JP5682711B2 - 車線判定装置、車線判定方法及び車線判定用コンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、複数の車線を検知範囲に含むように設置されたレーダを用いて車両が走行している車線を判定する車線判定装置、車線判定方法及び車線判定用コンピュータプログラムに関する。

従来より、自車両と先行車両間の車間距離を正確に求めるために、車両が走行している車線を判定する技術が研究されている（例えば、特許文献１〜４を参照）。
特許文献１〜４に開示された技術では、車両に搭載されたレーダによる検知信号に基づいて、検知された物体が、その車両が走行中の車線と同一の車線を走行中の先行車両か否かが判定される。

特開平１１−３８１３９号公報 特開２００１−１２４８４８号公報 特開２００４−１７０２６９号公報 特開２００５−６９７３９号公報

車両が走行している車線を特定することは、車線ごとの単位時間あたりの通行車両の数といった、交通量に関する情報を収集するためにも利用できる。しかし、この場合には、交通量に関する情報を取得したい場所、例えば、特定の交差点の近傍などにおいて、道路上、または道路の脇などに固定的に設置されたレーダを用いることが好ましい。しかし、上記の特許文献に開示された技術の何れも、レーダが車両に搭載されていることが前提となっている。そのため、固定的に設置されたレーダを用いて車両が走行している車線を判定するために、これらの技術を適用しても、十分な判定精度が得られないおそれがあった。

そこで本明細書は、固定的に設置されたレーダを用いて、車両が走行している車線を判定できる車線判定装置を提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、車線判定装置が提供される。この車線判定装置は、並行する複数の車線のうちの検知対象車線に対して検知範囲の長手方向が重なり、かつ検知対象車線上に配置されたレーダから、そのレーダからの距離とその距離に位置する物体により反射されたレーダ波の強度を表す受信レベル信号との組を少なくとも一つ含む計測データを受信するインターフェース部と、複数の計測データに基づいて複数の車線のうちの何れかを走行する車両を検知し、車両が検知されている区間内の車両が検知された複数の位置のそれぞれについて、レーダからその位置までの距離とその距離における受信レベル信号とを含む追跡情報を作成する車両検知部と、追跡情報に表された、レーダから検知された車両までの距離の変化に応じた受信レベル信号の強度の変動に基づいて検知された車両が検知対象車線を走行しているか否かを判定する車線判定部とを有する。

本発明の目的及び利点は、請求項において特に指摘されたエレメント及び組み合わせにより実現され、かつ達成される。
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。

本明細書に開示された車線判定装置は、固定的に設置されたレーダを用いて車両が走行している車線を判定できる。

図１は、一つの実施形態による車線判定装置の概略構成図である。 図２（Ａ）は、検知対象車線上でのレーダの検知範囲の一例を示す図である。図２（Ｂ）は、検知対象車線の隣接車線上でのレーダの検知範囲の一例を示す図である。図２（Ｃ）は、検知対象車線においてオクルージョンが生じているときの検知対象車線上でのレーダの検知範囲の一例を示す図である。 図３は、検知対象車線または隣接車線を走行する車両についての、追跡区間内におけるレーダから車両までの距離と受信レベル信号の関係の一例を示す図である。 図４は、制御部の機能ブロック図である。 図５（Ａ）は、追跡情報に含まれる、レーダから車両までの距離と受信レベル信号との関係の一例を表すグラフである。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示されたグラフを正規化したグラフである。 図６は、車線判定処理の動作フローチャートを示す。

以下、図を参照しつつ、一つの実施形態による、車線判定装置について説明する。
この車線判定装置は、例えば、検知範囲が並行する複数の車線のそれぞれの一部と重なるように設置されたレーダからの計測データに基づいて走行中の車両を検知する。そしてこの車線判定装置は、車両が検知されていた区間である追跡区間と、追跡区間内のレーダから車両までの距離の変化に応じたレーダの反射波の強度の変動との関係に基づいて、検知した車両がその追跡区間において特定の車線を走行しているか否かを判定する。

図１は、一つの実施形態による車線判定装置の概略構成図である。車線判定装置１は、レーダインターフェース部１１と、記憶部１２と、出力部１３と、制御部１４とを有する。そして車線判定装置１は、レーダインターフェース部１１を介して、道路上を走行する車両を検知するためのレーダ２と接続される。

本実施形態では、レーダ２は、周波数変調連続波（frequency modulated continuous wave、fmcw）方式により、レーダ波を反射した物体を検知するレーダ装置である。そしてレーダ２は、例えば、交差点に設けられた信号機が取り付けられた支柱、あるいは、並行する複数の車線を跨ぐように設置された支柱に、その複数の車線のうちの特定の車線上に固定的に設置される。なお、便宜上、以下ではその特定の車線を検知対象車線と呼ぶ。さらに、レーダ２は、レーダ２へ向けて進行してくる車両の前面と対向し、かつ、レーダ２の検知範囲の長手方向が、検知対象車線と略平行に重なるように向けられる。

レーダ２は、道路上をその交差点へ接近してくる車両の前面へ向けてレーダ波を発信し、車両の前面によって反射されたレーダ波を受信するように向きが調整されたレーダの送信アンテナ（図示せず）及び受信アンテナ（図示せず）を有する。

