JP2015025727A - 路面撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行中に路面を撮像して、路面のひび割れ等を検出可能な路面撮像装置を提供する。
【解決手段】移動体に搭載され、移動体が走行する路面に向けて所定の波長帯の光を照射する照明装置と、照明装置により照射された路面を撮像する撮像装置と、撮像装置が設置された周辺の前記波長帯の光の光量を計測する光量装置と、照明装置の照射開始と照射終了のタイミングと撮像装置の撮像タイミングを制御するコントロール装置と、撮像装置で撮像した画像を記録する画像記録装置を備え、前記照明装置は赤外ストロボ照明の光源であり、撮像装置はストロボ照明の前後を含む時間帯において撮像装置のシャッターを解放し路面を撮像する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動体（主に車両）に搭載され、路面を撮像して路面のひび割れ等を検出する路面撮像装置に関するものである。特に、高精細に路面を撮像する場合に、外光の影響を受けず均一な画像を撮像することが可能な路面撮像装置に関わるものである。

道路舗装を維持管理するため、移動体で移動しながら路面の「ひび割れ率」、「わだち掘れ量」、「平坦性」等を測定する路面性状計測車が知られている。路面の「ひび割れ」を移動体から撮像する撮像装置としては、２次元カメラの他、ラインカメラ、レーザを光源とした方法等が知られている。また、ＧＰＳ（Global Positioning System）などの位置装置を利用して、どの位置で撮像した画像であるかを特定する事も行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１９４９８３号公報 ＷＯ２００８/０９９９１５号公報

カメラを用いて路面を撮像する場合、撮像した画像は撮像時の外光の影響を大きく受けることになる。例えば、昼間の撮像であれば、移動体に搭載したカメラが日なたの部分から日陰に移動した時にカメラの光量調整が追いつかずに、画像が白とびすることが起こり得る。また、１つの画像中に日なた部分と日陰部分が混ざっている場合、ダイナミックレンジの不足により日影の部分が黒くなり過ぎたり、あるいは日なたの部分が白くなり過ぎて、均一な画像を取得することが難しいという課題があった。
一方、夜間の撮影では、昼間の撮影の時のような日なた部分や日陰部分の影響を減らすことができるが、照明に関しては光量規制を受けるために、規定値以上は撮影環境を明るくすることができず、光量不足となって得られた画像が暗くなるという課題が生じていた。

また、路面を撮像する別の方法として光源にレーザを用い、レーザ光源を車両に搭載する方法があるが、光量を確保するために強いレーザ光を用いなければならず、安全性上に問題が生じて運用に制限がかかることが想定される、という課題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、昼間、夜間に関わらず、一定光量で撮像する事が可能となり、外乱によらず、常に同じ明るさの路面を撮像することが可能な路面撮像装置を提供することを目的とする。

この発明に係る路面撮像装置は、移動体に搭載され、前記移動体が走行する路面に向けて所定の波長帯の光を照射する照明装置と、前記照明装置により照射された路面を撮像する撮像装置と、前記撮像装置が設置された周辺の前記波長帯の光の光量を計測する光量装置と、前記照明装置の照射開始と照射終了のタイミングと、前記撮像装置の撮像タイミングを制御するコントロール装置と、前記撮像装置で撮像した画像を記録する画像記録装置とを備え、前記照明装置はストロボ照明の光源であり、前記撮像装置は、前記ストロボ照明の前後を含む時間帯において前記撮像装置のシャッターを解放し、前記路面を撮像する。

