CN114460658A - 生物体检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供即使车辆行驶时也能够高精度地检测车厢内的人的生物体检测装置。该具备向车辆的车厢内发送FMCW调制后的发送波的发送部；接收反射波的接收部；基于反射波制作车厢内的三维地图信息的制作部；确定至少一人坐在车厢内的座位上的车辆停车时制作出的三维地图信息中的反射源的位置的确定部；基于反射波的多普勒频移检测车厢内物体的移动并输出检测结果的物体检测部；以规定检测周期，在车辆停车时基于三维地图信息和检测结果检测人，在车辆行驶时基于三维地图信息和检测结果检测人，在与停车时相比检测出的人数增加时判定为在检测出人的位置中的、在紧前的检测周期中未检测出人的位置且与反射源的位置大致一致的该位置没有人的人检测部。

Description

生物体检测装置
技术领域
本发明涉及生物体检测装置。
背景技术
以往，存在向人照射电波，对反射波的多普勒频移进行频率解析从而计算生物体信息(脉搏、呼吸、身体活动等)的技术。另外，还存在基于FMCW(Frequency ModulatedContinuous Wave：调频连续波)方式的电波的收发，判定车辆(乘用车等)的车厢内有无人(乘客)的技术。在FMCW方式中，照射电波，能够根据多普勒频移求出反射波反射的位置和该位置的速度。若组合上述技术，则能够检测车厢内的人和其生物体信息。
专利文献1：日本特开2019-126407号公报
专利文献2：日本特开2020-101415号公报
然而，在上述现有技术中，认为在车辆行驶时，由于车辆的振动，车厢内的构造物、人也振动，人的检测精度降低。
发明内容
因此，本发明的课题正是鉴于上述情况而完成的，提供一种在车辆行驶时也能够高精度地检测车厢内的人的生物体检测装置。
为了解决上述课题，实施方式的生物体检测装置具备：发送部，其向车辆的车厢内发送FMCW调制后的发送波；接收部，其接收通过上述发送波被上述车厢内的物体反射而产生的反射波；制作部，其基于上述反射波，制作上述车厢内的三维地图信息；确定部，其在至少一个人坐在车厢内的座位上的上述车辆停车时制作成的上述三维地图信息中，确定具有针对上述发送波的规定以上的反射强度的物体亦即反射源的位置；物体检测部，其基于上述反射波的多普勒频移来检测上述车厢内的物体的移动并输出检测结果；以及人检测部，其以规定的检测周期，在上述车辆停车时，基于上述三维地图信息和上述检测结果来检测出人，在上述车辆行驶时，基于上述三维地图信息和上述检测结果来检测人，在与上述停车时相比检测出的人的数量增加的情况下，判定为在检测出人的位置中的、在紧前的检测周期中没有检测出人的位置、且与上述反射源的位置大致一致的该位置没有人。
根据这样的结构，在车辆行驶时，使用以FMCW方式制作出的三维地图信息、反射源的位置以及基于反射波的多普勒频移的车厢内的物体的移动的检测结果，在检测人数与停车时的检测人数相比增加的情况下，能够识别实际上没有的被检测人，所以能够高精度地检测车厢内的人。
另外，在上述生物体检测装置中，还具备计算部，其在上述车辆行驶时，基于上述检测结果计算伴随与人有关的移动的生物体信息，基于该人所乘坐的座位附近的上述反射源且是在上述座位振动时进行与该振动相关的振动的该反射源的移动，从上述生物体信息中除去源自上述车辆的振动的成分。
根据这样的结构，在车辆行驶时，从人的生物体信息中除去源自车辆的振动的成分，从而能够高精度地检测生物体信息。
另外，在上述生物体检测装置中，上述生物体信息是上述人的脉搏、呼吸、身体活动中的至少一个。根据这样的结构，具体地说作为生物体信息能够高精度地检测人的脉搏、呼吸、身体活动中的至少一个。
附图说明
图1是实施方式的车辆的示意图。
图2是表示实施方式的电波传感器和控制装置的功能结构的框图。
图3是表示实施方式的FMCW方式的信号处理的概要的说明图。
图4是示意性表示实施方式的停车时和行驶时的检测结果的不同的说明图。
图5是表示实施方式的控制装置的处理的流程图。
图6是表示图5的步骤S10的处理的详细内容的流程图。
图7是变形例的车辆的示意图。
图8是变形例的车辆的示意图。
附图标记的说明
