WO2020022110A1 - レーダデータ処理装置、物体判別装置、レーダデータ処理方法、および物体判別方法 - Google Patents

レーダデータ処理装置、物体判別装置、レーダデータ処理方法、および物体判別方法 Download PDF

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偉傑 劉
安木 慎
中川 洋一
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Definitions

  • the present invention relates to a radar data processing device and a radar data processing method for processing radar data output from a radar device, and an object determining device and an object determining method for determining an object based on radar data output from the radar device. It is.
  • ITS Intelligent Transport System
  • a roadside machine equipped with a radar so-called infra radar
  • infra radar is installed at an intersection or other place where accidents are likely to occur, and mobile objects in the surrounding area are detected by the radar.
  • Practical use of a technology for notifying an in-vehicle terminal or a pedestrian terminal of a danger of collision by ITS communication (road-vehicle communication or road-to-road communication) has been promoted.
  • a moving object existing around a vehicle can be detected based on radar data (reflection intensity and Doppler velocity) output from a radar device.
  • radar data reflection intensity and Doppler velocity
  • object discrimination object recognition for discriminating whether the detected moving object is a vehicle or a person is desired.
  • Patent Document 1 a technique relating to object identification based on such radar data
  • Patent Document 1 a technique in which a vehicle and a person are distinguished by utilizing the characteristic that the reflectance of radio waves differs between the vehicle and the person
  • an image recognition technique for discriminating an object by analyzing an image captured by a camera is widely used.
  • this image recognition a feature amount of an object region is extracted from a captured image, and an object is determined based on the feature amount.
  • a machine learning model, particularly a deep learning model has been used for this image recognition. The discrimination performance can be dramatically improved. Therefore, if a machine learning model can be used for object discrimination based on radar data, it is expected that highly accurate object discrimination will be possible.
  • the present invention provides a radar data processing device, an object determination device, a radar data processing method, and an object determination method that can perform object determination based on radar data with high accuracy by using a machine learning model.
  • the main purpose is.
  • a radar data processing device of the present invention is a radar data processing device that processes radar data output from a radar device, and includes a control unit that images the radar data, wherein the control unit includes: Obtain the radar data including the information of the reflection intensity and the speed in, based on the radar data, for each of a plurality of channels of each pixel, the reflection intensity corresponding to the position of the pixel, speed and information of each distance It is configured to generate the stored radar detection image.
  • the object discriminating device of the present invention is an object discriminating device that discriminates an object based on radar data output from a radar device, comprising a control unit that discriminates an object based on the radar data, Acquires the radar data including each information of the reflection intensity and the velocity in each direction and each distance, based on the radar data, a plurality of channels of each pixel, respectively, the reflection intensity corresponding to the position of the pixel, A radar detection image storing information of speed and distance is generated, and the radar detection image is input to a machine learning model for image recognition trained to perform object discrimination and output from the machine learning model. It is configured to acquire the object determination result.
  • a radar data processing method of the present invention is a radar data processing method for processing radar data output from a radar device in an information processing device, the information processing device including information on reflection intensity and speed at each azimuth and each distance.
  • the object discriminating method of the present invention is an object discriminating method for discriminating an object based on radar data output from a radar device in an information processing device, wherein each information of a reflection intensity and a velocity in each direction and each distance is provided.
  • Acquiring the radar data including, based on the radar data, each of a plurality of channels of each pixel, the reflection intensity corresponding to the position of the pixel, and generates a radar detection image storing information of speed and distance information
  • the radar detection image is input to a machine learning model for image recognition that has been learned to perform object discrimination, and an object discrimination result output from the machine learning model is obtained.
  • the present invention it is possible to perform object discrimination using a machine learning model for image recognition in order to acquire a radar detection image obtained by imaging radar data, and to perform object discrimination based on radar data with high accuracy. Can be done.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the object discriminating apparatus 1 according to the first embodiment.
  • Explanatory diagram showing an outline of processing at the time of object discrimination performed by the object discrimination device 1 according to the first embodiment.
  • Explanatory diagram showing characteristics of radar data output from the radar device 2 according to the first embodiment.
  • Explanatory drawing showing the outline of processing at the time of learning performed by the object discriminating apparatus 1 according to the first embodiment.
  • 5 is a flowchart showing an operation procedure of the object discriminating apparatus 1 according to the first embodiment at the time of object discrimination. 5 is a flowchart showing the operation procedure of data processing (ST104 in FIG. 5) according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an operation procedure when generating learning data and constructing a deep learning model in the object discriminating apparatus 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an object determination device 1 according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation procedure of the object discriminating apparatus 1 according to the second embodiment at the time of object discrimination.
  • 9 is a flowchart showing an operation procedure of data processing (ST111 in FIG. 9) according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an operation procedure when generating learning data and constructing a deep learning model in the object discriminating apparatus 1 according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an object discriminating apparatus 1 according to a third embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an object discriminating apparatus 1 according to a fourth embodiment.
  • a radar data processing apparatus for processing radar data output from a radar apparatus, comprising: a control unit configured to image the radar data; Acquiring the radar data including the information of the reflection intensity and the velocity at each azimuth and each distance, and, based on the radar data, for each of a plurality of channels of each pixel, the reflection intensity and the velocity corresponding to the position of the pixel. It is configured to generate a radar detection image storing each information of the distance and the distance.
  • control unit extracts radar data of the object area from the radar data of the entire observation area based on position information of the object area detected from the radar data of the entire observation area, The radar detection image of the object area is generated based on the radar data of the object area.
  • the machine learning model since the machine learning model only needs to perform the object discrimination on the radar detection image of the object region, the processing load of the machine learning model can be reduced.
  • control unit is configured to generate the radar detection image of the entire observation area based on the radar data of the entire observation area.
  • the object detection and the object discrimination can be performed with high accuracy and efficiency by using the machine learning model capable of detecting the object in addition to the object discrimination.
  • control unit is configured to generate the radar detection image of the object area with a size corresponding to a distance of the object area.
  • the radar detection images having different sizes are generated according to the information amount of the radar data of the object area, so that the object can be determined with high accuracy.
  • control unit is configured to generate the radar detection image based on the radar data at a plurality of times.
