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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023144251
(43)【公開日】2023-10-11
(54)【発明の名称】センシングシステムおよびセンシング方法
(51)【国際特許分類】
G01S 17/86 20200101AFI20231003BHJP
G01S 17/34 20200101ALI20231003BHJP
G08G 1/015 20060101ALI20231003BHJP
【ＦＩ】
G01S17/86
G01S17/34
G08G1/015 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022051149
(22)【出願日】2022-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100155000
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 修市
(74)【代理人】
【識別番号】100125922
【弁理士】
【氏名又は名称】三宅 章子
(74)【代理人】
【識別番号】100188813
【弁理士】
【氏名又は名称】川喜田 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100184985
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 悠
(74)【代理人】
【識別番号】100202197
【弁理士】
【氏名又は名称】村瀬 成康
(74)【代理人】
【識別番号】100218981
【弁理士】
【氏名又は名称】武田 寛之
(72)【発明者】
【氏名】加藤 弓子
(72)【発明者】
【氏名】橋谷 享
(72)【発明者】
【氏名】菊池 孝平
(72)【発明者】
【氏名】鳴海 建治
【テーマコード（参考）】
5H181
5J084
【Ｆターム（参考）】
5H181AA01
5H181BB13
5H181CC02
5H181CC03
5H181CC04
5H181CC11
5H181CC12
5H181CC14
5J084AA02
5J084AA05
5J084AA07
5J084AA13
5J084AB01
5J084AB07
5J084AB17
5J084AD05
5J084AD08
5J084AD13
5J084BA02
5J084BA03
5J084BA14
5J084BA20
5J084BB31
5J084CA08
5J084CA34
5J084CA42
5J084CA53
5J084CA65
5J084CA67
5J084CA70
5J084EA05
5J084EA22
(57)【要約】
【課題】移動物体の速度等に関する情報を効率的に取得する。
【解決手段】センシングシステムは、移動する対象物の移動範囲をセンシングして第１センサデータを出力する第１センサと、前記移動範囲における複数の箇所を照射する複数のビーム出射部を有し、かつ１つ以上のＬｉＤＡＲユニットを含む第２センサと、処理装置と、を備える。前記処理装置は、前記第１センサデータに基づいて前記対象物における特定の対象部の位置を決定し、前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する１つ以上の光ビームを出射させ、前記対象部についての第２センサデータを出力させる。
【選択図】図１
【解決手段】センシングシステムは、移動する対象物の移動範囲をセンシングして第１センサデータを出力する第１センサと、前記移動範囲における複数の箇所を照射する複数のビーム出射部を有し、かつ１つ以上のＬｉＤＡＲユニットを含む第２センサと、処理装置と、を備える。前記処理装置は、前記第１センサデータに基づいて前記対象物における特定の対象部の位置を決定し、前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する１つ以上の光ビームを出射させ、前記対象部についての第２センサデータを出力させる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
移動する対象物の移動範囲をセンシングして第１センサデータを出力する第１センサと、
前記移動範囲における複数の箇所を照射する複数のビーム出射部を有し、かつ１つ以上のＬｉＤＡＲユニットを含む第２センサと、
処理装置と、
を備え、
前記処理装置は、
前記第１センサデータに基づいて前記対象物における特定の対象部の位置を決定し、
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する１つ以上の光ビームを出射させ、前記対象部についての第２センサデータを出力させる、
センシングシステム。
前記移動範囲における複数の箇所を照射する複数のビーム出射部を有し、かつ１つ以上のＬｉＤＡＲユニットを含む第２センサと、
処理装置と、
を備え、
前記処理装置は、
前記第１センサデータに基づいて前記対象物における特定の対象部の位置を決定し、
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する１つ以上の光ビームを出射させ、前記対象部についての第２センサデータを出力させる、
センシングシステム。
【請求項2】
前記対象物の位置と、前記位置に対応するＬｉＤＡＲユニットおよび／または前記光ビームの出射方向との対応を示すデータを記憶する記憶装置をさらに備え、
前記処理装置は、前記対象物の位置と、前記記憶装置に記憶された前記データとに基づいて、前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する１つ以上の光ビームを出射させる、
請求項１に記載のセンシングシステム。
前記処理装置は、前記対象物の位置と、前記記憶装置に記憶された前記データとに基づいて、前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する１つ以上の光ビームを出射させる、
請求項１に記載のセンシングシステム。
【請求項3】
前記第２センサは、複数のＬｉＤＡＲユニットを含み、
前記処理装置は、前記対象部の位置に基づいて、前記複数のＬｉＤＡＲユニットの中から、前記対象部を照射する光ビームを出射可能な少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットを決定し、決定した前記少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットに、前記光ビームを出射させる、
請求項１または２に記載のセンシングシステム。
前記処理装置は、前記対象部の位置に基づいて、前記複数のＬｉＤＡＲユニットの中から、前記対象部を照射する光ビームを出射可能な少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットを決定し、決定した前記少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットに、前記光ビームを出射させる、
請求項１または２に記載のセンシングシステム。
【請求項4】
前記複数のＬｉＤＡＲユニットは、一方向に配列され、同一の方向に前記光ビームを出射する、請求項３に記載のセンシングシステム。
【請求項5】
前記複数のＬｉＤＡＲユニットは、路面に平行または垂直な方向に沿って配列され、前記路面に向けて前記光ビームを出射する、請求項４に記載のセンシングシステム。
【請求項6】
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットのうちの少なくとも１つは、２つ以上のビーム出射部を備え、異なる複数の方向に光ビームを出射することが可能である、請求項１または２に記載のセンシングシステム。
【請求項7】
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットは、前記複数の方向に光ビームを出射することが可能な単一のＬｉＤＡＲユニットであり、
前記処理装置は、
前記対象部の位置に基づいて、前記ＬｉＤＡＲユニットが出射すべき前記光ビームの方向を決定し、
前記ＬｉＤＡＲユニットに、前記方向に向けて前記光ビームを出射させる、
請求項６に記載のセンシングシステム。
前記処理装置は、
前記対象部の位置に基づいて、前記ＬｉＤＡＲユニットが出射すべき前記光ビームの方向を決定し、
前記ＬｉＤＡＲユニットに、前記方向に向けて前記光ビームを出射させる、
請求項６に記載のセンシングシステム。
【請求項8】
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットは、各々が複数の方向に光ビームを出射することが可能な複数のＬｉＤＡＲユニットであり、
前記処理装置は、
前記対象部の位置に基づいて、前記複数のＬｉＤＡＲユニットの中から、前記対象部を照射する光ビームを出射可能な少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットと、前記少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットが出射すべき前記光ビームの方向とを決定し、
前記少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットに、前記方向に向けて前記光ビームを出射させる、
請求項６に記載のセンシングシステム。
前記処理装置は、
前記対象部の位置に基づいて、前記複数のＬｉＤＡＲユニットの中から、前記対象部を照射する光ビームを出射可能な少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットと、前記少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットが出射すべき前記光ビームの方向とを決定し、
前記少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットに、前記方向に向けて前記光ビームを出射させる、
請求項６に記載のセンシングシステム。
【請求項9】
前記処理装置は、
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記複数の方向に光ビームを出射させ、
前記複数の光ビームの照射によって取得された前記第２センサデータから、前記対象部の位置に基づいて決定される特定の光ビームに対応するデータを抽出し、
抽出した前記データに基づいて、前記対象部の速度に関するデータを生成して出力する、
請求項６に記載のセンシングシステム。
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記複数の方向に光ビームを出射させ、
前記複数の光ビームの照射によって取得された前記第２センサデータから、前記対象部の位置に基づいて決定される特定の光ビームに対応するデータを抽出し、
抽出した前記データに基づいて、前記対象部の速度に関するデータを生成して出力する、
請求項６に記載のセンシングシステム。
【請求項10】
前記第１センサは、カメラを含み、
前記第１センサデータは、前記カメラによって生成される画像データを含み、
前記処理装置は、前記画像データに基づいて、前記対象部の位置を決定する、
請求項１から９のいずれかに記載のセンシングシステム。
前記第１センサデータは、前記カメラによって生成される画像データを含み、
前記処理装置は、前記画像データに基づいて、前記対象部の位置を決定する、
請求項１から９のいずれかに記載のセンシングシステム。
【請求項11】
前記第１センサは、赤外線カーテンをさらに含み、
前記第１センサデータは、前記赤外線カーテンによって生成される前記対象物の形状データをさらに含み、
前記処理装置は、前記対象部の位置と、前記形状データとに基づいて、前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する前記１つ以上の光ビームを出射させる、
請求項１０に記載のセンシングシステム。
前記第１センサデータは、前記赤外線カーテンによって生成される前記対象物の形状データをさらに含み、
前記処理装置は、前記対象部の位置と、前記形状データとに基づいて、前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する前記１つ以上の光ビームを出射させる、
請求項１０に記載のセンシングシステム。
【請求項12】
前記第１センサは、超音波センサを含み、
前記第１センサデータは、前記超音波センサから出力された超音波センサデータを含み、
前記処理装置は、前記超音波センサデータに基づいて、前記対象部の位置を決定する、
請求項１から９のいずれかに記載のセンシングシステム。
前記第１センサデータは、前記超音波センサから出力された超音波センサデータを含み、
前記処理装置は、前記超音波センサデータに基づいて、前記対象部の位置を決定する、
請求項１から９のいずれかに記載のセンシングシステム。
【請求項13】
前記処理装置は、前記第２センサデータに基づいて、前記対象部の速度に関するデータを生成して出力する、請求項１から１２のいずれかに記載のセンシングシステム。
【請求項14】
前記対象部は、前記対象物に含まれる可動部である、
請求項１から１３のいずれかに記載のセンシングシステム。
請求項１から１３のいずれかに記載のセンシングシステム。
【請求項15】
前記対象物は、車両であり、
前記対象部は、前記車両に含まれる車輪である、
請求項１４に記載のセンシングシステム。
前記対象部は、前記車両に含まれる車輪である、
請求項１４に記載のセンシングシステム。
【請求項16】
前記移動範囲における前記複数の箇所は、前記車両が走行する車線を横切る方向に並んでいる、請求項１５に記載のセンシングシステム。
【請求項17】
前記処理装置は、前記第２センサデータに基づいて、前記車両に含まれる複数の車輪のうち、稼働している車輪の数を示すデータを生成して出力する、請求項１５または１６に記載のセンシングシステム。
【請求項18】
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットは、複数のＬｉＤＡＲユニットであり、
前記処理装置は、
前記対象部の位置に基づいて、前記複数のＬｉＤＡＲユニットの中から、前記対象部を照射する光ビームを出射可能な第１ＬｉＤＡＲユニットと、前記対象物における前記対象部以外の部分を照射する光ビームを出射可能な第２ＬｉＤＡＲユニットとを決定し、
前記第１ＬｉＤＡＲユニットおよび前記第２ＬｉＤＡＲユニットに、前記光ビームを出射させて、前記対象部に関する速度情報と、前記対象物の前記対象部以外の部分に関する速度情報とを含む前記第２センサデータを取得させる、
請求項１から１７のいずれかに記載のセンシングシステム。
前記処理装置は、
前記対象部の位置に基づいて、前記複数のＬｉＤＡＲユニットの中から、前記対象部を照射する光ビームを出射可能な第１ＬｉＤＡＲユニットと、前記対象物における前記対象部以外の部分を照射する光ビームを出射可能な第２ＬｉＤＡＲユニットとを決定し、
前記第１ＬｉＤＡＲユニットおよび前記第２ＬｉＤＡＲユニットに、前記光ビームを出射させて、前記対象部に関する速度情報と、前記対象物の前記対象部以外の部分に関する速度情報とを含む前記第２センサデータを取得させる、
請求項１から１７のいずれかに記載のセンシングシステム。
【請求項19】
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットは、ＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲセンサである、請求項１から１８のいずれかに記載のセンシングシステム。
【請求項20】
移動する対象物の移動範囲をセンシングして第１センサデータを出力する第１センサと、前記移動範囲における複数の箇所を照射する複数のビーム出射部を有し、かつ１つ以上のＬｉＤＡＲユニットを含む第２センサと、を備えたセンシングシステムにおいて実行されるセンシング方法であって、
前記第１センサデータに基づいて前記対象物における特定の対象部の位置を決定することと、
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する１つ以上の光ビームを出射させ、前記対象部についての第２センサデータを出力させることと、
を含むセンシング方法。
前記第１センサデータに基づいて前記対象物における特定の対象部の位置を決定することと、
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する１つ以上の光ビームを出射させ、前記対象部についての第２センサデータを出力させることと、
を含むセンシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、センシングシステムおよびセンシング方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、レーダまたはレーザを用いて物体までの距離または物体の速度を計測するデバイスが提案されている。例えば、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式による速度計測装置が開発されている。ＦＭＣＷ方式による速度計測装置は、一定の周期で周波数が変調された電磁波を送出し、送信波と反射波との周波数の差に基づいて距離と速度を計測する。電磁波が可視光または赤外光などの光である場合、ＦＭＣＷ方式の速度計測装置は、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）またはレーザレーダと呼ばれる。ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲは、一定の周期で周波数が変調された光を出力光と参照光とに分割し、出力光が物体で反射されて生じた反射光と参照光との干渉光を生成し、その干渉光を検出する。干渉光の周波数に基づいて、物体までの距離および物体の速度を計算することができる。
【0003】
特許文献１および２は、ＦＭＣＷ方式によるセンシング装置を用いて測距および速度の計測を行うことを開示している。特許文献３は、複数の光ビームを出射するＦＭＣＷ方式のレーザレーダにおいて、複数の遅延線を利用して複数の出力信号を１つの検出器上で多重化する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－１３５４４６号公報
【特許文献2】特開２０１１－０２７４５７号公報
【特許文献3】特開２０１５－１１１１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本開示は、移動物体の速度等の情報を効率的に取得するためのセンシング技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様に係るセンシングシステムは、移動する対象物の移動範囲をセンシングして第１センサデータを出力する第１センサと、前記移動範囲における複数の箇所を照射する複数のビーム出射部を有し、かつ１つ以上のＬｉＤＡＲユニットを含む第２センサデータを出力する第２センサと、処理装置と、を備える。前記処理装置は、前記第１センサデータに基づいて前記対象物における特定の対象部の位置を決定し、前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する１つ以上の光ビームを出射させ、前記対象部についての第２センサデータを出力させる。
【0007】
本開示の包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能な記録ディスク等の記録媒体によって実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意の組み合わせによって実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、揮発性の記録媒体を含んでいてもよいし、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc - Read Only Memory）等の不揮発性の記録媒体を含んでいてもよい。装置は、１つ以上の装置で構成されてもよい。装置が２つ以上の装置で構成される場合、当該２つ以上の装置は、１つの機器内に配置されてもよく、分離した２つ以上の機器内に分かれて配置されてもよい。本明細書および特許請求の範囲では、「装置」とは、１つの装置を意味し得るだけでなく、複数の装置からなるシステムも意味し得る。
【発明の効果】
【0008】
本開示の一態様によれば、移動物体における特定の対象部の速度等に関する情報を効率的に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
