JP2003057168A - 路面判別装置及び同装置の設置調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】環境が変化しても測定の安定度が高く、設置も
容易な路面判別装置を提供する。 【解決手段】道路ＲＤの上方に投光手段１と、ＣＣＤカ
メラ３ａ、３ｂとを配置し、投光手段１の前面にはｓ偏
光フィルタ１１を、ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂのそれぞれ
の前面にはｓ偏光フィルタ３１、ｐ偏光フィルタ３３を
配置する。ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂは、それぞれで撮像
した画像データを一次元フーリエ変換することにより空
間周波数分布を求め、この分布に基づいて路面状態を判
別する。

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、自動車等が走行
する道路において、路面上の水分の有無や凍結状態な
ど、路面状態の判別を行う路面判別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】寒冷地等では、道路の除雪や除雪剤散布
を判断するために路面判別装置が必要とされている。従
来の路面判別装置には、次のものが提案されている。

【０００３】（１）特開平１０−２２１０４２号公報
「路面状態判別装置」 道路上方に、路面に光を投光する投光手段と路面の所定
範囲の撮像を行う撮像手段を配置し、投光手段で投光す
ることにより得られる画像データを分析して光量分布や
空間周波数分布を求め、これに基づいて路面状態を判別
する。

【０００４】（２）特開平６−２８２７９１号公報「路
面状態観測表示システム」 直線偏光したｓ偏光光を路面に対して斜めに入射し、路
面からの反射光からｓ偏光成分とｐ偏光成分を取り出し
て、それぞれの光量の比に基づいて路面状態を判別す
る。

【０００５】（３）特開平８−３２７５４２号公報「路
面積雪検出装置」 自然光による路面の所定範囲の撮像を行い、それにより
得られる画像データを分析して路面状態を判別する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
装置では、次の欠点がある。

【０００７】（１）特開平１０−２２１０４２号公報
「路面状態判別装置」 路面からの反射光をそのまま分析しているだけであるた
め、光源の光量変化や測定箇所での明度の変化等の環境
変化による測定の安定性を確保できない。

【０００８】（２）特開平６−２８２７９１号公報「路
面状態観測表示システム」 路面の一点においての状態判別しか行わないため、誤判
別を避けられない。例えば、投光点が湿潤状態であれ
ば、正反射光は受光素子に届かないため、受光素子では
ｓ偏光成分とｐ偏光成分との強度がともに小さくなり、
湿潤状態を乾燥状態と誤判別することになる。

【０００９】（３）特開平８−３２７５４２号公報「路
面積雪検出装置」 光源を持たないため、画像の一部に影があった場合、そ
の影響により誤判別する可能性がある。特に、日中は、
日向と日陰では照度が１００倍も異なるため、画像で
は、路面の画像模様よりも影の模様の方が明らかに大き
くなり、誤判別の可能性が高まる。

【００１０】この発明の目的は、高精度で、環境が変化
しても測定の安定度が高く、設置も容易な路面判別装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するために次のように構成したものである。

【００１２】（１）路面の所定範囲に向けて光を照射す
る光照射手段と、前記光照射手段の前面に配置され、前
記光照射手段から路面に照射される光を偏光する第１の
偏光フィルタと、前記路面の所定範囲を撮像する第１の
撮像手段及び第２の撮像手段と、前記第１の撮像手段の
前面に配置され、前記路面からの反射光を前記第１の偏
光フィルタの偏光方向と同じ方向に偏光して該第１の撮
像手段に導く第２の偏光フィルタと、前記第２の撮像手
段の前面に配置され、前記路面からの反射光を前記第１
の偏光フィルタの偏光方向に直交する方向に偏光して該
第２の撮像手段に導く第３の偏光フィルタと、前記第１
の撮像手段及び前記第２の撮像手段で撮像された画像デ
ータの空間周波数分布をそれぞれ求め、それらの空間周
波数分布に基づいて路面状態を判別する演算手段と、を
備えてなることを特徴とする。この発明では、路面に光
を照射する光照射手段を設けることにより、昼夜を問わ
ず、安定して路面判別を可能とする。また、投光される
光を直線偏光する偏光フィルタを投光側と受光側に設
け、ｓ偏光（直角偏光）された（又はｐ偏光（平行偏
光）された）光に対し、受光側では、ｓ偏光とｐ偏光の
フィルタを設ける。なお、ｓ偏光とｐ偏光は、相互に直
交する方向に偏光する関係となる。そして、２つの撮像
手段は、これらの偏光フィルタを通して路面の所定範囲
を撮像して画像データを得る。演算手段は、これらの画
像データをフーリエ変換することにより空間周波数分布
（パワースペクトル）を求め、その結果に基づいて路面
状態を判別する。この発明では、ｓ偏光とｐ偏光のフィ
ルタを使い分けて、２つの撮像手段によりｓ偏光画像と
ｐ偏光画像を取り出し、これに基づいて各画像の空間周
波数分布を求めているが、このようにすることで、高精
度な路面判別を行うことが出来る。

【００１３】また、この発明では、２つの撮像手段を設
けていることで、それらの撮像手段で得られた画像デー
タを同時に処理できるため、路面状態の判別時間が早く
なる利点がある。

【００１４】（２）路面の所定範囲に向けて光を照射す
る光照射手段と、前記光照射手段の前面に配置され、前
記光照射手段から路面に照射される光を偏光する第１の
偏光フィルタと、前記路面の所定範囲を撮像する撮像手
段と、前記路面からの反射光を前記第１の偏光フィルタ
の偏光方向と同じ方向に偏光する第２の偏光フィルタ
と、前記路面からの反射光を前記第１の偏光フィルタの
偏光方向に直交する方向に偏光する第３の偏光フィルタ
と、前記第２の偏光フィルタと前記第３の偏光フィルタ
のそれぞれを、前記撮像手段の前面に移動させることで
該撮像手段の前面に位置する偏光フィルタの切替を可能
にする偏光フィルタ切替手段と、前記偏光フィルタ切替
手段により前記第２の偏光フィルタと前記第３の偏光フ
ィルタを切り替える毎に前記撮像手段で撮像された画像
データの空間周波数分布をそれぞれ求め、それらの空間
周波数分布に基づいて路面状態を判別する演算手段と、
を備えてなることを特徴とする。