レーダ２は、送信アンテナから送信される、三角波状に周波数が変化するレーダ波の一部と、受信アンテナにより検知した反射波とをミキシングする。そしてレーダ２は、周波数が高くなる上り区間と周波数が低くなる下り区間のそれぞれについて、反射波の周波数とレーダ波の周波数との差を表すビート信号を生成する。レーダ２は、このビート信号に基づいて、上り区間における反射波の周波数f_up及び下り区間における反射波の周波数f_downを求めることにより、レーダ波を反射した物体までの距離及びその物体の速度を求める。そしてレーダ２は、一定周期（例えば、100msec）ごとに計測データを出力する。計測データは、所定の距離間隔で設定された複数の位置のそれぞれについて、反射波の強度を表す受信レベル信号と、レーダ２からその位置までの距離と、その位置にある物体の移動速度とを組とする計測値を含む。なお、所定の距離間隔は、レーダ２の距離の解像度に相当し、例えば、3m〜10m間隔に設定される。

レーダ２から放射されるレーダ波は、レーダ２から離れるにつれて広がる。そのため、レーダ波の到達範囲、すなわち、レーダ２の検知範囲には、検知対象車線の一部だけでなく、検知対象車線の隣接車線の一部も含まれる。その結果、レーダ２は、隣接車線を走行中の車両による反射波も検知することがある。

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）を参照しつつ、レーダ２の検知範囲と検知対象車線及び隣接車線の位置関係について説明する。図２（Ａ）は、検知対象車線上でのレーダ２の検知範囲の一例を示す図である。

図２（Ａ）に示されるように、レーダ２は、検知対象車線２００上を走行中の車両を検知するために、検知対象車線２００の上方に、検知対象車線２００に対して正対し、かつ斜め下方へ向けてレーダ波を放射するように設置されている。そして検知対象車線２００とレーダ２の検知範囲２１０が重なる区間は矢印２２０で示される。この例では、検知対象車線２００と検知範囲２１０が重なる区間のレーダ２に近い方の境界とレーダ２間の距離はDnであり、その区間のレーダ２から遠い方の境界とレーダ２間の距離はDfで表される。なお、Dn、Dfは、レーダ２の種類、及び設置位置などによって異なるが、例えば、Dn=20m、Df=160mとなる。

図２（Ｂ）は、隣接車線上でのレーダ２の検知範囲の一例を示す図である。検知対象車線２００及び隣接車線２０１の幅方向における、レーダ２から放射されたレーダ波が到達する範囲は、レーダ２から離れるにつれて徐々に広がる。したがって、レーダ２の検知範囲２１０も、レーダ２から離れるにつれて徐々に広がる。そのため、矢印２２１で示される、隣接車線２０１と検知範囲２１０が重なる区間のレーダ２から遠い方の境界とレーダ２間の距離Dbは、距離Dfとほぼ等しい。一方、隣接車線２０１と検知範囲２１０が重なる区間のレーダ２側の境界とレーダ２間の距離Daは、距離Dnよりも長い。そこで、車線判定装置１は、走行している車両についての追跡区間のレーダ２側の端点の位置と、各車線の検知範囲のレーダ２側の境界の位置とを比較することで、検知された車両が走行している車線を判定できる可能性がある。なお、以下では、便宜上、追跡区間のレーダ２側の端点を追跡区間の近端と呼び、一方、追跡区間のレーダ２から遠い方の端点を追跡区間の遠端と呼ぶ。

しかし、車両よりもレーダ２の近くに物体が存在すると、その物体によってレーダ２から放射されたレーダ波が遮られるために、検知範囲内にもかかわらず、レーダ２が車両を検知できない領域が生じることがある。このような現象はオクルージョンと呼ばれる。図２（Ｃ）は、オクルージョンが生じているときの検知対象車線上のレーダ２の検知範囲の一例を示す図である。

図２（Ｃ）に示されるように、検知対象車線２００上に存在する車両２３１の後方では、レーダ波が車両２３１によって遮られる。そのため、レーダ２は、車両２３１の後端から、レーダ２からの距離Doまでの範囲内に位置する車両による反射波を検知できない。その結果、検知対象車線２００においてレーダ２が車両を検知可能な範囲は、矢印２２２で示された、レーダ２からの距離Do〜Dfの範囲に制限される。そして、距離Doは、隣接車線２０１と検知範囲２１０が重なる区間のレーダ２側の境界とレーダ２間の距離Daと略等しくなることがある。このように、検知対象車線上に存在する物体によりオクルージョンが生じる可能性がある場合には、走行している車両についての追跡区間の近端の位置のみに基づいて、その車両が走行している車線を正確に特定できないおそれがある。

次に、図３を参照しつつ、検知対象車線または隣接車線を走行する車両についての、追跡区間内におけるレーダ２から車両までの距離と受信レベル信号の関係を説明する。
図３において、横軸は距離を表し、縦軸は信号強度を表す。グラフ３０１は、オクルージョンが生じていない場合における、検知対象車線を走行する車両についての距離変化に応じた受信レベル信号の変化を表す。グラフ３０２は、オクルージョンが生じた場合における、検知対象車線を走行する車両についての距離変化に応じた受信レベル信号の変化を表す。さらにグラフ３０３は、隣接車線を走行する車両についての距離変化に応じた受信レベル信号の変化を表す。また閾値Thは、車両による反射波の強度の下限値に相当する受信レベル信号値を表す。したがって、受信レベル信号が閾値Th以上となる区間が、追跡区間となる。

