特許 7213158 状態計測装置及び状態計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-18

(45)【発行日】2023-01-26

(54)【発明の名称】状態計測装置及び状態計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01P 3/36 20060101AFI20230119BHJP

【ＦＩ】

G01P3/36 C

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019127607

(22)【出願日】2019-07-09

(65)【公開番号】P2021012155

(43)【公開日】2021-02-04

【審査請求日】2022-03-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000145806

【氏名又は名称】株式会社小野測器

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】足立 新

(72)【発明者】

【氏名】山田 計

【審査官】岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－７３８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２１７３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－１１０７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００２１３１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０７３１５０９５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｐ ３／００－ ３／８０

Ｇ０１Ｂ１１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮影画像に基づいて移動体の速度ベクトルを計測する状態計測装置であって、
前記移動体が移動する移動面を前記移動体に固定された２つの撮影部で撮影する移動面撮影部と、
前記２つの撮影部の各々の撮影タイミングを、前記各々の撮影タイミングが一致する同期モード、又は、前記各々の撮影タイミングが所定の時間差を有する非同期モードに設定するとともに、設定した前記同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像、又は、設定した前記非同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像に基づいて前記移動体の速度ベクトルを計測する計測部とを備え、
前記計測部は、前記移動体の速度に応じて、前記撮影タイミングに前記同期モード、及び、前記非同期モードのいずれか一方を選択する
状態計測装置。

【請求項2】

前記所定の時間差は、前記撮影部が連写可能な時間間隔よりも短い時間である
請求項１に記載の状態計測装置。

【請求項3】

前記計測部は、前記移動体の速度が前記同期モードによる速度計測可能な上限値に基づいて定められる切替速度以下であるとき前記同期モードを選択し、前記移動体の速度が前記切替速度よりも高いとき前記非同期モードを選択する
請求項１又は２に記載の状態計測装置。

【請求項4】

前記計測部は、前記非同期モードによって撮影された前記２つの撮影画像において同一の特徴領域の相対的な移動量と前記所定の時間差とに基づいて速度計測を行う
請求項１～３のいずれか一項に記載の状態計測装置。

【請求項5】

前記計測部は、前記相対的な移動量及び前記所定の時間差に加えて、前記非同期モードの前記２つの撮影画像の撮影範囲の相対関係を考慮して、前記非同期モードの前記２つの撮影画像に基づいて前記速度計測を行う
請求項４に記載の状態計測装置。

【請求項6】

前記計測部は、前記同期モードの前記２つの撮影画像の相対関係を取得した後、前記非同期モードの前記２つの撮影画像に基づく前記速度計測を行う
請求項５に記載の状態計測装置。

【請求項7】

前記計測部は、前記非同期モードの前記２つの撮影画像の撮影範囲の相対関係を、前記２つの撮影部の静的な相対関係による視差として取得する
請求項６に記載の状態計測装置。

【請求項8】

撮影画像に基づいて移動体の速度ベクトルを計測する状態計測装置に用いられる状態計測方法であって、
移動面撮影部が、前記移動体が移動する移動面を前記移動体に固定された２つの撮影部で撮影する移動面撮影ステップと、
計測部が、前記２つの撮影部の各々の撮影タイミングを、前記各々の撮影タイミングが一致する同期モード、又は、前記各々の撮影タイミングが所定の時間差を有する非同期モードに設定するタイミング設定ステップと、設定した前記同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像、又は、設定した前記非同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像に基づいて前記移動体の速度ベクトルを計測する計測ステップとを備え、
前記計測ステップでは、前記移動体の速度に応じて、前記撮影タイミングに前記同期モード、及び、前記非同期モードのいずれか一方を選択する
状態計測方法。

【請求項9】

撮影画像に基づいて移動体の速度ベクトルを計測する状態計測装置であって、
前記移動体が移動する移動面を前記移動体に固定された３つ以上の撮影部で撮影する移動面撮影部と、
前記３つ以上の撮影部のうちで１組を構成するいずれか２つの撮影部の各々の撮影タイミングが一致する同期モードに設定され、他の組を構成するいずれか２つの撮影部の各々の撮影タイミングが所定の時間差を有する非同期モードに設定されており、設定された前記同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像、又は、設定された前記非同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像に基づいて前記移動体の速度ベクトルを計測する計測部とを備え、
前記計測部は、前記移動体の速度に応じて、前記同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像、及び、前記非同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像のうちの少なくとも一方を選択する
状態計測装置。

【請求項10】

撮影画像に基づいて移動体の速度ベクトルを計測する状態計測装置に用いられる状態計測方法であって、
移動面撮影部が、前記移動体が移動する移動面を前記移動体に固定された３つ以上の撮影部で撮影する移動面撮影ステップと、
前記３つ以上の撮影部のうちで１組を構成するいずれか２つの撮影部の各々の撮影タイミングが一致する同期モードに設定され、他の組を構成するいずれか２つの撮影部の各々の撮影タイミングが所定の時間差を有する非同期モードに設定されており、計測部が、設定された前記同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像、又は、設定された前記非同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像に基づいて前記移動体の速度ベクトルを計測する計測ステップとを備え、
前記計測ステップでは、前記移動体の速度に応じて、前記同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像、及び、前記非同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像のうちの少なくとも一方を選択する
状態計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体の速度等の状態を計測する状態計測装置及び状態計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車には様々な性能評価が求められている。そうした評価のひとつに排ガス計測がある。排ガス計測は、シャシダイナモメータを利用した模擬走行により求めることもできるが、模擬走行と実路走行とでは計測結果に乖離が発生することもあり、実路走行が重要視されてきている。

【0003】

自動車の実路走行による性能評価において、自動車の状態の一つとしての速度を低速度域から高速度域まで計測することが求められる。例えば、自動車の速度を計測する技術の一例が特許文献１に記載されている。

【0004】

特許文献１に記載の状態計測装置は、車輪の無い移動体や車輪がスリップする自動車等の移動体において、移動体の回転運動の影響を抑制しつつ、自身の速度を推定可能な光学式の状態計測装置である。この状態計測装置は、移動体に備えられ、撮影平面が移動した際の各画素の移動量が画像内の位置によって異なるように走行面を撮影する撮影部を備える。そして、この状態計測装置は、撮影部が時系列的に撮影した複数の画像から、所定の軸に対する各画素の移動量の変化を画素移動量勾配として求め、当該画素移動量勾配から移動体の速度を求める。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１６／０１６９５９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

移動体の速度を計測する場合、移動体の速度が高くなったとしても、撮影タイミングの相違する２つの撮影画像に共通の範囲を含むように、撮影部は２つの画像を撮影しなければならない。このため、計測する速度が高くなるほど、短い撮影間隔を有するカメラによって撮影範囲の移動速度に対応する必要がある。しかしながら、一般にカメラは、連写性能の上限があり、連写性能が高まるように撮影間隔を短くすると、単位時間当たりの撮影画像のデータ転送や、データ処理に高い性能が要求されて、対応可能なカメラが限られたり、高価であったりする問題がある。

【0007】

こうした課題は、移動体の速度の計測に限られるものではなく、速度に関連する距離の計測や加速度の計測等を含む状態の計測であっても同様である。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、カメラ性能によらず、カメラの撮影画像に基づいて移動体の状態を計測できる状態計測装置及び状態計測方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する状態計測装置は、撮影画像に基づいて移動体の速度ベクトルを計測する状態計測装置であって、前記移動体が移動する移動面を前記移動体に固定された２つの撮影部で撮影する移動面撮影部と、前記２つの撮影部の各々の撮影タイミングを、前記各々の撮影タイミングが一致する同期モード、又は、前記各々の撮影タイミングが所定の時間差を有する非同期モードに設定するとともに、設定した前記同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像、又は、設定した前記非同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像に基づいて前記移動体の速度ベクトルを計測する計測部とを備え、前記計測部は、前記移動体の速度に応じて、前記撮影タイミングに前記同期モード、及び、前記非同期モードのいずれか一方を選択する。

