JP2006308514A - 路面の画像処理型積雪センサー及び積雪検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 路面の積雪を検出する方法であって、昼夜による日光の影響や建物の影の影響により誤作動を生じることのない、又車両のタイヤ跡が残っても正確に積雪の有無を判断することが出来る画像処理型積雪センサー及び積雪の検出方法の提供。
【解決手段】 路面をカメラにて撮影し、該カメラにて撮影した画像をビットマップデーターとしてコンピューターに取り込んで輝度画像に変換し、そして道路標示部の平均輝度を求めて道路標示以外の路面の輝度と比較し、道路標示部以外の路面輝度と道路標示部の平均輝度との比率が一定値以上である場合に積雪ありと判断し、積雪面積が基準値以下の場合には上記輝度画像を微分処理してエッジ画像を求め、さらにエッジ画像をハフ変換し、道路の方向と平行な線分が予め決められている本数以上検出された場合に積雪ありと判断する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、路面の積雪を正確に検出し、これに応じて融雪装置を作動させることが出来る路面の画像処理型積雪センサー、及び積雪を正確に検出する方法に関するものである。

従来において路面の積雪を検出して、このデーターを元にして融雪装置を自動的に作動させるように制御可能とした技術は色々知られている。赤外線を照射し、その反射率を測定する方法もあるが、観測できる範囲はごく小さい領域に限られる。このため、センサーを回転台の上に乗せ路面をスキャンする方式としているが、モータにて回転する可動部を備えること画必要であり、結果として耐久性、信頼性が損なわれる。

本発明は路面の状況をカメラで捉えて画像処理する方法であるが、従来においても画像処理による路面積雪センサーは実用化されてきている。しかし昼夜による日光の影響や、建物の影の影響による誤作動が生じ易いといった問題がある。特開平８−３２７５４２号に係る「路面積雪検出装置」は広い範囲を検出することで正確に路面の積雪、乾燥及び凍結状態を検出することが出来る積雪検出装置である。

すなわち、路面を撮影する撮影手段と、該撮影手段からの画像出力をデジタル信号に変換して記録するフレームメモリと、該フレームメモリで記録されたデジタル信号をフーリエ変換するフーリエ変換部と、該フーリエ変換部で変換して求められた周波数空間上のパワースペクトル画像を記録するメモリと、パワースペクトル画像中におけるパワースペクトル成分を抽出するフイルター部と、フイルター部で抽出された特徴値が設定された値より大のときは積雪、小のときは乾燥又は凍結状態を出力する判定部とを備えている。

実開平４−７３８４号に係る「路面赤外線反射式積雪センサー」は、投光器と受光器を傾斜させて別々に取着し、しかも路面の法線を中心として互いに対称なる位置にＶ形を成して配置して上記投光器からは間歇投射光を投射し、該投射光が路面に当たって反射する路面反射光を上記受光器が受け、該受光器は路面反射光の反射率を検出する機能を有し、さらに受光器側には補助光源を備えている。

しかし、従来の積雪センサーは上記の通り、昼夜による日光の影響や建物の影の影響による誤作動が生じ易い。又、積雪路面を走向する車両のタイヤ跡が、誤作動を起こして積雪の有無を正確に判断することを妨げる原因になっている。
特開平８−３２７５４２号に係る「路面積雪検出装置」 実開平４−７３８４号に係る「路面赤外線反射式積雪センサー」

このように、従来の積雪センサーには上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこれら問題点であり、昼夜による日光の影響や建物の影の影響により誤作動を生じることのない、又車両のタイヤ跡が残っても正確に積雪の有無を判断することが出来る画像処理型積雪センサー及び積雪の検出方法を提供する。

道路上のセンターライン等の道路標示を含む路面が撮影できる位置にＴＶカメラを設置して道路を撮影する。撮影した画像はビットマップデーター（画素ごとのＲＧＢ値）としてコンピューターに取り込み、これを輝度画像に変換する変換手段を有す。この変換された輝度画像のうち、あらかじめ道路標示の位置として指定されている部分の平均輝度を求め、道路標示以外の路面の輝度と比較する手段を備えている。

