(57)【要約】  電波受信部１は、対象から放射角を有して放射される電波の水平偏波、垂直偏波をそれぞれ受信する。画像生成部２は、水平偏波、垂直偏波に基づいて、それぞれ、水平偏波画像、垂直偏波画像を生成する。偏波比算出部３は、水平偏波画像、垂直偏波画像に基づいて、放射角毎に、水平偏波と垂直偏波との強度の比である偏波比を算出する。屈折率算出部６は、２つの異なる放射角についての偏波比の変化に基づいて、対象の屈折率を算出する。路面状態識別部８は、屈折率に基づいて、路面の状態を識別する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象から放射角を有して放射される電波の水平偏波、垂直偏波をそれぞれ受信する電波受信部と、
前記電波受信部が受信する水平偏波、垂直偏波に基づいて、それぞれ、水平偏波画像、垂直偏波画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部が生成する水平偏波画像、垂直偏波画像に基づいて、放射角毎に、水平偏波と垂直偏波との強度の比である偏波比を算出する偏波比算出部と、
前記偏波比算出部が算出する、２つの異なる放射角についての偏波比の変化に基づいて、対象の屈折率を算出する屈折率算出部と、
前記屈折率算出部が算出する屈折率に基づいて、路面の状態を識別する路面状態識別部と
を備えることを特徴とする路面状態検出装置。
【請求項２】
車両に搭載される路面状態検出装置であって、
前記偏波比算出部は、前記２つの異なる放射角の偏波比を移動距離に基づく変化より算出することを特徴とする請求項１に記載の路面状態検出装置。
【請求項３】
上下方向にずらして配置された２つの前記電波受信部を備え、
前記偏波比算出部は、前記２つの電波受信部の高低差から、前記２つの異なる放射角の偏波比を算出することを特徴とする請求項１に記載の路面状態検出装置。
【請求項４】
前記屈折率算出部は、前記偏波比算出部が偏波比を算出してから所定のタイミングで屈折率を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の路面状態検出装置。
【請求項５】
路面状態の種別と屈折率とが関連付けられた屈折率情報を記憶する屈折率記憶部を更に備え、
前記路面状態識別部は、前記屈折率記憶部が記憶する屈折率情報を参照して、前記屈折率算出部が算出した屈折率に基づいて、路面状態を識別することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の路面状態検出装置。
【請求項６】
前記路面状態識別部は、周囲温度に応じて、前記屈折率情報のうち、所定の路面状態の種別を除外して路面状態を識別することを特徴とする請求項５に記載の路面状態検出装置。
【請求項７】
前記路面状態識別部は、前記画像生成部が生成した画像において、路面に相当する路面領域を検出し、検出した前記路面領域について、路面状態を識別することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の路面状態検出装置。
【請求項８】
前記路面状態識別部は、前記画像生成部が生成した画像において、前記屈折率算出部が算出した屈折率に応じた境界を設定し、前記境界に対応する実際の位置までの距離を算出することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の路面状態検出装置。
【請求項９】
対象から放射角を有して放射される電波の水平偏波、垂直偏波をそれぞれ受信することと、
受信された水平偏波、垂直偏波に基づいて、それぞれ、水平偏波画像、垂直偏波画像を生成することと、
生成された水平偏波画像、垂直偏波画像に基づいて、放射角毎に、水平偏波と垂直偏波との強度の比である偏波比を算出することと、
算出された、２つの異なる放射角についての偏波比の変化に基づいて、対象の屈折率を算出することと、
算出された屈折率に基づいて、路面の状態を識別することと
を含むことを特徴とする路面状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路面の状態を検出する路面状態検出装置及び路面状態検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
