JP6806247B2 - 物体検知装置、車載レーダシステム、監視レーダシステム、物体検知装置の物体検知方法及びプログラム - Google Patents
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Description
歩行者との衝突を回避するには、歩行者を正しく検出することが求められる。
非特許文献1には、関連する技術として、車載レーダ・システムにFMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式やFast−FMCW方式の技術を用いて物体を検出する技術が記載されている。
そこで、複雑な処理や特別な装置を使用せずに移動体を検出することのできる技術が求められていた。
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の第1の実施形態による物体検知装置の構成について説明する。
本発明の第1の実施形態による物体検知装置は、最小構成の物体検知装置である。
また、変位の周波数の具体例として、静止している人の周波数より、エンジンが掛かっているが静止している自動車の周波数の方が高くなることが挙げられる。このように、物体検知装置1の対象物判定部209は、自動車と人とを識別することができる。
また、周波数が掃引される周期が対象物の想定される揺れの周期に比べて短い場合には、物体検知装置1は、受信部201と、IF信号生成部202と、位置検出部203と、変位検出部204とによって、対象物の位置を検出し、検出した対象物の位置における対象物の変位を検出することで、対象物の揺れの有無を特定することができる。また、物体検知装置1は、速度検出部208により対象物の速度を特定することができる。したがって、物体検知装置1は、対象物の揺れの有無と対象物の速度とを組み合わせることにより、動的物体(すなわち移動体)、静止人物、静止物体とを識別することができる。なお、動的物体には、移動する人物及び移動する人物以外のものが含まれる。
物体検知装置1は、さらに、位置検出部203によって検出された対象物の位置に基づいた位置毎に定義された環境情報を用いることで、対象物の物理的な種別を特定することができる。例えば、一方通行の道路において時速5kmで移動している対象物が自動車であるか人であるかがわからない場合、対象物が一方通行の道路を進行方向の逆方向に移動している場合には、対象物が自動車ではない、すなわち人であると特定することができる。
その結果、物体検知装置1は、複雑な処理や特別な装置を使用せずに移動体を検出することができる。
以下の本発明の各実施形態において、物体検知装置1がより具体的に説明され、上述の物体検知装置1の効果がより明らかになる。
本発明の第2の実施形態による物体検知装置の構成について説明する。
本発明の第2の実施形態による物体検知装置1は、図3に示すように、送信機10と、受信機20と、を備える。
記憶部103は、送信機10が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
例えば、位置検出部203は、後述する式(14)によって示される1次元スペクトルXr(ω,k)の振幅のピークの位置を基準時刻(t=0)における対象物の位置(対象物と物体検知装置1との距離)R0として検出する。
記憶部206は、受信機20が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
ここでは、図6に示す本発明の第2の実施形態による物体検知装置1の処理フローについて説明する。
図6に示す本発明の第2の実施形態による物体検知装置1の処理フローは、物体を検知する環境における雑音が少なく、かつ、周波数が掃引される周期が対象物の想定される揺れの周期に比べて長い場合の処理フローである。
物体を検知する環境における雑音が少なく、かつ、周波数が掃引される周期が対象物の想定される揺れの周期に比べて長い場合には、雑音が少ないため物体検知装置1が測定中に算出した変位の傾向から対象物の移動を検出することができる。そのため、この場合、実際には、スペクトル算出部207は、周期毎に2次元フーリエ変換を適用してIF信号x(t)の2次元スペクトルX(ω,Ψ)を算出する必要がない。したがって、速度検出部208は、連続して得られる周波数が掃引される周期毎の複数のIF信号に基づいて対象物の速度を検出する必要がない。
例えば、RF送信信号u(t)は、次の式(1)によって示される信号である。
例えば、RF受信信号は、次の式(2)によって示される信号である。
位相θ0(t)は時刻tの関数として示される。
また、IF信号生成部202は、受信部201からRF受信信号u0(t)を取得する。
IF信号生成部202が取得したRF送信信号u(t)は、例えば、図7に示すチャープ信号である。チャープ信号の周波数f(t)は、次の式(3)に示すように変化するものとする。
IF信号生成部202が取得したRF受信信号u0(t)が、例えば、図7に示すチャープ信号である場合、RF送信信号u(t)とRF受信信号u0(t)との間には、遅延時間τが生じる。
式(7)における右辺の第2項である2vt/cは、速度vで対象物が移動するときのRF送信信号u(t)に対するRF受信信号u0(t)との間の遅延時間の変化を示している。
具体的には、IF信号生成部202は、例えば、次の式(9)に示すIF信号x(t)を生成する。
=2πfminτ−πα(τ2−2tkτ)・・・(10)
そこで、式(10)において、遅延時間τ<<時刻tkの条件を適用すると、τ2の項を無視する近似を行うことができる。
この近似により、IF信号x(t)の位相θw(t)は、次の式(11)のように示される。
ドップラー周波数fdは、次の式(12)のように表すことができる。
例えば、位置検出部203は、式(14)によって示される1次元スペクトルXr(ω,k)の振幅のピークの位置を対象物の位置R(t)として検出する。
具体的には、例えば、対象物判定部209は、対象物が動的物体であるか静止物体であるか、すなわち、対象物の状態を識別する場合、対象物の変位a(kT)が所定しきい値を超えて変動する場合に、その対象物は動的物体(すなわち移動体)であると判定する。
