JP2017207361A - Road surface state detection unit, road surface state discrimination system, and moving body - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は路面状態検知ユニットおよび路面状態判別システムおよび移動体に関する。 The present invention relates to a road surface state detection unit, a road surface state determination system, and a moving body.
撮像手段の撮像素子上に、領域分割した偏光フィルタを設置し、ピクセル毎に取得する光の偏光方向を変えて、撮影した画像の偏光情報を得ることにより、路面状態の判別を行うことが知られている（特許文献１、２）。
It is known that a road surface state is discriminated by installing a polarization filter divided into regions on the imaging device of the imaging means, changing the polarization direction of the light acquired for each pixel, and obtaining the polarization information of the captured image. (
この発明は、撮像手段により取得される偏光情報により路面状態を検知する新規な路面状態検知ユニットの実現を課題とする。 This invention makes it a subject to implement | achieve the novel road surface state detection unit which detects a road surface state by the polarization information acquired by an imaging means.
この発明の路面状態検知ユニットは、路面をスポット状に照明する照明光源と、該照明光源によりスポット状に照明された前記路面による反射光のＰ偏光成分画像とＳ偏光成分画像を撮像する１以上の撮像手段と、を有し、前記撮像手段の少なくとも１つは、その結像光学系の光軸が前記スポット状に照明された被照明部の中心に向かい、且つ、前記照明光源による照明光束の正反射角：θＬに対して、前記照明光束の正反射方向から±０．２θＬの角範囲にある設置角：θＣに設定されている。 The road surface state detection unit of the present invention captures an illumination light source that illuminates the road surface in a spot shape, and picks up a P-polarized component image and an S-polarized component image of reflected light from the road surface illuminated in a spot shape by the illumination light source. At least one of the imaging means, the optical axis of the imaging optical system is directed to the center of the illuminated part illuminated in the spot shape, and the illumination light beam by the illumination light source Is set to an installation angle: θC that is within an angular range of ± 0.2θL from the regular reflection direction of the illumination light beam.
この発明によれば、撮像手段により取得される偏光情報により路面状態を検知する新規な路面状態検知ユニットを実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a novel road surface state detection unit that detects a road surface state based on polarization information acquired by an imaging unit.
以下、実施の形態を説明する。
図１は、路面状態検知ユニットの実施の１形態を説明するための概念図である。
図１（ａ）において、符号ＵＴで示す部分が「路面状態検知ユニット」を示す。
路面状態検知ユニットＵＴは、照明光源ＬＳと撮像手段ＣＭとを有する。照明光源ＬＳは、路面ＥＲをスポット状に照明するものであり「ＬＥＤやハロゲンランプ等、無偏光の照明光束を放射する発光源」を用いる公知の適宜の光源装置を用いることができる。
図１（ａ）において、符号ＬＰは「照明光束の主光線（照明光束中で「最大の光強度」を持つ光線）」を示す。
照明光束の主光線ＬＰは路面ＥＲにおける位置ＣＳＰに入射する。
路面ＥＲは照明光束によりスポット状に照明されるが、主光線ＬＰが入射する位置ＣＳＰを「スポット状の被照明部の中心」と称する。「照明光束」は、平行光束、収束光束、発散光束等、種々の光束形態が許容されるが、光利用効率の観点からは「被照射部におけるスポット形状があまり大きくない」ことが好ましく、この観点からすると、照明光束の光束形態は、平行光束や「弱い発散性もしくは弱い収束性」の光束形態が好適である。
Hereinafter, embodiments will be described.
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining one embodiment of a road surface state detection unit.
In FIG. 1A, the portion indicated by the symbol UT indicates a “road surface state detection unit”.
The road surface state detection unit UT includes an illumination light source LS and an imaging unit CM. The illumination light source LS illuminates the road surface ER in a spot shape, and a known appropriate light source device using a “light emitting source that emits an unpolarized illumination light beam such as an LED or a halogen lamp” can be used.
In FIG. 1A, the symbol LP indicates “a principal ray of an illumination light beam (a light ray having“ maximum light intensity ”in the illumination light beam)”.
The principal ray LP of the illumination light beam enters the position CSP on the road surface ER.
The road surface ER is illuminated in a spot shape by the illumination light beam, and the position CSP where the principal ray LP is incident is referred to as “the center of the spot-shaped illuminated portion”. The “illumination light beam” may be in various light beam forms such as a parallel light beam, a convergent light beam, and a divergent light beam. However, from the viewpoint of light utilization efficiency, it is preferable that “the spot shape at the irradiated portion is not so large”. From the viewpoint, the luminous flux of the illumination luminous flux is preferably a parallel luminous flux or a “weakly divergent or weakly convergent” luminous flux.
図１（ａ）において、符号「ｎ」は、位置ＣＳＰにおいて路面に立てた法線を示し、角：θ１は「主光線ＬＰと法線ｎとがなす角」であり、この角：θ１をもって「照明光束の入射角」とする。
図１（ａ）において、符号ＬＲＰは、照明光束の主光線ＬＰの路面ＥＲによる正反射光を示し、正反射光ＬＲＰと法線ｎとのなす角：θＬを「照明光束の正反射角」と言う。
撮像手段ＣＭについては後述するが、撮像素子と「路面ＥＲの被照明部の像を撮像素子上に結像する結像光学系」を有しており、図１（ａ）における符号「ＡＸ」は、撮像手段ＣＭにおける結像光学系の光軸を示している。撮像手段ＣＭは、光軸ＡＸが、路面ＥＲ状の位置ＣＳＰ、即ち「スポット状に照明された被照明部の中心」を通るように向きを定められる。図中の角：θＣは「光軸ＡＸと法線ｎとがなす角」であり、この角：θＣを「撮像手段ＣＭの設置角」と呼ぶ。
In FIG. 1A, the symbol “n” indicates a normal line standing on the road surface at the position CSP, and the angle: θ1 is “the angle formed by the principal ray LP and the normal line n”. Let it be the “incident angle of the illumination beam”.
In FIG. 1A, symbol LRP indicates regular reflection light by the road surface ER of the principal ray LP of the illumination light beam, and an angle θL between the regular reflection light LRP and the normal line n is “a regular reflection angle of the illumination light beam”. Say.
Although the imaging means CM will be described later, it has an imaging device and an “imaging optical system that forms an image of the illuminated portion of the road surface ER on the imaging device”. Reference numeral “AX” in FIG. Indicates the optical axis of the imaging optical system in the imaging means CM. The imaging means CM is oriented so that the optical axis AX passes through the position CSP in the ER shape of the road surface, that is, “the center of the illuminated part illuminated in a spot shape”. In the figure, an angle: θC is an “angle formed by the optical axis AX and the normal line n”, and this angle: θC is referred to as an “installation angle of the imaging means CM”.
付言すると、一般に、路面の状態は、乾燥状態および湿潤状態では「凹凸を持つ粗面」であり、凍結状態では「平面に近い状態」となる。 In addition, in general, the road surface state is a “rough surface with unevenness” in a dry state and a wet state, and “a state close to a flat surface” in a frozen state.
上記法線ｎ、入射角：θ１、正反射角：θＬ、設置角：θＣは何れも、上記粗面を「平面と見做した状態」で定義される。
撮像手段ＣＭの設置角：θＣは、照明光束の正反射方向、即ち、正反射光ＬＲＰの正反射角：θＬに対して「±０．２θＬ」の角範囲にある。
即ち「撮像手段ＣＭの光軸（位置ＣＳＰを通る。）と正反射光ＬＲＰとがなす角」は「±０．２θＬ」の範囲に含まれる。
図１（ｂ）を参照すると、この図は、正反射光ＬＲＰを軸、位置ＣＳＰを頂点とし、頂角が｜０．４θＬ｜である円錐状領域を示している。
撮像手段ＣＭの設置角：θＣが「照明光束の正反射角：θＬに対して、照明光束の正反射方向から±０．２θＬの角範囲にある」とは、撮像手段ＣＭの結像光学系の光軸ＡＸが位置ＣＳＰを通り、図１（ｂ）に示す円錐状領域内に含まれることを意味する。
特別の場合として、図１（ａ）に示す「主光線ＬＰと法線ｎ、正反射光ＬＲＰを含む平面内」で考えれば、設置角：θＬは、
θＬ−０．２θＬ≦θＣ≦θＬ＋０．２θＬ
の範囲にあることになる。
撮像手段ＣＭの設置角：θＣに関する上記条件は、撮像手段ＣＭの光軸ＡＸが「正反射光ＬＲＰと合致」する場合を含むことは言うまでもない。
The normal n, the incident angle: θ1, the regular reflection angle: θL, and the installation angle: θC are all defined in the “state where the rough surface is regarded as a plane”.
The installation angle: θC of the imaging means CM is in the angular range of “± 0.2θL” with respect to the regular reflection direction of the illumination light beam, that is, the regular reflection angle of the regular reflected light LRP: θL.
That is, “the angle formed by the optical axis of the imaging unit CM (passing through the position CSP) and the specularly reflected light LRP” is included in the range of “± 0.2θL”.
