JP6930512B2 - 物体検知装置、物体検知方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、車両の周辺にある物体を検知する物体検知装置、物体検知方法およびプログラムに関する。

車両の運転支援を行うため、あるいは、自動運転制御等のために、車両の周辺にある物体を検知する技術が研究、開発されている。特許文献１は、前方障害物までの距離のみならず、障害物の横位置をも測定することにより、車両の安全運転を確保する障害物位置検出装置を開示している。この発明は、障害物の横方向の広がりも検知することを目的として、まず、画像信号と距離情報とに基づいて２つの障害物の横位置を演算し、その後で、求めた横位置情報と距離情報とに基づいて２つの障害物の２次元位置を測定している。

特許文献２は、電磁波センサと画像センサを用いて、車両前面に存在する物体の位置と距離を算出し、両者の検出した情報の整合性が取れる場合は電磁波センサで検出した距離と、画像センサで検出した方位を用いて物体の位置を決定し、両者の差が大きければ、画像センサで取得した情報のみを用いて、車両前面に存在する物体の位置と距離を算出する技術を開示している。

特開２０００−１２３２９８号公報 特開２０１８−８１６２８号公報

本発明は、距離センサと方位センサから取得した情報に基づいて、精度よくかつ簡易に物体を検知する方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために以下の技術的手段を採用する。特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施の形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明の物体検知装置（１）は、車両の周辺にある物体の方位領域を測定する方位センサ（１１）と、前記物体までの距離を測定する複数の距離センサ（２１）と、それぞれの前記距離センサ（２１）にて測定された距離を半径とする円弧を描き、隣接する前記円弧同士に共通する接線と前記方位センサ（１１）で測定した方位領域との交点を算出する物体特定部（３０）とを備える。これにより、物体の存在する位置を特定することができる。なお、方位領域とは、方位センサ上で物体が占める領域のことをいう。

物体検知装置（１）において、前記物体特定部（３０）は、前記交点同士を結ぶ線分を、前記物体の幅として特定することができる。これにより、物体の位置と幅を精度よく測定することができる。

物体検知装置（１）において、前記物体特定部（３０）は、前記複数の距離センサ（２１）のうち１つのみが距離を検出した場合には、前記距離センサ（２１）にて測定された距離を半径とする円弧と、前記方位センサ（１１）で検出した方位領域との交点を算出することができる。これにより、複数のセンサが距離を検出しなかった場合でも、一定の精度で物体の位置を推定することができる。

物体検知装置（１）において、前記物体特定部（３０）は、隣接する前記円弧同士に共通する接線が引けない場合には、それぞれの前記距離センサ（２１）にて測定された距離を半径とする複数の円弧と、前記方位センサ（１１）で検出した方位領域との交点を算出することができる。これにより、これにより、接線が引けない場合でも、一定の精度で物体の位置を推定することができる。

本発明の物体検知方法は、車両に備えられた方位センサ（１１）から、周辺にある物体の方位データを取得するステップと、車両に備えられた隣接する距離センサ（２１）から、前記物体までの距離のデータを取得するステップと、各前記距離センサ（２１）が検出した距離に対して、各前記距離センサ（２１）で測定された距離を半径とする円弧を描き、各前記円弧同士の接線を引き、前記接線と前記方位センサ（１１）で測定した方位領域との交点を算出するステップを備える。

本発明の物体検知プログラムは、車両の周辺にある物体を検知するためのプログラムであって、ＥＣＵに、車両に備えられた方位センサ（１１）から、周辺にある物体の方位データを取得するステップと、車両に備えられた隣接する距離センサ（２１）から、前記物体までの距離のデータを取得するステップと、各前記距離センサ（２１）が検出した距離に対して、各前記距離センサ（２１）で測定された距離を半径とする円弧を描き、各前記円弧同士の接線を引き、前記接線と前記方位センサ（１１）で測定した方位領域との交点を算出するステップとを実行させる。

また、本発明の物体検知装置（１）は、車両の周辺にある物体の方位領域を測定する方位センサ（１１）と、前記物体までの距離を測定する複数の距離センサ（２１）と、前記複数の距離センサ（２１）のうち少なくとも１つが距離を検出した場合には、前記距離センサ（２１）にて測定された距離を半径とする円弧と、前記方位センサ（１１）で検出した方位領域との交点を算出する物体特定部（３０）と、を備えることとすることもできる。これにより、少なくとも１つの距離センサが距離を検出すれば、一定の精度で物体の位置を推定することができる。

