JP2020180924A - Road surface state estimating device, vehicle control system, and road surface state estimating method - Google Patents

Road surface state estimating device, vehicle control system, and road surface state estimating method Download PDF

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JP2020180924A JP2019085371A JP2019085371A JP2020180924A JP 2020180924 A JP2020180924 A JP 2020180924A JP 2019085371 A JP2019085371 A JP 2019085371A JP 2019085371 A JP2019085371 A JP 2019085371A JP 2020180924 A JP2020180924 A JP 2020180924A
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Katsuhiro Kanamori
克洋 金森
達男 伊藤
Tatsuo Ito
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Abstract

To estimate the road surface state and friction coefficient of a road surface with good accuracy.SOLUTION: A road surface state estimating device 1 comprises: a polarization camera 10 for imaging a road surface in the traveling direction of a moving vehicle and thereby generating a polarized image of the road surface; a calculation unit 20 for processing the polarized image of the road surface and thereby calculating a road surface parameter that represents the polarization state of the road surface; a natural light estimation unit 30 for estimating the polarization state of natural light with which the road surface is irradiated; a determination unit 40 for determining, on the basis of the polarization state estimated by the natural light estimation unit 30, the classification parameter used to classify the road surface state of the road surface into one of a plurality of categories corresponding to a moisture state; a classification unit 50 for classifying the road surface state of the road surface into one of the plurality of categories on the basis of the road surface parameter and the classification parameter; and a friction coefficient estimation unit 60 for estimating the friction coefficient of the road surface on the basis of the classified category.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、路面状態推定装置、車両制御システム及び路面状態推定方法に関する。 The present disclosure relates to a road surface condition estimation device, a vehicle control system, and a road surface condition estimation method.

近年、安全な自動運転を実現するための様々な技術の開発が進められている。安全な自動運転には、進行方向の路面状態を精度良く判別し、路面の摩擦係数を精度良く推定することが求められる。例えば、非特許文献1には、路面からの反射光の偏光比を検出することで、路面状態を推定する技術が開示されている。また、偏光を利用する技術として、例えば特許文献1には、空の偏光情報から順光又は逆光を判定する技術が開示されている。 In recent years, the development of various technologies for realizing safe autonomous driving has been promoted. For safe autonomous driving, it is required to accurately determine the road surface condition in the traveling direction and accurately estimate the friction coefficient of the road surface. For example, Non-Patent Document 1 discloses a technique for estimating a road surface state by detecting a polarization ratio of light reflected from a road surface. Further, as a technique for utilizing polarized light, for example, Patent Document 1 discloses a technique for determining forward light or backlight from sky polarized light information.

特開2012−191267号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-191267

山田宗男、外4名、「画像処理による車載型路面状態検出センサの開発」、電気学会論文誌C、2004年、第124巻、第3号、p.753−760Muneo Yamada, 4 outsiders, "Development of in-vehicle road surface condition detection sensor by image processing", IEEJ Journal C, 2004, Vol. 124, No. 3, p. 753-760

しかしながら、上記従来技術では、推定した路面状態と摩擦係数との関係が不明であり、摩擦係数を適切に推定することができない。 However, in the above-mentioned conventional technique, the relationship between the estimated road surface condition and the friction coefficient is unknown, and the friction coefficient cannot be estimated appropriately.

また、路面からの反射光の偏光比は、その反射前の光(路面への入射光)の偏光状態に応じて変化する。このため、入射光の偏光状態に応じて路面状態の推定結果が異なることが起こりうる。例えば、昼間に自然光を利用した場合、天候に応じて自然光の偏光状態が変化するので、反射光の偏光比も変化する。このため、路面状態の推定結果に誤りが発生しうる。 Further, the polarization ratio of the light reflected from the road surface changes according to the polarization state of the light before the reflection (light incident on the road surface). Therefore, the estimation result of the road surface condition may differ depending on the polarization state of the incident light. For example, when natural light is used in the daytime, the polarization state of the natural light changes according to the weather, so that the polarization ratio of the reflected light also changes. Therefore, an error may occur in the estimation result of the road surface condition.

そこで、本開示は、路面の路面状態と摩擦係数とを精度良く推定することができる路面状態推定装置、車両制御システム及び路面状態推定方法を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a road surface condition estimation device, a vehicle control system, and a road surface condition estimation method capable of accurately estimating the road surface condition and the friction coefficient of the road surface.

上記課題を解決するため、本開示の一態様に係る路面状態推定装置は、移動体の進行方向の路面を撮影することで、前記路面の偏光画像を生成する偏光カメラと、前記路面の偏光画像を処理することで、前記路面の偏光状態を表す路面パラメータを算出する算出部と、前記路面に照射される自然光の偏光状態を推定する第1推定部と、水分状態に応じた複数のカテゴリのいずれかに前記路面の路面状態を分類するために用いる分類パラメータを、前記第1推定部によって推定された偏光状態に基づいて決定する決定部と、前記路面パラメータと前記分類パラメータとに基づいて、前記路面の路面状態を前記複数のカテゴリのいずれかに分類する分類部と、分類されたカテゴリに基づいて前記路面の摩擦係数を推定する第2推定部とを備える。 In order to solve the above problems, the road surface condition estimation device according to one aspect of the present disclosure includes a polarized camera that generates a polarized image of the road surface by photographing the road surface in the traveling direction of the moving body, and a polarized image of the road surface. A calculation unit that calculates a road surface parameter representing the polarization state of the road surface, a first estimation unit that estimates the polarization state of natural light irradiating the road surface, and a plurality of categories according to the water content. Based on the determination unit that determines the classification parameter used to classify the road surface state of the road surface to any one based on the polarization state estimated by the first estimation unit, and the road surface parameter and the classification parameter, It includes a classification unit that classifies the road surface condition of the road surface into any of the plurality of categories, and a second estimation unit that estimates the friction coefficient of the road surface based on the classified categories.

また、本開示の一態様に係る車両制御システムは、上記路面状態推定装置と、前記移動体の運転者に対して前記摩擦係数に関する情報の提示を行う提示部、及び、前記摩擦係数に基づいて前記移動体の運転制御を行う制御部の少なくとも一方とを備える。 Further, the vehicle control system according to one aspect of the present disclosure is based on the road surface condition estimation device, a presentation unit that presents information on the friction coefficient to the driver of the moving body, and the friction coefficient. It includes at least one of the control units that control the operation of the moving body.

また、本開示の一態様に係る路面状態推定方法は、偏光カメラが移動体の進行方向の路面を撮影することで、前記路面の偏光画像を生成するステップと、前記路面の偏光画像を処理することで、前記路面の偏光状態を表す路面パラメータを算出するステップと、前記路面に照射される自然光の偏光状態を推定するステップと、水分状態に応じた複数のカテゴリのいずれかに前記路面の路面状態を分類するために用いる分類パラメータを、前記自然光の偏光状態に基づいて決定するステップと、前記路面パラメータと前記分類パラメータとに基づいて、前記路面の路面状態を前記複数のカテゴリのいずれかに分類するステップと、分類されたカテゴリに基づいて前記路面の摩擦係数を推定するステップとを含む。 Further, in the road surface condition estimation method according to one aspect of the present disclosure, a polarized camera captures the road surface in the traveling direction of the moving body to generate a polarized image of the road surface and to process the polarized image of the road surface. Therefore, the step of calculating the road surface parameter representing the polarization state of the road surface, the step of estimating the polarization state of the natural light applied to the road surface, and the step of estimating the polarization state of the natural light irradiating the road surface, and the road surface of the road surface in any of a plurality of categories according to the moisture state. Based on the step of determining the classification parameter used for classifying the state based on the polarization state of the natural light, and the road surface parameter and the classification parameter, the road surface state of the road surface is classified into one of the plurality of categories. It includes a step of classifying and a step of estimating the friction coefficient of the road surface based on the classified category.

また、本開示の一態様は、上記路面状態推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現することができる。あるいは、当該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体として実現することもできる。 Further, one aspect of the present disclosure can be realized as a program for causing a computer to execute the road surface condition estimation method. Alternatively, it can be realized as a computer-readable non-temporary recording medium in which the program is stored.

本開示によれば、路面の路面状態と摩擦係数とを精度良く推定することができる。 According to the present disclosure, the road surface condition and the friction coefficient of the road surface can be estimated with high accuracy.

図1は、実施の形態1に係る路面状態推定装置の概要を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of the road surface condition estimation device according to the first embodiment. 図2は、実施の形態1に係る路面状態推定装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a road surface condition estimation device according to the first embodiment. 図3は、実施の形態1に係る路面状態推定装置が備える偏光カメラの構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a polarized camera included in the road surface condition estimation device according to the first embodiment. 図4は、実施の形態1に係る偏光カメラで生成された撮影画像の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a captured image generated by the polarized camera according to the first embodiment. 図5は、実施の形態1に係る偏光カメラの別の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another configuration of the polarized camera according to the first embodiment. 図6は、空気と水面との界面で発生する鏡面反射と反射率との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between specular reflection and reflectance generated at the interface between air and water surface. 図7は、観察角毎の偏光比を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the polarization ratio for each observation angle. 図8は、曇天時の乾燥した路面からの反射光を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the reflected light from the dry road surface in cloudy weather. 図9は、曇天時の濡れた路面からの反射光を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the reflected light from the wet road surface in cloudy weather. 図10は、曇天時の冠水した路面からの反射光を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the reflected light from the flooded road surface in cloudy weather. 図11は、曇天時の積雪した路面からの反射光を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the reflected light from the snow-covered road surface in cloudy weather. 図12は、曇天時の凍結した路面からの反射光を説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining the reflected light from the frozen road surface in cloudy weather. 図13は、曇天時の路面状態の分類に用いられる閾値を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a threshold value used for classifying the road surface condition in cloudy weather. 図14は、晴天時の乾燥した路面からの反射光を説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining the reflected light from the dry road surface in fine weather. 図15は、晴天時の路面状態の分類に用いられる閾値を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a threshold value used for classifying the road surface condition in fine weather. 図16は、偏光比と摩擦係数との関係を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the polarization ratio and the coefficient of friction. 図17は、実施の形態1に係る路面状態推定装置の動作を示すフローチャートである。FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the road surface condition estimation device according to the first embodiment. 図18は、実施の形態1に係る路面状態推定装置の動作における分類パラメータの決定処理を示すフローチャートである。FIG. 18 is a flowchart showing a classification parameter determination process in the operation of the road surface condition estimation device according to the first embodiment. 図19は、実施の形態2に係る路面状態推定装置の構成を示すブロック図である。FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of the road surface condition estimation device according to the second embodiment. 図20は、実施の形態3に係る車両制御システムの構成を示すブロック図である。FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of the vehicle control system according to the third embodiment.

(本開示の概要)
本開示の一態様に係る路面状態推定装置は、移動体の進行方向の路面を撮影することで、前記路面の偏光画像を生成する偏光カメラと、前記路面の偏光画像を処理することで、前記路面の偏光状態を表す路面パラメータを算出する算出部と、前記路面に照射される自然光の偏光状態を推定する第1推定部と、水分状態に応じた複数のカテゴリのいずれかに前記路面の路面状態を分類するために用いる分類パラメータを、前記第1推定部によって推定された偏光状態に基づいて決定する決定部と、前記路面パラメータと前記分類パラメータとに基づいて、前記路面の路面状態を前記複数のカテゴリのいずれかに分類する分類部と、分類されたカテゴリに基づいて前記路面の摩擦係数を推定する第2推定部とを備える。
(Summary of this disclosure)
The road surface condition estimation device according to one aspect of the present disclosure is a polarized camera that generates a polarized image of the road surface by photographing the road surface in the traveling direction of the moving body, and processes the polarized image of the road surface. A calculation unit that calculates a road surface parameter representing the polarization state of the road surface, a first estimation unit that estimates the polarization state of natural light irradiating the road surface, and a road surface of the road surface in one of a plurality of categories according to the moisture state. The road surface state of the road surface is determined based on the determination unit that determines the classification parameter used for classifying the state based on the polarization state estimated by the first estimation unit, and the road surface parameter and the classification parameter. It includes a classification unit that classifies into any of a plurality of categories, and a second estimation unit that estimates the friction coefficient of the road surface based on the classified categories.

このように、自然光の偏光状態を推定し、推定された偏光状態に基づいて分類パラメータが決定される。このため、自然光の偏光状態に応じて路面状態を適切なカテゴリに分類することができる。これにより、路面の路面状態と摩擦係数とを精度良く推定することができる。 In this way, the polarization state of natural light is estimated, and the classification parameters are determined based on the estimated polarization state. Therefore, the road surface condition can be classified into an appropriate category according to the polarization state of natural light. This makes it possible to accurately estimate the road surface condition and the friction coefficient of the road surface.

また、例えば、本開示の一態様に係る路面状態推定装置では、前記偏光カメラは、さらに、前記移動体の進行方向の空を撮影することで、前記空の偏光画像を生成し、前記第1推定部は、前記空の偏光画像を処理することで、前記空から前記路面に照射される前記自然光の偏光状態を推定してもよい。 Further, for example, in the road surface condition estimation device according to one aspect of the present disclosure, the polarized camera further generates a polarized image of the sky by photographing the sky in the traveling direction of the moving body, and the first. The estimation unit may estimate the polarized state of the natural light emitted from the sky to the road surface by processing the polarized image of the sky.

これにより、自然光の偏光状態を推定するために、偏光カメラで得られた空の偏光画像を利用することができる。このため、例えば空の偏光画像以外の情報を取得するためのインタフェースなどが設けられていなくてもよいので、路面状態推定装置の構成を簡素化することができる。 Thereby, the polarized image of the sky obtained by the polarized camera can be used to estimate the polarized state of natural light. Therefore, for example, it is not necessary to provide an interface for acquiring information other than the polarized image of the sky, so that the configuration of the road surface state estimation device can be simplified.

また、例えば、本開示の一態様に係る路面状態推定装置では、前記空の偏光画像は、互いに異なる少なくとも3方向の偏光画像を含んでもよい。 Further, for example, in the road surface condition estimation device according to one aspect of the present disclosure, the polarized images in the sky may include polarized images in at least three directions different from each other.

これにより、3方向の偏光画像に基づいて偏光度を算出することができるので、自然光の偏光状態の推定精度をさらに高めることができる。 As a result, the degree of polarization can be calculated based on the polarized images in the three directions, so that the estimation accuracy of the polarized state of natural light can be further improved.

ところで、本開示の一態様に係る路面状態推定装置は、例えば、移動体が移動しながら、進行方向の遠方の路面の路面状態を推定することに用いられる。したがって、移動体の移動に伴って偏光カメラによる撮影範囲が変化するので、単に進行方向を撮影するだけでは障害物によって空が撮影できなくなる恐れがある。 By the way, the road surface condition estimation device according to one aspect of the present disclosure is used, for example, to estimate the road surface condition of a distant road surface in the traveling direction while the moving body is moving. Therefore, since the shooting range of the polarized camera changes as the moving body moves, there is a risk that the sky cannot be shot due to obstacles simply by shooting the direction of travel.

これに対して、本開示の一態様に係る路面状態推定装置では、例えば、前記偏光カメラは、光軸が略水平になるように設置され、前記路面の偏光画像を生成する第1偏光カメラと、光軸を水平よりも上方に傾けて設置され、前記空の偏光画像を生成する第2偏光カメラとを含んでもよい。 On the other hand, in the road surface condition estimation device according to one aspect of the present disclosure, for example, the polarized camera is installed so that the optical axis is substantially horizontal, and the first polarized camera that generates a polarized image of the road surface is used. A second polarized camera, which is installed with its optical axis tilted above the horizontal and generates the polarized image of the sky, may be included.

