JP2007298305A - 物体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自車両と障害物との距離が近い場合には処理時間を優先し、自車両と障害物との距離が遠い場合には処理時間よりも最大検知距離を優先するといった機能を達成できる物体検出装置を提供すること。
【解決手段】 物体検出装置１０は、送信波処理部２０と、送受信部３０と、ビート信号処理部４０と、サンプリング処理部５０と、解析部６０と、を備えている。物体検出装置１０は、サンプリング処理部５０によって障害物との位置関係を表す指標の一つであるＴＴＣが小さい場合には、処理時間を短くするため間引き数ｘを大きくすることで、サンプリングの時間間隔の大きさを大きくする。また、物体検出装置１０は、ＴＴＣが大きい場合には、物体検出装置１０は最大検知距離を長くするため、間引き数ｘを小さくすることで、サンプリングの時間間隔の大きさを小さくする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば車両等に搭載され、周波数変調波を送受信することにより車両や人等の障害物を検出する物体検出装置に関する。

従来から周波数変調波を送信し障害物から反射された周波数変調波を受信し、送受信された周波数変調波を解析することで障害物との距離及び相対速度等を取得する物体検出装置が知られている。（例えば、特許文献１を参照。）このような従来の物体検出装置は、送受信された周波数変調波をサンプリングすることでサンプリングデータを取得し、取得されたサンプリングデータを解析するようになっている。
特開平８−２１１１４５号公報

具体的には送信した周波数変調波と受信した周波数変調波の差分であるビート信号を求め、ビート信号をある一定のサンプリング周波数でサンプリングしてサンプリングデータを取得し、得られたサンプリングデータを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などによって解析することにより、距離及び相対速度等を取得するようになっている。しかし、従来の物体検出装置においては、サンプリングの時間間隔が一定であったため、サンプリングデータを解析する処理時間も一定であり、自車両と障害物との距離が近い場合には処理時間を優先し、自車両と障害物との距離が遠い場合には処理時間よりも最大検知距離を優先するといった機能を達成できないという問題があった。

本発明の物体検出装置は、上記課題に対処するためになされたものであり、
周波数変調波を送信し障害物から反射された周波数変調波を受信する送受信手段と、
障害物との位置関係の予測である予測位置関係を取得する予測位置関係取得手段と、
送受信された周波数変調波を所定の時間間隔でサンプリングすることでサンプリングデータを取得するサンプリング手段と、
サンプリングデータを解析することで障害物との実際の位置関係である実位置関係を取得する解析手段と、
を備える物体検出装置において、
前記サンプリング手段は、
前記予測位置関係に基づいてサンプリングの時間間隔に関する条件を設定する設定手段を備えている。

これによれば、上記物体検出装置は周波数変調波を送信し、例えば自車両の前方に障害物が存在した場合、障害物から反射された周波数変調波を受信する。このとき、障害物との予測位置関係に基づいてサンプリングの時間間隔が設定され、設定された時間間隔で送受信された周波数変調波がサンプリングされることでサンプリングデータが取得される。取得されたサンプリングデータは解析され、障害物との実位置関係が取得される。

図１は送信した周波数変調波と受信した周波数変調波の差分であるビート信号を求め、ビート信号をある一定のサンプリング周波数でサンプリングしたものを高速フーリエ変換したパワースペクトルであり、縦軸はパワーを表し、横軸は周波数を表し、パワーが大きい周波数に相当する位置関係に障害物が存在することを示すものである。サンプリングの時間間隔を大きくするということは、サンプリングの周波数を小さくするということである。サンプリングの周波数が小さくなればなるほど、フーリエ変換の結果得られるパワースペクトルの高周波数に対応するパワースペクトルが算出されないことにより周波数帯域が狭くなるため、より近距離の障害物しか検出することができない。例えば、図１の直線Ｌに示したサンプリングの周波数でサンプリングし、高速フーリエ変換した場合、図の斜線で示した部分の障害物、例えば障害物Ｙは検出することはできない。しかし、周波数帯域が狭くなった分、処理する情報量も少なくなるため、近距離の障害物、例えば障害物Ｘを検出する場合はサンプリングの周波数が小さくなればなるほどより処理時間を短縮することができる。