  • the accuracy of the object determination can be improved.
  • control unit sets a blank area around an object area in the radar detection image such that the size of the radar detection image is uniform.
  • the size of the radar detection image becomes uniform irrespective of the size of the detected object region, so that the machine learning model can perform uniform processing.
  • the original radar data is not altered unlike the enlargement / reduction, the object can be determined with high accuracy.
  • a seventh invention is an object discriminating device that discriminates an object based on radar data output from a radar device, comprising a control unit that discriminates an object based on the radar data, wherein the control unit includes: Obtain the radar data including the information of the reflection intensity and the velocity in each direction and each distance, based on the radar data, for each of a plurality of channels of each pixel, the reflection intensity corresponding to the position of the pixel, velocity and A radar detection image storing each information of the distance is generated, and the radar detection image is input to a machine learning model for image recognition that has been learned to perform object discrimination, and the object discrimination output from the machine learning model is performed. It is configured to acquire the result.
  • the object discrimination is performed using the machine learning model for image recognition based on the radar detection image obtained by imaging the radar data, so that the object discrimination based on the radar data can be performed with high accuracy.
  • An eighth invention is a radar data processing method for processing radar data output from a radar device in the information processing apparatus, wherein the radar data includes information on reflection intensity and velocity at each direction and each distance. Is acquired, and based on the radar data, a radar detection image is generated in which information on the reflection intensity, speed, and distance corresponding to the position of the pixel is stored in a plurality of channels of each pixel.
  • the object detection can be performed using the machine learning model for image recognition because the radar detection image obtained by imaging the radar data is obtained. It is possible to perform object discrimination based on high accuracy.
  • a ninth aspect of the present invention is an object discriminating method for discriminating an object based on radar data output from a radar device in an information processing apparatus, the information discriminating method including information on reflection intensity and speed in each direction and each distance.
  • the information discriminating method including information on reflection intensity and speed in each direction and each distance.
  • the radar detection image is input to a machine learning model for image recognition that has been trained to perform object discrimination, and an object discrimination result output from the machine learning model is obtained.
  • the object determination based on the radar data can be performed with high accuracy. Can be done.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the object discriminating apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the object discriminating apparatus 1 discriminates an attribute (type) of an object existing in an observation area based on radar data output from the radar apparatus 2. , Mounted on a roadside machine (infrared radar), the results of determination of objects (moving bodies) present in the surroundings are used for collision risk determination and notification control, and are mounted on vehicles and The determination result of the existing object is used for control for avoiding collision.
  • radar data processing apparatus information processing apparatus
  • This object discriminating apparatus 1 discriminates whether an object is a vehicle or a person as an attribute of the object. Further, it is determined whether the vehicle is a four-wheeled vehicle or a two-wheeled vehicle, and it is determined whether the four-wheeled vehicle is a large vehicle or a small vehicle.
  • the radar device 2 emits a radio wave such as a millimeter wave band, detects a radio wave reflected by an object, and outputs radar data (measurement data).
  • the radar data includes the reflection intensity (information on the intensity of the reflected wave) and the Doppler velocity (information on the velocity of the object) in each azimuth and each distance (range).
  • the object discriminating apparatus 1 includes a data input unit 11, a control unit 12, a storage unit 13, and a data output unit 14.
  • the radar data output from the radar device 2 is input to the data input unit 11.
  • the data output unit 14 outputs the object determination result generated by the control unit 12.
  • the storage unit 13 stores radar data input from the radar device 2, programs executed by a processor constituting the control unit 12, and the like.
  • the control unit 12 includes an object detection unit 21, a data processing unit 22, an object determination unit 23, a learning data generation unit 24, and a learning processing unit 25.
  • the data processing unit 22 includes an area data extraction unit 31 and an image generation unit 32.
  • the control unit 12 is configured by a processor, and each unit of the control unit 12 is realized by executing a program stored in the storage unit 13 by the processor.
  • the object discriminating apparatus 1 includes the object detecting unit 21, the data processing unit 22, and the object discriminating unit 23. However, each of these units may be configured by a different device. Good. Further, although the object discriminating apparatus 1 includes the learning data generating unit 24 and the learning processing unit 25, these may be configured by a device different from the object discriminating device.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of a process performed by the object discriminating apparatus 1 at the time of object discrimination.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing characteristics of radar data output from the radar device 2.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an outline of a learning process performed by the object determination device 1.
  • the radar device 2 outputs the reflection intensity and the Doppler velocity at each azimuth and each distance (range) as radar data.
  • FIG. 2 shows a heat map obtained by imaging the reflection intensity and a heat map obtained by imaging the Doppler velocity.
  • radar data in a polar coordinate system defined by an azimuth and a distance (range) is converted into an image in an XY orthogonal coordinate system, and the observation area is displayed in a fan shape.
  • the object detecting unit 21 detects an object area from radar data of the entire observation area.
  • the area data extraction unit 31 of the data processing unit 22 extracts the radar data of the object area from the radar data of the entire observation area based on the position information of the object area detected by the object detection unit 21.
  • the image generation unit 32 generates a radar detection image of the object area based on the radar data of the object area.
  • the object determining unit 23 determines the attribute of the object in the object area based on the radar detection image of the object area.
  • the radar detection image of the object area generated by the image generation unit 32 is an image of radar data of the object area.
  • information on the reflection intensity, Doppler velocity, and distance (range) included in the radar data of the object area is stored in a plurality of channels of pixels at corresponding positions in the radar detection image.
  • information on Doppler velocity is stored in the R channel
  • information on reflection intensity is stored in the G channel
  • information on distance (range) is stored in the B channel. I do.
  • radar data is generated in units of cells partitioned by azimuth and distance (range).
  • the resolution of the distance is constant, but the resolution of the azimuth differs depending on the distance.
  • the resolution of the azimuth is high at a short distance (for example, 3 m), and the resolution of the azimuth is long at a long distance (for example, 80 m). Lower.
  • the number of cells included in the object region is the same in the axial direction of the distance (range), but in the axial direction of the azimuth. It depends on the distance. That is, at a long distance, the number of cells in the azimuth axial direction decreases, and at a short distance, the number of cells in the azimuth axial direction increases.