1…生物体检测装置，2…电波传感器，3…控制装置，21…发送部，22…接收部，31…ADC，32…处理部，33…存储部，321…取得部，322…制作部，323…确定部，324…物体检测部，325…人检测部，326…计算部，327…控制部，331…设定信息，332…三维地图信息，333…检测结果，334…生物体信息，C…车辆，M…乘客，S…座位。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的生物体检测装置的实施方式。
图1是实施方式的车辆C的示意图。在车辆C的车厢内配置有构成生物体检测装置1的电波传感器2和控制装置3。电波传感器2设置于车厢内的顶棚部分。控制装置3例如设置于车厢内的前端部所设置的仪表盘内。
乘客M坐在座位S上。以下，与通过生物体检测装置1检测乘客M(人)的存在一起来说明计算乘客M的生物体信息(脉搏、呼吸、身体活动等)。另外，以下将车厢内的物体中的、针对电波传感器2的发送部21产生的发送波具有规定以上的反射强度的物体称为反射源。反射源主要是金属。
图2是表示实施方式的电波传感器2和控制装置3的功能结构的框图。电波传感器2具备发送部21和接收部22。
发送部21向车辆C的车厢内大范围地发送(照射)FMCW调制后的发送波。接收部22接收通过发送波被车厢内的物体反射而产生的反射波。接收部22具备多个接收天线。
控制装置3例如由具有搭载了硬件处理器、存储器等的集成电路的MCU(MicroController Unit：微控制器单元)等构成。控制装置3具备ADC(Analog-to-DigitalConverter：模数转换器)31、处理部32以及存储部33。
ADC31将从电波传感器2的接收部22取得的模拟信号转换为数字信号并向处理部32输出。
存储部33例如是RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、SSD(Solid State Drive：固态硬盘)、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等存储装置。存储部33存储处理部32执行的程序、程序的执行所需的数据、由程序的执行而生成的数据等。存储部33例如存储设定信息331、三维地图信息332、检测结果333、以及生物体信息334。
设定信息331存储用于判定是否是人的生物体信号的频率范围、各种阈值(用于确定反射源的反射源阈值、用于检测人的人阈值等)等各种设定信息。
三维地图信息332是由制作部322基于反射波信息而制作的、表示车厢内的三维的物体配置状态的信息。
检测结果333是物体检测部324的检测结果的信息。
生物体信息334是由计算部326计算的、人的生物体信息。
处理部32例如由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等硬件处理器构成。处理部32读入存储于存储部33的程序并执行运算处理。处理部32作为功能部具备：取得部321、制作部322、确定部323、物体检测部324、人检测部325、计算部326以及控制部327。此外，各部321～237的一部分或者全部也可以由ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)、包含FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)的电路等硬件构成。
取得部321从ADC31取得反射波信息。
制作部322基于反射波信息制作车厢内的三维地图信息，并作为三维地图信息332保存于存储部33。
确定部323确定在车辆C停车时制作出的三维地图信息332的反射源的位置。
物体检测部324基于反射波的多普勒频移检测车厢内的物体的移动，并将检测结果作为检测结果333保存在存储部33。
人检测部325在车辆C停车时，以规定的检测周期，基于设定信息331、三维地图信息332、检测结果333来检测乘客M。另外，人检测部325在车辆C行驶时，以规定的检测周期，基于设定信息331、三维地图信息332、检测结果333来检测乘客M，在与停车时相比检测出的乘客M的数量增加的情况下，判定为在检测出乘客M的位置中的、在紧前的检测周期中没有检测出乘客M的位置且与反射源的位置大致一致(包含完全一致的情况和接近于一致的情况。)的该位置没有乘客M。
