JP7084276B2 - 物体追跡装置 - Google Patents
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Description
本開示は、センサ情報に基づいて物体を追跡する物体追跡の技術に関する。
センサ情報に基づいて物体を追跡する際に、センサにより観測される物体の相対速度が折り返す可能性がある場合、相対速度は曖昧さを持つ。例えば、同一物体について連続的に検出される周波数成分の位相回転から相対速度を求める場合、検出された位相θに対して、実際の位相はθ+2π×n(nは整数)である可能性があり、相対速度を特定することができない。非特許文献1では、この速度の曖昧さを仮定した複数の物標を追跡することにより、真の速度を特定する技術が提案されている。
K. LI et al, ‘Multitarget Tracking with Doppler Ambiguity’, IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS VOL.49, NO.4 OCTOBER 2013
速度の曖昧さを仮定した複数の物標を追跡する場合、物標数の増加に伴い演算負荷が増加するという問題がある。物標の追跡情報に基づいて車両の走行支援を行う場合、物標の追跡情報をドライバへの警告や車両の制御に用いるため、物標の追跡情報にはリアルタイム性が要求される。しかしながら、物標を追跡する際における演算負荷が増加すると、物標の追跡情報のリアルタイム性が損なわれ、警告や制御の遅れにつながる可能性がある。
本開示は、全体の演算負荷を抑制しつつ、物標を高精度に追跡可能な物体追跡装置を提供することを目的とする。
本開示の一態様は、物体追跡装置(20)であって、物体検出部(31)と、速度算出部(33)と、距離算出部(34)と、候補生成部(72)と、フィルタ処理部(50)と、マッチング処理部(62)と、候補削除部(71)と、フィルタ選択部(41)と、を備える。物体検出部は、センサにより検出されたセンサ情報からセンサの周辺に存在する物体を検出する。速度算出部は、物体検出部により検出された物体ごとに、観測値の1つとして、センサに対する物体の相対速度を算出する。距離算出部は、物体検出部により検出された物体ごとに、観測値の1つとして、センサから物体までの距離を算出する。候補生成部は、物体検出部により初めて検出された物体に対して速度の曖昧さを仮定して、複数の物標候補を生成する。フィルタ処理部は、互いに状態変数の数が異なる複数のフィルタを有し、複数のフィルタのうちの1つのフィルタを用いて、現在保持する物標候補のそれぞれの状態量の過去の推定値から、物標候補のそれぞれの状態量の現在の予測値を算出し、且つ、算出した予測値のそれぞれと、当該予測値のそれぞれにマッチングした現在の観測値とから、物標候補の状態量の現在の推定値を算出する。マッチング処理部は、各物標候補の状態量の予測値のそれぞれと観測値とをマッチングさせる。候補削除部は、物体検出部により検出された一つの物体について生成された複数の物標候補のそれぞれの真の物標である可能性を判定し、複数の物標候補のうち判定した可能性が設定された閾値よりも低い物標候補、又は、複数の物標候補のうち判定した可能性が低い方から順に所定数の物標候補を削除する。フィルタ選択部は、候補削除部により物標候補が削除されて物標候補の数が減少することに応じて、フィルタ処理部が用いるフィルタを、複数のフィルタのうち状態変数の多いフィルタに切り替える。
本開示によれば、初めて検出された物体に対して速度の曖昧性を仮定した複数の物標候補が生成される。そして、複数のフィルタのうちの1つのフィルタを用いて、各物標候補の状態量の過去の推定値から状態量の現在の予測値が算出される。そして、現在の予測値とその予測値とマッチングした現在の観測値とから、各物標候補の状態量の現在の推定値が算出される。すなわち、物標候補のそれぞれが追跡される。そして、複数の物標候補のうち真の物標である可能性が比較的低い物標候補が削除される。複数のフィルタには、互いに状態変数の数が異なる複数のフィルタが含まれる。状態変数の多いフィルタを用いるほど、物標候補の追跡精度が高くなるが、演算負荷が多くなる。
