JPH1073538A

JPH1073538A - 路面状態検出方法及びその装置

Info

Publication number: JPH1073538A
Application number: JP8230789A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hibino; 順一日比野; Koji Ueda; 浩次上田; Isao Horiba; 勇夫堀場
Original assignee: Nagoya Electric Works Co Ltd
Current assignee: Nagoya Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-17

Abstract

(57)【要約】【目的】路面状態を確実、且つ安価に検出して、運転
者等に報知することができる路面状態検出方法及びその
装置を提供するものである。【構成】赤外光を投光する投光器１と、受光器２と、
路面状態判別部３とから構成され、受光器２には入射光
を二分割するハーフミラー２４が設けられ、分割された
所定の波長の光を透過するフィルタ２５，２６と、フィ
ルタ２５，２６を透過した透過光を受光する受光素子２
１，２２とが設けられ、路面状態判別部３には受光素子
２１，２２の出力を増幅する増幅器３１，３２と、増幅
器３１，３２の出力を比較する比較器３３とが設けられ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、路面の湿潤、凍結
状態を検出する路面状態検出方法及び路面状態検出装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、路面状態を検出する方法として
は、１．４μｍ以上の波長の赤外光を路面に照射し、水
分の状態による赤外光の吸収に注目して凍結状態を検出
する方法が特公昭６０−１５７４号公報に開示されてい
る。

【０００３】この検出方法では、図１０に示した硫酸バ
リウムの反射率に対する雪面の相対的な反射率特性曲線
から、雪面の反射率が赤外光領域で激減する特性を利用
している。即ち、路面に水分が存在する場合は赤外光の
吸収が生じ、その水分が凍結した場合には、赤外光の吸
収は生じなくなるというものであり、１．４μｍ以上の
波長帯の赤外光を路面に投光し、特に、１．４〜２．５
μｍの波長の反射光による受光レベルの平均値により、
そのレベルの大小をとらえて路面の凍結，湿潤を検出す
るものである。

【０００４】しかし、凍結時においても赤外光の吸収が
生じることが、学術論文（分光研究、第４４巻、第５
号、PP．２４７−２５３（１９９５）「近赤外吸収スペ
クトルのバンド分解による水の水素結合状態解析」）等
で明らかになっており、上記の検出方法では問題がある
ことが分かった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
点に鑑みなされたものであって、路面状態を正確、且つ
安価な設備で検出して、運転者等に報知することができ
る路面状態検出方法及びその装置を提供することを目的
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するためになされたものであり、第１の発明は、水
と氷に対する赤外光の各吸収波長帯が、液体状態である
水から固体状態である氷に転移することによって長波長
側にシフトする特性を利用して、各吸収波長帯中の特定
波長に対する路面からの反射光量を測定して、反射光量
差により路面湿潤または路面凍結の検出を行うことを特
徴とする路面状態検出方法である。

【０００７】また、第２の発明は、水と氷各々に対する
赤外光の吸収波長帯中の特定波長の光を透過させる光学
フィルタと、前記光学フィルタを透過した光を受光する
受光素子とを備え、前記受光素子の出力を比較すること
によって、路面湿潤または路面凍結の検出を行う路面状
態検出手段を具備することを特徴とする路面状態検出装
置である。

【０００８】また、第３の発明は、水と氷各々に対する
赤外光の吸収波長帯中の特定波長の光を透過させる光学
フィルタと、前記光学フィルタの後に配置したカメラま
たは撮像素子とを備え、前記カメラまたは撮像素子で撮
影した前記光学フィルタ部分に対応する路面画像の平均
輝度または光量を比較することによって路面湿潤または
路面凍結の検出を行う路面状態検出手段を具備すること
を特徴とする路面状態検出装置である。

【０００９】また、第４の発明は、水と氷各々に対する
赤外光の吸収波長帯中の特定波長の光を路面に投光する
投光器と、前記路面からの反射光を受光する受光器と、
前記受光器の出力を比較することにより路面湿潤または
路面凍結の検出を行う路面状態検出手段とを具備するこ
とを特徴とする路面状態検出装置である。