また、物体検知装置（１）は、前記物体特定部（３０）は、前記交点同士を結ぶ線分を、前記物体の幅として特定することができる。これにより、物体の位置と幅を実用上十分な精度で推定することができる。

本発明は、方位センサから得られる方位データと、距離センサから得られる距離情報を用いて、簡易な構成で物体を特定することができる。

実施の形態の物体検知装置の構成を示す図である。 カメラおよびソナーの車両への取り付け例を示す図である。 カメラと複数のソナーで同一の物体を認識した際の物体位置測定方法を示す図である。 カメラでは物体の方位が検出できているものの、複数あるソナーのうち一つのみが距離を検出した場合の処理を示す図である。 カメラで複数の物体の方位を検出し、複数のソナーがそれぞれの物体までの距離を検出した場合の処理を示す図である。 物体検知装置の動作を示す図である。

以下、本発明の実施の形態の物体検知装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、物体検知装置１の構成を示す図である。物体検知装置１は、車両に搭載されて用いられ、車両周辺にある物体を検知する機能を有する。物体検知装置１は、カメラ１１と、ソナー２１と、物体特定部３０と、出力部３１とを有している。

カメラ１１は、車両の周囲の画像を撮影する。カメラ１１はカメラ用ＥＣＵ１２に接続されている。カメラ用ＥＣＵ１２は、カメラ１１にて撮影された画像の画像処理を行なって画像から物体を検出し、当該物体の方位データを求める。カメラ用ＥＣＵ１２は画像処理部の機能を有しており、カメラ用ＥＣＵ１２の画像処理によって、カメラ１１は方位センサとして機能する。カメラ用ＥＣＵ１２にて求めた方位データは、カメラ用ＥＣＵ１２に接続された記憶部１３にいったん記憶される。

ソナー２１は、超音波を発射し、物体から反射波が返ってくるまでの時間を測定する機器である。ソナー２１は、ソナー用ＥＣＵ２２に接続されている。ソナー用ＥＣＵ２２は、ソナー２１の検出結果から物体までの距離データを求める。ソナー用ＥＣＵ２２の処理によって、ソナー２１は距離センサとして機能する。ソナー用ＥＣＵ２２で求めた距離データは、ソナー用ＥＣＵ２２に接続された記憶部２３にいったん記憶される。

物体特定部３０は、カメラ用ＥＣＵ１２から物体の方位データを取得すると共に、ソナー用ＥＣＵ２２から物体までの距離データを取得する。物体特定部３０は、方位データと距離データとに基づいて物体の位置および幅を検知する。

図２は、カメラ１１およびソナー２１の車両１００への取り付け例を示す図である。本実施の形態の物体検知装置１は、車両１００前面にカメラ１１及び複数のソナー２１を備えている。カメラ１１を挟んで、ソナー２１ａ，２１ｂとソナー２１ｃ，２１ｄが設置されている。ソナー２１ａ〜ソナー２１ｄのうち、特定のソナーを明示しないときは、「ソナー２１」という。

物体特定部３０は、カメラ１１の撮影角度Ｄ１とソナー２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの検知範囲の重なる範囲にある物体の位置を検知できる。それぞれのソナー２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの検知範囲Ｄ２ａ，Ｄ２ｂ，Ｄ２ｃ，Ｄ２ｄは異なっているが、一定程度重なり合う。ソナー２１ａ，２１ｂはおおよそ車幅の１／４から１／８までの間隔で隣接して配置されている。また、ソナー２１ｃ，２１ｄも同様である。この配置により正確な物体検知が可能になる。

