JP6849100B2 - 物体検知装置、物体検知方法及びプログラム - Google Patents
物体検知装置、物体検知方法及びプログラム Download PDFInfo
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Description
前記物体に向けて電波を送信信号として照射する、送信部と、
前記物体で反射された電波を受信信号として受信する、受信部と、
演算装置と、を備え
前記演算装置は、
前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域と前記物体の形状を表す形状パラメータの領域とを定義域とする位置・形状パラメータスペクトルを算出する、スペクトル算出部と、
前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分することによって、位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、積分量算出部と、
前記位置・形状パラメータスペクトル積分量に基づいて、前記形状パラメータの値を算出する、形状パラメータ算出部と、
前記位置・形状パラメータスペクトルおよび前記形状パラメータの値に基づいて、前記位置パラメータの値を算出する、位置パラメータ算出部と、
を備えている、
ことを特徴とする。
(a)前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域と前記物体の形状を表す形状パラメータの領域とを定義域とする位置・形状パラメータスペクトルを算出する、ステップと、
(b)前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分することによって、位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、ステップと、
(c)前記位置・形状パラメータスペクトル積分量に基づいて、前記形状パラメータの値を算出する、ステップと、
(d)前記位置・形状パラメータスペクトルおよび前記形状パラメータの値に基づいて、前記位置パラメータの値を算出する、ステップと、
を有する、ことを特徴とする。
前記プロセッサに、
(a)前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域と前記物体の形状を表す形状パラメータの領域とを定義域とする位置・形状パラメータスペクトルを算出する、ステップと、
(b)前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分することによって、位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、ステップと、
(c)前記位置・形状パラメータスペクトル積分量に基づいて、前記形状パラメータの値を算出する、ステップと、
(d)前記位置・形状パラメータスペクトルおよび前記形状パラメータの値に基づいて、前記位置パラメータの値を算出する、ステップと、
を実行させる、ことを特徴とする。
以下、本発明の実施の形態1における、物体検知装置、物体検知方法、及びプログラムについて、図1〜図30を参照しながら説明する。本実施の形態1では、小型のレーダ装置を用いながら、対象物の位置の把握のみだけでなく、対象物の幅のような形状に関する情報も検知できる、物体検知装置、物体検知方法、及びプログラムが開示される。
最初に、図1及び図2を用いて、本実施の形態1における物体検知装置の構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態1における物体検知装置の構成を示すブロック図である。図2は、図1に示す物体検知装置が備える演算装置の構成を示すブロック図である。
次に、本実施の形態1における物体検知装置1000の動作について図8を用いて説明する。図8は、本発明の実施の形態1における物体検知装置の動作を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図1〜図7を参酌する。また、本実施の形態1では、物体検知装置1000を動作させることによって、物体検知方法が実施される。よって、本実施の形態1における物体検知方法の説明は、以下の物体検知装置1000の動作説明に代える。
図9〜図14を用いてステップA3を説明する。ステップA3では、上述したように、第2のスペクトル算出部1301は、IF信号を用いて、対象物1003の位置パラメータ領域を定義域とする位置パラメータスペクトルを算出する。
式(8)は、以下の式(9)のように表記し直す事ができる。
次に、図15〜図22を用いてステップA4を説明する。ステップA4では、上述したように、スペクトル算出部1302が、IF信号を用いて、対象物1003の位置パラメータ領域と形状パラメータ領域を定義域とするスペクトル(位置・形状パラメータスペクトル)を算出する。
次に、図23〜図27を用いてステップA5を説明する。ステップA5では、上述したように、制限枠設定部1401が、ステップA3で算出された位置パラメータスペクトルに基づいて、ステップA4で算出された位置・形状パラメータスペクトルに対して制限枠を設定する。
次に、図28及び図29を用いてステップA6を説明する。ステップA6では、上述したように、積分量算出部1402は、ステップA4で算出された位置・形状パラメータスペクトルと、ステップA5で設定された位置・形状パラメータスペクトル上の制限枠とに基づいて、対象物1003の位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する。