本開示において、回路、ユニット、装置、部材もしくは部の全部または一部、またはブロック図における機能ブロックの全部または一部は、例えば、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、またはＬＳＩ（large scale integration）を含む１つまたは複数の電子回路によって実行され得る。ＬＳＩまたはＩＣは、１つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、１つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩまたはＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（very large scale integration）、もしくはＵＬＳＩ（ultra large scale integration）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはＬＳＩ内部の接合関係の再構成またはＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるＲＬＤ（reconfigurable logic device）も同じ目的で使うことができる。
【0011】
さらに、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部の機能または動作は、ソフトウェア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウェアは１つまたは複数のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが処理装置（processor）によって実行されたときに、そのソフトウェアで特定された機能が処理装置および周辺装置によって実行される。システムまたは装置は、ソフトウェアが記録されている１つまたは複数の非一時的記録媒体、処理装置、および必要とされるハードウェアデバイス、例えばインタフェースを備えていてもよい。
【0012】
本開示において、「光」とは、可視光（波長が約４００ｎｍ～約７００ｎｍ）だけでなく、紫外線（波長が約１０ｎｍ～約４００ｎｍ）および赤外線（波長が約７００ｎｍ～約１ｍｍ）を含む電磁波を意味する。
【0013】
以下、本開示の例示的な実施形態を説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。さらに、各図において、実質的に同一の構成要素に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
【0014】
＜センシングシステムの概要＞
図１は、本開示の例示的な実施形態によるセンシングシステム３００の構成例を示す図である。センシングシステム３００は、移動する対象物を検出し、当該対象物における特定の対象部をＬｉＤＡＲセンサでセンシングすることにより、当該対象部に関する情報を取得するシステムである。
図１は、本開示の例示的な実施形態によるセンシングシステム３００の構成例を示す図である。センシングシステム３００は、移動する対象物を検出し、当該対象物における特定の対象部をＬｉＤＡＲセンサでセンシングすることにより、当該対象部に関する情報を取得するシステムである。
【0015】
対象物は、例えば車両などの移動する物体、ベルトコンベアなどの搬送機によって搬送される物品、人、または動物であり得る。対象部は、例えば車両における車輪、または搬送される物品の回転部などの、移動する物体における可動部であり得る。対象部は、移動する人または動物における腕または脚などの、体幹とは異なる運動を行う部位であってもよい。
【0016】
対象部に関する情報は、例えば、対象部までの距離、対象部の速度、または対象部の有無に関する情報を含み得る。センシングシステム３００は、例えばＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲセンサを利用して、対象物までの距離、対象物の速度、および対象物の有無のうちの少なくとも１種類に関する情報を生成することができる。
【0017】
図１に示すセンシングシステム３００は、第１センサ３１０と、第２センサ３２０と、処理装置３３０とを備える。処理装置３３０は、第１センサ３１０および第２センサ３２０に接続されている。第１センサ３１０は、対象物の検出に用いられる。第２センサ３２０は、対象物における特定の対象部に関する情報を取得するために用いられる。
【0018】
第１センサ３１０は、移動する対象物の移動範囲をセンシングし、第１センサデータを生成して出力する。第１センサ３１０は、例えば、イメージセンサを含むカメラ（すなわち撮像装置）、赤外線カーテン、または超音波センサなどの、１種類以上のセンサを含み得る。
【0019】
第２センサ３２０は、対象物の移動範囲における複数の箇所を照射する複数のビーム出射部を有し、かつ１つ以上のＬｉＤＡＲユニット３２２を含む。第２センサ３２０は、１つ以上のＬｉＤＡＲユニット３２２による光ビーム（例えばレーザビーム）の照射によって取得される第２センサデータを出力する。図１の例では、第２センサ３２０は、複数のＬｉＤＡＲユニット３２２を含む。複数のＬｉＤＡＲユニット３２２の各々は、１つまたは複数のビーム出射部を備える。ビーム出射部は、ＬｉＤＡＲユニット３２２のうち、光ビームが外部空間に向けて出射される部位または部品である。各ＬｉＤＡＲユニット３２２は、１つのビーム出射部を備えていてもよいし、２つ以上のビーム出射部を備えていてもよい。図１に示す構成に限定されず、第２センサ３２０は、複数の光ビームを異なる方向に出射することが可能な単一のＬｉＤＡＲユニット３２２を備えていてもよい。その場合、単一のＬｉＤＡＲユニット３２２が複数のビーム出射部を備える。あるいは、第２センサ３２０は、各々が複数の光ビームを異なる方向に出射することが可能な複数のＬｉＤＡＲユニット３２２を備えていてもよい。その場合、複数のＬｉＤＡＲユニット３２２の各々が、複数のビーム出射部を備える。
【0020】
各ＬｉＤＡＲユニット３２２は、例えばＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲセンサであり得る。その場合、各ＬｉＤＡＲユニット３２２は、レーザ光源と、干渉光学系と、光検出器とを備え得る。レーザ光源は、処理装置３３０から入力された制御信号に応答して、周波数が周期的に変動するレーザ光を出射する。干渉光学系は、レーザ光源から出射されたレーザ光を出力光と参照光とに分離し、物体からの反射光と参照光との干渉光を生成する。光検出器は、干渉光を受け、干渉光の強度に応じた電気信号を出力する。
【0021】
処理装置３３０は、第１センサデータに基づいて第２センサ３２０を制御し、第２センサデータに基づいて対象部の速度等に関する情報を生成することができる。以下、図２を参照しながら、処理装置３３０による処理の例を説明する。
【0022】
図２は、処理装置３３０による処理の例を示すフローチャートである。処理装置３３０は、例えばメモリ等の記憶媒体に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより、図２に示す処理を実行することができる。
【0023】
ステップＳ１１０において、処理装置３３０は、第１センサ３１０から出力された第１センサデータに基づいて、対象物における特定の対象部の位置を特定する。第１センサ３１０が例えばカメラを含む場合、処理装置３３０は、カメラによって撮影された画像から対象物を認識し、当該対象物における特定の対象部の位置、すなわち光ビームの照射位置を決定してもよい。第１センサ３１０が赤外線カーテンまたは超音波センサなどの他の種類のセンサを含む場合、処理装置３３０は、当該センサから出力された信号に基づいて対象部の位置および／または対象部の高さ等の寸法を特定してもよい。
【0024】
続くステップＳ１２０において、処理装置３３０は、特定した対象部の位置に基づいて、１つ以上のＬｉＤＡＲユニット３２２に、当該対象物を照射する１つ以上の光ビームを出射させる。例えば、第２センサ３２０が複数のＬｉＤＡＲユニット３２２を含む場合、処理装置３３０は、当該対象物の位置に向けて光ビームを出射できる一部のＬｉＤＡＲユニット３２２にのみ、光ビームを出射させてもよい。あるいは、第２センサ３２０が、複数の異なる方向に光ビームを出射可能な単一のＬｉＤＡＲユニット３２２を備えている場合、処理装置３３０は、当該ＬｉＤＡＲユニット３２２に、上記複数の方向のうち、対象物を照射可能な一部の方向にのみ、光ビームを出射させてもよい。光ビームの照射位置と、対応するＬｉＤＡＲユニット３２２の識別番号および／または光ビームの出射方向の識別番号との関係を示すデータが、処理装置３３０の内部または外部の記憶装置に予め格納され得る。処理装置３３０は、記憶装置に格納された当該関係を示すデータに基づき、対象部の位置に対応する１つ以上のＬｉＤＡＲユニット３２２、および／または、１つ以上の光ビームの出射方向を決定することができる。
【0025】
続くステップＳ１３０において、処理装置３３０は、ステップＳ１２０における光ビームの出射によって取得された第２センサデータに基づいて、対象部に関する情報を生成する。第２センサデータは、例えば、各ＬｉＤＡＲユニット３２２における光検出器によって検出された干渉光の強度の経時変化を示す情報を含み得る。処理装置３３０は、第２センサデータが示す干渉光の周波数に基づいて、例えば対象部までの距離、対象物の速度、および対象物の有無の少なくとも１つに関する情報を生成することができる。処理装置１４０は、生成した対象物に関する情報を、例えば記憶装置に記憶させたり、他の装置に送信したりしてもよい。なお、対象部に関する情報を生成する処理は、処理装置３３０の代わりに、第２センサ３２０における処理装置（例えばＣＰＵ等のプロセッサ）によって実行されてもよい。
【0026】
ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲによって計測される速度は、対象部の速度のうち、ＬｉＤＡＲユニット３２２と対象部とを結ぶ直線の方向の成分である。このため、本明細書では、対象部の現実の速度だけでなく、ＬｉＤＡＲユニット３２２と対象部とを結ぶ直線の方向における対象物の速度成分も、「対象部の速度」と呼ぶことがある。
【0027】
上記の動作により、移動する対象物における特定の対象部の位置に向けて光ビームを出射し、当該対象部に関する情報を取得することができる。これにより、全てのＬｉＤＡＲユニット３２２を駆動したり、全ての方向に光ビームを出射することなく、必要最小限の光ビームの出射で、移動する対象物に関する情報を効率的に取得することができる。本開示の技術は、例えば高速道路におけるＥＴＣ（Electronic Toll Collection System：電子料金収受システム）を通過する車両に含まれる車輪の数を検出するシステムにおいて有効に利用され得る。
【0028】
＜センシングシステムの適用例＞
次に、上記のセンシングシステムが利用される具体的な例として、ＥＴＣへの適用例を説明する。
次に、上記のセンシングシステムが利用される具体的な例として、ＥＴＣへの適用例を説明する。
【0029】
ＥＴＣは、高速道路などの有料道路において、料金所で車両を停止させることなく通行料金を支払うためのシステムである。通行料金には、例えば車両の大きさおよび車軸数（あるいは稼働している車輪の数）に応じたいくつかの車種区分がある。利用者は、自身の車種区分に応じた情報を車載器に設定して料金を支払う。
【0030】
通行料金は車軸数によって異なり得る。現在のＥＴＣでは、踏板状の車軸検知センサを利用して、当該センサに接触する車輪の数から回転する車軸の数がカウントされている。近年、リフトアクスルと呼ばれる機能を搭載した大型トラックが増えている。３つ以上の車軸を備える大型トラックは、リフトアクスル機能により、一部の車軸を上昇させてその車軸に取り付けられた車輪を浮かせることができる。それにより、積載重量が小さい場合に他の車輪にかかる圧力を増加させて大型トラックがスリップすることを抑制できる。リフトアクスル機能を使用する大型トラックには、走行中に回転しない車軸が存在する。このため、ＥＴＣでは、車両における複数の車軸のうち、回転する車軸の数を正確にカウントすることが求められる。
【0031】
発明者らは、ＦＭＣＷ方式のＬｉＤＡＲ技術を利用して、非接触で移動体における回転する車軸、すなわち稼働している車輪を特定する方法を考案した。以下に当該方法の一例を説明する。
【0032】
図３は、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲを利用した計測装置の構成例を模式的に示すブロック図である。図３には、計測対象の移動体である車両１０が示されている。図３に示す車両１０は、２つの車軸を有する車体１２、およびそれらの車軸に取り付けられた４つの車輪１４を含む。車輪１４は、金属製のホイール、および当該ホイールに装着されたゴム製のタイヤを含む。
【0033】
図３に示す計測装置１００は、図１に示すＬｉＤＡＲユニット３２２に対応する装置である。計測装置１００は、光源２０と、干渉光学系３０と、光検出器４０と、ビーム整形器５０と、処理回路６０と、メモリ６２とを備える。図３に示す白抜きの矢印は、車両１０の走行方向を表す。図３に示す太い線の矢印は、光の流れを表す。図３に示す細い線の矢印は、信号の流れを表す。計測装置１００は、例えば車両１０が走行するレーンの脇、またはレーンの情報のゲートに設置され得る。
【0034】
光源２０は、周波数を変化させることが可能なレーザ光２０Ｌ０を出射する。周波数は、例えば三角波またはのこぎり波のように一定の時間周期で変調され得る。この周期を変調周期と呼ぶ。周波数の変調周期は、例えば１μ秒以上１０ｍ秒以下であり得る。周波数の変調振幅は、例えば１００ＭＨｚ以上１ＴＨｚ以下であり得る。レーザ光の波長は、例えば７００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の近赤外光の波長域に含まれ得る。太陽光における近赤外光の光量は可視光の光量よりも少ないので、レーザ光２０Ｌ０として近赤外光を使用することにより、太陽光のノイズとしての影響を低減することができる。あるいは、レーザ光２０Ｌ０の波長は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視光の波長域に含まれていてもよいし、紫外光の波長域に含まれていてもよい。
【0035】
干渉光学系３０は、第１ファイバスプリッタ３２と、第２ファイバスプリッタ３４と、光サーキュレータ３６とを含む。第１ファイバスプリッタ３２は、光源２０から出射されたレーザ光２０Ｌ０を参照光２０Ｌ１と出力光２０Ｌ２とに分離する。第１ファイバスプリッタ３２は、参照光２０Ｌ１を第２ファイバスプリッタ３４に入力し、出力光２０Ｌ２を光サーキュレータ３６に入力する。光サーキュレータ３６は、出力光２０Ｌ２をビーム整形器５０に入力する。光サーキュレータ３６は、車両１０の側部を出力光２０Ｌ２で照射して生じた反射光２０Ｌ３を第２ファイバスプリッタ３４に入力する。第２ファイバスプリッタ３４は、参照光２０Ｌ１および反射光２０Ｌ３を重畳して干渉させた干渉光２０Ｌ４を光検出器４０に入力する。
【0036】
光検出器４０は、干渉光２０Ｌ４を検出する。光検出器４０は、１つまたは複数の光検出素子を含む。光検出素子は、検出した光の強度に応じた電気信号を出力する。
【0037】
ビーム整形器５０は、出力光２０Ｌ２の照射スポットを整形し、その出力光２０Ｌ２を車両１０に向けて出射する。車両１０の側部は、ビーム整形器５０から出力された出力光２０Ｌ２で照射される。車両１０の側部は、車体１２の側部、および車輪１４の側部を含む。出力光２０Ｌ２の方向が固定されている場合でも、車両１０の走行により、車両１０の側面は、出力光２０Ｌ２によって横切るように走査される。ビーム整形器５０は、車両１０の側部で生じた反射光２０Ｌ３を干渉光学系３０に入力する。ビーム整形器５０は、干渉光学系３０と車両１０との間の出力光２０Ｌ２および反射光２０Ｌ３の光路上に位置する。
【0038】
ビーム整形器５０は、例えば、出力光２０Ｌ２の広がりを低減するコリメートレンズ５２を含み得る。コリメートレンズ５２は、例えば、出力光２０Ｌ２の照射スポット径を、車両１０の車輪１４の直径よりも小さくなるように調整し得る。そのような照射スポット径を有する出力光２０Ｌ２は、車両１０のうち、車体１２と車輪１４とを別々に照射することができる。コリメートレンズ５２は、出力光２０Ｌ２の照射スポット径を、タイヤの断面高さよりも小さく調整してもよい。当該断面高さは、タイヤの外径からタイヤの内径を引いた値の半分に等しい。そのような照射スポット径を有する出力光２０Ｌ２は、車輪１４のうち、タイヤだけを出力光２０Ｌ２で照射することができる。車輪１４のホイールの一部は、デザインの観点からくり抜かれている場合がある。そのような場合でも、車輪１４のうち、タイヤだけを出力光２０Ｌ２で照射できれば有効な反射光２０Ｌ３が得られ、車輪１４の回転速度を正確に計測することができる。さらに、コリメートレンズ５２は、出力光２０Ｌ２の照射スポット径を、隣り合う２つの車輪１４の間の隙間の最短距離よりも小さくなるように調整してもよい。そのような照射スポット径を有する出力光２０Ｌ２は、複数の車輪１４の回転速度を個別に計測することができる。マイクロ波またはミリ波と異なり、例えば赤外光であれば、出力光２０Ｌ２の照射スポット径を上記のように小さくすることができる。
【0039】
以上のように、ビーム整形器５０により、出力光２０Ｌ２による照射において高い空間分解能を実現できる。ビーム整形器５０から出射された出力光２０Ｌ２は、間隔が狭い２台の車両１０、または間隔が狭い２つの車輪１４を照射するのに有効である。ビーム整形器５０は、必要に応じて設けてもよいし、設けなくてもよい。
【0040】
計測装置１００において、出力光２０Ｌ２の干渉光学系３０から車両１０までの光路と、反射光２０Ｌ３の車両１０から干渉光学系３０までの光路とは互いに重なる。このような同軸光学系を採用することにより、計測装置１００の構成を単純化でき、安定した計測を実現できる。なお、上記２つの光路を互いに重ならないように設計してもよい。
【0041】
処理回路６０は、光源２０および光検出器４０の動作を制御する。処理回路６０は、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術を用いて、光検出器４０から出力された信号を処理する。処理回路６０は、信号処理により、非接触で、車両１０における回転する車軸の数をカウントすることができる。
【0042】
処理回路６０によって実行されるコンピュータプログラムは、ＲＯＭまたはＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ６２に格納されている。このように、計測装置１００は、処理回路６０およびメモリ６２を含む処理装置を備えていてもよい。処理回路６０およびメモリ６２は、１つの回路基板に集積されていてもよいし、別々の回路基板に設けられていてもよい。処理回路６０の機能が複数の回路に分散していてもよい。処理装置は、他の構成要素から離れた遠隔地に設置され、有線または無線の通信ネットワークを介して、光源２０および光検出器４０の動作を制御してもよい。
【0043】
次に、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術を簡単に説明する。ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術により、耐振動性が高く、距離に関して広いダイナミックレンジおよび高い空間分解能を両立し、移動体の速度を計測することが可能な計測装置を実現できる。
【0044】
図４Ａは、車両１０が静止している場合の、参照光２０Ｌ１および反射光２０Ｌ３の周波数の時間変化を模式的に示す図である。実線は参照光を表し、破線は反射光を表す。図４Ａに示す参照光２０Ｌ１の周波数は、三角波の時間変化を繰り返す。すなわち、参照光２０Ｌ１の周波数は、１周期の間に直線的に増加し、その後増加した分だけ直線的に減少する。反射光２０Ｌ３の周波数は、参照光２０Ｌ１の周波数と比較して、出力光２０Ｌ２が計測装置１００から出射され、車両１０で反射されて反射光２０Ｌ３として戻ってくる時間の分だけ、時間軸に沿ってシフトする。その結果、参照光２０Ｌ１と反射光２０Ｌ３とが重畳されて干渉した干渉光２０Ｌ４は、反射光２０Ｌ３の周波数と参照光２０Ｌ１の周波数との差分に相当する周波数を有する。図４Ａに示す両矢印は、両者の周波数の差分を表す。光検出器４０は、干渉光２０Ｌ４の強度を示す信号を出力する。当該信号はビート信号と呼ばれる。ビート信号の周波数、すなわちビート周波数は、上記の周波数の差分に等しい。処理回路６０は、ビート周波数から、計測装置１００から車両１０までの距離に関するデータを生成することができる。
【0045】
図４Ｂは、車両１０が計測装置１００に近づいている場合における、参照光２０Ｌ１および反射光２０Ｌ３の周波数の時間変化を模式的に示す図である。車両１０が近づく場合、ドップラーシフトにより、反射光２０Ｌ３の周波数は、車両１０が静止している場合と比較して、周波数軸に沿って増加方向にシフトする。反射光２０Ｌ３の周波数がシフトする量は、車両１０の照射された部分における速度ベクトルを反射光２０Ｌ３の方向に射影した成分に依存する。ビート周波数は、参照光２０Ｌ１および反射光２０Ｌ３の周波数が直線的に増加するアップチャープ期間と直線的に減少するダウンチャープ期間とで異なる。図４Ｂに示す例において、両者の周波数が直線的に減少するダウンチャープ期間におけるビート周波数は、両者の周波数が直線的に増加するアップチャープ期間におけるビート周波数よりも高い。処理回路６０は、このビート周波数の差に基づいて、車両１０の速度に関するデータを生成することができる。
【0046】
