(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状に形成した空間フィルタを介して検出した、路面に向けて照射した光の正反射光について、中心周波数成分の強度を得る第１のステップと、
上記空間フィルタを介して検出した上記路面に向けて照射した光の拡散反射光について、上記中心周波数成分よりも低周波数である低周波数成分の強度を得る第２のステップと、
上記第１にステップで得た上記中心周波数成分の強度、および上記第２のステップで得た低周波数成分の強度を用いて、上記路面状態を仮判定する第３のステップと、
上記第３のステップにおける上記路面状態の仮判定結果に応じて、上記正反射光の光量と上記拡散反射光の光量との比を用いて路面状態の本判定を行う第４のステップと、を有する路面状態判定プログラムを記録した記録媒体。
【請求項２】
格子状に形成した空間フィルタを介して検出した、路面に向けて照射した光の正反射光について、中心周波数成分の強度を得るとともに、
上記空間フィルタを介して検出した、上記路面に向けて照射した光の拡散反射光について、上記中心周波数成分よりも低周波数である低周波数成分の強度を得、
上記中心周波数成分の強度、および上記低周波数成分の強度を用いて上記路面状態の仮判定を行い、
上記路面状態の仮判定結果に応じて、上記正反射光の光量と上記拡散反射光の光量との比を用いて路面状態の本判定を行う路面状態判定方法。
【請求項３】
上記路面状態の仮判定結果が、乾燥、湿潤、または凍結でないとき、上記本判定を行う請求項２に記載の路面状態判定方法。
【請求項４】
上記本判定において、上記路面状態が粒雪状態であるか、シャーベット状態であるかを判定する請求項２または３に記載の路面状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、路面に向けて照射した光の正反射光および拡散反射光から該路面の状態を判定する路面状態判定プログラムを記録した記録媒体および路面状態判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両を走行させながら、該車両が走行している路面の状態を連続的に判定する路面状態判定装置があった（ＰＣＴ／ＪＰ９４／０１０５３、特開平１０−９６６９４号）。
【０００３】
従来の路面状態判定装置は、走行する車両から路面に向けて光を照射するとともに、該路面からの正反射光および拡散反射光を検出し、ここで検出した路面からの正反射光および拡散反射光を用いて、路面状態が乾燥、湿潤、凍結、積雪のいずれであるかを判定していた。
【０００４】
具体的には、路面からの正反射光および拡散反射光を格子状の空間フィルタを介して検出する。路面からの反射光には、車両の速度に応じた周波数成分（以下、中心周波数成分と言う。）と路面の凹凸に応じた周波数成分（以下、低周波数成分と言う。）とが含まれている。検出した路面からの正反射光および拡散反射光について、それぞれフーリエ変換を行って中心周波数成分、低周波数成分を抽出する。中心周波数成分の強度は路面の輝度に比例している。
【０００５】
路面の状態は、
（１）拡散反射光における、中心周波数成分強度と低周波数成分強度との比（以下、周波数成分強度比と言う。）
（２）拡散反射光の中心周波数成分強度と正反射光の中心周波数成分強度との比（以下、反射光比と言う。）
（３）温度センサで検出した路面温度
から、判定していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の路面状態判定装置が積雪であると判定する路面の状態には、
▲１▼白っぽい圧雪路面、
▲２▼降雪直後の雪が降り積もった新雪路面、
▲３▼ザラメ状・粒状の雪が存在する粒雪路面、
▲４▼白みの光沢がなくなった氷板路面（所謂、アイスバーン）、
▲５▼雪が水を含んでベタベタになったシャーベット（ジャム雪）路面、がある。すなわち、従来の路面状態判定装置では上記▲１▼〜▲５▼の路面の状態が単に積雪と判定されるだけであった。
【０００７】