何れの場合についても、レーダ２に向かって走行する車両についての受信レベル信号は、車両がレーダ２に近づくにつれて徐々に上昇し、受信レベル信号のピーク、すなわち最大値に達した後、徐々に低下する。しかし、オクルージョンが生じている検知対象車線を走行する車両についての受信レベル信号は、その信号値がピークに達した位置Spよりも車両がレーダ２に近づくにつれて、隣接車線を走行する車両についての受信レベル信号よりも急激に低下する。
このように、レーダ２からその車両までの距離変化に応じた受信レベル信号の強度変化の傾向は、オクルージョンが生じている検知対象車線を走行する車両と隣接車線を走行する車両とで異なる。

そこで、車線判定装置１は、追跡区間の近端が、隣接車線の検知範囲のレーダ２側の境界よりも遠い場合には、レーダ２から車両までの距離に応じた受信レベル信号の強度の変動度合いに基づいて、その車両が何れの車線を走行中か判定する。
以下、車線判定装置１の各部の詳細について説明する。

レーダインターフェース部１１は、車線判定装置１をレーダ２と接続するためのインターフェース回路を有する。このインターフェース回路は、例えば、RS-232Cまたはユニバーサルシリアルバスといったシリアル通信規格に準拠した回路、あるいは、イーサネット（登録商標）に準拠した回路とすることができる。そしてレーダインターフェース部１１は、レーダ２から計測データを受け取る度に、その計測データを制御部１４へ渡す。

記憶部１２は、例えば、読み書き可能な半導体メモリ回路と、読み出し専用の半導体メモリ回路とを有する。そして記憶部１２は、車線を判定するために用いられ、制御部１４上で動作するコンピュータプログラムを記憶する。また記憶部１２は、車線を判定するために用いられる様々なデータ、例えば、レーダ２から受け取った計測データ、計測データに基づいて検知された車両の追跡情報などを記憶する。さらに記憶部１２は、車線ごとに、その車線を走行する車両についての距離の変化に応じた受信レベル信号の変動を表す基準グラフを記憶する。なお、追跡情報及び基準グラフの詳細については後述する。

出力部１３は、車線判定装置１を、他の機器、例えば、交通管理システム、あるいは信号機と接続するためのインターフェース回路を有する。このインターフェース回路は、例えば、イーサネット（登録商標）に準拠した回路とすることができる。そして出力部１３は、制御部１４から受け取った、車両が検知された時刻、及びその車両が走行した車線を表す情報を他の機器へ出力する。なお、車両が検知された時刻は、例えば、車両が最初に検知されたときの計測データを車線判定装置１が取得した時刻とすることができる。

制御部１４は、車線判定装置１全体を制御する。また制御部１４は、レーダ２から受け取った計測データに基づいて、レーダ２の検知範囲内を走行する車両を検知し、検知した車両が走行する車線を判定する。そのために、制御部１４は、少なくとも一つのプロセッサ、タイマ及び周辺回路を有する。

図４は、制御部１４の機能ブロック図である。制御部１４は、車両検知部２１と、車線判定部２２とを有する。制御部１４が有するこれらの各部は、制御部１４が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される機能モジュールである。あるいは、制御部１４が有するこれらの各部は、それぞれ、別個の回路として車線判定装置１に実装されてもよい。

車両検知部２１は、レーダ２から制御部１４が計測データを受け取る度に、その計測データに基づいて、レーダ２の検知範囲内を走行中の車両を検知する。そして車両検知部２１は、検知した車両ごとに、その検知時刻における車両の位置及び速度を求める。
例えば、車両検知部２１は、計測データに含まれる複数の位置のそれぞれについて、受信レベル信号と、車両による反射波の強度の下限値に相当する受信レベル信号値である閾値Thとを比較する。そして車両検知部２１は、その受信レベル信号が閾値Th以上となる位置に車両が存在すると判定する。そして車両検知部２１は、車両が検知された位置に対応する速度を検知された車両の速度とする。なお、車両検知部２１は、レーダから受け取った計測データに基づいて車両を検知する他の様々な公知技術の何れかを用いて、車両を検知してもよい。

また車両検知部２１は、検知された車両を追跡する。そのために、車両検知部２１は、例えば、過去の計測データの取得時における検知された車両の位置から、最新の計測データ取得時におけるその車両の位置を推定する。例えば、車両検知部２１は、検知された車両の速度に過去の計測データ取得時から最新の計測データ取得時までの経過時間を乗じることにより車両の推定走行距離を求める。そして車両検知部２１は、過去の計測データ取得時の車両の位置から推定走行距離を減算することで、最新の計測データ取得時のその車両の位置を推定する。あるいは、車両検知部２１は、車両の挙動モデル（例えば、等加速度運動モデル）に従って、過去の計測データに基づいて、検知された車両の最新の計測データ取得時の位置及び速度を推定してもよい。この場合には、車両検知部２１は、最新の計測データに基づいて検知された車両は、その車両の位置及び速度と最も近い、推定位置及び推定速度に対応する車両と同一であると判定する。なお、車両検知部２１は、最新の計測データに基づいて検知された車両の位置から所定範囲内（例えば、検知位置を中心とする±10mの範囲）に、既に検知されている車両について求めた推定位置がない場合、新たな車両が検知されたと判定する。そして車両検知部２１は、新たに検知された車両に、既に検知されている他の車両と区別するための識別番号を割り当てる。
また車両検知部２１は、最新の計測データ取得時の車両の推定位置を含む所定範囲内（例えば、推定位置を中心とする±10mの範囲）には、最新の計測データにおいて受信レベル信号が閾値Th以上となる位置がない場合、その車両が検知範囲から外れたと判定する。

