JP6481539B2 - 車両用レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用レーダ装置に関するものである。

最近の車両、特に自動車にあっては、例えば前方障害物をカメラやレーダによって検出するものが多くなっている。特に、危険物としての前方の歩行者を検出することが強く望まれるものである。特許文献１では、カメラとレーダとの両方を利用して歩行者の検出精度を高めるものが開示されている。また、特許文献２には、レーダの受信信号を周波数と強度とをパラメータとするマップ化してその処理を行うことにより、バックグランドノイズを除去するようにしたものが開示されている。

特開２０１４−２０９３８７号公報 特開２００４−２５８０４４号公報

障害物の検出にレーダ、特にミリ波レーダを用いることは、障害物までの距離や方向を検出することができ、また雨、霧、降雪時等であっても障害物を検出可能なので、車両用として極めて好適である。

一方、レーダにより歩行者を検出しようとする場合に、歩行者が弱反射体であることから、歩行者から反射されて受信される受信信号（受信強度）が弱いものとなる。このため、歩行者からの反射信号を含む受信信号では、受信信号に含まれるクラッタ信号と歩行者からの反射信号とが相当に大きく重なって、歩行者を検出しているの否かの判断ができない場合を生じ易いものとなる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、検出対象物となる危険物からの受信強度が弱い場合でも、クラッタ信号と区別して、危険物を精度よく検出できるようにした車両用レーダ装置を提供することにある。
を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
車両に搭載されたレーダによって車両周囲の危険物を検出するようにした車両用レーダ装置であって、
前記レーダの受信信号について、その強度と発生頻度とをパラメータとして分布状態を示すマップを生成するマップ生成手段と、
前記マップにおいて、クラッタ信号の強度とそれ以外の信号となるターゲット信号の強度との各平均値の比となるＳＣＲを拡大して修正マップを得る手段と、
前記修正マップにおいて、受信信号の強度があらかじめ設定された所定のしきい値以上となる範囲での受信信号の分布状態に基づいて、危険物が存在するか否かを判定する判定手段と、
を備え、
前記ＳＣＲの拡大は、受信信号の強度からターゲットが弱反射体であると判断されたことを条件として実行されるか、又は、受信信号の強度からターゲットが弱反射体であると判断されたときは強反射体であると判断されたときに比して前記ＳＣＲの拡大幅が大きくされるように実行される。

上記解決手法によれば、ＳＣＲが拡大された修正マップにおいては、所定のしきい値以上の範囲におけるターゲット信号の占める領域割合が増大されて、クラッタ信号との識別がより明確になり、これにより、しきい値以上の範囲にある受信信号に対応した物体が検出対象物となる危険物であるか否かを精度よく判定することができる。また、強反射体と弱反射体とでＳＣＲの拡大幅を適切に設定して、強反射体である他車両の検出と弱反射体である歩行者の検出とをそれぞれ適切に行う上で好ましいものとなる。また、ＳＣＲの拡大処理を行うことを極力回避する上で好ましいものとなる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項２以下に記載のとおりである。

前記判定手段は、前記修正マップにおいて、前記クラッタ信号と前記ターゲット信号とのうち前記ターゲット信号が占める割合が所定割合以上であるときに、危険物が存在すると判定する、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、クラッタ信号とターゲット信号との割合をみるという簡単な手法によって、危険物であるか否かを容易に判定する上で好ましいものとなる。

前記ＳＣＲの拡大が、前記クラッタ信号の分布を受信信号の強度が小さくなる方向へ下げることにより行われる、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、ＳＣＲを拡大する具体的な手法が提供され、特にクラッタ信号の分布処理のみで対応することができる。

前記ＳＣＲの拡大が、前記ターゲット信号の分布を受信信号の強度が大きくなる方向へ上げることにより行われる、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、ＳＣＲを拡大する具体的な手法が提供され、特にターゲット信号の分布処理のみで対応することができる。

前記ＳＣＲの拡大が、前記クラッタ信号の分布を受信信号の強度が小さくなる方向へ下げると共に、前記ターゲット信号の分布を受信信号の強度が大きくなる方向へ上げることにより行われる、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、ＳＣＲを拡大する具体的な手法が提供され、特にＳＣＲを大きく拡大する場合に好ましいものとなる。