また、本願出願人は上述した周波数成分強度比、反射光比、および路面温度から、上記▲１▼〜▲５▼に示した路面状態の判定が精度良く行えるかどうかの確認も行った。具体的には、路面状態が圧雪、新雪、粒雪、氷板、シャーベットである各路面についてそれぞれ上記周波数成分強度比、および上記反射光比を測定し、この測定結果を、横軸が周波数成分強度比、縦軸が反射光比であるマップ上にプロットし、マップ上において異なる路面状態の領域が広い範囲で重なり合うことを確認した。このことから、上記▲１▼〜▲５▼に示した路面状態は周波数成分強度比、反射光比だけでは精度良く判定できないことがわかった。
【０００８】
この発明の目的は、路面状態の判定に路面に向けて照射した光の正反射光量と拡散反射光量との比を用いて精度良く路面状態を判定する路面状態判定プログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【０００９】
また、路面状態の判定に路面に向けて照射した光の正反射光量と拡散反射光量との比を用いて精度良く路面状態を判定する路面状態判定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の記録媒体は、上記課題を解決するため、
格子状に形成した空間フィルタを介して検出した、路面に向けて照射した光の正反射光について、中心周波数成分の強度を得る第１のステップと、
上記空間フィルタを介して検出した上記路面に向けて照射した光の拡散反射光について、上記中心周波数成分よりも低周波数である低周波数成分の強度を得る第２のステップと、
上記第１にステップで得た上記中心周波数成分の強度、および上記第２のステップで得た低周波数成分の強度を用いて、上記路面状態を仮判定する第３のステップと、
上記第３のステップにおける上記路面状態の仮判定結果に応じて、上記正反射光の光量と上記拡散反射光の光量との比を用いて路面状態の本判定を行う第４のステップと、を有する路面状態判定プログラムを記録している。
【００１１】
公知のように、路面状態を判定する装置は、路面を照射する光源、および空間フィルタの格子戸を通過させた路面からの反射光を検出する検出部を備えたセンサ、所謂ＧＶＳ（Ｇｒｏｕｎｄ  Ｖｉｅｗ  Ｓｅｎｓｏｒ）、を車両等の移動体に取り付け、移動体を走行させながら検出部で検出した路面からの反射光に基づいて該移動体の走行路全体について路面の状態を判定している。一般的なＧＶＳには、路面を照射する光源として正反射光用のＬＥＤおよび拡散反射光用のＬＥＤが設けられている。また、空間フィルタの格子戸を通過させた路面からの反射光を検出する検出部としてフォトダイオードが設けられている。フォトダイオードで検出される路面からの反射光量は移動体の走行速度に応じた周期で変化している。したがって、フォトダイオードの出力電圧には移動体の走行速度に応じた周波数成分が存在している。この周波数成分が、この発明で言う中心周波数成分であり、中心周波数成分の強度は路面の輝度に比例している。
【００１２】
また、路面からの反射光量は路面の凹凸に応じて変化している。したがって、フォトダイオードの出力電圧には路面の凹凸に応じた周波数成分も存在している。この周波数成分が、この発明で言う低周波数成分である。低周波数成分は、中心周波数成分よりも低周波数の成分である。
【００１３】
この発明にかかる路面状態判定プログラムでは、第１のステップで格子状に形成した空間フィルタを介して検出した、路面上に照射した光の正反射光の中心周波数成分の強度を得る。また、第２のステップで格子状に形成した空間フィルタを介して検出した、路面上に照射した光の拡散反射光の低周波数成分の強度を得る。
【００１４】
正反射光は、拡散反射光に比べて路面の輝度の変化に対して反射光量の変化が大きい。したがって、路面の輝度の検出には拡散反射光よりも正反射光を用いるのが適している。
【００１５】
また、積雪路面は乾燥路面に比べて照射された光が拡散反射しやすいという性質があり、積雪路面のほうが乾燥路面に比べて低周波数成分の強度が大きい。したがって、低周波数成分の強度から、路面の凹凸状態だけでなく、積雪路面であるのか乾燥路面であるのか判定できる。上述のように積雪路面に照射された光は拡散反射しやすいという性質があることから、正反射光の低周波数成分を用いるよりも拡散反射光の低周波数成分を用いたほうが精度の良い判定が行える。
【００１６】
