JP2010210500A - 侵入検知装置および侵入検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誤警報を防止し、簡単な構成で、侵入行為を検知することができるようにする。
【解決手段】侵入検知装置１は、自動車の車内への侵入を検知する装置である。電波センサ１１は、物体に対して送信した信号と、その信号が物体に反射して返ってきた信号から得られるドップラ信号を出力信号として出力する。分散算出部２３は、出力信号が２値化された２値化信号から生成された出力信号の周波数のヒストグラムに基づいて、出力信号の所定期間の周波数の分散値を算出する。振幅値抽出部２５は、出力信号の振幅値の所定期間における最大値を抽出する。侵入判定部２６は、出力信号の所定期間における周波数の分散値および最大値のそれぞれを、対応する閾値と比較することにより、車内への侵入の有無を判定する。本発明は、例えば、自動車に搭載される車載装置に適用できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、侵入検知装置および侵入検知方法に関し、特に、誤警報を防止し、簡単な構成で、侵入行為を検知することができるようにする侵入検知装置および侵入検知方法に関する。

自動車には、自動車そのものの盗難や、車内の装備の盗難等を防止するため、不審者の侵入を検出するセキュリティシステムを備えるものがある。

セキュリティシステムの車内への不審者の侵入を検出するセンサには、例えば、電波式の検出センサ（以下、単に、電波センサと称する）が用いられる。電波センサは、所定の周波数の信号（電波）を送信し、その信号が所定の物体に反射して返ってくる信号を受信して、受信した信号（受信信号）と送信した信号（送信信号）の周波数の差から物体を検出する、ドップラ効果を利用したセンサである。

電波センサでは、人の侵入行為とは関係のない、ボールがぶつかる等の衝撃に対しても人の侵入と同様に反応し、誤警報を出力してしまうという問題がある。この誤警報を防止する手法として、電波センサの出力信号の大きさが所定の閾値以上で、かつ、その信号が一定時間継続した場合にのみ、人の侵入行為と判断することにより、ボールの衝撃等と侵入行為とを判別する方法が、例えば、特許文献１で提案されている。

しかしながら、特許文献１で提案されている方法は、所定の閾値以上の出力信号が一定時間継続したことを検出する包絡線検波回路を用いているため、その包絡線検波回路の分だけ、製造コストが大きくなってしまう。

また、妨害波等の外乱要素による誤警報を防止するため、電波センサの出力信号の周波数の分散情報に着目し、分散値が所定の値以上となったときに、人の侵入行為と判断する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特公平７−５０６２号公報 特開２００４−１８１９８２号公報

しかしながら、電波は、自動車の窓を通して車外へも漏洩し、電波センサは、車外の物体に反射した信号も受信するため、特許文献２で提案されている方法では、自動車の周辺を移動する人の動きまで検知してしまい、それによる誤警報が発生してしまう。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、誤警報を防止し、簡単な構成で、侵入行為を検知することができるようにするものである。

本発明の侵入検知装置は、自動車の車内への侵入を検知する侵入検知装置であって、物体に対して送信した信号と、その信号が前記物体に反射して返ってきた信号から得られるドップラ信号を出力信号として出力する検出センサと、前記出力信号の所定期間の周波数の分散値を算出する分散算出手段と、前記出力信号の前記所定期間の振幅値を抽出する振幅値抽出手段と、前記出力信号の前記所定期間の周波数の分散値および振幅値のそれぞれを、対応する閾値と比較することにより、前記車内への侵入の有無を判定する判定手段とを備える。

本発明の侵入検知装置においては、物体に対して送信した信号と、その信号が物体に反射して返ってきた信号から得られるドップラ信号が出力信号として出力され、出力信号の所定期間の周波数の分散値が算出され、出力信号の所定期間の振幅値が抽出され、出力信号の所定期間の周波数の分散値および振幅値のそれぞれが対応する閾値と比較されることにより、車内への侵入の有無が判定される。

