JP7234947B2 - 物体識別装置、物体識別方法および物体識別プログラム - Google Patents

物体識別装置、物体識別方法および物体識別プログラム Download PDF

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Description

本発明は、物体識別装置、物体識別方法および物体識別プログラムに関する。
特許文献１には、現在と過去のレーダ受信信号の差分を計算することで、背景静止物体（壁や家具など）からの経時的に一定な反射成分を除去し、屋内環境や壁の背後に存在する人体を検知する技術が記載されている。
国際公開ＷＯ２０１５／１０２７１３ H.Krim and M.Viberg, "Two decades of array signal processing research: the parametric approach," in IEEE Signal Processing Magazine, vol.13, no.4, pp.67-94, Jul. 1996.
しかしながら、上記文献に記載の技術では、屋内などの環境でレーダ装置から見て人体の背後に壁や家具などの背景静止物体が存在する場合、レーダ装置から背景静止物体への照射波もしくは背景静止物体からレーダ装置への反射波が人体に遮られることがある。この現象は一般的にシャドウイング効果と呼ばれる。
この場合、人体の動きに応じて背景静止物体からの反射成分も変動することがある。このとき、特許文献１に記載されているように、経時的に一定な反射成分を除去しても、背景静止物体からの反射成分が変動する反射成分として残存し、背景静止物体の位置に虚像が生じることがある。
このため、特許文献１に記載の技術では、移動する人体の背後に背景静止物体が存在する環境において、人体のみを検知することはできなかった。
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
送信アンテナから送信された送信信号と、前記送信信号が移動物体の表面で反射されて受信された第１反射成分、及び、前記移動物体により一部ないし全体が遮られた静止物体の表面で反射されて受信された第２反射成分を含む受信信号との位相差情報を生成する位相差情報生成部と、
前記位相差情報に基づいて、距離情報を計算する距離情報計算部と、
前記距離情報において、変化の多い成分を、前記移動物体に関する移動物体距離情報として分離する距離情報分離部と、
静止物体に関する静止物体距離情報および前記移動物体距離情報に基づいて、前記静止物体の位置に生じる前記移動物体の影響を小さくすることにより、前記静止物体と前記移動物体とを識別する識別部と、
を備え、
前記識別部は、
前記移動物体距離情報を前記静止物体距離情報で正規化することで正規化移動物体距離情報を算出する正規化部と、
前記正規化移動物体距離情報を用いて静止物体と移動物体を識別する物体識別部と、
を備えた物体識別装置である。
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
送信アンテナから送信された送信信号と、前記送信信号が移動物体の表面で反射されて受信された第１反射成分、及び、前記移動物体により一部ないし全体が遮られた静止物体の表面で反射されて受信された第２反射成分を含む受信信号との位相差情報を生成する位相差情報生成ステップと、
前記位相差情報に基づいて、距離情報を計算する距離情報計算ステップと、
前記距離情報において、変化の多い成分を、前記移動物体に関する移動物体距離情報として分離する距離情報分離ステップと、
前記移動物体距離情報を静止物体に関する静止物体距離情報で正規化することで正規化移動物体距離情報を算出する正規化ステップと、
前記正規化移動物体距離情報を用いて静止物体と移動物体を識別する物体識別ステップと、
を含む物体識別方法である。
上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、
送信アンテナから送信された送信信号と、前記送信信号が移動物体の表面で反射されて受信された第１反射成分、及び、前記移動物体により一部ないし全体が遮られた静止物体の表面で反射されて受信された第２反射成分を含む受信信号との位相差情報を生成する位相差情報生成ステップと、
前記位相差情報に基づいて、距離情報を計算する距離情報計算ステップと、
前記距離情報において、変化の多い成分を、前記移動物体に関する移動物体距離情報として分離する距離情報分離ステップと、
前記移動物体距離情報を静止物体に関する静止物体距離情報で正規化することで正規化移動物体距離情報を算出する正規化ステップと、
前記正規化移動物体距離情報を用いて静止物体と移動物体を識別する物体識別ステップと、
をコンピュータに実行させる物体識別プログラムである。
本発明によれば、移動する人体の背後に背景静止物体が存在する環境において、人体のみを検知することができる。
本発明の第１実施形態に係る物体識別装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る物体識別装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る距離情報分離部の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る識別部の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る識別部の他の構成例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る物体識別装置の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る距離情報分離部の構成を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る物体識別装置の構成を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る物体識別装置の構成を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る物体識別装置の構成を示す図である。 本発明の第７実施形態に係る物体識別装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るコンピュータの構成を示すブロック図である。