路面の状態を検出する装置として、路面からの放射温度と、天空からの放射温度とを計測し、天空を基準に、水平偏波成分と垂直偏波成分との受信強度比に基づいて、路面状態を判別する装置が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４０９９２号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の装置は、天空の放射温度を基準として、路面の状態を検出するため、天空が一定とならない場合には基準が安定せず、車両等への適用が困難である。
【０００５】
本発明は、天候によらず、高精度に路面の状態を検出できる路面状態検出装置及び路面状態検出方法を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の第１の態様に係る路面状態検出装置は、電波受信部と、画像生成部と、偏波比算出部と、屈折率算出部と、路面状態識別部とを備える。電波受信部は、対象から放射角を有して放射される電波の水平偏波、垂直偏波をそれぞれ受信する。画像生成部は、電波受信部が受信する水平偏波、垂直偏波に基づいて、それぞれ、水平偏波画像、垂直偏波画像を生成する。偏波比算出部は、画像生成部が生成する水平偏波画像、垂直偏波画像に基づいて、放射角毎に、水平偏波と垂直偏波との強度の比である偏波比を算出する。屈折率算出部は、偏波比算出部が算出する、２つの異なる放射角についての偏波比の変化に基づいて、対象の屈折率を算出する。路面状態識別部は、屈折率算出部が算出する屈折率に基づいて、路面の状態を識別する。
【０００７】
本発明の第２の態様に係る路面状態検出方法は、対象から放射角を有して放射される電波の水平偏波、垂直偏波をそれぞれ受信することと、受信された水平偏波、垂直偏波に基づいて、それぞれ、水平偏波画像、垂直偏波画像を生成することと、生成された水平偏波画像、垂直偏波画像に基づいて、放射角毎に、水平偏波と垂直偏波との強度の比である偏波比を算出することと、算出された、２つの異なる放射角についての偏波比の変化に基づいて、対象の屈折率を算出することと、算出された屈折率に基づいて、路面の状態を識別することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置の基本的な構成を説明する模式的なブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置が備える偏波比算出部の動作を説明する模式的な図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置に用いる偏波比を路面状態毎に説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置に用いる屈折率情報の一例である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置が備える路面状態識別部を説明する模式的な図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る路面状態検出方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、下記の実施の形態に例示した装置や方法に特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
（路面状態検出装置）
本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置は、図１に示すように、電波受信部１と、画像生成部２と、偏波比算出部３と、距離検出部４と、偏波比記憶部５と、屈折率算出部６と、屈折率記憶部７と、路面状態識別部８とを備える。本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置は、車両に搭載され、車両の前方の路面状態を検出する。
【００１１】
電波受信部１は、例えば車両の前方の路面を対象として、対象から放射角（対象から電波受信部１への放射方向と垂直方向とがなす角）θを有して放射される電波の水平偏波と垂直偏波とをそれぞれ受信する。電波受信部１は、例えば、複数のアンテナをアレイ配置したアレイアンテナを備える。電波受信部１は、例えば、垂直方向に１５°程度、水平方向に３０°程度の画角を有する。なお、本発明において「電波」とは、３０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚ程度の周波数の電磁波をいう。
【００１２】