【0009】

上記課題を解決する状態計測方法は、撮影画像に基づいて移動体の速度ベクトルを計測する状態計測装置に用いられる状態計測方法であって、移動面撮影部が、前記移動体が移動する移動面を前記移動体に固定された２つの撮影部で撮影する移動面撮影ステップと、計測部が、前記２つの撮影部の各々の撮影タイミングを、前記各々の撮影タイミングが一致する同期モード、又は、前記各々の撮影タイミングが所定の時間差を有する非同期モードに設定するタイミング設定ステップと、設定した前記同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像、又は、設定した前記非同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像に基づいて前記移動体の速度ベクトルを計測する計測ステップとを備え、前記計測ステップでは、前記移動体の速度に応じて、前記撮影タイミングに前記同期モード、及び、前記非同期モードのいずれか一方を選択する。

【0010】

従来、撮影画像に基づく速度計測は、連写した画像に含まれる特徴領域の相対的な移動量に基づいて行われる。このため、計測可能な速度が撮影部の連写性能により制限されていた。この点、本構成又は方法によれば、移動体の速度に応じて、連写性能により計測速度が制限される同期モードによる速度計測と、連写性能により計測速度が制限されない非同期モードによる速度計測とが選択できる。例えば、車速が高いため連写性能により同期モードでは２つのカメラ画像にトラッキング対象となる同一の特徴領域が含まれず速度計測ができないとき、非同期モードによる速度計測を行うようにする。これにより、カメラ性能によらず、カメラの撮影画像に基づいて移動体の状態を計測することができる。

【0011】

好ましい構成として、前記所定の時間差は、前記撮影部が連写可能な時間間隔よりも短い時間である。
このような構成によれば、非同期モードで、速度の高い移動体の速度計測が行える。

【0012】

好ましい構成として、前記計測部は、前記移動体の速度が前記同期モードによる速度計測可能な上限値に基づいて定められる切替速度以下であるとき前記同期モードを選択し、前記移動体の速度が前記切替速度よりも高いとき前記非同期モードを選択する。

【0013】

このような構成によれば、移動体の速度に応じて同期モードと非同期モードとが選択されるので、移動体の速度が高くなっても速度計測が連続して行われる。
好ましい構成として、前記計測部は、前記非同期モードによって撮影された前記２つの撮影画像において同一の特徴領域の相対的な移動量と前記所定の時間差とに基づいて速度計測を行う。

【0014】

このような構成によれば、非同期モードにおいても、２つの撮影部の撮影画像で重なる範囲の相対位置に基づいて速度ベクトルが取得可能になる。
好ましい構成として、前記計測部は、前記相対的な移動量及び前記所定の時間差に加えて、前記非同期モードの前記２つの撮影画像の撮影範囲の相対関係を考慮して、前記非同期モードの前記２つの撮影画像に基づいて前記速度計測を行う。

【0015】

このような構成によれば、２つの撮影部の各々の撮影画像の撮影範囲にずれが生じても、速度計測が行える。
好ましい構成として、前記計測部は、前記同期モードの前記２つの撮影画像の相対関係を取得した後、前記非同期モードの前記２つの撮影画像に基づく前記速度計測を行う。

【0016】

このような構成によれば、２つの撮影画像の相対関係が同期モードによる撮影で取得されるので、非同期モードのとき２つの撮影画像に基づく速度計測の精度が高くなる。
好ましい構成として、前記計測部は、前記非同期モードの前記２つの撮影画像の撮影範囲の相対関係を、前記２つの撮影部の静的な相対関係による視差として取得する。

【0017】

このような構成によれば、２つの撮影部に生じる視差を考慮して、２つの撮影画像から速度を計測することができる。
上記課題を解決する状態計測装置は、撮影画像に基づいて移動体の速度ベクトルを計測する状態計測装置であって、前記移動体が移動する移動面を前記移動体に固定された３つ以上の撮影部で撮影する移動面撮影部と、前記３つ以上の撮影部のうちで１組を構成するいずれか２つの撮影部の各々の撮影タイミングが一致する同期モードに設定され、他の組を構成するいずれか２つの撮影部の各々の撮影タイミングが所定の時間差を有する非同期モードに設定されており、設定された前記同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像、又は、設定された前記非同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像に基づいて前記移動体の速度ベクトルを計測する計測部とを備え、前記計測部は、前記移動体の速度に応じて、前記同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像、及び、前記非同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像のうちの少なくとも一方を選択する。

【0018】

上記課題を解決する状態計測方法は、撮影画像に基づいて移動体の速度ベクトルを計測する状態計測装置に用いられる状態計測方法であって、移動面撮影部が、前記移動体が移動する移動面を前記移動体に固定された３つ以上の撮影部で撮影する移動面撮影ステップと、前記３つ以上の撮影部のうちで１組を構成するいずれか２つの撮影部の各々の撮影タイミングが一致する同期モードに設定され、他の組を構成するいずれか２つの撮影部の各々の撮影タイミングが所定の時間差を有する非同期モードに設定されており、計測部が、設定された前記同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像、又は、設定された前記非同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像に基づいて前記移動体の速度ベクトルを計測する計測ステップとを備え、前記計測ステップでは、前記移動体の速度に応じて、前記同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像、及び、前記非同期モードで撮影された時間差のある２つの撮影画像のうちの少なくとも一方を選択する。

【0019】

本構成又は方法によれば、移動体の速度に応じて、連写性能により計測速度が制限される同期モードでの撮影画像による速度計測と、連写性能により計測速度が制限されない非同期モードでの撮影画像による速度計測とが選択できる。これにより、カメラ性能によらず、カメラの撮影画像に基づいて移動体の状態を計測することができる。

【発明の効果】

【0020】

この発明によれば、カメラ性能によらず、カメラの撮影画像に基づいて対象物の状態を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】状態計測装置の一実施形態を示すブロック図。

【図2】同実施形態において、画像車速算出部を示すブロック図。

【図3】同実施形態において、車両におけるカメラの配置を示す側面図。

【図4】同実施形態において、車両におけるカメラの配置を示す正面図。

【図5】同実施形態において、２つのカメラのそれぞれの低速時及び高速時の撮影タイミングの関係を示す図であって、（ａ）は高速時に高さ測定を行わないときの関係を示す図、（ｂ）は高速時に高さ測定を行うときの関係を示す図。

【図6】同実施形態において、撮影タイミングが同じである同期モードの撮影画像を示す図。

【図7】同実施形態において、撮影タイミングに所定の時間差のある非同期モードで高速時に高さ測定を行わないときの２つの撮影画像を示す図。

【図8】同実施形態において、撮影タイミングに所定の時間差のある非同期モードと同期モードとにより高速時に高さ測定を行うときの２つの撮影画像の図を示す図。

【図9】同実施形態において、車速計測の手順の概略を示すフローチャート。

【図10】同実施形態において、低速時速度算出処理の手順を示すフローチャート。

【図11】同実施形態において、高速時速度算出処理の手順を示すフローチャート。

【図12】状態計測装置のカメラが３つであるときの変形例において、撮影画像を示す図。

【図13】同変形例において、３つのカメラのそれぞれの撮影タイミングの関係を示す図。

【図14】状態計測装置のカメラが４つあるときの変形例を示すブロック図。

【図15】同変形例において、撮影タイミングが同じである同期モードと、撮影タイミングに所定の時間差のある非同期モードとの４つの撮影画像を示す図。

【図16】同変形例において、高速時速度算出処理の手順を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１～図１１を参照して、状態計測装置の一実施形態について説明する。本実施形態の状態計測装置１は、移動体に用いられる状態計測装置１である。本実施形態の移動体は、自動車等の車両１０である。

【0023】

図１に示すように、車両１０は、当該車両１０の状態（車両状態）を計測する状態計測装置１を備えている。車両状態としては、車両１０が停止又は走行している路面１００（図３参照）に対する車両１０の速度（以下、車速と記す）、及び車両１０の位置、加速度、旋回等の少なくとも１つが挙げられる。本実施形態では、車両状態は車速であり、対向面は路面１００（図３参照）から構成される。