これにより、誤警報を防止し、簡単な構成で、侵入行為を検知することができる。

前記検出センサは、例えば、電波センサまたは超音波センサにより構成され、前記分散算出手段は、例えば、分散算出部により構成され、前記振幅値抽出手段は、例えば、振幅値抽出部により構成され、前記判定手段は、例えば、侵入判定部により構成される。この分散算出部、振幅値抽出部、および侵入判定部は、例えば、CPU,ROM,RAM,ASICなどにより構成される。

前記分散算出手段には、前記出力信号を２値化した２値化信号の１周期時間を前記所定期間内で計測させ、計測された１周期時間それぞれを周波数に変換させて生成された周波数のヒストグラムに基づいて、前記出力信号の所定期間の周波数の分散値を算出させることができる。これにより、出力信号の周波数の解析を、より簡単に行うことができる。

前記判定手段には、前記出力信号の前記所定期間の周波数の分散値が第１の閾値を超えており、かつ、前記出力信号の前記所定期間の振幅値が第２の閾値を超えている場合に、前記車内への侵入が有ると判定させることができる。これにより、誤警報を防止し、簡単な構成で、侵入行為を検知することができる。

前記判定手段には、前記出力信号の前記所定期間の周波数の分散値が前記第１の閾値を超えていない場合に、瞬間的な振動を検知したと判定させることができる。これにより、侵入行為を検知する場合の誤警報を防止することができる。

前記判定手段には、前記出力信号の前記所定期間の振幅値が前記第２の閾値を超えていない場合に、車外での人の動きを検知したと判定させることができる。これにより、侵入行為を検知する場合の誤警報を防止することができる。

本発明の侵入検知方法は、物体に対して送信した信号と、その信号が前記物体に反射して返ってきた信号から得られるドップラ信号を出力信号として出力する検出センサを用いて、自動車の車内への侵入を検知する侵入検知装置の侵入検知方法であって、前記出力信号の所定期間の周波数の分散値を算出し、前記出力信号の前記所定期間の振幅値を抽出し、前記出力信号の前記所定期間の周波数の分散値および振幅値のそれぞれを、対応する閾値と比較することにより、前記車内への侵入の有無を判定する。

本発明の侵入検知方法においては、物体に対して送信した信号と、その信号が物体に反射して返ってきた信号から得られるドップラ信号である出力信号の所定期間の周波数の分散値が算出され、出力信号の所定期間の振幅値が抽出され、出力信号の所定期間の周波数の分散値および振幅値のそれぞれが対応する閾値と比較されることにより、車内への侵入の有無が判定される。

これにより、誤警報を防止し、簡単な構成で、侵入行為を検知することができる。

この侵入検知方法は、例えば、分散算出部が、物体に対して送信した信号と、その信号が物体に反射して返ってきた信号から得られるドップラ信号である出力信号の所定期間の周波数の分散値を算出し、振幅値抽出部が、出力信号の所定期間の振幅値を抽出し、侵入判定部が、出力信号の所定期間の周波数の分散値および振幅値のそれぞれを、対応する閾値と比較することにより、車内への侵入の有無を判定するステップにより構成される。この分散算出部、振幅値抽出部、および侵入判定部は、例えば、CPU,ROM,RAM,ASICなどにより構成される。

本発明によれば、誤警報を防止し、簡単な構成で、侵入行為を検知することができるようにする。

本発明を適用した侵入検知装置による侵入検知処理の概念について説明する図である。 本発明を適用した侵入検知装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 ヒストグラムの生成方法について説明する図である。 侵入検知装置の量子化部と振幅値抽出部の処理を説明する図である。 侵入検知処理を説明するフローチャートである。

最初に、図１を参照して、本発明を適用した侵入検知装置による侵入検知処理の概念について説明する。

本発明の侵入検知装置１（図２）は、自動車に搭載され、車内への不審者の侵入を検知した場合に警報信号を出力する装置である。

侵入検知装置１には、［背景技術］で説明したように、人の侵入行為とは関係のない、ボールがぶつかる等の衝撃に対しては、警報信号を出力しないことが必要とされる。また、自動車の周辺を移動する人の動きに対して、警報信号を出力しないことも必要である。

