JP7091803B2 - 路面状態検出システムおよび路面状態検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、路面状態検出システムおよび路面状態検出方法に関する。

凍結や積雪など路面状態に起因した危険を回避するために、路面状態を把握するための技術がある。

たとえば、特許文献１は、レーザーレーダー（ライダー）を用いた物体監視において、監視領域の環境が変動しても確実に路面上に存在する物体を検出する。この技術は、路面上を俯瞰する位置にレーザーレーダー（ライダー）を設置して、一定期間毎にレーザーレーダーの計測結果により背景（ここでは路面）の距離情報となる背景距離マップを生成し更新している。そして、この一定期間毎に更新される背景距離マップとレーザーレーダーの現在の計測結果との差から路面上の物体を検出している。この技術は、これまで路面を基準面として常にこの基準面と現在の計測値とを比較することで物体を検出していたものが、一定期間毎に背景距離マップを更新するため、監視領域の環境が変動しても確実に路面上に存在する物体を検出できるようになっている。その例として特許文献１では工事等によって背景が変化した場合に、工事箇所が移動物体であると誤検出されることはない、との効果を記載している。

このような気象変動による路面状態の検出に関して、たとえば特許文献２は、ライダーを用いている技術ではないが、気温センサーと、路面温度を測定する路面温度センサーを備える。そして、気温が単調に変化しているときに路面温度が停留点を持つかを判断して路面凍結発生と判定する。この技術では、零度以下で水分が固体化するとき、路面温度が零度付近で一時停留する現象を捉えることで、路面の凍結を検出している。

さらに、ライダーと、環境センサーを合わせ持つ技術として、特許文献３では、自動車にライダーと環境センサーを設け、自車に設けられているライダーから発したレーザー光によって前車までの距離を計測する一方、路面状態を環境センサーによって検出する。この技術によれば、環境センサーの例として、雨滴センサー、路面センサー（Ｇセンサー）、温度センサー、スリップセンサーなどが挙げられており、これらセンサーの情報から凍結などの路面状態を検出している。

特開２００５－３００２５９号公報 特開平７－１４０２６１号公報 特開平６－２７２３８号公報

従来技術では以下のような問題がある。まず、特許文献１では、路面状態の変化に応じて路面上に移動する物体を検出できる、というもので、路面の凍結や積雪など気象変動に伴う路面状態そのものを検出しているものではない。

この点、特許文献２の技術は、路面上の水分が凍結する過程を捉えることで凍結部位を判定しているもので、直接、路面状態を検出しているものではない。このため、水の凍結過程を捉えることができない場合は凍結か否かを判定できないし、積雪なども検出できない。

さらに、特許文献３の技術は、特許文献１同様にライダーを用いた技術であるが、路面状態はライダーとは別の環境センサーによって検出している。しかも自動車に載せての検出であることから、自動車が通過した路面以外は検出できない。このため走行前（自動車の進行方向前方）の路面状態を検出することはできない。また、自動車に設置するものであるため、測定領域が面として広がっている場所の計測が困難であり、特許文献１のようにライダーを固定設置した状態で、その監視領域である路面状態を検出する用途には適さない。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、ライダーにより走査する路面状態を判定する領域内全体の路面状態を検出することができる路面状態検出システムおよび路面状態検出方法を提供することである。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

（１）路面状態を判定する領域へレーザー光を走査するように出射し、当該領域からの反射光を受光して、当該反射光の受光信号から得られる距離値および当該受光信号の信号強度を出力するライダーと、
前記ライダーの走査する前記領域を撮影して、当該領域の温度分布からなる赤外線画像を出力するサーマルカメラと、
前記ライダーから取得した距離値の分布からなる距離画像の中の前記距離値に対応する画素のうち、路面に相当する画素毎に前記信号強度と、当該画素に対応する路面の部分の前記赤外線画像から取得した温度に基づいて、当該部分の路面状態を判定する制御部と、
を有し、
前記ライダーは前記領域を俯瞰する位置に設置され、
前記制御部は、背景情報となる前記距離画像である背景画像を登録する、路面状態検出システム。
（２）前記制御部は、前記赤外線画像または前記領域の気温を計る気温センサーから、路面状態を判定する部分以外の部分の温度を基準点の温度として所定時間の間検知するとともに、前記信号強度が第３閾値以上となっている部分の温度を前記赤外線画像から前記所定時間の間検知して、
前記所定時間における、前記第３閾値以上となっている部分の温度低下量が前記基準点の温度低下量より所定値以上大きい場合に、前記第３閾値以上となっている部分に凍結防止剤が散布されたと判定する、上記（１）に記載の路面状態検出システム。
（３）情報を記憶する記憶部を有し、
前記制御部は、前記背景画像、前記距離画像、赤外線画像、前記路面状態の判定結果、および判定した路面部分の前記距離値うち少なくともいずれか一つの情報を前記記憶部へ記憶する、上記（１）または（２）に記載の路面状態検出システム。
（４）前記背景画像は、前記ライダーが検出する物体のない状態で走査した前記距離画像、または前記領域が乾燥状態の前記距離画像の少なくとも一方である、上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の路面状態検出システム。
（５）路面状態を判定する領域へレーザー光を走査するように出射し、当該領域からの反射光を受光して、当該反射光の受光信号から得られる距離値および当該受光信号の信号強度を出力するライダーと、
前記ライダーの走査する前記領域を撮影して、当該領域の温度分布からなる赤外線画像を出力するサーマルカメラと、
前記ライダーから取得した距離値の分布からなる距離画像の中の前記距離値に対応する画素のうち、路面に相当する画素毎に前記信号強度と、当該画素に対応する路面の部分の前記赤外線画像から取得した温度に基づいて、当該部分の路面状態を判定する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記赤外線画像または前記領域の気温を計る気温センサーから、路面状態を判定する部分以外の部分の温度を基準点の温度として所定時間の間検知するとともに、前記信号強度が第３閾値以上となっている部分の温度を前記赤外線画像から前記所定時間の間検知して、
前記所定時間における、前記第３閾値以上となっている部分の温度低下量が前記基準点の温度低下量より所定値以上大きい場合に、前記第３閾値以上となっている部分に凍結防止剤が散布されたと判定する、路面状態検出システム。

（６）前記制御部は、前記信号強度が第１閾値未満となっている部分の温度が、判定温度以下である場合に、当該部分を凍結状態と判定する、上記（１）～（５）のいずれか１つに記載の路面状態検出システム。

（７）前記制御部は、前記信号強度が、第２閾値以上となっている部分の温度が判定温度以下である場合に、前記第２閾値以上となっている部分を積雪状態と判定する、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の路面状態検出システム。

（８）前記制御部は、前記ライダーから一つの画素に対する前記距離値を複数回取得し、当該複数回取得した複数の前記距離値同士の差分の値の最大値が所定値以内である場合にのみ、その画素に対応する路面の状態を判定する、上記（１）～（７）のいずれか１つに記載の路面状態検出システム。

（９）情報を記憶する記憶部を有し、
前記制御部は、前記距離画像、赤外線画像、前記路面状態の判定結果、および判定した路面部分の前記距離値うち少なくともいずれか一つの情報を前記記憶部へ記憶する、上記（５）に記載の路面状態検出システム。

