摄像装置及路面状态判别方法
2020-01-13

摄像装置及路面状态判别方法

本发明涉及摄像装置及路面状态判别方法。所述摄像装置(100)包括:透镜阵列(2),设有两个透镜(21a,21b);滤波器(4),根据透过该透镜阵列(2)的各透镜(21a,21b)的光束分离区域,具有至少两个与透射轴垂直的偏振光镜区域(41a,41b);固体摄像单元(6),具有多个固体摄像元件(62a,62b),接受通过滤波器(4)的各偏振光镜区域(41a,41b)的光,对被摄体像进行摄影。用上述摄像装置(100)对垂直偏振光图像及水平偏振光图像进行摄影,根据摄影得到的垂直偏振光图像和水平偏振光图像的偏振光比,判别路面状态。能以简单构成判别路面状态,同时,实现装置小型化,很容易安装在汽车等车辆中,即使行驶中也能检测路面状态。

首先,配置摄像装置100,使得摄像装置100的偏振光滤波器4的偏振光镜区域41a,41b之中某一方,例如偏振光镜区域41b的槽方向与路面平行,安装在例如车辆上,进行路面摄影。通过该摄影,入射到透镜阵列2的透镜21a的光通过遮光间隔3入射到偏振光滤波器4的偏振光镜区域41a,在偏振光镜区域41a,仅仅使得垂直偏振光成份的光入射到固体摄像单元6的固体摄像元件62a。又,入射到透镜阵列2的透镜21b的光通过遮光间隔3入射到偏振光滤波器4的偏振光镜区域41b,在偏振光镜区域41b,仅仅使得水平偏振光成份的光入射到固体摄像单元6的固体摄像元件62b。用固体摄像元件62a,62b摄影的图像信号在信号处理部8的信号前处理部81a,81b处理,垂直偏振光图像及水平偏振光图像分别存储在图像存储器82a,82b。运算处理部83计算存储在图像存储器82a,82b的垂直偏振光图像及水平偏振光图像的偏振光比,输出到路面状态判别部84。路面状态判别部84根据输入的垂直偏振光图像及水平偏振光图像的偏振光比的大小,判别路面的湿润状态,将输入的垂直偏振光图像及水平偏振光图像的偏振光比与预先设定的基准值比较,根据输入的偏振光比是否超过基准值,判别路面有无缺陷。