Referring to FIG. 1B, this figure shows a conical region having the specularly reflected light LRP as an axis, the position CSP as an apex, and an apex angle of | 0.4θL |.
The installation angle of the imaging means CM: θC is “within the angular range of ± 0.2θL from the regular reflection direction of the illumination light beam with respect to the regular reflection angle of the illumination light beam: θL”. Means that the optical axis AX passes through the position CSP and is included in the conical region shown in FIG.
As a special case, when considered in “in the plane including the principal ray LP, the normal n, and the regular reflection light LRP” shown in FIG.
θL−0.2θL ≦ θC ≦ θL + 0.2θL
Will be in the range.
Needless to say, the above-mentioned condition regarding the installation angle: θC of the imaging unit CM includes a case where the optical axis AX of the imaging unit CM “matches the regular reflection light LRP”.
図２を参照して撮像手段の１形態を説明する。
図２（ａ）は、撮像手段ＣＭの概念図である。
撮像手段ＣＭは、照明光源によりスポット状に照明された路面による反射光の偏光情報として「Ｐ偏光成分画像とＳ偏光成分画像」を撮像する手段である。
撮像手段ＣＭは、図２（ａ）に示すように、「結像光学系」であるレンズＬＮと、撮像素子ＩＳと、光学フィルタＦＬとをケーシング内に有している。
図２（ｃ）は、撮像素子ＩＳと光学フィルタＦＬを横方向から見た状態を示す。
撮像素子ＩＳは、基板ＳＴ上にピクセルの２次元配列による受光部１２を有している。説明中の例では、受光部１２のピクセルの配列は正方行列配置となっている。
光学フィルタＦＬは、偏光フィルタ１３２を、透明基板１３１と充填層１３３で挟持した構成となっている。図１（ｃ）では、離れたように描かれている光学フィルタＦＬと撮像素子ＩＳは、実際には互いに密着している。
即ち、偏光フィルタ１３２と撮像素子ＩＳの近接部に充填層１３３が「接着剤」として充填されて両者を一体化している。
偏光フィルタ１３２は、偏光方向の異なる複数種の偏光フィルタ素子を撮像素子ＩＳのピクセルに併せて２次元的に配列してなる所謂「領域分割偏光フィルタ」である。
One form of the imaging means will be described with reference to FIG.
FIG. 2A is a conceptual diagram of the imaging means CM.
The imaging unit CM is a unit that captures a “P-polarized component image and an S-polarized component image” as polarization information of reflected light from a road surface illuminated in a spot shape by an illumination light source.
As shown in FIG. 2A, the imaging means CM includes a lens LN that is an “imaging optical system”, an imaging element IS, and an optical filter FL in a casing.
FIG. 2C shows a state in which the image sensor IS and the optical filter FL are viewed from the lateral direction.
The imaging element IS has a
The optical filter FL has a configuration in which a
In other words, the
The
図２（ｂ）において、受光部１２における隣接する４つのピクセルＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、ＰＣ４に対応して、偏光フィルタ素子ＰＯＬ１、ＰＯＬ２、ＰＯＬ３、ＰＯＬ４が重ね合わされている。
偏光フィルタ１３２に用いられた「偏光フィルタ素子」の種類は、Ｐ偏光を透過させるものと、Ｓ偏光を透過させるものの２種類である。
これら２種の偏光フィルタ素子は、図２（ｂ）における撮像素子ＩＳのピクセル配列の縦方向（２次元行列配列の列方向）を長手方向とする短冊状である。
これら短冊状の偏光フィルタ素子は、横方向（行方向）へ交互に配列されている。
図２（ｂ）に示すように、ピクセルＰＣ１とＰＣ２が配列する縦方向には、Ｓ偏光成分を透過させる偏光フィルタ素子ＰＯＬ１、ＰＯＬ２が配列されてピクセルＰＣ１、ＰＣ２に対応する。また、ピクセルＰＣ３とＰＣ４が配列する縦方向には、Ｐ偏光成分を透過させる偏光フィルタ素子ＰＯＬ３、ＰＯＬ４が、ピクセルＰＣ３、ＰＣ４に対応するように配列している。
In FIG. 2B, polarization filter elements POL1, POL2, POL3, and POL4 are overlapped corresponding to the four adjacent pixels PC1, PC2, PC3, and PC4 in the
There are two types of “polarizing filter elements” used for the
These two types of polarizing filter elements have a strip shape with the longitudinal direction of the pixel array of the image sensor IS in FIG. 2B (the column direction of the two-dimensional matrix array) as the longitudinal direction.
These strip-shaped polarizing filter elements are alternately arranged in the horizontal direction (row direction).
As shown in FIG. 2B, in the vertical direction in which the pixels PC1 and PC2 are arranged, polarization filter elements POL1 and POL2 that transmit the S-polarized component are arranged to correspond to the pixels PC1 and PC2. In the vertical direction in which the pixels PC3 and PC4 are arranged, polarization filter elements POL3 and POL4 that transmit the P-polarized component are arranged so as to correspond to the pixels PC3 and PC4.
結像光学系であるレンズＬＮによる被写体（スポット状に照明された路面）の像は偏光フィルタ１３２上に結像し、各偏光フィルタ素子を透過することによりＰ偏光あるいはＳ偏光となって撮像素子ＩＳに受光される。
このようにして、撮像素子ＩＳにより「Ｐ偏光の像であるＰ偏光成分画像」および「Ｓ偏光の像であるＳ偏光成分画像」が撮像される。
このように撮像された画像が「偏光情報を有する画像」であり、図２（ａ）に示すように「出力画像信号」として出力される。
「出力画像信号」は、画像の情報としては「輝度画像と偏光情報」とを有しており、これらを別個に抽出できる。
なお、上に説明した偏光フィルタ１３２は、例えば「サブ波長構造（ＳＷＳ）」により構成することができる。
また、撮像素子ＩＳとして、上の例では「モノクロのイメージセンサ」が想定されているが、これに限らず、カラーイメージセンサを用いることもできる。
撮像素子ＩＳの、偏光フィルタ１３２が形成されている領域では、Ｐ、Ｓの各領域のＰ、Ｓの偏光画像が撮像される。
An image of a subject (road surface illuminated in a spot shape) by the lens LN that is an imaging optical system forms an image on the
In this way, the “P-polarized component image that is a P-polarized image” and the “S-polarized component image that is an S-polarized image” are captured by the imaging element IS.
The image thus captured is an “image having polarization information” and is output as an “output image signal” as shown in FIG.
The “output image signal” has “luminance image and polarization information” as image information, and these can be extracted separately.
In addition, the
Further, in the above example, a “monochrome image sensor” is assumed as the imaging element IS, but not limited to this, a color image sensor can also be used.
In the area of the imaging element IS where the
ここで「輝度画像」と「差分偏光度画像」について説明する。
説明中の実施の形態では撮像手段ＣＭにおける光学フィルタＦＬの偏光フィルタ１３２は「領域偏光フィルタ」であり「Ｐ偏光を透過させる偏光フィルタ素子と、Ｓ偏光を透過させる偏光フィルタ素子」が２次元的に配列されている。
そこで、撮像素子ＩＳの撮像領域を２次元ｘ，ｙ座標で表し、位置：(ｘ，ｙ)のピクセルが受光したＳ偏光、Ｐ偏光の強度をそれぞれ「ＩＳ(ｘ，ｙ)、ＩＰ(ｘ，ｙ)」とすると、輝度画像：ＩＢＲ（ｘ，ｙ）は、以下の式（Ａ）で表すことができる。
ＩＢＲ（ｘ，ｙ）＝｛ＩＳ(ｘ，ｙ)＋ＩＰ(ｘ，ｙ)｝／２ （Ａ） 。
Here, the “luminance image” and the “difference polarization degree image” will be described.
In the embodiment being described, the
Therefore, the imaging area of the imaging element IS is expressed by two-dimensional x and y coordinates, and the intensity of S-polarized light and P-polarized light received by the pixel at the position: (x, y) is expressed as “I S (x, y), IP Assuming that (x, y) ”, the luminance image: IBR (x, y) can be expressed by the following equation (A).
IBR (x, y) = {I S (x, y) + I P (x, y)} / 2 (A).
「差分偏光度画像：ＳＤＯＰ(ｘ，ｙ)」は、上記ＩＳ(ｘ，ｙ)とＩＰ(ｘ，ｙ)を用いて、次式（Ｂ）：
ＳＤＯＰ(ｘ，ｙ)＝{ＩＳ(ｘ，ｙ)−ＩＰ(ｘ，ｙ)}/{ＩＳ(ｘ，ｙ)＋ＩＰ(ｘ，ｙ)} (Ｂ）
により表すことができる。
The “difference polarization degree image: SDOP (x, y)” uses the above I S (x, y) and I P (x, y), and the following formula (B):
SDOP (x, y) = {I S (x, y) −I P (x, y)} / {I S (x, y) + I P (x, y)} (B)
Can be represented by
上記「ＩＰ(ｘ，ｙ)」で表される画像が「Ｐ偏光成分画像」、「ＩＳ(ｘ，ｙ)」で表される画像が「Ｓ偏光成分画像」であり、これらが撮像手段ＣＭにより撮像される。
このように得られる「輝度画像」、「差分偏光度画像」は、以下に説明する路面状態の判別のための情報として供される。
The image represented by the above “I P (x, y)” is the “P polarization component image”, and the image represented by “I S (x, y)” is the “S polarization component image”. Images are taken by means CM.
