(57)【要約】【課題】路面状態判別用として特別に光源を設ける必要をなくし、しかも、複雑な光学系を不要とする。【解決手段】テレビカメラ１は、その光軸Ｏ１が路面４の法線Ｎに対してなす角度θ１が相対的に大きくなるように配置され、路面４の所定領域を含む像を撮像する。テレビカメラ２は、その光軸Ｏ２が路面４の法線Ｎに対してなす角度θ２が相対的に大きくなるように配置され、路面４の前記所定領域の像を含む像を撮像する。テレビカメラ１からの前記所定領域に対応する画素信号、及び、テレビカメラ２からの前記所定領域に対応する画素信号に基づいて、路面状態を判別する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面の所定領域から路面の法線に対する角度が相対的に小さい方向へ進行した光の光量を検出する第１の光量検出手段と、
路面の前記所定領域と実質的に同じ領域から前記法線に対する角度が相対的に大きい方向へ進行した光の光量を検出する第２の光量検出手段と、
前記第１及び第２の光量検出手段からの検出信号に基づいて、路面状態を判別する判別手段と、
を備えたことを特徴とする路面状態判別装置。
【請求項２】
路面の所定領域から路面の法線に対する角度が相対的に小さい方向へ進行した光の光量を検出する第１の光量検出手段と、
路面の前記所定領域と実質的に異なる領域から前記法線に対する角度が相対的に大きい方向へ進行した光の光量を検出する第２の光量検出手段と、
前記第１及び第２の光量検出手段からの検出信号に基づいて、路面状態を判別する判別手段と、
を備えたことを特徴とする路面状態判別装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の光量検出手段のうちの少なくとも一方は、その光軸と前記法線とのなす鋭角側の角度が６０゜以上となるように、配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の路面状態判別装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の光量検出手段は、日中において自然光による路面の反射光の光量を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の路面状態判別装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の光量検出手段は、夜間において又はトンネル等で交通安全のために照射される道路照明光による路面の反射光の光量を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の路面状態判別装置。
【請求項６】
光軸が路面の法線に対してなす角度が相対的に小さくなるように配置され、路面の所定領域の像を含む像を撮像する第１の撮像手段と、
光軸が路面の法線に対してなす角度が相対的に大きくなるように配置され、路面の前記所定領域と実質的に同じ領域の像を含む像を撮像する第２の撮像手段と、
前記第１の撮像手段からの前記所定領域に対応する画素信号、及び、前記第２の撮像手段からの前記所定領域と実質的に同じ前記領域に対応する画素信号に基づいて、路面状態を判別する判別手段と、
を備えたことを特徴とする路面状態判別装置。
【請求項７】
前記第１及び第２の撮像手段のうちの少なくとも一方は、その光軸と前記法線とのなす鋭角側の角度が６０゜以上となるように、配置されたことを特徴とする請求項６記載の路面状態判別装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の撮像手段は、日中において自然光による路面の像を含む像を撮像することを特徴とする請求項６又は７記載の路面状態判別装置。
【請求項９】
前記第１及び第２の撮像手段は、夜間において又はトンネル等で交通安全のために照射される道路照明光による路面の像を含む像を撮像することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の路面状態判別装置。
【請求項１０】
路面の複数の領域の像を含む像を撮像する撮像手段であって、前記複数の領域の略中心にそれぞれ対する当該撮像手段の各視線と路面の法線とがなす角度が互いに異なるように、配置された撮像手段と、
前記撮像手段からの前記複数の領域に対応する画素信号に基づいて、路面状態を判別する判別手段と、
を備えたことを特徴とする路面状態判別装置。
【請求項１１】
前記撮像手段は、日中において自然光による路面の像を含む像を撮像することを特徴とする請求項１０記載の路面状態判別装置。
【請求項１２】
前記撮像手段は、夜間において又はトンネル等で交通安全のために照射される道路照明光による路面の像を含む像を撮像することを特徴とする請求項１０又は１１記載の路面状態判別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、路面が乾燥状態であるか否かなどの路面状態を判別する路面状態判別装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１，２に開示された路面状態判別装置では、路面に向けて光束を照射する路面状態判別用の光源と、２つの光量検出器とを備え、一方の光量検出器は光源から発せられ路面で正反射された光を受光する位置（「正反射位置」と呼ぶ。）に配置され、他方の光量検出器はこの正反射位置から外れた位置であって路面で拡散反射された光を受光する位置（「非正反射位置」と呼ぶ。）に配置されている。前記路面状態判別用の光源は、夜間において又はトンネル等で交通安全のために照射される道路照明光を発する道路照明灯とは別個に設けられる光源である。そして、この路面状態判別装置では、（ａ）路面が乾燥状態（路面に水分がない状態）である場合には、前記光源からの光束が路面で拡散反射されて各方向にほぼ等しい光量の拡散反射光が向かうことから、前記２つの光量検出器により互いにほぼ同じ光量が検出されること、及び、（ｂ）路面が乾燥状態でない場合（路面に水分がある状態（湿潤状態、冠水状態、凍結状態）の場合）には、路面は当該水分によって平滑面となるため、前記光源からの光束が路面で正反射（又はこれに近い状態の反射）されて、正反射位置の光量検出器へ向かう光の光量が増大し、非反射位置の光量検出器へ向かう光の光量が大きく低下すること、という（ａ），（ｂ）の現象を利用して、前記２つの光量検出器からの検出信号に基づいて、路面が乾燥状態であるか否かを判別している。
