JP5163460B2 - 車両種別判別装置 - Google Patents

Description

この発明は、カメラで撮像した撮像画像を処理し、撮像されている車両が四輪車であるか、二輪車であるかを判別する車両種別判別装置に関する。

従来、四輪車と、二輪車と、が駐車できる駐車場（以下、共用駐車場と言う。）では、利用車両を四輪車と、二輪車と、で区別して管理するために、駐車場を利用する車両が、四輪車であるのか、二輪車であるのかを、駐車場の入口で判別している。また、使用にかかる料金体型を四輪車と、二輪車と、で区別している共用駐車場では、この判別結果に基づいて、入口で駐車券を発券している。

駐車場に入る車両が、四輪車であるのか、二輪車であるのかを、判別する装置については特許文献１で提案されているものがある。この特許文献１では、駐車場の入口に、複数のセンサを車幅方向に並べ、車両を検知したセンサの個数によって、四輪車であるのか、二輪車であるのかを、判別している。言い換えれば、車両の幅を検知することにより、その車両が四輪車であるのか、二輪車であるのかを、判別している。また、この特許文献１では、四輪車と、二輪車とで、進入通路を異ならせ、四輪車専用通路に設けたセンサが車両を検知すると、四輪車であると判別し、二輪車専用通路に設けたセンサが車両を検知すると、二輪車であると判別することも提案している。
特開平７−１５２９３３号公報

しかしながら、特許文献１で提案されている構成は、入口に対して、二輪車が斜めに進入したときに、二輪車の車長を車幅として検知することがあり、この二輪車を四輪車であると誤判別することがあった。また、四輪車と、二輪車とで進入通路を異ならせても、二輪車が誤って四輪車の進入通路に進入することがあり、この場合も、二輪車を四輪車であると誤判別することがある。

この発明の目的は、検知した車両が四輪車であるのか、二輪車であるのかを、精度よく判別することができる車両種別判別装置を提供することにある。

この発明の車両種別判別装置は、上記目的を達するために、以下のようにしている。

エッジ画像生成手段が、撮像画像入力手段に入力されたカメラの撮像画像を処理し、エッジ画像を生成する。カメラは、四輪車であるのか、二輪車であるのかを判別する車両を正面から撮像する場所、例えば、駐車場の入口、に取り付けられる。エッジライン検出手段が、エッジ画像生成手段が生成したエッジ画像における、水平方向のエッジラインを検出する。エッジ画像の生成は、例えば公知のエッジフィルタを用い、カメラの撮像画像をこのエッジフィルタに通して生成すればよい。そして、判別手段が、エッジライン検出手段が検出した水平方向のエッジラインの長さに基づいて、撮像されている車両が四輪車であるか、二輪車であるかを判別する。通常、検出される水平方向のエッジラインの長さは、二輪車に比べて、四輪車のほうが長いことから、この水平方向のエッジラインの長さによって、撮像されている車両が四輪車であるか、二輪車であるかを精度よく判別することができる。
また、四輪車は前面にナンバープレートが取り付けられており、反対に、二輪車は前面にナンバープレートが取り付けられていないことを利用し、撮像画像入力手段に入力された撮像画像にナンバープレートが撮像されているかどうかを検知するナンバープレート検知手段を設けている。そして、ナンバープレート検知手段が、ナンバープレートを検知したときには、エッジ画像生成手段によるエッジ画像の生成を中止するので、画像処理にかかる装置本体の負荷が一層抑えられる。また、判別手段は、ナンバープレート検知手段がナンバープレートを検知したとき、撮像されている車両が四輪車であると判別すればよい。

また、検出される水平方向のエッジラインの本数は、二輪車に比べて、四輪車のほうが多いことから、この水平方向のエッジラインの本数も加えて、撮像されている車両が四輪車であるか、二輪車であるかを判別することにより、判別精度の一層の向上が図れる。

