JP2001116690A

JP2001116690A - 路面水分検知方法および路面水分検知装置

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Publication number: JP2001116690A
Application number: JP29646999A
Authority: JP
Inventors: Mashiki Ikegami; 真志樹池上; Michitaka Nami; 通隆波; Daisuke Tsutsumi; 大祐堤; Shinichi Nagao; 信一長尾; Kazuyuki Isoda; 和志磯田; Nobuhisa Watanabe; 伸央渡辺; Yasuyuki Murakami; 康之村上
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Hokkaido Electric Power Co Inc; Hokkaido Prefecture
Current assignee: Hokkaido Electric Power Co Inc; Hokkaido Prefecture; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2001-04-27
Anticipated expiration: 2019-10-19
Also published as: JP3314923B2

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的広領域の水分検知を可能とし、さら
に、水分が路面上のどの位置にどの程度の範囲で分布し
ているかの検知を可能とする。【解決手段】路面２０を映すカメラ１０は、水分に吸
収のある波長域の光に対して感度を有す。センサ１２
は、路面上の光強度を計測する。イメージディジタライ
ザ１４は、カメラから得た路面映像をディジタル画像
（被検知画像）に変換する。メモリ装置２８は、乾燥状
態のときに様々な明るさの撮像環境下で得た路面映像を
ディジタル画像に変換して記憶したデータベースを格納
する。基準画像出力装置３０は、センサの計測結果に応
じた画像をデータベースから読み出し、この画像自体
か、この画像を濃度変換した画像を、撮像環境の明るさ
がセンサの計測結果に一致する基準画像として出力す
る。対比処理装置３２は、送られた被検知画像の撮像環
境の明るさに応じた基準画像を基準画像出力装置から受
け取り、被検知画像と対比する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、道路の凍結状態
やロードヒーティング状態を監視するために路面上の水
分を検知する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、路面水分検知方法として、１）道
路上に設けられた電極間の水分を電気抵抗値の変化とし
てとらえる水分電極方式（株式会社チノーや古河電工株
式会社など）や、２）路面に赤外光を投光し、その拡散
光と反射光とをフォトダイオードにより受光して路面水
分の検知に利用する方式（小糸工業株式会社）などがす
でに実用化されている。

【０００３】また、これらの他にも、３）ＣＣＤカメラ
からの色信号比（Ｒ、Ｇ、Ｂ信号比）により検知する方
式や、４）路面の形状特徴量を利用するパターンマッチ
ングによる検知方式（1995年電子情報通信学会ソサイエ
ティ大会,pp.316-317,1995.）や、５）ＣＣＤカメラか
ら得られる輝度信号を用いて、路面の光沢度から検知す
る方式（電子情報通信学会論文誌,vol.181-D-II,No.10,
pp.2301-2310,Oct.1998.）や、６）水平および垂直方向
の偏光フィルタを付けたレンズを通してカメラによりと
らえ、その垂直偏光成分と水平偏光成分との差から検知
する方式（照明学会誌,vol.66,no.10,pp.450-454,198
2.）がある。

【０００４】さらに、７）２台の発光器を正反射および
乱反射が生じるようにそれぞれ設置し、その正反射光と
乱反射光とを１台の受光器で受光することにより路面の
水分を検知する方法（特開平８−３１３４３５）があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た１）および２）の方式では、カメラで観測されるよう
な２次元の広領域を検知することはできず、基本的には
点状領域、あるいは、フォトダイオードにより受光可能
な小領域が検知できるに過ぎない。そのため、例えばロ
ードヒーティング領域のすべてを検知するには、上記方
式で用いられるセンサを多数用意することが必要であ
り、経済的ではない。また、センサの設置位置も限られ
るので、全範囲を検知することは難しい。さらに、上述
の水分電極方式は、価格的には比較的安価であるが、凍
結氷が路面から浮いた状態で張った場合にはこれを検知
することができない。

【０００６】また、上述した３）ないし６）の方式で
は、いずれも、検出精度に問題があったり、複数台のカ
メラが必要なためにシステムが複雑化するなどの問題を
内在しており、道路での実用化には至っていない。

【０００７】そして、上述した７）の方法では、計測領
域の大きさに限界があり、２次元の広領域を検知するこ
とはできず、また、この方法ではどこにどの程度の水分
が分布しているのかも分からない。

【０００８】したがって、従来より、比較的広領域の水
分検知を可能とし、しかも、水分が路面上のどの位置に
どの程度の範囲で分布しているかを検知することができ
る路面水分検知方法の出現が望まれていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、この出願に係る
発明の路面水分検知方法によれば、水分に吸収のある波
長域の光に対して感度を有するカメラにより、被検知対
象の路面を映して得た路面映像を処理して、この路面上
の水分の有無を検知する路面水分検知方法であって、水
分検知時に得た路面映像をディジタル画像に変換したも
のを被検知画像として取得するとともに、路面上の光強
度を撮像環境の明るさとしてセンサにより計測するステ
ップと、路面が乾燥した状態のときに様々な明るさの撮
像環境下で得た複数の路面映像をそれぞれディジタル画
像に変換してあらかじめ記憶させたデータベースから、
所定の画像を選出し、この選出した画像自体かあるいは
選出した画像に濃度変換を施して得た画像を、撮像環境
の明るさがセンサの計測結果に実質的に一致する基準画
像として得るステップと、基準画像と被検知画像との対
比処理を行って、路面上の水分の有無を検知するステッ
プとを含むことを特徴とする。