図１上段に示される３つのグラフは、人の侵入と判断すべき「車内の人の動き」と、人の侵入と判断すべきではない「ボールの衝撃」および「車外の人の動き」があった場合に、電波センサが出力する出力信号（出力電圧）を時系列に示した波形である。各グラフの横軸は、時間［ｓ］を表し、縦軸は出力信号の電圧［V］を表す。なお、図１では、４秒間の出力信号が示されている。

また、図１下段に示される３つのグラフは、上段の対応する出力信号の周波数の分布を表すヒストグラムである。各グラフの横軸は、周波数［Hz］を表し、縦軸は度数［回］を表す。なお、正常時（物体未検出時）の出力信号は度数としてカウントせず、一定レベル以上の出力信号のみに対してヒストグラムが生成されている。

図１に示される６つのグラフを比較すると、次のようなことが言える。

ボールが衝突したときには、車体の振動が短時間（１００乃至２００msec程度）であるため、出力信号の電圧の振れは、短時間で収束する。従って、ボールが衝突したときに生成されるヒストグラムの度数の合計は、他と比較して極端に少ない。また、観測される周波数は所定の周波数に集中しており、周波数の分散値は小さくなっている。

これに対して、車内の人の動きを検出したときには、人の侵入行為は１秒以上の時間がかかるため、出力信号の電圧が振れる時間は長く、また、人の身体と複雑に反射するため、電圧の振れもさまざまとなる。そのため、車内の人の動きを検出したときには、周波数の分散値は大きくなっている。この周波数の分散値の傾向については、車外の人の動きについても同様のことが言える。

実験では、人の動きを検出した場合の周波数の分散値は、３０乃至１５０［Hz］程度であり、ボールの衝撃のような瞬間的な振動の周波数の分散値は、０乃至１０［Hz］程度であった。

以上より、人の動きを検出した場合の周波数の分散値と、ボールの衝撃のような瞬間的な振動の周波数の分散値とを切り分ける閾値TH１（図示せず）を設定することができる。そして、出力信号の周波数の分散値が閾値TH１を超えているかを判定することにより、「人の動き」と、「ボールの衝撃」とを判別することができる。

次に、「車内の人の動き」と「車外の人の動き」とを比較すると、どちらも人の動きであるので、出力信号の電圧が振れる時間は長く、周波数の分散値も大きくなる。従って、分散値の大小で、「車内の人の動き」と「車外の人の動き」とを判別することは困難である。

そこで、出力信号の振幅に着目する。出力信号の振幅は検出対象から電波センサまでの距離に依存するため、検出対象としての人までの距離が長い（遠い位置にいる）「車外の人の動き」の方が、「車内の人の動き」より、振幅は小さくなる。

従って、「車外の人の動き」と「車内の人の動き」とを切り分ける閾値TH２を設定することができる。そして、出力信号の振幅が閾値TH２を超えているか否かにより、「車内の人の動き」と、「車外の人の動き」とを判別することができる。例えば、図１の出力信号に対する閾値TH２の例が、図１において点線で示されている。

なお、出力信号の振幅（出力電圧）は、電波センサの特性、感度設定により変わってくるため、閾値TH２は、電波センサごとに適切な値を設定することが必要である。

以上のように、本発明の侵入検知装置１（図２）は、電波センサから得られた出力信号の周波数の分散値が所定の閾値TH１を超えているか否かにより、「人の動き」と、「ボールの衝撃」とを判別し、出力信号の振幅が所定の閾値TH２を超えているか否かにより、「車内の人の動き」と、「車外の人の動き」とを判別する。

図２は、本発明を適用した侵入検知装置の一実施の形態の構成例を示している。

図２の侵入検知装置１は、電波センサ１１と信号処理回路１２とから構成される。また、信号処理回路１２は、２値化部２１、ヒストグラム生成部２２、分散算出部２３、量子化部２４、振幅値抽出部２５、侵入判定部２６、および閾値記憶部２７により構成される。

この信号処理回路１２は、例えば、CPU（Central Processing Unit），ROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory）やASIC (Application Specific Integrated Circuit)などで構成することができる。