次に、ステップA7を説明する。ステップA7では、上述したように、形状パラメータ算出部1403は、ステップA6で算出された位置・形状パラメータスペクトル積分量に基づいて、対象物1003の形状パラメータの値を算出する。
なお、上記の閾値の値は、測定条件に応じて設定されていれば良く、特に限定されない。
次に、図30を用いて、ステップA8を説明する。ステップA8では、上述したように、位置パラメータ算出部1404は、ステップA4で算出された位置・形状パラメータスペクトルと、ステップA6で算出された対象物1003の形状パラメータの値とに基づいて、対象物1003の位置パラメータの値を算出する。
以下において、本実施の形態1における効果を要約する。従来の一般的なアレイアンテナ方式によるミリ波イメージング装置では、受信した電波の到来方向(角度方向)の推定を行って、対象物の形状を検知するために、本実施の形態1と比べて多数(数千〜数万個)のアンテナを必要とする。その一方で、本実施の形態1では、電波の到来方向推定、即ち角度方向の測定を行う従来の方式と異なり、送受信装置から対象物までの距離測定の結果から、対象物の幅といった形状に関する情報を検知する方式が用いられる。
本実施の形態1におけるプログラムは、コンピュータ、すなわち、演算装置1211に、図8に示すステップA3〜A8を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムを演算装置1211にインストールし、実行することによって、本実施の形態1における物体検知装置と物体検知方法とを実現することができる。この場合、演算装置1211を構成しているプロセッサは、第2のスペクトル算出部1301、スペクトル算出部1302、及びパラメータ算出部1303として機能し、処理を行なう。
続いて、本実施の形態2における、物体検知装置、物体検知方法、及びプログラムについて、図31〜図35を参照しながら説明する。本実施の形態2においても、上述した実施の形態1と同様に、小型のレーダ装置を用いながら、従来のミリ波イメージング装置と同様に、対象物の位置の把握のみだけでなく対象物の形状の検知が可能となる。以下においては、実施の形態1と共通の要素についての説明は省略する。
最初に、本実施の形態2における物体検知装置の構成について説明する。図31は、本発明の実施の形態2における物体検知装置の構成を示すブロック図である。
次に、本実施の形態2における物体検知装置2000の動作について図32を用いて説明する。図32は、本発明の実施の形態2における物体検知装置の動作を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図31を参酌する。また、本実施の形態2では、物体検知装置2000を動作させることによって、物体検知方法が実施される。よって、本実施の形態2における物体検知方法の説明は、以下の物体検知装置2000の動作説明に代える。
ステップA1〜A8の装置動作により、送受信装置1001n(n=1,2・・・,N)毎に、対象物1003の位置パラメータ(距離)と形状パラメータ(幅)として、位置パラメータ(距離)Rn1、Rn2、・・・、RnKの位置に、形状パラメータ(幅)Δn1、Δn2、・・・、ΔnKを持つ対象物が検出されているとする(Kは対象物1003の数)。
次に、ステップB2において、画像生成部1304は、下記の式(28)で示すように各送受信装置1001n(n=1,2・・・,N) による画像In(x,y)の積から、最終的な画像I(x, y)を生成する。
このように、本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、電波の到来方向推定、すなわち角度方向の測定を行う従来の方式と異なり、送受信装置と対象物の距離測定の結果とから対象物の幅のような形状に関する情報を検知する方式が用いられる。
本実施の形態2におけるプログラムは、コンピュータに、図8に示すステップA3〜A8と、図32に示すステップB1〜B3とを実行させるプログラムであれば良い。このプログラムを演算装置1211にインストールし、実行することによって、本実施の形態2における物体検知方法を実現することができる。この場合、演算装置1211を構成しているプロセッサは、第2のスペクトル算出部1301、スペクトル算出部1302、パラメータ算出部1303及び画像生成部1304として機能し、処理を行なう。
ここで、実施の形態1及び2におけるプログラムを実行することによって、物体検知装置を実現するコンピュータ(演算装置)について図36を用いて説明する。図36は、本発明の実施の形態1及び2における物体検知装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
電波によって物体を検知するための物体検知装置であって、
前記物体に向けて電波を送信信号として照射する、送信部と、
前記物体で反射された電波を受信信号として受信する、受信部と、
演算装置と、を備え
前記演算装置は、
前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域と前記物体の形状を表す形状パラメータの領域とを定義域とする位置・形状パラメータスペクトルを算出する、スペクトル算出部と、
前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分することによって、位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、積分量算出部と、
前記位置・形状パラメータスペクトル積分量に基づいて、前記形状パラメータの値を算出する、形状パラメータ算出部と、
前記位置・形状パラメータスペクトルおよび前記形状パラメータの値に基づいて、前記位置パラメータの値を算出する、位置パラメータ算出部と、
を備えている、