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、下記図面において、一方向性の矢印は、ある信号の流れの方向を端的に示したものであり、双方向性を排除するものではない。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての物体識別装置１００について、図１を用いて説明する。物体識別装置１００は、送信信号入力部１０１と受信信号入力部１０２と位相差情報計算部１１０と距離情報計算部１２０と距離情報分離部１３０と識別部１４０とを含む。
送信信号生成部は、送信信号を生成し、送信信号入力部１０１および送信アンテナに供給する。送信信号入力部１０１は、送信信号生成部から送信信号を受けて、位相差情報計算部１１０に供給する。送信アンテナは、送信信号生成部から供給された送信信号を空間に照射する。
空間に存在する人体および静止物体は、送信アンテナから照射された送信信号を表面で反射する。反射された送信信号の一部は受信アンテナに到達する。受信アンテナは、人体および静止物体で反射した送信信号を、受信信号として受け、受信信号入力部１０２に供給する。受信信号入力部１０２は、受信アンテナから受信信号を受け、位相差情報計算部１１０に供給する。
位相差情報計算部１１０には、送信信号入力部１０１から送信信号が供給されると同時に、受信信号入力部１０２から受信信号が供給される。位相差情報計算部１１０は、送信信号と受信信号間の位相差情報を計算し、距離情報計算部１２０に供給する。
位相差情報計算部１１０は、乗算部１１１を備える。パルス方式レーダの場合、乗算部１１１は、送信信号と受信信号の相互相関を計算し、位相差情報として距離情報計算部１２０に供給する。ＦＭＣＷ方式レーダの場合、乗算部１１１は、送信信号と受信信号の積に低域通過フィルタを適用して位相差情報を生成し、距離情報計算部１２０に供給する。
距離情報計算部１２０は、位相差情報計算部１１０から受けた位相差情報を用いて距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を計算する。ここでｋは測定フレーム番号、ｒは物体識別装置１００からの距離を示す。距離情報計算部１２０は、距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を距離情報分離部１３０に供給する。パルス方式レーダの場合、距離情報計算部１２０は、位相差情報に含まれる位相差を距離に換算して距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を計算し、距離情報分離部１３０に供給する。ＦＭＣＷ方式レーダの場合、距離情報計算部１２０は、位相差情報に対してフーリエ変換を行うことで位相差情報の周波数スペクトルを算出し、その周波数を距離に換算して得られた距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を距離情報分離部１３０に供給する。
距離情報Ａ(ｋ，ｒ)には、人体からの反射成分と静止物体からの反射成分が含まれる。人体は動きを持ち、静止物体は静止状態にあるので、距離情報Ａ(ｋ，ｒ)のうち、変化の多い成分が人体からの反射に起因し、変化の少ない成分が静止物体からの反射に起因する。そのため、変化量に基づいて距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を分離することで、人体および静止物体に関する距離情報を別々に得られる。距離情報分離部１３０は、距離情報計算部１２０から受けた距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)と、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)に分離して、識別部１４０に供給する。
図１に示すように送信アンテナもしくは受信アンテナと静止物体の間に人体が存在する場合、送信アンテナから静止物体へ向かう送信信号もしくは静止物体から受信アンテナに向かう送信信号の一部または全部が人体に遮られる。このため、人体の動きに伴って静止物体からの受信信号の強度が変化する。この現象は、シャドウイングと呼ばれる。この強度変化のため、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)には、人体からの反射成分に加え、静止物体の距離における虚像が含まれることがある。この虚像は、人体を誤検知する原因となるため、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)に含まれる人体からの反射と静止物体の距離に生じる虚像を識別する必要がある。
識別部１４０は、距離情報分離部１３０から受けた移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)と静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)を用いて、静止物体の距離に生じる虚像を除去することで人体と静止物体を識別する。識別部１４０は、識別結果を出力する。
以上の構成によれば、移動する人体の背後に静止物体が存在する環境において、静止物体の距離に生じる虚像を除去できるので、人体のみを検知することができる。
［第２実施形態］
《全体構成》
次に本発明の第２実施形態に係る物体識別装置２００について、図２から図４を用いて説明する。図２は、第２実施形態としての物体識別装置２００の構成を説明するための図である。
物体識別装置２００は、送信信号入力部２０１と受信信号入力部２０２と位相差情報計算部２１０と距離情報計算部２２０と距離情報分離部２３０と識別部２４０とを含む。
送信信号入力部２０１は、送信信号を受けて位相差情報計算部２１０に供給する。受信信号入力部２０２は、人体および静止物体で反射した送信信号を受信信号として受け、位相差情報計算部２１０に供給する。
位相差情報計算部２１０には、送信信号入力部２０１から送信信号が供給されると同時に、受信信号入力部２０２から受信信号が供給される。位相差情報計算部２１０は、送信信号と受信信号間の位相差情報を計算し、距離情報計算部２２０に供給する。
距離情報計算部２２０は、位相差情報計算部２１０から受けた位相差情報を用いて距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を計算し、距離情報分離部２３０に供給する。
距離情報分離部２３０は、距離情報計算部２２０から受けた距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)と、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)に分離し、識別部２４０に供給する。