車両検知部２１は、検知された車両ごとに、割り当てた識別番号とともに、計測データ取得時の時刻、車両の位置及び速度の組を追跡情報として記憶部１２に記憶する。車両が検知されている間、計測データが取得される度に求められた、計測データ取得時の時刻、車両の位置及び速度の組がその車両の追跡情報に追加される。

車線判定部２２は、記憶部１２に記憶されている、個々の車両の追跡情報に基づいて、その車両が走行している車線が検知対象車線か隣接車線かを判定する。
そこで先ず、車線判定部２２は、追跡できなくなった、すなわち、レーダ２の検知範囲から外れた車両を注目車両とし、注目車両の追跡情報に基づいてその注目車両の追跡区間を特定する。そのために、車線判定部２２は、注目車両の追跡情報に含まれる、レーダ２から最も遠い車両の検知位置、すなわち、追跡区間の遠端S_maxと、レーダ２から最も近い車両の検知位置、すなわち、追跡区間の近端S_minとを求める。なお、車両がレーダ２の正面へ向けて接近してくる場合には、遠端S_maxは、その車両についての受信レベル信号が最初に閾値Th以上となった位置であり、近端S_minは、その車両についての受信レベル信号が最後に閾値Th以上となった位置である。そして車線判定部２２は、近端S_minから遠端S_maxまでの区間を、その車両についての追跡区間とする。

次に、車線判定部２２は、追跡区間の近端S_minが、隣接車線における検知範囲のレーダ２側の境界よりも近いか否か判定する。なお、追跡区間の近端S_minは、隣接車線を走行する車両のサイズ及び形状によって異なる。これは、車両のサイズ及び形状によって、レーダ反射断面積が異なるためである。例えば、隣接車線を走行する車両がトラックまたはバスといった大型車である場合、その車両のレーダ反射断面積も大きいため、その車両についての追跡区間の近端S_minは相対的に近くなる。一方、隣接車線を走行する車両がバイクなどの小型車両である場合、その車両がレーダ波を反射する部分も小さいので、小型車両がレーダ２の検知範囲から外れる位置も、大型車がレーダ２の検知範囲から外れる位置よりも遠くなる。そのため、隣接する車線を走行する小型車両についての追跡区間の近端S_minは、大型車についての近端S_minよりも遠くなる。そこで図３に示される、隣接車線における検知範囲のレーダ２側の境界に相当する、レーダ２からの距離Xmは、例えば実験的に決定される。距離Xmは、例えば、隣接車線を走行する複数の大型車両についての追跡区間の近端S_minの平均値から所定のオフセット値（例えば、数m〜20m）を引いた値に設定される。これにより、車線判定部２２は、隣接車線を走行している車両が検知対象車線を走行していると誤って判定されることを抑制できる。

レーダ２から追跡区間の近端S_minまでの距離が距離Xmよりも短ければ、隣接車線における検知範囲のレーダ２側の境界よりも近い位置まで車両が検知されているので、車線判定部２２は、車両は検知対象車線を走行していると判定する。

なお、隣接車線における検知範囲のレーダ２側の境界に対して、車両のサイズ及び形状による追跡区間の近端の変動幅よりも遠い位置で車両が検知できなくなることがある。例えば、検知対象車線を走行している車両の先行車両がレーダ２から比較的遠い位置に停車していると、その先行車両によって生じるレーダ２が検知不能な領域の遠端が、隣接車線における検知範囲のレーダ２側の境界よりもレーダ２から遠くなる。このような場合、レーダ２は、そのような遠い位置で検知対象車線を走行している車両を検知できなくなる。一方、隣接車線では、隣接車線上を走行する車両には斜め前方からレーダ波が当たる。そのため、特に、検知範囲のレーダ２側の境界の近くでは、隣接車線を走行する車両の先行車両によって、レーダ波が遮られる可能性は低い。そこで、車線判定部２２は、レーダ２から追跡区間の近端S_minまでの距離がある距離Ymより長い場合も、車両は検知対象車線を走行していると判定してもよい。この場合、距離Ymは、例えば、実験的に求めた、隣接車線を走行する複数の小型車両についての近端S_minの平均値よりも所定のオフセット値（例えば、数m〜20m）だけ加えた値に設定される。例えば、レーダ２の検知範囲が20m〜160mに設定されている場合、Xm=50m、及びYm=85mに設定される。

一方、レーダ２から追跡区間の近端S_minまでの距離が距離Xm以上かつYm以下である場合、検知された車両が隣接車線を走行しているか、または、オクルージョンが生じている検知対象車線上をその車両が走行していると推定される。この場合、車線判定部２２は、その車両についての距離の変化に応じた受信レベル信号の変動に基づいて、車両が走行している車線を判定する。

検知された車両の形状及びサイズといった車両の外形的特徴、または天候などの環境条件により、検知された車両ごとに、追跡区間及び受信レベル信号は変動する。そこで本実施形態では、車線判定部２２は、車両の外形的特徴または環境条件による距離と受信レベル信号の関係への影響を軽減するために、距離と受信レベル信号の関係を正規化する。
車線判定部２２は、追跡情報に基づいて、受信レベル信号の最大値及び最小値がそれぞれ第１の所定値（例えば、1）及び第２の所定値（例えば、0）となるよう正規化した信号値を、追跡区間を複数の区間に等分割する複数のサンプル点ごとに求める。これにより、車線判定部２２は、検知された車両についての、距離変化に応じた受信レベル信号の強度変動を表す正規化グラフを作成する。

