JP2007085825A - 到来方向推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速なパーティクルフィルタ演算が可能な、到来方向推定装置の提供。
【解決手段】車両２に搭載され、進行方向に存在する探査エリア内のターゲット１５から発せられる信号を到来波として捕捉して、到来波の到来角度位置θを演算推定する信号到来方向推定装置１２において、到来波を捕捉する複数のセンサ３からなるセンサーアレイ５、該センサーアレイにより捕捉されたら到来波をサンプリングして、到来波に対してパーティクルフィルタ処理を行い得る、複数のパーティクルフィルタ７，９，１０、探査エリアに、複数のパーティクルフィルタにそれぞれに対応する形で、複数のパーテション１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃを設定するパーテション設定部１１、を有し、各パーティクルフィルタは、各パーティクルフィルタに設定されたパーテション領域に関してのみパーティクルフィルタ処理をそれぞれ行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、パーティクルフィルタを用いた到来方向推定装置に関する。

最近、車両の衝突防止技術の開発において、車両の周囲に存在する他の移動物体（他の車両）の位置をどのように捕捉するかが、問題となっている。

こうした移動物体の位置を測定する方法としては、例えば特許文献１に示すように、レーダを用いて、移動物体から反射される反射波の到来方向を推定して、移動物体の位置を推定する技術が知られている。

特表平１１−５０９００５

しかし、レーダの場合、車両に測定電波の射出手段を設ける必要があり、制御が複雑化するばかりか、機器の配置スペースが必要となり、またそれだけ車両重量が増大する不都合がある。

そこで、探査すべき他の車両（ターゲット）などが発する音波を捕捉して、カルマンフィルターなどを用いて、当該音波の入射角度位置を推定することにより、測定電波の射出手段を設けずして当該他の車両の存在を検出する技術が開発されつつある。

しかし、カルマンフィルターによる処理は、センサによる捕捉される捕捉信号の分布が、線形な分布を示す場合はよいが、反射波などの影響で捕捉信号が非線形の状態を示す場合には、正確な入射角度位置を推定することは出来なかった。

そこで、こうした非線形の捕捉信号が入力された場合でも、正確にターゲットからの到来波の角度位置を推定することが出来る、パーティクルフィルタを用いる技術が最近提案されている。しかし、パーティクルフィルタは、多数のパーティクルを生成して、メモリの仮想空間内に設定された探査領域に配置し、その移動をシミュレーションする必要があることから、演算量が膨大なものとなり、車載用の小形コンピュータなどでリアルタイム処理することが求められる到来方向推定装置に用いるには不向きである。

また、車両に搭載して、道路前方のターゲットとしての他の車両を検出する場合、車両先方の全道路領域に対して、パーティクルを生成してその動きをシミュレーションすることは、演算量の点から現実的ではない。また、道路の幅方向又は奥行き方向（道路の伸延方向）において、ターゲットの存在する可能性、又はターゲットの自車に対する危険度が相違することから、探査領域を道路の幅又は奥行き方向で異なるように設定することが出来れば、効率的な演算が可能となる。

本発明は、上記した事情に鑑み、道路の幅又は奥行き方向において複数の探査領域を設定することが出来、また高速なパーティクルフィルタ演算が可能な、到来方向推定装置を提供することを目的とするものである。

請求項１の発明は、車両（２）に搭載され、該車両の進行方向（Ｘ軸方向）に存在する探査エリア内のターゲット（１５）から発せられる音波、電磁波などの信号を到来波として捕捉して、当該到来波の到来角度位置（θ）を演算推定する信号到来方向推定装置（１２）において、
前記到来波を捕捉する複数のセンサ（３）からなるセンサーアレイ（５）、
前記センサーアレイに接続され、該センサーアレイにより捕捉された到来波をサンプリングして、当該到来波に対してパーティクルフィルタ処理を行い得る、複数のパーティクルフィルタ（７，９，１０）、
前記ターゲットの前記探査エリアに、前記複数のパーティクルフィルタにそれぞれに対応する形で、複数のパーテション（１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃ）を設定するパーテション設定部（１１）、を有し、
前記各パーティクルフィルタは、前記パーテション設定部により当該各パーティクルフィルタに設定されたパーテション領域に関してのみ前記パーティクルフィルタ処理をそれぞれ行うことを特徴として構成される。