識別部２４０は、距離情報分離部２３０から受けた移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)と静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)を用いて、静止物体の距離に生じる虚像を除去することで人体と静止物体を識別する。識別部２４０は、識別結果を出力する。
《距離情報分離部の構成》
図３は、本実施形態に係る物体識別装置２００に含まれる距離情報分離部２３０の構成を説明するための図である。図３に示すように、距離情報分離部２３０は、移動物体距離情報計算部３１０と静止物体距離情報計算部３２０を含む。
静止物体距離情報計算部３２０は、距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を受け、距離情報Ａ(ｋ，ｒ)のうち変動が少ない成分を静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)として計算する。例えば、以下の数式（１）に示すように、直近の測定フレームＭ個にわたる距離情報Ａ(ｌ，ｒ)の平均を計算することで変動の少ない成分を抽出することができる。
Figure 0007234947000001
もしくは、直近のデータに対して大きな重みを付ける指数移動平均を表す数式（２）を用いて、変動の少ない成分を抽出してもよい。
ＡS (ｋ，ｒ)＝αＡS (ｋ－１，ｒ)＋（１－α）Ａ(ｋ，ｒ) ・・・（２）
ここで、αは指数移動平均における重みを決定する定数であり、０より大きく１より小さい。以上に示した変動の少ない成分の抽出方法はいずれも低域通過フィルタを適用して変動の多い成分を除去するものであり、その他各種低域通過フィルタを適用してもよい。静止物体距離計算部３２０は、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)を出力する。
移動物体距離情報計算部３１０は、距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を受け、距離情報のうち変動の多い成分を移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)として計算する。例えば、数式（３）に示すように連続する測定フレームにおける距離情報Ａ(ｋ，ｒ)の差分を計算することで、フレーム間で変動する成分のみを抽出する。
ＡM(ｋ，ｒ)＝Ａ(ｋ，ｒ)－Ａ(ｋ－１，ｒ) ・・・（３）
また、距離情報Ａ(ｋ，ｒ)は、人体からの反射波と静止物体からの反射波の和である受信信号を線型変換することにより計算される。そのため、距離情報Ａ(ｋ，ｒ)は、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)と移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)の和となる。したがって、数式（４）に示すように、静止物体距離情報計算部３２０と同様に静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)を計算し、距離情報Ａ(ｋ，ｒ)から変動の少ない成分である静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)を減算することで、変動の多い成分のみを抽出してもよい。
ＡM(ｋ，ｒ)＝Ａ(ｋ，ｒ)－ＡS(ｋ，ｒ) ・・・（４）
その他各種高域通過フィルタを適用して変動の少ない成分を除去してもよい。移動物体距離情報計算部３１０は、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)を出力する。
《識別部の構成》
図４は、本実施形態に係る物体識別装置２００に含まれる識別部２４０の構成を説明するための図である。図４に示すように、識別部２４０は、正規化部４１０と物体識別部４２０を含む。
正規化部４１０は、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)および静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)を受けて、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)で移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)を正規化し、正規化移動物体距離情報ＡX(ｋ，ｒ)を計算する。例えば、以下の数式（５）に示すように、距離ｒごとに移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)の振幅を静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)の振幅で正規化する。
Figure 0007234947000002
距離ｒ1に人体が存在し、静止物体が存在しない場合、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ1)と静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ1)の関係は数式（６）の通りになる。
｜ＡM(ｋ，ｒ1)｜＞｜ＡS(ｋ，ｒ1)｜ ・・・（６）
一方、距離ｒ2に静止物体のみが存在し、その静止物体距離情報が以下の数式（７）で表される場合を考える。
Figure 0007234947000003
ここで、ｊは虚数単位である。また、Ｐ2、φ2はそれぞれ距離ｒ2に存在する静止物体から反射して受信された信号の電力および位相である。シャドウイングによりこの静止物体からの反射強度が減少する場合、測定される距離情報Ａ (ｋ，ｒ2)は以下の数式（８）の通りになる。
Figure 0007234947000004
ここで、βはシャドウイングの大きさを示す定数であり、０以上１以下である。全くシャドウイングが生じない場合、β＝１である。このとき、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ2)を数式（４）に従って算出すると、数式（４）、数式（７）、数式（８）から、数式（９）の通りになる。
Figure 0007234947000005
距離ｒ2には静止物体のみが存在するにもかかわらず、β≠１の場合、数式（９）に示される移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ2)はゼロとならない。この移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ2)はシャドウイングに起因して発生する虚像である。このとき、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ2)の振幅と静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ2)の振幅の関係は以下の数式（１０）の通りになる。
