(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源装置からの光源光によって照明される照明領域を前記光源光の点灯と消灯を繰り返しながら撮像手段により撮像して得られる点灯時及び消灯時の撮像画像データを用い、該撮像手段の受光量に基づいて該照明領域内の検出対象物を検出する検出処理を実行する検出処理実行手段を備えた検出装置において、
前記照明領域が板状の透過部材上の領域であり、前記検出対象物が前記透過部材の一方の面上に付着する付着物であって、前記光源装置と前記撮像手段とが前記透過部材を挟んで前記一方の面とは反対側の面側に配置されており、
前記撮像手段によって所定期間内に前記光源光の点灯時に撮像された複数の前記撮像画像データに基づいて、該撮像手段の受光量の変動成分のうち周波数が所定周波数以下の変動成分である低周波変動成分を検出する低周波変動成分検出手段を有し、
前記検出処理実行手段は、前記低周波変動成分検出手段により検出した低周波変動成分を用いて、前記検出処理を実行することを特徴とする検出装置。
ただし、前記所定周波数は、前記光源装置の光源から前記撮像手段の受光素子までの光源光の光路上に存在する光学部材の光学特性の経時変化によって該撮像手段の受光量が変動する変動成分の周波数以上であるか、又は、前記光源装置の光源の温度変化による発光量変化によって該撮像手段の受光量が変動する変動成分の周波数以上である。
【請求項２】
請求項１に記載の検出装置において、
前記検出処理実行手段は、前記低周波変動成分検出手段により検出した低周波変動成分に基づいて前記検出処理で用いる前記撮像手段の受光量を補正し、補正後の受光量に基づいて検出対象物を検出することを特徴とする検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の検出装置において、
前記低周波変動成分検出手段は、前記複数の撮像画像データからそれぞれ得られる前記撮像手段の各受光量のデータ群の経時変動成分から前記所定周波数以下の周波数成分を抽出する低周波フィルタ処理を実行して、前記低周波変動成分を検出することを特徴とする検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検出装置において、
前記低周波変動成分検出手段が前記低周波変動成分を検出するのに用いる前記複数の撮像画像データは、前記照明領域内に検出対象物が存在しないときに撮像したものであることを特徴とする検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の検出装置において、
前記低周波変動成分検出手段は、前記照明領域内に検出対象物が存在するとき、前記複数の撮像画像データとして、前記照明領域内の検出対象物を除去する除去手段を動作させることにより該検出対象物を除去した後の照明領域を前記撮像手段により撮像して得られる撮像画像データを用いることを特徴とする検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の検出装置において、
前記検出処理は、前記撮像手段の受光量に基づいて前記照明領域内の検出対象物の量を検出することを特徴とする検出装置。
【請求項７】
光源装置からの光源光によって照明される照明領域を撮像手段により撮像して得られる撮像画像データを用い、該撮像手段の受光量に基づいて該照明領域内の検出対象物を検出する検出装置と、
前記検出装置の検出結果に基づいて、移動体に搭載された所定の機器を制御する移動体機器制御手段を備えた移動体機器制御システムにおいて、
前記検出装置として、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検出装置を用いることを特徴とする移動体機器制御システム。
【請求項８】
光源装置からの光源光によって照明される照明領域を前記光源光の点灯と消灯を繰り返しながら撮像手段により撮像して得られる点灯時及び消灯時の撮像画像データを用い、該撮像手段の受光量に基づいて該照明領域内の検出対象物を検出する検出処理を実行する検出処理実行手段と、前記撮像手段によって所定期間内に前記光源光の点灯時に撮像された複数の前記撮像画像データに基づいて、該撮像手段の受光量の変動成分のうち周波数が所定周波数以下の変動成分である低周波変動成分を検出する低周波変動成分検出手段とを備え、
前記照明領域が板状の透過部材上の領域であり、前記検出対象物が前記透過部材の一方の面上に付着する付着物であって、前記光源装置と前記撮像手段とが前記透過部材を挟んで前記一方の面とは反対側の面側に配置される検出装置のコンピュータを、前記検出処理実行手段及び前記低周波変動成分検出手段として機能させるための検出用プログラムであって、
前記検出処理実行手段は、前記低周波変動成分検出手段により検出した低周波変動成分を用いて、前記検出処理を実行することを特徴とする検出用プログラム。
ただし、前記所定周波数は、前記光源装置の光源から前記撮像手段の受光素子までの光源光の光路上に存在する光学部材の光学特性の経時変化によって該撮像手段の受光量が変動する変動成分の周波数以上であるか、又は、前記光源装置の光源の温度変化による発光量変化によって該撮像手段の受光量が変動する変動成分の周波数以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置、移動体機器制御システム及び検出用プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源装置からの光源光によって照明される照明領域を撮像手段により撮像して得られる撮像画像データを用い、撮像手段の受光量に基づいて照明領域内の検出対象物を検出する検出装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、光源装置からの光源光によって照明された自動車のフロントガラスからの反射光を画像センサ（撮像手段）で受光して撮像し、フロントガラス上に付着している雨滴を検出する雨滴検出装置が開示されている。この特許文献１には、付着物が付着していない箇所では光源光がフロントガラスで全反射して撮像手段に入射し、付着物が付着している箇所では光源光がフロントガラスを透過して撮像手段に入射しない雨滴検出装置の一例が開示されている。この例では、フロントガラス上に雨滴が付着することにより撮像手段の受光量が減少して撮像画像の輝度（画素値）が低下するので、撮像画像の輝度低下を検出することによりフロントガラス上の雨滴が検出される。
【０００４】
特許文献１に開示の雨滴検出装置は、雨滴の検出精度を低下させる光源光以外の外乱光の影響を抑制するため、光源点灯時（照明期間中）に撮像した点灯時画像と、光源消灯時（非照明期間中）に撮像した消灯時画像との輝度差分値に基づいて雨滴を検出する。消灯時画像は外乱光のみを映し出すものであるため、点灯時画像から消灯時画像を差し引いて得られる輝度差分値は、点灯時画像から外乱光成分を除外した輝度値すなわち光源光の受光量となる。特許文献１には、このような輝度差分値に基づいて雨滴検出を行うことにより、外乱光の影響を抑制した雨滴検出処理が可能となる旨が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、撮像手段の受光量に基づいて雨滴等の検出対象物を検出する検出装置において、検出精度を低下させる要因は、光源光以外の外乱光の影響だけではない。例えば、光源装置の光源として、発光量の温度依存性が大きいＬＥＤなどの光源を用いる場合には、温度変化に応じて、撮像手段に受光される光源光の光量が変化する。そのため、検出対象物の有無に関わらず撮像手段の受光量が変化してしまい、検出対象物の誤検出を引き起こすおそれがある。また、例えば、光源装置の光源から撮像手段までの光源光の光路上に存在する光学部材の光学特性が温度変化や経時劣化などに起因して変化する場合も、撮像手段に受光される光源光の光量が変化するので、同様に、検出対象物の誤検出を引き起こすおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明は、光源装置からの光源光によって照明される照明領域を前記光源光の点灯と消灯を繰り返しながら撮像手段により撮像して得られる点灯時及び消灯時の撮像画像データを用い、該撮像手段の受光量に基づいて該照明領域内の検出対象物を検出する検出処理を実行する検出処理実行手段を備えた検出装置において、前記照明領域が板状の透過部材上の領域であり、前記検出対象物が前記透過部材の一方の面上に付着する付着物であって、前記光源装置と前記撮像手段とが前記透過部材を挟んで前記一方の面とは反対側の面側に配置されており、前記撮像手段によって所定期間内に前記光源光の点灯時に撮像された複数の前記撮像画像データに基づいて、該撮像手段の受光量の変動成分のうち周波数が所定周波数以下の変動成分である低周波変動成分を検出する低周波変動成分検出手段を有し、前記検出処理実行手段は、前記低周波変動成分検出手段により検出した低周波変動成分を用いて、前記検出処理を実行することを特徴とする検出装置。
ただし、前記所定周波数は、少なくとも、前記光源装置の光源から前記撮像手段の受光素子までの光源光の光路上に存在する光学部材の光学特性の経時変化によって該撮像手段の受光量が変動する変動成分の周波数以上であるか、又は、前記光源装置の光源の温度変化による発光量変化によって該撮像手段の受光量が変動する変動成分の周波数以上である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光源や光学部材等の温度変化や経時劣化などに起因した検出対象物の誤検出を抑制できるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態における車載機器制御システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】同車載機器制御システムにおける撮像部と画像解析ユニットとの概略構成を示す説明図である。
【図３】同撮像ユニットの光学系を説明するための説明図である。
【図４】同撮像ユニットの概略構成を模式的に示した斜視図である。
【図５】（ａ）は、水平面に対するフロントガラスの傾斜角度が２２°である車両に取り付けた状態の撮像ユニットを示す側面図である。（ｂ）は、同図（ａ）の状態において雨滴が付着していない場合の撮像ユニットの光学系を示す説明図である。（ｃ）は、同図（ａ）の状態において雨滴が付着している場合の撮像ユニットの光学系を示す説明図である。
【図６】同撮像ユニットの反射偏向プリズムを示す斜視図である。
【図７】雨滴検出用の撮像画像データに適用可能なカットフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。
【図８】雨滴検出用の撮像画像データに適用可能なバンドパスフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。
【図９】同撮像部の光学フィルタに設けられる前段フィルタの正面図である。
【図１０】同撮像部の撮像画像データの画像例を示す説明図である。
【図１１】同撮像部の光学フィルタと画像センサとを光透過方向に対して直交する方向から見たときの模式拡大図である。
【図１２】同光学フィルタの偏光フィルタ層と分光フィルタ層の領域分割パターンを示す説明図である。
【図１３】実施形態における光学フィルタの層構成を模式的に示す断面図である。
【図１４】同光学フィルタの車両検出用フィルタ部を透過して画像センサ上の各フォトダイオードで受光される受光量に対応した情報（各撮像画素の情報）の内容を示す説明図である。
【図１５】（ａ）は、図１４に示す符号Ａ−Ａで切断した光学フィルタの車両検出用フィルタ部及び画像センサを模式的に表した断面図である。（ｂ）は、図１４に示す符号Ｂ−Ｂで切断した光学フィルタの車両検出用フィルタ部及び画像センサを模式的に表した断面図である。
【図１６】同光学フィルタの雨滴検出用フィルタ部を透過して画像センサ上の各フォトダイオードで受光される受光量に対応した情報（各撮像画素の情報）の内容を示す説明図である。
【図１７】（ａ）は、図１６に示す符号Ａ−Ａで切断した光学フィルタの雨滴検出用フィルタ部及び画像センサを模式的に表した断面図である。（ｂ）は、図１６に示す符号Ｂ−Ｂで切断した光学フィルタの雨滴検出用フィルタ部及び画像センサを模式的に表した断面図である。
【図１８】実施形態における車両検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図１９】実施形態における雨滴検出処理の説明図である。
【図２０】実施形態における撮像フレームと雨滴検出との関係を示す説明図である。
【図２１】光源部からの光照射期間内で自動露光制御により露光期間が変更される例を示す説明図である。
【図２２】光源部からの光照射期間外で自動露光制御により露光期間が変更される例を示す説明図である。
【図２３】実施形態における雨滴検出処理の流れを示すブロック図である。
【図２４】実施形態における雨滴検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図２５】変形例における雨滴検出に関わる各種光線についての説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る検出装置を、移動体である自動車等の車両に搭載される対象機器を制御する移動体機器制御システムとしての車載機器制御システムに用いられる付着物検出装置に適用した一実施形態について説明する。
なお、本発明に係る検出装置は、検出対象物の検出結果を利用して各種処理や制御を実行するシステムにおいて広く利用することができ、自動車以外の車両、船舶、航空機などの他の移動体に搭載される種々の移動体搭載機器の制御システム、あるいは、移動体に搭載される機器ではないＦＡ（factory automation）等の処理装置の制御システムなどにも利用することができる。
【００１０】
図１は、本実施形態における車載機器制御システムの概略構成を示す模式図である。
本車載機器制御システムは、自動車などの自車両１００に搭載された撮像部により、自車両周囲（特に進行方向前方領域）を撮像領域として撮像した撮像画像データを利用して、ヘッドランプの配光制御、ワイパーの駆動制御、その他の車載機器の制御を行うものである。
【００１１】