また、エッジ画像生成手段については、前記撮像画像入力手段に入力された撮像画像を水平方向に平滑化した平滑化画像を生成し、この平滑化画像をエッジフィルタに通してエッジ画像を生成する、構成としてもよい。このようにすれば、エッジ成分が、より顕著にあらわれたエッジ画像を生成することができ、水平方向におけるエッジラインの検出精度の向上が図れる。

また、エッジ画像生成手段が生成するエッジ画像は、２値化画像であってもよいし、多値画像であってもよいが、画像処理にかかる装置本体の負荷を考慮すると２値化画像とするほうが好ましい。

また、エッジライン検出手段における水平方向のエッジラインの検出は、エッジ画像生成手段が生成したエッジ画像と、背景画像との差分画像から検出すればよい。

さらに、四輪車は前面にナンバープレートが取り付けられており、反対に、二輪車は前面にナンバープレートが取り付けられていないことを利用し、撮像画像入力手段に入力された撮像画像にナンバープレートが撮像されているかどうかを検知するナンバープレート検知手段を設けてもよい。この場合、ナンバープレート検知手段が、ナンバープレートを検知したときには、エッジ画像生成手段によるエッジ画像の生成を中止すればよい。これにより、画像処理にかかる装置本体の負荷が一層抑えられる。また、判別手段は、ナンバープレート検知手段がナンバープレートを検知したとき、撮像されている車両が四輪車であると判別すればよい。

以下、この発明の実施形態である車両種別判別装置について説明する。

図１は、この発明の実施形態である車両種別判別装置を適用した駐車場管理システムの概略の構成を示す図である。この駐車場管理システムは、車両種別判別装置１と、カメラ２と、発券機３と、ゲート装置４と、車両検知機５と、を備えている。この駐車場管理システムは、四輪車と、二輪車と、が駐車できる駐車場（以下、共用駐車場と言う。）の利用車両を管理するシステムである。図２は、この共用駐車場の入口付近を示す概略図である。この駐車場管理システムは、この共用駐車場の入口で、利用車両が四輪車であるか、二輪車であるかを判別する。

カメラ２は、駐車場の入口付近を撮像エリアとし、駐車場に入る車両を略正面から撮像する向きに取り付けている。カメラ２は、１秒間に数十フレーム（例えば、３０フレーム）の撮像画像を出力する。カメラ２は、車両種別判別装置１に接続している。車両種別判別装置１は、カメラ２の撮像画像を処理し、駐車場に入る車両が四輪車であるのか、二輪車であるのかを判別し、その判別結果を出力する。この判別結果は、発券機３に入力される。発券機３は、車両種別判別装置１から入力された判別結果に応じて、四輪車用、または二輪車用の駐車券を発券する。この駐車券には、車両の種別（四輪車、または二輪車）や、発券時刻（利用開始時刻に相当する。）等が記録されている。また、発券機３は、利用者（車両の運転者等）が発券した駐車券を受け取ると、その旨をゲート装置４に入力する。ゲート装置４は、駐車場の入口ゲートを一時的に開し、駐車場への車両の進入を許可する。ゲート装置４は、通常、駐車場の入口ゲートを閉している。車両検知機５は、入口ゲートの手前に位置する車両を検知するセンサ（不図示）を有している。このセンサは、入口手前の路面に埋め込んだループ検知センサであってもよいし、光学的に物体を検出する光センサであってもよい。車両検知機５は、このセンサの検知結果に基づいて、入口ゲートの手前に位置する車両の有無を示す検知信号を車両種別判別装置１に入力する。

なお、車両種別判別装置１は、共用駐車場の入口付近に設置してもよいし、管理事務所に設置してもよい。また、共用駐車場の入口付近に設置する場合は、独立した筐体で設置してもよいし、発券機３やゲート装置４の筐体内部に組み込んでもよい。また、車両検知機５も、共用駐車場の入口付近に設置する場合は、独立した筐体で設置してもよいし、発券機３やゲート装置４の筐体内部に組み込んでもよい。

