JP6223504B1 - レーダ装置およびこれを用いたセンサフュージョン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサフュージョン装置に設けられているレーダ装置において、検知した物体の種別識別の精度を向上させる。【解決手段】センサフュージョン装置１００に設けられているカメラ装置１０２による種別識別結果の情報をレーダ装置１０１に与え、センサフュージョン装置１００の動作中にレーダ装置１０１での識別判定に使用する帰属度データベース２０４をデータベース更新部２０５で更新する。【選択図】図１

Description

この発明は、レーダ装置および、このレーダ装置をセンサの１つとして利用したセンサフュージョン装置に関するものである。

従来から特許文献１に示すような自車両周辺の物体を検知するため、レーダ装置とカメラ装置の２つのセンサを用いたセンサフュージョン装置があり、自車が前方の障害物に衝突した際の被害を軽減する衝突被害軽減ブレーキシステムや、前方の車両に追従するアダプティブクルーズコントロールシステムに利用されている。

一般的に車載用のレーダ装置は距離精度、相対速度精度は高いが、角度精度が低く、物体の種別を識別する識別機能は無いか、もしくは精度が低い。一方カメラ装置は距離精度、相対精度が比較的低く、角度精度、識別精度は良い。レーダ装置とカメラ装置のセンサフュージョン装置は各々のセンサ装置の検知結果から同一の物体を判別し、各々のセンサ装置のうち精度が高い方の値を利用することで、距離精度、相対速度精度、角度精度、識別精度を向上させたり、複数センサ装置の使用による検知結果の信頼性向上を目的としている。

特許文献２では、高さが既知である種々の物体を用いて予め作成した振幅パターン辞書（データベース）を照合することにより、物体の高さを推定し、制御対象となる物体か、踏み越えられる物体かを判定している。

異なる例として、特許文献３では、受信強度（レーダ反射断面積）及びＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式における周波数の上り区間と下り区間での受信強度差のばらつき（標準偏差）に基づき、対象が車両であるか否か、人であるか否かの識別を行い、制動対象であるか否かを判定している。

特開２００４−１１７０７１号公報 特許第５５４３０６１号公報 特許第４６６５９４８号公報

従来のレーダ装置は上述のように構成されているので、特許文献１では信号強度に由来する特徴量のみに基づいて判定を行うため、測定結果が正常に得られない場合には推定精度が劣化する課題がある。
また、特許文献２のように辞書を照合する方式では、精度の高い推定を行うための辞書を作成するのに膨大な数のデータ取得が必要であり、更に、照合には一般に高い演算負荷や大容量のメモリが必要となり、高コストになる課題がある。
また、特許文献３の方法では、事前に物体を識別することで、制動対象／非制動対象を絞り込むことができるため、最終的な判定精度向上が期待できるものの、レーダ反射断面積はビームパタン、物体の材質、姿勢、及び距離によって変わるため、安定した判定が困難と考えられ、また、ばらつきを算出するにはある程度のデータ蓄積が必要であるため、例えば、前方車両の急な車線変更といった時間的に余裕のない状況への対応が遅れる可能性が考えられる。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、より識別精度の高いレーダ装置ならびに、より精度の高いセンサフュージョン装置を得ることを目的とする。

この発明のレーダ装置は、既知の複数の物体の特徴量をあらかじめデータ化したものを各物体の種別毎に格納しておくデータベースを用いて検知した物体の種別を識別する識別手段を有したセンサ装置としてのレーダ装置において、識別手段の結果と別のセンサ装置における物体種別識別手段の結果とに基づきデータベースにおける特徴量の情報を物体の各種別に対応するよう選択して更新するデータベース更新部とを備えたものである。