【０００３】
また、特許文献３に開示された路面状態判別装置は、反射角が６０゜（ほぼブリュースター角）の路面反射光（自然光による路面反射光）を透過させる偏光板と、該偏光板を回転させる回転機構と、該偏光板を透過した偏光成分を受光する光電変換素子と、該光電変換素子の電気的変化を計測する計測手段とを備えている。この路面状態判別装置では、反射角が６０゜の路面反射光のＰ偏光成分の光量とＳ偏光成分の光量との関係が、路面が乾燥状態であるか否かで異なることを利用して、路面が乾燥状態であるか否かを判別している。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６４−８４９９号公報
【特許文献２】
特開平８−２９７０２２号公報
【特許文献３】
特開平５−２６４４４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１，２に開示された路面状態判別装置では、路面状態判別用の光源を必要としているため、その分コストアップを免れないととともに、光源の寿命等に伴う交換などのメンテナンスに手数を要する。
【０００６】
これに対し、前記特許文献３に開示された路面状態判別装置では、自然光を用いることができるため、路面状態判別用の光源を必要としない。しかし、この従来の路面状態判別装置では、偏光成分を検出する必要があるため、光学系の構成が複雑となり、装置の耐久性やコストに問題が生じる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、路面状態判別用として特別に光源を設ける必要がなく、しかも、複雑な光学系を要しない路面状態判別装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、研究の結果、前述した従来の路面状態判別装置で採用されている路面状態判別の原理とは全く異なる新たな原理を見出し、その原理に基づいて路面状態判別を行うことができることを、後述する実験により確認した。ここで、その原理について説明する。
【０００９】
まず、その原理の基礎となる光の反射について、以下に述べる。
【００１０】
物体表面での反射は、正反射光と拡散反射光とに大別することができる。正反射光は、滑らかな面で光が反射して生じる光であり、入射面の法線に対して角度が等しくなる方向に集中する。一方、拡散反射光は、磨りガラスのような粗い凹凸がある面に光が入射した場合に、四方へ反射したり、表面内部へ光が入り込みそこで乱反射して再び表面へ光が出たりすることにより生じる光であり、すべての方向でほぼ一様な明るさとなるように光が反射する。
【００１１】
また、透明体での光の正反射は、下記の数１〜数３に示すフレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）の公式に従うことが知られている。今、入射面に対して垂直に振動する垂直偏光（Ｓ偏光）成分と、入射面に対して平行に振動する水平偏光（Ｐ偏光）成分の２つの光に分けて考える。
【００１２】
水平偏光の反射率をＲｐ、垂直偏光の反射率をＲｓ、光の入射角をφ、光の屈折角をｘとすると、フレネルの公式から、各々の反射率Ｒｐ，Ｒｓは、数１及び数２に示す通りとなる。
【００１３】
【数１】
Ｒｐ＝ｔａｎ２（φ−ｘ）／ｔａｎ２（φ＋ｘ）
【００１４】
【数２】
Ｒｓ＝ｓｉｎ２（φ−ｘ）／ｓｉｎ２（φ＋ｘ）
【００１５】
また、全体の反射率Ｒ（フレネル係数）は、垂直偏光成分と水平偏光成分の強さが等しいとすれば、下記の数３に示す通りとなる。
【００１６】
【数３】
Ｒ＝（Ｒｐ＋Ｒｓ）／２
【００１７】
反射率Ｒは、数１〜数３から図１５に示すようになり、光の入射角が大きくなるに従い増加することがわかる。
【００１８】
このように、フレネルの公式から、正反射の場合の反射率は、入射角（＝反射角）に依存して変化し、入射角が大きいほど反射率が高くなることが、知られている。
【００１９】
今、日中において自然光が路面を照射している状況を考える。
【００２０】
この場合、路面には種々の方向から光が入射している。路面が乾燥状態でない場合（路面に水分（水又は氷）がある状態（湿潤状態、冠水状態、凍結状態）の場合）は、路面は水分により平滑面となり、路面の表面の水膜（又は氷膜）の表面で正反射した光と水膜を透過した光が本来の路面で反射した光との和が、全体として反射光となる。水又は氷は透明体であることから、水膜の表面での反射は前述したフレネルの公式に従う。したがって、小さい入射角で入射した自然光のうち水膜（又は氷膜）の表面で正反射される光は、当該入射角と同じ小さい反射角で反射し、その際の反射率は前述したフレネルの式に基づく関係に従って小さくなることから、当該小さい反射角で反射した光の光量は小さくなる。一方、大きい入射角で入射した自然光のうち水膜（又は氷膜）の表面で正反射される光は、当該入射角と同じ大きい反射角で反射し、その際の反射率は前述したフレネルの式に基づく関係に従って大きくなることから、当該大きい反射角で反射した光の光量は大きくなる。
