JPH11508696A - 物体検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 物体検出装置は、方向性アンテナ（６）を用いるレーダシステム（２４）を用いる。このレーダシステム（２４）の送信パラメータは、検出エリア（２０）の境界（２２）において最大の信号強度及び最小の感度が存在するように各送信方向についてキャリブレーションする。このキャリブレーションは、キャリブレーション中に境界（２２）のまわりに配置され既知の反射応答を有する反射体を用いて行う。

Description

【発明の詳細な説明】 物体検出装置 本発明は物体検出装置、特に検出領域を撮像する侵入者検出装置に関するもの である。さらに、本発明はこのような検出装置のキャリブレーション方法に関す るものである。 レーダ装置の範囲内の物体の位置及び選択的にその速度を検出するためにレー ダを用いることは周知である。レーダを用いて規定されたエリア内に侵入した侵 入者の存在及びその移動を検出してアラームシステムを構成することが提案され ている。 住宅や庭で見出されるような障害物を含むエリアを監視するためにレーダ撮像 システムを用いる場合、ある区域に対するシステムの感度は障害物の存在により 大幅に低下する。この課題を解決する方策は、侵入者を検出できるように検出エ リア内の全ての部位が必要な最小感度を有するように送信強度を選択することで ある。この試みの問題は、障害物のないエリアの信号強度が不必要に高くなるこ とである。この場合に生ずる結果は、検出エリア外で動作するシステムとの干渉 である。 電磁波をほぼ予め定めた方向に送信するための方向性アンテナが既知である。 本発明においては、ほぼ予め定めた方向に信号波を送信する送信機と、ほぼ前 記予め定めた方向からの反射した信号を受信する受信器とを有する撮像手段を具 え、前記撮像手段が前記予め定めた方向を変更するように構成されている物体検 出装置をキャリブレーションするに当たり、 信号波を複数の方向に送信することにより境界を有する検出エリアを撮像し、 受信した反射信号波を分析する工程と、 既知の反射応答を有する信号波反射体手段を前記検出エリアの境界のまわりに 配置する工程と、 前記配置した信号波反射体手段を用いて複数の方向に信号波を送信することに より前記検出エリアを撮像し、受信した反射信号波を分析する工程と、 検出した像を処理して、境界における前記撮像手段の境界パラメータに関する 情報を得る工程と、 各方向に対応する境界の部分における境界パラメータの所望の値を得るように 、各方向毎に送信機の送信パラメータをキャリブレーションする工程とを具える キャリブレーション方法を提供する。 本発明は、方向性アンテナを含み種々の方向についての送信パラメータを変更 できる検出装置をキャリブレーションすることができる。このキャリブレーショ ン方法は、アンテナの方向に基づいて送信パラメータを調整して所望の境界パラ メータを得ることができる。 境界パラメータは撮像手段の境界における感度とすることができる。これによ り、検出エリア内のいかなる点においても物体の検出を確実にすることができる 。この感度は、好ましくは信号波反射体手段を用いる検出エリアの像から信号波 反射体を用いない検出エリアの像を減算することにより得られる。 或いは、境界パラメータは検出エリアの境界における信号強度を含むことがで きる。この場合、信号波反射体により生ずる反射が既知であり、反射体と受信器 との間の反射した信号の減衰は送信機と受信器との間の減衰に等しいので、反射 した信号の分析から境界における信号強度を計算することができる。 境界での信号強度を知ることにより、境界の外部の信号強度が予め定めた閾値 を超えないように送信パラメータをキャリブレーションすることができる。 送信パラメータは、送信された信号強度を含むことができ、この強度は各送信 方向についてキャリブレーションすることができる。 キャリブレーションは境界における信号強度及び感度の両方について考慮する ことができるので、最大の信号強度は境界において発生し、この最大強度により 最小感度が得られる。これらの２個の要件が両立しない場合、送信パラメータは 付加的に又は変形例として予め定めた方向における送信時間、すなわち各方向に おける送信機の休止時間を含むことができる。休止時間を増加することは、境界 におけるターゲット検出を行う撮像手段の信号対ノイズ比を増大する効果を有し 、この結果送信強度を増加することなく感度が改善される。 信号波は、好ましくはマイクロ波域の電磁波とする。 