JP2007322231A - 路面状況検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行中に路面状況（路面の乾湿）を的確に検出することができる路面状況検出装置を提供する。
【解決手段】車速センサ１５は、車速を検出し、制御部１１は、車速センサ１５によって検出された車速が所定速度を越えると制御部１１は各部を動作させる。カメラ１２は、湿潤路面において水しぶきが発生する車輪の後方を撮影して画像データを生成する。画像解析部１３は、カメラ１２によって生成された画像データを周波数解析し、水しぶきに特徴的な所定の周波数成分を積算して積算値を算出する。判定部１４は、画像解析部１３によって算出された積算値が所定値より大きいか否かを判定し、積算値が所定値より大きい場合に、湿潤路面であることを示す信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載され、道路の路面状況（路面の乾湿）を検出する路面状況検出装置に関する。

自動車の運転支援システムは、運転手によるブレーキやハンドルの操作状態や、速度、他の車との車両間隔等、様々な情報を検知し、これらの情報を総合的に判断して、より安全に走行できるように、運転手に代わって自動車の走行制御を行うものであり、近年開発が進められている。運転支援システムは、例えば、走行中に前方車両との車両間隔が短くなり、追突の危険性があると判断される場合には、速度を落とし、安全な車間距離を確保する様に走行制御を行う。

自動車の制動距離は、車重、速度、およびタイヤと路面との摩擦によって決まり、車重と速度が同一であれば、タイヤと路面との摩擦が小さいほど長くなる。また、タイヤと路面との摩擦が小さいと、カーブや車線変更などで横方向の力が生じる場合にスリップを起こしやすい。このタイヤと路面との摩擦は、路面状況によって変化し、乾燥した路面よりも、降雨によって濡れた湿潤路面のほうが小さくなる。このため、運転支援システムによって行われる走行制御には、路面状況が加味されることが望ましく、湿潤時には車間距離をより長く保つべきである。路面状況を検出するためには、特許文献１に開示された降雨検出装置を用いることが考えられる。この降雨検出装置、自動車のフロントガラスに付着した雨滴を検出することにより降雨の判定を行うものである。
特開２００４−１０６７６３号公報

しかしながら、上記の降雨検出装置では、路面状況を直接検出することはできないので、降雨が終わった直後のように無降雨にもかかわらず路面が濡れている場合には、路面状況を適切に判断することができず、適切な走行制御を行うことができない。降雨中に路面が濡れていることは運転手が容易に判断できるので、むしろ、運転手が気付き難く油断しやすい無降雨時にこそ的確に路面状況を検出すべきであり、これを実現する路面状況検出装置が望まれている。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、走行中に路面状況を的確に検出することができる路面状況検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の路面状況検出装置は、車両に搭載され、路面の状況を検出する路面状況検出装置において、湿潤路面において水しぶきが発生する車輪の後方を撮影して画像データを生成する撮影手段と、前記撮影手段によって生成された画像データを周波数解析し、水しぶきに特徴的な所定の周波数成分を積算して積算値を算出する画像解析手段と、前記画像解析手段によって算出された積算値が所定値より大きいか否かを判定し、積算値が所定値より大きい場合に、湿潤路面であることを示す信号を出力する判定手段とを備えることを特徴とする。

なお、前記画像解析手段は、水しぶきの飛散方向にほぼ直交する方向に関して１次元フーリエ変換を行い、得られた周波数スペクトルから所定の周波数成分を抽出して積算を行うことが好ましい。また、車速を検出する車速検出手段と、車速検出手段によって検出される車速が所定速度を越えた場合に、前記撮影手段、前記画像解析手段、および前記判定手段を動作させる制御手段とを備えたことが好ましい。

また、上記目的を達成するために、本発明の路面状況検出装置は、車両に搭載され、路面の状況を検出する路面状況検出装置において、湿潤路面において水しぶきが発生する車輪の後方を撮影して画像データを取得する第１撮影手段と、水しぶきが発生しない車輪の前方を撮影して画像データを取得する第２撮影手段と、前記第１撮影手段によって取得された画像データを周波数解析し、水しぶきに特徴的な所定の周波数成分を積算して第１積算値を算出する第１画像解析手段と、前記第２撮影手段によって取得された画像データを周波数解析し、前記第１画像解析手段と同一の周波数成分を積算して第２積算値を算出する第２画像解析手段と、前記第１画像解析手段によって得られた前記第１積算値から、前記第２画像解析手段によって得られた前記第２積算値を差し引いた差分値を算出する差分手段と、前記差分手段によって算出された差分値が所定値より大きいか否かを判定し、差分値が所定値より大きい場合に、湿潤路面であることを示す信号を出力する判定手段とを備えることを特徴とする。

