JP2001116833A - 物体認識装置 - Google Patents
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Abstract
体認識装置を提供する。 【解決手段】 物体認識装置は、送信ビームを異なる方
位に放射するアンテナ30と、該送信ビームの所定方位
からの反射信号を受信する受信回路と、この受信信号と
送信ビームに基づいて該反射信号を反射した物体までの
距離と方位を演算する回路60、70とを有する。更
に、物体の形状に応じた反射信号の距離方向パターンを
記憶する物体パターン記憶部80と、受信回路50で受
信した所定方位毎の反射信号の距離方向パターンと物体
パターン記憶部80に記憶された物体の形状に応じた反
射信号の距離方向パターンと比較して、所定方位の隣接
する反射信号であって反射信号の距離方向パターンが同
一であるものを同一の物体からの反射信号と認識する物
体認識回路90を備える。
Description
定常走行に用いて好適な自動運転装置に用いられる物体
認識装置に関し、特に前走車が並走している場合の認識
の改良に関する。
自動操舵装置が用いられている。そして、外洋などの定
常航行が行われる海域では自動操舵装置により航行し、
荒天時や港湾内のような難しい状況では航海士による航
行が行われている。自動車においても、例えば特開平1
0−283462号公報に開示されているように、自動
運転装置の研究開発が行われている。しかし、道路の状
況は沿道の環境により千差万別であり、また道路を走行
する車両も多いため、船舶の自動操舵装置に比較して、
自動車の自動運転装置が克服すべき障害は非常に大き
い。
運転者にとって環境の変化に少ない単調な街路を緊張を
保ちながら運転することは困難であり、所謂居眠り運転
を引き起こしやすいという状況が知られている。そこ
で、高速道路の長距離運転のような状況では、高速道路
の入口と出口の間は運転者に代わって自動運転装置が自
動車を自動運転できるならば、運転者の利便性がます。
星の普及に伴い、予め走行経路を運転者が自動運転装置
に教示しておくこともできる。この場合には、自動運転
装置は予め走行経路が教示されているので、ナビゲーシ
ョン機器とGPS測位衛星を用いて走行位置を認識し
て、目的地まで自動運転することも一定の条件が成立す
るならば可能となってきている。
比較して走行車両の多い地域では、目視できる範囲に前
走車が走行している可能性が高い。そこで、自動運転装
置の考え方として、前走車に追尾して走行することで、
他の車両の走行状態を予想しながら複雑な制御演算を行
わなくても、実質的に道路走行が行える場合も多い。こ
のような前走車追尾や自車両走行の障害物を検出するた
めに、例えば特許第2567332号公報に開示された
送受兼用アンテナを用いたミリ波帯の時分割型FMレー
ダシステムを車両に搭載すると良い。時分割型FMレー
ダシステムでは前走車や障害物からの反射波を受信し
て、発信信号と受信信号との時間差から自車両に対する
距離を求め、受信信号のドップラ周波数シフト量から自
車両に対する相対速度を求めている。また、同一の放射
パターンのビームを放射する複数個のアンテナを適宜な
角度ずらせて、前走車や障害物の方位を検出している。
ックであるか乗用車であるかによって、最高速度やブレ
ーキを用いた減速のパターンが異なるものの、従来の時
分割型FMレーダシステムでは車間距離と相対速度差を
測定しているだけで、車種の判別までは行っていないと
いう課題があった。また、時分割型FMレーダシステム
を用いて実際に高速道路を走行してみると、アンテナの
本数が限られているため、2車線で並走している前走車
が存在すると、両車両を一台の車両として認識してしま
うという課題があった。更に3車線以上の区間におい
て、自車両の走行車線を中央車線としたとき、前走車が
左車線と右車線に並走している場合に、中央車線には走
行していない場合であっても、前走車までの距離が大き
い場合には両方の前走車を一台の車両と認識してしまう
場合がある。すると、本来中央車線を用いて前走車を追
越せるにも拘わらず、自車両は中央車線で前走車に追走
するので、実質的に中央車線を走行する後続車の追越し
を困難なものにし、車両の円滑な交通を阻害するという
課題があった。
第1の目的は前走車の車種又は物体の種類を認識できる
物体認識装置を提供するにある。第2の目的は、2車線