（１０）路面状態を判定する領域へレーザー光を走査するように出射し、当該領域からの反射光を受光して、当該反射光の受光信号から得られる距離値および当該受光信号の信号強度を出力するライダーと、前記ライダーの走査する前記領域を撮影して、当該領域の温度分布からなる赤外線画像を出力するサーマルカメラと、を有するシステムを用いた路面状態検出方法であって、
前記ライダーから取得した距離値の分布からなる距離画像の中の前記距離値に対応する画素のうち、路面に相当する画素毎に前記信号強度と、当該画素に対応する路面部分の前記赤外線画像から取得した温度に基づいて、当該部分の路面状態を判定し、
前記ライダーは前記領域を俯瞰する位置に設置されており、
背景情報となる前記距離画像である背景画像を登録する、路面状態検出方法。
（１１）前記赤外線画像または前記領域の気温を計る気温センサーから、路面状態を判定する部分以外の部分の温度を基準点の温度として所定時間の間検知するとともに、前記信号強度が第３閾値以上となっている部分の温度を前記赤外線画像から前記所定時間の間検知して、
前記所定時間における、前記第３閾値以上となっている部分の温度低下量が前記基準点の温度低下量より所定値以上大きい場合に、前記第３閾値以上となっている部分に凍結防止剤が散布されたと判定する、上記（１０）に記載の路面状態検出方法。
（１２）前記システムは情報を記憶する記憶部を有し、
前記距離画像、前記背景画像、赤外線画像、前記路面状態の判定結果、および判定した路面部分の前記距離値うち少なくともいずれか一つの情報を前記記憶部へ記憶する、上記（１０）または（１１）に記載の路面状態検出方法。
（１３）前記背景画像は、前記ライダーが検出する物体のない状態で走査した前記距離画像、または前記領域が乾燥状態の前記距離画像の少なくとも一方である、請求項１０～１２のいずれか１つに記載の路面状態検出方法。
（１４）路面状態を判定する領域へレーザー光を走査するように出射し、当該領域からの反射光を受光して、当該反射光の受光信号から得られる距離値および当該受光信号の信号強度を出力するライダーと、前記ライダーの走査する前記領域を撮影して、当該領域の温度分布からなる赤外線画像を出力するサーマルカメラと、を有するシステムを用いた路面状態検出方法であって、
前記ライダーから取得した距離値の分布からなる距離画像の中の前記距離値に対応する画素のうち、路面に相当する画素毎に前記信号強度と、当該画素に対応する路面部分の前記赤外線画像から取得した温度に基づいて、当該部分の路面状態を判定し、
前記赤外線画像または前記領域の気温を計る気温センサーから、路面状態を判定する部分以外の部分の温度を基準点の温度として所定時間の間検知するとともに、前記信号強度が第３閾値以上となっている部分の温度を前記赤外線画像から前記所定時間の間検知して、
前記所定時間における、前記第３閾値以上となっている部分の温度低下量が前記基準点の温度低下量より所定値以上大きい場合に、前記第３閾値以上となっている部分に凍結防止剤が散布されたと判定する、路面状態検出方法。

（１５）前記信号強度が第１閾値未満となっている部分の温度が、判定温度以下である場合に、当該部分を凍結状態と判定する、上記（１０）～（１４）のいずれか１つに記載の路面状態検出方法。

（１６）前記信号強度が第２閾値以上となっている部分の温度が判定温度以下である場合に、前記第２閾値以上となっている部分を積雪状態と判定する、上記（１０）～（１５）のいずれか１つに記載の路面状態検出方法。

（１７）前記ライダーから一つの画素に対する前記距離値を複数回取得し、当該複数回取得した複数の前記距離値同士の差分の値の最大値が所定値以内である場合にのみ、その画素に対応する路面の状態を判定する、上記（１０）～（１６）のいずれか１つに記載の路面状態検出方法。

（１８）前記システムは情報を記憶する記憶部を有し、
前記距離画像、赤外線画像、前記路面状態の判定結果、および判定した路面部分の前記距離値うち少なくともいずれか一つの情報を前記記憶部へ記憶する、上記（１４）に記載の路面状態検出方法。

本発明によれば、路面状態を判定する領域内におけるライダーの反射光の信号強度が、路面状態に対応した判定閾値の範囲内となっている部分の温度をサーマルカメラによる温度分布から求めて、その温度が判定温度である場合に、判定閾値に対応した路面状態である判定する。これによりライダーの走査領域全体の路面状態を検出することができる。

本実施形態の路面状態検出システムを示すブロック図である。 ライダーの構成を示すブロック図である。 制御部の構成を示すブロック図である ライダーの距離画像の例を説明するための画像例図である。 サーマルカメラの赤外線画像の例を説明するための画像例図である。 路面状態を検出する処理手順を示すメインルーチンフローチャートである。 図６に続く、路面状態を検出する処理手順を示すメインルーチンフローチャートである。 凍結防止剤散布判定のサブルーチンフローチャートである。 信号強度が第１閾値未満の部分が存在する距離画像の例を説明するための画像例図である。 乾燥路面の場合の信号強度について説明する説明図であり、（ａ）はレーザー光の反射を説明する図、（ｂ）はコンパレーターに入る前の信号を示すグラフ、（ｃ）はライダーから出力されるデジタル信号を示すグラフである。 凍結路面の場合の信号強度について説明する説明図であり、（ａ）はレーザー光の反射を説明する図、（ｂ）はコンパレーターに入る前の信号を示すグラフ、（ｃ）はライダーから出力されるデジタル信号を示すグラフである。 積雪路面の場合の信号強度について説明する説明図であり、（ａ）はレーザー光の反射を説明する図、（ｂ）はコンパレーターに入る前の信号を示すグラフ、（ｃ）はライダーから出力されるデジタル信号を示すグラフである。 変形例の処理手順として実行される、図６中のＳ１４のサブルーチンフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、以下の説明において、路面とは、道路上に限定するものではない。たとえば、道路以外の駐車場、荷捌き場、さらには遊歩道、広場、公園などの車や人の通行する場所、そのほかの特定の用途に限定されない地面などを含む。

図１は、本実施形態の路面状態検出システムを示すブロック図である。

路面状態検出システム１は、ライダー１０と、サーマルカメラ２０と、制御部３０と、出力部４０とを有する。以下各部について説明する。

ライダー１０（ＬｉＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）は、レーザーレーダーとも称されている。ライダー１０の基本動作は、監視対象となる領域の空間に向けてレーザー光を出射して、その反射光が返ってくるまでの時間から領域内に存在する物体までの距離を計測する。得られた距離は、ライダー１０の設置位置から物体までの距離（以下、距離値という）であり、その集合となる点群データによって物体の大きさや形状などがわかる。ライダー１０はレーザー光を走査しつつ出射し、その反射光から得られる１フレーム分の距離値の分布からなる画像を得ることができる。このような画像を距離画像と称し（ライダー画像とも称されている）、一つひとつの距離値が距離画像の中の画素ということになる。このような距離画像は３次元座標系を有しており、物体の位置が３次元座標系における座標値として得られる。

なお、本実施形態では、後述する信号処理部が１パルスのレーザー光に対する反射光の信号をリアルタイムで処理する。信号処理部は、１パルスのレーザー光の垂直および水平方向の出射角度と共に、そのときの反射光の受光信号から得られる距離値と信号強度を制御部３０へ出力する。そして、制御部３０が１フレーム分の３次元座標系の距離画像を作成する。

このような動作をするライダー１０においては、路面方向にレーザー光を出射すると、そこからの反射光は様々な形態を示す。たとえば、路面が凍結している場合は、路面へ向けられたレーザー光が凍結部分で全反射してしまいライダー１０の方へ返ってこない。また、雪が積もると、乾燥した路面からの反射よりも信号強度（後述）が高くなる。本実施形態では、後述するサーマルカメラ２０からの温度情報と共に、このようなライダー１０における反射光の違いを用いて路面状態を判定している。

ライダー１０の構成を説明する。図２は、ライダーの構成を示すブロック図である。

ライダー１０は、信号処理部１００と、駆動回路１０１と、発光素子１０２と、光学部品１０３と、窓材１０４と、受光素子１０５と、ＩＶ変換回路１０６と、増幅回路１０７と、ハイパスフィルター（ＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ））１０８と、コンパレーター１０９と、デジタル－アナログコンバーター（ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ））１１０と、を備える。

発光素子１０２（発信素子）はレーザーダイオード（ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ））を用いている。信号処理部１００の制御に従い駆動回路１０１が発光素子１０２に駆動電流を印加し、発光素子１０２がパルス発光して信号を発信する。発光素子１０２が発信した信号は、レンズ、走査ミラー等の光学部品１０３を経て、さらに窓材１０４を介して外部に出射される。

受光素子１０５（受信素子）はアバランシェ・フォト・ダイオード（ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ））を用いている。受光素子１０５は、発光素子１０２から外部へ照射されて、物体に反射したレーザー光が、窓材１０４を透過し、レンズ、走査ミラー等の光学部品１０３を経て入射する。