The “brightness image” and “difference polarization degree image” obtained in this way are used as information for determining the road surface state described below.
図３は、この発明の路面情報判別システムの実施の１形態を概念図として示している。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing an embodiment of the road surface information discrimination system according to the present invention.
この路面状態判別システムは、路面状態検知ユニットＵＴと状態判別手段１００とを有する。路面状態検出ユニットＵＴは、例えば、図１に即して説明した実施の形態のものを用いることができる。
状態判別手段１００は、路面状態検知ユニットＵＴからの出力画像信号（上に説明した撮像手段ＣＭで撮像されるＰ偏光成分画像および前記Ｓ偏光成分画像を含んでいる。）に基づき「路面の状態の判別」を行う。
判別すべき路面の状態としては「乾燥状態」、「湿潤状態」、「凍結状態」の３種類を例示する。
「乾燥状態」は、路面が乾燥している状態であり、路面表面は粗面で反射光は拡散光が多くなる。
「湿潤状態」は、路面が濡れた状態であり、路面表面の細かい凹凸が水分で満たされ、乾燥状態に対し拡散光は減少する。
「凍結状態」は、路面が凍結している状態であり、路面の状態は平面に近くなり、拡散光は更に減少する。この場合でも、表面には微小な凹凸や気泡などがあれば、僅かな拡散光は存在する。
This road surface state determination system includes a road surface state detection unit UT and a
The state discriminating means 100 is based on the output image signal from the road surface state detecting unit UT (including the P-polarized component image and the S-polarized component image captured by the imaging means CM described above). Discriminating ".
Examples of the road surface state to be distinguished include three types of “dry state”, “wet state”, and “freezing state”.
The “dry state” is a state in which the road surface is dry, the road surface is rough and the reflected light has a lot of diffused light.
The “wet state” is a state in which the road surface is wet, fine irregularities on the road surface are filled with moisture, and the diffused light decreases with respect to the dry state.
The “frozen state” is a state where the road surface is frozen, the state of the road surface is close to a flat surface, and the diffused light further decreases. Even in this case, a slight amount of diffused light exists if the surface has minute irregularities or bubbles.
状態判別手段１００は、コンピュータ等として構成され、種々の演算機能を有する。
「路面状態の判別」は、図４に示す各工程に從って行われる。
第１の工程は「撮像工程」であり、路面状態検知ユニットＵＴにより路面の撮像が行われる。撮像工程においては、路面状態検知ユニットＵＴの照明光源が、路面をスポット状に照明し、このスポット状の被照明部を撮像手段が撮像する。
状態判別手段１００は、Ｐ偏光画像成分画像：ＩＰ(ｘ，ｙ)および、Ｓ偏光成分画像：ＩＳ(ｘ，ｙ)を含む「出力画像信号」の入力を受け、前述の輝度画像：ＩＢＲ（ｘ，ｙ）と差分偏光度画像：ＳＤＯＰ(ｘ，ｙ)とを、それぞれ前述の式（Ａ）、（Ｂ）に從って算出する。この工程が図４の「演算工程」である。
演算工程に続く「特徴量抽出工程」では、演算工程で算出された輝度画像、差分偏光度画像にもとづき上記３つの状態を特徴づける「特徴量」を抽出する。このように抽出された特徴量に基づき、路面の状態を判別する工程が図４の「判別処理」である。
The state discriminating means 100 is configured as a computer or the like and has various arithmetic functions.
“Determination of the road surface state” is performed over the steps shown in FIG.
The first step is an “imaging step”, and the road surface state detection unit UT images the road surface. In the imaging process, the illumination light source of the road surface state detection unit UT illuminates the road surface in a spot shape, and the imaging means images the spot-like illuminated part.
The state discriminating means 100 receives the “output image signal” including the P-polarized image component image: I P (x, y) and the S-polarized component image: I S (x, y), and receives the aforementioned luminance image: IBR (x, y) and differential polarization degree image: SDOP (x, y) are calculated according to the aforementioned equations (A) and (B), respectively. This step is the “calculation step” in FIG.
In the “feature amount extraction step” following the calculation step, “feature amounts” characterizing the above three states are extracted based on the luminance image and the differential polarization degree image calculated in the calculation step. The step of discriminating the road surface state based on the extracted feature quantity is the “discrimination process” in FIG.
「特徴量」には種々のものが考えられるが、ここでは「輝度画像および差分偏光度画像の少なくとも一方の画像から得られるヒストグラム」を特徴量とする場合と、「輝度画像から得られる輝度平均値および差分偏光度画像から得られる差分偏光度平均値の組み合わせ」を特徴量とする場合を説明する。
図１に即して説明した路面状態検知ユニットＵＴにおいて、照明光源ＬＳによる照明光の主光線ＬＰの入射角：θ１を５５度に設定した。
また、撮像手段ＣＭの設置角：θＣは４５度に設定した。なお、撮像手段ＣＭは、その結像光学系の光軸ＡＸが、図１（ａ）における「主光線ＬＰと法線ｎ、正反射光ＬＲＰを含む平面内」にあるように設置した。
撮像手段ＣＭの設置角：θＣを４５度に設定した状態で、路面を「平面と仮定」して入射角：θ１を変化させると撮像手段ＣＭが撮像する反射光におけるＳ偏光とＰ偏光における光強度は、図５上図の如くに変化する。入射角：θ１＝５５度は、湿潤状態の路面における水の「ブリュースタ角」に近く、路面で反射した反射光では、Ｐ偏光の光強度が最小となり、入射角の増大と共に単調増加するＳ偏光の光強度との差が大きくなるので、上に説明したＰ偏光成分画像とＳ偏光成分画像との差が大きくなる。
照明光源ＬＳにおける入射角：θ１を５５度に設定したことにより、正反射光ＬＲＰの正反射角：θＬも５５度となる。
撮像手段ＣＭの上記設置角：θＣ：４５度は、正反射角：θＬ＝５５度の２０％（０．２θＬ）が１１度であるから「θＬ（１−０．２）＜θＣ」の条件を満足する。
図５下図は、図５上図の如き「Ｓ偏光とＰ偏光における光強度」から算出される「差分偏光度（ＳＤＯＰ）」の入射角に対する変化を示している。この図においては、枠の上端が０で、下方が正の方向である。從って、差分偏光度は、入射角：θ１（＝θＬ）＝５５度で最大となっている。実際には、路面の粗面状態（粗さ）等の詳細な形状によっても多少異なるが、差分偏光度は一般的な傾向として、撮像手段の設置角：θＣが正反射角（入射角）：θＬの近傍の数値であるときに「差分偏光度の絶対値」が高い値をとる。
Various "features" can be considered. Here, "histogram obtained from at least one of luminance image and differential polarization degree image" is used as a feature amount, and "luminance average obtained from luminance image" A case where the combination of the value and the average value of the difference polarization degree obtained from the difference polarization degree image is used as the feature amount will be described.
In the road surface state detection unit UT described with reference to FIG. 1, the incident angle θ1 of the chief ray LP of the illumination light from the illumination light source LS is set to 55 degrees.
Further, the installation angle of the image pickup means CM: θC was set to 45 degrees. The imaging means CM is installed so that the optical axis AX of the imaging optical system is “in the plane including the principal ray LP, the normal n, and the regular reflection light LRP” in FIG.
When the installation angle of the imaging unit CM: θC is set to 45 degrees and the road surface is “assumed to be a plane” and the incident angle: θ1 is changed, the light in the S-polarized light and the P-polarized light in the reflected light captured by the imaging unit CM The intensity changes as shown in the upper diagram of FIG. Incident angle: θ1 = 55 degrees is close to the “Brewster angle” of water on a wet road surface, and the reflected light reflected by the road surface has the minimum light intensity of P-polarized light, and increases monotonously with increasing incident angle. Since the difference with the light intensity of polarized light becomes large, the difference between the P-polarized component image and the S-polarized component image described above becomes large.
By setting the incident angle: θ1 at the illumination light source LS to 55 degrees, the regular reflection angle: θL of the regular reflected light LRP is also 55 degrees.
The installation angle of the imaging means CM: θC: 45 degrees is a condition of “θL (1-0.2) <θC” because 20% (0.2θL) of the regular reflection angle: θL = 55 degrees is 11 degrees. Satisfied.
The lower diagram of FIG. 5 shows a change with respect to the incident angle of “degree of differential polarization (SDOP)” calculated from “light intensity in S-polarized light and P-polarized light” as shown in the upper diagram of FIG. In this figure, the upper end of the frame is 0 and the downward direction is the positive direction. In other words, the differential polarization degree is maximum at the incident angle: θ1 (= θL) = 55 degrees. Actually, although it varies somewhat depending on the detailed shape such as the rough surface state (roughness) of the road surface, the differential polarization degree is a general tendency. As a general tendency, the installation angle of the imaging means: θC is the regular reflection angle (incident angle): When the numerical value is in the vicinity of θL, the “absolute value of differential polarization” takes a high value.