この発明に係る路面撮像装置によれば、昼間、夜間に関わらず一定光量で路面を撮像する事が可能となる。また、太陽光外乱によらず、常に同じ明るさの路面を撮像する事が可能となる。
また、高精細なカメラを用いる事によって、路面のひび割れを正確に画像で取得することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る路面撮像装置の撮像部分の構成の概念を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る路面撮像装置を車両に搭載した車両搭載例である。 本発明の実施の形態１に係る移動体撮像装置のシステム構成を説明する図である。 本発明の実施の形態１を係る路面撮像装置の撮像フローを説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る路面撮像装置のカメラのシャッタ動作のタイミングと照明発光のタイミングを説明する図である。 本発明の実施の形態２に係る路面撮像装置の撮像部分の構成の概念を説明する図である。 本発明の実施の形態１、２に係るＬＥＤ赤外ストロボ照明装置の外観の一例を表した図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る路面撮像装置１００の構成を説明する概念図である。
本発明に係る路面撮像装置１００は、路面２０上の照明-撮像対象範囲２１に向けてＬＥＤ赤外光を照射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）赤外ストロボ照明１ａ、１ｂ、路面２０上の２次元平面を撮影するカメラ２ａ、カメラ２ａが設置された環境における所定の波長の光量を計測する光量装置４、カメラ２ａのレンズ前と光量装置４のセンサ部（図示せず）前に脱着可能に取り付けられたＩＲフィルタ３、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂの照射タイミングやカメラの撮像タイミングを制御するコントロール装置５、２次元カメラ２ａで撮像した画像を記録する画像記録装置６、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂ用の電源であるＬＥＤ赤外ストロボ照明電源１１を備える。
図１には、移動体（車両１０１）の走行速度を計測するオドメータ装置７、路面２０をレーザ光で走査するレーザスキャナ８、レーザスキャナ８を走査して取得した路面２０の情報を記録する記録装置９、移動体に搭載されＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳアンテナ１０が記載されている。なお、ＧＰＳアンテナ１０は、ＧＰＳ衛星の他、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳなどの航法衛星からの測位用電波を受信するものであってもよい。

ＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂは、特定の単一波長であって短時間の照明のＯＮ／ＯＦＦのコントロールが可能な光源である。ここでの光源の波長は可視域外の波長であり、地表での太陽光の影響を除外するため太陽光にできるだけ含まれない波長であることが望ましい。本実施の形態では、８５０[ｎｍ]の赤外波長の光源を選択する。
カメラ２ａは、ＩＲフィルタを透過した８５０[ｎｍ]の波長の光を受光して路面を撮像するものであり、路面のひび割れ（数ｍｍ程）を判別できる解像度を有するものとする。
光量装置４は８５０[ｎｍ]の波長の光量を計測できる光量センサであり、光の取り入れ口に設けられたＩＲフィルタ３の特性により波長は選別される。
以上のような構成をとることにより、カメラ２ａは選択した単一波長のみ受光することとなり、カメラ２ａで撮像した画像は基本的に太陽光の影響を受けない。

図２は、路面撮像装置１００を移動体である車両１０１に搭載したときの車両構成の一例である。車両１０１は、オドメータ装置、ジャイロ、ＧＰＳ受信機に接続されたＧＰＳアンテナ、レーザスキャナ、カメラ、ストロボ光源、光量装置等の機器を搭載して道路を走行し、走行する車両から道路周辺の地物の位置や路面の情報を取得することができる。
ＧＰＳ受信機、レーザスキャナ、カメラなどを搭載した車両が道路を走行し、地図情報を取得するシステムはＭＭＳ（Ｍｏｉｌｅ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれ、近年、研究開発が行われているが（例えば、特許文献２参照）、ここではその詳細については省略する。

本実施の形態に係る路面撮像装置１００において、車両１０１の後部には車両後方に水平に伸延する後方フレーム３０が取り付けられ、後方フレーム３０には、車両後方に向けてレーザ光を走査するレーザスキャナ８と、カメラ２ａと、ＬＥＤストロボ照明１ａ、１ｂと、光量装置４が設置されている。カメラ２ａと光量装置４の光の取込部分には、ＩＲフィルタ３（図示せず）が被せられている。
カメラ２ａとＬＥＤストロボ照明１ａ、１ｂは、路面２０上のほぼ同じ場所を向いて取り付けられ、カメラ２ａは、ＬＥＤストロボ照明１ａ、１ｂによりストロボ照射された路面の状況を撮像可能となっている。また、光量装置４は内部に設けられたセンサが周囲の光を受光して、その光量をコントロール装置５に出力可能となっている。
また、車両１０１の天板前部には枠組みされた前方フレーム３１が取り付けられており、前方フレーム３１には、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳアンテナ１０、車両前方に向けてレーザ光を走査するレーザスキャナ８、慣性計測ユニット（Inertial Measurement Unit）であるＩＭＵ３２が設置されている。また、車両１０１のタイヤ軸にはオドメータ装置７（図示しない）が直結されており、正確な車両速度を計測できる。

ここで、カメラ２ａにより走行中の路面を撮像し、路面のひび割れ等を検出するためには、カメラ２ａのシャッターを高速でＯＮ／ＯＦＦする必要がある。高速でカメラシャッターをＯＮ／ＯＦＦできない場合、走行中に撮像したカメラ２ａの画像は対象（路面）がぶれて撮像され、路面のひび割れ等を検知できないためである。