ここで、物標候補の数が多いときには、各物標候補を追跡することによって、複数の物標候補の中から真の物標を選択することが目的である。そのため、物標の追跡精度は低くてもよいが、物標候補の数が多いため、物標候補ごとのフィルタ処理の演算負荷は抑制したい。一方、物標候補の数が一つになった後は、その物標候補を追跡することによって、追跡情報を警報や車両制御に用いることが目的である。そのため、物標の追跡精度は高い必要があるが、物標候補の数が一つであるため、その物標候補のフィルタ処理の演算負荷は高くなってもよい。したがって、物標候補の数が減少することに応じて、フィルタ処理に用いられるフィルタが状態変数の多いフィルタに切り替えられる。これにより、全体の演算負荷しつつ、物標を高精度に追跡することができる。
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。
(第1実施形態)
<1.構成>
まず、本実施形態に係る物体追跡装置20の構成について、図面1~3を参照して説明する。物体追跡装置20は、車両80に搭載され、レーダ10により検出された観測信号に基づいて、車両80の周囲の物体を追跡する。物体追跡装置20により生成された物体の追跡情報は、車両80の走行支援に用いられることを想定している。
(第1実施形態)
<1.構成>
まず、本実施形態に係る物体追跡装置20の構成について、図面1~3を参照して説明する。物体追跡装置20は、車両80に搭載され、レーダ10により検出された観測信号に基づいて、車両80の周囲の物体を追跡する。物体追跡装置20により生成された物体の追跡情報は、車両80の走行支援に用いられることを想定している。
レーダ10は、車両80に搭載される。図1及び図2に、レーダ10の搭載位置の例を示す。図1に示すように、レーダ10は、車両80の前方中央(例えば、前方バンパの中央)に搭載されて、車両80の前方中央の領域を検知エリアRdとしてもよい。また、図2に示すように、レーダ10は、車両80の前方中央、左前側方、右前側方、左後側方、及び右後側方の5箇所に搭載されて、車両80の前方中央、左前方、右前方、左後方、及び右後方の領域を検知エリアRdとしてもよい。車両80に搭載するレーダ10の個数及び搭載位置は、適宜選択すればよい。本実施形態では、レーダ10がセンサに相当する。
レーダ10は、レーダ信号を送受信し、同一物体に対して連続的に検出される周波数成分の位相回転から相対速度を求める方式のミリ波レーダである。本実施形態では、レーダ10は、チャープ信号を送受信するFast Chirp Modulation(FCM)方式のミリ波レーダである。チャープ信号は、周波数がノコギリ波状に変化するように周波数変調されたレーダ信号である。すなわち、チャープ信号は、周波数が連続的に増加又は減少するレーダ信号である。
レーダ10は、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナとを備える。レーダ10は、1回の観測において、設定された繰り返し周期で、M個のチャープ信号を送信アレーアンテナから送信する。Mは2以上の整数である。そして、レーダ10は、M個のチャープ信号が物体によって反射されて生じた反射信号を、受信アレーアンテナによって受信する。さらに、レーダ10は、送信したM個のチャープ信号とM個の反射信号とから、M個のビート信号を算出し、算出した都度、M個のビート信号を物体追跡装置20へ送信する。ビート信号は、チャープ信号と反射信号との周波数差信号であり、観測信号に相当する。本実施形態では、レーダ10がセンサに相当し、観測信号がセンサ情報に相当する。
物体追跡装置20は、CPU、ROM、RAM、メモリ及びI/O等を含むマイクロコンピュータを備える。物体追跡装置20は、CPUが非遷移的実体的記録媒体であるメモリに記憶されているプログラムを実行することにより、各種機能を実現する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、物体追跡装置20は、1つのマイクロコンピュータを備えていてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えていてもよい。さらに、物体追跡装置20の各種機能を実現する手法は、ソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実現してもよい。
図3に示すように、物体追跡装置20は、物体信号検出部31、距離算出部32、速度算出部33、方位算出部34、フィルタ選択部41、フィルタ処理部50、物標情報削除部71、及び新規物標情報生成部72の機能を備える。フィルタ処理部50は、第1~第Nフィルタ処理部51~5NのN個のフィルタ処理部を備える。Nは2以上の整数である。