【００１０】このように、水分に吸収のある波長域の光
に対して感度を有するカメラで路面上の映像をとらえ、
その映像に基づくディジタル画像（被検知画像）を処理
する。上述の被検知画像は、水分が存在する部分は暗
く、水分が存在しない乾燥した部分は、たとえ路面が光
を吸収しやすいアスファルト面であっても、水分が存在
する部分よりも明るい。したがって、検知領域内に部分
的に水分が存在する場合には水分の有無を容易に知るこ
とができる。

【００１１】しかし、このままでは、検知領域の全面に
水分が存在するときの画像や、検知領域の全面が乾燥し
た状態の画像から、水分の有無を判断することができな
い。その理由は、画像の明るさ（濃度）が撮像環境の明
るさに応じて変化するためである。例えば、太陽光の光
強度に応じて路面上の水分からの反射光が変動するた
め、前者の画像は夜間時における後者の画像よりも明る
くなる場合がある。

【００１２】そこで、この発明では、被検知画像を撮像
環境の明るさに応じた基準画像と対比させるようにして
いる。そのため、様々な明るさの撮像環境下でとらえた
乾燥した路面の映像を用意して、各映像をそれぞれディ
ジタル画像化し、その各々を撮像時の明るさに対応させ
て記憶したデータベースを用いている。このデータベー
スから、撮像環境の明るさが被検知画像の撮像時の明る
さに一致する画像（基準画像）が得られるので、この画
像と被検知画像とを対比させれば、撮像環境の明るさの
影響は除去できる。つまり、検知領域の全面に水分が存
在するときの画像は基準画像と明るさが異なり、検知領
域の全面が乾燥した状態の画像は基準画像と明るさが同
じになるので、水分の有無を検知することが可能にな
る。

【００１３】また、このような方法は検知領域内に部分
的に水分が存在する場合に対しても有効であり、より高
い精度で水分の有無や分布範囲を検知することができ
る。

【００１４】よって、この発明によれば、水分が路面上
のどの位置にどの程度の範囲で分布しているかを比較的
高精度に検知することができ、ロードヒーティング路面
の制御情報や道路面の凍結情報を正確に提供することが
可能になる。また、カメラを用いているため、従来に比
べて検知領域は著しく拡大される。

【００１５】この発明の路面水分検知方法において、好
ましくは、乾燥した状態の路面映像を水分検知時と同じ
位置に設置された同じカメラから得るとともに、このと
きの撮像環境の明るさを水分検知時と同じ位置に設置さ
れた同じセンサにより計測すると良い。

【００１６】また、この発明の路面水分検知方法におい
て、好ましくは、前述の対比処理では、基準画像と被検
知画像との差分画像を作成し、この差分画像を２値化す
ると良い。

【００１７】また、この発明の路面水分検知方法におい
て、好ましくは、前述の対比処理では、基準画像と被検
知画像との双方のノイズ除去処理を行い、これらノイズ
除去処理済の画像間の差分画像を作成し、この差分画像
を２値化すると良い。

【００１８】また、この発明の路面水分検知方法におい
て、好ましくは、前述の対比処理では、基準画像と被検
知画像との双方のノイズ除去処理を行い、これらノイズ
除去処理済の画像の濃度拡張処理を行った後、これら濃
度拡張処理済の画像間の差分画像を作成し、この差分画
像を２値化すると良い。

【００１９】また、この発明の路面水分検知方法におい
て、好ましくは、前述の対比処理では、基準画像と被検
知画像との双方の濃度拡張処理を行い、これら濃度拡張
処理済の画像のノイズ除去処理を行った後、これらノイ
ズ除去処理済の画像間の差分画像を作成し、この差分画
像を２値化すると良い。

【００２０】また、この発明の路面水分検知方法におい
て、好ましくは、前述のカメラは、前述の波長域の光を
選択的に透過させるバンドパスフィルタを通して前述の
路面を撮像すると良い。

【００２１】また、この発明の路面水分検知方法におい
て、好ましくは、前述のセンサは、前述の波長域の光に
対して感度を有するセンサであり、前述の路面上に配置
されると良い。

【００２２】また、この発明の路面水分検知方法におい
て、好ましくは、路面の撮像時に、路面に対して、水分
に吸収のある波長域の光を投光器により照射すると良
い。

【００２３】また、この出願に係る発明の路面水分検知
装置によれば、被検知対象の路面を映すカメラから得た
路面映像を用いて路面上の水分の有無を検知する路面水
分検知装置であって、水分に吸収のある波長域の光に対
して感度を有する前述のカメラと、路面上の光強度を撮
像環境の明るさとして計測するセンサと、カメラから得
られた路面映像をディジタル画像に変換するイメージデ
ィジタライザと、路面が乾燥した状態のときに様々な明
るさの撮像環境下で得た複数の路面映像をそれぞれディ
ジタル画像に変換して記憶したデータベースを格納する
メモリ装置と、センサの計測結果に応じた所定の画像を
データベースから読み出し、この読み出した画像自体か
あるいは読み出した画像に濃度変換を施して得た画像
を、撮像環境の明るさがセンサの計測結果に実質的に一
致する基準画像として出力する基準画像出力装置と、イ
メージディジタライザから出力されたディジタル画像が
被検知画像として送られると、この被検知画像の撮像環
境の明るさに応じた基準画像を基準画像出力装置から受
け取って、この基準画像と被検知画像との対比処理を行
う対比処理装置とを具えることを特徴とする。

