、上記部位はテールランプまたはヘッドランプであることが好ましい。移動物体の複数の部位間、例えば、車両のテールランプ間またはヘッドランプ間等の相対位置関係は、容易に測定することができるため、これらの複数の部位間の相対位置関係さえ、事前に把握することができれば、これらの複数の部位を撮影した撮影画像に基づいて、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出させることができる。すなわち、撮影手段の撮影条件に関するパラメータをより容易に算出させることができる。
【００１０】
また、本発明の計測システムにおいて、算出手段は、少なくとも撮影手段の撮影位置および撮影姿勢に関するパラメータを算出することが好ましく、さらに、撮影光学系の焦点距離に関するパラメータを算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る計測システムおよび計測方法によれば、撮影手段の撮影条件に関するパラメータを、より容易に算出させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る計測システムおよび計測方法の実施形態を図面に基づき説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態における計測システムの概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る計測システム１は、道路交通の監視に用いられる交通監視システムに適用したものであり、計測対象物は道路２を走行する車両３である。
【００１４】
計測システム１は、カメラ１０と、計測装置２０とを備えている。カメラ１０は、計測対象物である車両３を撮影する撮影手段であり、例えば道路２の上方に固定され、道路２を走行する車両３を前方又は後方の斜め上方から撮影する。カメラ１０は、動画として撮影可能な撮像カメラが用いられるが、静止画として撮影するものであってもよい。
【００１５】
計測装置２０は、カメラ１０と接続され、カメラ１０の撮影映像を受信して、その撮影映像における撮影画像を用いてカメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出する。計測装置２０は、撮影条件に関するパラメータ、および車両３を撮影した撮影画像に基づいて、車両３に関する物理量を計測する。計測装置２０は、例えば道路２の近傍に設置される。計測装置２０の計測結果は、撮影映像などを共に、交通管制センタなどに設置される中央制御装置３０に出力される。
【００１６】
ここで、撮影条件に関するパラメータとしては、例えば、カメラ１０の撮影位置、撮影姿勢（撮影角度）およびカメラ１０における撮影光学系の焦点距離を意味する。
【００１７】
また、車両３に関する物理量としては、例えば、車両３の位置、速度、加速度などが該当する。計測装置２０は、道路交通監視の必要に応じて、適宜必要な物理量を計測する。
【００１８】
計測装置２０は、Ａ／Ｄ（analogue-to-digital）変換部２１、ビデオメモリ２２、画像処理部２３を備えて構成されている。Ａ／Ｄ変換部２１は、入力された映像信号をアナログ信号からデジタル信号にＡ／Ｄ変換するものであり、例えば、ビデオＡ−Ｄコンバータなどが用いられる。なお、カメラ１０がデジタル信号を出力するものである場合には、このＡ／Ｄ変換部２１の設置を省略する場合もある。
【００１９】
ビデオメモリ２２は、デジタル変換された映像信号を画像データとして記憶するものである。画像データは、ｘ軸、ｙ軸の座標点ごとに濃淡値を持つ画素の集合であり、その画素の濃淡は例えば８ビットの２５６階調とされる。
【００２０】
画像処理部２３は、ビデオメモリ２２に記憶された画像データを画像処理し、撮影条件に関するパラメータを算出し、車両３の速度などを検出するものである。
【００２１】
次に、図２を参照して、車両３が走行する道路上を基準とした道路座標と、カメラ１０の撮影位置（カメラの投影中心を意味する。以下、「撮影位置ｏ」という。）を基準としたカメラ座標との関係について説明する。
【００２２】
図２に示すように、例えば、道路座標系における点Ｐ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が、カメラ座標系から見たときに（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）であるとした場合に、点Ｐにおける道路座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とカメラ座標（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）との関係は、次の式（１）で表される。
【数１】
【００２３】
なお、カメラ座標系は、道路座標系のＺ軸の正方向に対して左回りにκの角度だけ回転し、Ｙ軸のまわりにψの角度だけ回転し、Ｘ軸のまわりにωの角度だけ回転しているものとする。また、上記式（１）の（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）は、撮影位置ｏにおける道路座標系の座標である。
【００２４】
図２において、撮影位置ｏ（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）、点Ｐが焦点距離ｆの面に写像される座標ｐ（ｘ、ｙ）（カメラ１０から出力される撮影画像４の座標系、即ち画面座標系の座標）、道路上の位置Ｐ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が一直線上にあることから、次の式（２）、（３）が成立する。
【数２】
【数３】
【００２５】