【００２１】
このため、日中において、路面が乾燥状態でない場合は、路面のある領域で小さい反射角で反射した自然光の光量を第１の検出器等で検出すれば、その検出光量は小さくなる。一方、日中において、路面が乾燥状態でない場合は、路面のある領域で大きい反射角で反射した自然光の光量を第２の検出器等で検出すれば、その検出光量は大きくなる。
【００２２】
したがって、日中において、路面が乾燥状態でない場合は、前記第１の検出器等の検出光量は小さくなる一方、前記第２の検出器等の検出光量は大きくなる。
【００２３】
以上は、日中において路面が乾燥していない場合の説明であった。
【００２４】
次に、日中において路面が乾燥している場合について説明する。通常の路面での光の反射を考えると、乾燥状態では路面の凹凸などから通常は拡散反射に近い状態で反射する。したがって、乾燥状態の場合、路面に入射した自然光は路面で拡散反射されて、各方向にほぼ等しい光量の拡散反射光が向かう。したがって、前記第１の検出器等の検出光量と前記第２の検出器等の検出光量とが、ほぼ等しくなる。
【００２５】
このように、日中において自然光が路面を照射している場合、乾燥状態でなければ、前記第１の検出光量が小さくなるとともに前記第２の検出光量が大きくなるのに対し、路面が乾燥状態であれば、前記第１及び第２の検出光量がほぼ等しくなる。したがって、前記第１及び第２の検出器等を用いることで、それらの検出信号に基づいて路面が乾燥状態であるか否かを判別することができる。
【００２６】
以上、日中において自然光が路面を照射している場合について説明した。次に、夜間において又はトンネル等で交通安全のために道路照明光が路面に照射されている状況を、考える。この場合、道路照明光は、平行光束でないため、自然光ほどではないがある程度種々の方向から路面に入射する。したがって、この場合にも、基本的に、自然光が路面を照射している状況と同様となる。このため、夜間やトンネル内等でも、交通安全上の通常の道路照明されていれば、自然光が路面を照射している場合と同様に、路面が乾燥状態であるか否かを判別することができる。
【００２７】
以上説明した原理を用いて路面状態を判別すれば、路面状態判別用として特別に光源を設ける必要がなくなり、しかも、複雑な光学系も要しなくなる。
【００２８】
本発明は、本発明者が新たに見出したこのような原理を利用することによってなされたものである。
【００２９】
すなわち、前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による路面状態判別装置は、路面の所定領域から路面の法線に対する角度が相対的に小さい方向へ進行した光の光量を検出する第１の光量検出手段と、路面の前記所定領域と実質的に同じ領域から前記法線に対する角度が相対的に大きい方向へ進行した光の光量を検出する第２の光量検出手段と、前記第１及び第２の光量検出手段からの検出信号に基づいて、路面状態を判別する判別手段と、を備えたものである。
【００３０】
この第１の態様によれば、前述した原理により路面状態を判別することができる。したがって、路面状態判別用として特別に光源を設ける必要がなくなり、しかも、複雑な光学系も要しなくなる。
【００３１】
本発明の第２の態様による路面状態判別装置は、路面の所定領域から路面の法線に対する角度が相対的に小さい方向へ進行した光の光量を検出する第１の光量検出手段と、路面の前記所定領域と実質的に異なる領域から前記法線に対する角度が相対的に大きい方向へ進行した光の光量を検出する第２の光量検出手段と、前記第１及び第２の光量検出手段からの検出信号に基づいて、路面状態を判別する判別手段と、を備えたものである。
【００３２】
この第２の態様によっても、前述した原理により路面状態を判別することができるので、前記第１の態様と同様の利点が得られる。
【００３３】
前記第１の態様では、第１及び第２の光量検出手段が路面の実質的に同じ領域からの光の光量を検出しているのに対し、前記第２の態様では、第１及び第２の光量検出手段が路面の実質的に異なる領域からの光の光量を検出している。したがって、前記第１の態様の方が、前記第２の態様に比べて、より精度良く路面状態を判別することができる。しかしながら、第２の態様においても、路面の両領域が実際上同一状態であるとみなせる場合には、精度上問題が生じない。
【００３４】
本発明の第３の態様による路面状態判別装置は、前記第１又は第２の態様において、前記第１及び第２の光量検出手段のうちの少なくとも一方は、その光軸と前記法線とのなす鋭角側の角度が６０゜以上となるように、配置されものである。
【００３５】
前述した図１５からわかるように、入射角が６０゜以下では反射率がほぼ一定になる。このため、前記第１及び第２の光量検出手段を両方とも、その光軸と前記法線とのなす鋭角側の角度（反射角に相当）を６０゜以下となるように配置すると、路面が乾燥状態でない場合に、前記第１及び第２の光量検出手段の検出光量の差が少なくなってしまい、路面が乾燥状態の場合と判別する精度が低下する。これに対して、前述した図１５からわかるように、入射角が６０゜以上では反射率が大きく上昇する。このため、前記第３の態様のように、前記第１及び第２の光量検出手段のいずれか一方を、その光軸と前記法線とのなす鋭角側の角度が６０゜以上となるように配置すると、路面が乾燥状態でない場合に、前記第１及び第２の光量検出手段の検出光量の差を大きくすることができ、路面が乾燥状態の場合と判別する精度を高めることができるので、好ましい。
【００３６】
本発明の第４の態様による路面状態判別装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記第１及び第２の光量検出手段は、日中において自然光による路面の反射光の光量を検出するものである。