判定対象となる前記危険物が歩行者とされる、ようにしてある（請求項６対応）。この場合、弱反射体である歩行者を精度よく検出する上で好ましいものとなる。

走行環境を検出する走行環境検出手段をさらに備え、
前記走行環境検出で検出される走行環境に応じて、前記ＳＣＲの拡大幅が変更される、ようにしてある（請求項７対応）。この場合、走行環境によって変化する危険物検出の難易に応じてＳＣＲの拡大幅を適切に設定して、危険物を精度よく検出する上で好ましいものとなる。

前記レーダがミリ波レーダとされている、ようにしてある（請求項８対応）。この場合、広く普及しているミリ波レーダを用いて、雨、霧、降雪等の悪天候等にも左右されずに危険物を精度よく検出する上で好ましいものとなる。

本発明によれば、検出対象物となる危険物からの受信強度が弱い場合でも、クラッタ信号と区別して、危険物を精度よく検出することができる。

本発明による制御系統例を示す図。 受信信号について、その強度と発生頻度となる確率密度とをパラメータとして分布状態を生成したマップの一例を示す図。 図２のマップから、クラッタ信号の分布を強度を下げる方向に調整してＳＣＲを拡大した例を示す図。 図２のマップから、ターゲット信号の分布を強度を上げる方向に調整してＳＣＲを拡大した例を示す図。 ある環境下で、歩行者の検出確率を９０％にまで高めるときに要求されるＳＣＲの大きさを示す図。 図５の場合とは別の環境下で、歩行者の検出確率を９０％にまで高めるときに要求されるＳＣＲの大きさを示す図。 図５、図６とは別の環境下で、歩行者の検出確率を９０％にまで高めるときに要求されるＳＣＲの大きさを示す図。 本発明の制御例を示すフローチャート。

図１は、車両としての自動車に搭載された車両用レーダ装置の制御系統例を示すもので、図中Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。コントローラＵには、レーダ（実施形態ではミリ波レーダ）Ｓ１からの信号と、カメラＳ２からの信号が入力される。レーダＳ１は、車両前方の障害物を検出するためのものであり、後述するように特に歩行者の検出を行うためにも用いられるようになっている。カメラＳ２は、車両前方を撮像するもので、前方障害物の検出や走行環境等を検出するものとなっている。図中Ｓ１０は、運転者から視認されやすい位置に設けられたディスプレイで、車両前方に歩行者等の危険物を検出したときに、その旨を表示するようになっている。

次に、図２〜図４を参照しつつ、レーダＳ１を利用して検出対象物（ターゲット）としての歩行者を検出することに着目して説明する。まず、図２は、車両前方の路面上あるいはその付近に歩行者が存在する場合でのレーダＳ１での受信信号を示す。図２では、横軸が受信強度としての受信電力を示し、縦軸が受信強度の発生頻度となる確率密度を示してある。この図２に示すように、受信信号が、統計処理されて、受信電力と確率密度との２つの要素をパラメータとしてその分布状態を示すマップが作成される。

図２中、破線は、路面からの反射信号等となるクラッタ信号であり、実線がクラッタ信号以外の信号で、ターゲットとしての歩行者からの反射信号を含むターゲット信号（ノイズを含む）である。受信電力についてあらかじめ設定された所定のしきい値がＴｈで示される。このしきい値Ｔｈは、弱反射体としての歩行者からの反射信号をクラッタ信号と区別するための値として設定されている。

図２において、クラッタ信号の強度の平均値とターゲット信号の強度の平均値との比がＳＣＲとして示される。上記各平均値は、確率密度が高くなるピーク値とすることもできる。また、クラッタ信号のうち、ターゲット信号と重なる部分の分布は、クラッタ信号のピーク値から受信電力が強くなる方向へのクラッタ信号の変化の傾向から推定することも可能である。同様に、ターゲット信号のうち、クラッタ信号と重なる部分の分布は、ターゲット信号のピーク値から受信電力が弱くなる方向へのターゲット信号の変化の傾向から推定することも可能である。