Figure 0007234947000006
虚像の振幅｜ＡM(ｋ，ｒ2)｜が、人体の像｜ＡM(ｋ，ｒ1)｜に比べて無視できない大きさである場合、虚像を人体として検知する可能性がある。このとき、距離ｒ1における正規化移動物体距離情報ＡX(ｋ，ｒ1)およびｒ2における正規化移動物体距離情報ＡX(ｋ，ｒ2)を数式（５）に従って計算すると、数式（５）、数式（６）、数式（１０）から、それぞれ数式（１１）および数式（１２）となる。
ＡX(ｋ，ｒ1)＞１ ・・・（１１）
ＡX(ｋ，ｒ2)≦１ ・・・（１２）
数式（１１）および数式（１２）に示すように、正規化移動物体距離情報ＡX(ｋ，ｒ)に含まれる虚像の大きさＡX(ｋ，ｒ2)は人体の像の大きさＡX(ｋ，ｒ1)よりも小さくなる。
もしくは、数式（５）の代わりに以下の数式（１３）を用いて、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)のうち、振幅が閾値Ｔｈ1より小さい要素をＴｈ1に置換した値を用いて移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)の振幅を正規化してもよい。
Figure 0007234947000007
また、以下の数式（１４）に示すように、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)の振幅に正則化項として一定値Δを加算した値を用いて移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)の振幅を正規化してもよい。
Figure 0007234947000008
数式（１３）および数式（１４）に示す方法を用いて、ゼロもしくはゼロに近い値による正規化を防ぐことで、正規化移動物体距離情報ＡX(ｋ，ｒ)の振幅が極端に大きな値になる現象を回避することができる。正規化部４１０は、正規化移動物体距離情報ＡX(ｋ，ｒ)を物体識別部４２０に供給する。
物体識別部４２０は、正規化部４１０から受けた正規化移動物体距離情報ＡX(ｋ，ｒ)に基づき、人体からの反射と他の物体からの反射を識別する。例えば、物体識別部４２０は、数式（１５）に示す不等式が成立する距離ｒに存在する物体は人体であると判断する。また、物体識別部４２０は、以下の数式（１５）を満たさない距離ｒに存在する物体は静止物体もしくは虚像であると判断する。
Figure 0007234947000009
ここで、Ｔｈ2は閾値を表す。物体識別部４２０は、識別結果を出力する。
図５は、本実施形態に係る物体識別装置２００に含まれる識別部２４０の、他の構成例を説明するための図である。図５に示すように、識別部２４０は、移動物体領域計算部５１０と、静止物体領域計算部５２０と、物体識別部５３０とを含む。
移動物体領域計算部５１０は、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)を受けて、移動物体領域ＲMkを計算する。移動物体領域ＲMkは、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)の振幅が閾値Ｔｈ3よりも大きくなる距離ｒの集合であり、数式（１６）の通りに計算される。
Figure 0007234947000010
移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)には、移動物体からの反射成分に加え、虚像成分が含まれることがある。そのため、移動物体領域ＲMkには、移動物体の存在する距離ｒに加えて、虚像が存在する距離ｒも含まれることがある。移動物体領域計算部５１０は、移動物体領域ＲMkを物体識別部５３０に供給する。
静止物体領域計算部５２０は、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)を受けて、静止物体領域ＲSkを計算する。静止物体領域ＲSkは、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)の振幅が閾値Ｔｈ4よりも大きくなる距離ｒの集合であり、以下の数式（１７）の通りに計算される。
Figure 0007234947000011
静止物体領域ＲSkは、静止物体の存在する距離ｒの集合である。静止物体領域計算部５２０は、静止物体領域ＲSkを物体識別部５３０に供給する。
物体識別部５３０は、移動物体領域計算部５１０から受けた移動物体領域ＲMkと、静止物体領域計算部５２０から受けた静止物体領域ＲSkとに基づき、人体からの反射と他の物体からの反射を識別する。移動物体領域ＲMkには、移動物体の存在する距離ｒ1に加えて、虚像が存在する距離ｒ2も含まれることがある。このとき、距離ｒ1には静止物体が存在せず、距離ｒ2には静止物体が存在するため、静止物体領域ＲSkは距離ｒ2を含み、距離ｒ1を含まない。このことから、物体識別部５３０は、移動物体領域ＲMkに含まれる距離ｒのうち、静止物体領域ＲSkに含まれていない距離ｒ1に存在する物体は人体であると判断する。また、物体識別部５３０は、移動物体領域ＲMkに含まれる距離ｒのうち、静止物体領域ＲSkに含まれている距離ｒ2に存在する物体は虚像であると判断する。物体識別部５３０は、識別結果を出力する。
以上説明したとおり本実施形態の構成によれば、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)と静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)を用いて人体と虚像を識別するため、移動する人体の背後に背景静止物体が存在する環境において、人体のみを検知できる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る物体識別装置６００について、図６を用いて説明する。図２に示した第２実施形態に係る物体識別装置２００と比べた場合、図６に示す本実施形態に係る物体識別装置６００は、距離情報分離部２３０が距離情報分離部６１０に置換されている。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
本発明の第３実施形態に係る距離情報分離部６１０について、図７を用いて説明する。図３に示した第２実施形態に係る距離情報分離部２３０と比べた場合、図７に示す本実施形態に係る距離情報分離部６１０は、静止物体距離情報計算部３２０が静止物体距離情報記憶部７１０に置換されている。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