図３は、車両種別判別装置の主要部の構成を示すブロック図である。車両種別判別装置１は、主制御部１０と、撮像画像入力部１１と、画像処理部１２と、出力部１３と、入力部１４と、を備えている。主制御部１０は、本体各部の動作を制御する。撮像画像入力部１１は、接続されているカメラ２の撮像画像が入力される。画像処理部１２は、撮像画像入力部１１に入力されたカメラ２の撮像画像を処理し、撮像されている車両が四輪車であるか、二輪車であるかの判別に用いる、水平方向のエッジラインの長さ、およびその本数を検出する。主制御部１０は、検出された水平方向のエッジラインの長さ、およびその本数に基づいて、入力されたカメラ２の撮像画像に撮像されていた車両が四輪車であるのか、二輪車であるのかを判別する。出力部１３は、主制御部１０における判別結果を発券機３に対して出力する。入力部１４には、車両検知機５からの車両の検知信号が入力される。

この駐車場管理システムでは、車両種別判別装置１が、車両検知機５から入口ゲートの手前に位置する車両を検知した旨の検知信号が入力されると、カメラ２の撮像画像を取り込む。車両種別判別装置１は、取り込んだカメラ２の撮像画像を処理し、その長さが予め定めた長さよりも長い水平方向のエッジラインを検出する。言い換えれば、極端に短いエッジラインについては検出しない。そして、車両種別判別装置１は、検出した水平方向のエッジラインの長さ、およびその本数によって、撮像されている車両が四輪車であるのか、二輪車であるのかを判別し、判別結果を発券機３に入力する。

以下、車両種別判別装置１の動作について詳細に説明する。

図４は、車両種別判別装置１の動作を示すフローチャートである。上述したように、カメラ２は、１秒間に数十フレームの撮像画像を出力している。また、車両検知機５は、共用駐車場の入口ゲート付近に車両が位置しているかどうかを示す検知信号を車両種別判別装置１に入力している。

車両種別判別装置１は、車両検知機５から入口ゲートの手前に位置する車両を検知した旨の検知信号が入力部１４に入力されるのを待っている（ｓ１）。車両種別判別装置１は、車両検知機５から入口ゲートの手前に位置する車両を検知した旨の検知信号が入力されると、画像処理部１２へのカメラ２の撮像画像の取り込みを開始する（ｓ２）。このとき、ゲート装置４は、入口ゲートを閉している。車両種別判別装置１は、今回検知した車両が入口ゲート手前に停止するのを待つ（ｓ３）。このとき、車両種別判別装置１は、ｓ２で取り込みを開始したカメラ２の撮像画像を処理し、撮像されている車両が入口ゲート手前に停止したかどうかを判定する車両停止検知処理を行う。

図５は、この車両停止検知処理を示すフローチャートである。車両種別判別装置１は、画像処理部１２にカメラ２の撮像画像を取り込む毎に、その取り込んだフレームの撮像画像と、このフレームよりも所定フレーム（例えば、５フレーム）前の撮像画像と、の差分画像を生成し、これら２つのフレームの撮像画像間の差分量が予め定めた値よりも大きいかどうかを判定する（ｓ２１〜ｓ２３）。車両種別判別装置１は、ｓ２３で、差分量が予め定めた値よりも大きいと判定すると、ｓ２１に戻って上記処理を繰り返す。

一方、車両種別判別装置１は、ｓ２３で、差分量が予め定めた値以下であると判定すると、今回検知した車両が入口ゲート手前に停止したと判定する（ｓ２４）。また、車両種別判別装置１は、このとき、ｓ２１で取り込んだフレームの撮像画像を、処理対象画像に設定する（ｓ２５）。上記説明から明らかなように、ｓ２５で設定された処理対象画像は、今回検知した車両が入口ゲート手前に停止している状態で撮像した撮像画像である。