【００１５】この発明では、受光側の撮像手段を１つと
し、その前面に位置する偏光フィルタを、ｓ偏光用とｐ
偏光用のものに切り替える偏光フィルタ切替手段を設け
ている。この発明では、上記（１）の発明に対し、２つ
のフィルタを切り替える手順が必要な分だけ路面状態の
判別に要する時間が長くなるが、撮像手段が１つで良
い。

【００１６】（３）路面の所定範囲に向けて光を照射す
る第１の光照射手段及び第２の光照射手段と、前記第１
の光照射手段の前面に配置され、路面の所定範囲に向け
て照射する光を偏光する第１の偏光フィルタと、前記第
２の光照射手段の前面に配置され、路面の所定範囲に向
けて照射する光を、前記第１の偏光フィルタの偏光方向
に直交する方向に偏光する第２の偏光フィルタと、前記
路面の所定範囲を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の
前面に配置され、前記第１の偏光フィルタと同じ方向に
偏光する第３の偏光フィルタと、前記第１の光照射手段
の駆動と第２の光照射手段の駆動を切り替える光照射手
段切替手段と、前記光照射手段切替手段により前記第１
の光照射手段と前記第２の光照射手段を切り替える毎に
前記撮像手段で撮像された画像データの空間周波数分布
をそれぞれ求め、それらの空間周波数分布に基づいて路
面状態を判別する演算手段と、を備えてなることを特徴
とする。

【００１７】この発明では、光照射手段を２つとし、そ
の前面に位置する偏光フィルタを、各光照射手段に対し
てｓ偏光用とｐ偏光用のものにする。また、撮像手段は
１つで、その前面にｓ偏光用またはｐ偏光用の第３の偏
光フィルタを配置する。光照射手段切替手段により、２
つの光照射手段の駆動を切り替えることで、ｓ偏光され
た光に対する画像データとｐ偏光された光に対する画像
データを得て、それぞれの画像の空間周波数分布を求め
る。

【００１８】（４）路面の所定範囲に向けて光を照射す
る光照射手段と、前記光照射手段から路面に照射される
光を偏光する第１の偏光フィルタと、前記光照射手段か
ら路面に照射される光を、前記第１の偏光フィルタの偏
光方向に直交する方向に偏光する第２の偏光フィルタ
と、前記第１の偏光フィルタと前記第２の偏光フィルタ
のそれぞれを、前記光照射手段の前面に移動させること
で該光照射手段の前面に位置する偏光フィルタの切替を
可能にする偏光フィルタ切替手段と、前記路面の所定範
囲を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の前面に配置さ
れ、前記第１の偏光フィルタと同じ方向に偏光する第３
の偏光フィルタと、前記偏光フィルタ切替手段により前
記第１の偏光フィルタと前記第２の偏光フィルタを切り
替える毎に前記撮像手段で撮像された画像データの空間
周波数分布をそれぞれ求め、それらの空間周波数分布に
基づいて路面状態を判別する演算手段と、を備えてなる
ことを特徴とする。

【００１９】この発明では、上記（３）の発明に対し、
光照射手段を１つとし、その前面に位置する偏光フィル
タを、ｓ偏光用とｐ偏光用のものに切り替える偏光フィ
ルタ切替手段を設けている。この発明では、上記（３）
の発明に対し、光照射手段が１つで良い。 （５） 前記路面の所定範囲は、前記光照射手段からの
光の正反射光成分が前記撮像手段に導かれる領域と、導
かれない領域とを含み、前記演算手段は、それらの領域
に対する画像データの前記空間周波数分布に基づいて、
路面が凍結状態かそうでないかの路面状態を判別するこ
とを特徴とする。

【００２０】路面が凍結状態であれば、光は正反射す
る。そこで、この発明では、撮像対象とする路面の所定
範囲を光の正反射光成分が撮像手段に導かれる領域と、
導かれない領域とを含むようにする。このようにすれ
ば、路面が凍結状態であれば、正反射光成分が撮像手段
に導かれる領域からだけ正反射成分が撮像手段に導かれ
ることになるため、両方の領域に対する空間周波数分布
の差は大きくなる。一方、路面が湿潤状態であれば、両
方の領域から正反射成分が撮像手段に導かれるため、そ
れぞれの空間周波数分布の差はなくなる。このことを利
用して、路面が凍結状態であるかどうかを容易に判別す
ることが出来る。 （６）前記演算手段は、前記撮像手段で撮像された画像
データを車両進行方向に長い矩形状にそれぞれ分割し、
分割された画像データ毎に路面状態を判別し、各判別結
果が異なっている場合には異なる判別結果をそれぞれ出
力し、各判別結果が一致している場合には一致した１つ
の判別結果を出力することを特徴とする。分割した画像
データ毎に路面状態を判別することで、特に、路面に轍
部と非轍部がある場合に、それらの状態を判別すること
が出来る。

【００２１】（７）前記光照射手段を、レーザ光で前記
所定の範囲内を走査するレーザ発光手段で構成し、前記
撮像手段のシャッタ開放時間をレーザ光の１走査時間以
上に設定したことを特徴とする。

【００２２】路面の所定範囲への照明光としてハロゲン
照明光やＬＥＤ照明光を使用することが可能であるが、
レーザ光を使用する構成にすることで、小型化が可能で
あり、設置性が向上する。また、レーザ光の飛行時間を
測定して、路面までの距離を求めることが容易であり、
これにより、路面上に積もった雪の積雪量（積雪深）を
測定することも可能である。

