JP7103759B2 - 車両認識装置、車両認識システム、車両認識プログラム - Google Patents

車両認識装置、車両認識システム、車両認識プログラム Download PDF

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Description

本発明は、レーダから照射した電磁波の反射波に基づいて、車両を認識する車両認識装置に関する。
従来、車両の前方１８０°の範囲をレーダのレーザ（電磁波）で走査し、反射光（反射波）の検出パターンと記憶された特徴パターンとを照合して、検出パターンの物体の種類を識別する物体認識装置がある（特許文献１参照）。
特開２０１１－１８６５８４号公報
ところで、特許文献１に記載の物体認識装置は、物体の輪郭を精度よく検出することができることを前提としている。しかしながら、レーザ（レーザ光）の当たった部分の反射率や、物体に対するレーザの照射角度、レーダから物体までの距離等によっては、反射光が十分に得られない場合がある。その場合、物体を認識することができないおそれがある。
本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、レーダから照射した電磁波の反射波が車両の一部から十分に得られなかった場合であっても、車両を認識することのできる車両認識装置を提供することにある。
上記課題を解決するための第１の手段は、
指向性が所定よりも高い電磁波で検知範囲を走査するレーダに適用され、前記電磁波の反射波に基づいて車両を認識する車両認識装置であって、
前記反射波に基づいて、前記走査における前記電磁波の全ての照射方向において、前記レーダから静止物までの距離を特定する静止物特定部と、
前記静止物特定部により特定された前記全ての照射方向における前記距離と前記反射波とに基づいて、前記レーダから前記静止物よりも近い距離で前記電磁波を反射する反射点の位置を特定する反射点特定部と、
前記反射点特定部により特定された前記反射点のうち、共通の車両に属する反射点の群である共通反射点群を特定する反射点群特定部と、
前記反射波の強度が閾値よりも小さい前記電磁波の照射方向である弱反射方向を特定する弱反射特定部と、
前記弱反射特定部により特定された前記弱反射方向のうち、前記反射点群特定部により特定された前記共通反射点群への前記電磁波の照射方向に連続している方向である連続方向を特定する連続方向特定部と、
前記電磁波の全ての照射方向を含む平面における前記車両の輪郭が矩形であるとの仮定と前記反射点群特定部により特定された前記共通反射点群とに基づいて、前記連続方向特定部により特定された前記連続方向において、前記共通の車両に属すると推定される弱反射点を前記共通反射点群に補填して、前記共通の車両に属する点の群である車両点群を作成する点群作成部と、
を備える。
上記構成によれば、車両認識装置は、指向性が所定よりも高い電磁波で検知範囲を走査するレーダに適用され、電磁波の反射波に基づいて車両を認識する。
詳しくは、車両を検知する検知範囲内において、レーダの周囲に静止物が存在することを前提としている。そして、静止物特定部により、反射波に基づいて、検知範囲の走査における電磁波の全ての照射方向において、レーダから静止物までの距離が特定される。なお、電磁波が壁やガードレール、岩、木等、高さが所定以上の物体に当たらない場合は、電磁波を斜め下方へ照射することにより床や地面を静止物として扱うことができる。
検知範囲内に車両が入ってくると、レーダから照射された電磁波は静止物に当たる前に車両に当たって反射される。そこで、反射点特定部により、全ての照射方向におけるレーダから静止物までの距離と反射波とに基づいて、レーダから静止物よりも近い距離で電磁波を反射する反射点の位置が特定される。このため、車両において電磁波を十分に反射した部分は、反射点として位置が特定される。特定された反射点のうち、共通の車両に属する反射点の群である共通反射点群が反射点群特定部により特定される。例えば、互いに一定の距離範囲内に存在する反射点の群を、共通反射点群として特定することができる。一方、車両において電磁波を十分に反射しなかった部分は、反射点として位置を特定することができない。
これに対して、弱反射特定部により、反射波の強度が閾値よりも小さい電磁波の照射方向である弱反射方向が特定される。電磁波の全ての照射方向においてレーダから静止物までの距離が特定されているため、反射波の強度が閾値よりも小さい電磁波の照射方向には、移動物が存在すると予測することができる。そして、車両において電磁波を十分に反射しなかった部分は、共通反射点群に連続している位置に存在すると予測することができる。そこで、特定された弱反射方向のうち、共通反射点群への電磁波の照射方向に連続している方向である連続方向が連続方向特定部により特定される。なお、連続方向は、共通反射点群への電磁波の照射方向に連続している単数あるいは複数の照射方向である。
車両認識装置では、レーダによる検知対象が車両であることを前提としている。このため、電磁波の全ての照射方向を含む平面（照射平面）において、検知対象の輪郭は矩形であると仮定することができる。そこで、照射平面における車両の輪郭が矩形であるとの仮定と特定された共通反射点群とに基づいて、特定された連続方向において共通の車両に属すると推定される弱反射点が共通反射点群に補填される。例えば、照射平面における車両の輪郭が矩形であると仮定すれば、上記連続方向において共通反射点群に含まれる反射点同士の間には、弱反射点が存在すると推定することができる。そして、共通反射点群に弱反射点が補填されて、共通の車両に属する点の群である車両点群が作成される。したがって、レーダから照射した電磁波の反射波が車両の一部から十分に得られなかった場合であっても、車両認識装置は作成された車両点群に基づいて車両を認識することができる。