次に、図５Ａから図５Ｄを参照して、走行中の車両１０が出力光２０Ｌ２でどのように照射されるかを説明する。以下の説明において、計測対象の車両１０は大型トラックである。車両１０は、５つの車軸を有する車体１２、およびそれらの車軸に取り付けられた１０個の車輪１４を含む。図５Ａから図５Ｃは、それぞれ、車両１０の例を模式的に示す側面図、上面図、および正面図である。図５Ｄは、図５Ａに示す車両１０の車輪１４の１つを拡大した図である。図５Ｄに示す車輪１４うち、内側の円はホイール１４ａを表し、外側のリングはタイヤ１４ｂを表す。
【0047】
図５Ａから図５Ｄには、説明をわかりやすくするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸が示されている。車両１０の進行方向の反対の方向を＋Ｘ方向とし、路面に垂直でかつ路面から離れる方向を＋Ｙ方向とし、進行方向に向かって左の方向を＋Ｚ方向とする。なお、この座標系は説明の便宜のために導入されており、この座標系によって車両１０および計測装置１００の位置および姿勢が限定されるものではない。
【0048】
図５Ａおよび図５Ｂに示す白抜きの矢印は、車両１０の走行方向を表す。図５Ａに示す太線の矢印は、走行する車両１０が出力光２０Ｌ２によって走査される位置および方向を表す。図５Ｂおよび図５Ｃに示す２本の太い線の矢印のうち、計測装置１００から車両１０に向かう矢印は出力光２０Ｌ２を表し、車両１０から計測装置１００に向かう矢印は反射光２０Ｌ３を表す。図５Ｂに示す角度φは、ＸＺ平面に射影された出力光２０Ｌ２と、車両１０の走行方向に垂直なＹＺ平面とがなす角度を表す。図５Ｃに示す角度θは、ＹＺ平面に射影された出力光２０Ｌ２と、路面に平行なＸＺ平面とがなす角度を表す。図５Ｄに示す白抜きの矢印は、位置Ｐにおける車輪１４の回転速度の方向を表す。
【0049】
角度φおよびθは、正の値だけでなく負の値も有し得る。出力光２０Ｌ２が斜め前方から車両１０の側部に向けて出射される場合、角度φは正である。反対に、出力光２０Ｌ２が斜め後方から車両１０の側部に向けて出射される場合、角度φは負である。また、出力光２０Ｌ２が斜め上方から車両１０の側部に向けて出射される場合、角度θは正である。反対に、出力光２０Ｌ２が斜め下方から車両１０の側部に向けて出射される場合、角度θは負である。
【0050】
車両１０の走行速度の絶対値をＶ（ｍ／ｈ）とすると、車両１０の走行速度ベクトルは（－Ｖ、０、０）と表される。図５Ｄに示す例において、車輪１４の最大半径をＲ（ｍ）、車輪１４の中心から位置Ｐまでの直線距離をｒ（ｍ）、当該直線がＸ軸から回転した角度をＡとする。車輪１４の中心を原点とするＸＹ座標における位置ＰのＸ成分およびＹ成分は、それぞれｘ＝ｒ×ｃｏｓＡおよびｙ＝ｒ×ｓｉｎＡである。車輪１４の最外周部の回転速度の絶対値が走行速度の絶対値Ｖに等しいことから、位置Ｐにおける車輪１４の回転速度の絶対値はＶ×ｒ／Ｒである。位置Ｐの回転速度ベクトルは、（－Ｖ×ｒ／Ｒ×ｓｉｎＡ，Ｖ×ｒ／Ｒ×ｃｏｓＡ，０）＝（－（ｙ／Ｒ）Ｖ，（ｘ／Ｒ）Ｖ，０）で表される。
【0051】
車体１２または回転しない車輪１４における速度ベクトルＶ１は、走行速度ベクトルに等しく、以下の式（１）によって表される。
【数1】
【0052】
回転する車輪１４における速度ベクトルＶ２は、走行速度ベクトルおよび回転速度ベクトルの合成速度ベクトルであり、以下の式（２）によって表される。
【数2】
【0053】
一方、反射光２０Ｌ３の方向に平行な単位ベクトルＮは、以下の式（３）によって表される。
【数3】
【0054】
式（３）における右辺のＸ成分は、図５Ｂに示す例において単位ベクトルＮをＸ軸に射影することによって導出できる。式（３）における右辺のＹ成分は、図５Ｃに示す例において単位ベクトルＮをＹ軸に射影することによって導出できる。式（３）における右辺のＺ成分は、単位ベクトルＮの大きさが１になること、および正の成分であることから導出できる。
【0055】
計測装置１００によって計測される速度は、車両１０の照射された部分における速度ベクトルを反射光２０Ｌ３の方向に射影した成分である。すなわち、計測速度は、車両１０の当該部分における速度ベクトルと単位ベクトルＮとの内積によって得られる。
【0056】
出力光２０Ｌ２を車体１２または回転しない車輪１４に向けて出射する場合、計測速度ｖ１は、速度ベクトルＶ１と単位ベクトルＮとの内積によって得られ、以下の式（４）によって表される。
【数4】
【0057】
角度φは既知であるので、角度φ≠０°である場合、計測速度ｖ１をｓｉｎφで除算することにより、車両１０の走行速度Ｖを算出することができる。
【0058】
一方、出力光２０Ｌ２を回転する車輪１４に向けて出射する場合、計測速度ｖ２は、速度ベクトルＶ２と単位ベクトルＮとの内積によって得られ、以下の式（５）によって表される。
【数5】
【0059】
計測速度ｖ２は、計測速度ｖ１と比較して、回転速度に起因する右辺の第１項を有する。第１項は、位置ＰのＸ成分およびＹ成分に依存する。
【0060】
出力光２０Ｌ２の出射角度がθ＝０°およびφ＝０°である場合、計測速度ｖ１およびｖ２はゼロになる。速度ベクトルＶ１またはＶ２と単位ベクトルＮとが直交するからである。出力光２０Ｌ２の出射角度θおよびφのうち、少なくとも一方がゼロでなければ、計測速度ｖ１と計測速度ｖ２とは互いに異なり得る。出力光２０Ｌ２の出射角度θおよびφが共にゼロでなければ、計測速度ｖ１と計測速度ｖ２との差の絶対値は、出射角度θおよびφの一方のみがゼロでない場合と比較してさらに大きくなり得る。なお、出力光２０Ｌ２の出射角度θおよびφのうち、少なくとも一方がゼロでない場合でも、計測速度ｖ１と計測速度ｖ２とは、位置ＰのＸ成分およびＹ成分によっては一致することがある。角度φ≠０°は、出力光２０Ｌ２がＹＺ平面に交差する状態に相当する。角度θ≠０°は、出力光２０Ｌ２がＸＺ平面に交差する状態に相当する。
【0061】
θ＝０°の場合、出力光２０Ｌ２が車輪１４の中心を通過する高さ（すなわちｙ＝０）を走査すると、式（４）および式（５）に示すように、計測速度ｖ２は計測速度ｖ１と同じになる。このため、車体１２または回転しない車輪１４における計測速度と、回転する車輪１４における計測速度とを区別することができなくなる。θ＝０°の場合、出力光２０Ｌ２がｙ＝０の高さからある程度離れた高さを走査すれば、これらの計測速度を明確に区別することができる。計測速度ｖ２は、計測速度ｖ１とはＶ（ｙ／Ｒ）ｓｉｎφの分だけ異なるからである。
【0062】
これに対して、θ≠０°の場合、出力光２０Ｌ２がｙ＝０の高さを走査しても、計測速度ｖ２は、計測速度ｖ１とはＶ（ｘ／Ｒ）ｓｉｎθの分だけ異なる。θ≠０°の場合、Ｖ（ｘ／Ｒ）ｓｉｎθの成分により、出力光２０Ｌ２がｙ＝０付近の高さを走査しても、車体１２または回転しない車輪１４における計測速度と、回転する車輪１４における計測速度とを明確に区別することができる。以上のことから、θ≠０°の場合、出力光２０Ｌ２が走査する高さの自由度を増すことができる。
【0063】
本実施形態において、角度φの絶対値は、例えば０°以上８５°以下であり得る。より望ましい角度φの絶対値は、５°以上３０°以下であり得る。本実施形態において、角度θの絶対値は、例えば０°以上８５°以下であり得る。ただし、角度θおよび角度φが共に０°である場合は除く。角度θの絶対値が大きい場合、出力光２０Ｌ２が車両１０を走査する高さは、ＥＴＣのレーンにおける車両１０の走行位置に応じて大きく変化する。角度θの絶対値が小さい場合、出力光２０Ｌ２が車両１０を走査する高さを容易に調整することができる。そのような角度θの絶対値は、例えば０°以上１５°以下であり得る。
【0064】
次に、図６を参照して、処理回路６０が実行する計測動作の例を説明する。図６は、処理回路６０が実行する計測動作の例を示すフローチャートである。処理回路６０は、以下のステップＳ１０１からＳ１０４の動作を実行する。
【0065】
＜ステップＳ１０１＞
処理回路６０は、レーザ光２０Ｌ０の周波数を変化させている状態で、レーザ光２０Ｌ０を光源２０に出射させる。周波数は一定の時間周期で変化させてもよい。周波数変化の時間周期は変動してもよい。
処理回路６０は、レーザ光２０Ｌ０の周波数を変化させている状態で、レーザ光２０Ｌ０を光源２０に出射させる。周波数は一定の時間周期で変化させてもよい。周波数変化の時間周期は変動してもよい。
【0066】
＜ステップＳ１０２＞
処理回路６０は、干渉光２０Ｌ４を光検出器４０に検出させる。光検出器４０は、干渉光２０Ｌ４の強度に対応する信号を出力する。
処理回路６０は、干渉光２０Ｌ４を光検出器４０に検出させる。光検出器４０は、干渉光２０Ｌ４の強度に対応する信号を出力する。
【0067】
＜ステップＳ１０３＞
処理回路６０は、光検出器４０から出力された信号に基づいて、計測装置１００から車両１０までの距離に関するデータと、車両１０の車体１２および車輪１４の計測速度に関するデータとを生成する。車体１２または回転しない車輪１４の計測速度に関するデータは、車両１０の走行速度に関するデータを含む。回転する車輪１４の計測速度に関するデータは、車輪１４の回転速度に関するデータを含む。
処理回路６０は、光検出器４０から出力された信号に基づいて、計測装置１００から車両１０までの距離に関するデータと、車両１０の車体１２および車輪１４の計測速度に関するデータとを生成する。車体１２または回転しない車輪１４の計測速度に関するデータは、車両１０の走行速度に関するデータを含む。回転する車輪１４の計測速度に関するデータは、車輪１４の回転速度に関するデータを含む。
【0068】
＜ステップＳ１０４＞
処理回路６０は、ステップＳ１０３において生成したデータに基づいて、車両１０の側部における回転する車輪１４の数をカウントし、カウントした数を示すデータを出力する。車両１０の側部における回転する車輪１４の数は、車両１０における回転する車軸の数に等しい。すなわち、車両１０の側部における回転する車輪１４の数をカウントすることは、車両１０における回転する車軸の数をカウントことと同じである。出力されたデータは例えば表示装置に入力され、当該表示装置は、車両１０の側部における回転する車輪１４の数を表示する。
処理回路６０は、ステップＳ１０３において生成したデータに基づいて、車両１０の側部における回転する車輪１４の数をカウントし、カウントした数を示すデータを出力する。車両１０の側部における回転する車輪１４の数は、車両１０における回転する車軸の数に等しい。すなわち、車両１０の側部における回転する車輪１４の数をカウントすることは、車両１０における回転する車軸の数をカウントことと同じである。出力されたデータは例えば表示装置に入力され、当該表示装置は、車両１０の側部における回転する車輪１４の数を表示する。
【0069】
以上のように、本実施形態による計測装置１００を用いることにより、非接触で、車両１０における回転する車軸の数をカウントすることができる。
【0070】
次に、図７を参照して、計測速度および計測距離についての時間変化の例を説明する。図７は、計測速度および計測距離の時間変化の一例を模式的に示す図である。図７に示す一点鎖線は、車両１０の前端部および後端部を表す。図７に示す破線は、車輪１４のうち、出力光２０Ｌ２によって走査される部分の両端を表す。図７に示す車両１０において、５つの車軸のうち、前方から４番目の車軸はリフトアクスル機能によって上昇している。このため、４番目の車軸に取り付けられた車輪１４は浮いており、走行中に回転しない。
【0071】
図７に示す例において、出力光２０Ｌ２の出射角度はθ＝３０°およびφ＝０°であり、出力光２０Ｌ２は車輪１４の中心付近を通過する。車両１０の走行速度はＶ＝３０ｋｍ／ｈである。出力光２０Ｌ２は、路面に対して斜めに交差し、かつ、車両１０の走行方向に対して垂直に交差する。
【0072】
図７に示す計測速度は、車体１２および前方から４番目の回転しない車輪１４においてゼロであり、４番目以外の車輪１４において負から正に直線的に増加する。この計測速度についての時間変化は、式（４）および式（５）によって説明することができる。式（４）によれば、車両１０のうち、車体１２および回転しない車輪１４における計測速度はゼロである。式（５）によれば、回転する車輪１４における計測速度はＶ（ｘ／Ｒ）ｓｉｎθである。図５に示す例において、ｘ／Ｒは時間の経過に伴って－１から１に直線的に増加する。車輪１４のうち、前方部の回転速度は負の値として計測され、後方部の回転速度は正の値として計測される。車輪１４の回転速度は最小速度－１５ｋｍ／ｈから最大速度１５ｋｍ／ｈに変化する。回転する車輪１４における計測速度と、車体１２または回転しない車輪１４における計測速度との差異は明確である。したがって、これらの計測速度の差に基づいて、回転する車輪の数を正確にカウントすることができる。
【0073】
図７に示す計測距離は、車両１０が出力光２０Ｌ２で照射される場合、計測装置１００から車両１０までの距離を表す。車両１０が出力光２０Ｌ２で照射されない場合、計測距離は、計測装置１００から遠方に位置する物体までの距離を表す。実際には車体１２と車輪１４とで計測距離は異なるが、図７では、簡単のために、車体１２と車輪１４の計測距離を一定としている。
【0074】
図７に示すように、車両１０が出力光２０Ｌ２で照射される場合とされない場合とで、計測距離には明確な差異がある。したがって、図７に示す計測距離に基づいて、車両１０の数をカウントすることができる。複数の車両１０が狭い車間で走行する場合、計測速度だけでは、回転する車輪１４が一台の車両１０に対応するのか、２台の車両１０に対応するのかを区別できない可能性がある。このような場合でも、計測速度および計測距離の両方を考慮することで、一台の車両１０における回転する車軸の数を正確にカウントすることができる。図６に示す計測動作のステップＳ１０４において、処理回路６０は、計測装置１００から車両１０までの距離に関するデータと、回転する車輪１４の回転速度に関するデータとに基づいて、一台の車両１０における回転する車軸の数をカウントすることができる。
【0075】
上記の例ではφ＝０°であるが、φ≠０°であってもよい。すなわち、出力光２０Ｌ２は、路面に対して斜めに交差するだけでなく、車両１０の走行方向に対して斜めに交差してもよい。そのような構成によれば、上記の式（４）、（５）からわかるように、計測速度ｖ１とｖ２との差がより大きくなるため、回転する車軸の数をカウントし易くなる。
【0076】
上記のように、車輪の側面にレーザ光を照射する構成により、車輪の速度を計測することができる。車輪の側面に限らず、車輪の路面に接する面（以下、接地面と呼ぶ）にレーザ光を照射して速度を計測することも可能である。しかし、車輪の接地面は、側面に比べて面積が小さい上、車両の前方または後方からレーザ光を照射可能な車輪を除けば、車両と路面との間の僅かな隙間からレーザ光を照射することを要する。例えば車軸が３つ以上あるトラックにおいて、一番前でも一番後ろでもない車軸の車輪の接地面に正確にレーザを照射することは難しい。車輪の側面にレーザ光を照射する構成によれば、正確にレーザ光を照射することが容易になるため、速度計測の精度を向上させることができる。
【0077】
さらに、上記のように、車輪の側面に対して垂直ではなく、斜めにレーザ光を照射することにより、車体の計測速度と、回転する車輪の計測速度との差に基づいて、回転する車輪を検出またはカウントすることができる。特に、路面に平行なＸＺ平面に対して斜めに照射するだけでなく、移動体の走行方向に垂直なＹＺ平面に対しても斜めに照射することにより、車輪の検出またはカウントを容易にすることができる。
【0078】
【0079】
図８Ａに示す例では、車線と車線との間にアイランドと呼ばれる島状の領域がある。計測装置１００は、アイランド上に設置されている。この例における計測装置１００は、車両１０の前方の、車輪の半径を超える高さの位置から、車輪の側面に向けてレーザ光を出射する。計測装置１００は、車両１０の後方から車輪の側面に向けてレーザ光を出射してもよい。この例において、図５Ｂに示す角度φは、例えば－８０°以上＋８０°以下であり得る。また、図５Ｃに示す角度θは、例えば－８０°以上＋８０°以下であり得る。
【0080】
図８Ｂに示す例では、アイランドがなく、車線をまたぐようにゲートが設けられている。計測装置１００は、車線上で、車両１０の高さを超える位置にあるゲートに設置されている。計測装置１００は、ゲートにおける支柱近くに設置され得る。あるいは、計測装置１００は、隣接する車線をまたぐ他のゲートに設けられていてもよい。計測装置１００は、車両１０の斜め上方から、車線中の車両１０の車輪の側面に向けてレーザビームを出射する。計測装置１００は、車両１０の前方かつ上方から車輪の側面に向けてレーザビームを出射してもよいし、車両１０の後方かつ上方から車輪の側面に向けてレーザビームを出射してもよい。この例において、図５Ｂに示す角度φは、例えば０°以上８０°以下であり得る。また、図５Ｃに示す角度θは、例えば３０°以上９０°以下であり得る。なお、計測装置１００を車両１０の高さを超える位置に設置する構成は、図８Ｂに示すようなゲートを利用する構成に限られない。例えば、街灯などのポールから車線の上方に張り出した部分に計測装置１００を設けてもよい。
【0081】
図９Ａ、図９Ｂ、および図９Ｃは、車線上で車両１０がとり得る位置の例を示す図である。図９Ａは、車両１０が車線のほぼ中央を走行する場合の例を示している。図９Ｂは、車両１０が車線の左端付近を走行する場合の例を示している。図９Ｃは、車両１０が車線の右端付近を走行する場合の例を示している。車線の幅は、車両１０の幅に対して余裕をもって設計されるため、車輪の側面は車線内の異なる位置を通過し得る。図中の矢印は、速度計測に用いられるレーザビームの出射方向の例を示している。図９Ａ、図９Ｂ、および図９Ｃに示すレーザビームは、いずれも同じ角度で車輪の側面に照射されているが、光源の位置はそれぞれ異なる。ＥＴＣにおいては、車両が車線中のどこを走行しても車輪の側面にレーザビームを照射することができるように光源を配置することが要求される。
【0082】
そこで、以下に説明する本開示の実施形態では、車両が車線中のどこを走行しても車輪の側面にレーザビームを照射することが可能なセンシングシステムを提案する。以下の実施形態においては、主に車両を対象物、車両における車輪を計測の対象部とし、センシングシステムが、車輪の速度を計測する速度計測システムであるものとして説明する。
【0083】
＜実施形態１＞
実施形態１では、レーザビームの出射方向が一定の複数台のＬｉＤＡＲユニットを備える速度計測システムの例を示す。速度計測システムは、通過する車両における車輪の通過位置にレーザビームを照射するＬｉＤＡＲユニットを選択して速度を計測する。ＬｉＤＡＲユニットは、計測対象の車輪の側面が通過し得る位置の全てを網羅するように配置される。車輪の側面が通過する位置は、速度計測の対象地点とその周辺の車線全体を撮影し得る１台以上のカメラによって取得された画像に基づいて推定される。
実施形態１では、レーザビームの出射方向が一定の複数台のＬｉＤＡＲユニットを備える速度計測システムの例を示す。速度計測システムは、通過する車両における車輪の通過位置にレーザビームを照射するＬｉＤＡＲユニットを選択して速度を計測する。ＬｉＤＡＲユニットは、計測対象の車輪の側面が通過し得る位置の全てを網羅するように配置される。車輪の側面が通過する位置は、速度計測の対象地点とその周辺の車線全体を撮影し得る１台以上のカメラによって取得された画像に基づいて推定される。
【0084】
図１０は、実施形態１における速度計測システムの構成例を示すブロック図である。図１０に示す速度計測システム３００Ａは、カメラ１１０と、計測装置１２０と、記憶装置１３０と、処理装置１４０と、出力装置１５０とを備える。カメラ１１０は、図１に示す第１センサ３１０に相当する。計測装置１２０は、図１に示す第２センサ３２０に相当する。
【0085】
図１０には１台のカメラ１１０が示されているが、２台以上のカメラ１１０が設けられていてもよい。カメラ１１０は、速度計測の対象地点とその周辺の車線全体を撮影する。カメラ１１０は、イメージセンサを含み、撮影によって画像データを生成する。以下の説明において、カメラ１１０が生成する画像データを、単に「画像」と呼ぶことがある。
【0086】
計測装置１２０は、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０を含む。ＬｉＤＡＲユニット１６０の個数をｎとすると、ｎは２以上の整数である。図１０の例ではｎ≧４であるが、ｎ≦３であってもよい。各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲセンサであり、周波数変調されたレーザビームを出射して速度計測に必要なデータを取得する。各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、一定の方向にレーザビームを出射し、レーザビームが照射された対象物の速度に関するデータを取得する。各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、例えば図３に示す計測装置１００と同様の構成を有していてもよい。なお、図３に示す処理回路６０およびメモリ６２に相当する構成要素が、ＬｉＤＡＲユニット１６０の外部に設けられていてもよい。処理装置１４０が処理回路６０と同様の機能を有していてもよい。
【0087】
記憶装置１３０は、例えば半導体記憶装置、磁気記憶装置、または光学記憶装置などの、任意の記憶媒体を備える装置である。記憶装置１３０は、カメラ１１０で取得される画像中の特定の領域と複数のＬｉＤＡＲユニット１６０のそれぞれとを対応付けるデータを記憶する。
【0088】