【0024】

車両１０は、ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）アンテナ２０、移動面撮影部としてのステレオカメラ２１、及び車載制御装置２５を備える。車載制御装置２５は、信号処理部３０、記憶部３４、切替部３５及び出力部４０を備える。また、信号処理部３０は、ＧＰＳ車速算出部３１と、計測部としての画像車速算出部３２と、タイミング設定部３３とを備える。

【0025】

また、図２に示すように、画像車速算出部３２は、高さ算出部３２０と、実長さ算出部３２１と、低速時速度算出部３２２と、高速時速度算出部３２３とを備える。
図１に示すように、ＧＰＳアンテナ２０は、複数のＧＰＳ衛星が送信するＧＰＳ信号を受信する。ＧＰＳアンテナ２０は、受信したＧＰＳ信号を信号処理部３０に送信する。ＧＰＳ信号には、ＧＰＳアンテナ２０の現在の緯度、経度、ＧＰＳ誤差及び測位時刻等、取得可能な情報が含まれている。

【0026】

図３に示すように、ステレオカメラ２１は、２つのカメラで撮影した対象物までの距離を計測する撮影機器である。本実施形態では、ステレオカメラ２１は、車両１０が停止又は走行している路面１００を撮影し、高さ算出部３２０で路面１００までの距離（高さ）を算出する。

【0027】

図４に示すように、具体的には、ステレオカメラ２１は、パッシブ型であって、視差を再現するように車両１０の幅方向にカメラ間隔を有して配置された撮影部としての第１カメラ２２及び撮影部としての第２カメラ２３を有している。第１カメラ２２及び第２カメラ２３は、それぞれ車両１０の取り付け位置から路面１００を撮影可能であり、例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラである。

【0028】

図１に示すように、第１カメラ２２及び第２カメラ２３は、路面１００を撮影するタイミングを規定するタイミング２２Ｇ，２３Ｇを記憶する記憶部をそれぞれ備える。更に、第１カメラ２２及び第２カメラ２３の記憶部は、絞り（レンズ絞り値）、シャッター速度、及び、アナログゲイン（感度）の少なくとも一つのパラメータを記憶していてもよい。ステレオカメラ２１は、第１カメラ２２で第１カメラ画像ＰＣ１を撮影し、第２カメラ２３で第２カメラ画像ＰＣ２を撮影する。ステレオカメラ２１は、光軸が平行である第１カメラ画像ＰＣ１と第２カメラ画像ＰＣ２とに重複して撮影された範囲の静的な相対関係である視差に基づいて、撮影された路面１００（図３参照）までの距離を計測し、計測された距離情報を撮影画像（第１カメラ画像ＰＣ１や第２カメラ画像ＰＣ２）に対応付ける。

【0029】

図３及び図４に示すように、第１カメラ２２及び第２カメラ２３は、路面１００に対して垂直方向から撮影可能なように車両１０の後部に設けられ、車両１０から略垂直方向下方となる路面１００を撮影する。また、第１カメラ２２及び第２カメラ２３は、それらの光軸が互いに平行になるように設けられている。

【0030】

車両１０は、路面１００とステレオカメラ２１との間の距離が走行中の上下振動により逐次変動する。状態計測装置１は、路面１００からステレオカメラ２１までの距離を逐次算出し、この算出した距離を撮影画像に対応させ、この距離に基づいて撮影範囲のスケールを１画素の長さ（画像１ピクセル当たりの路面１００の実際の長さ）で規定する。

【0031】

図１に示すように、ステレオカメラ２１は、第１カメラ画像ＰＣ１と、第２カメラ画像ＰＣ２と、それら画像に対応付けられている距離（高さ）情報とを信号処理部３０に送信する。

【0032】

車載制御装置２５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の記憶装置からなる記憶部３４を有するコンピュータを含み構成されている。車載制御装置２５は、ＲＯＭや記憶部３４に記憶されているプログラムをＣＰＵで演算処理することで、所定の処理である、信号処理部３０、切替部３５、及び出力部４０のそれぞれに必要とされる各演算処理を実行する。

【0033】

記憶部３４は、信号処理部３０からのデータの読み出しや、書き込みが可能に構成されている。記憶部３４は、信号処理部３０で実行されるプログラムや、第１カメラ２２や第２カメラ２３に設定するタイミング２２Ｇ，２３Ｇの設定値や、ステレオカメラ２１から送られた第１カメラ画像ＰＣ１や第２カメラ画像ＰＣ２等を記憶している。

【0034】

信号処理部３０は、車両状態として車速を算出するが、走行位置や加速度を算出してもよい。信号処理部３０は、ＧＰＳアンテナ２０から取得したＧＰＳ信号に基づいて走行位置や車速を算出するＧＰＳ車速算出部３１と、ステレオカメラ２１から取得した路面１００の撮影画像に基づいて車速を算出する計測部としての画像車速算出部３２とを備える。本実施形態では、ＧＰＳ車速算出部３１がＧＰＳ信号に基づいて算出した車速がＧＰＳ車速であり、画像車速算出部３２が路面１００の撮影画像に基づいて算出した車速が画像車速である。

【0035】

ＧＰＳ車速算出部３１は、ＧＰＳ信号に基づいて車両１０の現在位置を計測する。具体的には、ＧＰＳ車速算出部３１は、車両１０の位置情報として緯度及び経度を算出する。
また、ＧＰＳ車速算出部３１は、ＧＰＳ信号に基づいて車速を計測する。本実施形態では、ＧＰＳ衛星から出力されている搬送波のドップラー効果から高精度、かつ、短周期に車速が計測される。また、ＧＰＳ信号に基づいて車速を計測する他形態として、算出した緯度、経度及び経過時間に基づいて計測する技術もある。

【0036】

図２に示すように、画像車速算出部３２は、路面１００の撮影画像に基づいて車速を計測する。画像車速算出部３２は、撮影画像のピクセル当たりの実際の長さを算出する実長さ算出部３２１を備える。また、画像車速算出部３２は、低速時速度算出部３２２と高速時速度算出部３２３とを備えている。

【0037】

実長さ算出部３２１は、１画素（１ピクセル）に対応する路面１００における実際の長さ（実長さ）を算出する。一般に、２つの撮影位置（間隔と姿勢は既知）に２つのカメラが配置されているとき、注目している同一の特徴領域までの距離ｄは、２つのカメラがそれぞれ撮影した２つのカメラ画像から求められる。具体的には、２つのカメラ間の基線（単に２つのカメラ同士を結んだ線）の長さと、カメラ画像において注目している同一の特徴領域に対する一方のカメラの主光線の角度α１と、他方のカメラの主光線の角度β１とから基線に対する距離ｄを得る。また、カメラの画角をθ、画像一辺の画素数Ｑとすれば、基線に対する距離ｄとともに１画素当たりの実際の長さｓが式（１）で求められる。

【0038】

ｓ＝２ｄ／Ｑ・ｔａｎ（θ／２）…（１）
これにより、車両１０が実際に移動した距離Ｌは、カメラ画像上での同一の特徴領域の移動量（画素数）Δｐと、式（１）に示される１画素当たりの実際の長さｓとの積（式（２））によって求められる。

【0039】

Ｌ＝Δｐ・ｓ…（２）
ここで、実長さ算出部３２１は、路面１００から第１カメラ２２及び第２カメラ２３までの高さ（距離ｄ）を、ステレオカメラ２１が撮影した第１カメラ画像ＰＣ１や第２カメラ画像ＰＣ２に対応付けた視差から取得する。実長さ算出部３２１は、取得した視差を距離ｄとして、式（１）に基づいて１画素の実長さを逐次定める。なお、第１カメラ画像ＰＣ１、第２カメラ画像ＰＣ２それぞれを取得したタイミングで相違する高さが得られたとき、一方の高さを採用してもよいし、平均値を採用するとより好ましい。

【0040】

また、実長さ算出部３２１は、同期モードで撮影された２つのカメラ画像における同一の特徴領域の位置に基づいて撮影画像の相対関係も算出する。重ね合わせた第１カメラ画像ＰＣ１と第２カメラ画像ＰＣ２とにおいて同一の特徴領域の間にある位置ずれが相対関係として算出される。

