JP2009265010A - Object recognition device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、探知領域に存在する物体の形状を、超音波等を用いて認識する物体認識装置に関するものである。 The present invention relates to an object recognition apparatus that recognizes the shape of an object existing in a detection area using ultrasonic waves or the like.
超音波を用いた従来の物体探知装置は、超音波パルスを送信してからその反射波を受信するまでの時間を1対の送受信器で計測するものであった。 A conventional object detection apparatus using ultrasonic waves measures a time from when an ultrasonic pulse is transmitted to when a reflected wave is received by a pair of transceivers.
超音波パルスを送信してから反射波を受信するまでの時間を1対の送受信器で計測する従来の物体探知装置では反射物体までの距離を測定することができても、その方向は分からず、位置を特定することができない。 A conventional object detection device that measures the time from transmitting an ultrasonic pulse to receiving a reflected wave with a pair of transceivers can measure the distance to the reflecting object, but the direction is not known. , Can not locate.
また、超音波エコー診断装置などでは、アレイ状に配置された多数の受信センサからの信号を、時間差あるいは位相差を制御して加え合わせることにより特定方向に指向性(ビーム)を持たせ、このビームを走査することにより像を得ている。このような方法ではビームを走査しなければならないので、全体を走査するために時間がかかり、また全体の走査が完了するまで全容が分からず、ビームの走査から得られた情報を再構成しなければならないという問題がある。さらに、以上の処理は非常に複雑であるため低廉化しにくいという問題がある。 Also, in an ultrasonic echo diagnostic device, etc., signals from a large number of receiving sensors arranged in an array are added by controlling the time difference or phase difference to give directivity (beam) in a specific direction. An image is obtained by scanning the beam. Since this method requires scanning the beam, it takes time to scan the whole, and the whole picture is not known until the whole scan is complete, and the information obtained from the beam scan must be reconstructed. There is a problem that must be. Furthermore, since the above processing is very complicated, there is a problem that it is difficult to reduce the cost.
そこで、この発明の目的は、探知領域内に存在する物体について、ビームの形成及びその走査を行うことなく、所定の物体を認識できるようにした物体認識装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an object recognition apparatus which can recognize a predetermined object without forming a beam and scanning the object existing in the detection area.
例えば超音波を反射する物体(壁、立ち木、縁石など)に自車が衝突するか否かの判断を自車のボディ形状まで考慮に含めて高速に行えること、あるいは蝙蝠のように暗闇の中で超音波により洞窟の壁面の位置を知り衝突することなく飛行できるようにすること、等を可能とするものである。 For example, it is possible to determine whether or not the vehicle collides with an object that reflects ultrasonic waves (walls, standing trees, curbs, etc.), taking into account the body shape of the vehicle, or in darkness like a kite Thus, it is possible to know the position of the wall surface of the cave by ultrasonic waves and to fly without colliding.
前記課題を解決するために、この発明の物体認識装置はまず次のように構成する。探知用超音波の送信器と、前記送信器からの送信信号が探知領域に存在する物体により反射されて発生する反射信号を受信するアレイ状に配置された受信器と、前記受信器による受信信号またはその変換データを時系列データとして順次入力する、受信器の1個に対して1本のシフトレジスタを用意する。 In order to solve the above problems, an object recognition apparatus according to the present invention is first configured as follows. An ultrasonic transmitter for detection, a receiver arranged in an array for receiving a reflection signal generated by reflection of a transmission signal from the transmitter by an object existing in a detection region, and a reception signal by the receiver Alternatively, one shift register is prepared for one receiver that sequentially inputs the converted data as time series data.
次にこの構成の複数本のシフトレジスタの特定複数個所のすべてあるいはそのほとんどに信号が到達していることを検出するand回路を用意し、この特定複数個所をある位置に物体が存在する場合の反射波の到達時間に合わせておくと、その位置に物体が存在して超音波を反射すれば、このand回路の出力が“1”となる。自動車のボディの境界を代表する複数の位置に対してand回路を設け、そのいずれかが“1”を出力していることを検出することにより、今まさに物体が自動車のボディに衝突しようとしていることが分かる。 Next, an AND circuit for detecting that a signal has reached all or most of a plurality of specific positions of the plurality of shift registers having this configuration is prepared, and an object is present at a position of the specific positions. In accordance with the arrival time of the reflected wave, if an object exists at that position and the ultrasonic wave is reflected, the output of this and circuit becomes “1”. By providing an AND circuit for a plurality of positions representing the boundary of the automobile body and detecting that one of them outputs “1”, the object is about to collide with the automobile body. I understand that.
