JP2018040635A - 冬用タイヤの判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冬用タイヤの判別を簡単かつ確実にできるようにする。【解決手段】４画素から１画素の、光の異なる方向の成分の情報を取得し、かつ、透過および遮断方向が異なる偏光フィルタが、画素ごとに設けられる撮影装置を用いて偏光度画像を取得し、得られた偏光度画像中に含まれる反射情報を解析し、ヒストグラムを生成し、ヒストグラムの分散度に応じて冬用タイヤであるか否かを判別することにより、トレッド面のサイプの有無から、冬用タイヤを判別する。【選択図】図１１

Description

本発明は、自動車等のタイヤが冬用タイヤであるか否かを判別する方法に関する。

一般的に、冬季には、積雪や路面凍結の発生に応じ、冬用タイヤ規制が実施される。
この冬用タイヤ規制がなされると、全輪冬用タイヤ装着、または、駆動輪チェーン装着をしていない車両の通行は認められない。

例えば、高速道路、有料道路や自動車専用道では、冬用タイヤ規制が実施されると、それらの道路の入口等で、道路管理者側の確認要員が車両を停止させ、一台ずつ目視にてタイヤを確認することもある。

この冬用タイヤの判別方法としては、サイドウォールの表記に冬タイヤであることを示す略号を確認したり、トレッド面に形成される細かい溝であるサイプを確認したりすることで行われることが多い。

駆動輪チェーン装着車両の場合、タイヤの外側にチェーンが巻きかけられているため、その確認は容易であるが、冬用タイヤ、具体的には、スタッドレスタイヤ（以下、単に冬用タイヤという。）の確認は簡単ではなく、近年、冬用タイヤの装着車両が増加していることもあり、道路管理者側の負担が増加している。

さらに、例えば、西日本高速道路の四国支社管内の川之江ジャンクションから大豊インターチェンジの間は、連続トンネルにおける無積雪区間を走行した場合のチェーン切れを防止するため、冬用タイヤ規制中は、全輪冬用タイヤのみ通行可能とした、特殊な冬用タイヤ規制を実施している。
このため、道路管理者側は、タイヤ種別の確認要員を始めとする多くの人員を配置する必要があり、運用時の拘束時間も長期にわたり、多大な維持管理費用を必要とする。

本発明は、このような冬用タイヤ規制時の維持管理コストの圧縮のため、タイヤ種別確認の省力化を目的とする、冬用タイヤの判別方法に関する。
冬用タイヤの判別方法の従来技術としては、例えば、車両の走行時に、タイヤのトレッド面のブロックが、舗装面を叩く音や振動を解析し、タイヤ種別を判別する方法がある。

しかしながら、音や振動による解析は、周辺の騒音や、判定される車両の走行速度（振動計測では２０ｋｍ／ｈ以上の走行速度が必要である。）の影響を受ける、という問題がある。

また、別なものとして、タイヤのサイドウォールの撮影画像を解析して、サイドウォール上の文字や略号の検出による判定方法もある。
このサイドウォールの画像解析による判定は、サイドウォール上の文字の文字種や大きさ、配置、デザイン等に統一性がなく、精度向上が困難である、という問題がある。

また、サイドウォールの劣化や汚損、雪や水滴の付着など、画像解析の精度の低下を招きうる外的要因も多く、実質的に実用化ができていない。
さらに、今日、中古タイヤのトレッド面を、新しいものに張り替えた再生タイヤも利用されるようになってきており、仮に、サイドウォールの画像解析の精度が上がったとしても、サイドウォールの記載上は、冬用タイヤであっても、トレッド面は夏用タイヤである恐れもあり、サイドウォールの画像解析をタイヤの判別に用いることは現実的ではない。

このため、冬用タイヤの確実な判別は、タイヤのトレッド面の状況から判断することが適切であろうと考えられるが、これまで、タイヤのトレッド面の撮影画像を解析することにより、冬用タイヤを確実に判別する技術は提案されていない。