このようにして、入射角：θ１（＝５５度）、設置角：θＣ（＝４５度）を定めた状態で、前記の如くＰ偏光成分画像、Ｓ偏光成分画像を求め、これらから「輝度画像」および「差分偏光度画像（ＳＤＯＰ画像）」を求め、これら「輝度画像および差分偏光度画像の少なくとも一方の画像から得られるヒストグラム」、「輝度画像から得られる輝度平均値および差分偏光度画像平均値の組み合わせ」を特徴量として算出する。
「輝度画像から得られるヒストグラム」の場合を説明すると、式（Ａ）で算出される輝度画像：ＩＢＲ（ｘ，ｙ）において、「同じ輝度値となるピクセルの個数」を輝度値ごとに加算したものであり、１例を示すと、図６（ａ）の如きものとなる。
このようなヒストグラムは、算出もとの輝度画像の性質を反映しているが、図６（ａ）における半値幅：Ｗとピーク値：Ｐを「特徴量」として求める。
ヒストグラムの半値幅：Ｗとピーク値：Ｐは、路面状態に從って変化する。図６は、具体的な１例である。
即ち、ピーク値：Ｐ、半値幅：Ｗとも、路面状態「乾燥、湿潤、凍結」により異なっている。從って、ヒストグラムのピーク値：Ｐ、半値幅：Ｗの少なくとも一方を「特徴量」として、これらの値が上記３状態の何れかに該当するかを適当な閾値により振り分けて、路面状態を判別することができる。
なお、図６（ｂ）における各数値は「取りうる数値の最大値を１として規格化した値」である。
ヒストグラムを用いる方法では、上記「輝度画像のヒストグラム」に代えて「差分偏光度画像のヒストグラム」を用い、例えば、その半値幅およびピーク値を特徴量として用いることもできるし、輝度画像のヒストグラムと共に差分偏光度画像のヒストグラムを用いて、これらから「１以上の特徴量」を適宜に選択することもできる。
In this way, in a state where the incident angle: θ1 (= 55 degrees) and the installation angle: θC (= 45 degrees) are determined, the P-polarized component image and the S-polarized component image are obtained as described above. ”And“ Differential polarization degree image (SDOP image) ”,“ Histogram obtained from at least one of luminance image and differential polarization degree image ”,“ Luminance average value obtained from luminance image and differential polarization degree image average ” The “value combination” is calculated as the feature amount.
Explaining the case of the “histogram obtained from the luminance image”, in the luminance image calculated by the formula (A): IBR (x, y), “the number of pixels having the same luminance value” is added for each luminance value. One example is as shown in FIG. 6 (a).
Although such a histogram reflects the property of the luminance image as the calculation source, the half value width: W and the peak value: P in FIG.
The half width of the histogram: W and the peak value: P change over the road surface condition. FIG. 6 is a specific example.
That is, the peak value: P and the half width: W are different depending on the road surface condition “dry, wet, frozen”. As a result, at least one of the peak value of the histogram: P and the half-value width: W is defined as a “feature amount”, and whether these values correspond to one of the above three states is assigned according to an appropriate threshold, and the road surface state is determined. Can be determined.
Each numerical value in FIG. 6B is a “value normalized by taking the maximum value of possible numerical values as 1”.
In the method using a histogram, a “difference polarization degree image histogram” is used in place of the above “brightness image histogram”. For example, the half-value width and the peak value can be used as feature amounts, or together with the brightness image histogram. Using the histogram of the differential polarization degree image, “one or more feature amounts” can be appropriately selected from these.
特徴量の抽出の別の例として「輝度画像から得られる輝度平均値および差分偏光度画像平均値の組み合わせ」を特徴量とする場合を説明する。
「輝度平均値」は、前記輝度画像における各ピクセルの輝度値の全ピクセルにおける画素値（輝度値）の平均値であり、同様に、「差分偏光度画像平均値」は、差分偏光度画像の全ピクセルにおける画素値（差分偏光度値）の平均値である。
図７（ａ）は、路面状態が「乾燥」、「湿潤」、「凍結」の各状態にあるときの、輝度平均値と差分偏光度画像平均値とを示している。各値は「最大値を１として規格化した値」である。
図７（ａ）を見ると、差分偏光度画像平均値は、湿潤状態では０．４より大きく、乾燥状態および凍結状態では０．４より小さい。また、輝度平均値は、凍結状態では０．５より大きく、乾燥状態、湿潤状態では０．５より小さい。
そこで、縦軸に「差分偏光度画像平均値」、横軸に「輝度平均値」をとり、図７（ａ）の数値を割り振ると、図７（ｂ）に示すようになる。
As another example of feature amount extraction, a case where “a combination of a luminance average value obtained from a luminance image and a difference polarization degree image average value” is used as a feature amount will be described.
“Luminance average value” is the average value of the pixel values (luminance values) of all the pixels in the luminance image. Similarly, the “difference polarization degree image average value” is the difference polarization degree image. It is an average value of pixel values (differential polarization degree values) in all pixels.
FIG. 7A shows the average luminance value and the difference polarization degree image average value when the road surface state is in each of the “dry”, “wet”, and “freeze” states. Each value is a “value normalized with the maximum value being 1.”
As shown in FIG. 7A, the average value of the differential polarization degree image is larger than 0.4 in the wet state, and smaller than 0.4 in the dry state and the frozen state. The average brightness value is larger than 0.5 in the frozen state and smaller than 0.5 in the dry state and the wet state.
Therefore, when the “difference polarization average image value” is taken on the vertical axis and the “brightness average value” is taken on the horizontal axis, and the numerical values shown in FIG. 7A are assigned, the result is as shown in FIG.
從って、このような場合、輝度平均値に対して閾値：０．５を設定し、輝度平均値の値を閾値：０．５で振り分ければ、凍結状態と「乾燥状態および湿潤状態」を判別でき、また、差分偏光度画像平均値に対して閾値：０．４を設定して、差分偏光度画像平均値の値を閾値：０．４で振り分ければ、乾燥状態と湿潤状態とを判別できる。
從って、例えば、図８の如き判別フロー図により、路面状態の判別が可能である。
図８において、ステップ：Ｓ０で開始し、ステップ：Ｓ１で、輝度平均値：Ｉ、差分偏光度画像平均値：Ｊを設定する。輝度平均値：Ｉ、差分偏光度画像平均値：Ｊは、撮像手段ＣＭの撮像により得られた輝度画像および差分偏光度画像に基づいて算出された値である。
ステップ：Ｓ２で差分偏光度画像平均値：Ｊが閾値：０．４より大きいか否かが判定され「Ｙ（イエス）」ならば、ステップ：Ｓ３に進んで「路面状態が湿潤状態」であると判別し、ステップ：Ｓ７に進んで終了する。
ステップ：Ｓ２で差分偏光度画像平均値：Ｊが閾値：０．４より小さい（Ｎ（ノー））と判定されると、ステップ：Ｓ４に進んで、輝度平均値：Ｉが閾値：０．５」より大きいか否かが判定され「Ｙ（イエス）」ならば、ステップ：Ｓ５に進んで「路面状態が凍結状態」であると判別し、ステップ：Ｓ７に進んで終了する。
ステップ：Ｓ４で輝度平均値：Ｉが０．５より小さい（Ｎ（ノー））と判定されると、ステップ：Ｓ６に進んで「路面状態は乾燥状態」であると判別し、ステップ：Ｓ７に進んで終了する。
In this case, if the threshold value: 0.5 is set for the luminance average value, and the luminance average value is distributed by the threshold value: 0.5, the frozen state and the “dried state and wet state” If the threshold value: 0.4 is set for the difference polarization degree image average value, and the value of the difference polarization degree image average value is divided by the threshold value: 0.4, the dry state and the wet state are determined. Can be determined.
Therefore, for example, the road surface state can be determined according to the determination flowchart shown in FIG.
In FIG. 8, the process starts at step S0, and at step S1, a luminance average value: I and a differential polarization degree image average value: J are set. The luminance average value: I and the differential polarization degree image average value: J are values calculated based on the luminance image and the differential polarization degree image obtained by imaging by the imaging unit CM.
Step: In S2, it is determined whether or not the difference polarization degree image average value: J is greater than the threshold value: 0.4. If “Y (yes)”, the process proceeds to step S3, where “the road surface state is a wet state”. The process proceeds to step S7 and ends.
Step: When it is determined that the difference polarization degree image average value: J is smaller than the threshold value: 0.4 (N (No)) in S2, the process proceeds to Step: S4, where the luminance average value: I is the threshold value: 0.5. It is determined whether or not “Y” (yes), the process proceeds to step S5, where it is determined that “the road surface state is frozen”, and the process proceeds to step S7 and ends.