よって、サンプリング時間間隔を大きくすると、最大検知距離は短くなり、処理時間は短くなる。従って、自車両と障害物との距離が近い場合には、最大検知距離は短くても良く、緊急性が高いため処理時間を短縮することが重要であるから最大検知距離よりも処理時間を優先するようにサンプリングの時間間隔を大きく設定すれば良い。また、逆にサンプリングの時間間隔を小さくすると、最大検知距離は長くなり、処理時間は長くなる。従って、自車両と障害物との距離が遠い場合には処理時間よりも、より最大検知距離の方が重要であるため、処理時間よりも最大検知距離を優先するようにサンプリングの時間間隔を小さく設定すれば良い。以上により前述の問題点を解決できる。

この場合、
障害物と衝突するまでの時間の予測である予測衝突時間を取得する予測衝突時間取得手段を備え、
前記設定手段は、
前記予測衝突時間の大きさが小さいほど受信した周波数変調波のサンプリングの時間間隔の大きさが大きくなるようにサンプリングの時間間隔に関する条件を設定することが好ましい。

これによれば、上記物体検出装置は周波数変調波を送信し、例えば自車両の前方に障害物が存在した場合、障害物から反射された周波数変調波を受信するとともに、障害物との予測衝突時間が取得され、取得された予測衝突時間の大きさに基づいてサンプリングの時間間隔の大きさが設定され、設定されたサンプリングの時間間隔で送受信された周波数変調波がサンプリングされることでサンプリングデータが取得される。取得されたサンプリングデータは解析され、障害物との実位置関係が取得される。このとき、予測衝突時間の大きさが小さいほど受信した周波数変調波のサンプリング周波数の大きさは小さく設定される。

予測衝突時間は、相対速度及び距離といった自車両と障害物との相対関係を表す情報から算出される自車両が障害物に衝突するまでの予測時間である。予測衝突時間が小さいほど、緊急性が高いため処理時間を短縮することが重要である。従って、最大検知距離よりも処理時間を優先するようにサンプリングの時間間隔を大きく設定すれば良い。よって本発明によれば、予測衝突時間の大きさが小さいほど受信した周波数変調波のサンプリングの時間間隔の大きさを大きくすることにより、緊急性が高い場合に処理時間を短くすることができる。

以下、本発明による物体検出装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施形態に係る物体検出装置１０の概略構成を示している。

物体検出装置１０は、送信波処理部２０と、送受信部３０と、ビート信号処理部４０と、サンプリング処理部５０と、解析部６０と、を備えており、通常各部は一体に形成され車両の障害物を測定したい方向に取り付けられる。また、物体検出装置１０は図示しない車両の制御を行う車間ＥＣＵと接続され、障害物との距離及び相対速度等の出力値を送信するようになっている。

送信波処理部２０は、搬送波発生器２２と、送信波変調器２４と、ＤＡコンバータ２６を備えている。搬送波発生器２２は搬送波を出力し、送信波変調器２４に入力するようになっている。搬送波変調器２４は入力された搬送波を変調し、ミリ波帯の周波数変調波を出力しＤＡコンバータ２６に入力するようになっている。ＤＡコンバータ２６は入力されたデジタル形式の周波数変調波をアナログ形式の周波数変調波に変換し、アナログ形式の周波数変調波を後述する送信アンテナ３２及びミキサ４２に入力するようになっている。

送受信部３０は、送信アンテナ３２と受信アンテナ３４を備えている。送信アンテナ３２はＤＡコンバータ２６から入力された周波数変調波（送信波）を障害物（被検出物体）に向けて放射するようになっている。受信アンテナ３４は障害物から反射された周波数変調波（受信波）を受信し、ミキサ４２に入力するようになっている。

ビート信号処理部４０は、ミキサ４２と増幅器４４を備えている。ミキサ４２はＤＡコンバータ２６から入力された周波数変調波（送信波）と、障害物からの反射された周波数変調波（受信波）とを、差分演算によって結合することでビート信号を生成し、増幅器４４に入力するようになっている。増幅器４４は、入力されたビート信号を増幅し、後述するＡＤコンバータ５２に入力するようになっている。

サンプリング処理部５０は、ＡＤコンバータ５２とＦＦＴ前処理器５４を備えており、図３に記載した詳細を後述するサンプリング処理を行うことでサンプリングデータを生成するようになっている。ＡＤコンバータ５２は、入力されたアナログ形式のビート信号をデジタル形式のビート信号に変換し、デジタル形式のビート信号をＦＦＴ前処理器５４に入力するようになっている。ＦＦＴ前処理器５４は入力されたビート信号を高速フーリエ変換するための前処理行いサンプリングデータを生成し、後述するＦＦＴ処理器６２に入力するようになっている。

