JPWO2013042201A1

JPWO2013042201A1 - 音源検出装置

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Publication number: JPWO2013042201A1
Application number: JP2012515272A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　潤; 潤佐藤; 船山　竜士; 竜士船山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: EP2759843B1; CN103119461A; WO2013042201A1; US20140204714A1; CN103119461B; EP2759843A1; JP5423883B2; US9632191B2; EP2759843A4

Abstract

集音器１３，１４，１５及び１６で集音された音の情報を比較して所定の音源を検出する音源検出装置１であって、各々の集音器を、移動体内部の雑音源から等距離の位置に配置して、音源の検出対象領域を決定する対象決定部２２と、対象決定部２２が決定した検出対象領域の音の情報を用いて所定の音源の方位を検出する音源検出部２５とを備える。従って、音源検出部２５は、同じタイミングで集音器１３，１４，１５、１６に入力される音を検出対象としないため、移動体内部の音源以外の雑音源による影響を予め排除しておくことが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の集音器で集音された音に基づいて音源を検出する音源検出装置に関するものである。

音源検出装置では、複数の集音器が周囲の音をそれぞれ集音し、その各音の到達時間差に基づいて音源（特に、車両の走行音）の位置を特定する。実開平５−９２７６７号公報に記載の装置では、所定の間隔で配設された複数のマイクロホンが出力する電気信号から帯域通過フィルタで低周波領域と高周波領域の周波数成分をそれぞれ除去して補正電気信号に変換し、その補正電気信号から車両の走行音の特徴の現れる所定の周波数帯域のパワーを算出し、そのパワーレベルが所定値より大きい場合に接近車両有りと判定するとともに、その補正電気信号により不要な雑音成分を除去して雑音抑制信号に変換し、複数のマイクロホンの雑音抑制信号間の相互相関を演算し、相関が最大となる到達時間差から接近車両の接近方向を演算する。

実開平５−９２７６７号公報

ところで、上記のような技術にあっては、接近車両の方向を検出できるものの、例えばエンジンや、クーリングファン等といった自車両が発する音をも検出する。よって、これらの音がノイズとなるため、誤検出が多く検出精度の向上が図れないという課題がある。

そこで、本発明の課題は、誤検出を低減させ、検出精度を向上させることが可能な音源検出装置を提供することである。

すなわち、本発明に係る音源検出装置は、移動体に設けられた複数の集音器と、複数の集音器で集音された音の情報を比較して所定の音源の方位を検出する音源検出部と、を備える音源検出装置であって、複数の集音器の各々は、移動体内部の雑音源から等距離の位置に配置されており、音源検出部は、複数の集音器の各々に、同じタイミングで入力される音を検出対象としないことを特徴とする。

本発明に係る音源検出装置は、各集音器が雑音源から等距離となる位置に配置されており、同じタイミングで複数の集音器の各々に入力される音を検出対象とせず、異なるタイミングで入力される音のみを用いて所定の音源の位置を検出する。従って、各集音器から等距離の位置にある雑音源から発せられた音の影響を予め排除しておくことが可能となるため、誤検出を低減させ、検出精度を向上させることができる。

また、本発明に係る音源検出装置について、周囲に存在する他車両を検出する他車両検出部を備え、音源検出部は、他車両検出部の検出範囲から入力される音を検出対象としないようにしてもよい。この場合、音源検出の検出対象領域がより狭くなるため、より検出精度を高められると共に、音源検出処理の処理負担を低減させることができる。

また、本発明に係る音源検出装置について、音源検出部は、他車両検出部の検出不能範囲から入力される音を検出対象とするようにしてもよい。この場合、他車両検出部が検出できず音源検出が必要な箇所については音源検出することができる。

また、本発明に係る音源検出装置について、音源検出部は、移動体から見て前方向から入力される音を検出対象とせずに、移動体から見て左右方向から入力される音を検出対象とするようにしてもよい。この場合、音源検出が不要な前方向については検出対象から除外するとともに、死角となりがちな左右方向については検出対象に含めるため、最適な音源検出処理を行うことができる。

