JP4814655B2 - 路面状態判定装置および路面状態判定方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載されたシステムは、水と氷で吸収率が異なる波長の赤外線を、半導体レーザのように波長帯域の狭い光源を用いて路面に照射し、路面の反射光を赤外線センサで受光して、路面上の水と氷を弁別している。また、水と氷の双方に吸収されにくい波長帯域の光も組み合わせて用いることにより、乾燥・凍結・湿潤・積雪の判定をしている。
特許文献1のシステムは、半導体レーザを使っており、広範囲の路面状態を判定することができない。特許文献2の装置はつるつる路面の判定に特化しており、乾燥、湿潤、水膜、圧雪、凍結等の細かい分類に応じて路面状態を判定することができない。特許文献3の装置は、センサを設置する場所ごと、路面状態ごと、環境状態ごとにデータベース化する必要があるため手間がかかり、データベースが不完全なうちは周辺の影や日照変化等の外乱により誤判定が生じやすいという問題があった。
図2は、本発明の第一の実施形態による路面状態判定装置の機能ブロック図である。第一の実施形態では、紫外線画像、赤外線画像、温度分布画像をそれぞれ別のカメラを用いて撮像し、撮像したそれぞれの画像をもとに路面状態を判定する。第一の実施形態では、後の処理に必要となるため、状態を判定したい路面だけでなく天空も含む構図で上記画像を撮像する。また、本実施形態では紫外線特徴量として紫外線反射率を用い、赤外線特徴量として赤外線吸収率を用いる。そして、本実施形態では可視光線画像を撮像するカメラをさらに用いる。可視光線画像は本発明を実施するのに必須の要素ではないが、本実施形態では上記の赤外線特徴量の算出方法として好ましい第二の方法を採用しているので、可視光線画像が必要である。
路面状態画像は、例えば、路面を複数の領域に分割し、それぞれの領域ごとに路面状態を色分けした画像である。例えば、乾燥を青、湿潤や水膜を黄色、シャーベットや圧雪をオレンジ色、圧雪氷板、ザクレ、氷膜、氷板を赤で表示する(危険度が高い路面状態ほど赤に近い色で表示する)など、人間が危険箇所とその危険の度合を把握しやすいように、予め路面状態に応じて表示色を決めておく。領域ごとではなく、画素ごとに色分けするのでもよい。
図6は、ステレオカラーカメラを用いて赤外線画像および紫外線画像を生成する原理を示す図で、このうち(b)が、第一の画像生成部303で生成されたB画像が紫外線画像になることを説明している。図中のフィルタ手段は、青波長領域カット部301に相当し、青波長領域が遮断領域、紫外線領域が透過領域である。また、B画像は青のカラーフィルタを通過した光にもとづいて生成されるが、前述のとおり、青のカラーフィルタは可視光線の青波長領域の光およびそれより短い波長領域の光(つまり紫外線)を透過させる。よって、青波長領域カット部301を通過し、第一の撮像部302で青のカラーフィルタを通過して受光されるのは紫外線であるから、第一の画像生成部303で生成されたB画像は紫外線画像に相当する。
路面判定結果出力部414は、本実施形態においては、画像生成部403で生成されたG画像が可視光線画像として入力され、例えば、G画像(またはG画像をグレースケールに変換した画像)に、路面状態画像生成部413から入力された路面状態画像を合成して判定結果画像とし、出力する。
第一の実施形態において、紫外線カメラ撮像部101、可視光線カメラ撮像部106、赤外線カメラ撮像部109、赤外線サーモグラフィー撮像部113の視点位置の差を無視することができない場合、第二の実施形態における相対位置算出部312と類似の手段をさらに設けることとが望ましい。つまり、これら撮像部で撮像され、紫外線画像生成部102、可視光線画像生成部107、赤外線画像生成部110、温度分布画像生成部117において生成された各画像の相対位置情報を算出し、路面上の同じ1点が各画像のどの座標に相当するのかの対応をとるための手段を設け、該手段で算出した相対位置情報をも路面状態判定部114に与えることが望ましい。