本発明は、信号波を送信することにより境界を有する検出エリアを撮像し、受 信した反射信号波を分析する物体検出装置であって、 ほぼ予め定めた方向に信号波を送信する送信機を有する撮像手段と、 ほぼ予め定めた方向からの反射した信号波を受信する受信器と、 前記予め定めた方向を変更する手段と、 各予め定めた方向について前記送信機の送信パラメータを変更する手段とを具 え、前記送信パラメータを各予め定めた方向について選択し、境界における検出 感度を予め定めた感度閾値よりも大きくし、境界における信号強度を予め定めた 強度閾値以下とした物体検出装置を提供する。 本発明の装置において、多数の境界についての境界感度は好ましくは一定であ って最小レベル以上とし、境界内での境界を確実なものとする。さらに、境界に おける信号強度は制限する。 また、本発明は、ほぼ予め定めた方向に信号波を送信する送信機を有する撮像 手段、 ほぼ予め定めた方向からの反射した信号波を受信する受信器、 前記予め定めた方向を変更する手段、 及び、各予め定めた方向について前記送信機の送信パラメータを変更する手段 を具える物体検出装置と、 前記物体検出装置の第１及び第２の像信号を処理して、第１の像信号と第２の 像信号との間の差を分析する手段、 及び、既知の反射応答を有する信号波反射体手段を具え、前記処理手段が、前 記信号波反射体手段の反射応答に関するデータを含む第１及び第２の像信号を処 理するキャリブレーション装置とを具える部品のキットを提供する。 添付図面に基づき一例として本発明の実施例を説明する。 図１は本発明による装置が設置されている既知のレーダシステムの一例を示す 。 図２は本発明による方法を説明するための住宅安全システムを示す。 図３は本発明のキャリブレーション方法に用いることができるコーナ反射体を 示す。 図１は、送信機信号を変更する変調器４により制御される例えば発振器のよう な送信機２を具えるレーダシステムを簡単化した線図の形態として示す。レーダ システムについて種々の変調技術が既知であり、発振器について連続波形（ＣＷ ）の使用を以下に説明する。基本ＣＷレーダにおいて、ドップラ周波数シフトに より送信された信号から受信されたエコー信号を分離することができる。このシ ステムは移動を検出するが、変調されていない連続波形はレンジを測定すること ができない。一方、レンジ測定は周波数変調又は位相変調により行うことができ る。 図１のシステムは周波数変調（ＦＭＣＷレーダ）に基づいており、変調器４は 送信機周波数を既知の方法で時間の関数として変化させる。典型的には、送信機 ２は、マイクロ波領域すなわち約３００ＭＨｚから３０ＧＨｚの範囲内の周波数 の電磁波を発生する。 送信機２及び変調器４により発生する信号はデュウプレックサ８を介してアン テナ６に供給する。送信機２により発生した波形はアンテナ６により空間に放射 する。アンテナ６は受信回路用の受信器としても機能し、デュウプレックサ８は 戻ったエコー信号について回路の受信部分に対するチャネルを形成する。 ＦＭＣＷレーダにおいて、受信されたエコー信号はもとの送信された信号から 取り出される時間シフトした信号を含む。送信信号とエコー信号とを混合するこ とにより、ターゲットのレンジの目安を与えるビート信号を発生することができ る。これらの技術は当業者にとって既知である。 この目的のために、デュウプレックサ８からエコー信号を及び送信機２から送 信機信号を受信するミキサ９を設ける。受信機回路１０は増幅段及びフィルタ段 並びに周波数分析器を含み混合された信号のビートを識別する。通常、デイスプ レイ１２を設けて分析したエコー信号の可視表示を行う。 上述した説明はＦＭＣＷレーダの通常の部品に関するものである。一方、本発 明の装置に別の形態のレーダシステムを用いることができる。例えば、パルスレ ーダシステムを用いて、エコーの測定された遅延からターゲットのレンジを決定 することができ、エコー信号の信号強度を用いて反射のレベルに基づいてターゲ ットの大きさを決定することができる。 本発明の検出システムにおいて、方向性アンテナ６を用い、ターンテーブル１ ４を設けてアンテナを回転させて指向した信号遷移を３６０°にわたって回転さ せることができる。ターンテーブルはプロセッサ１６により制御され、このプロ セッサは変調器も制御し、後述するように、検出システムの１個又はそれ以上の 遷移パラメータをアンテナの回転と同期して変えることができる。このプロセッ サは受信器回路１０からの信号も受信する。 図２は本発明のキャリブレーション方法に適用することができるセンサシステ ムを示す。