車両種別判別装置１は、ｓ３で車両が停止したと判定すると、ｓ２５で設定した処理対象画像に、ナンバープレートが撮像されているかどうかを判定する（ｓ４）。四輪車の前面にはナンバープレートが取り付けられているが、二輪車の前面にはナンバープレートは取り付けられていない。したがって、処理対象画像に、ナンバープレートが撮像されていれば四輪車である。一方、四輪車であっても、車高の低い車両や、ナンバープレートを車体後方に傾斜させて取り付けている車両等である場合、ナンバープレートが撮像されないことがある。すなわち、処理対象画像に、ナンバープレートが撮像されていなくても、二輪車であるとは限らない（四輪車の可能性がある。）。ｓ４では、例えば、処理対象画像に対して、ナンバープレートの外形形状によるパターンマッチングを行い、ナンバープレートが撮像されているかどうかを判定すればよい。

車両種別判別装置１は、ｓ４でナンバープレートが撮像されていると判定すると、今回入口ゲート手前に停車した車両が四輪車であると判別する（ｓ５）。また、ｓ５で、四輪車であると判別する前に、検出したナンバープレートに表記されているナンバープレート番号の認識処理を行うようにしてもよい。この場合には、ナンバープレート番号が認識できたときに、ｓ５で四輪車であると判別すればよい。このようにすれば、処理対象画像に、ナンバープレートが撮像されているかどうかの判別精度を高めることができる。

車両種別判別装置１は、ｓ４で処理対象画像にナンバープレートが撮像されていないと判定すると、以下に示す、特徴量による車両種別判別処理を行う（ｓ６）。

なお、ｓ５で、四輪車であると判別する前に、検出したナンバープレートに表記されているナンバープレート番号の認識処理を行う場合には、検出したナンバープレートに表記されているナンバープレート番号が認識できなかったときにも、ｓ６にかかる車両種別判別処理を行えばよい。図６は、この車両種別判別処理を示すフローチャートである。

車両種別判別装置１は、ｓ２５で設定した処理対象画像に対してエッジ抽出処理を行い、エッジ画像を生成する（ｓ３１）。ｓ３１では、処理対象画像を公知のエッジフィルタに通すことにより、エッジ画像を生成する。車両種別判別装置１は、ｓ３１で生成したエッジ画像を２値化画像に変換する２値化処理を行う（ｓ３２）。車両種別判別装置１は、ｓ３２で生成した２値化画像と、背景画像（２値化画像）と、の差分画像を生成する（ｓ３３）。背景画像は、入口ゲート手前に車両が位置していないときのカメラ２の撮像画像を２値化した２値化画像である。

車両種別判別装置１は、ｓ３３で生成した差分画像から、水平方向のエッジラインを検出し、ここで検出したエッジラインの平均長さ、および、その本数を、車両の特徴量として検出する（ｓ３４）。ｓ３４では、その長さが予め定めた長さよりも長い水平方向のエッジラインを検出する。言い換えれば、極端に短いエッジラインについてはノイズである可能性が高いので検出しない。車両種別判別装置１は、ｓ３４で得た水平方向のエッジラインの平均長さが、予め定めた第１の長さａよりも長ければ四輪車であると判別する（ｓ３５、ｓ３６）。また、ｓ３４で得た水平方向のエッジラインの平均長さが、予め定めた第２の長さｂ（ａ＞ｂ）よりも短ければ二輪車であると判別する（ｓ３７、ｓ３８）。

また、車両種別判別装置１は、ｓ３４で得た水平方向のエッジラインの平均長さが、予め定めた第１の長さａ以下で、且つ、予め定めた第２の長さｂ以上であれば、以下に示すｓ３９以降の処理を行う。車両種別判別装置１は、ｓ３４で得た水平方向のエッジラインの本数が、予め定めた第１の本数ｃよりも多ければ四輪車であると判別する（ｓ３９、ｓ４０）。車両種別判別装置１は、ｓ３４で得た水平方向のエッジラインの本数が、予め定めた第１の本数ｄ（ｃ＞ｄ）よりも少なければ二輪車であると判別する（ｓ４１、ｓ４２）。