また、照射平面における車両の輪郭が矩形であると仮定しているため、共通反射点群に含まれる反射点同士の間に反射点の抜けがあれば、その位置に弱反射点が存在すると推定することができる。
この点、第２の手段では、前記点群作成部は、前記共通反射点群に含まれる前記反射点への前記電磁波の照射方向同士の間に前記連続方向が存在する場合に、前記連続方向の両隣の前記照射方向で特定された前記反射点同士の間に前記弱反射点を補填するといった構成を採用している。このため、車両において、電磁波を十分に反射する部分の間に、電磁波を十分に反射しない弱反射部分がある場合に、弱反射部分に相当する弱反射点を補填して車両点群を作成することができる。
電磁波の各照射方向は、レーダの位置を通る直線で表すことができる。このため、車両の輪郭に相当する矩形の各辺を含む直線（詳しくは反射点の抜け部分に相当する線分）と、上記弱反射方向のうち上記連続方向を表す直線との交点に、弱反射点が存在すると推定することができる。
この点、第３の手段では、前記点群作成部は、前記共通反射点群に含まれる前記反射点への前記電磁波の照射方向同士の間に前記連続方向が存在する場合に、前記連続方向の両隣の前記照射方向で特定された前記反射点同士の間において、前記共通反射点群に含まれる全ての反射点が矩形のいずれかの辺を含む直線上の点となるように近似した第１近似直線と、連続方向のうち各方向を表す直線との交点に前記弱反射点を補填するといった構成を採用している。このため、上記弱反射部分に相当する弱反射点を正確に補填して、車両点群を作成することができる。
車両が自動車であると仮定すると、前部の左右両端にはライトがあり、後部の左右両端には反射板があり、これらの部分は電磁波を十分に反射する。このため、自動車の前部又は後部は、反射点として位置が特定される可能性が高い。そして、自動車の前部又は後部が検知され、共通反射点群への電磁波の照射方向が連続方向に対して片側にのみ連続している場合、連続方向は自動車の側部に対応している可能性が高い。この場合、共通反射点群に含まれる反射点（自動車の前部又は後部に相当）を通るように近似した第２近似直線において、反射点よりも外側には弱反射点が存在しないと推定することができる。そして、自動車の側部が弱反射点になっている場合、第２近似直線に直交し且つ連続方向の隣の照射方向で特定された反射点を通る直線と、上記連続方向のうち各方向を表す直線との交点に弱反射点が存在すると推定することができる。
この点、第４の手段では、前記点群作成部は、前記共通反射点群への前記電磁波の照射方向が前記連続方向に対して片側にのみ連続している場合に、共通反射点群への電磁波のそれぞれの照射方向で特定された前記反射点が直線上の点となるように近似した第２近似直線に直交し且つ前記連続方向の隣の前記照射方向で特定された前記反射点を通る直線と、前記連続方向のうち各方向を表す直線との交点に前記弱反射点を補填するといった構成を採用している。このため、共通反射点群への電磁波の照射方向が連続方向に対して片側にのみ連続している場合、すなわち共通反射点群に含まれる反射点への電磁波の照射方向同士の間に連続方向が存在していない場合であっても、弱反射部分に相当する弱反射点を補填して車両点群を作成することができる。
第５の手段では、前記レーダは、前記電磁波を斜め下方へ照射するように配置されている。
上記構成によれば、レーダにより、電磁波が斜め下方へ照射される。このため、電磁波が壁やガードレール、岩、木等、高さが所定以上の物体に当たらない場合であっても、床や地面を静止物として扱うことができる。このため、レーダの周囲に高さが所定以上の静止物が存在しない場合であっても、車両認識装置は弱反射部分に相当する弱反射点を補填して車両点群を作成することができる。
第６の手段では、前記点群作成部により作成された前記車両点群に基づいて、前記共通の車両を認識する車両認識部を備える。
上記構成によれば、点群作成部により作成された車両点群に基づいて、共通の車両が認識される。このため、レーダから照射した電磁波の反射波が車両の一部から十分に得られなかった場合であっても、車両認識装置は車両を認識することができる。
第７の手段は、車両認識システムであって、第１～第６の手段のいずれか１つの手段の車両認識装置と、前記レーダと、を備える。
上記構成によれば、車両認識装置とレーダとを備える車両認識システムにおいて、第１～第６の手段のいずれか１つの手段と同様の作用効果を奏することができる。
第８の手段は、コンピュータにインストールされる車両認識プログラムであって、前記コンピュータに、第１～第６の手段のいずれか１つの手段の車両認識装置が備える各部の機能を実現させる。