Step: When it is determined in S4 that the average luminance value: I is smaller than 0.5 (N (no)), the process proceeds to Step: S6, where it is determined that “the road surface state is dry”, and then in Step: S7. Proceed and finish.
このようにして、路面状態検知ユニットＵＴで得られる出力画像信号に基づいて、路面の状態が「乾燥状態であるか湿潤状態であるか凍結状態であるか」を判別できる。 Thus, based on the output image signal obtained by the road surface state detection unit UT, it is possible to determine whether the road surface state is “dry state, wet state, or frozen state”.
付言すると、偏光情報を用いて路面状態の判別を行う方法として従来から知られた方法では、照明光として「太陽光や道路照明用ランプ」等の既存の照明光源を用いている。これら既存の照明光源では、路面の照明状態が「天候状態や時間、地域により変化」するので撮像した路面画像の偏光情報を得ても、この偏光情報自体が天候状態等の要因で変化するため、路面状態の正確な判別は必ずしも容易ではない。 In addition, in a conventionally known method for determining road surface conditions using polarization information, an existing illumination light source such as “sunlight or a road illumination lamp” is used as illumination light. With these existing illumination light sources, the lighting condition of the road surface “changes depending on the weather condition, time, and region”, so even if the polarization information of the captured road image is obtained, the polarization information itself changes due to factors such as the weather condition. The accurate determination of the road surface condition is not always easy.
上に説明した、この発明の方式では「照明光源と路面と撮像手段の位置関係」が一定に保たれているので、常に安定した状態で路面情報を取得でき、路面状態の精度の良い判別を容易に実現できる。 In the method of the present invention described above, since the “positional relationship between the illumination light source, the road surface, and the imaging means” is kept constant, road surface information can be acquired in a stable state at all times, and the road surface state can be accurately discriminated. It can be easily realized.
以下には、路面状態検知ユニットの実施の別形態と、これを用いる路面状態判別システムの実施の１形態を説明する。
図９（ａ）は、路面状態検知ユニットの実施の別形態を説明する概念図である。繁雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものについては、図１（ａ）におけると同一の符号を付した。従って、図１（ａ）におけると同一の符号を付したものは、図１（ａ）のものと同じである。
図９（ａ）に示す路面状態検知ユニットＵＴ１が、図１（ａ）に示す路面状態検知ユニットＵＴと異なる部分は、路面状態検知ユニットＵＴ１は、撮像手段として第１の撮像手段ＣＭＡと第２の撮像手段ＣＭＡを有する点である。図９（ａ）において、符号ＡＸＡは第１の撮像手段ＣＭＡの結像光学系の光軸、符号ＡＸＢは第２の撮像手段ＣＭＢの結像光学系の光軸をそれぞれ示す。第１、第２の撮像手段ＣＭＡ、ＣＭＢは何れも、その結像光学系の光軸ＡＸＡ、ＡＸＢが、図９（ａ）における「主光線ＬＰと法線ｎ、正反射光ＬＲＰを含む平面内」にあるように設置した。
具体的に説明すると、照明光源ＬＳからの照明光束の入射角：θ１は５５度、撮像手段ＣＭＡは、図１（ａ）における撮像手段ＣＭと同一の配置態位、即ち、設定角：θＣ１が４５度となるように設定され、照明光束の正反射角：θＬ（＝θ１＝５５度）に対して０．２θＬ（１１度）の角範囲内にある。即ち、第１の撮像手段ＣＭＡの配置状態は、図１の撮像手段ＣＭと同じである。
一方、第２の撮像手段ＣＭＢは、光軸ＡＸＢが被照明部の中心ＣＳＰを通り、且つ、光軸ＡＸＢと中心ＣＳＰにおいて被照明部に立てた法線ｎに対し、撮像手段ＣＭＡと同じ側（図の右側）において、０度ないしθＣＡの範囲となる設置角：θＣＢに設定されている。
Hereinafter, another embodiment of the road surface state detection unit and one embodiment of a road surface state determination system using the same will be described.
Fig.9 (a) is a conceptual diagram explaining another form of implementation of a road surface state detection unit. In order to avoid complications, the same reference numerals as in FIG. Accordingly, the same reference numerals as those in FIG. 1A are the same as those in FIG.
The road surface state detection unit UT1 shown in FIG. 9A is different from the road surface state detection unit UT shown in FIG. 1A in that the road surface state detection unit UT1 includes a first image pickup unit CMA and a second image pickup unit. The image pickup means CMA is provided. In FIG. 9A, the symbol AXA indicates the optical axis of the imaging optical system of the first imaging means CMA, and the symbol AXB indicates the optical axis of the imaging optical system of the second imaging means CMB. In each of the first and second imaging means CMA and CMB, the optical axes AXA and AXB of the imaging optical system are “a plane including the principal ray LP, the normal n, and the regular reflected light LRP in FIG. It was installed as shown in “Inside”.
More specifically, the incident angle of the illumination light beam from the illumination light source LS: θ1 is 55 degrees, and the image pickup means CMA has the same arrangement state as the image pickup means CM in FIG. It is set to be 45 degrees and is within the angle range of 0.2θL (11 degrees) with respect to the regular reflection angle of the illumination light beam: θL (= θ1 = 55 degrees). That is, the arrangement state of the first image pickup means CMA is the same as that of the image pickup means CM in FIG.
On the other hand, the second imaging means CMB has the optical axis AXB passing through the center CSP of the illuminated part and the same side as the imaging means CMA with respect to the normal n standing on the illuminated part at the optical axis AXB and the center CSP. In (the right side of the figure), the installation angle is set in the range of 0 degrees to θCA.
設置角：θＣＢが０度以下（即ち、法線ｎに対して、撮像手段ＣＭＡと逆側）になると、Ｐ偏光とＳ偏光の両成分の差異が僅少もしくはなくなるためである。 This is because the difference between both components of P-polarized light and S-polarized light is negligible or eliminated when the installation angle: θCB is 0 degrees or less (that is, the opposite side to the imaging means CMA with respect to the normal line n).
一般的には、設置角：θＣＢは、上記「０度ないしθＣＡの範囲」において、設置角：撮像手段ＣＭＡで取得されるＰ偏光、Ｓ偏光の各強度に対する比を大きく取れる値に選択される。
説明中の具体的な例では、角：θＣＢは２０度である。
このように設置角：θＣＡ（＝４５度）の撮像手段ＣＭＡと、設置角：θＣＢ（＝２０度）の撮像手段ＣＭＢを用いると、図９（ｂ）に示すように、これらの設置角の各々に応じたＰ偏光及びＳ偏光の光強度、差分偏光度を得ることができるので、路面状態の判別に用いる情報が増え、より精細な判別が可能になる。
Generally, the installation angle: θCB is selected to be a value that allows a large ratio of the installation angle: P-polarized light and S-polarized light obtained by the imaging means CMA in the above-mentioned “range of 0 ° to θCA”. .
In the specific example in the description, the angle: θCB is 20 degrees.
When the imaging means CMA with the installation angle: θCA (= 45 degrees) and the imaging means CMB with the installation angle: θCB (= 20 degrees) are used as described above, as shown in FIG. Since it is possible to obtain the P-polarized light intensity and the S-polarized light intensity and the differential polarization degree according to each of them, the information used for the determination of the road surface state increases, and a finer determination becomes possible.
撮像素子ＣＭＡ、ＣＭＢを用いると、撮像素子ＣＭＡ単独で得られる情報に加え、「撮像手段ＣＭＢで得られる情報」も利用できるとともに、これら撮像手段ＣＭＡ、ＣＭＢで得られる情報の「相対的な関係」をも利用することができる。 When the image pickup devices CMA and CMB are used, in addition to information obtained by the image pickup device CMA alone, “information obtained by the image pickup means CMB” can be used, and “relative relationship between information obtained by the image pickup means CMA and CMB” can be used. Can also be used.
１例として、撮像手段ＣＭＡとＣＭＢで得られるＰ偏光成分画像相互の差、Ｓ偏光成分画像相互の差を挙げることができる。 As an example, a difference between P-polarized component images obtained by the imaging means CMA and CMB and a difference between S-polarized component images can be mentioned.
撮像手段ＣＭＡで得られるＰ偏光成分画像の輝度和を「ＩＰＡ」、Ｓ偏光成分画像の輝度和を「ＩＳＡ」、撮像手段ＣＭＢで得られるＰ偏光成分画像の輝度和を「ＩＰＢ」、Ｓ偏光成分画像の輝度和を「ＩＳＢ」とすると、撮像手段間のＰ偏光の強度差「ΔＰＡＢ」は、例えば、以下のように定義できる。 The luminance sum of the P-polarized component image obtained by the imaging unit CMA is “I PA ”, the luminance sum of the S-polarized component image is “I SA ”, and the luminance sum of the P-polarized component image obtained by the imaging unit CMB is “I PB ”. If the luminance sum of the S-polarized component image is “I SB ”, the intensity difference “ΔPAB” of the P-polarized light between the imaging means can be defined as follows, for example.