计算部326基于检测结果333等计算伴随与乘客M相关的移动的生物体信息。生物体信息的一个例子是乘客M的心率。在来自发送部21的发送波由乘客M的胸部反射的情况下，由前后振动的胸部引起的多普勒效果的影响被反映在反射波中。因此，计算部326基于从反射波的信号导出的多普勒频率来计算生物体信息。
另外，计算部326在车辆C行驶时，基于检测结果333等来计算乘客M的生物体信息，基于该乘客M所乘坐的座位S附近的反射源在座位S振动时进行与该振动相关的振动的该反射源的移动，从生物体信息中除去源自车辆C的振动的成分。
控制部327执行各部321～326执行的运算以外的运算。
此外，关于各部324～326的处理，例如更具体地说，能够如以下那样来进行。根据生物体信号(人信号)的传播速度和振幅，同时进行以下的(1)～(3)这三种解析方法。这里，将生物体信号的传播速度能够用多普勒频移检测的情况设为速度大，将无法得到足够的检测精度的程度的速度的情况设为速度小。另外，将生物体信号的振幅能够用3D(Dimensions：维度)体素检测的大小定义为振幅大，将无法得到足够的检测精度的程度的振幅的情况定义为振幅小。
(1)速度大并且振幅大的生物体信号的抽出
预先决定多个与座位S的振动相关的反射源，根据该反射源的振动和座位S上的人的人数、位置、振动，预测座位S的振动以及从座位S向乘客M传递的振动。例如，预先通过实验取得仅是座位S时的振动和有乘客M时的振动等的数据，通过确定它们的相关性来进行预测。而且，例如从由多普勒频移得到的乘客M的速度分布中减去预测出的车辆C的振动中的频率与生物体信号相等的速度分布，从而除去频率与生物体信号相同的噪声。
(2)速度大并且振幅小的生物体信号的提取
由于生物体信号的振幅足够小，所以可以认为不包含在3D体素的振动中。因此，提取人引起的3D体素信号的速度分布中的频率与生物体信号相等的速度分布，从由多普勒频移得到的人的速度分布中将其减去，从而除去频率与生物体信号相同的噪声。
(3)速度小并且振幅大的生物体信号的提取
预先决定与座位S的振动相关的反射源，根据该反射源的振动和座位S上的人的人数、位置、振动，预测座位S的振动以及从座位S向人传递的振动。例如，预先通过实验取得仅是座位S时的振动和有乘客M时的振动等的数据，通过确定它们的相关性来进行预测。而且，例如从人引起的3D体素信号减去从车辆C的振动传递给人的振动，从而从生物体信息中除车辆C的振动引起的噪声。
图3是表示实施方式的FMCW方式的信号处理的概要的说明图。如图3的(a)所示，首先，从电波传感器2的发送部21向车辆C的车厢内发送FMCW调制后的发送波。然后，电波传感器2的接收部22接收反射波。
接下来，如图3的(b)所示，由制作部322基于反射波制作车厢内的三维地图信息。该三维地图信息除了乘客M之外，还包含反射率高的金属等物体(反射源)的信息。即、仅在该三维地图信息中，没有区分识别出的物体是金属还是人等。
接下来，如图3的(c)所示，通过物体检测部324的基于反射波的多普勒频移的物体检测、和人检测部325的人检测来检测乘客M。另外，还能够通过计算部326计算该乘客M的生物体信息。
图4是示意性表示实施方式的停车时和行驶时的检测结果的不同的说明图。首先，基于图4的(a)对停车时的检测进行说明。图4的(a1)表示车厢内的实际的状态，图4的(a2)表示检测出的乘客M。
制作部322制作提取人的信号之前的3D信号。另外，制作部322基于信号的强度的最大值等，决定反射源阈值。例如，将强度最大值的百分之几十的值和实验值中较大的值决定为反射源阈值。
接下来，确定部323使用反射源阈值来确定三维地图信息332中的反射源的位置。
接下来，物体检测部324基于反射波的多普勒频移检测车厢内的物体的移动。
接下来，人检测部325通过频率解析，抽出人信号。另外，人检测部325基于人信号的强度最大值等，来决定人阈值。例如，将强度最大值的百分之几十的值和实验值中较大的值决定为人阈值。另外，人检测部325检测一个以上的乘客M，针对与乘客M对应的人信号，按强度从大到小的顺序进行标记。