特に、高速道路の路面に生じたひび割れ等を検出しようとする際は、最低走行速度が決められており、また、他の車両の流れの妨げにならない程度の速度で走行する必要がある。この場合、高速のシャッター動作を行うシャッターを使用しても、画像のぶれが生じて路面のひび割れ等の検出が難しいことが判ってきた。

そこで、実施の形態１に係る路面撮像装置１００では、車両１０１で走行中の路面の撮像を行うにあたり、カメラ２ａのシャッターを高速でＯＮ／ＯＦＦ制御することはせず、光源の発光時間をコントロールすることで、ぶれのない路面画像を取得するようにした。
すなわち、カメラ２ａは、光源（ＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂ）の発光タイミングの前後の時間帯でシャッターをＯＮ（シャッターを開く）の状態にしておき、光源がパルス状に発光して路面が照射されたときの路面の状態を、シャッターが開いた状態のカメラ２ａにより撮像するようにした。

このようにすることで、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１が発光していない間は、カメラ２ａは路面の映らない暗い画面のみを撮像し、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１が路面を照射した時間だけ照らされた路面を撮像する。このように路面は照明１によってパルス状に照射された瞬間だけ映し出されてカメラ２ａにより撮像されるため、車両走行中であっても撮像した画像がぶれることを抑えることができる。

以下では、車両１０１に搭載される路面撮像装置１００のシステム構成とその動作について説明する。
図３は、路面撮像装置１００とＭＭＳ機能を有する車両１０１のシステム構成をブロック図としたものである。当該システムは（１）路面カメラ系と（２）照明系と（３）ＭＭＳの３つの部分からなる。
路面カメラ系はトリガ発生装置、画像記録装置、カメラ等を備え、トリガ発生装置が出力するシャッタートリガによりシャッターを開いて、映像信号を画像記録装置に記録する。トリガ発生装置はカメラのシャッターが開いている間にストロボ信号をストロボ制御装置に出力する。
照明系では、トリガ発生装置からストロボ信号を受信したストロボ制御装置が発光指令を出力し、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂが発光開始する。
光量装置（光電装置）４は、計測した光量データをストロボ制御装置に出力し、ストロボ制御装置は発光時間を制御する。具体的には、光量データから取得した光量装置４の周囲の光量が一定値の受光を感知すると、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂを消灯する。

路面撮像装置を構成する構成部分（カメラ２ａ、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂ）の緒元の一例を以下に示す。なお、これらの値は一例として表した数値であり、これらの値に限定されるものではない。

（１）カメラ２ａの分解能要求：１ｍｍのクラックを見つけることを想定し、画素ピッチを０．５ｍｍ/画素程度とする。
（２）画素数（Ｈ）：幅員４ｍをカバーするため、Ｈ方向（横断方向）の画素数をに８０００画素以上とする。
（３）画素数（Ｖ）：画角を４：３のカメラを使う場合、Ｖ（進行）方向には３０００画素が必要である。
（４）撮影間隔：Ｖ（進行）方向に３０００画素で、画素ピッチ１．５ｍｍの場合、視野は１．５ｍとなる。速度８０ｋｍ/ｈのとき、１ｍ間隔でシャッターを切ると２２．２Ｈｚとなる。これより、撮影間隔は２５Ｈｚ以上が必要である。
（５）シャッタスピード：８０ｋｍ/ｈで走行しているときに、１ｍｍ進む時間は４５μＳ（＝1／２２２２２ｓ）となるので、画像ブレを１ｍｍ以下とするには、シャッタースピードは１／２００００以下が必要である。
（６）ストロボ発光：ＬＥＤのストロボ発光時間により１／２００００以下を実現する。
（７）露出調整：路面の明るさに対する露出時間は、反射光を光センサ（光量装置）で監視して、ＬＥＤストロボ発光時間をリアルタイムに調整する。
（８）外乱光除去：日光による画像への影響を極小化するため、赤外線（ＩＲ）のストロボを使用し、カメラに赤外線フィルタを付けて、可視光を遮断する。

更に、ＬＥＤストロボ照明の波長としては赤外領域の波長が望ましい。可視光と比べ、照明強度の規制の点で、より強力な照明を昼夜関係なく使用できる。また、日光による画像への影響を極小化できる。