これにより、空の偏光画像を生成するための第2カメラが設けられているので、建物などの障害物によって第1カメラの撮影範囲に空が含まれない場合であっても、空の偏光画像を取得することができ、自然光の偏光状態を推定することができる。このため、路面状態と摩擦係数とを安定して継続的に推定することができる。 As a result, a second camera for generating a polarized image of the sky is provided, so that even if the shooting range of the first camera does not include the sky due to an obstacle such as a building, the polarized image of the sky is provided. Can be obtained, and the polarization state of natural light can be estimated. Therefore, the road surface condition and the coefficient of friction can be stably and continuously estimated.

また、例えば、本開示の一態様に係る路面状態推定装置では、前記第1推定部は、前記移動体の位置及び向きと、前記移動体又は前記路面を含む地域の天候情報とに基づいて、前記自然光の偏光状態を推定してもよい。 Further, for example, in the road surface condition estimation device according to one aspect of the present disclosure, the first estimation unit is based on the position and orientation of the moving body and the weather information of the moving body or the area including the road surface. The polarization state of the natural light may be estimated.

これにより、空の偏光画像が取得できない場合であっても、天候情報などに基づいて自然光の偏光状態を推定することができる。このため、路面状態と摩擦係数とを安定して継続的に推定することができる。 As a result, even when a polarized image of the sky cannot be acquired, the polarized state of natural light can be estimated based on weather information or the like. Therefore, the road surface condition and the coefficient of friction can be stably and continuously estimated.

また、例えば、本開示の一態様に係る路面状態推定装置では、前記第1推定部は、前記移動体又は前記路面を含む地域の降雨及び降雪を検出した結果に基づいて、前記自然光の偏光状態を推定してもよい。 Further, for example, in the road surface condition estimation device according to one aspect of the present disclosure, the first estimation unit detects the precipitation and snowfall of the moving body or the area including the road surface, and based on the result, the polarized state of the natural light. May be estimated.

これにより、空の偏光画像が取得できない場合であっても、降雨又は降雪の検出結果に基づいて自然光の偏光状態を推定することができる。このため、路面状態と摩擦係数とを安定して継続的に推定することができる。 As a result, even when a polarized image of the sky cannot be obtained, the polarized state of natural light can be estimated based on the detection result of rainfall or snowfall. Therefore, the road surface condition and the coefficient of friction can be stably and continuously estimated.

また、例えば、本開示の一態様に係る路面状態推定装置では、前記決定部は、非偏光の標準光と、当該標準光が路面に照射された環境下において得られる前記路面パラメータとの関係を表す基準パラメータを、前記第1推定部によって推定された偏光状態に適合するように補正することで、前記分類パラメータを決定してもよい。 Further, for example, in the road surface condition estimation device according to one aspect of the present disclosure, the determination unit determines the relationship between the unpolarized standard light and the road surface parameter obtained in an environment in which the standard light is irradiated on the road surface. The classification parameter may be determined by correcting the reference parameter to be represented so as to match the polarization state estimated by the first estimation unit.

これにより、標準光が路面に照射された環境下の基準パラメータが、環境の変化に応じて適切に補正されて、環境に応じた適切な分類パラメータが決定される。これにより、路面状態及び摩擦係数の推定精度を高めることができる。 As a result, the reference parameters under the environment in which the road surface is irradiated with the standard light are appropriately corrected according to the change in the environment, and the appropriate classification parameters according to the environment are determined. This makes it possible to improve the estimation accuracy of the road surface condition and the friction coefficient.

また、例えば、本開示の一態様に係る路面状態推定装置では、前記複数のカテゴリは、乾燥と、湿潤と、凍結又は積雪との3つのカテゴリを含んでもよい。 Further, for example, in the road surface condition estimation device according to one aspect of the present disclosure, the plurality of categories may include three categories of dryness, wetness, and freezing or snow cover.

これにより、路面状態が分類されるカテゴリ数が多いので、摩擦係数の推定精度を高めることができる。 As a result, since there are many categories in which the road surface condition is classified, the estimation accuracy of the friction coefficient can be improved.

また、例えば、本開示の一態様に係る路面状態推定装置では、前記第2推定部は、前記移動体のタイヤに関する情報にさらに基づいて前記摩擦係数を推定してもよい。 Further, for example, in the road surface condition estimation device according to one aspect of the present disclosure, the second estimation unit may estimate the friction coefficient based on the information regarding the tire of the moving body.

これにより、例えば、タイヤの摩耗の程度などに基づいて、摩擦係数の推定精度をさらに高めることができる。 Thereby, for example, the estimation accuracy of the friction coefficient can be further improved based on the degree of tire wear and the like.

また、例えば、本開示の一態様に係る路面状態推定装置は、さらに、前記路面の偏光画像と前記第1推定部によって推定された偏光状態との少なくとも一方に基づいて、前記偏光カメラの露光量を制御する露光量制御部を備えてもよい。 Further, for example, the road surface condition estimation device according to one aspect of the present disclosure further determines the exposure amount of the polarized camera based on at least one of the polarized image of the road surface and the polarized state estimated by the first estimation unit. The exposure amount control unit may be provided.

これにより、例えば、路面と空とを同時に撮影する場合には光量の差が大きいので、露光量を制御することにより、信号の飽和を抑制することができ、あるいは、微弱な信号を適切に検出することができる。 As a result, for example, when the road surface and the sky are photographed at the same time, the difference in the amount of light is large. Therefore, by controlling the amount of exposure, signal saturation can be suppressed, or a weak signal can be appropriately detected. can do.

また、本開示の一態様に係る車両制御システムは、上記路面状態推定装置と、前記移動体の運転者に対して前記摩擦係数に関する情報の提示を行う提示部、及び、前記摩擦係数に基づいて前記移動体の運転制御を行う制御部の少なくとも一方とを備える。 Further, the vehicle control system according to one aspect of the present disclosure is based on the road surface condition estimation device, a presentation unit that presents information on the friction coefficient to the driver of the moving body, and the friction coefficient. It includes at least one of the control units that control the operation of the moving body.

これにより、摩擦係数が精度良く推定されるので、運転者に対する適切な情報の提示及び車両の適切な制御を行うことができる。 As a result, the coefficient of friction is estimated with high accuracy, so that it is possible to present appropriate information to the driver and appropriately control the vehicle.

また、本開示の一態様に係る路面状態推定方法は、偏光カメラが移動体の進行方向の路面を撮影することで、前記路面の偏光画像を生成するステップと、前記路面の偏光画像を処理することで、前記路面の偏光状態を表す路面パラメータを算出するステップと、前記路面に照射される自然光の偏光状態を推定するステップと、水分状態に応じた複数のカテゴリのいずれかに前記路面の路面状態を分類するために用いる分類パラメータを、前記自然光の偏光状態に基づいて決定するステップと、前記路面パラメータと前記分類パラメータとに基づいて、前記路面の路面状態を前記複数のカテゴリのいずれかに分類するステップと、分類されたカテゴリに基づいて前記路面の摩擦係数を推定するステップとを含む。 Further, in the road surface condition estimation method according to one aspect of the present disclosure, a polarized camera captures the road surface in the traveling direction of the moving body to generate a polarized image of the road surface and to process the polarized image of the road surface. Therefore, the step of calculating the road surface parameter representing the polarization state of the road surface, the step of estimating the polarization state of the natural light applied to the road surface, and the step of estimating the polarization state of the natural light irradiating the road surface, and the road surface of the road surface in any of a plurality of categories according to the moisture state. Based on the step of determining the classification parameter used for classifying the state based on the polarization state of the natural light, and the road surface parameter and the classification parameter, the road surface state of the road surface is classified into one of the plurality of categories. It includes a step of classifying and a step of estimating the friction coefficient of the road surface based on the classified category.

このように、自然光の偏光状態を推定し、推定された偏光状態に基づいて分類パラメータが決定される。このため、自然光の偏光状態に応じて路面状態を適切なカテゴリに分類することができる。これにより、路面の路面状態と摩擦係数とを精度良く推定することができる。 In this way, the polarization state of natural light is estimated, and the classification parameters are determined based on the estimated polarization state. Therefore, the road surface condition can be classified into an appropriate category according to the polarization state of natural light. This makes it possible to accurately estimate the road surface condition and the friction coefficient of the road surface.

以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments will be specifically described with reference to the drawings.

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 It should be noted that all of the embodiments described below show comprehensive or specific examples. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, etc. shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Further, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims will be described as arbitrary components.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Further, each figure is a schematic view and is not necessarily exactly illustrated. Therefore, for example, the scales and the like do not always match in each figure. Further, in each figure, substantially the same configuration is designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted or simplified.

また、本明細書において、水平又は垂直などの要素間の関係性を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。 Further, in the present specification, terms indicating relationships between elements such as horizontal or vertical, and numerical ranges are not expressions expressing only strict meanings, but substantially equivalent ranges, for example, differences of about several percent. It is an expression that means that also includes.

(実施の形態1)
[1.概要]
まず、実施の形態1に係る路面状態推定装置の概要について、図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る路面状態推定装置1の概要を説明するための図である。
(Embodiment 1)
[1. Overview]
First, an outline of the road surface condition estimation device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of the road surface condition estimation device 1 according to the present embodiment.

図1には、路面状態推定装置1が搭載された移動体2が示されている。移動体2は、例えば四輪自動車又は二輪車などの車両であるが、ドローンと呼称される飛行体であってもよい。移動体2には、路面状態推定装置1が備える偏光カメラ10が取り付けられている。例えば、偏光カメラ10は、移動体2の内部において地面からの高さが約1.5mの一に取り付けられている。なお、偏光カメラ10は、移動体2の外側に取り付けられていてもよく、取り付け位置及び高さなどは特に限定されない。 FIG. 1 shows a moving body 2 on which the road surface condition estimation device 1 is mounted. The moving body 2 is a vehicle such as a four-wheeled vehicle or a two-wheeled vehicle, but may be an air vehicle called a drone. A polarization camera 10 included in the road surface condition estimation device 1 is attached to the moving body 2. For example, the polarized camera 10 is mounted inside the moving body 2 at a height of about 1.5 m from the ground. The polarized camera 10 may be mounted on the outside of the moving body 2, and the mounting position and height are not particularly limited.

路面状態推定装置1は、移動体2の進行方向の路面3の路面状態及び摩擦係数を推定する。路面3は、具体的には、移動体2の前方遠方に位置しており、図1に示される例では50m前方に位置する路面である。50m前方の路面3は、時速50kmの速度で移動体2が移動した場合に、3.6秒で到達する距離である。路面3が遠方であることにより、路面状態及び摩擦係数の推定結果に基づいて移動体2を制御することができる時間を確保することができる。なお、移動体2の移動速度に応じて、検出対象となる路面3の位置は変更されてもよい。例えば、移動速度が速い程、より遠方の位置を検出対象の路面3としてもよい。路面3は、例えばアスファルトである。なお、路面3は、コンクリート又は砂利道であってもよい。 The road surface condition estimation device 1 estimates the road surface condition and the friction coefficient of the road surface 3 in the traveling direction of the moving body 2. Specifically, the road surface 3 is located far in front of the moving body 2, and in the example shown in FIG. 1, it is a road surface located 50 m ahead. The road surface 3 50 m ahead is the distance reached in 3.6 seconds when the moving body 2 moves at a speed of 50 km / h. Since the road surface 3 is far away, it is possible to secure a time during which the moving body 2 can be controlled based on the estimation results of the road surface condition and the friction coefficient. The position of the road surface 3 to be detected may be changed according to the moving speed of the moving body 2. For example, the faster the moving speed, the farther the position may be set as the road surface 3 to be detected. The road surface 3 is, for example, asphalt. The road surface 3 may be a concrete or gravel road.

本実施の形態では、偏光カメラ10が路面3の偏光画像を生成する。図1に示されるように、路面3には、青空4又は雲5又からの自然光が入射光Liとして入射する。路面3が入射光Liを反射することにより発生する反射光Lrを偏光カメラ10が受光する。路面3による反射には、散乱反射及び鏡面反射が含まれる。散乱反射と鏡面反射との割合に応じて反射光Lrの偏光状態が変化する。 In this embodiment, the polarized camera 10 generates a polarized image of the road surface 3. As shown in FIG. 1, natural light from the blue sky 4 or the clouds 5 is incident on the road surface 3 as incident light Li. The polarizing camera 10 receives the reflected light Lr generated by the road surface 3 reflecting the incident light Li. The reflection by the road surface 3 includes scattered reflection and specular reflection. The polarization state of the reflected light Lr changes according to the ratio of the diffuse reflection and the specular reflection.

また、詳細については後で説明するが、青空4からの自然光と雲5からの自然光とでは、偏光度が異なっている。本実施の形態では、偏光カメラ10が空を撮影することにより、空の偏光画像を生成する。路面状態推定装置1は、空の偏光画像に基づいて入射光Liの偏光状態を推定する。路面状態推定装置1は、推定された偏光状態と、路面3の変更画像とに基づいて、路面3の路面状態と摩擦係数とを推定する。 Further, as will be described in detail later, the degree of polarization is different between the natural light from the blue sky 4 and the natural light from the clouds 5. In the present embodiment, the polarized camera 10 captures the sky to generate a polarized image of the sky. The road surface condition estimation device 1 estimates the polarization state of the incident light Li based on the polarized image of the sky. The road surface condition estimation device 1 estimates the road surface condition and the friction coefficient of the road surface 3 based on the estimated polarization state and the modified image of the road surface 3.

なお、図1では、光の偏光状態を1つ以上の矢印を内部に含む円で模式的に図示されている。例えば、1つの両矢印を含む円は、光が矢印方向に偏光していることを表している。放射状に延びる複数の矢印を含む円は、光が非偏光であることを表している。また、偏光カメラ10の近傍に図示された4つの円に含まれる矢印は、偏光カメラ10が生成する偏光画像の4つの方向を表している。なお、これらの矢印を含む円は、他の図においても同様のことを意味する。 In addition, in FIG. 1, the polarization state of light is schematically illustrated by a circle including one or more arrows inside. For example, a circle containing one double-headed arrow indicates that the light is polarized in the direction of the arrow. A circle containing multiple arrows extending radially indicates that the light is unpolarized. Further, the arrows included in the four circles shown in the vicinity of the polarized camera 10 represent the four directions of the polarized image generated by the polarized camera 10. The circle including these arrows means the same in other figures.

[2.構成]
次に、路面状態推定装置1の具体的な構成について、図2を用いて説明する。図2は、本実施の形態に係る路面状態推定装置1の構成を示すブロック図である。
[2. Constitution]
Next, a specific configuration of the road surface condition estimation device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the road surface condition estimation device 1 according to the present embodiment.

図2に示されるように、路面状態推定装置1は、偏光カメラ10と、算出部20と、自然光推定部30と、決定部40と、分類部50と、摩擦係数推定部60とを備える。さらに、路面状態推定装置1は、出力部70と、タイヤ情報取得部80と、露光量制御部90とを備える。 As shown in FIG. 2, the road surface condition estimation device 1 includes a polarization camera 10, a calculation unit 20, a natural light estimation unit 30, a determination unit 40, a classification unit 50, and a friction coefficient estimation unit 60. Further, the road surface condition estimation device 1 includes an output unit 70, a tire information acquisition unit 80, and an exposure amount control unit 90.