本実施形態の車載機器制御システムに設けられる撮像部は、撮像ユニット１０１に設けられており、走行する自車両１００の進行方向前方領域を撮像領域として撮像するものであり、例えば、自車両１００のフロントガラス１０５のルームミラー付近に設置される。撮像ユニット１０１の撮像部で撮像された撮像画像データは、画像解析ユニット１０２に入力される。画像解析ユニット１０２は、ＣＰＵやＲＡＭ等により構成され、撮像部から送信されてくる撮像画像データを解析し、撮像画像データに自車両１００の前方に存在する他車両の位置（方角や距離）を算出したり、フロントガラス１０５に付着する雨滴や異物などの付着物（検出対象物）を検出したり、撮像領域内に存在する路面上の白線（区画線）等を検出したりする。他車両の検出では、他車両のテールランプを識別することで自車両１００と同じ進行方向へ進行する先行車両を検出し、他車両のヘッドランプを識別することで自車両１００とは反対方向へ進行する対向車両を検出する。
【００１２】
画像解析ユニット１０２の算出結果は、ヘッドランプ制御ユニット１０３に送られる。ヘッドランプ制御ユニット１０３は、例えば、画像解析ユニット１０２が算出した他車両の位置データから、自車両１００の車載機器であるヘッドランプ１０４を制御する制御信号を生成する。具体的には、例えば、先行車両や対向車両の運転者の目に自車両１００のヘッドランプの強い光が入射するのを避けて他車両の運転者の幻惑防止を行いつつ、自車両１００の運転者の視界確保を実現できるように、ヘッドランプ１０４のハイビームおよびロービームの切り替えを制御したり、ヘッドランプ１０４の部分的な遮光制御を行ったりする。
【００１３】
画像解析ユニット１０２の算出結果は、ワイパー制御ユニット１０６にも送られる。ワイパー制御ユニット１０６は、除去手段としてのワイパー１０７を制御して、自車両１００のフロントガラス１０５に付着した雨滴や異物などの付着物（検出対象物）を除去する。ワイパー制御ユニット１０６は、画像解析ユニット１０２が検出した付着物検出結果を受けて、ワイパー１０７を制御する制御信号を生成する。ワイパー制御ユニット１０６により生成された制御信号がワイパー１０７に送られると、自車両１００の運転者の視界を確保するべく、ワイパー１０７を稼動させる。
【００１４】
また、画像解析ユニット１０２の算出結果は、車両走行制御ユニット１０８にも送られる。車両走行制御ユニット１０８は、画像解析ユニット１０２が検出した白線検出結果に基づいて、白線によって区画されている車線領域から自車両１００が外れている場合等に、自車両１００の運転者へ警告を報知したり、自車両のハンドルやブレーキを制御するなどの走行支援制御を行ったりする。また、車両走行制御ユニット１０８は、画像解析ユニット１０２が検出した他車両の位置データに基づいて、先行車両との距離が近接した場合等に、自車両１００の運転者へ警告を報知したり、自車両のハンドルやブレーキを制御するなどの走行支援制御を行ったりする。
【００１５】
図２は、撮像ユニット１０１に設けられる撮像部２００と付着物検出装置を構成する画像解析ユニット１０２との概略構成を示す説明図である。
撮像部２００は、主に、撮像レンズ２０４と、光学フィルタ２０５と、受光素子が２次元配置された撮像手段としての画像センサ２０６を含んだセンサ基板２０７と、センサ基板２０７から出力されるアナログ電気信号（画像センサ２０６上の各受光素子が受光した受光量）をデジタル電気信号に変換した撮像画像データを生成して出力する信号処理部２０８とから構成されている。また、本実施形態においては、センサ基板２０７上に光源装置としての光源部２０２が実装されている。この光源部２０２は、フロントガラス１０５の内壁面（一方の面）側に配置され、外壁面（他方の面）に付着した付着物（以下、付着物が主に雨滴である場合を例に挙げて説明する。）を検出するためのものである。
【００１６】
本実施形態では、撮像レンズ２０４の光軸が水平方向に一致するように撮像ユニット１０１を配置するが、これに限定されることはなく、水平方向（図２中のＸ方向）を基準とした特定方向に向けるような例であってもよい。撮像レンズ２０４は、例えば、複数のレンズで構成され、焦点がフロントガラス１０５の位置よりも遠方に設定されるものを用いる。撮像レンズ２０４の焦点位置は、例えば、無限遠又は無限遠とフロントガラス１０５との間に設定することができる。
【００１７】
画像センサ２０６は、センサ面を保護するカバーガラスを透過した光を受光する２次元配置された複数の受光素子で構成され、受光素子（撮像画素）ごとに入射光を光電変換する機能を有する。後述の図等では画像センサ２０６の各画素を簡略化して描いているが、実際には画像センサ２０６は２次元配置された数十万個程度の画素で構成されている。画像センサ２０６としては、例えば、全撮像画素を同時露光（グローバルシャッター）して各撮像画素の信号を読み出すＣＣＤ（Charge Coupled Device）や、ライン露光（ローリングシャッター）で露光された各撮像画素の信号を読み出すＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などを用いたイメージセンサであり、その受光素子にはフォトダイオードを用いることができる。
【００１８】
信号処理部２０８は、画像センサ２０６で光電変換され、センサ基板２０７から出力されるアナログ電気信号（画像センサ２０６の各受光素子への入射光量）をデジタル電気信号に変換した撮像画像データを生成して出力する機能を有する。信号処理部２０８は、画像解析ユニット１０２と電気的に接続されている。信号処理部２０８は、センサ基板２０７を経由して画像センサ２０６から電気信号（アナログ信号）が入力されると、入力された電気信号から、画像センサ２０６上における各撮像画素の明るさ（輝度）を示すデジタル信号（撮像画像データ）を生成する。そして、この撮像画像データを、画像の水平・垂直同期信号とともに、後段の画像解析ユニット１０２へ出力する。
【００１９】
また、画像解析ユニット１０２は、撮像ユニット１０１の撮像動作を制御する機能や、撮像ユニット１０１から送信される撮像画像データを解析する機能を有する。画像解析ユニット１０２は、露光量制御手段としての露光量制御部１０２Ｃによって、撮像ユニット１０１から送信された撮像画像データから、画像センサ２０６の撮像対象（自車両前方領域に存在する他車両等の物体）ごとの最適な露光量を算出し、画像センサ２０６の撮像対象ごとに最適な露光量（本実施形態では露光時間）を設定する機能を有する。また、画像解析ユニット１０２は、信号処理部２０８からの画像信号の取得と連動しながら、光源制御手段としての光源制御部１０２Ｂによって、光源部２０２の発光タイミングなどを制御する機能を有する。また、画像解析ユニット１０２は、撮像ユニット１０１から送信されてくる撮像画像データから、路面状態や道路標識などに関する情報を検出する機能を有する。また、画像解析ユニット１０２は、撮像ユニット１０１から送信されてくる撮像画像データから、自車両の前方に存在する他車両の位置や方角、距離等を算出する機能を有する。
【００２０】
また、画像解析ユニット１０２は、検出処理部１０２Ａによって、フロントガラス１０５の状態（雨滴の付着、凍結、曇りなど）を検出する機能を有する。検出処理部１０２Ａは、雨滴の付着を検出する場合、撮像ユニット１０１から送信された撮像画像データを用い、その撮像画像データの輝度値（画素値）に応じてフロントガラス１０５上の雨滴量を算出する。このとき、本実施形態では、詳しくは後述するが、撮像ユニット１０１から所定期間内に送られてくる複数の撮像画像データに基づいて、その撮像画像データの輝度値変動成分のうち所定周波数以下の低周波変動成分を検出する低周波変動成分検出手段としての低周波変動成分検出部１０２Ｄを備えている。なお、本明細書において、輝度値変動成分とは輝度値の時間変動成分であり、低周波変動成分とは時間周期が長い変動成分である。
【００２１】
図３は、本実施形態における撮像ユニット１０１の光学系を説明するための説明図である。
本実施形態の光源部２０２は、フロントガラス１０５上に付着した付着物（雨滴、凍結、曇り等）を検出するための光源光（照明光）を照射するものである。本実施形態の光源部２０２は、その光源としてのＬＥＤを複数備え、各ＬＥＤから照射される光源光をコリメータレンズ等の光学系を通じて外部へ出射する構成となっている。このように光源を複数具備することにより、光源が１つである場合と比較して、フロントガラス１０５上の付着物を検出するための検出領域が広がり、フロントガラス１０５の付着物の検出精度が向上する。
【００２２】
本実施形態では、ＬＥＤを画像センサ２０６と同じセンサ基板２０７上に実装しているので、これらを別々の基板上に実装する場合よりも基板枚数を減らすことができ、低コストを実現できる。また、ＬＥＤの配置方法は、図３中のＹ方向に沿って１列又は複数列に配置することで、後述するとおり、車両前方領域の画像が映し出される画像領域の下側に映し出されるフロントガラス画像を撮像するための照明を均一化することが可能となる。本実施形態では、光源部２０２を、画像センサ２０６と同じセンサ基板２０７上に実装しているが、画像センサ２０６とは別基板上に実装してもよい。
【００２３】
光源部２０２は、光源部２０２が照射する光の光軸方向と撮像レンズ２０４の光軸方向とが予め所定の角度を有するように、センサ基板２０７上に配置されている。また、光源部２０２は、光源部２０２が照射する光によって照明されるフロントガラス１０５上において、その照明範囲が撮像レンズ２０４の画角範囲内（視野角の範囲内）となるように、配置されている。光源部２０２の発光波長としては、対向車の運転者や歩行者を眩惑しないように、可視光を避けることが好ましく、例えば、可視光よりも波長が長く、画像センサ２０６の受光感度が及ぶ波長範囲（例えば８００〜１０００ｎｍ程度の赤外光波長範囲）を用いる。光源部２０２の発光タイミングなどの駆動制御は、信号処理部２０８からの画像信号の取得と連動しながら、画像解析ユニット１０２の光源制御部１０２Ｂによって行われる。
【００２４】
本実施形態の撮像ユニット１０１には、図３に示すように、光源部２０２からの光を反射させてフロントガラス１０５へ導く反射面２３１を備えた反射偏向プリズム２３０が設けられている。反射偏向プリズム２３０は、光源部２０２からの光を適切にフロントガラス１０５の内部に導くために、その一面がフロントガラス１０５の内壁面に密着するように配置されている。具体的には、反射偏向プリズム２３０に入射する光源部２０２からの光の入射角が所定範囲内で変化しても、光源部２０２から照射されて反射偏向プリズム２３０の反射面２３１で正反射した光のうち、フロントガラス１０５の外壁面上における雨滴（検出対象物）が付着していない非付着箇所で正反射した正反射光が、画像センサ２０６に受光される関係が維持されるように、反射偏向プリズム２３０がフロントガラス１０５の内壁面に取り付けられる。
【００２５】
反射偏向プリズム２３０をフロントガラス１０５の内壁面に取り付ける際、これらの間に、透光性材料からなるジェルやシール材などの充填材を介在させて密着性を高めるのが好ましい。これにより、反射偏向プリズム２３０とフロントガラス１０５との間に空気層や気泡などが介在しないようにでき、これらの間で曇りが生じにくいようにしている。また、充填材の屈折率は、反射偏向プリズム２３０とフロントガラス１０５の中間屈折率であることが好ましい。これにより、充填材と反射偏向プリズム２３０との間、及び、充填材とフロントガラス１０５との間でのフレネル反射ロスを軽減できるからである。ここでいうフレネル反射とは、屈折率の異なる材料間で発生する反射のことである。
【００２６】
反射偏向プリズム２３０は、図３に示すように、光源部２０２からの入射光を反射面２３１で一回だけ正反射して、これをフロントガラス１０５の内壁面に向けて折り返す。折り返した光は、フロントガラス１０５の外壁面に対して入射角θ（θ≧約４２°）となるように構成されている。この適切な入射角θは、空気とフロントガラス１０５の外壁面との間の屈折率差に起因して、フロントガラス１０５の内部においてその外壁面で全反射を起こす臨界角である。したがって、本実施形態では、フロントガラス１０５の外壁面に雨滴等の付着物が付着していない場合には、反射偏向プリズム２３０の反射面で折り返された光は、フロントガラス１０５の外壁面を透過することなく、すべて反射される。
【００２７】
一方、フロントガラス１０５の外壁面上に空気（屈折率１）とは異なる雨滴（屈折率１．３８）などの付着物が付着すると、この全反射条件が崩れ、雨滴が付着している箇所では光がフロントガラス１０５の外壁面を透過する。したがって、フロントガラス１０５の外壁面に雨滴が付着していない非付着箇所については、その反射光が画像センサ２０６に受光されて高輝度な画像部分となる一方、雨滴が付着している付着箇所については、その反射光の光量が減り、画像センサ２０６に受光される光量が少なくなるので、低輝度な画像部分となる。したがって、撮像画像上においては、雨滴付着箇所と非雨滴付着箇所とのコントラストが得られる。
【００２８】
図４は、本実施形態の撮像ユニット１０１の概略構成を模式的に示した斜視図である。
本実施形態の撮像ユニット１０１は、反射偏向プリズム２３０を固定支持し、フロントガラス１０５の内壁面に固定配置される第一支持部材としての第一モジュール１０１Ａと、画像センサ２０６及びＬＥＤ２１１が実装されたセンサ基板２０７、導光体２１５、撮像レンズ２０４を固定支持する第二支持部材としての第二モジュール１０１Ｂとから構成されている。
【００２９】
これらのモジュール１０１Ａ，１０１Ｂは、回転連結機構２４０によって回動可能に連結されている。この回転連結機構２４０は、フロントガラス１０５の傾斜方向及び鉛直方向のいずれにも直交する方向（図３中紙面前後方向）に延びる回転軸２４１を有し、この回転軸２４１を中心にして、第一モジュール１０１Ａと第二モジュール１０１Ｂとを相対回転させることができる。このように回動可能な構成としているのは、傾斜角度が異なるフロントガラス１０５に対して第一モジュール１０１Ａが固定配置される場合でも、第二モジュール１０１Ｂの撮像部２００の撮像方向を目標とする特定方向（本実施形態では水平方向）に向けることができるようにするためである。
【００３０】
図５（ａ）は、水平面に対するフロントガラス１０５の傾斜角度θｇが２２°である車両に取り付けた状態の撮像ユニット１０１を示す側面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態において雨滴が付着していない場合の撮像ユニット１０１の光学系を示す説明図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）の状態において雨滴が付着している場合の撮像ユニット１０１の光学系を示す説明図である。
【００３１】
