JP5570708B2 - 対象物検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、レーザ光等の電磁波を探査波として走査し、対象物が車両であるか否かを判定する対象物検出装置に関する。

従来、車両の前方をレーザ光やミリ波等の電磁波で照射して、物体が車両であるかどうか、および物体までの距離を測定する装置がある。この装置を用いて、先行車との距離を測定し、車間距離を一定に保つ定車間距離追従走行（ＡＣＣ：Adaptive Cruise Control）が行われている。また、この車間距離が安全な距離以下になると運転者に警告音を発する、シートベルトを締める、制動を行う、といった安全制御が行われている。

上記のような制御を行う先行車とは、移動しているか、または移動状態から停止した場合に限られているが、検出した時点で既に停止している車両を制御対象とすることも試みられている。検出した時点で既に停止している物体を車両であるとして制動等の制御を行う場合、誤作動を防ぐため、路側の構造物（ガードレールの反射板等）や路面に埋め込まれた反射物（白線、歩道等）と車両とを区別することが必要となる。

ここで、物体の検出手法について説明する。レーザレーダ装置は、レーザ光を走査して、所定の走査方向毎に、レーザ光が対象物に照射されたことによる反射波の反射強度を検出する。そして、反射波の反射強度の水平方向分布を作成し、反射強度が極大となる点（ピーク）を抽出する。

例えば、特許文献１には、反射強度の水平方向分布に基づいて、対象物が車両であるか否かを判定する装置が提案されている。特許文献１の装置では、反射強度の水平方向分布のうち、ピークが２つ存在した場合、その対象物が車両であると判定している。

また、特許文献２では、反射強度のパターンに基づいて、対象物が四輪車であるか二輪車であるかを判定することが示されている。特許文献２の装置では、ピークの数により四輪車であるか二輪車であるかの判定を行っている。

また、複数のピークに基づいて、対象物の中心位置を検出するものが特許文献３に示されている。特許文献３の装置は、ピークの形状に基づいて物体の中心位置を検出するものである。例えば、反射強度のピークが１つである場合、そのピークの角度を物体の中心位置として検出する。ピークが複数であり、これら複数のピークで形成される山の数が１つである場合、複数のピークのうち最も高い強度のピークとその両側のピークとをあわせた３つのピーク高さが均衡する角度を物体の中心位置として検出する。さらに、ピークが複数であり、これら複数のピークで形成される山の数が複数である場合、両端のピークの角度の中心を物体の中心位置として検出する。
特開２００６−３８６９８号公報 特開２００６−３８６９７号公報 特開２０００−１８０５３２号公報

この発明は、反射強度のピークが２つ以上存在する場合において、対象物が車両であるか否かを精度良く判定することができる対象物検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、探査波を照射する照射手段と、前記探査波を水平方向に走査する走査手段と、前記探査波が対象物に照射されたことによる反射波の反射強度を検出する反射波検出手段と、前記走査手段の走査方向を検出する走査方向検出手段と、前記探査波を照射してから、その反射波を検出するまでの所要時間を計測する所要時間計測手段と、前記反射強度、前記走査方向、および前記所要時間に基づいて、前記対象物までの距離、前記対象物の方向、および前記対象物の幅を検出する対象物検出手段と、を備えた対象物検出装置において、前記対象物の反射強度の水平方向分布において、左端ピークおよび右端ピークを検出するピーク検出手段と、前記ピーク検出手段が検出した前記左端ピークおよび前記右端ピークの間の窪みのうち、最低強度に基づいて基準強度を算出する基準強度算出手段と、前記対象物の反射強度の水平方向分布において、前記左端ピークの左脇に向かって、前記基準強度に相当する走査方向である左側基準方向を求めるとともに、前記右端ピークの右脇に向かって、前記基準強度に相当する走査方向である右側基準方向を求める基準方向算出手段と、前記基準方向算出手段により求められた前記左端ピークから左側基準方向にある左側基準強度の点と、前記基準方向算出手段により求められた前記右端ピークから右側基準方向にある右側基準強度の点と、の水平方向にかかる間の幅が予め定めた広がり設定幅より小さく、且つ、前記ピーク検出手段が検出した前記左端ピークの点と前記右端ピークの点との水平方向にかかる間の幅が予め定めたピーク間設定範囲内であることを満足しなければ、当該対象物が車両でないと判定する車両判定手段と、を備えている。