本発明によれば、誤検出を低減させ、検出精度を向上させることが可能な音源検出装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る音源検出装置の概略構成図である。音源検出装置における集音器の配置を示す図である。音源の方位を決定する処理を説明するための図である。フレームを用いて検出領域を決定する方法を説明するための図である。集音器が集音した音の到達時間差とその相関との関係を示すグラフである。対象決定部により決定された音源検出の検出対象領域を示す図である。第１実施形態に係る音源検出装置の音源検出処理を示すフローチャートである。本発明の第２及び第３実施形態に係る音源検出装置の概略構成図である。第２実施形態における音源検出装置の検出対象領域の決定処理を説明するための図である。（ａ）はフレームを用いて検出対象領域を決定する処理、（ｂ）は検出対象領域を示す図である。第３実施形態における音源検出装置において決定された検出対象領域を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る音源検出装置の実施形態について説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係る音源検出装置は、車両に搭載され、接近車両の方位を検出するものである。具体的には、本実施形態に係る音源検出装置は、複数の集音器（マイクロホン）で集音された各音に基づいて接近車両を検出し（つまり、周辺車両の走行音の音源の移動方向を特定し）、検出した接近車両の情報を運転支援装置に提供する。本実施形態は、音源検出装置の各構成要素及びその処理態様が異なる第１〜第３の実施形態からなる。

なお、車両の走行音としては、主として、ロードノイズ（タイヤ表面と路面との摩擦音）とパターンノイズ（タイヤ溝における空気の渦（圧縮／開放））が挙げられる。この車両の走行音の周波数成分の範囲は、実験等によって予め測定しておいてもよい。

まずは、図１を参照して、第１実施形態に係る音源検出装置１について説明する。図１は、第１実施形態に係る音源検出装置の構成図である。

音源検出装置１は、４個の集音器を有しており、２個の集音器（集音器対）からなる集音器ユニットが車幅方向の左側と右側に配置されている。音源検出装置１では、各集音器ユニットにおける２個の集音器の間隔を利用して音源の検出を行う。音源検出装置１は、集音器アレイ１０（左側集音器ユニット１１（第１集音器１３及び第２集音器１４）、右側集音器ユニット１２（第３集音器１５及び第４集音器１６））と、ＥＣＵ［Electronic Control Unit］２０（フィルタ２１、対象決定部２２、相互相関計算部２３、位相差分散計算部２４及び音源検出部２５）とを備えている。

集音器アレイ１０は、左側集音器ユニット１１と右側集音器ユニット１２を有している。また、左側集音器ユニット１１は、第１集音器１３と第２集音器１４を有している。第１集音器１３は、車幅方向の左側の外側に配置される。第２集音器１４は、第１集音器１３から所定の間隔を空けて車両中心側に配置される。右側集音器ユニット１２は、第３集音器１５と第４集音器１６を有している。第４集音器１６は、車幅方向の右側の外側に配置される。第３集音器１５は、第４集音器１６から所定の間隔を空けて車両中心側に配置される。耐ノイズ性能を向上させるべく、各集音器ユニット１１，１２内の集音器の間隔は狭い間隔で配置されている。

また、各集音器１３，１４，１５，１６は、音響電気変換器としての機能を有し、集音した音を電気信号に変換し、その電気信号をＥＣＵ２０に送信する。なお、各集音器１３，１４，１５，１６は、好適には、無指向性の集音器が用いられる。

また、各集音器１３，１４，１５，１６は、図２に示すように、雑音源であって音源検出装置１の検出対象でないエンジンＥＮＧから距離ｄだけ離れた位置に配置されている。このように、集音器１３，１４，１５，１６は、エンジンＥＮＧから等距離の位置に配置されている。