そこで、道路標示以外の路面輝度と道路標示部の平均輝度との比が一定の値以上であれば、その部分は積雪ありと判断し、一定の値以下であれば積雪なしと判断する。積雪ありと判断した領域があらかじめ指定した面積以上になった場合、融雪装置を動作させたり、アラームを出すように制御する。基準となる道路標示は、車両の通行により摩耗する場合があるが全て消滅するようなことはないので、道路標示として指定した領域の輝度全てを平均する必要はなく、指定した領域の中から自動的に輝度の大きい地点を複数選択し、それらを平均することで対応が可能である。積雪の無い状態ではセンターライン上の輝度とそれ以外の部分の輝度で大きな差があるのに対し、積雪のある状態では輝度の差が小さくなっている。

一方、道路上に積もった雪の上を車両が通行する場合に残されるタイヤ跡も次の方法で検出することが可能である。撮影した路面画像をビットマップデーターとしてコンピューターに取り込み、これを変換することで得られる輝度画像に対し微分処理を行ってエッジ画像を求める手段を有している。エッジ画像は元の画像の輝度が大きく変化している部分を表すもので、積雪の上を車両が通行した場合のタイヤ跡の境界を線分として抽出することが出来る。次に、エッジ画像に対してハフ変換を行う。

エッジ画像で得られた線分は連続しているとは限らず切れ切れになっている場合があるが、このような場合でもハフ変換は画像上の複数の線分を検出し、直線で近似した場合の原点からの距離と角度を求めることが可能である。周囲の建物などの影等を誤ってタイヤ跡と検知してしまう虞れがあるが、得られた直線の角度が道路の方向と平行かどうかを調べることによりタイヤ跡かどうか判断できる。すなわち、道路の方向と平行な−線分があらかじめ決められた本数以上検出された場合に積雪と判断する。

本発明に係る画像処理型積雪センサーは道路上に描かれているセンターライン等の道路標示の輝度を基準としてその他の路面領域の輝度と比較することにより積雪を検知するため、安定した積雪検知が可能である。すなわち、現地にカメラや画像処理パソコンを設置し、積雪した路面の融雪装置を作動させるセンサーとして利用することが出来、現地で撮影した画像を道路を管理する土木事務所などへ伝送し、このデーターをコンピューターで画像処理を行うことで実際の道路状況や融雪装置の作動状況を画面で確認することが可能と成る。最近では、道路状況を監視するＴＶカメラが数多く設置されているが、これらのＴＶカメラを利用することで路面上の積雪の有無を検出できる。

そして本発明では、路面上にある程度の積雪が生じてからセンサーが積雪を検知するため、検知が遅れる場合がある。これを防ぐため、道路に積もった雪の上を車両が通行した場合にできるタイヤ跡を検出する方法を併用する。この方法により、道路にわずかに雪が積もった状態でも積雪の検知が可能となる。又、道路標示としては必ずしも白線である必要はなく、道路標示として白線とともによく用いられる黄色線でも同様のことが可能であり、この場合は輝度を基準とするのではなく、カメラから入力された画素ごとのＲＧＢ値のうちＲ値またはＧ値を基準とする。

図１は本発明に係る画像処理型積雪センサーを備えた道路の概要を表している。同図の１はＴＶカメラ、２は証明装置、３は路面、４は路面中央に形成されている路面表示、５は画像処理装置、６は融雪制御装置を表している。ここで、上記ＴＶカメラ１は路面を撮影するが、センターラインとなる道路標示を撮られることが出来るように路面を撮影している。

そして、撮影された画像はビットマップデータ（画素ごとのＲＧＢ値）としてコンピューターに取り込み、輝度画像に変換される。変換された輝度画像のうち、あらかじめ道路標示の位置として指定されている部分の平均輝度を求め、道路標示以外の路面の輝度と比較する。道路標示以外の路面輝度と道路標示部の平均輝度との比が一定の値以上であれば、その部分は積雪ありと判断し、一定の値以下であれば積雪なしと判断する。

積雪ありと判断した領域があらかじめ指定した面積以上になった場合、融雪装置を作動させたり、警報アラームを出すことは出来る。基準となる道路標示は、車両の通行により摩耗する場合があるが、全て消滅するようなことはない為に、道路標示として指定した領域の輝度全てを平均するものではなく、指定した領域の中から自動的に輝度の大きい地点を複数選択し、これらを平均することで対応が可能である。