この式（２）、（３）において、上記式（１）により得られるｘｐ、ｙｐ、ｚｐを用いてｘｐ、ｙｐ、ｚｐを消去すると、次の式（４）、（５）を得ることができる。なお、式（４）、（５）は、道路座標系から画面座標系へ座標変換を行うことにより得られるものである。
【数４】
【数５】
【００２６】
この式（４）、（５）において、ｆはカメラ１０の撮影光学系の焦点距離、Ｘ０は道路座標系におけるカメラ１０の設置位置のＸ軸座標値、Ｙ０は道路座標系におけるカメラ１０の設置位置のＹ軸座標値、Ｚ０は道路座標系におけるカメラ１０の設置位置のＺ軸座標値である。
【００２７】
また、ａ11、ａ12、ａ13、ａ21、ａ22、ａ23、ａ31、ａ32、ａ33は、ω、ψ又はκを用いて表される値であり、ａ11＝ｃｏｓψｃｏｓκ、ａ12＝−ｃｏｓψｓｉｎκ、ａ13＝ｓｉｎψ、ａ21＝ｃｏｓωｓｉｎκ＋ｓｉｎωｓｉｎψｃｏｓκ、ａ22＝ｃｏｓωｃｏｓκ−ｓｉｎωｓｉｎψｓｉｎκ、ａ23＝−ｓｉｎωｃｏｓψ、ａ31＝ｓｉｎωｓｉｎκ−ｃｏｓωｓｉｎψｃｏｓκ、ａ32＝ｓｉｎωｃｏｓκ＋ｃｏｓωｓｉｎψｓｉｎκ、ａ33＝ｃｏｓωｃｏｓψで表される。
【００２８】
ωはカメラ１０の撮影光学系の結像面におけるＸ軸まわりの回転角度、ψはカメラ１０の撮影光学系の結像面におけるＹ軸まわりの回転角度、κはカメラ１０の撮影光学系の結像面におけるＺ軸まわりの回転角度である。
【００２９】
ｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κは、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータであり、ｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを未知数として上記式（４）、（５）の連立方程式を解くことにより、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを求めることができる。
【００３０】
次に、本実施形態における計測システム１において、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出する方法について説明する。
【００３１】
図３を参照して、道路２上を走行する試験車両５（移動物体）を撮影することにより、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを算出する方法について説明する。図３は、計測領域内の道路２上を直線的に走行しながら当該計測領域内を通過する試験車両５を模式した図である。図３に示す試験車両５は、当該試験車両５の後方斜め上方に設置されているカメラ１０により撮影されている。試験車両５には、左右で一対のテールランプ６が備えられており、この左右のテールランプ６間の幅Ｗは予め測定されている。すなわち、互いの相対位置関係が分かる２つのテールランプ６が、カメラ１０により撮影されていることになる。図３に示す道路座標は、道路２の左端に沿った直線であり試験車両５の進行方向に延在する直線をＹ軸とし、２つのテールランプ６を結ぶ直線と平行な直線でありＹ軸と直角に道路２を横断する直線をＸ軸とし、Ｘ軸とＹ軸との交点（原点）から上方へ鉛直に延ばした直線をＺ軸とする。
【００３２】
ここで、図３に示す道路が平面であり、試験車両５がＹ軸と平行に走行する場合に、カメラ１０により所定間隔で撮影される各撮影画像には、２つのテールランプ６が撮影されている。すなわち、これら２つのテールランプ６が、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出する際に用いられる基準点として撮影されている。
【００３３】
具体的に説明すると、例えば、各撮影画像のうち、最初に得られる画像である第１画像からは２つの基準点（テールランプ）として、基準点１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および基準点２（Ｘ＋Ｗ，Ｙ，Ｚ）が得られ、第２画像からは２つの基準点として、基準点１（Ｘ，Ｙ＋ａ，Ｚ）および基準点２（Ｘ＋Ｗ，Ｙ＋ａ，Ｚ）が得られ、第３画像からは２つの基準点として、基準点１（Ｘ，Ｙ＋ｂ，Ｚ）および基準点２（Ｘ＋Ｗ，Ｙ＋ｂ，Ｚ）が得られ、第ｎ画像からは２つの基準点として、基準点１（Ｘ，Ｙ＋ｎ，Ｚ）および基準点２（Ｘ＋Ｗ，Ｙ＋ｎ，Ｚ）が得られる。
【００３４】
図４は、方程式に含まれる未知数の数と、その未知数を求めるために必要な方程式の数と、その方程式をたてるために必要な撮影画像数との関係を示すものである。本実施形態では、未知数が、少なくとも８つ（７つのパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κと試験車両５のＹ方向への移動量ａ）存在するため、８つの未知数を求めるために必要な方程式の数は８つであり、８つの方程式をたてるためには２画像必要となる。すなわち、本実施形態では、少なくとも２画像に含まれる各基準点の道路座標を与えることによって８つの未知数（７つのパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κと試験車両５のＹ方向への移動量ａ）を算出することができる。
【００３５】
以下において、例えば、３画像分の基準点の道路座標を用いて、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを求める際の具体的な動作について説明する。
【００３６】
なお、上述した式（４）、（５）に示す非線形の連立方程式を解く手法としては、例えばニュートン・ラプラス法があり、本実施形態ではニュートン・ラプラス法を用いて解くこととする。ニュートン・ラプラス法は、未知変量の近似値を与え、その近似値のまわりにテーラー展開して線形化し、最小二乗法により補正量を求めて近似値を補正し、その補正操作を繰り返して収束解を求めるものである。
