JP2015190777A - 歩行者検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被観測物が歩行者であるか否かを精度よく判定すること。【解決手段】装置前方の被観測物に対して電磁波を照射して反射波から被観測物が歩行者であることを検出する歩行者検出装置である。電磁波を照射する照射装置と、被観測物からの反射波を受信する受信装置とを有するレーダ装置を有している。受信装置による受信信号から被観測物における反射箇所までの距離を求める距離分布測定手段と、距離分布測定手段により求められた距離分布の時間特性において、距離が時間に対して周期的に変化する少なくとも一つの反射箇所を有する被観測物を歩行者と判定する判定手段とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の周囲における歩行者の存在を検出する歩行者検出装置に関する。

目標物を検知する装置として、レーダ装置が知られている。レーダ装置は、電波を目標物に対して照射し、目標物によって反射された反射波を受信して目標物までの距離、速度、方位を検出する装置である。距離、速度を測定する方式として、ＦＭ−ＣＷ方式、多周波ＣＷ方式、パルス方式などが知られている。また、方位測定の方式として、デジタルビームフォーミング方式や位相モノパルス方式などが知られている。近年、自動車などにもレーダ装置が搭載され、車両間隔の制御や衝突回避などに利用されている。

特許文献１には、レーダによる反射波を受信して対象物の有無と対象物の座標を特定し、赤外線カメラで撮像した画像上において、その特定された座標周辺の画像を処理して人か否かを判定する方法が開示されている。そして、人である場合には、その人の絶対移動ベクトルを求め、そのベクトルと自車の進行ベクトルとが直交する時に、自車の前方を横断する歩行者が存在すると判定して運転者に警報するようにしている。

特許文献２には、カメラにより撮像された画像からパターンマッチングにより対象物が人であるか否かを判定して、人である場合には、レーダによる距離分解能、速度分解能、角度分解能、送信電力、受信ゲイン、送信アンテナの種類などを切り換えるようにしている。すなわち、人の場合にはレーダによる反射率が低いために検出精度が悪いが、人が検出された場合には検出精度を向上させるように装置の特性を切り換えるようにしている。

特許文献３には、レーダを用いて、受信波の強度、強度の時間変動率、強度の偏差などと、閾値とを比較して、人か、人以外の車、電柱などを判別する方法が記載されている。この方法は、反射物体が人の場合には、反射率は低く、反射波の強度の時間変動が大きく、強度分布がブロードになるという特性を用いて、人を判別する方法である。

特開２００９−２９５１８４ 特開２０１３−５７５８４ 特開２０１２−２２９９４８

特許文献１、２の判定方法では、カメラによって撮像された画像において、パターンマッチングを用いて人を判別する方法である。また、特許文献３の方法は、レーダの受信波の強度、強度の時間変動、強度分布などを用いて、人か否かを判別する方法である。ところが、画像によるパターンマッチングや、レーダによる反射波の強度に基づく判定には、精度に限界があり、より正確な人、特に、歩行者の判別が期待されている。

そこで、本発明は、被観測物が歩行者であるか否かを精度よく判定することが可能なレーダ装置を実現することを目的とする。

本発明は、装置前方の被観測物に対して電磁波を照射して反射波から被観測物が歩行者であることを検出する歩行者検出装置において、電磁波を照射する照射装置と被観測物からの反射波を受信する受信装置とを有するレーダ装置と、受信装置による受信信号から被観測物における反射箇所までの距離を求める距離分布測定手段と、距離分布測定手段により求められた距離分布の時間特性において、距離が時間に対して周期的に変化する少なくとも一つの反射箇所を有する被観測物を歩行者と判定する判定手段とを有することを特徴とする歩行者検出装置である。

本発明において、距離の測定には、周波数、位相、時間などが用いられ、レーダ装置の測距方式に依存する。たとえば、ＦＭ−ＣＷ方式においては周波数、多周波ＣＷ方式においては位相、パルス方式においては時間が、距離の測定に用いられる。レーダの変調方式は、ＦＭ−ＣＷ方式、多周波ＣＷ方式、パルス方式など、距離が測定される限り任意である。

