WO2012077345A1 - 監視装置 - Google Patents

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WO2012077345A1
WO2012077345A1 PCT/JP2011/006871 JP2011006871W WO2012077345A1 WO 2012077345 A1 WO2012077345 A1 WO 2012077345A1 JP 2011006871 W JP2011006871 W JP 2011006871W WO 2012077345 A1 WO2012077345 A1 WO 2012077345A1
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signal
ultrasonic sensor
received
ultrasonic
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PCT/JP2011/006871
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敬 平野
崇志 三上
摩梨花 新山
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三菱電機株式会社
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    • G01S2015/937—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details
    • G01S2015/939—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details vertical stacking of sensors, e.g. to enable obstacle height determination

Definitions

  • the present invention relates to a monitoring device using an ultrasonic sensor, for example, a monitoring device that detects an obstacle around a vehicle.
  • the ultrasonic sensor transmits a short time ultrasonic wave, and then receives the ultrasonic wave for a certain period of time in the received signal obtained.
  • the presence or absence of an obstacle is detected by examining whether or not a reflected wave from the obstacle is included. For example, when the amplitude value of the obtained reception signal exceeds a predetermined threshold value for the first time, it is determined that the reception signal includes a reflected wave from an obstacle.
  • the elapsed time from the transmission of the ultrasonic wave to the reception of the reflected wave corresponds to the reception time of the reflected wave included in the received signal based on the ultrasonic property that the time is proportional to the distance between the ultrasonic sensor and the obstacle It is determined that there is an obstacle at the position.
  • the ultrasonic sensor has a problem that the detection accuracy is low for an obstacle having a low ultrasonic reflectance such as a small and soft object or an obstacle reflecting in another direction such as an oblique plate. . Further, since the amplitude value of the ultrasonic wave attenuates in proportion to the square of the distance, there is a problem that the reflected wave is easily buried in electrical and environmental noise included in the received signal, and the detection target area is small. Conventionally, the following techniques have been disclosed as techniques for improving the detection accuracy and expanding the detection target area in response to such problems.
  • Patent Document 1 when the approach of a two-wheeled vehicle is predicted with respect to the host vehicle by inter-vehicle communication or the like, the threshold value setting for the amplitude value of the received signal for determining the presence or absence of an obstacle is changed.
  • a technique for making the sensitivity higher than the normal detection sensitivity is disclosed. Thereby, it becomes possible to improve the detection accuracy with respect to small vehicles such as two-wheeled vehicles that could not be detected conventionally.
  • this technique is a development of the conventional method for determining the threshold value of the amplitude value of the received signal, and since it is affected by the attenuation of the amplitude value of the ultrasonic wave, the detection target area is not greatly enlarged.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technique in which the “pulse compression” technique used in radar signal processing is applied to ultrasonic signal processing.
  • a reflected wave buried in noise can be identified.
  • This is a pattern-matching reflected wave detection method in which the shape of a signal transmitted in advance is remembered and collated with a received signal. Therefore, it is difficult to be affected by the decrease in the amplitude value, and the detection target area can be enlarged.
  • Non-Patent Document 2 a transmission signal is converted into a time frequency distribution, and a pattern of the transmission signal on the time frequency distribution is converted into a feature vector.
  • the received signal is similarly converted into a time-frequency distribution, and a feature vector is created in the same manner.
  • signal processing it is disclosed that a reflected wave is detected from a received signal having a lot of noise by comparing and comparing a feature vector obtained from the transmitted signal and a feature vector obtained from the received signal.
  • This technique is also a pattern-matching reflected wave detection method similar to Non-Patent Document 1, and is hardly affected by a decrease in amplitude value, and can expand the detection target region.
  • Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 have an effect of expanding the detection target region.
  • this is a pattern matching technique, an error occurs if the reflected wave pattern is different from the assumed transmitted wave pattern (transmitted ultrasonic signal or transmitted signal), resulting in a decrease in detection accuracy.
  • the propagation speed of ultrasonic waves is slower than that of radar, there is a problem unique to ultrasonic waves in that the waveform pattern of reflected waves is easily distorted due to the influence of the shape of an obstacle.
  • the magnitude of noise becomes larger than the reflected wave, and it becomes difficult to detect the reflected wave.
  • a general method for suppressing noise there is an averaging process for suppressing noise generated at random by averaging the received signals continuously received a plurality of times.
  • the noise that is larger than that of the reflected wave and the sound that has traveled through different paths due to air fluctuations when propagating far away are overlapped. Due to the delayed attenuation that occurs, the waveform of the reflected wave has a distorted shape.
  • the detection accuracy is lowered.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and obtains a monitoring device that reduces the influence on the detection target region due to the attenuation of the amplitude value of the ultrasonic wave and increases the detection accuracy. For the purpose.
  • the monitoring apparatus transmits an ultrasonic wave corresponding to a predetermined signal sequence as a transmission signal, receives an ultrasonic wave propagated after transmission as a reception signal, and corresponds to the predetermined signal sequence.
  • a reference information storage unit that has characteristics of reflected waves reflected by an ultrasonic wave and that holds a plurality of different reference information according to an elapsed time since the ultrasonic wave was transmitted, and is stored in the reference information storage unit Among the plurality of reference information, the reference information corresponding to the elapsed time from when the ultrasonic sensor transmits the transmission signal until the reception signal is received, and the reception signal received by the ultrasonic sensor And a signal processing unit that determines whether or not the object exists.
  • an ultrasonic sensor that transmits an ultrasonic wave corresponding to a predetermined signal series as a transmission signal and receives an ultrasonic wave propagated after transmission as a reception signal, and an ultrasonic wave corresponding to the predetermined signal series Indicates the characteristics of the reflected wave reflected by the object, and is stored in the reference information storage unit that holds a plurality of different reference information according to the elapsed time after the ultrasonic wave is transmitted, and the reference information storage unit Among the plurality of reference information, the reference information corresponding to an elapsed time from when the ultrasonic sensor transmits the transmission signal until the reception signal is received, and the reception signal received by the ultrasonic sensor.
  • the signal processing unit that collates and determines the presence or absence of the object, it is possible to enlarge the detection target region of the object and increase the detection accuracy.
  • an obstacle monitoring device that detects obstacles around the vehicle will be described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and vehicles such as a mobile robot and a monitoring system may be used.
  • the present invention can be applied to all monitoring devices that detect objects other than surrounding objects such as obstacles and human bodies.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a vehicle periphery monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • the oscillation control unit 101 generates a predetermined signal sequence. For example, a signal sequence obtained by encoding a predetermined signal waveform is generated.
  • the ultrasonic sensor 102 transmits an ultrasonic wave corresponding to the predetermined signal sequence generated by the oscillation control unit 101 as a transmission signal, and receives the ultrasonic wave propagated after the transmission as a reception signal.
  • the ultrasonic wave reception signal received by the ultrasonic sensor 102 includes a reflected wave reflected by the object.
  • the reference information storage unit 103 shows the characteristics of the reflected wave that is reflected from the object by the ultrasonic wave corresponding to the predetermined signal series, and a plurality of pieces of reference information 104 that differ depending on the elapsed time since the ultrasonic wave was transmitted. Holding.
  • the signal processing unit 105 corresponds to an elapsed time from when the ultrasonic sensor 102 transmits the transmission signal to reception of the reception signal among the plurality of reference information 104 held in the reference information storage unit 103. The presence / absence of the object is determined by comparing the reference information 104 with the received signal received by the ultrasonic sensor.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the elapsed time from the transmission of the ultrasonic wave and the distance between the ultrasonic sensor and the object.
  • the object 201 exists in a range where the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor 102 reaches.
  • the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor 102 is reflected by the object 201, and the reflected wave reaches the ultrasonic sensor 102.