請求項２の発明は、請求項１記載の到来方向推定装置において、前記探査エリア内の道路（１）の画像を取得し、該道路の道幅、車線数などを演算して、その結果を道路情報（ＲＩ）として前記パーテション設定部に対して出力する道路データ処理部（１３）を設け、
前記パーテション設定部は、前記道路情報に基づいて、前記複数のパーテションを設定することを特徴として構成される。

請求項３の発明は、前記パーテション設定部は、前記複数のパーテションの大きさを、各パーテションに対応する前記パーティクルフィルタの演算量が出来るだけ等しくなるように、設定することを特徴として構成される。

請求項１の発明によると、パーテション設定部が探査エリアに複数のパーテションを設定し、各設定されたパーテションについて、対応するパーティクルフィルタが専門にパーティクルフィルタ処理を行うので、一つのパーティクルフィルタが全ての探査エリアについてのパーティクルフィルタ処理を行う必要が無くなり、高速での演算か可能となる。特に、車両に搭載されて到来波の角度位置をリアルタイムで演算するような場合、極めて有効である。

請求項２の場合、取得した道路の画像から得られた道路情報に基づいてパーテションを設定するので、道路の道幅、車線数などに応じたパーテションの設定か可能となる。

請求項３の場合、パーテションの大きさが、各パーテションに対応する前記パーティクルフィルタの演算量が出来るだけ等しくなるように、設定されるので、各パーティクルフィルタの演算負担を均等化することが出来、無駄な待ち時間が無くなり、効率的な演算が可能となる。

なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。

以下、図面に基づき、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明による到来方向推定装置が搭載された車両と道路の関係の一例を示す模式図、図２及び図３は、各パーテションの設定態様の一例を示す図、図４は、到来方向推定装置の一例を示す図、図５は、パーティクルフィルタの動作原理を示す模式図である。

道路１上を走行する車両２は、図１に示すように、当該車両の前端部に、水平方向（図中紙面と平行な方向）に複数の（Ｍ個の）センサ３Ａ、３Ｂ……３Ｍを配列したセンサーアレイ５を有しており、車両２は、複数の車輪２ａを介して、前後方向、即ち、図中Ｚ軸の正負方向に進行駆動自在である。ここで、Ｚ軸＋方向は、ある時点で車両の正面２ｂが向いている方向（操舵用の車輪２ａが向いている方向ではない。しかし、前記Ｚ軸方向は当該方向に限定されるわけではない）に直角な方向に設定されている。

センサーアレイ５は、車両２に搭載された到来方向推定装置１２の一部を構成しており、到来方向推定装置１２は、図４にその概要を示す。センサーアレイ５の各センサ３Ａ、３Ｂ……３Ｍには、図４に示すように、信号処理部６Ａ、６Ｂ……６Ｍがそれぞれ接続されており、それら各信号処理部６Ａ、６Ｂ……６Ｍには、第１パーティクルフィルタ７、第２パーティクルフィルタ９及び第３パーティクルフィルタ１０が、各パーティクルフィルタに、全ての信号処理部６Ａ、６Ｂ……６Ｍからの出力信号が入力し得るように接続されている。各パーティクルフィルタ７，９，１０には、パーテション設定部１１が接続されており、パーテション設定部１１には、道路データ処理部１３が接続している。

到来方向推定装置１２は、以上のような構成を有するので、車両２に搭載された到来方向推定装置１２は、探査エリアである車両２の前方（Ｘ軸＋方向）に存在する車両、人、移動する対象物などからなるターゲット１５が発する音波、電磁波等の到来波をセンサーアレイ５で捕捉し、その到来方向θ及び距離Ｌを演算する。ターゲット１５が発する音波、電磁波等の到来波は、ターゲット１５自体が発する音や電磁波に起因するものでも、また車両２その他からターゲット１５に対して探査用の音波、電磁波等を照射し、そのターゲット１５からの反射波をセンサーアレイ５で捕捉するように構成することも出来る。