で並走している前走車が存在している場合でも、両車両
が異なる車両であることを認識できる物体認識装置を提
供するにある。第3の目的は、3車線以上の区間におい
て中央車線を用いて左右の車線で並走する前走車を追越
せる物体認識装置を提供するにある。
明の請求項1の物体認識装置は、送信ビームを異なる方
位に放射するアンテナ30と、該送信ビームの所定方位
からの反射信号を受信する受信回路と、この受信信号と
前記送信ビームに基づいて該反射信号を反射した物体ま
での距離と方位を演算する回路60、70とを有してい
る。更に、物体の形状に応じた反射信号の距離方向パタ
ーンを記憶する物体パターン記憶部80と、受信回路5
0で受信した所定方位毎の反射信号の距離方向パターン
と物体パターン記憶部80に記憶された物体の形状に応
じた反射信号の距離方向パターンと比較して、所定方位
の隣接する反射信号であって反射信号の距離方向パター
ンが同一であるものを同一の物体からの反射信号と認識
する物体認識回路90とを備えるものである。
パターン記憶部80は、物体の形状に応じた反射信号の
距離方向パターンを記憶する。この物体は、例えば車両
の走行方向後側とすると、前走車の種類を認識するのに
有効である。また、反射信号の距離方向パターンは、車
両の長さ程度であれば前走車の認識に充分である。
60〜77GHzのFM波を用いると良い。FM波は、
送信波と受信波の時間差から物体までの距離が求まり、
更にドップラ周波数により物体との相対速度差が求ま
る。送信ビームの方位は、前方に対して10〜20度広
がっていれば、高速道路を走行する車両の自動運転装置
には充分な情報が得られる。送信ビームの送信本数は3
〜9本が最適と考えられる。2本程度であれば、車両走
行に必要な分解能が得られない。尚、送信ビームにはパ
ルスレーダやレーザ・レーダを用いても良い。
反射信号であって反射信号の距離方向パターンが同一で
あるものを同一の物体からの反射信号と認識すること
で、トラックとセダンのように反射信号の距離方向パタ
ーンが異なっていれば、前走車が2台並走していても2
台並走していると認識できる。車両の幅方向の長さを基
準にして反射信号を認識する構成とすると、セダンとセ
ダンのように反射信号の距離方向パターンが同じ車両が
2台並走している場合に、一台の車両の幅を考慮してセ
ダンが2台並走していると認識できる。
置は、送信ビームを異なる方位に放射するアンテナ30
と、該送信ビームの所定方位からの反射信号を受信する
受信回路と、この受信信号と前記送信ビームに基づいて
該反射信号を反射した物体までの距離と方位を演算する
回路60、70とを有している。更に、各所定方位から
の反射信号の周波数スペクトラムを演算する周波数演算
回路60と、周波数演算回路60で演算された各所定方
位からの反射信号の周波数スペクトラムについて、所定
方位の隣接する反射信号であり、反射信号の周波数スペ
クトラムが略同一であるものを同一の物体からの反射信
号と認識するクラスタリング処理回路110を備えてい
る。
の形態を説明する。図1は、本発明の一実施の形態を説
明する構成ブロック図である。図において、FM波発生
回路10は周波数が77GHz程度のミリ波帯のFM波
を発生する。ミリ波帯とすることで前走車や対向車など
の標的までの最遠測距範囲は数百m程度を確保しつつ、
伝播減衰量の大きな周波数帯域とすることで放射電波が
必要以上に遠方まで伝播するのを防止している。
Txは、サーキュレータ35とアンテナ切換器40を介
してアンテナ30に供給される。アンテナ30は、例え
ば共通のパラボラ反射鏡と、この反射鏡の焦点の近傍に
互いに異なる角度でこの反射鏡に対向するように配置さ
れた4個の一次輻射器からなるオフセット・デフォーカ
ス・パラボリック・マルチビーム・アンテナ等から構成さ
れる。アンテナ切換器40は、アンテナ30の一次輻射
器に時間的な重なりがないように増幅されたFM波を供
給するもので、これにより異なる方位に対して送信ビー
ムのビーム走査を行うことができる。
障害物等の物体で反射した受信反射波Rxをアンテナ3
0とアンテナ切換器40を介して受信するもので、受信
回路として動作する。更にミキサ50では、FM波発生
回路10から供給されたFM波の一部と受信反射波とを
混合してビート信号を生成する。ビート周波数演算回路
60は、ミキサ50から送られたビート信号をA/D変
換して、高速フーリエ変換回路FFTで周波数スペクト