【００１０】

【発明の実施の形態】初めに、本発明に係る路面状態検
出方法及びその装置の理解を容易とするために、その原
理について、図１を参照して説明する。

【００１１】図１は、水と氷に対する赤外光の吸収率の
違いを示す図であり、同図の縦軸は吸収率を示し、横軸
が波長を示している。同図中の吸収率はグラフを上下反
転して反射率として表現することもできるが、同義であ
るので、本発明では赤外光の吸収に基づいて説明する。

【００１２】図１から明らかなように、水と氷では赤外
光の吸収波長が異なる。水の各吸収波長帯のピーク波長
（各々、１，９４０ｎｍ、１，４５０ｎｍ、９７０ｎ
ｍ、７６０ｎｍ近傍）は、水が氷に変化すると、６０ｎ
ｍ〜７０ｎｍ長い波長にシフトする特性を持っている。

【００１３】従って、本発明では、水と氷に対する赤外
光の吸収波長が異なる特性を利用して、各吸収波長帯中
の特定波長の赤外光に対する路面からの反射を測定する
ことにより路面湿潤または路面凍結を検出する路面状態
検出方法であり、この検出方法を利用した検出装置であ
る。

【００１４】例えば、中心波長が１，９４０ｎｍの赤外
光を透過する光学バンドバスフィルタ( 以下、光学フィ
ルタと呼ぶ) を通して受光器で、路面からの反射光を受
光すれば、路面が濡れている場合には１，９４０ｎｍ近
傍の赤外光は路面の水によって多く吸収されるため僅か
の光しか受光できない。同様に、中心波長が２，０００
ｎｍの光学フィルタの場合は、２，０００ｎｍ近傍の赤
外光が路面の氷によって多く吸収されるため、僅かな反
射光しか受光できない。そこで、中心波長が１，９４０
ｎｍと２，０００ｎｍの赤外光を透過する光学フィルタ
を用いて受光量の変化を監視することで、湿潤から凍結
への移行を検出することができる。

【００１５】無論、本発明の路面状態検出方法は、上記
の各ピーク波長に限定されるものではなく、図１から明
らかなように、各吸収波長帯中の水と氷の吸収率の差が
大きい各ピーク波長前後の特定波長を利用すればよい。

【００１６】また、上記では、光学フィルタを通過した
特定波長、そしてその近傍の波長の光を受光器で受光し
て、受光量の変化を監視することで湿潤から凍結への移
行を検出する検出方法を説明した。それは、光学フィル
タの特性として特定の一波長のみを受光することは困難
であると同時に、各ピーク波長が固定されているもので
はなく、温度依存性を持ち、それぞれの状態の温度によ
って、各ピーク波長が僅かにズレることによるためであ
る。それに対して、水と氷に対する赤外光の吸収波長帯
は図１のように大きくズレている関係から、各吸収波長
帯中の特定波長を中心としてその近傍の帯域を含む光学
フィルタを用いることによって、本発明の目的を達成し
たものである。

【００１７】以下、本発明の路面状態検出方法を利用し
た路面状態検出装置の実施形態について、図面を参照し
て説明する。

【００１８】（実施形態１）図２は、本発明の路面状態
検出装置の一実施形態を示す図で、路面Ａの上に適宜の
手段によって支持された投光器１と受光器２と路側の支
柱等に取り付けられた制御機（図示せず) に収容された
路面状態判別部３とから構成されている。そして、投光
器１は赤外光を発光する光源１１，レンズ１２及び筒状
の筐体１３により構成されている。なお、光源１１は、
一般小型電球を色温度２，５００Ｋ〜２，６００Ｋに下
げた状態で使用する。このように、一般小型電球の色温
度を下げることで８００ｎｍ〜４，０００ｎｍの赤外光
を発光すると共に、ランプ寿命を十数万時間に延ばすこ
とができる。

【００１９】ただし、光源１１は一般小型電球に限定さ
れるものではなく、水銀灯，赤外線電球，赤外線発光ダ
イオードやレーザーダイオード等の赤外光を発光させる
光源であればよく、太陽光を利用することも可能であ
る。

【００２０】また、受光器２は、フォトダイオード，フ
ォトトランジスタ，フォトＩＣ等からなる受光素子２
１，２２、レンズ２３、ハーフミラー２４、中心周波数
が各々１，９４０ｎｍと２，０００ｎｍの光を透過させ
る光学フィル夕２５，２６及び筒状の筐体２７で構成さ
れている。また、受光素子２１，２２からの出力は、路
面状態判定部３に入力される。路面状態判定部３は受光
素子２１，２２からの出力を増幅する増幅器３１，３２
と比較器３３とから構成されている。