  • a graph 202 is a graph showing the relationship between the amplitude value of the ultrasonic wave observed at the position of the ultrasonic sensor 102 and the elapsed time since the ultrasonic sensor 102 has transmitted the ultrasonic wave as a transmission signal.
  • the vertical axis represents the amplitude value of the ultrasonic wave
  • the horizontal axis represents the elapsed time that has elapsed since the ultrasonic wave was transmitted.
  • the reflected wave reflected by the object 201 is received by the ultrasonic sensor 102 at an elapsed time corresponding to the distance between the ultrasonic sensor 102 and the object 201. Note that the elapsed time from the transmission of the ultrasonic wave to the reception of the reflected wave is proportional to the distance between the ultrasonic sensor and the object.
  • the oscillation control unit 101 generates a signal sequence obtained by encoding a predetermined signal waveform.
  • the ultrasonic sensor 102 uses the signal sequence generated by the oscillation control unit 101 as a drive signal and transmits a transmission signal corresponding to the drive signal.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of a signal sequence generated by the oscillation control unit 101 and a transmission signal transmitted from the ultrasonic sensor 102.
  • the oscillation control unit 101 generates a signal series 301 in which a predetermined signal waveform is encoded.
  • the signal sequence is represented by bit values of 1 and 0.
  • a Berker code or an M-sequence signal is generally used for convenience of correlation calculation.
  • the ultrasonic sensor 102 transmits an ultrasonic transmission signal 302 using the signal sequence 301 as a drive signal.
  • the ultrasonic sensor 102 shifts to a reception mode in which a reflected wave returning for a certain period is received.
  • a state in which the ultrasonic sensor 102 is transmitting ultrasonic waves is referred to as a transmission mode
  • a state in which ultrasonic waves are being received is referred to as a reception mode.
  • the ultrasonic sensor 102 receives the ultrasonic wave that has propagated after transmission as a reception signal.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a transmission signal and a reception signal of the ultrasonic sensor 102.
  • a transmission signal 302 hits a certain object 201 and is reflected, a reflected wave 401 is obtained.
  • noise is superimposed on the reflected wave 401, when the object is a flat plate, it has a waveform similar to the original transmission signal 302.
  • the reflected wave 401 is received by the ultrasonic sensor 102 and processed by the signal processing unit 105 as a received signal.
  • the signal processing unit 105 uses the plurality of reference information 104 stored in the reference information storage unit 103 to check whether the received signal includes a reflected wave, and determines whether there is an object around the ultrasonic sensor 102. By doing so, an object is detected.
  • the signal processing unit 105 includes the plurality of reference information 104 held in the reference information storage unit 103 until the ultrasonic sensor 102 transmits the transmission signal until the reception signal is received.
  • the reference information 104 corresponding to the elapsed time is compared with the received signal received by the ultrasonic sensor to determine the presence or absence of the object.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of the reference information 104 held in the reference information storage unit 103.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the characteristics of the reflected wave.
  • the reference information storage unit 103 shows the characteristics of the reflected wave reflected from the object by the ultrasonic wave corresponding to the predetermined signal sequence, and according to the elapsed time after the ultrasonic wave is transmitted.
  • a plurality of different reference information 104 is held.
  • the reference information 104 is set corresponding to the attenuation of the amplitude value generated according to the elapsed time, noise superimposition, waveform distortion due to noise removal, and the like.
  • conditions that affect the reflection of ultrasonic waves such as the attribute of the reflected wave, for example, the shape of the object, the reflection area of the object, the environment (the weather, the amount of scattering substances in the air, etc.)
  • a plurality of different reference information 104 is held depending on each.
  • a transmission signal 601 is transmitted from the ultrasonic sensor 102 and reflected from a plate-like object 602 and a cylindrical object 603 will be compared. Since all reflections from the plate-like object 602 occur at the same time, the waveform of the reflected wave is not distorted. However, since the cylindrical object 603 is reflected at different times due to the influence of the shape, the waveform of the reflected wave is distorted.
  • the reflected wave of the ultrasonic wave is affected by the shape of the object and the reflection area.
  • conditions that affect the reflection of ultrasonic waves include environments such as sunny, rainy, cloudy, and foggy.
  • the amount of attenuation of reflected waves of ultrasonic waves is affected by the amount of scattering substances in the air.
  • the reference information storage unit 103 as reference information indicating the characteristics of the reflected wave reflected from the object by the ultrasonic wave corresponding to the predetermined signal series, for example, the reflected wave that may be obtained corresponding to each attribute.
  • a reflected wave waveform 501 in the case where the distance between the object and the ultrasonic sensor is a short distance and the shape of the object is a cylinder a reflected wave waveform 502 in the case of a plate, and an oblique plate.
  • a reflected wave waveform 503 in the case of a child and a reflected wave waveform 504 in the case of a child are held.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of processing contents of the signal processing unit 105.
  • a received signal 701 is a received signal received by the ultrasonic sensor 102, for example, a received signal with suppressed noise.
  • the received signal is obtained by averaging the received signals continuously received a plurality of times and performing an averaging process to suppress random noise.
  • the detection system can be improved by using the received signal with suppressed noise.
  • the signal processing unit 105 estimates the distance between the ultrasonic sensor and the object when the object is present based on the reception time t, that is, the elapsed time that has passed since the ultrasonic wave was transmitted. This can be calculated by assuming that the speed of sound in the air is constant. In this embodiment, it is determined whether the distance between the ultrasonic sensor and the object is a short distance, a medium distance, or a long distance.
  • the signal processing unit 105 selects reference information corresponding to the distance between the ultrasonic sensor and the object from a plurality of reference information. Further, when information about the attribute can be used, reference information corresponding to the attribute is selected. For example, when the weather is judged to be “sunny” from the information of the vehicle sensor connected to this apparatus, the reference information corresponding to this is selected from the reference information storage unit 103. For example, as shown in FIG. 7, the reflected wave waveforms 501 to 504 corresponding to the short distance between the ultrasonic sensor and the object and not the reference information in rainy weather are selected.
  • the ultrasonic wave is transmitted.
  • the distance between the ultrasonic sensor and the object is obtained from the elapsed time, but if the reference information is stored corresponding to the elapsed time after the ultrasonic wave is transmitted to the reference information storage unit 103, It goes without saying that the reflected wave waveform corresponding to the elapsed time after the ultrasonic wave is transmitted can be selected without obtaining the distance between the acoustic wave sensor and the object.
  • the signal processing unit 105 collates the received signal 701 and the reflected wave waveforms 501 to 504 to obtain an evaluation value indicating the similarity between the waveforms.
  • the evaluation value can be obtained by calculating the cross-correlation between the interval from the time t of the reception signal 701 to minus ⁇ t and the reflected wave waveform 501. .
  • the higher the similarity between waveforms the higher the evaluation value is obtained.
  • the maximum value of the evaluation value obtained by collation with a plurality of reference information exceeds a predetermined threshold value, and the reception time t, that is, the elapsed time that has elapsed since the ultrasonic wave is transmitted corresponds to the minimum elapsed time.
  • the position (distance between the ultrasonic sensor and the object) is output to the outside as the position where the object exists.
  • the predetermined threshold is used to classify the determination of the presence / absence of an object according to the magnitude of the evaluation value, and is a value that can be set as appropriate according to the use of the apparatus.
  • the signal processing unit 105 When the signal processing unit 105 outputs the distance between the ultrasonic sensor and the object to the outside, the signal processing unit 105 simultaneously determines attribute information such as the shape and type of the object corresponding to the reference information obtained from the evaluation value, It may be output. For example, when the evaluation value with the reflected wave waveform 503 indicates the highest value in FIG. 7, information indicating that the shape of the object is an “oblique plate” is output.
  • the signal processing unit 105 knows the distance between the ultrasonic sensor and the object, and the reflected wave waveform 501 when the weather is determined to be “clear” from the information of the vehicle sensor connected to the apparatus. Although ⁇ 504 is selected and collation processing is performed for each reception time t, if the number of pieces of reference information is large, the calculation time increases and real-time processing becomes difficult.