各センサ３Ａ，３Ｂ……３Ｍで捕捉された到来波の信号は、それぞれ対応する信号処理部６Ａ、６Ｂ……６Ｍに入力され、所定のサンプリング間隔でサンプリングされ、サンプリングされた各信号を公知の高速フーリエ変換処理、雑音保補償処理、更に逆フーリエ変換を経て、到来波のＳＮ比を改善処理した状態で、各パーティクルフィルタ７，９，１０にそれぞれ同時並列的に出力する。

一方、道路データ処理部１３は、例えば図示しないビデオカメラにより、探査エリアの画像、即ち車両２前方の道路１の映像を取得し、当該取得された道路１の映像を画像処理することにより、車両２前方の道路１の道幅、車線数などを演算して求める、その結果をパーテション設定部１１に道路情報ＲＩとして出力する。パーテション設定部１１は、例えば、図１に示すように、探査エリアとしての道路１をその車線数に対応する形で、幅方向に、所定の面積を有する３つのパーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃに分割する。各パーテション、１６Ｂ、１６Ｃの幅は、Ｘ軸に直角な水平方向であるＹ軸方向において、幅ｌｗ、Ｘ軸方向において、長さがΔｘで設定される。そして、パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６ＣのＸ軸方向における始点と終点を、始点がセンサーアレイ５から距離Ｄｓに、終点を、距離Ｄｓ＋Δｘに設定する。なお、各パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの幅ｌｗ、Ｘ軸方向における始点と終点の距離Ｄｓ、距離Ｄｓ＋Δｘは、任意に設定することが出来る。

例えば、ターゲットの探査エリアに設定される各パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃにおいて、図２に示すように、Ｘ軸方向の始点の距離Ｄｓを、第３パーテション１６Ｃから順次、第１パーテション１６Ａに向けて長くなるように設定したり、図３に示すように、中央部の第２パーテション１６Ｂの距離Ｄｓを、他の第１及び第３パーテション１６Ａ、１６Ｃに比して長く設定し、車両２が向いている中央部分について、両側の領域よりもより遠方の領域を探査可能に設定したりすることも出来る。

また、走行車線と追い越し車線などにおいて、ターゲット１５としての車両が多いと予測される（予め、パラメータで設定するか、それまでの当該道路におけるターゲットの検出状態から判定してもよい）走行車線側のパーテション（例えば１６Ｂ、１６Ｃ）の幅ｌｗ及び長さΔｘを小さく設定し、車両が少ないと予測される追い越し車線側のパーテション（例えば１６Ａ）の幅ｌｗ及び長さΔｘを大きく設定して、各パーテションの演算量が出来るだけ等しくなるように、各パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの大きさを異なるように設定することも可能である。

更に、道路１にパーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを設定する際に、ビデオカメラにより道路１の映像を取得するのと並行して、またはそれに代えて、公知のＧＰＳ衛星を用いたカーナビゲーションシステムを用いて、現在車両２が走行している道路１の車線数、道路幅その他の道路寸法情報を取得し、当該道路寸法情報及び／又はカメラから得た映像情報に基づいて、各パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを、その大きさや位置を含めて設定するようにしても良い。

こうして、道路１上に、パーテション設定部１１により、パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃが設定されたところで、各パーテション１６Ａ１６Ｂ、１６Ｃの設定位置が、対応するパーティクルフィルタ７，９，１０に出力される。即ち、パーテション１６Ａの車両２に対する設定位置は、第１パーティクルフィルタ７に、パーテション１６Ｂの車両２に対する設定位置は、第２パーティクルフィルタ９に、パーテション１６Ｃの車両２に対する設定位置は、第３パーティクルフィルタ１０に出力され、各パーティクルフィルタ７，９，１０は、パーテション設定部１１から入力される自分のパーティクルフィルタ７又は８又は１０に対応したパーテション１６Ａ又は１６Ｂ又は１６Ｃの座標情報を適宜なメモリにそれぞれ格納保持する。各パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの設定位置の座標は、図１に示すように、例えば、各パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを構成する四隅Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、Ｐ４のＹ軸からの角度θｄ、及びそれらの点又は各パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６ＣのＸ軸方向の始点及び終点の距離Ｄｓ，Ｄｓ＋Δｘなど、適宜なパラメータを用いて出力することが出来る。

