JP6394228B2 - 物体検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーダおよびカメラを用いて物体を検出する技術に関する。
例えば車両の衝突回避システムでは、他の車両や歩行者等の物体を精度よく検出することが求められる。そこで、レーダおよびカメラを用いて物体を検出する構成が提案されている(特許文献1参照)。具体的には、特許文献1に記載の構成では、ミリ波レーダおよび単眼カメラによりそれぞれ独立して物体が検出され、それら物体の位置関係が判断基準を満たしている場合(特に、近接している場合)に、それらの物体が同一物体であると判定される。
特開2014−122873号公報
しかしながら、上記システムでは、レーダおよびカメラを用いて検出された物体が近接していると、これらが異なる物体であるとしても同一の物体であると誤認識する虞があった。
そこで、このような問題点を鑑み、レーダおよびカメラを用いて物体を検出する技術において、同一物体であるか否かの判定を良好に実施できるようにすることを本発明の目的とする。
本発明の物体検出装置において、第1特定手段は、レーダによる検出情報に基づいて検出された第1の物体について、車両の車幅方向をX軸、車両の車長方向をY軸、としたXY平面における基準点に対する第1の物体の相対位置を表す検出点である第1の検出点を含む第1領域を特定する。また、第2特定手段は、単眼カメラによる撮像画像に基づいて検出された第2の物体について、XY平面における基準点に対する第2の物体の相対位置を表す検出点である第2の検出点を含む第2領域を特定する。そして、衝突時間取得手段は、第1の物体に対する第1の衝突時間、および第2の物体に対する第2の衝突時間を取得し、同一判定手段は、XY平面において、第1領域と第2領域とに重複部が存在すること、かつ第1の衝突時間および第2の衝突時間の差分が基準値未満であることを条件として、第1の物体と第2の物体とが同一の物体であると判定する。
このような物体検出装置によれば、第1領域と第2領域とに重複部が存在することだけでなく、第1の衝突時間および第2の衝突時間の差分が基準値未満であることも条件として、第1の物体と第2の物体とが同一の物体であると判定するので、第1の物体と第2の物体とが同一であるか否かをより精度よく判定することができる。
なお、各請求項の記載は、可能な限りにおいて任意に組み合わせることができる。この際、一部構成を除外してもよい。
本発明が適用された衝突軽減装置1の概略構成を示すブロック図である。 衝突軽減ECU7が実行する衝突軽減処理を示すフローチャートである。 誤差領域を示す平面図である。 衝突軽減処理のうちの同一判定処理を示すフローチャートである。 物体が車両である場合において幅の変化率を示す画像図である。 物体が歩行者である場合において高さの変化率を示す画像図である。
以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
[本実施形態の構成]
本発明が適用された衝突軽減装置1は、車両等の移動体に搭載された装置である。衝突軽減装置1は、レーダおよびカメラ画像を用いて物体(他車両や歩行者等の物体に関する情報)を検出し、この物体と衝突する虞がある場合に、衝突を回避または衝突する際の衝撃を軽減するために、自車両を制動する等の制御を行う機能を有する。特に、本実施形態の衝突軽減装置1においては、レーダによって検出された物体とカメラによって検出された物体とが、1つの物体(同一物体)であるのか、異なる物体であるのかを精度よく認識する機能を備えている。
衝突軽減装置1は、図1に示すように、ミリ波レーダ2と、単眼カメラ3と、ブレーキECU4と、エンジンECU5と、報知装置6と、衝突軽減ECU7と、を備える。衝突軽減装置1において、衝突軽減ECU7は、ミリ波レーダ2、単眼カメラ3、ブレーキECU4、エンジンECU5および報知装置6のそれぞれと通信可能に接続されている。なお、通信を実現するための構成は、特に限定されない。
ミリ波レーダ2は、ミリ波を利用して物体(他車両や歩行者等)を検出するためのレーダであって、自車両(衝突軽減装置1が搭載された車両)の前側における中央(先端位置)に取り付けられている。ミリ波レーダ2は、ミリ波を水平面内でスキャンしながら自車両から前方に向けて送信し、反射してきたミリ波を受信することによって得られる送受信データを、レーダ信号として衝突軽減ECU7へ送信する。
単眼カメラ3は、1台のCCDカメラを備え、自車両の車室内の前側における中央に取り付けられている。単眼カメラ3は、CCDカメラで撮像した画像のデータを、画像信号として衝突軽減ECU7へ送信する。