【００２４】このような路面水分検知装置は、水分が路
面上のどの位置にどの程度の範囲で分布しているかを比
較的高精度に検知することができ、ロードヒーティング
路面の制御情報や道路面の凍結情報を正確に提供するこ
とができる。また、カメラを用いているため、従来に比
べて検知領域は著しく拡大される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。なお、図は、この発明が理
解できる程度に形状および配置関係を概略的に示してい
るに過ぎない。また、以下に記載される数値等の条件は
単なる一例に過ぎない。よって、この発明は、この実施
の形態に何ら限定されることがない。

【００２６】図１は、この実施の形態の路面水分検知装
置の構成を示す図である。図１に示す装置は、カメラ１
０と、センサ１２と、イメージディジタライザ１４と、
画像処理装置１６と、投光器１８ａおよび１８ｂと、デ
ィスプレイ装置３４とを具えている。この構成によれ
ば、被検知対象の路面２０を映すカメラ１０から路面映
像が得られ、この路面映像はイメージディジタライザ１
４によりディジタル画像に変換される。そして、この画
像とセンサ１２の計測結果とは画像処理装置１６により
処理され、その結果、路面２０上の水分２２の存在が検
知される。

【００２７】上述のカメラ１０は、水分に吸収のある波
長域の光に対して感度を有するカメラであり、この例で
は、このカメラ１０として赤外線カメラが用いられる。
カメラ１０は、被検知対象の路面２０の上方に設置さ
れ、例えばカメラ１０の光軸は鉛直方向に一致した状態
に配向される。このカメラ１０のγ係数は１であり、こ
のカメラ１０に入射光が無いときの出力映像の濃淡値は
「０」である。

【００２８】また、このカメラ１０は、上述した波長域
の光を選択的に透過させるバンドパスフィルタ４４を通
して路面２０を撮像するように構成されている。すなわ
ち、カメラ１０のレンズ系にバンドパスフィルタ４４が
組み込まれている。したがって、カメラ１０によりとら
えられた路面映像は、上述した波長域の光により形成さ
れる像である。

【００２９】また、上述のセンサ１２は、路面２０上の
光強度を撮像環境の明るさとして計測するものであり、
水分に吸収のある波長域の光に対して感度を有してい
る。このセンサ１２は、路面上に配置されるのが好適で
ある。

【００３０】また、イメージディジタライザ１４は、カ
メラ１０から得られた路面映像（アナログ映像）をディ
ジタル画像に変換するものである。このイメージディジ
タライザ１４は、サンプリング部２４とＡ／Ｄ変換部２
６とを具えている。カメラ１０からの路面映像はサンプ
リング部２４によって空間的に標本化され、すなわち所
定数の画素に分解され、さらに、Ａ／Ｄ変換部２６によ
り量子化されて、画素の値すなわち濃度値が決定され
る。

【００３１】また、画像処理装置１６は、メモリ装置２
８、基準画像出力装置３０および対比処理装置３２を具
えている。これら各装置は、メモリ装置、入出力装置お
よびＣＰＵ（中央演算処理装置）を含むいわゆるコンピ
ュータ装置として構成しても良い。このように構成した
ときには、上述したメモリ装置２８、基準画像出力装置
３０および対比処理装置３２の各々の動作やこれらの間
におけるデータ送受のタイミングなどが、不図示のＣＰ
Ｕによって制御される。

【００３２】上述したメモリ装置２８は、あらかじめ作
成したデータベースを格納しておくためのものである。
このデータベースは、路面２０が乾燥した状態のときに
様々な明るさの撮像環境下で得た複数の路面映像をそれ
ぞれディジタル画像に変換して記憶したものである。し
たがって、メモリ装置２８内には、複数のディジタル画
像がそれぞれ撮像環境の明るさに対応付けされた状態で
保存されている。メモリ装置２８内に記憶された画像
は、カメラ１０によりとらえられた映像に基づくディジ
タル画像である。また、メモリ装置２８内に撮像環境の
明るさとして記憶された値は、上述したセンサ１２によ
り計測された光強度の値に相当する。この値が指定され
ると、それに対応する画像がデータベースから読み出さ
れる。

【００３３】図２は、データベースの内容を示す表であ
る。この例のデータベースには、ｎ個（ｎは自然数）の
画像が含まれている。表の第１欄にはセンサ１２により
計測された光強度の値λ₁ 〜λ_n が示されており、表の
第２欄には画像Ｑ₁ （ｉ，ｊ）〜Ｑ_n （ｉ，ｊ）が示さ
れている。各画像Ｑ₁ （ｉ，ｊ）〜Ｑ_n （ｉ，ｊ）は、
それぞれ光強度の値λ₁ 〜λ_n に対応付けされている。
つまり、例えば画像Ｑ ₁ （ｉ，ｊ）は、光強度の値λ₁
の撮像環境の下で得られた映像に基づくディジタル画像
である。