  • information on the distance (range) is stored in the radar detection image in addition to the information on the reflection intensity and the Doppler velocity.
  • the radar detection image may be generated in the XY orthogonal coordinate system as in the heat map of the reflection intensity and the Doppler velocity.
  • the area data extraction unit 31 performs coordinate conversion for converting the polar coordinate system of the radar data to the XY orthogonal coordinate system.
  • the coordinate system of the radar detection image is not particularly limited, and may be a polar coordinate system defined by an azimuth and a distance (range), similarly to the radar data, in addition to the XY orthogonal coordinate system. .
  • the object determining unit 23 determines the attribute of the object in the object area from the radar detection image of the object area using a machine learning model, particularly a deep learning model. That is, the radar detection image of the object region is input to the deep learning model, the object is determined by the deep learning model, and the object determination result output from the deep learning model is obtained.
  • a deep learning model a deep learning model for image recognition is used.
  • CNN convolutional neural network
  • the image generation unit 32 aligns the sizes of the radar detection images so that the processing can be uniformly performed by the deep learning model of the object determination unit 23 regardless of the size of the object region detected by the object detection unit 21. .
  • the original radar data is altered, so the radar detection image size is set based on the assumed maximum object area size, Then, a margin area is set around the object area (the area where the radar data is stored).
  • the object detection unit 21 detects an object region from the radar data of the entire observation area for learning output from the radar device 2 in the past.
  • the region data extraction unit 31 extracts the radar data of the learning object region from the radar data of the entire observation area for learning based on the position information of the object region detected by the object detection unit 21.
  • the image generation unit 32 generates a radar detection image of the learning object region based on the radar data of the learning object region.
  • the learning data generation unit 24 generates learning data in which the radar detection image of the learning object area generated by the image generation unit 32 is associated with the object determination result (label) related to the attribute of the object included in the radar detection image. Generate.
  • This object discrimination result is visually determined and input by the operator. At this time, for example, the image of the camera corresponding to the radar data for learning may be visually confirmed, and the attribute of the object determined from the radar detection image for learning may be acquired.
  • the learning processing unit 25 executes a learning process on the deep learning model using the learning data generated by the learning data generating unit 24, acquires model parameters (setting information) of the deep learning model as a learning result, The model parameters are applied to the deep learning model of the object discrimination unit 23 to construct a learned deep learning model.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an operation procedure of the object discriminating apparatus 1 at the time of object discrimination.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation procedure of the data processing (ST104 in FIG. 5).
  • the control unit 12 acquires radar data (reflection intensity and Doppler velocity according to the azimuth and the distance) of the entire observation area output from the radar apparatus 2 (see FIG. 5). ST101).
  • the object detection unit 21 detects an object region from the radar data of the entire observation area (ST102).
  • the data processing section 22 performs data processing (ST104). Specifically, the region data extraction unit 31 extracts radar data of the object region from the radar data of the entire observation area, and the image generation unit 32 generates a radar detection image of the object region based on the radar data of the object region. Generate.
  • the object detection unit 23 inputs the radar detection image of the object region generated by the image generation unit 32 to the trained deep learning model, performs object determination in the deep learning model, and outputs from the deep learning model.
  • the result of the object discrimination to be performed is obtained (ST105).
  • control unit 12 outputs the object discrimination result and the position information for each object region acquired by the object discrimination unit 23 (ST107).
  • the data processing unit 22 acquires position information of the object area detected by the object detection unit 21 (ST201). Next, a circumscribed rectangular area surrounding the object area is determined based on the position information of the object area (ST202). Next, a cell value of a blank area (area other than the object area) of the radar detection image is set (ST203).
  • the pixel value (the value of each RGB channel) of the pixel at the position corresponding to the cell Cj is set (ST206). That is, the reflection intensity of the cell Cj is set to the R value rj, the Doppler velocity of the cell Cj is set to the G value gj, and the range of the cell Cj is set to the B value bj.
  • the image generation unit 32 generates a radar detection image of the object region based on the pixel value of each pixel (ST208).
  • FIG. 7 is a flowchart showing an operation procedure when generating learning data and constructing a deep learning model in the object discriminating apparatus 1.
  • the control unit 12 causes the radar apparatus 2 to output radar data (in terms of azimuth and distance) of the entire learning observation area output in the past from the radar apparatus 2. A corresponding reflection intensity and Doppler velocity) are obtained (ST301).
  • the object detection unit 21 detects an object region from the radar data of the entire observation area for learning (ST302).
  • the data processing section 22 performs data processing (ST304). Specifically, the region data extraction unit 31 extracts radar data of the learning object region from the radar data of the entire observation area for learning, and the image generation unit 32 converts the radar data of the learning object region into radar data. Based on this, a radar detection image of the object region for learning is generated. This process is the same as that at the time of object determination (see FIG. 6).
  • the learning data generation unit 24 acquires the object determination result (label) of each object region (ST306). This object discrimination result is visually determined and input by the operator.
  • learning data is generated by associating the radar detection image of each object region acquired by the image generation unit 32 with the object determination result (label) (ST307).
  • the learning data is generated for all the object regions included in the radar data (heat map) of the entire observation area. However, the learning data is generated for only some of the object regions. Learning data may be generated.
  • the learning processing unit 25 uses the learning data generated by the learning data generating unit 24 to perform learning on the deep learning model. The process is executed, and model parameters (setting information) of the deep learning model are acquired as a learning result (ST308).
  • model parameters are applied to the deep learning model of the object determination unit 23 to construct a learned deep learning model (ST309).
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the object determination device 1 according to the second embodiment.
  • the object discrimination for discriminating the object in the detected object region is performed using the deep learning model. Do it in the model.
  • the control unit 12 of the object discrimination device 1 includes a data processing unit 41, an object detection discrimination unit 42, a learning data generation unit 24, and a learning processing unit 25.
  • the data processing unit 41 includes an image generation unit 43.
  • the image generation unit 43 generates a radar detection image of the entire observation area based on the radar data of the entire observation area.