図３は、カメラ１１と隣接するソナー２１で同一の物体を認識した際の物体位置測定方法を示す図である。方位領域Ｄ１１は、カメラ１１からみた物体の存在する領域であり、車両１００から物体Ｏ１の両端部に向けて伸びる線Ｂ１と線Ｂ２で囲まれた領域である。物体付近にある円弧ＡＤ２ａ、ＡＤ２ｂは、それぞれソナー２１ａ、ソナー２１ｂによって検出した物体Ｏ１までの距離を、それぞれのソナー２１設置位置を中心点とし、検出距離を半径とする円弧である。隣接するソナー２１ａ、２１ｂで検出した距離に基づく円弧ＡＤ２ａ、ＡＤ２ｂは、物体Ｏ１付近で重なり合っている。物体特定部３０は、まず当該円弧同士に共通する接線Ｌ１を引く。次に、この接線Ｌ１と、カメラ１１の検出した方位領域Ｄ１１の境界である線Ｂ１、Ｂ２との交点ＪＬ１、ＪＬ２を求め、交点ＪＬ１、ＪＬ２を端点とする線分ＬＳＬ１を引く。この線分ＬＳＬ１により、車両前方の物体の位置と幅が精度よく表現できる。

図４は、カメラ１１では物体の方位が検出できているものの、隣接するソナー２１のうち一つのみが距離を検出した場合の処理を示す図である。物体Ｏ１が車両１００の正面から離れている場合に単一のソナー２１ａのみが物体への距離を検出する場合がある。ソナー２１による検出距離を半径とする円弧は１つしかないので、図３の例のように２つの円弧に共通する接線を引くことはできない。この場合には、物体特定部３０は、円弧ＡＤ２ａとカメラ１１で検出した方位領域Ｄ１１の境界である線Ｂ１，Ｂ２との両交点ＪＡａ１，ＪＡａ２を求めて、交点間に線分ＬＳＡ１を引く。これにより、単一のソナー２１でしか距離データが求められない場合でも、物体の位置と幅を実用上十分な精度で検知することができる。

図５は、カメラ１１で複数の物体の方位を検出し、複数の隣接するソナー２１がそれぞれの物体までの距離を検出した場合の処理を示す図である。検出しようとする物体が複雑な形状を有する場合、ソナー２１は当該物体がソナー２１と一番正対している場所までの距離を検出する。すなわち、割り出せるのは物体までの距離であるものの、その物体のうちどこから反射された距離を検出できるのかは、物体の形状と、ソナー２１と物体との相対的な角度による。また、隣接するソナー２１によって検出した距離が、異なる物体への距離となることもある。よって、隣接するソナー２１が検出する距離が大きく異なり、円弧が交接せずに共通する接線が引けないことが起こり得る。そこで、このような場合には、複数物体を検出したものとして、それぞれの物体の位置と幅を推定する。

図５では、車両の前に２つの物体Ｏ１、Ｏ２があり、隣接するソナー２１ａ，２１ｂが距離を検出しているが、ソナー２１ａが検出した距離ＤＯ１に引いた円弧ＡＤ２ａと、ソナー２１ｂが検出した距離ＤＯ２に引いた円弧ＡＤ２ｂに共通する接線を引くことができない。このような場合、ソナー２１の検出範囲とカメラで検出した物体の方位領域（Ｏ１についてＤ１１、Ｏ２についてＤ１２）を考慮し、接線を引けない距離情報については別の物体を検知したものと判断して、それぞれの円弧（Ｏ１についてＡＤ２ａ、Ｏ２についてＡＤ２ｂ）とカメラ１１の検出方位領域Ｄ１１，Ｄ１２の境界との両交点（Ｏ１についてＪＡａ１，ＡＪａ２、Ｏ２についてＪＡｂ１，ＪＡｂ２）を結ぶ線分（Ｏ１についてＬＳＡ１、Ｏ２についてＬＳＡ２）を引き、これを物体の位置と幅とする。すなわち、隣接するソナー２１の検出距離が整合せず、接線が引けなかった場合でも、物体検知を行うことができる。

図６は、物体検知装置１の動作を示すフローチャートである。物体検知装置１は、カメラ１１で撮影した画像から物体を検出し、物体の方位データを取得して、取得したデータをＥＣＵ１２の記憶部１３に記憶する。物体検知装置１は、ソナー２１で検知したデータに基づいて物体の存在する距離データを取得する。物体検知装置１は、取得したデータをソナー用ＥＣＵ２２の記憶部２３に記憶する（Ｓ１０）。