ルに変換して、ビート周波数を算定する。距離演算回路
70は、ビート周波数演算回路60の算定したビート周
波数からFM波の伝播遅延時間を算定し、反射した物体
までの距離ΔLを演算する。
応じた反射信号の距離方向パターンを記憶する。ここ
で、反射信号の距離方向パターンとは、物体に向けてア
ンテナ30からFM波を送信し、物体で反射したFM波
をアンテナ30、ミキサ50、ビート周波数演算回路6
0を介して周波数スペクトルに変換したものを言う。物
体には前走車、対向車、トラック、バス、二輪車、歩行
者、路側帯の構造物、中央分離帯の構造物、トンネルの
出入り口、インターチェンジの分流帯等が含まれる。物
体認識回路90は、ミキサ50で受信した所定方位毎の
反射信号の距離方向パターンと物体パターン記憶部80
に記憶された物体の形状に応じた反射信号の距離方向パ
ターンと比較して、所定方位の隣接する反射信号であっ
て反射信号の距離方向パターンが同一であるものを同一
の物体からの反射信号と認識する。
明する。図2は、アンテナから送信されるFM波と物体
からの反射波の説明図である。アンテナから送信される
FM波は、周波数fが一周期τの間で単調増加するラン
プ波で、出力は一送信周期の間は一定に維持される。こ
の送信波に対して、物体からの反射波は物体までの距離
に応じた遅延時間Δtだけ送れてミキサ50に受信され
る。反射波は送信波に対して遅延時間Δtに相当する周
波数Δfだけずれる。そこで、反射波と送信波が重畳す
る期間では、反射波と送信波との間で周波数Δfのうな
り信号(ビート信号)が発生する。
結果の説明図である。ビート周波数演算回路60は、ビ
ート周波数Δf毎に受信波レベルのピークを検出する。
ビート周波数Δfは、アンテナ30から反射物体までの
距離を示している。受信波レベルは反射波の大きさを示
しており、反射物体の形状や反射率に依存している。
走している場合の説明図である。アンテナ30の所在位
置を原点Oとし、アンテナ30から9本の送信ビームが
広がり角度10〜20度の範囲で送信される。ビーム間
の角度δθは、2〜5度程度とする。図中、方位チャン
ネル5が物体認識装置を搭載した車両の走行方向となっ
ている。運転者が目視していればトラックと乗用車が並
走していることは容易に認識できるが、物体認識装置で
は次のように反射信号を認識する。
走している場合の、反射信号の距離方向パターンの説明
図である。トラックからの反射信号は、方位チャンネル
3、4が主たる反射信号であり、方位チャンネル2、5
にサイドローブによる反射信号が現れている。乗用車か
らの反射信号は、方位チャンネル6、7が主たる反射信
号であり、方位チャンネル5、8にサイドローブによる
反射信号が現れている。距離演算回路70は、適宜な方
位チャンネルを基準とする各ビームの方位角を対応の受
信反射波のレベルで重み付け平均をした角度Θを物体の
方位として認識する。例えば、トラックの方位角Θは、
方位角θ2、θ3、θ4における受信反射波のレベルL
2、L3、L4を重み付け平均して次のように求められ
る。 Θ=(L2・θ2+L3・θ3+L4・θ4)/(L2+L3+L4) (1)
説明図で、(A)は乗用車、(B)はトラックを表わして
いる。乗用車はセダンのような3ボックス型をしている
ので、乗用車が前走車である場合の反射波は後ナンバー
プレートの取付け面と後ろ窓で生じる。反射波のレベル
は後ナンバープレートの取付け面で最も大きく且つ距離
方向にピーク的に分布し、後ろ窓は傾斜している関係で
小さく且つ距離方向に平坦状に分布している。トラック
は車両後方が荷物の取出し用の壁を有しているため、反
射波も壁での反射波の単一成分となっている。
波が単一のピーク成分を有するものは、バスa1、トレ
ーラa2、トラックa3、ワンボックスカーa4等であ
る。反射波が単一のピーク成分を有するものの、距離方
向に広がっている反射波はバンbのように傾斜した後面
を有する車両に表われる。反射波が2ピークを有するも
のは、3ボックス型の乗用車cやほろ無しの荷台だけの
トラックdに表われる。これらの反射波の距離方向パタ
ーンは、物体パターン記憶部80に記憶されている。
ャンネルの反射信号と図6に示す反射波の距離方向パタ
ーンとを比較して、前走車がトラックと乗用車で並走し
ていることを認識する。
ラムパターン記憶部80に事前に測定された各車両別の
反射信号の距離方向パターンである周波数スペクトラム
パターンが記憶されている場合について説明した。次