本実施形態では、人体の検出を目的とする測定を開始する以前の時刻において、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)の記憶を目的とした事前測定を実施する。事前測定は、空間内に移動物体が存在せず、静止物体だけが存在する時刻に置いて実施する。事前測定時に、静止物体距離情報記憶部７１０は、距離情報計算部２２０から距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を受ける。事前測定において得られた距離情報Ａ(ｋ，ｒ)には、静止物体に関する距離情報のみが含まれている。よって、静止物体距離情報記憶部７１０は、距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)として記憶する。
事前測定終了後、人体の検出を目的とする測定が開始されると、静止物体距離情報記憶部７１０は、事前測定において記憶した静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)を識別部２４０に供給する。
このような構成により、第２実施形態の効果に加えて、人体の検出を目的とした測定を開始する以前の時刻において静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)を記憶することで、測定ごとに静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)を計算する必要がなくなり、安価で高性能な物体識別装置を提供することができる。
［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態に係る物体識別装置８００について、図８を用いて説明する。図８は、第４実施形態としての物体識別装置８００の構成を説明するための図である。
物体識別装置８００は、送信信号入力部８０１と複数の受信信号入力部８０２1，．．．，８０２Nと位相差情報計算部８１０と距離情報計算部８２０と距離情報分離部８３０と識別部８４０とを含む。ここで、Ｎは受信信号入力部の総数を示す。
送信信号入力部８０１は、送信信号ｓtを受けて位相差情報計算部８１０に供給する。受信信号入力部８０２nは、受信信号ｓrnを受けて位相差情報計算部８１０に供給する。ここで、ｎは１からＮまでの間の整数である。ここで、受信信号ｓrnは、人体および静止物体で反射した送信信号ｓtを、複数の受信アンテナで受信信号ｓr1，．．．，ｓrNとして受けたもののうちの１つである。複数の受信信号ｓr1，．．．，ｓrNの間には、人体および静止物体の存在する方向に応じた位相差が生じる。
位相差情報計算部８１０には、送信信号入力部８０１から送信信号ｓtが供給されると同時に、複数の受信信号入力部８０２1，．．．，８０２Nからそれぞれ受信信号ｓr1，．．．，ｓrNが供給される。位相差情報計算部８１０は、複数の受信信号ｓr1，．．．，ｓrNそれぞれについて、送信信号ｓtとの位相差情報ｓp1，．．．，ｓpNを計算する。位相差情報計算部８１０は、複数の位相差情報ｓp1，．．．，ｓpNを距離情報計算部８２０に供給する。複数の位相差情報ｓp1，．．．，ｓpNの間には、人体および静止物体の存在する方向に応じた位相差が生じる。
距離情報計算部８２０は、複数の位相差情報ｓp1，．．．，ｓpNを位相差情報計算部８１０から受ける。距離情報計算部８２０は、複数の位相差情報ｓp1，．．．，ｓpNを用いて、人体の検知を行う空間の範囲内であらかじめ定められた複数の方向θ1，．．．，θIに対する距離情報Ａ(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，Ａ(ｋ，ｒ，θI)を計算する。ここで、Ｉは方向θの総数を示す。方向の定め方としては、例えば、物体識別装置８００から見た正面方向を０°として、－９０°から９０°までの間で等間隔に定める方法が考えられる。また、－９０°から９０°までの間で、０°付近において角度の間隔を狭め、９０°および－９０°付近では角度の間隔を広げる設定方法も考えられる。複数の方向θ1，．．．，θIに対する距離情報Ａ(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，Ａ(ｋ，ｒ，θI)の算出方法を以下で詳細に述べる。まず、距離情報計算部８２０は、複数の位相差情報ｓp1，．．．，ｓpNそれぞれに対して、第２実施形態と同様に距離情報Ａ1(ｋ，ｒ)，．．．，ＡN(ｋ，ｒ)を計算する。その後、距離情報Ａ1(ｋ，ｒ)，．．．，ＡN(ｋ，ｒ)を用いて、複数の方向θ1，．．．，θIに対する距離情報Ａ(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，Ａ(ｋ，ｒ，θI)を算出する。例えば、Ｎ個のアンテナを一直線上に並べたリニアアレーアンテナで受信信号ｓr1，．．．，ｓrNを受ける場合、非特許文献１におけるＢａｒｔｌｅｔｔの古典的ビームフォーマー法を適用することで距離情報Ａ(ｋ，ｒ，θi)を以下の数式（１８）の通りに算出することができる。
Figure 0007234947000012
ここで、λは空間に放射された送信信号Ｓtの波長である。また、ｄnは、受信信号Ｓr1を受信した受信アンテナと、受信信号Ｓrnを受信した受信アンテナの間の距離である。距離情報計算部８２０は距離情報Ａ(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，Ａ(ｋ，ｒ，θI)を、距離情報分離部８３０に供給する。
距離情報分離部８３０は、距離情報計算部８２０から受けた距離情報Ａ(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，Ａ(ｋ，ｒ，θI)を、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，ＡM(ｋ，ｒ，θI)と、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，ＡS(ｋ，ｒ，θI)に分離する。ある方向θiに着目すると、第２実施形態における距離情報分離部２３０の動作と同様に、距離情報分離部８３０は、距離情報Ａ(ｋ，ｒ，θi)を移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ，θi)と静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ，θi)に分離する。距離情報分離部８３０は、この分離を全ての方向θ1，．．．，θIに対して行う。距離情報分離部８３０は、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，ＡM(ｋ，ｒ，θI)と、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，ＡS(ｋ，ｒ，θI)を識別部８４０に供給する。