【００３４】次に、上述の基準画像出力装置３０につい
て説明する。この基準画像出力装置３０は、センサ１２
から水分検知時における計測結果が入力されると、その
値に応じた所定の画像をメモリ装置２８内のデータベー
スから読み出す。そして、この読み出した画像自体かあ
るいは読み出した画像に濃度変換を施して得た画像を、
撮像環境の明るさがセンサ１２の計測結果に実質的に一
致する基準画像として出力する。つまり、基準画像出力
装置３０は、センサ１２の計測結果の値に一致する値が
データベースにあるときは、その値に対応する画像を基
準画像として出力する。一方、基準画像出力装置３０
は、センサ１２の計測結果の値に一致する値がデータベ
ースにないときは、その値に好ましくは最も近い値をデ
ータベースから検索し、その検索した値に応じた画像を
データベースから読み出し、さらに、読み出した画像に
濃度変換処理を施したものを基準画像として出力する。
この濃度変換処理は、データベースから読み出した画像
の濃度がセンサ１２の計測結果に対応する撮像環境の明
るさの下で得た映像の明るさに等しくなるように行われ
る。基準画像出力装置３０から出力された基準画像は、
上述の対比処理装置３２に送られる。

【００３５】ここで、上述の濃度変換処理につき説明す
る。この例では、上述のカメラ１０のγ係数が１であ
り、カメラ１０の、入射光が無いときの出力映像の濃淡
値が「０」であるから、濃度変換後の画像すなわち基準
画像は下記に示す（１）式で表される線形補間により求
めることができる。

【００３６】なお、（１）式において、求めたい基準画
像の２次元配列を記号Ｆ（ｉ，ｊ）で表している。記号
ｉおよびｊは、ディジタル画像の行列表現をＦＯＲＴＲ
ＡＮ型としたときの２次元配列における第１および第２
添字をそれぞれ表している。画像の大きさをＭ×Ｎ画素
（ＭおよびＮは自然数）とすると、１≦ｉ≦Ｍ、１≦ｊ
≦Ｎとなる。また、センサ１２により計測される光強度
の値を記号ａ（Ｗ／ｍ ² ）により表し、データベースに
記録されている光強度の値を記号ｂ（Ｗ／ｍ²）により
表す。さらに、光強度ｂに対応付けられたデータベース
中の画像を記号Ｑ（ｉ，ｊ）によって表す。

【００３７】Ｆ（ｉ，ｊ）＝（ａ／ｂ）・Ｑ（ｉ，ｊ）・・・（１）例えば、メモリ装置２８内に図２に示したデータベース
が格納されている場合において、センサ１２により計測
された光強度の値ａがλ₁ ＜ａ＜λ₂ であるときには、
基準画像Ｆ（ｉ，ｊ）は次式（２）または（３）に従い
求めることができる。

【００３８】Ｆ（ｉ，ｊ）＝（ａ／λ₁ ）・Ｑ₁ （ｉ，ｊ）・・・（２）Ｆ（ｉ，ｊ）＝（ａ／λ₂ ）・Ｑ₂ （ｉ，ｊ）・・・（３）次に、上述の対比処理装置３２につき説明する。この対
比処理装置３２は、イメージディジタライザ１４から出
力されたディジタル画像が被検知画像として送られる
と、この被検知画像の撮像環境の明るさに応じた基準画
像を基準画像出力装置３０から受け取り、この基準画像
と被検知画像との対比処理を行う。その結果、基準画像
と被検知画像との相違点が検出され、水分の有無や分布
位置が検知される。

【００３９】この例の対比処理装置３２は、ノイズ除去
処理部３６、濃度拡張処理部３８、差分画像作成部４０
および２値化処理部４２から構成されている。イメージ
ディジタライザ１４からの被検知画像と、基準画像出力
装置３０からの基準画像とは、ノイズ除去処理部３６に
入力される。このノイズ除去処理部３６は、基準画像と
被検知画像との双方のノイズ除去処理を行う。このよう
なノイズ除去処理は、一般的な平滑化フィルタにより実
現される。濃度拡張処理部３８は、ノイズ除去処理部３
６から送られたノイズ除去処理済の画像の濃度拡張処理
を行う。すなわち、例えば、画像の濃度値の範囲が最小
濃度値から最大濃度値まで線形的に拡張される。この結
果、画像のコントラストが明瞭になる。差分画像作成部
４０は、濃度拡張処理部３８から送られた濃度拡張処理
済の画像間の差分画像を作成する。２値化処理部４２
は、差分画像作成部４０から送られた差分画像を２値化
して２値画像を作成する。

【００４０】以上説明した画像処理装置１６により処理
される画像や処理後の画像などは、ディスプレイ装置３
４に映し出すことができる。例えば、上述した基準画像
や被検知画像や差分画像や２値画像などをディスプレイ
装置３４に表示させることができる。

【００４１】また、投光器１８ａおよび１８ｂは、それ
ぞれ水分に吸収のある波長域の光を路面２０に対して照
射するものである。この例の投光器１８ａおよび１８ｂ
は、路面２０に対して斜め方向からそれぞれ投光を行う
ように配置されている。このような投光器１８ａおよび
１８ｂを用いると、カメラ１０によりとらえられる路面
２０上の水分２２の像がより鮮明化される。