しきい値Ｔｈ以上となる領域Ａ（図２中右上がりのハッチングを付した領域）が大きく存在する場合に、検出対象物は歩行者であると判断することが可能である。ただし、クラッタ信号についても、しきい値Ｔｈ以上となる領域Ｂ（図２中右下がりのハッチングを付した領域）が存在することから、歩行者が存在しないにもかかわらず、歩行者を検出していると誤判断してしまう可能性が残ることになる。クラッタ信号の影響を排除するために、例えばしきい値Ｔｈを大きく設定することも考えられるが、この場合は、ターゲット信号の領域が小さくなりすぎて、歩行者が存在するにもかかわらず歩行者が存在しないと誤判断する可能性が極めて高くなってしまい、しきい値Ｔｈを大きくするには限度がある。

ここで、歩行者の検知確率を、例えば「領域Ａの面積」を「領域Ａの面積＋領域Ｂの面積」で除した値で設定した場合として考える。この場合、歩行者検知確率は、歩行者の周囲環境の相違によっても大きく変化するが、２０％〜３０％程度と極めて低い場合もあり、例えば９０％以上というよう大きな検知確率を定常的に得ることは事実上難しいものである。

本発明では、歩行者の検知確率を高めるために、統計処理された図２のマップを、クラッタ信号の強度とターゲット信号の強度との各平均値の比ＳＣＲを大きくする修正マップを作成するようにしてある。具体的には、修正マップを示す図３の場合は、クラッタ信号の平均値を下げるようにしてある（受信強度が小さくなる方向にクラッタ信号の分布を修正）。また、修正マップを示す図４の場合は、ターゲット信号の平均値を上げるようにしてある（受信強度が大きくなる方向にターゲット信号の分布を修正）。ただし、しきい値Ｔｈは図２の場合と同じである（変更なし）。なお、クラッタ信号の平均値を下げる処理とターゲット信号の平均値を上げる処理との両方を行ってＳＣＲを大きくするようにしてもよい。

修正マップを得るためのクラッタ信号の分布を下げる方向への処理は、例えば、クラッタ信号の分布を受信電力が負の方向へ一定量オフセットさせるようにすればよい（例えば受信電力値を２０％分だけ低下）、同様に、修正マップを得るためのターゲット信号の分布を上げる方向への処理は、例えば、ターゲット信号の分布を受信電力が正の方向へ一定量オフセットさせるようにすればよい（例えば受信電力値を２０％分だけ増加）。

図２が修正された図３においては、しきい値Ｔｈ以上となる領域は、クラッタ信号の領域Ｂが殆ど含まれなくて、殆どターゲット信号の領域Ａのみとなる。これにより、上記検知確率が大きく向上されることになる。また、図２を修正した図４においては、クラッタ信号領域Ｂが図２の場合と同じように残るものの、ターゲット信号領域Ａが拡大されることとなって、この場合も検知確率を向上させることができる。

ここで、前述したＳＣＲの拡大をどの程度に設定すればよいかの点について、実験結果を示す図５〜図７を参照しつつ説明する。まず、図５は、車両前方の路面上において、歩行者を車両から１０ｍ〜５０ｍの範囲で１０ｍきざみで位置させた場合であり、歩行者の周囲には他車両が存在しない場合となっている。この場合、歩行者の検知確率を９０％以上とするには、ＳＣＲの大きさを５．９ｄＢ以上とすればよい、ということが理解される。つまり、図２のマップを、ＳＣＲが５．９以上となるように、クラッタ信号とターゲット信号との少なくとも一方の分布をずらす処理を行えばよいことになる。なお、歩行者に代えて強反射体としての他車両をターゲットとした場合は（前方１０ｍ〜５０ｍの範囲で１０ｍきざみで位置変化）、ＳＣＲをなんら拡大することなく９０％以上の検知確率を得ることができた。

