DE102010062209A1

DE102010062209A1 - Objekterkennungsvorrichtung, die eine Strahlabtastung zur Erfassung von Breiten von Objekten verschiedener Grössen, die in verschiedenen Abständen angeordnet sind, verwendet

Info

Publication number: DE102010062209A1
Application number: DE102010062209A
Authority: DE
Inventors: Taro Kariya-city Beppu; Kiyokazu Kariya-city Takagi; Takashi Kariya-city Ogawa; Hiroshi Kariya-city Hazumi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: JP2011117799A; US20110128547A1; US8284383B2; DE102010062209B4; JP5257341B2

Abstract

Eine Objekterkennungsvorrichtung führt einen Durchlauf eines Abtastbereichs durch Übertragen von Abtastwellenstrahlen mit jeweiligen Abtastwinkeln zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten durch, leitet einen Empfangswellensignalstärkenwert und einen Reflexionsort, der einem jeweiligen Abtastwellenstrahl während des Durchlaufs entspricht, her und weist einen Satz von benachbarten Reflexionsorten einem Segment zu. Ein entsprechender Abstandswert des Segments wird berechnet, der einen geschätzten Abstand eines erfassten Objekts ausdrückt. Ein Schwellenwert wird entsprechend dem Segmentabstand hergeleitet, ein Bereich des Segments, in dem die Signalstärkenwerte den Schwellenwert überschreiten, wird extrahiert, und die Breite des Extraktionsbereichs wird als die Breite des erfassten Objekts bestimmt.

Description

QUERVERWEIS AUF BETREFFENDE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-274592 vom 02. Dezember 2009 und beinhaltet diese.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technologisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Objekterkennungsvorrichtung, die in einem Fahrzeug installiert ist und die Wellen innerhalb eines Bereichs vor dem Fahrzeug zum Erfassen von Objekten, die in diesem Bereich angeordnet sind, auf der Grundlage von resultierenden reflektierten Wellen überträgt, und insbesondere zum Erfassen der Breiten derartiger Objekte.
Beschreibung des Stands der Technik
Arten von Objekterkennungsvorrichtungen zur Installation in einem Fahrzeug (im Folgenden als Host-Fahrzeug bezeichnet) sind bekannt, wobei Laserlichtstrahlen oder Strahlen von Millimeterradiowellen einen Bereich vor dem Host-Fahrzeug abtasten, wobei Objekte innerhalb dieser Bereiche (insbesondere andere Fahrzeuge) auf der Grundlage von resultierenden empfangenen reflektierten Wellen erfasst werden. Die Erfassungsergebnisse können verwendet werden, um eine Warnung hinsichtlich eines Hindernisses (wie beispielsweise eines vorausfahrenden bzw. vorausbefindlichen Fahrzeugs) vor dem Host-Fahrzeug auszugeben, oder können beim Regeln des Abstands zwischen dem Host-Fahrzeug und einem vorausfahrenden bzw. vorausbefindlichen Fahrzeug verwendet werden.
Eine derartige Objekterkennungsvorrichtung kann eine Laserlichtstrahlabtastung verwenden, bei der Pulslichtstrahlen in aufeinanderfolgenden Azimut-Richtungen (aufeinanderfolgenden Abtastwinkeln) übertragen werden, um einen vorbestimmten Winkelbereich, der sich vor dem Host-Fahrzeug erstreckt, abzutasten. Durch Bestimmen des Abstands (Abstand zu dem Host-Fahrzeug) eines erfassten Objekts, der Winkelauflösung der Abtastung und der Anzahl von Strahlen, von denen Wellen zurück zu dem Objekt reflektiert werden, kann die Objektbreite berechnet werden.
Insbesondere kann, wenn die Winkelauflösung der Abtastung mit θ(°) bezeichnet wird, die Breite eines erfassten Objekts mit W bezeichnet wird und der Abstand des erfassten Objekts mit Z bezeichnet wird, die folgende Beziehung erstellt werden: W ≅ (Anzahl reflektierter Strahlen) × θ × (π/180°) × Z
Die obige Gleichung nimmt jedoch an, dass es keine Überlappung zwischen benachbarten Strahlen gibt, wohingegen es tatsächlich nicht möglich ist, Strahlen mit idealen Cut-off-Merkmalen zu übertragen, wie es beispielsweise in 10A dargestellt ist. Ein tatsächlich übertragener Strahl wird dadurch verbreitert, dass er einen breiten Randbereich mit einer niedrigen Intensität aufweist, bei dem Intensitätswerte bis zu dem 0,5-Fachen der Peakintensität des Strahls betragen. Dieses ist in 10B dargestellt, die ein Beispiel des Strahlmusters eines tatsächlich übertragenen Strahls zeigt. Die effektive Winkelstrahlbreite ist somit größer als der ideale Wert.
Als Ergebnis tritt eine Überlappung zwischen benachbarten Strahlen auf, so dass die obige Gleichung tatsächlich nicht gilt, da die Winkelauflösung der Abtastung verringert ist. Somit kann die Breite eines erfassten Objekts auf größer als die tatsächliche Breite geschätzt werden.
Dieser Effekt der verringerten Auflösung des Strahlabtastens ist bei einer Laserlichtstrahlabtastung schwerwiegender als bei einer Abtastung mit elektromagnetischen Millimeterwellen.
Ein Verfahren, das darauf abzielt, eine erfasste Objektbreite noch genauer zu schätzen, ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2002-022831 für einen derartigen Typ von Strahlabtastung einer Objekterkennungsvorrichtung vorgeschlagen. Mit diesem Verfahren werden Stärkenwerte von empfangenen Lichtsignalen, die reflektiertem Licht von jeweiligen Strahlen entsprechen, jeweils mit einem Schwellenwert verglichen. Signalstärkenwerte unterhalb des Schwellenwerts werden unberücksichtigt gelassen (da sie von einer Überlappung übertragener Strahlen, Streuung von Licht, etc. resultieren), und Werte oberhalb des Schwellenwerts werden als gültig beurteilt. Jedes Mal, wenn ein vollständiger Strahldurchlauf durchgeführt ist und resultierende empfangene Signaldaten für jeden der Strahlen erlangt wurden, werden die Daten untersucht, um herauszufinden, ob sie eine erfasste Objektbreite angeben, die eine vorbestimmte maximale Breite überschreitet. Wenn die maximale Breite überschritten ist, wird der Schwellenwert in einer Richtung zum Verringern der erfassten Objektbreite angepasst. Auf diese Weise wird bei aufeinanderfolgenden Durchgängen die erfasste Objektbreite auf den vorbestimmten maximalen Wert begrenzt. Wenn beispielsweise die im Voraus angenommene maximale Breite von Objekten, die zu erfassen sind, näherungsweise 2,5 m beträgt, wird der Schwellenwert derart angepasst, dass die maximal erfasste Breite auf einen etwas größeren Wert, beispielsweise 2,6 m beschränkt wird.
Dieses Patentdokument lehrt ebenfalls, dass der Peakwert bzw. Spitzenwert einer Empfangslichtsignalstärke, die einem erfassten Objekt entspricht, erhalten werden kann und der zuvor genannte Schwellenwert mit einem festen vorbestimmten Verhältnis zu dem Peakwert festgelegt wird.
Dieses Patentdokument lehrt ebenfalls, dass die Rate der Änderung eines Satzes von Empfangslichtsignalstärkendaten bei einem Schnittpunkt mit dem Schwellenwert ausgewertet und verwendet werden kann, um festzustellen, ob Empfangssignaldatenwerte, die den Schwellenwert überschreiten, als gültige Daten zu verwenden sind. Insbesondere, wenn die Rate der Änderung gradueller bzw. sanfter als ein spezieller Grad ist, werden die Daten nicht berücksichtigt (da als Ergebnis einer Lichtstreuung festgestellt), während, wenn die Rate der Änderung ausreichend abrupt ist, Signalstärkenwerte oberhalb des Schwellenwerts als gültig akzeptiert werden.
Das obige Verfahren weist jedoch den folgenden Nachteil auf. Wenn das zu erkennende Objekt ein geringes Reflexionsvermögen aufweist, kann das reflektierte Licht von dem Objekt als Streulicht beurteilt werden, so dass eine Objekterkennung nicht möglich wird.
Außerdem ist der folgenden Nachteil in dem Fall des obigen Verfahrens vorhanden, wenn der Schwellenwert angepasst wird, um die maximale Objektbreite, die erfasst wird, zu beschränken. Es können mehrere Objekte gleichzeitig erfasst werden, wobei die Objekte jeweils unterschiedliche Breiten und/oder unterschiedliche Abstände aufweisen. In diesem Fall können, wie es in den 5A, 5B (für den Fall von zwei erfassten Objekten) dargestellt ist, die Empfangslichtsignalstärkedaten, die einem der Objekte entsprechen, einen Peakwert aufweisen, der sich von dem Peakwert, der dem anderen erfassten Objekt entspricht, wesentlich unterscheidet. In diesem Fall gibt es nur einen einzigen Schwellenwert, der in Bezug auf den höheren der Peakwerte geeignet angepasst wird, und dann können dementsprechend die Empfangslichtsignalstärkedaten, die dem anderen erfassten Objekt entsprechen, niedriger als der angepasste Schwellenwert sein. Somit wird nur die Breite von einem der beiden Objekte erfasst.