  • average reference information indicating the average characteristics of a plurality of reference information is prepared in advance, the average reference information is collated with respect to each reception time t to preliminarily determine the presence or absence of an object, and the evaluation value
  • An evaluation value may be calculated using all reference information for a reception time that exceeds a certain lower threshold, that is, a reception time that is preliminarily determined that there is an object. Thereby, collation time can be suppressed.
  • the characteristics of the reflected wave reflected from the object by the ultrasonic wave corresponding to the predetermined signal series are shown, and a plurality of different values depending on the elapsed time after the ultrasonic wave is transmitted.
  • the reference information storage unit that holds the reference information of the reference information, and corresponds to the elapsed time from when the ultrasonic sensor transmits the transmission signal to the reception of the reception signal among the plurality of reference information stored in the reference information storage unit
  • the reference information corresponding to the attenuation of the amplitude value of the ultrasonic wave and the noise generated according to the elapsed time by receiving the received reference information and the received signal received by the ultrasonic sensor to determine the presence or absence of an object. Since the signal can be collated, attenuation of the amplitude value of the ultrasonic wave and a decrease in collation accuracy due to noise can be suppressed, and the detection target area can be enlarged and the detection accuracy can be increased.
  • the influence of the attenuation of the amplitude value can be suppressed by determining the presence or absence of the object by pattern matching without performing the threshold processing for the magnitude of the ultrasonic amplitude value.
  • the waveform by attenuation of amplitude value, noise superposition, noise removal that occurs according to the elapsed time
  • the reference information set corresponding to the distortion of the image and the received signal can be collated, so that the object can be detected with high accuracy even if the object is far away, and the detection target area can be expanded and the detection accuracy can be improved. High accuracy can be achieved.
  • the distance between the ultrasonic sensor and the object is determined by determining the distance between the ultrasonic sensor and the object based on the elapsed time from when the ultrasonic sensor transmits the transmission signal until the reception signal is received. Since it can output to the exterior of an apparatus, the position of an object can be alert
  • the ultrasonic wave that is affected differently depending on the attribute Since it can respond to a reflected wave, the detection accuracy can be increased.
  • the waveform of the reflected wave differs between the cylinder and the plate, but the accuracy of detection can be increased by collating each reference information corresponding to each attribute with the received signal.
  • the attribute of the reflected wave is specified, by comparing the reference information corresponding to the attribute of the specified reflected wave with the received signal received by the ultrasonic sensor, the presence or absence of the object is determined, Compared with the case of collating with all reference information, the collation time can be suppressed, and the detection accuracy can be increased. For example, when the weather is judged to be “sunny” from vehicle sensor information or the like, the reference time corresponding to this is selected and used for verification, so that the verification time can be suppressed and the detection accuracy is increased. be able to.
  • the main body device determines the shape of the object by collating a plurality of pieces of reference information depending on the shape of the object and the received signal received by the ultrasonic sensor. Since it can output to the outside, the shape of the object can be notified.
  • the average reference information indicating the average characteristics of the plurality of reference information is compared with the received signal received by the ultrasonic sensor to preliminarily determine the presence or absence of the object.
  • the verification time can be suppressed.
  • Embodiment 2 An embodiment in which not only the object closest to the ultrasonic sensor but also all objects that are supposed to be located behind the object not only the object closest to the ultrasonic sensor will be described. .
  • FIG. 1 The configuration of the vehicle periphery monitoring apparatus according to the present embodiment is shown in FIG. 1 as in the previous embodiment, and the oscillation control unit 101, the ultrasonic sensor 102, and the reference information storage unit 103 in FIG. Works like a form.
  • a different part is a collation process between the received signal and the reference information in the signal processing unit 105.
  • the processing content of this different part will be described.
  • the signal processing unit 105 divides the received signal into a plurality of sections, and the ultrasonic sensor 102 among the plurality of reference information 104 held in the reference information storage unit 103 for each of the divided sections.
  • the reference information 104 that differs depending on the shape of the object is compared with the reception signal received by the ultrasonic sensor 102.
  • the object shape is determined, and the distance between the ultrasonic sensor 102 and the object is determined based on the elapsed time from when the ultrasonic sensor 102 transmits the transmission signal until the reception signal is received.
  • the distance and shape from the ultrasonic sensor are determined.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of the operation of detecting a plurality of objects.
  • a graph 801 is plotted with the evaluation value obtained by collating the reference information indicating the characteristics of the reflected wave reflected from the cylindrical object with the received signal and the received signal on the vertical axis and the reception time t on the horizontal axis. It is a graph.
  • FIG. 8 also shows a graph in which evaluation values obtained by comparing reference information with received signals are similarly plotted for the respective objects of the board, the oblique board, and the child.
  • the evaluation value enclosed by the solid line 802 is the highest of the evaluation values obtained as a result of matching reference information with the received signal for each object of the cylinder, plate, slant plate, and child in the interval t0-t1 of the reception time.
  • the part which showed the high evaluation value is shown.
  • the evaluation value surrounded by the solid line 803 is the portion showing the highest evaluation value in the interval t3-t4
  • the evaluation value surrounded by the solid line 804 is the highest evaluation value in the interval t4-t5 of the reception time. The indicated part is shown.
  • the operation will be described. Note that the operations of the oscillation control unit 101 and the ultrasonic sensor 102 are the same as those in the above-described embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the signal processing unit 105 performs a matching process with the received signal using the selected reference information in the signal processing unit 105, as in the above-described embodiment. I do.
  • the position (distance between the ultrasonic sensor and the object) corresponding to the elapsed time at which the maximum value of the evaluation value at the reception time t exceeds a predetermined threshold and the reception time t is the smallest is
  • the received signal is divided into a plurality of sections, and a plurality of pieces of reference information 104 that differ depending on the shape of the object and the ultrasonic sensor 102 are divided for each section.
  • the received signal is collated to determine the shape of the object, and based on the elapsed time from when the ultrasonic sensor 102 transmits the transmission signal until the reception signal is received, the ultrasonic sensor 102 and the object And the distance and shape of the object from the ultrasonic sensor 102 and output to the outside.
  • the evaluation value surrounded by the solid line 802 is shown in the interval t0-t1. Larger than the evaluation value obtained from the reference information of the board, the diagonal board, and the child. Therefore, it is determined that the object “cylinder” is present in the section t0-t1, and is output to the outside. That is, the fact that the object “cylinder” exists at the position corresponding to the section t0-t1 (distance from the ultrasonic sensor) is output to the outside.
  • section t3-t4 since the evaluation value surrounded by the solid line 803 obtained from the reference information of the slanting plate is the largest, it is determined that there is a slanting plate at a position corresponding to this section and is output to the outside. . Further, in the section t4-t5, the evaluation value surrounded by the solid line 804 obtained from the child reference information is the maximum. Therefore, it is determined that there is a child at a position corresponding to this section, and the data is output to the outside.
  • the received signal is divided into a plurality of sections, and for each divided section, a plurality of reference information that differs depending on the shape of the object, and the received signal received by the ultrasonic sensor.
  • a plurality of reference information that differs depending on the shape of the object
  • the received signal received by the ultrasonic sensor To determine the shape of the object and determine the distance between the ultrasonic sensor and the object based on the elapsed time from when the ultrasonic sensor transmits the transmission signal until the reception signal is received.
  • the distance and shape from the ultrasonic sensor are output to the outside. Thus, it is possible to notify which position and what kind of object is present at which position.
  • Embodiment 3 An embodiment in which erroneous detection of an unnecessary object is suppressed by holding not only a detection target object but also information on a non-detection target object that is not desired to be detected as reference information will be described.
  • FIG. 1 The configuration of the vehicle periphery monitoring apparatus according to the present embodiment is shown in FIG. 1 as in the previous embodiment, and the oscillation control unit 101 and the ultrasonic sensor 102 in FIG. 1 operate in the same manner as in the previous embodiment. .