図２はＴＶカメラ１にて撮影した路面の積雪前の状態を表している。そして図３は積雪が始まってから約３０分後の状態である。図３に示すように積雪があればセンターラインである道路標示は見えなくなってしまう。一方、図４は路面上の横断方向の輝度分布を表している。同じく、図５は図３に示す積雪状態での路面上の横断方向の輝度分布である。

積雪前の輝度分布を示している図４では、道路標示の白線部分の輝度が大きく立ち上がっていることが分かる。しかし、積雪後では図５に示しているように、道路標示部以外の路面輝度が高くなって輝度分布全体が滑らかになり、道路標示部が僅かに大きく成っているに過ぎない。このように、積雪の無い状態ではセンターラインである道路標示の輝度とそれ以外の路面上の輝度とでは大きな差が存在している。しかし、積雪後ではこの両者の輝度差は縮まってしまう。本発明は、この両者の輝度の比率を算出することで積雪の有無を判断する。

一方、積雪面を車両が走向する場合、そのタイヤ跡を検出することで積雪の有無を判断することが出来る。図６は積雪面を車両が走向した路面を表しているように、複数のタイヤ跡が映し出されている。しかし、タイヤ跡がある路面輝度では積雪の有無を判断することが容易でない為に、輝度画像を微分処理してエッジ画像を求める。該エッジ画像は元の画像の輝度が大きく変化している部分を表すことが出来る為に、積雪上を車両が走向した場合のタイヤ跡の境界を線分として抽出することが出来る。

図７は図６の画像を微分処理して得られるエッジ画像である。該エッジ画像は図６に示す元の画像の輝度が大きく変化している部分を表示する為に、積雪上を車両が走向して出来るタイヤ跡の境界を線分として抽出することが出来る。さらに、該エッジ画像に対してハフ変換を行う。

エッジ画像で得られる線分は連続しているとは限らず、図７に示すように切れ切れに成っている場合がある。このような場合でもハフ変換することで画像上の複数線分を検出し、直線で近似した場合の原点からの距離と角度を求めることが可能である。例えば、建物などの影を誤ってタイヤ跡と認知してしまう虞があるが、ハフ変換にて得られた直線の角度が道路の方向と平行かどうかを調べることでタイヤ跡か否かが判断される。

道路の方向と平行な一直線があらかじめ決められた本数以上検出された場合に積雪と判断することが出来る。このように、本発明は積雪面積が基準面積以上であるか否か、又路面輝度画像のエッジ画像を求めると共にハフ変換して道路方向に平行な線の本数が基準以上であるか否かで積雪の有無を判断することが出来る。

図８は本発明の積雪センサーを用いた積雪検出のフローチャートを表している。
（１）路面を撮影したＴＶカメラ画像をビットマップ画像として保存する。
図２は積雪前のビットマップ画像であり、図３は積雪後のビットマップ画像を表している。
（２）ビットマップ画像を輝度画像に変換する。
図４は積雪前の図２の輝度画像であり、図５は積雪後の図３の輝度画像である。
（３）道路標示部の平均輝度を算出する。
図４の積雪前の状態では、道路標示部の平均輝度は非常に高く成っているが、図５の積雪後の状態では、道路標示部の平均輝度は低下している。
（４）（道路標示部の平均輝度）÷（道路標示部以外の路面輝度）の比を計算し、この値が一定以下の場合には積雪ありと判断する。そして、積雪面積が基準面積以上に成っている場合には融雪装置を作動するように制御装置へ信号を出す。
（５）ただし、積雪路面を車両が走向することで路面の積雪面積が少なく成り、道路標示部及び道路標示部以外の平均輝度を求めることが出来ない場合がある。
（６）そこで、タイヤ跡がある路面の輝度画像を微分処理してエッジ画像を求める。
（７）エッジ画像をハフ変換する。
（８）道路の方向と平行な線の本数が基準値以上の場合には積雪ありと判断する。逆に基準値以下の場合には積雪なしと判断する。

本発明に係る積雪検知方法は、道路表示部の輝度と道路標示部以外の輝度の比率に基づいて積雪の有無を判断する場合、又車両のタイヤ跡を残した路面画像をエッジ変換すると共にハフ変換して積雪の有無を判断する方法であり、時には両方法を兼ねて行うことも出来る。