【００３７】
本発明の第５の態様による路面状態判別装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記第１及び第２の光量検出手段は、夜間において又はトンネル等で交通安全のために照射される道路照明光による路面の反射光の光量を検出するものである。
【００３８】
本発明の第６の態様による路面状態判別装置は、光軸が路面の法線に対してなす角度が相対的に小さくなるように配置され、路面の所定領域の像を含む像を撮像する第１の撮像手段と、光軸が路面の法線に対してなす角度が相対的に大きくなるように配置され、路面の前記所定領域と実質的に同じ領域の像を含む像を撮像する第２の撮像手段と、前記第１の撮像手段からの前記所定領域に対応する画素信号、及び、前記第２の撮像手段からの前記所定領域と実質的に同じ前記領域に対応する画素信号に基づいて、路面状態を判別する判別手段と、を備えたものである。
【００３９】
前記第１の態様では、光量検出手段は、特に限定されるものではなく、例えば、単一の光電変換素子（例えば、フォトダイオード等）からなる光量検出器を用いてもよい。前記第６の態様では、前記光量検出手段に対応するものとして、撮像手段を用いている。したがって、前記第６の態様によっても、前述した原理により路面状態を判別することができるので、前記第１の態様と同様の利点が得られる。さらに、第６の態様によれば、撮像手段が用いられているので、各撮像手段での光量を検出すべき路面の領域を一致させるのが、容易となる。さらにまた、撮像手段が用いられているので、いずれか一方の撮像手段を、他の目的で既に設置されている道路監視カメラと兼ねることも可能となる。また、撮像手段が用いられているので、各画素信号の平均値を取ったりその他の種々の信号処理も可能となるので、より精度良く路面状態を判別することが可能となる。
【００４０】
本発明の第７の態様による路面状態判別装置は、前記第６の態様において、前記第１及び第２の撮像手段のうちの少なくとも一方は、その光軸と前記法線とのなす鋭角側の角度が６０゜以上となるように、配置されたものである。
【００４１】
この第７の態様によれば、前記第３の態様と同様に、より精度良く路面状態を判別することができる。
【００４２】
本発明の第８の態様による路面状態判別装置は、前記第６又は第７の態様において、前記第１及び第２の撮像手段は、日中において自然光による路面の像を含む像を撮像するものである。
【００４３】
本発明の第９の態様による路面状態判別装置は、前記第６乃至第８のいずれかの態様において、前記第１及び第２の撮像手段は、夜間において又はトンネル等で交通安全のために照射される道路照明光による路面の像を含む像を撮像するものである。
【００４４】
本発明の第１０の態様による路面状態判別装置は、路面の複数の領域の像を含む像を撮像する撮像手段であって、前記複数の領域の略中心にそれぞれ対する当該撮像手段の各視線と路面の法線とがなす角度が互いに異なるように、配置された撮像手段と、前記撮像手段からの前記複数の領域に対応する画素信号に基づいて、路面状態を判別する判別手段と、を備えたものである。
【００４５】
この第１０の態様によっても、前述した原理により路面状態を判別することができ、しかも撮像手段が用いられているので、前記第６の態様と同様の利点が得られる。そして、前記第６の態様では、路面の実質的に同じ領域の像を俯角を変えて撮像するので２つの撮像手段が用いられているのに対し、前記第１０の態様では、路面の実質的に異なる像を撮像するので１つの撮像手段で済み、よりコストダウンを図ることができる。もっとも、実質的に同じ領域を撮像する第６の態様の方が前記第１０の態様に比べて、より精度良く路面状態を判別することができる。ただし、第１０の態様においても、路面の両領域が実際上同一状態であるとみなせる場合には、精度上問題が生じない。
【００４６】
本発明の第１１の態様による路面状態判別装置は、前記第１０の態様において、前記撮像手段は、日中において自然光による路面の像を含む像を撮像するものである。
【００４７】
本発明の第１２の態様による路面状態判別装置は、前記第１０又は第１１の態様において、前記撮像手段は、夜間において又はトンネル等で交通安全のために照射される道路照明光による路面の像を含む像を撮像するものである。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による路面状態判別装置について、図面を参照して説明する。
【００４９】
［第１の実施の形態］
【００５０】
図１は、本発明の第１の実施の形態による路面状態計測装置の設置状態を示す概略斜視図である。図２は、図１中のテレビカメラ１，２の設置状況を示す概略図であり、図１において路面４が延びる方向から見た概略図である。図３（ａ）は、テレビカメラ１で撮像された画像（ただし、後述する幾何学補正及び正規化処理後の画像）の実例を示す概略図である。図３（ｂ）は、テレビカメラ２で撮像された画像（ただし、後述する幾何学補正及び正規化処理後の画像）の実例を示す概略図である。図４は、本実施の形態による路面状態判別装置のブロック図である。
【００５１】
本実施の形態による路面状態判別装置は、図１及び図４に示すように、第１及び第２の撮像手段としての２台のテレビカメラ１，２と、テレビカメラ１，２からの画像信号を処理して、判別結果としての路面状態を出力する処理部３とを備えている。
【００５２】
図１及び図２に示すように、テレビカメラ１，２は、道路の路肩に立設された支柱５に支持されることにより、次のように配置されている。すなわち、テレビカメラ１は、その光軸Ｏ１が路面４の法線Ｎに対してなす角度（鋭角側の角度）θ１が相対的に（つまり、後述する角度θ２に比べて）大きくなるように、かつ、路面４の所定領域を含む領域の像を撮像するように、配置されている。テレビカメラ２は、その光軸Ｏ２が路面４の法線Ｎに対してなす角度（鋭角側の角度）θ２が相対的に（つまり、角度θ１に比べて）小さくなるように、かつ、路面４の前記所定領域を含む領域の像を撮像するように、配置されている。