  • a different part is a collation process between the content of the reference information 104 held in the reference information storage unit 103 and the received signal and reference information in the signal processing unit 105.
  • the processing content of this different part will be described.
  • the reference information storage unit 103 shows the characteristics of the reflected wave reflected by the ultrasonic wave corresponding to the predetermined signal sequence to the object classified as the detection target and the non-detection target, and the ultrasonic wave is transmitted. A plurality of pieces of reference information that are different depending on the elapsed time since then.
  • the signal processing unit 105 includes a non-detection target reflected wave removing unit (not shown).
  • the non-detection target reflected wave removing unit removes the influence of the reflected wave reflected on the non-detection target object from the received signal among the objects classified in advance into the detection target and the non-detection target.
  • the signal processing part 105 is the reference information corresponding to the elapsed time from when the ultrasonic sensor 102 transmits the transmission signal to the reception of the reception signal among the plurality of reference information 104 held in the reference information storage unit 103. And the received signal received by the ultrasonic sensor 102, the result of the presence / absence of an object is determined.
  • the ultrasonic sensor 102 transmits the transmission signal and receives the reception signal.
  • the reference information corresponding to the elapsed time up to is collated to determine the presence / absence of an object to be detected.
  • a non-detection target reflected wave removing unit is provided inside the signal processing unit 105.
  • the non-detection target reflected wave removing unit is provided outside the signal processing unit 105. It may be done.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of road surface reflection reflected on a road surface such as asphalt or lawn classified as a non-detection target object.
  • reference numeral 901 denotes a vehicle having an ultrasonic sensor attached to the rear.
  • Reference numeral 902 denotes a road surface such as asphalt or lawn classified as a non-detection target.
  • the oscillation control unit 101 and the ultrasonic sensor 102 are the same as those in the above-described embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the signal processing unit 105 performs a matching process with the received signal using the selected reference information in the signal processing unit 105, as in the above-described embodiment. I do.
  • the reference information 104 of the object classified into the detection target and the non-detection target is held, and the reference information and the received signal are collated.
  • the received signal is collated using a plurality of reference information including reference information indicating the characteristics of the reflected wave reflected on the road surface such as asphalt or lawn.
  • the evaluation value by the collation with the reference information corresponding to the non-detection target object is the largest, and when it exceeds a predetermined threshold, it is considered that the non-detection target object exists there,
  • the non-detection target reflected wave removing unit removes the influence from the received signal.
  • Equation (1) it is estimated that the reflected wave from the road surface shown in FIG. 9 has the amplitude value shown in Equation (1).
  • Vt is the amplitude of the reflected wave
  • Vs is the amplitude of the transmitted wave
  • L is the distance to the ground
  • ⁇ is the absorption attenuation in air (Np / cm)
  • D is the direction of the ultrasonic sensor in the ⁇ direction.
  • Sex, x is the reflectivity of the ground. Therefore, by removing the amplitude value obtained by Equation (1) from the received signal, a received signal in which the influence of the non-detection target object is suppressed is obtained.
  • the signal processing unit 105 again refers to the reference information held in the reference information storage unit 103 for the signal from which the influence of the reflected wave reflected on the non-detection target object from the reception signal is removed by the non-detection target reflected wave removal unit. And the presence / absence of an object to be detected is determined. When an object to be detected is detected, the result is output to the outside. If it is determined that there is no non-detection target object, the processing in the non-detection target reflected wave removing unit is not performed and the presence or absence of the detection target object is determined as in the above-described embodiment.