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ［Central Processing Unit］、ＲＯＭ［Read Only Memory］、ＲＡＭ［Random Access Memory］等からなる電子制御ユニットであり、音源検出装置１を統括制御する。ＥＣＵ２０では、ＲＯＭに記憶されている接近車両用のアプリケーションをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行する。ＥＣＵ２０は、図１に示すように、フィルタ２１、対象決定部２２、相互相関計算部２３、位相差分散計算部２４及び音源検出部２５を有し、これらのフィルタ２１、対象決定部２２、相互相関計算部２３、位相差分散計算部２４及び音源検出部２５は、上記の各アプリケーションに相当する。

次に、ＥＣＵ２０による音源検出機能の概要について説明する。ＥＣＵ２０による音源検出は、集音器ユニット１１，１２毎に行われる。以下では、左側集音器ユニット１１（第１集音器１３及び第２集音器１４）を例に挙げて説明する。ＥＣＵ２０は、図３及び図４に示すように、各集音器１３，１４が集音した音に対応する電気信号を時系列でフレームと称される単位ごとに分割し、分割したフレームごとに電気信号の波形が類似しているか否かを判定する。具体的には、第２集音器１４が集音した音に対応するフレームｎ（ｎは３以上の整数）の電気信号と、第１集音器１３が集音した音に対応するフレームｎ−１、ｎ−２、…ｎ−ｉ（ｉはｎ未満の整数）の電気信号との波形が類似しているか否かを判定する。

そして、例えば図３に示す場合、すなわち、第２集音器１４が集音した音に対応するフレームｎの波形と、第１集音器１３が集音した音に対応するフレームｎ−２の波形とが類似する場合は、ＥＣＵ２０は、音源Ｔが第１集音器１３及び第２集音器１４を結ぶ直線に対して角度θの方向に存在することを検出する。このようにして所定の音源Ｔの方位を検出することが可能となる。

また、ＥＣＵ２０においては、図４に示すように、どのフレームとどのフレームとの波形比較を行うかを適宜決定できるようになっており、特に、第１実施形態においては、同一番号のフレーム間では波形比較を行なわないという特徴を有する。すなわち、図３に示す場合では、第１集音器１３が集音した音に対応するフレームｋ（ｋは２以上の整数）の電気信号と、第２集音器１４が集音した音に対応するフレームｋの電気信号については比較対象としないようになっている。換言すると、例えば図５に示すように、各集音器１３，１４間でそれぞれの集音器１３，１４に到達した音の時間差が０に近い波形Ｓ１同士の比較は行なわず、当該時間差が０から離れた波形（例えば波形Ｓ２）同士の比較を行う。

このように、同一番号のフレーム間では波形比較を行なわないようにすることにより、図６に示すように、第１集音器１３からの距離と第２集音器１４からの距離とが略等しくなる領域Ａを音源検出の検出対象領域から除外している。この領域Ａには上述した雑音源であるエンジンＥＮＧが含まれる。なお、第３集音器１５及び第４集音器１６間においても、第１集音器１３及び第２集音器１４間と同様、検出対象領域の決定処理が行われている。これを前提に、以下でＥＣＵ２０における個々の構成要素について説明する。

フィルタ２１は、各集音器１３，１４，１５，１６から得られた電気信号から所定の周波数帯域を除去する。フィルタ２１では、各集音器１３，１４，１５，１６から電気信号が入力される毎に、入力された電気信号から、車両の走行音の周波数帯域を十分に含む帯域よりも高い高周波数帯域と低い低周波数帯域を除去する。このフィルタリングによって、車両の走行音の特徴が良く表れる周波数帯域の電気信号のみが出力される。

対象決定部２２は、各集音器対（左側集音器ユニット１１及び右側集音器ユニット１２）毎に、フィルタ２１によりフィルタリングされた２個の集音器の電気信号のフレーム分割を行うとともに、例えば同一番号のフレーム間以外のフレーム間での波形比較を行うというように、どのフレームとどのフレームを比較対象とするか決定する。この対象決定部２２により決定されたフレームの波形のみが、後述する相互相関計算部２３、位相差分散計算部２４及び音源検出部２５の処理対象となり、同じタイミングで集音器１３，１４，１５，１６に入力される音を検出対象としないようにしている。