图4是表示透镜阵列制作方法的示意图。

这样,镜面的反射光的水平偏振光成份,当入射角等于布儒斯特角(53.1度)时,反射光强度为零,垂直偏振光成份反射光强度表示伴随入射角增大渐增的特性。 另一方面,如图8(b)所示,干燥时的路面,表面为粗糙面,主要为漫反射,反射光不显示偏振光特性,各偏振光成份的反射光强度大致相等(Rs=Rp)。因此,可以从垂直偏振光图像及水平偏振光图像的亮度信息,根据偏振光特性,抽出关于路面水分的信息。 具体如下式所示,求取垂直偏振光成份的反射光强度Is和水平偏振光成份的反射光强度Ip之比,即,图像亮度之比H: H=ls/lp=Rs/Rp 该反射光强度Is和Ip之比H不依存于入射光强度1,因此,可以除去外界亮度变化的影响,且稳定地抽出偏振光特性。 求取该偏振光比H的亮度平均值等,根据该值大小,判别路面的湿润状态。例如路面干燥场合,垂直偏振光成份和水平偏振光成份大致相等,因此,偏振光比H成为I左右的值。又,路面完全湿场合,水平偏振光成份比垂直偏振光成份大得多,偏振光比H成为大的值。又,路面稍稍湿场合,偏振光比H成为上述值的中间值。因此,根据偏振光比H的值可以计算路面的湿润状态。 在该路面状态判别部84判别的路面的湿润状态或有无缺陷,从输出部87输出到没有图示的显示装置显示。在这样移动的车辆上能摄影路面的湿润状态,能发送注意路滑等注意信息。 另一方面,路面信息识别部86读出例如存储在图像存储器82a中的垂直偏振光图像,将读取的图像与存储在路面信息存储部的文字或标识进行比较,识别表示在路面上的文字或标识,从输出部87向显示装置输出所识别的文字或标识,进行显示。这样,能可靠地检测表示在路面上的上限速度表示、停止表示等信息,及区分行车道的白线等,能更好地支援驾驶者。 关于在该路面信息识别部86读取垂直偏振光图像的优点,参照表示汽车的驾驶席部分的图10进行说明。在图10中,符号101是室内反射镜,102是汽车的顶板,103是汽车的前玻璃,104是仪表板,104a是仪表板的上面部,摄像装置100安装在室内反射镜101的背面。来自太阳105的光入射到该汽车的驾驶席部分,在仪表板104的上面部104a反射,该反射光入射到前玻璃103内面,在此再次反射的反射光入射到摄像装置100,则摄像装置100本来应得到的图像的反差明显低下,发生所谓从前玻璃103的映照问题。当在仪表板104的上面部104a放置地图或毛巾等反射率高的物品场合,尤其明显。 这种来自玻璃的反射光的振动方向为仅仅单方向(水平偏振光成份)的偏振光,因此,通过在摄像装置100的路面信息识别部86取出垂直偏振光图像,能对减少来自前玻璃103的映照影响的状态下的路面状态进行摄像。同样,也能去除伴随太阳光的路面反射光成份之中水平偏振光成份。 在上述说明中,说明了以单透镜构成透镜阵列2的透镜21a,21b的场合,但本发明并不局限于此,如图11(a)所示,也可以将多个透镜阵列22通过间隔23等叠层,构成透镜阵列2。这样,通过组装多个透镜阵列22,能使得各透镜形状简单化。又,如图11(b)所示,也可以改变多个透镜阵列22的透镜形状。例如,根据偏振光方向,入射光量不同,因此,也可以改变透镜开口,调整光圈。 又,在上述说明中,说明了以例如光学晶体形成偏振光滤波器4的偏振光镜区域41a,41b的场合,但本发明并不局限于此,也可以使用线栅型的偏振光镜。该线栅型的偏振光镜是通过将细金属丝周期配列形成的偏振光镜,以往,多使用在电磁波的毫波区域。线栅型的偏振光镜具有以下结构:与输入光的波长相比,充分细的金属细线以与波长相比充分短的间隔排列。使得光入射到这种结构场合,与金属细线平行的偏振光被反射,与其垂直的偏振光被透射。关于金属细线的方向,在一基板内可以使得各领域独立变化制作,因此,能使得线栅型的偏振光镜的特性按各领域变化。若利用该特点,可以对各偏振光镜区域41a,41b使得透射轴方向变化。

由该光刻晶体构成的偏振光镜区域41a,41b如图6(a)的立体图所示,在具有与光轴7a,7b平行的Z轴,以及与Z轴垂直的XY轴的直交座标系中,在与XY面平行的一个基板411上,使得两种以上的透明材料沿Z轴方向交替叠层得到多层结构体,例如Ta2O5和SiO2的交替多层膜,由所述多层结构体构成偏振光镜区域41a,41b,偏振光镜区域41a,41b各膜具有凹凸形状,该凹凸形状沿着XY面内的一个方向周期反复形成。并且,偏振光镜区域41a如图6(b)所示,槽的方向相对Y轴方向平行,偏振光镜区域41b的槽的方向相对X轴方向平行,在偏振光镜区域41a,41b,槽的方向差异90度形成。即,从入射到XY面的输入光,因偏振光镜区域41a,41b使得偏振光方向不同的偏振光成份透过,同时,在偏振光镜区域41a,41b,分别使得等量的无偏振光成份透过。在偏振光滤波器4设有两种凹凸形状的槽,但是,凹凸形状的槽方向也可以有多种。这样,通过用光刻晶体形成偏振光镜区域41a,41b,耐紫外线劣化性良好,能长期稳定使用。