光源部２０２からの光Ｌ１は、反射偏向プリズム２３０の反射面２３１で正反射され、その反射光Ｌ２はフロントガラス１０５の内壁面を透過する。フロントガラス１０５の外壁面に雨滴が付着していない場合は、その反射光Ｌ２は外壁面では全反射し、この反射光Ｌ３はフロントガラス１０５の内壁面を透過して撮像レンズ２０４に向けて光は進む。一方、フロントガラス１０５の外壁面に雨滴２０３が付着している場合、反射偏向プリズム２３０の反射面２３１で正反射した反射光Ｌ２は、その外壁面を透過する。このような系において、フロントガラス１０５の角度θｇが変わると、第二モジュール１０１Ｂの姿勢を維持したまま（撮像方向を水平方向に固定したまま）、フロントガラス１０５の内壁面に固定される第二モジュール１０１Ｂの姿勢が変化し、反射偏向プリズム２３０がフロントガラス１０５と一体になって図中Ｙ軸回りに回転することになる。
【００３２】
ここで、本実施形態における反射偏向プリズム２３０の反射面２３１とフロントガラス１０５の外壁面との配置関係は、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において、常に、フロントガラス１０５の外壁面での全反射光Ｌ３が、フロントガラス状態変化検出用の画像センサ２０６の受光領域（以下「付着物検出用受光領域」という。）に受光される関係となっている。したがって、フロントガラス１０５の角度θｇが変わっても、フロントガラス１０５の外壁面での全反射光Ｌ３が画像センサ２０６の付着物検出用受光領域に受光され、適切な雨滴検出を実現できる。
【００３３】
特に、本実施形態における配置関係は、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において実質的にコーナーキューブの原理が成立するような関係となっている。そのため、フロントガラス１０５の角度θｇが変わっても、フロントガラス１０５の外壁面での全反射光Ｌ３の光軸方向と水平面とのなす角度θは実質的に一定である。よって、画像センサ２０６の付着物検出用受光領域内におけるフロントガラス１０５の外壁面での全反射光Ｌ３の光軸が通過する箇所の変動を小さく抑えることができ、より適切な雨滴検出を実現できる。
【００３４】
反射偏向プリズム２３０の反射面２３１とフロントガラス１０５の外壁面との配置関係が互いに垂直な関係であればコーナーキューブの原理が成立するが、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において実質的にコーナーキューブの原理が成立するのであれば、反射偏向プリズム２３０の反射面２３１とフロントガラス１０５の外壁面との配置関係は互いに垂直な関係である場合に限られない。反射偏向プリズム２３０の反射面２３１とフロントガラス１０５の外壁面との配置関係が互いに垂直な関係でなくても、反射偏向プリズム２３０の他の面（被入射面や出射面）の角度を調整することにより、フロントガラス１０５の傾斜角度θｇが変わっても、撮像レンズへ向かう全反射光Ｌ３の光軸の角度θを略一定に保持することが可能である。
【００３５】
図６は、本実施形態の反射偏向プリズム２３０を示す斜視図である。
反射偏向プリズム２３０は、光源部２０２からの光が入射する被入射面２３３と、被入射面２３３から入射した光Ｌ１を反射させる反射面２３１と、フロントガラス１０５の内壁面と密着する密着面２３２と、フロントガラス１０５の外壁面で反射した反射光Ｌ３を撮像部２００に向けて出射する出射面２３４とを備えている。本実施形態では、被入射面２３３と出射面２３４とは互いに平行な面となるように構成されているが、両者を非平行な面としてもよい。
【００３６】
反射偏向プリズム２３０の材料は、少なくとも光源部２０２からの光を透過させる材料であればよく、ガラスやプラスチックなどを用いることができる。本実施形態の光源部２０２からの光は赤外光であるため、反射偏向プリズム２３０の材料としては、可視光を吸収するような黒色系の材料を用いてもよい。可視光を吸収する材料を用いることにより、反射偏向プリズム２３０にＬＥＤからの光（赤外光）以外の光（車外からの可視光など）が入射するのを抑制できる。
【００３７】
また、反射偏向プリズム２３０は、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において、その反射面２３１で光源部２０２からの光を全反射させる全反射条件が満たされるように形成される。また、回転連結機構２４０の回転調整範囲内において反射面２３１で全反射させる条件を満たすことが難しい場合には、反射偏向プリズム２３０の反射面２３１に、アルミニウムなどの膜を蒸着させるなどして、反射ミラーを形成してもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、反射面２３１が平面であるが、反射面を凹面としたものでもよい。このような凹面状の反射面を用いることで、反射面に入射してくる拡散光束を平行化することができる。このことにより、フロントガラス１０５上での照度低下を抑制することが可能となる。
【００３９】
ここで、フロントガラス１０５の外壁面で反射した光源部２０２からの赤外波長光を撮像部２００で撮像する際、撮像部２００の画像センサ２０６では、光源部２０２からの赤外波長光のほか、例えば太陽光などの赤外波長光を含む大光量の外乱光も受光される。よって、光源部２０２からの赤外波長光をこのような大光量の外乱光と区別するためには、光源部２０２の発光量を外乱光よりも十分に大きくする必要があるが、このような大発光量の光源部２０２を用いることは困難である場合が多い。
【００４０】
そこで、本実施形態においては、例えば、図７に示すように光源部２０２の発光波長よりも短い波長の光をカットするようなカットフィルタか、もしくは、図８に示すように透過率のピークが光源部２０２の発光波長とほぼ一致したバンドパスフィルタを介して、光源部２０２からの光を画像センサ２０６で受光するように構成する。これにより、光源部２０２の発光波長以外の光を除去して受光できるので、画像センサ２０６で受光される光源部２０２からの光量は、外乱光に対して相対的に大きくなる。その結果、大発光量の光源部２０２でなくても、光源部２０２からの光を外乱光と区別することが可能となる。
【００４１】
ただし、本実施形態においては、撮像画像データから、フロントガラス１０５上の雨滴２０３を検出するだけでなく、先行車両や対向車両の検出や白線の検出も行う。そのため、撮像画像全体について光源部２０２が照射する赤外波長光以外の波長帯を除去してしまうと、先行車両や対向車両の検出や白線の検出に必要な波長帯の光を画像センサ２０６で受光できず、これらの検出に支障をきたす。そこで、本実施形態では、撮像画像データの画像領域を、フロントガラス１０５上の雨滴２０３を検出するための雨滴検出用画像領域と、先行車両や対向車両の検出や白線の検出を行うための車両検出用画像領域とに区分し、雨滴検出用画像領域に対応する部分についてのみ光源部２０２が照射する赤外波長光以外の波長帯を除去するフィルタを、光学フィルタ２０５に配置している。
【００４２】
図９は、光学フィルタ２０５に設けられる前段フィルタ２１０の正面図である。
図１０は、撮像画像データの画像例を示す説明図である。
本実施形態の光学フィルタ２０５は、前段フィルタ２１０と後段フィルタ２２０とを光透過方向に重ね合わせた構造となっている。前段フィルタ２１０は、図９に示すように、車両検出用画像領域２１３である撮像画像上部２／３に対応する箇所に配置される赤外光カットフィルタ領域２１１と、雨滴検出用画像領域２１４である撮像画像下部１／３に対応する箇所に配置される赤外光透過フィルタ領域２１２とに、領域分割されている。赤外光透過フィルタ領域２１２には、図７に示したカットフィルタや図８に示したバンドパスフィルタを用いる。
【００４３】
対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の画像は、主に撮像画像中央部から上部に存在することが多く、撮像画像下部には自車両前方の直近路面の画像が存在するのが通常である。よって、対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の識別に必要な情報は撮像画像上部に集中しており、その識別において撮像画像下部の情報はあまり重要でない。よって、単一の撮像画像データから、対向車両や先行車両あるいは白線の検出と雨滴の検出とを両立して行う場合には、図１０に示すように、撮像画像下部を雨滴検出用画像領域２１４とし、残りの撮像画像上部を車両検出用画像領域２１３とし、これに対応して前段フィルタ２１０を領域分割するのが好適である。
【００４４】
なお、本実施形態では、撮像画像中における車両検出用画像領域２１３の下部に雨滴検出用画像領域２１４を設けた例であるが、車両検出用画像領域２１３の上部に雨滴検出用画像領域２１４を設けたり、車両検出用画像領域２１３の上部と下部の両方に雨滴検出用画像領域２１４を設けたりしてもよい。
【００４５】
撮像部２００の撮像方向を下方へ傾けていくと、撮像領域内の下部に自車両のボンネットが入り込んでくる場合がある。この場合、自車両のボンネットで反射した太陽光や先行車両のテールランプなどが外乱光となり、これが撮像画像データに含まれることで対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の誤識別の原因となる。このような場合でも、本実施形態では、撮像画像下部に対応する箇所に図７に示したカットフィルタや図８に示したバンドパスフィルタが配置されているので、ボンネットで反射した太陽光や先行車両のテールランプなどの外乱光が除去される。よって、対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の識別精度が向上する。
【００４６】
なお、本実施形態では、撮像レンズ２０４の特性により、撮像領域内の光景と画像センサ２０６上の像とでは天地が逆になる。よって、撮像画像下部を雨滴検出用画像領域２１４とする場合には、光学フィルタ２０５の前段フィルタ２１０の上部を図７に示したカットフィルタや図８に示したバンドパスフィルタで構成することになる。
【００４７】
ここで、先行車両を検出する際には、撮像画像上のテールランプを識別することで先行車両の検出を行うが、テールランプは対向車両のヘッドランプと比較して光量が少なく、また街灯などの外乱光も多く存在するため、単なる輝度データのみからテールランプを高精度に検出するのは困難である。そのため、テールランプの識別には分光情報を利用し、赤色光の受光量に基づいてテールランプを識別することが必要となる。そこで、本実施形態では、後述するように、光学フィルタ２０５の後段フィルタ２２０に、テールランプの色に合わせた赤色フィルタあるいはシアンフィルタ（テールランプの色の波長帯のみを透過させるフィルタ）を配置し、赤色光の受光量を検知できるようにしている。
【００４８】
ただし、本実施形態の画像センサ２０６を構成する各受光素子は、赤外波長帯の光に対しても感度を有するので、赤外波長帯を含んだ光を画像センサ２０６で受光すると、得られる撮像画像は全体的に赤みを帯びたものとなってしまう。その結果、テールランプに対応する赤色の画像部分を識別することが困難となる場合がある。そこで、本実施形態では、光学フィルタ２０５の前段フィルタ２１０において、車両検出用画像領域２１３に対応する箇所を赤外光カットフィルタ領域２１１としている。これにより、テールランプの識別に用いる撮像画像データ部分から赤外波長帯が除外されるので、テールランプの識別精度が向上する。
【００４９】
図１１は、光学フィルタ２０５と画像センサ２０６とを光透過方向に対して直交する方向から見たときの模式拡大図である。
画像センサ２０６は、上述したようにＣＣＤやＣＭＯＳなどを用いたイメージセンサであり、その受光素子にはフォトダイオード２０６Ａを用いている。フォトダイオード２０６Ａは、画素ごとに２次元的にアレイ配置されており、フォトダイオード２０６Ａの集光効率を上げるために、各フォトダイオード２０６Ａの入射側にはマイクロレンズ２０６Ｂが設けられている。この画像センサ２０６がワイヤボンディングなどの手法によりＰＷＢ（printed wiring board）に接合されてセンサ基板２０７が形成されている。
【００５０】
画像センサ２０６のマイクロレンズ２０６Ｂ側の面には、光学フィルタ２０５が近接配置されている。光学フィルタ２０５の後段フィルタ２２０は、図１１に示すように、透明なフィルタ基板２２１上に偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３を順次形成して積層構造としたものである。偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３は、いずれも、画像センサ２０６上における１つのフォトダイオード２０６Ａに対応するように領域分割されている。
【００５１】
光学フィルタ２０５と画像センサ２０６との間に空隙がある構成としてもよいが、光学フィルタ２０５を画像センサ２０６に密着させる構成とした方が、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３の各領域の境界と画像センサ２０６上のフォトダイオード２０６Ａ間の境界とを一致させやすくなる。光学フィルタ２０５と画像センサ２０６は、例えば、ＵＶ接着剤で接合してもよいし、撮像に用いる有効画素範囲外でスペーサにより支持した状態で有効画素外の四辺領域をＵＶ接着や熱圧着してもよい。
【００５２】
図１２は、本実施形態に係る光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３の領域分割パターンを示す説明図である。
偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３は、それぞれ、第１領域及び第２領域という２種類の領域が、画像センサ２０６上の１つのフォトダイオード２０６Ａに対応して配置されたものである。これにより、画像センサ２０６上の各フォトダイオード２０６Ａによって受光される受光量は、受光する光が透過した偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３の領域の種類に応じて、偏光情報や分光情報等として取得することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、画像センサ２０６はモノクロ画像用の撮像素子を前提にして説明するが、画像センサ２０６をカラー用撮像素子で構成してもよい。カラー用撮像素子で構成する場合、カラー用撮像素子の各撮像画素に付属するカラーフィルタの特性に応じて、偏光フィルタ層２２２と分光フィルタ層２２３の各領域の光透過特性を調整してやればよい。
