JP6260483B2 - 物標検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、連続波を送受信することで得られるビート信号から物標を検出する技術に関する。

従来、プリクラッシュセーフティ（ＰＣＳ）やアダプティブクルーズコントロール（ＡＣＣ）等の各種運転支援システムに利用するために、車両に搭載されたレーダを用いて車両の周囲に存在する各種物標（車両、歩行者、路側物など）を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、ＦＭＣＷレーダでは、送受信波から生成されたビート信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ)し、その処理結果からピークとなる信号成分を抽出し、その抽出結果に基づいて、レーダ波を反射した物標との距離，相対速度や、反射波の到来方位を算出する。更に、物標を時系列的に追跡するトラッキング処理や、同一物標に基づくと推定されるものを一体化するセグメント化等の処理を行い、これらの処理によって得られた各物標の情報（位置、速度、大きさなど）に基づいて、その物標の種類を識別することが行われている。

特開２００９−１４４０５号公報

ところで、物標の検出結果は、上述した各種運転支援システムで利用されるが、システムによって検出対象となる物標が様々に異なる場合がある。
例えば、ＡＣＣでは走行経路の特定に必要な路側物や先行車両，割込車両を検出する必要があり、自車両の近距離から比較的遠距離まで自車両の進行方向に存在する物標に対して注意を要する。ＰＣＳでは、先行車両や割込車両の他、歩行者や自転車等も検出する必要があり、自車両の近距離を広い角度範囲に渡って注意を要する。このようにシステムによって検出対象となる物標や注意を要する領域が異なる。また、物標の種類によって、その物標の大きさ、挙動、レーダ波に対する反射強度等が様々に異なっている。

従って、異なる検出対象（車両、歩行者、路側物等）について、その全てについて同時に検出精度を向上させることが困難であるという問題があった。
また、物標検出に関する各システムからの要求は様々であるため、その全てに応えるためには、ＦＦＴの処理結果から各種物標の候補となり得るピークを漏れなく抽出する必要がある。その結果、処理対象とすべきピークの数が増大するだけでなく、ピークの抽出の基準が低くなるため、ノイズに基づくピークも誤抽出されやすくなり、無駄に処理負荷が増大するという問題もあった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、様々な物標について同時に検出精度を向上させる技術を提供することを目的とする。

本発明の物標検出装置は、信号処理手段と、物標検出手段とを備える。信号処理手段は、連続波を送受信することで得られるビート信号の周波数解析および受信波の到来方向の推定を行う。物標検出手段は、信号処理手段での処理結果に基づいて、物標候補の抽出処理、物標および物標候補に対するトラッキング処理、物標候補を物標として認識する物標化処理を少なくとも実行する。また、物標検出手段は、検出対象となる物標の種類毎に、抽出処理、トラッキング処理、物標化処理を個別に実行すると共に、検出対象の特徴に応じて処理内容を変化させる。

このような構成によれば、不必要な物標候補の抽出を抑制することができるだけでなく、検出対象の特徴に応じたトラッキングや物標化を実現することができるため、全種類の物標について同時に検出精度を向上させることができる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

車載システムの全体構成図である。 信号処理部が実行する物標検出処理の内容を表す機能ブロック図である。 ピーク成分の抽出に使用する閾値に関する説明図である。 ペアマッチ条件に関する説明図であり、（ａ）がピークペアの上下電力差および相対速度との関係を示し、（ｂ）が上下電力差の頻度分布と電力差範囲との関係を示す。 トラッキング処理の対象となる検知エリアに関する説明図である。 横位置フィルタに関する説明図である。

以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［全体構成］
図１に示す車載システムは、レーダ装置１と、ＰＣＳＥＣＵ３０と、ＡＣＣＥＣＵ３１とを備える。これらレーダ装置１、ＰＣＳＥＣＵ３０、ＡＣＣＥＣＵ３１は、ＣＡＮ（Controller Area Network ）を介して相互に接続されている。

ＰＣＳＥＣＵ３０は、いわゆるプリクラッシュセーフティシステム（ＰＣＳ）を実現するための制御を実行するものである。具体的には、レーダ装置１からＣＡＮを介して供給される車両周辺に存在する障害物の情報に基づき、自車両の進行路上に存在する障害物との衝突が回避不能である場合に、自車両の制動力やシートベルトの拘束力を強化する制御や、エアバッグ（図示せず）を作動させる制御を実行することによって衝突時の衝撃を緩和する。