Ein ähnlicher Nachteil tritt in dem Fall des obigen Verfahrens auf, wenn der Schwellenwert als mit einem festen Verhältnis zu dem Peakwert der Empfangslichtsignalstärke, die einem erfassten Objekt entspricht, festgelegt wird. In diesem Fall ist es ebenfalls, da nur ein einziger Schwellenwert verwendet wird, nicht möglich, eine genaue Breitenschätzung mehrerer Objekte zu erzielen, die unterschiedliche Breiten aufweisen können und/oder in verschiedenen unterschiedlichen Abständen angeordnet sein und somit mehreren jeweils unterschiedlichen Peakwerten der Empfangslichtsignalstärke entsprechen können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch Schaffen einer Objekterkennungsvorrichtung, die eine größere Genauigkeit und Zuverlässigkeit hinsichtlich einer erfassten Objektbreite als bisher möglich schafft, die obigen Probleme zu beseitigen,. Insbesondere ist es eine Aufgabe, eine Objekterkennungsvorrichtung zu schaffen, die eine zuverlässige Schätzung von Breiten jedes von mehreren gleichzeitig erfassten Objekten ermöglicht, und zwar unabhängig von Unterschieden zwischen den Abständen der Objekte.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Zur Lösung der obigen Aufgabe schafft die Erfindung eine Objekterkennungsvorrichtung, die Abtastwellenstrahlen (im Folgenden einfach als Abtaststrahlen bezeichnet) als Pulse entlang jeweiliger Azimut-Abtastrichtungen in aufeinanderfolgenden Pulsintervallen überträgt, Empfangslichtsignalpulse (entsprechend jeweiliger Abtaststrahlen) von resultierenden reflektierten Wellen, die von einem erfassten Objekt empfangen werden, erhält und dadurch Daten zum Schätzen der Breite eines erfassten Objekts herleitet, wobei eine Ungenauigkeit aufgrund einer verringerten Winkelauflösung, die durch eine Überlappung zwischen benachbarten Abtaststrahlen bewirkt wird, im Wesentlichen eliminiert wird.
Nach jeder Beendigung eines Strahldurchlaufs (aufeinanderfolgende Abtastung über sämtliche der Strahlen) werden die empfangenen Signale wie folgt verarbeitet. Für jeden Abtaststrahl werden ein entsprechender Empfangslichtsignalstärkenwert, Abtastwinkel und Abstandswert (Abstand des entsprechenden Reflexionsorts) als Messdatensatz, der dem Abtaststrahl entspricht, hergeleitet.
Der Ausdruck „Segment” wird hier verwendet, um Bezug auf einen einzelnen Reflexionsort oder einen Satz von Reflexionsorten zu nehmen, die benachbart zueinander angeordnet sind, wie es durch später beschriebene spezielle Bedingungen bestimmt wird. Jeder Reflexionsort ist eine Position, von der Licht eines entsprechenden Abtaststrahls von einem Objekt reflektiert wird, und wird als ein Empfangslichtsignalpuls erfasst, der einen minimalen Signalstärkepegel (Rauschpegel) überschreitet. Ein Segment kann einem einzelnen erfassten Objekt oder mehreren benachbarten Objekten entsprechen.
Ein entsprechender Schwellenwert, der als ein Bereichsextraktionsschwellenwert bezeichnet wird, kann für ein Segment hergeleitet werden. Der Bereichsextraktionsschwellenwert wird derart hergeleitet, dass er sich (in Bezug auf die Peak-Empfangslichtsignalstärke bzw. Spitzen-Empfangslichtsignalstärke des Segments) entsprechend einer Verringerung eines Abstandswerts, der für das Segment geschätzt wird, verringert. Ein Bereich des Segments, in dem die Signalstärkenwerte größer als der Schwellenwert sind, wird dann extrahiert, und die Breite des extrahierten Bereichs wird als die Breite eines erfassten Objekts bezeichnet.
Vorzugsweise wird eine derartige Bereichsextraktionsverarbeitung nur für Segmente (im Folgenden als übergroße Segmente bezeichnet) angewendet, die als vorbestimmte maximale Werte der Breite und/oder Empfangslichtsignalstärke überschreitend festgestellt werden. Die vorbestimmte maximale Breite kann beispielsweise als die mittlere Breite eines typischen erfassten Objekts wie beispielsweise eines Kraftfahrzeugs eingestellt werden.
Der Zweck des Änderns des Schwellenwerts, der für ein Segment verwendet wird, entsprechend dem Abstand des Segments kann wie folgt zusammengefasst werden. Der Ausdruck „Strahlspreizwinkel”, wie er hier verwendet wird, bezeichnet ein Winkelmaß eines Abtaststrahls, innerhalb dessen die Strahlintensität zwischen einem Peakwert und der Hälfte des Peakwerts liegt. Der Ausdruck „Objektpositionsstrahlbreite” bezeichnet die Breite eines Abtaststrahls in dem Abstand eines erfassten Objekts. Ein Objektabstand, bei dem die Objektpositionsstrahlbreite identisch mit der Objektbreite wird, wird als die „obere Abstandsgrenze” (in Bezug auf die spezielle Objektbreite) bezeichnet. Ein Objektabstand, bei dem die Objektpositionsstrahlbreite gleich der Hälfte der Objektbreite wird, wird als die „untere Abstandsgrenze” (in Bezug auf die spezielle Objektbreite) bezeichnet. Mit der vorliegenden Erfindung wird der Bereichsextraktionsschwellenwert von einem maximalen Wert (vorzugsweise die Hälfte der Peak-Empfangssignalstärke eines Segments) auf einen wesentlich kleineren Wert (beispielsweise das 0,01-Fache der Peak-Empfangssignalstärke) verringert, wenn sich der Objektabstand von der oberen Abstandsgrenze zu der unteren Abstandsgrenze verringert. Dieses wird durchgeführt, um eine Unterschätzung bzw. zu geringe Schätzung der Objektbreite zu verhindern.
Insbesondere wird die Objektbreite als die Abtaststrahlbreite in dem geschätzten Objektabstand (Segmentabstand) multipliziert mit der Anzahl von Abtaststrahlen, die von dem Objekt reflektiert werden, geschätzt. Wenn sich der Objektabstand auf unterhalb der oberen Abstandsgrenze verringert, kann nur ein Teil eines Abstandsstrahls von einem Kantenabschnitt eines erfassten Objekts reflektiert werden, wobei sich die Breite eines derartigen Abschnitts entsprechend einem Objektabstand ändert. Wenn die Empfangssignalstärke, die dem resultierenden reflektierten Licht von einem derartigen teilweise beleuchteten Abschnitt des Objekts entspricht, unterhalb des Schwellenwerts liegt, wird die geschätzte Objektbreite kleiner als die tatsächliche Objektbreite sein. Mit der vorliegenden Erfindung wird durch geeignetes Verringern des Bereichsextraktionsschwellenwerts entsprechend einer derartigen Verringerung des Objektabstands eine Unterschätzung der Objektbreite verhindert.
Wenn der Objektabstand größer als die obere Abstandsgrenze ist, wird der Bereichsextraktionsschwellenwert vorzugsweise auf einem geeignet hohen Wert, beispielsweise der Hälfte des Peakwerts der Empfangslichtsignalstärke eines Segments gehalten. Dieses dient zur Verhinderung einer Überschätzung bzw. zu großen Schätzung einer erfassten Objektbreite aufgrund einer Überlappung zwischen benachbarten Abtaststrahlen.
Dadurch kann eine verbesserte Genauigkeit der Schätzung der Breiten von Objekten in verschiedenen Abständen erzielt werden, während nachteilige Einflüsse eines nicht idealen Strahlenmusters der Abtaststrahlen (das eine Strahlenüberlappung bewirkt) auf die tatsächliche Winkelauflösung der Abtastung minimiert werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft das Ermöglichen, dass jeweilige Breiten mehrerer gleichzeitig erfasster Objekte genau geschätzt werden, und zwar sogar dann, wenn die Winkelrichtungen der Objekte benachbart zueinander sind und die Objekte jeweils unterschiedliche Abstände aufweisen. Insbesondere wird jedes übergroße Segment untersucht, um zu bestimmen, ob es mehrere Peakwerte einer Empfangslichtsignalstärke enthält. Wenn eine derartige Mehrzahl von Peakwerten gefunden wird, wird das übergroße Segment in jeweilige Segmente, die jeweils einen einzelnen Peak aufweisen, getrennt. Jedes dieser Segmente wird dann verarbeitet, um die Breiten jeweiliger entsprechender erfasster Objekte zu erhalten.
Die obigen Merkmale der Erfindung werden im Folgenden genauer mit Bezug auf eine spezielle Ausführungsform beschrieben.