本発明は、歩行者にレーダを照射して反射波から歩行者までの距離分布の時間特性において、距離が周期的に変化する少なくとも一つの反射箇所が存在する場合に被観測物を歩行者と判定することが特徴である。歩行者は歩行周期に同期して腰を含む腰より上の部分（上半身）が進行方向に対して歩行者の左右に揺れる。距離の周期性が測定される限り、反射箇所は、一箇所でも、２箇所以上であっても良い。特に、頭部、肩部、腕の任意部の少なくとも一箇所は、歩行に伴って大きく固有に触れる。また、頭部と肩部や、頭部と腕の任意部や、頭部と腰と脇の間の任意部の組み合わせ部分は、歩行に伴って大きく固有に触れる。この現象を検出すれば、歩行者を検出することができる。

したがって、レーダ装置は、人物の腰より高い領域（頭部を含み、腰以高の上半身）内の一部領域を少なくとも含む特定領域からの反射波を検出する装置とすることが望ましい。特定領域は、人物の腰を含み腰より高い領域全体を含んでいても良いし、その内の一部領域、例えば、肩から頭部までの間の領域を含む領域や、腰を含む領域であっても良い。特定領域は、人物の頭部である第１特定部と、肩部、腕の任意部、及び、腰と脇との間の任意部のうちの少なくとも一つの部分である第２特定部とを含むことが望ましい。特定領域をこのように選択することで、精度良く、歩行者であることを判定できる。第１特定部と第２特定部とを区別して検出するためには、レーダ及び距離分布測定手段は、電磁波の変調及び復調において、第１特定部と第２特定部との距離の差を弁別できる分解能とする必要がある。

上記発明において、装置前方の画像を撮像する撮像装置と、撮像装置により得られた画像から人物を検出する人物検出手段と、人物検出手段により検出された人物の腰を含む腰より高い領域内の一部領域を少なくとも含む特定領域の方向を決定する方向決定手段と、方向決定手段により決定された方向に基づいて、特定領域からの反射波が得られるようにレーダ装置を制御する制御装置とを、さらに、設けることが望ましい。

この場合には、画像からパターンマッチングにより人物を判別したり、人物とされる高さ、幅を有する部分を画像から抽出するなどの方法により、人物を判別できる。なお、歩行者か否かは、レーダにより精密に判定するので、画像による人物判別は人物と思われるものを広く判別することが望ましい。そして、判別した人物の存在する方向を決定し、レーダの照射方向や反射波の検出方向をその方向に一致させる。これにより、人物に対する距離分布の時間特性をより確実に得ることができる。

方向は、水平面内の方位角、水平面に対する仰角の一方、又は、両方を含む。レーダ装置は、照射装置の電磁波ビームを機械的に又は位相制御により走査して、広指向性の受信装置で反射波を受信するようにしても良い。また、照射装置の照射は広指向性として、受信装置において反射波を受信する指向性を機械的に又は位相制御により走査しても良い。さらに、照射装置も受信装置も共に指向性を走査するようにしても良い。また、照射装置は仰角の指向性だけを走査して、受信装置は方位角の指向性を走査するようにしても良い。逆に、照射装置は方位角の指向性だけを走査して、受信装置は仰角の指向性を走査するようにしても良い。

また、撮像装置を設ける場合には、人物検出手段は、検出された人物の歩行周期を検出し、判定手段は、距離分布から検出された距離の変動周期と、人物検出手段の検出した歩行周期とが、一致した場合に、被観測物を歩行者と判定するようにしても良い。人物検出手段により検出すべき歩行周期は、両脚部の中心線を検出して、その動作を追跡することで、求めることができる。また、人物の身長と歩行速度とを検出し、身長と歩行速度から歩行周期を求めることができる。これにより、レーダ装置による歩行者の判別精度をより向上させることができる。

本発明の歩行者検出装置は、被観測物における反射箇所までの距離分布の時間特性において、距離が周期的に変化する少なくとも一つの反射箇所を有する被観測物を歩行者と判定することを特徴としている。本発明は、人は、歩行時に、歩行方向に対して左右に揺れるので、この歩行特性によりレーダによる距離分布が時間に対して周期的に変化することを検出すれば、歩行者を判別できるとの発見に基づくものである。このような観点から歩行者を判別することは、従来には存在しない。