ブレーキECU4は、自車両の制動を制御する電子制御装置であって、CPU、ROM、RAMなどを備える。具体的には、ブレーキECU4は、ブレーキ液圧回路に設けられた増圧制御弁および減圧制御弁を開閉するアクチュエータであるブレーキACTを、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサの検出値に応じて制御する。また、ブレーキECU4は、衝突軽減ECU7からの指示に従い、自車両の制動力を増加させるようにブレーキACTを制御する。
エンジンECU5は、エンジンの始動/停止、燃料噴射量、点火時期等を制御する電子制御装置であって、CPU、ROM、RAMなどを備える。具体的には、エンジンECU5は、吸気管に設けられたスロットルを開閉するアクチュエータであるスロットルACTを、アクセルペダルの踏込量を検出するセンサの検出値に応じて制御する。また、エンジンECU5は、衝突軽減ECU7からの指示に従い、内燃機関の駆動力を減少させるようにスロットルACTを制御する。
報知装置6は、衝突軽減ECU7から警報信号を受信すると、音や光などで車両の運転者に対する報知を行う。
衝突軽減ECU7は、衝突軽減装置1を統括制御する電子制御装置であって、CPU、ROM、RAMなどを備える。衝突軽減ECU7は、CPUのマスタクロックに基づく一定時間ごとに、ミリ波レーダ2からのレーダ信号および単眼カメラ3からの画像信号を取り入れる。
[本実施形態の処理]
次に、衝突軽減装置1による物体検出方法および衝突軽減方法について説明する。衝突軽減ECU7には、衝突軽減装置1による物体検出を実現するため、および衝突を軽減するためのプログラムである衝突軽減プログラムが記憶されている。以下、衝突軽減プログラムに従い衝突軽減ECU7が実行する衝突軽減処理について、図2のフローチャートを用いて説明する。なお、図2に示す処理は、所定サイクルで繰り返し実行される。
衝突軽減処理では、図2に示すように、まず、ミリ波レーダ2から送信されるレーダ信号(ミリ波レーダ2による検出情報)に基づいて、物体を検出する(S110)。具体的には、衝突軽減ECU7は、レーダ信号に基づいて、まず、自車両から物体までの直線距離と、その物体の水平方位位置(自車両の前方方向を基準とする角度位置)と、を算出(特定)する。
そして、これらの算出値に基づき、図3に示すように、XY平面における物体の位置座標(X座標およびY座標)を、XY平面における物体の検出点Prとして算出(特定)する。このXY平面は、自車両の車幅方向(横方向)をX軸、自車両の車長方向(前方方向)をY軸、としたものである。ミリ波レーダ2により物体の幅方向において複数の検出点が得られた物体について、物体の検出点Prは、例えば、それらの複数の検出点の中央に設定される。
また、このXY平面では、自車両の先端位置(ミリ波レーダ2が設けられた位置)が基準点Poとして設定され、物体の検出点Prは基準点Poに対する相対位置を表す。なお、図3は、自車両の前方かつ右寄りに位置する物体の例である。また、このS110において、物体の検出点Prに加え、物体との相対速度等を算出してもよい。また、以下の説明では、S110で検出した物体(ミリ波レーダ2による検出情報に基づいて検出した物体)を「レーダ物体」という。
続いて、図3に示すように、S110で算出したレーダ物体の検出点Prを中心とする誤差領域21を設定する(S120)。具体的には、衝突軽減ECU7は、レーダ物体の検出点PrのX座標およびY座標を基準として、X座標およびY座標のそれぞれについて、ミリ波レーダ2の特性に基づきあらかじめ設定されている想定誤差分(Δθ)の幅を持たせた領域を、誤差領域21として設定する。
続いて、単眼カメラ3から送信される画像信号(単眼カメラ3による撮像画像)に基づいて、物体を検出する(S130)。具体的には、衝突軽減ECU7は、画像信号の表す撮像画像を解析して物体を識別する。この識別は、例えば、あらかじめ登録されている物体モデルを用いたマッチング処理により行われる。
物体モデルは、物体の種類(車両、歩行者等)ごとに用意されているため、物体の種類(種別)も特定される。そして、衝突軽減ECU7は、撮像画像における物体の上下方向の位置に基づいて、前述したXY平面におけるY座標を特定し、撮像画像における物体の左右方向の位置に基づいて、その物体の水平方位位置(自車両の前方方向を基準とする角度位置)を特定する。
すなわち、自車両の前方方向における物体の位置が遠い(Y座標が大きい)ほど、撮像画像におけるその物体の下端位置が高くなる傾向にある。このため、撮像画像における物体の下端位置の高さに基づいて、Y座標を特定することができる。ただし、このような特定方法は、物体の下端位置が正確に検出されない場合に、Y座標の検出精度が下がるという特性がある。