受光素子１０５は、入射した光の強度に応じて電気信号に変換して出力する。受光素子１０５が出力する信号は、ＩＶ（電流－電圧）変換回路で電圧信号に変換され、増幅回路１０７で増幅され、外乱となる低周波成分を除去するＨＰＦ１０８を通って、コンパレーター１０９に入力される。

コンパレーター１０９は、入力された信号をコンパレーター閾値により分離する。コンパレーター閾値はＤＡＣ１１０から供給される。このコンパレーター閾値は、受光した反射光を矩形波の受光信号とするためであり、ここではコンパレーター閾値以上の信号成分はカットして、矩形波に成形して出力する。

信号処理部１００は、一定のタイミングで駆動回路１０１に対しレーザー光の出射を指令し、レーザー光の出射時刻と反射光を受光したときの時刻、および光の速度から、物体までの距離値を算出する。このような距離算出をタイムオブフライト（ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ））方式という。

レーザー光の垂直および水平方向の出射角度は、あらかじめ決められている。たとえば、走査ミラーとして多面体のポリゴンミラーを使用する場合、各ミラーの設置角度からレーザー光の垂直方向の出射角度がわかり、ポリゴンミラーの回転角度からレーザー光の水平方向の出射角度がわかる。信号処理部１００は、このようなレーザー光を出射したときの各パルスの垂直および水平角度もパルス毎に制御部３０へ出力している。

また、信号処理部１００は、コンパレーター１０９からの信号をデジタルデータ（たとえば８ビットデータ）に変換する（二値化）。変換後の信号は、反射光の受光信号となるデジタルデータであり、制御部３０へ出力される。

このような信号処理部１００は、たとえばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積回路が用いられる。ＦＰＧＡは、周知のとおり、あらかじめ処理に必要なプログラムが組み込まれた一種のコンピューターであり、所定の処理を高速で実行する。

なお、本実施形態では、信号処理部１００から、デジタルデータとして受光信号を制御部３０へ出力しているが、これはデジタル処理のためであり、このような信号形態に限定されない。たとえば、ライダーからは、受光素子が受光した反射光のレベルに応じたアナログの信号を制御部３０へ出力させて、制御部において処理してもよい。

サーマルカメラ２０は、赤外線カメラなどとも称されており、撮影する領域から放射されている赤外線によって、その領域の温度分布に応じた２次元画像を出力する。サーマルカメラ２０の撮影範囲は、少なくとも路面状態を判定する領域を含み、かつ、ライダー１０の走査領域とも重なっている。このサーマルカメラ２０は、路面の凍結や積雪の状態を検出するためにライダー１０と共に使用されるため、検出温度範囲は、少なくとも水が氷結する温度である０℃を含む。また、凍結防止剤の散布状態を検出するためには、さらに－１０～０℃の範囲を含むことが好ましく、さらに寒冷地などの仕向け先の温度を考慮した場合－３０～０℃を含むことが好ましい。

図３は、制御部の構成を示すブロック図である。

制御部３０はコンピューターである。制御部３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３０３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）３０４などを有する。ＣＰＵ３０１は、ＨＤＤから処理内容に応じたプログラムを呼び出して、ライダー１０およびサーマルカメラ２０からの情報から、路面状態を判定し、その結果を出力部４０に出力する。

ＨＤＤ３０４はＲＡＭ３０３と共に記憶部となり、各処理に必要なプログラムやデータ、後述する路面の判定結果などを記憶する。なお、図１ではＨＤＤ３０４を用いているが、ＨＤＤ３０４に代えて、たとえばフラッシュメモリーなどの不揮発性の半導体メモリーを使用してもよい。

また、制御部３０は、タッチパネル、ボタン、マウスなどの入力装置３０５を備えている。また、制御部３０は、たとえばサーバー等の外部機器を接続するためのネットワークインターフェース３０６（ＮＩＦ：Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を備えている。路面状態検出システム１は、このネットワークインターフェース３０６を介して、出力部４０へ路面状態の検出結果を出力する。

出力部４０は、たとえばディスプレイであり、また、ネットワークインターフェース３０６を介して接続された外部のネットワークで接続された道路管理センターであり、さらに、接点／シリアル通信／ネットワーク経由などで接続された標識や、道路情報表示板、または警報灯、警告灯などである。出力部４０は、制御部３０からの路面状態の判定結果、警報や警告、さらにそのほかの情報の表示などを行う。

なお、制御部３０は、必要に応じて、たとえば背景差分法などを用いて物体検出を行う。背景差分法による物体検出を行う場合、背景情報は、たとえば、検出する物体のない状態でライダー１０が走査した距離画像などである。このような背景情報となる距離画像は背景画像と称し、ライダー設置位置から背景となる物体（路面なども含む）までの３次元座標系の座標値を含む。

背景差分法は、背景情報として記憶されている座標値の情報と、現時点でライダー１０から取得した座標値とを比較し、背景情報にはない座標値が現時点であった場合に、物体があると検出する。なお、本実施形態においてはこのような物体検出機能はなくてもよいが、後述するように、背景差分法は路面状態を判定する際に、その位置情報を得るために用いている。

路面状態検出の動作について説明する。

本実施形態では、ライダー１０およびサーマルカメラ２０を固定設置する。たとえば、道路（路面）を斜め上方から見下ろす（俯瞰する）位置に設置する。ライダー１０とサーマルカメラ２０の設置位置は異なっていてもよいが、ライダー１０の走査領域とサーマルカメラ２０の撮影領域が重なる領域において路面状態の検出を行う。

ライダー１０およびサーマルカメラ２０を設置後、この路面状態検出システム１は、初期設定として、ライダー１０による背景画像の登録（記憶）と、ライダー１０の距離画像とサーマルカメラ２０の赤外線画像との座標合わせを行う。

図４は、ライダー１０の距離画像の例を説明するための画像例図である。図示するように、ライダー１０の距離画像は、既に説明したように、ライダー設置位置から物体までの距離値の集合である。このため、路面ｒｏ上の位置が座標としてわかる。本実施形態では凍結部位などがあればそれらの位置（座標値）がわかる。この距離画像では、水平横方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸、水平奥行き方向をＺ軸とする３次元直交座標系とした。なお、直交座標系に限定されず、極座標系を用いてもよい。

初期設定では、ライダー１０によるこのような距離画像を、乾燥路面を走査することで取得し、これを背景画像としてＨＤＤ３０４に記憶する。この背景画像は、後述する凍結判定のときの位置の特定に使用する。また、背景画像を登録する際は、合わせて画像内での路面の位置（範囲）を示す座標値を指定して、一緒に登録しておく（詳細後述）。これにより路面上を限定して、路面状態を判定することができる。なお、背景画像の取得と、その登録はライダー１０を設置時に行うが、乾燥路面であっても、経時変化があったり、そのほかの物体が配置されるなどして変わることもあるので、定期的に取得し直すことが好ましい。

図５は、サーマルカメラ２０の赤外線画像の例を説明するための画像例図である。サーマルカメラ２０の赤外線画像は、そのままでは画像内における３次元的な位置はわからない。そこで、赤外線画像内で位置がわかるマップを作成して割り当る。マップの作成は、たとえば、サーマルカメラ２０の撮影範囲内に、サーマルカメラ設置位置からの距離がわかるように、赤外線を発する目印を置いて、サーマルカメラ２０で撮影する。目印は複数設置してもよいし、１つ（または複数）の目印を移動させつつ何度かに分けて撮影してもよい。赤外線を発する目印とは、たとえば、赤外線ＬＥＤである。また、人も赤外線を発する目印となる。そのほか赤外線を発するものであればどのようなものでもよい。撮影後の赤外線画像に写っている目印を赤外線画像に割り当てればマップとなる（目印のない部分はその間を適宜補完する）。このようなマップを割り当てた赤外線画像例が図５である。なお、図５においては、画像の中心を通る線をＸ軸（左右方向）の０ｍとしている。赤外線画像では２次元座標系のため、ここではＺ軸が奥行き方向を示している（ここでは、ライダー１０の３次元座標系における軸方向と同じとなるように、赤外線画像の２次元直交座標系を、水平方向をＸ軸、奥行き方向をＺ軸とした）。