【0041】

低速時速度算出部３２２及び高速時速度算出部３２３は、特徴領域のトラッキングに基づき車速を計測する。トラッキングは、撮影タイミングの相違する２つの画像において同一位置を検出することであり、撮影タイミングの間に移動した相対的な移動量を取得可能にする。

【0042】

画像車速算出部３２は、車両１０の速度に応じて低速時速度算出部３２２及び高速時速度算出部３２３の一方を選択する。低速時速度算出部３２２は、高速時速度算出部３２３による速度検出よりも低速に対する速度検出精度が高い一方、ステレオカメラ２１の連写性能により測定可能な最高速度が制限される。高速時速度算出部３２３は、低速時速度算出部３２２による速度検出よりも速度検出精度が低いが、測定可能な最高速度がステレオカメラ２１の連写性能によって制限されない。そこで、画像車速算出部３２は、車速計測の際、車両１０が低速であるとき低速時速度算出部３２２を選択し、車両１０が高速であるとき高速時速度算出部３２３を選択する。なお、選択の判定に用いられる車速は、画像車速算出部３２で測定した車速でもよいし、車両１０が他の計測方法で測定した車速でもよい。

【0043】

図１，２，６及び７を参照して、詳述すると、画像車速算出部３２による車速計測では、異なるタイミングで撮影された２枚の画像Ｐ１１，Ｐ１２の両方に特徴領域ＴＰ等のトラッキングの対象となる同一の特徴領域が含まれる必要がある。車速が低ければ、特定の経過時間において両方に含まれる同一の特徴領域は多くなり、逆に、車速が高ければ、特定の経過時間において両方に含まれる同一の特徴領域が少なくなる。よって、車速が高くなることで２つの画像Ｐ１１，Ｐ１２での重複範囲が減少し、車速の計測精度が低下するおそれがある。仮に車速が高くなり、重複範囲がなくなると車速を計測できなくなる。車速が高くなったときは、重複範囲が得られるようにステレオカメラ２１のフレームレートを高くする必要や、低速時速度算出部３２２から高速時速度算出部３２３に切り替える必要がある。

【0044】

画像車速算出部３２は、車速が高いため、特徴領域ＴＰが低速時速度算出部３２２でトラッキングができなくても、高速時速度算出部３２３でトラッキングを可能にすることで画像車速を測定できる。

【0045】

画像車速算出部３２の選択の切替処理は、画像車速算出部３２による速度計測ができなくなるタイミングが生じたり、選択がハンチングしたりしないように処理される。例えば、画像車速算出部３２は、切り替え用の閾値である切替速度を同期モードによる速度計測が可能な上限値に基づいて定められる。なお、切替速度にヒステリシスを持たせることで、切替速度付近において切り替え処理の選択のハンチングが発生しないようにしてもよい。

【0046】

低速時速度算出部３２２は、所定の撮影間隔を有する２つの撮影タイミングで撮影された２つの画像における特徴領域ＴＰをトラッキングして得られた２つの像ＴＰ１，ＴＰ２の撮影画像上の移動距離（相対的な移動量）に基づいて画像車速を計測する。撮影間隔は、連続して撮影するときに１つ目を撮影してから２つ目を撮影するまでに要する時間であって、単位時間に撮影可能な画像の数で表される連写速度の逆数である。なお、低速時速度算出部３２２は、車速を、第１カメラ画像ＰＣ１、又は第２カメラ画像ＰＣ２、又は第１カメラ画像ＰＣ１と第２カメラ画像ＰＣ２とが組み合わされた画像のうち、いずれか一つの時間差のある２つの画像から算出できる。

【0047】

高速時速度算出部３２３は、所定の時間差で撮影された第１カメラ画像ＰＣ１と第２カメラ画像ＰＣ２とにおける特徴領域ＴＰをトラッキングして得られた２つの像ＴＰ１，ＴＰ２の撮影画像上の移動距離（相対的な移動量）に基づいて画像車速を計測する。高速時速度算出部３２３は、異なる撮影タイミングで、異なるカメラで撮影された第１カメラ画像ＰＣ１及び第２カメラ画像ＰＣ２を用いて車速を計測する。第１カメラ画像ＰＣ１及び第２カメラ画像ＰＣ２は、異なる位置に配置されたカメラで撮影されていることから、画像において同一の特徴領域ＴＰが撮影されている位置は相対関係に基づく位置ずれを有する。高速時速度算出部３２３は、相対関係を考慮して第１カメラ画像ＰＣ１及び第２カメラ画像ＰＣ２から車速を計測する。例えば、高速時速度算出部３２３は、相対関係で補正した第１カメラ画像ＰＣ１の特徴領域ＴＰの測定位置と、第２カメラ画像ＰＣ２の特徴領域ＴＰの測定位置との移動量に基づいて車速を計測する。

【0048】

従来、撮影画像に基づく速度計測は、計測可能な速度が撮影部の連写性能により制限されていた。この点、高速時速度算出部３２３は、連写性能によって計測速度が制限されない。これにより、カメラ性能によらず、カメラの撮影画像に基づいて車両１０の状態を計測できる。

【0049】

図１に示すように、タイミング設定部３３は、画像車速算出部３２からの指示に応じて、ステレオカメラ２１に同期モードと、非同期モードを設定する。同期モードは、第１カメラ２２と第２カメラ２３とが同じタイミングで撮影するモードである。非同期モードは、第１カメラ２２と第２カメラ２３とが所定の時間差を有するタイミングで撮影するモードである。

【0050】

信号処理部３０は、ＧＰＳ車速算出部３１が算出したＧＰＳ車速と、画像車速算出部３２による画像車速とのうち、いずれか一方の車速を選択する切替部３５を備える。
切替部３５は、所定の選択条件に基づいていずれか一方の車速を選択してもよいし、運転者等の指示に基づいていずれか一方の車速を選択してもよい。切替部３５は、ＧＰＳ車速が選択されない条件下においては、画像車速算出部３２による画像車速の計測を行う。例えば、ＧＰＳ車速の精度が低下するトンネルや遮蔽物の多い市街地等では画像車速算出部３２による画像速度の計測を行う。

【0051】

出力部４０は、切替部３５で選択された車速を外部へ出力する。なお、出力部４０から出力される画像車速は、車両１０の実路走行における走行評価の結果として測定装置に記憶されてもよい。また、表示装置等を介して車速を表示してもよい。

【0052】

図５～図８を参照して、低速時速度算出部３２２と高速時速度算出部３２３とについて詳述する。
図５（ａ），（ｂ）は、低速時における第１及び第２カメラ２２，２３の撮影タイミングｔ１１～ｔ１４，ｔ２１～ｔ２４と、高速時における第１及び第２カメラ２２，２３の撮影タイミングｔ１５～ｔ１８，ｔ２５～ｔ２８とを示している。

【0053】

図５（ａ），（ｂ）に示すように、車両１０が低速であるとき、低速時速度算出部３２２による速度計測が行われる。このとき、第１カメラ２２の各撮影タイミングｔ１１～ｔ１４と、第２カメラ２３の各撮影タイミングｔ２１～ｔ２４とは同じタイミングに設定される。この設定が同期モードである。一方、車両１０が高速であるとき、高速時速度算出部３２３による速度計測が行われる。このとき、第１カメラ２２の各撮影タイミングｔ１５～ｔ１８と、第２カメラ２３の各撮影タイミングｔ２５～ｔ２８とは全て又は一部のタイミングが相違するように設定される。この設定が非同期モードである。各撮影タイミングｔ１１～ｔ１８はそれぞれ、隣接する他のタイミングとの間に第１カメラ２２の連写性能を超えない時間間隔を有する。また、撮影タイミングｔ２１～ｔ２８はそれぞれ、隣接する他のタイミングとの間に第２カメラ２３の連写性能を超えない時間間隔を有する。