本発明の具体的な実施例１に係る歩行者検出装置の全体の構成図。 実施例１の歩行者検出装置のレーダ装置の構成図。 実施例１の歩行者検出装置における送信信号の周波数の時間特性。 実施例１の歩行者検出装置の処理装置の構成図。 実施例１の歩行者検出装置の処理装置で使用される身長と移動速度と歩行周期との関係記録したメモリーテーブル。 実施例１の歩行者検出装置の処理装置で使用される身長と腰の高さとの関係を記録したメモリーテーブル。 実施例１の歩行者検出装置におけるビート信号の周波数スペクトル。 実施例１の歩行者検出装置で得られる距離の時間変化特性。 実施例２の歩行者検出装置における送信信号の変調方式を示す周波数の時間変化特性。 実施例２の歩行者検出装置におけるビート信号の周波数スペクトル。 実施例３の歩行者検出装置の構成図。 実施例３の送信信号の波形図。

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１の歩行者検出装置１の全体の構成を示した図である。実施例１の歩行者検出装置１は、レーダ装置１０と、カメラ（撮像装置）３０と、処理装置４０とを有している。カメラ３０は２台用いており、被観測物の空間座標が決定できるステレオカメラとしている。また、２台のカメラは、視差が正確に得られるようにカメラパラメータは、調整されている。レーダ装置１０とカメラ３０とは、歩行者検出装置１の前方の同一方向を向き、被観測者を捉えることができる。レーダ装置１０は、距離・速度の測定にＦＭ−ＣＷ方式を用いている。図２に示すように、レーダ装置１０の照射装置は、発振器１０と、方向性結合器１１と、分配器１２、ｎ個の位相変調器１３−１…１３−ｎ、ｎ本の送信アンテナ１４−１…１４−ｎとを有している。また、レーダ装置１０の受信装置は、ｋ本の受信アンテナ２０−１…２０−ｋ、スイッチ２１、ミキサ２２、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２３、ＡＤ変換器２４を有する。距離分布測定手段、判定手段、人物検出手段、方向決定手段、制御装置は、処理装置４０で構成されている。処理装置４０はコンピュータシステムで構成されている。

以下、歩行者検出装置１の各構成について説明するとともに、その動作について説明する。まず、レーダ装置について説明する。
発振器１０は、図３のように周波数変調された送信信号を発振する。その送信信号の周波数特性は、具体的には、周期２Ｔ、周波数変位幅ΔＦ、中心周波数ｆ₀ とする三角波であり、０〜Ｔの区間では周波数が時間に対して線形にΔＦだけ増加し、Ｔ〜２Ｔの区間では周波数が時間に対して線形にΔＦだけ減少する。発振器１０は、方向性結合器１１の入力ポートに接続されている。なお、送信信号の周波数特性は０〜Ｔの区間において周波数が時間に対して線形にΔＦ増加あるいは減少するの鋸歯状波であってもよい。

発振器１０からの送信信号は、方向性結合器１１に入力される。方向性結合器１１の出力ポートは分配器１２に接続され、結合ポートはミキサ２２に接続されている。分配器１２は、方向性結合器１１の出力する送信信号を送信アンテナの数のｎ本の信号に分配し、分配された各送信信号はそれぞれの位相変調器１３−１…１３−ｎに入力される。そして、各位相変調器１３−１…１３−ｎによりそれぞれ位相推移された送信信号が各送信アンテナ１４−１…１４−ｎに出力される。位相変調器１３−１…１３−ｎによる位相は送信アンテナから放射される電磁波の指向性を決定し、これらの位相を変化させることで、指向性（ビーム）を走査することができる。

受信アンテナ２０−１…２０−ｋは、被観測物Ｗによる反射波をそれぞれ受信する。送信アンテナ１４−１…１４−ｎ、受信アンテナ２０−１…２０−ｋには、アレイアンテナなどを用いることができる。スイッチ２１は、入力側はｋ本の受信アンテナ２０−１…２０−ｋにそれぞれ接続されており、出力側はミキサ２２に接続されている。このスイッチ２１は、受信アンテナ２０−１…２０−ｋからの受信信号を高速で切り換えるスイッチである。例えば、半周期Ｔの間のサンプリング点数を１０２４、受信アンテナの数をｋとすると、スイッチ２１は、Ｔ／（１０２４×ｋ）の時間間隔Δｔで受信アンテナ２０−１…２０−ｋのそれぞれの受信信号を順次循環的に切り換えてその期間の信号を通過させる。したがって、スイッチ２１からミキサ２２に入力される信号は、時間Δｔ間の受信アンテナ２０−１…２０−ｋの受信信号を順次循環的に切り出して、時間軸上に連続させた信号となる。すなわち、ミキサ２２に入力される信号は、連続する時間区間Δｔ毎に、それぞれのアンテナの受信信号の波形を表している。