このように、本発明によれば、窪みの強度の所定倍（例えば０．５倍）となる基準強度を算出し、左右端ピークから物体端部（左右端ピークの左脇および右脇）に向かって、この基準強度に相当する走査方向（左側基準方向および右側基準方向）を求め、これらの基準方向間の幅（広がり幅）が車両と判定できる広がり設定幅（例えば５．０［ｍ］）に収まっており、且つ左端ピークと右端ピークの間の幅が予め定めたピーク間設定範囲内（例えば０．５［ｍ］〜３．５［ｍ］）であることを満足しなければ、車両でないと判定するものである。

車両である場合、車両幅の外側（リフレクタの外側）は、反射物がないため、反射強度の落ち込みが大きく、広がり幅は小さくなる。一方でガードレールや路面の白線等の場合、反射物の外側にもガードレールや白線が長く続くため、窪みの強度と同程度の反射強度が得られ、反射強度の落ち込みが小さく、広がり幅は大きくなる。したがって、広がり幅が車両幅よりも極端に大きい場合（例えば５ｍ以上である場合）、車両ではないと判定するものである。よって、ガードレール等にリフレクタが取り付けられていたり、路面の白線から反射が得られる場合であっても、停止車両であるか否かを精度良く判定することができる。

本発明によれば、対象物が車両であるか否かを精度良く判定することができる。

図１は、本発明の実施形態であるレーザレーダ装置のブロック図である。
本実施形態のレーザレーダ装置は、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）駆動回路１０、制御回路１１、ＬＤ１２、走査装置１３、垂直走査位置検出装置１４、水平走査位置検出装置１５、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）１６、受光回路１７、メモリ１８、車速センサ１９、およびヨーレートセンサ２０を備えている。

ＬＤ駆動回路１０は、制御回路１１で生成された駆動信号に基づいて、ＬＤ１２の発光を制御する。走査装置１３は、制御回路１１の制御に基づいて、ＬＤ１２により発生されたレーザ光を所定の走査範囲で走査させる。走査装置１３より照射されたレーザ光は、投光レンズを介して自車の走行方向（前方）に照射される。レーザ光が検出対象としての前方の物体（例えば、車両や路面）に反射して戻ってきた反射光は、受光レンズにより集光され、ＰＤ１６によって受光される。

図２は、走査装置１３の投光レンズと受光レンズを支持する部分の構成を示す図である。投光レンズ３３は、ＬＤ１２の前面に設けられ、受光レンズ３４は、ＰＤ１６の前面に設けられている。

投光レンズ３３と受光レンズ３４は、支持部材３６に一体的に支持される。支持部材３６は、水平方向に移動自在に板バネ３２で支持されている。支持部材３６にはコイル３１が取り付けられている。走査装置１３は、このコイル３１に発生する磁界と永久磁石３５との引力（または反発力）と板バネ３２に発生する反力によりＬＤ１２の投光レンズ３３およびＰＤ１６の受光レンズ３４を移動させ、レーザ光を走査させる。

図３は、投光レンズ３３と受光レンズ３４の光路を示す図である。ＬＤ１２から照射されたレーザ光は、投光レンズ３３で集光される。投光レンズ３３の位置が走査の中立位置にある場合は、図３の実線で示されるような投光レンズ３３からの光路で、レーザ光は正面に照射される。照射されたレーザ光は、対象物で反射され、図３の実線で示されるような光路で受光レンズ３４に入射し、ＰＤ１６によって受光される。

また、走査装置１３によって、図中、上方向に投光レンズ３３が移動した場合、レーザ光は、図３の点線で示されるような光路で、図中、上方向に照射される。そして、照射されたレーザ光は、図中、上方向の物体で反射され、図３の点線で示されるような光路で、受光レンズ３４に入射し、ＰＤ１６によって受光される。

このように、走査装置１３は、投光レンズ３３と受光レンズ３４を一体的に所定の位置に移動させることで、レーザ光を走査する。なお、上記説明では水平方向の走査について説明したが、垂直方向についても同様の態様でレーザ光を走査することができる。