車線判定部２２は、例えば、次式に従って各サンプル点e_k(k=1,2,...,N)の正規化信号値y_kを求める。

ここで、Nはサンプル点の総数である。またP_maxは、検知された車両についての受信レベル信号の最大値を表し、P_minは、検知された車両についての受信レベル信号の最小値を表す。なお、P_minの代わりに、閾値Thが用いられてもよい。またS_r(r=1,2,...,M、ただしMは、追跡情報に含まれる、車両が検知された測定点の総数)は、追跡情報に含まれる、レーダ２から車両までの距離を表し、P_rは、レーダ２から測定点までの距離S_rにおける受信レベル信号値を表す。B_k〜B_k+1は、サンプル点e_kについての正規化信号値を求めるために用いられる、レーダ２からの距離の範囲を表す。そして関数avg(P_r)(B_k≦S_r<B_k+1)は、距離B_k以上かつB_k+1未満の距離S_rについての受信レベル信号値P_rの平均値を算出する関数である。なお、関数avg(P_r)の代わりに、距離B_k以上かつB_k+1未満の距離S_rについての受信レベル信号値P_rの中央値を求める関数が用いられてもよい。

図５（Ａ）は、追跡情報に含まれる、レーダ２から車両までの距離と受信レベル信号との関係の一例を表すグラフである。図５（Ａ）において、横軸は距離を表し、縦軸は信号強度を表す。そして各点５０１は、それぞれ、距離S_rにおける受信レベル信号値を表す。この例では、N=10である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示されたグラフを正規化したグラフである。図５（Ｂ）において、横軸はサンプル点の番号を表し、縦軸は、信号強度を表す。そして各点５０２は、それぞれ、サンプル点e_kにおける正規化された信号値を表す。各サンプル点e_kは、それぞれ、図５（Ａ）における距離B_k〜B_k+1に対応している。この正規化グラフの形状と、距離変化に対する受信レベル信号の変化度合いを表す元のグラフの形状が類似していることが分かる。

車線判定部２２は、正規化グラフと、オクルージョンが生じている場合に対応する、検知対象車線を走行する車両についてのレーダ２からの距離の変化に応じた受信レベル信号の強度の変動の代表的な関係を表す基準グラフ間の相関係数C_oを求める。以下、便宜上、この基準グラフを検知対象車線基準グラフと呼ぶ。同様に、車線判定部２２は、その正規化グラフと、隣接車線を走行する車両についての距離に対する受信レベル信号の強度の変動の代表的な関係を表す基準グラフ間の相関係数C_nを求める。以下、便宜上、この基準グラフを隣接車線基準グラフと呼ぶ。また、相関係数C_o及びC_nは、それぞれ、正規化グラフと検知対象車線基準グラフとの類似度合い及び正規化グラフと隣接車線基準グラフとの類似度合いを表す類似度の一例である。

なお、検知対象車線基準グラフは、例えば、オクルージョンが生じている場合に検知対象車線を走行する複数の車両についての追跡情報から正規化グラフをそれぞれ求め、その複数の正規化グラフにおける正規化信号値をサンプル点ごとに平均化することにより求められる。同様に、隣接車線基準グラフも、例えば、隣接車線を走行する複数の車両についての追跡情報から正規化グラフをそれぞれ求め、その複数の正規化グラフにおける正規化信号値をサンプル点ごとに平均化することにより求められる。また、相関係数C_o、C_nの計算を簡単化するために、正規化グラフのサンプル点の数は、各基準グラフのサンプル点の数と同数に設定される。

相関係数C_o、C_nは、例えば、それぞれ次式に従って算出される。

ただし、y_avgは、正規化グラフに含まれる各サンプル点の正規化信号値y_k(k=1,2,...,N)の平均値である。またz_kは、検知対象車線基準グラフに含まれるサンプル点e_kの正規化信号値であり、z_avgは、検知対象車線基準グラフに含まれる各サンプル点の正規化信号値の平均値である。そしてw_kは、隣接車線基準グラフに含まれるサンプル点e_kの正規化信号値であり、w_avgは、隣接車線基準グラフに含まれる各サンプル点の正規化信号値の平均値である。

車線判定部２２は、相関係数C_nが相関係数C_oよりも大きければ、すなわち、正規化グラフが、検知対象車線基準グラフよりも隣接車線基準グラフに類似していれば、検知された車両は隣接車線を走行していると判定する。一方、相関係数C_nが相関係数C_o以下であれば、すなわち、正規化グラフが、隣接車線基準グラフよりも検知対象車線基準グラフに類似していれば、車線判定部２２は、検知された車両は検知対象車線を走行していると判定する。

車線判定部２２は、例えば、車両を検知した時刻、及びその車両が走行する車線に関する情報を記憶部１２に記憶するとともに、出力部１３を介して他の機器へ出力する。

図６は、制御部１４により実行される車線判定処理の動作フローチャートである。制御部１４は、レーダ２から計測データを取得する度に、この動作フローチャートに従って車線判定処理を実行する。
制御部１４の車両検知部２１は、計測データから車両を検知する（ステップＳ１０１）。そして車両検知部２１は、最新の計測データに基づいて検知された車両の位置と、過去の計測データに基づいて検知された車両の位置などを用いて、車両ごとの追跡情報を更新する。
制御部１４は、追跡情報に基づいて、追跡中の車両のうちで検出不能となった車両が有るか否か判定する（ステップＳ１０２）。
検出不能となった車両が無い場合（ステップＳ１０２−Ｎｏ）、制御部１４は、ステップＳ１０１の処理を再度実行する。一方、検出不能となった車両が有る場合（ステップＳ１０２−Ｙｅｓ）、制御部１４は、その検出不能となった車両を、車線判定の対象車両とする。そして制御部１４は、車線判定の対象車両についての追跡情報を、制御部１４の車線判定部２２へ渡す。