ミキサ２２は、その２つの入力端子がそれぞれ方向性結合器１１の結合ポートとスイッチ２１の出力端子に接続されており、方向性結合器１１からの送信信号とスイッチ２１からの受信信号とを混合して出力する。そして、その出力信号はバンドパスフィルタ２３に通され、受信信号と送信信号との間のビート信号が取り出される。ビート信号は、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差の周波数の信号である。ビート信号は、ＡＤ変換器２４によってディジタル信号としてサンプリングされ、処理装置４０に入力される。処理装置４０では、得られたデータから各受信アンテナ２０−１…２０−ｋ毎（各チャネル毎（各タイムスロット毎））のデータを取り出して、各アンテナの受信信号とする。

処理装置４０はＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を有するコピュータシステムであり、プログラムによる動作ブロックで示すと、図４のように構成されている。カメラ３０により撮像されて画素毎に明度がディジタル値に変換されたデータが、人物検出部４０１に入力される。人物検出部４０１では、１つのステレオ画面データＤ（ｔ）の所定時間間隔毎の時系列データＤ（ｔ₁ ），…，Ｄ（ｔ_j ）がＲＡＭに蓄積される。データの蓄積は動体の動作を検出できる一定時間分だけ蓄積するＦＩＦＯ（First In First Out) メモリにより行われる。

１ステレオ画像データの中から人物画像を抽出する。まず、画像データから視差が同程度の連続領域を抽出する。すなわち、人物程度の大きさの物体を抽出することを意味する。そして、この物体の３次元の大きさ（高さ、幅、奥行き）を求め、予め人物に対して求められている大きさの範囲に属しているか否かを判定して、属していれば、人物画像とする。また、特定された人物画像を、人物の可能な単位時間間隔当たりの移動距離から想定される存在範囲内において、他の隣接する時刻でのステレオ画像からも対応する人物画像を抽出する。これにより、同一の人物画像の移動速度を求めることができる。そして、移動速度、人物画像の高さとから、歩行周期や歩幅を求める。人物画像の足の長さは、高さに比例しているとして、人物画像の高さから足の長さが分かり、足の長さから歩幅が分かる。移動速度を歩幅で割算すれば、歩行周波数が分かり、その逆数から歩行周期が分かる。勿論、画像から人物画像の歩幅を直接測定しても良い。また、例えば、図５に示すように、人物画像の高さ、すなわち、身長と、移動速度との組み合わせに対する歩行周期との関係をテーブルに記憶しておくことにより、身長と移動速度が画像から求められれば、歩行周期Ｈを得ることができる。

また、人物画像を抽出する方法として、良く知られているパターンマッチング法を用いることも可能である。例えば、予め準備された参照人物画像を拡大、縮小しつつ、１画像データの部分領域（人物の大きさから想定される大きさの範囲）と相互相関をとり、その部分領域を走査することで、所定の閾値以上であって最大相関値が得られる部分領域を人物画像として特定する。次に、特定された人物画像について、両脚部の中心線を抽出する。この処理を、微小時間間隔毎の時系列のステレオ画面データＤ（ｔ）に対して実行する。これにより、隣接した時刻における同一人物を特定して、両脚部の中心線の画像を時間軸に沿って追跡することで、１歩当たりの時間、すなわち、歩行周期を求めることができる。なお、カメラは３台以上用いても良く、また、単眼カメラでも良い。単眼カメラの場合には、画像の時間変化から被観測物の方向を検出して、その方向の被測定物の距離をレーダで求めて、画像上の被観測物の距離をその距離として特定しても良い。カメラは可視光カメラでも、赤外カメラであっても良い。