在上述摄像单元的某个摄像区域对垂直偏振光图像进行摄影,在其他摄像区域对水平偏振光图像进行摄影; 上述信号处理装置生成在上述摄像单元摄影的垂直偏振光图像和水平偏振光图像的比的图像。 (2)在上述(I)记载的摄像装置中,其特征在于: 设有遮光手段,按透过上述透镜阵列的各透镜的光束分离,入射到上述滤波器的各偏振光镜区域。 S卩,在各透镜阵列形成会聚光,与该会聚光的光轴中心一致,设置遮光手段及被分割偏振光镜区域的滤波器。 (3)在上述(I)或(2)记载的摄像装置中,其特征在于: 上述信号处理装置根据在上述摄像单元摄影的垂直偏振光图像和水平偏振光图像的偏振光比的大小,判别路面湿润或干燥状态。 (4)在上述(1)-(3)任一个记载的摄像装置中,其特征在于: 上述信号处理装置根据在上述摄像单元摄影的垂直偏振光图像,判别路面上的记载信息。 (5)在上述(1)-(4)任一个记载的摄像装置中,其特征在于: 上述滤波器的各偏振光镜区域由将折射率不同的多个透明材料叠层在透明基板上的多层结构体构成,各层具有朝一方向反复的一元周期的凹凸形状。 (6)在上述(1)-(4)任一个记载的摄像装置中,其特征在于: 上述滤波器的各偏振光镜区域由线栅型偏振光镜构成。 (7)一种路面状态判别方法,根据通过摄像装置摄影的图像,判别路面状态,所述摄像装置包括: 透镜阵列,在同一基板上设有多个透镜; 滤波器,根据透过该透镜阵列的各透镜的光束分离偏振光镜区域;以及 摄像单元,具有多个摄像区域,接受通过该滤波器的各区域的光,对被摄体像进行摄影;其特征在于,包括以下步骤: 在上述摄像单元的某个摄像区域对路面反射光的垂直偏振光图像进行摄影,在其他摄像区域对路面反射光的水平偏振光图像进行摄影;以及 根据所摄影的垂直偏振光图像和水平偏振光图像的偏振光比,判别路面状态。 下面说明本发明的效果。 本发明用一个摄像装置对垂直偏振光图像及水平偏振光图像进行摄影,根据所摄影的垂直偏振光图像及水平偏振光图像的偏振光比,判别路面状态,能使得装置小型化,从移动车辆实行路面摄影,根据所得到的信息,判别路面湿润状态,发送注意防滑等注意信息,同时,能可靠地检测表示在路面上的上限速度表示、停止表示等信息,及区分行车道的白线等,能更好地支援驾驶者。 又,通过用一个摄像装置取得多个图像,实现装置薄型化,很容易安装在车辆上,同时,不产生视差地以高检测精度进行摄影。 再有,滤波器的各偏振光镜区域由将折射率不同的多个透明材料叠层在透明基板上的多层结构体构成,各层具有朝一方向反复的一元周期的凹凸形状,能高精度地制作任意的透过轴的偏振光镜区域。附图说明

透镜阵列,在同一基板上设有多个透镜;

图9是表不相对入射光的垂直偏振光成份和水平偏振光成份的入射角依存性的特性图。

上述滤波器具有至少两个与透射轴垂直的偏振光镜区域;

Is=Rs.I

在上述摄像单元的某个摄像区域对垂直偏振光图像进行摄影,在其他摄像区域对水平偏振光图像进行摄影; 上述信号处理装置生成在上述摄像单元摄影的垂直偏振光图像和水平偏振光图像的比的图像。 (2)在上述(I)记载的摄像装置中,其特征在于: 设有遮光手段,按透过上述透镜阵列的各透镜的光束分离,入射到上述滤波器的各偏振光镜区域。 S卩,在各透镜阵列形成会聚光,与该会聚光的光轴中心一致,设置遮光手段及被分割偏振光镜区域的滤波器。 (3)在上述(I)或(2)记载的摄像装置中,其特征在于: 上述信号处理装置根据在上述摄像单元摄影的垂直偏振光图像和水平偏振光图像的偏振光比的大小,判别路面湿润或干燥状态。 (4)在上述(1)-(3)任一个记载的摄像装置中,其特征在于: 上述信号处理装置根据在上述摄像单元摄影的垂直偏振光图像,判别路面上的记载信息。 (5)在上述(1)-(4)任一个记载的摄像装置中,其特征在于: 上述滤波器的各偏振光镜区域由将折射率不同的多个透明材料叠层在透明基板上的多层结构体构成,各层具有朝一方向反复的一元周期的凹凸形状。 (6)在上述(1)-(4)任一个记载的摄像装置中,其特征在于: 上述滤波器的各偏振光镜区域由线栅型偏振光镜构成。 (7)一种路面状态判别方法,根据通过摄像装置摄影的图像,判别路面状态,所述摄像装置包括: 透镜阵列,在同一基板上设有多个透镜; 滤波器,根据透过该透镜阵列的各透镜的光束分离偏振光镜区域;以及 摄像单元,具有多个摄像区域,接受通过该滤波器的各区域的光,对被摄体像进行摄影;其特征在于,包括以下步骤: 在上述摄像单元的某个摄像区域对路面反射光的垂直偏振光图像进行摄影,在其他摄像区域对路面反射光的水平偏振光图像进行摄影;以及 根据所摄影的垂直偏振光图像和水平偏振光图像的偏振光比,判别路面状态。 下面说明本发明的效果。 本发明用一个摄像装置对垂直偏振光图像及水平偏振光图像进行摄影,根据所摄影的垂直偏振光图像及水平偏振光图像的偏振光比,判别路面状态,能使得装置小型化,从移动车辆实行路面摄影,根据所得到的信息,判别路面湿润状态,发送注意防滑等注意信息,同时,能可靠地检测表示在路面上的上限速度表示、停止表示等信息,及区分行车道的白线等,能更好地支援驾驶者。 又,通过用一个摄像装置取得多个图像,实现装置薄型化,很容易安装在车辆上,同时,不产生视差地以高检测精度进行摄影。 再有,滤波器的各偏振光镜区域由将折射率不同的多个透明材料叠层在透明基板上的多层结构体构成,各层具有朝一方向反复的一元周期的凹凸形状,能高精度地制作任意的透过轴的偏振光镜区域。附图说明