【0054】

このうち、同期モードでは、第１カメラ２２の各撮影タイミングｔ１１～ｔ１４と、第２カメラ２３の各撮影タイミングｔ２１～ｔ２４とは同時であって、それぞれのタイミングで組となる画像から高さの計測を行うことができる。

【0055】

一方、図５（ａ）に示す非同期モードでは、高さ測定を実施しない場合の撮影タイミングを示しており、第１カメラ２２には各撮影タイミングｔ１５～ｔ１８が設定され、第２カメラ２３には、各撮影タイミングｔ１５～ｔ１８から所定の時間差Δｔだけ遅延した各撮影タイミングｔ２５～ｔ２８が設定される。具体的には、撮影タイミングｔ２５は「ｔ２５＝ｔ１５＋Δｔ」であり、同様に、「ｔ２６＝ｔ１６＋Δｔ」、「ｔ２７＝ｔ１７＋Δｔ」、「ｔ２８＝ｔ１８＋Δｔ」である。

【0056】

また、図５（ｂ）に示す非同期モードでは、一部のタイミングで高さ測定を実施する場合の撮影タイミングを示している。第１カメラ２２には各撮影タイミングｔ１５～ｔ１８が設定される。第２カメラ２３には、高さ測定を行う撮影タイミングｔ２５，ｔ２７が第１カメラ２２の撮影タイミングｔ１５，ｔ１７と同時に設定される。一方、第２カメラ２３には、車速の計測を行う撮影タイミングｔ２６，ｔ２８が第１カメラ２２の撮影タイミングｔ１６，ｔ１８から所定の時間差Δｔだけ遅延した時刻で設定される。

【0057】

所定の時間差Δｔは、ステレオカメラ２１の最小の撮影間隔（最大の連写性能）で定まる時間間隔よりも短い時間である。例えば、２つの撮影タイミングｔ１５，ｔ１６が最小の時間間隔であるとき、所定の時間差Δｔは、最小の時間間隔よりも短い時間間隔を有する。これにより、撮影タイミングｔ１５における第１カメラ画像ＰＣ１と、撮影タイミングｔ２５における第２カメラ画像ＰＣ２との比較に基づいて、車両１０が高速で走行しているときの車速を計測できる。

【0058】

図６を参照して、低速時の車速計測について説明し、図７及び図８を参照して高速時の車速計測について説明する。
図６には、実長さ算出部３２１の実長さ算出処理や、低速時速度算出部３２２の速度計測を行うときの、ステレオカメラ２１で撮影した各画像Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ１２，Ｐ２２を示す。なお、第１カメラ２２が撮影した第１カメラ画像ＰＣ１のうち、最初の撮影タイミングｔ１１に撮影したものが画像Ｐ１１であり、最初の撮影タイミングｔ１１から所定時間経過後の撮影タイミングｔ１２に撮影したものが画像Ｐ１２である。同様に、第２カメラ２３が撮影した第２カメラ画像ＰＣ２のうち、最初の撮影タイミングｔ２１に撮影したものが画像Ｐ２１であり、最初の撮影タイミングｔ２１から所定時間経過後の撮影タイミングｔ２２に撮影したものが画像Ｐ２２である。なお、第１カメラ画像ＰＣ１と第２カメラ画像ＰＣ２とのそれぞれの撮影範囲には、第１カメラ２２と第２カメラ２３との間にある視差の影響により生じる距離ＰＡの相対位置のずれが生じる。よって、同じ撮影タイミングで撮影された第１カメラ画像ＰＣ１と第２カメラ画像ＰＣ２とは、路面１００にある同一の特徴領域ＴＰの像ＴＰ１が重なる態様で合わせられる。つまり、同じ撮影タイミングｔ１１，ｔ２１で撮影した２つの画像Ｐ１１，Ｐ２１を重ね合わせて１つの画像とし、撮影タイミングｔ１２，ｔ２２で撮影した２つの画像Ｐ１２，Ｐ２２を重ね合わせて１つの画像とすることもできる。なお、説明の便宜上、画像Ｐ１２，Ｐ２２には、最初の撮影タイミングｔ１１，ｔ２１で撮影された特徴領域ＴＰの像ＴＰ１が破線で示されている。また、視差を表す距離ＰＡは、第１カメラ２２と第２カメラ２３との相対的な位置関係が既知であれば、路面１００からのカメラの高さにより特定される。よって、カメラの高さは、同期モードの撮影画像の視差を表す距離ＰＡから算出できる。

【0059】

なお、以下、図６の説明では、説明の便宜上、第１カメラ２２で撮影された画像Ｐ１１，Ｐ１２を例にして説明する。撮影タイミングｔ１１では、特徴領域ＴＰの像ＴＰ１を含んでいる路面１００が撮影された画像Ｐ１１が得られ、撮影タイミングｔ１２では、特徴領域ＴＰの像ＴＰ２を含んでいる路面１００が撮影された画像Ｐ１２が得られる。

【0060】

画像Ｐ１２では、撮影タイミングｔ１１から撮影タイミングｔ１２の間に車両１０が移動した距離に応じて、特徴領域ＴＰの像ＴＰ１と像ＴＰ２との位置が撮影範囲内で移動している。２つの画像Ｐ１１，Ｐ１２の間で、２つの像ＴＰ１，ＴＰ２は横方向のピクセル変位Δｘ１と進行方向のピクセル変位Δｙ１とを有している。よって、車両１０の移動距離は、横方向が横方向のピクセル変位Δｘ１に実際の長さｓを掛けた値であり、進行方向が進行方向のピクセル変位Δｙ１に実際の長さｓを掛けた値である。車両１０の移動速度は、移動距離を撮影間隔で除した値である。画像車速算出部３２は、２つの２次元の画像Ｐ１１，Ｐ１２から特徴領域ＴＰの変位ベクトルや、路面１００に対する車両１０の速度ベクトルを算出する。

【0061】

図７に示すように、高速時速度算出部３２３が速度計測を行うとき、撮影タイミングｔ１５では、第１カメラ２２が路面１００を撮影した画像Ｐ１５が得られる。また、撮影タイミングｔ１５より所定の時間差Δｔだけ遅延した撮影タイミングｔ２５では、第２カメラ２３が路面１００を撮影した画像Ｐ２５が得られる。画像Ｐ１５は第１カメラ画像ＰＣ１であり、画像Ｐ２５は第２カメラ画像ＰＣ２である。図７では、画像Ｐ２５には、第２カメラ２３で撮影された路面１００上の特徴領域ＴＰの像ＴＰ２に加えて、予想されるカメラの高さに応じた視差を表す距離ＰＡを加味し、第１カメラ２２で撮影した画像Ｐ１５を重ねたときの特徴領域ＴＰの像ＴＰ１が破線で示されている。

【0062】

画像Ｐ２５では、特徴領域ＴＰの像ＴＰ２と、画像Ｐ１５の特徴領域ＴＰの像ＴＰ１との間に、視差が考慮された横方向のピクセル変位Δｘ５、及び進行方向のピクセル変位Δｙ５が得られる。つまり、画像上の車両１０の変位は、横方向のピクセル変位Δｘ５及び進行方向のピクセル変位Δｙ５である。よって、所定の時間差Δｔにおける車両１０の移動距離は、横方向が横方向のピクセル変位Δｘ５に実際の長さｓを掛けた値であり、進行方向が進行方向のピクセル変位Δｙ５に実際の長さｓを掛けた値である。この値から、車両１０の移動速度、変位ベクトルや速度ベクトルも算出できる。

【0063】

同様に、撮影タイミングｔ１６で得られた画像Ｐ１６及び撮影タイミングｔ２６で得られた画像Ｐ２６から、車両１０の変位である横方向のピクセル変位Δｘ６及び進行方向のピクセル変位Δｙ６が得られ、車速等を算出できる。

【0064】

図５（ｂ）に示すように、高速時に高さ測定も行うとき、同時である撮影タイミングｔ１５，ｔ２５のときと、同時である撮影タイミングｔ１７，ｔ２７のときとで高さ測定を行う。