次に、方向決定部４０２では、求められた人物画像の腰部を含む腰部より上部、すなわち、上半身の中心部分が存在する方向（方位角αと仰角β）が求められる。方位角αは、歩行者検出装置１に固定された座標系において、座標原点から被観測物に至る線分の水平面上の角度、仰角βは、この線分と水平面との成す角である。ステレオ画像から被観測物の３次元座標が求められるので、被観測物のｘｚ座標から方位角αをtan ^-1（ｘ／ｚ）で求めることができる。ｚ軸は画面の法線方向、すなわち、測定装置の前方の法線、ｘ軸は水平面上でｚ軸に垂直な軸である。また、仰角βは、次のようにして求めることができる。図６に示すように、身長と腰の高さとの関係をテーブルに記憶しておく。人物画像から人物の身長が得られるので、その身長から腰の高さｈを得ることができる。そして、腰の高さｈと、求められた被観測物までの距離ｚとから、tan ^-1（ｈ／ｚ）により仰角βを求めることができる。

次に、制御部４０３において、仰角βの方向に電磁波が放射されるように各位相変調器１３−１…１３−ｎでの位相角が決定される。なお、各送信アンテナ１４−１…１４−ｎは、方位角については、照射範囲において同一の広指向特性を有している。これにより、人物の腰を含む腰より高い領域（上半身）の内の一部領域を少なくとも含む特定領域に向けて、電磁波が照射される。これにより、特定領域、すなわち、人物の上半身に含まれる一部領域（全領域を含む）を少なくとも含む領域からの反射波を受信することができる。また、特定領域を上半身全体、又は、上半身全体を含む領域とすれば、距離が周期的な変動をする反射箇所に電磁波を確実に照射することができる。以下、本実施例では、特定領域は、人物の腰から頭部までの上半身（腰、頭部を含む）の領域とする。方向決定部４０２により決定された方位角αは、位相制御部４０６に入力している。位相制御部４０６では、受信アンテナの指向性を方位角αに向けるための指令位相が決定される。そして、各受信アンテナの受信信号の位相を指令位相にした後に、合成することで、方位角αに指向性を持たせた受信アンテナを実現している。すなわち、位相制御部４０６の出力は、方位角αに指向性を有した受信信号のビート信号の時系列のディジタル値となる。例えば、上記の例では、半周期Ｔの間につき１０２４サンプリング点のディジタル値列となる。これにより、人物の腰から上の領域内の少なくとも一部領域を含む特定領域からの反射波を検出することができる。

上記実施例では受信アンテナは、各受信信号に重み（複素数）付けて加算して合成するアダプティブ受信方式により方位角αの方向に指向性を制御している。この他、送信アンテナと受信アンテナの指向性の制御は、送信アンテナテの指向性を方位角αに関して制御し、受信アンテナの指向性を仰角βについて制御するようにしても良い。また、送信アンテナと受信アンテナ、共に、２次元配列のアレイアンテナとすることで、方位角α、仰角βの両方の指向性を制御するようにしても良い。また、機械的に指向性を変化させるアンテナを用いても良い。要は、方向が時間的に変動する人物の腰を含む腰から上の特定領域からの反射波を選択的に受信できるように、送信アンテナと受信アンテナとを構成すれば良い。メタマテリアルを用いて電磁波ビームの方向を変化させるようにしても良い。

このように、レーダ装置において、人物の腰を含む腰より上の特定領域からの反射波が受信されるように調整される。この状態で、人物までの距離が次のようにして測定される。距離の演算は、処理装置４０により実行される。図４に示す、位相制御部４０６から出力される方位角αに指向性を有した受信信号のビート信号の時系列のディジタル値は、距離分布測定部４０４に入力される。距離分布測定部４０４においては、入力した時系列のディジタル値のＦＦＴ演算が実行される。図３に示す時間窓Ｔ毎にｍ（例えば、１０２４）個のデータがＦＦＴ変換される。すなわち、サンプリング周期をΔｐとすると、ｍΔｐ＝Ｔを満たす。また、ｍは、２^q である。これにより、ＦＦＴ演算により、周波数間隔Δｆ＝１／Ｔのｍ個の周波数スペクトルが得られる。

周波数スペクトルのピーク位置から被観測物の距離Ｌ、速度Ｖを測定する。具体的には、周波数増加区間（図３における０〜Ｔの区間）でのビート信号の周波数スペクトルを算出し、正領域の周波数スペクトルのピーク位置からビート周波数ｆｕを求める。例えば、この区間のスペクトルは図７（ａ）に示すようになる。また、周波数減少区間（図３におけるＴ〜２Ｔの区間）でのビート信号の周波数スペクトルを算出し、正領域でのピーク位置からビート周波数ｆｄを求める。例えば、この区間のスペクトルは図７（ｂ）に示すようになる。ドップラーシフトをΔｆとし、ドップラーシフトのない場合のビート信号の周波数をｆａとすると、次式が成立する。