  • the characteristics of the reflected wave reflected by the ultrasonic wave corresponding to the predetermined signal sequence are shown on the object classified as the detection target and the non-detection target, and the ultrasonic wave is transmitted.
  • a plurality of reference information that differs depending on the elapsed time from the time of holding, and as a result of collating the reference information with the received signal, if it is determined that there is an object to be detected from the received signal, By comparing the signal from which the influence of the reflected wave reflected on the object is removed with reference information to determine the presence or absence of the object to be detected, the detection accuracy can be further increased.
  • the monitoring device is configured to reduce the influence on the detection target region due to the attenuation of the amplitude value of the ultrasonic wave and to increase the detection accuracy, so that an obstacle around the vehicle is detected. It is suitable for use in a monitoring device.

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Abstract

　所定の信号系列に対応した超音波を発信信号として発信し、発信後に伝播してきた超音波を受信信号として受信する超音波センサと、上記所定の信号系列に対応した超音波が物体に反射した反射波の特徴を示し、上記超音波が発信されてから経過した経過時間に応じて異なる複数の参照情報を保持した参照情報記憶部と、上記参照情報記憶部に保持された上記複数の参照情報のうち上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応した上記参照情報と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の有無を判定する信号処理部とを備えたものである。

Description

監視装置
　この発明は、超音波センサを用いた監視装置に関し、例えば、車両周辺の障害物を検出する監視装置に関するものである。
　従来の超音波センサを用いた車両周辺の障害物検知装置では、超音波センサが短時間の超音波を発信し、その後の一定時間の間、超音波を受信して得た受信信号の中に障害物からの反射波が含まれるかを調べることで、障害物の有無を検出する。例えば、得られた受信信号の振幅値が予め定めた閾値を最初にこえた際、その受信信号に障害物からの反射波が含まれていると判定する。そして、超音波の発信から反射波の受信までの経過時間が、超音波センサと障害物との距離に比例するという超音波の性質に基づいて、受信信号に含まれる反射波の受信時刻に対応した位置に障害物があると判定する。
　しかし、超音波センサは、小さくて柔らかい物体のように超音波の反射率が低い障害物や、斜め板のように別方向に反射してしまう障害物に対して検出精度が低くなる課題がある。また超音波の振幅値は距離の２乗に比例して減衰するため、反射波が受信信号に含まれる電気的、環境的なノイズに埋もれやすく、検出対象領域も小さいという課題がある。
　このような課題に対して、従来、検出精度の向上と検出対象領域の拡大を行う技術として、以下に示す技術が開示されている。
　例えば、特許文献１には、車々間通信などにより、自車両に対して二輪車の接近が予測される場合、障害物の有無を判定するための受信信号の振幅値に対する閾値の設定を変更することにより、通常の検出感度よりも高感度にする技術が開示されている。これにより、従来検出できなかった二輪車などの小さい車両に対する検出精度を高めることが可能となる。しかし、この技術は受信信号の振幅値を閾値判定する従来法の発展形であり、超音波の振幅値の減衰による影響をうけることから、検出対象領域を大きく拡大するものではない。
　また、例えば、非特許文献１には、レーダの信号処理で利用されていた「パルス圧縮」技術を超音波の信号処理に適用した技術が開示されている。パルス圧縮により符号化した超音波信号を発信し、受信信号中から発信された超音波信号と相関が高い箇所を求めることで、ノイズに埋もれた反射波を特定することができる。予め発信した信号の形状を覚えておき、受信信号と照合を行うパターンマッチング的な反射波検出法である。そのため振幅値の減少による影響を受け難く、検出対象領域を拡大できる効果を持つ。
　また、例えば、非特許文献２には、発信信号を時間周波数分布に変換して、その時間周波数分布上で発信信号の持つパターンを特徴ベクトルに変換しておく。受信信号を処理する際は、受信信号を同様に時間周波数分布に変換して、同じく特徴ベクトルを作成する。
信号処理では、これら発信信号から得た特徴ベクトルと、受信信号から求めた特徴ベクトルとを比較照合することにより、ノイズが多い受信信号の中から反射波を検出することが開示されている。この技術も非特許文献１と同じくパターンマッチング的な反射波検出法であり、振幅値の減少による影響を受け難く、検出対象領域を拡大できる。
特開２００８－２９９５６２号公報
犬伏裕基、高橋紀行、朱弘博、谷口研二、「PN符号パルス圧縮とビームフォーミング技術を用いた超音波立体視センサ」、電子情報通信学会論文誌、2007年、A Vol.J90-A、No.6、pp.517-523 亀村隆史、高木英夫、チンモイ・パル、「（特集　最新のセンシング技術）検出距離を高めた超音波センサ」、自動車技術、2010年、Vol.64、No.2、pp.68-73
　以上のように、非特許文献１及び非特許文献２では、検出対象領域を拡大できる効果を持つ。しかしながら、パターンマッチング的な手法であることから、反射波のパターンが、想定した発信波（発信された超音波信号又は発信信号）のパターンと異なると誤差が生じ、その結果、検出精度の低下をまねく恐れがある。
　例えば、超音波はレーダよりも伝播速度が遅いため、障害物の形状の影響で反射波の波形パターンが歪みやすいという超音波独自の問題が生じる。例えば、発信波が超音波センサから発信されて板状の障害物から反射した場合は、反射は全て同時刻で発生するため、反射波の波形に歪みは生じない。しかし、円柱状の障害物から反射した場合は、形状の影響により異なる時刻で反射が発生するために、反射波の波形に歪みが生じる。このように障害物の形状の影響によって、想定した発信波と反射波のパターンが異なる現象が生じると、検出精度の低下をまねく。
　また、超音波センサにおいて障害物の位置が遠方になると、反射波よりもノイズの大きさが大きくなり反射波の検出が困難になる。ノイズを抑制する一般的な方法には、複数回連続的に受信した受信信号を平均加算してランダムに発生するノイズを抑制するアベレージング処理がある。しかし、遠方からの反射波にアベレージング処理を行うと、反射波よりもノイズが大きい影響と、遠方に伝播する際に空気の揺らぎ等で異なる経路を伝わった音が重なって受信されることで生じる遅延減衰により、反射波の波形が、なまった形状となる。このようにノイズ除去処理等の影響により、遠方の反射波に対して想定した発信波と反射波のパターンが異なる現象が生じると、検出精度の低下をまねく。
　この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、超音波の振幅値の減衰による検出対象領域への影響を低下させ、検出精度を高精度化させる監視装置を得ることを目的とする。
　この発明に係る監視装置は、所定の信号系列に対応した超音波を発信信号として発信し、発信後に伝播してきた超音波を受信信号として受信する超音波センサと、上記所定の信号系列に対応した超音波が物体に反射した反射波の特徴を示し、上記超音波が発信されてから経過した経過時間に応じて異なる複数の参照情報を保持した参照情報記憶部と、上記参照情報記憶部に保持された上記複数の参照情報のうち上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応した上記参照情報と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の有無を判定する信号処理部とを備えたものである。
　この発明によれば、所定の信号系列に対応した超音波を発信信号として発信し、発信後に伝播してきた超音波を受信信号として受信する超音波センサと、上記所定の信号系列に対応した超音波が物体に反射した反射波の特徴を示し、上記超音波が発信されてから経過した経過時間に応じて異なる複数の参照情報を保持した参照情報記憶部と、上記参照情報記憶部に保持された上記複数の参照情報のうち上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応した上記参照情報と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の有無を判定する信号処理部とを備えたことにより、物体の検出対象領域の拡大と検出精度の高精度化を行うことができる。