この発明のレーダ装置は、帰属度算出結果と別のセンサ装置によって得られた物体種別識別結果とに基づきデータベースを更新することで、識別性能を向上させることができる。

この発明の実施の形態１であるセンサフュージョン装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るセンサフュージョン装置内のレーダ装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るセンサフュージョン装置内のレーダ装置において、標準的な送信電力の個体で車両や人を検知したときの、距離と受信強度の関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るセンサフュージョン装置内のレーダ装置において、送信電力が標準的な個体より小さい個体で車両や人を検知したときの、距離と受信強度の関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るセンサフュージョン装置内のレーダ装置において、送信電力が標準的な個体より小さい個体で車両や人を検知したときの、距離と受信強度の関係を、カメラ装置の識別結果に応じてシフトさせた結果を示す説明図である。 ある特徴量に対する各カテゴリ（種別）の帰属度の関係を示す説明図である。

実施の形態１．
まず、本出願人は、前記課題を検討し、レーダ装置の測定値から抽出した物体の特徴を用いて物体を識別することが可能なレーダ装置を得ることにした。
このようなレーダ装置は、レーダ装置の受信信号から一定時間周期で複数の物体について少なくとも物体との相対距離と相対速度並びに物体の角度と反射強度に関わる情報を一次特徴量として抽出する一次特徴量抽出部と、一次特徴量を格納し、複数の一次特徴量を複数の周期にわたって時系列で同一の物体であると関連付けるデータ格納処理部と、データ格納処理部における一次特徴量から、二次特徴量、例えば、相対距離の最大値（最大検出距離）や、受信強度値や、受信強度値の変化量などを抽出する二次特徴量抽出部と、あらかじめ定められたカテゴリに関する二次特徴量の分布に対する帰属度を算出する帰属度算出部と、帰属度に基づき物体のカテゴリを判定する物体判定部を備えたものである。

なお、帰属度算出部は、帰属度データベースから得られる二次特徴量毎の帰属度分布に基づいて、二次特徴量抽出部から入力される二次特徴量の各特徴量のカテゴリ毎の値（帰属度）を算出する。すなわち、あらかじめ定められたカテゴリに関する二次特徴量の分布に対する帰属度を算出する。

例えばある距離における特徴量と帰属度の関係を示す帰属度分布が図６のように帰属度データベースに登録されている場合、レーダで検知したある物体について二次特徴量が黒点で示したところの値と算出された場合、カテゴリ１の帰属度は小さい値（＝α）、カテゴリ２の帰属度は大きな値（＝β）、カテゴリ３の帰属度は０（＝γ）となる。

また、帰属度データベースは、予め定めたカテゴリについて、予め数例の観測を行って取得した二次特徴量分布や、送信電力、距離、アンテナ利得、反射断面積等から導出した理論値に基づく二次特徴量分布や、カテゴリに関する経験的知見に基づく性質を数値化し格納する。

例えば、図６の帰属度分布を得るには、サンプル（教師データ）のヒストグラムを作成したのち、最大値を規格化することで作成することができる。

物体判定部は、帰属度算出部から入力された当該物体に関するカテゴリ毎の帰属度に基づき、当該物体がどのカテゴリに属するか、すなわち、当該物体の種別（例えば、車両、人、乗り越え可能な低位置物体等）を識別し、識別結果を出力する。

上述のレーダ装置は、レーダ装置で取得した物体の反射強度の短時間の変化量を特徴量として当該物体のカテゴリ（種別）を識別するようにしたので、短時間もしくは少ない測定点から精度の高い物体識別をすることができる。
また、このレーダ装置は、レーダ装置で取得した物体の複数の特徴量に基づき当該物体のカテゴリ（種別）を識別するようにしたので、欠損等がある場合でも精度の高い物体識別をすることができる。

ところで、上述のレーダ装置では帰属度データベースという、既知の物体の特徴量をあらかじめデータベース化したものを作成しておくが、例えばレーダ装置の電波の送信電力に個体差がある場合、送信電力が小さい個体の場合、受信強度値が小さくなる。受信強度値に依存した特徴量を利用する場合、データベースに記憶された特徴量とは差異が生じ、判定を誤るおそれがある。例えばレーダ装置ではある物体を人と識別し、カメラ装置では同じ物体を車と識別してしまい、センサフュージョン処理において、レーダ装置による検知物体とカメラ装置による検知物体が別の物体と判定されるおそれがある。