Die Verarbeitungs- und Steuerfunktionen einer derartigen Objekterkennungsvorrichtung werden vorzugsweise durch einen Computer mittels Ausführung eines Programms implementiert. Das Programm kann (durch ein Computersystem, wenn das Programm benötigt wird) von einem Aufzeichnungsmedium wie zum Beispiel einer Diskette, einem optomagnetischen Laufwerk, einer CD-ROM, einer Festplatte, etc. geladen werden. Alternativ kann das Programm auf das Computersystem über ein Kommunikationsnetz heruntergeladen und aktiviert werden, wenn es benötigt wird. Als eine weitere Alternative kann das Programm auf einem Aufzeichnungsmedium wie zum Beispiel einem ROM oder einem Sicherungs-RAM, das ein integraler Teil des Computersystems ist, gespeichert sein und ausgelesen werden, wenn es benötigt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Gesamtkonfiguration einer Ausführungsform einer Objekterkennungsvorrichtung;
2A bis 2D sind Diagramme, die Beziehungen zwischen einer Empfangssignalstärke und einer Pulsbreite von Empfangssignalen eines Verstärkers darstellen;
3 ist eine Grafik, die Inhalte einer gespeicherten Tabelle zeigt, die Objektabstandswerte und Werte eines Schwellenkoeffizienten α in Beziehung setzt;
4 ist ein Flussdiagramm, das die Inhalte einer Objekterkennungsverarbeitung zeigt, die von einem Steuerabschnitt der Ausführungsform ausgeführt wird;
5A bis 5C sind Diagramme zum Darstellen einer Segmenttrennung;
6 zeigt Testergebnisse der Schätzung der Breite eines Objekts, wenn dieses in verschiedenen unterschiedlichen Abständen angeordnet ist, durch Anwenden einer Verarbeitung, die keine Bereichsextraktion verwendet, und durch Anwenden einer Verarbeitung, die eine Bereichsextraktion verwendet;
7A und 7B sind Diagramme zur Erläuterung eines teilweise beleuchteten Kantenabschnitts eines erfassten Objekts, der durch einen Teil eines Abtaststrahls erzielt wird;
7C zeigt eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer Breitenänderung eines teilweise beleuchteten Kantenabschnitts eines erfassten Objekts und einem Objektabstand in Verbindung mit der Grafik der 3 darstellt;
8A und 8B zeigen Grafiken wie die 7C für Fälle von jeweils anderen Werten eines Strahlspreizwinkels als in der 7C;
9 ist ein Diagramm, das eine Strahlabtastung eines Objekts darstellt;
10A zeigt ein Beispiel eines idealen Strahlmusters eines Abtaststrahls, während 10B ein Beispiel eines tatsächlichen Strahlmusters zeigt;
11A bis 11C sind konzeptionelle Diagramme, die eine Beziehung zwischen einer Anzahl von Abtaststrahlen, die ein erfasstes Objekt erzielen bzw. abdecken, und dem Objektabstand darstellen;
12 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Darstellung der Herleitung eines oberen Abstandsgrenzwerts entsprechend einem Objekt, das eine spezifizierte Breite aufweist;
13 ist ein konzeptionelles Diagramm, das Reflexionsorte und entsprechende Empfangslichtsignalstärkenwerte eines Segments darstellt;
14 ist eine Grafik entsprechend der 13, die eine Empfangslichtsignalstärkenverteilung eines Segments darstellt; und
15A, 15B und 16A, 16B sind konzeptionelle Diagramme, die Abtastbedingungen für ein erfasstes Objekt bei sich ändernden Werten eines Objektabstands darstellen.
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration einer Ausführungsform einer Objekterkennungsvorrichtung, die mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird und die in einem Fahrzeug, das im Folgenden als das Host-Fahrzeug bezeichnet wird, installiert ist, zeigt. Die Mitte der Objekterkennungsvorrichtung 1 wird beispielsweise als an einer Mitte einer Vorder-/Hinterachse des Host-Fahrzeugs angeordnet angenommen. Die Objekterkennungsvorrichtung 1 dient zum Erfassen von Objekten, die vor dem Host-Fahrzeug angeordnet sind, und zum Erzeugen von Objektdaten, die einem jeweiligen erfassten Objekt entsprechen, wobei die Daten die geschätzte Position und die Breite des Objekts spezifizieren. Die erfassten Objektdaten, die durch die Objekterkennungsvorrichtung 1 erhalten werden, werden einer Fahrzeugsteuervorrichtung (in den Zeichnungen nicht gezeigt) zur Verwendung beim Erzeugen von Warnungen für den Fahrzeugfahrer, wenn ein erfasstes Objekt als innerhalb eines vorbestimmten Warnbereichs befindlich festgestellt wird, zugeführt. Außerdem (wenn das erfasste Objekt ein vorausbefindliches Kandidatenfahrzeug ist) können die erfassten Objektdaten für die Steuerung eines Abstands zwischen Fahrzeugen verwendet werden, wobei das Bremsen des Fahrzeugs, die Drosseleinstellung und der Betrieb des Automatikgetriebes etc. automatisch entsprechend dem Status eines vorausbefindlichen Fahrzeugs gesteuert werden.
Gesamtkonfiguration
Wie es in 1 gezeigt ist, besteht die Objekterkennungsvorrichtung 1 aus einem Lichtübertragungsabschnitt 10, einem Lichtempfangsabschnitt 20, einer Zeitmessschaltung 30 und einem Steuerabschnitt 40. Der Lichtübertragungsabschnitt 10 überträgt Laserlichtstrahlen, die einen Bereich vor dem Host-Fahrzeug abtasten, wobei die Lichtstrahlen als jeweilige Pulse zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten übertragen werden. Der Lichtempfangsabschnitt 20 empfängt resultierendes reflektiertes Licht von erfassten Objekten und erzeugt Empfangslichtpulssignale, die jeweils den übertragenen Strahlen entsprechen und die der Zeitmessschaltung 30 zugeführt werden. Die Zeitmessschaltung 30 dient zum Messen der Differenz zwischen Zeitpunkten der Übertragung eines Lichtstrahls und des Empfangs eines resultierenden Empfangslichtsignalpulses. Die Zeitmessschaltung wandelt außerdem die Pulsbreite jedes Empfangslichtsignalpulses in einen entsprechenden Wert einer Empfangslichtsignalstärke um. Der Steuerabschnitt 40 erzeugt Ansteuersignale zum Ansteuern des Lichtübertragungsabschnitts 10 und empfängt die Zeitmessung und Ergebnisse der Empfangslichtsignalstärke, die durch die Zeitmessschaltung 30 erhalten werden, und erzeugt auf der Grundlage dessen die oben genannten Objektdaten (Position, Breite) für jedes erfasste Objekt.
Lichtübertragungsabschnitt
Der Lichtübertragungsabschnitt 10 besteht aus einer Laserdiode 11, einer Laserdiodenansteuerschaltung 12, einer Lichtübertragungslinse 13, einem Abtaster bzw. Scanner 14 und einer Motoransteuerschaltung 15. Die Laserdiode 11 erzeugt aufeinanderfolgende Pulse von Laserlicht zum Bilden der übertragenen Abtaststrahlen. Das Licht von der Laserdiode 11 wird zunächst durch die Linse 13 geleitet, um den Strahl auf einen vorbestimmten Strahlspreizwinkel (in dieser Ausführungsform 0,25°) zu fokussieren. Der Abtaster 14 enthält einen Spiegel, der das Licht reflektiert, das durch die Linse 13 übertragen wird, wobei der Spiegel beweglich montiert ist, um eine Schwingbewegung zu ermöglichen, und wiederholt über einen festen Azimutwinkelbereich durch einen Motor (in den Zeichnungen nicht gezeigt) geschwungen wird. Der Motor wird von der Motoransteuerschaltung 15 entsprechend dem Motoransteuersignal, das von dem Steuerabschnitt 40 zugeführt wird, angesteuert, so dass die Laserlichtpulse von der Laserdiode 11 zu Zeitpunkten aufeinanderfolgender Winkelpositionen des Spiegels des Abtasters 14 erzeugt werden. Die Laserlichtstrahlen tasten dadurch innerhalb eines festen Azimutbereichs, der sich direkt vor dem Host-Fahrzeug erstreckt und auf der Hinter-/Vordermittelachse des Fahrzeugs zentriert ist, ab.
Der Lichtübertragungsabschnitt 10 dieser Ausführungsform, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, entspricht einer Abtaststrahlübertragungseinrichtung gemäß den Ansprüchen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die spezielle Konfiguration, die für den Lichtübertragungsabschnitt 10 beschrieben wurde, beschränkt.
Der Ausdruck „Strahlspreizwinkel” eines übertragenen Strahls, wie er hier verwendet wird, bezeichnet ein Winkelmaß des Strahls, innerhalb dessen die Intensität der übertragenen Wellen zwischen einem Peakwert bzw. Spitzenwert der Intensität und der Hälfte des Peakwerts liegt, wie es durch den Winkel θ in 10B dargestellt ist.