また、自車両の前方方向(詳細にはX=0の直線)を基準とする物体の角度方向のずれ(傾き)が大きいほど、単眼カメラ3の無限遠点(FOE:Focus of Expansion)を基準とするその物体の左右方向へのずれが大きくなる傾向にある。このため、撮像画像における無限遠点から物体の中心を通る鉛直線までの距離に基づいて、物体の水平方位位置を特定することができる。
つまり、このS130においては、図3に示すように、XY平面における物体のY座標および水平方位位置(角度位置)を、XY平面における物体の検出点Piとして特定する。なお、物体の検出点Piは、例えば物体の幅方向の中心に設定される。また、物体の検出点Piは基準点Poに対する相対位置を表す。なお、以下の説明では、S130で検出した物体(単眼カメラ3による撮像画像に基づいて検出した物体)を「画像物体」という。
続いて、図3に示すように、S130で算出した画像物体の検出点Piを中心とする誤差領域22を設定する(S140)。具体的には、衝突軽減ECU7は、検出点PiのY座標および水平方位位置を基準として、Y座標および水平方位位置のそれぞれについて、単眼カメラ3の特性に基づきあらかじめ設定されている想定誤差分の幅を持たせた領域を、誤差領域22として設定する。
続いて、同一判定処理を実施する(S150)。同一判定処理は、レーダ物体と画像物体とが同一の物体であるか否かを判定する処理である。
同一判定処理では、図4に示すように、まず、XY平面において、レーダの誤差領域21と画像誤差領域22とに重複部(重なり領域)が存在するか否かを判定する(S310)。
重複部が存在しなければ(S310:NO)、後述するS360の処理に移行する。また、重複部が存在すれば(S310:YES)、レーダ物体に対するTTC(レーダTTC)を演算する(S320)。ここで、TTCとは、Time To Collisionの略であり、自車両が物体に衝突するまでの予測時間を表す。
TTCは、自車両から物体までの相対距離を、自車両および物体の相対速度で除すことで求めることができる。特に、レーダTTCは、ミリ波レーダ2による検出結果に基づいて求められる。
続いて、画像物体に対するTTC(画像TTC)を演算する(S330)。この処理では、物体の大きさの変化率に基づいて画像TTCを求める。
例えば、図5に示すように、画像物体の種類が車両である場合には、車両の高さよりも車両の幅のほうが認識しやすい傾向がある。そこで、本処理による演算では、大きさの変化率を演算する際に車両の幅の変化率を用いる。また、図6に示すように、画像物体の種類が歩行者である場合には、歩行者の幅よりも歩行者の高さのほうが認識しやすい傾向がある。そこで、本処理による演算では、大きさの変化率を演算する際に歩行者の高さの変化率を用いる。
具体的に画像TTCを求めるには、時刻t1において取得された撮像画像における物体の長さ(高さまたは幅)をA、時刻t1よりも後の時刻t2において取得された撮像画像における物体の長さをBとしたときに、下記式を用いて第2の衝突時間である画像TTCを演算することができる。
画像TTC=A/(B−A)*(t2−t1)
このようにして画像TTCを求めることができることは下記式で証明できる。すなわち、
画像TTC
= −(相対距離)/相対速度
≒ −(t2のときの相対距離)/(t2のときの相対距離−t1のときの相対距離)*撮像時間差
となる。ここで、
相対距離 = 焦点距離 / 水平解像度 * 実際の横幅 / 物体の長さ
であることを考慮すると、
= −(t2のときの実際の物体の長さ/B)/(t2のときの実際の物体の長さ/B−t1のときの実際の物体の長さ/A)*(t2−t1)
と記述できる。
さらに、
t1のときの実際の物体の長さ=t2のときの実際の物体の長さ
であるため、
= −(1/B)/(1/B−1/A) *(t2−t1)
となり、最終的には、
画像TTC=A/(B−A)*(t2−t1)
となる。つまり、物体までの相対距離や相対速度を直接的に利用することなく、画像TTCを求めることができることが分かる。
続いて、レーダTTCと画像TTCとの組み合わせが同一物体として妥当か否かを判定する(S340)。すなわち、図3に示すように、画像物体が自車両に接近する矢印33の方向に相対移動している際に、レーダ物体も同様に自車両に接近する矢印31の方向に相対移動していれば、同一物体である可能性が高いが、レーダ物体が自車両から遠ざかる矢印32の方向に相対移動していれば、同一物体とはいえない可能性が高い。
よって、例えば、レーダTTCと画像TTCとの差分を演算し、この差分が所定の閾値以内であれば同一物体と判断することが妥当であるとし、この差分が所定の閾値を超えていれば同一物体と判断することが妥当でないとする。