偏光カメラ10は、移動体2の進行方向の路面3を撮影することで、路面3の偏光画像を生成する。本実施の形態では、偏光カメラ10は、さらに、移動体2の進行方向の空を撮影することで、空の偏光画像を生成する。進行方向の空は、路面3を間に挟んで移動体2に対向する空の領域(対向空領域)である。 The polarized camera 10 generates a polarized image of the road surface 3 by photographing the road surface 3 in the traveling direction of the moving body 2. In the present embodiment, the polarized camera 10 further captures the sky in the traveling direction of the moving body 2 to generate a polarized image of the sky. The sky in the traveling direction is an empty region (opposing sky region) facing the moving body 2 with the road surface 3 in between.

偏光カメラ10は、図1に示されるように、移動体2の内部のフロントガラス6(図3を参照)の近傍に取り付けられている。偏光カメラ10は、光軸Jが略水平になるように設置されおり、移動体2の前方方向を撮影する。略水平とは、例えば、水平面に対して±10°以内の範囲を意味する。 As shown in FIG. 1, the polarized camera 10 is mounted in the vicinity of the windshield 6 (see FIG. 3) inside the moving body 2. The polarizing camera 10 is installed so that the optical axis J is substantially horizontal, and photographs the front direction of the moving body 2. Approximately horizontal means, for example, a range within ± 10 ° with respect to a horizontal plane.

図3は、本実施の形態に係る路面状態推定装置1が備える偏光カメラ10の構成を示す図である。図3に示されるように、偏光カメラ10は、イメージセンサ11と、モザイク偏光板12とを備える。また、偏光カメラ10は、レンズ及び絞りなどの光学系を備えてもよい。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a polarized camera 10 included in the road surface condition estimation device 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the polarizing camera 10 includes an image sensor 11 and a mosaic polarizing plate 12. Further, the polarized camera 10 may include an optical system such as a lens and an aperture.

イメージセンサ11は、二次元マトリクス状に配列された複数の画素13を有する。光軸Jは、複数の画素13が配列された面に対して直交する方向である。なお、図3では、複数の画素13の1つのみを模式的に示されている。複数の画素13は、互いに同じ構成を有する。 The image sensor 11 has a plurality of pixels 13 arranged in a two-dimensional matrix. The optical axis J is a direction orthogonal to the plane on which the plurality of pixels 13 are arranged. In FIG. 3, only one of the plurality of pixels 13 is schematically shown. The plurality of pixels 13 have the same configuration as each other.

図3に示されるように、画素13は、4つのサブ画素14〜17を有する。サブ画素14〜17の各々は、入射した光を光電変換することで、入射した光の強度に応じた電気信号を生成する。サブ画素14〜17の各々には、モザイク偏光板12を通過した光が入射する。モザイク偏光板12は、サブ画素14〜17に対応するように、互いに異なる偏光特性を有する領域が二次元マトリクス状に配列されている。これにより、サブ画素14〜17の各々には、互いに異なる方向に偏光した光が入射される。 As shown in FIG. 3, pixel 13 has four sub-pixels 14-17. Each of the sub-pixels 14 to 17 photoelectrically converts the incident light to generate an electric signal according to the intensity of the incident light. Light that has passed through the mosaic polarizing plate 12 is incident on each of the sub-pixels 14 to 17. In the mosaic polarizing plate 12, regions having different polarization characteristics are arranged in a two-dimensional matrix so as to correspond to the sub-pixels 14 to 17. As a result, light polarized in different directions is incident on each of the sub-pixels 14 to 17.

具体的には、サブ画素14には、0°方向(水平方向、S偏光)に偏光した光が入射する。サブ画素15には、90°方向(垂直方向、P偏光)に偏光した光が入射する。サブ画素16には、45°方向に偏光した光が入射する。サブ画素17には、135°方向に偏光した光が入射する。 Specifically, light polarized in the 0 ° direction (horizontal direction, S-polarized light) is incident on the sub-pixel 14. Light polarized in the 90 ° direction (vertical direction, P-polarized light) is incident on the sub-pixel 15. Light polarized in the 45 ° direction is incident on the sub-pixel 16. Light polarized in the 135 ° direction is incident on the sub-pixel 17.

複数の画素13の各々にサブ画素14〜17が含まれているので、同じ偏光特性に対応したサブ画素で生成された電気信号の信号強度に基づいて、所定方向の偏光画像を生成することができる。具体的には、複数のサブ画素14に基づいて0°方向の偏光画像が生成される。複数のサブ画素15に基づいて90°方向の偏光画像が生成される。複数のサブ画素16に基づいて45°方向の偏光画像が生成される。複数のサブ画素17に基づいて135°方向の偏光画像が生成される。 Since each of the plurality of pixels 13 includes sub-pixels 14 to 17, it is possible to generate a polarized image in a predetermined direction based on the signal intensity of the electric signal generated by the sub-pixels corresponding to the same polarization characteristics. it can. Specifically, a polarized image in the 0 ° direction is generated based on the plurality of sub-pixels 14. A polarized image in the 90 ° direction is generated based on the plurality of sub-pixels 15. A polarized image in the 45 ° direction is generated based on the plurality of sub-pixels 16. A polarized image in the 135 ° direction is generated based on the plurality of sub-pixels 17.

図4は、本実施の形態に係る偏光カメラ10で生成された撮影画像18の一例である。偏光カメラ10は、光軸Jが略水平になるように設置されているので、撮影画像18の中央には水平線が含まれる。撮影画像18には、水平線を境として路面領域19aと空領域19bとが含まれる。路面領域19aには、路面3が含まれている。路面領域19aを構成する画像が路面3の偏光画像である。空領域19bを構成する画像が空の偏光画像である。空領域19bは、路面3を間に挟んで移動体2に対向する空を含む対向空領域である。 FIG. 4 is an example of a captured image 18 generated by the polarized camera 10 according to the present embodiment. Since the polarized camera 10 is installed so that the optical axis J is substantially horizontal, a horizontal line is included in the center of the captured image 18. The captured image 18 includes a road surface region 19a and an empty region 19b with the horizon as a boundary. The road surface region 19a includes the road surface 3. The image constituting the road surface region 19a is a polarized image of the road surface 3. The image constituting the empty region 19b is a polarized image of the sky. The empty area 19b is an opposite air area including the sky facing the moving body 2 with the road surface 3 in between.

ここでは、1台の偏光カメラ10が路面3と空とを同時に撮影することで、路面3の偏光画像と空の偏光画像とを1枚の撮影画像18として生成するが、これに限らない。例えば、図5に示されるように、偏光カメラ10は、2台の偏光カメラ10a及び10bを含んでもよい。 Here, one polarized camera 10 simultaneously captures the road surface 3 and the sky to generate a polarized image of the road surface 3 and a polarized image of the sky as one captured image 18, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 5, the polarized camera 10 may include two polarized cameras 10a and 10b.

また、図3に示される例では、偏光カメラ10が4方向の偏光画像を生成する例を説明したが、これに限らない。偏光カメラ10は、2方向又は3方向の偏光画像を生成してもよい。 Further, in the example shown in FIG. 3, an example in which the polarized camera 10 generates a polarized image in four directions has been described, but the present invention is not limited to this. The polarized camera 10 may generate a polarized image in two or three directions.

図5は、本実施の形態に係る偏光カメラ10の別の構成を示す図である。ここでは、図3に示される偏光カメラ10の構成との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。 FIG. 5 is a diagram showing another configuration of the polarized camera 10 according to the present embodiment. Here, the differences from the configuration of the polarized camera 10 shown in FIG. 3 will be mainly described, and the description of the common points will be omitted or simplified.

偏光カメラ10aは、光軸Jaが略水平になるように設置され、路面3の偏光画像を生成する第1偏光カメラの一例である。偏光カメラ10aは、イメージセンサ11aと、モザイク偏光板12aとを備える。偏光カメラ10aは、2方向の偏光画像を生成する。具体的には、図5に示されるように、イメージセンサ11aに含まれる複数の画素13aの各々は、サブ画素14及び15を有し、図3に示されるサブ画素16及び17を有しない。偏光カメラ10aは、0°方向と90°方向とを含む路面3の偏光画像を生成する。 The polarized camera 10a is an example of a first polarized camera that is installed so that the optical axis Ja is substantially horizontal and generates a polarized image of the road surface 3. The polarizing camera 10a includes an image sensor 11a and a mosaic polarizing plate 12a. The polarized camera 10a generates a polarized image in two directions. Specifically, as shown in FIG. 5, each of the plurality of pixels 13a included in the image sensor 11a has sub-pixels 14 and 15, and does not have sub-pixels 16 and 17 shown in FIG. The polarized camera 10a generates a polarized image of the road surface 3 including the 0 ° direction and the 90 ° direction.

偏光カメラ10bは、光軸Jbが水平よりも上方に傾けて設置され、空の偏光画像を生成する第2偏光カメラの一例である。光軸Jbと水平面(光軸Ja)とがなす角度は、例えば20°以上70°以下の範囲であり、一例として45°であるが、これに限らない。光軸Jbと水平面とがなす角度は、20°未満であってもよく、70°より大きくてもよい。 The polarized camera 10b is an example of a second polarized camera in which the optical axis Jb is installed at an angle above the horizontal to generate a polarized image of the sky. The angle formed by the optical axis Jb and the horizontal plane (optical axis Ja) is, for example, in the range of 20 ° or more and 70 ° or less, and is 45 ° as an example, but is not limited to this. The angle formed by the optical axis Jb and the horizontal plane may be less than 20 ° and may be larger than 70 °.

偏光カメラ10bは、イメージセンサ11bと、モザイク偏光板12bとを備える。偏光カメラ10bは、3方向の偏光画像を生成する。具体的には、図5に示されるように、イメージセンサ11bに含まれる複数の画素13bの各々は、サブ画素14〜16を有し、図3に示されるサブ画素17を有しない。偏光カメラ10bは、0°方向と90°方向と45°方向とを含む空の偏光画像を生成する。 The polarizing camera 10b includes an image sensor 11b and a mosaic polarizing plate 12b. The polarized camera 10b produces a polarized image in three directions. Specifically, as shown in FIG. 5, each of the plurality of pixels 13b included in the image sensor 11b has sub-pixels 14 to 16 and does not have the sub-pixel 17 shown in FIG. The polarized camera 10b generates a polarized image of the sky including the 0 ° direction, the 90 ° direction, and the 45 ° direction.

図2に戻り、算出部20は、偏光カメラ10によって生成された路面3の偏光画像を処理することで、路面3の偏光状態を表す路面パラメータを算出する。具体的には、算出部20は、路面3の偏光画像を構成する画素毎に偏光比P/Sを算出することで、偏光比画像を生成する。 Returning to FIG. 2, the calculation unit 20 calculates the road surface parameter representing the polarization state of the road surface 3 by processing the polarized image of the road surface 3 generated by the polarization camera 10. Specifically, the calculation unit 20 generates a polarization ratio image by calculating the polarization ratio P / S for each pixel constituting the polarization image of the road surface 3.

偏光比P/Sは、路面パラメータの一例であり、P偏光の信号強度をS偏光の信号強度で割った値である。P偏光の信号強度は、90°方向の偏光の強度に相当し、サブ画素15で生成された電気信号の信号強度である。S偏光の信号強度は、0°方向の偏光の強度に相当し、サブ画素14で生成された電気信号の信号強度である。 The polarization ratio P / S is an example of a road surface parameter, and is a value obtained by dividing the signal intensity of P-polarized light by the signal intensity of S-polarized light. The signal intensity of P-polarized light corresponds to the intensity of polarized light in the 90 ° direction, and is the signal intensity of the electric signal generated by the sub-pixel 15. The signal intensity of S-polarized light corresponds to the intensity of polarized light in the 0 ° direction, and is the signal intensity of the electric signal generated by the sub-pixel 14.

偏光比画像は、P/S=1が128となるように、0〜255の数値範囲で示される輝度画像である。PがSより大きい程、偏光比画像の輝度値が大きくなり、PがSより小さい程、偏光比画像の輝度値が小さくなる。 The polarization ratio image is a luminance image shown in the numerical range of 0 to 255 so that P / S = 1 becomes 128. The larger P is, the larger the brightness value of the polarization ratio image is, and the smaller P is, the smaller the brightness value of the polarization ratio image is.

自然光推定部30は、路面3に照射される自然光の偏光状態を推定する第1推定部の一例である。自然光推定部30は、空の偏光画像を処理することで、空から路面3に照射される自然光の偏光状態を推定する。 The natural light estimation unit 30 is an example of a first estimation unit that estimates the polarization state of the natural light applied to the road surface 3. The natural light estimation unit 30 estimates the polarized state of natural light radiated from the sky to the road surface 3 by processing a polarized image of the sky.

具体的には、自然光推定部30は、偏光カメラ10によって生成された空の偏光画像を処理することで、空の偏光状態を推定する。具体的には、自然光推定部30は、空の偏光画像に基づいて偏光度DOP(Degree of Polarization)を算出する。偏光度DOPは、以下の(式1)で示される。 Specifically, the natural light estimation unit 30 estimates the polarization state of the sky by processing the polarized image of the sky generated by the polarized camera 10. Specifically, the natural light estimation unit 30 calculates the degree of polarization DOP (Degree of Polarization) based on the polarized image of the sky. The degree of polarization DOP is represented by the following (Equation 1).

Figure 2020180924
Figure 2020180924

なお、(式1)において、S、S、S及びSは、ストークスベクトルを構成するパラメータである。本実施の形態では、Sは0とみなし、S、S及びSはそれぞれ、以下の通りに表される。 In (Equation 1), S 0 , S 1 , S 2 and S 3 are parameters constituting the Stokes vector. In the present embodiment, S 3 is regarded as 0 , and S 0 , S 1 and S 2 are represented as follows, respectively.

(式2) S=C+C90 (Equation 2) S 0 = C 0 + C 90

(式3) S=C−C90 (Equation 3) S 1 = C 0- C 90

(式4) S=C45−C135 (Equation 4) S 2 = C 45- C 135

なお、C、C90、C45及びC135はそれぞれ、0°方向、45°方向、90°方向及び135°方向の信号強度に相当する。具体的には、C、C90、C45及びC135はそれぞれ、サブ画素14〜17の各々で得られた電気信号の信号強度を0〜255の数値範囲で表した値である。 Note that C 0 , C 90 , C 45 and C 135 correspond to signal strengths in the 0 ° direction, 45 ° direction, 90 ° direction and 135 ° direction, respectively. Specifically, C 0 , C 90 , C 45, and C 135 are values representing the signal strength of the electric signal obtained in each of the sub-pixels 14 to 17, respectively, in the numerical range of 0 to 255.

図5に示される偏光カメラ10bのように、135°方向のサブ画素17を有しない場合、(式4)の代わりに、以下の(式5)を用いることができる。 When the polarized camera 10b shown in FIG. 5 does not have the sub-pixel 17 in the 135 ° direction, the following (Equation 5) can be used instead of (Equation 4).

(式5) S=2×C45−C−C90 (Equation 5) S 2 = 2 × C 45- C 0- C 90

自然光推定部30は、算出した偏光度DOPに基づいて路面3又は移動体2を含む地域の天候を判定する。具体的には、自然光推定部30は、偏光度DOPと予め定められた閾値とを比較する。偏光度DOPが閾値以上である場合、自然光推定部30は、天候が晴天であると判定する。偏光度DOPが閾値未満である場合、自然光推定部30は、天候が曇天であると判定する。 The natural light estimation unit 30 determines the weather in the area including the road surface 3 or the moving body 2 based on the calculated degree of polarization DOP. Specifically, the natural light estimation unit 30 compares the degree of polarization DOP with a predetermined threshold value. When the degree of polarization DOP is equal to or higher than the threshold value, the natural light estimation unit 30 determines that the weather is fine. When the degree of polarization DOP is less than the threshold value, the natural light estimation unit 30 determines that the weather is cloudy.