また、被観測物までの距離をＬとすると、反射波の遅延時間Δｔは、２Ｌ／ｃである。よって、ｆａは次式を満たす。

（１）、（２）式より、次式が得られる。

よって、距離Ｌは、次式により求められる。

ΔＦが大きくなると、周波数スペクトルのピーク幅は狭くなり、距離Ｌの分解能が大きくなる。分解能はｃ／（２ΔＦ）で与えられる。歩行者の頭部と肩部との距離差は０．１ｍ程度である。よって、頭部と肩部とを弁別できるには、分解能は０．０５ｍ程度必要でる。この分解能を得るにはΔＦは、３ＧＨｚである。

また、ドップラー周波数Δｆと、被観測物の相対速度Ｖとの関係は次式を満たす。

電磁波は周波数変調されているので、周波数は中心周波数ｆ₀ を用いる。
（１）、（２）式より、Ｖは次式で得られる。

このような距離Ｌは、スペクトルの各ピーク値毎に求められる。そして、判定部４０５において、各ピークに対応する距離Ｌの時間変動が求められる。周波数スペクトルの各ピークから得られる距離の時間変動は、図８に示すようになる。すなわち、被観測物が歩行者の場合には、頭部と肩部からの反射波を解析して得られる距離の時間関数Ｌ_A （ｔ）とＬ_B （ｔ）は、図８に示すように歩行周期に合わせて、距離が変動する。すなわち、車両の前方を横断するような場合に、歩行者から見て頭と肩が歩行周期に合わせて左右に揺れることにより、各部の距離が周期的に変動することになる。判定部４０５は、まず、距離Ｌが時間軸に対して周期的に変動しているか否かを判定する。周期的に変動している場合には、距離Ｌの時間変動から周期Ｇや変動幅を求める。この周期Ｇが、考えられる歩行速度（走っている場合も含む）から得られる所定の周期範囲に存在すれば、被観測物を歩行者と判定する。また、距離の変動幅が所定範囲に存在すれば、被観測物を歩行者と判定するようにしても良いし、周期と変動幅の両者が、それぞれの所定範囲に存在する場合に、歩行者と判定するようにしても良い。

そして、レーダ装置により歩行者が距離の周期性により検出された場合において、人物検出部４０１においてカメラの撮像画像から得られた歩行周期Ｈと、判定部４０５において、レーダにより得られた周期Ｇとから、絶対値偏差Δ＝｜Ｇ−Ｈ｜が、所定の閾値よりも小さい場合に、最終的に、被観測物を歩行者と判定する。また、これにより、歩行者のより正確な検出が可能となる。そして、被観測物が歩行者と判定された場合には、警報装置５０を駆動して、運転者に警報する。また、ブレーキ操作などの速度制御、回避のためのハンドル制御などを行うための制御信号を出力する。なお、レーダにより得られた周期Ｇだけで、その周期Ｇが、所定範囲に存在する場合には、歩行者と判定するようにしても良い。本発明は被観測物に対する距離の時間的変化特性に所定の周期性がある場合に歩行者と判定している。したがって、歩行者が大きな荷物を保持している場合に、画像だけでは歩行者と判別し難い場合にも、歩行者の判別ができる。また、単に、レーダの反射率が低いことだけで、人物と判定するのではないために、反射率が低い物体と歩行者とを区別することができる。このようにして、正確に歩行者の存在を検出することができる。

本実施例は、放射する電磁波の変調方式をＦＭ−ＣＷに代えて、多周波ＣＷ変調方式としたものである。構成は図１、２と同様である。
実施例２では、発振器１０は、図９に示すような送信信号を発振する装置である。この送信信号は、周波数が時間に対して階段状に増加して戻るのを繰り返すものである。図９のように、ｆ₀ を最初の値として、周波数が、ｆ₀ 、ｆ₀ ＋Δｆ、ｆ₀ ＋２Δｆ、・・・とΔｆずつ時間間隔ｔで段階的に増加し、ｎステップ（ｎは４以上の自然数）で元の周波数ｆ₀ に戻るものである。送信信号として、上記とは逆に周波数が時間に対して階段状に減少する信号を用いることもできるし、あるいは階段状に増加と減少を繰り返す信号を用いることもできる。