車線判定部２２は、追跡情報から追跡区間の近端S_minを抽出する（ステップＳ１０３）。そして車線判定部２２は、追跡区間の近端S_minは隣接車線におけるレーダ２の検知範囲のレーダ２側の境界よりもレーダ２から遠いか否か判定する（ステップＳ１０４）。追跡区間の近端S_minが隣接車線における検知範囲のレーダ２側の境界よりも近い場合（ステップＳ１０４−Ｎｏ）、車線判定部２２は、車両は検知対象車線を走行していると判定する（ステップＳ１０８）。そして車線判定部２２は、車両が検知された時刻及びその車両が検知対象車線を走行していることを表す情報を出力部１３を介して他の機器へ出力する。

一方、追跡区間の近端S_minが隣接車線における検知範囲のレーダ２側の境界よりもレーダ２から遠い場合（ステップＳ１０４−Ｙｅｓ）、車両は、隣接車線を走行しているか、あるいは、オクルージョンが生じている検知対象車線を走行していると推定される。そこで車線判定部２２は、追跡区間内の距離の変化に応じた受信レベル信号の強度変動を表す正規化グラフを作成する（ステップＳ１０５）。そして車線判定部２２は、正規化グラフと検知車線基準グラフとの相関係数C_o、及び正規化グラフと隣接車線基準グラフとの相関係数C_nを算出する（ステップＳ１０６）。

車線判定部２２は、相関係数C_nが相関係数C_oよりも大きいか否か判定する（ステップＳ１０７）。相関係数C_nが相関係数C_o以下である場合（ステップＳ１０７−Ｎｏ）、車線判定部２２は、車両は検知対象車線を走行していると判定する（ステップＳ１０８）。そして車線判定部２２は、車両が検知された時刻、及びその車両が検知対象車線を走行していることを表す情報を出力部１３を介して他の機器へ出力する。
一方、相関係数C_nが相関係数C_oよりも大きい場合（ステップＳ１０７−Ｙｅｓ）、車両は隣接車線を走行していると判定する（ステップＳ１０９）。そして車線判定部２２は、車両が検知された時刻、及びその車両が隣接車線を走行していることを表す情報を出力部１３を介して他の機器へ出力する。
ステップＳ１０８またはＳ１０９の後、制御部１４は、車線判定処理を終了する。なお、ステップＳ１０４において、レーダ２から追跡区間の近端S_minまでの距離が、上記の距離Ymよりも長い場合も、検出対象車線においてオクルージョンが生じているために車両が検知できなくなったと推定して、車線判定部２２は、検知された車両が検知対象車線を走行していると判定してもよい。

以上に説明してきたように、この車線判定装置は、検知対象車線を走行する車両と隣接車線を走行する車両とで差異のある、距離変化に応じた受信レベル信号の変化の傾向及び追跡区間の近端に基づいて車両が走行している車線を判定する。そのため、この車線判定装置は、固定的に設置されたレーダからの車両の検知信号に基づいて、正確に車両が走行している車線を判定できる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。変形例によれば、記憶部は、オクルージョンが発生していないときの検知対象車線を走行する車両についての距離と受信レベル信号との関係を表す基準グラフも記憶していてもよい。この場合、車線判定部は、検知された車両について求めた正規化グラフと、検知対象車線についてオクルージョンが発生していないときの基準グラフとの相関係数C_sも算出してもよい。そして車線判定部は、相関係数C_s、C_o、C_nのうちで最も高い値となる基準グラフに対応する車線を、検知された車両が走行している車線と判定してもよい。この場合、ステップＳ１０３の処理は省略されてもよい。

また他の変形例では、オクルージョンが生じ難いことが予め分かっている車線が検知対象車線であることがある。この場合、車線判定部は、追跡区間の近端S_minが隣接車線における検知範囲のレーダ側の境界よりもレーダ２から遠い場合、相関係数C_o、C_nを求めることなく、検知された車両は隣接車線を走行していると判定してもよい。

さらに他の変形例によれば、車両検知部は、一度検知された車両がその後検知不能となった後も、一定期間（例えば、5〜10秒間）、追跡情報に含まれる、各測定点での車両の速度及び測定時刻に基づいて、その車両の位置を推定してもよい。そして車線判定部は、ある時点で、注目車両の一つ前の車両の推定位置よりも、注目車両の位置の方がレーダに近くなる場合、すなわち、注目車両が一つ前の車両を追い越すと推定される場合、注目車両が走行する車線を、一つ前の車両が走行する車線と異なる方の車線と判定してもよい。

