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技術 路面状態判別方法およびその装置

出願人 名古屋電機工業株式会社
発明者 山田宗男相原靖師中村香織上田浩治堀場勇夫
出願日 2001年3月23日 (20年3ヶ月経過) 出願番号 2001-084937
公開日 2002年10月3日 (18年9ヶ月経過) 公開番号 2002-286862
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による材料の調査、分析 気象学
主要キーワード 水濡れ状態 重畳成分 水分検出 路面水 検出相 エネルギー反射率 垂直偏光画像 路面状態判別
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年10月3日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

従来の水分検出方法にあっては、垂直偏光および水平偏光の2枚の画像が必要であり、自動検出が可能なセンサシステムとして達成しようとする場合、テレビカメラの他に、偏光フィルタ回転制御するための機構などが必要となりコスト高になるといった問題があった。

解決手段

白線等の路面より高い位置にあり水が溜まりにくい対比部と路面との輝度値を検出し、該それぞれの輝度値から相対輝度値演算し、その結果から路面上に水が有るか否かを判別するようにした路面状態判別方法である。

概要

背景

従来における路面の水分検出方法としては、例えば、本発明の出願人会社が出願した特開平10−115684号公報に開示されているものがある。この出願内容は、鏡面反射における偏光特性に着目し、偏光フィルタを装着したテレビカメラによって撮影した垂直偏光画像および水平偏光画像から画像処理によって水分を検出する手法である。

この方法は図7に示すように、テレビカメラに装着した偏光フィルタを回転し、偏光方向が90°異なる垂直偏光画像および水平偏光画像の2 枚の画像を取得し、各々の輝度比を画像処理により算出することで、外界輝度変動に対しても確実に水分検出が行えるようにしたものである。

前記した従来例の偏光成分比を用いた場合の路面状況判別精度を表1に示す。

概要

従来の水分検出方法にあっては、垂直偏光および水平偏光の2枚の画像が必要であり、自動検出が可能なセンサシステムとして達成しようとする場合、テレビカメラの他に、偏光フィルタを回転制御するための機構などが必要となりコスト高になるといった問題があった。

白線等の路面より高い位置にあり水が溜まりにくい対比部と路面との輝度値を検出し、該それぞれの輝度値から相対輝度値演算し、その結果から路面上に水が有るか否かを判別するようにした路面状態判別方法である。

目的

本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、偏光フィルタを回転制御するための機構を不要とし、テレビカメラに偏光フィルタを装着するだけで路面水分の検出が行える路面状態判別方法およびその装置を提供せんとするにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

白線等の路面より高い位置にあり水が溜まりにくい対比部と路面との水平偏光画像における輝度値を検出し、該それぞれの輝度値から相対輝度値演算し、その結果から路面上に水が有るか否かを判別することを特徴とする路面状態判別方法

請求項2

路面に対してブリュースタ角で設置したテレビカメラ等の撮影手段と、該撮影手段によって撮影した路面と白線等の路面より高い位置にあり水が溜まりにくい対比部との水平偏光画像をメモリする水平偏光画像メモリと、該水平偏光画像から前記路面と前記対比部との輝度値を検出する輝度値検出部と、該各輝度値の相対輝度値を演算する相対演算部と、該相対演算部からの相対輝度値と予め設定した基準値との対比を行う路面状態判別部と、を具備したことを特徴とする路面状態判別装置

技術分野

0001

本発明は、スリップ事故の原因となる路面上の水分を検出する路面状態判別方法およびその装置に関する。

背景技術

0002

従来における路面の水分検出方法としては、例えば、本発明の出願人会社が出願した特開平10−115684号公報に開示されているものがある。この出願内容は、鏡面反射における偏光特性に着目し、偏光フィルタを装着したテレビカメラによって撮影した垂直偏光画像および水平偏光画像から画像処理によって水分を検出する手法である。

0003

この方法は図7に示すように、テレビカメラに装着した偏光フィルタを回転し、偏光方向が90°異なる垂直偏光画像および水平偏光画像の2 枚の画像を取得し、各々の輝度比を画像処理により算出することで、外界輝度変動に対しても確実に水分検出が行えるようにしたものである。