【００４２】ここで、メモリ装置２８内に格納されるデ
ータベースの作成方法について説明する。このデータベ
ースの作成方法としては、以下に説明する３つの方法の
うちのいずれかが用いられる。

【００４３】１）図１に示すカメラ１０により、太陽光
が無い夜間から太陽光が降り注ぐ日中までの段階的に明
るさが変化する撮像環境の下で、乾燥した路面の映像を
とらえる。このとき、投光器１８ａおよび１８ｂによ
り、路面２０に対して所定の光を照射しておく。これら
路面映像をイメージディジタライザ１４によってディジ
タル化し、撮像環境の明るさに対応付けてメモリ装置２
８に記録する。撮像環境の明るさとは、図１に示すセン
サ１２により計測された路面２０上の光強度の値であ
る。

【００４４】２）１）と同じであるが、撮像環境の明る
さとして、図１に示すセンサ１２により計測された路面
２０上の光強度の値から、投光器１８ａおよび１８ｂに
より照射される光の光強度の値を差し引いた値が用いら
れる。

【００４５】３）図１に示す光学系（カメラ１０、セン
サ１２、投光器１８ａおよび１８ｂ）を暗室などの中に
置き、実際の撮像時と同じ配置および同じ向きに設置す
る。このとき、投光器１８ａおよび１８ｂにより、路面
２０に対して所定の光を照射しておく。そして、路面か
ら所定の距離だけ離れた位置に白色光源ランプを設置し
て、センサ１２により計測されるこのランプからの光の
強度が、太陽光が無い夜間時にセンサ１２で計測される
光の強度に一致するようになし、かつ、このランプから
の光が平行光に近い状態になるように路面２０に対し投
光する。そして、このときの乾燥した路面２０をカメラ
１０により撮像する。次に、センサ１２により計測され
る上述の白色光源ランプからの光の強度が、太陽光の降
り注ぐ日中にセンサ１２で計測される光の強度に一致す
るように調整して、このときの乾燥した路面をカメラ１
０により撮像する。これら撮像した路面映像はイメージ
ディジタライザ１４によってディジタル化される。この
ような両極端の明るさの画像が得られると、その中間の
明るさの画像は上述した濃度変換処理によって求めるこ
とができる。その結果、ある一定の光強度の間隔で明る
さが変化する画像群が求められ、これら画像が撮像環境
の明るさに対応付けされてメモリ装置２８に記録され
る。

【００４６】以上説明したように、上記１）ないし３）
の方法により得られたデータベースは、基本的には、図
２に示したデータベースのようになる。すなわち、段階
的に変化する光強度の値λ₁ 〜λ_n に対して、乾燥した
路面の画像Ｑ₁ （ｉ，ｊ）〜Ｑ_n （ｉ，ｊ）がそれぞれ
対応付けされている。

【００４７】次に、この実施の形態の路面水分検知装置
の動作内容および動作手順につき、図３を参照して説明
する。図３は、路面水分検知装置の動作フローを示すフ
ローチャートである。また、図４ないし図１０の各図も
あわせて参照する。図４は、この例で用いられるデータ
ベースの内容を示す表である。図５ないし図１０は、そ
れぞれカメラ１０で得られた路面映像に基づく画像を示
した図である。

【００４８】最初に、この例で用いられるデータベース
につき説明する。この例では、図４に示されたデータベ
ースがメモリ装置２８内に格納されて使用される。この
例のデータベースには、２０個の画像が含まれている。
表の第１欄にはセンサ１２により計測された光強度の値
がＷ／ｍ² 単位で示されており、０．０Ｗ／ｍ² および
９５０．０Ｗ／ｍ² と、０．０Ｗ／ｍ² から９５０．０
Ｗ／ｍ² までの間の５０Ｗ／ｍ² おきの値とが記録され
ている。すなわち、０．０Ｗ／ｍ² 、５０．０Ｗ／ｍ
² 、１００．０Ｗ／ｍ² 、・・・、９００．０Ｗ／ｍ
² 、９５０．０Ｗ／ｍ² という２０個の値が記録されて
いる。また、表の第２欄には乾燥した路面の映像に基づ
く画像Ｑ₁ （ｉ，ｊ）〜Ｑ₂₀（ｉ，ｊ）が示されてい
る。各画像Ｑ₁（ｉ，ｊ）〜Ｑ₂₀（ｉ，ｊ）は、それぞ
れ０．０Ｗ／ｍ² から９５０．０Ｗ／ｍ ² までの光強度
の値に順次に対応付けされている。すなわち、画像Ｑ₁
（ｉ，ｊ）から画像Ｑ₂₀（ｉ，ｊ）の順に対応する光強
度の値が増大する。例えば、画像Ｑ₁ （ｉ，ｊ）は、
０．０Ｗ／ｍ² の光強度値の撮像環境の下で得られた映
像に基づくディジタル画像である。また、画像Ｑ
₂₀（ｉ，ｊ）は、９５０．０Ｗ／ｍ ² の光強度値の撮像
環境の下で得られた映像に基づくディジタル画像であ
る。