位置検出の分解能を上げるには、より小さい時間差を扱える必要があり、シフトレジスタの転送スピード、すなわちシフトクロックの周波数を上げなければならない。シフトクロックの周波数を上げると同じ段数では扱える全体の時間が小さくなってしまうので、検出範囲を変えないのであればシフトクロックの周波数に比例してシフトレジスタの段数も増やさなければならない。一方、検出範囲を広くするにはより大きな時間間隔を扱える必要があり、シフトレジスタの段数を増やさなければならない。従って分解能の拡大と検出範囲の拡大はともにシフトレジスタの段数の増加につながる。 In order to increase the resolution of position detection, it is necessary to handle a smaller time difference, and it is necessary to increase the transfer speed of the shift register, that is, the frequency of the shift clock. If the frequency of the shift clock is increased, the total time that can be handled is reduced with the same number of stages. Therefore, if the detection range is not changed, the number of stages of the shift register must be increased in proportion to the frequency of the shift clock. On the other hand, in order to widen the detection range, it is necessary to handle a larger time interval, and the number of shift register stages must be increased. Therefore, both the increase in resolution and the detection range lead to an increase in the number of shift register stages.
そこでシフトレジスタの転送クロックの周波数を可変にするとともに受信センサとシフトレジスタの間に段数可変のFIFOを挿入してシフトレジスタの前半部分をFIFOに肩代わりさせてシフトレジスタによるハードウェア増加を抑える仕組みを設ける。FIFOは2ポートRAMなどにより実現できるので、シフトレジスタに比べ大幅にハードウェア量を削減できる。この構成では、まず分解能が小さい状態でシフトレジスタに全体の検出範囲を担わせ、まずおおよそどの位置に反射物体が存在するかを検出する。つぎにクリティカルな(興味のある)領域に存在する物体に対して分解能を上げ、詳細情報を獲得するというように使える。 Therefore, a mechanism that makes the frequency of the transfer clock of the shift register variable and inserts a variable number of FIFOs between the receiving sensor and the shift register so that the first half of the shift register is replaced with the FIFO to suppress an increase in hardware due to the shift register. Provide. Since the FIFO can be realized by a 2-port RAM or the like, the amount of hardware can be greatly reduced compared to the shift register. In this configuration, first, the shift register bears the entire detection range in a state where the resolution is small, and first, it is detected at which position the reflecting object is present. Next, it can be used to increase the resolution and acquire detailed information for an object in a critical (interesting) area.
本発明によればビームを走査することなく、直接複数の方向からの反射波を、距離を含めて検出することができ、高速な認識が可能となる。また、簡単なアーキテクチャで規則的な構成になるためハードウェア化に適しており、低消費電力での動作が期待できる。また注意を向けた対象に対して分解能を高めて位置を検出することが可能であるなど適応的な動作が可能である。 According to the present invention, reflected waves from a plurality of directions can be detected directly including a distance without scanning the beam, and high-speed recognition is possible. In addition, since it has a simple architecture and a regular configuration, it is suitable for hardware and can be expected to operate with low power consumption. In addition, it is possible to perform an adaptive operation such as detecting a position with an increased resolution with respect to a target to which attention is directed.