【0065】

例えば、図８に示すように、ステレオカメラ２１で撮影した２つの２次元の画像Ｐ１５，Ｐ２５から特徴領域ＴＰの像ＴＰ１の距離ＰＡに基づいて高さ（実長さ）を算出する。
また、同時でない撮影タイミングｔ１６の画像Ｐ１６と撮影タイミングｔ２６の画像Ｐ２６とで車速の測定を行う。

【0066】

このとき、高さ測定から車速測定までの経過時間で高さが変化するおそれがあるため、車速測定の精度が多少低下する可能性はあるが、高速時に高さ測定と車速の測定とがステレオカメラ２１の撮影画像で行えるため利便性は高い。

【0067】

状態計測装置の速度計測の手順について図９～図１１のフローチャートを参照して説明する。なお、「ＧＰＳ車速」についての説明は割愛する。
まず、図９を参照して、画像車速の算出手順の概略について説明する。画像車速算出部３２は、画像車速の算出が開始されると初回速度算出処理を行う（図９のステップＳ１０）。初回速度算出処理では、概略的には、１ピクセル当たりの実長さ（実際の長さｓ）が算出されるとともに、撮影タイミングの相違する２つの画像において同一位置の相対的な移動量から車速を測定する。詳細には、初回速度算出処理は、後に説明する高速時速度算出処理（図９のステップＳ４０）と同じ処理であって、第１カメラ２２と第２カメラ２３の撮影タイミングについて、想定される速度域、あるいは最高の速度域を計測可能な時間差Δｔを用いて撮影した画像から速度算出する。

【0068】

次に、画像車速算出部３２は、車両１０の速度が所定値以下か否かを判定する（図９のステップＳ２０）。ここで所定値は、上述した切替速度である。つまり、画像車速算出部３２は、同期モード（低速時速度算出部３２２用）、及び、非同期モード（高速時速度算出部３２３用）のいずれか一方を車速に応じて撮影タイミングとして選択する。

【0069】

画像車速算出部３２は、車両１０の速度が所定値以下であると判定した場合（図９のステップＳ２０でＹＥＳ）、低速時速度算出部３２２で同期モードでの撮影画像に基づく低速時速度算出処理を行う（図９のステップＳ３０）。

【0070】

一方、画像車速算出部３２は、車両１０の速度が所定値よりも高いと判定した場合（図９のステップＳ２０でＮＯ）、高速時速度算出部３２３で非同期モードでの撮影画像に基づく高速時速度算出処理を行う（図９のステップＳ４０）。

【0071】

画像車速算出部３２は、低速時速度算出処理、又は、高速時速度算出処理が終了すると、画像車速の算出を終了するか、否かを判定する（図９のステップＳ５１）。画像車速算出部３２は、ＧＰＳ車速への切り替えが行われるときや、車両１０が駐車したとき等、画像車速の算出を終了すると判断した場合（図９のステップＳ５１でＹＥＳ）は画像車速の算出を終了する。

【0072】

画像車速算出部３２は、画像車速の算出を終了しないと判定した場合（図９のステップＳ５１でＮＯ）、車両１０の速度が所定値以下か否かの判定（図９のステップＳ２０）に処理を戻し、画像車速の算出を続ける。

【0073】

図１０に示すように、低速時速度算出処理では、実長さ算出部３２１が１ピクセル当たりの実際の長さｓを算出し、低速時速度算出部３２２が同期モードの撮影間隔で撮影した２つの画像に基づいて画像車速を算出する。

【0074】

画像車速算出部３２は、低速時速度算出処理が開始されると、第１カメラ２２と第２カメラ２３との撮影タイミングを同期モードに設定する撮影タイミング設定（同期モード）（図１０のステップＳ１１）を行う。また、撮影間隔も一定に定められる。画像車速算出部３２は、同期モードのステレオカメラ２１で路面１００を撮影する（同時）（図１０のステップＳ１２）。画像車速算出部３２は、撮影したカメラ画像に対して前処理（図１０のステップＳ１３）を行う。前処理は、各カメラ画像を、高さ測定やトラッキング等の画像処理に適した状態とする処理であり、例えば、ゲイン調整、歪み補正、ビニング、及び、トリミング等のうちの１つ又は複数の処理である。そして、画像車速算出部３２は、実長さ算出部３２１が第１カメラ画像ＰＣ１及び第２カメラ画像ＰＣ２から１ピクセル当たりの路面１００における実際の長さｓを算出する（図１０のステップＳ１４）。算出した実際の長さｓは、演算可能に一時記憶される。また、実長さ算出部３２１は、同期モードで撮影された測定位置に基づいて撮影画像の相対関係も算出される。

【0075】

また、画像車速算出部３２は、第１ステレオカメラ２１で撮影された画像Ｐ１１，Ｐ１２の各特徴領域ＴＰの像ＴＰ１，ＴＰ２の位置を特定する（図１０のステップＳ１５）。
そして、画像車速算出部３２は、撮影間隔を有する２つの画像（例えば、画像Ｐ１１，Ｐ１２）の各特徴領域ＴＰの像ＴＰ１，ＴＰ２の位置に基づいて速度ベクトルを算出する（図１０のステップＳ３１）。このとき、画像Ｐ１１は、メモリ上に保持した前回の撮影タイミングで得た画像である。これにより、低速時速度算出処理が完了する。

【0076】

図５（ｂ）の撮影タイミングを例にして、高速時速度算出処理を説明する。
図１１に示すように、高速時速度算出処理では、高速時速度算出部３２３が非同期モードで撮影した２つの画像に基づいて画像車速を計測する。なお、図１０に記載のステップと同様の処理には図１０に記載のステップ番号と同じステップ番号を付している。

【0077】

高速時速度算出処理が開始されると、画像車速算出部３２は、撮影タイミングを同期モードにする撮影タイミング設定（同期モード）（図１１のステップＳ１１）と、路面画像の撮影（同時）（図１１のステップＳ１２）と、撮影したカメラ画像に対して前処理（図１１のステップＳ１３）とを行う。そして、画像車速算出部３２は、実長さ算出部３２１が１ピクセル当たりの路面１００における実際の長さｓを算出する（図１１のステップＳ１４）。続いて、画像車速算出部３２は、撮影タイミングを非同期モードにする撮影タイミング設定（非同期モード）（図１１のステップＳ４１）と、第１カメラ２２と第２カメラ２３とで時間差を有する路面１００の画像撮影（時間差）（図１１のステップＳ４２）とを行う。また、画像車速算出部３２は、撮影したカメラ画像に対して前処理（図１１のステップＳ４３）を行う。なお、ステップＳ４３の前処理は、ステップＳ１３の前処理と同様の処理を含んでいる。また、画像車速算出部３２は、第１ステレオカメラ２１で撮影された画像Ｐ１６，Ｐ２６の各特徴領域ＴＰの像ＴＰ１，ＴＰ２の位置を特定する（図１１のステップＳ４４）。そして、画像車速算出部３２は、所定の時間差を有する２つの画像（例えば、画像Ｐ１６，Ｐ２６）の各特徴領域ＴＰの像ＴＰ１，ＴＰ２の位置に基づいて速度ベクトルを算出する（図１１のステップＳ４５）。画像車速算出部３２は、速度ベクトルを算出する際、２つの撮影画像における相対関係を考慮する。そして、高速時速度算出処理が完了する。

【0078】

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）車両１０の速度に応じて、連写性能により計測速度が制限される同期モードによる速度計測と、連写性能による計測速度の制限がない非同期モードによる速度計測とが選択できる。例えば、車速が高くて同期モードでは２つのカメラ画像にトラッキング対象となる同一の特徴領域が含まれず速度計測ができないとき、非同期モードによる速度計測を行うことができる。これにより、カメラ性能によらず、カメラの撮影画像に基づいて車両１０の速度を計測できる。

【0079】

（２）車両１０の速度に応じて同期モードと非同期モードとが選択されるので、車両１０の速度が高くなっても速度計測が連続して行われる。
（３）非同期モードにおいても、第１カメラ画像ＰＣ１及び第２カメラ画像ＰＣ２の撮影画像で重なる範囲の相対位置に基づいて速度ベクトルが取得可能になる。