  • the object detection determination unit 42 inputs the radar detection image of the entire observation area generated by the image generation unit 43 to the learned deep learning model, performs object detection and object discrimination using the deep learning model, and performs processing based on the deep learning model. Obtain the output object determination result.
  • a deep learning model with a search function is used as the deep learning model.
  • a Region @ with-convolutional / neural network is preferable.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an operation procedure of the object discriminating apparatus 1 at the time of object discrimination.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the operation procedure of the data processing (ST111 in FIG. 9).
  • the control unit 12 acquires radar data (reflection intensity and Doppler velocity according to the azimuth and the distance) of the entire observation area output from the radar apparatus 2 (see FIG. 9). ST101).
  • data processing is performed in the data processing unit 22 (ST111). Specifically, the image generation unit 43 generates a radar detection image of the entire observation area based on the radar data of the entire observation area.
  • the object detection determination unit 42 inputs the radar detection image of the entire observation area generated by the image generation unit 43 to the learned deep learning model, and performs object detection and object determination in the deep learning model.
  • An object determination result output from the learning model is obtained (ST112).
  • the pixel value (the value of each RGB channel) of the pixel at the position corresponding to the cell Cj is set (ST206). That is, the reflection intensity of the cell Cj is set to the R value rj, the Doppler velocity of the cell Cj is set to the G value gj, and the range of the cell Cj is set to the B value bj.
  • the image generation unit 32 generates a radar detection image of the entire observation area based on the pixel value of each pixel (ST208). .
  • FIG. 11 is a flowchart showing an operation procedure when generating learning data and constructing a deep learning model in the object discriminating apparatus 1.
  • the control unit 12 when learning data is generated as shown in FIG. 11A, the control unit 12 first sets the radar data (in the azimuth and the distance) of the entire learning observation area output from the radar apparatus 2 in the past. A corresponding reflection intensity and Doppler velocity) are obtained (ST301).
  • the data processing section 41 performs data processing (ST311). Specifically, the image generation unit 43 generates a radar detection image of the entire observation area for learning based on the radar data of the entire observation area for learning. This process is the same as when the object is determined (see FIG. 10).
  • the learning data generation unit 24 obtains an object determination result (label) of the object area (ST312). This object discrimination result is visually determined and input by the operator. When a plurality of object regions are included in the radar data of the entire observation area for learning, an object determination result (label) of each object region is obtained.
  • learning data is generated by associating the radar detection image of the entire observation area for learning acquired by the image generation unit 32 with the object determination result (label) (ST313).
  • the learning processing unit 25 uses the learning data generated by the learning data generating unit 24 to perform learning on the deep learning model. The process is executed, and model parameters (setting information) of the deep learning model are acquired as a learning result (ST314).
  • model parameters are applied to the deep learning model of the object detection determination unit 42 to construct a learned deep learning model (ST315).
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the object discrimination device 1 according to the third embodiment.
  • the radar detection image of the object area is generated in the same size regardless of the range (distance) of the object area.
  • the radar data of the object area is generated in accordance with the distance (range) of the object area. (The number of cells) differs greatly (see FIG. 3).
  • the radar data of the object area is imaged in different sizes according to the distance (range) of the object area, and radar detection images of different sizes are generated.
  • radar data is imaged in two cases, long distance and short distance.
  • the control unit 12 of the object determination device 1 includes an object detection unit 21, a distribution unit 51, a first data processing unit 52, a second data processing unit 53, a first object determination unit 54, , A learning data generating unit 24, and a learning processing unit 25.
  • the distribution unit 51 distributes the radar data processing to the first data processing unit 52 and the second data processing unit 53 based on the distance (range) of the object area detected by the object detection unit 21. Specifically, when the distance of the object region is a long distance that is equal to or more than a predetermined value, the radar data processing is performed by the first data processing unit 52, and the short distance that the distance of the object region is less than the predetermined value is set. In the case of (1), the second data processing unit 53 performs the processing of the radar data.
  • the first data processing unit 52 processes radar data when the object region is at a long distance, and includes a first region data extraction unit 61 and a first image generation unit 62. I have.
  • the first data processing unit 52 extracts radar data of the object area and generates a radar detection image having a small size.
  • the second data processing unit 53 processes radar data when the object region is at a short distance, and includes a second region data extraction unit 63 and a second image generation unit 64. I have.
  • the second data processing unit 53 extracts radar data of the object area and generates a radar detection image having a large size.
  • the processing performed by the first area data extraction unit 61 and the second area data extraction unit 63 is the same as that of the area data extraction unit 31 of the first embodiment, and the first image generation unit 62 and the second The processing performed by the image generation unit 64 is the same as that of the image generation unit 32 of the first embodiment.
  • the first object discriminating unit 54 performs object discrimination using the first deep learning model on the radar detection image having a small size generated by the first data processing unit 52.
  • the second object discriminating unit 55 performs object discrimination on the radar detection image having a large size generated by the second data processing unit 53 using the second deep learning model.
  • the radar data is imaged in two cases according to the distance (range) of the object region.
  • the radar data is imaged in three or more cases. You may do so.
  • FIG. 13 is a flowchart showing an operation procedure of the object discriminating apparatus 1 at the time of object discrimination.
  • the control unit 12 acquires the radar data (reflection intensity and Doppler velocity according to the azimuth and the distance) of the entire observation area output from the radar apparatus 2 (ST101).
  • the object detection unit 21 detects an object region from the radar data of the entire observation area (ST102).
  • the distribution unit 51 determines whether or not the range value of the center point of the object region Ri is equal to or larger than the threshold value (ST121).
  • the first data processing unit 52 performs data processing. Perform (ST122). Specifically, the first area data extraction unit 61 extracts the radar data of the object area from the radar data of the entire observation area, and the first image generation unit 62 extracts the radar data of the object area based on the radar data of the object area. Generate a radar detection image of the object area. This data processing is the same as in the first embodiment (see FIG. 6).
  • the first object discriminating unit 54 inputs the radar detection image of the object region generated by the first image generating unit 62 to the learned deep learning model, and performs object discrimination in the deep learning model. Then, the object determination result output from the deep learning model is obtained (ST123).