【００２３】（８）上記（１）〜（７）のいずれかの路
面判別装置を設置する際、正反射面を有する板を前記路
面の所定範囲に載置して、前記照射手段によって前記板
に光を照射した場合に、前記撮像手段で前記板の正反射
光が受光できるように路面判別装置の設置調整を行うこ
とを特徴とする。この発明は、路面判別装置の設置調整
を容易に行い得る方法を提供する。路面上の所定範囲と
なる所に正反射面を有する板、例えば金属板、を置い
て、撮像手段でその板からの正反射光を受光出来るよう
路面判別装置の位置調整を行うことで、上記（１）〜
（７）の演算手段による路面判別が正しく行えるように
なる。また、このとき画像メモリに正反射光受光地点を
記憶しておくことで、上記（５）において正反射光成分
が撮像手段に導かれる領域を高精度で特定することが出
来るから、凍結状態の判別精度を高めることが出来る。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の第１の実施形
態である路面判別装置の構成図である。

【００２５】路面判別装置は、道路ＲＤの側方に設置さ
れた支柱６と、この支柱６から路面上方の道路横断方向
に突出させたポール２により支持されるもので、ポール
２には光照射手段であるハロゲンランプ等から構成され
る投光部１、撮像手段であるＣＣＤカメラ３ａ、３ｂ
が、支柱６には制御装置４が、それぞさ配備される。な
お、図中、５は、投光部１とＣＣＤカメラ３ａ、３ｂと
を保護するためのカバー体を示している。

【００２６】路面判別装置は、路面の所定範囲に対し
て、投光部１から光を照射し、その範囲をＣＣＤカメラ
３ａ、３ｂにより撮像して、得られた画像データを解析
することにより、路面状態を判別する。路面の所定範囲
は、図２に示すように、道路横断方向と車両進行方向
に、それぞれ長さＷの範囲Ｓであり、道路ＲＤの路面状
態を判別する上で充分に広い範囲であることが望まし
い。投光部１から照射される光はこの範囲Ｓを充分にカ
バーしている。また、ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂは、路面
からの正反射光を受光出来る位置に配置されている。図
１において、路面のａ地点は、投光部１からの光の路面
からの正反射光をＣＣＤカメラ３ａ、３ｂで受光出来る
位置である。また、ｂ地点は、投光部１からの光の路面
からの正反射光をＣＣＤカメラ３ａ、３ｂで受光出来な
い位置である前記投光部１の前面には、投光レンズ１０
と投光部１の光をｓ偏光（直角偏光）するｓ偏光フィル
タ１１とが配置されている。

【００２７】また、ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂの前面に
は、それぞれ、受光レンズ３０、３１とｓ偏光フィルタ
３１、ｐ偏光（平行偏光）フィルタ３３とが配置されて
いる。

【００２８】各ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂは、各偏光フィ
ルタ３１、３３を介して所定範囲Ｓを撮像し、その画像
データを制御部４に出力する。制御部４では、入力され
た画像データを解析して、路面状態を判別する。

【００２９】以上の構成で、ＣＣＤカメラ３ａの前面に
配置されているｓ偏光フィルタ３１は、投光部１の前面
に配置されているｓ偏光フィルタ１１と同じｓ偏光成分
を通過させるフィルタであり、ＣＣＤカメラ３ｂの前面
に配置されているｐ偏光フィルタ３３は、投光部１の前
面に配置されているｓ偏光フィルタ１１と異なりｐ偏光
成分を通過させるフィルタである。したがって、路面が
偏光方向を保持する状態（湿潤状態や凍結状態）の場
合、ＣＣＤカメラ３ａでは投光部１から照射されたｓ偏
光成分の光をそのまま受光してｓ偏光成分の画像データ
を検出し、ｐ偏光フィルタ３３が前面に配置されている
ＣＣＤカメラ３ｂでは投光部１から照射されたｓ偏光成
分の光を受光出来なくなる。また、路面が偏光方向を保
持しない乾燥状態の場合、ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂの両
方でそれぞれｓ偏光成分の光とｐ偏光成分の光を受光す
るようになる。以上の特性を利用することで、路面状態
の判別を行うことが出来る。

【００３０】図３は、路面判別装置の電気的構成を示す
ブロック図である。

【００３１】投光部１は、投光制御部１ａと、該制御部
１ａで制御される光源１ｂとで構成される。制御装置４
は、ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂの撮像タイミング信号を形
成するタイミング制御部４０と、同撮像タイミング信号
に基づいて、ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂで撮像された画像
信号を取り込んでＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部４１と、
Ａ／Ｄ変換された画像データを記憶する画像メモリ４２
と、画像メモリ上のデータを処理する画像処理部４３
と、全体の制御を行うＣＰＵ４４と、制御プログラムを
記憶したりワークエリアを割り当てるメモリ４５と、図
示を省略したホストコンピュータに接続して、路面状態
判別結果等を送信する送信部４６とを備えている。