画像生成部２は、電波受信部１が受信した電波の水平偏波、垂直偏波に基づいて、それぞれ、水平偏波画像、垂直偏波画像を生成する。水平偏波画像は、電波受信部１が受信した電波の水平偏波成分に基づく２次元画像、垂直偏波画像は、電波受信部１が受信した電波の垂直偏波成分に基づく２次元画像である。
【００１３】
偏波比算出部３は、画像生成部２が生成した水平偏波画像、垂直偏波画像に基づいて、電波受信部１が受信した電波の、水平偏波成分と垂直偏波成分との強度（受信電力）の比である偏波比ＰＨ／ＰＶを算出する。
【００１４】
距離検出部４は、本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置が搭載された車両Ｃの移動距離ｄを検出する。偏波比算出部３は、図２に示すように。距離検出部４が検出した移動距離ｄから、対象が放射する電波の放射角θを算出する。図２に示す例では、車両Ｃの初期状態において、ある対象からの電波の放射角をθ０とすると、車両Ｃが距離Δｄ移動した場合の放射角はθ１となる。
【００１５】
偏波比算出部３は、放射角θ毎に偏波比ＰＨ／ＰＶを算出する。偏波比記憶部５は、偏波比算出部３が算出した偏波比ＰＨ／ＰＶを、放射角θ毎に記憶する。
【００１６】
屈折率算出部６は、偏波比算出部３が算出した放射角θ毎の偏波比ＰＨ／ＰＶに基づいて、対象の予測屈折率ｎを算出する。屈折率算出部６は、先ず、式（１）に示すように、２つの放射角θ０，θ１についての偏波比ＰＨ／ＰＶの変化としての比Γ（θ０，θ１）を算出する。
【００１７】
【数１】
2014024763.tif 000003
屈折率算出部６は、次に、式（２）に示すように、フレネルの式を用いて、算出した比Γ（θ０，θ１）から、対象の予測屈折率ｎを算出する。
【００１８】
【数２】
2014024763.tif 000004
【００１９】
例えば、偏波比算出部３は、図３に示すように、対象を乾燥路面とした場合について、水平偏波成分と垂直偏波成分との偏波比ＰＨ／ＰＶを移動距離ｄ毎に算出する（白抜きの菱形「◇」で乾燥路面のデータを示す）。同様に、偏波比算出部３は、対象を凍結路面とした場合について、水平偏波成分と垂直偏波成分との偏波比ＰＨ／ＰＶを移動距離ｄ毎に算出する（黒塗りの四角形「■」で凍結路面のデータを示す）。
【００２０】
屈折率記憶部７は、図４に示すように、路面状態の種別と屈折率とが関連付けられた屈折率情報を記憶する。屈折率記憶部７は、図４に示す例では、路面状態が「積雪」の場合、屈折率が１．２、路面状態が「乾燥」の場合、屈折率が２のように記憶するが、屈折率として、値の範囲を記憶するようにしてもよい。屈折率情報は、その他、路面状態として、「凍結」、「湿潤」等が設定される。
【００２１】
路面状態識別部８は、屈折率記憶部７が記憶する屈折率情報を参照して、屈折率算出部６が算出した対象の屈折率に基づいて、路面状態を識別する。
【００２２】
例えば、図４に示す例において、屈折率算出部６が、車両Ｃが乾燥路面を距離Δｄ移動した場合の、２つの放射角θ０，θ１についての偏波比ＰＨ／ＰＶの比Γａから、屈折率ｎを２と算出したとする。この場合、路面状態識別部８は、屈折率記憶部７の屈折率情報から、算出した屈折率と最も近い屈折率を検索し、検索された屈折率に対応する路面状態を、走行中の路面の状態として識別する。よって、路面状態識別部８は、車両Ｃが走行する路面の状態を「乾燥」と識別する。
【００２３】
同様に、屈折率算出部６は、車両Ｃが凍結路面を距離Δｄ移動した場合の、２つの放射角θ０，θ１についての偏波比ＰＨ／ＰＶの比Γｂから、屈折率ｎを３と算出する。路面状態識別部８は、屈折率記憶部７の屈折率情報から、算出した屈折率と最も近い屈折率「２．５」を検索し、検索された屈折率に対応する路面状態である「凍結」を、走行中の路面の状態として識別する。
【００２４】
路面状態識別部８は、周囲温度を検出する温度検出部８１から周囲温度を取得し、路面状態の識別の際、周囲温度に応じて、識別する路面状態を除外するようにしてもよい。例えば、路面温度３℃以下の場合、路面が凍結したり積雪したりする可能性は低い。このことから、路面状態識別部８は、例えば閾値を５℃として、周囲温度が５℃以上の場合に、屈折率情報が有する路面状態から「凍結」、「積雪」を除外して路面状態を識別することができる。
【００２５】