同一物体として妥当であれば(S340:YES)、レーダ物体と画像物体とを同一物体として設定し(S350)、同一判定処理を終了する。また、同一物体として妥当でなければ(S340:NO)、レーダ物体と画像物体とを同一ではない他の物体として設定し(S360)、同一判定処理を終了する。
続いて、図2に戻り、検出した物体の位置および信頼度に応じた衝突軽減制御を行う(S190)。例えば、物体に衝突する可能性がある場合(衝突する可能性の値が所定の閾値以上である場合等)に、報知装置6へ警報信号を送信して、運転者に対する報知を行わせる。また、物体に衝突する可能性が高い場合には、エンジンECU5へ内燃機関の駆動力を減少させる指示を行い、また、ブレーキECU4へ自車両の制動力を増加させる指示を行う。
[本実施形態による効果]
以上のように詳述した衝突軽減装置1において衝突軽減ECU7は、ミリ波レーダ2による検出情報に基づいて検出された第1の物体について、車両の車幅方向をX軸、車両の車長方向をY軸、としたXY平面における基準点に対する第1の物体の相対位置を表す検出点である第1の検出点を含む第1領域を特定する。また、単眼カメラ3による撮像画像に基づいて検出された第2の物体について、XY平面における基準点に対する第2の物体の相対位置を表す検出点である第2の検出点を含む第2領域を特定する。そして、第1の物体に対する第1の衝突時間、および第2の物体に対する第2の衝突時間を取得し、XY平面において、第1領域と第2領域とに重複部が存在すること、かつ第1の衝突時間および第2の衝突時間の差分が基準値未満であることを条件として、第1の物体と第2の物体とが同一の物体であると判定する。
このような物体検出装置によれば、第1領域と第2領域とに重複部が存在することだけでなく、第1の衝突時間および第2の衝突時間の差分が基準値未満であることも条件として、第1の物体と第2の物体とが同一の物体であると判定するので、第1の物体と第2の物体とが同一であるか否かをより精度よく判定することができる。
また、上記衝突軽減装置1において衝突軽減ECU7は、第2の衝突時間を、撮像画像中における第2の物体の大きさの変化率に基づいて演算する。
このような衝突軽減装置1によれば、第2の物体までの距離を測定することなく第2の衝突時間を得ることができる。
また、上記衝突軽減装置1において衝突軽減ECU7は、時刻t1において取得された撮像画像における物体の長さをA、時刻t1よりも後の時刻t2において取得された撮像画像における物体の長さをBとしたときに、下記式を用いて第2の衝突時間であるTTCを演算する。
TTC=A/(B−A)*(t2−t1)
このような衝突軽減装置1によれば、物体の長さを用いた簡素な演算式で第2の衝突時間を演算することができる。
また、上記衝突軽減装置1において、衝突軽減ECU7は、第2の物体の種類を取得し、第2の物体の種類に応じて前記物体の大きさの測定方法を設定する。そして、設定された測定方法で物体の大きさを測定する。
このような衝突軽減装置1によれば、物体の種類に応じた適切な測定方法を設定することができるので、物体の大きさをより正確に認識することができる。
[その他の実施形態]
本発明は、上記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、上記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1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、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。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又は置換してもよい。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。
上述した衝突軽減装置1の他、当該衝突軽減装置1を構成要素とするシステム、当該衝突軽減装置1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、衝突軽減方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。
例えば、上記実施形態において、画像TTCを求める際には、物体の幅または高さを利用したが、幅および高さの両方など、撮像画像中の物体の大きさを示すパラメータを利用すればよい。また、画像TTCを求める際に、相対速度や相対距離が検出できている場合には、相対速度および相対距離を利用して画像TTCを求めてもよい。
また、上記実施形態においては、第1領域と第2領域とに重複部が存在するか否かによって画像物体とレーダ物体との近接判定を行ったが、その他の近接判定方法を採用することができる。例えば、レーダ物体の座標Prと画像物体の座標Piとの距離が予め設定された閾値未満である場合に、画像物体とレーダ物体とが近接していると判定してもよい。