【００４９】さらに、画像Ｑ₁ （ｉ，ｊ）〜Ｑ₂₀（ｉ，
ｊ）の各々の大きさは、５１２×５１２であり、１画素
８ビットとする。以下、検知手順につき順次に説明す
る。

【００５０】まず、カメラ１０によりとらえた路面２０
の映像を画像処理装置１６に取り込むとともに、路面２
０上の光強度をセンサ１２により計測する（図３のＳ
１）。カメラ１０から得られた路面映像は、イメージデ
ィジタライザ１４によりディジタル画像に変換された
後、被検知画像として画像処理装置１６内の対比処理装
置３２に取り込まれる。図５には、画像処理装置１６に
取り込まれた被検知画像４６が示されている。被検知画
像４６中、２つの楕円形領域がそれぞれ水分像４８（図
１に示す水分２２の像）であり、その背景領域は路面像
５０（図１に示す路面２０の像）である。また、被検知
画像４６中の多数の黒点はノイズ５２を表している。

【００５１】また、センサ１２で計測された路面２０上
の光強度の値は、撮像環境の明るさとして画像処理装置
１６内の基準画像出力装置３０に送られる。基準画像出
力装置３０は、センサ１２からの計測結果に応じた所定
の画像をメモリ装置２８内のデータベースから読み出す
（図３のＳ２）。

【００５２】例えば、センサ１２により計測された光強
度値が８０．０Ｗ／ｍ² であるとする。この値は、図４
のデータベース中には無いので、基準画像出力装置３０
は、データベース中の８０．０Ｗ／ｍ² の値に最も近い
光強度値である１００．０Ｗ／ｍ² を検索する。そし
て、基準画像出力装置３０は、この検索した光強度値に
対応する画像Ｑ₃ （ｉ，ｊ）をデータベースから読み出
す。

【００５３】そして、基準画像出力装置３０は、画像Ｑ
₃ （ｉ，ｊ）に対して下式（４）に従って補間を行い、
基準画像Ｆ（ｉ，ｊ）を求める（図３のＳ３）。

【００５４】Ｆ（ｉ，ｊ）＝（８０．０／１００．０）・Ｑ₃ （ｉ，ｊ）・・・（４）なお、記号ｉおよびｊは、１≦ｉ≦５１２、１≦ｊ≦５
１２を満足する整数である。

【００５５】図６には、上述した処理により求めた基準
画像Ｆ（ｉ，ｊ）（図６中の基準画像５４）が示されて
いる。この基準画像５４中には、乾燥した路面２０の路
面像５６が映っている。この路面像５６の部分の濃度値
は、被検知画像４６における路面像５０の部分の濃度値
に一致している。また、基準画像５４中の多数の黒点は
ノイズ５８を表している。

【００５６】続いて、求めた基準画像は、被検知画像と
同様に対比処理装置３２に送られる。そして、対比処理
装置３２は、基準画像と被検知画像との対比処理を行
う。まず、基準画像および被検知画像は、ノイズ除去処
理部３６に送られてノイズ除去処理を受ける（図３のＳ
４）。続いて、基準画像および被検知画像は、濃度拡張
処理部３８に送られて濃度拡張処理を受ける（図３のＳ
５）。図７には、ノイズ除去および濃度拡張後の被検知
画像４６ａが示されている。図８には、ノイズ除去およ
び濃度拡張後の基準画像５４ａが示されている。図７お
よび図８に示すように、被検知画像４６ａおよび基準画
像５４ａの双方ともノイズが除去されている。また、図
７の被検知画像４６ａでは、水分像４８ａと路面像５０
ａとの濃度差が拡張されて明瞭化されている。基準画像
５４ａ中の路面像５６ａの濃度値は、被検知画像４６ａ
中の路面像５０ａの濃度値に一致している。

【００５７】次に、基準画像および被検知画像は差分画
像作成部４０に送られる。差分画像作成部４０は、基準
画像および被検知画像の差分をとり、差分画像を作成す
る（図３のＳ６）。例えば、基準画像および被検知画像
をそれぞれ記号Ｆ（ｉ，ｊ）およびＰ（ｉ，ｊ）で表す
と、差分画像Ｒ（ｉ，ｊ）は次式（５）に従い得ること
ができる。

【００５８】Ｒ（ｉ，ｊ）＝｜Ｐ（ｉ，ｊ）−Ｆ（ｉ，ｊ）｜・・・（５）図９には、求めた差分画像６０が示されている。このよ
うに差分をとることで、投光器１８ａおよび１８ｂによ
る投光面の中心部から周辺にわたる光の強弱に基づくム
ラの影響が補正される。その結果、差分画像６０中の水
分像６２は、路面像６４に対してより鮮明化され、次の
ステップの２値化処理が容易になる。

【００５９】次に、差分画像は２値化処理部４２に送ら
れる。２値化処理部４２は、差分画の２値化処理を行っ
て２値画像を作成する（図３のＳ７）。この２値化処理
では、しきい値の決定を通常の判別分析法により行って
いる。図１０には、求めた２値画像６６が示されてい
る。図中、楕円形の黒塗り領域が検知された水分像６８
を表している。