図４は本実施の形態に係る路面撮像装置の動作フローを示した図である。図５はカメラ２ａのシャッタのＯＮ/ＯＦＦ状態と発光指令の時間関係を示した図である。
図４、図５において、シャッタトリガによりシャッターが開いている間（ステップ：Ｓ０１）に、ストロボ制御装置はＬＥＤストロボ照明１ａ、１ｂに対し発光指令を行う（Ｓ０２）。光量装置４は周囲の光量を計測し、光量が予め定めた値に達した時点（Ｓ０３）で、ストロボ制御装置はＬＥＤストロボ照明に対し、発光ＯＦＦの指令を行う（Ｓ０４）。その後カメラ２ａのシャッターを閉じる（Ｓ０５）。カメラ２ａは映像を画像記録装置６に転送し（Ｓ０６）、保存する。所定の走行が完了するまで、Ｓ０１〜Ｓ０６を繰り返し実行する。

このように、本実施の形態に係る路面撮像装置は、路面２０上の照明-撮像対象範囲２１に向けてＬＥＤ赤外光を照射するＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂ、路面２０上の２次元平面を撮影するカメラ２ａ、カメラ２ａが設置された環境における所定の波長の光量を計測する光量装置４、カメラ２ａと光量装置４のセンサ部前に取り付けられたＩＲフィルタ３、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂの照射タイミングやカメラの撮像タイミングを制御するコントロール装置５、２次元カメラ２ａで撮像した画像を記録する画像記録装置６を備え、カメラのシャッターのＯＮ（開く）/ＯＦＦ（閉じる）の動作よりも高速でのＯＮ（照明ＯＮ）/ＯＦＦ（照明ＯＦＦ）制御が可能なＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂにおいて、その照明がＯＮの間の路面画像をカメラ２ａで撮像するようにした。更に光量装置４により周囲の光量を測定し、所定の光量に達した時点で、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂの照明をＯＦＦとするようにした。

このように構成することにより、カメラ２ａに入射するＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂの光量は常に一定となり、太陽光などの外光の影響を受けずに撮像された画像は常に明るさが均一なものとなると共に、車両で路面上を移動しながら路面の瞬間の画像をぶれることなく明瞭に鮮明に撮像することができる。

なお、画像の明るさを均一なものとすることができる点については、カメラの受光光量をカメラ自身で判断できるカメラであれば、光源は常時点灯で、カメラのシャッタースピードをカメラ自身でコントロールする方法でも可能であるが、通常のフィードバック方式（１枚前の撮像の明るさから次のカメラ制御値をコントロールする方法）では外光や撮像距離などの影響を受けてしまうので不適である。また光源は大きな電力を消費するので、連続点灯は望ましくない。

光源は可視領域外の波長を選択しているので、対抗車両の運転手や歩道を歩いている人にも影響を及ぼさない。

更に、このカメラで撮像して、検出した路面のひび割れの正当性は、併用しているレーザスキャナの形状を用いることにより、より正確に検出する事が可能である。

レーザスキャナは形状を取得できるため、ひび割れの深さを判定できるからである。カメラ２ａだけを利用している場合、映像にはひび割れのように撮像されても、実際には浮き出ている場合や高さの差がない場合も考えられる。
しかしながら、車両１０１に搭載するレーザスキャナ８を併用し、同じ場所の形状、例えば路面の凹凸状態を確認することにより、このような誤判定を除外して、ひび割れの有無を確認することが可能である。また、ＧＰＳを利用した車両１０１の位置と、車両１０１の位置に対するレーザスキャナの走査位置に基づき、ひび割れの位置を特定することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、路面を撮像するカメラとして、路面上の２次元の画像を撮像するカメラを用いていたが、実施の形態２では、路面を撮像するカメラとしてラインカメラを用いる。

図６は、実施の形態２に係る路面撮像装置１０２の構成を示す概念図である。実施の形態１で説明した構成と同様の構成については同じ番号を付して説明を省略する。実施の形態２では、カメラとしてラインカメラ２ｂを用いる。ラインカメラ２ｂは、路面２０上に線（ライン）状で示された照明-撮像対象範囲２２の画像を撮像する。ラインカメラ２ｂには実施の形態１と同様にＩＲフィルタ３が撮像部分の前面に取り付けられている。また、実施の形態２では、光量装置４は外されている。また、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１、１ｂの前方には、集光レンズ１２ａ、１２ｂが設けられている。