検出エリア２０は不規則な形状を有することができる境界２２により 規定される。レーダ送信機兼受信器システム２４は、既知のレーダ操作により境 界２２内の画像を検出することができる。 このレーダシステム２４は３６０°にわたって回転して検出エリア２０を走査 できる方向性アンテナ６を有する。アンテナ６は、例えば平坦なプリントアンテ ナ、ホーンアンテナ、又はスロット状の導波路で構成することができる。これら の及び別の可能性は当業者にとって明らかである。 図２に示す検出エリア２０はビルディングを示し、レーダシステム２４はビル ディング内に侵入した者を検出することができる。ビルディングは多数の壁部２ ８を有する簡単な形態として図示し、この壁部は信号波が境界２２に到達する前 に信号波を減衰させる。 例えば、信号波Ａは壁部２８による妨害を受けることなく境界２２に到達し、 ビームの減衰（電力密度の低下）は放出された信号波の分散によってだけ表され る。 方向性アンテナの場合、電磁放射の電力密度は放射源からの距離にしたがって 減少し（自由空間内）、以下の式の態様で増加する。 電力密度＝Ｐ_tＧ／４πＲ² Ｐ_tはレーダ送信機の電力を示し、Ｇは等方性アンテナ（全ての方向に均一に 放出する）から放出される電力に比べてターゲットの方向に放出され増加した電 力の目安となる方向性アンテナのゲインを示し、Ｒは放射源からの距離を示す。 図２において、平行な矢印の数は信号の電力密度を表すが、上述した分散は本 発明の説明のためには無視することにする。 上述した分散を無視すると、信号波Ａはアンテナ２６と境界２２との間でいか なる減衰も受けない。信号波Ｂは境界２２に到達する前に１個の壁部２８を通過 し、従って２個の矢印で示すように減衰して境界２２に入射する。信号Ｂ’は壁 部２８で反射しており、その一部分はアンテナ２６の方向に反射し、検出システ ムは壁部の存在を検出することができる。信号波Ｃは境界２２に入射する前に２ 個の壁部を通過し、従って大きく減衰する。信号Ｃ’及びＣＣ’’も壁部２８で 反射し、検出システムは既知の方法で妨害物の存在を検出することができる。勿 論、信号減衰及び反射は、図２に示すよりも一層複雑である。 図２のシステムは、アンテナ２６の全ての角度位置において送信機２４から均 一な電力密度を送信するように示されている。ターンテーブル１４は、例えば５ °毎に送信するように制御することができる。図２において、３個の送信方向だ けを示す。一定の送信信号強度を与えることにより、境界Ａ_B，Ｂ_B，Ｃ_Bにおけ る信号は異なる電力密度を有することになる。同様に、検出システムの感度は境 界の異なる位置において異なる。例えば、弱い電力密度の境界付近の位置におい て、所定のターゲットからの反射信号は高い電力密度の位置のものよりも弱くな る。 本発明は、境界２２付近で一定の感度が維持されるように図２の検出システム をキャリブレーションする方法を実現し、及び／又はある検出システムと隣接す る検出エリアで動作するシステムとの干渉を防止して境界２２において最大の電 力密度を与えることにある。 本発明では、検出エリア２０の像を検出し、これはＢ’，Ｃ’，Ｃ’’のよう なエコー信号を分析することを含む。このようにして、従来技術で知られている ように、レンジセル及びアジマスセルを含む検出エリアの像を作ることができる 。 境界２２に関する情報を得るため、境界付近に受信器に向くように反射体を配 置して検出される像を改変する。 既知の反射率を有する種々の反射体が知られている有効な反射体（すなわち、 高い反射率を有する）は図３に示すような正方形のコーナ反射体である。これは 立方体の３個の面３０を含み、各面は１個の共通のコーナ３２を占める。本発明 のキャリブレーション方法において、このコーナ反射体は境界２２のまわりに規 則的な間隔で配置でき、反射体により方向付けられた信号の電力密度の既知の関 数である反射信号を発生する。 境界２２のまわりに配置した反射体を用いると、コーナ反射体により発生した エコー信号を含む検出エリア２０の新しい像が撮像される。 第２の像検出のエコー信号から第１の像検出のエコー信号を減算することによ り、反射体により発生した付加的な信号の分析が可能になる。この分析は、信号 情報を記憶する適切なメモリを有するプロセッサにより行うことができる。或い は、必要な比較は動作中にだけ用いられる個別のプロセッサにより行うことがで きる。 反射体信号を用いて境界２２における特定の遷移方向についての検出システム の感度を決定することができる。この場合、プロセッサ１６を用いて各方向につ いて送信機パワー出力を調整し、全ての方向について境界におけるシステム感度 を一定にすることができる。