Wenn die Geradeaus-Mittelachse des Host-Fahrzeugs als die 0°-Richtung bezeichnet wird (das heißt, wenn angenommen wird, dass die Objekterkennungsvorrichtung auf dieser Mittelachse angeordnet ist), liegt der Azimut-Abtastbereich bei ±18°, der durch Verschieben des Abtastwinkels (Strahlrichtung) in 144 aufeinanderfolgenden Schritten von 0,25° erzielt wird, wobei der Strahlspreizwinkel 0,25° beträgt. Die aufeinanderfolgend übertragenen Strahlen werden von 0 bis 143 beziffert.
Lichtempfangsabschnitt
Der Lichtempfangsabschnitt 20 enthält eine Lichtempfangslinse 21, eine Fotodiode 22, einen Verstärker 23 und einen Komparator 24. Die Linse 21 dient zum Fokussieren von reflektiertem Laserlicht, das von einem erfassten Objekt empfangen wird, auf die Fotodiode 22. Die Fotodiode 22 erzeugt dadurch ein Empfangssignal mit einer Stärke entsprechend der Intensität des empfangenen Lichts. Der Verstärker 23 verstärkt das Empfangssignal von der Fotodiode 22, und das verstärkte Signal wird einem nicht invertierenden Eingang des Komparators 24 zugeführt. Eine feste Bezugsspannung wird an den invertierenden Eingang des Komparators 24 angelegt. Ein Lichtempfangspulssignal wird dadurch von dem Komparator 24 jedes Mal ausgegeben, wenn der Pegel des Ausgangssignals von dem Verstärker 23 die Bezugsspannung überschreitet.
Der Verstärker 23 ist aus Bipolartransistoren ausgebildet und weist die folgenden Kennzeichen auf. Wenn ein Puls eines reflektierten Laserlichtstrahls empfangen wird, kann die Intensität des empfangenen Lichts derart beschaffen sein, dass der Pegel des Ausgangssignals von der Fotodiode 22 unterhalb der Sättigungsschwelle des Verstärkers 23 bleibt. In diesem Fall ändert sich die Ausgangssignalstärke von der Fotodiode 22 (im Folgenden als die Empfangslichtsignalstärke bezeichnet) im Verlauf der Zeit, wie es in dem Beispiel der 2A dargestellt ist. Wenn jedoch die Intensität des empfangenen Lichts derart beschaffen ist, dass die Empfangslichtsignalstärke die Sättigungsschwelle des Verstärkers 23 überschreitet, geraten die Ausgangssignalwerte von dem Verstärker 23 in die Sättigung, wie es in 2B dargestellt ist. Bei dieser Bedingung gilt aufgrund eines Minoritätenträgerspeichereffekts in den Transistoren des Verstärkers 23, dass, je größer die Amplitude eines Ausgangssignalpulses von der Fotodiode 22 ist (das heißt, je größer die Empfangslichtsignalstärke des Pulses ist), umso mehr wird die hintere Flanke eines resultierenden Ausgangspulses von dem Verstärker 23 verzögert. Dieses ist durch die dicke gestrichelte Linie in 2B gezeigt.
Die Pulsbreite eines Ausgangspulses von dem Verstärker 23 (durch die Ausgangspulsbreite von dem Komparator 24 ausgedrückt) ist näherungsweise proportional zu dem Logarithmus der Empfangslichtsignalstärke. Aus diesem Grund kann sogar dann, wenn der Ausgang des Verstärkers 23 in die Sättigung gerät, so dass die Empfangslichtsignalstärke, die von einem übertragenen Strahlpuls resultiert, nicht direkt auf der Grundlage des Ausgangssignalpegels des Verstärkers 23 erhalten werden kann, die Empfangslichtsignalstärke auf der Grundlage der Breite eines Ausgangspulses von dem Komparator 24 geschätzt werden.
2C stellt den Fall dar, bei dem die Empfangslichtsignalstärkenwerte, die jeweiligen übertragenen Strahlen entsprechen, über fast den gesamten Abtastdurchlauf den Sättigungspegel des Verstärkers 23 überschreiten. 2D zeigt eine entsprechende Änderung von logarithmischen Pulsbreitenwerten von Ausgangspulsen von dem Verstärker 23. Diese Änderung entspricht im Wesentlichen der Änderung der Empfangslichtsignalstärkenwerte.
Da die übertragenen Laserlichtstrahlen in horizontalen (Azimut-)Richtungen übertragen werden, werden sie im Allgemeinen im Folgenden als horizontale Strahlen bezeichnet.
Der Lichtempfangsabschnitt 20 dieser Ausführungsform, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, entspricht einer Empfangswellenerfassungseinrichtung gemäß den Ansprüchen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die spezielle Konfiguration, die für den Lichtempfangsabschnitt 20 beschrieben wurde, beschränkt.
Zeitmessschaltung
Jedes Mal, wenn ein horizontaler Strahl als ein Puls durch den Lichtübertragungsabschnitt 10 übertragen wird, wird zu einem Zeitpunkt, der durch das Ansteuersignal LD bestimmt wird, und in einer Richtung, die durch das Motoransteuersignal bestimmt wird, und ein resultierender reflektierter Lichtpuls von dem Lichtempfangsabschnitt 20 empfangen wird, erhält die Zeitmessschaltung 30 die Phasendifferenz Tp zwischen dem Übertragungszeitpunkt eines Abtaststrahlpulses und dem Zeitpunkt eines entsprechenden (Empfangslichtsignal-)Ausgangspulses, der von dem Lichtempfangsabschnitt 20 erzeugt wird. Die Zeitmessschaltung 30 misst außerdem die Zeitdauer des Ausgangspulses von dem Lichtempfangsabschnitt 20, wobei diese Zeitdauer als die Empfangslichtpulsbreite Tw bezeichnet wird.
Jedes dieser Wertepaare von Tp und Tw wird als Messdaten (entsprechend einem speziellen übertragenen Strahl) an den Steuerabschnitt 40 zusammen mit Informationen übertragen, die den entsprechenden Abtastwinkel spezifizieren. Der Abtastwinkel kann durch die Zahl (im Bereich von 0 bis 143), die dem entsprechenden horizontalen Strahl zugeordnet ist, repräsentiert werden.
Steuerabschnitt
Der Steuerabschnitt 40 besteht aus einem gewöhnlichen Mikrocomputer, der eine CPU, einen ROM, einen RAM, etc. aufweist. Der ROM speichert ein Programm, das von der CPU ausgeführt wird, um eine Verarbeitung, die später beschrieben wird, durchzuführen. Der ROM speichert außerdem eine Koeffiziententabelle zur Verwendung beim Erhalten von Werten des Schwellenkoeffizienten α, der verwendet wird, um einen geeigneten Bereichsextraktionsschwellenwert THa für ein Segment einzustellen bzw. festzulegen. Der Bereichsextraktionsschwellenwert THa wird beim Extrahieren eines speziellen Bereichs von einem Segment (eines Bereichs, in dem Empfangslichtsignalwerte den Schwellenwert THa überschreiten), verwendet, wobei die Breite des extrahierten Bereichs als die Breite eines erfassten Objekts spezifiziert wird.
Bevor eine spezielle Verarbeitungsroutine beschrieben wird, die von dem Steuerabschnitt 40 ausgeführt wird, wird die Grundlage für diese Verarbeitung im Folgenden zusammengefasst.
Jedes Mal, wenn ein Abtastdurchlauf (Übertragung von 144 aufeinanderfolgenden horizontalen Strahlen als jeweilige Pulse) beendet wurde, verarbeitet der Steuerabschnitt 40 die Daten, die dadurch erhalten wurden, entsprechend jedem der übertragenen Strahlen (Empfangslichtsignalstärkenwert, Zeitdaten, Abtastwinkel), um jeweilige Reflexionsorte, die den übertragenen Strahlen entsprechen, zu erhalten. Insbesondere wird zunächst der Abstand (entlang der Strahlrichtung gemessen) jedes Reflexionsorts auf der Grundlage der Zeitinformationen und der Geschwindigkeit des Lichts berechnet. Jeder Reflexionsort wird dadurch in Polarkoordinaten (Abtastwinkel und Abstandswerte) ausgedrückt. Diese Informationen werden dann in ein rechtwinkliges XZ-Koordinatensystem umgewandelt, in dem die X-Achse die Breitenrichtung des Host-Fahrzeugs ist, die Z-Achse der Geradeaus-Mittelachse des Fahrzeugs entspricht und der Ursprung die Mitte der Objekterkennungsvorrichtung ist. Die Reflexionsortsdaten werden dann untersucht, um irgendwelche Segmente zu finden.
Reflexionsorte, die jeweiligen übertragenen Strahlen entsprechen, sind konzeptionell in 13 durch Kreuze dargestellt, wobei die Größe jedes Kreuzes die entsprechende Empfangslichtsignalstärke angibt. Jeder Empfangslichtsignalstärkenwert wird von dem Steuerabschnitt 40 auf der Grundlage der Breite eines entsprechenden Empfangslichtsignalpulses berechnet, wie es oben beschrieben ist.