電波センサ１１は、所定の周波数の信号（電波）を送信し、送信した信号が所定の物体に反射して返ってくる信号を受信する。そして、電波センサ１１は、受信した信号（受信信号）と送信した信号（送信信号）の周波数の差から、物体を検出するドップラ信号を出力する。出力信号としてのドップラ信号は、信号処理回路１２の２値化部２１と量子化部２４に供給される。

電波センサ１１は、例えば、送信信号および受信信号としての電波を送受信するアンテナ、送信信号となる所定の周波数の信号を生成する発振回路、アンテナが受信した受信信号と送信信号とを乗算する乗算回路、乗算後の信号をローパス（Low Pass）処理するローパスフィルタ、ローパス処理して得られるドップラ信号を増幅して出力するアンプ等により構成される。

なお、電波センサ１１に代えて、超音波を送受信する超音波センサを採用してもよい。

２値化部２１は、電波センサ１１から出力される出力信号を２値化する。２値化部２１は、出力信号を所定の閾値電圧と比較するコンパレータで構成することができる。２値化された信号（２値化信号）は、ヒストグラム生成部２２に供給される。

ヒストグラム生成部２２は、２値化部２１から供給される２値化信号を用いて、所定期間の出力信号の周波数成分を抽出し、周波数のヒストグラムを生成する。ここで、出力信号の周波数成分を抽出する期間は、予め決められており、例えば、図１の例と同じ直近の４秒間とする。

図３を参照して、ヒストグラム生成部２２によるヒストグラムの生成方法について説明する。

図３最上段の出力信号に対して、２値化部２１が２値化して得られる２値化信号が、図３の上から２段目の信号である。この２値化信号が、ヒストグラム生成部２２に供給される。

ヒストグラム生成部２２は、例えば、２値化信号の立下がりエッジを検出し、立下がりエッジの時間間隔を計測する。ここで計測された各時間間隔が１周期の時間（１周期時間）に相当する。図３では、１周期時間として、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・・が計測されている。

そして、ヒストグラム生成部２２は、計測された１周期時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・のそれぞれを周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，・・・に変換する。ヒストグラム生成部２２は、変換されて得られた各周波数を、予め設定した周波数の区分に振り分け、区分ごとの度数（頻度）を求める。以上のようにして、ヒストグラム生成部２２は、２値化部２１から供給される２値化信号から、出力信号の周波数のヒストグラムを生成することができる。

このように、２値化信号から、出力信号の周波数のヒストグラムを生成することで、出力信号の周波数の解析をより簡単に行うことができる。

なお、立下りエッジではなく、立ち上がりエッジが検出される時間間隔を求めることにより、周波数を求めるようにしてもよい。

図２に戻り、分散算出部２３は、ヒストグラム生成部２２により生成された出力信号の周波数のヒストグラムに基づいて、周波数の分散値を算出し、侵入判定部２６に供給する。

一方、量子化部２４は、電波センサ１１から出力される出力信号を、所定のビット数のデジタル値にA/D変換し、振幅値抽出部２５に供給する。A/D変換後のデジタル値は、出力信号の振幅値に対応する。

振幅値抽出部２５は、量子化部２４から供給される振幅値を、ヒストグラム生成部２２がヒストグラムを生成する期間と同一の期間（本実施の形態では４秒間）だけ保持する。そして、振幅値抽出部２５は、保持されている所定期間中の複数の振幅値のなかから最大値を抽出し、抽出された最大値を侵入判定部２６に供給する。

図４は、量子化部２４と振幅値抽出部２５の処理を示している。

電波センサ１１から出力される出力信号が、一定周期でサンプリングされ、デジタルの振幅値に変換される。そして、直近の４秒間の振幅値の最大値が振幅値抽出部２５で抽出され、侵入判定部２６に供給される。抽出される最大値は、図４において点線の丸で囲まれている部分（ピーク値）に相当する。

以上により、直近の所定期間の同一の出力信号における、周波数のヒストグラムと振幅値の最大値とが求められ、図２の侵入判定部２６に供給される。

侵入判定部２６は、閾値記憶部２７に記憶されている閾値TH１および閾値TH２を用いて、電波センサ１１から出力された出力信号が、「車内の人の動き」を検出したものであるか否かを判定する。