図１において、垂直走査位置検出装置１４と水平走査位置検出装置１５は、走査装置１３におけるレーザ光の水平方向と垂直方向の走査方向をそれぞれ検出して、制御回路１１に出力する。なお、垂直方向に関しては、本発明の構成要素として必須ではなく、水平方向にのみ走査し、水平方向の走査方向だけ検出するようにしてもよい。

受光回路１７には、ＰＤ１６によって受光された反射光の反射強度に対応する信号が入力される。受光回路１７は、反射強度を数値化して、制御回路１１に出力する。制御回路１１は、入力された数値を、垂直走査位置検出装置１４と水平走査位置検出装置１５から入力された走査方向に対応してメモリ１８に記億する。このような反射強度の測定は、走査装置が、所定の走査方向に走査する度に行われる。このとき、レーザ光は、所定角度だけ走査される。レーザレーダ装置がレーザ光を所定角度に照射し、対象物を検出する領域を「所定領域」と呼ぶ。

制御回路１１には、車速センサ１９、ヨーレートセンサ２０が接続されている。車速センサ１９は、自車の車速を検出する。ヨーレートセンサ２０は、自車のヨーレート（水平方向への旋回時の回頭速度）を検出する。

制御回路１１は、レーザ光を照射してからその反射光を受光するまでの所用時間に基づいて対象物と自車との距離を測定する。距離の測定は、所定領域毎に行われる。制御回路１１は、距離および走査方向が近い対象物の集合をまとめ、同一の物体とする。制御回路１１は、反射強度、走査方向、および所要時間（距離）に基づいて、対象物の集合が車両であるか否かの判定を行う。

以下、車両であるか否かの判定について、具体的な手順を説明する。
図４は、全体手順を示すフローチャートである。
制御回路１１は、上述のように反射強度を所定領域毎に測定する（ｓ１）。全走査範囲を測定すると（ｓ２）、距離および走査方向が近い対象物の集合体をまとめる（ｓ３）。次に、各物体の距離、方向、幅を算出する（ｓ４）。

図５は、物体および幅の検出の手法を示した図である。同図上欄のグラフは、全走査範囲における対象物との距離を示した水平方向分布である。制御回路１１は、同図上欄のグラフに示すように、距離および走査方向が近い対象物の集合をまとめ、同一の物体とする（同図の物体Ｍ１、Ｍ２）。また、制御回路１１は、同図下欄のグラフに示すように、それぞれの物体の反射強度の水平方向分布を作成し、反射強度が極大となる点（ピーク）を抽出する。制御回路１１は、抽出した各ピークにおける距離、方向を読み出し、これらの平均値を物体の距離、方向とする。また、両端のピーク（同図ではピーク１とピーク２）に対して反射強度が所定倍（例えば０．５倍）となる領域を抽出し、これらの領域を物体の端として、物体の幅を検出する（この発明で言う、物体方向算出手段に相当する。）。

図４において、制御回路１１は、物体の距離、方向、幅を検出した後、検出した対象物が停止車両であるか否かの判定を行う（ｓ５）。図６は、停止車両判定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は検出した物体毎に行われる。

制御回路１１は、まず物体を構成する各領域の反射強度を調査する（ｓ１１）。すなわち、図５下欄のグラフで示した各物体の反射強度の水平方向分布を作成する。また、各領域における距離の時間軸変化を参照し、相対速度の算出を行う。時間軸変化は、同じ領域で今回の走査で測定した距離と前回走査時に測定した距離との差で求められる。制御回路１１は、相対速度に基づいて停止物であるか否かを判断する（ｓ１２）。その物体が自車の車速と同じ相対速度で近づいてくる場合、停止物であると判断する。それ以外の場合（移動物体の場合）、停止車両判定フラグをＦＡＬＳＥとする。

停止物であれば、反射強度の水平方向分布において、ピークがあるか否かを判断する（ｓ１３）。ピークがあればその領域と反射強度をピークリストに記録する（ｓ１４）。ピークリストは図７に示すように、各ピークの領域番号（例えば水平方向左端から順にＡ１，Ａ２，Ａ３・・・Ａｎ）と反射強度を列記したものである。