ΔＰＡＢ＝（ＩＰＡ―ＩＰＢ）／（ＩＰＡ＋ＩＰＢ）
同様に、撮像手段間のＳ偏光の強度差「ΔＳＡＢ」は、例えば、以下のように定義できる。
ΔPAB = (I PA −I PB ) / (I PA + I PB )
Similarly, the S-polarized light intensity difference “ΔSAB” between the imaging means can be defined as follows, for example.
ΔＳＡＢ＝（ＩＳＡ―ＩＳＢ）／（ＩＳＡ＋ＩＳＢ） 。 ΔSAB = (I SA −I SB ) / (I SA + I SB ).
各撮像手段ＣＭＡ、ＣＭＢで得られる情報（上述の「輝度平均値や差分偏光度画像平均値、輝度画像のヒストグラムの半値幅やピーク値」等）を個別に用いるとともに、これらの信号：ΔＰＡＢ、ΔＳＡＢを用いることで路面状態のより詳細な判別が可能となる。 Information obtained by each of the imaging means CMA and CMB (the above-described “brightness average value, difference polarization degree image average value, half-value width and peak value of histogram of luminance image”, etc.) is individually used, and these signals: ΔPAB, By using ΔSAB, more detailed determination of the road surface condition is possible.
路面による反射光のＰ偏光とＳ偏向の「反射角による変化」は、図９（ｂ）上図のようになる場合もあるが、また、図１０上図のようになる場合もある。図９（ａ）上図の場合と、図１０上図の場合とでは、Ｓ偏光の変化はわずかであるが、Ｐ偏光は大きく変化している。この場合でも、差分偏向強度は、両場合において大きな変化はない。このような場合でも、上記の「ΔＰＡＢ」を用いると、Ｐ偏光の変化に対して感度の高い情報が得られる。 The “change due to the reflection angle” of the P-polarized light and the S-polarized light reflected by the road surface may be as illustrated in the upper diagram of FIG. 9B or may be as illustrated in the upper diagram of FIG. In the case of the upper diagram of FIG. 9A and the case of the upper diagram of FIG. 10, the change of the S polarization is slight, but the P polarization is greatly changed. Even in this case, the differential deflection intensity does not change greatly in both cases. Even in such a case, when “ΔPAB” is used, information with high sensitivity to changes in P-polarized light can be obtained.
図１１には、路面状態に応じた、撮像手段ＣＭＡ、ＣＭＢ間の上記ΔＰＡＢ（撮像手段間差分輝度Ｐ）の値と、ΔＳＡＢ（撮像手段間差分輝度Ｓ）の値の１例を示す。 FIG. 11 shows an example of the value of ΔPAB (difference brightness P between imaging means) and the value of ΔSAB (difference brightness S between imaging means) between the imaging means CMA and CMB according to the road surface condition.
これから明らかなように、撮像手段間差分輝度Ｐが「負の値か正の値か」により、路面が「凍結しているか否か」を判別できる。
また、撮像手段間差分輝度Ｓが例えば０．０５より大きいか否かにより、路面が「乾燥しているか否か」を判別できる。從って、先に図７（ｂ）に即して説明した例と同様、撮像手段間差分輝度Ｐに対して閾値（＝０）を設定し、撮像手段間差分輝度Ｓに対して閾値（＝０．０５）を設定して、各々、閾値より大きいか小さいかを見ることにより、路面の状態を判別できる。
As is clear from this, it is possible to determine whether the road surface is “frozen” based on whether the difference luminance P between the imaging means is “a negative value or a positive value”.
Further, whether or not the road surface is dry can be determined based on whether or not the difference luminance S between the imaging units is greater than 0.05, for example. Thus, as in the example described above with reference to FIG. 7B, a threshold (= 0) is set for the inter-imaging means difference luminance P, and the threshold ( = 0.05) and the road surface condition can be determined by checking whether each is larger or smaller than the threshold value.
実際には、撮像手段間差分輝度Ｐ、撮像手段間差分輝度Ｓのみならず、撮像手段ごとの輝度画像のヒストグラムや、輝度平均値、差分偏向度画像のヒストグラム等を有効に用いて、路面状態の精細な判別が可能である。 Actually, not only the difference brightness P between the imaging means and the difference brightness S between the imaging means but also the histogram of the brightness image for each imaging means, the average brightness value, the histogram of the difference deflection degree image, etc. are used effectively. Can be discriminated in detail.
「路面情報の判別プロセス」は、図４に示したものと同様であるが「撮像工程」では撮像手段ＣＭＡ、ＣＭＢによる撮像情報が採取される。「演算工程」では、撮像手段ごとの輝度画像のヒストグラムや、輝度平均値、差分偏向度画像のヒストグラム等とともに、上記撮像手段間差分輝度Ｐ、撮像手段間差分輝度Ｓ等を算出する。そして「判別工程」ではこれらを特徴量として路面状態の判別を行うことができる。 The “road surface information discrimination process” is the same as that shown in FIG. 4, but in the “imaging process”, imaging information by the imaging means CMA and CMB is collected. In the “calculation step”, the inter-imaging means difference luminance P, the inter-imaging means difference brightness S, and the like are calculated together with the histogram of the luminance image for each imaging means, the average luminance value, the histogram of the difference deflection degree image, and the like. In the “discrimination step”, the road surface state can be discriminated using these as feature quantities.
さらには、例えば、撮像手段ＣＭＡ、ＣＭＢで得られる画像情報から得られる例えば「撮像手段間差分輝度Ｂ（＝ΔＳＡＢ）を用い、これらの撮像手段に設定角の間の状態を１次関数で推定近似し、その係数を「特徴量」として判別に用いてもよい。 Furthermore, for example, “a difference luminance B between imaging means (= ΔSAB) obtained from image information obtained by the imaging means CMA and CMB is used to estimate the state between the set angles for these imaging means by a linear function. The coefficients may be approximated and used as a “feature amount” for determination.
撮像手段は２種に限らず、３種類以上に増やすこともでき、その場合は、上記の状態を高次関数で近似して、その係数を特徴量として用いることもできる。 The number of imaging means is not limited to two, but can be increased to three or more. In that case, the above state can be approximated by a high-order function, and the coefficient can be used as a feature amount.
以下には、路面状態判別システムの使用態様を説明する。
図１２は、上に実施の形態を説明した「路面状態判別システム」の使用態様を２例示している。
図１２（ａ）は、この発明の路面状態判別システムＳＹＳを固定手段ＦＸにより路面ＥＲに対して固定的に配置して用いる例である。この場合、路面状態判別システムＳＹＳを配置した「特定の場所」における路面状態を判別することができる。
Below, the usage aspect of a road surface state discrimination | determination system is demonstrated.
FIG. 12 illustrates two usage modes of the “road surface state determination system” described in the above embodiment.
FIG. 12 (a) shows an example in which the road surface state determination system SYS of the present invention is used by being fixedly arranged with respect to the road surface ER by the fixing means FX. In this case, it is possible to determine the road surface state at the “specific place” where the road surface state determination system SYS is arranged.
図１２（ｂ）は、この発明の路面状態判別システムＳＹＳを「移動体」としての自動車ＡＴの車両に搭載して用いる例である。この場合には、自動車ＡＴを走行させて、広い範囲における路面状態の判別を行うことが可能である。 FIG. 12B shows an example in which the road surface state discriminating system SYS of the present invention is mounted on a vehicle of a car AT as a “moving body”. In this case, it is possible to determine the road surface condition in a wide range by driving the automobile AT.
図１２（ａ）、（ｂ）の例において、路面ＥＲや自動車ＡＴに設けるのは、必ずしも、路面状態判別システムそのものでなくともよく、例えば、路面状態判別システムにおいて状態判別手段を「発信部と判別部」に分け、路面や自動車には「路面状態検知ユニットと発信部」を設け、「判別部」は離れた位置（路面状態データセンタ等）に設置し、路面状態検知ユニットから得られる出力画像信号を、上記発信部により離れた位置に設置された判別部に送信し、判別作業は判別部において行うようにしてもよい。 In the example of FIGS. 12A and 12B, the road surface ER and the car AT do not necessarily have to be the road surface state determination system itself. For example, in the road surface state determination system, the state determination unit is set to “transmitting unit”. It is divided into “determination unit”, and “road surface state detection unit and transmission unit” is provided on the road surface and automobile, and “determination unit” is installed at a distant position (road surface state data center etc.), and output obtained from the road surface state detection unit The image signal may be transmitted to a determination unit installed at a position separated by the transmission unit, and the determination operation may be performed in the determination unit.
図１２（ｂ）の自動車ＡＴは「路面状態判別システムＳＹＳを搭載された移動体」の１例である。移動体は自動車に限らず、種々の車両であることもできるし、あるいは「ドローン」のような飛行体であってもよい。 The automobile AT in FIG. 12B is an example of a “moving body equipped with a road surface state determination system SYS”. The moving body is not limited to an automobile, and may be various vehicles, or may be a flying body such as a “drone”.