【００３７】
まず、最初に得られる画像である第１画像においては、この第１画像に含まれる試験車両５の位置が基準位置となるため、試験車両５のＹ方向への移動量は０として取り扱われる。したがって、第１画像における未知数は、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータであるｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κの７つだけとなる。そこで、式（４）、（５）を、求めるべきパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κの関数として表すと、次の式（６）、（７）が得られる。
【数６】
【数７】
【００３８】
次に、第２画像においては、試験車両５の位置が、第１画像の試験車両５の位置からＹ軸方向に“ａ”だけ移動している。したがって、この“ａ”を未知数として加えると、上記式（６）、（７）は、次の式（８）、（９）で表される。
【数８】
【数９】
【００３９】
次に、第３画像においては、試験車両５の位置が、第１画像の試験車両５の位置からＹ軸方向に“ｂ”だけ移動している。したがって、この“ｂ”を未知数として加えると、上記式（６）、（７）は、次の式（１０）、（１１）で表される。
【数１０】
【数１１】
【００４０】
ここで、９つのパラメータの近似値をａ０、ｂ０、ｆ０、Ｘ００、Ｙ００、Ｚ００、ω０、ψ０、κ０とし、その補正値をΔａ、Δｂ、Δｆ、ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、Δω、Δψ、Δκとすると、ａ＝ａ０−Δａ、ｂ＝ｂ０−Δｂ、ｆ＝ｆ０−Δｆ、Ｘ０＝Ｘ００−ΔＸ、Ｙ０＝Ｙ００−ΔＹ、Ｚ０＝Ｚ００−ΔＺ、ω＝ω０−Δω、ψ＝ψ０−Δψ、κ＝κ０−Δκとなる。
【００４１】
上述した式（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）をこれらの近似値のまわりでテーラー展開し、一次微分項でうち切ると、次の式（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）が得られる。
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【数１５】
【数１６】
【数１７】
【００４２】
これらの式（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）は、未知数Δａ、Δｂ、Δｆ、ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、Δω、Δψ、Δκを持つ２×３組の連立一次方程式となる。
【００４３】
ここで、第１画像〜第３画像には、それぞれ二つの基準点があるため、本実施形態においては、全体として６個の基準点Ｐｉ（ｉ＝１〜６）が存在することとなる。そして、これらの各基準点Ｐｉは、上述したように道路座標とカメラ座標とで対応づけられる。なお、第１画像の基準点をＰ１、Ｐ２とし、第２画像の基準点をＰ３、Ｐ４とし、第３画像の基準点をＰ５、Ｐ６とする。
【００４４】
次に、上述した式（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）に最小二乗法を適用してΔａ、Δｂ、Δｆ、ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、Δω、Δψ、Δκについて偏微分し、求める連立方程式を行列式で表すと、次の式（１８）のようになる。
【数１８】
【００４５】
この式（１８）に表される9元１次連立方程式を解くことにより、補正項Δa，Δb，Δｆ，ΔＸ０，ΔＹ０，ΔＺ０，Δω，Δψ，Δκを求めることができる。
【００４６】
求めた補正項Δa，Δb，Δｆ，ΔＸ０，ΔＹ０，ΔＺ０，Δω，Δψ，Δκを、近似値ａ０、ｂ０、ｆ０、Ｘ００、Ｙ００、Ｚ００、ω０、ψ０、κ０から減ずることにより、近似値を補正する。そして、補正済みの近似値を用いて再度上述した補正値の計算を繰り返す。
【００４７】
補正計算は、変化量Δt-1−Δtが一定値Ｄ（収束判定定数）以下となったところで中止する。なお、Δt＝（Ｆt2＋Ｇt2＋Ｆａt2＋Ｇａt2＋Ｆｂt2＋Ｇｂt2）1/2であり、Ｆ、Ｇ、Ｆａ、Ｇａ、Ｆｂ、Ｇｂは、式（１２）〜（１７）において表されるものである。
【００４８】
以上の計算により、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを算出することができる。
【００４９】
次に、図５を参照して、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを用いて、車両３の位置および速度を計測する際の動作について説明する。
【００５０】
上述したようにカメラ１０の撮影条件に関するパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを算出した後に、計測対象物である車両３が走行する道路２をカメラ１０で撮影する。カメラ１０は、車両３が撮影された撮影映像を映像信号として出力する。その映像信号は、計測装置２０に入力され、Ａ／Ｄ変換部２１によりデジタル信号に変換され、ビデオメモリ２２に画像データとして記憶される。これにより、図５に示すように、車両３を撮影した撮影画像８が得られる。
【００５１】
そして、この撮影画像８を画像処理部２３にて画像処理を行うことにより、車両３の検出が行われる。ここで、車両３の検出手法としては、例えば、空間差分方式が用いられる。すなわち、入力される撮影画像８から輝度値が急激に変化するエッジ部を検出し、二値化処理を施し、二値化結果からパターンマッチングにより車両を検出する。なお、車両３の検出手法としては、車両３の検出が行えれば、時間差のある撮影画像を比較して車両を検出する時間差分方式などその他の手法を用いてもよい。