第1~第Nフィルタ処理部51~5Nは、それぞれ、予測処理部61、マッチング部62、及び更新処理部63を備える。第1~第Nフィルタ処理部51~5Nは、互いに状態変数の異なるフィルタを用いる。フィルタ選択部41は、追跡状況に応じて、物標を追跡するために用いるフィルタ処理部を第1~第Nフィルタ処理部51~5Nの中から選択する。状態変数の多いフィルタを用いるほど、物体追跡装置20の演算負荷は大きくなる。物体追跡装置20の各種機能の詳細は後述する。
<2.処理>
<2-1.物標情報生成処理>
次に、物体追跡装置20が実行する物標情報生成処理の処理手順について、図4のフローチャートを参照して説明する。物体追跡装置20は、物標情報生成処理を繰り返し実行する。
<2-1.物標情報生成処理>
次に、物体追跡装置20が実行する物標情報生成処理の処理手順について、図4のフローチャートを参照して説明する。物体追跡装置20は、物標情報生成処理を繰り返し実行する。
まず、S10では、物体信号検出部31は、受信した観測信号を周波数解析して、物体信号を検出する。詳しくは、図6に示すように、物体信号検出部31は、1回目のFFT処理として、M個のビート信号のそれぞれに対してFFT処理を実行して、M個の距離スペクトラムを算出する。距離スペクトラムは、距離に対するパワーを表す2次元のスペクトラムである。ビート信号は物体までの距離に応じた周波数成分を持つため、算出された距離スペクトラムの周波数BINは距離BINに相当する。
さらに、物体信号検出部31は、2回目のFFT処理として、算出したM個の距離スペクトラムの各距離BINに対してFFT処理を実行して、距離速度スペクトラムを算出する。距離速度スペクトラムは、距離及び速度に対するパワーを表す3次元のスペクトラムである。そして、物体信号検出部31は、算出した距離速度スペクトラムからピークとなる速度BIN及び距離BINをサーチして、ピークを物体の存在を示す物体信号として抽出する。
続いて、S20では、距離算出部32が、S10において抽出された物体信号の距離BINから、距離観測値を算出する。距離は、レーダ10から物体までの距離である。距離算出部32は、S10において複数の物体信号が抽出されている場合には、物体信号ごとに距離観測値を算出する。
続いて、S30では、速度算出部33が、S10において抽出された物体信号の速度BINから、物体信号ごとに、相対速度観測値を算出する。相対速度は、レーダ10に対する物体の速度である。
続いて、S40では、方位算出部34が、物体信号ごとに、物体信号に到来方向推定アルゴリズムを適用して、物体の方位情報を含む方位スペクトラムを算出し、算出した方位スペクトラムから方位観測値を算出する。方位は、レーダ10に対する物体の方位である。
S20~S40の処理の実行により、物体信号ごとに、距離観測値、相対速観測値及び方位観測値の組み合わせが算出される。
そして、物体信号が現サイクルにおいて初めて検出された物体を示す信号である場合には、後述するS100の新規物標情報生成処理において、新規物標情報生成部72が、物体信号ごとに、速度の曖昧性を仮定して、複数の物標候補を生成する。
そして、物体信号が現サイクルにおいて初めて検出された物体を示す信号である場合には、後述するS100の新規物標情報生成処理において、新規物標情報生成部72が、物体信号ごとに、速度の曖昧性を仮定して、複数の物標候補を生成する。
図6に示すように、相対速度観測値は、連続したM個のビート信号の周波数成分の位相回転量θから算出される値である。ここで、検出された位相回転量θは、実際にはθ+2π・kである可能性がある。kは整数である。そのため、図7に示すように、相対速度観測値は折返している可能性があり曖昧さを持つ。新規物標情報生成部72は、初検出の物体信号ごとに、速度の曖昧さを仮定して、複数の相対速度観測値を算出する。例えば、速度算出部33は、-1回、0回、1回の折り返しを仮定して、3つの相対速度観測値を算出する。そして、新規物標情報生成部72は、互いに異なる速度観測値を持つ物標候補を生成する。このため、現サイクルにおいて、過去に検出されている物体信号に対して複数の物標候補が存在している可能性がある。