積雪センサーを備えた道路の概要。 積雪のない路面。 積雪のある路面。 積雪前の輝度画像。 積雪後の輝度画像。 タイヤ跡のある路面。 図６のエッジ画像。 積雪センサーの作動を示すフローチャート。

符号の説明

１ ＴＶカメラ
２ 照明装置
３ 路面
４ 路面標示
５ 画像処理装置
６ 融雪制御装置

Claims (7)

1. 路面の積雪を検出する為のセンサーにおいて、路面を撮影することが出来るカメラと、カメラにて撮影した画像を処理する画像処理装置を備えたもので、上記画像処理装置は、撮影した画像をビットマップデーターとしてコンピューターに取り込み輝度画像に変換する手段、道路標示部の平均輝度を求めて道路標示以外の路面の輝度とを比較する手段、そして道路標示部以外の路面輝度と道路標示部の平均輝度との比率が一定値以上である場合に積雪ありと判断する手段とを備えたことを特徴とする画像処理型積雪センサー。
2. 積雪ありと判断した領域が予め指定した面積以上になった場合に融雪装置を作動させたり、警報アラーム信号を出すように制御した請求項１記載の画像処理型積雪センサー。
3. 車両のタイヤ跡が残る路面の積雪を検出する為のセンサーにおいて、該路面を撮影することが出来るカメラと、カメラにて撮影した画像を処理する画像処理装置を備えたもので、上記画像処理装置は、撮影した画像をビットマップデーターとしてコンピューターに取り込み輝度画像に変換する手段、輝度画像を微分処理にてエッジ画像を求める手段、そしてエッジ画像をハフ変換する手段、そして道路の方向と平行な線分が予め決められている本数以上検出された場合に積雪ありと判断する手段を備えたことを特徴とする画像処理型積雪センサー。
4. 路面の積雪を検出する為のセンサーにおいて、路面を撮影することが出来るカメラと、カメラにて撮影した画像を処理する画像処理装置を備えたもので、上記画像処理装置は、撮影した画像をビットマップデーターとしてコンピューターに取り込み輝度画像に変換する手段、道路標示部の平均輝度を求めて道路標示以外の路面の輝度とを比較する手段、そして道路標示部以外の路面輝度と道路標示部の平均輝度との比率が一定値以上である場合に積雪ありと判断する手段、さらに上記輝度画像を微分処理にてエッジ画像を求める手段、エッジ画像をハフ変換する手段、道路の方向と平行な線分が予め決められている本数以上検出された場合に積雪ありと判断する手段を備えたことを特徴とする画像処理型積雪センサー。
5. 路面の積雪を検出する方法において、路面をカメラにて撮影し、該カメラにて撮影した画像をビットマップデーターとしてコンピューターに取り込んで輝度画像に変換し、そして道路標示部の平均輝度を求めて道路標示以外の路面の輝度と比較し、道路標示部以外の路面輝度と道路標示部の平均輝度との比率が一定値以上である場合に積雪ありと判断することを特徴とする路面の積雪検出方法。
6. 車両のタイヤ跡が残る路面の積雪を検出する方法において、該路面をカメラにて撮影し、カメラにて撮影した画像をビットマップデーターとしてコンピューターに取り込んで輝度画像に変換し、そして輝度画像を微分処理してエッジ画像を求め、さらにエッジ画像をハフ変換し、道路の方向と平行な線分が予め決められている本数以上検出された場合に積雪ありと判断することを特徴とする路面の積雪検出方法。
7. 路面の積雪を検出する方法において、路面をカメラにて撮影し、該カメラにて撮影した画像をビットマップデーターとしてコンピューターに取り込んで輝度画像に変換し、そして道路標示部の平均輝度を求めて道路標示以外の路面の輝度と比較し、道路標示部以外の路面輝度と道路標示部の平均輝度との比率が一定値以上である場合に積雪ありと判断し、積雪面積が基準値以下の場合には上記輝度画像を微分処理してエッジ画像を求め、さらにエッジ画像をハフ変換し、道路の方向と平行な線分が予め決められている本数以上検出された場合に積雪ありと判断することを特徴とする路面の積雪検出方法。

Images