解析部６０は、ＦＦＴ処理器６２とペアマッチ処理器６４を備えている。ＦＦＴ処理器６２は、入力されたサンプリングデータを高速フーリエ変換することでサンプリングデータの周波数上昇区間及び周波数下降区間それぞれのパワースペクトルを取得し、ペアマッチ処理器６４に入力するようになっている。ペアマッチ処理器６４は、周波数上昇区間及び周波数下降区間それぞれのパワースペクトルのピークを検出してペアマッチを行い、障害物に対するピーク対を形成し、周波数上昇区間及び周波数下降区間それぞれのピーク周波数から障害物との距離及び相対速度を取得し、出力するようになっている。

次に本発明の実施形態に係る物体検出装置１０の作動について説明する。なお、本実施形態においては、説明を簡単にするために物体検出装置１０は車両の前部に搭載され、障害物は車両の前方の正面に１個存在するものとする。また、自車両と障害物との距離をＲ、相対速度をＶとする。

物体検出装置１０は、送信波処理部２０によって生成された周波数変調波（送信波）を
送信アンテナ３２によって放射し、前方の障害物から反射された周波数変調波（受信波）を受信アンテナ３２によって受信する。次いで、物体検出装置１０は、ビート信号処理部４０によって放射した周波数変調波（送信波）と受信された周波数変調波（受信波）との差分演算によって結合することでビート信号を生成し、増幅する。

次いで、物体検出装置１０は、ＡＤコンバータ５２とＦＦＴ前処理器５４によって図３のフローチャートに示したようなサンプリング処理を行うことでサンプリングデータを生成し、ＦＦＴ処理器６２に入力する。具体的には、ＡＤコンバータ５２にビート信号の入力があった場合に、物体検出装置１０はステップ３０１からサンプリング処理ルーチンを開始し、ステップ３０２へと進んで、入力されたビート信号を所定の周波数でデジタル形式に変換する。

次いで、物体検出装置１０は、ステップ３０３へと進んで、サンプリング速度ｆｓを設定し、ステップ３０４に進んで、サンプリング数ｎｓを設定する。次いで、物体検出装置１０は、ステップ３０５へと進んで、前回本ルーチンを実行したときに検出された自車両と障害物との距離及び相対速度から算出されたＴＴＣに応じて、間引き数ｘを設定する。ここで前回本ルーチンを実行したときに検出された自車両と障害物との距離及び相対速度を予測位置関係としている。ＴＴＣとは自車両と障害物との衝突までの時間であり、自車両と障害物との距離を相対速度で除して算出される。間引きとは、一定の間隔で並んでいるサンプリング点を任意の割合で削除し、残ったサンプリング点を抽出することであり、間引き数とは間引きをする割合のことである。具体的には物体検出装置１０はステップ３０５においてＴＴＣが小さい場合には、処理時間を短くするため間引き数ｘを大きくすることで、サンプリングの時間間隔の大きさを大きくする。また、ＴＴＣが大きい場合には、物体検出装置１０は最大検知距離を長くするため、間引き数ｘを小さくすることで、サンプリングの時間間隔の大きさを小さくする。

次いで、物体検出装置１０は、ステップ３０６へと進んで、サンプリング速度ｆｓを間引き数ｘで除することにより、サンプリング周波数ｆｓ´を取得する。次いで、物体検出装置１０は、ステップ３０７へと進んで、サンプリング数ｎｓを間引き数ｘで除することにより、実質ＦＦＴポイント数ｐｔを取得する。次いで、物体検出装置１０は、ステップ３０８へと進んで、０パッティング処理を行う。０パッティング処理とは、高速フーリエ変換を行うためにはポイント数が２の乗数である必要があるため、不足しているポイント数の分だけ０の点を追加することでポイント数を２の乗数にする処理である。具体的には、物体検出装置１０は実質ＦＦＴポイント数ｐｔに近い２の乗数となるように前処理済ＦＦＴポイント数ｐｔ´を設定し、サンプリング処理ルーチンを一旦終了する。