第３のステップでは、第１のステップで得た路面上に照射した光の正反射光の中心周波数成分の強度と、第２のステップで得た路面上に照射した光の拡散反射光の低周波数成分の強度と、を用いて路面の状態を仮判定する。
【００１７】
さらに、本願発明者は正反射光および拡散反射光の直流成分である正反射光量と拡散反射光量との比（拡散反射光量／正反射光量）が路面の状態で異なることを確認した。例えば、湿潤路面や乾燥路面では正反射光量が大きくなるので上記比が小さくなり、新雪路面や圧雪路面では拡散反射光量が大きくなるので上記比が大きくなる。また、圧雪、新雪、粒雪、氷板、シャーベット間においてもこの比に差があることを確認した。
【００１８】
この発明にかかる路面状態判定プログラムでは、上記第３のステップで仮判定した路面状態に応じて上記正反射光量と拡散反射光量との比を用いて路面状態を本判定する。例えば、仮判定した路面状態が圧雪であれば、上記正反射光量と拡散反射光量との比を用いて、シャーベット、粒雪、または圧雪のいずれであるかを本判定する。
【００１９】
このように、仮判定結果に対して上記正反射光量と拡散反射光量との比を用いた本判定を行うことで、路面状態の判定精度を向上させ、従来判定できなかった圧雪、新雪、粒雪、氷板、シャーベットの判定も行えるようにした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は、路面に対して赤外光を照射し、該路面からの正反射光および拡散反射光を検出するセンサ部の構成を示す図である。図２は、図１に示すセンサ部を含む路面状態判定装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
センサ部１には、路面ＬＤに赤外光を照射するＬＥＤ２、３が設けられている。ＬＥＤ２は路面ＬＤからの正反射光を検出するためのものであり、ＬＥＤ３は路面ＬＤからの拡散反射光を検出するためのものである。ＬＥＤ２、３から照射された赤外光は投光レンズで介して路面ＬＤ上のほぼ同じ位置に照射される。路面ＬＤからの反射光は受光レンズを介してフォトダイオード（ＰＤ）４、５に集光される。路面ＬＤからの反射光の光路には格子状に形成した空間フィルタ６が配置されている。ＰＤ４、５は、ＬＥＤ２から照射された光の正反射光およびＬＥＤ３から照射された光の拡散反射光が受光できるように光軸を調整している。
【００２３】
上述のセンサ部１を車両に取り付け、該車両を走行させながらＬＥＤ２、３で路面ＬＤを照射するとともに、路面ＬＤからの反射光をＰＤ４、５で検出する。公知のように、路面ＬＤからの反射光には、その路面ＬＤの状態を反映した種々の成分が含まれている。ＰＤ４、５で検出される路面からの反射光には、移動体の走行速度に応じた周波数成分および路面ＬＤの凹凸に応じた周波数成分が存在している。上記移動体の走行速度に応じた周波数成分がこの発明で言う中心周波数成分に相当し、路面ＬＤの凹凸に応じた周波数成分がこの発明で言う低周波数成分に相当する。中心周波数成分の強度は、路面の輝度に比例する。
【００２４】
路面状態判定装置は、ＰＤ４、５で検出した路面ＬＤからの反射光から路面ＬＤの状態を判定する。路面ＬＤの状態を判定する方法については後述する。
【００２５】
路面状態判定装置は、上述のセンサ部１に加えて、パルス発信部１１、タイミング発生部１２、差動増幅部１３、サンプルホールド部（Ｓ／Ｈ部）１４、Ａ／Ｄ変換部１５、１６、高速フーリエ変換部１７、１８、正反射光量検出部１９、拡散反射光量検出部２０、および判定部２１を備えている。
【００２６】
パルス発信部１１は、ＬＥＤ２、３に対して所定の時間間隔毎に交互に駆動パルスを与えている。したがって、ＬＥＤ２、３は所定の時間間隔毎に交互に発光する。
【００２７】
タイミング発生部１２は、パルス発信部１１およびサンプルホールド部１４に対してタイミングパルスを入力する。上記パルス発信部１１は、タイミング発生部１２から入力されたタイミングパルスに応じてＬＥＤ２、３に駆動パルス与える。差動増幅部１３はＰＤ４、５の出力の差分を増幅して出力する。サンプルホールド部１４は、上記タイミング発生部１２から入力されたタイミングパルスに応じて差動増幅部１３の出力をサンプルホールドする。ＡＤ変換部１５、１６は、サンプルホールド部１４から入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１５には路面ＬＤからの正反射光にかかるアナログ信号が入力され、Ａ／Ｄ変換部１６には路面ＬＤからの拡散反射光にかかるアナログ信号が入力される。