【００５３】
本実施の形態では、テレビカメラ１，２は、路面４の略々同じ領域を撮像するように配置されているが、本発明では、テレビカメラ１，２は、路面４の異なる領域を撮像するように配置してもよい。その場合でも、両者の領域が実際上同一状態であるとみなせる場合には、路面状態の判別の精度上問題が生じない。また、本実施の形態では、テレビカメラ１，２は、光軸Ｏ１，Ｏ２が同一平面（図示の例では、道路の延びる方向と直交しかつ法線Ｎを含む平面）内に含まれるように配置されているが、光軸Ｏ１，Ｏ２が同一平面内に含まれないように配置してもよいことは、言うまでもない。
【００５４】
テレビカメラ１，２のうちの少なくとも一方は、その光軸と法線Ｎとのなす鋭角側の角度が６０゜以上となるように配置することが、好ましい。本実施の形態ではθ１＞θ２であるので、θ１≧６０゜となるようにテレビカメラ１を配置することが好ましい。
【００５５】
なお、本実施形態では、テレビカメラ１，２が同一の支柱５に設置されているが、必ずしも同一の支柱５に設置する必要はない。
【００５６】
図１において、６は道路のセンターラインである。図３（ａ）（ｂ）において、上下方向の中央付近において左右に断続して延びる白線は、センターラインの像である。図３（ａ）（ｂ）において、センターラインの像の上側において左右に延びる白線は道路の一方の縁４ａのラインの像であり、センターラインの像の下側において左右に延びる白線は道路の他方の縁４ｂのラインの像である。
【００５７】
図面には示していないが、路面４における図１中に現れている部分は、日中においては自然光が照射され、夜間においては街路灯など（図示せず）から交通安全のための道路照明光が照射されるようになっている。
【００５８】
処理部３は、図４に示すように、テレビカメラ１，２からの画像信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１１と、Ａ／Ｄ変換器１１でＡ／Ｄ変換されたテレビカメラ１，２の各画像データを格納する画像メモリ１２と、ＣＰＵ１３と、後述する処理を行うために必要な動作をＣＰＵ１３に実現させるためのプログラムやデータ等を記憶するメモリ１４と、路面状態の判別結果を外部に出力するための出力ユニット１５と、当該路面状態判別装置の設置時等に入力装置１７及びモニタ１８を接続するための入出力インターフェース１６と、を備えている。
【００５９】
次に、本実施の形態による路面状態計測装置の動作について、図５を参照して説明する。図５は、本実施の形態による路面状態判別装置の動作の一例を示す概略フローチャートである。
【００６０】
図５中のステップＳ１〜Ｓ３は、本装置の設置時にのみ行われる初期処理である。テレビカメラ１，２及び処理装置３を据え付けた後、入力装置１７及びモニタ１８を入出力インターフェース１６に接続し、まず、テレビカメラ１で撮像された画像における領域を設定する（ステップＳ１）。これは、画像からマスクにより処理対象となる路面の像の領域を取り出すための位置の設定である。その後、テレビカメラ２で撮像された画像からテレビカメラ１で設定した対象領域と路面４上で同じ場所となる対象領域を設定する（ステップＳ２）。これは、テレビカメラ１と同様の設定である。なお、ステップＳ１，Ｓ２の設定は、設定者が撮像された画像をモニタ１８で見ながら、入力装置１７でそれらの位置を指定することにより行われる。ステップＳ１，Ｓ２で設定された各対象領域の位置の情報は、ＣＰＵ１３によりメモリ１４内に格納される。なお、前記対象領域は、例えば、線状の領域としてもよいし、矩形状や円形状などの２次元状の領域としてもよいし、点状の微小領域としてもよい。
【００６１】
その後、設定者は、入力装置１７から、路面状態が乾燥状態であるか否かを判別する際の基準となる閾値を入力する（ステップＳ３）。この閾値は、ＣＰＵ１３によりメモリ１４内に格納される。この後は、入力装置１７及びモニタ１８が入出力インターフェース１６から取り外される。
【００６２】
以上説明したステップＳ１〜Ｓ３の初期処理の後、ステップＳ４〜Ｓ１１の本処理が行われる。テレビカメラ１，２からは、順次新たな画像が得られ、これらの画像は画像メモリ１２に順次上書きされることで、取り込まれる。
【００６３】
まず、テレビカメラ１，２から新たな画像が得られると、ＣＰＵ１３によって、これらの画像が画像メモリ１２内に取り込まれる（ステップＳ４）。次いで、両者の画像の対象領域が画像上同等なものとなるように、少なくとも一方の画像に対して幾何学補正を行う（ステップＳ５）。
【００６４】
次いで、ＣＰＵ１３は、ステップＳ５の処理後の両画像の各画素の画素値を正規化する（ステップＳ６）。この正規化は、次のようにして行う。すなわち、ステップＳ５の後の両者の画像の画素を合わせた全ての画素の各画素値（画素の輝度値）のうち最も高い画素値（「最高画素値」と呼ぶ。）を求め、各画素について、当該画素値を最高画素値で除算したものに所定値を乗算した値を、当該画素の正規化後の画素値（正規化後の画素値をここでは「レベル」と呼ぶ。）とする。この正規化は、路面４を照射する光の光量が変化しても、前記閾値を変更することなく、適切に路面状態を判別するために行われる。もっとも、このような正規化を行うことなく、路面４を照射する光の光量に応じて前記閾値を変更するようにしてもよい。
【００６５】
図３（ａ）（ｂ）はこのステップＳ４，Ｓ５の後の各画像を示している。また、図３（ａ）（ｂ）において、Ａ−Ａ’線はステップＳ１，Ｓ２で設定された対象領域を示している。この例では、対象領域は線状とされている。