ところで、先述したように、各信号処理部６Ａ、６Ｂ……６Ｍから、センサーアレイ５で捕捉した到来波信号が、そのＳＮ比が改善処理された状態で、各パーティクルフィルタ７，９，１０にそれぞれ同時並列的に入力されるが、各パーティクルフィルタ７，９，１０では、それら入力された到来波信号から、自分のパーティクルフィルタに割り当てられたパーテションに対応する領域についてのみ、パーティクルフィルタ処理演算を行う。

以下、第１パーティクルフィルタ７における公知のパーティクル演算処理について模式的に説明するが、これらの処理は、それぞれ処理するパーテションが相違するだけで、処理内容は全く同じなので、第１パーティクルフィルタ７についてのみパーティクルフィルタ演算処理の説明を行い、他のパーティクルフィルタ９，１０についてのパーティクルフィルタ演算処理の説明は省略する。

まず、第１パーティクルフィルタ７は、パーテション設定部１１により自分に割り当て設定された第１パーテション１６Ａに対応する仮想空間を図示しないメモリに設定し、当該設定された仮想空間内に、図５ａ）に示すように、所定数の当初パーティクル１７を配置する。なお、このパーテション１６Ａに対応する仮想空間に配置されるパーティクル１７の数は、探査すべきターゲット１５の予想数に応じて互いに異なる数に設定することが出来る。例えば、追い越し車線をカバーするパーテション１６Ａに配置されるパーティクル１７の数は、通常の走行車線をカバーするパーテション１６Ｂ、１６Ｃに配置されるパーティクル１７の数よりも少なく設定するなどである。

次に、パーティクルフィルタ７に信号処理部６Ａ、６Ｂ……６Ｍから所定のサンプリング間隔で入力されるセンサーアレイ５からの信号Ｓ１の、到来角度θに対する分布（図５ｂ））を演算し、その結果を参照して、信号Ｓ１の強弱に応じて、仮想空間に配置された当初パーティクル１７を、図１に示す微少領域δｎ（ｎ＝１……ｋ）毎に評価し、信号Ｓ１の強弱に対応させて、各角度位置θに配置された当初パーティクル１７に対する重み付け処理を行って（図５ｃ））、受信された到来波の強弱に対応した大きさの変換パーティクル１８に変換する。次に、該重み付け処理された変換パーティクル１８を、図５ｄ）に示すように、当該重み付けされた変換パーティクル１８の大きさ（即ち、信号強度の大きさ）に対応させた数の当初パーティクル１７に再変換し、図５ｅ）に示すように、変換前のパーティクル１８の周辺に再配置する。この際、変換パーティクル１８の大きさが、所定の値よりも小さな場合には、当初パーティクル１７への再変換は行われず、当該変換パーティクル１８は放棄される。この放棄された変換パーティクル１８の存在する角度位置θからの到来波は、他の角度位置θに比して小さいので、当該変換パーティクル１８に対応する角度位置θにはターゲット１５は無いものと判断される。

次に、新たに再配置された当初パーティクル１７と、信号処理部６Ａ、６Ｂ……６Ｍから入力される、次のサンプリング時点の信号Ｓ１（図５ｆ））とを参照し、それら再配置された当初パーティクル１７に対して、信号Ｓ１の強弱に応じた重み付け処理を行って（図５ｇ））、受信された到来波の強弱に対応した大きさの変換パーティクル１８に変換する。次に、該重み付け処理された変換パーティクル１８を、図５ｈ）に示すように、当該重み付けされた変換パーティクル１８の大きさ（即ち、信号強度の大きさ）に対応させた数の当初パーティクル１７に再変換し、図５ｉ）に示すように、変換前のパーティクル１８の周辺に再配置する。この際、変換パーティクル１８の大きさが、所定の値よりも小さな場合には、当初パーティクル１７への再変換は行われず、当該変換パーティクル１８は放棄される。この放棄された変換パーティクル１８の存在する角度位置θからの到来波は、他の角度位置θに比して小さいので、当該変換パーティクル１８に対応する角度位置θにはターゲット１５は無いものと判断される。なお、実際の演算では、仮想空間内の各パーティクルに動きをシミュレートするが、ここでは公知のパーティクルフィルタの処理思想を説明するだけであるので、そうした説明は省略している。