天候が曇天である場合には、青空4からの自然光は雲5によって散乱されて非偏光になるので、偏光度DOPが十分に小さくなる。一方で、天候が晴天である場合、青空4の自然光は大気構成分子によってレイリー散乱される。レイリー散乱された自然光は偏光しているので、偏光度DOPの値が大きくなる。したがって、偏光度DOPと閾値とを比較することにより、天候が曇天か晴天かを判定することができる。 When the weather is cloudy, the natural light from the blue sky 4 is scattered by the clouds 5 and becomes unpolarized, so that the degree of polarization DOP becomes sufficiently small. On the other hand, when the weather is fine, the natural light of the blue sky 4 is Rayleigh scattered by atmospheric constituent molecules. Since the Rayleigh scattered natural light is polarized, the value of the degree of polarization DOP becomes large. Therefore, it is possible to determine whether the weather is cloudy or sunny by comparing the degree of polarization DOP with the threshold value.

決定部40は、自然光推定部30によって推定された偏光状態に基づいて分類パラメータを決定する。分類パラメータは、水分状態に応じた複数のカテゴリのいずれかに路面3の路面状態を分類するために用いられるパラメータである。分類パラメータは、カテゴリ間の偏光比の閾値である。具体的な閾値の例については、図13を用いて後で説明する。 The determination unit 40 determines the classification parameter based on the polarization state estimated by the natural light estimation unit 30. The classification parameter is a parameter used for classifying the road surface condition of the road surface 3 into any of a plurality of categories according to the water content. The classification parameter is the threshold of the polarization ratio between categories. An example of a specific threshold value will be described later with reference to FIG.

複数のカテゴリは、乾燥(Dry)と、湿潤(Wet)と、凍結(Ice)又は積雪(Snow)との3つのカテゴリを含む。凍結と積雪とはそれぞれ、1つのカテゴリとして独立していてもよい。つまり、複数のカテゴリは、乾燥、湿潤、凍結及び積雪の4つのカテゴリであってもよい。あるいは、複数のカテゴリは、冠水(Puddle)を1つの独立したカテゴリとしてさらに含んでもよい。 The plurality of categories include three categories: dry (Dry), wet (Wet), and frozen (Ice) or snow cover (Snow). Freezing and snow cover may be independent as one category. That is, the plurality of categories may be four categories: dry, wet, frozen and snow-covered. Alternatively, the plurality of categories may further include flooding (Puddle) as one independent category.

分類部50は、算出部20によって算出された路面パラメータと、決定部40によって決定された分類パラメータとに基づいて、路面3の路面状態を複数のカテゴリのいずれかに分類する。具体的には、分類部50は、算出部20によって算出された偏光比と決定部40によって決定された閾値とを比較することで、路面3の路面状態を、乾燥と湿潤と凍結と積雪とのいずれかに分類する。 The classification unit 50 classifies the road surface condition of the road surface 3 into any of a plurality of categories based on the road surface parameters calculated by the calculation unit 20 and the classification parameters determined by the determination unit 40. Specifically, the classification unit 50 compares the polarization ratio calculated by the calculation unit 20 with the threshold value determined by the determination unit 40 to change the road surface condition of the road surface 3 to dryness, wetness, freezing, and snow cover. Classify into one of.

摩擦係数推定部60は、分類部50によって分類されたカテゴリに基づいて路面3の摩擦係数を推定する第2推定部の一例である。複数のカテゴリの各々と摩擦係数とは所定の対応関係を有する。具体的には、摩擦係数は、乾燥、湿潤、凍結(又は積雪)の順に低くなる。例えば、乾燥状態の路面の摩擦係数は、約0.8である。湿潤状態の路面の摩擦係数は、約0.5である。凍結状態の路面の摩擦係数は、約0.2である。積雪状態の路面の摩擦係数は、約0.4である。 The friction coefficient estimation unit 60 is an example of a second estimation unit that estimates the friction coefficient of the road surface 3 based on the categories classified by the classification unit 50. Each of the plurality of categories and the coefficient of friction have a predetermined correspondence relationship. Specifically, the coefficient of friction decreases in the order of drying, wetting, and freezing (or snow cover). For example, the coefficient of friction of a dry road surface is about 0.8. The coefficient of friction of the wet road surface is about 0.5. The coefficient of friction of the road surface in the frozen state is about 0.2. The coefficient of friction of the road surface in a snowy state is about 0.4.

本実施の形態では、摩擦係数推定部60は、移動体2のタイヤに関するタイヤ情報にさらに基づいて路面3の摩擦係数を推定する。タイヤ情報は、具体的には、タイヤの摩耗度合いを示す情報である。タイヤ情報は、タイヤの使用日数を示す情報であってもよく、タイヤの溝の大きさを示す情報であってもよい。タイヤ情報は、スタッドレスタイヤ及びスパイクタイヤなどのタイヤの種別を示す情報であってもよい。 In the present embodiment, the friction coefficient estimation unit 60 estimates the friction coefficient of the road surface 3 based on the tire information regarding the tire of the moving body 2. Specifically, the tire information is information indicating the degree of wear of the tire. The tire information may be information indicating the number of days the tire has been used, or may be information indicating the size of the groove of the tire. The tire information may be information indicating the type of tire such as a studless tire or a spiked tire.

例えば、摩擦係数推定部60は、カテゴリに基づいて推定された摩擦係数を、タイヤ情報に基づいて補正する。具体的には、タイヤの摩耗度合い若しくは使用日数が多い場合、又は、タイヤの溝が小さい場合、カテゴリに基づいて推定された摩擦係数をより小さい値に補正する。タイヤの摩耗度合い若しくは使用日数が少ない場合、又は、タイヤの溝が大きい場合、カテゴリに基づいて推定された摩擦係数を補正しない。 For example, the friction coefficient estimation unit 60 corrects the friction coefficient estimated based on the category based on the tire information. Specifically, when the tire wear degree or the number of days of use is large, or when the tire groove is small, the friction coefficient estimated based on the category is corrected to a smaller value. If the tire wears less or has been used for less time, or if the tire groove is large, the coefficient of friction estimated based on the category will not be corrected.

出力部70は、摩擦係数推定部60による推定結果を出力する。例えば、出力部70は、摩擦係数推定部60によって推定された摩擦係数を示す数値情報を出力する。あるいは、出力部70は、推定された摩擦係数が基準値未満である場合に、スリップの危険性があることを警告するための信号を出力してもよい。 The output unit 70 outputs the estimation result by the friction coefficient estimation unit 60. For example, the output unit 70 outputs numerical information indicating the friction coefficient estimated by the friction coefficient estimation unit 60. Alternatively, the output unit 70 may output a signal to warn that there is a risk of slipping when the estimated friction coefficient is less than the reference value.

例えば、出力部70は、他の機器と有線又は無線で通信する通信インタフェースで実現される。他の機器は、例えば、表示装置若しくは音声出力装置、又は、ECU(Electronic Control Unit)などの車両制御装置である。 For example, the output unit 70 is realized by a communication interface that communicates with other devices by wire or wirelessly. The other device is, for example, a display device or an audio output device, or a vehicle control device such as an ECU (Electronic Control Unit).

タイヤ情報取得部80は、タイヤ情報を取得する。例えば、タイヤ情報取得部80は、タイヤの摩耗度合いを検出すするセンサで実現される。あるいは、タイヤ情報取得部80は、ユーザからタイヤ情報の入力を受け付ける入力装置であってもよい。 The tire information acquisition unit 80 acquires tire information. For example, the tire information acquisition unit 80 is realized by a sensor that detects the degree of tire wear. Alternatively, the tire information acquisition unit 80 may be an input device that receives input of tire information from the user.

露光量制御部90は、路面3の偏光画像と自然光推定部30によって推定された偏光状態との少なくとも一方に基づいて、偏光カメラ10の露光量を制御する。例えば、露光量制御部90は、路面3の偏光画像に基づいて輝度値が飽和した画素13に対する露光量が小さくなるように、偏光カメラ10の絞り又は露光時間を調整する。また、例えば、自然光推定部30によって晴天であることが判別された場合には、空領域19bを構成する複数の画素13の露光量が小さくなるように、偏光カメラ10の絞り又は露光時間を調整する。 The exposure amount control unit 90 controls the exposure amount of the polarizing camera 10 based on at least one of the polarized image of the road surface 3 and the polarized state estimated by the natural light estimation unit 30. For example, the exposure amount control unit 90 adjusts the aperture or the exposure time of the polarizing camera 10 so that the exposure amount for the pixel 13 whose brightness value is saturated is small based on the polarized image of the road surface 3. Further, for example, when the natural light estimation unit 30 determines that the weather is fine, the aperture or exposure time of the polarizing camera 10 is adjusted so that the exposure amount of the plurality of pixels 13 constituting the empty region 19b becomes small. To do.

なお、算出部20、自然光推定部30、決定部40、分類部50、摩擦係数推定部60及び露光量制御部90は、例えば、マイクロコンピュータで実現される。具体的には、マイクロコンピュータは、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを含む。つまり、算出部20、自然光推定部30、決定部40、分類部50、摩擦係数推定部60及び露光量制御部90は、プロセッサがプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現される機能処理部である。なお、算出部20、自然光推定部30、決定部40、分類部50、摩擦係数推定部60及び露光量制御部90の少なくとも1つは、専用の電子回路を用いて実現されてもよい。 The calculation unit 20, the natural light estimation unit 30, the determination unit 40, the classification unit 50, the friction coefficient estimation unit 60, and the exposure amount control unit 90 are realized by, for example, a microcomputer. Specifically, the microcomputer includes a non-volatile memory in which the program is stored, a volatile memory which is a temporary storage area for executing the program, an input / output port, a processor for executing the program, and the like. That is, the calculation unit 20, the natural light estimation unit 30, the determination unit 40, the classification unit 50, the friction coefficient estimation unit 60, and the exposure amount control unit 90 are functional processing units realized by software when the processor executes a program. is there. At least one of the calculation unit 20, the natural light estimation unit 30, the determination unit 40, the classification unit 50, the friction coefficient estimation unit 60, and the exposure amount control unit 90 may be realized by using a dedicated electronic circuit.

[3.偏光と反射との関係]
続いて、光の偏光と反射との関係について、図6を用いて説明する。本実施の形態では、反射には、鏡面反射と拡散(散乱)反射とが含まれるが、いずれも表面は滑らかな面を有する場合を想定している。
[3. Relationship between polarized light and reflection]
Subsequently, the relationship between the polarization and reflection of light will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the reflection includes a specular reflection and a diffuse (scattering) reflection, and it is assumed that the surface has a smooth surface in each case.

鏡面反射は、例えば、路面3が水で覆われた場合に、空気と水面との界面で発生する。鏡面反射の場合、入射光の偏光は維持される。このため、鏡面反射された反射光は、入射光の偏光に依存した光となる。また、水面で鏡面反射される場合、S偏光とP偏光とで反射率が異なる。 Specular reflection occurs at the interface between air and the water surface, for example, when the road surface 3 is covered with water. In the case of specular reflection, the polarization of the incident light is maintained. Therefore, the reflected light reflected on the mirror surface becomes light that depends on the polarization of the incident light. Further, when specular reflection is performed on the water surface, the reflectance differs between S-polarized light and P-polarized light.

図6は、空気と水面との界面で発生する鏡面反射と反射率との関係を示す図である。図6において、横軸は水面に対する入射角であり、縦軸は光の反射率である。図6では、P偏光及びS偏光の2種類の光の反射率を表している。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between specular reflection and reflectance generated at the interface between air and water surface. In FIG. 6, the horizontal axis is the angle of incidence with respect to the water surface, and the vertical axis is the reflectance of light. FIG. 6 shows the reflectances of two types of light, P-polarized light and S-polarized light.

図6に示されるように、水面で鏡面反射が起こる場合、S偏光の方がP偏光よりも反射率が高くなる。入射角がブリュースター角である約53°の場合には、P偏光の反射率は0になる。このため、水面で鏡面反射が起こりやすくなる程、反射光に含まれるS偏光が多くなり、P偏光が少なくなる。 As shown in FIG. 6, when specular reflection occurs on the water surface, the reflectance of S-polarized light is higher than that of P-polarized light. When the angle of incidence is about 53 °, which is the Brewster's angle, the reflectance of P-polarized light becomes zero. Therefore, the more specular reflection is likely to occur on the water surface, the more S-polarized light is contained in the reflected light, and the less P-polarized light is.

一方で、拡散反射の場合、入射光の偏光が解消される。このため、拡散反射された反射光は、非偏光になる。このとき、雪又は氷などの光を屈折させる媒体によって拡散される場合には、媒体内を光が通過した後、滑らかな媒体表面から出射される際にP偏光が多くなる。図6に示されるようにP偏光の反射率が低い分、屈折される光にはP偏光が多くなるためである。 On the other hand, in the case of diffuse reflection, the polarization of the incident light is eliminated. Therefore, the diffusely reflected reflected light becomes unpolarized. At this time, when the light is diffused by a medium that refracts light such as snow or ice, the amount of P-polarized light increases when the light passes through the medium and then is emitted from the smooth surface of the medium. This is because, as shown in FIG. 6, since the reflectance of P-polarized light is low, the amount of P-polarized light increases in the refracted light.

図7は、観察角毎の偏光比を示す図である。図7において、横軸は観察角を表し、縦軸は、偏光比P/Sを表している。観察角は、反射光を観察する角度であり、路面3に垂直な方向(鉛直方向)を0°とし、路面3に平行な方向(水平方向)を90°としている。図1に示されるように、路面3から遠く離れた移動体2の偏光カメラ10で路面3を撮影した場合の観察角は、例えば約85°以上90°未満の範囲になる。 FIG. 7 is a diagram showing the polarization ratio for each observation angle. In FIG. 7, the horizontal axis represents the observation angle, and the vertical axis represents the polarization ratio P / S. The observation angle is an angle for observing the reflected light, and the direction perpendicular to the road surface 3 (vertical direction) is 0 ° and the direction parallel to the road surface 3 (horizontal direction) is 90 °. As shown in FIG. 1, the observation angle when the road surface 3 is photographed by the polarizing camera 10 of the moving body 2 far away from the road surface 3 is, for example, in the range of about 85 ° or more and less than 90 °.

図7に示されるように、鏡面反射が優位である場合には、反射光に含まれるS偏光が多くなるので、偏光比は128(P/S=1)よりも小さくなる。具体的には、観察角が0°及び90°の場合、偏光比は128である。観察角が0°から大きくなるにつれて、偏光比も小さくなり、観察角がブリュースター角(水と空気との界面の場合、約53°)になる場合には、P偏光の反射率が0になるので偏光比も0になる。観察角がブリュースター角から90°まで増加するにつれて、偏光比も大きくなる。 As shown in FIG. 7, when specular reflection is predominant, the amount of S-polarized light contained in the reflected light increases, so that the polarization ratio becomes smaller than 128 (P / S = 1). Specifically, when the observation angles are 0 ° and 90 °, the polarization ratio is 128. As the observation angle increases from 0 °, the polarization ratio also decreases, and when the observation angle becomes the Brewster angle (about 53 ° at the interface between water and air), the reflectance of P-polarized light becomes 0. Therefore, the polarization ratio also becomes 0. As the observation angle increases from Brewster's angle to 90 °, the polarization ratio also increases.