【００２１】次に、実施形態１に基づいて路面状態検出
装置の動作について説明する。投光器１の光源１１から
発した光は、レンズ１２で集光され路面Ａに照射され
る。そして、路面Ａで反射した光はレンズ２３で集光さ
れてハーフミラー２４で２分割され、光学フィルタ２
５，２６を経て受光素子２１，２２で受光される。最後
に、受光光量に応じた受光素子２１，２２からの電圧は
増幅器３１，３２で増幅された後、比較器３３で比較さ
れ、その差電圧に応じて、路面状態判定部３からは、図
３に示すような３値の信号（５Ｖ，０Ｖ，−５Ｖ）が出
力される。即ち、路面が湿潤状態の場合には、光学フィ
ルタ２５（１，９４０ｎｍを透過）を透過する光量が少
ないために比較器３３の入力差電圧は−１．５Ｖ以下と
なり比較器３３から−５Ｖが出力され、逆に凍結状態の
場合には光学フィルタ２６（２，０００ｎｍを透過）を
透過する光量が少ないために比較器３３の入力差電圧は
＋１．５Ｖ以上となり＋５Ｖが出力される。このように
路面状態判定部３では、−５Ｖ，＋５Ｖの２つの信号が
出力され、適宜の通報手段（図示せず）によって、「路
面湿潤」と「路面凍結」を道路管理者や運転者等に知ら
せる。

【００２２】また、路面状態判定部３からの所定時間毎
の入力差電圧の変化を検出することで湿潤から凍結，凍
結から湿潤への移行を判別することができる。

【００２３】上記実施形態１では、１つの筐体に２種類
の光学フィルタを収容した受光器１を用い、各光学フィ
ルタを透過した受光量の差分から路面湿潤または路面凍
結を判別する方法について説明したが、１種類の光学フ
ィルタからの出力と予め求めた判定基準値との比較によ
って路面湿潤または路面凍結を判別することも、また、
受光レベルの変動を監視して路面湿潤または路面凍結を
予測することも可能である。

【００２４】例えば、路面から反射された赤外光の正反
射と乱反対の受光レベルから路面凍結と路面乾燥を判定
する従来の路面凍結検知装置では、凍結と乾燥状態の受
光レベルが近似しているため気温や路面温度を凍結予測
の判断に利用しているが中心波長が２，０００ｎｍの光
を透過させる光学フィルタによって受光レベルの減少を
監視することにより路面凍結と乾燥を正確に判別するこ
とが可能になる。

【００２５】（実施形態２）図４は、本発明に係る路面
状態検出装置の他の実施形態を示す図であり、路面Ａに
赤外光を照射する前述の投光器１と路面を撮影し路面か
らの反射光を受光するカメラ４とカメラ４の前に配置し
た光学フィルタ５及び制御機（図示せず）に収容された
路面状態判別部６とから構成されている。なお、カメラ
４は白黒，カラーまたはアナログ式，デジタル式の何れ
のカメラでもよい。

【００２６】また、光学フィルタ５は、図５に示すよう
に中心波長が各々１，９４０ｎｍと２，０００ｎｍの光
をそれぞれ透過させる光学フィルタ５１，５２とから溝
成されている。そして、図５を透過した光による画像が
図６（ａ），（ｂ）に示されており、図６（ａ）に示す
ように路面が凍結している場合は、２，０００ｎｍ近傍
の光が路面上の氷に多く吸収されるため右半分が黒い画
像に、また、路面が濡れている場合は、図５（ｂ）に示
すように１，９４０ｎｍ近傍の光が路面上の水に多く吸
収されるため左半分が黒い画像になる。

【００２７】また、路面状態判別部６はカメラ４の映像
信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器６１と、ＡＤ
変換した画像を記憶するフレームメモリ６２と、１フレ
ームにおける左右の画像の平均輝度値を算出する平均輝
度算出手段６３と、平均輝度算出手段で得られた左右の
平均輝度値を比較する路面状態算出手段６４と、路面状
態算出手段６４によって算出された路面湿潤と路面凍結
の結果を出力する出力部６５と上記の各部を制御するＣ
ＰＵ６６とから構成されている。