在车厢内存在金属等反射源R的情况下，由于停车时反射源R处于静止状态，所以人检测部325不会将反射源R误检测为人。
接下来，计算部326对标记后的人信号的各个进行频率解析，计算生物体信息。在该情况下，例如在由于发动机启动后、或强风等而在人信号混杂有来自人以外的振动的成分的情况下，与后述的行驶时的检测时相同，除去来自人以外的振动的成分。
接着，基于图4的(b)对行驶时的检测进行说明。图4的(b1)表示车厢内的实际的状态，图4的(b2)表示检测出的乘客M和误检测结果(区域A)。
制作部322制作提取人的信号之前的3D信号。另外，制作部322基于信号的强度最大值等，决定反射源阈值。例如，将强度最大值的百分之几十的值和实验值中较大的值决定为反射源阈值。
接下来，确定部323使用反射源阈值来确定三维地图信息332中的反射源的位置。
接下来，物体检测部324基于反射波的多普勒频移检测车厢内的物体的移动。
接下来，人检测部325通过频率解析，抽出人信号。另外，人检测部325基于人信号的强度最大值等，来决定人阈值。例如，将强度最大值的百分之几十的值和实验值中较大的值决定为人阈值。另外，人检测部325对人信号，按强度从大到小的顺序进行标记。
在车厢内存在金属等反射源R的情况下，由于行驶时反射源R振动，所以存在人检测部325将反射源R误检测为人的情况。因此，如以下那样来防止误检测。
人检测部325检测乘客M，在与停车时相比检测出的乘客M的数量增加的情况下，判定为检测出乘客M的位置中的、在紧前的检测周期没有检测出乘客M的位置且与反射源R的位置大致一致的该位置没有乘客M。由此，能够防止人的误检测。另外，在实际上除去不是人的人信号的情况下，然后再次进行标记。
接下来，计算部326对标记后的人信号的各个进行频率解析，计算生物体信息。在该情况下，计算部326基于乘客M所乘坐的座位S附近的反射源在座位S振动时进行与该振动相关的振动的该反射源的移动，从生物体信息中除去源自车辆C的振动的成分。关于该相关例如在考虑了乘客M的数量、位置、尺寸等的基础上，预先通过实验，来确定进行与座位S的振动相关的振动的反射源，或针对此时的座位S的振动和反射源的振动的关系等制成数据，来使用即可。
图5是表示实施方式的控制装置3的处理的流程图。在步骤S1中，取得部321从ADC31取得反射波信息。
接下来，在步骤S2中，制作部322基于反射波信息制作车厢内的三维地图信息322。
接下来，在步骤S3中，制作部322基于信号的强度的最大值等，决定反射源阈值。
接下来，在步骤S4中，确定部323使用反射源阈值来确定三维地图信息332中的反射源的位置。
接下来，在步骤S5中，在由物体检测部324进行的车厢内的物体检测之后，人检测部325通过频率解析抽出人信号。
接下来，在步骤S6中，人检测部325基于人信号的强度的最大值等，决定人阈值。
接下来，在步骤S7中，人检测部325检测乘客M，针对与乘客M对应的人信号，按强度从大到小的顺序进行标记。
接下来，在步骤S8中，计算部326针对标记后的人信号的各个进行频率解析，计算生物体信息。
接下来，在步骤S9中，控制部327判定是否是停车中，在是的情况下，返回步骤S1，在否的情况下，进入步骤S10。在步骤S10中，处理部32执行行驶中处理。
这里，图6是表示图5的步骤S10的处理的详细内容的流程图。步骤S11～S17与步骤S1～7相同。
在步骤S17之后，在步骤S18中，人检测部325判断与停车时相比被检测出的乘客M的数量是否增加，在是的情况下进入步骤S19，在否的情况下进入步骤S20。
在步骤S19中，人检测部325除去在前帧(一次前的检测周期时)中没有检测出乘客M的位置且与反射源的位置大致一致的该位置的人信号，再次进行标记。
例如在停车中，在步骤S7中，检测出在驾驶座、后部座位左端有人。而且，在行驶中，在步骤S17中，检测出在驾驶座、副驾驶座、后部座位左端有人，根据信号的强度的大小，按照驾驶座的人、后部座位左端的人、副驾驶座的人的顺序进行了标记。
然后，在步骤S18中识别为人数从两个人增加到三个人。然后，在步骤S19中，针对标记后的人信号中的、副驾驶座的人信号，若在前帧中没有检测出乘客M，且与反射源的位置大致一致，则除去该人信号，再次进行标记。