(付記1)路面の状態を判定する路面状態判定装置であって、
紫外線と赤外線を含む光が当たっている前記路面を撮像した紫外線画像にもとづき前記路面における紫外線特徴量を算出する紫外線特徴量算出手段と、
前記光が当たっている前記路面を撮像した赤外線画像にもとづき前記路面における赤外線特徴量を算出する赤外線特徴量算出手段と、
算出した前記紫外線特徴量、前記赤外線特徴量、および前記路面の温度分布画像にもとづいて、前記路面の状態を判定する路面状態判定手段と、
を備えた路面状態判定装置。
(付記2)前記紫外線画像は天空と前記路面を含む画像であって、
前記紫外線特徴量算出手段は、該紫外線画像の天空領域に対応する天空画素値と路面領域に対応する路面画素値を算出し、前記天空画素値と前記路面画素値の比にもとづいて前記紫外線特徴量を算出する、
ことを特徴とする付記1に記載の路面状態判定装置。
(付記3)前記紫外線特徴量算出手段は、前記路面を撮像した可視光線画像を前記紫外線特徴量の算出に用い、前記可視光線画像の画素値と前記紫外線画像の画素値の比にもとづいて、前記紫外線特徴量を算出する、
ことを特徴とする付記1に記載の路面状態判定装置。
(付記4)前記紫外線特徴量算出手段は、前記赤外線画像の画素値と前記紫外線画像の画素値の比にもとづいて、前記紫外線特徴量を算出する、
ことを特徴とする付記1に記載の路面状態判定装置。
(付記5)前記赤外線画像は天空と前記路面を含む画像であって、
前記赤外線特徴量算出手段は、該赤外線画像の天空領域に対応する天空画素値と路面領域に対応する路面画素値を算出し、前記天空画素値と前記路面画素値の比にもとづいて前記赤外線特徴量を算出する、
ことを特徴とする付記1に記載の路面状態判定装置。
(付記6)前記赤外線特徴量算出手段は、前記路面を撮像した可視光線画像を前記赤外線特徴量の算出に用い、前記可視光線画像の画素値と前記赤外線画像の画素値の比にもとづいて、前記赤外線特徴量を算出する、
ことを特徴とする付記1に記載の路面状態判定装置。
(付記7)前記赤外線特徴量算出手段は、前記紫外線画像の画素値と前記赤外線画像の画素値の比にもとづいて、前前記赤外線特徴量を算出する、
ことを特徴とする付記1に記載の路面状態判定装置。
(付記8)可視光線の青波長領域を遮断する第一のフィルタと、
紫外線から赤外線までの波長感度を有し、該第一のフィルタを透過した光を、可視光線の赤波長領域および赤外線に対応するRと可視光線の緑波長領域に対応するGと可視光線の青波長領域および紫外線に対応するBの3つの成分に分解してそれぞれ受光し、カラー撮像する第一の撮像部と、
可視光線の赤波長領域を遮断する第二のフィルタと、
紫外線から赤外線までの波長感度を有し、該第二のフィルタを透過した光を、可視光線の赤波長領域および赤外線に対応するRと可視光線の緑波長領域に対応するGと可視光線の青波長領域および紫外線に対応するBの3つの成分に分解してそれぞれ受光し、カラー撮像する第二の撮像部と、をさらに備え、
前記路面を前記第一の撮像部で撮像して、前記3つの成分のうちBに対応して得られるB画素値にもとづいて、前記紫外線画像が生成され、
前記路面を前記第二の撮像部で撮像して、前記3つの成分のうちRに対応して得られるR画素値にもとづいて、前記赤外線画像が生成される、
ことを特徴とする付記1に記載の路面状態判定装置。
(付記9)可視光線の青波長領域と赤波長領域の光を遮断するフィルタと、