実施の形態にかかる車両周辺監視装置の構成を示すブロック図である。 超音波の発信からの経過時間と、超音波センサと物体との距離との関係を示す説明図である。 信号系列と発信信号の例を示す説明図である。 発信信号と受信信号の例を示す説明図である。 参照情報の例を示す説明図である。 反射波の特徴を示す説明図である。 信号処理部１０５の処理内容の例を示す説明図である。 複数の物体検出の動作の例を示す説明図である。 路面反射の例を示す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施の形態では車両周辺の障害物を検出する障害物監視装置を例として説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、移動ロボットや監視システムなど、車両周辺以外の障害物、人体等含む物体の検出を行う監視装置全般に適用しうるものである。
実施の形態１．
　図１は、この発明の一実施の形態による車両周辺監視装置の構成を示すブロック図である。図１において、発振制御部１０１は、所定の信号系列を生成する。例えば、所定の信号波形を符号化した信号系列を生成する。超音波センサ１０２は、上記発振制御部１０１によって生成された所定の信号系列に対応した超音波を発信信号として発信し、発信後に伝播してきた超音波を受信信号として受信する。ここで、超音波センサ１０２から発信された超音波が到達する範囲に物体が存在する場合は、上記超音波センサ１０２で受信した超音波の受信信号には、上記物体に反射した反射波が含まれている。参照情報記憶部１０３は、上記所定の信号系列に対応した超音波が物体に反射した反射波の特徴を示し、上記超音波が発信されてから経過した経過時間に応じて異なる複数の参照情報１０４を保持している。信号処理部１０５は、上記参照情報記憶部１０３に保持された上記複数の参照情報１０４のうち上記超音波センサ１０２が上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応した上記参照情報１０４と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の有無を判定する。
　図２は、超音波の発信からの経過時間と、超音波センサと物体との距離との関係を示す説明図である。図２において、物体２０１は、超音波センサ１０２から発信された超音波が到達する範囲に存在する。超音波センサ１０２から発信された超音波は、物体２０１で反射し、その反射波は超音波センサ１０２に到達する。グラフ２０２は、超音波センサ１０２の位置で観測される超音波の振幅値と、上記超音波センサ１０２が超音波を発信信号として発信してから経過した経過時間との関係を示すグラフである。グラフ２０２において、縦軸は超音波の振幅値を示し、横軸は超音波を発信してから経過した経過時間を示す。
　グラフ２０２に示されるように、物体２０１に反射した反射波は、超音波センサ１０２と物体２０１との距離に応じた経過時間で超音波センサ１０２で受信される。なお、超音波の発信から反射波の受信までの経過時間は、超音波センサと物体との距離に比例する。
　次に、本実施の形態にかかる車両周辺監視装置の動作について説明する。
　まず、図１において、発振制御部１０１は、所定の信号波形を符号化した信号系列を生成する。次に超音波センサ１０２は、発振制御部１０１で生成された信号系列を駆動信号として、それに応じた発信信号を発信する。
　図３は、発振制御部１０１で生成される信号系列と、超音波センサ１０２から発信される発信信号の例を示す説明図である。例えば、図３において、発振制御部１０１は、所定の信号波形を符号化した信号系列３０１を生成する。この例では1と0のbit値で信号系列が表現されている。このような信号系列としては、相関演算の利便性から、一般にBerker符号やM系列信号が利用される。そして、発振制御部１０１で信号系列３０１が生成されると、超音波センサ１０２は、この信号系列３０１を駆動信号とし、超音波の発信信号３０２を発信する。
　次に、超音波センサ１０２は、発信信号３０１を発信した後、一定期間の間は戻ってくる反射波を受信する受信モードに移行する。なお、ここでは、超音波センサ１０２が超音波を発信している状態を発信モードと称し、超音波を受信している状態を受信モードと称する。受信モードに移行すると、超音波センサ１０２は、発信後に伝播してきた超音波を受信信号として受信する。
　図４は、超音波センサ１０２の発信信号と受信信号の例を示す説明図である。図４に示すように、例えば、発信信号３０２が、ある物体２０１にぶつかって反射すると、反射波４０１のようになる。反射波４０１にはノイズが重畳されているが、物体が平らな板である場合は、元の発信信号３０２と類似した波形を持つ。この反射波４０１は超音波センサ１０２で受信され、受信信号として信号処理部１０５で処理される。
　次に、信号処理部１０５は、参照情報記憶部１０３に保持された複数の参照情報１０４を用いて、受信信号に反射波が含まれるかを調べ、超音波センサ１０２の周辺における物体有無を判定することで、物体を検出する。具体的には、信号処理部１０５は、上記参照情報記憶部１０３に保持された上記複数の参照情報１０４のうち上記超音波センサ１０２が上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応した上記参照情報１０４と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の有無を判定する。
　図５は、参照情報記憶部１０３に保持された参照情報１０４の例を示す説明図である。
図６は、反射波の特徴を示す説明図である。
　図５に示すように、参照情報記憶部１０３には、所定の信号系列に対応した超音波が物体に反射した反射波の特徴を示し、超音波が発信されてから経過した経過時間に応じて異なる複数の参照情報１０４が保持されている。例えば、参照情報１０４は、経過時間に応じて生じる振幅値の減衰、ノイズの重畳、ノイズ除去による波形の歪等に対応して設定されている。また、本実施の形態では、さらに、反射波の属性、例えば、物体の形状、物体の反射面積、環境（天候や空気中の散乱物質の量等）等の超音波の反射に影響を及ぼす条件毎に応じて異なる複数の参照情報１０４が保持されている。
　例えば、超音波の反射に影響を及ぼす条件として、物体の代表形状、反射面積では、円柱大、円柱小、板、斜め板、散乱体、人、物などがある。図６において、送信信号６０１が超音波センサ１０２から発信されて板状の物体６０２と円柱状の物体６０３から反射した場合を比較する。板状の物体６０２での反射は全て同時刻で発生するため、反射波の波形に歪みは生じない。しかし、円柱状の物体６０３では、形状の影響により異なる時刻で反射が発生するために、反射波の波形に歪みが生じる。このように、超音波の反射波は、物体の形状や反射面積の影響を受ける。
　また、超音波の反射に影響を及ぼす条件として、晴れ、雨、曇り、霧などの環境があり、例えば、超音波の反射波の減衰量は、空気中の散乱物質の量に影響を受ける。
　また、図５では、超音波センサからの距離に応じて異なる参照情報が示されているが、超音波が発信されてから経過した経過時間と、超音波センサからの距離とは、比例関係にあるので、いずれの情報であっても良い。
　このように、参照情報記憶部１０３には、所定の信号系列に対応した超音波が物体に反射した反射波の特徴を示す参照情報として、例えば、各属性に対応して得られるだろう反射波波形が保持されており、例えば、物体と超音波センサとの距離が近距離において、物体の形状が円柱である場合の反射波波形５０１、板である場合の反射波波形５０２、斜め板である場合の反射波波形５０３、子供である場合の反射波波形５０４が保持されている。
　図７は、信号処理部１０５の処理内容の例を示す説明図である。図７において、受信信号７０１は、超音波センサ１０２で受信された受信信号であり、例えば、ノイズを抑制した受信信号である。例えば、複数回連続的に受信した受信信号を平均加算してアベレージング処理し、ランダムノイズを抑制した受信信号である。このように、ノイズを抑制した受信信号を用いることで、検出制度を向上することができる。
　まず、信号処理部１０５は、受信時刻t、すなわち、超音波が発信されてから経過した経過時間に基づいて、そこに物体が存在した場合の、超音波センサと物体間の距離を推定する。これは空気中の音速が一定であることを仮定して計算で求めることができる。なお、本実施の形態では、超音波センサと物体間の距離が近距離、中距離、遠距離のいずれかであるかを求める。
　次に、信号処理部１０５は、複数の参照情報から超音波センサと物体間の距離に対応した参照情報を選択する。さらに、属性に関する情報を用いることができる場合は、属性に対応した参照情報を選択する。例えば、本装置と接続した車両センサの情報等から天候が“晴れ”と判断された場合、これに対応した参照情報を参照情報記憶部１０３内から選択する。例えば、図７に示すように、超音波センサと物体間の距離が近距離に対応して、かつ雨天時の参照情報ではない反射波波形５０１～５０４が選択される。
　なお、本実施の形態の場合、図５に示すように、参照情報記憶部１０３に超音波センサと物体間の距離に対応して参照情報が保持されているので、超音波が発信されてから経過した経過時間から超音波センサと物体間の距離を求めたが、参照情報記憶部１０３に超音波が発信されてから経過した経過時間に対応して参照情報が保持されている場合は、超音波センサと物体間の距離を求めずに、超音波が発信されてから経過した経過時間に対応した反射波波形を選択できることは言うまでもない。
　次に、信号処理部１０５は、受信信号７０１と反射波波形５０１～５０４を照合処理して波形同士の類似性を示す評価値を求める。例えば、反射波波形５０１の波形長をΔtとした場合、受信信号７０１の時刻tからマイナスΔtとの区間と、反射波波形５０１との相互相関計算を行うことで、評価値を求めることができる。この場合、波形同士の類似性が強いほど、高い評価値が得られる。そして、この評価値に基づいて波形同士の類似性が高い場合に物体が存在すると判定し、類似性が低い場合に物体が存在しないと判定する。