特開２００３−１２１１１１ 特許第５８９９９５７号

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、冬用タイヤの判別を、タイヤのトレッド面の状態、特に、サイプの存在に基づき、確実に判別し、道路の維持管理費用のコストを圧縮できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明にかかる冬用タイヤの判別方法は、
少なくとも２種の、異なる偏光方向成分の、反射光情報を取得する撮影装置を用いて、偏光度画像を生成するステップと、
得られた偏光度画像中に含まれる反射情報を解析し、ヒストグラムを生成し、ヒストグラムの分散度に応じて冬用タイヤであるか否かを判別するステップと、
を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかる冬用タイヤの判別方法は、前記の方法において、
前記撮影装置の画素が、横方向偏光成分のみを透過する横方向偏光フィルタと、縦方向成分のみを透過する縦方向偏光フィルタとを備える
ことを特徴とする。

上記の本発明では、タイヤのトレッド面の撮影画像から、トレッド面に形成されたサイプを確認することができ、タイヤのトレッド面を目視で確認する確認要員を配置することなしに冬用タイヤを簡単かつ確実に判別することができる。
また、本発明では、磨耗が進んでサイプが浅くなったり、消滅した冬用タイヤの装着車両を排除することもできるようになる。

図１は、本発明にかかる冬用タイヤの判別方法における撮影概要を示す説明図である。 図２は可視画像の一例である。 図３は偏光画像の一例である。 図４は、偏光フィルタの原理を示す説明図である。 図５は通常のカラーカメラのベイヤー配列を示す説明図である。 図６は、本発明で用いられる偏光カメラの素子の配列を示す説明図である。 図７は、通常のカメラと偏光カメラによって得られた画像の比較例である。 図８は、輝度画像の一例である。 図９は、図８の輝度画像から作成された平滑化画像の一例である。 図１０は、図８および図９に基づいて生成された差分輝度画像の一例である。 図１１は、輝度画像、差分画像、および、偏光度画像の比較対照表である。 図１２は、図１１に示した各画像の反射情報のヒストグラムである。 図１３は、偏光度画像におけるサンプリング箇所を示す説明画像である。 図１４は、各画像の標準偏差のグループ間比較を示すグラフである。

以下、図面に基づき、本発明を具体的に説明する。
図１は、本発明にかかる冬用タイヤの判別方法における撮影概要を示す説明図、図２は可視画像の一例、図３は偏光画像の一例、図４は、偏光フィルタの原理を示す説明図、図５は通常のカラーカメラのベイヤー配列を示す説明図、図６は、本発明で用いられる偏光カメラの素子の配列を示す説明図、図７は、通常のカメラと偏光カメラによって得られた画像の比較例、図８は、輝度画像の一例、図９は、図８の輝度画像から作成された平滑化画像の一例、図１０は、図８および図９に基づいて生成された差分輝度画像の一例、図１１は、輝度画像、差分画像、および、偏光度画像の比較対照表、図１２は、図１１に示した各画像の反射情報のヒストグラム、図１３は、偏光度画像におけるサンプリング箇所を示す説明画像、図１４は、各画像の標準偏差のグループ間比較を示すグラフである。

図１中、１は図示しない車両に装着されるタイヤ、１０は図示しない車両の進行方向、２は照明装置、３は撮影装置である。
本発明では、車両に装着されたタイヤ１を、図１に示されるように、タイヤ１の進行方向１０に対して斜め方向から照明装置２による照明を行い、タイヤ１の進行方向に対して、照明とは反対側の斜め方向から撮影した画像を解析する。

具体的には、照明装置３から、タイヤ１に向けて可視光を照射し、撮影装置３で偏光度画像を取得する。
本発明では、撮影装置３を介して偏光度画像を取得するが、ここで、偏光度画像について説明する。

通常カメラによる可視画像と、偏光カメラによる偏光画像とを比較した場合、例えば、透明なビンの中に挿入した透明フィルムは、それぞれ、図２および図３に示したように画像化される。
偏光カメラは、輝度ではなく、光の波の偏りに着目して透明なフィルムを検出する。
光には波の性質があり、物体を透過または反射する際に、光の波の方向が変わる。

偏光カメラは、この透過または反射した光に対して、フィルタをかけることにより、光の波のうち、任意の向きの光を透過および遮断する偏光フィルタを介し、偏光画像を生成する。
この偏光フィルタの原理は、図４に示したとおりである。