【００５４】
ここで、本実施形態における光学フィルタ２０５の一例について説明する。
図１３は、本実施形態における光学フィルタ２０５の層構成を模式的に示す断面図である。
本実施形態における光学フィルタ２０５の後段フィルタ２２０は、車両検出用画像領域２１３に対応する車両検出用フィルタ部２２０Ａと、雨滴検出用画像領域２１４に対応する雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂとで、その層構成が異なっている。具体的には、車両検出用フィルタ部２２０Ａは分光フィルタ層２２３を備えているのに対し、雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂは分光フィルタ層２２３を備えていない。また、車両検出用フィルタ部２２０Ａと雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂとでは、その偏光フィルタ層２２２，２２５の構成が異なっている。
【００５５】
図１４は、本実施形態における光学フィルタ２０５の車両検出用フィルタ部２２０Ａを透過して画像センサ２０６上の各フォトダイオード２０６Ａで受光される受光量に対応した情報（各撮像画素の情報）の内容を示す説明図である。
図１５（ａ）は、図１４に示す符号Ａ−Ａで切断した光学フィルタ２０５の車両検出用フィルタ部２２０Ａ及び画像センサ２０６を模式的に表した断面図である。
図１５（ｂ）は、図１４に示す符号Ｂ−Ｂで切断した光学フィルタ２０５の車両検出用フィルタ部２２０Ａ及び画像センサ２０６を模式的に表した断面図である。
【００５６】
本実施形態における光学フィルタ２０５の車両検出用フィルタ部２２０Ａは、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、透明なフィルタ基板２２１の上に偏光フィルタ層２２２を形成した後、その上に分光フィルタ層２２３を形成して積層構造としたものである。そして、偏光フィルタ層２２２は、ワイヤーグリッド構造を有するものであり、その積層方向上面（図１５中下側面）は凹凸面となる。このような凹凸面上にそのまま分光フィルタ層２２３を形成しようとすると、分光フィルタ層２２３がその凹凸面に沿って形成され、分光フィルタ層２２３の層厚ムラが生じて本来の分光性能が得られない場合がある。そこで、本実施形態の光学フィルタ２０５は、偏光フィルタ層２２２の積層方向上面側を充填材で充填して平坦化した後、その上に分光フィルタ層２２３を形成している。
【００５７】
充填材としては、この充填材によって凹凸面が平坦化される偏光フィルタ層２２２の機能を妨げない材料であればよいので、本実施形態では偏光機能を有しない材料のものを用いる。また、充填材による平坦化処理は、例えば、スピンオングラス法によって充填材を塗布する方法が好適に採用できるが、これに限られるものではない。
【００５８】
本実施形態において、偏光フィルタ層２２２の第１領域は、画像センサ２０６の撮像画素の縦列（鉛直方向）に平行に振動する鉛直偏光成分のみを選択して透過させる鉛直偏光領域であり、偏光フィルタ層２２２の第２領域は、画像センサ２０６の撮像画素の横列（水平方向）に平行に振動する水平偏光成分のみを選択して透過させる水平偏光領域である。
また、分光フィルタ層２２３の第１領域は、偏光フィルタ層２２２を透過可能な使用波長帯域に含まれる赤色波長帯（特定波長帯）の光のみを選択して透過させる赤色分光領域であり、分光フィルタ層２２３の第２領域は、波長選択を行わずに光を透過させる非分光領域である。そして、本実施形態においては、図１４に一点鎖線で囲ったように、隣接する縦２つ横２つの合計４つの撮像画素（符号ａ、ｂ、ｅ、ｆの４撮像画素）によって撮像画像データの１画像画素が構成される。
【００５９】
図１４に示す撮像画素ａでは、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２２における鉛直偏光領域（第１領域）と分光フィルタ層２２３の赤色分光領域（第１領域）を透過した光が受光される。したがって、撮像画素ａは、鉛直偏光成分（図１４中符号Ｐで示す。）の赤色波長帯（図１４中符号Ｒで示す。）の光Ｐ／Ｒを受光することになる。
また、図１４に示す撮像画素ｂでは、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２２における鉛直偏光領域（第１領域）と分光フィルタ層２２３の非分光領域（第２領域）を透過した光が受光される。したがって、撮像画素ｂは、鉛直偏光成分Ｐにおける非分光（図１４中符号Ｃで示す。）の光Ｐ／Ｃを受光することになる。
また、図１４に示す撮像画素ｅでは、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２２における水平偏光領域（第２領域）と分光フィルタ層２２３の非分光領域（第２領域）を透過した光が受光される。したがって、撮像画素ｅは、水平偏光成分（図１４中符号Ｓで示す。）における非分光Ｃの光Ｓ／Ｃを受光することになる。
図１４に示す撮像画素ｆでは、光学フィルタ２０５の偏光フィルタ層２２２における鉛直偏光領域（第１領域）と分光フィルタ層２２３の赤色分光領域（第１領域）を透過した光が受光される。したがって、撮像画素ｆは、撮像画素ａと同様、鉛直偏光成分Ｐにおける赤色波長帯Ｒの光Ｐ／Ｒを受光することになる。
【００６０】
以上の構成により、本実施形態によれば、撮像画素ａおよび撮像画素ｆの出力信号から赤色光の鉛直偏光成分画像についての一画像画素が得られ、撮像画素ｂの出力信号から非分光の鉛直偏光成分画像についての一画像画素が得られ、撮像画素ｅの出力信号から非分光の水平偏光成分画像についての一画像画素が得られる。よって、本実施形態によれば、一度の撮像動作により、赤色光の鉛直偏光成分画像、非分光の鉛直偏光成分画像、非分光の水平偏光成分画像という３種類の撮像画像データを得ることができる。
【００６１】
なお、これらの撮像画像データでは、その画像画素の数が撮像画素数よりも少なくなるが、より高解像度の画像を得る際には一般に知られる画像補間技術を用いてもよい。例えば、より高い解像度である赤色光の鉛直偏光成分画像を得ようとする場合、撮像画素ａと撮像画素ｆに対応する画像画素についてはこれらの撮像画素ａ，ｆで受光した赤色光の鉛直偏光成分Ｐの情報をそのまま使用し、撮像画素ｂに対応する画像画素については、例えばその周囲を取り囲む撮像画素ａ，ｃ，ｆ，ｊの平均値を当該画像画素の赤色光の鉛直偏光成分の情報として使用する。
また、より高い解像度である非分光の水平偏光成分画像を得ようとする場合、撮像画素ｅに対応する画像画素についてはこの撮像画素ｅで受光した非分光の水平偏光成分Ｓの情報をそのまま使用し、撮像画素ａ，ｂ，ｆに対応する画像画素については、その周囲で非分光の水平偏光成分を受光する撮像画素ｅや撮像画素ｇなどの平均値を使用したり、撮像画素ｅと同じ値を使用したりしてもよい。
【００６２】
このようにして得られる赤色光の鉛直偏光成分画像は、例えば、テールランプの識別に使用することができる。赤色光の鉛直偏光成分画像は、水平偏光成分Ｓがカットされているので、路面に反射した赤色光や自車両１００の室内におけるダッシュボードなどからの赤色光（映りこみ光）等のように水平偏光成分Ｓの強い赤色光による外乱要因が抑制された赤色画像を得ることができる。よって、赤色光の鉛直偏光成分画像をテールランプの識別に使用することで、テールランプの認識率が向上する。
【００６３】
また、非分光の鉛直偏光成分画像は、例えば、白線や対向車両のヘッドランプの識別に使用することができる。非分光の水平偏光成分画像は、水平偏光成分Ｓがカットされているので、路面に反射したヘッドランプや街灯等の白色光や自車両１００の室内におけるダッシュボードなどからの白色光（映りこみ光）等のように水平偏光成分Ｓの強い白色光による外乱要因が抑制された非分光画像を得ることができる。よって、非分光の鉛直偏光成分画像を白線や対向車両のヘッドランプの識別に使用することで、その認識率が向上する。特に、雨路において、路面を覆った水面からの反射光は水平偏光成分Ｓが多いことが一般に知られている。よって、非分光の鉛直偏光成分画像を白線の識別に使用することで、雨路における水面下の白線を適切に識別することが可能となり、認識率が向上する。
【００６４】
また、非分光の鉛直偏光成分画像と非分光の水平偏光成分画像との間で各画素値を比較した指標値を画素値とした比較画像を用いれば、後述するように、撮像領域内の金属物体、路面の乾湿状態、撮像領域内の立体物、雨路における白線の高精度な識別が可能となる。ここで用いる比較画像としては、例えば、非分光の鉛直偏光成分画像と非分光の水平偏光成分画像との間の画素値の差分値を画素値とした差分画像、これらの画像間の画素値の比率を画素値とした比率画像、あるいは、これらの画像間の画素値の合計に対するこれらの画像間の画素値の差分値の比率（差分偏光度）を画素値とした差分偏光度画像などを使用することができる。
【００６５】
図１６は、本実施形態における光学フィルタ２０５の雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂを透過して画像センサ２０６上の各フォトダイオード２０６Ａで受光される受光量に対応した情報（各撮像画素の情報）の内容を示す説明図である。
図１７（ａ）は、図１６に示す符号Ａ−Ａで切断した光学フィルタ２０５の雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂ及び画像センサ２０６を模式的に表した断面図である。
図１７（ｂ）は、図１６に示す符号Ｂ−Ｂで切断した光学フィルタ２０５の雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂ及び画像センサ２０６を模式的に表した断面図である。
【００６６】
本実施形態における光学フィルタ２０５の雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂは、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、前記車両検出用フィルタ部２２０Ａと共通のフィルタ基板２２１の上にワイヤーグリッド構造の偏光フィルタ層２２５が形成されている。この偏光フィルタ層２２５は、前記車両検出用フィルタ部２２０Ａの偏光フィルタ層２２２とともに、積層方向上面側が充填材によって充填されて平坦化されている。ただし、雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂは、前記車両検出用フィルタ部２２０Ａとは異なり、分光フィルタ層２２３は積層されていない。
【００６７】
本実施形態においては、自車両１００の室内側の風景がフロントガラス１０５の内壁面に映り込むことがある。この映り込みは、フロントガラス１０５の内壁面で正反射した光によるものである。この映り込みは、正反射光であるのでその光強度が比較的大きい外乱光である。よって、この映り込みが雨滴と一緒に雨滴検出用画像領域２１４に映し出されると、雨滴の検出精度が低下する。また、光源部２０２からの光がフロントガラス１０５の内壁面で正反射した正反射光も、雨滴と一緒に雨滴検出用画像領域２１４に映し出されると、外乱光となって雨滴の検出精度を低下させる。
【００６８】
このような雨滴の検出精度を低下させる外乱光は、フロントガラス１０５の内壁面で正反射した正反射光であるので、その偏光成分のほとんどは光源入射面に対して偏光方向が垂直な偏光成分、すなわち、画像センサ２０６の撮像画素の横列（水平方向）に平行に振動する水平偏光成分Ｓである。そこで、本実施形態の光学フィルタ２０５の雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂにおける偏光フィルタ層２２５は、フロントガラス１０５に向かう光源部２０２からの光の光軸と撮像レンズ２０４の光軸とを含む仮想面（光源入射面）に対して偏光方向が平行である偏光成分、すなわち、画像センサ２０６の撮像画素の縦列（鉛直方向）に平行に振動する鉛直偏光成分Ｐのみを透過するように透過軸が設定されている。
【００６９】
これにより、雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂの偏光フィルタ層２２５を透過する光は、鉛直偏光成分Ｐのみとなり、フロントガラス１０５の内壁面の映り込みや、フロントガラス１０５の内壁面で正反射した光源部２０２からの正反射光などの外乱光の大部分を占める水平偏光成分Ｓをカットすることができる。その結果、雨滴検出用画像領域２１４は、外乱光による影響の少ない鉛直偏光成分Ｐによる鉛直偏光画像となり、その雨滴検出用画像領域２１４の撮像画像データに基づく雨滴の検出精度が向上する。
【００７０】
本実施形態では、前段フィルタ２１０を構成する赤外光カットフィルタ領域２１１と赤外光透過フィルタ領域２１２とが、それぞれ層構成の異なる多層膜によって形成されている。このような前段フィルタ２１０の製造方法としては、赤外光カットフィルタ領域２１１の部分をマスクで隠しながら赤外光透過フィルタ領域２１２の部分を真空蒸着などにより成膜した後、今度は赤外光透過フィルタ領域２１２の部分をマスクで隠しながら赤外光カットフィルタ領域２１１の部分を真空蒸着などにより成膜するという方法が挙げられる。
【００７１】
また、本実施形態において、車両検出用フィルタ部２２０Ａの偏光フィルタ層２２２と、雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂの偏光フィルタ層２２５とは、いずれも、２次元方向に領域分割されたワイヤーグリッド構造であるが、前者の偏光フィルタ層２２２は透過軸が互いに直交する２種類の領域（鉛直偏光領域及び水平偏光領域）が撮像画素単位で領域分割されたものであり、後者の偏光フィルタ層２２５は鉛直偏光成分Ｐのみを透過させる透過軸をもつ１種類の領域が撮像画素単位で領域分割されたものである。このような異なる構成をもつ偏光フィルタ層２２２，２２５を同一のフィルタ基板２２１上に形成する場合、例えば、ワイヤーグリッド構造の金属ワイヤーのパターニングを行うテンプレート（型に相当するもの）の溝方向の調整により、各領域の金属ワイヤーの長手方向の調整は容易である。
【００７２】
なお、本実施形態では、赤外光カットフィルタ領域２１１を光学フィルタ２０５に設けず、例えば、撮像レンズ２０４に赤外光カットフィルタ領域２１１を設けてもよい。この場合、光学フィルタ２０５の作製が容易となる。