処理装置１４０は、１つ以上のプロセッサと、１つ以上のメモリとを備える装置である。処理装置１４０は、カメラ１１０で取得された画像に基づいて、通過する車両の側面を含む画像領域を検出する。処理装置１４０はまた、記憶装置１３０に記憶された画像中の領域とＬｉＤＡＲユニット１６０との対応関係に従って、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の中から、速度計測に用いるべき１つのＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。
【0089】
出力装置１５０は、例えばディスプレイを含む装置であり得る。出力装置１５０は、計測装置１２０によって取得された対象物の速度情報を出力する。出力は、例えば、一定時間ごとの速度の値であり得る。
【0090】
図１１は、実施形態１における速度計測システム３００Ａのカメラ１１０および複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の配置の一例を模式的に示す図である。図１１の例では、カメラ１１０と複数のＬｉＤＡＲユニット１６０とが、それぞれ異なるゲート上に設置されている。
【0091】
カメラ１１０は、通過する車両１０をおおむね真上から撮影する。撮影される領域は、ＬｉＤＡＲユニット１６０が速度を計測する位置（すなわち車輪が通過する予定の位置）のすぐ手前（すなわち車両１０の進行方向に向かって後ろ側）である。カメラ１１０は、ＬｉＤＡＲユニット１６０が車輪の速度計測を行う直前に、通過する車両１０を撮影する。カメラ１１０は、一定時間ごと、例えば３０ｍｓごとに１枚の周期で撮影するように構成され得る。あるいは、カメラ１１０は、別途設けられた他のセンサによって検出された車両１０の通過タイミングで撮影するように構成されていてもよい。
【0092】
図１１の例では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０は、カメラ１１０が設置されたゲートよりも車両１０の進行方向において奥にあるゲートに設置されている。各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、通過する車両１０の車輪の左側面に向けて左斜め上からレーザビームを照射することができる。この例における複数のＬｉＤＡＲユニット１６０は、路面とほぼ平行に設置されたゲートに等間隔に配置されている。全てのＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射角度は同一である。
【0093】
図１２は、カメラ１１０によって取得されたカメラ画像における領域と、各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射方向と、各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームが車輪の側面を照射することで速度を計測できる範囲との関係を模式的に示す図である。図１２の上の図は、カメラ１１０によって取得される画像の一例を示している。カメラ１１０は、速度計測が行われる位置に進入する直前の車両１０をおおむね真上から撮影することにより、図１２の上の図に示すような画像を取得する。図１２の例では、進行方向に向かって車線の左よりを車両が走行している状態が撮影されている。図１２の下の図は、車両１０の正面側から見た各ＬｉＤＡＲユニット１６０の光源の位置と、各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射方向と、車両１０および車輪の側面の位置との関係を模式的に示す図である。ここで、図１２に示す互いに直交するｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を有するｘｙｚ座標系を導入する。ｘ軸は、車線を横切る方向に延びる軸であり、車両１０の進行方向に向かって左方向を＋ｘ方向とする。ｙ軸は、路面に垂直な方向に延びる軸であり、鉛直上方向を＋ｙ方向とする。ｚ軸は、車線に平行に延びる軸であり、車両１０の進行方向を＋ｚ方向とする。
【0094】
図１２には、車線の範囲をＬｉＤＡＲユニット１６０の個数ｎで等分したｎ個の領域が示されている。ｘ＝ｘ１およびｘ＝ｘｎ＋１の範囲が車線の範囲である。図１２の下の図において、星印は、ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザ光源の位置を示している。星印から延びる直線は、レーザビームの照射方向を示している。灰色の領域は、車両１０の位置を示している。本実施形態では、レーザビームの照射方向は、全てのＬｉＤＡＲユニット１６０において同じであり、それらのレーザビームの照射方向は互いに平行である。
【0095】
図１２の下の図を参照しながら、ＬｉＤＡＲユニット１６０の配置をより詳細に説明する。各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射方向は、ｙｚ平面およびｘｚ平面に対して傾斜している。各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、車両１０の進行方向に向かって左側（図１２における右側）の上部から、車線内の路面に向かってレーザビームを出射する。車輪が車線内のどの場所を通ってもいずれかのＬｉＤＡＲユニット１６０で速度計測ができるように複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が配置されている。具体的には、車輪の位置に関わらず、いずれかのＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームが、路面平面（すなわちｘｚ平面）におおむね垂直な車輪の側面のいずれかの高さの部位を照射するように、ｎ個のＬｉＤＡＲユニット１６０がｘ方向に等間隔に配置されている。ＬｉＤＡＲユニット１６０の間隔は、想定される車輪の最小の高さに基づいて決定される。想定される車輪の最小の高さは、予め固定値ｗとして設定されている。レーザビームの照射方向をｘｙ平面に射影した直線と路面平面とのなす角をθとすると、車線の幅方向における以下の幅ｒの範囲が、１つのＬｉＤＡＲユニット１６０によって計測が可能な範囲である。
【数6】
【0096】
上記の幅ｒよりも小さい値で車線の幅を分割し、領域の境界のｘ座標の値を、ｘ１，ｘ２，・・・，ｘｎ＋１とする。ｎ個のＬｉＤＡＲユニット１６０は、ｒよりも小さい間隔で路面に平行に車線幅の方向に並べて設置される。例えば、図１１に示すように各ＬｉＤＡＲユニット１６０が設置され得る。このような配置により、高さがｗ以上の車輪は、車両の進行方向が車線の方向と大きく異ならない限り、車線内のいずれの位置にあっても、いずれかのＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射範囲内に含まれ、速度計測が可能となる。
【0097】
固定値ｗは、例えば、軽車両のタイヤ径（約５０ｃｍなど）よりも小さい値に設定され得る。通過する車両が使用する最小のタイヤの上端までの高さを固定値ｗとして設定することにより、少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームを車輪の側面に入射させることができる。
【0098】
本実施形態における処理装置１４０は、カメラ１１０によって取得された画像に基づいて、車線の幅をＬｉＤＡＲユニット１６０の間隔で等分したｘ１からｘｎ＋１の位置を決定する。これにより、カメラ１１０によって取得された画像上の位置とその位置にレーザビームを照射し得るＬｉＤＡＲユニット１６０とを対応付けることができる。
【0099】
図１３は、記憶装置１３０が記憶するデータの一例を示している。記憶装置１３０は、カメラ１１０によって取得される画像におけるｘ軸上の範囲とＬｉＤＡＲユニット１６０とを対応づけるデータを記憶する。図１３の例では、図１２に例示されているｘ軸上のｎ個の区間と、各区間で速度計測が可能なＬｉＤＡＲユニット１６０の番号との対応を示すデータが記憶装置１３０に格納されている。
【0100】
図１２に示す例では、カメラ１１０によって取得された画像において、ｘｎからｘｎ＋１の区間に車両１０の左側面が位置している。この場合、処理装置１４０は、車輪の側面が車両１０の側面の位置とおおむね同じ位置にあるものとして、ｘｎからｘｎ＋１の区間に車輪の側面が位置すると判断する。処理装置１４０は、記憶装置１３０に格納されたデータを参照して、ｘｎからｘｎ＋１の範囲の車輪の速度計測が可能なｎ番目のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。処理装置１４０は、選択したＬｉＤＡＲユニット１６０に、レーザビームを出射させる。
【0101】
【0102】
まず、図示されていない入力手段によって開始信号が入力されると、速度計測システム３００Ａが動作を開始する。速度計測システム３００Ａは、以下のステップＳ１１００からＳ１５００の動作を実行する。
【0103】
（ステップＳ１１００）
処理装置１４０は、入力手段による終了信号の入力の有無を判断する。ステップＳ１１００において終了信号の入力がある場合、速度計測システム３００Ａは動作を終了する。ステップＳ１１００において終了信号の入力がない場合、ステップＳ１２００に進む。入力手段は、例えば速度計測システム３００Ａを遠隔で制御するコンピュータ、またはシステム管理者またはユーザが使用する入力デバイスであり得る。
処理装置１４０は、入力手段による終了信号の入力の有無を判断する。ステップＳ１１００において終了信号の入力がある場合、速度計測システム３００Ａは動作を終了する。ステップＳ１１００において終了信号の入力がない場合、ステップＳ１２００に進む。入力手段は、例えば速度計測システム３００Ａを遠隔で制御するコンピュータ、またはシステム管理者またはユーザが使用する入力デバイスであり得る。
【0104】
（ステップＳ１２００）
カメラ１１０は車線の状態を撮影する。この例では、カメラ１１０は定期的に撮影を行うものとする。なお、車両の近接を検知するセンサが設けられている場合、当該センサによる検知信号に応答してカメラ１１０が撮影を行ってもよい。処理装置１４０がセンサからの検知信号に応答して、カメラ１１０に撮影を開始させてもよい。カメラ１１０は、例えば動画像の撮影を行う。
カメラ１１０は車線の状態を撮影する。この例では、カメラ１１０は定期的に撮影を行うものとする。なお、車両の近接を検知するセンサが設けられている場合、当該センサによる検知信号に応答してカメラ１１０が撮影を行ってもよい。処理装置１４０がセンサからの検知信号に応答して、カメラ１１０に撮影を開始させてもよい。カメラ１１０は、例えば動画像の撮影を行う。
【0105】
（ステップＳ１３００）
処理装置１４０は、カメラ１１０が撮影した画像を取得して、対象物、すなわち車両１０が撮影されているか否かを判断する。画像に対象物が含まれない場合、ステップＳ１２００に戻る。画像に対象物が含まれる場合、ステップＳ１４００に進む。
処理装置１４０は、カメラ１１０が撮影した画像を取得して、対象物、すなわち車両１０が撮影されているか否かを判断する。画像に対象物が含まれない場合、ステップＳ１２００に戻る。画像に対象物が含まれる場合、ステップＳ１４００に進む。
【0106】
（ステップＳ１４００）
処理装置１４０は、ステップＳ１２００で取得した画像に基づいて、いずれかのＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームによって照射され得る対象物の側面の位置を特定する。この処理の詳細は後述する。処理装置１４０は、特定した対象物の側面の位置と、記憶装置１３０に格納されたデータとに基づいて、速度計測に使用する１つのＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。
処理装置１４０は、ステップＳ１２００で取得した画像に基づいて、いずれかのＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームによって照射され得る対象物の側面の位置を特定する。この処理の詳細は後述する。処理装置１４０は、特定した対象物の側面の位置と、記憶装置１３０に格納されたデータとに基づいて、速度計測に使用する１つのＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。
【0107】
（ステップＳ１５００）
処理装置１４０は、ステップＳ１４００で選択したＬｉＤＡＲユニット１６０に、通過する車両の車輪の速度の計測を指示する。指示を受けたＬｉＤＡＲユニット１６０は、レーザビームを出射し、車輪の速度を計測する。速度計測の方法は、図６および図７を参照して説明したとおりである。図６に示す例では、対象物の距離および速度に関するデータと、回転する車軸の数を示すデータとが生成されるが、これらのうちの一部のデータのみが生成されてもよい。また、ＬｉＤＡＲユニット１６０における処理装置が上記のデータを生成する代わりに、処理装置１４０が上記のデータを生成してもよい。ＬｉＤＡＲユニット１６０による計測は、例えば数秒または数十秒などの所定の時間にわたって継続され、所定時間経過後、停止され得る。
処理装置１４０は、ステップＳ１４００で選択したＬｉＤＡＲユニット１６０に、通過する車両の車輪の速度の計測を指示する。指示を受けたＬｉＤＡＲユニット１６０は、レーザビームを出射し、車輪の速度を計測する。速度計測の方法は、図６および図７を参照して説明したとおりである。図６に示す例では、対象物の距離および速度に関するデータと、回転する車軸の数を示すデータとが生成されるが、これらのうちの一部のデータのみが生成されてもよい。また、ＬｉＤＡＲユニット１６０における処理装置が上記のデータを生成する代わりに、処理装置１４０が上記のデータを生成してもよい。ＬｉＤＡＲユニット１６０による計測は、例えば数秒または数十秒などの所定の時間にわたって継続され、所定時間経過後、停止され得る。
【0108】
ステップＳ１１００からステップＳ１５００を繰り返すことで、通過する車両の位置に合わせてＬｉＤＡＲを選択して、効率よく車両の車輪の速度を計測することができる。
【0109】
次に、図１５を参照して、ステップＳ１４００の動作の具体例を説明する。
【0110】
図１５は、処理装置１４０によるステップＳ１４００の動作の詳細を示すフローチャートである。この例では、ステップＳ１４００は、以下のステップＳ１４０１からＳ１４０４の動作を含む。
【0111】
（ステップＳ１４０１）
処理装置１４０は、ステップＳ１２００で取得した画像に対してエッジ抽出処理を行う。エッジ抽出は、公知の画像処理で実現できる。例えば、ソーベルフィルタまたはラプラシアンフィルタなどの空間フィルタを用いた画像処理によって画像からエッジを抽出することができる。
処理装置１４０は、ステップＳ１２００で取得した画像に対してエッジ抽出処理を行う。エッジ抽出は、公知の画像処理で実現できる。例えば、ソーベルフィルタまたはラプラシアンフィルタなどの空間フィルタを用いた画像処理によって画像からエッジを抽出することができる。
【0112】
（ステップＳ１４０２）
処理装置１４０は、ステップＳ１４０１で抽出されたエッジから、計測対象の面（以下、「計測面」と呼ぶことがある）を抽出する。まず、処理装置１４０は、抽出されたエッジから閉空間を形成するエッジを特定する。さらに、処理装置１４０は、形成された閉空間を形成するエッジのうち、ｘ軸方向においてＬｉＤＡＲユニット１６０が設置されている側（図１２の例では＋ｘ側）にあるエッジを抽出する。処理装置１４０は、抽出したエッジのうち、車両進行方向と平行なエッジの成分を抽出する。このようにして抽出されたエッジの成分が計測面として処理される。
処理装置１４０は、ステップＳ１４０１で抽出されたエッジから、計測対象の面（以下、「計測面」と呼ぶことがある）を抽出する。まず、処理装置１４０は、抽出されたエッジから閉空間を形成するエッジを特定する。さらに、処理装置１４０は、形成された閉空間を形成するエッジのうち、ｘ軸方向においてＬｉＤＡＲユニット１６０が設置されている側（図１２の例では＋ｘ側）にあるエッジを抽出する。処理装置１４０は、抽出したエッジのうち、車両進行方向と平行なエッジの成分を抽出する。このようにして抽出されたエッジの成分が計測面として処理される。
【0113】
（ステップＳ１４０３）
処理装置１４０は、ステップＳ１４０２で抽出されたエッジの特定の部分（すなわち計測面）を、対象物すなわち車両の側面とし、当該側面のｘ軸上の位置を特定する。
処理装置１４０は、ステップＳ１４０２で抽出されたエッジの特定の部分（すなわち計測面）を、対象物すなわち車両の側面とし、当該側面のｘ軸上の位置を特定する。
【0114】
（ステップＳ１４０４）
処理装置１４０は、ステップＳ１４０３で特定されたｘ軸上の位置と、記憶装置１３０が記憶するデータとに基づいて、ｘ軸上の位置に対応するＬｉＤＡＲユニット１６０を決定する。
処理装置１４０は、ステップＳ１４０３で特定されたｘ軸上の位置と、記憶装置１３０が記憶するデータとに基づいて、ｘ軸上の位置に対応するＬｉＤＡＲユニット１６０を決定する。
【0115】
以上の処理により、処理装置１４０は、画像中の車両の側面に向けてレーザビームを出射することができるＬｉＤＡＲユニット１６０を選択することができる。
【0116】
以上のように、本実施形態における速度計測システム３００Ａは、速度計測が可能な複数のＬｉＤＡＲユニット１６０を備える。複数のＬｉＤＡＲユニット１６０は、計測対象物である車両が車線内のどこを走行したとしても、その車輪の側面にレーザビームを照射して速度を計測できるように配置されている。さらに、車輪の側面の通過位置を特定するためにカメラ１１０が設置されている。処理装置１４０は、カメラ１１０で撮影された画像における車両の側面位置とＬｉＤＡＲユニット１６０との対応関係を示すデータに基づいて、速度計測に用いるＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。計測に用いるＬｉＤＡＲユニット１６０を車両の側面位置に基づいて選択することにより、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０を計測に用いることによる消費エネルギーの増大、およびデータ処理負荷の増大を抑制することができる。これにより、効率よく確実に車輪の速度を計測することができる。車輪の速度の計測により、稼働している車輪と稼働していない車輪とを判別することができる。このため、例えば高速道路などの有料道路の料金を正しく徴収することができる。
【0117】
本実施形態の速度計測システム３００Ａには、多様な変形例が考えられる。以下、いくつかの変形例を例示する。以下の説明において、本実施形態と同様の事項についての説明は適宜省略する。
【0118】
＜実施形態１の変形例１＞
前述の実施形態１では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が、図１１に示すように車線の上方のゲートに、路面に平行に配置されている。これに対し、実施形態１の変形例１では、図８Ａに示すような車線の脇にあるアイランドに複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が路面に垂直に配置される。
前述の実施形態１では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が、図１１に示すように車線の上方のゲートに、路面に平行に配置されている。これに対し、実施形態１の変形例１では、図８Ａに示すような車線の脇にあるアイランドに複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が路面に垂直に配置される。
【0119】
図１６は、実施形態１の変形例１における速度計測システムの、カメラ１１０および複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の配置の例を模式的に示す図である。この例では、カメラ１１０および複数のＬｉＤＡＲユニット１６０は、アイランド８０上の異なる位置に設置されている。
【0120】
本変形例では、カメラ１１０は、通過する車両１０を前方から撮影する。カメラ１１０は、ＬｉＤＡＲユニット１６０が速度を計測する位置から予め定められた距離以上離れた位置に設置される。図１６は、カメラ１１０が車両１０の前方正面の画像を撮影できる位置に設置されている例を示している。カメラ１１０は、車両１０を後方から撮影できる位置に配置されていてもよい。
【0121】
図１６の例では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が、車両１０の進行方向に関してカメラ１１０から離れた位置に設置されている。各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、通過する車両１０の車輪の左側面に左斜め上からレーザビームを照射する。図１６の例では、ＬｉＤＡＲユニット１６０は、路面とほぼ垂直に設置された支柱に等間隔に配置されている。全てのＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射角度は同一である。
【0122】