【００３２】以上の構成において、乾燥状態と湿潤状態
の画像は図４（Ａ）〜（Ｂ）に示すようになる。なお、
これらの画像の撮像箇所は、正反射光がＣＣＤカメラ３
ａ、３ｂに達しない図１のｂ地点である。また、画像
は、光源を点灯している時としていない時の差分画像で
ある。差分画像とすることにより、太陽光や影の影響を
除去し、投光部１からの照射光による路面からの反射光
に基づく画像のみを捉えることが出来る。同図におい
て、（Ａ）は、乾燥状態のｐ偏光画像、（Ｂ）は、乾燥
状態のｓ偏光画像、（Ｃ）は、湿潤状態のｐ偏光画像、
（Ｄ）は、湿潤状態のｓ偏光画像を示している。すなわ
ち、（Ａ）と（Ｃ）の画像はＣＣＤカメラ３ｂでの撮像
画像であり、（Ｂ）と（Ｄ）の画像はＣＣＤカメラ３ａ
での撮像画像である。上記の画像からわかるように、路
面が乾燥状態では、ｐ偏光画像とｓ偏光画像は、ほぼ同
じ画像となっているのに対し、路面が湿潤状態である
と、両者の画像差は大きく異なる。湿潤状態でのｓ偏光
画像は、キラキラした模様が顕著であり、正反射光が多
く含まれていることがわかる。路面が乾燥状態のとき
は、反射光の多くは拡散反射光であり、湿潤状態のとき
は、反射光の多くは正反射光である。また、反射時にお
いては拡散反射の偏光方向はランダムな方向となるが、
正反射は偏光方向が保たれる。したがって、湿潤状態で
は、ｓ偏光光が照射されてその偏光方向が保持されて正
反射するため、ｓ偏光に対して偏光方向が直角なｐ偏光
画像は、全体的に明度が低くなり、また、ｓ偏光画像
は、ｓ偏光光がそのまま偏光方向を保持して正反射する
ため、キラキラした模様が表れる。なお、路面が鏡面の
場合に正反射光が受光出来ないはずの路面のｂ地点で正
反射光が受光される理由は、実際の湿潤状態では路面の
凹凸に水滴があり、この水滴の曲面で正反射した光がＣ
ＣＤカメラ３ａに受光されるからである。

【００３３】画像処理部４３は、上記の画像データを一
次元フーリエ変換することにより、空間周波数分布を求
める。図５（Ａ）は、路面が乾燥状態の時の空間周波数
分布図を示し、同図（Ｂ）は路面が湿潤状態の時の空間
周波数分布図を示す。各図の横軸は周期（１／周波数。
単位：［mm^-1］）、縦軸はパワーである。乾燥状態で
は、同図（Ａ）に示すように、ｓ偏光画像とｐ偏光画像
の特性は略同じである。これに対し、湿潤状態では、同
図（Ｂ）に示すように、全周波数領域でｓ偏光画像のパ
ワーがｐ偏光画像のパワーよりも大きく、特に、０．１
〜０．２５［mm^-1］の領域において両者の差が大きい。
０．１〜０．２５［mm^-1］の領域はアスファルトの石の
粒の大きさ（４〜１０mm）に相当する。図４（Ｄ）に示
すキラキラした模様の間隔は、このアスファルトの石の
粒の大きさ（４〜１０mm）に略等しい。

【００３４】画像処理部４３では、ｓ偏光画像データと
ｐ偏光画像データに対する一次元フーリエ変換結果か
ら、上記の０．１〜０．２５［mm^-1］の領域のパワース
ペクトル差を求め、その差がしきい値以上であれば、路
面が湿潤状態であると判別し、そうでないときには乾燥
状態であると判別する。

【００３５】以上、路面の乾燥状態と湿潤状態の判別方
法を示したが、路面の凍結状態のときも湿潤状態と同様
の傾向が観察出来る。また、雪路面の状態では、図４の
各画像に対して明度が明らかに高くなるため（白い画
像）、乾燥や湿潤と区別が可能である。

【００３６】凍結状態と湿潤状態を判別するには、以下
の方法による。

【００３７】図１のａ地点とｂ地点をカバーする範囲を
所定範囲としてこの範囲に投光する。このときのＣＣＤ
カメラ３ａの撮像画像（ｓ偏光画像）を一次元フーリエ
変換して空間周波数分布を求める。

【００３８】図６（Ａ）は、凍結状態の時の画像、図７
（Ａ）は、湿潤状態の時の画像をそれぞれ示す。また、
図６（Ｂ）は、凍結状態の時の０．１〜０．２５［m
m^-1］の領域のスペクトル強度図、図７（Ｂ）は、湿潤
状態の時の０．１〜０．２５［mm ^-1］の領域のスペクト
ル強度図を示している。

【００３９】今、図１において、路面を鏡面と仮定する
と、ＣＣＤカメラ３ａでは、ａ地点からの正反射光は受
光可能であるが、ｂ地点からの正反射光は受光出来な
い。凍結状態の路面は、道路上の水滴が凍ることで路面
の凹凸や水滴の曲面の影響がなくなり、ほぼ平らな氷板
となるから、鏡面と考えることが出来る。また、正反射
のときは、路面に照射された光の偏光方向（実施形態で
はｓ偏光方向）は保持されるから、ｓ偏光フィルタ３１
を前面に配置したＣＣＤカメラ３ａでは、ｓ偏光画像が
撮像出来る。したがって、ＣＣＤカメラ３ａでは、ａ地
点の明度が高く、ｂ地点が暗い画像が得られることにな
る。この画像データを一次元フーリエ展開して空間周波
数分布を求め、０．１〜０．２５［mm^-1］の領域のスペ
クトル強度をプロットすると、図６（Ｂ）のように、ａ
地点において同領域のパワースペクトルが高い特性とな
る。

【００４０】また、路面が湿潤状態の時は、路面のｂ地
点で正反射した光もＣＣＤカメラ３ａにて受光するから
（その強度はａ地点よりも小さいが）、ＣＣＤカメラ３
ａでは、ａ地点の明度が高く、ｂ地点もやや明度が高い
画像が得られることになる。この画像データを一次元フ
ーリエ展開して空間周波数分布を求め、０．１〜０．２
５［mm^-1］の領域のスペクトル強度をプロットすると、
図７（Ｂ）のように、ａ地点において同領域のスペクト
ル強度が最も高くｂ地点に向けてなだらかに低下する特
性となる。なお、空間周波数分布を求めないで、画像を
適当な大きさに分割し、その強度分布を求めても、図６
（Ａ）、図７（Ａ）の画像に対し、それぞれ図６
（Ｂ）、図７（Ｂ）に略等しい形状のグラフが得られ
る。