図1はこの発明の実施形態に係る物体認識装置100の全体のブロック図である。図2は送信器と受信器の配置例、及び超音波が物体で反射して受信される様子を示す図である。
FIG. 1 is an overall block diagram of an
この例では、図2に示すように送信器11の周囲に受信器1a〜1hをアレイ状に配置している。図1において、バースト信号発生器12は送信タイミングでバースト信号を発生し、このバースト信号発生器12から出力されるバースト信号(電気信号)は、送信器11により超音波に変換されて探知領域内の物体に向けて放射される。受信器1a,1b,・・・1hは、物体で反射された超音波を電気信号に変換する。反射波検出回路32a,32b,・・・32hは、送信信号との相関を計算し、反射波の先頭位置を検出したときに“1”を、そうでないときは“0”という時系列データにし、これを遅延回路44a,44b,・・・44hへ出力する。物体の形状又は個数により、反射波の先頭が複数到着する場合には、その都度“1”を出力する。
In this example, as shown in FIG. 2, receivers 1 a to 1 h are arranged in an array around the
上記遅延回路44a,44b,・・・44hは、2ポートRAMなどから成るFIFO遅延回路であり、その段数とクロック信号の周波数に応じた時間だけ遅延させた後にシフトレジスタ41a,41b,・・・41hへ入力する。
The
クロック信号発生器43は、シフトレジスタ41a〜41iに対して転送クロック信号を与える。
The
受信側のシフトレジスタ41a〜41hには遅延回路44a〜44hから出力された値が入力される。送信側のシフトレジスタ41iには遅延回路44iを経由してバースト信号発生器12からの信号が入力される。すなわち、送信側のシフトレジスタ41iにはバースト信号の先頭位置で“1”が、それ以外で“0”が順次入力される。これらのシフトレジスタ41a〜41iは、転送クロック信号に同期して内容を順次シフトする。
The values output from the
制御部5は、バースト信号発生器12へバースト信号の発生タイミング信号又はその周期制御信号を与え、クロック信号発生器43へクロック信号の周波数制御信号を与え、遅延回路44a〜44iへ遅延回路の段数制御信号すなわち遅延時間制御信号を与える。また制御部5は、後述するand回路423に対して、どのand回路を有効にするかを選択する制御信号を与える。
The control unit 5 gives a burst signal generation timing signal or its cycle control signal to the
なお、バースト信号の期間が距離分解能以下であり、また十分なSN比が得られるときには、反射波検出回路32a,32b,・・・32hは省略できる。すなわち受信器1a,1b,・・・1hの出力信号を論理レベルの信号に二値化してそのまま遅延回路44a,44b,・・・44hへ与えればよい。
When the burst signal period is less than the distance resolution and a sufficient S / N ratio is obtained, the reflected
最初、制御部5は、送信側の遅延回路44iも受信側の遅延回路44a〜44hも段数0、すなわち「遅延時間=0」に設定し、クロック信号発生器43は、探索範囲からの受信信号(その変換信号)がシフトレジスタ41a〜41iにちょうど収まるような十分に低い周波数のクロック信号を供給する。このような状態で、先頭位置を表わす“1”の信号とそうでない“0”の信号を後段へ順次シフトしていく。
First, the control unit 5 sets both the
自動車のボディの境界を代表する複数の位置の一つの位置からの反射信号を受信した場合、先頭を表す“1”が、送信側のシフトレジスタ41iと受信器1a〜1hごとのシフトレジスタ41a〜41hの或る特定のレジスタ(段)に存在することになる。従ってこれらのレジスタのすべて又は殆どに“1”が存在することをand回路423で検出すると、自動車のボディの境界を代表するこの一つの位置に物体が存在することが分かる。このand回路423が、この発明に係る「反射位置特定手段」に相当する。このような回路を自動車のボディの境界を代表する他の位置に対しても用意しておき、これらのいずれかから出力があることをor回路424で検出すれば、自動車のボディに物体が接触しようとしていることが分かる。
When a reflected signal is received from one of a plurality of positions representing the boundary of the body of the automobile, “1” representing the head is a shift register 41 i on the transmission side and
上記and回路423は、シフトレジスタの転送クロック周波数に応じて複数組備えている。すなわち、シフトレジスタの転送クロック周波数は距離分解能(検知しようとする反射位置の分解能)によって切り替えられるが、その切替に合わせて、用いるand回路が選択される。
A plurality of sets of the
その後、距離分解能を上げるために、制御部5はクロック信号発生器43が発生するクロック信号の周波数を上げるとともに、そのことによって不足するシフトレジスタの段数を、遅延回路を44a〜44iで肩代わりさせるために、遅延回路44a〜44iのFIFOの段数を所定の段数に設定する。この遅延回路の段数は、バースト信号の発生から所定時間後の所定時間範囲の受信信号の変換データがシフトレジスタに展開されるように定める。このように遅延回路を用いることにより、シフトレジスタによるハードウェアの増加が抑えられ、全体のハードウェア量を大幅に削減できる。
Thereafter, in order to increase the distance resolution, the control unit 5 increases the frequency of the clock signal generated by the