図１７は、カメラ１１０によって取得された画像の領域と、各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射方向と、各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームが車輪の側面に当たって速度を測定できる範囲との関係を模式的に示す図である。図１７の上の図は、カメラ１１０によって取得されたカメラ画像の一例を示している。カメラ画像は、速度計測が行われる位置に進入する直前の車両を前方から撮影することによって生成される。カメラ１１０は、１つの車線の全体が画像内に収まるように配置される。図１７の下の図は、各ＬｉＤＡＲユニット１６０と、速度が計測される車線上の地点との関係を示している。図１７において、ｘ１からｘｎ＋１の範囲が車線の範囲に当たる。図１７において上の図と下の図とでｘ２からｘｎの位置がずれているのは、カメラ１１０がアイランド上に配置されており、カメラ１１０のレンズの光軸が車両１０の進行方向に対して車線の左寄りに傾いているからである。この配置により、カメラ画像においては、車線の左側（図１７における右側）が大きく写り、車線の右側（図１７における左側）が小さく写る。カメラ１１０の角度に起因する画像上の位置のずれは計算可能であり、かつカメラ１１０の設置後は固定される。したがって、カメラ１１０によって取得された画像上の位置とＬｉＤＡＲユニット１６０との対応についてのデータは、本変形例でも図１３に示すデータと同様の形式で記録され得る。
【0123】
図１７においても図１２と同様、星印はＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビーム源の位置を示している。星印から直線は、レーザビームの照射方向を示す。本変形例でも、レーザビームの照射方向は、全てのＬｉＤＡＲユニット１６０において同一であり、それらのレーザビームの照射方向は互いに平行である。
【0124】
【0125】
各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、車両１０の進行方向の左手側（図１７における右側）のアイランド上に建てられた支柱から車線内の路面に向かってレーザビームを出射する。車輪が車線内のどの位置を通ってもいずれかのＬｉＤＡＲユニット１６０で速度計測ができるように複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が配置されている。具体的には、車輪の位置に関わらず、いずれかのＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームが、路面平面におおむね垂直な車輪の側面のいずれかの高さの部位を照射するように、ｎ個のＬｉＤＡＲユニット１６０がｙ方向に等間隔に配置されている。実施形態１と同様、上記の式（６）で計算されるｒよりも小さい値で車線の幅が分割される。領域の境界のｘ座標の値を、ｘ１，ｘ２，・・・，ｘｎ＋１とする。ｎ個のＬｉＤＡＲユニット１６０は、予め設定された想定される車輪の最小径ｗ以下の間隔で路面に垂直な方向に並べて設置される。このような配置により、高さがｗ以上の車輪は、車両の進行方向が車線の方向と大きく異ならない限り、車線内のいずれの位置にあっても、いずれかのＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射範囲内に含まれ、速度計測が可能となる。
【0126】
本変形例における処理装置１４０は、カメラ１１０によって取得された画像から認識した車線の幅をｒよりも小さい値で分割し、境界のｘ座標値ｘ１からｘｎ＋１を決定する。このとき、処理装置１４０は、車両１０の進行方向（すなわち＋ｚ方向）に対するカメラ１１０のレンズの光軸の角度に基づいて、画像上のｘ１からｘｎ＋１の位置を決定する。ｘ１からｘｎ＋１の位置の決定は、実測に基づいて行われてもよい。画角上のｘ１からｘｎ＋１の位置を決定することにより、画像上の位置とその位置にレーザビームを照射し得るＬｉＤＡＲユニット１６０とを対応付けることができる。
【0127】
記憶装置１３０が記憶するデータの内容は、ｘ１からｘｎ＋１の位置が等間隔でない点以外は図１３の例と同様である。
【0128】
図１７に示す例では、カメラ１１０によって取得された画像において、ｘｎからｘｎ＋１の区間に車両１０の左側面が位置している。この場合、処理装置１４０は、車輪の側面が車両１０の側面の位置とおおむね同じ位置にあるものとして、ｘｎからｘｎ＋１の区間に車輪の側面が位置すると判断する。処理装置１４０は、記憶装置１３０に格納されたデータを参照して、ｘｎからｘｎ＋１の範囲の車輪の速度計測が可能なｎ番目のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。処理装置１４０は、選択したＬｉＤＡＲユニット１６０に、レーザビームを出射させる。
【0129】
本変形例における速度計測システム３００Ａの動作は、図１４に示す動作と同様である。
【0130】
なお、本変形例では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０は、路面に垂直な方向に配列されているが、実施形態１と同様に、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が路面に平行な方向に配列されていてもよい。例えば、図１８に示すような配置を採用してもよい。図１８の例では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が路面に平行なゲートに配列され、カメラ１１０は車両１０から見てＬｉＤＡＲユニット１６０よりも奥に配置されている。カメラ１１０は、車両１０の後方から撮影するように配置されていてもよい。図１８に示す構成においても、速度計測システム３００Ａの動作は前述の動作と同様である。
【0131】
＜実施形態１の変形例２＞
前述の実施形態１および変形例１では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の各々が、１方向に固定されたレーザビームを出射する。これに対し、実施形態１の変形例２では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の各々が、複数のビーム出射部を備え、異なる複数の方向にレーザビームを出射し、出射されたレーザビームごとに速度計測を行うことができる。各ＬｉＤＡＲユニット１６０から出射される複数のレーザビームの方向は固定されており、各レーザビームによって車輪の速度計測が可能な範囲も固定されている。
前述の実施形態１および変形例１では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の各々が、１方向に固定されたレーザビームを出射する。これに対し、実施形態１の変形例２では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の各々が、複数のビーム出射部を備え、異なる複数の方向にレーザビームを出射し、出射されたレーザビームごとに速度計測を行うことができる。各ＬｉＤＡＲユニット１６０から出射される複数のレーザビームの方向は固定されており、各レーザビームによって車輪の速度計測が可能な範囲も固定されている。
【0132】
図１９は、実施形態１の変形例２におけるカメラ１１０およびＬｉＤＡＲユニット１６０の配置の一例を模式的に示す図である。この例では、図１１に示す例と同様、カメラ１１０および複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が、車両１０の上部の異なるゲート上に設置されている。カメラ１１０は、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が設置されたゲートよりも車両１０から見て手前のゲートに設置されている。カメラ１１０は、図１１の例と同様、通過する車両１０をおおむね真上から撮影する。撮影される領域は、ＬｉＤＡＲユニット１６０が速度を計測する領域のすぐ手前（すなわち、車両進行方向における後ろ側）である。複数のＬｉＤＡＲユニット１６０は、カメラ１１０が設置されたゲートよりも車両１０の進行方向に向かって奥にあるゲートに設置されている。各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、通過する車両１０の車輪の左側面に左斜め上からレーザビームを照射する。
【0133】
図１９に示すように、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の各々は、異なる複数の照射方向にレーザビームを出射することができる。各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの複数の照射方向は固定されている。各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、レーザビームの出射方向ごとに、対象物の速度を計測することができる。図１９には、２つのＬｉＤＡＲユニット１６０が例示されている。ＬｉＤＡＲユニット１６０の個数は、３以上であってもよい。本変形例の以下の説明では、ＬｉＤＡＲユニット１６０の個数をｍ（ｍは２以上の整数）とする。
【0134】
図２０は、各ＬｉＤＡＲユニット１６０の構成の一例を示すブロック図である。図２０に示すＬｉＤＡＲユニット１６０は、図３に示す例とは異なり、３つのコリメートレンズ５２と、第３ファイバスプリッタ７０とを備えている。第３ファイバスプリッタ７０は、光サーキュレータ３６からの光を３つの光に分岐させる。第３ファイバスプリッタ７０と３つのコリメートレンズ５２とが３本の光ファイバーで接続されている。３本の光ファイバーの長さは、互いに異なっている。３つのコリメートレンズ５２は、互いに異なる角度で配置されている。このような構成により、１つのＬｉＤＡＲユニット１６０から異なる３つの方向にレーザ光を出射することができる。この例では、コリメートレンズ５２が光出射部に相当する。さらに、出射方向ごとにレーザ光の光路長が異なることから、光検出器４０によって検出される干渉光のビート信号の周波数帯域が、レーザ光の照射方向によって異なる。このため、処理回路６０は、ビート信号の周波数に基づいて、照射方向ごとに距離または速度を計測することができる。なお、図２０の例では、ＬｉＤＡＲユニット１６０による光ビームの照射方向の数は３であるが、２または４以上であってもよい。照射方向の数に応じて、コリメートレンズ５２および光ファイバーの本数は増減し得る。
【0135】
各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、例えば特許文献３（特開２０１５－１１１１６０号公報）に開示されたレーザレーダと同様の構成を有していてもよい。各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、レーザビームの照射方向ごとに異なるビート周波数を有する干渉光を検出してＦＭＣＷ方式による速度計測を行う。各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、レーザビームの照射方向ごとに対象物の速度を計測することができる。レーザビームが車輪に照射された場合、車輪の速度が計測される。
【0136】
図２１は、カメラ１１０によって取得された画像の領域と、各ＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームの複数の照射方向と、各照射方向のレーザビームが車輪の側面に当たって速度を測定できる範囲との関係を模式的に示す図である。図２１の上の図は、カメラ１１０によって取得されたカメラ画像の一例を示している。本変形例において取得されるカメラ画像は、図１２に示す例と同様であり、速度計測が行われる位置に進入する直前の車両１０を上方から撮影することによって取得される。図２１の下の図は、車両１０の正面側から見た各ＬｉＤＡＲユニット１６０の光源の位置と、各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射方向と、車両１０および車輪の側面の位置との関係を模式的に示す図である。本変形例では、図１２の例とは異なり、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームの出射方向は平行ではなく、路面平面に対して異なる角度を有する。このため、車線幅が等間隔に分割されるのではなく、図２１に示すように異なる間隔で分割される。
【0137】
ここで、ｍ個のＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームの照射方向の総和をｎ、ｊ番目（１≦ｊ≦ｎ）のＬｉＤＡＲユニット１６０が出射可能なレーザビームの照射方向の数をｋｊ、ｊ番目のＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームのｉ番目（１≦ｉ≦ｋｊ）の照射方向と路面平面とのなす角をθｊｉとする。本変形例におけるｘ軸方向における車線の領域分割は、以下の式（７）に従う。
【数7】
【0138】
図２０に示すように、ｒｊｉごとに分割された領域の境界のｘ座標値を、ｘ１，ｘ２，・・・，ｘｎ＋１とする。ｊ番目のＬｉＤＡＲユニット１６０とｊ＋１番目のＬｉＤＡＲユニット１６０との設置間隔は、ゲートの高さをｈとして、以下の式（８）に従う。
【数8】
【0139】
式（８）に基づいて、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の設置間隔が決定される。各ＬｉＤＡＲユニット１６０から出射される各光ビームの照射方向と路面平面との角度に基づいて、車輪の通過位置によらず速度を計測できるように、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が設置される。各ＬｉＤＡＲユニット１６０からの各レーザビームの照射角度が固定されていることから、ｘ軸上の境界位置ｘ１，ｘ２，・・・，ｘｎ＋１も固定される。
【0140】
図２２は、実施形態１の変形例２における記憶装置１３０に記憶されるデータの一例を示す図である。本変形例における記憶装置１３０は、カメラ１１０によって取得された画像上のｘ軸上の範囲と、ＬｉＤＡＲユニット１６０の番号と、照射方向に対応する信号帯域番号とを対応付けるデータを記憶する。本変形例における各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、レーザビームの照射方向ごとに干渉光のビート信号の周波数帯域が異なるように構成されている。図２０に示すように、各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、光源２０から出射された周波数変調されたレーザ光に、照射方向ごとに異なる遅延を生じさせる複数の光ファイバーを備え得る。そのような構成により、ビート信号の周波数帯域を照射方向によって異なるようにすることができる。図２２に示す信号帯域番号は、特定のＬｉＤＡＲユニット１６０における特定の照射方向のレーザビームによる計測結果の出力番号を表している。処理装置１４０は、カメラ１１０が取得した画像から車輪の側面の位置を決定すると、記憶装置１３０に記憶された図２２に示すデータを参照して、車輪の側面の位置に対応するＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。さらに、処理装置１４０は、当該データに基づき、ＬｉＤＡＲユニット１６０によって取得された複数の計測結果のうち、車輪の側面位置に対応する計測結果を抽出することができる。
【0141】
図２３は、実施形態１の変形例２における動作を示すフローチャートである。図２３におけるステップＳ１１００からステップＳ１４００は、図１４に示す対応するステップの動作と同様である。本変形例では、ステップＳ１４００の後、以下のステップＳ１５１０およびＳ１６００が実行される。
【0142】
（ステップＳ１５１０）
処理装置１４０は、ステップＳ１４００で選択した１つのＬｉＤＡＲユニット１６０に、通過する車両の車輪の速度の計測を指示する。指示を受けたＬｉＤＡＲユニット１６０は、複数の方向にレーザビームを同時に出射し、複数の周波数帯域のそれぞれについて、速度の計測結果を生成する。
処理装置１４０は、ステップＳ１４００で選択した１つのＬｉＤＡＲユニット１６０に、通過する車両の車輪の速度の計測を指示する。指示を受けたＬｉＤＡＲユニット１６０は、複数の方向にレーザビームを同時に出射し、複数の周波数帯域のそれぞれについて、速度の計測結果を生成する。
【0143】
（ステップＳ１６００）
処理装置１４０は、記憶装置１３０に記憶されたデータを参照して、ステップＳ１５１０で計測された複数の周波数帯域の計測結果のうち、ステップＳ１４００で決定された画像上の位置に対応する信号を選択する。ステップＳ１６００の後、ステップＳ１１００に戻る。
処理装置１４０は、記憶装置１３０に記憶されたデータを参照して、ステップＳ１５１０で計測された複数の周波数帯域の計測結果のうち、ステップＳ１４００で決定された画像上の位置に対応する信号を選択する。ステップＳ１６００の後、ステップＳ１１００に戻る。
【0144】
ステップＳ１１００からステップＳ１６００を繰り返すことで、速度計測システム３００Ａは通過車両の車輪の速度を計測することができる。
【0145】
本変形例では、各ＬｉＤＡＲユニット１６０は、複数のレーザビームを異なる方向に同時に照射し、レーザビームごとに計測を同時に行う。これにより、効率よく車輪の速度を計測することができる。
【0146】
＜実施形態１の変形例３＞
前述の実施形態１、ならびに変形例１および２では、カメラ１１０で取得された画像から、車線を横切る方向（すなわちｘ軸方向）における車輪の側面位置が決定され、車輪の高さについては想定される最小の車輪径を示す固定値ｗの範囲内で速度計測が行われる。これに対し、本変形例３では、カメラ１１０で取得された画像から車輪の側面位置に加えて車輪の高さが決定され、車輪の側面位置および車輪の高さに基づいて、車輪の側面にレーザビームを照射するＬｉＤＡＲユニット１６０が選択される。
前述の実施形態１、ならびに変形例１および２では、カメラ１１０で取得された画像から、車線を横切る方向（すなわちｘ軸方向）における車輪の側面位置が決定され、車輪の高さについては想定される最小の車輪径を示す固定値ｗの範囲内で速度計測が行われる。これに対し、本変形例３では、カメラ１１０で取得された画像から車輪の側面位置に加えて車輪の高さが決定され、車輪の側面位置および車輪の高さに基づいて、車輪の側面にレーザビームを照射するＬｉＤＡＲユニット１６０が選択される。
【0147】
ＬｉＤＡＲユニット１６０が配置時に想定された車輪の高さの下限値よりも通過する車両の車輪が大きい場合、画像から特定された車輪の側面位置での速度計測を２つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０で実行可能な場合がある。そのような場合、本変形例では、処理装置１４０は、車輪の側面の速度計測が可能な全てのＬｉＤＡＲユニット１６０を選択し、計測を指示する。処理装置１４０は、得られた複数の速度計測結果から、より精度の高い速度の値を生成し、出力する。
【0148】
本変形例では、カメラ１１０は、図１８に示すように、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の設置場所から離れた位置で車線の広い範囲を撮影する。複数のＬｉＤＡＲユニット１６０は、走行する車両１０から見てカメラ１１０の手前に配置されている。
【0149】
図２４は、本変形例におけるカメラ１１０によって取得された画像と、各ＬｉＤＡＲユニット１６０から出射される複数のレーザビームとの関係を模式的に示す図である。図２４の上の図は、カメラ１１０によって取得された画像の一例を示している。図２４の下の図は、速度計測が行われる位置で車線を横断する平面における各ＬｉＤＡＲユニット１６０の光源の位置とレーザビームの照射方向との関係を示す模式図である。変形例１と同様、カメラ１１０のレンズの光軸は車両１０の進行方向に対して角度を持つため、カメラ１１０による画像には歪みが生じる。図２４に示す例では、車線の左側（すなわち図２４における右側）から車線が撮影されるため、画像の右側がより大きく写り、画像の左側がより小さく写る。図２４の下の図に示す各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射方向と、ＬｉＤＡＲユニット１６０の設置間隔は、実施形態１と同様の方法で決定される。すなわち、想定される最小の車輪が通過した場合でもいずれかのＬｉＤＡＲユニット１６０で速度計測ができるように、ＬｉＤＡＲユニット１６０の設置間隔が設定されている。
【0150】
図２４の例におけるカメラ画像から認識される車輪の高さｗ１は、想定される最小の車輪径ｗと同程度である。この場合、処理装置１４０は、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の中から、車輪の側面にレーザビームを照射することが可能な１つのＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。一方、トレーラのように、高さｗ２の大きい車輪を有する車両が撮影された場合、図２４の下の図に示すように、２つのＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームで車輪の側面を照射することが可能である。この場合、処理装置１４０は、当該２つのＬｉＤＡＲユニット１６０を選択して速度計測を実行させることができる。