また、赤外光カットフィルタ領域２１１に代えて、後段フィルタ２２０の雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂに鉛直偏光成分Ｐのみを透過させる分光フィルタ層を形成してもよい。この場合、前段フィルタ２１０には赤外光カットフィルタ領域２１１を形成する必要はない。
また、偏光フィルタ層は、必ずしも設ける必要はない。
また、本実施形態の光学フィルタ２０５は、図１４に示したように領域分割された偏光フィルタ層２２２及び分光フィルタ層２２３を有する後段フィルタ２２０が、前段フィルタ２１０よりも画像センサ２０６側に設けられているが、前段フィルタ２１０を後段フィルタ２２０よりも画像センサ２０６側に設けてもよい。
【００７３】
〔ヘッドランプの配光制御〕
以下、本実施形態におけるヘッドランプの配光制御について説明する。
本実施形態におけるヘッドランプの配光制御は、撮像部２００で撮像された撮像画像データを解析して車両のテールランプとヘッドランプを識別し、識別したテールランプから先行車両を検出するとともに、識別したヘッドランプから対向車両を検出する。そして、先行車両や対向車両の運転者の目に自車両１００のヘッドランプの強い光が入射するのを避けて他車両の運転者の幻惑防止を行いつつ、自車両１００の運転者の視界確保を実現できるように、ヘッドランプ１０４のハイビームおよびロービームの切り替えを制御したり、ヘッドランプ１０４の部分的な遮光制御を行ったりする。
【００７４】
本実施形態のヘッドランプ配光制御では、撮像ユニット１０１から取得することができる情報のうち、撮像領域内の各地点（光源体）から発せられる光の強さ（明るさ情報）、ヘッドランプやテールランプなどの光源体（他車両）と自車両との距離（距離情報）、各光源体から発せられる光の赤色成分と白色成分（非分光）との比較による分光情報、白色成分の水平偏光成分と鉛直偏光成分との比較による偏光情報、水平偏光成分がカットされた白色成分の鉛直偏光成分情報、水平偏光成分がカットされた赤色成分の鉛直偏光成分情報を用いる。
【００７５】
明るさ情報について説明すると、夜間に、先行車両や対向車両が自車両から同じ距離に存在する場合、撮像部２００によってそれらの先行車両及び対向車両を撮像すると、撮像画像データ上では識別対象物の１つである対向車両のヘッドランプが最も明るく映し出され、識別対象物の１つである先行車両のテールランプはそれよりも暗く映し出される。また、リフレクタが撮像画像データに映し出されている場合、リフレクタは自ら発光する光源ではなく、自車両のヘッドランプを反射することによって明るく映し出されるものに過ぎないので、先行車両のテールランプよりもさらに暗くなる。一方、対向車両のヘッドランプ、先行車両のテールランプ及びリフレクタからの光は、距離が遠くなるにつれて、それを受光する画像センサ２０６上ではだんだん暗く観測される。よって、撮像画像データから得られる明るさ（輝度情報）を用いることで  ２種類の識別対象物（ヘッドランプとテールランプ）及びリフレクタの一次的な識別が可能である。
【００７６】
また、距離情報について説明すると、ヘッドランプやテールランプは、そのほとんどが左右一対のペアランプの構成であるため、この構成の特徴を利用してヘッドランプやテールランプ（すなわち他車両）と自車両との距離を求めることが可能である。ペアとなる左右一対のランプは、撮像部２００が撮像した撮像画像データ上では、互いに近接して同じ高さ方向位置に映し出され、当該ランプを映し出すランプ画像領域の広さはほぼ同じで、かつ、当該ランプ画像領域の形状もほぼ同じである。よって、これらの特徴を条件とすれば、その条件を満たすランプ画像領域同士をペアランプであると識別できる。なお、遠距離になるとペアランプを構成する左右のランプを区別して認識できなくなり、単一ランプとして認識される。
【００７７】
このような方法でペアランプを識別できた場合、そのペアランプ構成であるヘッドランプやテールランプの光源までの距離を算出することが可能である。すなわち、車両の左右ヘッドランプ間の距離及び左右テールランプ間の距離は、一定値ｗ０（例えば１．５ｍ程度）で近似することができる。一方、撮像部２００における撮像レンズ２０４の焦点距離ｆは既知であるため、撮像部２００の画像センサ２０６上における左右ランプにそれぞれ対応した２つのランプ画像領域間の距離ｗ１を撮像画像データから算出することにより、そのペアランプ構成であるヘッドランプやテールランプの光源と自車両までの距離ｘは、単純な比例計算（ｘ＝ｆ×ｗ０／ｗ１）により求めることができる。また、このようにして算出される距離ｘが適正範囲であれば、その算出に用いた２つのランプ画像領域は他車両のヘッドランプとテールランプであると識別することができる。よって、この距離情報を用いることで、識別対象物であるヘッドランプとテールランプの識別精度が向上する。
【００７８】
また、分光情報について説明すると、本実施形態では、上述したとおり、撮像部２００で撮像した撮像画像データから、赤色光（鉛直偏光成分）Ｐ／Ｒを受光する画像センサ２０６上の撮像画素ａ，ｃ，ｆ，ｈ等に対応した画素データのみを抽出することで、撮像領域内の赤色成分だけを映し出した赤色画像を生成することができる。よって、赤色画像において所定輝度以上の輝度を有する画像領域が存在する場合、その画像領域はテールランプを映し出したテールランプ画像領域であると識別することが可能である。
【００７９】
また、撮像部２００で撮像した撮像画像データから、白色光（非分光）の鉛直偏光成分Ｐ／Ｃを受光する画像センサ２０６上の撮像画素ｂ，ｄ等に対応した画素データのみを抽出することで、撮像領域内のモノクロ輝度画像（鉛直偏光成分）を生成することができる。よって、赤色画像上の画像領域と、この画像領域に対応したモノクロ輝度画像上の画像領域との間の輝度比率（赤色輝度比率）を算出することもできる。この赤色輝度比率を用いれば、撮像領域内に存在する物体（光源体）からの光に含まれる相対的な赤色成分の比率を把握することができる。テールランプの赤色輝度比率は、ヘッドランプや他のほとんどの光源よりも十分に高い値をとるので、この赤色輝度比率を用いればテールランプの識別精度が向上する。
【００８０】
また、偏光情報について説明すると、本実施形態では、上述したとおり、撮像部２００で撮像した撮像画像データから、白色光（非分光）の鉛直偏光成分Ｐ／Ｃを受光する画像センサ２０６上の撮像画素ｂ，ｄ等に対応した画素データと、白色光（非分光）の水平偏光成分Ｓ／Ｃとを受光する画像センサ２０６上の撮像画素ｅ，ｇ等に対応した画素データとを抽出し、画像画素ごとに、これらの画像データ間の画素値（輝度）を比較した比較画像を得ることができる。具体的には、例えば、白色光（非分光）の鉛直偏光成分Ｐと白色光（非分光）の水平偏光成分Ｓとの差分値（Ｓ−Ｐ）を画素値とした差分画像を、比較画像として得ることができる。このような比較画像によれば、ヘッドランプから撮像部２００へ直接入射する直接光の画像領域（ヘッドランプ画像領域）と、ヘッドランプから雨路の水面で反射してから撮像部２００へ入射する間接光の画像領域とのコントラストを大きくとることができ、ヘッドランプの識別精度が向上する。
【００８１】
特に、比較画像としては、白色光（非分光）の鉛直偏光成分Ｐと白色光（非分光）の水平偏光成分Ｓとの比率（Ｓ／Ｐ）を画素値とした比率画像や、差分偏光度（（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ））を画素値とした差分偏光度画像などが好適に使用できる。一般に、水面などの水平な鏡面で反射した光は、水平偏光成分が常に強くなることが知られており、とくに水平偏光成分Ｓと鉛直偏光成分Ｐとの比率（Ｓ／Ｐ）や差分偏光度（（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ））をとった場合、その比率や差分偏光度は特定角度（ブリュースター角度）において最大となることが知られている。雨路では、散乱面であるアスファルト面に水が張られて鏡面に近い状態となるため、路面からのヘッドランプ反射光は水平偏光成分Ｓの方が強くなる。よって、路面からのヘッドランプ反射光の画像領域は、比率画像や差分偏光度画像においては、その画素値（輝度）が大きいものとなる。一方、ヘッドランプからの直接光は基本的には無偏光なので、比率画像や差分偏光度画像においては、その画素値（輝度）が小さいものとなる。この違いにより、ヘッドランプからの直接光と同じ程度の光量をもつ雨路面からのヘッドランプ反射光を適切に除外でき、ヘッドランプからの直接光をこのようなヘッドランプ反射光と区別して識別することができる。
【００８２】
次に、本実施形態における先行車両及び対向車両の検出処理の流れについて説明する。
図１８は、本実施形態における車両検出処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態の車両検出処理では、撮像部２００が撮像した画像データに対して画像処理を施し、識別対象物であると思われる画像領域を抽出する。そして、その画像領域に映し出されている光源体の種類が２種類の識別対象物のいずれであるかを識別することで、先行車両、対向車両の検出を行う。
【００８３】
まず、ステップＳ１では、撮像部２００の画像センサ２０６によって撮像された自車両前方の画像データをメモリに取り込む。この画像データは、上述したように、画像センサ２０６の各撮像画素における輝度を示す信号を含む。次に、ステップＳ２では、自車両の挙動に関する情報を車両挙動センサから取り込む。
【００８４】
ステップＳ３では、メモリに取り込まれた画像データから識別対象物（先行車両のテールランプ及び対向車両のベッドランプ）であると思われる輝度の高い画像領域（高輝度画像領域）を抽出する。この高輝度画像領域は、画像データにおいて、所定の閾値輝度よりも高い輝度を有する明るい領域となり、複数存在する場合が多いが、それらのすべてを抽出する。よって、この段階では、雨路面からの照り返し光を映し出す画像領域も、高輝度画像領域として抽出される。
【００８５】
高輝度画像領域抽出処理では、まず、ステップＳ３１において、画像センサ２０６上の各撮像画素の輝度値を所定の閾値輝度と比較することにより２値化処理を行う。具体的には、所定の閾値輝度以上の輝度を有する画素に「１」、そうでない画素に「０」を割り振ることで、２値化画像を作成する。次に、ステップＳ３２において、この２値化画像において、「１」が割り振られた画素が近接している場合には、それらを１つの高輝度画像領域として認識するラベリング処理を実施する。これによって、輝度値の高い近接した複数の画素の集合が、１つの高輝度画像領域として抽出される。
【００８６】
上述した高輝度画像領域抽出処理の後に実行されるステップＳ４では、抽出された各高輝度画像領域に対応する撮像領域内の物体と自車両との距離を算出する。この距離算出処理では、車両のランプは左右１対のペアランプであることを利用して距離を検出するペアランプ距離算出処理と、遠距離になるとペアランプを構成する左右のランプを区別して認識できなくなって当該ペアランプが単一ランプとして認識される場合の単一ランプ距離算出処理とを実行する。
【００８７】
まず、ペアランプ距離算出処理のために、ステップＳ４１では、ランプのペアを作成する処理であるペアランプ作成処理を行う。ペアとなる左右一対のランプは、撮像部２００が撮像した画像データにおいて、近接しつつほぼ同じ高さとなる位置にあり、高輝度画像領域の面積がほぼ同じで、かつ高輝度画像領域の形が同じであるとの条件を満たす。したがって、このような条件を満たす高輝度画像領域同士をペアランプとする。ペアをとることのできない高輝度画像領域は単一ランプとみなされる。ペアランプが作成された場合には、ステップＳ４２のペアランプ距離算出処理によって、そのペアランプまでの距離を算出する。車両の左右ヘッドランプ間の距離及び左右テールランプ間の距離は、一定値ｗ０（例えば１．５ｍ程度）で近似することができる。一方、撮像部２００における焦点距離ｆは既知であるため、撮像部２００の画像センサ２０６上の左右ランプ距離ｗ１を算出することにより、ペアランプまでの実際の距離ｘは、単純な比例計算（ｘ＝ｆ・ｗ０／ｗ１）により求めることができる。なお、先行車両や対向車両までの距離検出は、レーザレーダやミリ波レーダなどの専用の距離センサを用いてもよい。
【００８８】
ステップＳ５では、鉛直偏光成分Ｐの赤色画像と鉛直偏光成分Ｐの白色画像との比率（赤色輝度比率）を分光情報として用い、この分光情報から、ペアランプとされた２つの高輝度画像領域が、ヘッドランプからの光によるものなのか、テールランプからの光によるものなのかを識別するランプ種類識別処理を行う。このランプ種類識別処理では、まずステップＳ５１において、ペアランプとされた高輝度画像領域について、画像センサ２０６上の撮像画素ａ，ｆに対応した画素データと画像センサ２０６上の撮像画素ｂに対応した画素データとの比率を画素値とした赤色比画像を作成する。そして、ステップＳ５２において、その赤色比画像の画素値を所定の閾値と比較し、所定の閾値以上である高輝度画像領域についてはテールランプからの光によるテールランプ画像領域であるとし、所定の閾値未満である高輝度画像領域についてはヘッドランプからの光によるヘッドランプ画像領域であるとするランプ種別処理を行う。
【００８９】
続いて、ステップＳ６では、テールランプ画像領域及びヘッドランプ画像領域として識別された各画像領域について、差分偏光度（（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ））を偏光情報として用いて、テールランプ又はヘッドランプからの直接光か雨路面等の鏡面部で反射して受光された照り返し光かを識別する照り返し識別処理を行う。この照り返し識別処理では、まずステップＳ６１において、テールランプ画像領域について差分偏光度（（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ））を算出し、その差分偏光度を画素値とした差分偏光度画像を作成する。また、同様に、ヘッドランプ画像領域についても差分偏光度（（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ））を算出し、その差分偏光度を画素値とした差分偏光度画像を作成する。そして、ステップＳ６２において、それぞれの差分偏光度画像の画素値を所定の閾値と比較し、所定の閾値以上であるテールランプ画像領域及びヘッドランプ画像領域については、照り返し光によるものであると判断し、それらの画像領域は先行車両のテールランプを映し出したものではない又は対向車両のヘッドランプを映し出したものではないとして、除外する処理を行う。この除外処理を行った後に残るテールランプ画像領域及びヘッドランプ画像領域は、先行車両のテールランプを映し出したものである、あるいは、対向車両のヘッドランプを映し出したものであると識別される。