具体的には、侵入判定部２６は、分散算出部２３から供給される周波数の分散値が閾値TH１を超えているかを判定することにより、「人の動き」と「ボールの衝撃」とを判別し、振幅値抽出部２５から供給される振幅値の最大値が閾値TH２を超えているかを判定することにより、「車内の人の動き」と「車外の人の動き」とを判別する。そして、侵入判定部２６は、「車内の人の動き」であると判別した場合、「車内の人の動き」を検出したとして、警報信号を出力する。警報信号は、例えば、自動車の制御ユニット（Electronic Control Unit）に供給される。

図５のフローチャートを参照して、侵入検知処理について説明する。例えば、この処理は、運転者が、侵入検知装置１が搭載されている自動車のドアをロックして自動車から一定距離以上離れたとき、開始することができる。なお、電波センサ１１による電波の送受信は、この処理が開始したときから、運転者が自動車に戻るまで継続して行われているものとする。

初めに、ステップＳ１において、２値化部２１は、電波センサ１１から出力される出力信号を２値化する。

ステップＳ２において、ヒストグラム生成部２２は、２値化信号の立下がりエッジを検出することにより、２値化信号の１周期時間を順次計測する。

ステップＳ３において、ヒストグラム生成部２２は、計測された１周期時間それぞれを周波数に変換する。

ステップＳ４において、ヒストグラム生成部２２は、直近の４秒間の出力信号についての、周波数のヒストグラムを生成する。

ステップＳ５において、量子化部２４は、電波センサ１１から出力される出力信号を、所定のビット数のデジタル値にA/D変換する。

ステップＳ６において、振幅値抽出部２５は、直近の４秒間の出力信号をA/D変換して得られた振幅値のなかから最大値を抽出し、侵入判定部２６に供給する。

なお、上述したステップＳ１乃至Ｓ４の処理と、ステップＳ５およびＳ６の処理は、並行して実行することができる。

ステップＳ７において、侵入判定部２６は、分散算出部２３から供給された周波数の分散値が閾値TH１を超えているかを判定する。ステップＳ７で、周波数の分散値が閾値TH１を超えていないと判定された場合、処理は終了する。この場合は、「車内の人の動き」ではない、例えば、上述した「ボールの衝撃」のようなものを検出したと考えられる。

一方、ステップＳ７で、周波数の分散値が閾値TH１を超えていると判定された場合、処理はステップＳ８に進み、侵入判定部２６は、振幅値抽出部２５から供給された振幅値、即ち、出力信号の最大値が閾値TH２を超えているかを判定する。

ステップＳ８で、出力信号の最大値が閾値TH２を超えていないと判定された場合、処理は終了する。この場合は、「車内の人の動き」ではない、例えば、通行人の通過など「車外の人の動き」を検出したと考えられる。

一方、ステップＳ８で、出力信号の最大値が閾値TH２を超えていると判定された場合、処理はステップＳ９に進む。ステップＳ９では、侵入判定部２６は、「車内の人の動き」を検出したとして、警報信号を出力して、処理を終了する。

図５の侵入検知処理は、運転者が自動車に戻るまで、継続的に実行することができる。

以上のように、侵入検知装置１の侵入検知処理によれば、第１の判定として、電波センサ１１から得られた出力信号の周波数の分散値が閾値TH１を超えているかを判定することにより、「人の動き」と「ボールの衝撃」とを判別し、第２の判定として、電波センサ１１から得られた出力信号の最大値が閾値TH２を超えているかを判定することにより、「車内の人の動き」と「車外の人の動き」とを判別する。そして、最終的に「車内の人の動き」が検出されたと判定された場合、警報信号が出力される。