また、対象物判定部209は、対象物の変位a(kT)が所定しきい値以下である場合に、その対象物は静止物体または静止人物であると判定する。
また、例えば、対象物判定部209が、対象物が動的物体であると判定した上で、環境情報として対象物の存在位置が一方通行の道路と定義されており、また自動車と人との物理的な種別を識別する場合を例示する。この場合、対象物判定部209は、対象物の変位a(kT)の変化の傾向が一方通行の走行可能な方向と逆方向を示す場合に、その対象物から自動車や自動二輪車などの逆方向の走行が禁止されている動的物体を除外する。その結果、対象物判定部209は、対象物の物理的な種別を人と識別する。
(b)対象物の距離R(t)の時間変化から得られる変位の分解能は、1次元スペクトルXr(ω,k)を算出するときに行った1次元のフーリエ変換による距離分解能c/(2BW)の制約を受けない。
1次元スペクトルの位相∠Xr(ω,k)は、不定定数(2πの整数倍の位相)が加えられた場合と加えられない場合とで同一の扱いとなる。そのため、式(15)によって表される1次元スペクトルの位相∠Xr(ω,k)の右辺に不定定数が加えられても、位相∠Xr(ω,k)の測定値からは不定定数が加えられか否かを判定することができない。
したがって、変位検出部204は、1次元スペクトルの位相∠Xr(ω,k)から求めた式(16)によって表される距離R(t)の絶対値を特定することはできない。
ただし、変位検出部204は、距離R(t)の時間変化から不定定数を除いた対象物の変位(揺れ/振動)a(kT)を正しく特定することができる。すなわち、変位検出部204は、1次元スペクトルの位相が示すIF信号x(t)の周期ごとの対象物の距離R(t)の時間変化の有無に応じて対象物の変位を検出したか否かを判断することができる。
変位検出部204は、1次元スペクトルの位相が示すIF信号x(t)の周期ごとの対象物の距離R(t)の時間変化がある場合に対象物の変位を検出したと判断する。また、変位検出部204は、1次元スペクトルの位相が示すIF信号x(t)の周期ごとの対象物の距離R(t)の時間変化がない場合に対象物の変位を検出しないと判断する。
すなわち、変位検出部204は、チャープ信号の周期毎に得られるIF信号x(t)それぞれの1次元スペクトルの位相から、対象物の変位の有無を検出する。
1次元スペクトルの位相∠Xr(ω,k)から距離R(t)を特定する場合、距離R(t)の分解能は、1次元スペクトルXr(ω,k)を算出するときに行った1次元のフーリエ変換による距離分解能c/(2BW)ではなく、位相誤差によって制約される。
位相誤差を含む場合の1次元スペクトルの位相∠Xr(ω,k)は、次の式(17)のように表すことができる。
式(17)から分かるように、位相誤差Δθから生じる距離の誤差ΔRは、次の式(18)のように表すことができる。
すなわち、位置検出部203は、1次元スペクトルの位相∠Xr(ω,k)に基づいて、高分解能で対象物の変位を特定することができる。
なお、位置検出部203が特定する対象物の変位は、距離R(t)方向(物体検知装置1から対象物へ向かう方向または対象物から物体検知装置1へ向かう方向)である。位置検出部203は、角度方向(距離R(t)方向以外の方向)への対象物の変位を特定するものではない。
物体検知装置1は、ステップS1とステップS2との処理により、周波数の掃引されたRF送信信号u(t)を対象物に照射し、対象物で反射した受信信号u0(t)を受信する。
物体検知装置1は、ステップS3の処理により、RF送信信号u(t)と受信信号u0(t)とをミキシングしてIF信号を生成する。
物体検知装置1は、ステップS4の処理により、IF信号x(t)に対して1次元のフーリエ変換を行って得られた1次元スペクトルXr(ω,k)の振幅のピークの位置を対象物の位置R0として特定する。物体検知装置1は、このステップS4の処理により、30cm程度の位置分解能で対象物の位置を特定したことになる。対象物の位置R0は、チャープ信号の周期ごと、すなわち各周期の1次元スペクトルごとに得られる。
物体検知装置1は、ステップS5の処理により、対象物の位置R0における1次元スペクトルの位相∠Xr(ω,k)に基づいて対象物の変位を特定する。物体検知装置1は、ステップS6の処理により、対象物の種別を識別する。
なお、各機能部は、処理に必要な式を記憶するものであってもよい。また、記憶部が式を記憶し、各機能部は、記憶部から必要な式を読み出すものであってもよい。
対象物判定部209は、対象物の変位a(kT)が所定しきい値を超えて変動する場合に、その対象物は動的物体であると判定する。対象物判定部209は、対象物の変位a(kT)が所定しきい値以下である場合に、その対象物は静止物体または静止人物であると判定する。
このようにすれば、物体検知装置1は、複雑な処理や特別な装置を使用せずに移動体を検出することができる。
また、位置毎に定義された環境情報がある場合、対象物判定部209は、変位検出部204から受けた対象物の変位a(kT)と、位置毎に定義された環境情報と、位置検出部203から受けた対象物の位置とを用いて対象物の物理的な種別を識別する。
このようにすれば、物体検知装置1は、複雑な処理や特別な装置を使用せずにさらに対象物の物理的な種別を識別することができる。
本発明の第3の実施形態による物体検知装置の構成について説明する。
本発明の第3の実施形態による物体検知装置1は、本発明の第2の実施形態による物体検知装置1と同様に、送信機10と、受信機20と、を備える。
例えば、位置検出部203は、スペクトル算出部207によって算出された2次元スペクトルX(ω,Ψ)の振幅のピークの位置を対象物の位置R0として検出する。
ここでは、図9に示す本発明の第3の実施形態による物体検知装置1の処理フローについて説明する。
位置検出部203は、スペクトル算出部207によって算出された2次元のスペクトルX(ω,Ψ)の振幅のピークの位置に基づいて対象物の位置R0を検出する(ステップS7)。2次元スペクトルX(ω,Ψ)は、チャープ信号の周期毎のIF信号x(t)を示す複数の列ベクトルを有する行列に対する2次元フーリエ変換により得られる。