続いて、S50では、フィルタ選択部41が、現サイクルにおいて保持されている物標候補の中に、現サイクルにおいて未処理の物標候補が存在するか否か判定する。詳しくは、フィルタ選択部41は、現サイクルの物標候補の中に、後述するフィルタ処理が実行されていない物標候補があるか否か判定する。フィルタ選択部41は、未処理の物標候補が存在する場合にはS60の処理へ進み、未処理の物標候補が存在しない場合にはS90の処理へ進む。
S60では、フィルタ選択部41及びフィルタ処理部50がフィルタ処理を実行する。フィルタ選択部41は、現サイクルにおいて保持されている物標候補の数に応じて、第1フィルタ処理部51~第Nフィルタ処理部5Nの中からフィルタ処理部を選択する。
選択されたフィルタ処理部は、フィルタを用いて、前サイクルにおける物標候補の状態量の推定値から、現サイクルにおける物標候補の状態量の予測値を算出する。そして、選択されたフィルタ処理部は、フィルタを用いて、算出した予測値と、その予測値にマッチングした現在の観測値とから、対応する物標候補の状態量の現在の推定値を算出する。状態量及びフィルタの詳細は後述する。
図8に示すように、サイクル1において、他車両90が初めて検出された場合、他車両90の観測信号から観測値が算出される。そして、算出された観測値に基づいて、-1回、0回、1回の折り返しを仮定した3つの推定値が算出され、互いに異なる推定値を有する3つの物標候補が生成される。続いて、サイクル2において、サイクル2における他車両90の観測信号から観測値が算出されるとともに、物標候補ごとに、サイクル1における状態量の推定値からサイクル2における状態量の予測値が算出される。そして、サイクル2において、-1回の折り返しを仮定した物標候補の予測値と観測値とがマッチングするため、-1回の折り返しを仮定した物標候補の予測値と観測値とから、サイクル2における状態量の推定値が算出される。
続いて、S70では、物標情報削除部71が、物標候補が真の物標である可能性(以下、真物標可能性)を判定し、判定した真物標可能性に基づいて物標候補が削除条件を満たすか否か判定する。物標情報削除部71は、物標候補の予測値と観測値とのマッチング成立回数が高いほど、及び/又は、物標候補の予測値と観測値との差分が小さいほど、真物標可能性を高く判定する。削除条件は、真物標可能性が設定された閾値よりも低いことである。具体的には、物標候補の予測値と観測値とのマッチング成立回数が回数閾値よりも低いこと、及び/又は、物標候補の予測値と観測値との差分が差分閾値よりも大きいこと、である。あるいは、削除条件は、複数の物標候補のうち真物標可能性が低い方から所定数番以内であること、である。この場合、削除対象の物標候補は、複数の物標候補のうち真物標可能性が低い方から順に所定数の物標候補である。所定数は、複数の物標候補の数に応じて設定してもよい。例えば、物標候補の数が4個以上の場合は、所定数を2に設定し、物標候補の数が3個以下の場合は、所定数を1に設定してもよい。
物標情報削除部71は、削除条件を満たすと判定した場合にはS80の処理へ進み、削除条件を満たさないと判定した場合にはS50の処理へ戻る。
S80では、物標情報削除部71は、削除条件を満たす物標候補を削除しS50の処理へ戻る。その後、次の物標候補について、S50~S80の処理が実行される。そして、物標情報削除部71は、最終的に物標候補が一つになった場合に、その一つの物標候補を真の物標と確定する。
S80では、物標情報削除部71は、削除条件を満たす物標候補を削除しS50の処理へ戻る。その後、次の物標候補について、S50~S80の処理が実行される。そして、物標情報削除部71は、最終的に物標候補が一つになった場合に、その一つの物標候補を真の物標と確定する。
図9に示すように、サイクル1において物体が初検出された場合、-1回、0回、1回の折り返しを仮定した3つの状態量の推定値が算出され、互いに異なる推定値を有する3つの物標候補が生成される。そして、サイクル2では2つの観測値が算出される。このうちの一方はノイズ、又はサイクル1において検出された物体と異なる物体の観測値である。
サイクル2では、3つの物標候補のうち-1回の折り返しを仮定した物標候補の予測値は、観測値とマッチングしない。そのため、サイクル3において、-1回の折り返しを仮定した物標候補が削除される。一方、サイクル2では、3つの物標候補のうち0回及び1回の折り返しを仮定した物標候補の予測値は観測値とマッチングする。よって、サイクル2では、この2つの物標候補の予測値と、その予測値とマッチングする観測値とから推定値が算出される。