このシステムは検出エリア２０内の全ての点におい て最小の感度（境界感度）を有するので、この試みにより侵入者の検出を確実な ものとすることができる。 一方、境界における所望の信号感度を得るために必要とされる送信機出力が実 際的でない状況もある。これは、大きな減衰がある場合である。たとえ送信機パ ワーを必要なレベルまで高くして境界での所望の感度を得ても、境界において受 け入れることができない程大きな電力密度が存在するおそれがある。これは健康 上の危険性の理由から望ましいことではなく、しかも信号伝播に関する規定を害 することになる。さらに、境界において所望の信号強度を達成するために高い送 信電力密度が要求される場合、短いレンジターゲットが受信器に負荷をかけ過ぎ るおそれがある。反射体信号から境界における信号強度を決定することができる 。これは可能なことである。この理由は、反射体から受信器に向けて反射した信 号の減衰は送信機と反射体との間を伝播する信号の減衰と同一であるからである 。従って、送信機出力信号を調整して境界２２において所望の信号強度を得るこ とができる。従って境界２２において最大の信号強度が存在するようにシステム を更正し、健康についての限界を超えるのを防止し互いに接近して位置するシス テムの使用者間の干渉を防止することができる。最大の送信電力密度は上述した 受信器が過負荷になるのを防止するために望ましいが、これはターゲットのレン ジ及びアジマス位置に応じて受信器のゲインを変えることにより回避することが できる。 勿論、上述した２個の因子の両方を考慮するように送信機出力を調整すること ができる。従って、境界において最大信号強度を維持することができ、この場合 境界における必要な感度は維持される。送信機パワーを制御するだけではこれら の両方の目的を達成できない状況もある。このような場合、送信機の特定の方向 の休止時間を調整することにより信号強度を増加することなく境界の感度を高く することができる。或いは、付加的な送信機パワーを必要としないようにアンテ ナのゲインを高くすることができる。送信機の特定の方向の休止時間を増加する 効果は、特定の方向から受信された信号の信号対ノイズ比を改善する。これは、 送信機パワーを増大することなくその方向における検出システムの感度を増大さ せる効果を有することになる。 機能的な観点より、最も重要な考えは、境界での感度を閾値以上にすることで ある。一方、上述した送信パラメータをキャリブレーションしても強度閾値以上 の境界信号強度を増加することなく所望の感度を得ることができない場合、感度 が低いことは境界の一部について許容され、低い信号強度はイネーブルされる。 この場合、検出システムが低い感度を有する境界内に「デッドゾーン」を有す ることになる。一方、本発明のキャリブレーションシステムの別の利点は、境界 内の特定の位置におけるシステム感度の情報が得られることである。特に、反射 体が境界のまわりに配置するように説明したが、別の反射体を検出エリア２０内 の壁部のような内部障害物の背後に配置して境界内の各領域の感度を知ることが できる。この目的のため、送信機からの同様な減衰を受ける境界内の各区域に反 射体が必要となる。これにより、このシステムの使用者は、検出エリアの分析及 び各区域の関連する感度から、「デッドゾーン」の位置が許容できるか否か決定 することができる。 キャリブレーションを行って境界内の全ての区域の感度情報を得る場合、シス テムの使用中に受信した信号を処理して検出されたターゲット（侵入者）の性質 に関する情報を与えることができる。このようにして、このシステムは、人間と ペットのような大きなターゲットと小さなターゲットとを識別することができる 。 不所望な「デッドゾーン」を除去することが不可能な場合、別の送信機を含ま せることができる。勿論、感度分析によりこの別の送信機の位置を決定すること ができる。 本発明のキャリブレーション方法の別の利点は、システムが境界形状のマップ を型式化でき、境界の外部の物体により偽のアラームが発生しないことである。 本発明はレーダに基づいて説明したが、通常レーダと関連する波長以外の信号 波を発生する送信機を用いることもできる。さらに、方向制御できるいかなる既 知のレーダ形態をも本発明に適用することができる。検出システムは、上述した 実施例のようにビルディング内に適用することができる。一方、検出エリアは、 例えばフェンスの境界内のエリアのようにアウトドアエリアとすることができる 。 