さらに他の変形例によれば、車線判定部は、検知された車両についての距離と受信レベル信号の関係から１以上の特徴量を求め、その特徴量が所定の条件を満たす場合に、その車両が検知対象車線を走行していると判定してもよい。例えば、再度図３を参照すると、オクルージョンが生じている場合に検知対象車線を走行する車両について、追跡区間の全長に対する、受信レベル信号がピークとなる位置から追跡区間の近端までの距離の比が、隣接車線を走行する車両についてのその比よりも小さい。そこで車線判定部は、追跡区間の近端S_minが隣接車線におけるレーダの検知範囲のレーダ側の境界よりもレーダから遠い場合に、追跡区間の全長に対する、受信レベル信号のピークの位置と追跡区間の近端S_minまでの距離の比を特徴量として求めてもよい。そして車線判定部は、その比が所定の閾値Th2以下であれば、検知された車両が検知対象車線を走行していると判定してもよい。なお、所定の閾値Th2は、例えば、検知対象車線においてオクルージョンが生じているときのその比の最大値、例えば、0.1〜0.2に設定される。

さらに他の変形例によれば、車線判定部は、距離と受信レベル信号の関係から求められた１以上の特徴量を入力とし、車両が走行している車線を出力する識別器を有していてもよい。この場合、車線判定部は、検知された車両についての追跡情報に含まれる、距離と受信レベル信号の関係からその１以上の特徴量を求め、求めた特徴量を識別器に入力することによって車両が走行している車線を判定する。特徴量は、例えば、上記の比、または追跡区間内における、距離変動に対する受信レベル信号の変化の傾きの絶対値の最大値とすることができる。

なお、識別器は、例えば、多層パーセプトロンあるいはサポートベクターマシンといった機械学習システムとすることができる。これらの機械学習システムを学習するために、検知対象車線を走行している複数の車両についての追跡情報からそれぞれ求めた特徴量と、隣接車線を走行している複数の車両についての追跡情報からそれぞれ求めた特徴量とが学習用サンプルデータとして用いられる。そして機械学習システムは、例えば、学習用サンプルデータを用いて、バックプロパゲーションといった教師付き学習によって、入力された特徴量に応じて隣接車線か検知対象車線かを出力するように学習される。

さらに他の変形例によれば、レーダは、パルス圧縮方式または二周波連続波（continuous wave、CW）方式に従ったレーダ装置であってもよい。この場合、制御部は、一定の周期ごとに、レーダから、所定の距離間隔で設定された複数の位置のそれぞれについて受信レベル信号を含む計測データを受け取る。そして車両検知部は、受信レベル信号が所定の閾値以上である距離に車両が存在すると判定する。この場合、車両検知部は、例えば、最新の計測データにおいて検知された車両の現在位置と、１回前に取得した計測データにおいて検知された車両の過去位置とを比較する。そして車両検知部は、現在位置よりも遠方で、かつ現在位置に最も近い過去位置にいる車両と、現在位置にいる車両が同一の車両であると判定することで、車両ごとの追跡情報を更新する。

また、上記の実施形態または変形例による制御部の機能をコンピュータに実現させる命令を有するコンピュータプログラムは、磁気記録媒体、光記録媒体あるいは不揮発性の半導体メモリといった、記録媒体に記録された形で提供されてもよい。

ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。

１ 車線判定装置
２ レーダ
１１ レーダインターフェース部
１２ 記憶部
１３ 出力部
１４ 制御部
２１ 車両検知部
２２ 車線判定部

Claims (8)