【００５２】
そして、撮影画像８において、車両３の道路面上（Ｚ＝０）での画面座標（ｘ、ｙ）が算出される。そして、車両３の画面座標の座標値ｘ、ｙと高さＺ＝０が次の式（１９）、（２０）に入力される。式（１９）、（２０）は、算出されたパラメータｆ、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０、ω、ψ、κを用いた算出式である。
【数１９】
【数２０】
【００５３】
この式（１９）、（２０）により、車両３の道路座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、即ち道路２上における位置を検出することができる。
【００５４】
そして、撮影画像８の撮影時から一定時間経過後の撮影画像について、車両３の位置検出を行い、その車両３の位置と一定期間経過前の位置により車両３の移動距離を求めることにより、車両３の速度を検出することができる。
【００５５】
そして、図１に示すように、計測システム１にて検出された車両３の位置情報および速度情報は、カメラ１０の撮影映像などと共に、交通管制センタなどの設置される中央制御装置３０に出力される。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る計測システムおよび計測方法によれば、計測領域内の道路上を直線的に移動ながら通過する試験車両５の撮影画像に基づいて、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータ（カメラ１０の撮影位置、撮影姿勢（撮影角度）およびカメラ１０における撮影光学系の焦点距離）を算出させることができ、このパラメータを用いて車両３の位置情報および速度情報を計測することができる。したがって、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出させるために、道路上に基準物を設置することや、道路上に設置した基準物間における相対位置の計測を行う等の困難を要する作業を省くことができるため、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを、より容易に算出させることができる。すなわち、予め、計測領域内に存在する既知の点を測定することなく、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータをより容易に算出させることができる。
【００５７】
また、試験車両５を撮影した撮影画像に含まれる試験車両５の部位のうち、互いの相対位置関係が分かる一対のテールランプ６に基づいて、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出させることができる。すなわち、互いの相対位置関係を容易に測定することができるテールランプ６間の相対位置関係さえ、事前に把握できれば、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを、このテールランプ６間の相対位置関係に基づいて算出させることができる。したがって、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを、より容易に算出させることができる。
【００５８】
また、固定していたカメラ１０の位置、向きなどがズレた場合でも、道路上を走行する試験車両５を撮影させて、撮影条件のパラメータを再度算出することにより、正確な計測が行える。このため、システムのメンテナンスが容易である。
【００５９】
また、試験車両５の撮影が行えれば、撮影手段として、旋回可能な監視カメラ、ズーミング可能なカメラ、携帯用のハンディカメラなどを用いた場合でも、正確な計測が可能である。すなわち、これらのカメラを用いる場合であっても、試験車両５を撮影して撮影条件に関するパラメータを算出し、その撮影状態で車両３を撮影することにより、車両３の位置、速度等を正確に計測することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、カメラ１０の撮影映像を配線を介して計測装置２０に入力しているが、本発明に係る計測システムおよび計測方法はそのようなものに限られるものではなく、カメラ１０の撮影映像をテープ等に録画し、その録画映像に基づいて車両３の位置、速度等を計測するものであってもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、道路交通の監視に用いられる交通監視システムに適用した場合について説明したが、本発明に係る計測システムおよび計測方法はそのようなものに限られるものではなく、車両以外の計測対象物を計測するものであってもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、カメラ１０の撮影条件に関するパラメータを算出する際に用いられる基準点として、試験車両５のテールランプ６を用いて説明したが、本発明に係る計測システムおよび計測方法はそのようなものに限られるものではなく、例えば、ヘッドランプやドアミラー等の車両の特徴となる部位であればよい。基準点を、ヘッドランプやドアミラーにする場合には、試験車両５の前方斜め上方から試験車両５を撮影することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態に係る計測システムの概略構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る計測システムおよび計測方法における道路座標とカメラ座標との関係について説明するための図である。