【0080】

（４）第１カメラ画像ＰＣ１及び第２カメラ画像ＰＣ２の視差を相対関係として考慮するので、第１カメラ画像ＰＣ１及び第２カメラ画像ＰＣ２の撮影範囲にずれが生じても、速度計測が行える。

【0081】

（５）第１カメラ画像ＰＣ１及び第２カメラ画像ＰＣ２の視差が同期モードによる撮影で取得されるので、非同期モードのとき第１カメラ画像ＰＣ１及び第２カメラ画像ＰＣ２に基づく速度計測の精度が高くなる。

【0082】

（６）第１カメラ２２及び第２カメラ２３に生じる視差を相対関係として考慮して、第１カメラ画像ＰＣ１及び第２カメラ画像ＰＣ２から速度を計測することができる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。

【0083】

・上記実施形態では、第１カメラ２２と第２カメラ２３との２つのカメラで車速を測定する場合について例示した。しかし、これに限らず、３つのカメラを利用することで車速の測定精度を高めるようにしてもよい。

【0084】

図１２に示すように、第１カメラ２２、第２カメラ２３、及び第３カメラ２４を備えていてもよい。このとき、第１カメラ２２と第２カメラ２３とのセットで同期モードのステレオカメラ２１を構成し、第２カメラ２３と第３カメラ２４とのセットで非同期モードのステレオカメラ１２０を構成してもよい。カメラ３台使用でステレオカメラを２セットとする構成が得られる。

【0085】

すなわち、図１３に示すように、第１カメラ２２の各撮影タイミングｔ１１～ｔ１８と第２カメラ２３の各撮影タイミングｔ２１～ｔ２８とは同時である。一方、第３カメラ２４の各撮影タイミングｔ３１～ｔ３８は、第２カメラ２３の各撮影タイミングｔ２１～ｔ２８から所定の時間差Δｔだけ遅延したタイミングである。

【0086】

図１２に示すように、例えば、撮影タイミングｔ１５，ｔ２５で、第１カメラ２２が特徴領域ＴＰの像ＴＰ１を含んでいる路面１００を撮影した画像Ｐ１５と、第２カメラ２３が特徴領域ＴＰの像ＴＰ１を含んでいる路面１００を撮影した画像Ｐ２５とが取得される。撮影タイミングｔ３５で、第３カメラ２４が特徴領域ＴＰの像ＴＰ２を含んでいる路面１００を撮影した画像Ｐ３５が取得される。なお、画像Ｐ３５には、第３カメラ２４で撮影された特徴領域ＴＰの像ＴＰ２に加えて、第２カメラ２３で撮影された特徴領域ＴＰの像ＴＰ１が破線で示されている。

【0087】

撮影タイミングｔ１５，ｔ２５でのカメラの高さが、２つの画像Ｐ１５，Ｐ２５の間の横方向に生じる視差に対応する距離ＰＡ１に基づいて算出される。
また、撮影タイミングｔ３５でのカメラの高さが撮影タイミングｔ１５における高さから変化していないとして、２つの画像Ｐ２５，Ｐ３５の間の横方向に生じる視差に対応する距離ＰＡ２を撮影タイミングｔ１５における高さから算出することもできる。

【0088】

このようにすれば、車両１０の移動距離は、視差による距離ＰＡ２を考慮した画像Ｐ２５の特徴領域ＴＰの像ＴＰ１と、画像Ｐ３５の特徴領域ＴＰの像ＴＰ２とから得られる横方向のピクセル変位Δｘ５’と進行方向のピクセル変位Δｙ５’とに実際の長さｓを掛けた値として得られる。

【0089】

詳述すると、上記実施形態のようにカメラを３台使用することで、同期撮影による高さ情報取得と、非同期撮影による所定の時間差Δｔのある画像の取得とをカメラのフレームレートよりも早く設定することができて、高速度でも高性能なカメラを使用しない車速の測定が可能になる。別途高さを取得する手段がない場合、高速時は撮影タイミングを同期モードと非同期モードとを連続的に切り替えなければならないことにより速度のサンプルレートの低下が避けられない。また、非同期撮影時のカメラの高さとして、同期撮影のカメラの高さを使うため、車速の測定に誤差を生じるおそれもある。この点、この構成によれば、３つのカメラを利用することで同期モードと非同期モードの切り替えを不要としつつ、撮影タイミング毎に同期撮影と非同期撮影とを行うことができるため、速度のサンプルレートが低下しない。

【0090】

・上記実施形態では、ステレオカメラ２１がカメラ３台使用の２セットである場合について例示したが、これに限らず、ステレオカメラが複数台あってもよい。
図１４に示すように、状態計測装置１は、ステレオカメラ２１を第１ステレオカメラとしたとき、第２ステレオカメラ１２１をさらに備えている。第１ステレオカメラ２１は、第１カメラ２２及び第２カメラ２３を有し、第２ステレオカメラ１２１は、第１カメラ１２２及び第２カメラ１２３を有する。タイミング設定部３３は、第２ステレオカメラ１２１の第１カメラ１２２及び第２カメラ１２３にもそれぞれタイミング１２２Ｇ，１２３Ｇを設定することができる。このとき、第１ステレオカメラ２１及び第２ステレオカメラ１２１をそれぞれ同期モードに設定するとともに、第１ステレオカメラ２１の撮影タイミングと第２ステレオカメラ１２１の撮影タイミングとの間には非同期モードに対応する時間差を設ける。

【0091】

図１５に示すように、第１ステレオカメラ２１で撮影した画像Ｐ１５，Ｐ２５から第１カメラ２２と第２カメラ２３との視差を得る。次に、第２ステレオカメラ１２１で撮影した画像Ｐ３５，Ｐ４５から第１カメラ１２２と第２カメラ１２３との視差を得る。これにより、第１ステレオカメラ２１の第２カメラ２３と、第２ステレオカメラ１２１の第２カメラ１２３との間の視差ＰＤを算出することができる。他にも、第１ステレオカメラ２１に含まれるカメラと第２ステレオカメラ１２１に含まれるカメラとの間にも視差がある。よって、これらの各視差に起因する各差分以外の差分を車両１０の移動に伴う変位として得て、この変位に基づいて車両１０の速度を計測してもよい。

【0092】

図１５及び図１６に示すように、高速時速度算出処理では、画像車速算出部３２の高速時速度算出部３２３が非同期モードで撮影した複数の画像から選択した撮影タイミングの相違する２つの画像に基づいて画像車速を計測する。

【0093】

高速時速度算出処理が開始されると、画像車速算出部３２は、撮影タイミング設定（図１６のステップＳ６１）を行う。このとき、第１ステレオカメラ２１の第１カメラ２２と第２カメラ２３とに対しては同期モードが設定され、第２ステレオカメラ１２１の第１カメラ１２２と第２カメラ１２３に対しても同期モードが設定される。さらに、第１ステレオカメラ２１と第２ステレオカメラ１２１との間には非同期モードが設定される。

【0094】

画像車速算出部３２は、第１ステレオカメラ２１と第２ステレオカメラ１２１とで時間差を有する路面１００の画像の撮影（時間差）（図１６のステップＳ６２）を行う。例えば、第１ステレオカメラ２１は撮影タイミングｔ１５，ｔ２５で画像Ｐ１５，Ｐ２５を撮影し、第２ステレオカメラ１２１は撮影タイミングｔ３５，ｔ４５で画像Ｐ３５，Ｐ４５を撮影する。また、画像車速算出部３２は、撮影したカメラ画像に対して前処理（図１６のステップＳ６３）を行う。この前処理は、各画像に対して図１０に記載のステップＳ１３と同様の処理を行う。

【0095】

また、画像車速算出部３２は、画像Ｐ１５，Ｐ２５に基づいて第１ステレオカメラ２１の高さ等を算出し（図１６のステップＳ６４）、続いて画像Ｐ３５，Ｐ４５に基づいて第２ステレオカメラ１２１の高さ等を算出する（図１６のステップＳ６５）。また、画像車速算出部３２は、図１０のステップＳ１４と同様に、１ピクセル当たりの路面１００における実際の長さｓを算出する（図１６のステップＳ６６１）。