ＡＣＣＥＣＵ３１は、いわゆるアダプティブクルーズコントロール（ＡＣＣ）を実現するための制御を実行するものである。具体的には、レーダ装置１からＣＡＮを介して供給される先行車両の情報に基づき、先行車両との車間距離を適切な間隔に保つ制御等を実行する。

なお、車載システムは、ＰＣＳやＡＣＣに限らず、それ以外の周知の運転支援制御を実現するように構成されていてもよい。
［レーダ装置］
レーダ装置１は、周波数変調されたミリ波帯の連続波をレーダ波として送信し、物標が反射したレーダ波（反射波）を受信した結果に基づいて当該物標を検出する、いわゆるＦＭＣＷレーダである。以下、レーダ装置１が搭載された自動車を自車両と称す。なお、レーダ装置１は、レーダ波の主ビームが自車両の進行方向に向けて照射されるように、自車両の前面に設置される。

レーダ装置１は、発振器１０と、増幅器１２と、分配器１４と、送信アンテナ１６とを備える。発振器１０は、時間に対して周波数が直線的に増加（漸増）する上り区間、および周波数が直線的に減少（漸減）する下り区間を一変調周期として有するように変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する。増幅器１２は、発振器１０が生成する高周波信号を増幅する。分配器１４は、増幅器１２の出力を送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌとに電力分配する。送信アンテナ１６は、送信信号Ｓｓに応じたレーダ波を放射する。

レーダ装置１は、更に、受信アンテナ部２０と、受信スイッチ２１と、増幅器２２と、ミキサ２３と、フィルタ２４と、Ａ／Ｄ変換器２５と、信号処理部２６とを備える。受信アンテナ部２０は、レーダ波を受信するｎ個（ｎは、２以上の自然数）のアンテナを備えている。アンテナは、自車両の車幅方向に沿って配置されている。なお、アンテナのそれぞれには、チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎが割り当てられている。受信スイッチ２１は、受信アンテナ部２０を構成するｎ個のアンテナのいずれかを順次選択し、選択されたアンテナからの受信信号Ｓｒを後段に供給する。ミキサ２３は、増幅器２２にて増幅された受信信号Ｓｒにローカル信号Ｌを混合して、送信信号Ｓｓと受信信号Ｓｒとの周波数の差を表すビート信号ＢＴを生成する。フィルタ２４は、ミキサ２３が生成したビート信号ＢＴから不要な信号成分を除去する。Ａ／Ｄ変換器２５は、フィルタ２４の出力をサンプリングしデジタルデータに変換する。

信号処理部２６は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを少なくとも備えた周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、更に、Ａ／Ｄ変換器２５を介して取り込んだデータに対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理等を実行するための演算処理装置（例えば、ＤＳＰ）を備えている。信号処理部２６は、発振器１０の起動，停止や、Ａ／Ｄ変換器２５を介したビート信号ＢＴのサンプリングを制御する。これと共に、信号処理部２６は、サンプリングデータに基づいて、各種運転支援制御に必要な物標に関する情報（以下「物標情報」）を生成して、ＣＡＮを介して送信する物標検出処理を実行する。なお、信号処理部２６のＲＯＭには、物標検出処理を信号処理部２６が実行するための処理プログラムが格納されている。

［レーダ装置の動作概要］
レーダ装置１では、信号処理部２６からの指令に従って、発振器１０が周波数変調された高周波信号を生成し、この高周波信号を増幅器１２が増幅する。この増幅された高周波信号を、分配器１４が電力分配することにより、送信信号Ｓｓおよびローカル信号Ｌを生成する。これらの信号のうちの送信信号Ｓｓに従って、送信アンテナ１６がレーダ波を放射する。

送信アンテナ１６から放射され、物標に反射したレーダ波（即ち、反射波）を、受信アンテナ部２０を構成する全てのアンテナが受信する。受信スイッチ２１によって選択されている受信チャンネルＣＨｉ（ｉ＝１〜ｎ）の受信信号Ｓｒのみが増幅器２２で増幅された後、ミキサ２３に供給される。ミキサ２３は、この受信信号Ｓｒに分配器１４からのローカル信号Ｌを混合することでビート信号ＢＴを生成する。そして、このビート信号ＢＴは、フィルタ２４にて不要な信号成分が除去された後、Ａ／Ｄ変換器２５にてサンプリングされ、信号処理部２６に取り込まれる。