1. 並行する複数の車線のうちの検知対象車線に対して検知範囲の長手方向が重なり、かつ前記検知対象車線上に配置されたレーダから、該レーダからの距離と当該距離に位置する物体により反射されたレーダ波の強度を表す受信レベル信号との組を少なくとも一つ含む計測データを受信するインターフェース部と、
   前記レーダから前記検知対象車線を走行する第２の車両までの距離の変化に応じた前記受信レベル信号の強度の変動を表す第１の基準グラフと、前記レーダから前記複数の車線のうちの前記検知対象車線に隣接する車線を走行する第３の車両までの距離の変化に応じた前記受信レベル信号の強度の変動を表す第２の基準グラフとを記憶する記憶部と、
   複数の前記計測データに基づいて前記複数の車線のうちの何れかを走行する車両を検知し、当該車両が検知されている区間内の当該車両が検知された複数の位置のそれぞれについて、前記レーダから当該位置までの距離と該距離における前記受信レベル信号とを含む追跡情報を作成する車両検知部と、
   前記追跡情報に表された、前記レーダから前記検知された車両までの距離の変化に応じた前記受信レベル信号の強度の変動を表すグラフと前記第１の基準グラフとの類似度を表す第１の類似度と、該グラフと前記第２の基準グラフとの類似度を表す第２の類似度とを求め、該第１の類似度が該第２の類似度以上である場合、前記検知された車両は前記検知対象車線を走行していると判定する車線判定部と、
   を有する車線判定装置。
2. 前記第１の基準グラフは、前記第２の車両よりも前記レーダの近くに位置する前記検知対象車線上の物体により前記レーダが前記検知対象車線上の前記検知範囲の一部を検知できない場合における、前記レーダから前記第２の車両までの距離の変化に応じた前記受信レベル信号の強度の変動を表す、請求項１に記載の車線判定装置。
3. 前記車線判定部は、前記区間のうちで前記レーダに最も近い位置が、前記検知対象車線に隣接する車線における前記検知範囲の前記レーダ側の境界よりも前記レーダに近い場合、前記検知された車両は前記検知対象車線を走行していると判定する、請求項１または２に記載の車線判定装置。
4. 並行する複数の車線のうちの検知対象車線に対して検知範囲の長手方向が重なり、かつ前記検知対象車線上に配置されたレーダから、該レーダからの距離と当該距離に位置する物体により反射されたレーダ波の強度を表す受信レベル信号との組を少なくとも一つ含む計測データを受信するインターフェース部と、
   複数の前記計測データに基づいて前記複数の車線のうちの何れかを走行する車両を検知し、当該車両が検知されている区間内の当該車両が検知された複数の位置のそれぞれについて、前記レーダから当該位置までの距離と該距離における前記受信レベル信号とを含む追跡情報を作成する車両検知部と、
   前記追跡情報に表された、前記区間のうちで前記レーダに最も近い位置が、前記検知対象車線に隣接する車線における前記検知範囲の前記レーダ側の境界よりも前記レーダに近い場合、前記検知された車両は前記検知対象車線を走行していると判定する車線判定部と、
   を有する車線判定装置。
5. 並行する複数の車線のうちの検知対象車線に対して検知範囲の長手方向が重なり、かつ前記検知対象車線上に配置されたレーダから、該レーダからの距離と当該距離に位置する物体により反射されたレーダ波の強度を表す受信レベル信号との組を少なくとも一つ含む計測データを受信し、
   複数の前記計測データに基づいて前記複数の車線のうちの何れかを走行する車両を検知し、当該車両が検知されている区間内の当該車両が検知された複数の位置のそれぞれについて、前記レーダから当該位置までの距離と該距離における前記受信レベル信号とを含む追跡情報を作成し、
   前記追跡情報に表された、前記レーダから前記検知された車両までの距離の変化に応じた前記受信レベル信号の強度の変動を表すグラフと、記憶部に記憶された前記レーダから前記検知対象車線を走行する第２の車両までの距離の変化に応じた前記受信レベル信号の強度の変動を表す第１の基準グラフとの類似度を表す第１の類似度と、前記グラフと前記記憶部に記憶された前記レーダから前記複数の車線のうちの前記検知対象車線に隣接する車線を走行する第３の車両までの距離の変化に応じた前記受信レベル信号の強度の変動を表す第２の基準グラフとの類似度を表す第２の類似度とを求め、該第１の類似度が該第２の類似度以上である場合、前記検知された車両は前記検知対象車線を走行していると判定する、
   ことを含む車線判定方法。
6. 並行する複数の車線のうちの検知対象車線に対して検知範囲の長手方向が重なり、かつ前記検知対象車線上に配置されたレーダから、該レーダからの距離と当該距離に位置する物体により反射されたレーダ波の強度を表す受信レベル信号との組を少なくとも一つ含む計測データを受信し、
   複数の前記計測データに基づいて前記複数の車線のうちの何れかを走行する車両を検知し、当該車両が検知されている区間内の当該車両が検知された複数の位置のそれぞれについて、前記レーダから当該位置までの距離と該距離における前記受信レベル信号とを含む追跡情報を作成し、
   前記追跡情報に表された、前記区間のうちで前記レーダに最も近い位置が、前記検知対象車線に隣接する車線における前記検知範囲の前記レーダ側の境界よりも前記レーダに近い場合、前記検知された車両は前記検知対象車線を走行していると判定する、
   ことを含む車線判定方法。
7. 並行する複数の車線のうちの検知対象車線に対して検知範囲の長手方向が重なり、かつ前記検知対象車線上に配置されたレーダから、該レーダからの距離と当該距離に位置する物体により反射されたレーダ波の強度を表す受信レベル信号との組を少なくとも一つ含む複数の計測データに基づいて前記複数の車線のうちの何れかを走行する車両を検知し、
   前記車両が検知されている区間内の当該車両が検知された複数の位置のそれぞれについて、前記レーダから当該位置までの距離と該距離における前記受信レベル信号とを含む追跡情報を作成し、
   前記追跡情報に表された、前記レーダから前記検知された車両までの距離の変化に応じた前記受信レベル信号の強度の変動を表すグラフと、記憶部に記憶された前記レーダから前記検知対象車線を走行する第２の車両までの距離の変化に応じた前記受信レベル信号の強度の変動を表す第１の基準グラフとの類似度を表す第１の類似度と、前記グラフと前記記憶部に記憶された前記レーダから前記複数の車線のうちの前記検知対象車線に隣接する車線を走行する第３の車両までの距離の変化に応じた前記受信レベル信号の強度の変動を表す第２の基準グラフとの類似度を表す第２の類似度とを求め、該第１の類似度が該第２の類似度以上である場合、前記検知された車両は前記検知対象車線を走行していると判定する、
   ことをコンピュータに実行させる命令を含む車線判定用コンピュータプログラム。
8. 並行する複数の車線のうちの検知対象車線に対して検知範囲の長手方向が重なり、かつ前記検知対象車線上に配置されたレーダから、該レーダからの距離と当該距離に位置する物体により反射されたレーダ波の強度を表す受信レベル信号との組を少なくとも一つ含む複数の計測データに基づいて前記複数の車線のうちの何れかを走行する車両を検知し、
   前記車両が検知されている区間内の当該車両が検知された複数の位置のそれぞれについて、前記レーダから当該位置までの距離と該距離における前記受信レベル信号とを含む追跡情報を作成し、
   前記追跡情報に表された、前記区間のうちで前記レーダに最も近い位置が、前記検知対象車線に隣接する車線における前記検知範囲の前記レーダ側の境界よりも前記レーダに近い場合、前記検知された車両は前記検知対象車線を走行していると判定する、
   ことをコンピュータに実行させる命令を含む車線判定用コンピュータプログラム。

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