補足すると、上に説明した形態例では、照明光源による照明光の主光線ＬＰの入射角の例として「５５度」を例示した。主光線の入射角は、これに限定されないが、照明光源や撮像手段の配置の容易さを考慮すると「３０度以上」であることが好ましい。
また、前述の如く少なくとも１つの撮像手段の設置角は、撮像手段の結像光学系の光軸が「正反射光と合致」する場合を含む。しかし、例えば「主光線とその正反射光とを含む平面内」において、撮像手段の設置角を主光線の入射角に合致させた場合、撮像手段により明るい像を撮像できるが、路面の状態が湿潤しているような場合に、反射光の強度が大きくなり、撮像素子の受光レベルが飽和して輝度差を検出できなくなる場合も想定されるので、上に説明したように、正反射角に対し撮像手段の設置角を若干ずらすのが良い。
Supplementally, in the embodiment described above, “55 degrees” is illustrated as an example of the incident angle of the principal ray LP of the illumination light from the illumination light source. The incident angle of the principal ray is not limited to this, but is preferably “30 ° or more” in consideration of the ease of arrangement of the illumination light source and the imaging means.
Further, as described above, the installation angle of at least one imaging unit includes a case where the optical axis of the imaging optical system of the imaging unit “matches regular reflection light”. However, for example, in the case of “in the plane including the principal ray and its specularly reflected light”, when the installation angle of the imaging means is matched with the incident angle of the principal ray, a bright image can be taken by the imaging means. In the case of being wet, the intensity of the reflected light increases, and it is assumed that the light receiving level of the image sensor is saturated and the luminance difference cannot be detected. On the other hand, it is preferable to slightly shift the installation angle of the imaging means.
また、上には、図２に示したものを例として撮像手段（これは一般に偏光カメラと呼ばれるものである。）を説明したが、撮像手段はこの例に限定されるものではなく、例えば特許文献３に記載された「複数の偏光方向の偏光子を組み合わせた偏光子プレートを結像レンズの前に配し、回転しつつ撮像を行う構成のもの」でもよい。
In the above, the imaging means (which is generally called a polarization camera) has been described by taking the example shown in FIG. 2 as an example. However, the imaging means is not limited to this example. “A configuration in which a polarizer plate in which polarizers of a plurality of polarization directions are combined is arranged in front of an imaging lens and imaging is performed while rotating” described in
さらには、２個の撮像カメラの一方に「Ｓ偏光を透過させる偏光フィルタ」、他方に「Ｐ偏光を透過させる偏光フィルタ」を組み合わせ、これら２個の撮像カメラをユニットとして１つの撮像手段を構成してもよい。 Furthermore, one of the two imaging cameras is combined with a “polarizing filter that transmits S-polarized light” and the other is combined with a “polarizing filter that transmits P-polarized light”, and the two imaging cameras constitute one imaging means. May be.
以上のように、この発明によれば、以下の如き新規な路面状態検知ユニットおよび路面状態判別システムおよび移動体を実現できる。 As described above, according to the present invention, the following new road surface state detection unit, road surface state determination system, and moving body can be realized.
［１］
路面（ＥＲ）をスポット状に照明する照明光源（ＬＳ）と、該照明光源によりスポット状に照明された前記路面による反射光のＰ偏光成分画像とＳ偏光成分画像を撮像する１以上の撮像手段（ＣＭ、ＣＭＡ、ＣＭＢ）と、を有し、前記撮像手段の少なくとも１つ（ＣＭ、ＣＭＡ）は、その結像光学系の光軸（ＡＸ）が前記スポット状に照明された被照明部の中心（ＣＳＰ）に向かい、且つ、前記照明光源による照明光束の正反射角：θＬに対して、前記照明光束の正反射方向から±０．２θＬの角範囲にある設置角：θＣに設定されている路面状態検知ユニット（図１、図９）。
[1]
An illumination light source (LS) that illuminates the road surface (ER) in a spot shape, and one or more imaging means for imaging a P-polarized component image and an S-polarized component image of reflected light from the road surface illuminated in a spot shape by the illumination light source (CM, CMA, CMB), and at least one of the imaging means (CM, CMA) is a light source of an illuminated part in which the optical axis (AX) of the imaging optical system is illuminated in the spot shape. An installation angle: θC that is directed to the center (CSP) and is within an angular range of ± 0.2θL from the regular reflection direction of the illumination light beam with respect to the regular reflection angle: θL of the illumination light beam by the illumination light source. Road surface condition detection unit (FIGS. 1 and 9).
［２］
［１］記載の路面状態検知ユニットであって、前記撮像手段の少なくとも１つの前記結像光学系の光軸が、前記照明光束の正反射方向と合致しない路面状態検知ユニット（図１、図９）。
[2]
[1] The road surface state detection unit according to [1], wherein an optical axis of at least one of the imaging optical systems of the imaging unit does not match a regular reflection direction of the illumination light beam (FIGS. 1 and 9). ).
［３］
［１］または［２］記載の路面状態検知ユニットであって、前記照明光源（ＬＳ）が路面（ＥＲ）をスポット状に照明する前記照明光束の入射角（θ１）が３０度以上である路面状態検知ユニット（図１、図９）。
[3]
The road surface state detection unit according to [1] or [2], wherein the illumination light source (LS) illuminates the road surface (ER) in a spot shape with an incident angle (θ1) of the illumination light beam of 30 degrees or more. State detection unit (FIGS. 1 and 9).
［４］
［１］ないし［３］の何れか１に記載の路面状態検知ユニットであって、撮像手段Ａ（ＣＭＡ）および撮像手段Ｂ（ＣＭＢ）を有し、前記撮像手段Ａは、その結像光学系ＯＡの光軸（ＡＸＡ）が、前記スポット状に照明された被照明部の中心（ＣＳＰ）に向かい、且つ、前記照明光源による照明光束の正反射角：θＬに対して±０．２θＬの角範囲にある設置角：θＣＡに設定され、前記撮像手段Ｂ（ＣＭＢ）は、その結像光学系ＯＢの光軸ＡＸＢが、前記スポット状に照明された被照明部の中心（ＣＳＰ）に向かい、且つ、前記光軸ＡＸＢと前記照明部の中心において前記被照明部に立てた法線（ｎ）に対し、前記撮像手段Ａと同じ側において、０度ないしθＣＡの範囲となる設置角：θＣＢに設定されている路面状態検知ユニット（図９）。
[4]
The road surface condition detection unit according to any one of [1] to [3], comprising an imaging means A (CMA) and an imaging means B (CMB), the imaging means A having an imaging optical system thereof The optical axis (AXA) of OA is directed to the center (CSP) of the illuminated part illuminated in the spot shape, and the regular reflection angle of the illumination light beam by the illumination light source: an angle of ± 0.2θL with respect to θL The installation angle in the range: θCA is set, and the imaging means B (CMB) is such that the optical axis AXB of the imaging optical system OB faces the center (CSP) of the illuminated part illuminated in the spot shape, In addition, on the same side as the imaging means A with respect to the optical axis AXB and the normal line (n) standing on the illuminated part at the center of the illuminating part, an installation angle that is in the range of 0 degree to θCA is θCB. The road surface condition detection unit that has been set (FIG. 9).
［５］
路面状態検知ユニット（ＵＴ）と、該路面状態検知ユニットの前記１以上の撮像手段から得られる前記Ｐ偏光成分画像および前記Ｓ偏光成分画像に基づき、路面の状態の判別を行う状態判別手段（１００）と、を有し、前記路面状態検知ユニットが、前記［１］ないし［４］の何れか１項に記載のものである路面状態判別システム（図３、図１２）。
[5]
A road surface state detection unit (UT) and a state determination unit (100) for determining the road surface state based on the P-polarized component image and the S-polarized component image obtained from the one or more imaging units of the road surface state detection unit. ), And the road surface state detection unit is the one according to any one of [1] to [4] (FIGS. 3 and 12).
［６］
［５］記載の路面状態判別システムであって、前記状態判別手段（１００）が、前記路面状態検知ユニットの前記１以上の撮像手段から得られる前記Ｐ偏光成分画像および前記Ｓ偏光成分画像に基づいて得られる輝度画像と差分偏光度画像とを用いて前記判別を行う路面状態判別システム（図４〜図１１）。
［７］
［６］記載の路面状態判別システムであって、前記状態判別手段（１００）が、前記輝度画像および前記差分偏光度画像のうちの少なくとも一方の画像の画素値の、ヒストグラムおよび平均値の少なくとも一方により前記判別を行う路面状態判別システム（図６、図７、図８）。
［８］
［５］記載の路面状態判別システムであって、前記路面状態検知ユニットが、請求項４に記載のもの（ＵＴ１）であり、前記状態判別手段が、前記撮像手段Ａおよび前記撮像手段Ｂの差分偏光度画像により前記判別を行う路面状態判別システム（図９〜図１１）。
［９］
［８］記載の路面状態判別システムであって、前記状態判別手段が、前記撮像手段Ａおよび前記撮像手段Ｂの差分偏光度画像、及び前記輝度画像、撮像手段間差分輝度Ｐ、撮像手段間差分輝度Ｓのうちの何れか１以上により前記判別を行う路面状態判別システム（図９）。
[6]
[5] The road surface state determination system according to [5], wherein the state determination unit (100) is based on the P-polarized component image and the S-polarized component image obtained from the one or more imaging units of the road surface state detection unit. A road surface state determination system that performs the determination using a luminance image and a differential polarization degree image obtained in this manner (FIGS. 4 to 11).