【0151】
図２５は、本変形例における記憶装置１３０が記憶するデータの一例を示す図である。本変形例では、記憶装置１３０は、各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射方向を、カメラ１１０の向きに起因する歪みが補正されたカメラ画像上の一次式として記憶する。図２５の例では、一次式の傾きと切片との組が、ＬｉＤＡＲユニット１６０の１つを特定する番号とともに記憶されている。ここで、カメラ画像上の一次式は、例えばカメラ画像における任意の点（例えば中心または左下端など）を原点とするｘｙ座標系（図２４の上の図参照）で表現され得る。ｊ番目（１≦ｊ≦ｎ）のＬｉＤＡＲユニット１６０から出射されるレーザビームの方向を表す一次式は、ｙ＝ａｊｘ＋ｂｊで表される。
【0152】
図２６は、実施形態１の変形例３における速度計測システムの動作を示すフローチャートである。ステップＳ１１００からステップＳ１３００までの動作は、実施形態１における動作（図１４参照）と同様である。本変形例では、ステップＳ１３００において画像に対象物（この例では車輪の側面）が含まれると判定されると、以下のステップＳ１４１０、Ｓ１５２０、Ｓ１６１０の動作が実行される。
【0153】
（ステップＳ１４１０）
処理装置１４０は、ステップＳ１２００でカメラ１１０によって取得された画像から、車輪を認識し、車輪の側面位置と車輪の高さ（すなわち車輪の径）とを特定する。処理装置１４０は、特定した車輪の側面位置と車輪の高さとに基づいて、速度計測が可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。
処理装置１４０は、ステップＳ１２００でカメラ１１０によって取得された画像から、車輪を認識し、車輪の側面位置と車輪の高さ（すなわち車輪の径）とを特定する。処理装置１４０は、特定した車輪の側面位置と車輪の高さとに基づいて、速度計測が可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。
【0154】
（ステップＳ１５２０）
処理装置１４０は、ステップＳ１４１０において選択した１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０に、車輪の速度の計測を指示する。指示を受けた１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０は、光ビームを出射し、速度計測を実行する。
処理装置１４０は、ステップＳ１４１０において選択した１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０に、車輪の速度の計測を指示する。指示を受けた１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０は、光ビームを出射し、速度計測を実行する。
【0155】
（ステップＳ１６１０）
処理装置１４０は、ステップＳ１５２０で計測された速度の情報に基づいて、通過する車両の車輪の速度の情報を生成して出力する。ステップＳ１４１０で２以上のＬｉＤＡＲユニット１６０が選択された場合、２以上の速度の計測値が取得される。それらの速度の計測値が大きく異ならない場合は、処理装置１４０は、２以上の速度の計測値を計測時刻ごとに平均化した値を速度の計測値として出力してもよい。ＬｉＤＡＲユニット１６０ごとに速度の計測値が大きく異なる場合には、処理装置１４０は、それぞれのＬｉＤＡＲユニット１６０による計測値の信号雑音比（Ｓ／Ｎ）または信号強度等に基づいて、計測値の信頼度を求め、信頼度の最も高い計測値を速度の値として出力してもよい。
処理装置１４０は、ステップＳ１５２０で計測された速度の情報に基づいて、通過する車両の車輪の速度の情報を生成して出力する。ステップＳ１４１０で２以上のＬｉＤＡＲユニット１６０が選択された場合、２以上の速度の計測値が取得される。それらの速度の計測値が大きく異ならない場合は、処理装置１４０は、２以上の速度の計測値を計測時刻ごとに平均化した値を速度の計測値として出力してもよい。ＬｉＤＡＲユニット１６０ごとに速度の計測値が大きく異なる場合には、処理装置１４０は、それぞれのＬｉＤＡＲユニット１６０による計測値の信号雑音比（Ｓ／Ｎ）または信号強度等に基づいて、計測値の信頼度を求め、信頼度の最も高い計測値を速度の値として出力してもよい。
【0156】
ここで、図２７を参照しながら、ステップＳ１４１０の動作の詳細を説明する。図２７は、図２６におけるステップＳ１４１０の動作の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ１４１０は、図２７に示すステップＳ１４１１からＳ１４１５の動作を含む。以下、各ステップの動作を説明する。
【0157】
（ステップＳ１４１１）
処理装置１４０は、ステップＳ１２００でカメラ１１０によって取得された画像について画像認識処理を行い、画像中の車輪を検出し、車輪の画像領域を抽出する。車輪の認識は、パターン認識、または統計学習もしくはニューラルネットワーク等の機械学習による認識の手法によって行われ得る。
処理装置１４０は、ステップＳ１２００でカメラ１１０によって取得された画像について画像認識処理を行い、画像中の車輪を検出し、車輪の画像領域を抽出する。車輪の認識は、パターン認識、または統計学習もしくはニューラルネットワーク等の機械学習による認識の手法によって行われ得る。
【0158】
（ステップＳ１４１２）
処理装置１４０は、ステップＳ１４１１で抽出された車輪の領域のｙ軸方向の大きさを、車輪の高さとして特定する。
処理装置１４０は、ステップＳ１４１１で抽出された車輪の領域のｙ軸方向の大きさを、車輪の高さとして特定する。
【0159】
（ステップＳ１４１３）
処理装置１４０は、カメラ１１０が車両の進行方向の正面からでなく、角度をもって車線を撮影していることに起因する画像のｘ軸方向における歪みを補正する。ｘ軸方向における歪みを補正するための補正値あるいは補正式は、カメラ１１０の位置が固定されているため、一意に定まる。歪みの補正値あるいは補正式は、記憶装置１３０に記録されていてもよいし、処理装置１４０内のメモリに記録されていてもよい。なお、カメラ１１０の設置角度に起因する画像の歪みの補正は、ステップＳ１４１３のタイミングに限らず、ステップＳ１４１４までのいずれかのタイミングで行われ得る。
処理装置１４０は、カメラ１１０が車両の進行方向の正面からでなく、角度をもって車線を撮影していることに起因する画像のｘ軸方向における歪みを補正する。ｘ軸方向における歪みを補正するための補正値あるいは補正式は、カメラ１１０の位置が固定されているため、一意に定まる。歪みの補正値あるいは補正式は、記憶装置１３０に記録されていてもよいし、処理装置１４０内のメモリに記録されていてもよい。なお、カメラ１１０の設置角度に起因する画像の歪みの補正は、ステップＳ１４１３のタイミングに限らず、ステップＳ１４１４までのいずれかのタイミングで行われ得る。
【0160】
（ステップＳ１４１４）
処理装置１４０は、ステップＳ１４１１で抽出された車輪の領域のうち、速度計測が行われる側（図２４の例では図の右側）の鉛直面を示すｘ軸上の位置（すなわち座標）を決定する。処理装置１４０は、当該位置を、記憶装置１３０に記憶されたレーザビームの照射方向を示す各式に当てはめて、車輪側面位置と各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームとが交差する位置を決定する。
処理装置１４０は、ステップＳ１４１１で抽出された車輪の領域のうち、速度計測が行われる側（図２４の例では図の右側）の鉛直面を示すｘ軸上の位置（すなわち座標）を決定する。処理装置１４０は、当該位置を、記憶装置１３０に記憶されたレーザビームの照射方向を示す各式に当てはめて、車輪側面位置と各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームとが交差する位置を決定する。
【0161】
（ステップＳ１４１５）
処理装置１４０は、ステップＳ１４１４で決定した交差位置の値が、ステップＳ１４１２で決定した車輪高さの値よりも小さくなる１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。
処理装置１４０は、ステップＳ１４１４で決定した交差位置の値が、ステップＳ１４１２で決定した車輪高さの値よりも小さくなる１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。
【0162】
上記の動作により、カメラ画像から車輪の側面の位置および車輪の高さ（すなわち車輪径）を特定し、当該車輪の側面にレーザビームを照射可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択することができる。
【0163】
本変形例によれば、車輪の側面のｘ軸上の通過位置のみでなく、車輪の径を特定することにより、通過する車両の車輪の大きさに合わせて速度計測可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を特定することができる。これにより、ＬｉＤＡＲユニット１６０の設置時に設定された最小車輪径よりも大きい径を持つ車輪については、速度計測可能な複数のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択することが可能になる。複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の計測結果を利用することにより、さらに精度の高い速度計測が可能になる。
【0164】
なお、本変形例では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０は、図１８に示すようにゲート上に設置されるが、他の態様で設置されていてもよい。例えば、図１６に示す例のように、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０がアイランド上に設置されてもよい。
【0165】
また、本変形例では、車輪の側面の速度計測が可能な１以上のＬｉＤＡＲユニット１６０により速度計測を行うものとしたが、そのような方法に限定されない。例えば、特定された車輪の側面の速度計測が可能な複数のＬｉＤＡＲユニット１６０のうち、より高い精度で速度計測が可能な１つを選択し、選択した１つのＬｉＤＡＲユニット１６０により速度計測を行うものとしてもよい。選択の方法の一例は、ステップＳ１４１４で求められた一次式と車輪側面位置との交点が、ステップＳ１４１２で特定された車輪のｙ軸方向の範囲の中央に最も近いＬｉＤＡＲユニット１６０を選ぶ方法である。他の一例として、車輪のｙ軸方向の範囲のうち下方１／４から３／４までの範囲で一次式と車輪側面位置が交差する、あるいは上記範囲に最も近い位置で交差するＬｉＤＡＲユニット１６０を選ぶ方法がある。
【0166】
＜実施形態１の変形例４＞
実施形態１およびその変形例１から３では、カメラ１１０で取得された画像に基づいて車輪の通過位置が特定されるが、カメラ１１０以外のセンサを利用して車輪の通過位置を特定してもよい。実施形態１の変形例４では、赤外線カーテンを使用して、車輪の通過位置に加えて車輪の径が特定される。
実施形態１およびその変形例１から３では、カメラ１１０で取得された画像に基づいて車輪の通過位置が特定されるが、カメラ１１０以外のセンサを利用して車輪の通過位置を特定してもよい。実施形態１の変形例４では、赤外線カーテンを使用して、車輪の通過位置に加えて車輪の径が特定される。
【0167】
【0168】
赤外線カーテン１７０は、赤外線の発光部と受光部との複数の対を備える。複数対の発光部および受光部は、直線状に配置されている。発光部と受光部との間にある物体の形状を、発光部から受光部への赤外光の遮蔽の状態に基づいて計測することができる。
【0169】
図２９は、赤外線カーテン１７０、カメラ１１０、およびＬｉＤＡＲユニット１６０の配置の一例を模式的に示す図である。図２９の例において、赤外線カーテン１７０は、車両１０の進行方向に向かって左側に設置された柱と、進行方向に向かって右側に設置された柱とを含む。複数の発光部は左側の柱に設置されている。複数の受光部は右側の柱に設置されている。各発光部と対応する１つの受光部とは、１対１の対をなしており、互いに対向するように配置されている。発光部から受光部に、路面平面に平行に車線をまたいで赤外線が出射される。図２９では、わかりやすくするため、赤外線をまばらに示しているが、受光部と発光部との複数の対は、狭い間隔で車線を横断する面を形成するように配置され得る。車線を通過する車両１０は、発光部から出射された赤外線を遮蔽する。赤外線が遮蔽された位置に対応する受光部は赤外線を受光しない。発光があるにもかかわらず、受光部による受光がない位置については、車線上に遮蔽物があることを示す。車両１０が車線を通過すると、時間ごとの赤外線の遮蔽の推移が記録される。これにより、通過した遮蔽物の側面形状を計測することができる。
【0170】
図３０は、赤外線カーテン１７０による遮蔽物の側面形状の計測の一例を模式的に示す図である。横軸は時間であり、縦軸は受光部の位置を示している。図中の丸は個々の受光部の受光の有無を表している。白抜きの丸は、発光部が発光部からの赤外線を受光している状態を示している。黒塗りの丸は、受光部が発光部からの赤外線を受光していない状態を示している。すなわち、黒塗りの丸は、赤外線が発光部と受光部との間で物体によって遮蔽されていることを表す。
【0171】
発光部および受光部は、図２９に示すように路面平面に垂直な方向に並んでいる。このため、図３０において、受光部の配列は、縦に並んだ１列の丸として表現されている。赤外線カーテン１７０は、各受光部による受光の有無を単位時間ごとに記録する。図３０は、発光部と受光部との間を通過した物体による遮蔽の状態の時間経過を示している。一定の速度で通過する対象物が遮蔽した状態を時間経過に従って計測することにより、発光部からの赤外線が遮蔽された受光部の位置の時間変化を対象物の形状として計測することができる。赤外線カーテン１７０のデータは、例えば、各受光部を画素とし、縦軸を受光部の配列、横軸を時刻とする２値画像のデータとして生成されてもよい。
【0172】
図３１は、カメラ１１０によって取得された画像と、赤外線カーテン１７０によって取得されたデータと、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射方向との関係を説明するための図である。図３１の左上の図は、カメラ１１０によって取得された画像から得られる車輪の側面位置を示している。図３１の右上の図は、赤外線カーテン１７０によって取得されたデータから得られる、通過する車両１０の側面形状と、車輪の径とを示している。図３１の下の図は、車両１０が走行する車線を正面から見た場合の複数のＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射方向を模式的に示している。
【0173】
処理装置１４０は、図３１の左上の図に示すようなカメラ画像に基づいて、通過する車両１０の側面位置を特定する。処理装置１４０は、車両１０の側面位置と車輪の側面位置とがおおむね一致するものとして処理する。
【0174】
処理装置１４０は、さらに、図３１の右上の図に示すような、赤外線カーテン１７０によって取得された通過する車両１０の側面形状を示すデータから、路面平面に垂直な方向における車輪の高さｗ１を決定する。例えば、処理装置１４０は、側面形状の輪郭から、車輪のなす円を推定して、その円の直径を車輪の直径として推定することができる。あるいは、車両１０の側面形状の輪郭のうち、車輪として確認できる部分の輪郭の高さを車輪の高さｗ１として推定してもよい。処理装置１４０は、カメラ１１０によって取得された画像から決定した車輪側面の通過位置と、赤外線カーテン１７０によって取得された通過車両の側面形状のデータから決定した車輪の高さとに基づいて、当該車輪の速度を計測可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を決定する。図３１の下の図の例では、車輪の側面位置における車輪高さｗ１の範囲の線分と交差するレーザビームを出射するｎ－１番目およびｎ番目の２つのＬｉＤＡＲユニット１６０が選択される。
【0175】
図３２は、変形例４における速度計測システムの動作を示すフローチャートである。ステップＳ１１００、Ｓ１３００、Ｓ１５２０、Ｓ１６１０の動作は、図２６に示す変形例３の動作と同様である。以下、変形例３の動作と異なる点を説明する。
【0176】
（ステップＳ１２１０）
ステップＳ１２１０において、カメラ１１０は車線を撮影する。また、赤外線カーテン１７０は、通過車両の側面形状を計測し、記録する。カメラ１１０は、例えば、赤外線カーテン１７０における発光部から受光部へ照射される赤外線の遮蔽が開始したタイミングで撮影を行うように制御され得る。そのような制御は、例えば処理装置１４０によって行われ得る。赤外線カーテン１７０は、例えば、複数の受光部のうちの１つ以上が遮蔽された時点から予め定められた一定時間をさかのぼった時点から、受光部の全てが遮蔽されない状態になった後一定の時間が経過した時点までの遮蔽の記録を出力するように構成され得る。赤外線カーテン１７０は、遮蔽のデータを時刻ごとに配列することにより、図３０に示すような、対象物の通過の開始から終了までの側面の推移を示すデータを生成することができる。
ステップＳ１２１０において、カメラ１１０は車線を撮影する。また、赤外線カーテン１７０は、通過車両の側面形状を計測し、記録する。カメラ１１０は、例えば、赤外線カーテン１７０における発光部から受光部へ照射される赤外線の遮蔽が開始したタイミングで撮影を行うように制御され得る。そのような制御は、例えば処理装置１４０によって行われ得る。赤外線カーテン１７０は、例えば、複数の受光部のうちの１つ以上が遮蔽された時点から予め定められた一定時間をさかのぼった時点から、受光部の全てが遮蔽されない状態になった後一定の時間が経過した時点までの遮蔽の記録を出力するように構成され得る。赤外線カーテン１７０は、遮蔽のデータを時刻ごとに配列することにより、図３０に示すような、対象物の通過の開始から終了までの側面の推移を示すデータを生成することができる。
【0177】
（ステップＳ１４２０）
処理装置１４０は、カメラ１１０によって取得された画像中に対象物である車両が含まれると判断すると、ステップＳ１４２０に進む。ステップＳ１４２０において、処理装置１４０は、ステップＳ１２１０で取得した画像に基づいて、ＬｉＤＡＲユニット１６０が設置されている側の車輪の側面の位置を特定する。車輪の側面の位置を特定する方法は、図１５に示す実施形態１における方法と同様である。
処理装置１４０は、カメラ１１０によって取得された画像中に対象物である車両が含まれると判断すると、ステップＳ１４２０に進む。ステップＳ１４２０において、処理装置１４０は、ステップＳ１２１０で取得した画像に基づいて、ＬｉＤＡＲユニット１６０が設置されている側の車輪の側面の位置を特定する。車輪の側面の位置を特定する方法は、図１５に示す実施形態１における方法と同様である。
【0178】
（ステップＳ１４３０）
処理装置１４０は、ステップＳ１２１０で取得された対象物の側面形状のデータから、車輪の高さを決定する。赤外線カーテン１７０の各受光部の路面平面からの距離（すなわち高さ）は予め定められている。図３０に示すように対象物によって遮光された受光部の高さ方向の位置に基づいて、対象物の側面の輪郭の高さを推定することができる。図３１の右上の図のように、受光部の配列方向の軸をｙ軸、時間軸をｘ軸とする画像として、対象物の側面の輪郭のデータが取得され得る。処理装置１４０は、対象物の輪郭を示す画像から、例えばエッジを検出し、検出されたエッジから部分円を抽出し、部分円の上端の受光部の高さ、または部分円から欠けた部分を補完した円の直径を車輪の高さとして決定することができる。なお、車輪の高さの推定方法は、上記の方法に限られず、任意の方法で車輪の高さを推定してもよい。
処理装置１４０は、ステップＳ１２１０で取得された対象物の側面形状のデータから、車輪の高さを決定する。赤外線カーテン１７０の各受光部の路面平面からの距離（すなわち高さ）は予め定められている。図３０に示すように対象物によって遮光された受光部の高さ方向の位置に基づいて、対象物の側面の輪郭の高さを推定することができる。図３１の右上の図のように、受光部の配列方向の軸をｙ軸、時間軸をｘ軸とする画像として、対象物の側面の輪郭のデータが取得され得る。処理装置１４０は、対象物の輪郭を示す画像から、例えばエッジを検出し、検出されたエッジから部分円を抽出し、部分円の上端の受光部の高さ、または部分円から欠けた部分を補完した円の直径を車輪の高さとして決定することができる。なお、車輪の高さの推定方法は、上記の方法に限られず、任意の方法で車輪の高さを推定してもよい。
【0179】
（ステップＳ１４４０）
処理装置１４０は、ステップＳ１４２０で決定された車輪側面の位置（図３１の下の図における横軸上の位置）と、ステップＳ１４３０で決定された車輪の高さ（図３１の下の図における縦軸上の範囲）とに基づいて、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の中から、当該車輪の速度を計測可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。選択の方法は、実施形態１の変形例３における方法（図２７におけるステップＳ１４１４からＳ１４１５の動作）と同様である。