Wie es in 13 gezeigt ist, wenn ein Satz von Reflexionsorten entsprechend vorbestimmten Abstandsbedingungen (später beschrieben) zu diesen Orten, die in dem rechtwinkligen XZ-Koordinatensystem ausgedrückt werden, zueinander benachbart angeordnet sind, werden diese als zu einem speziellen Segment wie beispielsweise dem Segment 50 zugehörig verarbeitet, das eine Breitendimension W (X-Achse), eine Tiefendimension D (Y-Achse) und einen Segmentabstandswert Rc (Z-Achsenwert der Mitte des Segments) aufweist.
Die Empfangslichtsignalstärkenverteilung des Segments 50 der 13 ist durch eine gestrichelte Linie in 14 angegeben. In diesem Beispiel weist das Segment einen einzelnen Peakwert der Empfangslichtsignalstärke auf.
Bei dieser Ausführungsform wird, wenn ein Segment vorbestimmte Bedingungen erfüllt (die Breite W überschreitet keine vorbestimmte maximale Breite und die Peak-Empfangslichtsignalstärke des Segments überschreitet keine vorbestimmte maximale Signalstärke), die Segmentbreite W direkt als die Breite eines entsprechenden erfassten Objekts spezifiziert. Ansonsten wird das Segment als ein übergroßes Segment bezeichnet.
Ein Segment kann ein übergroßes Segment aufgrund einer Verbreiterung sein, die durch die Randgebietsabschnitte übertragener Strahlen (wie es oben mit Bezug auf 10B beschrieben wurde) verursacht wird, oder da das Segment mehreren Objekten, die entlang benachbarten Richtungen angeordnet sind, entspricht. Auf ähnliche Weise kann ein übermäßiger Peakwert der Empfangslichtsignalstärke eines Segments dadurch verursacht werden, dass das Segment mehreren Objekten, die entlang benachbarten Richtungen angeordnet sind, entspricht.
Somit wird jedes übergroße Segment untersucht, um herauszufinden, ob es mehrere Peakwerte der Empfangslichtsignalstärke aufweist. Wenn es nur einen einzelnen Peak aufweist, wird ein Wert eines Schwellenkoeffizienten α, der dem Segmentabstand entspricht, aus einer Koeffiziententabelle (die wie im Folgenden beschrieben aufgebaut ist), deren Daten in dem ROM des Steuerabschnitts 40 gespeichert sind, erhalten. Der Peakwert der Empfangslichtsignalstärke des Segments wird dann mit dem Wert von α multipliziert, um den entsprechenden Bereichsextraktionsschwellenwert THa zu erhalten. Ein spezieller Bereich des Segments, innerhalb dessen der Schwellenwert überschritten wird, wird dann extrahiert. Die Breite des extrahierten Bereichs bzw. Extraktionsbereichs wird dann als die Breite eines entsprechenden erfassten Objekts spezifiziert.
Wenn jedoch festgestellt wird, dass das übergroße Segment mehrere Peaks enthält, werden die Peakbereiche zunächst getrennt und dann getrennt verarbeitet, um die Breiten entsprechender erfasster Objekte zu erhalten.
5A stellt die Empfangslichtsignalstärkenverteilung innerhalb eines übergroßen Segments, das zwei Peakwerte der Empfangslichtsignalstärke aufweist, dar. Wie es dargestellt ist, wird eine Winkelrichtung, die dem niedrigsten Wert der Empfangslichtsignalstarke zwischen zwei Peaks entspricht, erhalten (beispielsweise als eine Abtaststrahlzahl), und es werden dadurch Peakbereiche (56, 57) getrennt, um zwei Segmente auszubilden, wie es in 5B gezeigt ist. Es werden dann jeweilige Werte des Bereichsextraktionsschwellenwerts THa für diese getrennten Segmente erhalten, und dadurch werden jeweilige Extraktionsbereiche hergeleitet. Die Breiten dieser Extraktionsbereiche werden dann als die Breiten jeweiliger erfasster Objekte, die den getrennten Segmenten entsprechen, spezifiziert, wie es in 5C dargestellt ist.
Alternativ könnte die Breite jedes getrennten Segments direkt als die Breite eines entsprechenden erfassten Objekts spezifiziert werden. Als eine weitere Alternative könnte eine Bereichsextraktion für ein getrenntes Segment nur dann durchgeführt werden, wenn es als ein übergroßes Segment festgestellt wird.
Die obere Grenze der Segmentbreite und die obere Grenze der Peak-Empfangslichtsignalstärke, die verwendet werden, um festzustellen, ob ein Segment ein übergroßes Segment ist, können als vorbestimmte feste Werte eingestellt sein. Alternativ könnten diese Werte entsprechend dem Segmentabstand Rc geändert werden.
Wenn eine feste obere Grenze eingestellt ist, um ein übergroßes Segment festzustellen, könnte diese Grenze beispielsweise als die mittlere Breite eines einzelnen typischen erfassten Objekts (beispielsweise Kraftfahrzeug), die um einen bestimmten Betrag vergrößert wird, eingestellt sein. Auf ähnliche Weise kann eine feste erlaubte obere Grenze der Peak-Empfangslichtsignalstärke für ein Segment auf der Grundlage der mittleren Empfangslichtsignalstärke, deren Empfang erwartet wird, wenn ein einzelner typischer Typ eines erfassten Objekts abgetastet wird, eingestellt werden.
Außerdem könnte die Entscheidung, ob ein Segment als ein übergroßes Segment zu bestimmen ist, auf der Grundlage der Segmentbreite allein oder auf der Grundlage der Peak-Empfangslichtsignalstärke des Segments allein oder auf der Grundlage von diesen beiden (das heißt, ein Segment wird nur als ein übergroßes Segment bezeichnet, wenn sowohl die maximale Breitengrenze als auch die maximale Peak-Empfangslichtsignalstärkengrenze überschritten sind) durchgeführt werden.
Durch Steuersignale, die von dem Steuerabschnitt 40 erzeugt werden, werden aufeinanderfolgende Abtastdurchläufe wiederholt mit einer festen Durchlaufperiode (in dieser Ausführungsform 100 ms) durchgeführt. Es werden LD-Ansteuersignale (Laserdiodenansteuersignale) von dem Steuerabschnitt 40 in festen Intervallen (in dieser Ausführungsform 166,7 Mikrosekunden) ausgegeben, d. h. 144-mal in jedem Durchlauf, synchronisiert mit dem Motoransteuersignal).
Von dem Steuerabschnitt durchgeführte Verarbeitung
Die Objekterkennungsverarbeitung zum Erfassen von Objekten innerhalb des Abtastabstands und zum Schätzen der Breite und der Position jedes dieser Objekte wird von dem Steuerabschnitt 40 entsprechend dem Flussdiagramm der 4 durchgeführt. Die Verarbeitungsroutine, die in 4 gezeigt ist, wird jedes Mal ausgeführt, wenn ein Abtastdurchlauf beendet wurde und Messdatensätze, die jedem der Abtaststrahlen entsprechen, erlangt und zeitweilig gespeichert wurden. Jeder Messdatensatz enthält einen Empfangslichtpulsbreitenwert Tw, einen Abtastwinkel φ (der durch die entsprechende Abtaststrahlzahl bestimmt wird) und einen Phasendifferenzwert Tp (Differenz zwischen dem Strahlübertragungszeitpunkt und dem Zeitpunkt des resultierenden Empfangslichtsignalpulses). Zunächst werden diese Messdatensätze ausgelesen (Schritt S110). Anschließend (Schritt S120) werden die Empfangslichtpulsbreitendaten für jeden der Messdatensätze verarbeitet. Zunächst werden diejenigen Datensätze, in denen der Empfangslichtpulsbreitenwert Tw unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, als eine Rauschkomponente (aufgrund von Streulicht etc.) eliminiert.
Anschließend wird für jeden der verbleibenden Messdatensätze ein entsprechender Abstandswert R als (C × Tp/2) berechnet, wobei C die Lichtgeschwindigkeit ist. Dadurch wird ein entsprechender Reflexionsort spezifiziert, und zwar in Polarkoordinaten (R, φ). Jeder Reflexionsort wird dann in das oben genannte rechtwinklige XZ-Koordinatensystem umgewandelt.
In dem anschließenden Schritt (Schritt S130) wird eine Segmentierungsverarbeitung der umgewandelten Reflexionsortpositionen durchgeführt.
Insbesondere, wenn zwei Reflexionsorte jeweils benachbart derart angeordnet sind, dass sie die folgenden Bedingungen erfüllen, werden diese als zu demselben Segment gehörig bestimmt. Die Bedingungen sind, dass die Differenz ΔX zwischen ihren jeweiligen X-Koordinaten kleiner als oder gleich 0,2 m ist und die Differenz ΔZ zwischen ihren jeweiligen Z-Koordinaten kleiner als oder gleich 2 m ist. Jedes Segment wird durch Segmentdaten ausgedrückt, die mindestens einen Breitenwert W (X-Richtungsdimension) und einen Tiefenwert D (Z-Achsendimension), eine Mittelposition (X, Z) (und somit einen Segmentabstand Rc) und die Strahlzahlen von zwei Strahlen, die jeweils die rechte Seite und linke Seite des Segments schneiden, enthalten.