　本実施の形態では、信号処理部１０５は、上記のようにして得られる評価値を所定の受信時刻毎に求める。例えば、処理時間間隔をd、処理回数をnとした場合に、受信時刻t＝d×i（i＝1,2,・・・,ｎ）にて得られる各受信時刻における評価値を求める。また、受信時刻t、すなわち、超音波が発信されてから経過した経過時間に基づいて、上記超音波センサと上記物体との距離を判定する。そして複数個の参照情報との照合で得られた評価値の最大値が所定の閾値を超え、かつ受信時刻tすなわち、超音波が発信されてから経過した経過時間が最も小さい経過時間に対応する位置（超音波センサと物体間の距離）を、物体が存在する位置として外部へ出力する。なお、上記所定の閾値とは、評価値の大きさによって物体の有無の判断を区分するために用いられるものであり、装置の用途等に応じて適宜設定可能な値である。
　このように、所定の受信時刻毎に評価値を求め、得られた評価値の最大値が所定の閾値を超え、かつ受信時刻tが最も小さい経過時間に対応する位置を、物体が存在する位置として外部へ出力することによって、超音波センサに最も近い物体を報知することができる。
　なお、信号処理部１０５は、超音波センサと物体間の距離を外部へ出力する際に、その評価値を得た参照情報に対応した物体の形状や種類等の属性の情報を同時に判定し、出力しても良い。例えば、図７において反射波波形５０３との評価値が最も高い値を示した場合、物体の形状が“斜め板”であるという情報を出力する。
　また、以上の説明では、信号処理部１０５は、超音波センサと物体間の距離が分かり、本装置と接続した車両センサの情報等から天候が“晴れ”と判断された場合に反射波波形５０１～５０４を選択して、各受信時刻tに対して照合処理を行うとしたが、参照情報の数が多いと計算時間が大きくなり実時間処理が難しくなる。そのため、予め複数の参照情報の平均的な特徴を示す平均参照情報を用意しておき、各受信時刻tに対して平均参照情報の照合処理を行って物体の有無を予備判定し、その評価値がある低めの閾値を超えた受信時刻、すなわち、物体が有ると予備判定された受信時刻に対して、全ての参照情報を用いて評価値を計算するようにしても良い。これにより、照合時間が抑制できる。
　以上のように本実施の形態によれば、所定の信号系列に対応した超音波が物体に反射した反射波の特徴を示し、上記超音波が発信されてから経過した経過時間に応じて異なる複数の参照情報を保持した参照情報記憶部を備え、当該参照情報記憶部に保持された複数の参照情報のうち超音波センサが発信信号を発信してから受信信号を受信するまでの経過時間に対応した参照情報と、超音波センサで受信された受信信号とを照合して物体の有無を判定することにより、経過時間に応じて生じる超音波の振幅値の減衰及びノイズに対応した参照情報と受信信号とを照合することができるので、超音波の振幅値の減衰及びノイズによる照合精度の低下を抑えることができ、検出対象領域の拡大と検出精度の高精度化を行うことができる。
　すなわち、本実施の形態では、超音波の振幅値の大きさに対する閾値処理を行わずにパターンマッチング的に物体の有無を判定することにより、振幅値の減衰による影響を抑制することができる。また、超音波が発信されてから経過した経過時間に応じて異なる複数の参照情報と受信信号とを照合することにより、経過時間に応じて生じる振幅値の減衰、ノイズの重畳、ノイズ除去による波形の歪等に対応して設定された参照情報と受信信号とを照合できるので、物体の位置が遠方であっても高精度に物体を検出することができ、検出対象領域の拡大と検出精度の高精度化を行うことができる。
　また、超音波センサが発信信号を発信してから受信信号を受信するまでの経過時間に基づいて、超音波センサと物体との距離を判定することにより、超音波センサと物体間の距離を本体装置の外部へ出力することができるので、物体の位置を報知することができる。
　また、反射波の属性に応じて異なる複数の参照情報と、超音波センサで受信された受信信号とを照合して物体の有無を判定することにより、属性に応じて異なる影響を受ける超音波の反射波に対応できるので、検出精度の高精度化を行うことができる。例えば、円柱と板とでは異なる反射波波形となるが、それぞれの属性に応じた各参照情報と受信信号とを照合することにより、検出精度の高精度化を行うことができる。
　また、反射波の属性が特定される場合に、特定される反射波の属性に対応した参照情報と、超音波センサで受信された受信信号とを照合して物体の有無を判定することにより、全ての参照情報と照合する場合と比較して照合時間を抑制できる上、検出精度の高精度化を行うことができる。例えば、車両センサの情報等から天候が“晴れ”と判断された場合、これに対応した参照情報を選択して照合に用いることにより、照合時間を抑制できる上、検出精度の高精度化を行うことができる。
　また、反射波の属性として、物体の形状に応じて異なる複数の参照情報と、超音波センサで受信された受信信号とを照合して物体の形状を判定することにより、物体の形状を本体装置の外部へ出力することができるので、物体の形状を報知することができる。
　複数の参照情報の平均的な特徴を示す平均参照情報と、超音波センサで受信された受信信号とを照合して物体の有無を予備判定し、物体が有と判定された場合に、複数の参照情報と、超音波センサで受信された受信信号とを照合して物体の有無を判定することにより、照合時間が抑制できる。
実施の形態２．
　次に、超音波センサに最も近い物体だけでなく、次に、超音波センサに最も近い物体だけでなく、その後ろに位置すると思われる全ての物体を検出する場合の一実施の形態について説明する。
　本実施の形態による車両周辺監視装置の構成は、前述の実施の形態と同様に図１に示され、図１における発振制御部１０１、超音波センサ１０２、参照情報記憶部１０３は前述の実施の形態と同様に動作する。異なる部分は、信号処理部１０５における受信信号と参照情報との照合処理である。以降、この異なる部分について処理内容を説明する。
　本実施の形態では、信号処理部１０５は、受信信号を複数区間に分割し、当該分割された区間毎に、参照情報記憶部１０３に保持された複数の参照情報１０４のうち、超音波センサ１０２が発信信号を発信してから受信信号を受信するまでの経過時間に対応し、物体の形状に応じて異なる複数の上記参照情報１０４と、超音波センサ１０２で受信された受信信号とを照合して、物体の形状を判定すると共に、超音波センサ１０２が発信信号を発信してから受信信号を受信するまでの経過時間に基づいて、超音波センサ１０２と物体との距離を判定し、物体の上記超音波センサからの距離と形状とを判定するように構成されている。
　図８は、複数の物体検出の動作の例を示す説明図である。図８において、グラフ８０１は、超音波が円柱の物体に反射した反射波の特徴を示す参照情報と受信信号との照合により得られた評価値を縦軸、受信時刻tを横軸としてプロットしたグラフである。なお、図８には、板、斜め板、子供のそれぞれの物体についても同様に、参照情報と受信信号との照合により得られた評価値をプロットしたグラフがそれぞれ示されている。実線８０２で囲まれた評価値は、受信時刻の区間t0-t1において、円柱、板、斜め板、子供の各物体について参照情報と受信信号との照合の結果得られた各評価値のうち最も高い評価値を示した部分を示す。同様に、実線８０３で囲まれた評価値は、区間t3-t4において最も高い評価値を示した部分、実線８０４で囲まれた評価値は、受信時刻の区間t4-t5において最も高い評価値を示した部分を示す。
　動作について説明する。なお、発振制御部１０１及び超音波センサ１０２の動作は前述の実施の形態と同様であり、説明は省略する。
　信号処理部１０５は、超音波センサ１０２で受信信号として超音波が受信されると、前述の実施の形態と同様に、信号処理部１０５では選択された参照情報を用いて受信信号との照合処理を行う。前述の実施の形態では、受信時刻tにおける評価値の最大値が所定の閾値を超え、かつ受信時刻tが最も小さい経過時間に対応する位置（超音波センサと物体間の距離）を、物体が存在する位置として外部へ出力したが、本実施の形態では受信信号を複数区間に分割し、分割された区間毎に、物体の形状に応じて異なる複数の参照情報１０４と、超音波センサ１０２で受信された受信信号とを照合して物体の形状を判定すると共に、超音波センサ１０２が発信信号を発信してから受信信号を受信するまでの経過時間に基づいて、超音波センサ１０２と物体との距離を判定し、物体の超音波センサ１０２からの距離と形状と外部へ出力する。
　例えば、図８において受信信号と円柱の参照情報との照合により得られた受信時刻tの評価値をプロットしたグラフ８０１を見ると、区間t0-t1では、この実線８０２で囲まれた評価値が板、斜め板、子供の参照情報から得られた評価値に比べて大きい。そのため、区間t0-t1には物体“円柱”が存在したと判定し、外部に出力する。すなわち、区間t0-t1に対応する位置（超音波センサからの距離）には物体“円柱”が存在したことを外部に出力する。同様に、区間t3-t4では斜め板の参照情報から得た実線８０３で囲まれた評価値が最も大きいため、本区間内に対応する位置には斜め板があったと判定し、外部に出力する。さらに区間t4-t5では子供の参照情報から得た実線８０４で囲まれた評価値が最大である。そのために本区間内に対応する位置には子供がいたと判定し、外部へ出力する。
　以上のように本実施の形態によれば、受信信号を複数区間に分割し、分割された区間毎に、物体の形状に応じて異なる複数の参照情報と、超音波センサで受信された受信信号とを照合して物体の形状を判定すると共に、超音波センサが発信信号を発信してから受信信号を受信するまでの経過時間に基づいて、超音波センサと物体との距離を判定し、物体の超音波センサからの距離と形状と外部へ出力する。ことにより、どの位置にどのような形状、種類の物体があるかを報知することができる。
実施の形態３．
　次に、参照情報として検出対象の物体だけでなく、検出したくない非検出対象の物体の情報も保持することにより、不要な物体の誤検出を抑制する場合の一実施の形態について説明する。
　本実施の形態による車両周辺監視装置の構成は、前述の実施の形態と同様に図１に示され、図１における発振制御部１０１及び超音波センサ１０２は前述の実施の形態と同様に動作する。異なる部分は、参照情報記憶部１０３に保持される参照情報１０４の内容と、信号処理部１０５における受信信号と参照情報との照合処理である。以降、この異なる部分について処理内容を説明する。