電磁波を放射して、反射波を受信して、送信信号とミキシングして距離情報を含むビート信号を検出するまでは、実施例１と同一である。処理装置４０の構成は図４と同様である。ただし、このビート信号の周波数はドップラー周波数であり、位相は電磁波の伝搬遅延時間に対応した位相である。位相が距離情報となる。

距離分布測定部４０４によるビート信号の処理手順が実施例１とは異なる。図９の周波数一定の時間区間ｔ毎に、ビート信号を微小時間間隔でサンプリングして、実施例１と同様にＦＦＴを行う。各時間区間ｔ毎に、図１０に示すスペクトルが得られる。横軸はドップラー周波数である。各周波数スペクトルから対応する同一ドップラー周波数のピーク値を１つずつ計ｎ個抽出する。そのピーク値Ｓ_k は、送信波と受信波の位相差である位相値θ_k を含む複素数値である。その値Ｓ_k は、次式で表される。

ここでＬは被観測物までの距離変数、ｃは光速である。同一ドップラー周波数おけるＳ_k は、異なるＬを含んでいる。その抽出したピーク値Ｓ_k を、ステップ数の小さな順に並べて配列Ｓを構成する。そして、配列Ｓを周波数ステップ方向でフーリエ変換することで、２Ｌ／ｃに関する（距離Ｌに関する）スペクトルを得ることができる。被観測物の大きさに応じて、Ｌは幅を有しているのでＬに関するスペクトルは広がりを持つ。そのスペクトルのピークを抽出して被観測物までの距離Ｌを算出する。なお、ビート信号を周波数解析した周波数スペクトルはドップラー周波数を示すものであり、ピーク位置の違いは速度の違いを示している。したがって、同一距離で自車に対する相対速度の異なる被観測物を分離して検出することが可能である。図１０の場合においては、ドップラー周波数ｆ₁ のピーク値と、ｆ₂ のピーク値でそれぞれの配列Ｓを構成することで、それぞれ分離して距離を検出することができる。

このようにて、被観測物の距離Ｌに関する分布が距離分布測定部４０４で求められると、判定部４０５において、距離特性の各ピークに対して、時間の経過に対して距離が周期的に変動するか否かを判定し、所定の周期範囲内で周期的に変動している場合のそのピークに対応する被観測物を歩行者と判定する。この判定処理は実施例１と同一である。
本実施例において、送信信号の帯域幅はΔｆ・ｎである。この帯域幅が広いと距離Ｌに関するスペクトルのピーク幅は狭くなる。換言すれば、距離の分解能が高くなる。分解能０．０５ｍを得るには、実施例１と同様に、Δｆ・ｎを３ＧＨｚとすれば良い。

本実施例は、電磁波の変調をパルス方式としたものである。つまり、パルスの時間遅延から被観測物までの距離を測定するものである。構成は図１と同様であるが、図１１に示すように、図１の構成において、方向性結合器１１と分配器１２との間にスイッチ１５を設けている。

発振器１０ａは、所定の周波数の連続波（正弦波）である搬送波を発振する。スイッチ１５は、処理装置４０の制御により、方向性結合器１１からの信号を所定の間隔で導通・遮断するものである。このスイッチ１５によって、正弦波がパルス幅τのパルス状に振幅変調される（図１２参照）。そして、送信アンテナよりパルス状の送信波が送信される。

図１１の復調回路は、直交復調回路である。方向性結合器１１の分岐出力は分配器２５に入力して２分配される。２分配された一方の信号はミキサ２２ａに入力し、他方の信号はπ／２だけ位相を進めるπ／２位相器２６に入力して、π／２位相器２６の出力がミキサ２２ｂに入力している。ミキサ２２ａ、ＢＰＦ２３ａ、Ａ／Ｄ変換器２４ａの系統と、ミキサ２２ａ、ＢＰＦ２３ａ、Ａ／Ｄ変換器２４ａの系統と２系統存在することにより、π／２位相差を有する２つの搬送波による直交復調が実行される。処理装置４０の構成は図４と同様である。ただし、この復調信号は、ドップラー周波数の正弦波をパルス幅τで振幅変調した波形となる。ドップラーシフトがない場合には、パルス幅τのパルス波形である。