相互相関計算部２３では、各集音器対（左側集音器ユニット１１及び右側集音器ユニット１２）毎に、対象決定部２２により比較対象であると決定された２個の集音器の電気信号間の相互相関値を計算する。具体的には、集音器対の電気信号がどの程度似ているか（波形が近いか）を示す相関値を計算する。ここでは、左側集音器ユニット１１の第１集音器１３と第２集音器１４との電気信号間の相互相関値、右側集音器ユニット１２の第３集音器１５と第４集音器１６との電気信号間の相互相関値が計算される。

位相差分散計算部２４では、各集音器ユニット１１，１２の集音器対毎に相互相関計算部２３により相互相関値が計算されると、２個の集音器の電気信号間の位相差を計算する。さらに、位相差分散計算部２４では、一定時間毎に計算される位相差を用いて、位相差の分散（ばらつき）を計算する。

なお、相互相関値や位相差を計算する場合、例えば、相互相関関数やフーリエ変換によって得ることができる周波数情報を用いて計算する。

音源検出部２５は、接近車両等の所定の音源の方位を検出する機能を有する。音源検出部２５では、各集音器ユニット１１，１２の集音器対について、相互相関値と位相差の分散に基づいて継続的に存在する音源を検出する。ここでは、相互相関値が閾値（相互相関判定用）以上か否かを判定し、集音器対でそれぞれ集音した音が似た音か否かを判定する。この閾値（相互相関判定用）は、相互相関値から電気信号の波形が似ているか否か判定するための閾値であり、実験等によって予め設定される。また、位相差の分散が閾値（位相差分散判定用）以下か否かを判定し、集音器対でそれぞれ集音した音がある位置に継続的に存在するか否かを判定する。この閾値（位相差分散判定用）は、位相差分散から音源がある位置に継続的に存在しているか否かを判定するための閾値であり、実験等によって予め設定される。そして、相互相関値が閾値（相互相関値判定用）以上かつ位相差分散が閾値（位相差分散判定用）以下の場合には音源が継続的に存在していると判定し、この条件を満たさない場合には音源が存在しないと判定する。

また、運転支援装置３０は、運転者に対して各種運転支援する装置である。特に、運転支援装置３０は、音源検出装置１から接近車両情報を受信し、このとき接近車両に関する運転支援を実施する。例えば、自車両への接近車両が存在する場合、自車両に対する接近車両の衝突の可能性を判定し、衝突の可能性があると判定したときには運転者に対して警報を出力したり、接近車両の情報を提供し、さらに、衝突の可能性が高まった場合には自動ブレーキ等の車両制御を行う。

次に、図７を参照して、音源検出装置１の動作について説明する。図７は、第１実施形態に係る音源検出装置１のＥＣＵ２０における処理の流れを示すフローチャートである。図７のフローチャートに示される一連の処理は、ＥＣＵ２０によって予め定められた周期で繰り返し実行される。この一連の処理は、集音器ユニット１１，１２毎に行われ、具体的には、第１集音器１３が集音した音と第２集音器１４が集音した音の比較、及び第３集音器１５が集音した音と第４集音器１６が集音した音の比較により、所定の音源の方位を検出する。以下では、第１集音器１３が集音した音と第２集音器１４が集音した音の比較により音源検出を行う動作について説明する。なお、このフローチャートの一連の処理とは別に、各集音器１３，１４，１５，１６では、車外の音を集音し、その集音した音を電気信号に変換してＥＣＵ２０に送信している。

このフローチャートの制御処理は、例えば車両のイグニッションオンによって開始され、まずステップＳ１０（以下、「Ｓ１０」という。他のステップにおいても同様とする。）にて、ＥＣＵ２０において各集音器１３，１４，１５，１６からの電気信号が入力される。そして、Ｓ１２において、フィルタ２１によりフィルタリング処理が行われ、このとき、当該電気信号から高周波数帯域の成分と低周波数帯域の成分が除去される。