【0096】

そして、画像車速算出部３２は、第１ステレオカメラ２１で撮影された画像Ｐ１５、又は画像Ｐ２５の特徴領域ＴＰの像ＴＰ１の位置、及び第２ステレオカメラ１２１で撮影された画像Ｐ３５、又は画像Ｐ４５の特徴領域ＴＰの像ＴＰ２の位置を特定する（図１６のステップＳ６６）。各画像Ｐ１５，Ｐ２５，Ｐ３５，Ｐ４５において特徴領域ＴＰは、路面１００上の同一の領域である。

【0097】

第１ステレオカメラ２１と第２ステレオカメラ１２１とは、相対位置関係は既知である。よって、画像車速算出部３２は、画像Ｐ１５又は画像Ｐ２５に撮影されている特徴領域ＴＰの像ＴＰ１の位置と、画像Ｐ３５又は画像Ｐ４５に撮影されている特徴領域ＴＰの像ＴＰ２の位置とを比較して、各視差に起因する相対位置関係の相違以外として得られる車両１０の変位に基づいた速度ベクトルを算出する（図１６のステップＳ６７）。例えば、車両１０の変位が、横方向のピクセル変位Δｘ５”及び進行方向のピクセル変位Δｙ５”として取得される。よって、所定の時間差Δｔにおける車両１０の移動距離のうち横方向は横方向のピクセル変位Δｘ５”に実際の長さｓを掛けた値として得られ、進行方向は進行方向のピクセル変位Δｙ５”に実際の長さｓを掛けた値として得られる。そして、高速時速度算出処理が完了する。

【0098】

・車載制御装置２５は、信号処理部３０や、切替部３５や、出力部４０の処理を実行するプログラムを有するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等であってもよい。
また、一旦、記憶部３４に記憶した画像情報に基づいて事後に車速を計測してもよい。

【0099】

・上記実施形態では、第１カメラ２２及び第２カメラ２３が記憶部にタイミング２２Ｇ，２３Ｇを保持している場合を示した。これに限らず、ステレオカメラが全体として制御可能であったり、車載制御装置から制御可能であったりするならば、カメラにタイミングが保持されていなくてもよい。

【0100】

・上記実施形態では、状態計測装置１は、ＧＰＳ車速算出部３１と画像車速算出部３２とを備える場合を示した。これに限らず、状態計測装置は、ＧＰＳ車速算出部３１を備えていなくてもよい。

【0101】

・上記実施形態では、同期モードに基づく実長さ算出処理でステレオカメラ２１と路面１００との距離（高さ）を算出する場合を示した。これに限らず、高さが予め設定された値であってもよい。この場合、図５（ａ）の非同期モードであるときの撮影タイミングで速度ベクトルを計測することができる。

【0102】

・また、距離（高さ）は光学式の距離計、レーザ式の距離計、超音波式の距離計等で計測してもよい。この場合、図５（ａ）の非同期モードであるときの撮影タイミングで速度ベクトルを計測することができる。

【0103】

・上記実施形態では、相対関係が静的な視差である場合について例示した。しかし、相対関係は、同一の特徴領域を撮影した２つの撮影画像において、同一の特徴領域の撮影範囲における配置位置の相対関係として得られるものであれば、それが静的な視差に起因するものでなくてもよい。

【0104】

・上記実施形態では、相対関係とする距離ＰＡが横方向のピクセル変位である場合について例示した。しかしこれに限らず、相対関係は、進行方向のピクセル変位であってもよいし、横方向のピクセル変位及び進行方向のピクセル変位であってもよい。得られた相対関係で特徴領域を補正することで相対関係の影響を考慮して速度を計測できる。

【0105】

・上記実施形態では、同期モードのときの画像に基づいて、第１カメラ２２と第２カメラ２３との視差に起因する距離ＰＡを相対関係として計測する場合について例示した。しかしこれに限らず、移動面に対してカメラの高さや姿勢が変動しなければ相対関係を設定値としてもよい。

【0106】

・上記実施形態では、実長さ算出部３２１が路面１００における実際の長さと、２つの撮影画像の相対的な関係とをセットで算出する場合について例示した。しかしこれに限らず、実際の長さと、２つの撮影画像の相対的な関係とを必要に応じて別々に算出してもよい。

【0107】

・上記実施形態では、車速が切替速度以下にあるとき低速時速度算出部３２２で画像車速の計測を行い、車速が切替速度を超えると高速時速度算出部３２３で画像車速の計測を行う場合を示した。これに限らず、低速時速度算出部による画像車速の計測を行わず、高速時速度算出部による画像車速の計測のみを行ってもよい。

【0108】

例えば、ステレオカメラを速度計測以外にも利用するとき、通常の同期モードでの撮影画像は、速度計測以外に利用し、速度計測のときには非同期モードとするようにしてもよい。ステレオカメラは、速度計測以外にも路面状態の検査等に用いることができる。これにより、車両に設置されたステレオカメラを、カメラ性能によらず、カメラの撮影画像に基づいて移動体の状態を計測できる。

【0109】

・上記実施形態では、実長さ算出部３２１で１ピクセル当たりの実際の長さを測定する場合について例示したが、これに限らず、高さ変動が無いか、又は、小さければ、１ピクセル当たりの実際の長さが予め設定されていてもよい。

【0110】

・上記実施形態では、ステレオカメラ２１の光軸が路面１００に対して略垂直である場合を示した。これに限らず、ステレオカメラは、路面の模様をトラッキング可能な程度に撮影できれば、光軸が路面に対して略垂直ではなくてもよい。例えば、路面に対するカメラの光軸が、車両の前後方向に傾きを有していたり、車両の幅方向に傾きを有していたりしてもよい。こうした傾きによる影響は、傾きを考慮した演算処理等により適切に処理可能であり、傾きを補正する演算により垂直である場合と同様に処理できる。

【0111】

・ステレオカメラ２１は、車両１０の後部に設置される場合に限られず、路面１００の撮影が可能ならば車両１０の前方、車両１０の側方、車両１０の底面の少なくとも１か所に設けられていてもよい。

【0112】

・上記実施形態では、ステレオカメラ２１の２つのカメラは車幅方向にカメラ間隔を有して配置される場合を示したが、これに限らず、カメラの路面からの高さ及び車速を計測できれば、カメラが車長方向など、車幅方向以外にカメラ間隔を空けて配置されてもよい。

【0113】

・上記実施形態では、ステレオカメラ２１は、パッシブ型である場合を示した。これに限らず、ステレオカメラは、レーザ発振器から照射したレーザ光をカメラで受光し、この受光したレーザ光の変位に基づいて計測するアクティブ型であってもよい。

【0114】

・上記実施形態では、状態計測装置１は、車速を計測する場合を示したが、これに限らず、状態計測装置１は、車速に基づいて計測できる走行位置や加速度を計測してもよい。
・上記実施形態では、状態計測装置１は、車両１０の状態を計測する場合を示したが、これに限らず、状態計測装置１は、路面や床面等を移動する移動体の速度等の状態を計測してもよい。あるいは、状態計測装置１を床面等に設置し、状態計測装置１のカメラの撮影範囲を通過する車両１０の状態を計測してもよい。

【符号の説明】

【0115】

１…状態計測装置、１０…車両、２０…ＧＰＳアンテナ、２１…ステレオカメラ、２２…第１カメラ、２３…第２カメラ、２５…車載制御装置、３０…信号処理部、３１…ＧＰＳ車速算出部、３２…画像車速算出部、３３…タイミング設定部、３４…記憶部、３５…切替部、４０…出力部、１００…路面、１２１…ステレオカメラ、１２２…第１カメラ、１２３…第２カメラ、３２０…高さ算出部、３２１…実長さ算出部、３２２…低速時速度算出部、３２３…高速時速度算出部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】