  • the second data processing unit 53 performs data processing. (ST124). Specifically, the second region data extraction unit 63 extracts the radar data of the object region from the radar data of the entire observation area, and the second image generation unit 64 extracts the radar data of the object region based on the radar data of the object region. Generate a radar detection image of the object area. This data processing is the same as in the first embodiment (see FIG. 6).
  • the second object discriminating section 55 inputs the radar detection image of the object area generated by the second image generating section 64 to the learned deep learning model, and performs object discrimination in the deep learning model. Then, the object determination result output from the deep learning model is obtained (ST125).
  • control unit 12 determines the object discrimination result for each object area acquired by the first object discrimination unit 54 or the second object discrimination unit 55. And outputs position information (ST107).
  • the operation procedure of the object discriminating apparatus 1 at the time of learning is substantially the same as that of the first embodiment (see FIG. 7), but in the present embodiment, the first object discriminating unit 54 and the second object discriminating unit 55 are used. Since the size of the radar detection image to be processed is different between and, a radar detection image for learning is generated with a size corresponding to each.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the object identification device 1 according to the fourth embodiment.
  • the radar data of the entire observation area at each time is output at intervals (for example, 50 ms) corresponding to the beam scanning cycle, and the object area at each time extracted from the radar data of the entire observation area at each time.
  • a radar detection image is generated at a high frame rate (for example, 20 fps), but such a high frame rate radar detection image is not always necessary for object discrimination.
  • the radar data of the object region at a plurality of times respectively extracted from the radar data of the entire observation area at a plurality of times are combined (integrated), and the combined radar data is imaged, Generate a radar detection image of the area.
  • the accuracy of object discrimination can be improved.
  • the control section 12 of the object discriminating apparatus 1 includes an object detecting section 21, a data processing section 71, an object discriminating section 23, a learning data generating section 24, and a learning processing section 25.
  • the data processing section 71 includes an area data extraction section 31, a data synthesis section 72, and an image generation section 32.
  • the data combining unit 72 combines (integrates) the radar data of the object region at a plurality of times acquired by the region data extracting unit 31 to generate combined radar data of the object region.
  • the data of each cell in the radar data at a plurality of times is set to the pixel value of a pixel at a different position at the corresponding position in the radar detection image.
  • the original radar data can be stored in the radar detection image without any modification.
  • the number of pixels of the radar detection image increases. For example, if radar data at four times is combined, a radar detection image having four times the number of pixels can be generated.
  • the data of each cell in the radar data at a plurality of times is statistically processed, a representative value (maximum value, average value, etc.) of each cell is obtained, and the representative value is obtained from the corresponding position in the radar detection image. You may make it set to a pixel value.
  • FIG. 15 is a flowchart showing an operation procedure of the object discriminating apparatus 1 at the time of object discrimination.
  • the control unit 12 acquires the radar data (reflection intensity and Doppler velocity according to the azimuth and the distance) of the entire observation area output from the radar apparatus 2 (ST101).
  • the object detection unit 21 detects an object region from the radar data of the entire observation area (ST102).
  • the area data extraction unit 31 of the data processing unit 22 extracts radar data of the object area from the radar data of the entire observation area (ST131).
  • the data synthesizing section 72 determines whether or not radar data of a predetermined number of times has been prepared (ST132).
  • the radar data at the predetermined number of times is not available (No at ST132)
  • the radar data of the object area at the current time is temporarily stored in storage unit 13 (ST133). Then, the process proceeds to ST106.
  • the data synthesizing unit 72 acquires the radar data of the object area at the past time accumulated in the storage unit 13 and obtains the past. Then, the radar data of the object area at the time of (1) and the radar data of the object area at the current time acquired by the area data extraction unit 31 are synthesized (ST134).
  • the image generation section 32 generates a radar detection image of the object area based on the composite radar data of the object area acquired by the data synthesis section 72 (ST135).
  • the object detection unit 23 inputs the radar detection image of the object region generated by the image generation unit 32 to the trained deep learning model, performs object determination in the deep learning model, and outputs from the deep learning model.
  • the result of the object discrimination to be performed is obtained (ST105).
  • control unit 12 outputs the object determination result and position information for each object region acquired by the object determination unit 23 (ST107).
  • the operation procedure of the object discriminating apparatus 1 at the time of learning is the same as that of the first embodiment (see FIG. 7), but in the present embodiment, a radar detection image is generated after synthesizing radar data at a plurality of times. Therefore, a radar detection image for learning may be combined with radar data for learning at a plurality of times and then imaged.However, without combining radar data at a plurality of times, The radar data for learning at one time may be directly converted into an image.
  • the radar data processing device, the object discriminating device, the radar data processing method, and the object discriminating method according to the present invention have an effect that object discrimination based on radar data can be performed with high accuracy by using a machine learning model.
  • the present invention is useful as a radar data processing device and a radar data processing method for processing radar data output from a radar device, and an object determining device and an object determining method for determining an object based on radar data output from the radar device. .