例えば、位置検出部203は、次の式(19)によって示される2次元のスペクトルX(ω,Ψ)の振幅のピークの位置を対象物の位置R0として検出する。
位置検出部203が2次元のスペクトルX(ω,Ψ)の振幅のピークの位置に基づいて対象物の位置R0を検出する方法によるSN比は、位置検出部203が1次元スペクトルXr(ω,k)の振幅のピークの位置に基づいて対象物の位置R0を検出する方法によるSN比に比べて、チャープ数がKの場合、10log10(K)デシベル改善される。
したがって、2次元フーリエ変換の振幅|X(ω,Ψ)|のピークから周波数fw(=αR0/c)とfd(=2vfmin/c)とが求まり、位置検出部203は、周波数fwとfdとから時刻t=0における対象物の位置R0と速度vとを算出することができる。
2次元のスペクトルX(ω,Ψ)の引数ωは対象物の位置R0に比例し、引数Ψは速度vに比例する。そのため、2次元のスペクトルX(ω,Ψ)に対してスケール変換を行い、2次元フーリエ変換の振幅|X(ω,Ψ)|の引数(ω,Ψ)を対象物の位置R0と速度vとに置き替えて、例えば図10に示す位置R0と速度vとを軸にした2次元プロットを求めることができる。
具体的には、例えば、対象物判定部209は、対象物が動的物体であるか静止物体または静止人物であるか、すなわち、対象物の状態を識別する場合を説明する。この場合、対象物判定部209は、対象物の変位a(kT)が所定しきい値を超えて変動する場合に、その対象物は動的物体(すなわち移動体)であると判定する。また、対象物判定部209は、対象物の変位a(kT)が所定しきい値以下である場合に、その対象物は静止していると判定する。そして、対象物判定部209は、その対象物を、静止人物であるか静止物体であるかを識別する。具体的には、例えば、各対象物について実験やシミュレーションなどを行い、各対象物の変位の変動を予め記憶部に記憶する。対象物判定部209は、現在の特定から得られた対象物の変位の変動と、記憶部が記憶する各対象物の変位の変動とを比較し、記憶部において誤差の範囲内で同一とみなした変位の変動の対象物が人である場合、対象物を静止人物と識別する。また、対象物判定部209は、現在の測定から得られた対象物の変位の変動と、記憶部が記憶する各対象物の変位の変動とを比較し、記憶部において誤差の範囲内で同一とみなした変位の変動の対象物が物である場合、対象物を静止物体と識別する。
また、例えば、対象物判定部209が、対象物が動的物体であると判定した上で、環境情報として対象物の存在位置が一方通行の道路と定義されており、また自動車と人との物理的な種別を識別する場合を説明する。この場合、対象物判定部209は、対象物の変位a(kT)の変化の傾向が一方通行の走行可能な方向と逆方向を示す場合に、その対象物から自動車や自動二輪車などの逆方向の走行が禁止されている動的物体を除外する。その結果、対象物判定部209は、対象物の物理的な種別を人と識別する。
物体検知装置1は、ステップS1とステップS2との処理により、周波数の掃引されたRF送信信号u(t)を対象物に照射し、対象物で反射した受信信号u0(t)を受信する。
物体検知装置1は、ステップS3の処理により、RF送信信号u(t)と受信信号u0(t)とをミキシングしてIF信号を生成する。
物体検知装置1は、ステップS7の処理により、2次元のスペクトルX(ω,Ψ)の振幅のピークの位置に基づいて対象物の位置R0を検出する。物体検知装置1は、このステップS7の処理により、30cm程度の位置分解能で対象物の位置を特定したことになる。
物体検知装置1は、ステップS5の処理により、対象物の位置R0における1次元スペクトルの位相∠Xr(ω,k)に基づいて対象物の変位を特定する。物体検知装置1は、ステップS6の処理により、対象物の種別を識別する。
なお、各機能部は、処理に必要な式を記憶するものであってもよい。また、記憶部が式を記憶し、各機能部は、記憶部から必要な式を読み出すものであってもよい。
シミュレーション例について説明する。
本発明の第2の実施形態のように1次元フーリエ変換で対象物の位置検出を行った後に変位測定を行う場合と、本発明の第3の実施形態のように2次元フーリエ変換で対象物の位置検出を行った後に変位測定を行う場合とのそれぞれにおける変位検出性能をシミュレーションで検証した。シミュレーションでは、対象物T1が物体検知装置1から距離100mの位置に存在し、対象物T2が物体検知装置1から距離20mの位置に存在するようにシミュレータにおけるパラメータを設定している。また、対象物T1は車を想定し、振幅1cmおよび周波数10Hzで自動車全体が物体検知装置1と対象物との距離を示す方向に振動するようにシミュレータにおけるパラメータを設定している。また、対象物T2は歩行者を想定し、振幅10cmおよび周波数1Hzで歩行者の体全体が物体検知装置1と対象物との距離を示す方向に動くようにシミュレータにおけるパラメータを設定している。
実測例について説明する。
実測を行うため、図14に示すように、電波暗室において測定装置を用いてレーダを構築した。
なお、受信機そのものに遅延があるため、距離オフセット(誤差)が生じる。この距離オフセットは、送信アンテナと受信アンテナをつなぐケーブルを直結した状態でスルー測定して求める。測定で得た距離オフセットは1.1mであり、測定結果からこの距離オフセットの値を減算することにより受信機における遅延を較正している。
このことは、本発明が対象物の変位の有無をFast−FMCWよりも高い距離分解能で識別することができることを示している。
このようにすれば、物体検知装置1は、本発明の第2の実施形態による物体検知装置1の環境よりも雑音の多い環境において、複雑な処理や特別な装置を使用せずに移動体を検出することができる。
本発明の第4の実施形態による物体検知装置の構成について説明する。
本発明の第4の実施形態による物体検知装置1は、本発明の第3の実施形態による物体検知装置1と同様に、送信機10と、受信機20と、を備える。
例えば、位置検出部203は、スペクトル算出部207によって算出された2次元スペクトルX(ω,Ψ)の振幅のピークの位置を対象物の位置R0として検出する。
ここでは、図16に示す本発明の第4の実施形態による物体検知装置1の処理フローについて説明する。