ここで、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１、１ｂの光源もラインカメラ２ｂの撮像対象と同じライン上にレンズなどで集光する。この時、ライン状の照明-撮像対象範囲２２と、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１、１ｂの光が集光された集光ラインは同一ラインの位置になるように留意する。
またこの撮像ラインは車両の進行方向と垂直になるようにセットし、車両が進行することによって路面を撮像するようにする。

実施の形態２では、ＬＥＤ赤外ストロボ照明１、１ｂの照明光が照明-撮像対象範囲２２で示されるライン上に集光され、光量は実施の形態１のときより増すので、より外光の影響を排除できることとなる。
また、太陽光などの外光の影響がほとんど無視できるほどに光量が大きくなった場合、実施の形態１のときのような光量センサや、照明光をＯＮ／ＯＦＦ制御するコントロールは不要であり、ラインカメラ２ｂは一定のシャッター速度で撮像するだけで、外光に影響されない画像を取得する事が可能となる。

また、路面全体の画像を生成する際には、ラインカメラ２ｂで撮像したライン状の照明-撮像対象範囲の画像を順番に隣接して並べていくことでよいので、実施の形態１で説明した２次元で撮像した画像同志の張り合わせの位置調整が不要であり、簡易に、路面全体の画像を生成することが可能である。

なお、図７はＬＥＤ赤外ストロボ照明１ａ、１ｂの一例を表した３面図である。多数のＬＥＤ素子を配置することで所望の光量を得ることができ、また、曲面状に配置することで照明の範囲についても所望の形状を形成することが可能となる。

１ａ ＬＥＤ赤外ストロボ照明、１ｂ ＬＥＤ赤外ストロボ照明、２ａ カメラ（２次元）、２ｂ ラインカメラ、３ ＩＲフィルタ、４ 光量装置、５ コントロール装置、６ 画像記録装置、７ オドメータ装置、８ レーザスキャナ、９ 記録装置、１０ ＧＰＳアンテナ、１１ ＬＥＤ赤外ストロボ照明電源、１２ａ、１２ｂ 集光レンズ、２０ 路面、２１ 実施の形態１に係る照明-撮像対象範囲、２２ 実施の形態２に係る照明-撮像対象範囲、３０ 後方フレーム、３１ 前方フレーム、３２ ＩＭＵ、１００ 路面撮像装置（実施の形態１）、１０１ 車両、１０２ 路面撮像装置（実施の形態２）。

Claims (6)

1. 移動体に搭載され、前記移動体が走行する路面に向けて所定の波長帯の光を照射する照明装置と、前記照明装置により照射された路面を撮像する撮像装置と、前記撮像装置が設置された周辺の前記波長帯の光の光量を計測する光量装置と、前記照明装置の照射開始と照射終了のタイミングと、前記撮像装置の撮像タイミングを制御するコントロール装置と、前記撮像装置で撮像した画像を記録する画像記録装置とを備え、
   前記照明装置はストロボ照明の光源であり、
   前記撮像装置は、前記ストロボ照明の前後を含む時間帯において前記撮像装置のシャッターを解放し、前記路面を撮像することを特徴とする路面撮像装置。
2. 前記コントロール装置は、前記光量装置が計測する前記波長帯の光の光量が所定の値となったタイミングで、前記照明装置の照射を終了させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の路面撮像装置。
3. 前記照明装置は赤外波長帯のＬＥＤであることを特徴とする請求項１、２いずれか記載の路面撮像装置。
4. 前記撮像装置と前記光量装置は、光の入射口に赤外波長帯の光を透過するフィルタを備えることを特徴とする路面撮像装置。
5. 移動体に搭載され、前記移動体が走行する路面に向けて所定の波長帯の光をライン状に照射する照明装置と、前記照明装置により照射されたライン状の路面を撮像するライン撮像装置と、前記ライン撮像装置で撮像した画像を記録する画像記録装置とを備え、
   前記照明装置は赤外波長帯のＬＥＤを光源とし、レンズにより前記ＬＥＤの光をライン状に集光し、
   前記撮像装置は、前記移動体の進行方向と略垂直の方向となるライン状路面を撮像することを特徴とする路面撮像装置。
6. 前記移動体は前記路面をレーザ光で走査するレーザスキャナと、航法衛星からの電波を受信する受信装置を備えており、
   前記レーザ光の走査により得られる路面の凹凸形状と前記移動体の位置情報を取得して、前記路面のひび割れ箇所の位置を特定することを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の路面撮像装置。

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