車両認識システムを示す模式図。 検知範囲内に反射物が存在しない状況を示す模式図。 車両の理想的な認識状態を示す模式図。 車両の現実的な認識状態を示す模式図。 検知範囲内に静止物体及び移動物体が存在する状況を示す模式図。 車両の一部がレーザを十分に反射しない状態を示す模式図。 図６の状態における照射角度と反射状態とを示す模式図。 車両を示す模式図。 レーダの検知範囲に対する車両の進入方向を示す模式図。 前方からの進入車両にレーザが照射される状態を示す模式図。 図１０の状態における車両の各部の検出状態を示す模式図。 側方からの進入車両にレーザが照射される状態を示す模式図。 図１２の状態における車両の各部の検出状態を示す模式図。 車両認識の手順を示すフローチャート。 照射角度と静止物体までの距離との関係を示す模式図。 静止物体の検出態様を示す模式図。 背後パターンを示す模式図。 静止物体及び移動物体の反射点を示す模式図。 抽出した移動物体の反射点を示す模式図。 グルーピングの態様を示す模式図。 グルーピングデータの例を示す模式図。 グルーピングデータの他の例を示す模式図。 照射方向とグルーピングデータと連続方向とを示す模式図。 第１近似直線の引き方を示す模式図。 各照射方向を表す直線を示す模式図。 弱反射点の補填態様を示す模式図。 グルーピングデータと弱反射点とを示す模式図。 弱反射点の補填態様の誤った例を示す模式図。 弱反射点の補填態様の正しい例を示す模式図。 追跡処理の態様を示す模式図。 車両認識の態様を示す模式図。 レーダの設置状態の変更例を示す模式図。
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、屋内駐車場に設置された車両認識システムとして具現化している。
図１に示すように、車両認識システム１０は、レーダ２０、車両認識装置３０等を備えている。
レーダ２０は、前方の略１９０°の検知範囲（照射角度θ１～θｎ）をレーザ（レーザ光）で走査する広角の測距レーダである。レーザ（レーザ光）には、例えば赤外線や、可視光、紫外線等を利用することができる。レーダ２０は、レーダ２０を中心として、例えば０．２５°（一定）間隔でレーザを照射する。
図２に示すように、レーダ２０は、屋内駐車場内の所定の壁Ｗや柱等に取り付けられており、検知範囲をレーザで水平方向に走査する。レーダ２０は、例えば数十ｍｓ間隔のフレーム毎に走査し、前方の物体からの反射光（反射波）を受光（受信）する。レーダ２０は、反射光の受光信号（受信信号）を車両認識装置３０へ出力する。
車両認識装置３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータ（コンピュータ）である。車両認識装置３０に車両認識プログラムがインストールされることにより、車両認識装置３０の後述する各部の機能が実現される。車両認識プログラムは、プログラム記憶媒体に記憶しておくこともできる。なお、車両認識装置３０の各部の機能が、車両認識装置３０のハードウェアにより実現されてもよい。
車両認識装置３０は、各照射方向における反射光の受光信号に基づき、レーダ２０から反射点までの距離を算出する。車両認識装置３０は、互いに一定の距離範囲内に存在する反射点をグルーピングして、グルーピングデータを作成する。車両認識装置３０は、グルーピングデータを一時記憶し、例えば新たなフレームのグルーピングデータと直前のフレームのグルーピングデータとを比較する。車両認識装置３０は、それらのグルーピングデータが同一物体か否かを判断する。車両認識装置３０は、同一物体であると判定したグルーピングデータを予め記憶された車両（自動車等）の特徴パターンと比較して、そのグルーピングデータに対応する車両を認識（分類）する。
図３は、車両Ｃ１～Ｃ３の理想的な認識状態を示す模式図（平面図）である。同図は、車両Ｃ１～Ｃ３が検知範囲内を右から左へ移動する例を示している。レーダ２０からレーザが照射され、車両Ｃ１～Ｃ３の各部に当たったレーザが十分に反射されれば、車両認識装置３０はグルーピングデータＧ１１，Ｇ２１，Ｇ３１を得ることができる。そして、車両認識装置３０は、それらのグルーピングデータＧ１１，Ｇ２１，Ｇ３１を予め記憶された車両の特徴パターンと比較して、それらのグルーピングデータＧ１１，Ｇ２１，Ｇ３１に対応する車両を認識することができる。しかしながら、レーダ２０から照射したレーザの反射光が、車両Ｃ１～Ｃ３の一部から十分に得られない場合があることに本願発明者は着目した。
図４は、車両Ｃ１～Ｃ３の現実的な認識状態を示す模式図である。同図も、図３と同様に、車両Ｃ１～Ｃ３が検知範囲内を右から左へ移動する例を示している。レーダ２０からレーザが照射され、車両Ｃ１～Ｃ３の各部に当たったレーザが、レーダ２０の方向へ十分に反射されない場合がある。この場合、車両認識装置３０は、車両Ｃ１からグルーピングデータＧ１２、車両Ｃ２からグルーピングデータＧ２２，Ｇ２３、車両Ｃ３からグルーピングデータＧ３２を得る。そして、車両認識装置３０は、それらのグルーピングデータＧ１２，Ｇ２２，Ｇ２３，Ｇ３２を予め記憶された車両の特徴パターンと比較して、それらのグルーピングデータＧ１２，Ｇ２２，Ｇ２３，Ｇ３２に対応する車両を認識する。しかしながら、車両認識装置３０は、図３に示したグルーピングデータＧ１１，Ｇ２１，Ｇ３１に対応する特徴パターンを予め記憶しているものの、グルーピングデータＧ１２，Ｇ２２，Ｇ２３，Ｇ３２に対応する特徴パターンを予め記憶しておらず、車両Ｃ１～Ｃ３を認識することができない。
そこで、本実施形態では、屋内駐車場内に車両認識システム１０を設置し、車両Ｃを検知する検知範囲内において、レーダ２０の周囲に静止物体が存在することを前提としている。
図５は、検知範囲内に静止物体Ｂ及び車両Ｃが存在する状況を示す模式図（側面図）である。検知範囲内に車両Ｃが存在しない場合、レーダ２０から照射されたレーザは壁や柱等の静止物体Ｂにより反射される。このため、車両認識装置３０は、レーダ２０から静止物体Ｂの各反射点までの距離を検出する。