【００４１】ここで、ａ地点の強度で規格化して全体の
パワーの和を求めると、湿潤の方が凍結に比べて大きく
なる。これを利用して、湿潤状態と凍結状態を判別する
ことが出来る。また、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）のグラフ
の分散値の違いにより、分散値の大きい方を凍結状態、
小さい方を湿潤状態として判別することも可能である。

【００４２】なお、以上の説明では路面状態が均一に凍
結していると仮定しているが、実路面上においても、凍
結時は、路面上に水溜まりの出来るような窪みがない限
り通行車両のタイヤによって轍ができることは少なく、
路面上は均一に凍結していることが多い。したがって、
本実施形態のように、路面が均一に凍結していると仮定
しても実用上は問題がない。

【００４３】以上の方法で路面が凍結状態が湿潤状態か
を判別することが出来る。同様に、雪路面の場合におい
ても、上記と同様な方法により、積雪状態が積雪の表面
が溶けた後に再度凍った圧雪表膜状態かを判別すること
が出来る。すなわち、上記の方法により、ａ地点の強度
で規格化して全体のパワーの和を求め、この値をしきい
値と比較するとともに、画像データの明度が一定以上で
路面が雪と判断されると、積雪状態または圧雪氷膜状態
であると判別される。ａ地点の強度で規格化して全体の
パワーの和がしきい値よりも大きければ、スペクトル強
度は図７（Ｂ）のような特性となるから、積雪状態の路
面であり、同パワーの和がしきい値以下であれば、スペ
クトル強度は図６（Ｂ）のような特性となるから、圧雪
氷膜状態である。

【００４４】画像処理部４３では、以上の方法のアルゴ
リズムを実行することで、路面の凍結状態、湿潤状態、
積雪状態、圧雪氷膜状態を判別する。

【００４５】本実施形態では、道路の横断方向に所定範
囲を分割し、各分割領域で画像データを取得して解析す
るようにしている。このようにすると、積雪時において
轍部と非轍部があっても、それらの領域の状態を個別に
判別することが出来る。

【００４６】図８は、積雪時における路面の所定範囲を
撮像した画像例を示す。

【００４７】この画像を、道路横断方向に沿って複数画
像に分割し、各分割画像毎に画像解析を行う。同図に示
す画像例では、画像の中央部分に轍部がある雪路面の画
像を示しているが、道路横断方向に１１分割すること
で、中央の４分割画像の部分では湿潤状態と判別され、
その両側の部分では積雪路面であると判別される。この
ように画像分割することで、道路上の轍部と非轍部を区
別して判別することが可能である。なお、図８は、図４
のような差分画像ではなく、轍部をわかりやすくするた
めＣＣＤカメラ３ａ、３ｂで撮像した直接画像を示して
いる。

【００４８】図９〜図１１は、以上説明した画像解析の
アルゴリズムを、画像処理部43で実行するフローチャー
トである。

【００４９】路面判別処理がスタートすると、ステップ
ＳＴ１で、所定範囲の画像データを画像メモリ４２から
取り込む。次に、光源点灯時の画像と非点灯時の画像の
差分処理を行い、差分画像を取り出す（ステップＳＴ
２）。先に述べたように、差分処理を行う事により、太
陽光や影の影響を除去し、路面からの反射光に基づく画
像のみを捉えることが出来る。次に、図８において説明
したように道路横断方向に画像をｎ分割する（ステップ
ＳＴ３）。以下、ステップＳＴ４、ＳＴ５において、分
割画像毎に路面状態の判別のための解析を行う。全ての
分割画像での解析結果がほぼ等しいかどうかを判断し
（ステップＳＴ６）、ほぼ等しいと判断された場合は、
轍部と非轍部とを区別して路面状態を判別する（ステッ
プＳＴ８）。全分割画像の解析結果がほぼ等しいと判断
できなかった場合には、各分割画像の多くが乾燥状態で
あるかどうかの判断を行い（ステップＳＴ７）、 多く
の分割画像が乾燥状態であれば路面全体が乾燥状態であ
ると判別する( ステップＳＴ９）。また、多くの分割画
像が乾燥状態でなければ、ステップＳＴ１０で他の路面
状態にあるかどうかの判別を行う。すなわち、ステップ
ＳＴ１０では、路面が、湿潤、凍結、積雪、圧雪氷膜の
いずれかの状態にあるかどうかの判別を行う。

【００５０】図１０は、上記ステップＳＴ４の詳細な動
作を示すフローチャートである。

【００５１】ステップＳＴ２０では、差分画像の明るさ
がしきい値以上かどうかを判断する。この判断は、例え
ば、差分画像の画素毎の明るさを積分して、その積分値
がしきい値以上がどうかで行うことができる。明るさが
しきい値以上であれば、雪であると判別する( ステップ
ＳＴ２１）。差分画像の明るさがしきい値未満であれ
ば、図５で説明したｐ偏光画像とｓ偏光画像の空間周波
数分布の差、特に０．１〜０．２５［mm^-1］の領域での
差を求め（ステップＳＴ２２）、その差がしきい値以上
かどうかを判断する( ステップＳＴ２３）。その結果に
応じて、路面が乾燥状態( ステップＳＴ２４）、また
は、路面が湿潤または凍結状態( ステップＳＴ２５）と
判別する。

【００５２】図１１は、上記ステップＳＴ１０の詳細な
動作を示すフローチャートである。

【００５３】ステップＳＴ３０において、図６、図７で
説明したように、０．１〜０．２５［mm^-1］の領域での
スペクトル強度を求める。この処理は、全分割画像で行
う。ステップＳＴ３１で、正反射光入光地点（図１のａ
地点）でのスペクトル強度を規格化する。次いで、規格
化したスペクトル強度の全分割画像の和を求める( ステ
ップＳＴ３２）。その和がしきい値よりも大きいかどう
かの判断を行い( ステップＳＴ３３）、大きい場合に
は、図１０のステップＳＴ２１において路面解析結果が
雪であったと判断していることを条件に（ステップＳＴ
３４）積雪状態であると判別し（ステップＳＴ３５）、
雪でない時には湿潤状態であると判別する（ステップＳ
Ｔ３６）。また、ステップＳＴ３３で、上記和がしきい
値未満であると判断すると、図１０のステップＳＴ２１
において路面解析結果が雪であったと判断していること
を条件に（ステップＳＴ３７）圧雪氷膜状態であると判
別し（ステップＳＴ３８）、雪でない時には凍結状態で
あると判別する（ステップＳＴ３９）。