また上述のレーダ装置において帰属度データベースを作成する際、元となるデータが多いほど、ロバストな物体の識別が可能になると考えられるが、データ蓄積には多大な時間と費用がかかるおそれがある。

次にこのようなレーダ装置における問題点を解消したこの発明の実施の形態１について、図に基づいて詳細に説明する。図１および図２は、この発明の実施の形態１におけるセンサフュージョン装置およびその主要部であるレーダ装置の構成を示すものである。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
図１に示すように、このセンサフュージョン装置１００は、検知した物体の種別を識別する識別手段を有したセンサ装置としてのレーダ装置１０１、物体種別識別結果を得ることができる物体種別識別手段を有した別のセンサ装置としてのカメラ装置１０２、センサフュージョン部１０３、フュージョン処理部１０４、選択処理部１０５を備えており、車両制御ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０６を制御するために用いられる。
センサフュージョン部１０３は、レーダ装置１０１の検知結果とカメラ装置１０２の検知結果をフュージョン処理する。フュージョン処理部１０４はセンサフュージョン部１０３内でレーダ装置１０１の検知結果とカメラ装置１０２の検知結果の同一判定を実施し、追尾処理を行う。選択処理部１０５はフュージョン処理部１０４が出力したフュージョン結果から、車両制御に必要な制御用データ、およびレーダ装置１０１のデータベース更新に必要なデータを選択するものである。車両制御ＥＣＵ１０６はセンサフュージョン装置１００で得られた情報から、自動ブレーキやＡＣＣ(Adaptive Cruise Control)といった車両制御を行う。

次に図２に基づいてこの発明の主要部であるレーダ装置１０１について詳細に説明する。
同図に示すように、このレーダ装置１０１は、ＲＥ/ＩＦ（Radio Frequency/Intermediate Frequency）部２０１、レーダ信号処理部２０２、識別手段としての帰属度算出部２０３、帰属度データベース２０４、データベース更新部２０５を備えており、センサフュージョン部１０３と信号の授受を行う。なお、センサフュージョン部１０３は、図１に示すものと同様に構成されている。
ＲＥ/ＩＦ部２０１は信号波を送信、受信し、送信波と受信波とからベースバンド信号を生成する。レーダ信号処理部２０２はＲＥ/ＩＦ部２０１からのベースバンド信号をＡ/Ｄ変換し、Ａ/Ｄ変換信号から物体の距離、相対速度、角度を算出する。帰属度算出部２０３はレーダ信号処理部２０２の検知結果と帰属度データベース２０４から、各検知物体のカテゴリ毎の帰属度を算出し、最終的な識別結果を出力する。帰属度データベース２０４は帰属度算出部２０３が参照するための帰属度データベースである。データベース更新部２０５は帰属度算出部２０３の結果と、センサフュージョン部１０３からの出力であるカメラ装置による識別結果をもとに、帰属度データベース２０４を更新する。

このように構成されたレーダ装置においては、走行中にデータベース更新部２０５が帰属度データベース２０４を更新していくことで、実使用環境に適したデータベースが生成される。

具体的なデータベース更新部２０５の動作として、受信強度から車両と人の帰属度を算出する場合を説明する。図３はレーダ装置１０１内のＲＥ/ＩＦ部２０１の送信電力が標準的な個体における、車両および人を検知した場合の、距離と受信強度値の関係を示した図である。レーダ装置が検出した物体の距離と受信強度の関係が、車両からの受信強度分布範囲：Ａ内であれば、車両の帰属度が高くなり、人からの受信強度分布範囲：Ｂ内であれば、人の帰属度が高くなる。