【００９０】
なお、レインセンサなどを車両に搭載しておき、当該レインセンサにより雨天時であることを確認した場合にのみ、上述した照り返し識別処理Ｓ６を実行するようにしてもよい。また、運転者（ドライバー）がワイパーを稼働している場合にのみ、上述した照り返し識別処理Ｓ６を実行するようにしてもよい。要するに、雨路面からの照り返しが想定される雨天時のみに上述した照り返し識別処理Ｓ６を実行するようにしてもよい。
【００９１】
以上のような車両検出処理により検出した先行車両及び対向車両の検出結果は、本実施形態では自車両の車載機器であるヘッドランプの配光制御に用いられる。具体的には、車両検出処理によりテールランプが検出されてその先行車両のバックミラーに自車両のヘッドランプ照明光が入射する距離範囲内に近づいた場合に、その先行車両に自車両のヘッドランプ照明光が当たらないように、自車両のヘッドランプの一部を遮光したり、自車両のヘッドランプの光照射方向を上下方向又は左右方向へずらしたりする制御を行う。また、車両検出処理によりベッドランプが検出されて、その対向車両の運転者に自車両のヘッドランプ照明光が当たる距離範囲内に近づいた場合に、その対向車両に自車両のヘッドランプ照明光が当たらないように、自車両のヘッドランプの一部を遮光したり、自車両のヘッドランプの光照射方向を上下方向又は左右方向へずらしたりする制御を行う。
【００９２】
〔白線検出処理〕
以下、本実施形態における白線検出処理について説明する。
本実施形態では、自車両が走行可能領域から逸脱するのを防止する目的で、識別対象物としての白線（区画線）を検出する処理を行う。ここでいう白線とは、実線、破線、点線、二重線等の道路を区画するあらゆる白線を含む。なお、黄色線等の白色以外の色の区画線などについても同様に検出可能である。
【００９３】
本実施形態における白線検出処理では、撮像ユニット１０１から取得することができる情報のうち、白色成分（非分光）の鉛直偏光成分Ｐの偏光情報を用いる。なお、この白色成分の鉛直偏光成分にシアン光の鉛直偏光成分を含めても良い。一般に、白線やアスファルト面は、可視光領域においてフラットな分光輝度特性を有することが知られている。一方、シアン光は可視光領域内の広帯域を含んでいるため、アスファルトや白線を撮像するには好適である。よって、前記構成例２における光学フィルタ２０５を用い、白色成分の鉛直偏光成分にシアン光の鉛直偏光成分を含めることで、使用する撮像画素数が増えるため、結果的に解像度が上がり、遠方の白線も検出することが可能となる。
【００９４】
本実施形態の白線検出処理において、多くの道路では、黒色に近い色の路面上に白線が形成されており、白色成分（非分光）の鉛直偏光成分Ｐの画像において白線部分の輝度は路面上の他部分より十分に大きい。そのため、路面部分のうち輝度が所定値以上である部分を白線として判定することにより、白線を検出することができる。特に、本実施形態では、使用する白色成分（非分光）の鉛直偏光成分Ｐの画像は、水平偏光成分Ｓがカットされているので、雨路からの照り返し光などを抑制した画像を取得することが可能となる。よって、夜間における雨路などからヘッドランプの照り返し光等の外乱光を白線と誤認識することなく、白線検出を行うことが可能である。
【００９５】
また、本実施形態における白線検出処理において、撮像ユニット１０１から取得することができる情報のうち、白色成分（非分光）の水平偏光成分Ｓと鉛直偏光成分Ｐとの比較による偏光情報、例えば、白色成分（非分光）の水平偏光成分Ｓと鉛直偏光成分Ｐの差分偏光度（（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ））を用いてもよい。白線からの反射光は、通常、拡散反射成分が支配的であるため、その反射光の鉛直偏光成分Ｐと水平偏光成分Ｓとはほぼ同等となり、差分偏光度はゼロに近い値を示す。一方、白線が形成されていないアスファルト面部分は、乾燥状態のときには散乱反射成分が支配的となる特性を示し、その差分偏光度は正の値を示す。また、白線が形成されていないアスファルト面部分は、湿潤状態のときには、鏡面反射成分が支配的となり、その差分偏光度は更に大きな値を示す。したがって、得られた路面部分の偏光差分値が所定閾値よりも小さい部分を白線と判定することができる。
【００９６】
〔フロントガラス上の雨滴検出処理〕
以下、本実施形態における雨滴検出処理について説明する。
本実施形態では、ワイパー１０７の駆動制御やウォッシャー液の吐出制御を行う目的で、付着物としての雨滴を検出する処理を行う。なお、ここでは、フロントガラス上に付着した付着物が雨滴である場合を例に挙げて説明するが、鳥の糞、隣接車両からの跳ねてきた路面上の水しぶきなどの付着物についても同様である。
【００９７】
本実施形態における雨滴検出処理では、撮像ユニット１０１から取得することができる情報のうち、前段フィルタ２１０の赤外光透過フィルタ領域２１２及び後段フィルタ２２０の雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂにおける偏光フィルタ層２２５を透過した光を受光する雨滴検出用画像領域２１４の鉛直偏光成分Ｐの偏光情報を用いる。そのため、光源部２０２からフロントガラス１０５へ入射させる光は鉛直偏光成分Ｐを多く含むようにする必要がある。そのためには、例えば光源部２０２の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる場合、その光源部２０２とフロントガラス１０５との間に、鉛直偏光成分Ｐのみを透過させる偏光子を配置するのがよい。また、光源部２０２の光源として半導体レーザ（ＬＤ）を用いる場合、ＬＤは特定偏光成分の光のみを発光させることができるので、鉛直偏光成分Ｐのみの光がフロントガラス１０５に入射するようにＬＤの軸を合わせてもよい。
【００９８】
本実施形態では、上述したとおり、光源部２０２から照射されて反射偏向プリズム２３０からフロントガラス１０５の内壁面に入射した照明光（赤外光）は、フロントガラス１０５の外壁面上に雨滴が付着していない非付着箇所では、フロントガラス１０５の外壁面で正反射する。この正反射光は、画像センサ２０６に受光されて雨滴検出用画像領域２１４に映し出される。一方、フロントガラス１０５の外壁面上に雨滴が付着している付着箇所では、照明光がフロントガラス１０５の外壁面を透過し、その透過光が画像センサ２０６に受光されることはない。したがって、撮像画像データの雨滴検出用画像領域２１４は、フロントガラス１０５の外壁面に雨滴が付着していない非付着箇所は高輝度な画像部分（高い画素値）となる一方、雨滴が付着している付着箇所は低輝度な画像部分（低い画素値）となる。このような違いから、雨滴の有無だけでなく、雨滴の量も把握することが可能である。
【００９９】
図１９は、本実施形態における雨滴検出処理の説明図である。
本実施形態の雨滴検出処理では、撮像ユニット１０１から取得した撮像画像データの雨滴検出用画像領域２１４の情報を用い、雨滴量が一定量を超えたと判断したらワイパー１０７を駆動させる。詳しくは、雨滴検出用画像領域２１４を例えば図１９に示すように画像横方向に８区分（ｘ＝１〜８）に分割し、各雨滴検出区分ｘ内の合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）に基づく雨滴変動成分ｒ（ｘ，ｔ）を算出する。なお、「ｔ」は、雨滴検出処理の実行タイミングである。そして、いずれかの雨滴検出区分ｘの雨滴変動成分ｒ（ｘ，ｔ）が予め決められた閾値ｒｔｈを下回ったら、雨滴量が一定量を超えたと判断してワイパー１０７を駆動させる。逆に、いずれかの雨滴検出区分ｘの雨滴変動成分ｒ（ｘ，ｔ）が予め決められた閾値ｒｔｈ以上になったら、ワイパー１０７の駆動を停止させる。なお、ワイパー１０７の駆動を開始させる条件や停止させる条件は、これに限らず適宜設定できる。例えば、閾値は固定値である必要はなく、撮像部２００が搭載される自車両周辺の状況変化等に応じて適宜変更するようにしてもよい。また、開始条件と停止条件の閾値は同じ値でも異なる値でもよい。
【０１００】
図２０は、本実施形態における撮像フレームと雨滴検出との関係を示す説明図である。
従来は、撮像領域内に存在する路面上の白線（区画線）や他車両等の識別対象物を検出するための撮像フレーム（センシング用フレーム）と、雨滴を検出するための撮像フレーム（雨滴検出用フレーム）とが、異なる撮像フレームであった。この場合、雨滴検出用フレームの前後のセンシング用フレームの間で時間が空くことになるため、前のセンシング用フレームの撮像時点から後のセンシング用フレームの撮像時点までの間に、識別対象物を識別するための画像を取得できない時間が存在し、識別対象物の認識精度が低下するなどの不具合を引き起こす。
【０１０１】
これに対し、本実施形態においては、図２０に示すように、識別対象物を検出するための画像（車両検出用画像領域）と雨滴２０３を検出するための雨滴検出用画像領域とを有する画像を、単一の撮像フレームｆｒａｍｅ２，４，６，８，１０，１２で得ることができる。この場合、雨滴を検出するための専用の撮像フレーム（雨滴検出用フレーム）が不要であるため、上述した不具合が生じることはない。
【０１０２】
ここで、本実施形態では、好適な車両検出用画像領域（例えばコントラストの高い画像領域）を得るために、撮像領域の状況（明るさ等）に応じて露光量を変更する自動露光制御（ＡＥＣ）を実施している。具体的には、画像解析ユニット１０２の露光量制御部１０２Ｃにより、前撮像フレームにおける撮像画像中央部（車両検出用画像領域２１３内の画素）の輝度値に合わせて、次の撮像フレームの露光時間（露光量）を変更する自動露光制御（ＡＥＣ）を行う。
【０１０３】
このような自動露光制御が実施されると、フロントガラス上の雨滴付着状況が全く同じ状況であっても、その露光時間の変更によって雨滴検出用画像領域の輝度やコントラストが変わるおそれがある。例えば、図２１に示すように、光源部２０２からの光照射期間内で自動露光制御により露光期間が変更されると、その露光期間の長短によって画像センサ２０６による光源光の受光時間（フロントガラス上の非雨滴付着箇所からの光源光の反射光を受光する時間）が変わる。この場合、フロントガラスに付着する雨滴量が同じであっても、画像センサ２０６に受光される光源光の受光量が変わる。そのため、輝度やコントラスト等が異なる雨滴検出用画像領域２１４が得られる結果、雨滴量の適切な検出ができなくなり、ワイパー１０７の誤動作などの問題が生じ得る。
【０１０４】
そこで、本実施形態では、図２２に示すように、光源部２０２からの光照射期間外で自動露光制御により露光期間が変更されるように設定している。この場合、その露光期間が変更されても画像センサ２０６による光源光の受光時間は光照射期間で一定であるため、雨滴量の適切な検出が可能であり、ワイパー１０７の誤動作などの問題を抑制できる。
【０１０５】
次に、雨滴検出処理で用いる各雨滴検出区分ｘ内の合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）から雨滴変動成分ｒ（ｘ，ｔ）を算出する雨滴量演算処理について説明する。
本実施形態では、上述したとおり、フロントガラス上に雨滴が付着することにより光源部２０２からの光源光の画像センサ２０６による受光量が減少し、雨滴検出用画像領域の輝度値が低下することを利用して、フロントガラス上の雨滴を検出する。すなわち、各雨滴検出区分ｘ内の合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）は、雨滴付着による変動成分のほかに変動成分が存在しない場合には、その合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）と基準輝度値ｙ（ｘ，０）との差分を雨滴変動成分ｒ（ｘ，ｔ）とすることができ、雨滴変動成分ｒ（ｘ，ｔ）から雨滴量を把握することができる。
【０１０６】
なお、基準輝度値ｙ（ｘ，０）は、雨滴が付着してない状況下、外乱光が存在しない状況下、所定の温度環境下において、雨滴検出区分ｘごとに取得した合計輝度値である。本実施形態において、光源部２０２から照射される光源光の光量は、光源の個体差等によってバラツキがあるので、基準輝度値ｙ（ｘ，０）は、実際に測定したものを、予め画像解析ユニット１０２の記憶手段に記憶しておくのが好ましい。
【０１０７】
各雨滴検出区分ｘ内の合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）内に雨滴変動成分のほかにも変動成分が存在する場合、その合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）と基準輝度値ｙ（ｘ，０）との差分をそのまま雨滴変動成分ｒ（ｘ，ｔ）とすると、雨滴の誤検出を招き、ワイパー１０７の誤動作などの問題を引き起こすおそれがある。
【０１０８】
雨滴の誤検出を引き起こす変動成分としては、画像センサ２０６の雨滴検出用画像領域に対応するセンサ部分に入射する光源光以外の外乱光による変動成分ｄ（ｘ，ｔ）が挙げられる。
【０１０９】
また、レンズ、ミラー、プリズム等の光学部材の光学特性や光源の発光量などが温度変化によって変動して雨滴検出用画像領域の輝度値を変動させる温度変動成分や、これらの光学部材の光学特性や光源の発光量などが経時劣化によって変動して雨滴検出用画像領域の輝度値を変動させる経時劣化変動成分なども、雨滴の誤検出を引き起こす変動成分となり得る。特に、本実施形態では、光源として、発光量の温度依存性が高いＬＥＤを用いているので、温度変化によって光源の発光量が雨滴の誤検出を引き起こすほど変動するおそれがある。また、本実施形態では、光源部２０２内に設けられるコリメータレンズ等の光学部材の光学特性が温度変化によって雨滴の誤検出を引き起こすほど変動するおそれもある。そのため、本実施形態においては、雨滴の誤検出を引き起こす変動成分として、光源部２０２から照射される光源光の光量が温度変化によって変動することに起因した光源光の温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）が含まれるものとする。
【０１１０】
なお、この光源光の温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）は、雨滴変動成分にも影響を与えるものであるから、光源光の温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）が含まれる場合の雨滴変動成分はｒ（ｘ，ｔ）×ｅ（ｘ，ｔ）で表される。
【０１１１】