サイクル3では1つの観測値が算出される。サイクル3において存在する2つの物標候補のうち1回の折り返しを仮定した物標候補の予測値は、観測値とマッチングしない。そのため、サイクル4において、1回の折り返しを仮定した物標候補が削除される。一方、サイクル3では、0回の折返しを仮定した物標候補の予測値は観測値とマッチングするため、この物標候補の予測値と観測値とから推定値が算出される。そして、サイクル4では、0回の折り返しを仮定した物標候補のみが存在する。そのため、サイクル4において、0回の折り返しを仮定した物標候補が真の物標と確定される。
次に、S90では、新規物標情報生成部72が、未処理の物体信号が存在するか否か判定する。すなわち、新規物標情報生成部72は、現サイクルにおいて初めて検出された物体信号が存在するか否か判定する。新規物標情報生成部72は、未処理の物体信号が存在しない場合には本処理を終了し、未処理の物体信号が存在する場合には、S100の処理へ進む。
S100では、新規物標情報生成部72は、未処理の物体信号の観測値から、速度の曖昧さを仮定した複数の物標候補を生成し、本処理を終了する。
<2-2.フィルタ処理>
次に、物体追跡装置20が実行するフィルタ処理の処理手順について、図5のフローチャートを参照して説明する。
<2-2.フィルタ処理>
次に、物体追跡装置20が実行するフィルタ処理の処理手順について、図5のフローチャートを参照して説明する。
まず、S200では、フィルタ選択部41が、第1~第Nフィルタ処理部51~5Nの中から、第Kフィルタ処理部5Kを選択する。Kは1~Nまでの整数。第1~第Nフィルタ処理部51~5Nは、互いに状態変数の数が異なるフィルタを有する。具体的には、第1フィルタ処理部51が状態変数の最も少ないフィルタを有し、第Nフィルタ処理部5Nが状態変数の最も多いフィルタを有する。そして、第1フィルタ処理部51から第Nフィルタ処理部5Nまで、フィルタ処理部の次数が大きくなるほど状態変数の多いフィルタを有する。本実施形態では、フィルタは、カルマンフィルタである。
第1フィルタ処理部51のフィルタは、観測値の数以下の数の状態変数を有する。すなわち、本実施形態では、観測値は3つであるから、第1フィルタ処理部51のフィルタは、3つ以下の状態変数を有する。
また、第Nフィルタ処理部5Nのフィルタは、観測値の数に1加えた数以上の状態変数を有する。すなわち、本実施形態では、第Nフィルタ処理部5Nのフィルタは、4つ以上の状態変数を有する。
本実施形態では、N=2とし、フィルタ処理部50は、第1フィルタ処理部51と第2フィルタ処理部52とを備える。そして、第1フィルタ処理部51は、状態変数が3つのフィルタを有し、第2フィルタ処理部52は、状態変数が4つのフィルタを有する。
図10に示すように、3つの状態変数を有するフィルタの状態量は、物体の距離R、相対速度V、及び方位θである。状態量の各要素が状態変数である。状態変数の空間と観測値の空間は一致するため、フィルタ処理は線形処理になる。よって、物体追跡装置20の演算負荷が抑制される。
一方、図11に示すように、4つの状態変数を有するフィルタの状態量は、X座標値、Y座標値、X方向速度Vx、及びY方向速度Vyである。この場合、観測値よりも状態変数が多いため、3つの状態変数を有するフィルタを用いる場合と比べて、物標の追跡精度が向上する。
図10に示すように、3つの状態変数のフィルタを用いる場合、相対速度Vは、方向を持たず、実際の速度ベクトルを方位θの方向に射影した値になる。そのため、車両80と他車両90との位置関係によって、相対速度Vが実際の速度ベクトルからずれることがある。これに対して、図11に示すように、4つの状態変数のフィルタを用いる場合、相対速度が方向を持つため、車両80と他車両90との位置関係にかかわらず、X方向速度及びY方向速度を合成すると実際の速度ベクトルになる。
しかしながら、図11の4つの状態変数を有するフィルタを用いる場合、フィルタ処理は非線形処理になる。そのため、4つの状態変数を有するフィルタを用いる場合、3つの状態変数を有するフィルタを用いる場合と比べて、物体追跡装置20の演算負荷が増加する。
図12に、状態変数が4つの場合と3つの場合における演算時間を示す。図12では、状態変数が4つの場合における演算時間を1として、状態変数が3つの場合における演算時間を相対的に示している。状態変数が4つの場合は、状態変数が3つの場合と比べて、演算時間が30%弱増加している。