【００６０】なお、この実施の形態の対比処理装置３２
による対比処理は、下記のように適宜に変更することが
できる。

【００６１】例えば、対比処理を、入力された基準画像
と被検知画像との差分画像を作成し、この差分画像を２
値化する処理としても良い。

【００６２】また、対比処理を、入力された基準画像と
被検知画像との双方のノイズ除去処理を行い、これらノ
イズ除去処理済の画像間の差分画像を作成し、この差分
画像を２値化する処理としても良い。

【００６３】また、対比処理を、入力された基準画像と
被検知画像との双方の濃度拡張処理を行い、これら濃度
拡張処理済の画像のノイズ除去処理を行った後にこれら
ノイズ除去処理済の画像間の差分画像を作成し、この差
分画像を２値化する処理としても良い。

【００６４】

【発明の効果】この発明の路面水分検知方法によれば、
水分に吸収のある波長域の光に対して感度を有するカメ
ラで路面上の映像をとらえ、その映像に基づくディジタ
ル画像（被検知画像）を処理する。また、被検知画像を
撮像環境の明るさに応じた基準画像と対比させる。その
ため、様々な明るさの撮像環境下でとらえた乾燥した路
面の映像を用意して、各映像をそれぞれディジタル画像
化し、その各々を撮像時の明るさに対応させてデータベ
ースとして記憶しておく。このデータベースから、撮像
環境の明るさが被検知画像の撮像時の明るさに一致する
画像（基準画像）が得られる。このような基準画像を被
検知画像と対比させるようにしているので、撮像環境の
明るさに影響されずに、水分を検知することが可能であ
る。また、カメラを用いているため、従来に比べて検知
領域は著しく拡大される。さらに、この発明によれば、
水分が路面上のどの位置にどの程度の範囲で分布してい
るかを比較的高精度に検知することができる。よって、
ロードヒーティング路面の制御情報や道路面の凍結情報
を正確に提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の路面水分検知装置の構成を示す図
である。