【図３】実施形態に係る計測システムおよび計測方法における撮影条件に関するパラメータを算出する方法を説明するための図である。
【図４】実施形態に係る計測システムおよび計測方法における方程式に含まれる未知数の数とその未知数を求めるために必要な方程式の数とその方程式をたてるために必要な撮影画像数との関係を示す図である。
【図５】実施形態に係る計測システムおよび計測方法における車両の位置、速度の計測について説明するための図である。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・計測システム、２・・・道路、３・・・車両、４，８・・・撮影画像、５・・・試験車両、６・・・テールランプ、１０・・・カメラ、２０・・・計測装置、２１・・・変換部、２２・・・ビデオメモリ、２３・・・画像処理部、３０・・・中央制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物の撮影画像に基づいて前記計測対象物に関する物理量を計測する計測システムであって、
計測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移動物体の撮影画像に基づいて、前記撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記パラメータを用いて、前記物理量を計測する計測手段と、を備え、
前記移動物体は、前記計測領域内を直線的に移動ながら通過することを特徴とする計測システム。
【請求項２】
前記算出手段は、前記移動物体の撮影画像に含まれる移動物体の部位のうち、互いの相対位置関係が分かる複数の部位に基づいて、前記撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出することを特徴とする請求項１記載の計測システム。
【請求項３】
前記移動物体は道路を走行する車両であり、前記部位はテールランプまたはヘッドランプであることを特徴とする請求項１または２に記載の計測システム。
【請求項４】
前記算出手段は、少なくとも前記撮影手段の撮影位置および撮影姿勢に関するパラメータを算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の計測システム。
【請求項５】
前記算出手段は、撮影光学系の焦点距離に関するパラメータを算出することを特徴とする請求項４に記載の計測システム。
【請求項６】
計測対象物の撮影画像に基づいて前記計測対象物に関する物理量を計測する計測方法であって、
計測領域を撮影する撮影手段を用いて、移動物体を撮影する撮影工程と、
前記撮像工程において撮影された移動物体の撮影画像に基づいて、前記撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出工程と、
前記算出工程において算出された前記パラメータを用いて、前記物理量を計測する計測工程と、を備え、
前記移動物体は、前記計測領域内を直線的に移動ながら通過することを特徴とする計測方法。
【請求項１】
計測対象物の撮影画像に基づいて前記計測対象物に関する物理量を計測する計測システムであって、
計測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移動物体の撮影画像に基づいて、前記撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記パラメータを用いて、前記物理量を計測する計測手段と、を備え、
前記移動物体は、前記計測領域内を直線的に移動ながら通過することを特徴とする計測システム。
【請求項２】
前記算出手段は、前記移動物体の撮影画像に含まれる移動物体の部位のうち、互いの相対位置関係が分かる複数の部位に基づいて、前記撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出することを特徴とする請求項１記載の計測システム。
【請求項３】
前記移動物体は道路を走行する車両であり、前記部位はテールランプまたはヘッドランプであることを特徴とする請求項１または２に記載の計測システム。
【請求項４】
前記算出手段は、少なくとも前記撮影手段の撮影位置および撮影姿勢に関するパラメータを算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の計測システム。
【請求項５】
前記算出手段は、撮影光学系の焦点距離に関するパラメータを算出することを特徴とする請求項４に記載の計測システム。
【請求項６】
計測対象物の撮影画像に基づいて前記計測対象物に関する物理量を計測する計測方法であって、
計測領域を撮影する撮影手段を用いて、移動物体を撮影する撮影工程と、
前記撮像工程において撮影された移動物体の撮影画像に基づいて、前記撮影手段の撮影条件に関するパラメータを算出する算出工程と、
前記算出工程において算出された前記パラメータを用いて、前記物理量を計測する計測工程と、を備え、
前記移動物体は、前記計測領域内を直線的に移動ながら通過することを特徴とする計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１７６７６（Ｐ２００６−１７６７６Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９８３９１（Ｐ２００４−１９８３９１）
【出願日】平成１６年７月５日（２００４．７．５）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月５日（２００４．７．５）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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