検知範囲内に車両Ｃが存在する場合、車両Ｃの一部からの反射光量が少なくなることがある。レーザの当たった部分の反射率や、物体に対するレーザの照射角度、レーダ２０から物体までの距離等によっては、反射光が十分に得られない場合がある。この場合、車両認識装置３０は、反射光量が少ない部分の受光信号をノイズとして除去し、反射点までの距離を検出することができない。しかしながら、検知範囲内においてレーダ２０の周囲に静止物体Ｂが存在することを前提としているため、反射光量の少ないレーザの照射方向には、車両Ｃの一部が存在すると予測することができる。
図６は、車両Ｃの一部がレーザを十分に反射しない状態を示す模式図（平面図）である。ここでは、車両Ｃの側部に対するレーザの入射角度（照射角度）が小さいため、車両Ｃの側部からの反射光量が少ない場合を示している。〇で示した部分は反射点として検出されており、×で示した部分は反射点として検出されていない。
図７は、図６の状態における照射角度と反射状態とを示す模式図である。間隔の狭いハッチングで示す照射角度（照射方向）は、反射点の距離が検出された反射方向となっている。間隔の広いハッチングで示す照射角度は、反射点の距離が検出されなかった弱反射方向となっている。ここで、車両Ｃの各部の材質や、各部に対するレーザの照射角度、レーダから各部までの距離等によって、車両Ｃにはレーザを反射し易い部分と反射しにくい部分とが生じる。このため、移動物体が車両Ｃの場合、間隔の狭いハッチングで示す反射方向と、間隔の広いハッチングで示す弱反射方向とが存在し、且つ反射方向と弱反射方向とが連続している。このため、それらの方向に存在する物体の各部は、同じ物体（共通の車両）に属すると予測される。一方、反射方向と弱反射方向とが連続していない物体の各部は、車両Ｃとは別の物体に属すると予測される。
図８は、車両４０を示す模式図（平面図）である。車両４０の前部には、ヘッドライト４１が設けられている。ヘッドライト４１は、光源からの光を集めて照射するための集光部を備えており、集光部はレーザの反射率が高くなっている。車両４０の後部には、反射板４２が設けられている。反射板４２はレーザの反射率が高くなっている。このため、車両認識システム１０は、車両４０のヘッドライト４１及び反射板４２を、高い精度で検出することができる。
車両４０の側部には、タイヤ（図示略）やボディが設けられている。これらの部分はレーザの反射率が高くない。このため、これらの部分とレーダ２０との距離が遠い場合や、これらの部分に対するレーザの照射角度が小さい場合は、これらの部分で反射点の抜けが生じ易い。
図９は、レーダ２０の検知範囲Ｓに対する車両の進入方向を示す模式図である。屋内駐車場では、車両の進行方向は駐車領域や走行領域によって決まっているため、検知範囲Ｓに対する車両の進入方向も決まっている。例えば、矢印ｄ１で示すように、検知範囲Ｓの外からレーダ２０の正面に向かって車両が進入する。あるいは、矢印ｄ２で示すように、検知範囲Ｓの外からレーダ２０の右（一方の側方）から左（他方の側方）に向かって車両が進入する。このため、車両の各部の反射率と検知範囲に対する車両の進入方向とに基づいて、車両の各部の検出態様をパターン化することができる。
図１０は、前方からの進入車両４０にレーザが照射される状態を示す模式図である。車両４０は、レーダ２０の検知範囲の外から、レーダ２０に対して略９０°の方向から近付いている。レーダ２０から車両４０までの距離が所定距離よりも長い場合は、ヘッドライト４１の部分が反射点として検出され、ヘッドライト４１同士の間部分は反射点として検出されない。
図１１は、図１０の状態における車両４０の各部の検出状態を示す模式図である。ヘッドライト４１に対応する部分が〇で示す反射点となっており、ヘッドライト４１同士の間に対応する部分が×で示す弱反射点となっている。なお、レーダ２０から車両４０までの距離が所定距離よりも短い場合は、ヘッドライト４１同士の間部分も反射点として検出される。
図１２は、側方からの進入車両４０にレーザが照射される状態を示す模式図である。車両４０は、レーダ２０の検知範囲の外から、レーダ２０に対して鋭角（小角度）の方向から近付いている。レーダ２０から車両４０までの距離が第１距離よりも長い場合は、車両の側部は反射点として検出されない。
図１３は、図１２の状態における車両４０の各部の検出状態を示す模式図である。ヘッドライト４１に対応する部分が〇で示す反射点となっており、ヘッドライト４１同士の間に対応する部分、及び車両４０の側部に対応する部分が×で示す弱反射点となっている。なお、レーダ２０から車両４０までの距離が第１距離よりも短く且つ第２距離（＜第１距離）よりも長い場合は、車両４０の側部においてタイヤのホイール部分（車両の端部付近）のみが反射点として検出される。レーダ２０から車両４０までの距離が第２距離よりも短い場合は、車両４０の側部全体が反射点として検出される。
これらを踏まえて、本実施形態では、車両認識装置３０は、反射点に基づいて作成されたグルーピングデータに弱反射点を補填して、車両に属するグルーピングデータを作成する。そして、車両認識装置３０は、弱反射点が補填されたグルーピングデータに基づいて車両を認識する。
図１４は、車両認識の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、車両認識装置３０により実行される。
まず、レーダ２０から計測点データを取得する（Ｓ１１）。詳しくは、図１５に示すように、照射角度θ１～θｎ（各照射方向）における反射光の受光信号に基づき、照射角度θｋの方向におけるレーダ２０から各反射点Ｐｋまでの距離Ｒｋを算出する。すなわち、反射光に基づいて、検知範囲の走査におけるレーザの全ての照射方向において、レーダ２０から静止物体（静止物）までの距離を特定する。