なお、前記第１画像解析手段は、水しぶきの飛散方向にほぼ直交する方向に関して１次元フーリエ変換を行い、得られた周波数スペクトルから所定の周波数成分を抽出して積算を行うことが好ましい。また、車速を検出する車速検出手段と、車速検出手段によって検出される車速が所定速度を越えた場合に、前記第１および第２撮影手段、前記第１および第２画像解析手段、前記差分手段および前記判定手段を動作させる制御手段とを備えたことが好ましい。

また、上記目的を達成するために、本発明の路面状況検出装置は、車両に搭載され、路面の状況を検出する路面状況検出装置において、湿潤路面において水しぶきが発生する車輪後方の第１領域と、水しぶきが発生しない車輪前方の第２領域とを含む領域を撮影して画像データを取得する撮影手段と、前記撮影手段によって取得された画像データのうち前記第１領域に相当する部分を周波数解析し、水しぶきに特徴的な所定の周波数成分を積算して第１積算値を算出する第１画像解析手段と、前記撮影手段によって取得された画像データのうち前記第２領域に相当する部分を周波数解析し、第１画像解析手段と同一の周波数成分を積算して第２積算値を算出する第２画像解析手段と、前記第１画像解析手段によって得られた前記第１積算値から、前記第２画像解析手段によって得られた前記第２積算値を差し引いた差分値を算出する差分手段と、前記差分手段によって算出された差分値が所定値より大きいか否かを判定し、差分値が所定値より大きい場合に、湿潤路面であることを示す信号を出力する判定手段とを備えることを特徴とする。

なお、前記第１画像解析手段は、水しぶきの飛散方向にほぼ直交する方向に関して１次元フーリエ変換を行い、得られた周波数スペクトルから所定の周波数成分を抽出して積算を行うことが好ましい。また、車速を検出する車速検出手段と、車速検出手段によって検出される車速が所定速度を越えた場合に、前記撮影手段、前記第１および第２画像解析手段、前記差分手段および前記判定手段を動作させる制御手段とを備えたことが好ましい。

本発明の路面状況検出装置は、走行中に車輪の回転によって散布される水しぶきの有無を直接、撮影することによって判定するものであるから、走行中に路面が濡れているか否かを的確に検出することができる。

図１において、本発明の第１実施形態に係わる路面状況検出装置１０は、制御部１１と、カメラ１２と、画像解析部１３と、判定部１４と、車速センサ１５とからなり、車両（自動車）２０（図２参照）に搭載されている。車速センサ１５は、車輪（タイヤ）２１の回転速度から車両２０の走行速度（車速）を割り出す周知の車速検出器であり、検出した車速信号を随時に制御部１１に入力する。制御部１１は、車速センサ１５から入力された車速信号に基づいて車速を判断し、車速が所定速度以上である場合には、カメラ１２、画像解析部１３、および判定部１４を動作させる。

カメラ１２は、図２に示すように車両２０の下部に取り付けられ、車輪（例えば、前輪）２１の後方を内側から撮影する。カメラ１２は、撮影レンズ、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子、信号処理回路などから構成されており、撮像素子は、撮影レンズを透過して形成される被写体の光学像を光電変換して電圧信号（撮像信号）とし、信号処理回路は、撮像素子によって生成された撮像信号に対してゲイン調整、２重相関サンプリング、Ａ／Ｄ変換などの信号処理を施し、デジタルの画像データを生成する。

図３は、カメラ１２によって撮影される撮影領域２３を示す。撮影領域２３は、車輪２１と路面２２との接触部より後方（走行方向に対して逆方向）で、路面２２が湿潤している際に水しぶき２４が発生する領域である。画像解析部１３は、カメラ１２によって生成された撮影領域２３の画像データにハイパスフィルタを作用させ、車輪２１の回転によって散布される水しぶき２４に特徴的な所定の空間周波成分を抽出する。具体的には、水しぶき２４は、飛散方向にほぼ直交するＡ−Ａ'方向に関して高周波成分が現れるので、このＡ−Ａ'方向に関して撮影領域２３全体を１次元フーリエ変換し、このフーリエ変換によって得られた周波数スペクトルから所定値以上の高周波成分を抽出して積算を行う。