識別部８４０は、距離情報分離部８３０から受けた移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，ＡM(ｋ，ｒ，θI)と、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，ＡS(ｋ，ｒ，θI)を用いて、静止物体の距離に生じる虚像を除去することで人体と静止物体を識別する。ある方向θiに着目すると、第２実施形態における識別部２４０の動作と同様に、識別部８４０は移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ，θi)と静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ，θi)を用いて、静止物体の距離に生じる虚像を除去し、人体と静止物体を識別する。ここで、iは１からＩまでの間の整数である。距離情報分離部８４０は、この識別を全ての方向θ1，．．．，θIに対して行う。識別部８４０は、識別結果を出力する。
以上説明したとおり本実施形態の構成によれば、複数の方向θ1，．．．，θIに対する移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，ＡM(ｋ，ｒ，θI)と、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，ＡS(ｋ，ｒ，θI)を用いて人体と虚像を識別する。そのため、移動する人体の背後に背景静止物体が存在する環境に加え、移動する人体と異なる方向の等距離に背景静止物体が存在する環境においても、人体のみを検知できる。
［第５実施形態］
次に本発明の第５実施形態に係る物体識別装置９００について、図９を用いて説明する。図９は、第５実施形態としての物体識別装置９００の構成を説明するための図である。
物体識別装置９００は、複数の送信信号入力部９０１1，．．．，９０１Qと複数の受信信号入力部９０２1，．．．，９０２Nと位相差情報計算部９１０と距離情報計算部９２０と距離情報分離部８３０と識別部８４０とを含む。ここで、Ｑは送信信号入力部の総数を示す。
送信信号入力部９０１qは、送信信号ｓtqを受けて位相差情報計算部９１０に供給する。ここで、ｑは１からＱまでの間の整数である。また、送信信号ｓtqは、複数の送信アンテナで送信信号ｓt1，．．．，ｓtQとして空間に照射されたもののうちの１つである。また、送信信号ｓt1，．．．，ｓtQは、時分割多重化、周波数分割多重化、符号分割多重化などの手法により多重化されて空間に照射される。受信信号入力部９０２nは、複数の受信信号ｓr(1,n)，．．．，ｓr(Q,n)を受けて位相差情報計算部９１０に供給する。ここで、複数の受信信号ｓr(1,n)，．．．，ｓr(Q,n)は、人体および静止物体で反射した複数の送信信号ｓt1，．．．，ｓtQを、複数の受信アンテナのうちの１つで受けたものである。Ｎ個の受信信号入力部全体で総計Ｑ×Ｎ個の受信信号ｓr(1,1)，．．．，ｓr(Q,N)が得られ、それらの間には、人体および静止物体の存在する方向に応じた位相差が生じる。
位相差情報計算部９１０には、送信信号入力部９０１1，．．．，９０１Qからそれぞれ送信信号ｓt1，．．．，ｓrQが供給されると同時に、複数の受信信号入力部９０２1，．．．，９０２Nから、総計Ｑ×Ｎ個の受信信号ｓr(1,1)，．．．，ｓr(Q,N)が供給される。位相差情報計算部９１０は、供給された受信信号ｓr(q,n)それぞれについて、対応する送信信号ｓtnとの位相差情報ｓp(q,n)を計算する。位相差情報計算部９１０は、総計Ｑ×Ｎ個の位相差情報ｓp(1,1)，．．．，ｓp(Q,N)を距離情報計算部９２０に供給する。総計Ｑ×Ｎ個の位相差情報ｓp(1,1)，．．．，ｓp(Q,N)の間には、人体および静止物体の存在する方向に応じた位相差が生じる。
距離情報計算部９２０は、総計Ｑ×Ｎ個の位相差情報ｓp(1,1)，．．．，ｓp(Q,N)を位相差情報計算部９１０から受ける。距離情報計算部９２０は、総計Ｑ×Ｎ個の位相差情報ｓp(1,1)，．．．，ｓp(Q,N)を用いて、第４実施形態同様に、人体の検知を行う空間の範囲内で、あらかじめ定められた複数の方向θ1，．．．，θIに対する距離情報Ａ(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，Ａ(ｋ，ｒ，θI)を計算する。複数の方向θ1，．．．，θIに対する距離情報Ａ(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，Ａ(ｋ，ｒ，θI)の算出方法を以下で詳細に述べる。
まず、距離情報計算部９２０は、総計Ｑ×Ｎ個の位相差情報ｓp(1,1)，．．．，ｓp(Q,N)それぞれに対して、第２実施形態と同様に距離情報Ａ(1,1)(ｋ，ｒ)，．．．，Ａ(Q,N)(ｋ，ｒ)を計算する。その後、距離情報Ａ(1,1)(ｋ，ｒ)，．．．，Ａ(Q,N)(ｋ，ｒ)を用いて、複数の方向θ1，．．．，θIに対する距離情報Ａ(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，Ａ(ｋ，ｒ，θI)を算出する。例えば、Ｑ個のアンテナを一直線上に並べたリニアアレーアンテナで送信信号ｓt1，．．．，ｓtQを空間に照射し、Ｎ個のアンテナを一直線上に並べたリニアアレーアンテナで受信信号ｓr(1,1)，．．．，ｓr(Q,N)を受ける場合、非特許文献１におけるＢａｒｔｌｅｔｔの古典的ビームフォーマー法を適用することで距離情報Ａ(ｋ，ｒ，θi)を以下の数式（１９）の通りに算出することができる。
Figure 0007234947000013
ここで、ｄqは、送信信号Ｓt1を照射した送信アンテナと、送信信号Ｓtqを照射した送信アンテナの間の距離である。距離情報計算部９２０は距離情報Ａ(ｋ，ｒ，θ1)，．．．，Ａ(ｋ，ｒ，θI)を、距離情報分離部８３０に供給する。
着目した方向に対する距離情報を得るとともに、他の方向からの成分の混入を抑えるためには、多数の位相差情報を必要とする。本実施形態の構成によれば、送信アンテナ数と受信アンテナ数の積Ｑ×Ｎに等しい数の位相差情報が得られるため、受信アンテナ数Ｎに等しい数の位相差情報が得られる第４実施形態と比較して、異なる方向に存在する物体の分離検知性能が向上する。
［第６実施形態］