【００５４】以上の動作により、路面の状態判別が可能
である。

【００５５】図１２は、この発明の他の実施形態の路面
判別装置の構成図である。

【００５６】この路面判別装置は、図１の構成に対し
て、撮像手段としてＣＣＤカメラ３ａのみを用い、その
前面部に切り替え可能なｓ偏光フィルタ３１、ｐ偏光フ
ィルタ３３を配置している。したがって、撮像手段には
ＣＣＤカメラ３ａが、光照射手段には投光部１が用いら
れる。切り替え可能なｓ偏光フィルタ３１、ｐ偏光フィ
ルタ３３は、それぞれ、図１３に示すように１枚の回転
板５０に取り付けられている。回転板５０は、図示しな
いモータに連結されていて、ｓ偏光フィルタ３１、ｐ偏
光フィルタ３３が順番にＣＣＤカメラ３ａの前面に位置
するように制御部４によって回転制御される。

【００５７】このような構成によっても、ＣＣＤカメラ
３ａにおいてｓ偏光画像とｐ偏光画像が得られるため、
路面状態の判別が可能である。

【００５８】図１４は、この発明のさらに他の実施形態
の路面判別装置の構成図である。

【００５９】この路面判別装置は、図１の構成に対し
て、撮像手段としてＣＣＤカメラ３ａのみを用い、光照
射手段として投光部１ａ、１ｂの２つを用いている。し
たがって、撮像手段にはＣＣＤカメラ３ａが、光照射手
段には投光部１ａ、１ｂが用いられる。ＣＣＤカメラ３
ａの前面には、ｓ偏光フィルタ３１が、投光部１ａ、１
ｂのそれぞれの前面には、ｓ偏光フィルタ１１、ｐ偏光
フィルタ１２がそれぞれ配置される。

【００６０】このような構成によっても、ＣＣＤカメラ
３ａにおいてｓ偏光画像とｐ偏光画像が得られるため、
路面状態の判別が可能である。図１５は、この発明のさ
らに他の実施形態の路面判別装置の構成図である。この
路面判別装置は、図１の構成に対して、撮像手段として
ＣＣＤカメラ３ａのみを用い、その前面にｓ偏光フィル
タ３１を、また、光照射手段には投光部１を用い、その
前面には切り替え可能なｓ偏光フィルタ１１、ｐ偏光フ
ィルタ１２を配置している。したがって、撮像手段には
ＣＣＤカメラ３ａが、光照射手段には投光部１が用いら
れる。切り替え可能なｓ偏光フィルタ３１、ｐ偏光フィ
ルタ１２は、それぞれ、図１３に示すように１枚の回転
板５０に取り付けられている。回転板５０は、図示しな
いモータに連結されていて、ｓ偏光フィルタ３１、ｐ偏
光フィルタ１２が順番にＣＣＤカメラ３ａの前面に位置
するように制御部４によって回転制御される。

【００６１】このような構成によっても、ＣＣＤカメラ
３ａでは、ｓ偏光画像とｐ偏光画像が得られるため、路
面状態の判別が可能である。図１６は、この発明のさら
に他の実施形態の路面判別装置の構成図である。この路
面判別装置は、図１の構成に対して、光照射手段を、レ
ーザ光で前記所定の範囲内を走査するレーザ発光手段で
構成している。撮像手段は、図１の構成と同様にＣＣＤ
カメラ３ａ、３ｂで構成している。レーザ発光手段は、
レーザ発光素子６０、コリメートレンズ６１、ｓ偏光フ
ィルタ６３、ポリゴンミラー６４を備え、レーザ発光素
子６０から出射したレーザ光をコリメートレンズ６１で
平行光にして、ｓ偏光フィルタ６３でｓ偏光してからポ
リゴンミラー６３で走査し路面に照射する。撮像手段の
ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂでｓ偏光画像とｐ偏光画像が得
られるのは、図１に示す実施形態と同様である。図１７
は、上記路面判別装置のレーザ照射装置の詳細図であ
る。

【００６２】レーザ発光素子６０から発光するレーザ光
はパルス点灯光とし、路面上をΔＷの間隔（Δｔはパル
ス点灯時間）で照射する。レーザ光のビームスポットは
道路横断方向はΔＷに等しくし、道路進行方向（車両進
行方向）には路面判別可能な画像が得られる大きさ以上
（例えば、３００mm以上）にする。ビームスポットは、
図示のように縦長になるため、場合によってはコリメー
トレンズ６１の後段にシリンドリカルレンズ６６を配置
する。ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂのシャッタ速度は、シャ
ッタ開放時間がレーザ１走査時間以上なる速度とする。
実際には、数１０走査時間以上とし、レーザ光の反射光
がパルス点灯であることを無視できる画像を得られるよ
うにする。なお、ｓ偏光フィルタ６２をコリメートレン
ズ６１の後段に設置しているが、レーザ光は、発光素子
の特性上もともと偏光しているため、その特性を利用す
ることでこの偏光素子を省略することも可能である。

【００６３】この実施形態では、ハロゲン照明やＬＥＤ
照明を使用する投光部１に代えてレーザ発光手段を用い
るため、より小型化が可能であり、設置性が向上する。
また、図１６に示すように、路面からの反射光をコンデ
ンサレンズ６４を介して受光素子６５で受光し、レーザ
光の飛行時間を測定することにより、路面までの距離、
すなわち、雪路面では積雪深を測定することが可能であ
る。