位置検出部203は、スペクトル算出部207によって算出された2次元のスペクトルX(ω,Ψ)の振幅のピークの位置に基づいて対象物の位置R0を検出する(ステップS7)。2次元スペクトルX(ω,Ψ)は、チャープ信号の周期毎のIF信号x(t)を示す複数の列ベクトルを有する行列に対する2次元フーリエ変換により得られる。ただし、この場合、周波数が掃引される周期が対象物の想定される揺れの周期に比べて短い。このため、位置検出部203が2次元フーリエ変換により算出する距離と速度との分解能は、上述の物体を検知する環境における雑音が多く、かつ、周波数が掃引される周期が対象物の想定される揺れの周期に比べて長い場合に位置検出部203が2次元フーリエ変換により算出する距離と速度との分解能に比べて低い。
変位検出部204は、検出した対象物の変位a(kT)を対象物判定部209に出力する。
速度検出部208は、取得した対象物の速度の情報を対象物判定部209に出力する。
具体的には、例えば、対象物判定部209は、ステップS8の処理において、図17に示すように、対象物Aと対象物Bについて揺れが有り、対象物Cに対して揺れが無いと判定したとする。また、対象物判定部209は、図17に示すように、速度検出部208から対象物Aについて静止しているとみなせるしきい値以下の速度以外の速度、すなわち移動を示す速度の情報を取得したとする。また、対象物判定部209は、速度検出部208から対象物Bと対象物Cについて0(ゼロ)の速度、すなわち静止を示す速度の情報を取得したとする。この場合、対象物判定部209は、図17における識別結果に示すように、対象物Aを歩行者、対象物Bを静止人物、対象物Cを静止物体と識別する。
上記の本発明の第4の実施形態による物体検知装置1の処理をまとめると、以下のようになる。
図18に送信機10が照射する、中央周波数fcenter、帯域幅BWのチャープ信号を示す。Tperiod間隔で送信されるチャープ信号の周波数は、掃引時間Tchirp内にfcenter−(BW/2)からfcenter+(BW/2)まで線形的に増加する。Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW)レーダでは、送信チャープ信号(Tx)と受信チャープ信号(Rx)の周波数差分Δfから物体(対象物)までの距離rをr=(Δf×c×Tchirp)/(2BW)によって特定する。ここで、cは光速を表す。
図19に示す処理1から処理5で、レーダから動的物体までの距離を特定する。処理1では、送受信信号についてサンプル単位で積をとり(ミキシング)、Low−Pass Filter(LPF)で低周波成分を抽出し、nサンプルで構成される1チャープ分のビート信号(1行n列)を算出する。処理2では、前記ビート信号の両側に0詰めを行って生成したN(2のべき乗)サンプルのフレームをDiscrete Fourier Transform(DFT)し、ビート信号スペクトル(1行N列)を導出する。ビート信号スペクトルの要素は、送受信信号の周波数差分Δfであり、物体までの距離に対応している。処理3では、連続するmチャープのビート信号スペクトルを列方向に積み上げて、mチャープのビート信号スペクトルマトリクス(m行N列)を生成する。処理4では、ビート信号スペクトルマトリクスの上下に全要素0の行ベクトルを追加(0詰め)してM行(2のべき乗)N列としたスペクトルマトリクスを形成する。各距離に存在する物体の速度を算出するため、前記スペクトルマトリクスを列方向にDFTして、距離と速度の2次元スペクトルを得る。距離と速度の2次元スペクトルは、行方向の要素が距離、列方向の要素が速度にそれぞれ対応する。処理5では、2次元スペクトルの振幅において、0以外で速度のピークを持つ距離dhを選定し、動的物体の距離を表す集合A={dh}(h=1,2,・・・)とする。
無線レーダは、地上高約1.5mに三脚で固定し、踏切の中心に対してビームを向けた。図21に、物体及びレーダの位置関係(俯瞰図)とレーダの水平ビーム幅を示す。Gは踏切入口に立ち留まる二人の人物、Hは踏切を渡って線路の反対側へ向かう自転車、Iは線路反対側からレーダへ向かってくる歩行者、Jは線路に隣接する建物である。
撮影時に得た無線レーダの送受信信号を用いて動的物体、静止人物、静止物体の識別を行った。
図19の処理4で算出した距離と速度の2次元スペクトルの振幅を図22に示す。横軸は無線レーダからの距離[m]、縦軸は各距離にある物体の速度[km/h]である。紙面に垂直な方向の軸は振幅[dB]で、縦軸の速度を持ち、横軸の距離に存在する物体からの電波反射強度である。処理5に基づいて、0以外の速度に存在する振幅のピークを探すと、距離6mに速度4[km/h]のピークKがあり、距離約12mには速度(−5[km/h])のピークLがあった。以上の処理により、速度がゼロでない、すなわち動的物体の距離集合A={6m,12m}を得た。
処理6を行うにあたって、距離と速度の2次元スペクトルから速度0の部分を切り出した行スペクトルを、縦軸振幅[dB]としたものが図23である。図23の振幅がピークとなる距離であって、図22の2次元スペクトルで0以外に速度のピークを持たないものを特定し、静的物体の存在する距離の集合B={3.2m,17.7m}とした。集合Bの各距離に対して、処理7では連続するチャープ信号のビート信号スペクトルの位相差から算出した物体の変位を図24に示す。横軸は連続する32チャープの送信開始から完了までの時間32×Tperiod(図8参照)で、縦軸は変位である。図24より、距離3.2mは変位が見られる一方、17.7mは変位が見られなかった。以上の処理により、変位が見られる物体の距離と変位が見られない物体の距離を特定でき、静止人物の距離を集合E={3.2m}と静止物体の距離集合F={17.7m}を得た。
集合A={6m,12m}は、動的物体であることから、図21の自転車(H)と歩行者(I)であると識別された。次に、集合E={3.2m}は静止人物の距離であることから、図21の踏切入口で立ち留まる二人の人物(G)であると識別された。一方、集合F={17.7m}は静止物体であることから、図21の建物(J)であると識別された。以上のことから、速度情報により、動的物体(自転車や歩行者)を識別でき、変位情報により静止人物と静止物体を識別できた。