【００２８】
高速フーリエ変換部１７、１８は、入力信号、すなわちＡ／Ｄ変換部１５、１６の出力信号、について高速フーリエ変換を行う。正反射光量検出部１９はＡ／Ｄ変換部１５の出力から路面ＬＤからの正反射光量を検出し、拡散反射光量検出部２０はＡ／Ｄ変換部１６の出力から路面ＬＤからの拡散反射光量を検出する。判定部２１は、高速フーリエ変換部１７、１８、正反射光量検出部１９、および拡散反射光量検出部２０の出力を取り込んで、路面ＬＤの状態を判定する。
【００２９】
以下、この実施形態の路面状態を判定する判定部２１の動作について説明する。ＬＥＤ２、３は上述のようにパルス発信部１１から与えられた駆動パルスにより所定時間間隔毎に交互に発光している。図３にＬＥＤ２、３の発光タイミングを示す。ＰＤ４、５は路面ＬＤからの正反射光、拡散反射光を所定時間毎に交互に受光している。
【００３０】
ＰＤ４、５は受光した正反射光または拡散反射光に応じた電圧信号を出力する。差動増幅部１３はＰＤ４、５の出力の差分を増幅して出力する。サンプルホールド部１４は、タイミング発生部１２から入力されているタイミングパルスに応じて差動増幅部１３からの出力をサンプルホールドし、路面ＬＤからの正反射光にかかる信号をＡ／Ｄ変換部１５に入力し、路面ＬＤからの拡散反射光にかかる信号をＡ／Ｄ変換部１６に入力する。
【００３１】
Ａ／Ｄ変換部１５は、入力された正反射光にかかる信号をディジタル信号に変換して高速フーリエ変換部１７および正反射光量検出部１９に入力する。高速フーリエ変換部１７は入力信号をフーリエ変換して判定部２１に入力する。また、正反射光量検出部１９は、入力信号の直流成分（正反射光量）を検出して出力する。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部１６は、入力された拡散反射光にかかる信号をディジタル信号に変換して高速フーリエ変換部１８および拡散反射光量検出部２０に入力する。高速フーリエ変換部１８は入力信号をフーリエ変換して判定部２１に入力する。また、拡散反射光量検出部１９は、入力信号の直流成分（拡散反射光量）を検出して出力する。
【００３３】
判定部２１は、以下に示す手順で路面の状態を判定する。図４は判定部の処理を示すフローチャートである。
【００３４】
判別部２１は、高速フーリエ変換部１７から入力された正反射光にかかるフーリエ変換結果から、正反射光の中心周波数成分の強度を得る（ｓ１）。ここで言う中心周波数とはセンサ部１が取り付けられた車両の移動速度に応じた周波数である。中心周波数成分の強度は、上述のように路面ＬＤの輝度に比例している。
【００３５】
また、入力された拡散反射光にかかるフリーエ変換結果から、低周波数成分の強度を得る（ｓ２）。ここで言う低周波成分とは、上記中心周波数よりも低周波数の成分であり、路面ＬＤの凹凸に応じた周波数成分である。
【００３６】
なお、正反射光の中心周波数成分強度および拡散反射光の低周波成分強度は、積分演算により算出できる。
【００３７】
判定部２１は、上記ｓ１およびｓ２で得た正反射光の中心周波数成分強度と拡散反射光の低周波数成分強度とを用いて、路面の状態を仮判定する（ｓ３）。ここでは、図５に示すマップを用いて路面ＬＤの状態が、乾燥、湿潤、凍結、新雪、圧雪、シャーベット、氷板の７種類のいずれであるかを仮判定する。
【００３８】
この仮判定では、以下に示す▲１▼〜▲５▼の理由から圧雪、シャーベット、新雪、氷板の判定精度が良くない。なお、乾燥、湿潤、凍結については高精度の判定結果が得られる。
【００３９】
▲１▼圧雪と粒雪とは、マップ上においてプロットされる領域が略重なる。上記仮判定では、粒雪も含めて圧雪と判定している。
▲２▼シャーベットがマップ上の圧雪領域にプロットされる頻度が高い。
▲３▼圧雪がマップ上の新雪領域にプロットされる頻度が高い。
▲４▼乾燥がマップ上のシャーベット領域にプロットされる頻度が高い。
▲５▼乾燥がマップ上の氷板領域にプロットされる頻度が高い。
【００４０】