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Abstract

【課題】機械学習モデルを用いることで、レーダデータに基づく物体判別を高精度に行うことができるようにする。 【解決手段】各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含むレーダデータを取得し、そのレーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成し、そのレーダ検出画像を、物体判別を行うように学習した画像認識用の機械学習モデルに入力して、その機械学習モデルから出力される物体判別結果を取得する。特に、観測エリア全体のレーダデータから物体領域を検出して、観測エリア全体のレーダデータから物体領域のレーダデータを抽出して、その物体領域のレーダデータに基づいて、物体領域のレーダ検出画像を生成する。

Description

レーダデータ処理装置、物体判別装置、レーダデータ処理方法、および物体判別方法
 本発明は、レーダ装置から出力されるレーダデータを処理するレーダデータ処理装置およびレーダデータ処理方法、ならびにレーダ装置から出力されるレーダデータに基づいて物体を判別する物体判別装置および物体判別方法に関するものである。
 近年、車両の走行時の安全性を高めるため、レーダを用いて、車両の周囲に存在する車両や歩行者などの移動体を検知する技術が普及している。また、ITS(Intelligent Transport System:高度道路交通システム)において、交差点などの事故の起きやすい場所に、レーダを備えた路側機、いわゆるインフラレーダを設置して、周辺に存在する移動体をレーダにより検知して、ITS通信(路車間通信や路歩間通信)により、車載端末や歩行者端末に衝突の危険性を通知する技術の実用化が推進されている。
 このようなレーダを用いた物体検知では、レーダ装置から出力されるレーダデータ(反射強度やドップラー速度)に基づいて、車両の周囲に存在する移動体を検知することができるが、この他に、レーダデータに基づいて、検知した移動体が車両と人物とのいずれであるかを判別する物体判別(物体認識)が望まれる。
 このようなレーダデータに基づく物体判別に関する技術として、従来、電波の反射率が車両と人物とで異なるという特性を利用して、車両と人物とを判別する技術が知られている(特許文献1参照)。
特許第5206579号公報
 しかしながら、前記従来の技術では、電波の反射率が、電波の方向や物体の材質などの影響で変化することで、車両と人物とを適切に判別できない場合が多く、特に、人物が車両の近傍に居る場合には、人物を車両の一部と誤認識するという問題があった。
 一方、カメラの撮影画像を解析することにより物体を判別する画像認識の技術が広く普及している。この画像認識では、撮影画像から物体領域の特徴量を抽出して、その特徴量に基づいて物体を判別するが、近年、この画像認識に機械学習モデル、特に深層学習モデルを利用することで、判別性能を飛躍的に向上させることができるようになっている。このため、レーダデータに基づく物体判別に機械学習モデルを利用することができると、高精度な物体判別が可能になることが期待される。
 そこで、本発明は、機械学習モデルを用いることで、レーダデータに基づく物体判別を高精度に行うことができるレーダデータ処理装置、物体判別装置、レーダデータ処理方法、および物体判別方法を提供することを主な目的とする。
 本発明のレーダデータ処理装置は、レーダ装置から出力されるレーダデータを処理するレーダデータ処理装置であって、前記レーダデータを画像化する制御部を備え、前記制御部は、各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含む前記レーダデータを取得し、前記レーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成する構成とする。
 また、本発明の物体判別装置は、レーダ装置から出力されるレーダデータに基づいて物体を判別する物体判別装置であって、前記レーダデータに基づいて物体を判別する制御部を備え、前記制御部は、各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含む前記レーダデータを取得し、前記レーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成し、前記レーダ検出画像を、物体判別を行うように学習した画像認識用の機械学習モデルに入力して、その機械学習モデルから出力される物体判別結果を取得する構成とする。
 また、本発明のレーダデータ処理方法は、情報処理装置において、レーダ装置から出力されるレーダデータを処理するレーダデータ処理方法であって、各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含む前記レーダデータを取得し、前記レーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成する構成とする。
 また、本発明の物体判別方法は、情報処理装置において、レーダ装置から出力されるレーダデータに基づいて物体を判別する物体判別方法であって、各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含む前記レーダデータを取得し、前記レーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成し、前記レーダ検出画像を、物体判別を行うように学習した画像認識用の機械学習モデルに入力して、その機械学習モデルから出力される物体判別結果を取得する構成とする。
 本発明によれば、レーダデータを画像化したレーダ検出画像を取得するため、画像認識用の機械学習モデルを用いて物体判別を行うことができるようになり、レーダデータに基づく物体判別を高精度に行うことができる。
第1実施形態に係る物体判別装置1の概略構成を示すブロック図 第1実施形態に係る物体判別装置1で行われる物体判別時の処理の概要を示す説明図 第1実施形態に係るレーダ装置2から出力されるレーダデータの特徴を示す説明図 第1実施形態に係る物体判別装置1で行われる学習時の処理の概要を示す説明図 第1実施形態に係る物体判別装置1の物体判別時の動作手順を示すフロー図 第1実施形態に係るデータ処理(図5のST104)の動作手順を示すフロー図 第1実施形態に係る物体判別装置1における学習データ生成時および深層学習モデル構築時の動作手順を示すフロー図 第2実施形態に係る物体判別装置1の概略構成を示すブロック図 第2実施形態に係る物体判別装置1の物体判別時の動作手順を示すフロー図 第2実施形態に係るデータ処理(図9のST111)の動作手順を示すフロー図 第2実施形態に係る物体判別装置1における学習データ生成時および深層学習モデル構築時の動作手順を示すフロー図 第3実施形態に係る物体判別装置1の概略構成を示すブロック図 第3実施形態に係る物体判別装置1の物体判別時の動作手順を示すフロー図 第4実施形態に係る物体判別装置1の概略構成を示すブロック図 第4実施形態に係る物体判別装置1の物体判別時の動作手順を示すフロー図
 前記課題を解決するためになされた第1の発明は、レーダ装置から出力されるレーダデータを処理するレーダデータ処理装置であって、前記レーダデータを画像化する制御部を備え、前記制御部は、各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含む前記レーダデータを取得し、前記レーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成する構成とする。