または、第4の実施形態による物体検知装置1による対象物の識別は、対象物について揺れに基づいて、静止物体とそれ以外とを識別した後に、速度情報を用いてそれ以外であると識別した対象物について速度情報を用いて動的物体と静止人物とを識別するものであってもよい。
または、第4の実施形態による物体検知装置1による対象物の識別は、すべての対象物に対して速度情報を用いた識別と揺れを用いた識別の両方を行う必要はない。例えば、物体検知装置1は、上述のように、速度情報を用いて動的物体と、それ以外とを識別する場合、動的物体について物理的な種別を識別する必要があれば揺れを用いて識別すればよいし、動的物体について物理的な種別を識別する必要がなければ、動的物体については揺れを用いた識別を行わなくてもよい。すなわち、目的に応じて速度情報を用いた識別と揺れを用いた識別とを処理の順番も含めて使い分ける。これにより、処理にかかる演算量を減らすことができるとともに、必要なメモリ容量を最適な容量にすることができる。
このようにすれば、物体検知装置1は、対象物の速度情報を用いることができ、より雑音の多い環境において複雑な処理や特別な装置を使用せずに移動体を検出することができる。
本発明の第5の実施形態による物体検知方法について説明する。本発明の第5の実施形態による物体検知方法では、対象物の変位(振動)を測定し、その対象物の変位に基づき対象物が人か物かなどの「物理的な種別」(種別の一例)を識別することを主な目的とする。
本発明の第5の実施形態による物体検知方法では、物体検知装置1が移動体401に搭載された場合について記述した。一方で、図26に示す本発明の第5の実施形態による物体検知方法の変形例のように、物体検知装置1は固定器具411に備え付けた状態で使用してもよい。
本発明の第6の実施形態による物体検知方法について説明する。本発明の第6の実施形態による物体検知方法では、対象物の変位(振動)を測定し、その対象物の変位に基づき対象物の「状態」を識別することを主な目的とする。
前記の本発明の第6の実施形態による物体検知方法では、対象物423は人を想定している。一方、図28に示す本発明の第6の実施形態の変形例のように、対象物は機械424a、424b、424c、・・・であってもよい。この場合、本発明の第1ないし第4の実施形態に記載の手順に従い測定された対象物(機械)424a、424b、424c、・・・の変位(振動)に基づき、物体検知装置1は故障の直前に振動状態に異常が発生することを利用して、対象物(機械)424a、424b、424c、・・・の故障を予知する。
なお、図28では対象物(機械)424a、424b、424c、・・・が屋内(部屋421)に置かれているが、対象物424a、424b、424c、・・・は屋外に置かれていてもよい。また、物体検知装置1で測定される対象物は建物や橋梁などの土木構造物であってもよい。
本発明の第7の実施形態による車載レーダシステムについて説明する。
本発明の第7の実施形態による車載レーダシステム200は、図29に示すように、物体検知装置1と、制御装置300と、を備える。
車載レーダシステム200は、自動車に搭載される。
本発明の第7の実施形態による物体検知装置1は、上記の本発明の実施形態の何れかの物体検知装置1である。
物体検知装置1は、対象物の位置及び変位を検出する。
物体検知装置1は、検出した対象物の位置及び変位を制御装置300に出力する。
制御装置300は、取得した位置及び変位に基づいて自動車のエンジンの出力及びブレーキのうちの少なくとも一方を制御する。
例えば、制御装置300は、対象物として人や他の自動車を示す位置及び変位の情報を取得し、その位置が充分な制動距離が確保された位置にあると判断した場合、エンジン出力を低下させる、または、制御装置300は、軽いブレーキを掛けて自動車を減速させる。また、制御装置300は、対象物として人や他の自動車を示す位置及び変位の情報を取得し、その位置が直ちに自動車を停止させないと危険であると判断した場合、エンジン出力を低下させるとともに急ブレーキを掛けて自動車を停止させる。
このようにすれば、車載レーダシステム200は、自動車と対象物との衝突を回避することができる。
本発明の第8の実施形態による監視レーダシステムについて説明する。
本発明の第8の実施形態による監視レーダシステム400は、図30に示すように、物体検知装置1と、警報装置500と、を備える。
監視レーダシステム400は、例えば、病室に設けられる。
本発明の第8の実施形態による物体検知装置1は、上記の本発明の実施形態の何れかの物体検知装置1である。
物体検知装置1は、対象物の位置及び変位を検出する。
物体検知装置1は、検出した対象物の位置及び変位を警報装置500に出力する。
警報装置500は、取得した位置及び変位に基づいてアラームを出力する。
例えば、警報装置500は、対象物として人(患者)を示す位置及び変位(動き)の情報を取得する。警報装置500は、一定の期間以上、その変位が所定の変位以下であると判断した場合、人の動きがほとんどない、心肺が止まっているなどと判定してアラームを病室内やナースセンターなどに出力して、他の人に対象物としての人の体調が悪いことを知らせる。また、老人ホームや独居老人宅において、対象者の変位及び位置から、対象者が急に倒れたことやいつもの起床時刻を過ぎても起床してこないことを物体検知装置1が検出するようにしてもよい。なお、アラームは、音や表示、さらに通信回線による緊急通報や携帯端末への通知などが考えられる。監視レーダシステム400のようなレーダによる監視システムを用いる場合では、対象者の画像が撮影されないため、個人のプライバシーが保たれるという利点もある。
このようにすれば、監視レーダシステム400は、人の体調が悪くなったことや安否を他の人に知らせることができ、医師や看護師に直ちに連絡することができ、医師や看護師が体調の悪い人に対して直ちに処置を行うことができる。
監視レーダシステム400は、刑務所の受刑者などを上述と同様に監視するものであってもよい。また、監視レーダシステム400は、屋内やエレベータ内などにおける人の変位(動き)を判断して、人の変位が大きい(暴れている)と判定した場合に警備会社に連絡するなど防犯用に用いられてもよい。