距離分布測定部４０４による復調信号の処理手順が実施例１とは異なる。距離分布測定部４０４は、スイッチ１５のオンオフタイミングを制御しているので、パルスの立ち上がりタイミングは、距離分布測定部４０４において既知である。復調信号の立ち上がりタイミングとの差Δｔが測定される。Δｔが得られれば、被観測物までの距離Ｌは、Ｌ＝ｃΔｔ／２で求めることができる。

本発明の歩行者検出装置におけるレーダ装置による距離測定方法は、実施例に示した距離、速度の測定方式に限定されるものではない。たとえば、ＦＭＣＷ方式と多周波ＣＷ方式とを組み合わせた方式など、従来知られている各種測定方式に適用することができる。また、パルス圧縮方式のレーダを用いても良い。すなわち、実施例３のパルス状の送信信号に対して、周波数が直線的に増加する周波数変調を行った信号で電磁波を放射する。そして、反射波を受信して得られる受信信号を、圧縮器によって、時間に対して周波数が減少する特性でパルス幅を圧縮する。これにより、距離の分解能を大きくすることができる。

また、実施例１、２、３のように、受信信号は各受信信号の位相を制御して、受信アンテナの指向性を制御させている。これに代えて、各受信アンテナの出力する各受信信号のビート信号を求めて、各ビート信号をサンプリングして、ＦＦＴ演算を行うようにしても良い。この各ＦＦＴ演算の結果である周波数スペクトル（複素数）において、周波数は距離を、各受信信号間の位相差が方位を表している。よって、被観測物の距離と方位を求めることができる。

また、上記実施例１、２、３において、頭部を第１特定部、肩部を第２特定部として、距離の周期的変動のある反射箇所を２点抽出している。周期的変動のある箇所が２点以上の複数点存在すれば、歩行者と判断できる精度が向上する。しかし、距離の周期的変動が検出されれば良いので、周期変動がある反射箇所を検出するには、頭部だけ、肩部だけでも良い。すなわち、検出すべき周期変動がある反射箇所は少なくとも一つあれば良い。

本発明のレーダ装置は、たとえば車載レーダとして用いて歩行者の検出などを行うことができる。

１０、１０ａ：発振器
１１：方向性結合器
１２：分配器
２４：ＡＤ変換器
４０：処理装置

Claims (7)

1. 装置前方の被観測物に対して電磁波を照射して反射波から被観測物が歩行者であることを検出する歩行者検出装置において、
   電磁波を照射する照射装置と、前記被観測物からの反射波を受信する受信装置とを有するレーダ装置と、
   前記受信装置による受信信号から前記被観測物における反射箇所までの距離を求める距離分布測定手段と、
   前記距離分布測定手段により求められた距離分布の時間特性において、距離が時間に対して周期的に変化する少なくとも一つの反射箇所を有する被観測物を歩行者と判定する判定手段と
   を有することを特徴とする歩行者検出装置。
2. 前記レーダ装置は、人物の腰を含む腰より高い領域内の一部領域を少なくとも含む特定領域からの反射波を検出する装置であることを特徴とする請求項１に記載の歩行者検出装置。
3. 装置前方の画像を撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置により得られた画像から人物を検出する人物検出手段と、
   前記人物検出手段により検出された人物の腰を含む腰より高い領域内の一部領域を少なくとも含む特定領域の方向を決定する方向決定手段と、
   前記方向決定手段により決定された前記方向に基づいて、前記特定領域からの反射波が得られるように前記レーダ装置を制御する制御装置と
   を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歩行者検出装置。
4. 前記特定領域の前記方向は、方位角又は仰角であることを特徴とする請求項３に記載の歩行者検出装置。
5. 前記人物検出手段は、検出された人物の歩行周期を検出し、
   前記判定手段は、前記距離分布から検出された距離の変動周期と、前記人物検出手段の検出した歩行周期とが、一致した場合に、前記被観測物を歩行者と判定する
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の歩行者検出装置。
6. 前記特定領域は、人物の頭部である第１特定部と、肩部、腕の任意部、及び、腰と脇との間の任意部のうちの少なくとも一つの部分である第２特定部とを含むことを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れか１項に記載の歩行者検出装置。
7. 前記レーダ及び前記距離分布測定手段は、前記電磁波の変調及び復調において、前記第１特定部と前記第２特定部との距離の差を弁別できる分解能を有することを特徴とする請求項６に記載の歩行者検出装置。

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