一方、図４は送信電力が小さい個体での、車両および歩行者を検知した場合の、距離と受信強度値の関係を示した図である。受信性能が標準的な個体とほぼ同じであれば、送信電力が小さい分、受信強度は小さくなる。即ち、図４に示すように、受信強度の分布は、車両からの受信強度分布範囲：Ａaおよび人からの受信強度分布範囲：Ｂａが共に下方方向（受信強度低下方向）に位置することになる。

ここで、図３および図４において点線Ｅで示す範囲の値を示す物体をレーダ装置１０１が検知した場合、標準的な個体では人と識別される可能性が高いが、送信電力が小さい個体では車両と識別される可能性が高くなり、誤識別となるが、カメラ装置１０２の識別結果が人と判定された場合、図５のように、距離と受信強度の関係をシフトさせることで、帰属度が正しく得られるようになる。即ち、図５において、点線曲線で示される特性を、矢印Ｃで示すように上方にシフトさせることで、実線曲線のような特性となり、車両からの受信強度分布範囲：Ａおよび人からの受信強度分布範囲：Ｂが共に図３の特性のようになる。

上記のように、この発明では製造時に用意したデータベースがレーダ装置の性能のばらつきがあったとしても、センサフュージョン結果からカメラ装置が人と識別した情報をレーダ装置に入力し、その結果から人の受信強度分布が標準的な個体より、低いことを認識し、データベースに反映することが可能となり、レーダ装置による物体の識別性能を向上させることができ、センサフュージョン装置の同一物体の判定性能の向上を図ることが可能となる。また、センサフュージョン装置に適したレーダ装置を得ることができる。

また、実施の形態１ではレーダ装置とカメラ装置のセンサフュージョン装置としているが、カメラ装置以外の識別精度の高いセンサ装置と、レーダ装置を利用したセンサフュージョン装置とすることもできる。

この発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、その発明の範囲において、実施の形態を適宜変更することができる。

１００ センサフュージョン装置、１０１ レーダ装置、１０２ カメラ装置、１０３ センサフュージョン部、１０４ フュージョン処理部、１０５ 選択処理部、２０２ レーダ信号処理部、２０３ 帰属度算出部、２０４ 帰属度データベース、２０５ データベース更新部

Claims (5)

1. 既知の複数の物体の特徴量をあらかじめデータ化したものを各物体の種別毎に格納しておくデータベースを用いて検知した物体の種別を識別する識別手段を有したセンサ装置としてのレーダ装置において、前記識別手段の結果と別のセンサ装置における物体種別識別手段の結果とに基づき前記データベースにおける前記特徴量の情報を前記物体の各種別に対応するよう選択して更新するデータベース更新部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
2. 送信波および受信波に基づき信号処理を行って物体の距離、相対速度、角度を算出するレーダ信号処理部と、あらかじめ定められた物体についての特徴量をデータ化して格納する前記データベースとしての帰属度データベースと、前記レーダ信号処理部の検知結果と前記帰属度データベースに基づいてあらかじめ定められた物体に関する特徴量の分布に対する帰属度を算出して識別結果を出力する前記識別手段としての帰属度算出部とを備え、前記データベース更新部は、前記帰属度算出部の結果と別のセンサ装置によって得られた物体種別識別結果とに基づき前記帰属度データベースを更新することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 別のセンサ装置によって得られた物体種別識別結果はカメラ装置からの出力結果であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
4. 請求項１または請求項２に記載されたレーダ装置と、別のセンサ装置であるカメラ装置と、前記レーダ装置の検知結果と前記カメラ装置の検知結果をフュージョン処理するセンサフュージョン部を備えたことを特徴とするセンサフュージョン装置。
5. 前記センサフュージョン部は、前記レーダ装置の検知結果と前記カメラ装置の検知結果の同一判定を実施し、追尾処理を行うフュージョン処理部と、前記フュージョン処理部が出力したフュージョン結果から車両制御に必要な制御用データおよび前記レーダ装置のデータベースの更新に必要なデータを選択する選択処理部を備えたことを特徴とする請求項４に記載のセンサフュージョン装置。