なお、車両種別判別装置１は、ｓ３４で得た水平方向のエッジラインの平均長さが、予め定めた第１の長さａ以下で、且つ第２の長さｂ以上であれば、車両種別判別不能と判断し、エラー処理を行う（ｓ４３）。ｓ４３では、エラーの発生を出力し、車両種別を係員等に確認させ、入力させる等のエラー処理を行えばよい。

図４に戻って、車両種別判別装置１は、上述した処理で、今回入口ゲート手前に停止した車両について判別した車両の種別（四輪車、または二輪車）を、判別結果として出力部１３から出力する（ｓ７）。また、ｓ２で開始した、画像処理部１２へのカメラ２の撮像画像の取り込みを終了し（ｓ８）、ｓ１に戻る。

発券機３は、車両種別判別装置１から入力された車両の種別（四輪車、または二輪車）に応じた駐車券を発券する。また、ゲート装置４は、発券機３から発券した駐車券を利用者が受け取った旨の入力があると、入口ゲートを一時的に開し、駐車場内への車両の進入を許可する。

このように、この車両種別判別装置１では、四輪車は、二輪車に比べて、水平方向のエッジが多いという特徴によって車両種別を判別する構成としたので、車両種別の判別精度を十分に確保することができる。また、車両種別判別装置１は、車両が入口ゲート手前に停止しているときに撮像した撮像画像を処理対象画像に設定する。したがって、処理対象画像における車両のぶれがなく、ノイズによる誤判別が抑えられる。また、ナンバープレートが撮像されていれば、ｓ６にかかる車両種別判別処理を行わないので、画像処理にかかる車両種別判別装置１本体の負荷が抑えられる。また、２値化画像から、水平方向のエッジラインを検出する構成としているので、水平方向のエッジラインが適正に検出できる。

また、上記の説明では、ｓ３１において、ｓ２５で設定した処理対象画像に対してエッジ抽出処理を行い、エッジ画像を生成するとしたが、図７に示すように、ｓ２５で設定した処理対象画像に対して水平方向平滑化処理を行い（ｓ３０）、この水平方向平滑化処理を行った処理対象画像に対して、ｓ３１でエッジ抽出処理を行う構成としてもよい。

ｓ３０にかかる水平方向平滑化処理は、処理対象画像の水平方向成分を平滑化する処理である。具体的には、処理対象画像の画素毎に、画素値を、その画素の左右両側に位置する所定数の画素（例えば２５画素）の画素値の平均値（例えば、合計５１画素の平均値）に置き換える処理である。これにより、処理対象画像の水平方向のエッジを強調した画像を生成することができる。

図８（Ａ）は、このｓ３０にかかる水平方向平滑化処理を行っていない画像（処理対象画像）をエッジフィルタに通したエッジ画像を２値化した２値化画像であり、図８（Ｂ）は、このｓ３０にかかる水平方向平滑化処理を行った画像をエッジフィルタに通したエッジ画像を２値化した２値化画像である。図８に示すように、このｓ３０にかかる水平方向平滑化処理を行うことにより、水平方向のエッジを強調した２値化画像を生成することができる。

したがって、ｓ３０にかかる水平方向平滑化処理を行うことによって、水平方向のエッジが顕著にあらわれるので、車両種別の判別精度の一層の向上が図れる。

なお、上記の説明では、水平方向のエッジラインの平均長さを用いて、四輪車であるか、二輪車であるかを判別するとしたが、水平方向のエッジラインの最大長によって、車両種別を判別するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、車両検知機５を設けるとしたが、車両検知機５を設けないで、車両種別判別装置１が、カメラ２の撮像画像を処理し、背景画像との差分画像によって、入口ゲート向かって進入してきた車両を検知する構成としてもよい。