カメラ１１とソナー２１の両方に情報検出がなかった場合には、所定の間隔でカメラ１１とソナー２１の情報取得の処理を繰り返す（Ｓ１１でＮＯ）。カメラ１１とソナー２１に情報検出があった場合には（Ｓ１１でＹＥＳ）、当該情報が隣接するソナー２１で検出されたものかどうかを判断する（Ｓ１２）。隣接するソナー２１で距離が検出されていれば（Ｓ１２でＹＥＳ）、物体特定部３０は、カメラ１１の検出した方位領域を決定し、ソナー２１の検出距離を半径とする円弧を描く（Ｓ１３）。

次に、物体特定部３０は、両円弧に共通する接線を引けるかを判断する（Ｓ１４）。接線が引けた場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、距離を検出した隣接するソナー２１は、同一の物体への距離を計測しているものと判断して、当該接線とカメラ１１の検出方位領域との交点を算出し、交点を結ぶ線分を引く（Ｓ１５）。これにより、識別された物標の位置と幅が確定する（Ｓ１９）。カメラ１１の検出方位と隣接ソナー２１の検出距離から生成した当該線分は、物体の位置と幅を高精度で表現する。

単一のソナー２１のみが距離を検出し、隣接する他のソナー２１が距離を検出しなかった場合（Ｓ１２でＮＯ）、物体特定部３０は、単一ソナー２１の検出距離を半径とする円弧を描く（Ｓ１７）。この場合、接線を引くことはできないので、当該円弧とカメラ１１の検出方位領域との交点を算出し、両交点間に線分を引く（Ｓ１８）。当該線分により、物体の位置と幅を確定する（Ｓ１９）。この線分は、隣接ソナー２１の検出距離を使用していないので、やや精度が劣るものの、物体の位置と幅を表現することができる。

また、隣接するソナー２１が距離情報を検出しているが、各ソナー２１が検出した距離について、接線を引くことができない場合もある（Ｓ１４でＮＯ）。このような場合には、接線の引けない円弧については、各円弧とカメラ１１の各検出方位領域との交点を算出し、両交点間に線分を引く（Ｓ１６）。当該線分により、物体の位置と幅を確定する（Ｓ１９）。これによって引かれた線分は、やや精度が劣るものの、複数の物体の位置と幅を表現する。

このように、隣接するソナー２１から得られる距離情報とカメラ１１から得られる方位情報との統合により、複数の隣接するソナー２１が近しい距離を検出し、接線を引くことができた場合は勿論のこと、単一のソナー２１のみが距離を検出した場合や、隣接するソナー２１が異なる距離を検出した場合でも、実用上十分な精度で車両前方の物体の位置と幅を検出することができる。

このようにして表現されたデータは、例えば、自動運転制御部などに出力され、これにより自動運転制御部は、検知された物体の位置と幅の情報に基づいて、自動運転制御を行うことができる。例えば、物体を避けるような走行経路を選択したり、車両を停止させたりすることができる。また、人間が車両を運転している場合でも、今の進路ではすり抜けられない物体を認識した場合には、早期に警告を発することができる。

以上に説明した物体検知装置１の動作を実現する物体特定部３０の機能は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）にてプログラムを実行することによって実現される。このようなプログラムも本発明の範囲に含まれる。

本実施の形態の物体検知装置１は、カメラ１１で求めた物体の方位とソナー２１で求めた物体までの距離を線分の形で表すことで、カメラ１１とソナー２１の長所を融合して簡易かつ正確に物体の位置および幅を検知できる。

また、検知範囲の異なる複数のソナー２１を備えることにより、隣接するソナー２１で距離を検出した場合には、それぞれの距離についての共通接線と、カメラ１１で検出した物体方位領域への交点を求めることにより正確な物体の位置および幅を算出することができ、異なる物体までの距離を検出した場合でも、カメラ１１の検出した異なる物体方位領域との交点を求めることで、それぞれの物体の位置および幅を推定することができる。特に、車両と衝突する可能性がある車両前方の物体は複数ソナー２１の探出範囲に入るので、正確な情報を生成することができる。

以上、本発明の物体検知装置、及び物体検知方法について実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。

上述した実施の形態では、ソナー２１は４つ設置されていたが、ソナー２１を更に増やすことで、正確に位置と幅を推定できる物体の数を増やすことができる。また、同時に処理できる物体の数も増やすことができる。