なお、画像解析部１３は、周波数解析を行う際、車輪２１や路面２２の画像を解析対象から除外することが好ましい。また、水しぶき２４の背景に路面２２が写ってしまう場合には周波数解析に影響が生じるため、無地の板などを水しぶき２４の背後に設け、路面２２が撮影されないようにすることが好ましい。また、高周波成分を抽出する領域は、撮影領域２３の全領域に限られず、撮影領域２３中の一部の領域（例えば、図４に示す領域２５）に限定してもよい。この領域限定により、解析処理の高速化を図ることができる。また、夜間などにおける撮影光量の不足を考慮して、撮影領域２３に光を照射する照明装置を設けることも好ましい。

判定部１４は、画像解析部１３によって算出された周波数の積算値が所定値より大きいか否かを判定し、積算値が所定値より大きい場合には、水しぶき２４が検出されたとして、路面２２が湿潤状態であることを示す湿潤検出信号の出力を行う。一方、路面２２が湿潤状態でなく水しぶき２４が発生しない場合には、高周波成分は少なく、画像解析部１３によって算出された周波数の積算値は、上記の所定値より小さい。この場合には、湿潤検出信号は出力されない。判定部１４から出力された湿潤検出信号は、運転支援システムなどに入力され、車両２０の走行制御に用いられる。

上記構成による作用について図５に示すフローチャートを用いて説明する。車両２０が走行を開始すると、車速センサ１５によって車両２０の車速の検出が開始される（ステップＳ１）。制御部１１によって、車速の判定が行われ（ステップＳ２）、車速が所定速度（例えば、３０ｋｍ／ｈ）を下回る場合には（Ｎｏ判定）、路面が湿潤状態であっても走行の安全性は保たれるため、以下の検出動作へは移行されず、車速センサ１５によって車速の検出が続行される。そして、制御部１１によって、車速が所定速度を超えたと判定されると（Ｙｅｓ判定）、カメラ１２により、車輪２１の後方に位置する撮影領域２３の撮影が行われる（ステップＳ３）。

カメラ１２によって撮影領域２３の画像データが生成されると、画像解析部１３により、周波数解析が実行され、上記Ａ−Ａ'方向に関して１次元フーリエ変換が行われた結果得られた周波数スペクトルから所定値以上の高周波成分のみが抽出され、抽出された高周波成分の積算が行われる（ステップＳ４）。画像解析部１３によって算出された積算値は、判定部１４により所定値より大きいか否かが判定される（ステップＳ５）。積算値が所定値より大きい場合には（Ｙｅｓ判定）、水しぶき２４が検出され、路面２２が湿潤状態であると判断されて、湿潤検出信号が出力される。一方、積算値が所定値より小さい場合には（Ｎｏ判定）、湿潤検出信号は出力されず、ステップＳ１の車速の検出に戻る。

以上説明したように、路面状況検出装置１０は、走行中に車輪の回転によって散布される水しぶきの有無を直接、撮影することによって判定するものであるから、走行中に路面状況（路面の乾湿）を的確に検出することができる。

次に、図６は、本発明の第２実施形態に係わる路面状況検出装置３０を示す。路面状況検出装置３０は、制御部３１と、第１カメラ３２と、第２カメラ３３と、第１画像解析部３４と、第２画像解析部３５と、差分算出部３６と、判定部３７と、前述の車速センサ１５とからなり、制御部３１は、車速センサ１５から入力された車速信号に基づいて車速を判断し、車速が所定速度以上である場合には、第１および第２カメラ３２，３３、第１および第２画像解析部３４，３５、差分算出部３６、および判定部３７を動作させる。

第１および第２カメラ３２，３３は、上記のカメラ１２と同一の構成であり、車両２０の下部にそれぞれ取り付けられている。図７は、第１および第２カメラ３２，３３によってそれぞれ撮影される撮影領域２３，３８を示す。第１カメラ３２は、路面２２が湿潤した状態で水しぶき２４が発生する車輪２１の後方に位置する撮影領域２３を撮影して、画像データを生成する。第２カメラ３３は、水しぶき２４が発生しない車輪２１の前方に位置する撮影領域３８を撮影して、画像データを生成する。なお、撮影領域３８は、車輪２１の中心を通り路面２２に垂直な垂線Ｐに関して撮影領域２３と対称な位置関係にある。