処理装置１４０は、ステップＳ１４２０で決定された車輪側面の位置（図３１の下の図における横軸上の位置）と、ステップＳ１４３０で決定された車輪の高さ（図３１の下の図における縦軸上の範囲）とに基づいて、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の中から、当該車輪の速度を計測可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。選択の方法は、実施形態１の変形例３における方法（図２７におけるステップＳ１４１４からＳ１４１５の動作）と同様である。
【0180】
本変形例によれば、赤外線カーテンを用いて車輪の高さを計測することにより、車輪の速度を計測可能なＬｉＤＡＲユニット１６０を精度よく選択することができる。これにより、計測の精度を向上させることができる。
【0181】
なお、本変形例では、対象物を検出するためのセンサとして、カメラ１１０とともに赤外線カーテン１７０が用いられるが、他のセンサが用いられてもよい。車線上の速度計測が行われる領域において、車両および車輪の側面が通過する位置を検出することができる任意のセンサを用いることができる。例えば、路面上に２次元的に配置された複数の感圧センサを用いて対象物の位置を特定してもよい。
【0182】
＜実施形態１の変形例５＞
実施形態１およびその変形例１から４では、カメラ１１０によって取得された画像に基づいて車輪の通過位置が特定される。これに対し、実施形態１の変形例５では、超音波センサを使用して、車輪の通過位置が特定される。
実施形態１およびその変形例１から４では、カメラ１１０によって取得された画像に基づいて車輪の通過位置が特定される。これに対し、実施形態１の変形例５では、超音波センサを使用して、車輪の通過位置が特定される。
【0183】
図３３は、実施形態１の変形例５における速度計測システムの構成例を示すブロック図である。図３３に示す構成は、カメラ１１０が超音波センサ１８０に置き換わった点を除けば、図１０に示す実施形態１の構成と同様である。
【0184】
図３４は、実施形態１の変形例５における速度計測システムにおける複数のＬｉＤＡＲユニット１６０および超音波センサ１８０の配置の一例を模式的に示す図である。図３４に示す構成は、カメラ１１０が超音波センサ１８０に置き換わった点を除き、図１１に示す構成と同様である。
【0185】
図３４に示す例では、超音波センサ１８０は、図１１に示す例におけるカメラ１１０と同様、通過する車両１０をおおむね真上からセンシングする。センシングされる位置は、ＬｉＤＡＲユニット１６０によって速度が計測される位置のすぐ手前（すなわち車両進行方向における後ろ側）である。超音波センサ１８０は、ＬｉＤＡＲユニット１６０によって車輪の速度計測が行われる直前の通過車両１０の位置をセンシングする。
【0186】
超音波センサ１８０は、例えば４０ｋＨｚの超音波のパルスを出力して反射波を受信するまでの時間に基づいて距離を計測するセンサである。超音波センサ１８０は、車線を横切る方向に沿って超音波を出力する方向を変化させることが可能な機構を備えていてもよい。あるいは、超音波センサ１８０は、車線を横切る方向に沿って超音波の発生源を移動させる機構を備えていてもよい。超音波の方向または発生源の位置を車線を横切る方向に沿って変化させることにより、取得される信号の変化に基づいて通過車両１０の位置を特定し易くなる。超音波センサ１８０の出力方向または位置の変化は、例えば１００Ｈｚなどの所定の周波数で行われ得る。超音波センサ１８０は、通過車両１０がない場合は路面までの距離を計測する。通過車両１０がある場合には、ゲートにおける超音波センサ１８０の位置から通過車両１０までの距離を計測する。
【0187】
図３５は、超音波センサ１８０の出力と複数のＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームの照射方向との関係を説明するための図である。図３５の上の図は、超音波センサ１８０によって検出される車両１０の例を示している。図３５の上の図において、路面までの距離が検出された部分が車線を横切る方向に延びる破線として示され、それよりも短い距離が検出された部分が車線を横切る方向に延びる実線として示されている。当該実線の範囲が通過する車両１０の幅を示す。
【0188】
処理装置１４０は、超音波センサ１８０の出力に基づいて特定される通過車両１０の範囲の両端のうち、ＬｉＤＡＲユニット１６０が設置されている側（図の右側）の端点の位置を、車両１０の側面位置として特定する。処理装置１４０は、特定された車両１０の側面位置を、車輪の側面位置として処理する。処理装置１４０は、実施形態１と同様、図１３に示すようなデータを記憶装置１３０から読み出し、当該データを参照して、車輪の側面位置にレーザビームを照射可能なＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。処理装置１４０は、選択したＬｉＤＡＲユニット１６０に光ビームを出射させて速度を計測させる。
【0189】
本変形例によれば、超音波センサ１８０を用いて通過車両１０の位置を特定することにより、カメラの撮影による位置の特定が困難な夜間などの状況であっても、車両１０の位置を特定することができる。これにより、カメラ撮影が困難な状況または環境であっても車両１０の車輪の速度を効率よく計測することができる。
【0190】
なお、超音波センサ１８０は、車両１０の上部のゲートとは異なる位置に配置されてもよい。例えば、車線の脇にある柱に超音波センサ１８０が、車線を横切る方向に向けて設置されていてもよい。その場合、超音波センサ１８０は、通過する車両１０の側面までの距離を計測する。処理装置１４０は、超音波センサ１８０によって計測された車両１０の側面までの距離に基づいて、ｘ軸方向における車輪の位置を決定することができる。
【0191】
＜実施形態１の変形例６＞
前述の実施形態１およびその変形例１から５では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が使用される。これに対し、本変形例では、複数の方向に光ビームを出射することが可能な単一のＬｉＤＡＲユニット１６０が使用される。本変形例では、実施形態１の変形例２における複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が１つのＬｉＤＡＲユニット１６０に置換されている。変形例２では、各々が複数の方向にレーザビームを出射可能な複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が、車両が通過し得る全ての範囲の車輪の速度を計測できるように配置されている。これに対し、本変形例では、１つのＬｉＤＡＲユニット１６０が、車両が通過し得る全ての範囲の車輪の速度を計測できるように配置される。
前述の実施形態１およびその変形例１から５では、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が使用される。これに対し、本変形例では、複数の方向に光ビームを出射することが可能な単一のＬｉＤＡＲユニット１６０が使用される。本変形例では、実施形態１の変形例２における複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が１つのＬｉＤＡＲユニット１６０に置換されている。変形例２では、各々が複数の方向にレーザビームを出射可能な複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が、車両が通過し得る全ての範囲の車輪の速度を計測できるように配置されている。これに対し、本変形例では、１つのＬｉＤＡＲユニット１６０が、車両が通過し得る全ての範囲の車輪の速度を計測できるように配置される。
【0192】
図３６は、実施形態１の変形例６における速度計測システムの構成の一例を示すブロック図である。複数のＬｉＤＡＲユニット１６０を含む計測装置１２０が単独のＬｉＤＡＲユニット１６０に置き換わった点を除き、本変形例の構成は図１０に示す実施形態１の構成と同様である。本変形例におけるＬｉＤＡＲユニット１６０は、複数の方向に同時にレーザビームを照射し、同時に複数の方向の対象物の速度を計測できるように構成されている。
【0193】
図３７は、カメラ１１０によって取得された画像の領域と、ＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームの複数の照射方向との関係を模式的に示す図である。図２１の上の図は、カメラ１１０によって取得されたカメラ画像の一例を示している。図２１の下の図は、車両１０の正面側から見た各ＬｉＤＡＲユニット１６０の光源の位置と、各ＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射方向と、車両１０および車輪の側面の位置との関係を模式的に示す図である。本変形例では、単一のＬｉＤＡＲユニット１６０が照射し得る複数のレーザビームによって、通過車両１０の車輪が車線のどの位置を通過しても速度計測が可能である。
【0194】
図３８は、実施形態１の変形例６における記憶装置１３０に記憶されるデータの一例を示す図である。図３８に示すデータは、カメラ１１０によって取得された画像におけるｘ軸上の位置の範囲と、ＬｉＤＡＲユニット１６０によって検出される干渉光の信号帯域番号とを対応付けるデータである。図３８において、ｋは、ＬｉＤＡＲユニット１６０が出射可能なレーザビームの方向の数を表す。干渉光の信号帯域番号は、レーザビームの出射方向に対応している。ＬｉＤＡＲユニット１６０が単一であるため、図２２に示すデータとは異なり、位置の範囲とＬｉＤＡＲユニット１６０の番号とを対応付ける情報は含まれていない。
【0195】
処理装置１４０は、変形例２と同様の方法で、カメラ１１０が取得した画像から車輪の側面位置を決定する。続いて、処理装置１４０は、図３８に例示されるデータを参照して、車輪の側面の位置から、ＬｉＤＡＲユニット１６０によって取得された複数の計測データのうち、車輪の側面の位置に対応する計測データを抽出する。処理装置１４０は、抽出した計測データに基づき、車輪の速度または稼働している車軸の数を示す出力データを生成することができる。本変形例における処理装置１４０の動作は、制御対象のＬｉＤＡＲユニット１６０が単一になった点を除けば、変形例２における動作と同様である。このため、詳細な説明を省略する。
【0196】
本変形例では、１つのＬｉＤＡＲユニット１６０で複数の方向にレーザビームを照射して、通過車両の位置にかかわらず車輪の速度を計測することができる。このような構成により、多数のＬｉＤＡＲユニット１６０を設置したり制御したりする必要がないため、車輪の速度情報をより単純な構成で取得することができる。
【0197】
＜実施形態２＞
次に、本開示の実施形態２を説明する。
次に、本開示の実施形態２を説明する。
【0198】
実施形態１およびその各変形例では、ＥＴＣにおいて車両の稼働している車軸の数を特定するために、車輪の速度が計測される。実施形態２では、車輪の速度に加えて、車両の速度すなわち車体の速度も計測される。本実施形態では、車輪の速度を計測し得るＬｉＤＡＲユニット１６０と、車体の速度を計測し得るＬｉＤＡＲユニット１６０とをそれぞれ選択するために、車体の通過領域と車輪の通過領域とがそれぞれ特定される。稼働している車輪は路面に接しており、車両の最下部に位置する。車輪の計測が行われる領域と車体の計測が行われる領域とを分離するために、ＬｉＤＡＲユニット１６０以外の位置センサが用いられる。位置センサの出力に基づいて車輪の高さが決定され、車輪の高さまでの領域で、車輪あるいは車両の側面にレーザを照射し得るＬｉＤＡＲユニット１６０が車輪の速度計測を行うＬｉＤＡＲユニット１６０として選択される。さらに、車輪の高さを超えた領域で、車両の側面にレーザを照射し得るＬｉＤＡＲユニット１６０が車体の速度計測を行うＬｉＤＡＲユニット１６０として選択される。
【0199】
実施形態２の速度計測システムの構成は、図２８に示す実施形態１の変形例４の構成と同様である。カメラ１１０、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０、および赤外線カーテン１７０の配置は、図２９に示す配置と同様である。すなわち、本実施形態では、車線を通過する車両の上部から、車線全体を撮影する位置にカメラ１１０が設置される。赤外線カーテン１７０は、車線を挟んで通過車両の側面形状を計測するように設置される。複数のＬｉＤＡＲユニット１６０は、通過車両の側面に向けてレーザビームを照射して、車輪を含む車両の速度を計測するように設置される。
【0200】
図３９は、実施形態２におけるＬｉＤＡＲユニット１６０の選択方法を説明するための図である。図３９の左上の図は、カメラ１１０によって取得された画像から得られる車輪の側面位置を示している。図３９の右上の図は、赤外線カーテン１７０によって取得されたデータから得られる、通過する車両１０の側面形状、車輪の径、および車両１０の高さを示している。図３９の下の図は、車両１０が走行する車線を正面から見た場合の複数のＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザビームの照射方向を模式的に示している。
【0201】
処理装置１４０は、図３９の左上の図に示すようなカメラ画像に基づいて、通過する車両１０の側面位置を特定する。処理装置１４０は、車両１０の側面位置と車輪の側面位置とがおおむね一致するものとして処理する。
【0202】
処理装置１４０は、さらに、図３９の右上の図に示すような、赤外線カーテン１７０によって取得された通過する車両１０の側面形状を示すデータから、路面平面に垂直な方向における車輪の高さｗ１を決定する。例えば、車両１０の側面形状の輪郭から、車輪のなす円を推定して、その円の直径を車輪の直径として推定することができる。また、処理装置１４０は、車両１０の側面形状の輪郭に基づき、車両の高さｈを決定する。
【0203】
処理装置１４０は、カメラ画像から決定した車輪の側面の通過位置と、車両１０の側面形状のデータから決定した車輪の高さｗ１および車両１０の高さｈとに基づいて、車両１０の速度を計測可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０と、車体の速度を計測可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０とを決定する。図３９の下の図の例では、車輪の側面位置における車輪高さｗ１の範囲の線分と交差するレーザビームを出射するｎ－１番目およびｎ番目の２つのＬｉＤＡＲユニット１６０が、車輪の速度を計測可能なＬｉＤＡＲユニット１６０として選択される。また、車輪の側面の通過位置において車輪の高さｗ１を超えて高さｈに至るまでの範囲の線分と交差するレーザビームを出射する１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０（例えば、ｎ－３番目のＬｉＤＡＲユニット１６０）が、車体の速度を計測可能なＬｉＤＡＲユニット１６０として選択される。
【0204】
図４０は、実施形態２における速度計測システムの動作を示すフローチャートである。図４０に示すステップＳ１１００からＳ１４２０までの動作は、図３２に示す実施形態１の変形例４における動作と同様である。本変形例では、図３２に示すステップＳ１４３０、Ｓ１４４０、Ｓ１５２０、およびＳ１６１０の代わりに、ステップＳ１４５０、Ｓ１４６０、Ｓ１５３０、およびＳ１６２０の動作が実行される。以下、これらのステップの動作を説明する。
【0205】
（ステップＳ１４５０）
処理装置１４０は、ステップＳ１２１０で取得された対象物の側面形状のデータから、車輪の高さを決定する。例えば図３９の右上に示すような画像が取得された場合、処理装置１４０は、例えば、当該画像からエッジを検出し、検出されたエッジから部分円を抽出し、部分円から欠けた部分を補完した円の直径を車輪の高さｗ１として決定することができる。また、処理装置１４０は、図３９の右上の図に示すような側面形状のデータから、遮蔽された位置で最も高い位置を車両の高さｈとして決定する。
処理装置１４０は、ステップＳ１２１０で取得された対象物の側面形状のデータから、車輪の高さを決定する。例えば図３９の右上に示すような画像が取得された場合、処理装置１４０は、例えば、当該画像からエッジを検出し、検出されたエッジから部分円を抽出し、部分円から欠けた部分を補完した円の直径を車輪の高さｗ１として決定することができる。また、処理装置１４０は、図３９の右上の図に示すような側面形状のデータから、遮蔽された位置で最も高い位置を車両の高さｈとして決定する。
【0206】
（ステップＳ１４６０）
処理装置１４０は、ステップＳ１４２０で決定された車輪の側面のｘ方向の位置で、路面平面からステップＳ１４５０で決定された車輪の高さｗ１までの範囲にレーザビームを照射可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を決定する。さらに、処理装置１４０は、車輪の側面のｘ方向の位置で、車輪の高さｗ１を超えて車両の高さｈまでの範囲にレーザビームを照射可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を決定する。図３９の例では、車輪の高さｗ１までの範囲にレーザビームを照射可能なｎ－１番目およびｎ番目のＬｉＤＡＲユニット１６０が選択され、車輪の高さｗ１から車両の高さｈまでの範囲にレーザビームを照射可能な２番目からｎ－３番目までのＬｉＤＡＲユニット１６０が選択され得る。
処理装置１４０は、ステップＳ１４２０で決定された車輪の側面のｘ方向の位置で、路面平面からステップＳ１４５０で決定された車輪の高さｗ１までの範囲にレーザビームを照射可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を決定する。さらに、処理装置１４０は、車輪の側面のｘ方向の位置で、車輪の高さｗ１を超えて車両の高さｈまでの範囲にレーザビームを照射可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を決定する。図３９の例では、車輪の高さｗ１までの範囲にレーザビームを照射可能なｎ－１番目およびｎ番目のＬｉＤＡＲユニット１６０が選択され、車輪の高さｗ１から車両の高さｈまでの範囲にレーザビームを照射可能な２番目からｎ－３番目までのＬｉＤＡＲユニット１６０が選択され得る。
【0207】
（ステップＳ１５３０）
処理装置１４０は、ステップＳ１４６０で選択した複数のＬｉＤＡＲユニット１６０に、速度の計測を指示する。指示を受けたＬｉＤＡＲユニット１６０の各々は、通過する車両１０の車輪の側面または車体の側面の速度を計測する。なお、各ＬｉＤＡＲユニット１６０が計測する速度は、車輪の実際の速度ではなく、レーザビームの出射方向に沿った速度成分である。
処理装置１４０は、ステップＳ１４６０で選択した複数のＬｉＤＡＲユニット１６０に、速度の計測を指示する。指示を受けたＬｉＤＡＲユニット１６０の各々は、通過する車両１０の車輪の側面または車体の側面の速度を計測する。なお、各ＬｉＤＡＲユニット１６０が計測する速度は、車輪の実際の速度ではなく、レーザビームの出射方向に沿った速度成分である。
【0208】
（ステップＳ１６２０）
処理装置１４０は、ステップＳ１５３０で各ＬｉＤＡＲユニット１６０によって取得された速度の計測値に基づいて、車輪および車体の速度の情報を含む出力データを生成し、出力装置１５０に出力する。複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が車輪または車体の速度を計測した場合、処理装置１４０は、車輪および車体のそれぞれについて、複数の速度の計測値を平均化するなどの処理を行った上で出力データを生成する。車輪および車体の速度を決定する処理は、前述の実施形態１の変形例３および４におけるステップＳ１６１０の処理と同様である。複数の速度の計測値がＬｉＤＡＲユニット１６０ごとに大きく異なる場合には、各計測値の信号雑音比（Ｓ／Ｎ）または信号強度等に基づいて、計測値の信頼度を計算し、信頼度の最も高い計測値を、車輪または車体の速度の計測値として出力してもよい。
処理装置１４０は、ステップＳ１５３０で各ＬｉＤＡＲユニット１６０によって取得された速度の計測値に基づいて、車輪および車体の速度の情報を含む出力データを生成し、出力装置１５０に出力する。複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が車輪または車体の速度を計測した場合、処理装置１４０は、車輪および車体のそれぞれについて、複数の速度の計測値を平均化するなどの処理を行った上で出力データを生成する。車輪および車体の速度を決定する処理は、前述の実施形態１の変形例３および４におけるステップＳ１６１０の処理と同様である。複数の速度の計測値がＬｉＤＡＲユニット１６０ごとに大きく異なる場合には、各計測値の信号雑音比（Ｓ／Ｎ）または信号強度等に基づいて、計測値の信頼度を計算し、信頼度の最も高い計測値を、車輪または車体の速度の計測値として出力してもよい。
【0209】