ことを特徴とする物体検知装置。
前記演算装置は、
前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域を定義域とする位置パラメータスペクトルを算出する、第2のスペクトル算出部と、
前記位置パラメータスペクトルに基づいて、位置・形状パラメータスペクトルに対して、その範囲を規定する制限枠を設定する、制限枠設定部と、を備えており、
前記積分量算出部は、前記制限枠で規定されている範囲で、前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分して、前記位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、付記1に記載の物体検知装置。
前記送信部及び前記受信部が複数備えられ、 複数の前記受信部それぞれは、複数の前記送信部のいずれかに対応し、
前記演算装置が、
前記送信部とそれに対応する前記受信部との組毎に、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータ及び形状パラメータの値を算出し、
に、前記組毎に算出された、前記位置パラメータ及び前記形状パラメータの値に基づいて、前記組毎に、前記物体の存在領域を算出し、そして、算出した前記組毎の前記存在領域を用いて、前記物体の画像を生成する、画像生成部 を更に備えている、
付記1または2に記載の物体検知装置。
前記送信部が、周波数変調した電波を、前記送信信号として送信する、
付記1〜3のいずれかに記載の物体検知装置。
前記送信部が複数備えられ、
複数の前記送信部それぞれが、互いに異なるタイミングで、又は互いに異なる送信周波数で、前記送信信号を照射する、
付記1〜4のいずれかに記載の物体検知装置。
前記受信部が、前記物体で反射された電波を受信信号として受信し、更に、受信した前記受信信号に前記送信信号をミキシングして中間周波数信号を生成し、
前記スペクトル算出部が、前記中間周波数信号に基づいて、前記位置・形状パラメータスペクトルを算出し、
前記第2のスペクトル算出部が、前記中間周波数信号に基づいて、前記位置パラメータスペクトルを算出する、
付記2に記載の物体検知装置。
前記スペクトル算出部が、予め設定されたサンプリング時間の範囲が異なる前記中間周波数信号の測定値から、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する相関行列を算出し、更に、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する前記相関行列の平均値を算出し、その後、前記相関行列の平均値に基づいて、前記位置・形状パラメータスペクトルを算出する、
前記第2のスペクトル算出部が、前記相関行列の平均値に基づいて、前記位置パラメータスペクトルを算出する、
付記6に記載の物体検知装置。
物体に向けて電波を送信信号として照射する送信部と、前記物体で反射された電波を受信信号として受信する受信部と、を備える物体検知装置を用いて、前記物体を検知するための方法であって、
(a)前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域と前記物体の形状を表す形状パラメータの領域とを定義域とする位置・形状パラメータスペクトルを算出する、ステップと、
(b)前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分することによって、位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、ステップと、
(c)前記位置・形状パラメータスペクトル積分量に基づいて、前記形状パラメータの値を算出する、ステップと、
(d)前記位置・形状パラメータスペクトルおよび前記形状パラメータの値に基づいて、前記位置パラメータの値を算出する、ステップと、
を有する、ことを特徴とする物体検知方法。
(e)前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域を定義域とする位置パラメータスペクトルを算出する、ステップと
(f)前記位置パラメータスペクトルに基づいて、位置・形状パラメータスペクトルに対して、その範囲を規定する制限枠を設定する、ステップと、を更に有し、
前記(b)のステップにおいて、前記制限枠で規定されている範囲で、前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分して、前記位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、
付記8に記載の物体検知方法。
前記物体検知装置が、前記送信部及び前記受信部を複数備え、複数の前記受信部それぞれが、複数の前記送信部のいずれかに対応し、
前記(a)〜(d)のステップが、前記送信部とそれに対応する前記受信部との組毎に、実行されて、前記組毎に、前記物体の位置パラメータ及び形状パラメータの値が算出されており、
当該物体検知方法は、更に、
(g)前記組毎に算出された、前記物体の位置パラメータ及び形状パラメータの値に基づいて前記物体の存在領域を算出するステップと、
(h)前記(g)のステップで算出された、前記組毎に算出された前記存在領域を用いて、前記物体の画像を生成する、ステップと、
を有する、
付記8または9に記載の物体検知方法。
前記受信部が、前記物体で反射された電波を受信信号として受信し、更に、受信した前記受信信号に前記送信信号をミキシングして中間周波数信号を生成しており、
前記(a)のステップにおいて、前記中間周波数信号に基づいて、前記位置・形状パラメータスペクトルを算出し、
前記(e)のステップにおいて、前記中間周波数信号に基づいて、前記位置パラメータスペクトルを算出する、