以上より、本実施形態において、雨滴検出処理で用いる各雨滴検出区分ｘ内の合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）に含まれる変動成分は、雨滴変動成分ｒ（ｘ，ｔ）×ｅ（ｘ，ｔ）と、外乱光変動成分ｄ（ｘ，ｔ）と、光源光の温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）であると考えることができる。
【０１１２】
ここで、外乱光変動成分ｄ（ｘ，ｔ）については、例えば、次のようにして得ることができる。すなわち、本実施形態では、図２０に示したように、一撮像フレームごとに、光源部２０２の点灯と消灯とを交互に繰り返して撮像している。具体的には、奇数の撮像フレームｆｒａｍｅ１，３，５，７，９，１１では、光源部２０２が消灯した状態で撮像された撮像画像データ（消灯時画像データ）を撮像し、偶数の撮像フレームｆｒａｍｅ２，４，６，８，１０，１２では、光源部２０２が点灯した状態で撮像された撮像画像データ（点灯時画像データ）を撮像する。
【０１１３】
このとき、消灯時の撮像フレームｆｒａｍｅ１，３，５，７，９，１１により得られる雨滴検出用画像領域の消灯時画像データは、光源部２０２からの光源光以外の外乱光ｄ（ｘ，ｔ）のみが撮像した画像データである。よって、本実施形態では、点灯時の撮像フレームｆｒａｍｅ２，４，６，８，１０，１２から得られる雨滴検出用画像領域の各雨滴検出区分ｘ内の合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）に含まれる外乱光変動成分ｄ（ｘ，ｔ）として、それぞれ、その直前の消灯時撮像フレームｆｒａｍｅ１，３，５，７，９，１１における各雨滴検出区分ｘ内の輝度値総和ｄ（ｘ，ｔ）を用いることとする。
【０１１４】
一方、光源光の温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）については、例えば、光源部２０２から照射される光源光の光量と温度との関係を示すデータを予め実験等により取得しておき、光源部２０２に温度センサを設けて検知した温度検知結果と当該データとから光源部２０２から照射される光源光の温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）を把握することが可能である。しかしながら、この方法においては、光源部２０２から照射される光源光の光量と温度との関係について高い信頼性のあるデータを予め実験等により取得しておく必要があるが、そのような高い信頼性のあるデータを得ることは困難である。また、温度センサを設ける必要があることから、省スペース化や高コスト化を招く。
【０１１５】
また、光源部２０２から照射される光源光の光量を検知する光量センサを設け、その光量センサの検知結果に基づいて、光源部２０２から照射される光源光の光量が一定になるように光源に供給する駆動電流をフィードバック制御する光源光制御を実施すれば、温度変化によって光源部２０２内の光学部材の光学特性変化や光源の発光量変化が発生しても、光源部２０２から照射される光源光の光量が一定になる。この場合、光源光の温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）を考慮する必要がない。しかしながら、このような光源光制御は、光量センサを設ける必要があることから省スペース化や高コスト化を招くうえ、光源光の光量を高精度に制御することを可能にする光源や制御系が必要となり、高コスト化が避けられない。
【０１１６】
そこで、本実施形態においては、このような光源光制御を実施せずに、次のようにして光源光の温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）を把握する。
光源光の温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）を生じさせる温度変化による光学部材の光学特性変化や光源の発光量変化は、雨滴変動成分ｒ（ｘ，ｔ）を生じさせる雨滴量の変化や、外乱光変動成分ｄ（ｘ，ｔ）を生じさせる外乱光の光量変化と比べて、ゆっくりと変化するものである。すなわち、温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）は、雨滴変動成分ｒ（ｘ，ｔ）や外乱光変動成分ｄ（ｘ，ｔ）と比べて低い周波数で変化する低周波変動成分である。そのため、本実施形態では、点灯時の撮像フレームｆｒａｍｅ２，４，６，８，１０，１２から得られる合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）から、所定周波数以下の低周波変動成分を抽出し、これを温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）とする。
【０１１７】
なお、このようにして抽出される低周波変動成分には、温度変化による光学部材の光学特性変化や光源の発光量変化に起因した変動成分のほかにも、低い周波数で各雨滴検出区分ｘ内の合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）に変動を生じさせる未知の変動成分（光学部材や光源の経時劣化による変動成分など）も含まれ得る。よって、本実施形態によれば、このような未知の変動成分に起因した雨滴量の誤検知も抑制することが可能である。
【０１１８】
図２３は、本実施形態における雨滴検出処理の流れを示すブロック図である。
図２４は、本実施形態における雨滴検出処理の流れを示すフローチャートである。
画像解析ユニット１０２の光源制御部１０２Ｂは、信号処理部２０８からの画像信号の取得と連動しながら、光源部２０２の発光タイミングを制御し、まず、消灯時撮像フレームｆｒａｍｅ１と点灯時撮像フレームｆｒａｍｅ２とを撮像する（Ｓ１１）。なお、本実施形態では、光源部２０２の光源に供給する駆動電流値は一定であるため、温度変化によって光源部２０２内の光学部材の光学特性変化や光源の発光量変化が発生すると、光源部２０２から照射される光源光の光量が変動し、点灯時の撮像フレームｆｒａｍｅ２から得られる合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）において温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）が生じる。
【０１１９】
次に、画像解析ユニット１０２は、消灯時の撮像フレームｆｒａｍｅ１における雨滴検出用画像領域の各雨滴検出区分ｘ内の輝度値総和ｄ（ｘ，ｔ）を算出する（Ｓ１２）。そして、算出した輝度値総和ｄ（ｘ，ｔ）が所定の外乱判定閾値を超えているかどうかを判定する（Ｓ１３）。なお、ここでは、強い外乱光が入ってきているかどうかを、画素値の総和を用いて判断するが、強い外乱光が入ってきているかどうかを判断できる情報であれば、これに限られない。
【０１２０】
このとき、外乱判定閾値を超えている場合には（Ｓ１３のＹｅｓ）、適切な雨滴検出処理を実施できないと判断して、雨滴検出処理を終了し、次の雨滴検出処理へ移行する。一方、外乱判定閾値を超えていない場合には（Ｓ１３のＮｏ）、画像解析ユニット１０２は、点灯時の撮像フレームｆｒａｍｅ２における雨滴検出用画像領域の各雨滴検出区分ｘ内の合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）を算出する（Ｓ１４）。そして、低周波変動成分検出部１０２Ｄにおいて、算出した各雨滴検出区分ｘ内の合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）から低周波変動成分を抽出し、これを温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）として検出する（Ｓ１５）。
【０１２１】
具体的には、雨滴検出用画像領域の雨滴検出区分ｘごとに、直近の所定期間内に撮像された撮像フレームについて算出した当該雨滴検出区分ｘの合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ），ｙ（ｘ，ｔ−１），ｙ（ｘ，ｔ−２），・・・からなるデータ群ｙｎに対し、所定周波数以下の低周波成分を抽出するローパスフィルタＬＰＦを用いた低周波フィルタ処理を実行して、低周波変動成分である温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）を抽出する。この低周波フィルタ処理では、データ群ｙｎを記憶手段に保持せずに、前回の低周波フィルタ処理で算出した温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ−１）を記録手段に保持しておき、この温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ−１）と今回の合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）とを用いて今回の温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）を抽出することができる。
【０１２２】
ただし、このようにして抽出される温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）は、前記所定期間に撮像された最初の撮像フレームの合計輝度値である初期輝度値ｙ（ｘ，１）における初期の温度変動成分ｅ（ｘ，１）に対する相対的な温度変動成分である。そのため、初期の温度変動成分ｅ（ｘ，１）を把握し、今回抽出した相対的な温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）を今回の時点における絶対的な温度変動成分に換算しなければ、今回の合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）に含まれる温度変動成分を除外する補正を行うことができない。
【０１２３】
そこで、上述したように抽出した各雨滴検出区分ｘの相対的な温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）を、初期の温度変動成分ｅ（ｘ，１）を用いて絶対的な温度変動成分ｅ’（ｘ，ｔ）に換算し、これを各雨滴検出区分ｘの合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）に含まれる温度変動成分を除外する補正を行うための補正値ｙｔｒｅｎｄとして算出する（Ｓ１６）。本実施形態における初期時点は、例えば、画像解析ユニット１０２を起動した後に、雨滴が付着しておらずかつ外乱光変動成分ｄが閾値以下である最初の合計輝度値である初期輝度値ｙ（ｘ，１）を取得した時点とする。なお、この閾値は、上述した外乱判定閾値よりも低い値とし、外乱光変動成分ｄを含まないものとして取り扱うことができるように設定される。
【０１２４】
もし画像解析ユニット１０２を起動した時に既に雨滴が付着している状況である場合、そのままでは初期輝度値ｙ（ｘ，１）を取得できないので、ワイパー１０７を駆動させて雨滴を除外した後のタイミングで初期輝度値ｙ（ｘ，１）を取得するようにする。
【０１２５】
ここで、画像解析ユニット１０２を起動した後、雨滴が付着しておらずかつ外乱光変動成分ｄが閾値以下である最初の初期輝度値ｙ（ｘ，１）は、通常、記憶手段に保持されている基準輝度値ｙ（ｘ，０）と一致しない。この初期輝度値ｙ（ｘ，１）と基準輝度値ｙ（ｘ，０）との違いは、初期輝度値ｙ（ｘ，１）が雨滴変動成分ｒ（ｘ，１）を含まず、かつ、外乱光変動成分ｄ（ｘ，１）も含まないものなので、初期時点における温度変動成分ｅ（ｘ，１）に相当するものと考えることができる。よって、初期輝度値ｙ（ｘ，１）と基準輝度値ｙ（ｘ，０）との違いから、初期の温度変動成分ｅ（ｘ，１）を特定することができる。
【０１２６】
このようにして初期の温度変動成分ｅ（ｘ，１）が得られることで、その後の雨滴検出処理において抽出される相対的な温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）と初期の温度変動成分ｅ（ｘ，１）との比率は、その後の雨滴検出処理における合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）中の絶対的な温度変動成分ｅ’（ｘ，ｔ）＝ｙｔｒｅｎｄと初期輝度値ｙ（ｘ，１）との比率に相当する。したがって、各雨滴検出処理の時点における絶対的な温度変動成分ｅ’（ｘ，ｔ）＝ｙｔｒｅｎｄは、その雨滴検出処理で抽出される相対的な温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）と、初期輝度値ｙ（ｘ，１）と、初期の温度変動成分ｅ（ｘ，１）とから、算出することができる。
【０１２７】
以上のようにして、雨滴変動成分ｒ（ｘ，ｔ）を除く変動成分を除外するための補正値が得られたことになる。すなわち、処理ステップＳ１２によって外乱光変動成分による補正値ｄ（ｘ，ｔ）が得られ、処理ステップＳ１６によって温度変動成分による補正値ｙｔｒｅｎｄが得られた。よって、画像解析ユニット１０２は、検出処理部１０２Ａにおいて、処理ステップＳ１４で算出した点灯時の撮像フレームｆｒａｍｅ２における雨滴検出用画像領域の各雨滴検出区分ｘ内の合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）を、これらの補正値ｄ（ｘ，ｔ），ｙｔｒｅｎｄによって外乱光変動成分と温度変動成分とを除外する補正を行い、雨滴変動成分ｒ（ｘ，ｔ）を算出する雨滴量演算を行う（Ｓ１７）。この雨滴量演算により得られる雨滴量のデータは、画像解析ユニット１０２からワイパー制御ユニット１０６へ出力される（Ｓ１８）。ワイパー制御ユニット１０６は、例えば、この雨滴量の算出結果が所定の条件（例えば、連続して作成された２０個の時差分画像について、いずれも雨滴量のカウント値が１０以上であるという条件）を満たしたときに、ワイパー１０７の駆動制御やウォッシャー液の吐出制御を行う。
【０１２８】
なお、温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）を抽出するためのサンプルとなるデータ群ｙｎについては、比較的少ないデータ数でも温度変動成分ｅ（ｘ，ｔ）を抽出できるように、初期輝度値ｙ（ｘ，１）と同様、雨滴が付着しておらずかつ外乱光変動成分ｄが閾値以下である条件を満たす撮像フレームについて算出した当該雨滴検出区分ｘの合計輝度値だけを用いてもよい。このとき、雨が降っている状況では、そのままではデータ群ｙｎを蓄積することができないが、ワイパー１０７の動作に同期して、ワイパー１０７で雨滴を除外した後のタイミングで合計輝度値ｙ（ｘ，ｔ）を取得するようにすれば、雨が降っている状況でもデータ群ｙｎを蓄積することが可能である。なお、もし、データ群ｙｎとして十分なデータ数が得られる場合には、このような条件に限定する必要はない。