在上述摄像单元的某个摄像区域对垂直偏振光图像进行摄影,在其他摄像区域对水平偏振光图像进行摄影; 上述信号处理装置生成在上述摄像单元摄影的垂直偏振光图像和水平偏振光图像的比的图像。 (2)在上述(I)记载的摄像装置中,其特征在于: 设有遮光手段,按透过上述透镜阵列的各透镜的光束分离,入射到上述滤波器的各偏振光镜区域。 S卩,在各透镜阵列形成会聚光,与该会聚光的光轴中心一致,设置遮光手段及被分割偏振光镜区域的滤波器。 (3)在上述(I)或(2)记载的摄像装置中,其特征在于: 上述信号处理装置根据在上述摄像单元摄影的垂直偏振光图像和水平偏振光图像的偏振光比的大小,判别路面湿润或干燥状态。 (4)在上述(1)-(3)任一个记载的摄像装置中,其特征在于: 上述信号处理装置根据在上述摄像单元摄影的垂直偏振光图像,判别路面上的记载信息。 (5)在上述(1)-(4)任一个记载的摄像装置中,其特征在于: 上述滤波器的各偏振光镜区域由将折射率不同的多个透明材料叠层在透明基板上的多层结构体构成,各层具有朝一方向反复的一元周期的凹凸形状。 (6)在上述(1)-(4)任一个记载的摄像装置中,其特征在于: 上述滤波器的各偏振光镜区域由线栅型偏振光镜构成。 (7)一种路面状态判别方法,根据通过摄像装置摄影的图像,判别路面状态,所述摄像装置包括: 透镜阵列,在同一基板上设有多个透镜; 滤波器,根据透过该透镜阵列的各透镜的光束分离偏振光镜区域;以及 摄像单元,具有多个摄像区域,接受通过该滤波器的各区域的光,对被摄体像进行摄影;其特征在于,包括以下步骤: 在上述摄像单元的某个摄像区域对路面反射光的垂直偏振光图像进行摄影,在其他摄像区域对路面反射光的水平偏振光图像进行摄影;以及 根据所摄影的垂直偏振光图像和水平偏振光图像的偏振光比,判别路面状态。 下面说明本发明的效果。 本发明用一个摄像装置对垂直偏振光图像及水平偏振光图像进行摄影,根据所摄影的垂直偏振光图像及水平偏振光图像的偏振光比,判别路面状态,能使得装置小型化,从移动车辆实行路面摄影,根据所得到的信息,判别路面湿润状态,发送注意防滑等注意信息,同时,能可靠地检测表示在路面上的上限速度表示、停止表示等信息,及区分行车道的白线等,能更好地支援驾驶者。 又,通过用一个摄像装置取得多个图像,实现装置薄型化,很容易安装在车辆上,同时,不产生视差地以高检测精度进行摄影。 再有,滤波器的各偏振光镜区域由将折射率不同的多个透明材料叠层在透明基板上的多层结构体构成,各层具有朝一方向反复的一元周期的凹凸形状,能高精度地制作任意的透过轴的偏振光镜区域。附图说明

