JP2020180924A - Road surface state estimating device, vehicle control system, and road surface state estimating method - Google Patents
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Abstract
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
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.
(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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
なお、(式1)において、S0、S1、S2及びS3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、S3は0とみなし、S0、S1及びS2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) S0=C0+C90 (Equation 2) S 0 = C 0 + C 90
(式3) S1=C0−C90 (Equation 3) S 1 = C 0- C 90
(式4) S2=C45−C135 (Equation 4) S 2 = C 45- C 135
なお、C0、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、C0、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
(式5) S2=2×C45−C0−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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
[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
<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
<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
<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
<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
<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
[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
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
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
[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
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
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
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
[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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
(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).
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
40
70
Claims (12)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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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JP2019085371A JP2020180924A (en) | 2019-04-26 | 2019-04-26 | Road surface state estimating device, vehicle control system, and road surface state estimating method |
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DE102022121272A1 (en) | 2021-09-08 | 2023-03-09 | Subaru Corporation | ESTIMATION DEVICE AND VEHICLE |
DE102022201522A1 (en) | 2021-09-10 | 2023-03-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | A device and a method for detecting a condition of a road surface |
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2019
- 2019-04-26 JP JP2019085371A patent/JP2020180924A/en active Pending
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DE102022201522A1 (en) | 2021-09-10 | 2023-03-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | A device and a method for detecting a condition of a road surface |
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