また、上記した実施の形態では、距離センサとしてソナー２１を例として挙げたが、距離センサはソナーに限らず、例えば、ミリ波レーダーやＬｉｄａｒセンサを用いることもできる。また、方位センサについても、カメラに限らず、例えば、Ｌｉｄａｒセンサを用いることもできる。

１ 物体検知装置、１１ カメラ、１２ カメラ用ＥＣＵ、１３ 記憶部、
２１ ソナー、２２ ソナー用ＥＣＵ、２３ 記憶部、３０ 物体特定部、
３１ 出力部、１００ 車両、Ｂ１，Ｂ２ 線、Ｏ１，Ｏ２ 物体、
Ｄ１１，Ｄ１２ 方位領域、Ｌ１ 接線、ＡＤ２ａ，ＡＤ２ｂ 円弧、
ＪＬ１，ＪＬ２ 交点（接線と方位領域との交点）、
ＬＳ１１ 線分（接線と方位領域との交点を結んだもの）、
ＪＡａ１，ＪＡａ２，ＪＡｂ１，ＪＡｂ２ 交点（円弧と方位領域との交点）、
ＬＳＡ１，ＬＳＡ２ 線分（円弧と方位領域との交点を結んだもの）、
ＤＯ１，ＤＯ２ 距離検出点

Claims (8)

1. 車両の周辺にある物体の方位領域を測定する方位センサ（１１）と、
   前記物体までの距離を測定する複数の距離センサ（２１）と、
   それぞれの前記距離センサ（２１）にて測定された距離を半径とする円弧を描き、隣接する前記円弧同士に共通する接線と前記方位センサ（１１）で測定した方位領域との交点を算出する物体特定部（３０）と、
   を備える物体検知装置（１）。
2. 前記物体特定部（３０）は、前記交点同士を結ぶ線分を、前記物体の幅として特定する、請求項１に記載の物体検知装置（１）。
3. 前記物体特定部（３０）は、前記複数の距離センサ（２１）のうち１つのみが距離を検出した場合には、前記距離センサ（２１）にて測定された距離を半径とする円弧と、前記方位センサ（１１）で検出した方位領域との交点を算出する請求項１に記載の物体検知装置（１）。
4. 前記物体特定部（３０）は、隣接する前記円弧同士に共通する接線が引けない場合には、それぞれの前記距離センサ（２１）にて測定された距離を半径とする複数の円弧と、前記方位センサ（１１）で検出した方位領域との交点を算出する請求項１記載の物体検知装置（１）。
5. 車両に備えられた方位センサ（１１）から、周辺にある物体の方位データを取得するステップと、
   車両に備えられた隣接する距離センサ（２１）から、前記物体までの距離のデータを取得するステップと、
   各前記距離センサ（２１）が検出した距離に対して、各前記距離センサ（２１）で測定された距離を半径とする円弧を描き、各前記円弧同士の接線を引き、前記接線と前記方位センサ（１１）で測定した方位領域との交点を算出するステップと、
   を備える物体検知方法。
6. 車両の周辺にある物体を検知するためのプログラムであって、ＥＣＵに、
   車両に備えられた方位センサ（１１）から、周辺にある物体の方位データを取得するステップと、
   車両に備えられた隣接する距離センサ（２１）から、前記物体までの距離のデータを取得するステップと、
   各前記距離センサ（２１）が検出した距離に対して、各前記距離センサ（２１）で測定された距離を半径とする円弧を描き、各前記円弧同士の接線を引き、前記接線と前記方位センサ（１１）で測定した方位領域との交点を算出するステップと、
   を実行させるプログラム。
7. 車両の周辺にある物体の方位領域を測定する方位センサ（１１）と、
   前記物体までの距離を測定する複数の距離センサ（２１）と、
   前記複数の距離センサ（２１）のうち少なくとも１つが距離を検出した場合には、前記距離センサ（２１）にて測定された距離を半径とする円弧と、前記方位センサ（１１）で検出した方位領域との交点を算出する物体特定部（３０）と、
   を備える物体検知装置（１）。
8. 前記物体特定部（３０）は、前記交点同士を結ぶ線分を、前記物体の幅として特定する、請求項７に記載の物体検知装置（１）。

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