下面说明用如上所述构成的摄像装置100检测路面状态时的动作。

这样,镜面的反射光的水平偏振光成份,当入射角等于布儒斯特角(53.1度)时,反射光强度为零,垂直偏振光成份反射光强度表示伴随入射角增大渐增的特性。 另一方面,如图8(b)所示,干燥时的路面,表面为粗糙面,主要为漫反射,反射光不显示偏振光特性,各偏振光成份的反射光强度大致相等(Rs=Rp)。因此,可以从垂直偏振光图像及水平偏振光图像的亮度信息,根据偏振光特性,抽出关于路面水分的信息。 具体如下式所示,求取垂直偏振光成份的反射光强度Is和水平偏振光成份的反射光强度Ip之比,即,图像亮度之比H: H=ls/lp=Rs/Rp 该反射光强度Is和Ip之比H不依存于入射光强度1,因此,可以除去外界亮度变化的影响,且稳定地抽出偏振光特性。 求取该偏振光比H的亮度平均值等,根据该值大小,判别路面的湿润状态。例如路面干燥场合,垂直偏振光成份和水平偏振光成份大致相等,因此,偏振光比H成为I左右的值。又,路面完全湿场合,水平偏振光成份比垂直偏振光成份大得多,偏振光比H成为大的值。又,路面稍稍湿场合,偏振光比H成为上述值的中间值。因此,根据偏振光比H的值可以计算路面的湿润状态。 在该路面状态判别部84判别的路面的湿润状态或有无缺陷,从输出部87输出到没有图示的显示装置显示。在这样移动的车辆上能摄影路面的湿润状态,能发送注意路滑等注意信息。 另一方面,路面信息识别部86读出例如存储在图像存储器82a中的垂直偏振光图像,将读取的图像与存储在路面信息存储部的文字或标识进行比较,识别表示在路面上的文字或标识,从输出部87向显示装置输出所识别的文字或标识,进行显示。这样,能可靠地检测表示在路面上的上限速度表示、停止表示等信息,及区分行车道的白线等,能更好地支援驾驶者。 关于在该路面信息识别部86读取垂直偏振光图像的优点,参照表示汽车的驾驶席部分的图10进行说明。在图10中,符号101是室内反射镜,102是汽车的顶板,103是汽车的前玻璃,104是仪表板,104a是仪表板的上面部,摄像装置100安装在室内反射镜101的背面。来自太阳105的光入射到该汽车的驾驶席部分,在仪表板104的上面部104a反射,该反射光入射到前玻璃103内面,在此再次反射的反射光入射到摄像装置100,则摄像装置100本来应得到的图像的反差明显低下,发生所谓从前玻璃103的映照问题。当在仪表板104的上面部104a放置地图或毛巾等反射率高的物品场合,尤其明显。 这种来自玻璃的反射光的振动方向为仅仅单方向(水平偏振光成份)的偏振光,因此,通过在摄像装置100的路面信息识别部86取出垂直偏振光图像,能对减少来自前玻璃103的映照影响的状态下的路面状态进行摄像。同样,也能去除伴随太阳光的路面反射光成份之中水平偏振光成份。 在上述说明中,说明了以单透镜构成透镜阵列2的透镜21a,21b的场合,但本发明并不局限于此,如图11(a)所示,也可以将多个透镜阵列22通过间隔23等叠层,构成透镜阵列2。这样,通过组装多个透镜阵列22,能使得各透镜形状简单化。又,如图11(b)所示,也可以改变多个透镜阵列22的透镜形状。例如,根据偏振光方向,入射光量不同,因此,也可以改变透镜开口,调整光圈。 又,在上述说明中,说明了以例如光学晶体形成偏振光滤波器4的偏振光镜区域41a,41b的场合,但本发明并不局限于此,也可以使用线栅型的偏振光镜。该线栅型的偏振光镜是通过将细金属丝周期配列形成的偏振光镜,以往,多使用在电磁波的毫波区域。线栅型的偏振光镜具有以下结构:与输入光的波长相比,充分细的金属细线以与波长相比充分短的间隔排列。使得光入射到这种结构场合,与金属细线平行的偏振光被反射,与其垂直的偏振光被透射。关于金属细线的方向,在一基板内可以使得各领域独立变化制作,因此,能使得线栅型的偏振光镜的特性按各领域变化。若利用该特点,可以对各偏振光镜区域41a,41b使得透射轴方向变化。

具体实施方式

配置摄像装置100,使得偏振光滤波器4的偏振光镜区域41a,41b中某一方,例如偏振光镜区域41b的槽方向配置为与路面平行,在偏振光镜区域41a,41b取得路面反射光的垂直偏振光图像及水平偏振光图像。