　本実施の形態では、参照情報記憶部１０３は、検出対象と非検出対象とに分類された物体に所定の信号系列に対応した超音波が反射した反射波の特徴を示し、超音波が発信されてから経過した経過時間に応じて異なる複数の参照情報を保持している。
　また、信号処理部１０５は、図示しない非検出対象反射波除去部を備えている。非検出対象反射波除去部は、予め検出対象と非検出対象とに分類された物体のうち、非検出対象の物体に反射した反射波の影響を上記受信信号から除去する。そして、信号処理部１０５は、参照情報記憶部１０３に保持された複数の参照情報１０４のうち超音波センサ１０２が発信信号を発信してから受信信号を受信するまでの経過時間に対応した参照情報と、超音波センサ１０２で受信された受信信号とを照合して物体の有無を判定した結果、非検出対象の物体が有と判定された場合に、非検出対象反射波除去部で受信信号から非検出対象の物体に反射した反射波の影響を除去した信号と、参照情報記憶部１０３に保持された複数の参照情報のうち超音波センサ１０２が発信信号を発信してから受信信号を受信するまでの経過時間に対応した参照情報とを照合して検出対象の物体の有無を判定するように構成されている。
　なお、本実施の形態では、信号処理部１０５の内部に非検出対象反射波除去部が備えられている場合について説明するが、非検出対象反射波除去部は、信号処理部１０５の外部に備えられていても良い。
　図９は、非検出対象の物体として分類されるアスファルトや芝生などの路面に反射した路面反射の例を示す説明図である。図９において、９０１は、後方に超音波センサを取り付けた車両である。９０２は、非検出対象として分類されているアスファルトや芝生などの路面である。
　動作について説明する。なお、発振制御部１０１及び超音波センサ１０２の動作は前述の実施の形態と同様であり、説明は省略する。
　信号処理部１０５は、超音波センサ１０２で受信信号として超音波が受信されると、前述の実施の形態と同様に、信号処理部１０５では選択された参照情報を用いて受信信号との照合処理を行う。ここで、本実施の形態では、検出対象と非検出対象とに分類された物体の参照情報１０４が保持されており、この参照情報と受信信号との照合処理を行う。例えば図９の例では、アスファルトや芝生などの路面に反射した反射波の特徴を示す参照情報を含む複数の参照情報を用いて受信信号との照合処理を行う。
　そして、照合の結果、非検出対象の物体に対応する参照情報との照合による評価値が最も大きくなり、所定の閾値を超えた場合は、そこに非検出対象の物体が存在したとみなして、非検出対象反射波除去部がその影響を受信信号から除去する。
　例えば、図９に示す路面からの反射波は式（１）に示す振幅の値を持つと推定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここでVtは反射波の振幅値、Vsは送信波の振幅値、Lは地面までの距離、αは空気中での吸収減衰(Np/cm)、Dは超音波センサのθ方向への指向性、xは地面の反射率である。そこで式（１）で得られる振幅の値を受信信号から取り除くことで、非検出対象の物体の影響を抑制した受信信号を得る。
　そして、信号処理部１０５は、非検出対象反射波除去部で受信信号から非検出対象の物体に反射した反射波の影響を除去した信号について、再び、参照情報記憶部１０３に保持された参照情報との照合を行い、検出対象の物体の有無を判定する。検出対象の物体が検出された場合は、その結果を外部に出力する。
　なお、非検出対象の物体が存在しないと判断された場合は、前述の実施の形態と同様に、非検出対象反射波除去部での処理は行わず、検出対象の物体の有無を判定する。
　以上のように本実施の形態によれば、検出対象と非検出対象とに分類された物体に所定の信号系列に対応した超音波が反射した反射波の特徴を示し、超音波が発信されてから経過した経過時間に応じて異なる複数の参照情報を保持し、当該参照情報と受信信号とを照合した結果、非検出対象の物体が有と判定された場合に、受信信号から非検出対象の物体に反射した反射波の影響を除去した信号と、参照情報とを照合して検出対象の物体の有無を判定することにより、さらに検出精度の高精度化を行うことができる。
　以上で説明した実施の形態の各構成については、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
　以上のように、この発明に係る監視装置は、超音波の振幅値の減衰による検出対象領域への影響を低下させ、検出精度を高精度化させるように構成したため、車両周辺の障害物を検出する監視装置等に用いるのに適している。
　１０１　発振制御部、１０２　超音波センサ、１０３　参照情報記憶部、１０４　参照情報、１０５　信号処理部、２０１　物体、２０２　グラフ、３０１　信号系列、３０２　発信信号、４０１　反射波、５０１、５０２、５０３、５０４　反射波波形、６０１　送信信号、６０２　板状の物体、６０３　円柱状の物体、７０１　受信信号、８０１　グラフ。

Claims (8)

  1. 　所定の信号系列に対応した超音波を発信信号として発信し、発信後に伝播してきた超音波を受信信号として受信する超音波センサと、
    　上記所定の信号系列に対応した超音波が物体に反射した反射波の特徴を示し、上記超音波が発信されてから経過した経過時間に応じて異なる複数の参照情報を保持した参照情報記憶部と、
    　上記参照情報記憶部に保持された上記複数の参照情報のうち上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応した上記参照情報と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の有無を判定する信号処理部とを備えたことを特徴とする監視装置。
  2. 　上記信号処理部は、上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に基づいて、上記超音波センサと上記物体との距離を判定することを特徴とする請求項１記載の監視装置。
  3. 　上記参照情報記憶部は、上記超音波が発信されてから経過した経過時間及び上記反射波の属性に応じて異なる複数の上記参照情報を保持し、
    　上記信号処理部は、上記参照情報記憶部に保持された上記複数の参照情報のうち上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応し、上記反射波の属性に応じて異なる複数の上記参照情報と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の有無を判定することを特徴とする請求項１記載の監視装置。
  4. 　上記信号処理部は、上記反射波の属性が特定される場合に、上記参照情報記憶部に保持された上記複数の参照情報のうち上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応し、上記特定される反射波の属性に対応した上記参照情報と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の有無を判定することを特徴とする請求項３記載の監視装置。
  5. 　上記参照情報記憶部は、上記反射波の属性として、上記物体の形状に応じて異なる複数の上記参照情報を保持し、
    　上記信号処理部は、上記参照情報記憶部に保持された上記複数の参照情報のうち上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応し、上記物体の形状に応じて異なる複数の上記参照情報と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の形状を判定することを特徴とする請求項３記載の監視装置。
  6. 　上記信号処理部は、上記受信信号を複数区間に分割し、当該分割された区間毎に、上記参照情報記憶部に保持された上記複数の参照情報のうち上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応し、上記物体の形状に応じて異なる複数の上記参照情報と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の形状を判定すると共に、上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に基づいて、上記超音波センサと上記物体との距離を判定し、上記物体の上記超音波センサからの距離と形状とを判定することを特徴とする請求項５記載の監視装置。
  7. 　上記参照情報記憶部は、上記複数の参照情報の平均的な特徴を示す平均参照情報を保持し、
    　上記信号処理部は、上記平均参照情報と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の有無を予備判定し、当該予備判定の結果、上記物体が有と判定された場合に、上記参照情報記憶部に保持された上記複数の参照情報のうち上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応した上記参照情報と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の有無を判定することを特徴とする請求項１記載の監視装置。
  8. 　予め検出対象と非検出対象とに分類された上記物体のうち、上記非検出対象の物体に反射した反射波の影響を上記受信信号から除去する非検出対象反射波除去部を備え、
    　上記参照情報記憶部は、上記検出対象と非検出対象とに分類された上記物体に上記所定の信号系列に対応した超音波が反射した反射波の特徴を示し、上記超音波が発信されてから経過した経過時間に応じて異なる複数の参照情報を保持し、
    　上記信号処理部は、上記参照情報記憶部に保持された上記複数の参照情報のうち上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応した上記参照情報と、上記超音波センサで受信された受信信号とを照合して上記物体の有無を判定した結果、上記非検出対象の物体が有と判定された場合に、上記非検出対象反射波除去部で上記受信信号から上記非検出対象の物体に反射した反射波の影響を除去した信号と、上記参照情報記憶部に保持された上記複数の参照情報のうち上記超音波センサが上記発信信号を発信してから上記受信信号を受信するまでの経過時間に対応した上記参照情報とを照合して上記検出対象の物体の有無を判定することを特徴とする請求項１記載の監視装置。
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