一方で、拡散反射が優位である場合には、反射光に含まれるP偏光が多くなるので、偏光比は128よりも大きくなる。具体的には、観察角が0°の場合、偏光比は128である。観察角が0°から大きくなるにつれて緩やかに増加し、ブリュースター角を超えた辺りから増加の傾きも大きくなる。 On the other hand, when diffuse reflection is dominant, the amount of P-polarized light contained in the reflected light increases, so that the polarization ratio becomes larger than 128. Specifically, when the observation angle is 0 °, the polarization ratio is 128. It gradually increases as the observation angle increases from 0 °, and the slope of the increase also increases from around the Brewster angle.

移動体2に搭載された偏光カメラ10による観察範囲(約85°以上90°未満)の範囲では、鏡面反射が優位な場合と拡散反射が優位な場合とで偏光比が異なっている。このため、偏光比に基づいて反射の優位性を判別することができ、路面3の状態を判別することができる。 In the range of observation by the polarizing camera 10 mounted on the moving body 2 (about 85 ° or more and less than 90 °), the polarization ratio differs depending on whether specular reflection is dominant or diffuse reflection is dominant. Therefore, the superiority of reflection can be determined based on the polarization ratio, and the state of the road surface 3 can be determined.

具体的には、鏡面反射は、路面3が湿潤(Wet)又は冠水(Puddle)している場合に、拡散反射よりも優位になる。拡散反射は、路面3が乾燥(Dry)又は積雪(Snow)若しくは凍結(Ice)している場合に、鏡面反射よりも優位になる傾向となる。ただし、以上の説明は、あくまで表面が滑らかな理想的な場合に限定される。路面状態の表面が粗い場合には、偏光は崩れて非偏光のみが観察されるため積雪(Snow)で非偏光のみが観察されることも多い。また、乾燥(Dry)状態であってもアスファルト成分に鏡面反射を生じさせる内容物が含まれている場合、鏡面反射が優位となることもある。 Specifically, specular reflection becomes superior to diffuse reflection when the road surface 3 is wet (Wet) or flooded (Puddle). Diffuse reflection tends to be superior to specular reflection when the road surface 3 is dry or snowy or frozen. However, the above description is limited to the ideal case where the surface is smooth. When the surface of the road surface is rough, the polarized light collapses and only the non-polarized light is observed, so that only the non-polarized light is often observed in the snow cover (Snow). Further, even in the dry state, if the asphalt component contains a content that causes specular reflection, the specular reflection may be dominant.

[4.路面状態と偏光状態との関係(曇天時)]
以下では、路面3の各路面状態と反射光の偏光状態との関係について、図8〜図12を用いて説明する。以下では、路面3がアスファルトの場合であって、かつ、天候が曇天である場合を標準状態として説明する。天候が曇天である場合、路面3に照射される自然光は、太陽からの光を雲5が散乱させた光であって、非偏光の光である。つまり、自然光の偏光度DOPは、十分に低い値になる。
[4. Relationship between road surface condition and polarized condition (in cloudy weather)]
Hereinafter, the relationship between each road surface state of the road surface 3 and the polarized state of the reflected light will be described with reference to FIGS. 8 to 12. In the following, a case where the road surface 3 is asphalt and the weather is cloudy will be described as a standard state. When the weather is cloudy, the natural light emitted to the road surface 3 is the light obtained by the clouds 5 scattering the light from the sun, and is unpolarized light. That is, the degree of polarization DOP of natural light becomes a sufficiently low value.

<乾燥(Dry)、曇天>
図8は、曇天時の乾燥した路面3からの反射光Lrを説明するための図である。図8に示されるように、アスファルトである路面3はランダムな凹凸を有する。このため、入射光Liは、路面3によって拡散(散乱)反射される。拡散反射では偏光が解消されるので、路面3による反射光Lrは、非偏光の光になる。
<Dry, cloudy>
FIG. 8 is a diagram for explaining the reflected light Lr from the dry road surface 3 in cloudy weather. As shown in FIG. 8, the asphalt road surface 3 has random irregularities. Therefore, the incident light Li is diffusely (scattered) reflected by the road surface 3. Since polarized light is eliminated by diffuse reflection, the reflected light Lr by the road surface 3 becomes unpolarized light.

<湿潤(Wet)、曇天>
図9は、曇天時の濡れた路面3からの反射光Lrを説明するための図である。図9に示されるように、路面3には水7が付着している。水7の量が十分に多くないため、水面は水平にならず、路面3の表面の凹凸に沿って不規則な形状になる。このため、入射光Liは、一部は水面によって鏡面反射され、一部は拡散反射される。図6に示されるように鏡面反射ではS偏光が多くなるので、反射光LrはS偏光を多く含む光(すなわち、S偏光優位の光)になる。
<Wet, cloudy>
FIG. 9 is a diagram for explaining the reflected light Lr from the wet road surface 3 in cloudy weather. As shown in FIG. 9, water 7 is attached to the road surface 3. Since the amount of water 7 is not sufficiently large, the water surface is not horizontal and has an irregular shape along the unevenness of the surface of the road surface 3. Therefore, a part of the incident light Li is specularly reflected by the water surface, and a part is diffusely reflected. As shown in FIG. 6, since the amount of S-polarized light increases in specular reflection, the reflected light Lr becomes light containing a large amount of S-polarized light (that is, light in which S-polarized light is dominant).

<冠水(Puddle)、曇天>
図10は、曇天時の冠水した路面3からの反射光Lrを説明するための図である。図10に示されるように、路面3の凹凸は水7によって完全に覆われている。このため、入射光Liは、水7の水面で鏡面反射される。したがって、鏡面反射ではS偏光が多くなるので、反射光LrはS偏光優位の光になる。なお、図9に示される湿潤の場合よりも、鏡面反射される光の量が大きくなるので、冠水した路面3からの反射光Lrは、濡れた路面3からの反射光LrよりもS偏光が多くなる。
<Puddle, cloudy weather>
FIG. 10 is a diagram for explaining the reflected light Lr from the flooded road surface 3 in cloudy weather. As shown in FIG. 10, the unevenness of the road surface 3 is completely covered with water 7. Therefore, the incident light Li is specularly reflected on the water surface of the water 7. Therefore, since the amount of S-polarized light increases in specular reflection, the reflected light Lr becomes light in which S-polarized light is dominant. Since the amount of light reflected by the mirror surface is larger than that in the wet road surface shown in FIG. 9, the reflected light Lr from the flooded road surface 3 is more S-polarized than the reflected light Lr from the wet road surface 3. More.

<積雪(Snow)、曇天>
図11は、曇天時の積雪した路面3からの反射光Lrを説明するための図である。図11に示されるように、路面3の凹凸は雪8によって覆われている。入射光Liは、雪8の表面で屈折して雪8の内部に進行し、雪8の内部で拡散されることで非偏光化になった後、雪8の表面から屈折して出射される。なお、雪8は氷の結晶の集合体であり、雪8の表面には凹凸がランダムに形成される。このため、屈折光は、雪8の表面において拡散反射される。したがって、路面3による反射光Lrは、非偏光の光になる。
<Snow, cloudy weather>
FIG. 11 is a diagram for explaining the reflected light Lr from the snow-covered road surface 3 in cloudy weather. As shown in FIG. 11, the unevenness of the road surface 3 is covered with snow 8. The incident light Li is refracted on the surface of the snow 8 and travels inside the snow 8, is diffused inside the snow 8 to be depolarized, and then is refracted and emitted from the surface of the snow 8. .. The snow 8 is an aggregate of ice crystals, and irregularities are randomly formed on the surface of the snow 8. Therefore, the refracted light is diffusely reflected on the surface of the snow 8. Therefore, the reflected light Lr by the road surface 3 becomes unpolarized light.

<凍結(Ice)、曇天>
図12は、曇天時の凍結した路面3からの反射光Lrを説明するための図である。図12に示されるように、路面3の凹凸は氷9によって覆われている。入射光Liは、氷9の表面で一部が鏡面反射し(光Lr1)、一部が屈折して氷9の内部に進行し、内部で拡散されることで非偏光になった後、氷9の表面から屈折して出射される(光Lr2)。このとき、氷9の表面は雪8に比べて滑らかであるので、光Lr1はS偏光優位、光Lr2にはP偏光が多く含まれる。総合された反射光の偏光状態は、光Lr1と光Lr2の加算で決定されることになる。
<Freezing (Ice), cloudy sky>
FIG. 12 is a diagram for explaining the reflected light Lr from the frozen road surface 3 in cloudy weather. As shown in FIG. 12, the unevenness of the road surface 3 is covered with ice 9. A part of the incident light Li is specularly reflected on the surface of the ice 9 (light Lr1), a part is refracted and travels inside the ice 9, and is diffused inside to become unpolarized, and then the ice. It is refracted and emitted from the surface of 9 (light Lr2). At this time, since the surface of the ice 9 is smoother than that of the snow 8, the light Lr1 contains a large amount of S-polarized light, and the light Lr2 contains a large amount of P-polarized light. The polarized state of the integrated reflected light is determined by the addition of the light Lr1 and the light Lr2.

[5.路面状態を分類するための偏光比の閾値(曇天時)]
図8〜図12に示される偏光状態に基づいて、路面3の路面状態を分類するための閾値は、図13に示される通りになる。図13は、曇天時の路面状態の分類に用いられる閾値を示す図である。図13には、路面3の路面状態を4つのカテゴリに分類する例を示している。具体的には、4つのカテゴリは、乾燥と、湿潤と、積雪と、凍結とである。なお、冠水は、湿潤と同じカテゴリに含まれる。
[5. Polarization ratio threshold for classifying road surface conditions (in cloudy weather)]
The threshold value for classifying the road surface state of the road surface 3 based on the polarization state shown in FIGS. 8 to 12 is as shown in FIG. FIG. 13 is a diagram showing a threshold value used for classifying the road surface condition in cloudy weather. FIG. 13 shows an example of classifying the road surface condition of the road surface 3 into four categories. Specifically, the four categories are dry, wet, snowy, and frozen. In addition, submersion is included in the same category as wet.

積雪からの反射光は、ほぼ非偏光となるため、図13に示されるように、P/S=1となり、128近傍に常に位置する。閾値T_wdは、湿潤と乾燥とを判別するための閾値であり、例えば95である。閾値T_diは、乾燥と凍結とを判別するための閾値であり、例えば110である。閾値T_isは、凍結と積雪とを判別するための閾値であり、例えば120である。T_wd<T_di<T_isを満たす。なお、湿潤と冠水とを分類する閾値がさらに設けられていてもよい。 Since the reflected light from the snow cover is almost unpolarized, P / S = 1 as shown in FIG. 13, and the light is always located near 128. The threshold value T_wd is a threshold value for discriminating between wet and dry, and is, for example, 95. The threshold value T_di is a threshold value for discriminating between drying and freezing, and is, for example, 110. The threshold value T_is is a threshold value for discriminating between freezing and snow cover, and is, for example, 120. Satisfy T_wd <T_di <T_is. In addition, a threshold value for classifying wetness and flooding may be further provided.

分類部50は、閾値T_wd、T_di及びT_isの少なくとも1つと、算出部20によって算出された路面3の偏光比とを比較することにより、路面3の路面状態を4つのカテゴリに分類する。具体的には、分類部50は、偏光比が閾値T_wd未満の場合に、路面3の路面状態を湿潤(冠水)に分類する。分類部50は、偏光比が閾値T_wd以上閾値T_di未満の場合に、路面3の路面状態を乾燥に分類する。分類部50は、偏光比が閾値T_di以上閾値T_is未満の場合に、路面3の路面状態を凍結に分類する。分類部50は、偏光比が閾値T_is以上の場合あるいは偏光比が128近傍の場合に、路面3の路面状態を積雪に分類する。 The classification unit 50 classifies the road surface state of the road surface 3 into four categories by comparing at least one of the threshold values T_wd, T_di and T_is with the polarization ratio of the road surface 3 calculated by the calculation unit 20. Specifically, the classification unit 50 classifies the road surface state of the road surface 3 as wet (flooded) when the polarization ratio is less than the threshold value T_wd. When the polarization ratio is equal to or greater than the threshold value T_wd and less than the threshold value T_di, the classification unit 50 classifies the road surface state of the road surface 3 as dry. When the polarization ratio is equal to or greater than the threshold value T_di and less than the threshold value T_is, the classification unit 50 classifies the road surface state of the road surface 3 as frozen. The classification unit 50 classifies the road surface condition of the road surface 3 as snow cover when the polarization ratio is equal to or higher than the threshold value T_is or when the polarization ratio is in the vicinity of 128.

なお、図13では、各カテゴリの偏光比の範囲が重複していない例を示したが、これに限らない。例えば、積雪の偏光比の範囲が、天候によらずに128近傍であるので、乾燥及び凍結の各々の偏光比の範囲に重なっていてもよい。路面3の偏光比が重複範囲に含まれる場合には、分類部50は、気温、路面温度、降雪量及び降水量などの天候情報に基づいてカテゴリを分類してもよい。 Note that FIG. 13 shows an example in which the polarization ratio ranges of each category do not overlap, but the present invention is not limited to this. For example, since the polarization ratio range of snow cover is around 128 regardless of the weather, it may overlap the polarization ratio ranges of dry and frozen. When the polarization ratio of the road surface 3 is included in the overlapping range, the classification unit 50 may classify the categories based on weather information such as air temperature, road surface temperature, snowfall and precipitation.

[6.晴天時と曇天時との差異]
続いて、晴天時と曇天時との差異について説明する。
[6. Difference between fine weather and cloudy weather]
Next, the difference between fine weather and cloudy weather will be described.

上述した曇天時には、路面3に対する入射光Liが雲5によって散乱された自然光であり、非偏光の光である。一方で、晴天時には、路面3に対する入射光Liは、大気構成分子によってレイリー散乱された自然光であり、所定方向に偏光している。このため、路面3によって拡散反射又は散乱反射された後の反射光Lrの特性も変化する。特に、路面3の路面状態が乾燥状態である場合に、曇天時と晴天時との差異が大きく現れる。 In the cloudy weather described above, the incident light Li on the road surface 3 is natural light scattered by the clouds 5, and is unpolarized light. On the other hand, in fine weather, the incident light Li on the road surface 3 is natural light Rayleigh scattered by atmospheric constituent molecules and is polarized in a predetermined direction. Therefore, the characteristics of the reflected light Lr after being diffusely reflected or scattered and reflected by the road surface 3 also change. In particular, when the road surface condition of the road surface 3 is a dry state, a large difference between cloudy weather and fine weather appears.

図14は、晴天時の乾燥した路面3からの反射光Lrを説明するための図である。図14に示されるように、晴天時の入射光Liは、照度が曇天時よりも十分に高いことに加えて、所定方向に偏光している。路面3では入射光Liの一部は、曇天時と同様に、乱反射されて非偏光になる。しかしながら、入射光Liの一部は路面3で鏡面反射されて、偏光をそのまま維持した光として反射される。このため、反射光Lrは、入射光Liと同じ方向に偏光した成分を多く含む光になる。具体的には、反射光Lrは、P偏光が多く含まれることが多くなるので、偏光比が曇天時よりも大きくなることが多い。 FIG. 14 is a diagram for explaining the reflected light Lr from the dry road surface 3 in fine weather. As shown in FIG. 14, the incident light Li in fine weather is polarized in a predetermined direction in addition to having a sufficiently higher illuminance than in cloudy weather. On the road surface 3, a part of the incident light Li is diffusely reflected and becomes unpolarized as in the case of cloudy weather. However, a part of the incident light Li is specularly reflected on the road surface 3 and reflected as light that maintains polarized light as it is. Therefore, the reflected light Lr becomes light containing a large amount of components polarized in the same direction as the incident light Li. Specifically, the reflected light Lr often contains a large amount of P-polarized light, so that the polarization ratio is often higher than in cloudy weather.