In den anschließenden Schritten mit dem Schritt S140 beginnend werden die Segmente, die in Schritt S130 hergeleitet wurden, aufeinanderfolgend verarbeitet. Das derzeitig verarbeitete Segment wird im Folgenden als das derzeitige Segment bezeichnet. Zunächst (Schritt S140) wird ein Segment, das noch nicht verarbeitet wurde, als das derzeitige Segment ausgewählt, und der Segmentabstand Rc wird dann als der Z-Achsenabstand der Mitte des Segments von der Objekterkennungsvorrichtung erhalten. Der Schwellenkoeffizient α, der dem Segmentabstand Rc entspricht, wird dann aus der Koeffiziententabelle ausgelesen, deren Inhalte in 3 grafisch gezeigt sind.
Anschließend werden in Schritt S150 die Empfangslichtpulsbreitenwerte Tw des derzeitigen Segments in entsprechende Empfangslichtsignalstärkenwerte umgewandelt, wie es oben beschrieben wurde. Die Verteilung der Empfangslichtsignalstärke in dem derzeitigen Segment wird dadurch erhalten.
Anschließend wird in Schritt S160 der maximale Wert (höchster Peak) der Signalstärkenverteilung, die in Schritt S150 gefunden wurde, erfasst. Dann wird eine Entscheidung getroffen (Schritt S170), ob das derzeitige Segment ein übergroßes Segment ist, wie es oben definiert wurde.
Insbesondere wird festgestellt, ob die Breite W des derzeitigen Segments die vorbestimmte erlaubte obere Grenze der Breite überschreitet oder ob der höchste Wert der Empfangslichtsignalstärkenverteilung des Segments eine vorbestimmte obere Grenze der Signalstärke überschreitet. Wenn mindestens eine dieser Grenzen überschritten ist, wird das derzeitige Segment als ein übergroßes Segment festgestellt.
Wenn in Schritt S170 herausgefunden wurde, dass das derzeitige Segment kein übergroßes Segment ist, wird anschließend (Schritt S180) die Breite W des derzeitigen Segments als die Breite eines entsprechenden erfassten Objekts spezifiziert. Dann wird der Schritt S260 ausgeführt.
Wenn jedoch in Schritt 170 herausgefunden wurde, dass das derzeitige Segment ein übergroßes Segment ist, wird anschließend (Schritt S190) auf der Grundlage der Signalstärkenverteilung, die für das Segment in Schritt S160 erhalten wurde, bestimmt, ob das Segment mehrere Peakwerte der Empfangslichtsignalstärke enthält. Wenn das Segment nur einen einzelnen Peakwert enthält, wird der Schritt S200 ausgeführt, bei dem die Schwellenwerteinstellung durchgeführt wird. Insbesondere wird, wenn der Peakwert der Empfangslichtsignalstärke des derzeitigen Segments mit Ap bezeichnet wird, diese mit dem Schwellenkoeffizienten α, der für das derzeitige Segment in Schritt S140 erhalten wurde, multipliziert, um den Bereichsextraktionsschwellenwert THa zu erhalten (THa = Ap × α). Dann wird der Schritt S210 ausgeführt, um einen Bereich des derzeitigen Segments zu extrahieren, in dem die Empfangslichtsignalstärkenverteilung den Bereichsextraktionsschwellenwert THa überschreitet. Die Breite dieses Extraktionsbereichs wird dann als die Breite eines entsprechenden erfassten Objekts spezifiziert. Dann wird der Schritt S260 ausgeführt.
Wenn in Schritt S190 herausgefunden wurde, dass das derzeitige Segment mehrere Empfangslichtsignalstärkenpeakwerte enthält, wird der Schritt S220 ausgeführt. In Schritt S220 wird für jedes Paar von benachbarten Peakwerten eine Verarbeitung durchgeführt, um den Abtastwinkel herauszufinden, der dem niedrigsten Empfangslichtsignalstärkenwert zwischen diesen beiden Peakwerten entspricht, wie es in 5A dargestellt ist. Das übergroße Segment wird dann in zwei Segmente durch Teilen entlang der Abtastwinkelrichtung, die somit gefunden wurde, getrennt (Schritt S230), d. h. durch Zuweisen von Abschnitten des übergroßen Segments (auf gegenüberliegenden Seiten der erhaltenen Richtung angeordnet) zu jeweiligen zwei getrennten Segmenten. Dieses ist in 5B dargestellt.
Anschließend werden in Schritt S240 jeweilige Werte des Segmentabstands Rc der getrennten Segmente geschätzt und verwendet, um entsprechende Werte des Schwellenkoeffizienten α aus der Koeffiziententabelle zu erhalten. Dadurch werden Bereichsextraktionsschwellenwerte THa für jedes der getrennten Segmente durch Multiplizieren der Peak-Empfangslichtsignalstärke Ap jedes getrennten Segments mit dem entsprechenden Wert von α berechnet. Diese getrennten Bereichsextraktionsschwellenwerte THa sind in 5B dargestellt.
Die Werte der Peak-Empfangslichtsignalstärke Ap für die getrennten Segmente können aus den Signalstärkenverteilungsinformationen, die für das ursprüngliche derzeitige Segment in Schritt S150 berechnet wurden, hergeleitet werden. Alternativ können die Signalstärkenverteilungsinformationen für jedes der getrennten Segmente in Schritt S240 hergeleitet werden, und die jeweiligen Werte des Peak-Empfangslichtsignalstärkenwerts Ap werden dann für diese getrennten Segmente auf der Grundlage der hergeleiteten Verteilungsinformationen erhalten.
Als eine weitere Alternative bei der Ausführung des Schritts S240 kann es, anstelle getrennte Werte des Schwellenkoeffizienten α für die getrennten Segmente herzuleiten, möglich sein, den ursprünglichen Wert von α, der für das ursprüngliche übergroße derzeitige Segment in Schritt S140 erhalten wurde, zu verwenden.
Anschließend wird in Schritt S250 (für jedes der getrennten Segmente), wie es oben für den Schritt S210 beschrieben wurde, ein Bereich eines Segments, innerhalb dessen die Empfangslichtsignalstärkenwerte den entsprechenden Bereichsextraktionsschwellenwert THa überschreiten, extrahiert. Die Breite des Extraktionsbereichs wird als die Breite eines erfassten Objekts bestimmt, dessen Abstandswert der Segmentabstand Rc ist. Dann wird der Schritt S260 ausgeführt.
In Schritt S260 wird bestimmt, ob sämtliche Segmente, die in Schritt S130 bestimmt wurden, verarbeitet wurden. Wenn irgendein Segment noch nicht verarbeitet wurde, werden der Schritt S140 und die anschließenden Schritte für ein verbleibendes Segment wiederholt, wie es oben beschrieben wurde. Wenn sämtliche Segmente verarbeitet wurden, wird diese Ausführung der Objekterkennungsverarbeitungsroutine beendet.
Oben wird angenommen, dass die getrennten Segmente, die in Schritt S230 erhalten werden, jeweils als ein übergroßes Segment verarbeitet werden, das einen einzelnen Peakwert der Empfangslichtsignalstärke aufweist. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, die Breite jedes der getrennten Segmente festzustellen und einen Bereichsextraktionsschwellenwert THa nur in dem Fall eins übergroßen Segments zu verwenden, während ansonsten die Breite W des getrennten Segments direkt als die Breite eines erfassten Objekts bestimmt wird.
Bei der Ausführung der Schritte S110, S150 der 4 entspricht der Computer dieser Ausführungsform in Verbindung mit der Zeitmessschaltung 30 einer Positionserfassungseinrichtung gemäß den Ansprüchen. Bei der Ausführung des Schritts S130 der 4 entspricht der Computer dieser Ausführungsform einer Segmentierungseinrichtung gemäß den Ansprüchen. Bei der Ausführung des Schritts S150 der 4 entspricht der Computer dieser Ausführungsform einer Signalstärkenverteilungserfassungseinrichtung gemäß den Ansprüchen. Bei der Ausführung der Schritte S220, S210 der 4 entspricht der Computer dieser Ausführungsform einer Bereichsextraktionseinrichtung gemäß den Ansprüchen. Bei der Ausführung des Schritts S160 der 4 entspricht der Computer dieser Ausführungsform einer Peakanzahlfeststellungseinrichtung gemäß den Ansprüchen. Bei der Ausführung des Schritts S220 der 4 entspricht der Computer dieser Ausführungsform einer Segmenttrenneinrichtung gemäß den Ansprüchen. Die Empfangslichtsignalstärkenwerte, die für diese Ausführungsform beschrieben wurden, entsprechen den Empfangswellensignalstärkenwerten in den Ansprüchen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von Lichtwellen zum Ausbilden von Abtaststrahlen beschränkt.