0004

前記した従来例の偏光成分比を用いた場合の路面状況判別精度を表1に示す。

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、前記した従来の水分検出方法にあっては、垂直偏光および水平偏光の2枚の画像が必要であり、自動検出が可能なセンサシステムとして達成しようとする場合、テレビカメラの他に、偏光フィルタを回転制御するための機構などが必要となる。

0006

そのため、テレビカメラシステムは特殊なものとなり、監視目的で用いられる標準的なテレビカメラシステムをそのまま適用できない、あるいは、既設のテレビカメラシステムを流用できない等、システムコストおよび汎用性に関して問題があった。

0007

本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、偏光フィルタを回転制御するための機構を不要とし、テレビカメラに偏光フィルタを装着するだけで路面水分の検出が行える路面状態判別方法およびその装置を提供せんとするにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明の路面状態判別方法は前記した目的を達成せんとするもので、その手段は、白線等の路面より高い位置にあり、水が溜まりにくい対比部と路面との水平偏光画像における輝度値を検出し、該それぞれの輝度値から相対輝度値演算し、その結果から路面上に水が有るか否かを判別することを特徴とする。

0009

また、本発明の路面状態判別装置の手段は、路面に対してブリュースタ角で設置したテレビカメラ等の撮影手段と、該撮影手段によって撮影した路面と白線等の路面より高い位置にあり水が溜まりにくい対比部との水平偏光画像をメモリする水平偏光画像メモリと、該水平偏光画像から前記路面と前記対比部との輝度値を検出する輝度値検出部と、該各輝度値の相対輝度値を演算する相対演算部と、該相対演算部からの相対輝度値と予め設定した基準値との対比を行う路面状態判別部とを具備したものである。

0010

次に、本発明に係る路面状態判別方法およびその装置の原理について説明する。図2に示すように、屈折率n1 の媒質とn2 の媒質の境界面(鏡面)ε上の点Mに光ベクトルμが入射した場合、その反射光μの垂直偏光成分(Rs)および水平偏光成分(Rp)のエネルギー強度はそれぞれ異なった特性を示す。

0012

図3はその特性を示したものであり、反射光の垂直偏光成分は入射角の増大に伴って増加し、一方の水平偏光成分は、入射角の増大に伴って減少し、ブリュースタ角にて一旦0となり、再び増加する特性を示す。

0013

図4は、図1に示すようにブリュースタ角における反射光を捉えることができるようにテレビカメラを配置し、乾燥状態および湿潤状態の路面を撮影した画像例を示している。

0014

図4に見られるように、乾燥路面のように鏡面でない粗面からの反射光の水平偏光成分および垂直偏光成分には殆ど差は生じないが、湿潤状態においては、水分によって路面が鏡面となるため、図3の特性のように水平偏光成分は0に近づき、湿潤部分の輝度が低下することが明確に確認できる。つまり、この水平偏光特性による輝度変動を画像から抽出することで路面上の水分検出が可能となることが分かる。

0015

ここで問題となるのが屋外環境において撮影する場合、画像の輝度変動は偏光特性によるも ののみではなく、日照条件などの変化による影響を含んでしまう。そのため、従来の方法では、垂直偏光成分と水平偏光成分の比を算出することで屋外環境変動による重畳成分を取り除き、偏光特性による輝度変動成分のみを安定に抽出している。

0016

図6は従来の方法に基づいて実際のフィールド収集した画像データを用いて偏光成分比を算出した結果を示しており、路面水分の検出が明確に行えることが分かる。

0017

ところで、図4(c)に示すように水平偏光画像においては、路面が湿潤状態(鏡面)になると偏光特性によって湿潤部分の輝度が低下する。そのため、水平偏光画像の輝度レベルにより水分の検出が可能となる。しかし、前記したように、この輝度レベルの変動は、日照条件などによる外界の輝度変動も重畳されているため、偏光特性による輝度変動成分のみを抽出する必要がある。

0018

そして、外界の輝度変動成分を取り除くためには、同一シーン内に外界の輝度変動を伴い、かつ、偏光特性を示さない領域を見出し、この領域との相対輝度(輝度比)を算出すれば良い。