そして、Ｓ１４において、対象決定部２２により、第１集音器１３が集音した音の電気信号（以下、第１信号と称する）と、第２集音器１４が集音した音の電気信号（以下、第２信号と称する）とがそれぞれフレーム分割され、第１信号のどのフレームと第２信号のどのフレームとを比較対象とするか、すなわち音源の検出対象領域が決定される。

次に、Ｓ１６において、対象決定部２２により決定された検出対象領域から得られた音における相互相関値の計算が相互相関計算部２３により行われ、Ｓ１８において、位相差分散計算部２４により、第１信号と第２信号の検出対象領域から得られた音における電気信号間の位相差分散が計算される。そして、Ｓ２０において、音源検出部２５により、第１信号と第２信号の電気信号間の相互相関値及び位相差分散の値を用いて、音源の存在有無及び音源の方位が判定され、一連の処理が終了する。

以上のように、第１実施形態における音源検出装置１においては、集音器１３，１４がエンジンＥＮＧから等距離の位置に配置されており、各集音器１３，１４間でそれぞれの集音器１３，１４に到達した音の時間差が０に近い電気信号の比較を行わないようにしている。すなわち、音源検出部２５は、同じタイミングで集音器１３，１４の各々に入力される音を検出対象としないようにしており、雑音源であるエンジンＥＮＧから発せられた音を音源検出の検出対象から除外している。よって、雑音の影響を排除できるため、接近車両等、車外の検出対象の音の検出精度を高めることができ、誤検出を低減させ、検出性能を向上させることができる。なお、雑音源としては上記のエンジンＥＮＧに限られず、例えばクーリングファン等であってもよい。

次に第２実施形態における音源検出装置５１について説明する。第２実施形態は、図８に示すように、他車両を検出する他車両検出部４０を更に備え、音源検出装置５１は、他車両検出部４０の検出範囲を音源の検出対象から除外する点に特徴を有する。

ここで、他車両検出部４０は、周囲の環境を認識することが可能な装置であり、例えば、カメラやレーザレンジファインダを用いることができる。他車両検出部４０は、自車両の周囲に他車両が存在するか否かを検出し、その検出結果を検出信号として、ＥＣＵ２０に出力する。ここでは、他車両検出部４０の検出範囲（例えば、カメラの画角）は、図９の（ｂ）部に示す領域Ａに領域Ｂ及び領域Ｃを含めた範囲となっている。

また、対象決定部２２は、同一番号のフレーム間で波形比較を行わないだけでなく、例えば図９の（ａ）部に示すように、第１集音器１３が集音した音に対応するフレームｍ（ｍは３以上の整数）の電気信号と、第２集音器１４が集音した音に対応するフレームｍ及びｍ−１の信号の波形が類似しているかについては判定を行わないというように、音源検出の検出対象領域を決定する。このように、同一番号だけでなくその前後の番号のフレーム間においても波形比較を行わないようにすることにより、図９の（ｂ）部に示すように、領域Ａだけでなく、領域Ａの左右に位置する領域Ｂ及び領域Ｃを音源検出対象領域から除外している。

以上のように、第２実施形態では、雑音源であるエンジンＥＮＧを音源検出対象から除外すると共に、他車両検出部４０の検出範囲をも検出対象としないようにしている。従って、誤検出をより低減させ、検出精度をより高めることができる。また、ＥＣＵ２０による音源検出処理の負担を軽減させることもできる。

また、以下で第３実施形態における音源検出装置について図１０を参照しながら説明する。第３実施形態は、第２実施形態の音源検出装置５１と同一構成であるが、他車両検出部４０が検出不能な領域を音源検出の検出対象にする点に特徴を有する。

具体的には、図１０に示すように、例えば第１集音器１３及び第２集音器１４の前方に障害物Ｘ及びＹが存在し、他車両検出部４０によってはこの障害物Ｘ及びＹより先にある他車両が検出できなくなっている場合、対象決定部２２は、他車両検出部４０により検出可能な範囲である領域Ｂ'及びＣ'は、音源の検出対象領域から除外し、障害物Ｘ及びＹに隠れて他車両検出部４０により検出不能な範囲である領域Ｂ''及びＣ''を音源の検出対象領域に含めるべく、検出対象領域を決定する。