こうした処理を、サンプリング時間毎、また、パーテション６Ａの微少領域δｎ（ｎ＝１……ｋ）毎に行うことにより、仮想空間の各パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ内には、センサーアレイ５が捕捉するターゲット１５からの到来波に対応したパーティクルだけが残留することとなり、第１パーティクルフィルタ７からは、図１に示すターゲット１５Ａに対応する角度位置θ１が得られ、第２パーティクルフィルタ９からは、図１に示すターゲット１５Ｂに対応する角度位置θ２が得られ、第３パーティクルフィルタ１０からは、図１に示すターゲット１５Ｃに対応する角度位置θ３が得られる。

この際、各パーティクルフィルタ７，９，１０は、当該パーティクルフィルタ７，９，１０に割り当てられたパーテション１６Ａ、１６Ｂまたは１６Ｃについてのみ、到来波に対するパーティクルフィルタ処理を行うので、各パーティクルフィルタ７，９，１０の演算量を大幅に減らすことが出来、迅速に到来波の角度位置θ及び距離Ｌを求めることが出来る。

また、当初配置するパーティクル１７の数を、各パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃごとに、任意に設定することが出来るので、予想されるターゲット１５の数に応じて仮想空間内の各パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃに配置するパーティクル１７の数を変化させ、各パーティクルフィルタ７，９，１０における演算に無駄が生じないように構成することが出来る。

更に、各パーテション１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの大きさを異なるように設定することにより、道路の幅方向又は奥行き方向（道路の伸延方向）において、ターゲットの存在する可能性、又はターゲットの自車に対する危険度に応じて、各パーテションの大きさを設定することが出来、機動的な運用が可能となる。

本発明は、車両に搭載して、先行する車両（ターゲット）などから発せられる音波や電磁波を到来波として捕捉し、当該到来波の自車に対する到来角度位置を演算し、ターゲットの位置を推定する装置として利用することが出来る。

図１は、本発明による到来方向推定装置が搭載された車両と道路の関係の一例を示す模式図。 図２は、各パーテションの設定態様の一例を示す図。 図３は、各パーテションの設定態様の別の例を示す図。 図４は、到来方向推定装置の一例を示す図。 図５は、パーティクルフィルタの動作原理を示す模式図である。

符号の説明

１……道路
２……車両
５……センサーアレイ
７，９，１０……パーティクルフィルタ
１１……パーテション設定部
１２……到来方向推定装置
１３……道路データ処理部
１５……ターゲット
１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃ……パーテション
ＲＩ……道路情報
θ……到来角度位置

Claims (3)

1. 車両に搭載され、該車両の進行方向に存在する探査エリア内のターゲットから発せられる音波、電磁波などの信号を到来波として捕捉して、当該到来波の到来角度位置を演算推定する信号到来方向推定装置において、
   前記到来波を捕捉する複数のセンサからなるセンサーアレイ、
   前記センサーアレイに接続され、該センサーアレイにより捕捉された到来波をサンプリングして、当該到来波に対してパーティクルフィルタ処理を行い得る、複数のパーティクルフィルタ、
   前記ターゲットの前記探査エリアに、前記複数のパーティクルフィルタにそれぞれに対応する形で、複数のパーテションを設定するパーテション設定部、
   前記各パーティクルフィルタは、前記パーテション設定部により当該各パーティクルフィルタに設定されたパーテション領域に関して前記パーティクルフィルタ処理を行うことを特徴とする、到来方向推定装置。
2. 請求項１記載の到来方向推定装置において、前記探査エリア内の道路の画像を取得し、該道路の道幅、車線数などを演算して、その結果を道路情報として前記パーテション設定部に対して出力する道路データ処理部を設け、
   前記パーテション設定部は、前記道路情報に基づいて、前記複数のパーテションを設定することを特徴とする、到来方向推定装置。
3. 前記パーテション設定部は、前記複数のパーテションの大きさを、各パーテションに対応する前記パーティクルフィルタの演算量が出来るだけ等しくなるように、設定することを特徴とする、請求項１記載の到来方向推定装置。
   

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