【０１２９】
また、本実施形態の雨滴検出処理では、外乱光成分ｄ（ｘ，ｔ）を除外するための補正も行っているが、必ずしも外乱光成分ｄ（ｘ，ｔ）を除外するための補正を行う必要はない。特に、本実施形態において、雨滴検出用画像領域に対しては、光学フィルタ２０５の赤外光透過フィルタ領域２１２や偏光フィルタ層２２５などによって外乱光が十分に抑制されているので、外乱光成分ｄ（ｘ，ｔ）を除外するための補正を行わなくてもよい。
【０１３０】
〔変形例〕
次に、本実施形態の一変形例について説明する。
上述した実施形態においては、反射偏向プリズム２３０を用い、雨滴の付着箇所では照明光がフロントガラス外壁面を透過し、雨滴の非付着箇所では照明光がフロントガラス外壁面で反射して画像センサ２０６に受光される構成であった。これに対し、本変形例は、雨滴の非付着箇所では照明光がフロントガラス外壁面を透過し、雨滴の付着箇所ではフロントガラス外壁面を透過した照明光が雨滴で反射して画像センサ２０６に受光される構成である。具体的には、図２５に示すような構成である。
【０１３１】
なお、図２５の例では、光源部２０２から出射した照明光が直接フロントガラス１０５の内壁面に入射する構成となっているが、ミラー等の光路変更部材を介する構成としてもよい。この場合、上述した実施形態と同様に、センサ基板２０７上に光源装置としての光源部２０２を実装することが可能となる。
【０１３２】
図２５中の光線Ａは、光源部２０２から出射してフロントガラス１０５を通過する光線である。フロントガラス１０５の外壁面に雨滴２０３が付着していない場合、光源部２０２からフロントガラス１０５に向けて照射された光は、光線Ａのように、フロントガラス１０５を透過してそのまま自車両１００の外部に漏れ出る。
【０１３３】
図２５中の光線Ｂは、光源部２０２からの出射光がフロントガラス１０５の内壁面で正反射して撮像部２００へ入射する光線である。光源部２０２からフロントガラス１０５へ向かう光の一部はフロントガラス１０５の内壁面で正反射する。この正反射光（光線Ｂ）の偏光成分は、一般に、その入射面に対して直交する方向（図２５の紙面に対して垂直な方向）に振動するＳ偏光成分（水平偏光成分Ｓ）が支配的であることが知られている。光源部２０２から照射されてフロントガラス１０５の内壁面で正反射した正反射光（光線Ｂ）は、フロントガラス１０５の外壁面に付着する雨滴２０３の有無によって変動しないので、雨滴検出に不要な光であるばかりか、雨滴検出の検出精度を低下させる外乱光となる。本変形例では、光線Ｂ（水平偏光成分Ｓ）が雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂの偏光フィルタ層２２５によってカットされるので、この光線Ｂによって雨滴検出精度が低下することを抑制できる。
【０１３４】
図２５中の光線Ｃは、光源部２０２からの出射光がフロントガラス１０５の内壁面を透過し、その後、フロントガラス１０５の外壁面に付着する雨滴で反射して撮像部２００へ入射する光線である。光源部２０２からフロントガラス１０５へ向かう光の一部はフロントガラス１０５の内壁面を透過するが、その透過光は水平偏光成分Ｓよりも鉛直偏光成分Ｐの方が多い。そして、フロントガラス１０５の外壁面上に雨滴２０３が付着している場合、フロントガラス１０５の内壁面を透過した光は、前記光線Ａのように外部へ漏れ出ずに、雨滴内部で多重反射して撮像部２００側に向けて再度フロントガラス１０５内を透過し、撮像部２００に入射する。このとき、撮像部２００の光学フィルタ２０５における前段フィルタ２１０の赤外光透過フィルタ領域２１２は、光源部２０２の発光波長（赤外光）を透過させるように構成されているので、光線Ｃは赤外光透過フィルタ領域２１２を通過する。また、続く後段フィルタ２２０の雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂの偏光フィルタ層２２５は、鉛直偏光成分Ｐを透過するようにワイヤーグリッド構造の金属ワイヤーの長手方向が形成されているため、光線Ｃは偏光フィルタ層２２５も透過する。よって、光線Ｃは、画像センサ２０６に到達し、その受光量によって雨滴の検出が行われる。
【０１３５】
図２５中の光線Ｄは、フロントガラス１０５の外部からフロントガラス１０５を透過して撮像部２００の雨滴検出用フィルタ部２２０Ｂに向かって入射してくる光線である。この光線Ｄも雨滴検出時の外乱光となり得るが、本変形例では、その光線Ｄの大部分が、光学フィルタ２０５における前段フィルタ２１０の赤外光透過フィルタ領域２１２によってカットされる。よって、この光線Ｄによって雨滴検出精度が低下することも抑制できる。
【０１３６】
図２５中の光線Ｅは、フロントガラス１０５の外部からフロントガラス１０５を透過して撮像部２００の車両検出用フィルタ部２２０Ａに向かって入射してくる光線である。この光線Ｅは、光学フィルタ２０５における前段フィルタ２１０の赤外光カットフィルタ領域２１１によって赤外光帯域がカットされ、可視域の光のみが撮像される。この撮像画像は、対向車両のヘッドランプ及び先行車両のテールランプ並びに白線の検出などに利用される。
【０１３７】
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
光源部２０２等の光源装置からの光源光によって照明される照明領域を画像センサ２０６等の撮像手段により撮像して得られる撮像画像データを用い、該撮像手段の受光量に基づいて該照明領域内の雨滴等の検出対象物を検出する検出処理を実行する検出処理部１０２Ａ等の検出処理実行手段を備えた画像解析ユニット１０２等の検出装置において、前記撮像手段によって所定期間内に撮像された複数の撮像画像データに基づいて、該撮像手段の受光量の変動成分のうち所定周波数以下の低周波変動成分を検出する低周波変動成分検出部１０２Ｄ等の低周波変動成分検出手段を有し、前記検出処理実行手段は、前記低周波変動成分検出手段により検出した低周波変動成分を用いて、前記検出処理を実行することを特徴とする。
検出対象物の検出処理に用いられる撮像手段による光源光の受光量変化（時間変動成分）のうち、光源や光学部材等の温度変化や経時劣化などに起因して発生する撮像手段による光源光の受光量変化は、検出対象物の有無に起因した受光量変化や、外乱光に起因した受光量変化よりも低い周波数（長い時間周期）で変化するものである。そのため、本態様においては、低周波変動成分検出手段により検出される撮像手段による光源光の受光量の中の低周波変動成分を、光源や光学部材等の温度変化や経時劣化などに起因して発生する撮像手段による光源光の受光量変化として得ることができる。そして、本態様では、このようにして検出した低周波変動成分を用いて検出処理を実行するため、当該撮像手段の受光量変化（変動成分）から、光源や光学部材等の温度変化や経時劣化などに起因した低周波変動成分の影響を低減することが可能となる。よって、本態様によれば、光源や光学部材等の温度変化や経時劣化などに起因した検出対象物の誤検出を抑制できる。
【０１３８】
（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記検出処理実行手段は、前記低周波変動成分検出手段により検出した低周波変動成分に基づいて前記検出処理で用いる前記撮像手段の受光量を補正し、補正後の受光量に基づいて検出対象物を検出することを特徴とする。
これによれば、撮像手段の受光量変化（変動成分）から、光源や光学部材等の温度変化や経時劣化などに起因した低周波変動成分の影響を低減することができる。
【０１３９】
（態様Ｃ）
前記態様Ａ又はＢにおいて、前記低周波変動成分検出手段は、前記複数の撮像画像データからそれぞれ得られる前記撮像手段の各受光量のデータ群ｙｎの経時変動成分から前記所定周波数以下の低周波成分を抽出する低周波フィルタ処理を実行して、前記低周波変動成分を検出することを特徴とする。
これによれば、光源や光学部材等の温度変化や経時劣化などに起因して発生する撮像手段の受光量の変化を容易に検出することができる。
【０１４０】
（態様Ｄ）
前記態様Ａ〜Ｃのいずれかの態様において、前記所定周波数は、前記光源装置の光源から前記撮像手段の受光素子までの光源光の光路上に存在する光学部材の光学特性の経時変化（温度変化や経時劣化など）によって該撮像手段の受光量が変動する変動成分の周波数以上であることを特徴とする。
これによれば、光学部材の温度変化あるいは経時劣化などに起因して発生する撮像手段の受光量の変化を検出することができる。
【０１４１】
（態様Ｅ）
前記態様Ａ〜Ｄのいずれかの態様において、前記所定周波数は、前記光源装置の光源の温度変化による発光量変化によって該撮像手段の受光量が変動する変動成分の周波数以上であることを特徴とする。
これによれば、光源の温度変化に起因して発生する撮像手段の受光量の変化を検出することができる。
【０１４２】
（態様Ｆ）
前記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様において、前記低周波変動成分検出手段が前記低周波変動成分を検出するのに用いる前記複数の撮像画像データは、前記照明領域内に検出対象物が存在しないときに撮像したものであることを特徴とする。
これによれば、低周波変動成分検出手段が低周波変動成分を検出するのに用いる撮像画像データのデータ数が少なくても、低周波変動成分の検出が可能となる。
【０１４３】
（態様Ｇ）
前記態様Ｆにおいて、前記低周波変動成分検出手段は、前記照明領域内に検出対象物が存在するとき、前記複数の撮像画像データとして、前記照明領域内の検出対象物を除去するワイパー１０７等の除去手段を動作させることにより該検出対象物を除去した後の照明領域を前記撮像手段により撮像して得られる撮像画像データを用いることを特徴とする。
これによれば、照明領域内に検出対象物が付着する状況下であっても、検出対象物が存在しないときの撮像画像データを得ることができる。
【０１４４】
（態様Ｈ）
前記態様Ａ〜Ｇのいずれかの態様において、前記検出処理は、前記撮像手段の受光量に基づいて前記照明領域内の検出対象物の量を検出することを特徴とする。
撮像手段の受光量に基づいて照明領域内の検出対象物の量を検出する場合、検出対象物の有無だけを検出する場合よりも、撮像手段の受光量の誤差について高い精度が要求される。そのため、光源や光学部材等の温度変化や経時劣化などに起因して発生する撮像手段の受光量の変化が誤検出を引き起こしやすい。本態様によれば、光源や光学部材等の温度変化や経時劣化などに起因した検出対象物の量の誤検出を抑制できる。
【０１４５】
（態様Ｉ）
光源部２０２等の光源装置からの光源光によって照明される照明領域を画像センサ２０６等の撮像手段により撮像して得られる撮像画像データを用い、該撮像手段の受光量に基づいて該照明領域内の雨滴等の検出対象物を検出する画像解析ユニット１０２等の検出装置と、前記検出装置の検出結果に基づいて、自車両１００等の移動体に搭載されたワイパー１０７等の所定の機器を制御するワイパー制御ユニット１０６等の移動体機器制御手段を備えた車載機器制御システム等の移動体機器制御システムにおいて、前記検出装置として、前記態様Ａ〜Ｆのいずれかの態様に係る検出装置を用いることを特徴とする。
これによれば、光源や光学部材等の温度変化や経時劣化などに起因した検出対象物の誤検出を抑制できるので、その検出結果に基づく移動体搭載機器の制御を高精度に行うことが可能となる。
【０１４６】
（態様Ｊ）
光源部２０２等の光源装置からの光源光によって照明される照明領域を画像センサ２０６等の撮像手段により撮像して得られる撮像画像データを用い、該撮像手段の受光量に基づいて該照明領域内の雨滴等の検出対象物を検出する検出処理を実行する検出処理部１０２Ａ等の検出処理実行手段と、前記撮像手段によって所定期間内に撮像された複数の撮像画像データに基づいて、該撮像手段の受光量の変動成分のうち所定周波数以下の低周波変動成分を検出する低周波変動成分検出部１０２Ｄ等の低周波変動成分検出手段とを備えた画像解析ユニット１０２等の検出装置のコンピュータを、前記検出処理実行手段及び前記低周波変動成分検出手段として機能させるための検出用プログラムであって、前記検出処理実行手段は、前記低周波変動成分検出手段により検出した低周波変動成分を用いて、前記検出処理を実行することを特徴とする。
これによれば、光源や光学部材等の温度変化や経時劣化などに起因した検出対象物の誤検出を抑制できる。
なお、このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録された状態で配布したり、入手したりすることができる。また、このプログラムを乗せ、所定の送信装置により送信された信号を、公衆電話回線や専用線、その他の通信網等の伝送媒体を介して配信したり、受信したりすることでも、配布、入手が可能である。この配信の際、伝送媒体中には、コンピュータプログラムの少なくとも一部が伝送されていればよい。すなわち、コンピュータプログラムを構成するすべてのデータが、一時に伝送媒体上に存在している必要はない。このプログラムを乗せた信号とは、コンピュータプログラムを含む所定の搬送波に具現化されたコンピュータデータ信号である。また、所定の送信装置からコンピュータプログラムを送信する送信方法には、プログラムを構成するデータを連続的に送信する場合も、断続的に送信する場合も含まれる。
【符号の説明】
【０１４７】
１００  自車両
１０１  撮像ユニット
１０２  画像解析ユニット
１０２Ａ  検出処理部
１０２Ｂ  光源制御部
１０２Ｃ  露光量制御部
１０２Ｄ  低周波変動成分検出部
１０５  フロントガラス
１０６  ワイパー制御ユニット
１０７  ワイパー
２００  撮像部
２０２  光源部
２０３  雨滴
２０４  撮像レンズ
２０５  光学フィルタ
２０６  画像センサ
２０７  センサ基板
２０８  信号処理部
２３０  反射偏向プリズム
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４８】
【特許文献１】特開２０１４−３２１７４号公報
【図１】
0006701542.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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