図15は、晴天時の路面状態の分類に用いられる閾値を示す図である。積雪は、非偏光となるため、図15に示されるように、P/S=1となり、128近傍に常に位置する。湿潤と乾燥とを判別するための閾値T_wdは、曇天時の値(図13に示される例では約95)に比べて大きくなり、例えば128になる。つまり、曇天時は、乾燥している路面3の偏光比が1未満(S偏光優位)であったのに対して、晴天時は乾燥している路面3の偏光比が1以上(P偏光優位)になっている。また、凍結状態の偏光比は、乾燥状態よりもさらに大きくなっている。このため、乾燥と凍結を識別する閾値T_diも128以上になる。 FIG. 15 is a diagram showing a threshold value used for classifying the road surface condition in fine weather. Since the snow cover is unpolarized, P / S = 1 and is always located near 128 as shown in FIG. The threshold value T_wd for discriminating between wet and dry is larger than the value in cloudy weather (about 95 in the example shown in FIG. 13), and is, for example, 128. That is, in cloudy weather, the polarization ratio of the dry road surface 3 was less than 1 (S polarization predominant), whereas in fine weather, the polarization ratio of the dry road surface 3 was 1 or more (P polarization predominant). )It has become. Moreover, the polarization ratio in the frozen state is even higher than that in the dry state. Therefore, the threshold value T_di for distinguishing between drying and freezing is also 128 or more.

このように、曇天時と晴天時とによって路面3の偏光比が異なるため、閾値を適切に決定する必要がある。本実施の形態に係る路面状態推定装置1では、決定部40が自然光の偏光状態の推定結果に基づいて適切な閾値を決定する。これにより、路面3の路面状態のカテゴリ分類の精度を高めることができる。 As described above, since the polarization ratio of the road surface 3 differs depending on whether the weather is cloudy or sunny, it is necessary to appropriately determine the threshold value. In the road surface condition estimation device 1 according to the present embodiment, the determination unit 40 determines an appropriate threshold value based on the estimation result of the polarization state of natural light. As a result, the accuracy of categorization of the road surface condition of the road surface 3 can be improved.

[7.摩擦係数と偏光比との関係]
続いて、路面3の偏光比と摩擦係数との関係について説明する。
[7. Relationship between friction coefficient and polarization ratio]
Next, the relationship between the polarization ratio of the road surface 3 and the friction coefficient will be described.

図16は、偏光比と摩擦係数との関係を示す図である。図16において、横軸は路面3の偏光比を表し、縦軸は路面3の摩擦係数を表している。 FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the polarization ratio and the coefficient of friction. In FIG. 16, the horizontal axis represents the polarization ratio of the road surface 3, and the vertical axis represents the friction coefficient of the road surface 3.

摩擦係数は、乾燥、湿潤、積雪、凍結の順に小さくなる。また、偏光比は、曇天時には、湿潤⇒乾燥⇒凍結⇒積雪の順で大きくなる。また、晴天時には、湿潤⇒積雪⇒乾燥⇒凍結の順で大きくなる。このため、偏光比と摩擦係数との関係をグラフ化した場合、図16に示されるように、乾燥を頂点とする凹凸状のグラフで表される。乾燥の左側(偏光比が小さい側)に湿潤が存在し、乾燥の右側(偏光比が大きい側)に積雪及び凍結が存在する。 The coefficient of friction decreases in the order of dryness, wetness, snow cover, and freezing. In addition, the polarization ratio increases in the order of wet ⇒ dry ⇒ freeze ⇒ snow cover in cloudy weather. In fine weather, it increases in the order of wetness ⇒ snowfall ⇒ dryness ⇒ freezing. Therefore, when the relationship between the polarization ratio and the coefficient of friction is graphed, it is represented by a concave-convex graph having drying as the apex, as shown in FIG. Wetness is present on the left side of the dry (smaller polarization ratio), and snow and freezing are present on the right side of the dry (higher polarization ratio).

積雪以外の、乾燥、湿潤、凍結の位置は、上述したように、曇天時と晴天時とで異なっている。このため、図16に示されるように、凹凸状のグラフの形状が曇天時と晴天時とで異なる。具体的には、晴天時の凹凸状のグラフは、曇天時の凹凸状のグラフよりも頂点の位置が右側(偏光比が大きい側)に移動する。本実施の形態に係る路面状態推定装置1によれば、自然光の偏光状態の推定結果に基づいてカテゴリ分類が精度良く行われるため、それに応じて摩擦係数の推定精度も高めることができる。 The positions of dryness, wetness, and freezing other than snow cover are different between cloudy weather and fine weather, as described above. Therefore, as shown in FIG. 16, the shape of the uneven graph is different between cloudy weather and fine weather. Specifically, in the uneven graph in fine weather, the position of the apex moves to the right side (the side having a large polarization ratio) than in the uneven graph in cloudy weather. According to the road surface condition estimation device 1 according to the present embodiment, the category classification is performed with high accuracy based on the estimation result of the polarization state of natural light, so that the estimation accuracy of the friction coefficient can be improved accordingly.

[8.動作]
続いて、本実施の形態に係る路面状態推定装置1の動作について、図17及び図18を用いて説明する。
[8. motion]
Subsequently, the operation of the road surface condition estimation device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 17 and 18.

図17は、本実施の形態に係る路面状態推定装置1の動作を示すフローチャートである。図18は、本実施の形態に係る路面状態推定装置1の動作における分類パラメータの決定処理を示すフローチャートである。 FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the road surface condition estimation device 1 according to the present embodiment. FIG. 18 is a flowchart showing a classification parameter determination process in the operation of the road surface condition estimation device 1 according to the present embodiment.

図17に示されるように、まず偏光カメラ10が偏光画像を生成する(S10)。具体的には、偏光カメラ10は、移動体2の進行方向の路面3を撮影することで、路面3の偏光画像を生成する。本実施の形態では、偏光カメラ10は、さらに、進行方向の空を撮影することにより、空の偏光画像も生成する。 As shown in FIG. 17, the polarized camera 10 first generates a polarized image (S10). Specifically, the polarized camera 10 generates a polarized image of the road surface 3 by photographing the road surface 3 in the traveling direction of the moving body 2. In the present embodiment, the polarized camera 10 also generates a polarized image of the sky by photographing the sky in the traveling direction.

次に、算出部20は、路面3の偏光画像を処理することで、路面3の偏光状態を表す路面パラメータを算出する(S11)。具体的には、路面3の偏光画像の画素13毎に、偏光比P/Sを算出する。 Next, the calculation unit 20 calculates the road surface parameter representing the polarized state of the road surface 3 by processing the polarized image of the road surface 3 (S11). Specifically, the polarization ratio P / S is calculated for each pixel 13 of the polarized image of the road surface 3.

次に、自然光推定部30は、路面3に照射される自然光の偏光状態を推定する(S12)。具体的には、空の偏光画像に基づいて、自然光の偏光度DOPを算出する。なお、路面3の偏光比の算出(S11)と自然光の偏光度DOPの算出(S12)とは、いずれが先に実行されてもよく、あるいは、並列処理によって同時に行われてもよい。 Next, the natural light estimation unit 30 estimates the polarization state of the natural light applied to the road surface 3 (S12). Specifically, the degree of polarization DOP of natural light is calculated based on the polarized image of the sky. The calculation of the polarization ratio of the road surface 3 (S11) and the calculation of the degree of polarization DOP of natural light (S12) may be performed first, or may be performed simultaneously by parallel processing.

次に、決定部40は、自然光の偏光状態の推定結果に基づいて分類パラメータを決定する(S13)。具体的には、図18に示されるように、決定部40は、算出された偏光度DOPに基づいて曇天か晴天かを判定する(S21)。例えば、決定部40は、偏光度DOPと閾値とを比較する。決定部40は、偏光度DOPが閾値未満である場合に、曇天であると判定する。また、決定部40は、偏光度DOPが閾値以上である場合に、晴天であると判定する。 Next, the determination unit 40 determines the classification parameter based on the estimation result of the polarization state of natural light (S13). Specifically, as shown in FIG. 18, the determination unit 40 determines whether the weather is cloudy or sunny based on the calculated degree of polarization DOP (S21). For example, the determination unit 40 compares the degree of polarization DOP with the threshold value. The determination unit 40 determines that the weather is cloudy when the degree of polarization DOP is less than the threshold value. Further, the determination unit 40 determines that the weather is fine when the degree of polarization DOP is equal to or greater than the threshold value.

曇天である場合(S21で曇天)、決定部40は、曇天用の分類パラメータ(具体的には、閾値)を決定する(S22)。例えば、決定部40は、図13に示される閾値T_wd、閾値T_di及び閾値T_isを分類パラメータとして決定する。 When it is cloudy (cloudy in S21), the determination unit 40 determines a classification parameter (specifically, a threshold value) for cloudy weather (S22). For example, the determination unit 40 determines the threshold value T_wd, the threshold value T_di, and the threshold value T_is shown in FIG. 13 as classification parameters.

晴天である場合(S21で晴天)、決定部40は、晴天用の分類パラメータ(具体的には、閾値)を決定する(S23)。例えば、決定部40は、図15に示される閾値T_wdを分類パラメータとして決定する。 In the case of fine weather (fine weather in S21), the determination unit 40 determines the classification parameter (specifically, the threshold value) for fine weather (S23). For example, the determination unit 40 determines the threshold value T_wd shown in FIG. 15 as a classification parameter.

次に、図17に示されるように、分類部50は、路面パラメータと分類パラメータとに基づいて、路面3の路面状態を複数のカテゴリのいずれかに分類する(S14)。具体的には、分類部50は、路面3の偏光比と閾値T_wdなどとを比較することにより、路面3の路面状態を分類する。 Next, as shown in FIG. 17, the classification unit 50 classifies the road surface state of the road surface 3 into any of a plurality of categories based on the road surface parameters and the classification parameters (S14). Specifically, the classification unit 50 classifies the road surface state of the road surface 3 by comparing the polarization ratio of the road surface 3 with the threshold value T_wd or the like.

次に、摩擦係数推定部60は、分類されたカテゴリに基づいて路面3の摩擦係数を推定する(S15)。例えば、分類されたカテゴリが乾燥である場合には、摩擦係数推定部60は、摩擦係数が0.8であると推定する。なお、図16に示される凸状のグラフに基づいて、摩擦係数推定部60は、偏光比に対応する摩擦係数を推定してもよい。また、摩擦係数推定部60は、タイヤ情報にさらに基づいて摩擦係数を推定してもよい。 Next, the friction coefficient estimation unit 60 estimates the friction coefficient of the road surface 3 based on the classified categories (S15). For example, if the classified category is dry, the friction coefficient estimation unit 60 estimates that the friction coefficient is 0.8. The friction coefficient estimation unit 60 may estimate the friction coefficient corresponding to the polarization ratio based on the convex graph shown in FIG. Further, the friction coefficient estimation unit 60 may estimate the friction coefficient based on the tire information.

次に、出力部70は、推定結果を出力する(S16)。例えば、出力部70は、摩擦係数推定部60によって推定された摩擦係数を示す数値情報を出力する。あるいは、出力部70は、推定された摩擦係数が基準値未満である場合に、スリップの危険性があることを警告するための信号を出力してもよい。 Next, the output unit 70 outputs the estimation result (S16). For example, the output unit 70 outputs numerical information indicating the friction coefficient estimated by the friction coefficient estimation unit 60. Alternatively, the output unit 70 may output a signal to warn that there is a risk of slipping when the estimated friction coefficient is less than the reference value.

以上の処理は、例えば、移動体2が道路を走行中に繰り返し行われる。これにより、移動体2の進行方向の路面3の路面状態を常時推定することができるので、安全な自動運転の制御、及び、安全な手動運転の支援に利用することができる。 The above processing is repeated, for example, while the moving body 2 is traveling on the road. As a result, the road surface condition of the road surface 3 in the traveling direction of the moving body 2 can be constantly estimated, so that it can be used for safe automatic driving control and safe manual driving support.

[9.変形例]
ここで、実施の形態1に係る路面状態推定装置1の変形例について説明する。本変形例では、決定部40及び分類部50の処理が実施の形態1とは相違している。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
[9. Modification example]
Here, a modified example of the road surface condition estimation device 1 according to the first embodiment will be described. In this modification, the processing of the determination unit 40 and the classification unit 50 is different from that of the first embodiment. In the following, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the common points will be omitted or simplified.

実施の形態1では、空の偏光画像に基づいて自然光の偏光度DOPを算出し、算出した偏光度DOPと閾値とを比較し、比較結果に基づいて分類パラメータの一例である閾値を決定する。これに対して、本変形例では、路面3のカテゴリ毎に基準パラメータが予め定められている。本変形例に係る決定部40は、基準パラメータを、自然光推定部30によって推定された偏光状態に適合するように補正することで、分類パラメータを決定する。 In the first embodiment, the polarization degree DOP of natural light is calculated based on the polarized image of the sky, the calculated polarization degree DOP is compared with the threshold value, and the threshold value which is an example of the classification parameter is determined based on the comparison result. On the other hand, in this modification, reference parameters are predetermined for each category of the road surface 3. The determination unit 40 according to this modification determines the classification parameter by correcting the reference parameter so as to match the polarization state estimated by the natural light estimation unit 30.

基準パラメータは、非偏光の標準光と、当該標準光が路面3に照射された環境下において得られる路面パラメータとの関係を表すパラメータである。具体的には、基準パラメータは、ミュラー行列Mであり、カテゴリ毎に予め定められ、路面状態推定装置1が有するメモリ(図示せず)に記憶されている。例えば、メモリには、乾燥のミュラー行列Md、湿潤のミュラー行列Mw、冠水のミュラー行列Mp、積雪のミュラー行列Ms、及び、凍結のミュラー行列Miが記憶されている。以下の説明において、各カテゴリのミュラー行列を区別しない場合、単にミュラー行列Mとして記載する。 The reference parameter is a parameter representing the relationship between the unpolarized standard light and the road surface parameter obtained in an environment in which the standard light is applied to the road surface 3. Specifically, the reference parameter is a Müller matrix M, which is predetermined for each category and is stored in a memory (not shown) of the road surface state estimation device 1. For example, a dry Muller matrix Md, a wet Muller matrix Mw, a flooded Muller matrix Mp, a snow-covered Muller matrix Ms, and a frozen Muller matrix Mi are stored in the memory. In the following description, when the Müller matrix of each category is not distinguished, it is simply described as the Müller matrix M.

ミュラー行列Mは、路面3に入射する入射光Liを、路面3による反射光Lrに変換する行列である。具体的には、入射光LiのストークスベクトルをSLightとし、反射光LrのストークスベクトルをSMeasとした場合に、以下の(式6)の関係を満たす。 The Müller matrix M is a matrix that converts the incident light Li incident on the road surface 3 into the reflected light Lr by the road surface 3. Specifically, when the Stokes vector of the incident light Li is S Light and the Stokes vector of the reflected light Lr is S Meas , the following relationship (Equation 6) is satisfied.

(式6) SMeas=M×SLight (Equation 6) S Meas = M × S Light

(式6)は、具体的には、以下の(式7)で表される。 (Equation 6) is specifically represented by the following (Equation 7).