【００６６】
ステップＳ５，Ｓ６は、いわば前処理であり、場合によっては必ずしも行う必要がない。
【００６７】
次に、ＣＰＵ１３は、ステップＳ１で設定された対象領域に相当する路面４の領域からテレビカメラ１が受光した光量の指標値として、テレビカメラ１の画像（ステップＳ６の正規化後の画像）の対象領域（ステップＳ１で設定された対象領域）の画素のレベルの平均値を算出する（ステップＳ７）。次に、ＣＰＵ１３は、ステップＳ２で設定された対象領域に相当する路面４の領域からテレビカメラ２が受光した光量の指標値として、テレビカメラ２の画像（ステップＳ６の正規化後の画像）の対象領域（ステップＳ２で設定された対象領域）の画素のレベルの平均値を算出する（ステップＳ８）。なお、前記指標値としては、前記平均値に代えて、例えば、最高値や、これらに準ずる値を用いてもよい。
【００６８】
次いで、ＣＰＵ１３は、ステップＳ７で得た平均値とステップＳ８で得た平均値との差を算出する（ステップＳ９）。
【００６９】
次いで、ＣＰＵ１３は、ステップＳ９で算出された差をステップＳ３で設定された閾値と比較して、路面状態を判別する（ステップＳ１０）。すなわち、ＣＰＵ１３は、前記差が閾値以上であれば、路面４は乾燥状態ではない（すなわち、路面に水分が存在する）と判別する。一方、ＣＰＵ１３は、前記差が閾値より小さければ、路面４は乾燥状態である（すなわち、路面に水分が存在しない）と判別する。なお、路温計を用い、路温計からの信号をＣＰＵ１３に供給するようにし、ＣＰＵ１３は、前記差が閾値以上でかつ路温が所定温度（例えば、０℃）以下の場合に路面が凍結状態であると判別し、前記差が閾値以上でかつ路温が前記所定温度より高ければ湿潤状態・冠水状態のいずれかであると判別してもよい。
【００７０】
次に、、ＣＰＵ１３は、ステップＳ１０で得た判別結果を、出力ユニット１５を介して外部へ出力する（ステップＳ１１）。その後、ステップＳ４へ戻り、ステップＳ４〜Ｓ１１の処理を繰り返す。
【００７１】
本実施の形態によれば、前述した原理により路面状態を判別することができるので、路面状態判別用として特別に光源を設ける必要がなくなり、しかも、複雑な光学系も要しなくなる。また、本実施の形態によれば、日中においても、夜間においても、路面状態を適切に判別することができる。
【００７２】
本発明者は、本実施の形態と同様の路面状態判別装置を実際に作製した。この装置では、図２中の角度θ１を７０．４゜、角度θ２を５９゜とした。この装置では、ステップＳ６の処理後の画像は、図３（ａ）（ｂ）に示すようになった。図３（ａ）（ｂ）中の対象領域（この例では、Ａ−Ａ’線上の一次元領域）の各画素のレベルは、図６及び図７に示す通りになった。図６は、曇天時の日中において、路面が乾燥状態であるときに得られたものであり、図７は、曇天時の日中において、湿潤状態であるときに得られたものである。勿論、図６を得た時と図７を得た時の設定場所は同一とした。
【００７３】
図６からわかるように、路面が乾燥状態であった場合には、カメラ１とカメラ２とで、レベルの差がほとんど生じていない。図７からわかるように、路面が湿潤状態であった場合、カメラ１とカメラ２とでレベルの差がかなり生じ、カメラ１の方がレベルが高く（すなわち、明るく）なっている。
【００７４】
この実験により、本実施の形態が適切に作動して路面状態を判別することができることが実証され、前述した原理が裏付けられた。
【００７５】
［第２の実施の形態］
【００７６】
図８は、本発明の第２の実施の形態による路面状態判別装置の要部を示す図であり、図２に対応している。図８において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７７】
本実施の形態による路面状態判別装置は、光軸Ｏ２１を中心に破線の範囲を進行して来た光の光量を検出する光量検出器２１と、光軸Ｏ２２を中心に破線の範囲を進行して来た光の光量を検出する光量検出器２２と、図示しない処理部と、を備えている。本実施の形態では、光軸Ｏ２１，Ｏ２２及び法線Ｎの関係が図２中の光軸Ｏ１，Ｏ２及び法線Ｎの関係と同一になるように、光量検出器２１，２２が配置されている。本実施の形態では、光量検出器２１，２２は、路面４の同じ領域Ｒ３からの光の光量を検出するように配置されているが、異なる領域からの光の光量を検出するように配置してもよい。
【００７８】
図面には示していないが、光量検出器２１，２２としては、例えば、フォトダイオード等の単一の光電変換素子と、前記破線の範囲を進行して来た光のみを当該光電変換素子に集光する集光レンズとから、構成することができる。
【００７９】
また、前記処理部は、図面には示していないが、例えば、光量検出器２１の検出信号を増幅する第１のアンプと、光量検出器２２の検出信号を増幅する第２のアンプと、第１のアンプの出力と第２のアンプの出力との差分を出力する差動回路と、差動回路の出力を所定レベルと比較するコンパレータと、から構成することができる。この場合、コンパレータの出力が路面状態の判別結果信号となる。すなわち、差動回路の出力が所定レベル以上である場合のコンパレータ出力が、路面４が乾燥状態ではない旨の判別結果を示し、差動回路の出力が所定レベルを下回る場合のコンパレータ出力が、路面４が乾燥状態である旨の判別結果を示す。
【００８０】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００８１】
［第３の実施の形態］
【００８２】
図９は、本発明の第３の実施の形態による路面状態計測装置の設置状態を示す概略斜視図であり、図１に対応する。図１０は、テレビカメラ２１で撮像された画像を示す概略図である。図１１は、本実施の形態による路面状態判別装置のブロック図である。図９及び図１１において、図１、図２及び図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００８３】