第１画像解析部３４は、第１カメラ３２によって生成された画像データに対して、上記の画像解析部１３と同様な周波数解析（Ａ−Ａ'方向に関する１次元フーリエ変換）を行い、所定値以上の高周波成分を抽出してこれを積算し、積算値（以下、第１積算値と称す）を算出する。また、第２画像解析部３５は、第２カメラ３３によって生成された画像データに対して、Ｂ−Ｂ'方向に関する１次元フーリエ変換を行い、所定値以上の高周波成分を抽出してこれを積算し、積算値（以下、第２積算値と称す）を算出する。なお、第１および第２画像解析部３４，３５は、同一の周波数成分を抽出する。

差分算出部３６は、第１画像解析部３４によって算出された第１積算値から、第２画像解析部３５によって算出された第２積算値を差し引いた差分値を算出する。判定部３７は、差分算出部３６によって算出された差分値が所定値より大きいか否かを判定し、差分値が所定値より大きい場合には、水しぶき２４が検出されたとして、路面２２が湿潤状態であることを示す湿潤検出信号の出力を行う。

路面状況検出装置３０は、第１および第２カメラ３２，３３によって撮影領域２３，３８をそれぞれ撮影し、撮影領域２３の画像データから得られる第１積算値（第１実施形態の積算値）から、撮影領域３８の画像データから得られる第２積算値を差し引く以外は、上記第１実施形態の路面状況検出装置１０と同一の動作を行う。水しぶき２４は、走行方向後方側の撮影領域２３にのみ現れ、走行方向前方側の撮影領域３８には現れることは殆どないため、第１積算値から第２積算値を差し引くことにより、水しぶき２４以外の成分を除去することができる。なお、水しぶき２４が発生していない場合には、第２積算値は第１積算値にほぼ等しい。

本第２実施形態の場合も同様に、高周波成分を抽出する領域は、撮影領域２３，３８の全領域に限られず、撮影領域２３，３８中の一部の領域に限定してもよい。また、夜間などにおける撮影光量の不足を考慮して、撮影領域２３，３８に光を照射する照明装置を設けることも好ましい。

次に、図８は、本発明の第３実施形態に係わる路面状況検出装置４０を示す。路面状況検出装置４０は、カメラ４１と、前述の制御部３１、第１および第２画像解析部３４，３５、差分算出部３６、判定部３７、および車速センサ１５とからなり、制御部３１は、車速センサ１５から入力された車速信号に基づいて車速を判断し、車速が所定速度以上である場合には、カメラ４１、第１および第２画像解析部３４，３５、差分算出部３６、および判定部３７を動作させる。

本実施形態は、上記第２実施形態の第１および第２カメラ３２，３３を１つのカメラ４１として構成したものであり、カメラ４１は、図９に示す、撮影領域２３，３８を含む領域４２を撮影して画像データを生成する。第１画像解析部３４は、カメラ４１によって生成された画像データから撮影領域（第１領域）２３に相当する部分を周波数解析し、第２画像解析部３５は、カメラ４１によって生成された画像データから撮影領域（第２領域）３８に相当する部分を周波数解析する。この他の動作については、上記第２実施形態と同一であるため説明は省略する。本実施形態では、上記第２実施形態と同様な効果が得られる。

なお、上記第１〜３実施形態では、画像解析部は、画像データから所定値以上の周波数成分（高周波成分）を抽出しているが、この抽出周波数の上限を規定し、ある下限値からある上限値までの周波数成分（周波数帯）を抽出するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係わる路面状況検出装置の構成を示すブロック図である。 カメラの設置箇所を示す車両の前面図である。 カメラの撮影領域を示す車輪の側面図である。 周波数解析を行う領域を示す車輪の側面図である。 路面状況検出装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係わる路面状況検出装置の構成を示すブロック図である。 第１および第２カメラの撮影領域を示す車輪の側面図である。 本発明の第３実施形態に係わる路面状況検出装置の構成を示すブロック図である。 カメラの撮影領域を示す車輪の側面図である。

符号の説明

１０ 路面状況検出装置
１１ 制御部（制御手段）
１２ カメラ（撮影手段）
１３ 画像解析部（画像解析手段）
１４ 判定部（判定手段）
１５ 車速センサ（車速検出手段）
２０ 車両
２１ 車輪
２２ 路面
３０ 路面状況検出装置
３１ 制御部（制御手段）
３２ 第１カメラ（第１撮影手段）
３３ 第２カメラ（第２撮影手段）
３４ 第１画像解析部（第１画像解析手段）
３５ 第２画像解析部（第２画像解析手段）
３６ 差分算出部（差分手段）
３７ 判定部（判定手段）
４０ 路面状況検出装置
４１ カメラ（撮影手段）