このような初期設定後、路面状態の検出を行う。

図６および７は、路面状態を検出する処理手順を示すメインルーチンフローチャートであり、図８は、この処理手順の中の凍結防止剤散布判定（Ｓ４０）のサブルーチンフローチャートである。この処理手順は制御部３０が実行する。

まず、制御部３０は、サーマルカメラ２０からの赤外線画像を取得して、ＲＡＭ３０３などに記憶する（Ｓ１１）。なお、以下の説明において、記憶とは、様々なデータを記憶する処理であり、たとえば高速処理が必要なデータはＲＡＭ３０３に記憶し、不揮発記憶とする場合は、いったんＲＡＭ３０３に記憶してからＨＤＤ３０４に記憶する。このような記憶の処理は通常のコンピューターの処理である。

続いて、制御部３０は、ライダー１０からの信号を取得し、座標値を算出して、信号強度と共に記憶する（Ｓ１２）。ライダー１０からの信号には、１パルスのレーザー光に対する反射光から得られた距離値、レーザー光の出射角度（垂直および水平、以下同様）、および信号強度が含まれている。制御部３０は、距離値、レーザー光の出射角度から座標値を算出する。また、信号強度は座標値と共に記憶する。なお、信号強度が低すぎて距離値が得られていない場合は、座標値を算出できないので、その部分は距離値不明で信号強度のみ記憶しておく。

続いて、制御部３０は、ライダー１０からの信号を１フレーム分取得したか否かを判断する（Ｓ１３）。ここで、１フレーム分に達していれなければ（Ｓ１３：ＮＯ）、１フレーム分に達するまでＳ１２に戻り信号取得を続ける。一方、１フレーム分に達したなら、制御部３０は１フレーム分の距離画像を作成する（Ｓ１４）。制御部３０は、作成した１フレーム分の距離画像を記憶する。なお、距離画像は、ＨＤＤ３０４に、一定時間間隔、たとえば、数分～数時間、さらには数日分など記憶（蓄積）しておいて、後から見られるようにしてもよい。その場合はＳ１１で取得した赤外線画像も同様に記憶するとよい。

続いて、制御部３０は、距離画像の中に信号強度が第１閾値未満の部分（画素）があるか否かを判断する（Ｓ１５）。第１閾値の詳細は後述するが、凍結状態を判定するための判定閾値の１つである。第１閾値は、たとえば反射光が返ってこないときの値（すなわち信号強度０）としてもよいし、実験により凍結路面を複数回計測して得られた反射光の信号強度の値としてもよい。なお、本実施形態ではレーザー光の反射光が返ってこないほどの遠方は、距離画像の範囲外となっている。しかし仮に、距離画像内に反射光が返ってこない遠方を含む場合には、このＳ１４では、そのような遠方を除外した範囲で信号強度（後述）が第１閾値未満の部分があるか否かを判断すればよい。

このＳ１５においては、レーザー光１パルス分、すなわち距離画像内の１画素だけが第１閾値未満となっている場合にＳ１５：ＹＥＳとしてもよい。しかし、通常、凍結や積雪の路面は、１画素分のような狭い範囲ではない。そこで、距離画像内において隣接する複数画素が第１閾値未満となっている場合に、Ｓ１５：ＹＥＳとすることが好ましい。このＳ１５：ＹＥＳとするときの画素数は、特に限定されないが、たとえば、ライダーの検出誤差を考慮すると、最大１％の誤差があるとすれば、１フレーム当たり、数千パルス出射するので、１０～１００パルスに相当する画素数が隣接している場合に、Ｓ１５：ＹＥＳとすることが好ましい。

ここで信号強度が第１閾値未満の部分（画素）がない場合は（Ｓ１５：ＮＯ）、Ｓ２１へ進む（後述）。信号強度が第１閾値未満の部分（画素）がある場合は（Ｓ１５：ＹＥＳ）、続いて、制御部３０は、信号強度が第１閾値未満となっている部分（画素）の位置を背景差分法により特定し、その位置を記憶する（Ｓ１６）。

ここで、信号強度が第１閾値未満となっている部分（画素）の位置（座標値）の特定について説明する。

図９は、信号強度が第１閾値未満の部分（画素）が存在する距離画像の例を説明するための画像例図である。

図９の例では、１フレーム内に、反射光のない部分（無信号部分ｎｓ）が存在する。無信号部分ｎｓは、距離値が得られていない。したがって、このままでは無信号部分ｎｓの位置（三次元座標系の座標値）は特定できない。そこで、本実施形態では、既に説明した背景差分法を応用して無信号部分ｎｓの位置（三次元座標系の座標値）を特定する。ここでは乾燥した路面状態のときにライダー１０で走査し、得られた距離画像を背景画像として記憶しておく。そして、無信号部分ｎｓが存在する距離画像と背景画像とを比較する。そうすると現時点での距離画像内の無信号部分ｎｓに対応する背景画像では距離値（すなわち座標値）が存在する。したがって、背景画像内の無信号部分ｎｓに対応する座標値がすなわち、無信号部分ｎｓの座標値ということになる。そして、無信号部分ｎｓに対応する座標値がわかれば、背景画像を登録したときに一緒に登録した路面ｒｏの位置と対比することで、路面ｒｏに相当する画素であるかもわかる。

なお、距離画像の全面において信号強度が第１閾値未満となっている場合もある。つまり、ライダー１０の走査領域全面から反射光が得られない場合である。このような場合には、当然に、信号強度が第１閾値未満となっている部分の位置とは、走査領域全面ということになる。

フローチャートに戻り説明を続ける。

続いて、制御部３０は、信号強度が第１閾値未満の部分（画素）が路面ｒｏに相当する画素であれば（Ｓ１７：ＹＥＳ）以降の処理を行い、信号強度が第１閾値未満の部分（画素）が路面ｒｏに相当する画素でなければ（Ｓ１７：ＮＯ）、Ｓ１１へ戻り以降の処理を継続する。

続いて、制御部３０は、Ｓ１６で得られた位置（信号強度が第１閾値未満となっている部分の位置）を基に赤外線画像のマップを検索し、その部分の温度を調べる（Ｓ１８）。

続いて、制御部３０は、調べた温度が０℃以下か否かを判断する（Ｓ１９）。この処理は凍結状態か否かを判断するための処理であり、ここでは判定温度を０℃として判断した。しかし、この判定温度は０℃に限定されない。たとえば、サーマルカメラ２０の測定誤差（測定精度）を考慮して、測定誤差５℃の場合は、判定温度を－５℃としてもよい。逆に、部分的に凍結している可能性を考慮して５℃としてもよい。プラスの温度であっても、５℃程度は、サーマルカメラ２０の誤差を考慮すると、反射光がない部分は凍結している可能性がある。

ここで、調べた温度が０℃以下でなければ（Ｓ１９：ＮＯ）、Ｓ１１へ戻り、以降の処理を継続する。調べた温度が０℃以下であれば（Ｓ１９：ＹＥＳ）、制御部３０は、信号強度が第１閾値未満の部分が凍結状態である判定し、判定結果を、その位置と共に記憶する（Ｓ２０）。この判定結果は出力部４０のディスプレイなどに出力される。また、ネットワークインターフェースを介して、たとえば道路管理センターへ通知することや、近隣の標識や、道路上の電光表示パネルなどに表示したり、警報、警告などを出したりしてもよい（以下他の判定結果が出た場合も同様である）。その後は、Ｓ１１へ戻り、以降の処理を継続する。

次に図７を参照して、Ｓ２１以降の処理（Ｓ１５：ＮＯの場合）を説明する。

制御部３０は、距離画像の中に信号強度が第２閾値以上の部分がないか否かを判断する（Ｓ２１）。第２閾値の詳細は後述するが、積雪状態を判定するための判定閾値の１つである。第２閾値は、たとえば乾燥した路面などからの反射光の信号強度よりも高い値とする。つまり第１閾値よりも高い。このような値は、実験により乾燥した路面などを複数回計測して得られた反射光の信号強度より高い値を設定する。ここでもＳ１５同様に、複数画素（複数のパルスに対応）において信号強度が第２閾値以上の部分があればＳ２１：ＹＥＳとする。ここで信号強度が第２閾値以上の部分がない場合は、後述する凍結防止剤散布判定（Ｓ４０）へ進む。