に、第2の実施例においては、第1の実施例とは異な
り、各車種別に反射信号による周波数スペクトラムパタ
ーンが記憶されていない場合について説明する。
する構成ブロック図である。尚、図8において前記図1
と同一作用をするものには同一符号を付して説明を省略
する。図において、反射スペクトラム記憶部100は、
ビート周波数演算回路60で演算された各所定方位から
の反射信号の周波数スペクトラムを記憶するものであ
る。クラスタリング処理回路110は、周波数演算回路
60で演算された各所定方位からの反射信号の周波数ス
ペクトラムについて、所定方位の隣接する反射信号であ
り、反射信号の周波数スペクトラムが略同一であるもの
を同一の物体からの反射信号と認識するものである。
尚、反射スペクトラム記憶部100はビート周波数演算
回路60とクラスタリング処理回路110の処理速度の
相違を吸収するために設けられるもので、発明の構成上
は任意的構成要件である。
に説明する。今、図4のような状況で車が走行している
場合には、図5のような極座標上に物体の反射信号によ
るビート信号の周波数スペクトルが検出されることにな
る点は第1の実施例と同一である。第2の実施例におい
ては、例えば方位チャンネル3(ビーム方向3)で検出さ
れた周波数スペクトラムの一定範囲の固まりを単一の物
体からの反射スペクトラムとして抽出し、反射スペクト
ラム記憶部100に記憶する (図9(a))。次に、方位チ
ャンネル4で検出された周波数スペクトラムの中から、
略同一周波数帯域(車の長さに対応した所定の周波数帯
域)で同一のレベル形状の周波数スペクトラムがあるか
否かを調査する。この場合に、略同一のパターンのスペ
クトラムが存在した場合には(図9(b))、同一物体によ
る反射信号の周波数スペクトラムとしてクラスタリング
する。ここで、クラスタリングとは、同−物体による反
射信号としてひとつの固まりとして関連付けすることを
いう。
9(c)のように方位チャンネル3と4のスぺクトラムが
完全に一致しない場合があるが、両者のレベル形状の差
(面積)を計算し、この差が所定の値以内の堤合には、同
―物体によるものであるとしてクラスタリング処理を行
い、所定の値を超える場合には、異なる物体として判定
する。
で、すべての方位かつすべての周波数帯域においてスペ
クトラム形状の照合を行い、同一物体に基づくと判定さ
れたものは、クラスタリング処理回路110により一塊
としてクラスタリングする(図10)。クラスタリングさ
れた各クラスタ1及び2は、おのおの前述した重み付け
平均計算がされて、各クラスタの物体の中心方位や幅が
個別に求められると共に、2次元レーダマップ上におけ
る位置が算出できる。ここで、図10のクラスタ2は4
つの方位チャンネルスぺクトラムを有しているが、車両
の幅を考慮して、クラスタリング処理回路110は両端
の方位チャンネルスぺクトラムがアンテナ30のサイド
ローブによるものとして削除する構成としても良い。車
両のクラスタが静止物のクラスタか否かの判断は、ドッ
プラ速度を計算すれば容易に判別できる。
ることにより、自己の車両の走行速度とヨーレートから
将来の自車両の予想走行ルートが容易に演算できる。そ
こで、この予想走行ルートと上記の2次元レーダマップ
を重ね合わせる構成とすると、障害物若しくは先行車両
の認識が行えるようになり、車両用の追従走行制御シス
テムやレーダブレーキシステムが実現できるようにな
る。
認識装置では、予め各車種や障害物の反射スペクトラム
のパターンを測定して記憶させておく必要性がなくな
り、新規な物体を検出した場合においても高精度でクラ
スタ処理が行えるので、容易に物体を認識できるように
なる。
が各方位チャンネルの反射信号と反射波の距離方向パタ
ーンとを比較して前走車の認識を行う場合を示したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、物体認識回路
は物体の大きさを考慮して前走車の認識をするように構
成しても良い。このように構成すると、3車線以上の区
間において自車両の走行車線を中央車線としたとき、前
走車が左車線と右車線に並走しているものの、中央車線
には走行していない場合には、前走車までの車間距離と
車両の幅や高さを用いて前走車が左車線と右車線に並走
して中央車線には走行していないことを物体認識回路が
認識できる。すると、自車両は中央車線を用いて前走車