Claims (9)

1. 車両に搭載され、路面の状況を検出する路面状況検出装置において、
   湿潤路面において水しぶきが発生する車輪の後方を撮影して画像データを生成する撮影手段と、
   前記撮影手段によって生成された画像データを周波数解析し、水しぶきに特徴的な所定の周波数成分を積算して積算値を算出する画像解析手段と、
   前記画像解析手段によって算出された積算値が所定値より大きいか否かを判定し、積算値が所定値より大きい場合に、湿潤路面であることを示す信号を出力する判定手段とを備えることを特徴とする路面状況検出装置。
2. 前記画像解析手段は、水しぶきの飛散方向にほぼ直交する方向に関して１次元フーリエ変換を行い、得られた周波数スペクトルから所定の周波数成分を抽出して積算を行うことを特徴とする請求項１記載の路面状況検出装置。
3. 車速を検出する車速検出手段と、車速検出手段によって検出される車速が所定速度を越えた場合に、前記撮影手段、前記画像解析手段、および前記判定手段を動作させる制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の路面状況検出装置。
4. 車両に搭載され、路面の状況を検出する路面状況検出装置において、
   湿潤路面において水しぶきが発生する車輪の後方を撮影して画像データを取得する第１撮影手段と、
   水しぶきが発生しない車輪の前方を撮影して画像データを取得する第２撮影手段と、
   前記第１撮影手段によって取得された画像データを周波数解析し、水しぶきに特徴的な所定の周波数成分を積算して第１積算値を算出する第１画像解析手段と、
   前記第２撮影手段によって取得された画像データを周波数解析し、前記第１画像解析手段と同一の周波数成分を積算して第２積算値を算出する第２画像解析手段と、
   前記第１画像解析手段によって得られた前記第１積算値から、前記第２画像解析手段によって得られた前記第２積算値を差し引いた差分値を算出する差分手段と、
   前記差分手段によって算出された差分値が所定値より大きいか否かを判定し、差分値が所定値より大きい場合に、湿潤路面であることを示す信号を出力する判定手段とを備えることを特徴とする路面状況検出装置。
5. 前記第１画像解析手段は、水しぶきの飛散方向にほぼ直交する方向に関して１次元フーリエ変換を行い、得られた周波数スペクトルから所定の周波数成分を抽出して積算を行うことを特徴とする請求項４記載の路面状況検出装置。
6. 車速を検出する車速検出手段と、車速検出手段によって検出される車速が所定速度を越えた場合に、前記第１および第２撮影手段、前記第１および第２画像解析手段、前記差分手段および前記判定手段を動作させる制御手段とを備えたことを特徴とする請求項４または５記載の路面状況検出装置。
7. 車両に搭載され、路面の状況を検出する路面状況検出装置において、
   湿潤路面において水しぶきが発生する車輪後方の第１領域と、水しぶきが発生しない車輪前方の第２領域とを含む領域を撮影して画像データを取得する撮影手段と、
   前記撮影手段によって取得された画像データのうち前記第１領域に相当する部分を周波数解析し、水しぶきに特徴的な所定の周波数成分を積算して第１積算値を算出する第１画像解析手段と、
   前記撮影手段によって取得された画像データのうち前記第２領域に相当する部分を周波数解析し、第１画像解析手段と同一の周波数成分を積算して第２積算値を算出する第２画像解析手段と、
   前記第１画像解析手段によって得られた前記第１積算値から、前記第２画像解析手段によって得られた前記第２積算値を差し引いた差分値を算出する差分手段と、
   前記差分手段によって算出された差分値が所定値より大きいか否かを判定し、差分値が所定値より大きい場合に、湿潤路面であることを示す信号を出力する判定手段とを備えることを特徴とする路面状況検出装置。
8. 前記第１画像解析手段は、水しぶきの飛散方向にほぼ直交する方向に関して１次元フーリエ変換を行い、得られた周波数スペクトルから所定の周波数成分を抽出して積算を行うことを特徴とする請求項７記載の路面状況検出装置。
9. 車速を検出する車速検出手段と、車速検出手段によって検出される車速が所定速度を越えた場合に、前記撮影手段、前記第１および第２画像解析手段、前記差分手段および前記判定手段を動作させる制御手段とを備えたことを特徴とする請求項７または８記載の路面状況検出装置。

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