 これによると、レーダデータを画像化したレーダ検出画像を取得するため、画像認識用の機械学習モデルを用いて物体判別を行うことができるようになり、レーダデータに基づく物体判別を高精度に行うことができる。
 また、第2の発明は、前記制御部は、観測エリア全体の前記レーダデータから検出された物体領域の位置情報に基づいて、観測エリア全体の前記レーダデータから物体領域のレーダデータを抽出し、前記物体領域のレーダデータに基づいて、物体領域の前記レーダ検出画像を生成する構成とする。
 これによると、機械学習モデルが物体領域のレーダ検出画像を対象にして物体判別を行えばよいため、機械学習モデルの処理負荷を軽減することができる。
 また、第3の発明は、前記制御部は、観測エリア全体の前記レーダデータに基づいて、観測エリア全体の前記レーダ検出画像を生成する構成とする。
 これによると、物体判別に加えて物体検出が可能な機械学習モデルを用いることで、物体検出および物体判別を高精度にかつ効率よく行うことができる。
 また、第4の発明は、前記制御部は、前記物体領域の距離に応じたサイズで、物体領域の前記レーダ検出画像を生成する構成とする。
 これによると、物体領域のレーダデータの情報量に応じて、サイズが異なるレーダ検出画像を生成するため、物体判別を高精度に行うことができる。
 また、第5の発明は、前記制御部は、複数の時刻の前記レーダデータに基づいて、前記レーダ検出画像を生成する構成とする。
 これによると、複数の時刻のレーダデータがレーダ検出画像に格納されるため、物体判別の精度を向上させることができる。
 また、第6の発明は、前記制御部は、前記レーダ検出画像のサイズが均一となるように、前記レーダ検出画像における物体領域の周囲に余白領域を設定する構成とする。
 これによると、検出された物体領域の大きさに関係なく、レーダ検出画像のサイズが均一となるため、機械学習モデルで一様に処理することができる。また、拡大縮小のように元のレーダデータが改変されることがないため、物体判別を高精度に行うことができる。
 また、第7の発明は、レーダ装置から出力されるレーダデータに基づいて物体を判別する物体判別装置であって、前記レーダデータに基づいて物体を判別する制御部を備え、前記制御部は、各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含む前記レーダデータを取得し、前記レーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成し、前記レーダ検出画像を、物体判別を行うように学習した画像認識用の機械学習モデルに入力して、その機械学習モデルから出力される物体判別結果を取得する構成とする。
 これによると、レーダデータを画像化したレーダ検出画像に基づいて、画像認識用の機械学習モデルを用いて物体判別を行うため、レーダデータに基づく物体判別を高精度に行うことができる。
 また、第8の発明は、情報処理装置において、レーダ装置から出力されるレーダデータを処理するレーダデータ処理方法であって、各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含む前記レーダデータを取得し、前記レーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成する構成とする。
 これによると、第1の発明と同様に、レーダデータを画像化したレーダ検出画像を取得するため、画像認識用の機械学習モデルを用いて物体判別を行うことができるようになり、レーダデータに基づく物体判別を高精度に行うことができる。
 また、第9の発明は、情報処理装置において、レーダ装置から出力されるレーダデータに基づいて物体を判別する物体判別方法であって、各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含む前記レーダデータを取得し、前記レーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成し、前記レーダ検出画像を、物体判別を行うように学習した画像認識用の機械学習モデルに入力して、その機械学習モデルから出力される物体判別結果を取得する構成とする。
 これによると、第7の発明と同様に、レーダデータを画像化したレーダ検出画像に基づいて、画像認識用の機械学習モデルを用いて物体判別を行うため、レーダデータに基づく物体判別を高精度に行うことができる。
 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
(第1実施形態)
 図1は、第1実施形態に係る物体判別装置1の概略構成を示すブロック図である。
 この物体判別装置1(レーダデータ処理装置、情報処理装置)は、レーダ装置2から出力されるレーダデータに基づいて、観測エリア内に存在する物体の属性(種類)を判別するものであり、例えば、路側機(インフラレーダ)に搭載されて、周囲に存在する物体(移動体)の判別結果が、衝突の危険性の判定や通知の制御に用いられ、また、車両に搭載されて、周囲に存在する物体の判別結果が衝突回避のための制御に用いられる。
 この物体判別装置1では、物体の属性として、物体が車両と人物とのいずれであるかを判別する。さらに、車両が4輪車と2輪車とのいずれであるかを判別し、また、4輪車が大型車と小型車とのいずれであるかを判別する。
 レーダ装置2は、ミリ波帯などの電波を放射すると共に物体で反射された電波を検出して、レーダデータ(測定データ)を出力する。このレーダデータには、各方位および各距離(レンジ)における反射強度(反射波の強度に関する情報)およびドップラー速度(物体の速度に関する情報)が含まれる。
 物体判別装置1は、データ入力部11と、制御部12と、記憶部13と、データ出力部14と、を備えている。
 データ入力部11では、レーダ装置2から出力されるレーダデータが入力される。データ出力部14では、制御部12で生成した物体判別結果を出力する。
 記憶部13は、レーダ装置2から入力されるレーダデータや、制御部12を構成するプロセッサで実行されるプログラムなどを記憶する。
 制御部12は、物体検出部21と、データ処理部22と、物体判別部23と、学習データ生成部24と、学習処理部25と、を備えている。データ処理部22は、領域データ抽出部31と、画像生成部32と、を備えている。この制御部12は、プロセッサで構成され、制御部12の各部は、記憶部13に記憶されたプログラムをプロセッサで実行することで実現される。
 なお、本実施形態では、物体判別装置1が、物体検出部21と、データ処理部22と、物体判別部23とを備えるものとしたが、これらの各部をそれぞれ別の装置で構成してもよい。また、物体判別装置1が、学習データ生成部24と、学習処理部25とを備えるものとしたが、これらを物体判別装置とは別の装置で構成してもよい。
 次に、第1実施形態に係る物体判別装置1で行われる処理について説明する。図2は、物体判別装置1で行われる物体判別時の処理の概要を示す説明図である。図3は、レーダ装置2から出力されるレーダデータの特徴を示す説明図である。図4は、物体判別装置1で行われる学習時の処理の概要を示す説明図である。