Figure 2020180924
Figure 2020180924

なお、本変形例で想定する偏光カメラ10ではストークスベクトルの第4成分であるS3(円偏光成分)は原理的に取得できない。このため、S3=0としてストークス成分を3次元、ミュラー行列を3×3で考えて、実際には以下の(式8)が使うことができる。 In principle, the polarizing camera 10 assumed in this modification cannot acquire S3 (circular polarization component), which is the fourth component of the Stokes vector. Therefore, assuming that S3 = 0, the Stokes component is three-dimensional, and the Müller matrix is 3 × 3, the following (Equation 8) can actually be used.

Figure 2020180924
Figure 2020180924

ストークスベクトルSMeas及びSLightの各々の構成要素は、(式2)〜(式4)で示した通りである。ストークスベクトルSMeasは、路面パラメータの一例であり、路面3の反射光Lrを偏光カメラ10で撮影することにより得られた路面3の偏光画像に基づいて、算出部20によって算出される。ストークスベクトルSLightは、路面3を挟んで移動体2に対向する空を偏光カメラ10で撮影することにより得られた空の偏光画像に基づいて、自然光推定部30によって算出される。 The components of the Stokes vectors S Meas and S Light are as shown in (Equation 2) to (Equation 4). The Stokes vector S Meas is an example of road surface parameters, and is calculated by the calculation unit 20 based on a polarized image of the road surface 3 obtained by photographing the reflected light Lr of the road surface 3 with a polarizing camera 10. The Stokes vector S Light is calculated by the natural light estimation unit 30 based on a polarized image of the sky obtained by photographing the sky facing the moving body 2 with the road surface 3 sandwiched by the polarized camera 10.

決定部40は、自然光推定部30によって算出された入射光LiのストークスベクトルSLightと各カテゴリのミュラー行列Mとを用いて、(式8)に従って演算することにより、反射光LrのストークスベクトルSMeasを分類パラメータとして算出することができる。 The determination unit 40 uses the Stokes vector S Light of the incident light Li calculated by the natural light estimation unit 30 and the Muller matrix M of each category, and calculates according to (Equation 8) to obtain the Stokes vector S of the reflected light Lr. Meas can be calculated as a classification parameter.

分類部50は、算出されたカテゴリ毎の分類パラメータと、算出部20によって算出された反射光LrのストークスベクトルSMeasの実測値とを比較することにより、路面3のカテゴリを分類する。具体的には、推定値と実測値との差分が最も小さいカテゴリを、路面3のカテゴリとして決定する。 The classification unit 50 classifies the categories of the road surface 3 by comparing the calculated classification parameters for each category with the measured values of the Stokes vector S Meas of the reflected light Lr calculated by the calculation unit 20. Specifically, the category in which the difference between the estimated value and the actually measured value is the smallest is determined as the category of the road surface 3.

以上のように、本変形例に係る路面状態推定装置1においても、自然光の偏光状態の推定結果に基づいて分類パラメータが適切に算出されるので、路面3の路面状態及び摩擦係数を精度良く推定することができる。 As described above, even in the road surface condition estimation device 1 according to the present modification, the classification parameters are appropriately calculated based on the estimation result of the polarization state of natural light, so that the road surface condition and the friction coefficient of the road surface 3 are estimated accurately. can do.

(実施の形態2)
続いて、実施の形態2について説明する。
(Embodiment 2)
Subsequently, the second embodiment will be described.

実施の形態1に係る路面状態推定装置1では、偏光カメラ10によって生成された空の偏光画像に基づいて自然光の偏光状態を推定した。これに対して、実施の形態2に係る路面状態推定装置では、偏光画像以外の情報を取得し、取得した情報に基づいて自然光の偏光状態を推定する。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。 In the road surface condition estimation device 1 according to the first embodiment, the polarized state of natural light was estimated based on the polarized image of the sky generated by the polarized camera 10. On the other hand, in the road surface condition estimation device according to the second embodiment, information other than the polarized image is acquired, and the polarized state of natural light is estimated based on the acquired information. In the following, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the common points will be omitted or simplified.

図19は、本実施の形態に係る路面状態推定装置101の構成を示すブロック図である。図19に示されるように、路面状態推定装置101は、実施の形態1に係る路面状態推定装置1と比較して、自然光推定部30の代わりに自然光推定部130を備える点が相違する。また、路面状態推定装置101は、サーバ装置102及び車両センサ103と通信可能に接続されている。 FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of the road surface condition estimation device 101 according to the present embodiment. As shown in FIG. 19, the road surface condition estimation device 101 is different from the road surface condition estimation device 1 according to the first embodiment in that it includes a natural light estimation unit 130 instead of the natural light estimation unit 30. Further, the road surface condition estimation device 101 is communicably connected to the server device 102 and the vehicle sensor 103.

サーバ装置102は、天候情報を記憶するサーバ装置である。天候情報は、例えば、地域毎の天気を時間毎に示す情報である。具体的には、天候情報は、地域毎の天気が曇天及び晴天のいずれであるかを示す。なお、天気は、曇天及び晴天に限らず、降雨及び降雪の有無を含んでもよい。また、天候情報は、地域毎の日射量、風向及び風速などを示してもよい。 The server device 102 is a server device that stores weather information. The weather information is, for example, information that indicates the weather for each region on an hourly basis. Specifically, the weather information indicates whether the weather in each region is cloudy or sunny. The weather is not limited to cloudy and sunny weather, and may include the presence or absence of precipitation and snowfall. In addition, the weather information may indicate the amount of solar radiation, the wind direction, the wind speed, and the like for each region.

車両センサ103は、移動体2の位置及び向きを検出するセンサである。例えば、車両センサ103は、GPS(Global Positioning System)受信機であるが、これに限らない。車両センサ103は、緯度及び経度によって移動体2の現在位置を取得し、かつ、現在位置の時間変化に基づいて移動体2の向き(進行方向)を取得する。 The vehicle sensor 103 is a sensor that detects the position and orientation of the moving body 2. For example, the vehicle sensor 103 is a GPS (Global Positioning System) receiver, but is not limited to this. The vehicle sensor 103 acquires the current position of the moving body 2 by latitude and longitude, and acquires the direction (traveling direction) of the moving body 2 based on the time change of the current position.

自然光推定部130は、移動体2の位置及び向きと、移動体2又は路面3を含む地域の天候情報とに基づいて、自然光の偏光状態を推定する。具体的には、図19に示されるように、自然光推定部130は、車両センサ103から移動体2の位置及び向きを取得する。自然光推定部130は、取得した移動体2の位置及び向き(進行方向)をサーバ装置102に送信することにより、その応答として、サーバ装置102から移動体2又は路面3を含む地域の天候情報を取得する。自然光推定部130は、移動体2又は路面3を含む地域が晴天であるか曇天であるかを天候情報に基づいて判別することができ、判別結果を自然光の推定結果として決定部40に出力する。これにより、決定部40では、実施の形態1と同様にして、自然光の推定結果に基づいて分類パラメータを適切に決定することができる。 The natural light estimation unit 130 estimates the polarization state of natural light based on the position and orientation of the moving body 2 and the weather information of the area including the moving body 2 or the road surface 3. Specifically, as shown in FIG. 19, the natural light estimation unit 130 acquires the position and orientation of the moving body 2 from the vehicle sensor 103. The natural light estimation unit 130 transmits the acquired position and direction (traveling direction) of the moving body 2 to the server device 102, and as a response, receives weather information of the area including the moving body 2 or the road surface 3 from the server device 102. get. The natural light estimation unit 130 can determine whether the area including the moving body 2 or the road surface 3 is sunny or cloudy based on the weather information, and outputs the determination result to the determination unit 40 as the estimation result of the natural light. .. As a result, the determination unit 40 can appropriately determine the classification parameters based on the estimation result of natural light in the same manner as in the first embodiment.

なお、自然光推定部130は、移動体2又は路面3を含む地域の降雨及び降雪を検出した結果に基づいて、自然光の偏光状態を推定してもよい。例えば、移動体2には、降雨及び降雪を検出する水分センサが設けられており、自然光推定部130は、水分センサによる検出結果を取得する。あるいは、移動体2に設けられた可視光カメラを画像処理することにより、自然光推定部130は、降雨及び降雪の有無を判定してもよい。また、自然光推定部130は、降雨及び降雪の検出結果を示す天候情報をサーバ装置102から取得してもよい。自然光推定部130は、降雨及び降雪の少なくとも一方が検出された場合に、天候が曇天であると推定する。 The natural light estimation unit 130 may estimate the polarization state of natural light based on the result of detecting rainfall and snowfall in the area including the moving body 2 or the road surface 3. For example, the moving body 2 is provided with a moisture sensor for detecting rainfall and snowfall, and the natural light estimation unit 130 acquires the detection result by the moisture sensor. Alternatively, the natural light estimation unit 130 may determine the presence or absence of rainfall and snowfall by performing image processing on the visible light camera provided on the moving body 2. Further, the natural light estimation unit 130 may acquire weather information indicating the detection results of precipitation and snowfall from the server device 102. The natural light estimation unit 130 estimates that the weather is cloudy when at least one of precipitation and snowfall is detected.

以上のように、本実施の形態に係る路面状態推定装置101では、空の偏光画像を利用せずに、自然光の偏光状態を推定する。このため、偏光カメラ10によって空が撮影できずに空の偏光画像が取得できない場合であっても、天候情報などに基づいて自然光の偏光状態を推定することができる。このため、路面状態と摩擦係数とを安定して継続的に推定することができる。 As described above, the road surface condition estimation device 101 according to the present embodiment estimates the polarized state of natural light without using the polarized image of the sky. Therefore, even when the polarized camera 10 cannot capture the sky and cannot acquire a polarized image of the sky, the polarized state of natural light can be estimated based on weather information or the like. Therefore, the road surface condition and the coefficient of friction can be stably and continuously estimated.

なお、自然光推定部130は、偏光カメラ10によって空の偏光画像が取得できた場合には、実施の形態1と同様に空の偏光画像に基づいて自然光の偏光状態を推定してもよい。自然光推定部130は、偏光カメラ10によって空の偏光画像が取得できなかった場合にのみ、天候情報などに基づいて自然光の偏光状態を推定してもよい。 When the polarized camera 10 can acquire a polarized image of the sky, the natural light estimation unit 130 may estimate the polarized state of natural light based on the polarized image of the sky as in the first embodiment. The natural light estimation unit 130 may estimate the polarization state of natural light based on weather information or the like only when the polarized image of the sky cannot be acquired by the polarized camera 10.

(実施の形態3)
続いて、実施の形態3について説明する。
(Embodiment 3)
Subsequently, the third embodiment will be described.

実施の形態3では、実施の形態1に係る路面状態推定装置1を備える車両制御システムについて説明する。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。なお、本実施の形態に係る車両制御システムは、実施の形態2に係る路面状態推定装置101を備えてもよい。 In the third embodiment, the vehicle control system including the road surface condition estimation device 1 according to the first embodiment will be described. In the following, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the common points will be omitted or simplified. The vehicle control system according to the present embodiment may include the road surface condition estimation device 101 according to the second embodiment.

図20は、本実施の形態に係る車両制御システム200の構成を示すブロック図である。図20に示されるように、車両制御システム200は、路面状態推定装置1と、車両制御装置201と、提示装置202とを備える。 FIG. 20 is a block diagram showing the configuration of the vehicle control system 200 according to the present embodiment. As shown in FIG. 20, the vehicle control system 200 includes a road surface condition estimation device 1, a vehicle control device 201, and a presentation device 202.

車両制御装置201は、摩擦係数に基づいて移動体2の運転制御を行う制御部の一例である。車両制御装置201は、例えば、移動体2のエンジン及び操舵を制御する電子制御ユニットである。車両制御装置201は、例えば、摩擦係数が所定の閾値より低くなった場合に、移動体2の速度を落とす。これにより、路面3を移動体2が通過する際に、スリップすることを抑制することができる。 The vehicle control device 201 is an example of a control unit that controls the operation of the moving body 2 based on the friction coefficient. The vehicle control device 201 is, for example, an electronic control unit that controls the engine and steering of the moving body 2. The vehicle control device 201 slows down the moving body 2 when, for example, the friction coefficient becomes lower than a predetermined threshold value. As a result, when the moving body 2 passes through the road surface 3, it is possible to prevent slipping.

なお、車両制御装置201は、自動運転と手動運転とを切り替える切替装置であってもよい。例えば、車両制御装置201は、摩擦係数が所定の閾値より低くなった場合に、自動運転から手動運転に切り替える。これにより、運転者に対して運転に集中させることができ、路面3を慎重に通行するのを支援することができる。 The vehicle control device 201 may be a switching device for switching between automatic driving and manual driving. For example, the vehicle control device 201 switches from automatic driving to manual driving when the friction coefficient becomes lower than a predetermined threshold value. As a result, the driver can concentrate on driving and can support the careful passage of the road surface 3.

提示装置202は、摩擦係数に関する情報の提示を行う提示部の一例である。提示装置202は、例えば、移動体2に搭載されたディスプレイ又はスピーカなどである。例えば、提示装置202は、摩擦係数が所定の閾値より低い場合に、路面3の通行を慎重に行わせるための通知を画像又は音声として出力する。 The presentation device 202 is an example of a presentation unit that presents information on the coefficient of friction. The presenting device 202 is, for example, a display or a speaker mounted on the mobile body 2. For example, the presenting device 202 outputs a notification as an image or a sound for carefully passing the road surface 3 when the friction coefficient is lower than a predetermined threshold value.

以上のように、本実施の形態に係る車両制御システム200によれば、摩擦係数が精度良く推定されるので、運転者に対する適切な情報の提示及び車両の適切な制御を行うことができる。 As described above, according to the vehicle control system 200 according to the present embodiment, the coefficient of friction is estimated with high accuracy, so that it is possible to present appropriate information to the driver and appropriately control the vehicle.

(他の実施の形態)
以上、1つ又は複数の態様に係る路面状態推定装置、車両制御システム及び路面状態推定方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
(Other embodiments)
The road surface condition estimation device, the vehicle control system, and the road surface condition estimation method according to one or more aspects have been described above based on the embodiments, but the present disclosure is not limited to these embodiments. Absent. As long as the gist of the present disclosure is not deviated, various modifications that can be conceived by those skilled in the art are applied to the present embodiment, and a form constructed by combining components in different embodiments is also included in the scope of this disclosure. Is done.

例えば、路面状態推定装置1は、タイヤ情報取得部80及び露光量制御部90の少なくとも一方を備えなくてもよい。摩擦係数推定部60は、タイヤ情報を用いずに路面3の摩擦係数を決定してもよい。また、例えば、摩擦係数推定部60は、路面の種類(例えば、アスファルト又はコンクリートなど)を示す路面情報に基づいて路面3の摩擦係数を決定してもよい。 For example, the road surface condition estimation device 1 does not have to include at least one of the tire information acquisition unit 80 and the exposure amount control unit 90. The friction coefficient estimation unit 60 may determine the friction coefficient of the road surface 3 without using the tire information. Further, for example, the friction coefficient estimation unit 60 may determine the friction coefficient of the road surface 3 based on the road surface information indicating the type of the road surface (for example, asphalt or concrete).