その後、全領域の調査が終了するまで処理を繰り返し、全領域の調査が終了した場合（ｓ１５）、ピークリストの格納個数（ピークの数）が２以上であるか否かを判断する（ｓ１６）。ピークがない、あるいはピークの数が１である場合、停止車両判定フラグをＦＡＬＳＥにする（ｓ２８）。

ピークの数が２以上である場合、さらにピークの数が３以上であるか否かを判断する（ｓ１７）。ピークの数が２つであると判断した場合、左端ピーク、右端ピークを決定する（ｓ１８）。すなわち、左側に存在するピークを左端ピーク、右側に存在するピークを右端ピークとする。そして、左端ピークと右端ピークの間の窪みの強度に基づいて、検出した物体が、停車車両であるか否かを判定する（Ｓ１９）。

一方、ピークの数が３つ以上であると判断した場合、反射強度の高い順に、上位３個のピークを抽出する（ｓ２０）。そして、上位３個のうち左側のピークを左端ピーク、右側のピークを右端ピークとする（ｓ２１）。

さらに、制御回路１１は、左端ピーク、右端ピークを決定した後、これらピーク間のうち、最低強度となる窪みを調査する（ｓ２２）。制御回路１１は、これらの左端ピーク、右端ピーク、および窪みの強度に基づいて、検出した物体が停止車両であるか否かを判定する。

図９および図１０を参照して、ピークの数が２つの場合と３つの場合について説明する。図９はピークの数が２つの場合、図１０はピークの数が３つの場合についての反射強度を示す図である。図９の下欄に示すように、前方車両が遠方に存在する場合、主にリフレクタから高い反射強度が得られる。リフレクタは車両の左右端に２つ設けられているため、同図上欄のグラフに示すように、反射強度のピークの数が２つとなる。一方、図１０の下欄に示すように、前方車両が近距離に存在する場合、リフレクタのみならず、車両中央部に設けられたナンバープレートからも高い反射強度が得られる。結果、同図上欄のグラフに示すように、反射強度のピークの数が３つとなる。

本実施形態では、図１０に示したように、ピークの数が３つ存在する場合であっても、左端ピーク、右端ピークを決定して物体幅等を算出し、車両判定を行うため、リフレクタが車両中央に取り付けられていたり、ナンバープレートから高い反射強度が得られたりしても、物体が車両であるか否かを判定することができる。また、ピークの数が４つ以上存在する場合であっても、反射強度の高い上位３つのピークを抽出して左端ピーク、右端ピークを決定し、物体幅等を算出して車両判定を行うため、さらに多数のリフレクタが取り付けられている車両であっても、物体が車両であるか否かを判定することができる。

制御回路１１は、これらの調査結果に基づいて、以下のような車両判定処理を行う。すなわち、図６のｓ２３〜ｓ２６の処理において、以下の全ての条件を満たした場合にのみ停止車両であると判定し、停止車両判定フラグをＴＲＵＥとする（ｓ２７）。一方、いずれか１つでも条件を満たしていなければ、停止車両判定フラグをＦＡＬＳＥとする（ｓ２８）。
（ｓ２３）Ｗｍｉｎ＜物体幅Ｗ＜Ｗｍａｘ
（ｓ２４）広がり幅Ｗｓ＜Ｗｓ＿ｍａｘ
（ｓ２５）Ｗｐ＿ｍｉｎ＜左右端ピーク間幅Ｗｐ＜Ｗｐ＿ｍａｘ
（ｓ２６）窪み反射強度Ａ＿ＨＯＬ＜Ａ＿Ｐ１×αｐｈ
ここで図８を参照して各種値について説明する。図８は、物体幅など、各種値の定義を示す図である。
物体幅Ｗは、左端ピークおよび右端ピークの反射強度の所定倍（Ａ＿Ｐ１×αｐおよびＡ＿Ｐ２×αｐ、ただしαｐ＝０．５）となる領域間の幅から求められる。本実施形態は、この物体幅が車両と判定できる物体幅設定範囲（例えばＷｍｉｎ＝１．０［ｍ］、Ｗｍａｘ＝３．５［ｍ］）に収まっている場合、車両らしいとして判定するものである。