を追越すとか、或いは前走車の走行している車線に変更
して、中央車線を走行する後続車の走行を円滑にして、
車両の円滑な交通を確保できる。
レーダを取り上げて説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、送信ビームとしてパルスレーダやレ
ーザ・レーダを用いても同一の効果を有することは明ら
かである。
装置よれば、物体認識回路が所定方位の隣接する反射信
号であって反射信号の距離方向パターンが同一であるも
のを同一の物体からの反射信号と認識することで、トラ
ックとセダンのように反射信号の距離方向パターンが異
なっていれば、前走車が2台並走していても2台並走し
ていると認識できる。更に、請求項7に記載のクラスタ
リング処理回路を用いて周波数演算回路で演算された各
所定方位からの反射信号の周波数スペクトラムについ
て、所定方位の隣接する反射信号であり、反射信号の周
波数スペクトラムが略同一であるものを同一の物体から
の反射信号と認識する構成としても、トラックとセダン
のように反射信号の周波数スペクトラムが異なっていれ
ば、両者は異なるクラスタとして認識されるから、前走
車が2台並走して反射信号の周波数スペクトラムが重な
り合って検出された状況においても、2台並走している
と認識できる。
ク図である。
反射波の説明図である。
明図である。
る場合の説明図である。
る場合の、反射信号の距離方向パターンの説明図であ
る。
ある。
ロック図である。
トラムの説明図である。
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 送信ビームを異なる方位に放射するアン
テナと、該送信ビームの所定方位からの反射信号を受信
する受信回路と、この受信信号と前記送信ビームに基づ
いて該反射信号を反射した物体までの距離と方位を演算
する回路とを有する物体認識装置において、 物体の形状に応じた反射信号の距離方向パターンを記憶
する物体パターン記憶部と、 前記受信回路で受信した前記所定方位毎の反射信号の距
離方向パターンと前記物体パターン記憶部に記憶された
前記物体の形状に応じた反射信号の距離方向パターンと
比較して、前記所定方位の隣接する反射信号であって前
記反射信号の距離方向パターンが同一であるものを同一
の物体からの反射信号と認識する物体認識回路と、 を有することを特徴とする物体認識装置。 - 【請求項2】 前記物体パターン記憶部に記憶された前
記物体は、車両の走行方向後側であることを特徴とする
請求項1に記載の物体認識装置。 - 【請求項3】 前記物体の形状に応じた反射信号の距離
方向パターンは、車両の長さを基準に定められているこ
とを特徴とする請求項1に記載の物体認識装置。 - 【請求項4】 前記物体認識回路は、前記同一の物体か
らの反射信号と認識された前記反射信号の距離方向パタ
ーンについて重心を求めて、該物体までの方位を認識す
ることを特徴とする請求項1に記載の物体認識装置。 - 【請求項5】 前記物体認識回路は、前記物体を車両の
大きさを基準にして前記同一の物体を認識することを特
徴とする請求項1に記載の物体認識装置。 - 【請求項6】 前記物体認識回路は、前記所定方位の隣
接する反射信号であって前記反射信号の距離方向パター
ンが同一である場合に、前記物体が車両の大きさを基準
にして前記物体が一台存在しているよりも大きいと認め
られる時は、同一種類で2以上の複数台並存していると
認識することを特徴とする請求項5に記載の物体認識装
置。 - 【請求項7】 送信ビームを異なる方位に放射するアン
テナと、該送信ビームの所定方位からの反射信号を受信
する受信回路と、この受信信号と前記送信ビームに基づ
いて該反射信号を反射した物体までの距離と方位を演算
する回路とを有する物体認識装置において、 前記各所定方位からの反射信号の周波数スペクトラムを
演算する周波数演算回路と、 前記周波数演算回路で演算された前記各所定方位からの
反射信号の周波数スペクトラムについて、前記所定方位
の隣接する反射信号であり、前記反射信号の周波数スペ
クトラムが略同一であるものを同一の物体からの反射信
号と認識するクラスタリング処理回路と、 を有することを特徴とする物体認識装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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