【００２８】次に、図７の実施形態のフローチャート図
に基づいて、実施形態２の動作について説明する。先
ず、投光器１による路面Ａからの反射光を光学フィルタ
５を介してカメラ４で撮影した映像信号を出力する（ス
テップＳ１）。次に、カメラ４から出力された映像信号
をＡＤ変換器６１でデジタル信号に変換する（ステップ
Ｓ２）。続いて、デジタル化された画像データをフレー
ムメモリ６２に記憶する（ステップＳ３）。フレームメ
モリ６２に記憶した画像データを読み出して、デジタル
画像の右半分と左半分の輝度値の平均値＊Ｉ_R,＊Ｉ_Lを
平均輝度算出手段６３によって算出する（ステップＳ
４）。その後、路面状態算出手段６４によって右半分の
輝度値＊Ｉ_R，左半分の輝度値＊Ｉ_Lの大小関係が下記
の式（１），（２）に基づいて演算され、路面の凍結，
湿潤が判断される（ステップＳ５）。

【００２９】＊Ｉ_R＜＊Ｉ_L ………………（１）＊Ｉ_R＞＊Ｉ_L ………………（２）

【００３０】即ち、（１）式が成り立つ場合は、路面凍
結状態であると判所され、（２）式が成り立つ場合は、
路面湿潤状態であると判断される。そして、その判定結
果が出力部６５を介して出力される（ステップＳ６）。

【００３１】上記の実施形態２は、路面状態を点でなく
面として監視するため検出精度を安定・向上させること
ができるといった特長を有する。

【００３２】なお、上記の実施形態では、平均輝度によ
り路面状態の算出を行ったが、左右の光学フィルタの輝
度加算値を直接比較してもよい。

【００３３】また、上記の実施形態ではカメラ４の前に
光学フィルタ５を配置する実施例を示したが、ＣＣＤ等
の撮像素子の前に光学フィルタ５を直接配置することも
可能である。

【００３４】更に、実施形態１と同様に投光器は必ずし
も必要ではなく、既設の水銀灯等の道路照明を利用する
ことが可能である。

【００３５】（実施形態３）図８は、本発明の路面状態
検出装置の他の実施形態を示す図であり、路面Ａに赤外
光吸収波長帯中の特定波長の光を路面に投光する投光器
７と、路面からの反射光を受光する受光器８と、図示し
ない制御機に収容される路面状態判別部９とから構成さ
れている。投光器７は、中心波長が１，９４０ｎｍと
２，０００ｎｍの光をそれぞれ発光するレーザーダイオ
ード，発光ダイオード等の光源７１と７２と、レンズ７
３及び筒状の筐体７４により溝成されている。受光器８
はフォトダイオード，フォトトランジスタ，フォトＩＣ
等からなる受光素子８１、レンズ８２及び筒状の筐体８
３で構成されている。

【００３６】また、路面状態判別部９は、増幅部９１
と、実測によって求められた最小電圧の範囲で設定され
る基準電圧９２との比較を行い基準電圧以下の場合には
「１」、以上の場合には「０」の信号を出力する比較器
９３と、比較器９３の出力と光源７１，７２の制御回路
（図示せず）からの投光制御信号（ａ），（ｂ）とをそ
れぞれ入力するアンドゲート９４，９５とから構成され
ている。

【００３７】次に、実施形態３に従って動作を説明する
と、図９のタイミングチャートに示したように、投光制
御信号（ａ），（ｂ）により光源７１と７２が交互に点
灯し、中心波長が１，９４０ｎｍと２，０００ｎｍの波
長の光が路面に投光される。路面から反射した各波長の
光は増幅器９１で増幅された後、基準電圧９２と比較器
９３で比較される。この時、路面が濡れている場合には
１，９４０ｎｍ近傍の光が多く吸収され、凍結している
場合には２，０００ｎｍ近傍の光が多く吸収されて比較
器９３の出力は「１」となるため、路面状態判別部９の
端子（ｄ），（ｅ）からは、それぞれの投光のタイミン
グで湿潤と凍結の検出信号が出力される。そこで、この
パルス信号に基づいて、「湿潤」と「凍結」の表示灯を
直接点滅させてもよいし、または、連続した信号に変換
した後に、任意の通報手段で路面状態を報知してもよ
い。