Ｓ２１において信号強度が第２閾値以上の部分がある場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）は、続いて、制御部３０は、信号強度が第２閾値以上となっている部分（画素）の位置（座標値）を特定して記憶する（Ｓ２２）。信号強度が第２閾値以上ということは距離値が得られている。このため、その位置（画素）が路面ｒｏに相当する画素であるかもわかる。

続いて、制御部３０は、信号強度が第２閾値以上の部分（画素）が路面ｒｏに相当する画素であれば（Ｓ２３：ＹＥＳ）以降の処理を行い、信号強度が第２閾値以上の部分（画素）が路面ｒｏに相当する画素でなければ（Ｓ２３：ＮＯ）、Ｓ４０へ移行する。

続いて、制御部３０は、Ｓ２２の位置を基に、赤外線画像のマップを検索して、その位置の温度を調べる（Ｓ２４）。

続いて、制御部３０は、調べた温度が判定温度である０℃以下か否かを判断する（Ｓ２５）。ここで、調べた温度が０℃以下でなければ（Ｓ２５：ＮＯ）、Ｓ１１へ戻る。この判定温度は、Ｓ１９で用いた判定温度と同一である。一方、調べた温度が０℃以下であれば（Ｓ２５：ＹＥＳ）、制御部３０は、積雪状態であると判定し、その結果を位置と共に記憶する（Ｓ２６）。その後は、Ｓ１１へ戻り、以降の処理を継続する。

次に、図８を参照して、凍結防止剤散布判定の処理手順を説明する。凍結防止剤散布判定の処理は、凍結または積雪状態と判定された後に実施される。以下ではこれらの判定後の部分を既判定部分という。

凍結防止剤は、融氷剤、融雪剤などとも称されており、凍結防止剤が凍結面や積雪面などに散布されることで、氷や雪が溶ける。このとき、溶けた部分の温度が急速に下がる。このサブルーチンでは、急速に温度が下がる現象を捉えることで、凍結防止剤が散布されたか否かを判定する。

まず、続いて、制御部３０は、この段階（Ｓ４１）に入った時点で距離画像の中にある既判定部分（画素）において、信号強度が第３閾値（後述）以上になっているか否かを判断する（Ｓ４１）。第３閾値は判定閾値の一つであり、凍結防止剤の散布状態を判定するための閾値である。ここで既判定部分の画素において信号強度が第３閾値以上でなければ（Ｓ４１：ＮＯ）、メインルーチンへ戻る。

一方、既判定部分の位置において信号強度が第３閾値以上であれば（Ｓ４１：ＹＥＳ）、制御部３０は、所定時間経過毎に既判定部分の温度低下量と、基準点の温度低下量を求める（Ｓ４２）。基準点の温度は、路面温度と対比するために使用する。既に説明したとおり、凍結防止剤の散布状態は急速な温度低下を検出することで判断している。しかし、既判定部分の温度をモニターしているだけでは、凍結防止剤が散布されたことで温度低下したのか、そのほかの要因、たとえば気温の変化で温度低下したのか判別できない。そこで、本実施形態では、凍結防止剤が散布されない部分の温度と既判定部分の温度を対比することとした。この対照となる、凍結防止剤が散布されない部分の温度を基準点の温度とする。

基準点は、凍結防止剤が散布されない部分の温度を測定できる位置に設定する。たとえば、通常、路面（道路）以外の部分には凍結防止剤は散布されないので、赤外線画像内における路面（道路）以外の部分を指定するとよい。また、赤外線画像の撮影範囲すべてに凍結防止剤が散布される可能性がある場合、たとえば、駐車場や、公園、広場などが監視対象の場合である。このような場合は、赤外線画像の撮影範囲内に気温センサーを設けて気温センサーの温度を基準点の温度としてもよい。

また、氷や雪は、凍結防止剤が散布されても一瞬で溶けるわけではなく、多少の時間を要する。このため、凍結防止剤によって氷や雪が溶ける時間を待つために所定時間経過毎の温度低下量を求めることとしている。この時間は、凍結防止剤の種類（塩化ナトリウム、塩化カルシウム、および塩化マグネシウム、炭酸カルシウムなど）、形態（固形物か液体かなど）、外気温、撒いた量などによって若干異なることもあるが、散布した凍結防止剤によって氷や雪が溶け始める時間は５～１５分程度である。そこで、所定時間は５～１５分程度、確実に判断するためには１５～３０分程度を設定すればよい。

所定時間経過毎に温度低下量を求めるには、このＳ４２に入る毎に、Ｓ４１で取得した赤外線画像から（または温度センサー）、既判定部分の温度および基準点の温度を求める。そして、このＳ４２に入る毎に求めた温度を所定時間分記憶しておいて、所定時間の経時開始時点と経時終了時点の温度をそれぞれ比較する。これにより所定時間経過による温度差が求められる。本処理手順は、既に説明しているとおり、必ずＳ１１へ戻って、以降の処理を繰り返す処理である。このため、Ｓ４２の処理は、所定時間の時間幅で温度低下量を求める処理を時間でシフトさせていることになる。なお、最初にこのＳ４２に入ったときは、所定時間が経過していないため、そのままメインルーチンへ戻る。

続いて、制御部３０は、所定時間内における、既判定部分の温度低下量が基準点の温度低下量より所定値以上大きいか否かを判断する（Ｓ４３）。ここでの所定値は両者の温度低下量の差から凍結防止剤が散布されたか否かを判定するための温度低下量の判定値である。この所定値は、たとえば、１℃でもよい、これは、既に説明したように、凍結防止剤が散布された部分では、基準点の温度低下量に比べると急速に温度が低くなる。このため小さな値でも判別可能である。しかし、サーマルカメラの温度の測定誤差を考慮して、誤差５℃であれば、所定値はたとえば５℃を超える温度とすることが好ましい。

そして、既判定部分の温度低下量が基準点の温度低下量より所定値以上大きくなければ（Ｓ４３：ＮＯ）、そのままメインルーチンへリターンする（実質的に処理はＳ１１へ戻ることになる）。

一方、既判定部分の温度低下量が基準点の温度低下量より所定値以上大きければ（Ｓ４３：ＹＥＳ）。凍結防止剤が散布されたと判定し、その位置と共に判定結果を記憶する（Ｓ４４）。このとき、既判定結果（凍結および積雪の判定）は解除する。その後はメインルーチンへリターンする（実質的に処理はＳ１１へ戻ることになる）。

なお、本処理手順は繰り返し処理である。このため、Ｓ４４で凍結防止剤が散布されたと判定された後、Ｓ２１へ入ることがある。このとき、信号強度が第２閾値より高ければＳ２１：ＹＥＳとなり、Ｓ２５：ＹＥＳとなれば、再び積雪状態と判定される。その後さらにＳ４０のサブルーチンに入って、凍結防止剤が散布され、その効果が持続していれば、基準点の温度低下量よりも既判定部分の温度低下量が多いので、積雪状態の判定は解除されて凍結防止剤散布判定が行われることになる。一方、凍結防止剤の効果がなくなって、積雪が続いているようだと、基準点の温度低下量よりも既判定部分の温度低下量が多いという条件に合わなくなるので、再び行われた積雪状態の判定がそのまま生きることになる。一方、凍結防止剤の散布後、積雪がなければ積雪の嵩が減っているので、そもそも信号強度が第２閾値を超えることはない。なお、凍結防止剤の散布後、再氷結してしまったような場合は、Ｓ１５～１９の処理によって凍結の判定が行われる。

次に、路面状態と信号強度について説明する。図１０は乾燥路面の場合の信号強度について説明する説明図であり、（ａ）はレーザー光の反射を説明する図、（ｂ）はコンパレーター１０９に入る前の信号を示すグラフ、（ｃ）はライダー１０から出力されるデジタル信号を示すグラフである。

この例では、図１０（ａ）に示すように、ライダー１０を、路面６００を斜め上方から見下ろす位置に設置している。なお、図示していないが、このようにライダー１０を設置する場合、サーマルカメラ２０も同位置に設置してライダー１０の走査領域と同じ領域を撮影できるようにする。他の路面例（後述図１１および図１２）においても同様である。