また、車両種別判別装置１は、上述した図４に示す処理を、図９に示す処理に置き換えてもよい。具体的には、上述したｓ３と、ｓ４との間に、以下に示すｓ５１、およびｓ５２にかかる処理を追加してもよい。ｓ５１では、四輪車と二輪車とについて、外形形状等の特徴量を学習し、それをデータ化した学習データを用い、四輪車および二輪車の学習データを、それぞれｓ２５で設定した処理対象画像と照合し、その類似度を算出するマッチング処理を行う。この学習データは、四輪車、および二輪車について、それぞれ複数枚の撮像画像に対して、公知のＰＣＡ（Principal Component Analysis）等にかかる処理で、事前に作成しておけばよい。そして、車両種別判別装置１は、ｓ５１にかかるフレームマッチングで、車両の種別が判別できたかどうかを判定する（ｓ５２）。車両種別判別装置１は、５１にかかるフレームマッチングで、車両の種別が判別できれば、上述したｓ７以降の処理を実行し、反対に、５１にかかるフレームマッチングで、車両の種別が判別できなければ、上述したｓ４以降の処理を実行する。このようにすれば、車両種別の判別精度を一層向上させることができる。

さらに、上述したｓ５１、およびｓ５２にかかる処理は、上述したｓ３と、ｓ４との間ではなく、ｓ４と、ｓ６との間に挿入するようにしてもよい。

また、車両種別判別装置１は、駐車場の入口だけでなく、駐車場の出口から出場する車両や、道路を走行している車両の種別判別等にも利用できる。

駐車場管理システムの概略の構成を示す図である。 共用駐車場の入口付近を示す概略図である。 車両種別判別装置の主要部の構成を示すブロック図である。 車両種別判別装置の動作を示すフローチャートである。 車両停止検知処理を示すフローチャートである。 車両種別判別処理を示すフローチャートである。 別の実施形態にかかる特徴量による車両種別判別処理を示すフローチャートである。 ２値化画像を示す図である。 別の車両種別判別装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１−車両種別判別装置
２−カメラ
３−発券機
４−ゲート装置
５−車両検知機
１０−主制御部
１１−撮像画像入力部
１２−画像処理部
１３−出力部
１４−入力部

Claims (5)

1. カメラで撮像した撮像画像を入力する撮像画像入力手段と、
   前記撮像画像入力手段に入力された撮像画像を処理し、エッジ画像を生成するエッジ画像生成手段と、
   前記エッジ画像生成手段が生成したエッジ画像における、水平方向のエッジラインを検出するエッジライン検出手段と、
   前記エッジライン検出手段が検出した水平方向のエッジラインの長さに基づいて、撮像されている車両が四輪車であるか、二輪車であるかを判別する判別手段と、
   前記撮像画像入力手段に入力された撮像画像にナンバープレートが撮像されているかどうかを検知するナンバープレート検知手段と、
   前記ナンバープレート検知手段がナンバープレートを検知したとき、前記エッジ画像生成手段によるエッジ画像の生成を中止するエッジ画像生成中止手段と、を備え、
   前記判別手段は、前記ナンバープレート検知手段がナンバープレートを検知したとき、撮像されている車両が四輪車であると判別する手段である、車両種別判別装置。
2. 前記判別手段は、前記エッジライン検出手段が検出した水平方向のエッジラインの本数も加えて、撮像されている車両が四輪車であるか、二輪車であるかを判別する手段である、請求項１に記載の車両種別判別装置。
3. 前記エッジ画像生成手段は、前記撮像画像入力手段に入力された撮像画像を水平方向に平滑化した平滑化画像を生成し、この平滑化画像をエッジフィルタに通してエッジ画像を生成する手段である、請求項１、または２に記載の車両種別判別装置。
4. 前記エッジ画像生成手段が生成するエッジ画像は、２値化画像である、請求項１〜３のいずれかに記載の車両種別判別装置。
5. 前記エッジライン検出手段は、前記エッジ画像生成手段が生成したエッジ画像と、背景画像との差分画像から、水平方向のエッジラインを検出する手段である、請求項１〜４のいずれかに記載の車両種別判別装置。

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