通常、偏光フィルタは、画像に対して同じ方向にしか偏光成分を透過および遮断できない。
これに対し、本発明で用いる偏光カメラは、透過および遮断方向が異なるフィルタを画素ごとに取り付けることにより、光の横方向成分と、縦方向成分を同時に取得することを可能とする。

具体的には、通常のカラーカメラは、図５に示したように、ＲＧＢの４画素から１画そのカラー情報を取得する。
これに対し、本発明で用いる偏光カメラは、図６に示したように、４画素から１画の横方向成分と縦方向成分の情報を得る。

ここでは、４画素を情報取得単位として、各方向の偏光情報を得る例を示しているが、情報取得単位は、４画素に限定されるものではない。
例えば、縦３画素、横３画素の合計９画素を一つに情報取得単位とすることでも、上記と同様の情報を取得できる。

図６中、偏光カメラの配列のＨは、横方向（水平方向）電場の入射変偏光を透過するフィルタを備えた画素、Ｖは、縦方向（垂直方向）電場の入射偏光を透過するフィルタを備えた画素を表す。
図６では、１画素おきに偏光方向の異なるフィルタが配置されている例を示している。
この配列は、図６のものに限定されるされるものではなく、情報取得単位、具体的には上記の実施例では、情報取得単位となる４画素に、Ｖ画素、Ｈ画素が含まれていればよい。

偏光度については、上記のＨ画素の受光強度Ｉ［Ｈ］、Ｖ画素の受光強度Ｉ［Ｖ］として、偏光度＝（Ｉ［Ｈ］−Ｉ［Ｖ］）／（Ｉ［Ｈ］＋Ｉ［Ｖ］）となる。
また、この偏光度は、偏光度＝（Ｉ［Ｖ］−Ｉ［Ｈ］）／（Ｉ［Ｈ］＋Ｉ［Ｖ］）としてもよい。
上記の偏光カメラ、および、偏光度の算出に関する技術について、特許文献２として挙げた特許第５８９９９５７号に、偏光フィルタの配列はその図５、図１４に、偏光度は、その［００３９］段落に開示されている。
この偏光カメラでは、偏光フィルタの調整を行わずに、リアルタイムに偏光画像を取得できる。

このため、この偏光カメラを使用すれば、図７に示したように、撮影しにくい黒色の被写体でも、被写体の面方位の違いを偏光度と捉えることにより画像化できる。
この偏光カメラを使用し、図１に示した条件で夏用タイヤ（ノーマルタイヤ）と、冬用タイヤ（スタッドレスタイヤ）を撮影し、その画像を検証する。

なお、画像を比較するため、以下に説明するように、撮影装置によって輝度画像（モノクロ可視画像）と、平滑化画像（輝度分布画像）を生成し、両者から差分輝度画像を生成した。
輝度画像の一例は、図８に示したとおりである。

輝度画像の場合、照明とカメラの確度による照明環境の違いや、撮影対象の反射率のばらつきなどにより、得られる反射強度が異なる。
具体的には、湿潤状態のタイヤを撮影した場合、図８に示されるように、タイヤ表面が鏡面鏡面反射して白く写ることが確認できる。

そして、平滑化画像（輝度分布画像）は、取得した輝度画像を平滑化して作成する。
図８の輝度画像から作成された平滑化画像は、図９に示したとおりである。
ここで、差分輝度画像は、輝度画像から、平滑化画像を差分してムラを除去して作成され、具体的には、図１０に示したものとなる。

次に、得られた輝度画像、差分輝度画像、および、偏光度画像は、図１１に示したとおりである。
輝度画像では、サイプ（スタッドレス特有の細い切れ込み）が確認できるが、黒つぶれ気味で輝度にムラが認められる。

差分輝度画像では、反射分布は改善されているが、画像下部の輝度情報が黒くつぶれ気味で、サイプを確認しにくい。
これらに対し、偏光度画像では、照度のばらつきに関係なく、サイプがはっきりと確認できる。
これは、少ない輝度でも、反射面の特性が偏光度として捉えられるためと考えられる。

次に、ノーマルタイヤとスタッドレスタイヤのトレッド面の丸部分の反射情報のヒストグラムを図１２に示す。
輝度画像は、サイプ部の黒つぶれの影響が顕著で、正確な反射情報が得られなかった。
差分輝度画像は、反射情報の分布は得られるものの、判別可能な分布形状の違いは確認できない。