広がり幅Ｗｓは、窪み反射強度Ａ＿ＨＯＬの所定倍（Ａ＿ＨＯＬ×αｈ、ただしαｈ＝０．５）となる基準強度を算出し、左右端ピークから物体端部（左右端ピークの左脇および右脇）に向かって、この基準強度に相当する領域（左側基準方向および右側基準方向）を求め、これらの基準方向の間の幅から求められる。この広がり幅Ｗｓが車両と判定できる広がり設定幅Ｗｓ＿ｍａｘ（例えば５．０［ｍ］）に収まっている場合、車両らしいとして判定するものである。

図９および図１１を参照して広がり幅について説明する。図１１は、前方にガードレールが存在する場合の反射強度を示す図である。同図下欄に示すように、ガードレールには、リフレクタが設けられており、図９に示す前方車両と同様の距離で２つのピークが検出される。

図９に示すように、検出した物体が車両である場合、車両幅の外側（リフレクタの外側）は、反射物がないため、反射強度の落ち込みが大きく、広がり幅Ｗｓは小さくなる。一方で図１１に示すように、検出した物体がガードレールである場合、リフレクタの外側にもガードレールが続くため、窪み反射強度と同程度の反射強度が幅広く検出され、反射強度の落ち込みが小さく、広がり幅Ｗｓは大きくなる。したがって、広がり幅Ｗｓが物体幅Ｗよりも極端に大きい場合（例えば５ｍ以上である場合）、車両ではないとして判定するものである。

次に、左右端ピーク間幅Ｗｐは、上述したように、左端ピークおよび右端ピークの幅から求められる。この左右端ピーク間幅Ｗｐが車両のリフレクタの幅と判定できるピーク間設定範囲（例えばＷ＿ｐｍｉｎ＝０．５［ｍ］、Ｗｐ＿ｍａｘ＝３．５［ｍ］）に収まっている場合、車両らしいとして判定するものである。

次に、窪み反射強度Ａ＿ＨＯＬは、左端ピーク、右端ピークの間のうち、最低強度となる領域（窪み）の反射強度である。この窪み反射強度Ａ＿ＨＯＬが、最大強度となるピークに対してある程度落ち込んでいるか（例えばＡ＿ＨＯＬ＜Ａ＿Ｐ１×αｐｈ、ただしαｐｈ＝０．５）を調べ、落ち込みが大きければ車両らしいとして判定する。

図１０および図１２を参照して、窪み反射強度について説明する。図１２は、前方に車両と同程度の幅を有する看板が設置されている場合の反射強度を示す図である。同図下欄に示すように、看板には高い反射強度を示す図柄が３つ並んでおり、図１０に示す前方車両のリフレクタおよびナンバープレートと同様の距離で３つのピークが存在する。

図１０に示すように、検出した物体が車両である場合、リフレクタやナンバープレートの間には高い反射強度を示すものがなく、窪みの反射強度は、最大強度となるピークから大きく落ち込む（Ａ＿ＨＯＬ＜Ａ＿Ｐ１×αｐｈ）となる。しかし、図１２に示すように、検出した物体が看板である場合、反射強度の高い図柄の間でも、ある程度の反射強度が得られるため、窪みの反射強度の落ち込みが小さい（Ａ＿ＨＯＬ≧Ａ＿Ｐ１×αｐｈ）。よって、車両であるか否かを精度良く判定することができる。
この［Ａ＿Ｐ１×αｐｈ］が、この発明で言う、「窪み基準反射強度」に相当する。

なお、図１３に示すように、白線や歩道なども、車両より大きい幅を有していたり、窪みの反射強度と同程度の反射強度が幅広く得られたり、リフレクタの間にある程度の反射強度が存在したりするため、図１１や図１２に示した様な反射強度を示し、停止車両と区別することができる。

以上のような停止車両判定処理を行い、判定結果を車両制御部等の他の装置へ出力する（図４のｓ６）。車両制御部では、この判定結果を用いて運転者に警告音を発する、シートベルトを締める、制動を行う、といった安全制御を行う。