付記9に記載の物体検知方法。
前記(a)のステップにおいて、予め設定されたサンプリング時間の範囲が異なる前記中間周波数信号の測定値から、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する相関行列を算出し、更に、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する前記相関行列の平均値を算出し、その後、前記相関行列の平均値に基づいて、前記位置・形状パラメータスペクトルを算出する、
前記(e)のステップにおいて、前記相関行列の平均値に基づいて、前記位置パラメータスペクトルを算出する、
付記11に記載の物体検知方法。
物体に向けて電波を送信信号として照射する送信部と、前記物体で反射された電波を受信信号として受信する受信部と、プロセッサと、を備える物体装置において、
前記プロセッサに、
(a)前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域と前記物体の形状を表す形状パラメータの領域とを定義域とする位置・形状パラメータスペクトルを算出する、ステップと、
(b)前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分することによって、位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、ステップと、
(c)前記位置・形状パラメータスペクトル積分量に基づいて、前記形状パラメータの値を算出する、ステップと、
(d)前記位置・形状パラメータスペクトルおよび前記形状パラメータの値に基づいて、前記位置パラメータの値を算出する、ステップと、
を実行させる命令を含む、プログラムを記録している、
ことを特徴とするプログラム。
前記プロセッサに、
(e)前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域を定義域とする位置パラメータスペクトルを算出する、ステップと
(f)前記位置パラメータスペクトルに基づいて、位置・形状パラメータスペクトルに対して、その範囲を規定する制限枠を設定する、ステップと、を更に実行させ、
前記(b)のステップにおいて、前記制限枠で規定されている範囲で、前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分して、前記位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、
付記13に記載のプログラム。
前記物体検知装置が、前記送信部及び前記受信部を複数備え、複数の前記受信部それぞれが、複数の前記送信部のいずれかに対応しており、
前記(a)〜(d)のステップが、前記送信部とそれに対応する前記受信部との組毎に、実行されて、前記組毎に、前記物体の位置パラメータ及び形状パラメータの値が算出されており、
前記プロセッサに、
(g)前記組毎に算出された、前記物体の位置パラメータ及び形状パラメータの値に基づいて前記物体の存在領域を算出するステップと、
(h)前記(g)のステップで算出された、前記組毎に算出された前記存在領域を用いて、前記物体の画像を生成する、ステップと、
を更に実行させる、
付記13または14に記載のプログラム。
前記受信部が、前記物体で反射された電波を受信信号として受信し、更に、受信した前記受信信号に前記送信信号をミキシングして中間周波数信号を生成しており、
前記(a)のステップにおいて、前記中間周波数信号に基づいて、前記位置・形状パラメータスペクトルを算出し、
前記(e)のステップにおいて、前記中間周波数信号に基づいて、前記位置パラメータスペクトルを算出する、
付記14に記載のプログラム。
前記(a)のステップにおいて、予め設定されたサンプリング時間の範囲が異なる前記中間周波数信号の測定値から、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する相関行列を算出し、更に、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する前記相関行列の平均値を算出し、その後、前記相関行列の平均値に基づいて、前記位置・形状パラメータスペクトルを算出し、
前記(e)のステップにおいて、前記相関行列の平均値に基づいて、前記位置パラメータスペクトルを算出する、
付記16に記載のプログラム。
111 CPU
112 メインメモリ
113 記憶装置
114 入力インターフェイス
115 表示コントローラ
116 データリーダ/ライタ
117 通信インターフェイス
118 入力機器
119 ディスプレイ装置
120 記録媒体
121 バス
1000、2000 物体検知装置
1001 送受信装置
1002 装置配置面
1003 対象物(検知対象となる物体)
1004 対象物配置面
1101 送信部
1102 受信部
1201 発振器
1202 送信アンテナ
1203 受信アンテナ
1204 ミキサ
1205 インターフェイス回路
1206、1207 可変移相器
1208 端子
1211 演算装置
1221 サブアレイ
1231 RF周波数
1301 第2のスペクトル算出部
1302 スペクトル算出部
1303 パラメータ算出部
1304 画像生成部
1401 制限枠設定部
1402 積分量算出部
1403 形状パラメータ算出部
1404 位置パラメータ算出部
Claims (9)
- 電波によって物体を検知するための物体検知装置であって、
前記物体に向けて電波を送信信号として照射する、送信部と、
前記物体で反射された電波を受信信号として受信する、受信部と、
演算装置と、を備え
前記演算装置は、