この侵入検知装置１では、特許文献１で提案されている技術のように包絡線検波回路を用いなくてもよいため、簡単な回路構成で、侵入行為を検知することができる。

また、「ボールの衝撃」および「車外の人の動き」を「車内の人の動き」から除外することができるので、誤警報も防止することができる。

従って、侵入検知装置１によれば、誤警報を防止し、簡単な構成で、侵入行為を検知することができる。

なお、上述した実施の形態では、振幅値抽出部２５が、量子化部２４から供給される振幅値を一定期間保持し、その保持されている振幅値のなかから最大値を抽出し、侵入判定部２６に供給するようにしたが、本実施の形態の変形例として、振幅値抽出部２５には、量子化部２４から供給された振幅値のすべてを侵入判定部２６に供給させるようにすることができる。この場合、侵入判定部２６は、振幅値抽出部２５から供給された振幅値のすべてについて閾値TH２と比較する。これにより、最大値に限らず、所定のレベル以上の振幅値であれば、車内の人の動きであると判定することができる。

また、侵入検知装置１は、車内への人の侵入を最終的に検知すればよいので、「車内の人の動き」と判定された場合にのみ、所定の信号（警報信号）が出力されるようにしたが、上述したように、「ボールの衝撃」と「車外の人の動き」とを区別することもできるので、例えば、「車外の人の動き」が検出された場合に、自動車の所有者（運転者）が近づいてきたことを想定して、そのことを表す信号を出力するようにしてもよい。これにより、例えば、「車外の人の動き」を検出した出力信号を、ドアの開錠等を行うウェルカム動作を行わせるか判定するための認証処理のトリガ信号とすることができる。

なお、上述した例では、「人の動き」以外の検出動作の例として「ボールの衝撃」が検出された例について説明したが、上述した侵入検知処理が、「ボールの衝撃」以外の動作も検出可能であることは言うまでもない。

本明細書において、フローチャートに記述されたステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ 侵入検知装置
１１ 電波センサ
１２ 信号処理回路
２１ ２値化部
２２ ヒストグラム生成部
２３ 分散算出部
２４ 量子化部
２５ 振幅値抽出部
２６ 侵入判定部
２７ 閾値記憶部

Claims (6)

1. 自動車の車内への侵入を検知する侵入検知装置であって、
   物体に対して送信した信号と、その信号が前記物体に反射して返ってきた信号から得られるドップラ信号を出力信号として出力する検出センサと、
   前記出力信号の所定期間の周波数の分散値を算出する分散算出手段と、
   前記出力信号の前記所定期間の振幅値を抽出する振幅値抽出手段と、
   前記出力信号の前記所定期間の周波数の分散値および振幅値のそれぞれを、対応する閾値と比較することにより、前記車内への侵入の有無を判定する判定手段と
   を備える侵入検知装置。
2. 前記分散算出手段は、前記出力信号を２値化した２値化信号の１周期時間を前記所定期間内で計測し、計測された１周期時間それぞれを周波数に変換して生成された周波数のヒストグラムに基づいて、前記出力信号の所定期間の周波数の分散値を算出する
   請求項１に記載の侵入検知装置。
3. 前記判定手段は、前記出力信号の前記所定期間の周波数の分散値が第１の閾値を超えており、かつ、前記出力信号の前記所定期間の振幅値が第２の閾値を超えている場合に、前記車内への侵入が有ると判定する
   請求項２に記載の侵入検知装置。
4. 前記判定手段は、前記出力信号の前記所定期間の周波数の分散値が前記第１の閾値を超えていない場合に、瞬間的な振動を検知したと判定する
   請求項３に記載の侵入検知装置。
5. 前記判定手段は、前記出力信号の前記所定期間の振幅値が前記第２の閾値を超えていない場合に、車外での人の動きを検知したと判定する
   請求項４に記載の侵入検知装置。
6. 物体に対して送信した信号と、その信号が前記物体に反射して返ってきた信号から得られるドップラ信号を出力信号として出力する検出センサを用いて、自動車の車内への侵入を検知する侵入検知装置の侵入検知方法であって、
   前記出力信号の所定期間の周波数の分散値を算出し、
   前記出力信号の前記所定期間の振幅値を抽出し、
   前記出力信号の前記所定期間の周波数の分散値および振幅値のそれぞれを、対応する閾値と比較することにより、前記車内への侵入の有無を判定する
   侵入検知方法。

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