続いて、検知範囲内の静止物体のパターンである背後パターンを作成する（Ｓ１２）。詳しくは、図１６に示すように、それぞれの照射角度θｋにおいて、所定期間にわたって距離Ｒｋが一定の揺れ幅（±Ｔｈｒ）の範囲内に収まる場合に、その照射角度θｋにおける反射点は静止物体に属するものであると判定する。そして、図１７に示すように、静止物体に属すると判定した反射点を集めて背後パターンを作成する。
続いて、移動物体の反射点の位置を特定する（Ｓ１３）。詳しくは、図１８に示すように、それぞれの照射角度θｋにおいて、背後パターンまでの距離から、検出した反射点までの距離を引いた差が閾値よりも大きい場合に、移動物体の反射点であると判定する。そして、図１９に示すように、移動物体の反射点のみを抽出してそれらの位置を特定する。すなわち、特定された全ての照射方向における静止物体まで距離と反射光とに基づいて、レーダ２０から静止物体よりも近い距離でレーザを反射する反射点の位置を特定する。
続いて、反射点が検出されないレーザの照射方向である弱反射方向を特定する（Ｓ１４）。詳しくは、反射光の受光信号（すなわち反射光の強度）が閾値よりも小さいレーザの照射方向を、弱反射方向として特定する。すなわち、上述した弱反射点へのレーザの照射方向が弱反射方向に相当する。
続いて、検出された反射点のうち、互いに一定の距離範囲内に存在する反射点をグルーピングして、グルーピングデータを作成する（Ｓ１５）。詳しくは、図２０に示すように、反射点同士の距離ｗ、レーダ２０から反射点Ｐ１，Ｐ２までの距離Ｒ１，Ｒ２、反射点Ｐ１へのレーザの照射方向と反射点Ｐ２へのレーザの照射方向との角度αは、以下の式を満たす。なお、Ａ＾２は、Ａの二乗を表す。
ｗ＾２＝Ｒ１＾２＋Ｒ２＾２－２×Ｒ１×Ｒ２×ｃｏｓα
上記式により距離ｗを算出し、距離ｗが一定の距離よりも短い反射点同士をグルーピングする。すなわち、特定された反射点のうち、共通の車両に属する反射点のグループ（共通反射点群）を特定する。
図２１は、車両Ｃにおいて計測点（反射点）の抜けがない場合のグルーピングデータの例を示す模式図である。この例では、車両Ｃの前部及び側部の反射点を含むグルーピングデータＧ１が作成されている。
図２２は、車両Ｃにおいて計測点（反射点）の抜けがある場合のグルーピングデータの例を示す模式図である。この例では、車両Ｃの前部の反射点のみを含むグルーピングデータＧ２が作成されており、車両Ｃの側部では反射点が検出されていない。すなわち、車両Ｃの側部に対応するレーザの照射方向は、弱反射方向となっている。
続いて、特定された弱反射方向のうち、作成されたグルーピングデータへのレーザの照射方向に連続している方向である連続方向を特定して対応付ける（Ｓ１６）。詳しくは、図２１では、弱反射方向が存在しないため、連続方向は存在しない。図２２では、×で示す弱反射点へのレーザの照射方向が、グルーピングデータＧ２へのレーザの照射方向に連続している連続方向に相当する。そして、グルーピングデータに連続方向を対応付け、連続方向に相当しない弱反射方向は対応付けを行わない。また、連続方向を挟んで２つのグルーピングデータが存在する（連続方向の両隣にグルーピングデータが存在する）場合は、それら２つのグルーピングデータを統合して１つのグルーピングデータとしてグルーピングする。
図２３は、照射方向とグルーピングデータＧ２と連続方向とを示す模式図である。弱反射方向のうち、グルーピングデータＧ２に連続していない弱反射方向は、グルーピングデータＧ２に対応付けられない。一方、弱反射方向のうち、グルーピングデータＧ２に連続している弱反射方向（すなわち連続方向）は、グルーピングデータＧ２に対応付けられる。
続いて、グルーピングデータに計測点の抜けが対応付けられているか否か判定する（Ｓ１７）。具体的には、グルーピングデータに上記連続方向が対応付けられているか否か判定する。この判定において、グルーピングデータに上記連続方向が対応付けられていると判定した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、グルーピングデータを補正する（Ｓ１８）。
詳しくは、図２４（ａ）に示すように、反射点Ｐ１１～Ｐ１４がグルーピングデータＧ３に含まれ、反射点Ｐ１２へのレーザの照射方向と反射点Ｐ１３へのレーザの照射方向との間に、×で示す連続方向（弱反射方向）が存在するパターンがある。ここで、車両認識装置３０では、レーダ２０による検知対象が車両であることを前提としている。このため、レーザの全ての照射方向を含む平面（以下「照射平面」という）において、同図に示すように検知対象の輪郭は矩形であると仮定する。このパターンでは、図２４（ｂ）に示すように、反射点Ｐ１１～Ｐ１４が、矩形のうち車両Ｃの前面に対応する辺（矩形のいずれかの辺）を含む直線ｙ＝Ａｘ＋Ｂ上の点となるように近似した第１近似直線を算出する。例えば、第１近似直線ｙ＝Ａｘ＋Ｂが反射点Ｐ１１～Ｐ１４の最も近くを通るように、最小二乗法等により係数Ａ，Ｂを算出する。
ここで、図２５に示すように、レーダ２０の位置を原点として、レーザの各照射方向は、直線ｙ＝（Ｃ１）ｘ、ｙ＝（Ｃ２）ｘ、・・・ｙ＝（Ｃｋ）ｘ・・・ｙ＝（Ｃｎ）ｘで表すことができる。そこで、図２６に示すように、第１近似直線ｙ＝Ａｘ＋Ｂと、連続方向を表す直線ｙ＝（Ｃｋ）ｘ、ｙ＝（Ｃｋ＋１）ｘとの交点を、それぞれ弱反射点Ｐ２１，Ｐ２２と特定する。そして、グルーピングデータＧ３に弱反射点Ｐ２１，Ｐ２２を補填する。すなわち、グルーピングデータＧ３に含まれる反射点Ｐ１１～Ｐ１４へのレーザの照射方向同士の間に連続方向が存在する場合に、連続方向の両隣の照射方向で特定された反射点Ｐ１２と反射点Ｐ１３との間に弱反射点Ｐ２１，Ｐ２２を補填する。なお、弱反射点Ｐ２１，Ｐ２２が補填されたグルーピングデータＧ３は、共通の車両に属する点の群である車両点群に相当する。