また、制御部5はand回路423のうち、距離分解能に応じたand回路を選択する。
Further, the control unit 5 selects an AND circuit corresponding to the distance resolution from the AND
このようにして、まず分解能が小さい状態でシフトレジスタに全体の検出範囲を担わせ、おおよそどの位置に反射物体が存在するかを検出し、次に、そのおおよその位置を含む比較的狭い領域に対して、分解能を上げた状態で検知を行う。このように分解能を段階的に高めていくことによって、短時間のうちに反射物体の詳細情報を獲得する。この分解能制御を行う制御部5、クロック信号発生器43、及び遅延回路44がこの発明に係る「位置分解能制御手段」に相当する。
In this way, first, the shift register is responsible for the entire detection range with a low resolution, detects where the reflective object is present, and then, in a relatively narrow area including the approximate position. On the other hand, detection is performed with the resolution increased. In this way, by increasing the resolution stepwise, detailed information of the reflecting object is acquired in a short time. The control unit 5, the
上記and回路423として、自動車のボディの境界を代表する位置に対応するシフトレジスタの段の出力のみを入力するand回路を設けるのではなく、シフトレジスタのすべての段の出力信号を入力するとともに、どの段の出力信号を有効にするかを「検出有効化入力ビット」で決定するように構成してもよい。すなわち、自動車のボディの境界を代表する位置に対応する段からの出力信号に対して上記「検出有効化入力ビット」を“1”にする。このことにより、すべてのand回路はハードウェアとしては同じ構成になり、回路が単純化され高速動作が可能となる。
The AND
なお、以上に示した各実施形態では、超音波信号を探知用信号としたが、同様にして光波や電波を探知用信号としてもよい。 In each of the embodiments described above, the ultrasonic signal is used as the detection signal, but light waves and radio waves may be used as the detection signal in the same manner.
また、探知用送信信号が探知領域に存在する物体で反射することによる反射信号を受信する場合に限らず、探知領域に存在する物体が音波・光波・電波等をパッシブに放射するような場合にこの発明を適用してもよい。すなわち、物体の測距が不要である場合には、探知領域に存在する物体が放射する信号を直接受信して、その受信信号を検出データとすればよい。 In addition, not only when the detection transmission signal receives a reflection signal due to reflection by an object existing in the detection area, but also when an object existing in the detection area passively radiates sound waves, light waves, radio waves, etc. You may apply this invention. That is, when distance measurement of an object is unnecessary, a signal emitted from an object existing in the detection area may be directly received and the received signal may be used as detection data.
1a,1b・・・1h…受信器
11…送信器
12…バースト信号発生器
32a,32b・・・32h…反射波検出回路
41a,41b・・・41h,41i…シフトレジスタ
43…クロック信号発生器
44a,44b・・・44h,44i…遅延回路
100…物体認識装置
421…比較回路
422…参照データ記憶部
423…and回路
424…or回路
1a, 1b ... 1h ...
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008117094A JP2009265010A (en) | 2008-04-28 | 2008-04-28 | Object recognition device |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09243748A (en) * | 1996-03-06 | 1997-09-19 | Nikon Corp | Range finding device |
JPH1026665A (en) * | 1996-07-11 | 1998-01-27 | Furuno Electric Co Ltd | Distance meter |
-
2008
- 2008-04-28 JP JP2008117094A patent/JP2009265010A/en active Pending
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JPH09243748A (en) * | 1996-03-06 | 1997-09-19 | Nikon Corp | Range finding device |
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