次に本発明の第６実施形態に係る物体識別装置１０００について、図１０を用いて説明する。図１０は、第６実施形態としての物体識別装置１０００の構成を説明するための図である。
物体識別装置１０００は、受信アンテナ１０５０を備える。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
受信アンテナ１０５０は、人体および静止物体で反射した送信信号を、受信信号として受け、受信信号入力部１０２に供給する。
以上説明したとおり本実施形態の構成によれば、受信アンテナを備えるため、別途受信アンテナを用意することなく第２実施形態と同様の効果を得られる。
［第７実施形態］
次に本発明の第７実施形態に係る物体識別装置１１００について、図１１を用いて説明する。図１１００は、第７実施形態としての物体識別装置１１００の構成を説明するための図である。
物体識別装置１１００は、送信信号生成部１１６０と送信アンテナ１１７０とを備える。その他の構成および動作は、第６実施形態と同様であるため、同じ構成には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
送信信号生成部１１６０は、送信信号を生成し、送信信号入力部２０１および送信アンテナ１１７０に供給する。送信アンテナ１１７０は、送信信号生成部１１６０から供給された送信信号を空間に照射する。
以上説明したとおり本実施形態の構成によれば、送信信号生成部および送信アンテナを備えるため、別途送信信号生成部および送信アンテナを用意することなく第６実施形態と同様の効果を得られる。
［他の実施形態］
以上、本発明の複数の実施形態について詳述したが、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、上述の実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。そのようなプログラムは、信号処理装置を構成するＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサで実行される。さらには、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。
図１２は、第１実施形態を信号処理プログラムにより構成する場合に、その信号処理プログラムを実行するコンピュータ１２００の構成図である。コンピュータ１２００は、入力部１２１０と、ＣＰＵ１２２０と、出力部１２３０と、メモリ１２４０とを含む。
ＣＰＵ１２２０は、メモリ１２４０に記憶された信号処理プログラムを読み込むことにより、コンピュータ１２００の動作を制御する。すなわち、信号処理プログラムを実行したＣＰＵ１２２０は、ステップＳ１２５０において、まず、入力部１２１０から、送信信号と受信信号を入力し、送信信号と受信信号間の位相差情報を計算する。
ＣＰＵ１２２０は、ステップＳ１２６０において、位相差情報を用いて距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を計算する。
ＣＰＵ１２２０は、ステップＳ１２７０において、距離情報Ａ(ｋ，ｒ)を、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)と、静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)に分離する。
ＣＰＵ１２２０は、ステップＳ１２８０において、移動物体距離情報ＡM(ｋ，ｒ)と静止物体距離情報ＡS(ｋ，ｒ)を用いて、静止物体の距離に生じる虚像を除去することで人体と静止物体を識別する。
［実施形態の他の表現］
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
送信信号と、空間に放射された前記送信信号が前記空間内の移動物体および静止物体の表面で反射されて受信された受信信号との位相差情報を計算する位相差情報計算部と、
前記位相差情報を用いて距離情報を計算する距離情報計算部と、
前記距離情報を、前記移動物体に関する距離情報である移動物体距離情報と、前記静止物体に関する距離情報である静止物体距離情報とに分離する距離情報分離部と、
前記静止物体距離情報および前記移動物体距離情報に基づいて、前記静止物体と前記移動物体とを識別する識別部と、
を備えた物体識別装置。
（付記２）
前記距離情報分離部は、
前記距離情報のうち変動が多い成分を前記移動物体距離情報として出力する移動物体距離情報計算部と、
前記距離情報のうち変動が少ない成分を前記静止物体距離情報として出力する静止物体距離情報計算部と、
を含む付記１に記載の物体識別装置。
（付記３）
前記距離情報分離部は、
前記距離情報のうち変動が多い成分を前記移動物体距離情報として出力する移動物体距離情報計算部と、
前記空間内に移動物体が存在せず、静止物体だけが存在するときの前記距離情報を前記静止物体距離情報としてあらかじめ記憶しておく静止物体距離情報記憶部と、
を備える付記１に記載の物体識別装置。
（付記４）
前記識別部は、
前記移動物体距離情報に基づいて移動物体領域を計算する移動物体領域計算部と、
前記静止物体距離情報に基づいて静止物体領域を計算する静止物体領域計算部と、
前記移動物体領域および前記静止物体領域に基づいて、静止物体と移動物体とを識別する物体識別部と、
を備えた付記１から３のいずれか１項に記載の物体識別装置。
（付記５）
前記識別部は、
前記移動物体距離情報を前記静止物体距離情報で正規化することで正規化移動物体距離情報を算出する正規化部と、
前記正規化移動物体距離情報を用いて静止物体と移動物体を識別する物体識別部と、
を備えた付記１から３のいずれか１項に記載の物体識別装置。
（付記６）
前記位相差情報計算部は、
複数の受信位置で前記受信信号を受けて、前記送信信号と前記複数の受信信号の組み合わせそれぞれに対応する前記位相差情報を複数の位相差情報として計算し、
前記距離情報計算部は、
前記複数の位相差情報を用いて複数方向に対する距離情報を求め、
前記距離情報分離部は、
前記複数方向に対する距離情報を、複数方向に対する前記移動物体距離情報と、複数方向に対する前記静止物体距離情報とに分離する、
付記１から５のいずれか１項に記載の物体識別装置。
（付記７）
前記位相差情報計算部は、
複数の送信位置で前記送信信号を送信し、複数の受信位置で前記受信信号を受けて、前記複数の送信信号と前記複数の受信信号の組み合わせそれぞれに対応する前記位相差情報を複数の位相差情報として計算し、
前記距離情報計算部は、
前記複数の位相差情報を用いて複数方向に対する距離情報を求め、
前記距離情報分離部は、
前記複数方向に対する距離情報を、複数方向に対する前記移動物体距離情報と、複数方向に対する前記静止物体距離情報とに分離する、