また、図２７に示すように、反射点Ｐ３１～Ｐ３６がグルーピングデータＧ４に含まれ、グルーピングデータＧ４へのレーザの照射方向が、×で示す連続方向（弱反射方向）に対して片側にのみ連続しているパターンがある。上述したように、照射平面において検知対象の輪郭は矩形であると仮定する。そして、図２８に示すように、反射点Ｐ３１～Ｐ３６が、矩形のうち車両Ｃの前面に対応する辺（矩形のいずれかの辺）を含む直線ｙ＝Ｄｘ＋Ｅ上の点となるように近似した第２近似直線を算出する。ここで、第２近似直線ｙ＝Ｄｘ＋Ｅと、連続方向を表す直線ｙ＝（Ｃｋ）ｘとの交点を弱反射点として特定すると、点Ｐ４１，Ｐ４２等のように車両Ｃの輪郭と異なる位置に弱反射点を特定することとなる。
車両Ｃの前部又は後部が検知され、グルーピングデータへのレーザの照射方向が連続方向に対して片側にのみ連続している場合、連続方向は車両Ｃの側部に対応している可能性が高い。この場合、グルーピングデータＧ４に含まれる反射点Ｐ３１～Ｐ３６を通るように近似した第２近似直線ｙ＝Ｄｘ＋Ｅにおいて、反射点Ｐ３１～Ｐ３６よりも外側には弱反射点が存在しないと推定することができる。そして、車両Ｃの側部が弱反射点になっている場合、第２近似直線ｙ＝Ｄｘ＋Ｅに直交する直線上に弱反射点が存在すると推定することができる。
そこで、このパターンでは、図２９に示すように、第２近似直線ｙ＝Ｄｘ＋Ｅに直交し、且つ連続方向の隣の照射方向（反射点Ｐ３１へのレーザの照射方向）で特定された反射点Ｐ３１を通る直線ｙ＝Ｌｘ＋Ｍを算出する。そして、直線ｙ＝Ｌｘ＋Ｍと、連続方向を表す各直線ｙ＝（Ｃｋ）ｘ、ｙ＝（Ｃｋ＋１）ｘ等との交点を、それぞれ弱反射点Ｐ５１～Ｐ５５と特定する。そして、グルーピングデータＧ４に弱反射点Ｐ５１～Ｐ５５を補填する。なお、弱反射点Ｐ５１～Ｐ５５が補填されたグルーピングデータＧ４は、共通の車両に属する点の群である車両点群に相当する。
続いて、補填後のグルーピングデータを記憶し、複数フレーム分の補填後のグルーピングデータを用いて追跡処理を行う（Ｓ１９）。詳しくは、図３０に示すように、Ｎ－１フレームでの補填後のグルーピングデータＧ５とＮフレームでの補填後のグルーピングデータＧ６とを比較して、類似度が所定値よりも高い場合に同一物体（追跡対象）であると判定する。なお、Ｎ－１フレームでの補填後のグルーピングデータＧ５とＮフレームでの補填後のグルーピングデータＧ６とを比較して、類似度が所定値よりも低い場合は同一物体（追跡対象）でないと判定する。
続いて、同一物体であると判定した補填後のグルーピングデータに基づいて、車両を認識する（Ｓ２０）。詳しくは、補填後のグルーピングデータを、予め記憶された車両（自動車等）の特徴パターンと比較する。そして、それらの類似度が判定値よりも高い場合に、補填後のグルーピングデータを特徴パターンに対応する車両であると認識する。なお、図３１に示すように、反射点あるいは補填された弱反射点の位置に基づいて、車両の全長や全幅を算出することができる。そして、算出した車両の全長や全幅に基づいて、認識した車両を分類してもよい。
なお、Ｓ１１の処理が静止物特定部としての処理に相当し、Ｓ１２及びＳ１３の処理が反射点特定部としての処理に相当し、Ｓ１４の処理が弱反射特定部としての処理に相当し、Ｓ１５及びＳ１６の処理が反射点群特定部としての処理に相当し、Ｓ１６の処理が連続方向特定部としての処理に相当し、Ｓ１７及びＳ１８の処理が点群作成部としての処理に相当し、Ｓ２０の処理が車両認識部としての処理に相当する。
以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。
・反射光の強度が閾値よりも小さいレーザの照射方向である弱反射方向が特定される。レーザの全ての照射方向においてレーダ２０から静止物体までの距離が特定されているため、反射光の強度が閾値よりも小さいレーザの照射方向には、移動物体が存在すると予測することができる。そして、車両Ｃにおいてレーザを十分に反射しなかった部分は、グルーピングデータに連続している位置に存在すると予測することができる。そこで、特定された弱反射方向のうち、グルーピングデータへのレーザの照射方向に連続している方向である連続方向を特定することができる。
・車両認識装置３０では、レーダ２０による検知対象が車両Ｃであることを前提としている。このため、レーザの全ての照射方向を含む平面（照射平面）において、検知対象の輪郭は矩形であると仮定することができる。そこで、照射平面における車両Ｃの輪郭が矩形であるとの仮定と、特定されたグルーピングデータとに基づいて、特定された連続方向において共通の車両Ｃに属すると推定される弱反射点がグルーピングデータに補填される。そして、グルーピングデータに弱反射点が補填されて、共通の車両Ｃに属する点の群である補填後のグルーピングデータ（車両点群）が作成される。したがって、レーダ２０から照射したレーザの反射光が車両Ｃの一部から十分に得られなかった場合であっても、車両認識装置３０は作成された補填後のグルーピングデータに基づいて車両Ｃを認識することができる。