0019

そこで、本発明はこの問題を路側線(白線)領域との相対輝度を求めることで解決するものである。路側線(白線)は路面よりも少し盛り上がっているため、水がたまりにくい性質を持っており路面に水分が存在する場合でも、白線領域には水分がなく鏡面における偏光特性を示さない。

0020

本発明は前記した路側線と路面との相対輝度を求めることにより、水平偏光画像のみで水分の有無を検出するようにしたものである。以下、本発明の具体例を図1システムブロック図と共に説明する。

0021

図1において、1はブリュ−スタ角αの俯角を持って設置され計測対象とする路面の白線を含む部分を俯瞰撮影するテレビカメラである撮影手段、11は撮影手段の先端に水平偏光を受光する方向に装着された偏光フィルタ、2は該撮影手段よりの画像をデジタル画像に変換するAD変換器、3は該AD変換器2よりのデジタル画像を記憶する画像メモリ、4は該画像メモリにおいて記憶された水平偏光画像の対象領域から白線と路面の輝度値を検出する輝度値検出部、5は該輝度値検出部4において検出された白線と路面との相対輝度を演算する相対演算部、6は該相対演算部5による演算結果によって路面に水分が有るか否かを判別する路面状態判別部、7は該路面状態判別部6において路面に水分が有ると判別すると水濡れ状態が生じているので注意する旨の表示を行う情報表示板である。

0022

次に、図1のシステムブロックに基づいて動作を説明するに、撮影手段1によって撮影した白線と路面の画像は、AD変換器でデジタル画像に変換された後、画像メモリ3に記憶される。

0023

このメモリ3に記憶された水平偏光画像から白線の輝度値と路面の輝度値を輝度値検出部4によって求め、該白線の輝度値と路面の輝度値との相対輝度値を相対演算部5で求める。
すなわち、相対輝度=〔(w−r)/(w+r)〕2
ここで、w:白線領域の平均輝度値
r:路面領域の平均輝度値

0024

記相対輝度は白線と路面との輝度比であることから、外界の輝度変化に影響を受けることがなく、路面領域における偏光特性による輝度変動のみを抽出することとなる。そして、本発明による方法および装置によって実際のフィールドで収拾した画像データを用いて相対輝度を算出した結果を図5に示している。この図からも明らかなように、白線領域と路面領域の相対輝度は路面の水分有無傾向を明確に捉えており、本発明の方法および装置の有効性が確認できる。

0025

そして、前記相対演算部5よりの出力を路面状態判別部6が受けると、該路面状態判別部6において、予め設定した相対輝度値との比較を行い、該検出相対輝度値が大きい場合には情報表示板7に、例えば、水濡れ状態であるので「走行注意」等の情報を表示して走行車に対して注意を促すものである。

0026

本発明の相対輝度を用いた場合の路面状況判別精度を表2に示す。

0027

なお、一級国道あるいは高速道路のような主要道路には路測線あるいはセンターラインが必ず存在するが、白線がない場合にも検出用としてマーキングすればよい。また、路面との対比するものとして、白線に限定されるものではなく、路面より隆起した線、例えば、追越し線等も利用可能である。

0028

本発明は前記したように、白線等の路面より高い位置にあり水が溜まりにくい対比部と路面との輝度値を検出し、該それぞれの輝度値から相対輝度値を演算し、その結果から路面上に水が有るか否かを判別するようにしたので、従来のような偏光フィルタを回転制御するための機構が不要になり構成が簡単になると共に精度的にも従来と大差なく正確に判別できる等の効果を有するものである。

発明の効果

0029

図1本発明に係る路面状態判別装置のシステムブロック図である。
図2ブリュースタ角で撮影した状態の光の屈折反射を説明するための図である。
図3入射角とエネルギー反射率とを示すグラフである。
図4従来の偏光特性画像例を示す図である。
図5白線領域と路面領域の相対輝度を示す図である。
図6従来の偏光成分比を示す図である。
図7偏光特性による水分検出状態を示す図である。

図面の簡単な説明

0030

1撮影手段
2AD変換器
3画像メモリ
4輝度値検出部
5 相対演算部
6 路面除隊判別部
7 情報表示板

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