[7]
[6] The road surface state determination system according to [6], wherein the state determination unit (100) includes at least one of a histogram and an average value of pixel values of at least one of the luminance image and the differential polarization degree image. A road surface state determination system (FIGS. 6, 7, and 8) that performs the above determination.
[8]
[5] The road surface state determination system according to [5], wherein the road surface state detection unit is the one (UT1) according to
[9]
[8] The road surface state determination system according to [8], wherein the state determination unit includes a difference polarization degree image of the image pickup unit A and the image pickup unit B, a luminance image, a difference luminance P between the image pickup units, and a difference between the image pickup units. A road surface state determination system (FIG. 9) that performs the determination based on any one or more of the luminance S.
［１０］
［５］ないし［９］の何れか１に記載の路面状態判別システム（ＳＹＳ）であって、路面（ＥＲ）に対して固定的に配置される路面状態判別システム（図１２（ａ））。
[10]
The road surface state determination system (SYS) according to any one of [5] to [9], wherein the road surface state determination system is fixedly arranged with respect to the road surface (ER) (FIG. 12A).
［１１］
［５］ないし［９］の何れか１に記載の路面状態判別システム（ＳＹＳ）であって、前記路面（ＥＲ）に対して移動する移動体（ＡＴ）に搭載される路面状態判別システム（図１２（ｂ））。
[11]
[5] to [9] is a road surface state determination system (SYS) according to any one of the above, wherein the road surface state determination system is mounted on a moving body (AT) that moves relative to the road surface (ER). 12 (b)).
［１２］
前記路面（ＥＲ）に対して移動する移動体（ＡＴ）であって、［５］ないし［９］の何れか１に記載の路面状態判別システム（ＳＹＳ）を搭載された移動体（図１２）。
[12]
A moving body (AT) that moves relative to the road surface (ER), and is mounted with the road surface state discriminating system (SYS) according to any one of [5] to [9] (FIG. 12) .
以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the invention described in the claims unless otherwise specified in the above description. Various modifications and changes are possible within the scope of the above.
The effects described in the embodiments of the present invention are merely a list of suitable effects resulting from the invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the embodiments.
ＵＴ 路面状態検知ユニット
ＥＲ 路面
ＬＳ 照明光源
ＣＭ 撮像手段
ＡＸ 撮像手段ＣＭの結像光学系の光軸
ＬＰ 照明光束の主光線
ＣＳＰ スポット状に照明される被照明部の中心
UT Road surface condition detection unit
ER road surface
LS Illumination light source
CM imaging means
AX Optical axis of imaging optical system of imaging means CM
LP chief ray of illumination luminous flux
CSP Center of illuminated part illuminated in spot shape
Claims (12)
該照明光源によりスポット状に照明された前記路面による反射光のＰ偏光成分画像とＳ偏光成分画像を撮像する１以上の撮像手段と、を有し、
前記撮像手段の少なくとも１つは、その結像光学系の光軸が前記スポット状に照明された被照明部の中心に向かい、且つ、前記照明光源による照明光束の正反射角：θＬに対して、前記照明光束の正反射方向から±０．２θＬの角範囲にある設置角：θＣに設定されている路面状態検知ユニット。 An illumination light source that illuminates the road surface in a spot shape;
One or more imaging means for capturing a P-polarized component image and an S-polarized component image of the reflected light from the road surface illuminated in a spot shape by the illumination light source;
At least one of the imaging means has an optical axis of the imaging optical system directed to the center of the illuminated part illuminated in the spot shape, and a regular reflection angle of the illumination light beam by the illumination light source: θL A road surface state detection unit set to an installation angle: θC in an angular range of ± 0.2θL from the regular reflection direction of the illumination light beam.
前記撮像手段の少なくとも１つの前記結像光学系の光軸が、前記照明光束の正反射方向と合致しない路面状態検知ユニット。 The road surface condition detection unit according to claim 1,
A road surface state detection unit in which an optical axis of at least one imaging optical system of the imaging means does not coincide with a regular reflection direction of the illumination light beam.
前記照明光源が路面をスポット状に照明する前記照明光束の入射角が３０度以上である路面状態検知ユニット。 The road surface condition detection unit according to claim 1 or 2,
A road surface state detection unit in which the illumination light source illuminates a road surface in a spot shape, and an incident angle of the illumination light beam is 30 degrees or more.
撮像手段Ａおよび撮像手段Ｂを有し、
前記撮像手段Ａは、その結像光学系ＯＡの光軸ＡＸＡが、前記スポット状に照明された被照明部の中心に向かい、且つ、前記照明光源による前記照明光束の正反射角：θＬに対して±０．２θＬの角範囲にある設置角：θＣＡに設定され、
前記撮像手段Ｂは、その結像光学系の光軸ＡＸＢが、前記スポット状に照明された前記被照明部の中心に向かい、且つ、前記光軸ＡＸＢと前記被照明部の中心において前記被照明部に立てた法線に対し、前記撮像手段Ａと同じ側において、０度ないしθＣＡの範囲となる設置角：θＣＢに設定されている路面状態検知ユニット。 The road surface condition detection unit according to any one of claims 1 to 3,
Having imaging means A and imaging means B;
The imaging means A has an optical axis AXA of the imaging optical system OA directed to the center of the illuminated part illuminated in the spot shape, and with respect to the regular reflection angle of the illumination light beam by the illumination light source: θL Installation angle in the range of ± 0.2θL: θCA,
The imaging means B has the optical axis AXB of the imaging optical system directed to the center of the illuminated part illuminated in the spot shape, and the illuminated axis at the optical axis AXB and the center of the illuminated part. A road surface state detection unit that is set to an installation angle: θCB that is in the range of 0 degree to θCA on the same side as the imaging means A with respect to the normal line set up at the section.
該路面状態検知ユニットの前記１以上の撮像手段から得られる前記Ｐ偏光成分画像および前記Ｓ偏光成分画像に基づき、路面の状態の判別を行う状態判別手段と、を有し、
前記路面状態検知ユニットが、請求項１ないし４の何れか１項に記載のものである路面状態判別システム。 A road surface condition detection unit;
State determining means for determining a road surface state based on the P-polarized component image and the S-polarized component image obtained from the one or more imaging means of the road surface state detecting unit;
5. The road surface state determination system according to claim 1, wherein the road surface state detection unit is the one according to claim 1.
前記状態判別手段が、前記路面状態検知ユニットの前記１以上の撮像手段から得られる前記Ｐ偏光成分画像および前記Ｓ偏光成分画像に基づいて得られる輝度画像と差分偏光度画像とを用いて前記判別を行う路面状態判別システム。 The road surface state determination system according to claim 5,
The state determination unit uses the luminance image and the differential polarization degree image obtained based on the P-polarized component image and the S-polarized component image obtained from the one or more imaging units of the road surface state detection unit. A road surface condition determination system.
前記状態判別手段が、前記輝度画像および前記差分偏光度画像のうちの少なくとも一方の画像の画素値の、ヒストグラムおよび平均値の少なくとも一方により前記判別を行う路面状態判別システム。 The road surface state determination system according to claim 6,
A road surface state determination system in which the state determination unit performs the determination based on at least one of a histogram and an average value of pixel values of at least one of the luminance image and the differential polarization degree image.
前記路面状態検知ユニットが、請求項４に記載のものであり、
前記状態判別手段が、前記撮像手段Ａおよび前記撮像手段Ｂの差分偏光度画像により前記判別を行う路面状態判別システム。 The road surface state determination system according to claim 5,
The road surface condition detection unit is the one according to claim 4,
A road surface state determination system in which the state determination unit performs the determination based on differential polarization degree images of the imaging unit A and the imaging unit B.
前記状態判別手段が、前記撮像手段Ａおよび前記撮像手段Ｂの前記差分偏光度画像、及び前記輝度画像、撮像手段間差分輝度Ｐ、撮像手段間差分輝度Ｓのうちの何れか１以上により前記判別を行う路面状態判別システム。 A road surface state determination system according to claim 8,
The state determination unit is configured to determine the difference polarization degree image of the image pickup unit A and the image pickup unit B, the luminance image, the difference luminance P between the image pickup units, and the difference luminance S between the image pickup units. A road surface condition determination system.
路面に対して固定的に配置される路面状態判別システム。 A road surface state determination system according to any one of claims 5 to 9,
A road surface state determination system fixedly arranged with respect to the road surface.
前記路面に対して移動する移動体に搭載される路面状態判別システム。 A road surface state determination system according to any one of claims 5 to 9,
A road surface state determination system mounted on a moving body that moves relative to the road surface.
請求項５ないし９の何れか１項に記載の路面状態判別システムを搭載された移動体。 A moving body that moves relative to the road surface,
A moving body on which the road surface state determination system according to any one of claims 5 to 9 is mounted.
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