なお、受信スイッチ２１は、レーダ波の一変調周期の間に、全てのチャンネルＣＨ１〜ＣＨｎが所定回（例えば、５１２回）ずつ選択されるよう切り替えられる。また、Ａ／Ｄ変換器２５は、この切り替えタイミングに同期してサンプリングを実行する。つまり、レーダ波の一変調周期の間に、チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎ毎かつレーダ波の上りおよび下り区間毎にサンプリングデータが蓄積されることになる。

そして、信号処理部２６は、ビート信号ＢＴのサンプリング値に基づいて、レーダ波を反射した物標を検出すると共に、各物標に関する情報（位置、速度、種類など）である物標情報を生成し、ＣＡＮを介してＰＣＳＥＣＵ３０やＡＣＣＥＣＵ３１に出力する。

［物標検出処理］
次に、信号処理部２６が実行する物標検出処理を、図２に示す機能ブロック図を用いて説明する。信号処理部２６は、以下で説明する処理を、レーダ波の一変調周期を測定サイクルとして繰り返し実行する。但し、各機能ブロックにて実現する処理がソフトウェアにて実現されることはあくまでも一例であり、その機能の全体または一部を例えばロジック回路等のハードウェアにて実現してもよい。

信号処理部２６は、データ取得部２、ＦＦＴ部３、方位演算部４、一般物標検出部５、歩行者検出部６、ＣＡＮ送信部７を備える。
データ取得部２は、測定サイクル毎に、前回の測定サイクルの間に蓄積された一変調周期分のサンプリングデータを取得する。

ＦＦＴ部３は、データ取得部２によって取得されたサンプリングデータについて、周波数解析処理（ここではＦＦＴ）を実行し、チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎ毎かつレーダ波の上り／下り各区間毎にビート信号ＢＴのパワースペクトルを算出する。

方位演算部４は、ＦＦＴ部３での演算結果（パワースペクトル）に基づき、各チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎから集めたｎ個の同一周波数ビンの信号成分について周波数解析処理（ＭＵＳＩＣ等のスーパーレゾリューション法またはデジタルビームフォーミング）を実施することによって、その周波数ビンに含まれる信号成分の到来方向を推定する。

一般物標検出部５は、ＦＦＴ部３および方位演算部４での演算結果に従って、車両周辺に存在する歩行者を除いた一般物標（ここでは車両および路側物等）を検出し、所定の基準に従って選択された最大８個の一般物標についての物標情報を生成する。

歩行者検出部６は、ＦＦＴ部３および方位演算部４での演算結果に従って、車両周辺に存在する歩行者を検出し、所定の基準に従って選択された最大８個の歩行者を表す物標について物標情報を生成する。

ＣＡＮ送信部７は、一般物標検出部５および歩行者検出部６で生成された合計１６個の物標（車両、歩行者）に関する物標情報を、ＣＡＮを介して他のＥＣＵ３０，３１等に送信する。その際、各物標情報を送信するＣＡＮフレームには、それぞれ異なるＩＤが付与され、これらの物標情報を利用するＥＣＵは、ＩＤを参照して必要な物標情報のみを取得する。

なお、一般物標検出部５で生成された物標情報（一般物標）は、例えばＡＣＣやＰＣＳで使用され、歩行者検出部６で生成された物標情報（歩行者）は、例えばＰＣＳで使用される。

＜一般物標検出部＞
一般物標検出部５は、ピーク抽出部５１、ペアマッチ／トラッキング部５２、物標化部５３、物標選択部５４を備える。

ピーク抽出部５１は、ＦＦＴ部３で求めたパワースペクトル上でピークとなる信号成分（以下「ピーク成分」と称する。）を抽出する。その抽出の際には、予め設定された一般物標用閾値を使用し、この一般物標用閾値を超える受信パワーを有したピークを抽出する。

ペアマッチ／トラッキング部５２は、ピーク抽出部５１で抽出された上り区間のピーク成分と、下り区間のピーク成分との任意の組合せをピークペアとし、両ピーク成分が予め設定されたペアマッチ条件を満たすものを候補ペア（物標候補）として抽出する。ペアマッチ条件としては、両ピーク成分の到来方向がほぼ一致すること、両ピーク成分の電力差（図４（ａ）参照）が予め設定された電力差範囲内にあること、両ピーク成分間の周波数差が、予め設定された上限相対速度に対応する周波数差以内であることを用いる。