このように乾燥路面では、照射されたレーザー光５０１は、路面で乱反射し（乱反射光５０３）、その一部がライダー１０の方向へ反射する（反射光５０２）。

反射光の受光量と時間（レーザー往復時間）を示したのが図１０（ｂ）である。図示するように、反射光を受光した信号は、１つのパルスとなっていて、乾燥路面では後述する他の路面状態よりもピークの立った波形となる。

この反射光の信号をコンパレーター１０９により、コンパレーター１０９の閾値で切り取ってデジタル化する。コンパレーター１０９の閾値は、おおむね乾燥路面における受光量（図１０（ｂ））の半分の位置に取っている。もちろん、このコンパレーター１０９の閾値は任意であるが、矩形波を得やすい値とすることが好ましい。このようなコンパレーター１０９を通すことで、反射光のパルス幅が明確になる。

このデジタル化した後の信号を示したグラフが図１０（ｃ）である。本実施形態において、度々説明に出てきた路面状態の判別に使用している信号強度は、このデジタル化後の信号波形におけるパルス幅である。パルス幅は後述するように、路面状態によって変化する。

図１１は凍結路面の場合の信号強度について説明する説明図であり、（ａ）はレーザー光の反射を説明する図、（ｂ）はコンパレーター１０９に入る前の信号を示すグラフ、（ｃ）はライダー１０から出力されるデジタル信号を示すグラフである。

凍結路面では、凍結部分６０１にレーザー光５０１が当たると、乱反射光は少なく、ほとんどが正反射してしまう（正反射光５０４）。このため、ライダー１０方向に戻ってくる反射光も極めて少ない。

したがって、図１１（ｂ）に示すように、受光した信号はほとんどない。このため、図１１（ｃ）に示すように、デジタル化後の信号における信号強度も０である。このように信号強度が低い場合を凍結と判定する。この凍結状態を判断するための基準となる判定閾値が第１閾値である。したがって、第１閾値は、図１０（ｃ）に示した乾燥路面の信号強度より低く（パルス幅を狭く）設定する。凍結の場合、反射光はほとんど得られないことが多いので、第１閾値は０に近い値としてもよい。しかし、凍結といっても、凍結面の表面状態は様々である。そこで、実験によって、凍結状態を判断できる第１閾値を設定とすることが好ましい。

図１２は積雪路面の場合の信号強度について説明する説明図であり、（ａ）はレーザー光の反射を説明する図、（ｂ）はコンパレーター１０９に入る前の信号を示すグラフ、（ｃ）はライダー１０から出力されるデジタル信号を示すグラフである。

積雪路面では、積雪部分６０２にレーザー光５０１が当たると、乱反射光が強くなり、また積雪の表面だけでなく、降り積もった雪の中にまで一部のレーザー光５０１が入り、積雪の内部（深さ方向）からも反射する（乱反射光５０６）。そしてそれらの一部がライダー１０方向に戻ってくる反射光５０５となる。

このため、積雪路面では、図１２（ｂ）に示すように、受光した信号は、様々な位置から戻ってくるため、往復時間が長くなる。このため、図１２（ｃ）に示すように、信号強度（デジタル化後の信号のパルス幅）は乾燥路面と比較して高くなる（パルス幅が広い）。

この信号強度によって積雪状態を判断する基準となる判定閾値が第２閾値である。したがって、第２閾値は、図１０（ｃ）に示した乾燥路面の信号強度より高く（パルス幅を広く）設定する。そこで、第１閾値同様に、実験によって、乾燥路面の信号強度より高い（パルス幅が広い）値を第２閾値とすることが好ましい。

次に、凍結防止剤が散布された後の状態は、上述した積雪状態の場合と同様の傾向であるので図示省略するが、信号強度は積雪状態と同様か低くなる場合が多い。これは、積雪の上に凍結防止剤が散布されたら積雪の嵩が減るので、積雪の内部からの乱反射成分が少なくなるためである。また、凍結路面に凍結防止剤が散布された場合は、氷が溶けてザクザクの状態からさらに表面に水分出てくる状態となる。このような状態も積雪の内部から乱反射成分がある場合と比較すれば信号強度は低い。

このようなことから、凍結防止剤の散布状態を判定する第３閾値は、第２閾値と同じ値としてもよいし、異なる値としてもよい。たとえば、実験などにより凍結防止剤が散布された後の路面状態からの信号強度を用いて、第２閾値とは別の第３閾値を決定することが好ましい。

このように路面状態に応じてレーザー光の反射状態が変化する。特に、ライダー１０の信号を１つのパルスとして、レーザー光を出射して反射光が戻ってくるまでの時間軸方向のパルス幅が路面状態により変化するので、これを捉えることで、凍結、積雪をそれぞれ判定できる。もちろんこれらの判定は、既に説明したとおり、温度条件も加えて判定する。

なお、本実施形態では凍結と積雪を判定することとしたが、これら以外の判定を行うこともできる。たとえば、路面上の氷や雪が解けると、ザクザク路面になったり、車や人が通ることで圧雪状態になったりする。これらの状態の路面では、レーザー光は上述した凍結や積雪とは、また違った反射をする。そこで、凍結や積雪以外の路面状態において、実験などにより、レーザー光の反射によるパルス幅を測定し、これらを判定する閾値を設けることで、凍結や積雪以外の路面状態を判定することができる。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。

本実施形態では、ライダーによるレーザー光の反射光の信号強度（パルス幅）と、サーマルカメラ２０が撮影した赤外線画像から得られる温度から路面状態として、乾燥、凍結、および積雪のいずれであるかを判定することとした。このため、ライダー１０の走査範囲全体の路面状態を一度に検出することができる。また、これにより、氷点下となっている路面に雨や雪が降って凍結するような、水の凍結過程を捉えることが難しい状況でも路面の凍結を検出できる。また、水の凍結過程を含まない雪が降り積もった積雪状態も確実に検出できる。

また、本実施形態では、凍結または積雪と判定された部分の温度と、比較対象とする基準点の温度とを監視して、時間の経過によって既判定部分の温度低下量が基準点の温度低下量より大きい場合に、凍結防止剤が散布されたものとした。これにより凍結や積雪の状態から、凍結防止剤が散布された状態になったことがわかる。

（変形例）
上述した処理手順においては、１フレーム分の距離画像を作成した後、すぐに路面状態を判定する段階を行っている。しかし、１フレーム分の距離画像だけだと、測定誤差（誤検出）が起こる可能性がある。本変形例は、誤検出を回避する手順を備えたものである。

本変形例は、上述した処理手順のうち、Ｓ１４の段階に、誤検出を回避するための処理を追加する。このため本変形例はメインルーチン（図６）におけるＳ１４のサブルーチンとなる。図１３は、変形例の処理手順として実行される、図６中のＳ１４のサブルーチンフローチャートである。

メインルーチンにおいて、Ｓ１４に入ると、本変形例では、制御部３０は、この時点まででライダー１０から取得したデータから１フレーム分の距離画像を作成し、これを記憶する（Ｓ５１）。

続いて、制御部３０は、記憶したフレーム数をカウントする（Ｓ５２）。

続いて、制御部３０は、記憶した、前フレームの距離画像と現在フレームの距離画像と比較して、差のある部分（差分）を検索し、差分があればその差分における距離値の差を求める（Ｓ５３）。この差分の検索は、既に説明した背景差分法と同様であり、比較対象が前フレームの距離画像と現在フレームの距離画像ということである。このＳ５３では、両フレーム間で差分があれば、その部分の距離値の差（距離値差という）を求める。なお、手順として図示していないが、初めてこの段階に入った場合（たとえばライダー起動直後など）は、前フレームの距離画像は記憶されていないので、そのままＳ１１へ戻る。

続いて、制御部３０は、Ｓ５３の検索の結果、前フレームの距離画像と現在フレームの距離画像に差分があり、その差分における距離値差が所定値以内か否かを判断する（Ｓ５４）。