紫外線から赤外線までの波長感度を有し、該フィルタを透過した光を、可視光線の赤波長領域および赤外線に対応するRと可視光線の緑波長領域に対応するGと可視光線の青波長領域および紫外線に対応するBの3つの成分に分解してそれぞれ受光し、カラー撮像する撮像部と、をさらに備え、
前記路面を前記撮像部で撮像して、前記3つの成分のうちBおよびRにそれぞれ対応して得られるB画素値およびR画素値にもとづいて、それぞれ前記紫外線画像、前記赤外線画像が生成される、
ことを特徴とする付記1に記載の路面状態判定装置。
(付記10)前記温度分布画像を生成する温度分布画像生成手段をさらに備え、
該温度分布画像生成手段は、前記路面を撮像した赤外線画像と、該撮影された前記路面上の2箇所で測定された温度にもとづいて前記温度分布画像を生成する、
ことを特徴とする付記1に記載の路面状態判定装置。
(付記11)前記路面状態判定手段は、前記路面を1つ以上に分割した分割領域ごとに、該分割領域の路面状態が、予め定められた路面状態の分類項目のいずれに分類されるかを判定することを特徴とする付記1に記載の路面状態判定装置。
(付記12)前記路面状態判定手段は、前記路面を分割した分割領域ごとに該領域の路面状態を判定し、
前記路面状態判定装置はさらに、前記路面の状態を表現する路面状態画像を生成する路面状態画像生成手段を備え、
該路面状態画像生成手段は、前記路面状態画像上で各分割領域を表現する路面表現としての画像上の高さおよび/または色を各分割領域の前記路面状態に応じて決定し、前記分割領域ごとの前記路面表現と前記路面の可視光線画像にもとづいて、前記路面状態画像を生成する、
ことを特徴とする付記1に記載の路面状態判定装置。
(付記13)路面状態判定方法であって、
紫外線と赤外線を含む光が当たっている路面を撮像した紫外線画像にもとづき前記路面における紫外線特徴量を算出し、
前記光が当たっている前記路面を撮像した赤外線画像にもとづき前記路面における赤外線特徴量を算出し、
算出した前記紫外線特徴量、前記赤外線特徴量、および前記路面の温度分布画像にもとづいて、前記路面の状態を判定することを特徴とする路面状態判定方法。
2 紫外線特徴量算出手段
3 赤外線特徴量算出手段
4 路面状態判定手段
101 紫外線カメラ撮像部
102 紫外線画像生成部
103 路面・天空領域抽出部
104 紫外線反射率算出部
105 投光判定部
106 可視光線カメラ撮像部
107 可視光線画像生成部
108 第一の路面領域抽出部
109 赤外線カメラ撮像部
110 赤外線画像生成部
111 第二の路面領域抽出部
112 赤外線吸収率算出部
113 赤外線サーモグラフィー撮像部
114 路面状態判定部
115 路面状態画像生成部
116 路面判定結果出力部
117 温度分布画像生成部
301 青波長領域カット部
302 第一の撮像部
303 第一の画像生成部
304 路面・天空領域抽出部
305 紫外線反射率算出部
306 投光判定部
307 赤波長領域カット部
308 第二の撮像部
309 第二の画像生成部
310 路面領域抽出部
311 赤外線吸収率算出部
312 相対位置算出部
313 赤外線サーモグラフィー撮像部
314 路面状態判定部
315 路面状態画像生成部
316 カラー画像合成部
317 路面判定結果出力部
318 温度分布画像生成部
401 青波長領域・赤波長領域カット部
402 撮像部
403 画像生成部
404 路面領域抽出部
405 紫外線反射率算出部
406 路面・天空領域抽出部
407 投光判定部
408 赤外線吸収率算出部
409 赤外線画像撮像部
410 温度測定部
411 温度分布画像生成部
412 路面状態判定部
413 路面状態画像生成部
414 路面判定結果出力部
501 入力層
502 中間層
503 出力層
Claims (3)
- 路面の状態を判定する路面状態判定装置であって、