ペアマッチ／トラッキング部５２は、更に、抽出した候補ペアについてトラッキング処理を実行する。トラッキング処理は、前回の測定サイクルまでに抽出されている正式ペア（後述する）または候補ペアの位置から、予め設定された接続許容範囲内に、今回の測定サイクルで抽出された候補ペアが存在する場合に、その前回の正式ペアまたは候補ペアと今回の候補ペアとの間に履歴接続があるものと判断する。その際、履歴接続がある前回ペアの情報を今回のペアに引き継ぐ。なお、このようなトラッキング処理は周知のものである。

物標化部５３は、所定サイクル以上続けて履歴接続があると判断された候補ペアを正式ペアとし、正式ペアのうち速度、位置が近いもの同士をセグメント化する。その結果として得られた一つまたは複数の正式ペアからなるセグメントのそれぞれを物標として、その物標に関する情報（位置、速度、サイズ、属性等）を求める。なお、物標の位置を求める際には、過去の検出結果を利用して横位置のバラツキを抑制する横位置フィルタを適用する。また、属性は、ガードレールや縁石などの路側物であるか、車両であるか、車両以外の障害物であるかを、他の物標情報等から判断したものである。

物標選択部５４は、物標化部５３にて路側物と判断された物標に基づいて自車両が走行中の車線を推定する。そして、推定された車線との位置関係等に基づいて、自車進行路上に存在する可能性が高いほど高い値となる優先度を各物標に付与する。そして、優先度の高いものから順番に８個の物標に関する物標情報を選択する。

＜歩行者認識部＞
歩行者検出部６は、ピーク抽出部６１、ペアマッチ／トラッキング部６２、歩行者尤度算出部６３、物標選択部６４を備える。

ピーク抽出部６１は、ピーク抽出部５１と同様に、ＦＦＴ部３で求めたパワースペクトル上でピークとなる信号成分（ピーク成分）を抽出する。その抽出の際には、図３に示すように、一般物標用閾値より低い値に設定された歩行者用閾値を使用し、この歩行者用閾値を超え、且つ歩行者用閾値に所定値を加えた歩行者用上限閾値より小さい受信パワーを有したピークを抽出する。但し、ここでは、歩行者の移動速度を考慮して設定された歩行者用上限周波数ビン以下の領域を対象としてピーク成分を抽出する。

ペアマッチ／トラッキング部６２は、ペアマッチ／トラッキング部５２と同様に、ピーク抽出部６１で抽出された上り区間のピーク成分と、下り区間のピーク成分との任意の組合せをピークペアとし、両ピーク成分が予め設定されたペアマッチ条件を満たすものを候補ペアとして抽出する。但し、ペアマッチ条件のうち、電力差範囲については、一般物標検出部５では、車両の特徴に基づいて設定された一般物標用電力差範囲を使用し、歩行者検出部６では、歩行者の特徴に基づいて設定された歩行者用電力差範囲を使用する。一般物標用電力差範囲は、車両からの反射波に基づくピークペアの上下電力差（ピークペアを構成する両ピーク成分の電力差）を実測した結果に基づいて設定された頻度分布を用いて設定され、同様に、歩行者用電力差範囲は、歩行者からの反射波に基づくピークペアの上下電力差を実測した結果に基づいて設定される。なお、歩行者用電力差範囲は、図４（ｂ）に示すように、一般物標用電力差範囲より広い範囲となる。

ペアマッチ／トラッキング部６２は、更に、ペアマッチ／トラッキング部５２と同様に、抽出した候補ペアについてトラッキング処理を実行する。但し、図５に示すように、ペアマッチ／トラッキング部５２では、方位の折返しが発生しない範囲を一般物標用検知エリアとして、この一般物標用検知エリア内に位置するピークペアをトラッキングの対象とし、実体が一般物標用検知エリア外に存在すると判断されたピークペア（折返し物標）は削除する。一方、ペアマッチ／トラッキング部６２では、方位の折返しが発生する範囲を含んだより広い範囲を歩行者検知エリアとして、この歩行者検知エリア内に位置する物標を、方位の折返しを考慮してトラッキングする。これら、折返し物標を排除する手法および方位の折返しを考慮してトラッキングする手法は周知である。