第1、4の実施形態は、「周波数が掃引される周期が対象物の想定される揺れの周期に比べて短い場合」(すなわち測定時間が短い場合)の実施形態であり、第2、3の実施形態は、「周波数が掃引される周期が対象物の想定される揺れの周期に比べて長い場合」(すなわち測定時間が長い場合)の実施形態である。しかしながら、実際の測定環境では想定される揺れの周期が異なる対象物が複数存在することがある。このため、同一のRF送信信号であっても、想定される揺れの周期が異なる対象物については、RF送信信号の周波数が掃引される周期が対象物の想定される揺れの周期に比べて短くなる場合と、長くなる場合とがある。
したがって、想定される揺れの周期が異なる対象物が複数存在する場合には、周波数が掃引される周期が想定される揺れの周期に比べて短くなる対象物と、周波数が掃引される周期が想定される揺れの周期に比べて長くなる対象物のそれぞれについて、本発明の各実施形態において示した処理のうち適切な処理が行われるものであってよい。
具体的には、例えば、図16に示した本発明の第4の実施形態において、ステップS9の処理はステップS5の処理よりも前に実行するものであってもよい。ステップS9の処理はステップS5の処理よりも前に実行する場合、物体識別において静的物体(速度0)に対してのみステップS5以降の処理を行えばよい。この場合、動的物体に関してはステップS9の処理で識別済みであるため、識別処理が速くなる。
図31は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ5は、図31に示すように、CPU6、メインメモリ7、ストレージ8、インターフェース9を備える。
例えば、上述の物体検知装置1、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ5に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ8に記憶されている。CPU6は、プログラムをストレージ8から読み出してメインメモリ7に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU6は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ7に確保する。
受信機を備える物体検知装置であって、
前記受信機は、
周期的に周波数を掃引されたRF送信信号であって、少なくとも一つの対象物で反射した前記RF送信信号の反射波であるRF受信信号を受信する受信部と、
前記RF送信信号と前記RF受信信号とをミキシングしてIF信号を生成するIF信号生成部と、
周期的な前記周波数が掃引される前記IF信号から算出されたスペクトルの振幅に基づいて前記対象物の位置を検出する位置検出部と、
前記IF信号から算出された1次元スペクトルの位相であって前記位置検出部が検出した前記対象物の位置における前記1次元スペクトルの位相に基づいて前記対象物の変位を検出する変位検出部と、
複数の前記IF信号に基づいて前記対象物の速度を検出する速度検出部と、
前記変位検出部の検出結果と前記速度検出部の検出結果、または、前記変位検出部の検出結果と位置毎に定義された環境情報と前記位置検出部の検出結果、を用いて前記対象物の種別を識別する対象物判定部と、
を備える物体検知装置。
前記位置検出部は、
前記1次元スペクトルを前記スペクトルとして用いて、前記1次元スペクトルにおける振幅のピークに基づいて前記対象物の位置を検出する、
付記1に記載の物体検知装置。
前記変位検出部は、
前記1次元スペクトルの位相が示す前記対象物の位置であって前記IF信号の周期ごとの前記対象物の距離の時間変化がある場合に前記対象物の変位を検出したと判断する、
付記1または付記2に記載の物体検知装置。
前記受信機は、
1次元フーリエ変換を前記IF信号に適用して前記IF信号の前記1次元スペクトルを算出する第1スペクトル算出部、
を備える付記1から付記3の何れか一項に記載の物体検知装置。
前記位置検出部は、
前記IF信号から算出された2次元スペクトルを前記スペクトルとして用いて、前記2次元スペクトルにおける振幅のピークに基づいて前記対象物の位置を検出し、
前記変位検出部は、
前記位置検出部が検出した前記対象物の位置における前記1次元スペクトルの位相に基づいて前記対象物の変位を検出する、
付記1に記載の物体検知装置。
前記受信機は、
2次元フーリエ変換を前記IF信号に適用して前記IF信号の前記2次元スペクトルを算出する第2スペクトル算出部、
を備える付記5に記載の物体検知装置。
前記変位検出部は、
前記位置検出部が複数の前記対象物の位置を検出した場合、複数の前記対象物の位置それぞれに対応する前記1次元スペクトルの位相に基づいて複数の前記対象物の変位それぞれを算出する、
付記1から付記6の何れか一項に記載の物体検知装置。
前記変位検出部は、
前記速度検出部が検出した速度がしきい値以下である前記対象物のみの変位を算出する、
付記1から付記7の何れか一項に記載の物体検知装置。
周期的に周波数を掃引したRF送信信号を照射する照射部を有する送信機、
を備える付記1から付記8の何れか一項に記載の物体検知装置。
受信機を備える物体検知装置の物体検知方法であって、
周期的に周波数を掃引されたRF送信信号であって、少なくとも一つの対象物で反射した前記RF送信信号の反射波であるRF受信信号を受信することと、
前記RF送信信号と前記RF受信信号とをミキシングしてIF信号を生成することと、
周期的な前記周波数が掃引される前記IF信号から算出された1次元スペクトルの振幅に基づいて前記対象物の位置を検出することと、
前記IF信号から算出された1次元スペクトルの位相であって検出した前記対象物の位置における前記1次元スペクトルの位相に基づいて前記対象物の変位を検出することと、
複数の前記IF信号に基づいて前記対象物の速度を検出することと、
前記変位の検出結果と前記速度の検出結果、または、前記変位の検出結果と位置毎に定義された環境情報と前記位置の検出結果、を用いて前記対象物の種別を識別することと、
を含む物体検知装置の物体検知方法。