・照射平面における車両Ｃの輪郭が矩形であると仮定しているため、グルーピングデータに含まれる反射点同士の間に反射点の抜けがあれば、その位置に弱反射点が存在すると推定することができる。この点、車両認識装置３０は、グルーピングデータに含まれる反射点へのレーザの照射方向同士の間に連続方向が存在する場合に、連続方向の両隣の照射方向で特定された反射点同士の間に弱反射点を補填する。このため、車両Ｃにおいて、レーザを十分に反射する部分の間に、レーザを十分に反射しない弱反射部分がある場合に、弱反射部分に相当する弱反射点を補填して補填後のグルーピングデータを作成することができる。
・レーザの各照射方向は、レーダ２０の位置を通る直線ｙ＝（Ｃｋ）ｘで表すことができる。このため、車両Ｃの輪郭に相当する矩形の各辺を含む直線ｙ＝Ａｘ＋Ｂ（詳しくは反射点の抜け部分に相当する線分）と、弱反射方向のうち連続方向を表す直線ｙ＝（Ｃｋ）ｘとの交点に、弱反射点が存在すると推定することができる。この点、車両認識装置３０は、グルーピングデータに含まれる反射点へのレーザの照射方向同士の間に連続方向が存在する場合に、連続方向の両隣の照射方向で特定された反射点同士の間において、グルーピングデータに含まれる全ての反射点が矩形のいずれかの辺を含む直線上の点となるように近似した第１近似直線ｙ＝Ａｘ＋Ｂと、連続方向のうち各方向を表す直線ｙ＝（Ｃｋ）ｘとの交点に弱反射点を補填する。このため、弱反射部分に相当する弱反射点を正確に補填して、補填後のグルーピングデータを作成することができる。
・車両Ｃが自動車であると仮定すると、前部の左右両端にはライトがあり、後部の左右両端には反射板があり、これらの部分はレーザを十分に反射する。このため、自動車の前部又は後部は、反射点として位置が特定される可能性が高い。そして、自動車の前部又は後部が検知され、グルーピングデータＧ４へのレーザの照射方向が連続方向に対して片側にのみ連続している場合、連続方向は自動車の側部に対応している可能性が高い。そして、自動車の側部が弱反射点になっている場合、第２近似直線ｙ＝Ｄｘ＋Ｅに直交し且つ連続方向の隣の照射方向で特定された反射点Ｐ３１を通る直線と、連続方向のうち各方向を表す直線ｙ＝（Ｃｋ）ｘとの交点に弱反射点が存在すると推定することができる。
この点、車両認識装置３０は、グルーピングデータＧ４へのレーザの照射方向が連続方向に対して片側にのみ連続している場合に、グルーピングデータＧ４へのレーザのそれぞれの照射方向で特定された反射点が直線上の点となるように近似した第２近似直線ｙ＝Ｄｘ＋Ｅに直交し且つ連続方向の隣の照射方向で特定された反射点Ｐ３１を通る直線ｙ＝Ｌｘ＋Ｍと、連続方向のうち各方向を表す直線ｙ＝（Ｃｋ）ｘとの交点に弱反射点Ｐ５１～Ｐ５５を補填する。このため、グルーピングデータＧ４へのレーザの照射方向が連続方向に対して片側にのみ連続している場合、すなわちグルーピングデータＧ４に含まれる反射点Ｐ３１～Ｐ３６へのレーザの照射方向同士の間に連続方向が存在していない場合であっても、弱反射部分に相当する弱反射点Ｐ５１～Ｐ５５を補填して補填後のグルーピングデータを作成することができる。
・作成された補填後のグルーピングデータに基づいて、共通の車両Ｃが認識される。このため、レーダ２０から照射したレーザの反射光が車両Ｃの一部から十分に得られなかった場合であっても、車両認識装置３０は車両Ｃを認識することができる。
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。
・図２６において、第１近似直線ｙ＝Ａｘ＋Ｂと、連続方向のうち各方向を表す直線ｙ＝（Ｃｋ）ｘとの交点を求めず、単に反射点Ｐ１２と反射点Ｐ１３との間に弱反射点を補填することもできる。
・レーダ２０は、前方の略１９０°の検知範囲Ｓをレーザで走査する広角の測距レーダに限らず、前方の略１２０°の検知範囲をレーザで走査する測距レーダや、前方の略２４０°の検知範囲をレーザで走査する広角の測距レーダであってもよい。
・レーダ２０が照射する電磁波は、レーザに限らず、指向性が所定よりも高い電磁波であれば、ミリ波や超音波であってもよい。
・屋内駐車場に限らず、工場内にレーダ２０を設置することもできる。この場合、車両として、フォークリフトや搬送車を認識対象とすることもできる。また、屋外の道路にレーダ２０を設置することもできる。この場合、背後パターンを構成する静止物体として、ガードレール、岩、木等、高さが所定以上の物体を想定することができる。工場内や屋外の道路であっても、検知範囲に対する車両の進入方向を予測することができ、車両の各部の検出態様をパターン化することができる。
・図３２に示すように、レーザを斜め下方へ照射するようにレーダ２０を配置してもよい。こうした構成によれば、レーザが壁やガードレール、岩、木等、高さが所定以上の物体に当たらない場合であっても、床Ｆや地面を静止物体として扱うことができる。このため、レーダ２０の周囲に高さが所定以上の静止物体が存在しない場合であっても、車両認識装置３０は弱反射部分に相当する弱反射点を補填して、補填後のグルーピングデータ（車両点群）を作成することができる。
・レーダ２０を車両等の移動物体に搭載することもできる。この場合、レーダ２０を搭載した自車両の位置及び速度を検出し、レーダ２０から静止物体や移動物体までの距離を自車両の位置及び速度に基づいて補正すればよい。
１０…車両認識システム、２０…レーダ、３０…車両認識装置、４０…車両、Ｃ…車両、Ｃ１…車両、Ｃ２…車両、Ｃ３…車両。

Claims (9)

  1. 指向性が所定よりも高い電磁波で検知範囲を走査し且つ前記検知範囲内において全周囲に静止物が存在する場所に設置されたレーダに適用され、前記電磁波の反射波に基づいて車両を認識する車両認識装置であって、