以上のように、本実施形態では、処理装置１４０は、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０の中から、車体の速度を計測する１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０と、車輪の速度を計測する１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０とを選択する。これにより、車体の速度と車輪の速度との違いを検知することができる。すなわち、全体が移動する対象物の中で、全体とは異なる動作を行う部分を正確に検知することができる。これにより、例えば、リフトアクスルにより稼働していない車輪と稼働している車輪とを正確に区別することができる。
【0210】
なお、本実施形態では、図２９の例と同様、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０がアイランド上の柱に設置され、カメラ１１０が車線上部のゲートに設置されているが、このような配置とは異なる配置を採用してもよい。例えば、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０は、車線上のゲートに設置されていてもよいし、ゲートの柱に設置されていてもよい。カメラ１１０は、例えば図１６に示す例のように、車両を比較的遠くから撮影するように配置されていてもよい。カメラ１１０は、車線の幅全体が視野内に含まれる画像を撮影可能な任意の位置および姿勢で配置され得る。
【0211】
＜実施形態２の変形例１＞
実施形態２では、推定された車輪の高さに基づいて車輪の速度を計測するＬｉＤＡＲユニット１６０が選択され、車輪の高さの上端から車両の高さまでの範囲に基づいて車両の速度を計測するＬｉＤＡＲユニット１６０が選択される。これに対し、本変形例では、車両の高さを推定することなく、車輪の高さの上端から、最小車輪径として予め設定された固定値の範囲に基づいて車両の速度を計測するＬｉＤＡＲユニット１６０が選択される。すなわち、車両の速度を計測するためのレーザビームの照射範囲として、予め設定された最小車輪径の大きさが適用される。
実施形態２では、推定された車輪の高さに基づいて車輪の速度を計測するＬｉＤＡＲユニット１６０が選択され、車輪の高さの上端から車両の高さまでの範囲に基づいて車両の速度を計測するＬｉＤＡＲユニット１６０が選択される。これに対し、本変形例では、車両の高さを推定することなく、車輪の高さの上端から、最小車輪径として予め設定された固定値の範囲に基づいて車両の速度を計測するＬｉＤＡＲユニット１６０が選択される。すなわち、車両の速度を計測するためのレーザビームの照射範囲として、予め設定された最小車輪径の大きさが適用される。
【0212】
図４１は、実施形態２の変形例１におけるＬｉＤＡＲユニット１６０の選択方法を説明するための図である。図４１の左上の図および右上の図は、図３９に示す対応する図と同様である。図４１の下の図は、車両１０が通過する車線を正面から見た場合における、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０のレーザの照射方向を模式的に示す図である。図４１には、赤外線カーテン１７０からのデータに基づいて特定される車輪の高さｗ１と、車両の高さとして設定される高さｈ’が示されている。高さｈ’は、車両の実際の高さではなく、車輪の高さｗ１に最小車輪径として予め設定された固定値ｗを加算した値である。本変形例では、この高さｈ’が、車両の高さとして、実施形態２と同様の処理が行われる。言い換えれば、車輪の高さｗ１のわずかに上の点が、車両の速度が計測される点として扱われる。
【0213】
カメラ画像から車両および車輪の側面位置を求める方法、および赤外線カーテンのデータから車輪高さｗ１を求める方法は、実施形態２における方法と同様である。本変形例では、処理装置１４０は、車輪高さｗ１を求めた後、車輪高さｗ１に、予め設定された最小車輪径の大きさを表す固定値ｗ以上の値を加算することにより、車両（あるいは車体）の速度計測範囲を設定する。これにより、車体の速度を計測可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択することができる。車輪の速度計測が可能なＬｉＤＡＲユニット１６０の選択方法は実施形態２における方法と同様である。
【0214】
図４２は、実施形態２の変形例１における速度計測システムの動作を示すフローチャートである。ステップＳ１１００からＳ１４２０の動作は図４０に示す動作と同様である。ステップＳ１４３０およびＳ１５２０の動作は、図３２に示す実施形態１の変形例４における動作と同様である。本変形例では、ステップＳ１４３０の後、ステップＳ１４３２、Ｓ１４４１、Ｓ１５２０、およびＳ１６１１の動作が実行される。
【0215】
（ステップＳ１４３２）
処理装置１４０は、ステップＳ１４２０で決定された車輪側面のｘ軸上の位置における車体の計測範囲を、ステップＳ１４３０で決定された車輪の高さに基づいて決定する。具体的には、処理装置１４０は、車輪の高さを超えて、当該車輪の高さに最小車輪径以上の値を加算した高さまでの範囲を車体の計測範囲として決定する。図４１の例では、車輪の高さｗ１から、車輪の高さｗ１に最小車輪径ｗを加算した高さまでの範囲が車両１０の車体の速度計測の範囲として決定される。
処理装置１４０は、ステップＳ１４２０で決定された車輪側面のｘ軸上の位置における車体の計測範囲を、ステップＳ１４３０で決定された車輪の高さに基づいて決定する。具体的には、処理装置１４０は、車輪の高さを超えて、当該車輪の高さに最小車輪径以上の値を加算した高さまでの範囲を車体の計測範囲として決定する。図４１の例では、車輪の高さｗ１から、車輪の高さｗ１に最小車輪径ｗを加算した高さまでの範囲が車両１０の車体の速度計測の範囲として決定される。
【0216】
最小車輪径ｗは、実施形態１およびその各変形例と同様、速度計測が行われる対象の車両の車輪として想定される最小の車輪の直径を表す。複数のＬｉＤＡＲユニット１６０は、想定される最小の車輪の側面が車線のどの位置にあっても、いずれかのＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームが照射されるように配置される。すなわち、車線内の車両１０あるいは車輪の任意の側面位置について、最小車輪径を超える高さの範囲には少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニット１６０からのレーザビームが照射される。図４１の例では、車輪の直上の位置で車両１０の速度を計測可能な１つのＬｉＤＡＲユニット１６０が選択される。なお、車輪高さｗ１から、最小車輪径ｗの整数倍（例えば２倍）の高さの範囲が設定されてもよい。その場合、車両１０の速度を計測し得るＬｉＤＡＲユニット１６０の数は２以上となる。このように、車輪高さｗ１を超えて、最小車輪径ｗよりも大きい範囲で車体の速度の計測範囲を設定してもよい。それにより、複数のＬｉＤＡＲユニット１６０を車体の速度を計測するＬｉＤＡＲユニット１６０として選択することができる。
【0217】
（ステップＳ１４４１）
処理装置１４０は、ステップＳ１４２０で決定された車輪側面位置と、ステップＳ１４３０で決定された車輪の高さとに基づいて、当該車輪の速度を計測可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。選択の方法は、例えば、図２７に示す実施形態１の変形例３におけるステップＳ１４１４およびＳ１４１５の動作と同様である。図４１の下の図の例では、ｎ－１番目のＬｉＤＡＲユニット１６０と、ｎ番目のＬｉＤＡＲユニット１６０とが、車輪の速度を計測するＬｉＤＡＲユニット１６０として選択される。さらに、処理装置１４０は、ステップＳ１４２０で決定された車輪側面の位置と、ステップＳ１４３２で決定された車体の計測範囲とに基づいて、車両の速度を計測可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を決定する。図４１の例では、処理装置１４０は、車両と車輪の側面のｘ方向の位置における車輪の高さｗ１から最小車輪径ｗまでの範囲を照射し得るレーザビームを出射するｎ－２番目のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。
処理装置１４０は、ステップＳ１４２０で決定された車輪側面位置と、ステップＳ１４３０で決定された車輪の高さとに基づいて、当該車輪の速度を計測可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。選択の方法は、例えば、図２７に示す実施形態１の変形例３におけるステップＳ１４１４およびＳ１４１５の動作と同様である。図４１の下の図の例では、ｎ－１番目のＬｉＤＡＲユニット１６０と、ｎ番目のＬｉＤＡＲユニット１６０とが、車輪の速度を計測するＬｉＤＡＲユニット１６０として選択される。さらに、処理装置１４０は、ステップＳ１４２０で決定された車輪側面の位置と、ステップＳ１４３２で決定された車体の計測範囲とに基づいて、車両の速度を計測可能な１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を決定する。図４１の例では、処理装置１４０は、車両と車輪の側面のｘ方向の位置における車輪の高さｗ１から最小車輪径ｗまでの範囲を照射し得るレーザビームを出射するｎ－２番目のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択する。
【0218】
（ステップＳ１６１１）
処理装置１４０は、ステップＳ１５３０で各ＬｉＤＡＲユニット１６０によって取得された速度の計測値に基づいて、車輪および車体の速度の情報を含む出力データを生成し、出力装置１５０に出力する。複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が車輪または車体の速度を計測した場合、処理装置１４０は、車輪および車体のそれぞれについて、複数の速度の計測値を平均化するなどの処理を行った上で出力データを生成する。車輪および車体の速度を決定する処理は、前述の実施形態１の変形例３および４におけるステップＳ１６１０の処理と同様である。複数の速度の計測値がＬｉＤＡＲユニット１６０ごとに大きく異なる場合には、各計測値の信号雑音比（Ｓ／Ｎ）または信号強度等に基づいて、計測値の信頼度を計算し、信頼度の最も高い計測値を、車輪または車体の速度の計測値として出力してもよい。
処理装置１４０は、ステップＳ１５３０で各ＬｉＤＡＲユニット１６０によって取得された速度の計測値に基づいて、車輪および車体の速度の情報を含む出力データを生成し、出力装置１５０に出力する。複数のＬｉＤＡＲユニット１６０が車輪または車体の速度を計測した場合、処理装置１４０は、車輪および車体のそれぞれについて、複数の速度の計測値を平均化するなどの処理を行った上で出力データを生成する。車輪および車体の速度を決定する処理は、前述の実施形態１の変形例３および４におけるステップＳ１６１０の処理と同様である。複数の速度の計測値がＬｉＤＡＲユニット１６０ごとに大きく異なる場合には、各計測値の信号雑音比（Ｓ／Ｎ）または信号強度等に基づいて、計測値の信頼度を計算し、信頼度の最も高い計測値を、車輪または車体の速度の計測値として出力してもよい。
【0219】
以上のように、本変形例においては、車輪の直上の領域を照射可能なレーザビームを出射する１つ以上のＬｉＤＡＲユニット１６０を選択的に使用して、車体の速度が計測される。これにより、車体の大きい車両の速度を計測する場合であっても、選択されるＬｉＤＡＲユニット１６０の個数を限定することができる。また、車両の形状が前後方向に異なる高さを有する場合であっても、車輪の直上の範囲においては、速度計測が可能な領域の前後方向の長さが車両の前後長と一致する場合が多い。そのような場合、車輪の直上の範囲を計測対象にすることにより、車両の速度を安定して計測することができる。
【0220】
以上の各実施形態およびその各変形例における速度計測システムによれば、車線を通過する車両および／またはその車輪の速度情報を取得することができる。当該速度情報に基づいて、通過する車両の車軸のうちの稼働している車軸の数を特定することができる。これにより、例えば有料道路での課金を正しく行うことができる。
【0221】
本開示の技術は、車両および／または車輪の速度情報を取得する用途に限らず、他の用途にも適用することができる。例えば、製造ライン上で通過する対象物（例えば工業製品または部品等）における可動部の判別または可動部の動作異常の検知が可能である。本開示のシステムを利用することにより、形状の検査のみでなく、動作の検査をライン上で自動で行うことができるようになる。また、人または動物の速度を計測する用途にも本開示のシステムを適用することができる。例えば、人または動物の頭部または体幹の速度と、四肢の速度とを別々に計測するといった応用が可能である。
【0222】
以上のように、本開示は、以下に記載のセンシングシステムおよびセンシング方法を含む。
【0223】
本開示の第１の態様によるセンシングシステムは、移動する対象物の移動範囲をセンシングして第１センサデータを出力する第１センサと、前記移動範囲における複数の箇所を照射する複数のビーム出射部を有し、かつ１つ以上のＬｉＤＡＲユニットを含む第２センサと、処理装置と、を備える。前記処理装置は、前記第１センサデータに基づいて前記対象物における特定の対象部の位置を決定し、前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する１つ以上の光ビームを出射させ、前記対象部についての第２センサデータを出力させる。
【0224】
前記センシングシステムは、前記対象物の位置と、前記位置に対応するＬｉＤＡＲユニットおよび／または前記光ビームの出射方向との対応を示すデータを記憶する記憶装置をさらに備えていてもよい。
【0225】
前記処理装置は、前記対象物の位置と、前記記憶装置に記憶された前記データとに基づいて、前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する１つ以上の光ビームを出射させてもよい。
【0226】
前記第２センサは、複数のＬｉＤＡＲユニットを含んでいてもよい。前記処理装置は、前記対象部の位置に基づいて、前記複数のＬｉＤＡＲユニットの中から、前記対象部を照射する光ビームを出射可能な少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットを決定し、決定した前記少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットに、前記光ビームを出射させてもよい。
【0227】
前記複数のＬｉＤＡＲユニットは、一方向に配列され、同一の方向に前記光ビームを出射してもよい。
【0228】
前記複数のＬｉＤＡＲユニットは、路面に平行または垂直な方向に沿って配列され、前記路面に向けて前記光ビームを出射してもよい。
【0229】
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットのうちの少なくとも１つは、２つ以上のビーム出射部を備え、異なる複数の方向に光ビームを出射することが可能であってもよい。
【0230】
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットは、前記複数の方向に光ビームを出射することが可能な単一のＬｉＤＡＲユニットであってもよい。前記処理装置は、前記対象部の位置に基づいて、前記ＬｉＤＡＲユニットが出射すべき前記光ビームの方向を決定し、前記ＬｉＤＡＲユニットに、前記方向に向けて前記光ビームを出射させてもよい。
【0231】
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットは、各々が複数の方向に光ビームを出射することが可能な複数のＬｉＤＡＲユニットであってもよい。前記処理装置は、前記対象部の位置に基づいて、前記複数のＬｉＤＡＲユニットの中から、前記対象部を照射する光ビームを出射可能な少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットと、前記少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットが出射すべき前記光ビームの方向とを決定し、前記少なくとも１つのＬｉＤＡＲユニットに、前記方向に向けて前記光ビームを出射させてもよい。
【0232】
前記処理装置は、前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記複数の方向に光ビームを出射させ、前記複数の光ビームの照射によって取得された前記第２センサデータから、前記対象部の位置に基づいて決定される特定の光ビームに対応するデータを抽出し、抽出した前記データに基づいて、前記対象部の速度に関するデータを生成して出力してもよい。
【0233】
前記第１センサは、カメラを含んでいてもよい。前記第１センサデータは、前記カメラによって生成される画像データを含んでいてもよい。前記処理装置は、前記画像データに基づいて、前記対象部の位置を決定してもよい。
【0234】
前記第１センサは、赤外線カーテンをさらに含んでいてもよい。前記第１センサデータは、前記赤外線カーテンによって生成される前記対象物の形状データをさらに含んでいてもよい。前記処理装置は、前記対象部の位置と、前記形状データとに基づいて、前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する前記１つ以上の光ビームを出射させてもよい。
【0235】
前記第１センサは、超音波センサを含んでいてもよい。前記第１センサデータは、前記超音波センサから出力された超音波センサデータを含んでいてもよい。前記処理装置は、前記超音波センサデータに基づいて、前記対象部の位置を決定してもよい。
【0236】
前記処理装置は、前記第２センサデータに基づいて、前記対象部の速度に関するデータを生成して出力してもよい。
【0237】
前記対象部は、前記対象物に含まれる可動部であってもよい。
【0238】
前記対象物は、車両であってもよい。前記対象部は、前記車両に含まれる車輪であってもよい。
【0239】
前記移動範囲における前記複数の箇所は、前記車両が走行する車線を横切る方向に並んでいてもよい。
【0240】
前記処理装置は、前記第２センサデータに基づいて、前記車両に含まれる複数の車輪のうち、稼働している車輪の数を示すデータを生成して出力してもよい。
【0241】
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットは、複数のＬｉＤＡＲユニットであってもよい。前記処理装置は、前記対象部の位置に基づいて、前記複数のＬｉＤＡＲユニットの中から、前記対象部を照射する光ビームを出射可能な第１ＬｉＤＡＲユニットと、前記対象物における前記対象部以外の部分を照射する光ビームを出射可能な第２ＬｉＤＡＲユニットとを決定し、前記第１ＬｉＤＡＲユニットおよび前記第２ＬｉＤＡＲユニットに、前記光ビームを出射させて、前記対象部に関する速度情報と、前記対象物の前記対象部以外の部分に関する速度情報とを含む前記第２センサデータを取得させてもよい。
【0242】
前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットは、ＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲセンサであってもよい。
【0243】
本開示の他の態様に係るセンシング方法は、移動する対象物の移動範囲をセンシングして第１センサデータを出力する第１センサと、前記移動範囲における複数の箇所を照射する複数のビーム出射部を有し、かつ１つ以上のＬｉＤＡＲユニットを含む第２センサと、を備えたセンシングシステムにおいて実行される。前記センシング方法は、前記第１センサデータに基づいて前記対象物における特定の対象部の位置を決定することと、前記１つ以上のＬｉＤＡＲユニットに、前記対象部を照射する１つ以上の光ビームを出射させ、前記対象部についての第２センサデータを出力させることと、を含む。
【産業上の利用可能性】
【0244】
本開示の技術は、一定の通過範囲を通過する物体の速度を計測する装置またはシステムに広く利用可能である。例えば、本開示の技術は、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲを利用した装置またはシステムに利用できる。
【符号の説明】
【0245】
１０ 車両
１２ 車体
１４ 車輪
２０ 光源
３０ 干渉光学系
４０ 光検出器
５０ ビーム整形器
６０ 処理回路
６２ メモリ
８０ アイランド
１００ 計測装置
１１０ カメラ
１２０ 計測装置
１３０ 記憶装置
１４０ 処理装置
１５０ 出力装置
１６０ ＬｉＤＡＲユニット
１７０ 赤外線カーテン
１８０ 超音波センサ
２２０ 記憶装置
３００ センシングシステム
３００Ａ、３００Ｂ 速度計測システム
３１０ 第１センサ
３２０ 第２センサ
３２２ ＬｉＤＡＲユニット
３３０ 処理装置
１２ 車体
１４ 車輪
２０ 光源
３０ 干渉光学系
４０ 光検出器
５０ ビーム整形器
６０ 処理回路
６２ メモリ
８０ アイランド
１００ 計測装置
１１０ カメラ
１２０ 計測装置
１３０ 記憶装置
１４０ 処理装置
１５０ 出力装置
１６０ ＬｉＤＡＲユニット
１７０ 赤外線カーテン
１８０ 超音波センサ
２２０ 記憶装置
３００ センシングシステム
３００Ａ、３００Ｂ 速度計測システム
３１０ 第１センサ
３２０ 第２センサ
３２２ ＬｉＤＡＲユニット
３３０ 処理装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】