前記1次元スペクトルにおける振幅のピークに基づいて前記対象物の位置を検出すること、
を含む、付記10に記載の物体検知装置の物体検知方法。
受信機を備える物体検知装置の物体検知方法であって、
周期的に周波数を掃引されたRF送信信号であって、少なくとも一つの対象物で反射した前記RF送信信号の反射波であるRF受信信号を受信することと、
前記RF送信信号と前記RF受信信号とをミキシングしてIF信号を生成することと、
周期的な前記周波数が掃引される前記IF信号から算出された2次元スペクトルの振幅に基づいて前記対象物の位置を検出することと、
前記IF信号から1次元スペクトルを算出することと、
前記2次元スペクトルから検出した前記対象物の位置における前記1次元スペクトルの位相に基づいて前記対象物の変位を検出することと、
複数の前記IF信号に基づいて前記対象物の速度を検出することと、
前記変位の検出結果と前記速度の検出結果、または、前記変位の検出結果と位置毎に定義された環境情報と前記位置の検出結果、を用いて前記対象物の種別を識別することと、
を含む物体検知装置の物体検知方法。
前記2次元スペクトルにおける振幅のピークの位置に基づいて前記対象物の位置を検出すること、
を含む、付記12に記載の物体検知装置の物体検知方法。
前記対象物の変位に基づいて、前記対象物の種別を識別すること、
を含む、付記11から付記13の何れか一項に記載の物体検知装置の物体検知方法。
前記対象物の変位に基づいて、前記対象物の状態を識別すること、
を含む、付記11から付記13の何れか一項に記載の物体検知装置の物体検知方法。
付記1から付記9の何れか一項に記載の物体検知装置と、
制御装置と、
を備え、
前記物体検知装置は、
前記位置検出部が検出した前記対象物の位置および前記変位検出部が検出した前記対象物の変位を前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、
前記対象物の位置および前記対象物の変位に基づいてエンジンの出力及びブレーキのうちの少なくとも一方を制御する、
車載レーダシステム。
付記1から付記9の何れか一項に記載の物体検知装置と、
警報装置と、
を備え、
前記物体検知装置は、
前記変位検出部が検出した前記対象物の変位を前記警報装置に出力し、
前記警報装置は前記変位に基づいてアラームを出力する、
監視レーダシステム。
受信機を備える物体検知装置のコンピュータに、
周期的に周波数を掃引したRF送信信号を照射することと、
周期的に周波数を掃引されたRF送信信号であって、少なくとも一つの対象物で反射した前記RF送信信号の反射波であるRF受信信号を受信することと、
前記RF送信信号と前記RF受信信号とをミキシングしてIF信号を生成することと、
周期的な前記周波数が掃引される前記IF信号から算出された1次元スペクトルの振幅に基づいて前記対象物の位置を検出することと、
検出した前記対象物の位置における前記1次元スペクトルの位相に基づいて前記対象物の変位を検出することと、
複数の前記IF信号に基づいて前記対象物の速度を検出することと、
前記変位の検出結果と前記速度の検出結果、または、前記変位の検出結果と位置毎に定義された環境情報と前記位置の検出結果、を用いて前記対象物の種別を識別することと、
を実行させるプログラム。
前記1次元スペクトルにおける振幅のピークに基づいて前記対象物の位置を検出すること、
を実行させる、付記18に記載のプログラム。
受信機を備える物体検知装置のコンピュータに、
周期的に周波数を掃引されたRF送信信号であって、少なくとも一つの対象物で反射した前記RF送信信号の反射波であるRF受信信号を受信することと、
前記RF送信信号と前記RF受信信号とをミキシングしてIF信号を生成することと、
周期的な前記周波数が掃引される前記IF信号から算出された2次元スペクトルの振幅に基づいて前記対象物の位置を検出することと、
前記IF信号から1次元スペクトルを算出することと、
前記2次元スペクトルから検出した前記対象物の位置における前記1次元スペクトルの位相に基づいて前記対象物の変位を検出することと、
複数の前記IF信号に基づいて前記対象物の速度を検出することと、
前記変位の検出結果と前記速度の検出結果、または、前記変位の検出結果と位置毎に定義された環境情報と前記位置の検出結果、を用いて前記対象物の種別を識別することと、
を実行させるプログラム。
前記2次元スペクトルにおける振幅のピークに基づいて前記対象物の位置を検出すること、
を実行させる、付記20に記載のプログラム。
前記対象物の変位に基づいて、前記対象物の種別を識別すること、
を実行させる、付記18から付記21の何れか一項に記載のプログラム。
前記対象物の変位に基づいて、前記対象物の状態を識別すること、
を実行させる、付記18から付記21の何れか一項に記載のプログラム。
5・・・コンピュータ
6・・・CPU
7・・・メインメモリ
8・・・ストレージ
9・・・インターフェース
10・・・送信機
20・・・受信機
101・・・照射部
102、205・・・制御部
103、206・・・記憶部
200・・・車載レーダシステム
201・・・受信部
202・・・IF信号生成部
203・・・位置検出部
204・・・変位検出部
207・・・スペクトル算出部
208・・・速度検出部
209・・・対象物判定部
300・・・制御装置
400・・・監視レーダシステム
500・・・警報装置
Claims (10)
- 受信機を備える物体検知装置であって、
前記受信機は、
周期的に周波数を掃引されたRF送信信号であって、少なくとも一つの対象物で反射した前記RF送信信号の反射波であるRF受信信号を受信する受信部と、
前記RF送信信号と前記RF受信信号とをミキシングしてIF信号を生成するIF信号生成部と、
周期的な前記周波数が掃引される前記IF信号から算出されたスペクトルの振幅に基づいて前記対象物の位置を検出する位置検出部と、
前記IF信号から算出された1次元スペクトルの位相であって前記位置検出部が検出した前記対象物の位置における前記1次元スペクトルの位相に基づいて前記対象物の変位を検出する変位検出部と、
複数の前記IF信号に基づいて前記対象物の速度を検出する速度検出部と、