本実施の形態による路面状態判別装置は、図９及び図１１に示すように、撮像手段としての１台のテレビカメラ２１と、テレビカメラ２１からの画像信号を処理して、判別結果としての路面状態を出力する処理部２３とを備えている。
【００８４】
本実施の形態では、テレビカメラ１は、図９に示すように、道路の路肩に立設された支柱５に取り付けられたアーム７に支持され、その光軸がほぼ道路が延びる方向に向けて俯角をなすように配置されている。このことは、図１０からもわかる。
【００８５】
図面には示していないが、本実施の形態においても、路面４における図１中に現れている部分は、日中においては自然光が照射され、夜間においては街路灯など（図示せず）から交通安全のための道路照明光が照射されるようになっている。
【００８６】
処理部２３は、図１１に示すように、テレビカメラ２１からの画像信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３１と、Ａ／Ｄ変換器３１でＡ／Ｄ変換されたテレビカメラ２１の画像データを格納する画像メモリ３２と、ＣＰＵ３３と、後述する処理を行うために必要な動作をＣＰＵ３３に実現させるためのプログラムやデータ等を記憶するメモリ３４と、路面状態の判別結果を外部に出力するための出力ユニット３５と、当該路面状態判別装置の設置時等に入力装置１７及びモニタ１８を接続するための入出力インターフェース３６と、を備えている。
【００８７】
次に、本実施の形態による路面状態計測装置の動作について、図１２を参照して説明する。図１２は、本実施の形態による路面状態判別装置の動作の一例を示す概略フローチャートである。
【００８８】
図１２中のステップＳ２１〜Ｓ２２は、本装置の設置時にのみ行われる初期処理である。テレビカメラ２１及び処理装置２３を据え付けた後、入力装置１７及びモニタ１８を入出力インターフェース１６に接続し、まず、テレビカメラ２１で撮像された画像における例えば図１３に示すような２つの領域Ｒ１，Ｒ２を設定する（ステップＳ２１）。これは、画像からマスクにより処理対象となる路面の像の領域を取り出すための位置の設定である。
【００８９】
ここで、領域Ｒ１はテレビカメラ２１から見て奥側の領域であり、領域Ｒ２はテレビカメラ２１から見て手前側の領域である。したがって、テレビカメラ２１が前述したように配置されていることから、領域Ｒ１に相当する路面４上の領域の略中心に対するテレビカメラ１の視線と路面４の法線とがなす角度は、領域Ｒ２に相当する路面４上の領域の略中心に対するテレビカメラ１の視線と路面４の法線とがなす角度に比べて、大きい。したがって、前記第１の実施の形態で２台のカメラ１，２により撮像した路面の像と同等なものを得ることができる。なお、ステップＳ２１の設定は、設定者が撮像された画像をモニタ１８で見ながら、入力装置１７でそれらの位置を指定することにより行われる。ステップＳ２１で設定された各対象領域Ｒ１，Ｒ２の位置の情報は、ＣＰＵ１３によりメモリ１４内に格納される。なお、前記対象領域Ｒ１，Ｒ２は、図１３の例では矩形の領域であるが、例えば、線状の領域としてもよいし、円形状などの２次元状の領域としてもよいし、点状の微小領域としてもよい。
【００９０】
その後、設定者は、入力装置１７から、路面状態が乾燥状態であるか否かを判別する際の基準となる閾値を入力する（ステップＳ２２）。この閾値は、ＣＰＵ１３によりメモリ１４内に格納される。この後は、入力装置１７及びモニタ１８が入出力インターフェース１６から取り外される。
【００９１】
以上説明したステップＳ２１，Ｓ２２の初期処理の後、ステップＳ２３〜Ｓ３０の本処理が行われる。テレビカメラ２１からは、順次新たな画像が得られ、これらの画像は画像メモリ１２に順次上書きされることで、取り込まれる。
【００９２】
まず、テレビカメラ２１から新たな画像が得られると、ＣＰＵ３３によって、これらの画像が画像メモリ３２内に取り込まれる（ステップＳ２３）。次いで、両者の画像の対象領域Ｒ１，Ｒ２が画像上同等なものとなるように、少なくとも一方の画像に対して幾何学補正を行う（ステップＳ２４）。
【００９３】
次いで、ＣＰＵ３３は、ステップＳ２４の処理後の両画像の各画素の画素値を正規化する（ステップＳ２５）。この正規化は、次のようにして行う。すなわち、ステップＳ２４の後の画像の全ての画素の各画素値（画素の輝度値）のうち最も高い画素値（「最高画素値」と呼ぶ。）を求め、各画素について、当該画素値を最高画素値で除算したものに所定値を乗算した値を、当該画素の正規化後の画素値（正規化後の画素値をここでは「レベル」と呼ぶ。）とする。この正規化は、路面４を照射する光の光量が変化しても、前記閾値を変更することなく、適切に路面状態を判別するために行われる。もっとも、このような正規化を行うことなく、路面４を照射する光の光量に応じて前記閾値を変更するようにしてもよい。
【００９４】
次に、ＣＰＵ３３は、ステップＳ２１で設定された対象領域Ｒ１に相当する路面４の領域からテレビカメラ２１が受光した光量の指標値として、テレビカメラ２１の画像（ステップＳ２５の正規化後の画像）の対象領域Ｒ１の画素のレベルの平均値を算出する（ステップＳ２６）。次に、ＣＰＵ３３は、ステップＳ２１で設定された対象領域Ｒ２に相当する路面４の領域からテレビカメラ２１が受光した光量の指標値として、テレビカメラ２１の画像（ステップＳ２５の正規化後の画像）の対象領域Ｒ２の画素のレベルの平均値を算出する（ステップＳ２７）。なお、前記指標値としては、前記平均値に代えて、例えば、最高値や、これらに準ずる値を用いてもよい。
【００９５】
