[发明专利]基于偏振测量的路面积水积冰检测方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学检测，用于路面状态检测，为一种基于偏振测量的路面积水积冰检测方法及其装置。

背景技术

道路的表面是否有积水积冰对安全运输影响甚大。传统路况监测仪利用红外线或微波等在干燥路面和冰雪路面吸收率不同的原理进行路面状态检测，取样空间受限，同时价格昂贵，不能沿路段大范围布设，难以反映整条路段真实状况；Hiroshi FUKUI与Junichi TAKAGI等提出使用图像处理的方法(Hiroshi Fukui，Junichi Takagi，YoshiroMurata and MasashiTakeuchi.An Image Processing Method To Detect RoadSurfaceCondition Using Optical Spatial Frequency[J].IEEEConference on Intelligent TransportationSystem，1997：1005-1009.)，利用监测图像的最大全宽和空间频率分布区分不同的路面状况，不过这一方法需要有人工光源作为辅助，只能在夜间使用，且光源和CCD摄像机位置固定，探测范围小，难以推广使用；Muneo Yamada和Koji Ueda等提出对路面反射光进行水平和垂直两个方向的偏振测量以检测路面状态(M.Yamada，K.Ueda，I.Horibaand N.Sugie.Discriminationof the road condition toward understanding of vehicle driv-ingenvironments[J].IEEE Transactions on Intelligent Trans-portation Systems，2001，2(1)：26-31.)，给出了路面状态监测的新思路，但并未进行完善的理论分析，也没有提出可行的测量方案。

路面偏振状态测量至今尚无特别完善的方案。若人工旋转偏振片，则只能做理论实验，难于应用；若采用步进电机旋转偏振片，则设备复杂昂贵、易造成抖动误差，长期使用易导致偏振片与摄像机主光轴偏移；若使用双摄像机或多摄像机同时曝光，后期进行图像配准，则运算较为复杂，开发测试难度大；Yuukou Horita和Keiji Shibata等使用一种巧妙的光学系统将垂直偏振图像和水平偏振图像成像在摄像机的不同位置(YuukouHorita，Keiji Shibata，Kei Maeda，Yuji Hayashi.Omni-directional Polarization Image SensorBased on an Omni-directional Camera and a Polarization Filter[C].Sixth IEEE InternationalConference on Advanced Video and Signal Based Surveillance，2009：280-285.)，但该设备需要特殊的光学设备，成像范围和效果也不如人意，难以应用在现有监控设施下；若使用半透半反射片将光线分为均等的两部分，则需要复杂的光学系统和双倍数量的摄像机，也难于大范围使用。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有的路面积水积冰检测的检测范围小，检测装置价格昂贵，或者是检测装置、方法复杂的问题，需要一种简单易实现，工作稳定，成本适宜，检测范围广的路况检测方法。

本发明的技术方案为：基于偏振测量的路面积水积冰检测方法，在路况摄像机的CCD图像传感器前固定一片透射方向为水平的偏振片，偏振片前设置一块TN型液晶，对应TN型液晶设有控制电压电路，所述控制电压电路用于对TN型液晶提供电场，利用光的偏振特性，由路面反射光的偏振光检测路面的积水积冰情况：

对TN型液晶施加电场时，液晶分子规则排列，所有光线正常通过，积水积冰路面反射的水平偏振光通过偏振片，在摄像机获取的画面中，积水积冰路面表现出明显的亮度；

撤销电场时，即TN型液晶无外加电场时，液晶分子扭曲排列，积水积冰路面反射的水平偏振光通过液晶后偏振方向被扭转90度，偏振光被翻转到垂直方向，由水平偏振片滤除，此时积水积冰路面在摄像机获取的画面中表现出很小的光强；

正常路面的反射光在上述两种状态下，在摄像机获取的画面中相同；

通过对TN型液晶的电场控制，比较TN型液晶有无电场下摄像机获取的画面，存在亮度变化的部分则为积水积冰路面，由此来检测路面的积水积冰情况。