なお、本実施形態はレーザレーダ装置について説明したが、本発明はミリ波レーダ等、種々の電磁波を用いる装置に適用することが可能である。ミリ波レーダは、電磁波（ミリ波）を機械的に走査して所定角度毎の反射強度を検出する。また、複数の受信機で検出した反射波の位相差に基づいて所定角度毎の反射強度を検出するミリ波レーダもある。いずれにしても、ミリ波を送信してから反射波を受信するまでの所要時間に基づいて物体との距離を算出し、反射強度、走査角度（走査方向）に基づいて物体の方向を算出するものである。また、反射波のドップラー効果を利用して相対速度を検出するものである。よって、所要時間、反射強度、走査方向に基づいて物体の幅を検出し、反射強度の水平方向分布（ピークや窪み）に基づいて物体が車両であるか否かを判定する本発明の停止車両判定処理を適用することが可能である。

本発明の実施形態であるレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。 スキャナの投光レンズと受光レンズを支持する部分の構成を示す図である。 スキャナによって駆動された投光レンズと受光レンズの光路を示す図である。 全体手順を示すフローチャートである。 物体の検出と幅の検出の手法を示した図である。 車両判定処理の手順を示すフローチャートである。 ピークリストを示す図である。 種々の値の定義を示す図である。 ピークの数が２つの場合についての反射強度を示す図である。 ピークの数が３つの場合についての反射強度を示す図である。 前方にガードレールが存在する場合の反射強度を示す図である。 前方に車両と同程度の幅を有する看板が設置されている場合の反射強度を示す図である。 白線や歩道などが存在する場合を示す図である。

Claims (3)

1. 探査波を照射する照射手段と、
   前記探査波を水平方向に走査する走査手段と、
   前記探査波が対象物に照射されたことによる反射波の反射強度を検出する反射波検出手段と、
   前記走査手段の走査方向を検出する走査方向検出手段と、
   前記探査波を照射してから、その反射波を検出するまでの所要時間を計測する所要時間計測手段と、
   前記反射強度、前記走査方向、および前記所要時間に基づいて、前記対象物までの距離、前記対象物の方向、および前記対象物の幅を検出する対象物検出手段と、
   を備えた対象物検出装置において、
   前記対象物の反射強度の水平方向分布において、左端ピークおよび右端ピークを検出するピーク検出手段と、
   前記ピーク検出手段が検出した前記左端ピークおよび前記右端ピークの間の窪みのうち、最低強度に基づいて基準強度を算出する基準強度算出手段と、
   前記対象物の反射強度の水平方向分布において、前記左端ピークの左脇に向かって、前記基準強度に相当する走査方向である左側基準方向を求めるとともに、前記右端ピークの右脇に向かって、前記基準強度に相当する走査方向である右側基準方向を求める基準方向算出手段と、
   前記基準方向算出手段により求められた前記左端ピークから左側基準方向にある左側基準強度の点と、前記基準方向算出手段により求められた前記右端ピークから右側基準方向にある右側基準強度の点と、の水平方向にかかる間の幅が予め定めた広がり設定幅より小さく、且つ、前記ピーク検出手段が検出した前記左端ピークの点と前記右端ピークの点との水平方向にかかる間の幅が予め定めたピーク間設定範囲内であることを満足しなければ、当該対象物が車両でないと判定する車両判定手段と、
   を備えた対象物検出装置。
2. 前記対象物の反射強度の水平方向分布において、前記左端ピークの左脇に向かって、前記左端ピークの反射強度の０．５倍の強度に相当する走査方向である左側物体方向を求めるとともに、前記右端ピークの右脇に向かって、前記右端ピークから右側にあって、前記右端ピークの反射強度の０．５倍の強度に相当する走査方向である右側物体方向を求める物体方向算出手段を備え、
   前記車両判定手段は、前記物体方向算出手段が求めた前記左側物体方向と前記右側物体方向との水平方向にかかる間の幅が予め定めた物体幅設定範囲内でなければ、当該対象物が車両でないと判定する、
   請求項１に記載の対象物検出装置。
3. 前記車両判定手段は、前記ピーク検出手段が検出した前記左端ピークおよび前記右端ピークの間の窪みのうちの最低強度が、前記左端ピークまたは前記右端ピークの一方の強度に基づく窪み基準反射強度以上であれば、当該対象物が車両でないと判定する、
   請求項１、または２に記載の対象物検出装置。

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