これに対し、偏光度画像は、他の画像に比べ、良好な反射情報の分布を取得でき、スタッドレスタイヤの分布傾向を見ると、ノーマルタイヤに比べ、分散が大きくなることが認められる。
具体的には、この実施例では、輝度画像では、標準偏差の差は７．２８３、差分輝度画像では、その差が７．６９６であり、８未満である。
これに対し、偏光度画像では、標準偏差の差は、１１．７００であり、偏光度画像の場合、ノーマルタイヤとスタッドレスタイヤとの間で、他の画像に比べ、標準偏差が大きく異なる。

これは、偏光度画像が明瞭にサイプ部を捉えていることが、数値データとして表れたことを示し、ヒストグラムの分散度、さらには、標準偏差に着目することで、画像情報から冬用タイヤを判別できることが確認できた。

例えば、本発明では、偏光度画像から生成されたヒストグラムにおける標準偏差が１９．３以上のときには、撮影対象のタイヤは、適切なサイプを有するスタッドレスタイヤである、と判定できる。

また、図１３に示すように、タイヤの上部周辺、中心部周辺、下部周辺の３箇所でサンプリングした反射情報から、輝度画像、差分輝度画像、および、偏光度画像を用い、ノーマルタイヤとスタッドレスタイヤの判別精度を確認した。

具体的には、標本数、スタッドレスタイヤ１５個、ノーマルタイヤ９個の反射情報の標準偏差について、図１４に示したとおり、ｔ検定を行った。
図１４のグラフの右軸は、自由度に基づく両側検定の有意確率を示し、輝度画像に比べ、差分輝度画像と偏光度画像の間に、優位な差があることが確認できる。

また、図１４のグラフの左軸のｔ値を見ると、同様に、偏光度画像の値が高いことが確認できる。
以上の見解から、偏光度画像から得られるトレッド面の標準偏差は、ノーマルタイヤ＝夏用タイヤと、スタッドレスタイヤ＝冬用タイヤの判別に有効であり、偏光度＝（Ｉ［Ｈ］−Ｉ［Ｖ］）／（Ｉ［Ｈ］＋Ｉ［Ｖ］）の標準偏差は、タイヤ種別の判別に有効であることが確認できた。

本発明によると、タイヤの種別を判別すべき車両を、所定の撮影位置に停車させ、撮影を実行して偏光度画像を取得し、画像を解析することによって、撮影対象のタイヤが冬タイヤであるか否かを、確認要員の目視を必要とすることなく、簡単かつ確実に判別できるようになる。

また、本発明では、タイヤのトレッド面を直接撮影することによって取得された画像に基づき、タイヤの種別を判別するので、リサイクルタイヤのように、サイドウォールの刻印と、タイヤ種別が相違する場合や、トレッド面の磨耗によって、サイプが消失したタイヤでも、冬用タイヤとして有効であるか否かを確実に判別できる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば、タイヤに対する撮影および照明の角度は、タイヤのサイプを確実に撮影できるものであればよく、また、タイヤの撮影は、車両を所定の位置に停止させてから実行するようにしても、所定区間を徐行させるなどのように、走行中に実行するようにしてもよい。

本発明は、冬用タイヤの判別を少ない要員で簡単かつ確実に行うことができるので、冬用タイヤ規制が実施されている区間に、夏用タイヤで侵入しようとする車両を確実に排除でき、道路の維持管理、保守、事故防止に非常に有用である。

Claims (2)

1. 少なくとも２種の、異なる偏光方向成分の、反射光情報を取得する撮影装置を用いて、偏光度画像を生成するステップと、
   得られた偏光度画像中に含まれる反射情報を解析し、ヒストグラムを生成し、ヒストグラムの分散度に応じて冬用タイヤであるか否かを判別するステップと、
   を含む冬用タイヤの判別方法。
2. 前記撮影装置の画素が、横方向偏光成分のみを透過する横方向偏光フィルタと、縦方向成分のみを透過する縦方向偏光フィルタとを備える
   請求項１に記載の冬用タイヤの判別方法。