次いで、物体検出装置１０は、サンプリング処理ルーチンによって得られた前処理済ＦＦＴポイント数ｐｔ´だけポイント数を持つデータであるサンプリングデータをＦＦＴ処理器６２に入力し、高速フーリエ変換を行うことでサンプリングデータの周波数上昇区間及び周波数下降区間のそれぞれのビート周波数を求める。次いで、ペアマッチを行うことにより、障害物に対するピーク対を形成し、障害物の周波数上昇区間ｆｂｕ及び周波数下降区間ｆｂｄから、障害物との距離に相当する周波数ｆｂを下記に示した（１）式を用いて算出し、障害物との相対速度に相当する周波数ｆｄを下記に示した（２）式を用いて算出する。次いで、障害物との距離Ｒを下記に示した（３）式を用いて算出し、障害物との相対速度Ｖを下記に示した（４）式を用いて算出する。ここで、ΔＦは送受信波の周波数変調幅であり、Ｆｍは送受信波の繰り返し周波数であり、ｆ０は送受信波の中心周波数であり、Ｃは光速である。
ｆｂ＝（｜ｆｂｕ｜＋｜ｆｂｄ｜）／２…（１）
ｆｄ＝（｜ｆｂｕ｜−｜ｆｂｄ｜）／２…（２）
Ｒ＝Ｃ／（４＊ΔＦ＊ｆｍ）＊ｆｂ…（３）
Ｖ＝（Ｃ／２＊ｆ０）＊ｆｄ…（４）

以上、説明したように、本発明の実施形態に係る物体検出装置１０は、障害物との位置関係を表す指標の一つであるＴＴＣに基づいて、サンプリングの時間間隔に関する条件の一つである間引き数ｘを設定することにより、サンプリング周波数ｆｓ´、実質ＦＦＴポイント数ｐｔ、前処理済ＦＦＴポイント数ｐｔ´が設定される。これにより、物体検出装置１０による最大周波数ｆｍａｘ及び最大検知距離Ｒｍａｘは以下のそれぞれ（５）及び（６）式を用いて算出される。また、物体検出の精度の高さを示す指標である距離分解能は以下の（７）式を用いて算出される。
ｆｍａｘ＝ｆｓ´／２…（５）
Ｒｍａｘ＝Ｃ／（４＊ΔＦ＊ｆｍ）＊ｆｍａｘ…（６）
Ｒ＿ＬＳＢ＝Ｒｍａｘ／（ｐｔ´＊２）…（７）

高速フーリエ変換の処理時間は高速フーリエ変換を行うサンプルのポイント数に依存する。よって、間引き数ｘを大きくすることでサンプリングの時間間隔を大きくすると、高速フーリエ変換を行うサンプルのポイント数である前処理済ＦＦＴポイント数ｐｔ´が少なくなるため処理時間も少なくなる。また、最大検知距離Ｒｍａｘは（６）式に示されるようにサンプリング周波数ｆｓ´の大きさが大きくなるほど大きくなる。よって、間引き数ｘを小さくすることでサンプリング周波数ｆｓ´を大きくすると、最大検知距離Ｒｍａｘは大きくなる。また、距離分解能の計算式である（７）式において分子と分母の双方が間引き数ｘを考慮した数値になっているため、間引き数ｘを変動させても、物体検出の精度の高さはほとんど変わらない。

よって、本発明の実施形態に係る物体検出装置１０によれば、障害物との位置関係に基づいてサンプリングの時間間隔に関する条件の一つである間引き数ｘを設定することにより、自車両と障害物との距離が近い場合には処理時間を優先し、自車両と障害物との距離が遠い場合には処理時間よりも最大検知距離を優先するといった機能を達成できる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において以下に述べるような種々の変形例を採用することができる。

例えば、上記実施形態の物体検出装置１０は、サンプリングの時間間隔に関する条件の一つである間引き数ｘを設定しているが、サンプリングの時間間隔に関する条件をサンプリング周波数やサンプリング周期等にしても良い。具体的には、サンプリング周波数の大きさを小さくする設定することで処理時間を短くすることができ、サンプリング周期の大きさを大きくすることで処理時間を短くすることができる。また、間引き数ｘの設定方法としては、予め０パッティング処理する際に追加する０の点の数が少なくなるように設定しても良い。追加する０の点の数を少なくすることでより精度の高い検出結果を得ることができる。

また、上記実施形態の物体検出装置１０は、障害物との位置関係を表す指標の一つであるＴＴＣに基づいて、サンプリングの時間間隔に関する条件を設定しているが、障害物との距離、障害物との相対速度、障害物の速度、障害物の大きさ、障害物の種類、自車両の速度、自車両の加速度、及び衝突の危険度等に基づいて、サンプリングの時間間隔に関する条件を設定しても良い。また、上記の指標を取得するためにナビゲーション装置や車載カメラ等を使用しても良い。