【００６４】この発明のさらに他の実施形態として、図
１、図１６の偏光フィルタ３１、３３に代えて偏光ビー
ムスプリッタを用い、路面からの反射光をｓ偏光成分と
ｐ偏光成分の光に分離して受光するようにしても良い。
偏光ビームスプリッタは、単色光のｐ偏光成分を選択的
に透過し、ｓ偏光成分を反射することが出来るため、路
面からの反射光を偏光ビームスプリッタに入射させ、そ
の反射光、透過光をそれぞれＣＣＤカメラ３ａ、３ｂに
入光させることで、ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂにおいてそ
れぞれｓ偏光画像とｐ偏光画像を得ることが出来る。偏
光ビームスプリッタを使用すれば、機械的な部分がなく
なる利点がある。次に、路面判別装置の設置調整方法に
ついて説明する。図１８は、図１の構成において、投光
部１とＣＣＤカメラ３ａ、３ｂの設置位置の調整を行う
ときの調整方法を示す図である。投光部１とＣＣＤカメ
ラ３ａ、３ｂの位置は、図示しない調整部により道路横
断方向と道路進行方向に位置調整が可能であり、本実施
形態では、ＣＣＤカメラ３ａの位置を調整することで、
それに一体的に連結されているＣＣＤカメラ３ｂの位置
も調整する。また、路面の適切な位置に投光されるよ
う、投光部１の位置調整も行う。図１に示す構成では、
投光部１の前面にｓ偏光フィルタ１１が配置されている
ため、同じｓ偏光フィルタ３１を前面に配置したＣＣＤ
カメラ３ａにおける画像データ（正反射光成分は偏光方
向を保持するため、同じｓ偏光フィルタ３１を前面に配
置したＣＣＤカメラ３ａにおいて、正反射光を受光する
ことができる）を用いて、ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂの位
置調整を行う。路面からの正反射光をＣＣＤカメラ３ａ
において受光出来る位置は、既に述べたようにａ地点で
ある。このａ地点を含む適当な大きさの領域に光沢度の
大きな板（金属板等）を置く。図１９は、このときの撮
像画像である。図のｙ領域が明るく（白く）なっている
が、このｙ領域が正反射光の反射領域であり、この中央
位置がａ地点である。そこで、ＣＣＤカメラ３ａの画像
の略中央位置にａ地点が来るようにＣＣＤカメラ３ａの
位置調整を行う。また、このとき画像メモリ４２にａ地
点を記憶しておくことで、図７に示す画像のａ地点の位
置を高精度で特定することが出来るから、凍結状態の判
別精度を高めることが出来る。なお、路面を日陰にし、
上記板を拡散反射光の少ないＳＵＳ板や黒鉄板にする
と、正反射光の像を示す上記ｙ領域は顕著となる。

【００６５】また、図１９において、正反射光成分は偏
光方向を保持するため、上記ｙ領域の正反射光の強度の
大小で投光と受光の偏光方向がわかる。そこで、上記ｙ
領域で正反射光の強度が最大となるようにｓ偏光フィル
タ３１の回転位置を手動または自動で調整する。このと
きの回転板５０の回転角度を記憶しておいて、画像解析
時における回転板５０の回転制御に用いる。

【００６６】以上の実施形態では、制御部４において画
像解析を行って路面状態の判別を行うようにしたが、制
御部４から無線または有線により上位のホストに対して
画像データを送信し、ホスト側で画像解析と路面状態の
判別を行うことも可能である。上位のホストで路面状態
の判別を行うようにすれば、１つの道路の複数箇所での
画像解析を同時に行うことが出来るため、道路全体の状
況分析をより的確に行うことが可能である。

【００６７】

【発明の効果】この発明によれば、光照射手段を用いる
ため、昼夜を問わず、安定して路面判別を可能とし、撮
像側でｓ偏光画像とｐ偏光画像を得て空間周波数分布を
求めるため、正確な路面状態を判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、この発明の第１の実施形態である路面判別
装置の構成図。