紫外線と赤外線を含む光が当たっている前記路面を撮像した紫外線画像にもとづき前記路面における紫外線特徴量を算出する紫外線特徴量算出手段と、
前記光が当たっている前記路面を撮像した赤外線画像にもとづき前記路面における赤外線特徴量を算出する赤外線特徴量算出手段と、
算出した前記紫外線特徴量、前記赤外線特徴量、および前記路面の温度分布画像にもとづいて、前記路面の前記状態を判定する路面状態判定手段と、
を備え、
前記路面の前記状態とは、前記路面上の雪、水、氷の状態および分布であり、
前記紫外線特徴量は、前記路面上での紫外線反射率であり、
前記赤外線特徴量は、前記路面上での赤外線吸収率であり、
前記紫外線特徴量算出手段は、
前記紫外線画像に含まれる天空の領域に含まれる画素の画素値の代表値である第1の天空画素値を算出し、前記紫外線画像に含まれる前記路面の領域に含まれる各画素について、前記第1の天空画素値と当該画素の画素値の比にもとづいて当該画素に対応する前記路面上の点における前記紫外線反射率を算出するか、または、
前記紫外線画像の前記路面の前記領域に含まれる各画素について、前記路面上において対応する点が当該画素と同じである画素の画素値を、前記路面を撮像した可視光線画像もしくは前記赤外線画像から得て、前記可視光線画像もしくは前記赤外線画像から得た前記画素値と前記紫外線画像の当該画素の画素値との比にもとづいて、前記紫外線画像の当該画素に対応する前記路面上の前記点における前記紫外線反射率を算出し、
前記赤外線特徴量算出手段は、
前記赤外線画像に含まれる天空の領域に含まれる画素の画素値の代表値である第2の天空画素値を算出し、前記赤外線画像に含まれる前記路面の領域に含まれる各画素について、前記第2の天空画素値と当該画素の画素値の比にもとづいて当該画素に対応する前記路面上の点における前記赤外線吸収率を算出するか、または、
前記赤外線画像の前記路面の前記領域に含まれる各画素について、前記路面上において対応する点が当該画素と同じである画素の画素値を、前記可視光線画像もしくは前記紫外線画像から得て、前記可視光線画像もしくは前記紫外線画像から得た前記画素値と前記赤外線画像の当該画素値との比にもとづいて、前記赤外線画像の当該画素に対応する前記路面上の前記点における前記赤外線吸収率を算出し、
前記路面状態判定手段は、
前記紫外線反射率を、前記紫外線反射率に関して定められている1つ以上の閾値と比較した結果と、
前記紫外線反射率が、前記紫外線反射率に関する最小の閾値未満の場合はさらに、前記赤外線吸収率を、前記赤外線吸収率に関して定められている1つ以上の閾値と比較した結果と、
前記温度分布画像が示す前記路面の温度を所定の温度と比較した結果と、
の組み合わせにもとづいて、予め定められた複数の分類項目のいずれかに前記路面の前記状態を分類することにより、前記路面の前記状態を判定するか、または、
前記路面上の同じ点に対応する、前記紫外線画像における第1の画素と、前記赤外線画像における第2の画素について、
前記第1の画素に対応して前記紫外線特徴量算出手段が算出した前記紫外線反射率と、前記第2の画素に対応して前記赤外線特徴量算出手段が算出した前記赤外線吸収率が入力される入力層と、
1層以上の中間層と、
前記路面の前記状態に応じた値を出力する出力層
を含むニューラルネットワークの前記出力層からの出力と、前記温度分布画像の画素値との組み合わせにもとづいて、前記第1の画素と前記第2の画素にともに対応する前記同じ点における前記路面の前記状態を判定する
ことを特徴とする路面状態判定装置。 - 前記温度分布画像を生成する温度分布画像生成手段をさらに備え、