そこで、フィルタ選択部41は、一つの物体について、物標候補が削除されて物標候補の数が減少することに応じて、選択するフィルタ処理部を、より状態変数の多いフィルタを有するフィルタ処理部に切り換える。具体的には、フィルタ選択部41は、一つの物体について、物標候補が1つになって真の物標が確定する前は、第1フィルタ処理部を選択する。そして、フィルタ選択部41は、真の物標が確定した後は、状態変数が最も多いフィルタを有するフィルタ処理部、すなわち本実施形態では第2フィルタ処理部52を選択する。
あるいは、フィルタ選択部41は、検出されているすべての物体について生成された物標候補の全体数に応じて、フィルタ処理部を選択してもよい。すなわち、フィルタ選択部41は、検出されている物体の数が少ない場合には、各物体の物標候補の数が一つになる前に、状態変数の多いフィルタを用いるフィルタ処理部を選択してもよい。
続いて、S210では、S200において選択された第Kフィルタ処理部5Kの予測処理部61が、フィルタを用いて、前サイクルにおける物標候補の状態量の推定値から、現サイクルにおける状態量の予測値を算出する。次の式(1)~(6)は、拡張カルマンフィルタを表す式である。
ここで、Xk|k-1は状態量の予測値である。Xkは状態量の推定値である。zkは観測値である。Pk|k-1は状態量の予測値の誤差分散行列である。Pkは誤差分散行列の推定値である。Skはイノベーション行列である。Kkはカルマンゲインである。fは前の状態量からの予測値を与える関数である。hは観測値を与える関数である。Qkはプロセスノイズの分散である。Fkは関数fのヤコビアンで定義される状態遷移行列である。Rkは観測ノイズの誤差分散行列である。Hkは関数hのヤコビアンで定義される状態空間を観測空間に写像する変換行列である。また、X0は状態量の初期値(即ち、初期推定値)、P0は誤差分散行列の初期値を表す。観測値と状態変数が線形である場合には、関数hは線形関数になり、観測値と状態変数が非線形の場合には、関数hは非線形関数になる。
続いて、S220では、S200において選択されたフィルタ処理部のマッチング部62は、S210において算出された物標候補の状態量の予測値と観測値とをマッチングさせる。例えば、マッチング部62は、状態量の予測値と観測値との差分が所定値以内である場合に、マッチングが成立したと判定する。
続いて、S230では、S200において選択されたフィルタ処理部の更新処理部63が、フィルタを用いて、S200においてマッチングが成立した状態量の予測値と観測値とから、現サイクルにおける状態量の推定値を算出する。具体的には、更新処理部63は、式(3)~(6)を用いて、現サイクルにおける状態量の推定値を算出する。なお、S200においてマッチングが成立していない場合には、予測値を推定値とする。以上で本処理を終了し、S70の処理へ進む。
<3.効果>
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)初めて検出された物体に対して速度の曖昧性を仮定した複数の物標候補が生成される。そして、第1~第Nフィルタ処理部51~5Nのうちの1つのフィルタ処理部により、各物標候補の状態量の過去の推定値から現在の状態量の予測値が算出される。そして、現在の状態量の予測値とその予測値にマッチングした現在の観測値とから、各物標候補の状態量の現在の推定値が算出される。すなわち、物標候補のそれぞれが追跡される。さらに、複数の物標候補のうち真の物標である可能性が低い物標候補が削除される。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)初めて検出された物体に対して速度の曖昧性を仮定した複数の物標候補が生成される。そして、第1~第Nフィルタ処理部51~5Nのうちの1つのフィルタ処理部により、各物標候補の状態量の過去の推定値から現在の状態量の予測値が算出される。そして、現在の状態量の予測値とその予測値にマッチングした現在の観測値とから、各物標候補の状態量の現在の推定値が算出される。すなわち、物標候補のそれぞれが追跡される。さらに、複数の物標候補のうち真の物標である可能性が低い物標候補が削除される。