[実施形態の構成と本発明の手段との対応関係]
上記実施形態における衝突軽減ECU7は本発明でいう物体検出装置に相当する。また、上記実施形態において衝突ECU7が実行する処理のうちのS110〜S120の処理は本発明でいう第1特定手段に相当し、上記実施形態におけるS130〜S140の処理は本発明でいう第2特定手段に相当する。
また、上記実施形態におけるS130の処理は本発明でいう種類取得手段に相当し、上記実施形態におけるS330の処理は本発明でいう測定方法設定手段に相当する。さらに、上記実施形態におけるS320,S330の処理は本発明でいう衝突時間取得手段に相当し、上記実施形態におけるS310の処理は、本発明でいう近接判定手段に相当し、上記実施形態におけるS340〜S360の処理は本発明でいう同一判定手段に相当する。
また、上記実施形態におけるS330の処理は本発明でいう第2衝突時間演算手段に相当する。
1…衝突軽減装置、2…ミリ波レーダ、3…単眼カメラ、4…ブレーキECU、5…エンジンECU、6…報知装置、7…衝突軽減ECU。

Claims (6)

  1. 車両に搭載される物体検出装置(7)であって、
    レーダ(2)による検出情報に基づいて検出された第1の物体、および単眼カメラ(3)による撮像画像に基づいて検出された第2の物体が近接しているか否かを判定する近接判定手段(S310)と、
    前記第2の物体の種類を取得する種類取得手段(S130)と、
    前記第1の物体に対する第1の衝突時間、および前記第2の物体に対する第2の衝突時間を取得する衝突時間取得手段(S320,S330)と、
    前記第1の物体および前記第2の物体が近接すること、かつ前記第1の衝突時間および前記第2の衝突時間の差分が基準値未満であることを条件として、前記第1の物体と前記第2の物体とが同一の物体であると判定する同一判定手段(S340〜S360)と、
    を備え
    前記衝突時間取得手段は、前記第2の物体の種類が歩行者である場合に、歩行者の高さに基づく前記第2の衝突時間を取得すること
    特徴とする物体検出装置。
  2. 請求項1に記載の物体検出装置において、
    前記第1の物体について、前記車両の車幅方向をX軸、前記車両の車長方向をY軸、としたXY平面における基準点に対する前記第1の物体の相対位置を表す検出点である第1の検出点を含む第1領域を特定する第1特定手段(S110〜S120)と、
    前記第2の物体について、前記XY平面における前記基準点に対する前記第2の物体の相対位置を表す検出点である第2の検出点を含む第2領域を特定する第2特定手段(S130〜S140)と、
    を備え、
    前記近接判定手段は、前記XY平面において、前記第1領域と前記第2領域とに重複部が存在することを条件として前記第1の物体および前記第2の物体が近接すると判定すること
    を特徴とする物体検出装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の物体検出装置において、
    前記第2の衝突時間を、前記撮像画像中における第2の物体の大きさの変化率に基づいて演算する第2衝突時間演算手段(S330)、を備え、
    前記衝突時間取得手段は、前記第2の物体の大きさの変化率に基づいて演算された第2の衝突時間を取得すること
    を特徴とする物体検出装置。
  4. 請求項3に記載の物体検出装置において、
    前記第2衝突時間演算手段は、時刻t1において取得された撮像画像における物体の長さをA、時刻t1よりも後の時刻t2において取得された撮像画像における物体の長さをBとしたときに、下記式を用いて前記第2の衝突時間であるTTCを演算すること
    を特徴とする物体検出装置。
    TTC=A/(B−A)*(t2−t1)
  5. 請求項3または請求項4に記載の物体検出装置において

    記第2の物体の種類に応じて前記物体の大きさの測定方法を設定する測定方法設定手段(S330)と、
    を備え、
    前記第2衝突時間演算手段は、前記測定方法設定手段にて設定された測定方法で前記物体の大きさを測定すること
    を特徴とする物体検出装置。
  6. 請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の物体検出装置において、
    前記衝突時間取得手段は、前記第2の物体の種類が車両である場合に、車両の幅に基づく前記第2の衝突時間を取得すること
    を特徴とする物体検出装置。
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