上記説明及び請求の範囲の用語において、配置した反射体を用いて検出エリア を撮像し、その後反射体を用いないで撮像する。勿論、これらの工程は反対の順 序で行うことができ、方法の請求の範囲はこれらの工程の順序を限定するもので はない。 また、複数の反射体を用いて変更された像を得るように説明した。勿論、単一 の反射体を設け、像検出中に検出境界のまわりで移動させることができる。しか し、この場合キャリブレーション時間が増大する。この構成は添付した請求の範 囲により規定される本発明から除外されるものではない。 この開示内容から明かなように、当業者は種々の変形や変更が可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ほぼ予め定めた方向に信号波を送信する送信機と、ほぼ前記予め定めた方向 からの反射した信号を受信する受信器とを有する撮像手段を具え、前記撮像手段 が前記予め定めた方向を変更するように構成されている物体検出装置をキャリブ レーションするに当たり、 信号波を複数の方向に送信することにより境界を有する検出エリアを撮像し 、受信した反射信号波を分析する工程と、 既知の反射応答を有する信号波反射体手段を前記検出エリアの境界のまわり に配置する工程と、 前記配置した信号波反射体手段を用いて複数の方向に信号波を送信すること により前記検出エリアを撮像し、受信した反射信号波を分析する工程と、 検出した像を処理して、境界における前記撮像手段の境界パラメータに関す る情報を得る工程と、 各方向に対応する境界の部分における境界パラメータの所望の値を得るよう に、各方向毎に送信機の送信パラメータをキャリブレーションする工程とを具え るキャリブレーション方法。 ２．請求項１に記載の方法において、前記境界パラメータが、境界における撮像 手段の感度を含む方法。 ３．請求項２に記載の方法において、前記感度が、前記検出エリアの信号波反射 体手段を用いて検出した像から、前記検出エリアの信号波反射体手段を用いない で検出した像を減算することにより得る方法。 ４．請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法において、前記境界パラメ ータが、境界における送信された信号の信号強度を含む方法。 ５．請求項４に記載の方法において、前記信号強度が、検出エリアの予め定めた 方向の信号減衰を決定することにより得る方法。 ６．請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法において、前記送信パラメ ータは、予め定めた方向の送信された信号波の信号強度及び／又は送信時間を含 む方法。 ７．請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法において、前記信号波を、 例えばマイクロ波のような電磁波とした方法。 ８．信号波を送信することにより境界を有する検出エリアを撮像し、受信した反 射信号波を分析する物体検出装置であって、 ほぼ予め定めた方向に信号波を送信する送信機を有する撮像手段と、 ほぼ予め定めた方向からの反射した信号波を受信する受信器と、 前記予め定めた方向を変更する手段と、 各予め定めた方向について前記送信機の送信パラメータを変更する手段とを 具え、前記送信パラメータを各予め定めた方向について選択し、境界における検 出感度を予め定めた感度閾値よりも大きくし、境界における信号強度を予め定め た強度閾値以下とした物体検出装置。 ９．請求項８に記載の装置において、前記送信パラメータを送信された信号波の 信号強度とした装置。 １０．ほぼ予め定めた方向に信号波を送信する送信機を有する撮像手段、 ほぼ予め定めた方向からの反射した信号波を受信する受信器、 前記予め定めた方向を変更する手段、 及び、各予め定めた方向について前記送信機の送信パラメータを変更する手 段を具える物体検出装置と、 前記物体検出装置の第１及び第２の像信号を処理して、第１の像信号と第２ の像信号との間の差を分析する手段、 及び、既知の反射応答を有する信号波反射体手段を具え、前記処理手段が、 前記信号波反射体手段の反射応答に関するデータを含む第１及び第２の像信号を 処理するキャリブレーション装置とを具える部品のキット。 １１．請求項１０に記載の部品のキットにおいて、前記送信パラメータを、送信 された信号波の信号強度とした部品のキット。 １２．信号波を送信することにより境界を有する検出エリアを撮像し、受信した 反射信号波を分析する物体検出装置であって、請求項１から７までのいずれか１ 項に記載の方法によりキャリブレーションされる物体検出装置。