【図２】は、路面の所定範囲を示す図。

【図３】は、路面判別装置の電気的構成を示すブロック
図。

【図４】は、乾燥状態と湿潤状態のｓ偏光画像、ｐ偏光
画像を示す図。

【図５】は、乾燥状態と湿潤状態の空間周波数分布図を
示す図。

【図６】は、凍結状態の時の画像とスペクトル強度を示
す図。

【図７】は、湿潤状態の時の画像とスペクトル強度を示
す図。

【図８】は、積雪時における路面の所定範囲を撮像した
画像例。

【図９】は、画像解析のアルゴリズムを示すフローチャ
ート。

【図１０】は、画像解析のアルゴリズムを示すフローチ
ャート。

【図１１】は、画像解析のアルゴリズムを示すフローチ
ャート。

【図１２】は、図１２は、この発明の他の実施形態の路
面判別装置の構成図。

【図１３】は、偏光フィルタを切り替える回転板を示す
図。

【図１４】は、この発明のさらに他の実施形態の路面判
別装置の構成図。

【図１５】は、この発明のさらに他の実施形態の路面判
別装置の構成図。

【図１６】は、この発明のさらに他の実施形態の路面判
別装置の構成図。

【図１７】は、路面判別装置のレーザ照射装置の詳細
図。

【図１８】は、図１の構成において、投光部１とＣＣＤ
カメラ３ａ、３ｂの設置位置の調整を行うときの調整方
法を示す図。

【図１９】は、正反射光反射位置を示す画像例。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA50 BB13 CC40 FF04 GG03 HH02 HH08 HH12 JJ03 JJ08 JJ26 LL14 LL33 LL34 QQ03 QQ24 QQ31 2G059 AA05 BB08 EE02 EE05 GG01 GG04 GG08 GG10 JJ11 JJ15 JJ19 JJ22 JJ23 KK03 KK04 LL04 MM01 MM09 MM10 NN01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 路面の所定範囲に向けて光を照射する光
   照射手段と、 前記光照射手段の前面に配置され、前記光照射手段から
   路面に照射される光を偏光する第１の偏光フィルタと、 前記路面の所定範囲を撮像する第１の撮像手段及び第２
   の撮像手段と、 前記第１の撮像手段の前面に配置され、前記路面からの
   反射光を前記第１の偏光フィルタの偏光方向と同じ方向
   に偏光して該第１の撮像手段に導く第２の偏光フィルタ
   と、 前記第２の撮像手段の前面に配置され、前記路面からの
   反射光を前記第１の偏光フィルタの偏光方向に直交する
   方向に偏光して該第２の撮像手段に導く第３の偏光フィ
   ルタと、 前記第１の撮像手段及び前記第２の撮像手段で撮像され
   た画像データの空間周波数分布をそれぞれ求め、それら
   の空間周波数分布に基づいて路面状態を判別する演算手
   段と、 を備えてなる路面判別装置。
2. 【請求項２】 路面の所定範囲に向けて光を照射する光
   照射手段と、 前記光照射手段の前面に配置され、前記光照射手段から
   路面に照射される光を偏光する第１の偏光フィルタと、 前記路面の所定範囲を撮像する撮像手段と、 前記路面からの反射光を前記第１の偏光フィルタの偏光
   方向と同じ方向に偏光する第２の偏光フィルタと、 前記路面からの反射光を前記第１の偏光フィルタの偏光
   方向に直交する方向に偏光する第３の偏光フィルタと、 前記第２の偏光フィルタと前記第３の偏光フィルタのそ
   れぞれを、前記撮像手段の前面に移動させることで該撮
   像手段の前面に位置する偏光フィルタの切替を可能にす
   る偏光フィルタ切替手段と、 前記偏光フィルタ切替手段により前記第２の偏光フィル
   タと前記第３の偏光フィルタを切り替える毎に前記撮像
   手段で撮像された画像データの空間周波数分布をそれぞ
   れ求め、それらの空間周波数分布に基づいて路面状態を
   判別する演算手段と、 を備えてなる路面判別装置。
3. 【請求項３】 路面の所定範囲に向けて光を照射する第
   １の光照射手段及び第２の光照射手段と、 前記第１の光照射手段の前面に配置され、路面の所定範
   囲に向けて照射する光を偏光する第１の偏光フィルタ
   と、 前記第２の光照射手段の前面に配置され、路面の所定範
   囲に向けて照射する光を、前記第１の偏光フィルタの偏
   光方向に直交する方向に偏光する第２の偏光フィルタ
   と、 前記路面の所定範囲を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段の前面に配置され、前記第１の偏光フィル
   タと同じ方向に偏光する第３の偏光フィルタと、 前記第１の光照射手段の駆動と第２の光照射手段の駆動
   を切り替える光照射手段切替手段と、 前記光照射手段切替手段により前記第１の光照射手段と
   前記第２の光照射手段を切り替える毎に前記撮像手段で
   撮像された画像データの空間周波数分布をそれぞれ求
   め、それらの空間周波数分布に基づいて路面状態を判別
   する演算手段と、 を備えてなる路面判別装置。
4. 【請求項４】 路面の所定範囲に向けて光を照射する光
   照射手段と、 前記光照射手段から路面に照射される光を偏光する第１
   の偏光フィルタと、 前記光照射手段から路面に照射される光を、前記第１の
   偏光フィルタの偏光方向に直交する方向に偏光する第２
   の偏光フィルタと、 前記第１の偏光フィルタと前記第２の偏光フィルタのそ
   れぞれを、前記光照射手段の前面に移動させることで該
   光照射手段の前面に位置する偏光フィルタの切替を可能
   にする偏光フィルタ切替手段と、 前記路面の所定範囲を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段の前面に配置され、前記第１の偏光フィル
   タと同じ方向に偏光する第３の偏光フィルタと、 前記偏光フィルタ切替手段により前記第１の偏光フィル
   タと前記第２の偏光フィルタを切り替える毎に前記撮像
   手段で撮像された画像データの空間周波数分布をそれぞ
   れ求め、それらの空間周波数分布に基づいて路面状態を
   判別する演算手段と、 を備えてなる路面判別装置。
5. 【請求項５】 前記路面の所定範囲は、前記光照射手段
   からの光の正反射光成分が前記撮像手段に導かれる領域
   と、導かれない領域とを含み、前記演算手段は、それら
   の領域に対する画像データの前記空間周波数分布に基づ
   いて、路面が凍結状態かそうでないかの路面状態を判別
   する、請求項１〜４のいずれかに記載の路面判別装置。
6. 【請求項６】 前記演算手段は、前記撮像手段で撮像さ
   れた画像データを車両進行方向に長い矩形状にそれぞれ
   分割し、分割された画像データ毎に路面状態を判別し、
   各判別結果が異なっている場合には異なる判別結果をそ
   れぞれ出力し、各判別結果が一致している場合には一致
   した１つの判別結果を出力することを特徴とする、請求
   項１〜４のいずれかに記載の路面判別装置。
7. 【請求項７】 前記光照射手段を、レーザ光で前記所定
   の範囲内を走査するレーザ発光手段で構成し、前記撮像
   手段のシャッタ開放時間をレーザ光の１走査時間以上に
   設定した、請求項１〜６のいずれかに記載の路面判別装
   置。
8. 【請求項８】 前記請求項１〜７のいずれかの路面判別
   装置を設置する際、正反射面を有する板を前記路面の所
   定範囲に載置して、前記照射手段によって前記板に光を
   照射した場合に、前記撮像手段で前記板の正反射光が受
   光できるように路面判別装置の設置調整を行うことを特
   徴とする、路面判別装置の設置調整方法。