更に、上記実施形態の物体検出装置１０は車両の前部に搭載されるものとしたが、車両の側面や後部に搭載されても良く、その場合それぞれの対応する向きの障害物を検出することができる。また、上記実施形態の物体検出装置１０については障害物が車両の前方の正面に存在する場合について述べたが、自車両の距離や相対速度だけでなく、複数の受信アンテナを備えることで方位も検出することができるため、障害物が自車両の正面に位置していない場合であっても検出を行うことができる。また、上記実施形態の物体検出装置１０については、障害物が１個存在するものとしたが、ペアマッチを行うことにより、複数の障害物に対するそれぞれのピーク対を形成し、解析を行うことで複数の障害物を検出することもできる。

更に、上記実施形態の物体検出装置１０は、サンプリングの時間間隔に関する条件が可変の物体検出装置一つによって構成されていたが、主に遠距離の障害物を検出するサンプリングの時間間隔に関する条件不変の物体検出装置と、近距離〜遠距離の障害物を検出するサンプリングの時間間隔に関する条件可変の物体検出装置とを組み合わせた構成にしても良い。この物体検出装置によれば、条件不変の物体検出装置で常に遠距離の障害物が可能な上、障害物が近距離に存在する場合には条件可変の物体検出装置にて処理時間を短縮して障害物も検出することができる。また、複数の検出装置を備えているため、それらの検出結果を数値処理することでより精度の高い物体検出結果を得ることもできる。

更に、上記実施形態の物体検出装置１０において、予測位置関係は自車両と障害物との距離及び相対速度であり、実位置関係も自車両と障害物との距離及び相対速度であり、同一のパラメータであった。しかし、予測位置関係及び実位置関係は自車両及び障害物の位置関係に対応するパラメータ（例えば、角度又は加速度等）であれば必ずしも同一のパラメータである必要はない。また、上記実施形態の物体検出装置１０は、前回本ルーチンを実行したときに検出された距離及び相対速度を予測位置関係のパラメータとして検出していたが、予測位置関係は、他の物体検出装置、例えば、ステレオカメラ又は通信等から取得しても良い。

更に、上記実施形態の物体検出装置１０は、ミリ波帯の周波数変調波を使用して物体の検出を行っていたが、他の周波数体の変調波を使用しても良い。また、サンプリングデータの解析方法として高速フーリエ変換を使用したが、離散フーリエ変換等他の解析方法を使用しても良い。

ビート信号を高速フーリエ変換したときのパワースペクトルを示すグラフである。 本発明の実施形態に係る物体検出装置の概略構成を示すブロック図である。 図２に示した物体検出装置が実行するサンプリング処理ルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

１０…物体検出装置、２０…送信波処理部、２２…搬送波発生器、２４…送信波変調器、２６…ＤＡコンバータ、３０…送受信部、３２…送信アンテナ、３４…受信アンテナ、４０…ビート信号処理部、４２…ミキサ、４４…増幅器、５０…サンプリング処理部、５２…ＡＤコンバータ、５４…ＦＦＴ前処理器、６０…解析部、６２…ＦＦＴ処理器、６４…ペアマッチ処理器

Claims (2)

1. 周波数変調波を送信し障害物から反射された周波数変調波を受信する送受信手段と、
   障害物との位置関係の予測である予測位置関係を取得する予測位置関係取得手段と、
   送受信された周波数変調波を所定の時間間隔でサンプリングすることでサンプリングデータを取得するサンプリング手段と、
   サンプリングデータを解析することで障害物との実際の位置関係である実位置関係を取得する解析手段と、
   を備える物体検出装置において、
   前記サンプリング手段は、
   前記予測位置関係に基づいてサンプリングの時間間隔に関する条件を設定する設定手段を備える
   ことを特徴とする物体検出装置。
2. 請求項１に記載の物体検出装置であって、
   障害物と衝突するまでの時間の予測である予測衝突時間を取得する予測衝突時間取得手段を備え、
   前記設定手段は、
   前記予測衝突時間の大きさが小さいほど受信した周波数変調波のサンプリングの時間間隔の大きさが大きくなるようにサンプリングの時間間隔に関する条件を設定すること
   を特徴とする物体検出装置。
   
   

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