図６は、図５の場合と同じような実験であるが、車両の前方に、歩行者の他に、４０ｍ前方において他車両を停車状態で位置させた場合の結果となっている（歩行者は、図５の場合と同様に１０ｍ〜５０ｍの範囲で１０ｍきざみで位置変化）。この場合は、歩行者の検知確率を９０％以上とするには、ＳＣＲが６．１ｄＢ以上であればよいことになる。なお、歩行者に代えて別の他車両をターゲットとした場合は、当該別の他車両の検知確率を９０％以上にするには、ＳＣＲが２．３ｄＢ以上であればよいという結果が得られた。

図７は、図５の場合と同じような実験であるが、車両の前方に、歩行者の他に、他車両を存在させて、この他車両を１０ｍ〜５０ｍの範囲で１０ｍきざみで位置変更した場合の結果となっている（歩行者は、図５の場合と同様に１０ｍ〜５０ｍの範囲で１０ｍきざみで位置変化）。この場合は、歩行者の検知確率を９０％以上とするには、ＳＣＲが８．６ｄＢ以上であればよいことになる。なお、歩行者に代えて別の他車両をターゲットとした場合は、当該別の他車両の検知確率を９０％以上にするには、ＳＣＲが３．４ｄＢ以上であればよいという結果が得られた。前述した実験結果から明かなように、弱反射体である歩行者の検知確率を９０％以上とするには、強反射体である車両の場合に比して、ＳＣＲを４〜５ｄＢ程度以上大きくする必要がある。

次に、図８に示すフローチャートを参照しつつ、コントローラＵによる制御例について説明する。なお、図８では、前方の他車両と歩行者とを検出対象（ターゲット）としてあり、また以下の説明でＱはステップを示す。

まず、Ｑ１において、レーダＳ１、カメラＳ２からの信号が入力される。次いで、Ｑ２において、車両前方の環境（走行環境）が、Ｑ１で入力されたデータに基づいて取得される。このＱ２で取得される走行環境は、特に、車両前方に他車両や歩行者が存在する可能性についての環境と、歩行者を検出することの難易に関する環境に関連したものとされる。

Ｑ３では、前方に物体が存在するか否かが判別される。このＱ３の判別でＮＯのときは、Ｑ１に戻る。Ｑ３の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４において、レーダＳ１での受信信号（受信電波）の分布特性が、例えば図２に示すようなマップ形式で作成される（受信信号の統計処理）。

Ｑ４の後、Ｑ５において、受信信号からして、前方物体が強反射体であるか否かが判別される。このＱ５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ６において、前方物体が前方車両であることの検知確率Ｐｄｆが推定される。なお、他車両についての検知確率の推定手法は、前述した歩行者の検知確率の推定手法と同じようにして行われる。この後、Ｑ７において、Ｑ６で推定された検知確率Ｐｄｆが所定値（例えば９０％）以上であるか否かが判別される。このＱ７の判別でＹＥＳのときは、Ｑ８において、検知対象物が危険物としての車両であると判定される。この後は、Ｑ９において、Ｑ８での判定結果がディスプレイＳ１０に表示される。前記Ｑ７の判別でＮＯのときは、危険物としての車両の検出はされていないとしてリターンされる。

前記Ｑ５の判別でＮＯのときは、Ｑ１０において、前述したように、ＳＣＲが拡大されて、例えば図３、図４のような修正マップが作成される。この場合、実施形態では、ＳＣＲの拡大度合いを、Ｑ２で取得された走行環境に応じて変更するようにしてある。すなわち、Ｑ２で取得された走行環境が、歩行者の検出が難しい状況ほどＳＣＲの拡大幅が大きくされる。なお、ＳＣＲの拡大幅を、走行環境にかかわらずある一定値とすることもできる（この場合は、図７に示すようにＳＣＲの拡大幅は大きいものとされる）。