路面状態識別部８は、画像生成部２が生成した画像において、路面に相当する路面領域を検出する路面領域検出部を有する。路面領域検出部は、例えば、電波受信部１が受信した水平偏波と垂直偏波との偏波比に基づいて路面領域を検出する。また、路面のように平坦な物体から放射される電波の受信電力は、一定の範囲内で変化が収まるという特徴を有する。よって、路面領域検出部は、例えば、画像生成部２が生成した画像において、電波受信部１が受信した電波の受信電力の変化が所定値（例えば５％）以内となる領域を抽出し、抽出した領域を路面領域として検出するようにしてもよい。
【００２６】
また、路面状態識別部８は、偏波比ＰＨ／ＰＶを算出する２つの屈折率θ０，θ１それぞれについて、検出した路面領域において重複しない２つの領域を設定し、設定した２つの領域の強度から屈折率を求めるようにしてもよい。例えば路面状態識別部８は、設定した２つの領域について、一方は水平偏波の強度ＰＨ（θw1）、他方は垂直偏波のＰＶ（θw0）を取得し、ＰＨ（θw1），ＰＶ（θw0）の平均値から比Γ（θw1，θw0）を算出し、算出したΓ（θw1，θw0）から屈折率ｎを算出する。
【００２７】
路面状態識別部８は、識別した路面状態に応じて、車両Ｃの動作を制御する車両制御部９１に、動作の制御を命令する制御信号を出力するようにしてもよい。例えば、路面状態識別部８は、図５に示すように、画像生成部２が生成した画像において屈折率ｎがｎ１，ｎ２，ｎ３と変化する境界を設定し、設定した境界に対応する実際の位置までの距離に応じて、車両制御部９１を介して車両Ｃの動作の制御をする。屈折率ｎに応じた境界は、放射角θ０，θ１毎の偏波比ＰＨ／ＰＶをそれぞれ空間的に解析し、変曲点が一致する領域に基づいて、設定されてもよい。
車両制御部９１は、例えば、車両を駆動する駆動部、車両を減速、停止させる制動部、車両の進行方向を変更する操舵部等からなる。
【００２８】
また、路面状態識別部８は、画像生成部２が生成した画像において屈折率ｎに応じた境界を設定し、設定した境界に対応する実際の位置までの距離に応じて、音、文字、画像等を、出力部９２を介して乗員に提示するようにしてもよい。出力部９２は、スピーカ、表示装置等から構成される。また、路面状態識別部８は、設定した境界に対応する実際の位置までの距離に応じて、段階的に出力部９２の出力を変化させるようにしてもよい。
【００２９】
（路面状態検出方法）
図６のフローチャートを用いて、本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置における路面状態検出方法の一例を説明する。以下の説明において、本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置は、車両に搭載され、車両の進行方向の路面状態を検出する路面状態検出装置として説明する。
【００３０】
先ず、ステップＳ１において、電波受信部１は、車両の前方を対象として、対象から放射される電波の水平偏波と垂直偏波とをそれぞれ受信する。次いで、画像生成部２は、電波受信部１が受信した水平偏波、垂直偏波から、それぞれ水平偏波画像、垂直偏波画像を生成する。
【００３１】
ステップＳ２において、偏波比算出部３は、画像生成部２が生成した水平偏波画像、垂直偏波画像と、距離検出部４が検出した車両の移動距離ｄから、対象が放射する電波の放射角θを算出する。
【００３２】
ステップＳ３において、偏波比算出部３は、画像生成部２が生成した水平偏波画像、垂直偏波画像に基づいて、電波受信部１が受信した電波の、水平偏波成分と垂直偏波成分との強度（受信電力）の比である偏波比ＰＨ／ＰＶを算出する。
ステップＳ４において、偏波比記憶部５は、偏波比算出部３が算出した偏波比ＰＨ／ＰＶを、放射角θ毎に記憶する。
【００３３】
ステップＳ５において、屈折率算出部６は、２つの放射角θ０，θ１についての偏波比ＰＨ／ＰＶの比Γ（θ０，θ１）を算出する。屈折率算出部６は、ステップＳ６において、フレネルの式に基づいて、算出した比Γ（θ０，θ１）から、対象の屈折率ｎを算出する。屈折率算出部６は、偏波比算出部３が偏波比ＰＨ／ＰＶを算出してから、所定のタイミングで屈折率ｎを算出するようにしてもよい。
【００３４】
ステップＳ７において、路面状態識別部８は、屈折率記憶部７が記憶する屈折率情報を参照し、屈折率算出部６が算出した対象の屈折率ｎに応じて、路面状態を識別する。
【００３５】
本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置によれば、対象から放射される電波の水平偏波と垂直偏波との偏波比を算出し、２つの異なる放射角についての偏波比の比に基づいて対象の屈折率を算出することにより、高精度に路面状態を検出できる。