前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域と前記物体の形状を表す形状パラメータの領域とを定義域とする位置・形状パラメータスペクトルを算出する、スペクトル算出部と、
前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分することによって、位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、積分量算出部と、
前記位置・形状パラメータスペクトル積分量に基づいて、前記形状パラメータの値を算出する、形状パラメータ算出部と、
前記位置・形状パラメータスペクトルおよび前記形状パラメータの値に基づいて、前記位置パラメータの値を算出する、位置パラメータ算出部と、
を備えている、
ことを特徴とする物体検知装置。 - 前記演算装置は、
前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域を定義域とする位置パラメータスペクトルを算出する、第2のスペクトル算出部と、
前記位置パラメータスペクトルに基づいて、位置・形状パラメータスペクトルに対して、その範囲を規定する制限枠を設定する、制限枠設定部と、を備えており、
前記積分量算出部は、前記制限枠で規定されている範囲で、前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分して、前記位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、請求項1に記載の物体検知装置。 - 前記送信部及び前記受信部が複数備えられ、 複数の前記受信部それぞれは、複数の前記送信部のいずれかに対応し、
前記演算装置が、
前記送信部とそれに対応する前記受信部との組毎に、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記物体の位置パラメータ及び形状パラメータの値を算出し、
に、前記組毎に算出された、前記位置パラメータ及び前記形状パラメータの値に基づいて、前記組毎に、前記物体の存在領域を算出し、そして、算出した前記組毎の前記存在領域を用いて、前記物体の画像を生成する、画像生成部 を更に備えている、
請求項1または2に記載の物体検知装置。 - 前記送信部が、周波数変調した電波を、前記送信信号として送信する、
請求項1〜3のいずれかに記載の物体検知装置。 - 前記送信部が複数備えられ、
複数の前記送信部それぞれが、互いに異なるタイミングで、又は互いに異なる送信周波数で、前記送信信号を照射する、
請求項1〜4のいずれかに記載の物体検知装置。 - 前記受信部が、前記物体で反射された電波を受信信号として受信し、更に、受信した前記受信信号に前記送信信号をミキシングして中間周波数信号を生成し、
前記スペクトル算出部が、前記中間周波数信号に基づいて、前記位置・形状パラメータスペクトルを算出し、
前記第2のスペクトル算出部が、前記中間周波数信号に基づいて、前記位置パラメータスペクトルを算出する、
請求項2に記載の物体検知装置。 - 前記スペクトル算出部が、予め設定されたサンプリング時間の範囲が異なる前記中間周波数信号の測定値から、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する相関行列を算出し、更に、前記サンプリング時間の範囲それぞれに対応する前記相関行列の平均値を算出し、その後、前記相関行列の平均値に基づいて、前記位置・形状パラメータスペクトルを算出する、
前記第2のスペクトル算出部が、前記相関行列の平均値に基づいて、前記位置パラメータスペクトルを算出する、
請求項6に記載の物体検知装置。 - 物体に向けて電波を送信信号として照射する送信部と、前記物体で反射された電波を受信信号として受信する受信部と、を備える物体検知装置を用いて、前記物体を検知するための方法であって、
(a)前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域と前記物体の形状を表す形状パラメータの領域とを定義域とする位置・形状パラメータスペクトルを算出する、ステップと、
(b)前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分することによって、位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、ステップと、
(c)前記位置・形状パラメータスペクトル積分量に基づいて、前記形状パラメータの値を算出する、ステップと、
(d)前記位置・形状パラメータスペクトルおよび前記形状パラメータの値に基づいて、前記位置パラメータの値を算出する、ステップと、
を有する、ことを特徴とする物体検知方法。 - 物体に向けて電波を送信信号として照射する送信部と、前記物体で反射された電波を受信信号として受信する受信部と、プロセッサと、を備える物体装置において、
前記プロセッサに、
(a)前記受信信号を用いて、前記物体の位置を表す位置パラメータの領域と前記物体の形状を表す形状パラメータの領域とを定義域とする位置・形状パラメータスペクトルを算出する、ステップと、
(b)前記位置・形状パラメータスペクトルを距離方向に積分することによって、位置・形状パラメータスペクトル積分量を算出する、ステップと、
(c)前記位置・形状パラメータスペクトル積分量に基づいて、前記形状パラメータの値を算出する、ステップと、
(d)前記位置・形状パラメータスペクトルおよび前記形状パラメータの値に基づいて、前記位置パラメータの値を算出する、ステップと、
を実行させる、プログラム。
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