付記１から６のいずれか１項に記載の物体識別装置。
（付記８）
前記空間に放射され、前記空間内に位置する前記移動物体および前記静止物体にて反射した前記送信信号を受信して前記受信信号を生成する受信アンテナをさらに備えた付記１から７のいずれか１項に記載の物体識別装置。
（付記９）
前記送信信号を生成する送信信号生成部と、
前記送信信号を空間に放射する送信アンテナとをさらに備えた付記１から８のいずれか１項に記載の物体識別装置。
（付記１０）
送信信号と受信信号の位相差情報を計算するステップと、
前記位相差情報を用いて距離情報を計算するステップと、
前記距離情報を、移動物体に関する距離情報である移動物体距離情報と、静止物体に関する距離情報である静止物体距離情報とに分離するステップと、
前記静止物体距離情報と前記移動物体距離情報に基づいて静止物体と移動物体を識別するステップと、
を含む物体識別方法。
（付記１１）
送信信号と受信信号の位相差情報を計算するステップと、
前記位相差情報を用いて距離情報を計算するステップと、
前記距離情報を、移動物体に関する距離情報である移動物体距離情報と、静止物体に関する距離情報である静止物体距離情報とに分離するステップと、
前記静止物体距離情報と前記移動物体距離情報に基づいて静止物体と移動物体を識別するステップと、
をコンピュータに実行させる物体識別プログラム。

Claims (8)

  1. 送信アンテナから送信された送信信号と、前記送信信号が移動物体の表面で反射されて受信された第１反射成分、及び、前記移動物体により一部ないし全体が遮られた静止物体の表面で反射されて受信された第２反射成分を含む受信信号との位相差情報を生成する位相差情報生成部と、
    前記位相差情報に基づいて、距離情報を計算する距離情報計算部と、
    前記距離情報において、変化の多い成分を、前記移動物体に関する移動物体距離情報として分離する距離情報分離部と、
    静止物体に関する静止物体距離情報および前記移動物体距離情報に基づいて、前記静止物体の位置に生じる前記移動物体の影響を小さくすることにより、前記静止物体と前記移動物体とを識別する識別部と、
    を備え、
    前記識別部は、
    前記移動物体距離情報を前記静止物体距離情報で正規化することで正規化移動物体距離情報を算出する正規化部と、
    前記正規化移動物体距離情報を用いて静止物体と移動物体を識別する物体識別部と、
    を備えた物体識別装置。
  2. 前記距離情報分離部は、
    空間内に移動物体が存在せず、静止物体だけが存在するときの前記距離情報を静止物体距離情報としてあらかじめ記憶しておく静止物体距離情報記憶部を備え、
    前記識別部は、
    前記距離情報分離部が分離した前記移動物体距離情報と、前記静止物体距離情報記憶部に記憶された静止物体距離情報とに基づいて、前記静止物体と前記移動物体とを識別する請求項１に記載の物体識別装置。
  3. 前記識別部は、
    前記移動物体距離情報に基づいて移動物体領域を計算する移動物体領域計算部と、
    前記静止物体距離情報に基づいて静止物体領域を計算する静止物体領域計算部と、
    を更に備え、
    前記物体識別部は、さらに、前記移動物体領域および前記静止物体領域に基づいて、静止物体と移動物体とを識別する請求項１または２に記載の物体識別装置。
  4. 前記位相差情報生成部は、
    複数の受信位置で複数の前記受信信号を受信して、前記送信信号と前記複数の受信信号との組み合わせそれぞれに対応する複数の位相差情報を生成し、
    前記距離情報計算部は、
    前記複数の位相差情報を用いて複数方向に対する距離情報を計算し、
    前記距離情報分離部は、
    前記複数方向に対する距離情報を、複数方向に対する前記移動物体距離情報と、複数方向に対する前記静止物体距離情報とに分離する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の物体識別装置。
  5. 前記位相差情報生成部は、
    複数の送信位置で前記送信信号を送信し、複数の受信位置で複数の前記受信信号を受信して、前記複数の送信信号と前記複数の受信信号との組み合わせそれぞれに対応する複数の位相差情報を生成し、
    前記距離情報計算部は、
    前記複数の位相差情報を用いて複数方向に対する距離情報を求め、
    前記距離情報分離部は、
    前記複数方向に対する距離情報を、複数方向に対する前記移動物体距離情報と、複数方向に対する前記静止物体距離情報とに分離する、
    請求項１から４のいずれか１項に記載の物体識別装置。
  6. 空間に放射され、前記空間内に位置する前記移動物体および前記静止物体にて反射した前記送信信号を受信して前記受信信号を生成する受信アンテナをさらに備えた請求項１から５のいずれか１項に記載の物体識別装置。
  7. 送信アンテナから送信された送信信号と、前記送信信号が移動物体の表面で反射されて受信された第１反射成分、及び、前記移動物体により一部ないし全体が遮られた静止物体の表面で反射されて受信された第２反射成分を含む受信信号との位相差情報を生成する位相差情報生成ステップと、
    前記位相差情報に基づいて、距離情報を計算する距離情報計算ステップと、
    前記距離情報において、変化の多い成分を、前記移動物体に関する移動物体距離情報として分離する距離情報分離ステップと、
    前記移動物体距離情報を静止物体に関する静止物体距離情報で正規化することで正規化移動物体距離情報を算出する正規化ステップと、
    前記正規化移動物体距離情報を用いて静止物体と移動物体を識別する物体識別ステップと、
    を含む物体識別方法。
  8. 送信アンテナから送信された送信信号と、前記送信信号が移動物体の表面で反射されて受信された第１反射成分、及び、前記移動物体により一部ないし全体が遮られた静止物体の表面で反射されて受信された第２反射成分を含む受信信号との位相差情報を生成する位相差情報生成ステップと、
    前記位相差情報に基づいて、距離情報を計算する距離情報計算ステップと、
    前記距離情報において、変化の多い成分を、前記移動物体に関する移動物体距離情報として分離する距離情報分離ステップと、
    前記移動物体距離情報を静止物体に関する静止物体距離情報で正規化することで正規化移動物体距離情報を算出する正規化ステップと、
    前記正規化移動物体距離情報を用いて静止物体と移動物体を識別する物体識別ステップと、
    をコンピュータに実行させる物体識別プログラム。
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