以上のように、第３実施形態では、第２実施形態と同様に他車両検出部４０の検出範囲を検出対象としないものの、他車両検出部４０の検出不能範囲については音源検出対象とするようになっている。よって、エンジンＥＮＧ等の雑音源の影響を排除して、音源の検出精度を向上できるとともに、障害物Ｘ及びＹ等があることにより他車両検出部４０が検出不能な領域については音源検出の対象とすることができ、必要な音源検出を確実に行うことができる。

以上、本発明に係る第１〜第３実施形態について説明したが、本発明は第１〜第３実施形態に限定されることなく、様々な変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、雑音源であるエンジンＥＮＧから等距離となるように集音器１３，１４，１５及び１６を配置して、集音器１３，１４，１５及び１６から等距離となる領域を検出対象領域から除外することにより、エンジンＥＮＧから発せられる音の影響を除外する例を説明した。しかし、この例に限られることなく、例えば、車両から見て前方向を検出対象領域から除外すると共に、車両の左右方向を検出対象に含めるようにしてもよい。これにより、運転者の視界に入り音源検出の必要がない領域から発せられる音は検出対象から除外し、且つ、運転者の視界に入りづらい左右方向については検出対象に含められるため、最適な音源検出処理を行うことができる。

また、上記実施形態では、２個の集音器が集音した音をフレーム分割し、どのフレームとどのフレームを比較対象とするか決定することにより、音源の検出対象領域を決定する処理について説明したが、これに限定されず、フレーム分割を用いないで音源の検出対象領域を決定するようにしてもよい。

更に、上記実施形態では、同一番号のフレーム間の波形比較を行わないようにして、同じタイミングで集音器の各々に入力される音を検出対象としないようにした例について説明したが、この「同じタイミング」は、同一番号のフレーム間に対応する時間に限らず、例えば、隣接する番号のフレーム間を比較しないようにする等、適宜変更することができる。

また、上記実施形態では車両に搭載され、検出した接近車両情報を運転支援装置３０に提供する音源検出装置１，５１に適用したが、音源検出装置１，５１の構成としては他の構成でもよい。例えば、運転支援装置の中に接近車両検出機能として組み込まれるものでもよいし、音源検出装置の中に警報機能等を有するものでもよく、更には、車両以外の移動体の中に組み込まれるものでもよい。

また、上記実施形態では、左側集音器ユニット１１及び右側集音器ユニット１２がそれぞれ集音器を２個ずつ有する構成について説明したが、集音器の個数や各集音器を配置する位置について他の様々なバリエーションが適用可能である。

１，５１…音源検出装置、１０…集音器アレイ、１１…左側集音器ユニット、１２…右側集音器ユニット、１３…第１集音器、１４…第２集音器、１５…第３集音器、１６…第４集音器、２０…ＥＣＵ、２１…フィルタ、２２…対象決定部、２３…相互相関計算部、２４…位相差分散計算部、２５…音源検出部、３０…運転支援装置、４０…他車両検出部、ＥＮＧ…エンジン（雑音源）。

Claims

移動体に設けられた複数の集音器と、
前記複数の集音器で集音された音の情報を比較して所定の音源の方位を検出する音源検出部と、
を備える音源検出装置であって、
前記複数の集音器の各々は、前記移動体内部の雑音源から等距離の位置に配置されており、
前記音源検出部は、前記複数の集音器の各々に、同じタイミングで入力される音を検出対象としないことを特徴とする音源検出装置。
周囲に存在する他車両を検出する他車両検出部を備え、
前記音源検出部は、前記他車両検出部の検出範囲から入力される音を検出対象としないことを特徴とする請求項１記載の音源検出装置。
前記音源検出部は、前記他車両検出部の検出不能範囲から入力される音を検出対象とすることを特徴とする請求項２記載の音源検出装置。
前記音源検出部は、前記移動体から見て前方向から入力される音を検出対象とせずに、前記移動体から見て左右方向から入力される音を検出対象とすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の音源検出装置。