判定部２１は、仮判定における判定精度が高い、乾燥、湿潤、凍結のいずれかであれば、後述する本判定を行うことなく、路面状態を仮判定結果とする。一方、仮判定結果の精度が良くない、上述の圧雪、シャーベット、新雪、氷板のいずれかであればｓ４で本判定を行う。
【００４１】
ｓ４では、正反射光の直流成分である正反射光量と、拡散反射光の直流成分である拡散反射光量と、の比（以下、反射光量比と言う。）を用い、ｓ３における仮判定結果に応じた本判定を行う。ここで言う反射光量比とは、
反射光量比＝拡散反射光量／正反射光量  である。
【００４２】
なお、本願発明者は、路面ＬＤの状態によって上記反射光量比が異なることを確認している。
【００４３】
以下、ｓ４にかかる本判定処理について説明する。
【００４４】
（１）仮判定結果がシャーベットであった場合、判定部２１は、
ａ１≦反射光量比≦ａ２であれば、乾燥であると判定し、
ａ１＞反射光量比、またはａ２＜反射光量比であればシャーベットであると判定する。
【００４５】
（２）仮判定結果が圧雪であった場合、判定部２１は
ｂ１＞反射光量比であれば、シャーベットであると判定し、
ｂ１≦反射光量比≦ｂ２であれば、粒雪であると判定し、
ｂ２＜反射光量比であれば、圧雪であると判定する。
【００４６】
（３）仮判定結果が新雪であった場合、判定部２１は、
ｃ１≦反射光量比≦ｃ２であれば、圧雪であると判定し、
ｃ１＞反射光量比、またはｃ２＜反射光量比であれば新雪であると判定する。
【００４７】
（４）仮判定結果が氷板であった場合、判定部２１は、
ｄ１＜反射光量比であれば、乾燥であると判定し、
ｄ１≧反射光量比であれば、氷板であると判定する。
【００４８】
なお、上記本判定で用いるａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｄ１、ｄ２の値は、各状態の路面ＬＤについて反射光量比を測定し、該測定結果から決定すればよい。また、これらの値はセンサ部１のＬＥＤ２、３やＰＤ４、５の特性によって変化することから、簡単に変更できるように構成するのが好ましい。
【００４９】
このように、路面ＬＤからの正反射光の中心周波数強度と拡散反射光の低周波数強度とを用いて路面状態を仮判定し、さらに仮判定結果に応じて上記反射光量比を用いた本判定を行うようにしたので、路面状態の判定精度を向上させることができた。また、路面ＬＤの状態が、乾燥、凍結、湿潤、粒雪、氷板、新雪、圧雪、シャーベットの８分類で判定できる。
【００５０】
なお、温度センサを設け、該温度センサによる検出温度を上記路面状態の判定に用いてもよい。具体的には、温度センサの検出温度が凍結温度以下であれば路面が凍結していると判定させ、凍結温度以下でなければ路面が凍結していないと判定させてもよい。このようにすれば、凍結の判定精度が一層向上できるとともに、凍結であるとする誤判定も抑えられる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、路面からの正反射光の中心周波数強度と拡散反射光の低周波数強度とを用いて路面の状態を仮判定し、さらに仮判定結果に応じて路面からの正反射光量と拡散反射光量との比を用いて路面状態を判定するようにしたので、路面状態の判定精度が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】路面に対して赤外光を照射し、該路面からの正反射光および拡散反射光を検出するセンサ部の構成を示す図である。
【図２】センサ部を含む検出部の構成を示すブロック図である。
【図３】路面を照射するＬＥＤの点灯状態を示す図である。
【図４】路面状態の判定処理を示すフローチャートである。
【図５】路面状態の仮判定に用いるマップを示す図である。
【符号の説明】
１−センサ部
２、３−ＬＥＤ
４、５−ファオダイオード（ＰＤ）
６−空間フィルタ
１７、１８−高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）
１９−正反射光量検出部
２０−拡散反射光量検出部
２１−判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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