Konfiguration der Koeffiziententabelle
Die Koeffiziententabelle stellt eine Beziehung zwischen Werten des Schwellenkoeffizienten α(0 < α < 1) zu entsprechenden Werten des Objektabstands (0~110 m), die als Z-Achsenabstände gemessen werden, dar. Die Beziehung ist in der Grafik der 3 dargestellt. Wie es gezeigt ist, ist α für Werte des Objektabstands, der eine obere Abstandsgrenze überschreitet (in dieser Ausführungsform 60 m), auf 0,5 festgelegt. Wenn der Abstand kleiner als eine untere Abstandsgrenze (in dieser Ausführungsform 40 m) ist, ist α auf 0,01 festgelegt. Zwischen diesen oberen und unteren Grenzwerten des Abstands verringert sich α näherungsweise exponentiell entsprechend der Verringerung des Abstands. Jedoch ist aus den im Folgenden beschriebenen Gründen die Weise der Verringerung eher diskontinuierlich, als dass sie einer glatten exponentiellen Änderung entspricht.
Die Beziehung zwischen Werten des Objektabstands und entsprechenden Werten des Schwellenkoeffizienten α wird derart bestimmt, dass Fehler beim Schätzen der Breiten der erfassten Objekte, die in verschiedenen Abständen angeordnet sind, minimiert werden.
Wie es in 12 dargestellt ist, ist die obere Abstandsgrenze als der Objektabstand definiert, bei dem die Objektpositionsstrahlbreite gleich der Objektbreite wird. Somit wird die obere Abstandsgrenze durch die Objektbreite und den Strahlspreizwinkel in Kombination bestimmt. In 12 ist die Objektbreite als 0,3 m spezifiziert. Die Koeffiziententabelle dieser Ausführungsform wird auf der Grundlage dieser spezifizierten Objektbreite erstellt.
15A stellt konzeptionell eine Bedingung dar, bei der ein Objekt 93, dessen Breite der zuvor genannten spezifizierten Breite entspricht, an der oberen Abstandsgrenze angeordnet ist und vollständig durch den Abtaststrahl n + 1 erhalten bzw. abgedeckt wird. Unter dieser Bedingung reflektiert das Objekt ebenfalls Licht von dem jeweiligen Randbereich des vorhergehenden und des anschließenden Abtaststrahls n und n + 2. Die Intensität des Lichts beträgt bis zu dem 0,5-Fachen der Peakintensität des reflektierten Lichts des Strahls n + 1 (wie es anhand der 10B deutlich wird). Somit wird der Schwellenkoeffizient α auf 0,5 eingestellt, wenn ein Segment, das dem Objekt 92 entspricht, verarbeitet wird, um dadurch eine Empfangslichtsignalkomponente auszuschließen, die von dem reflektierten Licht von Randbereichen der übertragenen Strahlen resultiert.
15B stellt die Bedingung dar, bei der ein Objekt (das die spezifizierte Objektbreite aufweist) jenseits der oberen Abstandsgrenze liegt. Bei dieser Ausführungsform wird der Schwellenkoeffizient α für Abstandswerte, die die obere Abstandsgrenze überschreiten, auf 0,5 festgehalten.
Eine Überschätzung der Objektbreite aufgrund von Einflüssen der Randbereiche der Abtaststrahlen, wenn ein erfasstes Objekt jenseits der oberen Abstandsgrenze liegt, wird somit im Wesentlichen verhindert.
Wenn ein Objekt jenseits der oberen Abstandsgrenze liegt, wie es in den 11A und 11B dargestellt ist, wird die geschätzte Objektbreite entweder gleich der Objektpositionsstrahlbreite oder gleich dem Zweifachen dieses Werts sein.
16A stellt eine Bedingung dar, bei der der Abstand eines Objekts 93, das die oben genannte spezifizierte Breite aufweist, zwischen der oberen Abstandsgrenze und der unteren Abstandsgrenze liegt und teilweise durch den Abtaststrahl n + 2 erzielt bzw. abgedeckt wird. 16B stellt eine Bedingung dar, bei der der Abstand des Objekts 93 etwas kleiner als die untere Abstandsgrenze geworden ist, wobei das Objekt durch die Abtaststrahlen n + 1 und n + 2 beleuchtet wird, aber nur ein teilweise beleuchteter Kantenabschnitt 94 durch den anschließenden Abtaststrahl n + 3 erzielt wird.
Wenn somit der Objektabstand unterhalb der oberen Abstandsgrenze liegt, kann die geschätzte Objektbreite kleiner als die tatsächliche Objektbreite sein, wenn die Empfangslichtsignalstärke, die dem reflektierten Licht von derartigen teilweise beleuchteten Abschnitten des Objekts entspricht, unterhalb des Bereichsextraktionsschwellenwerts THa liegt.
Um eine derartige Unterschätzung der Objektbreite zu verhindern, wird somit der Schwellenkoeffizient α aufeinanderfolgend von 0,5 verringert, wenn sich der Objektabstand auf unterhalb der oberen Abstandsgrenze (in dieser Ausführungsform 60 m) verringert. Bei der unteren Abstandsgrenze wird der Schwellenkoeffizient α auf 0,01 eingestellt. Wenn der Objektabstand aufeinanderfolgend kleiner als die untere Abstandsgrenze wird, so dass das Objekt durch eine größere Anzahl von Strahlen abgetastet wird, wie es in 7B dargestellt ist, wird die relative Größe der teilweise beleuchteten Abschnitte (beispielsweise des Abschnitts 71 der 7B) weniger, so dass diese Abschnitte proportional einen geringeren Einfluss auf die geschätzte Breite haben. Somit wird der Schwellenkoeffizient α, für Werte eines Objektabstands, die kleiner als die untere Abstandsgrenze (in dieser Ausführungsform 40 m) sind, auf den unteren Wert von 0,01 fixiert gelassen.
Eine Unterschätzung der Objektbreite, wenn der Objektabstand kleiner als die obere Abstandsgrenze ist, wird dadurch verhindert.
An Objektpositionen unterhalb der oberen Abstandsgrenze ändert sich die Breite eines teilweise beleuchteten Kantenabschnitts auf diskontinuierliche Weise, wie es in den 7C, 8A und 9B gezeigt ist. Die Werte des Schwellenkoeffizienten α werden dementsprechend geändert, wie es in diesen Diagrammen gezeigt ist.
8A stellt eine geeignete Beziehung zwischen Werten des Schwellenkoeffizienten α und eines Objektabstands dar, wenn der Strahlspreizwinkel 0,5° beträgt, während 8B eine geeignete Beziehung darstellt, wenn der Strahlspreizwinkel 0,125° beträgt.
In jedem Fall wird eine spezifizierte Objektbreite von 0,3 m angenommen. Selbstverständlich sind verschiedene Kombinationen aus einem Strahlspreizwinkel und einer spezifizierten Objektbreite möglich.
Insbesondere in dem Fall, in dem eine Objekterkennungsvorrichtung in einem Fahrzeug verwendet wird, ist es notwendig, dass die Vorrichtung die Breite eines erfassten Objekts nicht unterschätzt, und zwar unabhängig von dem Objektabstand. Somit wird die spezifizierte Objektbreite, die als eine Basis für die Inhalte der Koeffiziententabelle (Beziehung von Werten des Schwellenkoeffizienten α und Werten des Abstands) verwendet wird, vorzugsweise derart bestimmt, dass auf zuverlässige Weise gewährleistet ist, dass die Breite eines typischen Typs von erfasstem Objekt (beispielsweise Kraftfahrzeug) nicht unterschätzt wird. Dieses kann durch Einstellen der spezifizierten Objektbreite auf etwas kleiner als die mittlere Breite des typischen Typs von erfasstem Objekt erzielt werden.
Die Koeffiziententabelle, die in einem ROM gemäß dieser Ausführungsform, wie es oben beschrieben ist, gespeichert ist, entspricht einer Einrichtung zum Bereitstellen von Schwellenkoeffizientenwerten gemäß den Ansprüchen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die speziellen Beziehungen zwischen Werten des Schwellenkoeffizienten und des Abstands, wie sie in den 7C, 8A und 8B gezeigt sind, beschränkt.
Erhaltene Ergebnisse
Die Ausführungsform ermöglicht eine genaue Schätzung einer erfassten Objektbreite für Objekte, die in verschiedenen Abständen angeordnet sein können. Dieses wird durch geeignetes Einstellen bzw. Anpassen eines Bereichsextraktionsschwellenwerts THa entsprechend dem geschätzten Abstand eines erfassten Objekts durch geeignetes Erstellen einer Beziehung zwischen Werten des Schwellenkoeffizienten α und Objektabstandswerten erzielt. Die Ausführungsform verhindert dadurch eine Unterschätzung der Breite eines erfassten Objekts (insbesondere, wenn der Objektabstand unterhalb der oben beschriebenen oberen Abstandsgrenze liegt), während ebenfalls eine Überschätzung der Objektbreite (insbesondere, wenn der Objektabstand über der oberen Abstandsgrenze liegt) verhindert wird.