また、例えば、上記の実施の形態では、路面状態推定装置1が移動体2に搭載される例を説明したが、これに限らない。偏光カメラ10と通信装置とが移動体2に搭載され、偏光カメラ10以外の構成要素(具体的には、算出部20など)は、外部のサーバ装置が備えてもよい。例えば、通信装置は、偏光カメラ10によって生成された偏光画像をサーバ装置に無線通信によって送信する。 Further, for example, in the above embodiment, an example in which the road surface state estimation device 1 is mounted on the moving body 2 has been described, but the present invention is not limited to this. The polarized camera 10 and the communication device are mounted on the moving body 2, and components other than the polarized camera 10 (specifically, the calculation unit 20 and the like) may be provided by an external server device. For example, the communication device transmits the polarized image generated by the polarized camera 10 to the server device by wireless communication.

また、例えば、上記の実施の形態では、偏光比P/S及び偏光度DOPを0〜255の数値範囲で表したが、これに限らない。偏光比P/S及び偏光度DOPの数値範囲を大きくすることで、より高い精度で路面状態及び摩擦係数を推定することができる。また、偏光比P/S及び偏光度DOPの数値範囲を小さくすることで、路面状態及び摩擦係数の演算に要する処理量を削減することができる。 Further, for example, in the above embodiment, the polarization ratio P / S and the degree of polarization DOP are expressed in the numerical range of 0 to 255, but the present invention is not limited to this. By increasing the numerical ranges of the polarization ratio P / S and the degree of polarization DOP, the road surface condition and the friction coefficient can be estimated with higher accuracy. Further, by reducing the numerical ranges of the polarization ratio P / S and the degree of polarization DOP, the amount of processing required for calculating the road surface condition and the friction coefficient can be reduced.

さらに、路面の偏光状態を、偏光比ではなく、より情報量が多い偏光情報として、実施の形態1の変形例のストークスベクトル、または、空の偏光状態と同じ偏光角と偏光度にて推定してもよいことは明らかである。 Further, the polarization state of the road surface is estimated by the Stokes vector of the modification of the first embodiment or the same polarization angle and degree of polarization as the polarization state of the sky, as polarization information having a larger amount of information instead of the polarization ratio. It is clear that it may be.

また、上記実施の形態で説明した装置間の通信方法については特に限定されるものではない。装置間で無線通信が行われる場合、無線通信の方式(通信規格)は、例えば、ZigBee(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、又は、無線LAN(Local Area Network)などの近距離無線通信である。あるいは、無線通信の方式(通信規格)は、インターネットなどの広域通信ネットワークを介した通信でもよい。また、装置間においては、無線通信に代えて、有線通信が行われてもよい。有線通信は、具体的には、電力線搬送通信(PLC:Power Line Communication)又は有線LANを用いた通信などである。 Further, the communication method between the devices described in the above embodiment is not particularly limited. When wireless communication is performed between devices, the wireless communication method (communication standard) is, for example, short-range wireless communication such as ZigBee (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), or wireless LAN (Local Area Network). is there. Alternatively, the wireless communication method (communication standard) may be communication via a wide area communication network such as the Internet. Further, wired communication may be performed between the devices instead of wireless communication. Specifically, the wired communication is a power line communication (PLC) or a communication using a wired LAN.

また、上記実施の形態において、特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、複数の処理の順序が変更されてもよく、あるいは、複数の処理が並行して実行されてもよい。また、車両制御システム200が備える構成要素の複数の装置への振り分けは、一例である。例えば、一の装置が備える構成要素を他の装置が備えてもよい。また、路面状態推定装置1又は101は、複数の装置を用いて分散処理されてもよい。車両制御システム200は、単一の装置として実現されてもよい。 Further, in the above embodiment, another processing unit may execute the processing executed by the specific processing unit. Further, the order of the plurality of processes may be changed, or the plurality of processes may be executed in parallel. Further, the distribution of the components included in the vehicle control system 200 to a plurality of devices is an example. For example, the components of one device may be included in another device. Further, the road surface condition estimation device 1 or 101 may be subjected to distributed processing using a plurality of devices. The vehicle control system 200 may be realized as a single device.

例えば、上記実施の形態において説明した処理は、単一の装置(システム)を用いて集中処理することによって実現してもよく、又は、複数の装置を用いて分散処理することによって実現してもよい。また、上記プログラムを実行するプロセッサは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、又は分散処理を行ってもよい。 For example, the processing described in the above embodiment may be realized by centralized processing using a single device (system), or may be realized by distributed processing using a plurality of devices. Good. Further, the number of processors that execute the above program may be singular or plural. That is, centralized processing may be performed, or distributed processing may be performed.

また、上記実施の形態において、制御部などの構成要素の全部又は一部は、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPU(Central Processing Unit)又はプロセッサなどのプログラム実行部が、HDD(Hard Disk Drive)又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。 Further, in the above embodiment, all or a part of the components such as the control unit may be configured by dedicated hardware, or may be realized by executing a software program suitable for each component. May be good. Each component may be realized by a program execution unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as an HDD (Hard Disk Drive) or a semiconductor memory. Good.

また、制御部などの構成要素は、1つ又は複数の電子回路で構成されてもよい。1つ又は複数の電子回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。 Further, a component such as a control unit may be composed of one or a plurality of electronic circuits. The one or more electronic circuits may be general-purpose circuits or dedicated circuits, respectively.

1つ又は複数の電子回路には、例えば、半導体装置、IC(Integrated Circuit)又はLSI(Large Scale Integration)などが含まれてもよい。IC又はLSIは、1つのチップに集積されてもよく、複数のチップに集積されてもよい。ここでは、IC又はLSIと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムLSI、VLSI(Very Large Scale Integration)、又は、ULSI(Ultra Large Scale Integration)と呼ばれるかもしれない。また、LSIの製造後にプログラムされるFPGA(Field Programmable Gate Array)も同じ目的で使うことができる。 The one or more electronic circuits may include, for example, a semiconductor device, an IC (Integrated Circuit), an LSI (Large Scale Integration), or the like. The IC or LSI may be integrated on one chip or may be integrated on a plurality of chips. Here, it is called IC or LSI, but the name changes depending on the degree of integration, and it may be called system LSI, VLSI (Very Large Scale Integration), or ULSI (Ultra Large Scale Integration). An FPGA (Field Programmable Gate Array) programmed after the LSI is manufactured can also be used for the same purpose.

また、本開示の全般的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路又はコンピュータプログラムで実現されてもよい。あるいは、当該コンピュータプログラムが記憶された光学ディスク、HDD若しくは半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 Also, general or specific aspects of the present disclosure may be implemented in systems, devices, methods, integrated circuits or computer programs. Alternatively, it may be realized by a computer-readable non-temporary recording medium such as an optical disk, HDD or semiconductor memory in which the computer program is stored. Further, it may be realized by any combination of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program and a recording medium.

また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Further, in each of the above embodiments, various changes, replacements, additions, omissions, etc. can be made within the scope of claims or the scope thereof.

本開示は、路面の路面状態と摩擦係数とを精度良く推定することができる路面状態推定装置などとして利用でき、例えば、自動運転の制御、又は、道路の保守若しくは管理などに利用することができる。 The present disclosure can be used as a road surface condition estimation device that can accurately estimate the road surface condition and the friction coefficient of the road surface, and can be used, for example, for automatic driving control, road maintenance or management, and the like. ..

1、101 路面状態推定装置
2 移動体
3 路面
4 青空
5 雲
6 フロントガラス
7 水
8 雪
9 氷
10、10a、10b 偏光カメラ
11、11a、11b イメージセンサ
12、12a、12b モザイク偏光板
13、13a、13b 画素
14、15、16、17 サブ画素
18 撮影画像
19a 路面領域
19b 空領域
20 算出部
30、130 自然光推定部(第1推定部)
40 決定部
50 分類部
60 摩擦係数推定部(第2推定部)
70 出力部
80 タイヤ情報取得部
90 露光量制御部
102 サーバ装置
103 車両センサ
200 車両制御システム
201 車両制御装置
202 提示装置
1,101 Road surface condition estimation device 2 Moving object 3 Road surface 4 Blue sky 5 Cloud 6 Front glass 7 Water 8 Snow 9 Ice 10, 10a, 10b Polarized camera 11, 11a, 11b Image sensor 12, 12a, 12b Mosaic polarizing plate 13, 13a , 13b Pixel 14, 15, 16, 17 Sub-pixel 18 Captured image 19a Road surface area 19b Empty area 20 Calculation unit 30, 130 Natural light estimation unit (first estimation unit)
40 Decision unit 50 Classification unit 60 Friction coefficient estimation unit (second estimation unit)
70 Output unit 80 Tire information acquisition unit 90 Exposure control unit 102 Server device 103 Vehicle sensor 200 Vehicle control system 201 Vehicle control device 202 Presentation device

Claims (12)

移動体の進行方向の路面を撮影することで、前記路面の偏光画像を生成する偏光カメラと、
前記路面の偏光画像を処理することで、前記路面の偏光状態を表す路面パラメータを算出する算出部と、
前記路面に照射される自然光の偏光状態を推定する第1推定部と、
水分状態に応じた複数のカテゴリのいずれかに前記路面の路面状態を分類するために用いる分類パラメータを、前記第1推定部によって推定された偏光状態に基づいて決定する決定部と、
前記路面パラメータと前記分類パラメータとに基づいて、前記路面の路面状態を前記複数のカテゴリのいずれかに分類する分類部と、
分類されたカテゴリに基づいて前記路面の摩擦係数を推定する第2推定部とを備える
路面状態推定装置。
A polarized camera that generates a polarized image of the road surface by photographing the road surface in the traveling direction of the moving body, and
A calculation unit that calculates road surface parameters representing the polarization state of the road surface by processing the polarized image of the road surface.
The first estimation unit that estimates the polarization state of the natural light that irradiates the road surface,
A determination unit that determines the classification parameters used to classify the road surface condition of the road surface into one of a plurality of categories according to the water content based on the polarization state estimated by the first estimation unit.
A classification unit that classifies the road surface condition of the road surface into any of the plurality of categories based on the road surface parameters and the classification parameters.
A road surface condition estimation device including a second estimation unit that estimates the friction coefficient of the road surface based on the classified categories.
前記偏光カメラは、さらに、前記移動体の進行方向の空を撮影することで、前記空の偏光画像を生成し、
前記第1推定部は、前記空の偏光画像を処理することで、前記空から前記路面に照射される前記自然光の偏光状態を推定する
請求項1に記載の路面状態推定装置。
The polarized camera further generates a polarized image of the sky by photographing the sky in the traveling direction of the moving body.
The road surface condition estimation device according to claim 1, wherein the first estimation unit estimates the polarized state of the natural light emitted from the sky to the road surface by processing a polarized image of the sky.
前記空の偏光画像は、互いに異なる少なくとも3方向の偏光画像を含む
請求項2に記載の路面状態推定装置。
The road surface condition estimation device according to claim 2, wherein the polarized image of the sky includes polarized images in at least three directions different from each other.
前記偏光カメラは、
光軸が略水平になるように設置され、前記路面の偏光画像を生成する第1偏光カメラと、
光軸を水平よりも上方に傾けて設置され、前記空の偏光画像を生成する第2偏光カメラとを含む
請求項2又は3に記載の路面状態推定装置。
The polarized camera
A first polarized camera that is installed so that the optical axis is substantially horizontal and generates a polarized image of the road surface,
The road surface condition estimation device according to claim 2 or 3, which includes a second polarized camera that is installed with an optical axis tilted above the horizontal and generates a polarized image of the sky.
前記第1推定部は、前記移動体の位置及び向きと、前記移動体又は前記路面を含む地域の天候情報とに基づいて、前記自然光の偏光状態を推定する
請求項1に記載の路面状態推定装置。
The road surface condition estimation according to claim 1, wherein the first estimation unit estimates the polarization state of the natural light based on the position and orientation of the moving body and the weather information of the moving body or the area including the road surface. apparatus.
前記第1推定部は、前記移動体又は前記路面を含む地域の降雨及び降雪を検出した結果に基づいて、前記自然光の偏光状態を推定する
請求項1に記載の路面状態推定装置。
The road surface condition estimation device according to claim 1, wherein the first estimation unit estimates the polarization state of the natural light based on the result of detecting precipitation and snowfall in the moving body or the area including the road surface.
前記決定部は、非偏光の標準光と、当該標準光が路面に照射された環境下において得られる前記路面パラメータとの関係を表す基準パラメータを、前記第1推定部によって推定された偏光状態に適合するように補正することで、前記分類パラメータを決定する
請求項1〜6のいずれか1項に記載の路面状態推定装置。
The determination unit sets a reference parameter representing the relationship between the unpolarized standard light and the road surface parameter obtained in an environment where the standard light is irradiated on the road surface into a polarized state estimated by the first estimation unit. The road surface condition estimation device according to any one of claims 1 to 6, which determines the classification parameter by correcting it so as to match.
前記複数のカテゴリは、乾燥と、湿潤と、凍結又は積雪との3つのカテゴリを含む
請求項1〜7のいずれか1項に記載の路面状態推定装置。
The road surface condition estimation device according to any one of claims 1 to 7, wherein the plurality of categories include three categories of dryness, wetness, freezing or snow cover.
前記第2推定部は、前記移動体のタイヤに関する情報にさらに基づいて前記摩擦係数を推定する
請求項1〜8のいずれか1項に記載の路面状態推定装置。
The road surface condition estimation device according to any one of claims 1 to 8, wherein the second estimation unit estimates the friction coefficient based on the information about the tire of the moving body.
さらに、前記路面の偏光画像と前記第1推定部によって推定された偏光状態との少なくとも一方に基づいて、前記偏光カメラの露光量を制御する露光量制御部を備える
請求項1〜9のいずれか1項に記載の路面状態推定装置。
Further, any one of claims 1 to 9, further comprising an exposure amount control unit that controls the exposure amount of the polarized camera based on at least one of the polarized image of the road surface and the polarized state estimated by the first estimation unit. The road surface condition estimation device according to item 1.
請求項1〜10のいずれか1項に記載の路面状態推定装置と、
前記移動体の運転者に対して前記摩擦係数に関する情報の提示を行う提示部、及び、前記摩擦係数に基づいて前記移動体の運転制御を行う制御部の少なくとも一方とを備える
車両制御システム。
The road surface condition estimation device according to any one of claims 1 to 10,
A vehicle control system including at least one of a presenting unit that presents information on the friction coefficient to the driver of the moving body and a control unit that controls the operation of the moving body based on the friction coefficient.
偏光カメラが移動体の進行方向の路面を撮影することで、前記路面の偏光画像を生成するステップと、
前記路面の偏光画像を処理することで、前記路面の偏光状態を表す路面パラメータを算出するステップと、
前記路面に照射される自然光の偏光状態を推定するステップと、
水分状態に応じた複数のカテゴリのいずれかに前記路面の路面状態を分類するために用いる分類パラメータを、前記自然光の偏光状態に基づいて決定するステップと、
前記路面パラメータと前記分類パラメータとに基づいて、前記路面の路面状態を前記複数のカテゴリのいずれかに分類するステップと、
分類されたカテゴリに基づいて前記路面の摩擦係数を推定するステップとを含む
路面状態推定方法。
A step of generating a polarized image of the road surface by taking a picture of the road surface in the traveling direction of the moving body with a polarized camera, and
A step of calculating a road surface parameter representing a polarized state of the road surface by processing a polarized image of the road surface, and
The step of estimating the polarization state of the natural light applied to the road surface, and
A step of determining a classification parameter used for classifying the road surface condition of the road surface into one of a plurality of categories according to the moisture condition based on the polarization state of the natural light, and
A step of classifying the road surface condition of the road surface into one of the plurality of categories based on the road surface parameter and the classification parameter.
A road surface condition estimation method including a step of estimating the friction coefficient of the road surface based on the classified categories.
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