このＳ５４は、後述するＳ５５の処理と共に、誤検出の防止や路面変化を見極めるための処理である。たとえばライダー１０の走査を１秒当たり１０フレーム行うとすれば、路面状態は、連続する２フレーム分の時間で大きく変化するものではない。したがって、連続する２フレーム分の時間で距離値差が大きな部分があれば、どちらかのフレームに異常値のある可能性が高い。なお、異常値とは機器の故障に限らずレーザー光を遮る物体が路面状態を検出している領域に入った場合などにも発生する。

つまり、Ｓ５４では、このような異常値を持つフレームを所定値により判別する。この所定値は、ライダー１０の測定精度にもよるが、たとえば、測定精度１ｍｍであれば、１～１０ｍｍ程度とする。もちろんこの所定値はこのような値に限定されない。しかし、あまり小さな値、すなわち前フレームと現在フレームの違いが全くない、とされる値にしてしまうと、徐々に変化している路面状態を捉えることができなくなってしまう。このため異常値検出の観点から、所定値は、上記のとおり測定精度を考慮して、１～１０ｍｍ程度とすることが好ましい。そして、この所定値を超えるほど差分の値が大きければ異常あり、すなわち、Ｓ５４：ＮＯとなる。ここでＳ５４：ＮＯであれば、制御部３０は、フレーム数のカウントをリセット（０にする）して、Ｓ１１へ戻る。

一方、差分における距離値差が所定値内であれば（Ｓ５４：ＹＥＳ）、続いて、制御部３０は、カウントしているフレーム数が所定フレーム数に達したか否かを判断する（Ｓ５５）。

ここで所定フレーム数は、たとえば、誤検出を防止（または少なく）するためのフレーム数である。誤検出の原因として、たとえば、ライダー１０の受光部に反射光以外の光成分が入ったり、物体からの反射光が戻らなかったりすることで起こる（これらを反射光の外乱成分という）。このような反射光の外乱成分は、通常、１フレームや２フレームなど極少ないフレーム数（短時間）で発生する。そこで、誤検出防止のためには、所定フレーム数は、１フレームや２フレーム、多くても１０フレーム程度あれば十分である。

また、凍結のし始め（完全に凍結していない状態）や、雪の降り始めなどは検出する必要がないこともある。このような路面状態の変化のし始めを排除する場合は、所定フレーム数として、たとえば、時間にして１０分程度のフレーム数となるようにしてもよい。したがって、１０分待つための所定フレーム数は１０フレーム（＝１秒間）×６００秒＝６０００フレームとなる。もちろん、ここで示した所定フレーム数はあくまでも一例であり、さらに多くてもよいし、逆に少なくてもよい。また、凍結のし始め（完全に凍結していない状態）や雪の降り始めなどを検出しようとする場合は、所定フレーム数を上記の誤検出防止のためのフレーム数としてもよいし、または本変形例の処理を行わないようにしてもよい。

Ｓ５５において、カウントしているフレーム数が所定フレーム数に達していなければ（Ｓ５５：ＮＯ）、Ｓ１１へ戻り次のフレームを取得するために処理を継続する。

一方、カウントしているフレーム数が所定フレーム数に達したなら（Ｓ５５：ＹＥＳ）、制御部３０は、最後に記憶した距離画像を判定用距離画像に指定する（Ｓ５６）。その後はメインルーチンへリターンする。

このように本変形例の処理手順では、繰り返し処理によって取得される１フレーム毎に現在のフレームと前のフレームと比較することで、それぞれの距離画像の中の距離値に差分があれば、その差分の値が所定値以内か否かを判定し、この判定を所定フレーム数分繰り返している。これはすなわち、連続する複数のフレームから得られる距離画像を深くし、同一画素における距離値の差分の値の最大値が所定値以内か否かを判定することと同じである。

したがって、上述のように１フレームずつ比較するのではなく、所定フレーム数分の距離画像をいったん記憶し、それら複数の距離画像の中の距離値の差分を一度に検索して、差分の最大値が所定値以内か否かを判定してもよい。

このように、変形例では、複数のフレームにわたる距離画像の中に、異常値がないことを確認したうえで、その後の路面状態判定のための処理へ進むこととしたので、路面状態の判定精度が向上する。

以上本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明は、これら実施形態に限定されるものではない。

上述した実施形態（変形例を含む）では、ライダー１０から取得した信号から距離画像を作成して処理を行っている。距離画像は、既に説明したとおり、ライダー１０が反射光を受光した信号から得られる距離値の集合である。したがって、この距離画像内に凍結状態や積雪状態となった部分があれば、それらの状態の部分が、どこに有るかわかりやすくなる。

しかし、距離画像を用いることなく、制御部３０がライダー１０から反射光の受光信号を取得し、その反射光が返ってきている位置を求めて、赤外線画像と対比することで、その位置の温度を検索して、路面状態を判定してもよい。反射光が返ってきている位置は、路面からの反射であるので、あらかじめレーザー光の出射方向と角度から求めることができる。

変形例についても同様であり、複数フレームの距離画像を用いることで、従来からある背景差分法を応用することで容易に処理することができる。しかし、この変形例についても、距離画像を求めることなく、直接、ライダー１０から、反射光の受光信号を複数回取得して、この複数回取得した受光信号の差が所定値以内である場合に以降の路面判定の処理を行うようにしてもよい。ここで受光信号の差は、たとえば、レーザー光の１つのパルスにおける出射から反射光受光までの時間（すなわち距離値）でもよいし、信号強度でもよい。

また、実施形態の処理手順では、凍結判定（Ｓ１５～Ｓ２０）、積雪判定（Ｓ２１～Ｓ２６）、および凍結防止剤散布判定（Ｓ４０）をこの順で行うこととして説明したが、これらの各判定の順番は、どの順であってもよい。たとえば、Ｓ１４の後に積雪判定（Ｓ２１～Ｓ２６）を行うようにし、Ｓ２１：ＮＯの場合には、凍結判定（Ｓ１５～Ｓ２０）へ移行し、Ｓ１５：ＮＯでＳ４０に移行するなどの順番としてもよい。

また、凍結判定（Ｓ１５～Ｓ２０）、積雪判定（Ｓ２１～Ｓ２６）、および凍結防止剤散布判定（Ｓ４０）のいずれか一つの判定処理だけを行ってもよいし、２つの判定処理を組み合わせて行ったりしてもよい。

また、実施形態の処理手順では、凍結防止剤散布判定（Ｓ４０）内において、凍結または積雪の判定結果が出ている部分について、凍結防止剤が散布されたかどうかの判定を行っている（このためサブルーリンとして説明した）が、凍結防止剤散布判定（Ｓ４０）は、単独で行うこともできる。この場合、ライダー１０からの信号によって得られる距離画像の中に、信号強度が第３閾値以上のとなっている画素があれば、その画素に対応する路面部分の温度低下量を基準点の温度低下量と比較する。比較の結果、信号強度が第３閾値以上のとなっている画素の路面部分の温度低下量が、基準点の温度低下量より大きければ、凍結防止剤が散布されたものとする。このようにすることで、事前に凍結や積雪の状態を判定していなくても、凍結防止剤が散布されたことがわかる。

また、実施形態では、距離画像の中における路面の範囲内の状態を判定することとしているが、たとえば、これはライダー１０の走査範囲に路面以外の部分が含まれる場合、路面以外の部分を判定処理から除外することで処理を高速化するためである。しかし、ライダー１０の走査範囲全体が路面である場合、たとえば既に説明した路面として、広場や駐車場などにおける地面の状態を判定する場合は、距離画像の中における路面を示す座標値をあらかじめ背景画像と共に登録しておく必要はない。

さらに、本発明は特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。

１ 路面状態検出システム、
１０ ライダー、
２０ サーマルカメラ、
３０ 制御部、
４０ 出力部、
１００ 信号処理部、
１０１ 駆動回路、
１０２ 発光素子、
１０３ 光学部品、
１０４ 窓材、
１０５ 受光素子、
１０６ ＩＶ変換回路、
１０７ 増幅回路、
１０８ ＨＰＦ、
１０９ コンパレーター、
１１０ ＤＡＣ、
３０３ ＲＡＭ、
３０４ ＨＤＤ、
５０１ レーザー光、
５０２、５０５ 反射光、
５０３、５０６ 乱反射光、
５０４ 正反射光、
６００ 路面、
６０１ 凍結部分、
６０２ 積雪部分。