【図２】データベースの内容を示す図である。

【図３】路面水分検知装置の動作フローを示す図であ
る。

【図４】データベースの内容を示す図である。

【図５】被検知画像を示す図である。

【図６】基準画像を示す図である。

【図７】ノイズ除去および濃度拡張後の被検知画像を示
す図である。

【図８】ノイズ除去および濃度拡張後の基準画像を示す
図である。

【図９】差分画像を示す図である。

【図１０】２値画像を示す図である。

【符号の説明】

１０：カメラ１２：センサ１４：イメージディジタライザ１６：画像処理装置１８ａ，１８ｂ：投光器２０：路面２２：水分２４：サンプリング部２６：Ａ／Ｄ変換部２８：メモリ装置３０：基準画像出力装置３２：対比処理装置３４：ディスプレイ装置３６：ノイズ除去処理部３８：濃度拡張処理部４０：差分画像作成部４２：２値化処理部４４：バンドパスフィルタ４６，４６ａ：被検知画像４８，４８ａ，６２，６８：水分像５０，５０ａ，５６，５６ａ，６４：路面像５２，５８：ノイズ５４，５４ａ：基準画像６０：差分画像６６：２値画像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池上真志樹北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２番１号工業技術院北海道工業技術研究所内 (72)発明者波通隆北海道札幌市北区北19条西11丁目１番地北海道立工業試験場内 (72)発明者堤大祐北海道札幌市北区北19条西11丁目１番地北海道立工業試験場内 (72)発明者長尾信一北海道札幌市北区北19条西11丁目１番地北海道立工業試験場内 (72)発明者磯田和志北海道江別市対雁２−１北海道電力株式会社総合研究所内 (72)発明者渡辺伸央北海道江別市対雁２−１北海道電力株式会社総合研究所内 (72)発明者村上康之北海道江別市対雁２−１北海道電力株式会社総合研究所内Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB05 CC09 EE02 FF01 HH01 JJ03 KK04 LL04 MM05 MM09 MM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水分に吸収のある波長域の光に対して感
度を有するカメラにより、被検知対象の路面を映して得
た路面映像を処理して、該路面上の水分の有無を検知す
る路面水分検知方法であって、水分検知時に得た路面映像をディジタル画像に変換した
ものを被検知画像として取得するとともに、前記路面上
の光強度を撮像環境の明るさとしてセンサにより計測す
るステップと、前記路面が乾燥した状態のときに様々な明るさの撮像環
境下で得た複数の路面映像をそれぞれディジタル画像に
変換してあらかじめ記憶させたデータベースから、所定
の画像を選出し、該選出した画像自体かあるいは該選出
した画像に濃度変換を施して得た画像を、撮像環境の明
るさが前記センサの計測結果に実質的に一致する基準画
像として得るステップと、前記基準画像と前記被検知画像との対比処理を行って、
前記路面上の水分の有無を検知するステップとを含むこ
とを特徴とする路面水分検知方法。
【請求項２】請求項１に記載の路面水分検知方法にお
いて、前記乾燥した状態の路面映像を前記水分検知時と同じ位
置に設置された同じカメラから得るとともに、このとき
の撮像環境の明るさを前記水分検知時と同じ位置に設置
された同じセンサにより計測することを特徴とする路面
水分検知方法。
【請求項３】請求項１に記載の路面水分検知方法にお
いて、前記対比処理では、前記基準画像と前記被検知画像との
差分画像を作成し、該差分画像を２値化することを特徴
とする路面水分検知方法。
【請求項４】請求項１に記載の路面水分検知方法にお
いて、前記対比処理では、前記基準画像と前記被検知画像との
双方のノイズ除去処理を行い、これらノイズ除去処理済
の画像間の差分画像を作成し、該差分画像を２値化する
ことを特徴とする路面水分検知方法。
【請求項５】請求項１に記載の路面水分検知方法にお
いて、前記対比処理では、前記基準画像と前記被検知画像との
双方のノイズ除去処理を行い、これらノイズ除去処理済
の画像の濃度拡張処理を行った後、これら濃度拡張処理
済の画像間の差分画像を作成し、該差分画像を２値化す
ることを特徴とする路面水分検知方法。
【請求項６】請求項１に記載の路面水分検知方法にお
いて、前記対比処理では、前記基準画像と前記被検知画像との
双方の濃度拡張処理を行い、これら濃度拡張処理済の画
像のノイズ除去処理を行った後、これらノイズ除去処理
済の画像間の差分画像を作成し、該差分画像を２値化す
ることを特徴とする路面水分検知方法。
【請求項７】請求項１に記載の路面水分検知方法にお
いて、前記カメラは、前記波長域の光を選択的に透過させるバ
ンドパスフィルタを通して前記路面を撮像することを特
徴とする路面水分検知方法。
【請求項８】請求項１に記載の路面水分検知方法にお
いて、前記センサは、前記波長域の光に対して感度を有するセ
ンサであり、前記路面上に配置されることを特徴とする
路面水分検知方法。
【請求項９】請求項１に記載の路面水分検知方法にお
いて、前記路面の撮像時に、前記路面に対して、水分に吸収の
ある波長域の光を投光器により照射することを特徴とす
る路面水分検知方法。
【請求項１０】被検知対象の路面を映すカメラから得
た路面映像を用いて路面上の水分の有無を検知する路面
水分検知装置であって、水分に吸収のある波長域の光に対して感度を有する前記
カメラと、前記路面上の光強度を撮像環境の明るさとして計測する
センサと、前記カメラから得られた路面映像をディジタル画像に変
換するイメージディジタライザと、前記路面が乾燥した状態のときに様々な明るさの撮像環
境下で得た複数の路面映像をそれぞれディジタル画像に
変換して記憶したデータベースを格納するメモリ装置
と、前記センサの計測結果に応じた所定の画像を前記データ
ベースから読み出し、該読み出した画像自体かあるいは
該読み出した画像に濃度変換を施して得た画像を、撮像
環境の明るさが前記センサの計測結果に実質的に一致す
る基準画像として出力する基準画像出力装置と、前記イメージディジタライザから出力されたディジタル
画像が被検知画像として送られると、該被検知画像の撮
像環境の明るさに応じた基準画像を前記基準画像出力装
置から受け取って、該基準画像と前記被検知画像との対
比処理を行う対比処理装置とを具えることを特徴とする
路面水分検知装置。
【請求項１１】請求項１０に記載の路面水分検知装置
において、前記対比処理装置は、前記基準画像と前記被検知画像と
の差分画像を作成する差分画像作成部と、該差分画像を
２値化する２値化処理部とを具えることを特徴とする路
面水分検知装置。
【請求項１２】請求項１０に記載の路面水分検知装置
において、前記対比処理装置は、前記基準画像と前記被検知画像と
の双方のノイズ除去処理を行うノイズ除去処理部と、こ
れらノイズ除去処理済の画像間の差分画像を作成する差
分画像作成部と、該差分画像を２値化する２値化処理部
とを具えることを特徴とする路面水分検知装置。
【請求項１３】請求項１０に記載の路面水分検知装置
において、前記対比処理装置は、前記基準画像と前記被検知画像と
の双方のノイズ除去処理を行うノイズ除去処理部と、こ
れらノイズ除去処理済の画像の濃度拡張処理を行う濃度
拡張処理部と、これら濃度拡張処理済の画像間の差分画
像を作成する差分画像作成部と、該差分画像を２値化す
る２値化処理部とを具えることを特徴とする路面水分検
知装置。
【請求項１４】請求項１０に記載の路面水分検知装置
において、前記対比処理装置は、前記基準画像と前記被検知画像と
の双方の濃度拡張処理を行う濃度拡張処理部と、これら
濃度拡張処理済の画像のノイズ除去処理を行うノイズ除
去処理部と、これらノイズ除去処理済の画像間の差分画
像を作成する差分画像作成部と、該差分画像を２値化す
る２値化処理部とを具えることを特徴とする路面水分検
知装置。
【請求項１５】請求項１０に記載の路面水分検知装置
において、前記カメラは、前記波長域の光を選択的に透過させるバ
ンドパスフィルタを通して前記路面を撮像するように構
成されることを特徴とする路面水分検知装置。
【請求項１６】請求項１０に記載の路面水分検知装置
において、前記センサは、前記波長域の光に対して感度を有するセ
ンサであり、前記路面上に配置されることを特徴とする
路面水分検知装置。
【請求項１７】請求項１０に記載の路面水分検知装置
において、水分に吸収のある波長域の光を前記路面に対して照射す
る投光器をさらに具えることを特徴とする路面水分検知
装置。