物標候補の数が多いときには、各物標候補を追跡することによって、複数の物標候補の中から真の物標を選択することが目的である。そのため、物標の追跡精度は低くてもよいが、物標候補の数が多いため、物標候補ごとのフィルタ処理の演算負荷は抑制したい。一方、物標候補の数が一つになった後は、その物標候補を追跡することによって、追跡情報を警報や車両制御に用いることが目的である。そのため、物標の追跡精度は高い必要があるが、物標候補の数が一つであるため、その物標候補のフィルタ処理の演算負荷は高くなってもよい。したがって、物標候補の数が減少することに応じて、フィルタ処理に用いられるフィルタが状態変数の多いフィルタに切り替えられる。これにより、全体の演算負荷しつつ、物標を高精度に追跡することができる。
(2)観測値の数以下の数の状態変数のフィルタを用いることにより、フィルタ処理は線形処理になる。よって、状態変数の数が観測値の数と一致する第1フィルタ処理部51が選択されることにより、フィルタ処理の演算負荷を抑制することができる。
(3)観測値の数よりも状態変数の数が多いフィルタを用いることにより、精度良く物標を追跡することができる。よって、状態変数の数が観測値の数よりも多い第2フィルタ処理部52が選択されることにより、精度良く物標を追跡することができる。
(4)1つの物体信号に対する物標候補が一つになった場合には、状態変数が最も多いフィルタを用いても、演算負荷を抑制することができる。よって、物標候補が一つになった後では、状態変数の多いフィルタを用いることにより、精度良く物標を追跡することができる。
(5)式(4)に示すように、カルマンフィルタは、ゲインの計算量にも状態変数の数と線形性が影響する。そのため、本開示にカルマンフィルタを適用した場合、特に大きな効果が得られる。
(6)マッチング成立回数、及び/又は予測値と観測値との差分を用いて削除する物標候補を判定することにより、真の物標とは異なる物標候補を精度良く判定することができる。ひいては、複数の物標候補の中から精度良く真の物標を確定することができる。
(7)検出されている物体の数が少ない場合には、物体ごとに複数の物標候補が存在しても、物標候補の全体数が比較的少なく、計算量に余裕がある場合がある。このような場合には、各物体の物標候補の数が一つになる前に、状態変数の多いフィルタを用いることができる。
(他の実施形態)
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
(a)上記実施形態では、観測信号から速度観測値、距離観測値及び方位観測値を算出していたが、方位観測値は算出しなくてもよい。3つの観測値を算出した方が追跡精度は高くなるが、速度観測値と距離観測値を算出するだけでも物体追跡は可能である。
(b)上記実施形態では、4つの状態変数を有するフィルタは、状態変数として、X座標値、Y座標値、X方向速度Vx、及びY方向速度Vyを有していたが、X座標値、Y座標値、相対速度V、及び方位θ(すなわち速度方向θ)を有していてもよい。
(c)上記実施形態では、フィルタ処理部50が、2つのフィルタ処理部を備えていたが、互いに状態変数の数が異なる3つ以上のフィルタ処理部を備えていてもよい。例えば、状態量をX座標値、Y座標値、相対速度、進行方向、加速度、及び角速度とするフィルタを用いてもよい。この場合、物体の旋回運動まで考慮した追跡を行うことができる。
(c)上記実施形態では、フィルタ処理部50が、2つのフィルタ処理部を備えていたが、互いに状態変数の数が異なる3つ以上のフィルタ処理部を備えていてもよい。例えば、状態量をX座標値、Y座標値、相対速度、進行方向、加速度、及び角速度とするフィルタを用いてもよい。この場合、物体の旋回運動まで考慮した追跡を行うことができる。
(d)上記実施形態では、フィルタとしてカルマンフィルタを用いているが、カルマンフィルタ以外のフィルタを用いてもよい。例えば、αβフィルタや移動平均フィルタを用いてもよい。
(e)上記実施形態では、センサとして、FCM方式のミリ波レーダを用いているが、FCM方式に限らず、位相回転から相対速度を求める方式のミリ波レーダであればよい。例えば、2周波CW方式のミリ波レーダでもよい。また、ミリ波レーダ以外のセンサを用いてもよい。例えば、レーザレーダ、超音波センサなどを用いてもよい。すなわち、速度の観測値に曖昧さが生じる方式のセンサを用いる場合には、本開示を適用することができる。
(f)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。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開示の実施形態である。