歩行者尤度算出部６３では、ペアマッチ／トラッキング部６２により正式ペアとして抽出されたピークペアのそれぞれが歩行者を表す物標であるものとして、物標情報（位置、対地速度、移動方向など）を生成する。この場合、一般物標検出部５の物標化部５３での処理で使用する車両用横位置フィルタとは異なり、フィルタリングの程度がより軽い歩行者用横位置フィルタを使用する。なお、図６に示すように、歩行者用横位置フィルタが適用された横位置（図中×印参照）は、車両用横位置フィルタが適用された横位置（図中○印参照）と比較して、自車両に接近してくる物標が応答性よく検出されることがわかる。また、歩行者尤度算出部６３では、ピークペア毎に、物標情報やピークペアから得られるその他の情報（例えば、電力）に基づいて。歩行者らしく見え且つ自車両への衝突可能性が高いほど大きな値となる歩行者尤度を算出する。

物標選択部６４は、歩行者尤度算出部６３にて算出された歩行者尤度に基づいて、歩行者尤度が高いものから順番に８個の物標に関する物標情報を選択する。
［効果］
以上説明したように、レーダ装置１では、検出対象が歩行者か歩行者以外の一般物標であるかによって、ビート信号のサンプリングデータを用いたＦＦＴおよび方位演算の後、その演算結果を利用した物標認識処理を、認識対象（歩行者か歩行者以外の一般物標か）によって処理内容を変化させている。

これにより、認識対象毎に、その認識対象の特徴に応じた物標認識処理（ピーク抽出、ペアマッチ、トラッキング、物標化）を実行することができるため、全ての認識対象について検出精度を向上させることができる。また、明らかに処理する必要のないピークペアが処理対象として抽出されること、ひいては、無駄に処理負荷が増大することを抑制することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（１）上記実施形態では、物標認識処理を、歩行者とそれ以外の一般物標（特に車両）に分けて行っているが、これに限定されるものではない。例えば、一般物標から路側物や区画線を分離し、これらについて専用の物標認識処理を、別途実行するように構成してもよい。

（２）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（３）上述した物標検出装置（信号処理部２６）の他、当該物標検出装置を構成要素とするシステム、当該物標検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、物標検出方法など、種々の形態で実現することもできる。

１…レーダ装置 ２…データ取得部 ３…ＦＦＴ部 ４…方位演算部 ５…一般物標検出部 ６…歩行者検出部 ７…ＣＡＮ送信部 １０…発振器 １２，２２…増幅器 １４…分配器 １６…送信アンテナ ２０…受信アンテナ部 ２１…受信スイッチ ２３…ミキサ ２４…フィルタ ２５…Ａ／Ｄ変換器 ２６…信号処理部 ５１，６１…ピーク抽出部 ５２，６２…ペアマッチ／トラッキング部 ５３…物標化部 ５４，６４…物標選択部 ６３…歩行者尤度算出部

Claims (7)

1. 連続波を送受信することで得られるビート信号の周波数解析および受信波の到来方向の推定を行う信号処理手段（３，４）と、
   信号処理手段での処理結果に基づいて、物標候補の抽出処理（５１，６１）、物標および前記物標候補に対するトラッキング処理（５２，６２）、前記物標候補を前記物標として認識する物標化処理（５３，６３）を少なくとも実行する物標検出手段（５，６）と、
   を備え、
   前記物標検出手段は、検出対象となる前記物標の種類毎に、前記抽出処理、トラッキング処理、物標化処理を個別に実行すると共に、前記検出対象の特徴に応じて処理内容を変化させることを特徴とする物標検出装置。
2. 前記抽出処理では、前記検出対象の反射強度に応じて、前記ビート信号の周波数解析結果からピークを抽出する際に用いる閾値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の物標検出装置。
3. 前記抽出処理は、前記検出対象の移動速度に応じて、前記ビート信号の周波数解析結果からピークを抽出する際に対象となる範囲を変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の物標検出装置。
4. 前記トラッキング処理では、前記検出対象の移動速度や移動方向の特徴に応じてトラッキング範囲を変化させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の物標検出装置。
5. 前記物標化処理では、前記検出対象の大きさに応じて、セグメント化の要否を変化させることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の物標検出装置。
6. 前記物標化処理にて検出された物標から、運転支援制御の制御対象となる物標を選択する選択手段（５４，６４）を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の物標検出装置。
7. 前記検出対象には、少なくとも歩行者が含まれていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の物標検出装置。