【００３６】
また、本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置によれば、偏波比を算出してから所定のタイミングで屈折率を算出することにより、統計的に時系列上の複数の情報をもちいて、屈折率の算出精度を向上することができる。
【００３７】
また、本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置によれば、屈折率記憶部７が、路面状態の種別を含む屈折率情報を記憶し、周囲温度に応じて、所定の種別を除外して路面状態を識別することにより、誤判定を低減し、高精度に路面状態を検出できる。
【００３８】
また、本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置によれば、路面状態識別部８が、検出した路面領域について、路面状態を識別することにより、誤判定を低減し、高精度に路面状態を検出できる。
【００３９】
また、本発明の実施の形態に係る路面状態検出装置によれば、路面状態識別部８が、屈折率に応じた境界に対応する、実際の位置までの距離を算出することにより、事前に車両の制御や乗員への提示を行うことができる。
【００４０】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４１】
例えば、既に述べた実施の形態においては、路面状態検出装置は、水平偏波と垂直偏波とをそれぞれ検出する２つの電波受信部１を、上下方向にずらして配置することにより、２つの放射角についての偏波比ＰＨ／ＰＶを算出する構成としてもよい。設置される高さが異なる２つの電波受信部１の高低差を用いて偏波比ＰＨ／ＰＶを算出することにより、車両が停止している場合においても高精度に路面の状態を検出することができる。電波受信部１は、例えば、下側が３０〜５０ｃｍ程度の高さに設置され、下側と上側との差が３０〜５０ｃｍ程度の高さに設置される。更に、３つの電波受信部１を用いて偏波比ＰＨ／ＰＶを算出することにより、路面以外の形状の対称についても、屈折率を算出することができる。
【００４２】
また、既に述べた実施の形態においては、偏波比算出部３は、走行する路面の傾斜を検出し、検出された路面の傾斜に応じて、放射角θを補正するようにしてもよい。路面の傾斜は、例えば、ＧＰＳ受信機及び地図データ、ジャイロセンサ、加速度センサ等から取得されればよい。これにより、屈折率ｎの算出に必要な放射角θの算出に誤差が生じる場合でも、放射角を適正に補正でき、高精度に路面状態を検出できる。
【００４３】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００４４】
特願２０１２−１７５８６５号（出願日：２０１２年８月８日）の全内容は、ここに援用される。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、天候によらず、高精度に路面の状態を検出できる路面状態検出装置及び路面状態検出方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  電波受信部
２  画像生成部
３  偏波比算出部
６  屈折率算出部
７  屈折率記憶部
８  路面状態識別部
【図１】
2014024763.tif 000005
【図２】
2014024763.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2014024763.tif 000009
【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年2月23日(2015.2.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
また、路面状態識別部８は、偏波比ＰＨ／ＰＶを算出する２つの放射角θ０，θ１それぞれについて、検出した路面領域において重複しない２つの領域を設定し、設定した２つの領域の強度から屈折率を求めるようにしてもよい。例えば路面状態識別部８は、設定した２つの領域について、一方は水平偏波の強度ＰＨ（θw1）、他方は垂直偏波のＰＶ（θw0）を取得し、ＰＨ（θw1），ＰＶ（θw0）の平均値から比Γ（θw1，θw0）を算出し、算出したΓ（θw1，θw0）から屈折率ｎを算出する。
【国際調査報告】
2014024763.tif 000011
2014024763.tif 000012