Claims (18)

1. 路面状態を判定する領域へレーザー光を走査するように出射し、当該領域からの反射光を受光して、当該反射光の受光信号から得られる距離値および当該受光信号の信号強度を出力するライダーと、
   前記ライダーの走査する前記領域を撮影して、当該領域の温度分布からなる赤外線画像を出力するサーマルカメラと、
   前記ライダーから取得した距離値の分布からなる距離画像の中の前記距離値に対応する画素のうち、路面に相当する画素毎に前記信号強度と、当該画素に対応する路面の部分の前記赤外線画像から取得した温度に基づいて、当該部分の路面状態を判定する制御部と、
   を有し、
   前記ライダーは前記領域を俯瞰する位置に設置され、
   前記制御部は、背景情報となる前記距離画像である背景画像を登録する、路面状態検出システム。
2. 前記制御部は、前記赤外線画像または前記領域の気温を計る気温センサーから、路面状態を判定する部分以外の部分の温度を基準点の温度として所定時間の間検知するとともに、前記信号強度が第３閾値以上となっている部分の温度を前記赤外線画像から前記所定時間の間検知して、
   前記所定時間における、前記第３閾値以上となっている部分の温度低下量が前記基準点の温度低下量より所定値以上大きい場合に、前記第３閾値以上となっている部分に凍結防止剤が散布されたと判定する、請求項１に記載の路面状態検出システム。
3. 情報を記憶する記憶部を有し、
   前記制御部は、前記背景画像、前記距離画像、赤外線画像、前記路面状態の判定結果、および判定した路面部分の前記距離値うち少なくともいずれか一つの情報を前記記憶部へ記憶する、請求項１または２に記載の路面状態検出システム。
4. 前記背景画像は、前記ライダーが検出する物体のない状態で走査した前記距離画像、または前記領域が乾燥状態の前記距離画像の少なくとも一方である、請求項１～３のいずれか１つに記載の路面状態検出システム。
5. 路面状態を判定する領域へレーザー光を走査するように出射し、当該領域からの反射光を受光して、当該反射光の受光信号から得られる距離値および当該受光信号の信号強度を出力するライダーと、
   前記ライダーの走査する前記領域を撮影して、当該領域の温度分布からなる赤外線画像を出力するサーマルカメラと、
   前記ライダーから取得した距離値の分布からなる距離画像の中の前記距離値に対応する画素のうち、路面に相当する画素毎に前記信号強度と、当該画素に対応する路面の部分の前記赤外線画像から取得した温度に基づいて、当該部分の路面状態を判定する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記赤外線画像または前記領域の気温を計る気温センサーから、路面状態を判定する部分以外の部分の温度を基準点の温度として所定時間の間検知するとともに、前記信号強度が第３閾値以上となっている部分の温度を前記赤外線画像から前記所定時間の間検知して、
   前記所定時間における、前記第３閾値以上となっている部分の温度低下量が前記基準点の温度低下量より所定値以上大きい場合に、前記第３閾値以上となっている部分に凍結防止剤が散布されたと判定する、路面状態検出システム。
6. 前記制御部は、前記信号強度が第１閾値未満となっている部分の温度が、判定温度以下である場合に、当該部分を凍結状態と判定する、請求項１～５のいずれか１つに記載の路面状態検出システム。
7. 前記制御部は、前記信号強度が、第２閾値以上となっている部分の温度が判定温度以下である場合に、前記第２閾値以上となっている部分を積雪状態と判定する、請求項１～６のいずれか１つに記載の路面状態検出システム。
8. 前記制御部は、前記ライダーから一つの画素に対する前記距離値を複数回取得し、当該複数回取得した複数の前記距離値同士の差分の値の最大値が所定値以内である場合にのみ、その画素に対応する路面の状態を判定する、請求項１～７のいずれか１つに記載の路面状態検出システム。
9. 情報を記憶する記憶部を有し、
   前記制御部は、前記距離画像、赤外線画像、前記路面状態の判定結果、および判定した路面部分の前記距離値うち少なくともいずれか一つの情報を前記記憶部へ記憶する、請求項５に記載の路面状態検出システム。
10. 路面状態を判定する領域へレーザー光を走査するように出射し、当該領域からの反射光を受光して、当該反射光の受光信号から得られる距離値および当該受光信号の信号強度を出力するライダーと、前記ライダーの走査する前記領域を撮影して、当該領域の温度分布からなる赤外線画像を出力するサーマルカメラと、を有するシステムを用いた路面状態検出方法であって、
    前記ライダーから取得した距離値の分布からなる距離画像の中の前記距離値に対応する画素のうち、路面に相当する画素毎に前記信号強度と、当該画素に対応する路面部分の前記赤外線画像から取得した温度に基づいて、当該部分の路面状態を判定し、
    前記ライダーは前記領域を俯瞰する位置に設置されており、
    背景情報となる前記距離画像である背景画像を登録する、路面状態検出方法。
11. 前記赤外線画像または前記領域の気温を計る気温センサーから、路面状態を判定する部分以外の部分の温度を基準点の温度として所定時間の間検知するとともに、前記信号強度が第３閾値以上となっている部分の温度を前記赤外線画像から前記所定時間の間検知して、
    前記所定時間における、前記第３閾値以上となっている部分の温度低下量が前記基準点の温度低下量より所定値以上大きい場合に、前記第３閾値以上となっている部分に凍結防止剤が散布されたと判定する、請求項１０に記載の路面状態検出方法。
12. 前記システムは情報を記憶する記憶部を有し、
    前記距離画像、前記背景画像、赤外線画像、前記路面状態の判定結果、および判定した路面部分の前記距離値うち少なくともいずれか一つの情報を前記記憶部へ記憶する、請求項１０または１１に記載の路面状態検出方法。
13. 前記背景画像は、前記ライダーが検出する物体のない状態で走査した前記距離画像、または前記領域が乾燥状態の前記距離画像の少なくとも一方である、請求項１０～１２のいずれか１つに記載の路面状態検出方法。
14. 路面状態を判定する領域へレーザー光を走査するように出射し、当該領域からの反射光を受光して、当該反射光の受光信号から得られる距離値および当該受光信号の信号強度を出力するライダーと、前記ライダーの走査する前記領域を撮影して、当該領域の温度分布からなる赤外線画像を出力するサーマルカメラと、を有するシステムを用いた路面状態検出方法であって、
    前記ライダーから取得した距離値の分布からなる距離画像の中の前記距離値に対応する画素のうち、路面に相当する画素毎に前記信号強度と、当該画素に対応する路面部分の前記赤外線画像から取得した温度に基づいて、当該部分の路面状態を判定し、
    前記赤外線画像または前記領域の気温を計る気温センサーから、路面状態を判定する部分以外の部分の温度を基準点の温度として所定時間の間検知するとともに、前記信号強度が第３閾値以上となっている部分の温度を前記赤外線画像から前記所定時間の間検知して、
    前記所定時間における、前記第３閾値以上となっている部分の温度低下量が前記基準点の温度低下量より所定値以上大きい場合に、前記第３閾値以上となっている部分に凍結防止剤が散布されたと判定する、路面状態検出方法。
15. 前記信号強度が第１閾値未満となっている部分の温度が、判定温度以下である場合に、
    当該部分を凍結状態と判定する、請求項１０～１４のいずれか１つに記載の路面状態検出方法。
16. 前記信号強度が第２閾値以上となっている部分の温度が判定温度以下である場合に、前記第２閾値以上となっている部分を積雪状態と判定する、請求項１０～１５のいずれか１つに記載の路面状態検出方法。
17. 前記ライダーから一つの画素に対する前記距離値を複数回取得し、当該複数回取得した複数の前記距離値同士の差分の値の最大値が所定値以内である場合にのみ、その画素に対応する路面の状態を判定する、請求項１０～１６のいずれか１つに記載の路面状態検出方法。
18. 前記システムは情報を記憶する記憶部を有し、
    前記距離画像、赤外線画像、前記路面状態の判定結果、および判定した路面部分の前記距離値うち少なくともいずれか一つの情報を前記記憶部へ記憶する、請求項１４に記載の路面状態検出方法。

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