(g)上述した物体追跡装置の他、当該物体追跡装置を構成要素とするシステム、当該物体追跡装置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半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、物体追跡方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
110…レーダ、20…物体追跡装置、31…物体信号検出部、32…距離算出部、33…速度算出部、41…フィルタ選択部、50…フィルタ処理部、62…マッチング部、71…物標情報削除部、72…新規物標情報生成部。
Claims (9)
- センサ(10)により検出されたセンサ情報から前記センサ(10)の周辺に存在する物体を検出するように構成された物体検出部(31)と、
前記物体検出部により検出された物体ごとに、観測値の1つとして、前記センサに対する前記物体の相対速度を算出するように構成された速度算出部(33)と、
前記物体検出部により検出された物体ごとに、前記観測値の1つとして、前記センサから前記物体までの距離を算出するように構成された距離算出部(32)と、
前記物体検出部により初めて検出された物体に対して速度の曖昧さを仮定して、複数の物標候補を生成するように構成された候補生成部(72)と、
互いに状態変数の数が異なる複数のフィルタを有し、前記複数のフィルタのうちの1つのフィルタを用いて、現在保持する前記物標候補のそれぞれの状態量の過去の推定値から、前記物標候補のそれぞれの状態量の現在の予測値を算出し、且つ、算出した予測値のそれぞれと、当該予測値のそれぞれにマッチングした現在の前記観測値とから、前記物標候補の状態量の現在の推定値を算出するように構成されたフィルタ処理部(50)と、
各物標候補の状態量の予測値のそれぞれと前記観測値とをマッチングさせるように構成されたマッチング処理部(62)と、
前記物体検出部により検出された一つの前記物体について生成された前記複数の物標候補のそれぞれの真の物標である可能性を判定し、前記複数の物標候補のうち判定した前記可能性が設定された閾値よりも低いと判断した物標候補、又は、前記複数の物標候補のうち判定した前記可能性が低い方から順に所定数の物標候補を削除するように構成された候補削除部(71)と、
前記候補削除部により前記物標候補が削除されて前記物標候補の数が減少することに応じて、前記フィルタ処理部が用いるフィルタを、前記複数のフィルタのうち前記状態変数の多いフィルタに切り替えるように構成されたフィルタ選択部(41)と、を備える
物体追跡装置。 - 前記複数のフィルタのうち前記状態変数が最も少ないフィルタは、前記観測値の次数以下の状態変数を有する、
請求項1に記載の物体追跡装置。 - 前記複数のフィルタのうちの前記状態変数が最も多いフィルタは、前記観測値の次数に1加えた数以上の状態変数を有する、
請求項1又は2に記載の物体追跡装置。 - 前記フィルタ処理部は、前記物体検出部により検出された一つの前記物体について生成された前記物標候補が一つになった時に、前記複数のフィルタのうちの前記状態変数が最も多いフィルタを用いる、
請求項1~3のいずれか1項に記載の物体追跡装置。 - 前記物体検出部により検出された前記物体ごとに、前記観測値の1つとして、前記センサに対する前記物体の方位を算出するように構成された方位算出部(34)を備え、
前記複数のフィルタのうちの前記状態変数が最も少ないフィルタは、前記状態変数として、物体の距離、相対速度、及び方位の少なくとも一つを有する、
請求項1~4のいずれか1項に記載の物体追跡装置。 - 前記複数のフィルタのうちの前記状態変数が最も多いフィルタは、前記状態変数として、X座標値とY座標値を有し、さらにX方向速度及びY方向速度、または速度及び速度方向を有する、
請求項1~5のいずれか1項に記載の物体追跡装置。 - 前記複数のフィルタはカルマンフィルタである、
請求項1~6のいずれか1項に記載の物体追跡装置。 - 前記候補削除部は、前記物標候補の前記予測値と前記観測値とのマッチング成立回数、及び/又は、前記予測値と前記観測値との差分に基づいて前記可能性を判定する、
請求項1~7のいずれか1項に記載の物体追跡装置。 - 前記フィルタ部は、現在保持している前記物標候補の全体数に応じて、前記複数のフィルタから用いるフィルタを選択する、
請求項1~8のいずれか1項に記載の物体追跡装置。
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