【００３８】なお、上記の実施形態３においても、特定
波長のみでなく、その波長近傍を含める表現を用いたの
は、前述の如く１つの波長の赤外光のみを出力する光源
を用いることによって格別な効果が生じるのではなく、
特定な波長を中心としたその近傍の波長を利用する設定
の容易な方法によって本発明の目的を達成できる理由に
よるものである。

【００３９】また、上記３件の実施形態ともに中心波長
が１，９４０ｎｍと２，０００ｎｍの赤外光によって説
明を進めたが、図１に示すその他のピーク波長及びその
前後の特定波長を中心とする各波長近傍の赤外光を利用
することが可能なことは言うまでもない。

【００４０】

【発明の劾果】上述のように、本発明によれば、水と氷
に対する赤外光の吸収波長帯が各々に別のピーク波長を
中心として波長のズレた位置に生じる点に注目して、各
々の吸収波長帯中の特定波長に対する受光レベルを検出
することによって、路面湿潤と路面凍結を判別するよう
にしたために、簡易な構成で、しかも精度の高い路面状
態の検出ができる効果を有する。

【００４１】また、本発明によれば、特定の吸収波長帯
のピーク波長の受光レベルの相対的変化を監視すること
で、路面湿潤から凍結への移行を高精度に検出できる効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】赤外光の各波長に対する水と氷の吸収率を示す
図である。

【図２】本発明に係る路面状態検出装置の実施形態１を
示す図である。

【図３】路面状態判別部の出力を示す図である。

【図４】本発明に係る路面状態検出装置の実施形態２を
示す図である。

【図５】路面状態検出装置に使用される光学フィルタを
示す図である。

【図６】光学フィルタによる光の透過の状態を説明する
図である。

【図７】本発明の路面状態検出装置の動作を説明するフ
ローチャートである。

【図８】本発明に係る路面状態検出装置の他の実施形態
を示す図である。

【図９】路面に投光する２つの赤外光及び検知出力を示
すタイミングチャートである。

【図１０】従来の路面凍結検出装置を説明する赤外光の
反射率を示す図である。

【符号の説明】

１，７投光器２，８受光器３，６，９路面状態判別部４カメラ５光学フィルタ１１，７１，７２光源１２，２３，７３，８２レンズ１３，２７，７４，８３筒状の筐体２１，２２，８１受光素子２４ハーフミラー２５，２６光学フィル夕３１，３２増幅器３３比較器５１，５２光学フィルタ６１ＡＤ変操器６２フレームメモリ６３平均輝度算出手段６４路面状態算出手段６５出力部６６ＣＰＵ９１増幅部９２基準電圧９３比較器９４，９５アンドゲート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水と氷に対する赤外光の各吸収波長帯
が、液体状態である水から固体状態である氷に転移する
ことによって長波長側にシフトする特性を利用して、各
吸収波長帯中の特定波長に対する路面からの反射光量を
測定して、反射光量差により路面湿潤または路面凍結の
検出を行うことを特徴とする路面状態検出方法。
【請求項２】水と氷各々に対する赤外光の吸収波長帯
中の特定波長の光を透過させる光学フィルタと、前記光
学フィルタを透過した光を受光する受光素子とを備え、
前記受光素子の出力を比較することによって、路面湿潤
または路面凍結の検出を行う路面状態検出手段とを具備
することを特徴とする路面状態検出装置。
【請求項３】水と氷各々に対する赤外光の吸収波長帯
中の特定波長の光を透過させる光学フィルタと、前記光
学フィルタの後に配置したカメラまたは撮像素子とを備
え、前記カメラまたは撮像素子で撮影した前記光学フィ
ルタ部分に対応する路面画像の平均輝度または光量を比
較することによって路面湿潤または路面凍結の検出を行
う路面状態検出手段とを具備することを特徴とする路面
状態検出装置。
【請求項４】水と氷各々に対する赤外光の吸収波長帯
中の特定波長の光を路面に投光する投光器と、前記路面
からの反射光を受光する受光器と、前記受光器の出力を
比較することにより路面湿潤または路面凍結の検出を行
う路面状態検出手段とを具備することを特徴とする路面
状態検出装置。