Ｑ１０の後、Ｑ１１〜Ｑ１３の処理が行われるが、この処理は、Ｑ６〜Ｑ８に対応している。すなわち、Ｑ６〜Ｑ８の処理では、ＳＣＲ拡大前のマップ（例えば図２）に基づいて危険物としての車両を検出する処理となっているが、Ｑ１１〜Ｑ１３の処理では、例えば図２のマップを修正した（ＳＣＲを拡大した）例えば図３、図４のような修正マップに基づいて危険物としての歩行者を検出する処理とされる。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。危険物（特に歩行者）の検出方向は、車両前方に限らず、車両側方や車両後方等、適宜の方向を含むものであり、車両の全周囲方向とすることもできる。レーダとしては、ミリ波レーダを用いるのが好ましいが、これに限らないものである。歩行者の検出をより精度よく行うために、レーダＳ１の受信信号を統計処理したマップ（図２対応）やその修正マップ（図３、図４対応）に基づく判断結果に加えて、カメラＳ２に基づく判断結果をも加味して最終的に危険物であるか否か（歩行者であるか否か）を判断することもできる。危険物の検知確率は、ターゲット信号の領域Ａを、ターゲット信号Ａとクラッタ信号Ｂとの加算値に対する割合として把握したが、この他、ターゲット信号の領域Ａの面積そのもの、領域Ａの領域Ｂに対する倍率等、適宜の把握手法を採択することができる。ＳＣＲの拡大は、検出対象物が強反射体の場合にも行うようにしてもよく、この場合、強反射体のときのＳＣＲ拡大幅よりも弱反射体のときのＳＣＲ拡大幅を大きくすればよい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明は、レーダを用いて歩行者等の危険物を検出する上で好ましいものとなる。

Ｕ：コントローラ
Ｓ１：レーダ
Ｓ２：カメラ
Ｓ１０：ディスプレイ
Ｔｈ：しきい値
Ａ：領域（ターゲット信号）
Ｂ：領域（クラッタ信号）
ＳＣＲ：偏差（クラッタ信号とターゲット信号との平均値の偏差）

Claims (8)

1. 車両に搭載されたレーダによって車両周囲の危険物を検出するようにした車両用レーダ装置であって、
   前記レーダの受信信号について、その強度と発生頻度とをパラメータとして分布状態を示すマップを生成するマップ生成手段と、
   前記マップにおいて、クラッタ信号の強度とそれ以外の信号となるターゲット信号の強度との各平均値の比となるＳＣＲを拡大して修正マップを得る手段と、
   前記修正マップにおいて、受信信号の強度があらかじめ設定された所定のしきい値以上となる範囲での受信信号の分布状態に基づいて、危険物が存在するか否かを判定する判定手段と、
   を備え、
   前記ＳＣＲの拡大は、受信信号の強度からターゲットが弱反射体であると判断されたことを条件として実行されるか、又は、受信信号の強度からターゲットが弱反射体であると判断されたときは強反射体であると判断されたときに比して前記ＳＣＲの拡大幅が大きくされるように実行されることを特徴とする車両用レーダ装置。
2. 請求項１において、
   前記判定手段は、前記修正マップにおいて、前記クラッタ信号と前記ターゲット信号とのうち前記ターゲット信号が占める割合が所定割合以上であるときに、危険物が存在すると判定する、ことを特徴とする車両用レーダ装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記ＳＣＲの拡大が、前記クラッタ信号の分布を受信信号の強度が小さくなる方向へ下げることにより行われる、ことを特徴とする車両用レーダ装置。
4. 請求項１または請求項２において、
   前記ＳＣＲの拡大が、前記ターゲット信号の分布を受信信号の強度が大きくなる方向へ上げることにより行われる、ことを特徴とする車両用レーダ装置。
5. 請求項１または請求項２において、
   前記ＳＣＲの拡大が、前記クラッタ信号の分布を受信信号の強度が小さくなる方向へ下げると共に、前記ターゲット信号の分布を受信信号の強度が大きくなる方向へ上げることにより行われる、ことを特徴とする車両用レーダ装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、
   判定対象となる前記危険物が歩行者とされる、ことを特徴とする車両用レーダ装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、
   走行環境を検出する走行環境検出手段をさらに備え、
   前記走行環境検出で検出される走行環境に応じて、前記ＳＣＲの拡大幅が変更される、ことを特徴とする車両用レーダ装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、
   前記レーダがミリ波レーダとされている、ことを特徴とする車両用レーダ装置。

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