Außerdem ermöglicht die Ausführungsform eine genaue Schätzung der jeweiligen Breiten von zwei oder mehr Objekten, deren jeweilige Orte entlang benachbarten Winkelrichtungen von der Objekterkennungsvorrichtung liegen, wobei die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass diese zusammen als ein einzelnes Objekt erfasst werden.
Außerdem werden für Segmentabstandswerte (geschätzter Objektabstand), die die vorbestimmte obere Abstandsgrenze überschreiten oder die kleiner als die vorbestimmte untere Abstandsgrenze sind, jeweilige feste Werte des Schwellenkoeffizienten α verwendet. Die Verarbeitung wird dadurch vereinfacht.
Die Graphen der 6 zeigen Ergebnisse eines Tests, der durchgeführt wurde, um die Breite eines Testobjekts, das eine tatsächliche Breite von 0,3 m aufweist, für das Objekt 70, das in 7A gezeigt ist, zu schätzen. Zunächst wurden mittels Segmentextraktion und Herleitung von entsprechenden Segmentbreitenwerten, wie es oben beschrieben wurde, jeweilige Segmente, die jeweiligen aufeinanderfolgenden Testobjektabständen zwischen 20 m und 120 m entsprechen, hergeleitet. Wie es gezeigt ist, unterscheiden sich die geschätzten Breitenwerte im Wesentlichen von der tatsächlichen Objektbreite von 0,3 m, wenn die Segmentbreitenwerte direkt als die geschätzten Objektbreitenwerte verwendet werden.
Die geschätzten Abstandswerte wurden dann für jedes der Segmente hergeleitet, und entsprechende Werte des Schwellenkoeffizienten α wurden dadurch für jedes der Segmente erhalten. Die geschätzten Objektbreitenwerte wurden dann von den Segmenten durch Bereichsextraktion, wie es für die obige Ausführungsform beschrieben wurde, erhalten. Wie es gezeigt ist, wird im Wesentlichen eine höhere Genauigkeit für die Ergebnisse der Objektbreitenschätzung durch Vergleich unter Verwendung der Segmentbreite direkt als die geschätzte Objektbreite erhalten.
Weitere Ausführungsformen
Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf eine spezielle Ausführungsform beschrieben wurde, sind verschiedene andere Ausführungsformen oder Modifikationen der obigen Ausführungsform innerhalb des Bereichs der beanspruchten Erfindung möglich.
Obwohl die obige Ausführungsform ein Abtasten mittels Laserlichtstrahlen durchführt, ist es gleichfalls möglich, Strahlen von elektromagnetischen Millimeterwellen zu verwenden.
Außerdem wird bei der obigen Ausführungsform nur, wenn ein Segment als ein übergroßes Segment festgestellt wird, ein Bereichsextraktionsschwellenwert THa verwendet, um einen geschätzten Objektbreitenwert von dem Segment zu erhalten. Ansonsten wird die Segmentbreite direkt als die Breite eines entsprechenden erfassten Objekts spezifiziert. Es ist jedoch ebenfalls möglich, eine Bereichsextraktionsverarbeitung für sämtliche Segmente unabhängig von der Segmentgröße zu verwenden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009-274592 [0001]
JP 2002-022831 [0009]

Claims

Objekterkennungsvorrichtung zum Erfassen externer Objekte und zum Schätzen jeweiliger Werte einer Breite der Objekte, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Abtaststrahlübertragungseinrichtung, die einen Durchlauf eines Abtastbereichs durch Übertragen von Abtastwellenstrahlen als jeweilige Pulse fester Zeitdauern mit jeweils aufeinanderfolgenden verschobenen Abtastwinkeln durchführt, eine Empfangswellenerfassungseinrichtung, die reflektierte Wellen, die von den Abtastwellenstrahlen resultieren, empfängt und Empfangswellensignalstärkenwerte, die jeweils den Abtaststrahlen während des Durchlaufs entsprechen, herleitet, eine Positionserfassungseinrichtung, die Reflexionsorte, die jeweils den Empfangswellensignalstärkenwerten entsprechen, und jeweilige Abstandswerte der Reflexionsorte erfasst, und eine Segmentierungseinrichtung, die eine spezielle Mehrzahl der Reflexionsorte als ein Segment bildend erfasst und einen Abstandswert des Segments berechnet, wobei die spezielle Mehrzahl von Reflexionsorten jeweils mit einem vorbestimmten Grad von Dichtheit benachbart angeordnet ist; wobei die Objekterkennungsvorrichtung aufweist: eine Signalstärkenverteilungserfassungseinrichtung, die eine Verteilung einer Empfangswellensignalstärke innerhalb des Segments erfasst, und eine Bereichsextraktionseinrichtung, die einen Bereichsextraktionsschwellenwert auf der Grundlage des Abstandswerts des Segments bestimmt; einen Bereich des Segments, in dem die Empfangswellensignalstärke den Bereichsextraktionsschwellenwert überschreitet, extrahiert; und eine Breite des Extraktionsbereichs als eine Breite eines erfassten Objekts entsprechend dem Segment spezifiziert.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, die eine Einrichtung zum Bereitstellen von Schwellenkoeffizientenwerten, die jeweils innerhalb eines Bereichs von 0 bis 1 liegen, aufweist, wobei sich die Schwellenkoeffizientenwerte in Bezug auf die Segmentabstandswerte gemäß einer vorbestimmten Beziehung ändern; wobei die Signalstärkenverteilungserfassungseinrichtung einen Peakwert einer Empfangswellensignalstärke innerhalb des Segments erfasst; und die Bereichsextraktionseinrichtung einen der Schwellenkoeffizientenwerte, der dem Abstandswert des Segments entspricht, erhält und den Peakwert der Empfangswellensignalstärke mit dem erhaltenen Schwellenkoeffizientenwert multipliziert, um dadurch den Bereichsextraktionsschwellenwert entsprechend dem Segment zu erhalten.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich die Schwellenkoeffizientenwerte entsprechend einer Verringerung der Segmentabstandswerte verringern.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich die Schwellenkoeffizientenwerte entsprechend aufeinanderfolgender Verringerungen der Segmentabstandswerte von einem vorbestimmten oberen Abstandsgrenzwert verringern und die Schwellenkoeffizientenwerte auf einen ersten vorbestimmten festen Wert eingestellt werden, wenn der obere Abstandsgrenzwert überschritten wird.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die obere Abstandsgrenze ein Objektabstand ist, bei dem eine Objektpositionsstrahlbreite eines Abtastwellenstrahls identisch mit einer vorbestimmten Objektbreite ist.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Schwellenkoeffizientenwerte auf einen zweiten vorbestimmten festen Wert eingestellt werden, wenn die Segmentabstandswerte kleiner als eine vorbestimmte untere Abstandsgrenze sind, wobei der zweite vorbestimmte feste Wert kleiner als der erste vorbestimmte feste Wert ist; und sich die Schwellenkoeffizientenwerte aufeinanderfolgend entsprechend einer Verringerung des Segmentabstands von der oberen Abstandsgrenze zu der unteren Abstandsgrenze verringern.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die untere Abstandsgrenze ein Objektabstand ist, bei dem die Objektpositionsstrahlbreite eines Abtastwellenstrahls gleich der Hälfte der vorbestimmten Objektbreite ist.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bereichsextraktionseinrichtung zum Herleiten der erfassten Objektbreite nur dann verwendet wird, wenn eine Breite des Segments eine vorbestimmte Breitengrenze überschreitet; und wenn die Segmentbreite kleiner als die vorbestimmte Breitengrenze ist, die Segmentbreite als die Breite eines erfassten Objekts entsprechend dem Segment bestimmt wird.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Bereichsextraktionseinrichtung zum Herleiten der erfassten Objektbreite nur dann verwendet wird, wenn die Segmentbreite die vorbestimmte Breitengrenze überschreitet oder ein höchster Peakwert einer Empfangswellensignalstärke des Segments eine vorbestimmte Signalstärkengrenze überschreitet; und wenn weder die Breitengrenze noch die Signalstärkengrenze überschritten wird, die Segmentbreite als die Breite eines erfassten Objekts entsprechend dem Segment bestimmt wird.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, die eine Segmenttrenneinrichtung und eine Peakanzahlfeststellungseinrichtung aufweist, um eine Anzahl von Peaks einer Empfangswellensignalstärke des Segments festzustellen; wobei, wenn festgestellt wird, dass das Segment mehrere der Peaks der Empfangswellensignalstärke enthält, die Segmenttrenneinrichtung für jedes benachbarte Paar von den Peaks das Folgende durchführt: Erfassen eines Abtastwinkels, der einer Position einer minimalen Empfangswellensignalstärke zwischen den beiden benachbarten Peaks entspricht; und Trennen des Segments in zwei Segmente durch Zuweisen von Segmentbereichen, die die beiden Peaks enthalten, zu jeweils gegenüberliegenden Seiten des Abtastwinkels.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der Einrichtungen durch einen Computer, der ein Programm ausführt, implementiert oder gesteuert wird.