    前記走査における前記電磁波の全ての照射方向に存在する静止物により反射された前記電磁波の反射波に基づいて、前記走査における前記電磁波の全ての照射方向において、前記レーダから前記静止物までの距離を予め特定する静止物特定部と、
    それぞれの照射方向において、前記静止物特定部により予め特定された前記全ての照射方向における前記距離から、前記レーダから前記反射波に基づき検出した反射点までの距離を引いた差が閾値よりも大きい反射点を、前記レーダから前記静止物よりも近い距離で前記電磁波を反射する反射点として特定する反射点特定部と、
    前記反射点特定部により特定された前記反射点のうち、共通の車両に属する反射点の群である共通反射点群を特定する反射点群特定部と、
    前記反射波の強度が閾値よりも小さい前記電磁波の照射方向である弱反射方向を特定する弱反射特定部と、
    前記弱反射特定部により特定された前記弱反射方向のうち、前記反射点群特定部により特定された前記共通反射点群への前記電磁波の照射方向に連続している方向である連続方向を特定する連続方向特定部と、
    前記電磁波の全ての照射方向を含む平面における前記車両の輪郭が矩形であるとの仮定と前記反射点群特定部により特定された前記共通反射点群とに基づいて、前記連続方向特定部により特定された前記連続方向において、前記共通の車両に属すると推定される弱反射点を前記共通反射点群に補填して、前記共通の車両に属する点の群である車両点群を作成する点群作成部と、
    を備える車両認識装置。
  2. 前記点群作成部は、前記共通反射点群に含まれる前記反射点への前記電磁波の照射方向同士の間に前記連続方向が存在する場合に、前記連続方向の両隣の前記照射方向で特定された前記反射点同士の間に前記弱反射点を補填する請求項１に記載の車両認識装置。
  3. 前記点群作成部は、前記共通反射点群に含まれる前記反射点への前記電磁波の照射方向同士の間に前記連続方向が存在する場合に、前記連続方向の両隣の前記照射方向で特定された前記反射点同士の間において、前記共通反射点群に含まれる全ての反射点が矩形のいずれかの辺を含む直線上の点となるように近似した第１近似直線と、前記連続方向のうち各方向を表す直線との交点に前記弱反射点を補填する請求項１又は２に記載の車両認識装置。
  4. 前記点群作成部は、前記共通反射点群への前記電磁波の照射方向が前記連続方向に対して片側にのみ連続している場合に、前記共通反射点群への前記電磁波のそれぞれの照射方向で特定された前記反射点が直線上の点となるように近似した第２近似直線に直交し且つ前記連続方向の隣の前記照射方向で特定された前記反射点を通る直線と、前記連続方向のうち各方向を表す直線との交点に前記弱反射点を補填する請求項１～３のいずれか１項に記載の車両認識装置。
  5. 指向性が所定よりも高い電磁波で検知範囲を走査するレーダに適用され、前記電磁波の反射波に基づいて車両を認識する車両認識装置であって、
    前記反射波に基づいて、前記走査における前記電磁波の全ての照射方向において、前記レーダから静止物までの距離を特定する静止物特定部と、
    前記静止物特定部により特定された前記全ての照射方向における前記距離と前記反射波とに基づいて、前記レーダから前記静止物よりも近い距離で前記電磁波を反射する反射点の位置を特定する反射点特定部と、
    前記反射点特定部により特定された前記反射点のうち、共通の車両に属する反射点の群である共通反射点群を特定する反射点群特定部と、
    前記反射波の強度が閾値よりも小さい前記電磁波の照射方向である弱反射方向を特定する弱反射特定部と、
    前記弱反射特定部により特定された前記弱反射方向のうち、前記反射点群特定部により特定された前記共通反射点群への前記電磁波の照射方向に連続している方向である連続方向を特定する連続方向特定部と、
    前記電磁波の全ての照射方向を含む平面における前記車両の輪郭が矩形であるとの仮定と前記反射点群特定部により特定された前記共通反射点群とに基づいて、前記連続方向特定部により特定された前記連続方向において、前記共通の車両に属すると推定される弱反射点を前記共通反射点群に補填して、前記共通の車両に属する点の群である車両点群を作成する点群作成部と、
    を備え、
    前記点群作成部は、前記共通反射点群への前記電磁波の照射方向が前記連続方向に対して片側にのみ連続している場合に、前記共通反射点群への前記電磁波のそれぞれの照射方向で特定された前記反射点が直線上の点となるように近似した第２近似直線に直交し且つ前記連続方向の隣の前記照射方向で特定された前記反射点を通る直線と、前記連続方向のうち各方向を表す直線との交点に前記弱反射点を補填する車両認識装置。
  6. 前記レーダは、前記電磁波を斜め下方へ照射するように配置されている請求項１～５のいずれか１項に記載の車両認識装置。
  7. 前記点群作成部により作成された前記車両点群に基づいて、前記共通の車両を認識する車両認識部を備える請求項１～６のいずれか１項に記載の車両認識装置。
  8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の車両認識装置と、
    前記レーダと、を備える車両認識システム。
  9. コンピュータにインストールされるプログラムであって、
    前記コンピュータに、請求項１～７のいずれか１項に記載の車両認識装置が備える各部の機能を実現させる車両認識プログラム。
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