前記変位検出部が検出した前記変位の時間経過に伴うパターンの変化と前記速度検出部の検出結果、および、前記変位検出部が検出した時間経過に伴う前記変位の変動の激しさと位置毎に定義された環境情報と前記位置検出部の検出結果、を用いて人が移動しているか、または、人が移動せずに体を動かしているかを識別する対象物判定部と、
を備える物体検知装置。 - 前記位置検出部は、
前記1次元スペクトルを前記スペクトルとして用いて、前記1次元スペクトルにおける振幅のピークに基づいて前記対象物の位置を検出する、
請求項1に記載の物体検知装置。 - 前記変位検出部は、
前記1次元スペクトルの位相が示す前記対象物の位置であって前記IF信号の周期ごとの前記対象物の距離の時間変化がある場合に前記対象物の変位を検出したと判断する、
請求項1または請求項2に記載の物体検知装置。 - 前記受信機は、
1次元フーリエ変換を前記IF信号に適用して前記IF信号の前記1次元スペクトルを算出する第1スペクトル算出部、
を備える請求項1から請求項3の何れか一項に記載の物体検知装置。 - 受信機を備える物体検知装置の物体検知方法であって、
周期的に周波数を掃引されたRF送信信号であって、少なくとも一つの対象物で反射した前記RF送信信号の反射波であるRF受信信号を受信することと、
前記RF送信信号と前記RF受信信号とをミキシングしてIF信号を生成することと、
周期的な前記周波数が掃引される前記IF信号から算出された1次元スペクトルの振幅に基づいて前記対象物の位置を検出することと、
前記IF信号から算出された1次元スペクトルの位相であって検出した前記対象物の位置における前記1次元スペクトルの位相に基づいて前記対象物の変位を検出することと、
複数の前記IF信号に基づいて前記対象物の速度を検出することと、
検出した前記変位の時間経過に伴うパターンの変化と前記速度の検出結果、および、検出した時間経過に伴う前記変位の変動の激しさと位置毎に定義された環境情報と前記位置の検出結果、を用いて人が移動しているか、または、人が移動せずに体を動かしているかを識別することと、
を含む物体検知装置の物体検知方法。 - 受信機を備える物体検知装置の物体検知方法であって、
周期的に周波数を掃引されたRF送信信号であって、少なくとも一つの対象物で反射した前記RF送信信号の反射波であるRF受信信号を受信することと、
前記RF送信信号と前記RF受信信号とをミキシングしてIF信号を生成することと、
周期的な前記周波数が掃引される前記IF信号から算出された2次元スペクトルの振幅に基づいて前記対象物の位置を検出することと、
前記IF信号から1次元スペクトルを算出することと、
前記2次元スペクトルから検出した前記対象物の位置における前記1次元スペクトルの位相に基づいて前記対象物の変位を検出することと、
複数の前記IF信号に基づいて前記対象物の速度を検出することと、
検出した前記変位の時間経過に伴うパターンの変化と前記速度の検出結果、および、検出した時間経過に伴う前記変位の変動の激しさと位置毎に定義された環境情報と前記位置の検出結果、を用いて人が移動しているか、または、人が移動せずに体を動かしているかを識別することと、
を含む物体検知装置の物体検知方法。 - 請求項1から請求項4の何れか一項に記載の物体検知装置と、
制御装置と、
を備え、
前記物体検知装置は、
前記位置検出部が検出した前記対象物の位置および前記変位検出部が検出した前記対象物の変位を前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、
前記対象物の位置および前記対象物の変位に基づいてエンジンの出力及びブレーキのうちの少なくとも一方を制御する、
車載レーダシステム。 - 請求項1から請求項4の何れか一項に記載の物体検知装置と、
警報装置と、
を備え、
前記物体検知装置は、
前記変位検出部が検出した前記対象物の変位を前記警報装置に出力し、
前記警報装置は前記変位に基づいてアラームを出力する、
監視レーダシステム。 - 受信機を備える物体検知装置のコンピュータに、
周期的に周波数を掃引したRF送信信号を照射することと、
周期的に周波数を掃引されたRF送信信号であって、少なくとも一つの対象物で反射した前記RF送信信号の反射波であるRF受信信号を受信することと、
前記RF送信信号と前記RF受信信号とをミキシングしてIF信号を生成することと、
周期的な前記周波数が掃引される前記IF信号から算出された1次元スペクトルの振幅に基づいて前記対象物の位置を検出することと、
検出した前記対象物の位置における前記1次元スペクトルの位相に基づいて前記対象物の変位を検出することと、
複数の前記IF信号に基づいて前記対象物の速度を検出することと、
検出した前記変位の時間経過に伴うパターンの変化と前記速度の検出結果、および、検出した時間経過に伴う前記変位の変動の激しさと位置毎に定義された環境情報と前記位置の検出結果、を用いて人が移動しているか、または、人が移動せずに体を動かしているかを識別することと、
を実行させるプログラム。 - 受信機を備える物体検知装置のコンピュータに、
周期的に周波数を掃引されたRF送信信号であって、少なくとも一つの対象物で反射した前記RF送信信号の反射波であるRF受信信号を受信することと、
前記RF送信信号と前記RF受信信号とをミキシングしてIF信号を生成することと、
周期的な前記周波数が掃引される前記IF信号から算出された2次元スペクトルの振幅に基づいて前記対象物の位置を検出することと、
前記IF信号から1次元スペクトルを算出することと、
前記2次元スペクトルから検出した前記対象物の位置における前記1次元スペクトルの位相に基づいて前記対象物の変位を検出することと、
複数の前記IF信号に基づいて前記対象物の速度を検出することと、
検出した前記変位の時間経過に伴うパターンの変化と前記速度の検出結果、および、検出した時間経過に伴う前記変位の変動の激しさと位置毎に定義された環境情報と前記位置の検出結果、を用いて人が移動しているか、または、人が移動せずに体を動かしているかを識別することと、
を実行させるプログラム。
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