次いで、ＣＰＵ３３は、ステップＳ２６で得た平均値とステップＳ２７で得た平均値との差を算出する（ステップＳ２８）。
【００９６】
次いで、ＣＰＵ３３は、ステップＳ２８で算出された差をステップＳ２２で設定された閾値と比較して、路面状態を判別する（ステップＳ２９）。すなわち、ＣＰＵ３３は、前記差が閾値以上であれば、路面４は乾燥状態ではない（すなわち、路面に水分が存在する）と判別する。一方、ＣＰＵ３３は、前記差が閾値より小さければ、路面４は乾燥状態である（すなわち、路面に水分が存在しない）と判別する。なお、路温計を用い、路温計からの信号をＣＰＵ３３に供給するようにし、ＣＰＵ３３は、前記差が閾値以上でかつ路温が所定温度（例えば、０℃）以下の場合に路面が凍結状態であると判別し、前記差が閾値以上でかつ路温が前記所定温度より高ければ湿潤状態・冠水状態のいずれかであると判別してもよい。
【００９７】
次に、、ＣＰＵ３３は、ステップＳ２９で得た判別結果を、出力ユニット３５を介して外部へ出力する（ステップＳ３０）。その後、ステップＳ２３へ戻り、ステップＳ２３〜Ｓ３０の処理を繰り返す。
【００９８】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態では、カメラが１台で済むので、コストダウンを図ることができる。
【００９９】
［第４の実施の形態］
【０１００】
図１４は、本実施の形態の第４の実施の形態における対象領域の設定状況を示す図であり、図１３に対応している。
【０１０１】
本実施の形態が前記第３の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。すなわち、本実施の形態では、図１２中のステップＳ２１において、図１３に示すように対象領域Ｒ１，Ｒ２を設定する代わりに、図１４に示すようにラインＬ上の領域を対象領域として設定する。ラインＬ上の多数の微小領域がそれぞれ対象領域となっている。また、本実施の形態では、ステップＳ２６〜Ｓ２９に代えて、ラインＬ上の位置に対応する画素値の関数を直線近似し、その傾きを求め、この傾きが所定傾きより急峻であれば、路面４は乾燥状態ではない（すなわち、路面に水分が存在する）と判別し、所定傾きより緩慢であれば、路面４は乾燥状態である（すなわち、路面に水分が存在しない）と判別する。
【０１０２】
本実施の形態によっても、前記第３の実施の形態と同様の利点が得られる。
【０１０３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【０１０４】
例えば、前述した各実施の形態では、本発明を道路付近に設置するタイプの路面状態判別装置に適用した例であるが、本発明は自動車に搭載する車載タイプの路面状態判別装置に適用することも可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、路面状態判別用として特別に光源を設ける必要がなく、しかも、複雑な光学系を要しない路面状態判別装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による路面状態計測装置の設置状態を示す概略斜視図である。
【図２】図１中のテレビカメラの設置状況を示す概略図である。
【図３】テレビカメラで撮像された画像の実例を示す概略図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による路面状態判別装置のブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による路面状態判別装置の動作の一例を示す概略フローチャートである。
【図６】路面が乾燥状態であるときに得られた対象領域の各画素のレベルを示す図である。
【図７】路面が湿潤状態であるときに得られた対象領域の各画素のレベルを示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による路面状態判別装置の要部を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態による路面状態計測装置の設置状態を示す概略斜視図である。
【図１０】テレビカメラで撮像された画像を示す概略図である。
【図１１】本発明の第３実施の形態による路面状態判別装置のブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態による路面状態判別装置の動作の一例を示す概略フローチャートである。
【図１３】対象領域の設定例を示す図である。
【図１４】対象領域の他の設定例を示す図である。
【図１５】入射角と反射率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１，２  テレビカメラ
３  処理部
４  路面
Ｏ１，Ｏ２  光軸
Ｎ  路面の法線
【図１】
2004184298.tif 000003
【図２】
2004184298.tif 000004
【図３】
2004184298.tif 000005
【図４】
2004184298.tif 000006
【図５】
2004184298.tif 000007
【図６】
2004184298.tif 000008
【図７】
2004184298.tif 000009
【図８】
2004184298.tif 000010
【図９】
2004184298.tif 000011
【図１０】
2004184298.tif 000012
【図１１】
2004184298.tif 000013
【図１２】
2004184298.tif 000014
【図１３】
2004184298.tif 000015
【図１４】
2004184298.tif 000016
【図１５】
2004184298.tif 000017