該温度分布画像生成手段は、前記路面を撮像した赤外線画像と、該撮影された前記路面上の2箇所で測定された温度にもとづいて前記温度分布画像を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の路面状態判定装置。 - 路面状態判定方法であって、
紫外線と赤外線を含む光が当たっている路面を撮像した紫外線画像にもとづき前記路面における紫外線特徴量を算出し、
前記光が当たっている前記路面を撮像した赤外線画像にもとづき前記路面における赤外線特徴量を算出し、
算出した前記紫外線特徴量、前記赤外線特徴量、および前記路面の温度分布画像にもとづいて、前記路面の前記状態を判定することを含み、
前記路面の前記状態とは、前記路面上の雪、水、氷の状態および分布であり、
前記紫外線特徴量は、前記路面上での紫外線反射率であり、
前記赤外線特徴量は、前記路面上での赤外線吸収率であり、
前記紫外線特徴量を算出する処理は、
前記紫外線画像に含まれる天空の領域に含まれる画素の画素値の代表値である第1の天空画素値を算出し、前記紫外線画像に含まれる前記路面の領域に含まれる各画素について、前記第1の天空画素値と当該画素の画素値の比にもとづいて当該画素に対応する前記路面上の点における前記紫外線反射率を算出する処理、または、
前記紫外線画像の前記路面の前記領域に含まれる各画素について、前記路面上において対応する点が当該画素と同じである画素の画素値を、前記路面を撮像した可視光線画像もしくは前記赤外線画像から得て、前記可視光線画像もしくは前記赤外線画像から得た前記画素値と前記紫外線画像の当該画素の画素値との比にもとづいて、前記紫外線画像の当該画素に対応する前記路面上の前記点における前記紫外線反射率を算出する処理
を含み、
前記赤外線特徴量を算出する処理は、
前記赤外線画像に含まれる天空の領域に含まれる画素の画素値の代表値である第2の天空画素値を算出し、前記赤外線画像に含まれる前記路面の領域に含まれる各画素について、前記第2の天空画素値と当該画素の画素値の比にもとづいて当該画素に対応する前記路面上の点における前記赤外線吸収率を算出する処理、または、
前記赤外線画像の前記路面の前記領域に含まれる各画素について、前記路面上において対応する点が当該画素と同じである画素の画素値を、前記可視光線画像もしくは前記紫外線画像から得て、前記可視光線画像もしくは前記紫外線画像から得た前記画素値と前記赤外線画像の当該画素値との比にもとづいて、前記赤外線画像の当該画素に対応する前記路面上の前記点における前記赤外線吸収率を算出する処理
を含み、
前記路面の前記状態を判定する処理は、
前記紫外線反射率を、前記紫外線反射率に関して定められている1つ以上の閾値と比較した結果と、
前記紫外線反射率が、前記紫外線反射率に関する最小の閾値未満の場合はさらに、前記赤外線吸収率を、前記赤外線吸収率に関して定められている1つ以上の閾値と比較した結果と、
前記温度分布画像が示す前記路面の温度を所定の温度と比較した結果と、
の組み合わせにもとづいて、予め定められた複数の分類項目のいずれかに前記路面の前記状態を分類することにより、前記路面の前記状態を判定する処理、または、
前記路面上の同じ点に対応する、前記紫外線画像における第1の画素と、前記赤外線画像における第2の画素について、
前記第1の画素に対応して算出した前記紫外線反射率と、前記第2の画素に対応して算出した前記赤外線吸収率が入力される入力層と、
1層以上の中間層と、
前記路面の前記状態に応じた値を出力する出力層
を含むニューラルネットワークの前記出力層からの出力と、前記温度分布画像の画素値との組み合わせにもとづいて、前記第1の画素と前記第2の画素にともに対応する前記同じ点における前記路面の前記状態を判定する処理
を含む
ことを特徴とする路面状態判定方法。
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