在步骤S20中，计算部326针对标记后的人信号的各个进行频率解析，计算生物体信息。
接下来，在步骤S21中，计算部326使用反射源的振动信息，从生物体信息中除去源自车辆C的振动的成分。通过该步骤S20、S21，例如在上述例子中，针对驾驶座的人和后部座位左端的人，计算生物体信息，并且从生物体信息中除去源自车辆C的振动的成分。
接下来，在步骤S22中，控制部327判定是否是行驶中，在是的情况下，返回步骤S11，在否的情况下，结束处理。
这样，根据本实施方式的生物体检测装置1，在车辆C行驶时，使用以FMCW方式制作出的三维地图信息、反射源的位置、以及基于反射波的多普勒频移的车厢内的物体的移动的检测结果，在检测人数与停车时的检测人数相比增加的情况下，能够识别实际上没有的被检测人，所以能够高精度地检测车厢内的人。
另外，在车辆C行驶时，从人的生物体信息中除去源自车辆C的振动的成分，从而能够高精度地检测生物体信息。
另外，具体地说能够高精度地检测人的脉搏、呼吸、身体活动中的至少一个作为生物体信息。因此，例如在行驶时，在乘客M发生了急症的情况下，在乘客M的脉搏、呼吸、身体活动有规定的变化时，能够高精度地检测该急症。
(变形例)
图7是变形例的车辆C的示意图。也可以在车辆C的车厢内，在不是顶棚的前部设置电波传感器2，进行乘客检测和生物体信息计算。
图8是变形例的车辆C的示意图。也可以在车辆C的车厢内，不在顶棚、前部而在各个座位S的内部设置电波传感器2，进行乘客检测和生物体信息计算。
此外，由控制装置3执行的程序也可以以能够安装的形式或者以能够执行的形式的文件存储在CD-ROM、CD-R、存储卡、DVD(Digital Versatile Disk：数字多功能盘)、软盘(FD)等可由计算机读取的存储介质而作为计算机程序产品来提供。另外，也可以将该程序存储于与因特网等网络连接的计算机上，通过经由网络下载来提供。另外，也可以经由因特网等网络来提供或者分发该程序。
以上，虽对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。其新的实施方式能够以其它的各种形态来实施，在不脱离发明的宗旨的范围内，能够进行各种省略、置换、改变。该实施方式、其变形包含在发明的范围、宗旨内，并且包含在技术方案所记载的发明和其等同的范围内。
例如，在电波传感器2中，也可以代替大范围地照射电波并由多个天线接收反射波，而一边改变电波的照射方向一边由单个或者多个天线接收反射波。在任一个情况下，都能够基于接收到的反射波的信息制作三维地图信息。
另外，也可以代替电波传感器2而使用光传感器。

Claims (3)

1.一种生物体检测装置，其特征在于，具备：
发送部，其向车辆的车厢内发送简称为FMCW的调频连续波调制后的发送波；
接收部，其接收通过上述发送波被上述车厢内的物体反射而产生的反射波；
制作部，其基于上述反射波，制作上述车厢内的三维地图信息；
确定部，其在至少一个人坐在车厢内的座位上的上述车辆停车时制作成的上述三维地图信息中，确定具有针对上述发送波的规定以上的反射强度的物体亦即反射源的位置；
物体检测部，其基于上述反射波的多普勒频移来检测上述车厢内的物体的移动并输出检测结果；以及
人检测部，其以规定的检测周期，在上述车辆停车时，基于上述三维地图信息和上述检测结果来检测出人，在上述车辆行驶时，基于上述三维地图信息和上述检测结果来检测人，在与上述停车时相比检测出的人的数量增加的情况下，判定为在检测出人的位置中的、在紧前的检测周期中没有检测出人的位置、且与上述反射源的位置大致一致的该位置没有人。
2.根据权利要求1所述的生物体检测装置，其特征在于，还具备：
计算部，其在上述车辆行驶时，基于上述检测结果计算伴随与人有关的移动的生物体信息，基于该人所乘坐的座位附近的上述反射源且是在上述座位振动时进行与该振动相关的振动的该反射源的移动，从上述生物体信息中除去源自上述车辆的振动的成分。
3.根据权利要求2所述的生物体检测装置，其特征在于，
上述生物体信息是上述人的脉搏、呼吸、身体活动中的至少一个。
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