 図2に示すように、レーダ装置2では、レーダデータとして、各方位および各距離(レンジ)における反射強度およびドップラー速度を出力する。なお、図2では、反射強度を画像化したヒートマップと、ドップラー速度を画像化したヒートマップとを示している。このヒートマップでは、方位と距離(レンジ)とで規定される極座標系のレーダデータを、X-Y直交座標系に変換して画像化しており、観測エリアが扇形状に表示される。
 物体判別装置1では、まず、物体検出部21において、観測エリア全体のレーダデータから物体領域を検出する。次に、データ処理部22の領域データ抽出部31において、物体検出部21で検出した物体領域の位置情報に基づいて、観測エリア全体のレーダデータから物体領域のレーダデータを抽出する。次に、画像生成部32において、物体領域のレーダデータに基づいて、物体領域のレーダ検出画像を生成する。次に、物体判別部23において、物体領域のレーダ検出画像に基づいて、物体領域の物体の属性を判別する。
 ここで、画像生成部32で生成される物体領域のレーダ検出画像は、物体領域のレーダデータを画像化したものである。具体的には、物体領域のレーダデータに含まれる反射強度、ドップラー速度、および距離(レンジ)の各情報を、レーダ検出画像における対応する位置の画素の複数のチャンネルに格納する。例えば、RGBのフォーマットでレーダ検出画像を生成する場合、Rのチャンネルにドップラー速度の情報を格納し、Gのチャンネルに反射強度の情報を格納し、Bのチャンネルに距離(レンジ)の情報を格納する。
 また、図3(A)に示すように、レーダデータは、方位および距離(レンジ)で区画されたセル単位で生成される。このレーダデータでは、距離の分解能は一定であるが、方位の分解能が、距離に応じて異なり、近距離(例えば3m)では方位の分解能が高くなり、遠距離(例えば80m)では方位の分解能が低くなる。このため、図3(B)に示すように、同じ大きさの物体A,Bでは、物体領域に含まれるセル数が、距離(レンジ)の軸方向では同一であるが、方位の軸方向では距離に応じて異なる。すなわち、遠距離では方位の軸方向のセル数が少なくなり、近距離では方位の軸方向のセル数が多くなる。
 一方、図2に示したように、観測エリア全体のレーダデータから物体領域のレーダデータを抽出すると、距離(レンジ)の情報が消失し、物体の大きさを判別することができなくなる。そこで、本実施形態では、反射強度およびドップラー速度の各情報の他に、距離(レンジ)の情報をレーダ検出画像に格納する。
 また、レーダ検出画像では、反射強度およびドップラー速度のヒートマップと同様に、X-Y直交座標系で生成すればよい。この場合、領域データ抽出部31において、レーダデータの極座標系をX-Y直交座標系に変換する座標変換を行う。なお、レーダ検出画像の座標系は特に限定されるものではなく、X-Y直交座標系の他に、レーダデータと同じように、方位と距離(レンジ)とで規定される極座標系としてもよい。
 また、物体判別部23は、機械学習モデル、特に深層学習モデルを用いて、物体領域のレーダ検出画像から物体領域の物体の属性を判別する。すなわち、物体領域のレーダ検出画像を深層学習モデルに入力して、深層学習モデルで物体判別を行い、深層学習モデルから出力される物体判別結果を取得する。この深層学習モデルには、画像認識用の深層学習モデルが用いられる。なお、画像認識用の深層学習モデルとしては、CNN(畳み込みニューラルネットワーク:convolutional neural network)が好適である。
 また、画像生成部32では、物体検出部21で検出された物体領域の大きさに関係なく、物体判別部23の深層学習モデルで一様に処理可能なように、レーダ検出画像のサイズを揃える。このとき、拡大縮小の処理を行うと、元のレーダデータが改変されてしまうため、想定される最大の物体領域のサイズに基づいて、レーダ検出画像のサイズを設定し、そのサイズになるように、物体領域(レーダデータを格納した領域)の周囲に余白領域を設定する。
 また、図4に示すように、学習時には、物体検出部21において、レーダ装置2から過去に出力された学習用の観測エリア全体のレーダデータから物体領域を検出する。次に、領域データ抽出部31において、物体検出部21で検出した物体領域の位置情報に基づいて、学習用の観測エリア全体のレーダデータから学習用の物体領域のレーダデータを抽出する。次に、画像生成部32において、学習用の物体領域のレーダデータに基づいて、学習用の物体領域のレーダ検出画像を生成する。
 学習データ生成部24では、画像生成部32で生成した学習用の物体領域のレーダ検出画像と、そのレーダ検出画像に含まれる物体の属性に関する物体判別結果(ラベル)とを対応付けた学習データを生成する。この物体判別結果は、作業者が目視で判断して入力したものである。このとき、例えば、学習用のレーダデータに対応するカメラの撮影画像を目視で確認して、学習用のレーダ検出画像から判別される物体の属性を取得すればよい。
 学習処理部25では、学習データ生成部24で生成した学習データを用いて、深層学習モデルに対する学習処理を実行して、学習結果として、深層学習モデルのモデルパラメータ(設定情報)を取得して、そのモデルパラメータを物体判別部23の深層学習モデルに適用して、学習済みの深層学習モデルを構築する。
 次に、第1実施形態に係る物体判別装置1における物体判別時の動作手順について説明する。図5は、物体判別装置1の物体判別時の動作手順を示すフロー図である。図6は、データ処理(図5のST104)の動作手順を示すフロー図である。
 物体判別装置1では、図5に示すように、まず、制御部12において、レーダ装置2から出力された観測エリア全体のレーダデータ(方位および距離に応じた反射強度およびドップラー速度)を取得する(ST101)。次に、物体検出部21において、観測エリア全体のレーダデータから物体領域を検出する(ST102)。
 次に、制御部12において、1つの物体領域Ri(i=1~N)を選定する(ST103)。
 次に、データ処理部22において、データ処理を行う(ST104)。具体的には、領域データ抽出部31において、観測エリア全体のレーダデータから物体領域のレーダデータを抽出し、画像生成部32において、物体領域のレーダデータに基づいて、物体領域のレーダ検出画像を生成する。
 次に、物体判別部23において、画像生成部32で生成した物体領域のレーダ検出画像を、学習済みの深層学習モデルに入力して、その深層学習モデルにおいて物体判別を行い、深層学習モデルから出力される物体判別結果を取得する(ST105)。
 次に、全ての物体領域の処理が終了したか否かを判定する(ST106)。ここで、全ての物体領域の処理が終了していない場合には(ST106でNo)、ST103に戻り、次の物体領域を選定して、その物体領域の処理を行う。
 一方、全ての物体領域の処理が終了した場合には(ST106でYes)、制御部12において、物体判別部23で取得した物体領域ごとの物体判別結果および位置情報を出力する(ST107)。
 データ処理(ST104)では、図6に示すように、まず、データ処理部22において、物体検出部21で検出した物体領域の位置情報を取得する(ST201)。次に、物体領域の位置情報に基づいて、物体領域を取り囲む外接矩形の領域を確定する(ST202)。次に、レーダ検出画像の余白領域(物体領域以外の領域)のセル値を設定する(ST203)。
 次に、領域データ抽出部31において、物体領域(外接矩形)内の1つセルCj(j=1~M)を選定する(ST204)。そして、観測エリア全体のレーダデータから、選定したセルCjの反射強度、ドップラー速度、およびレンジを取得する(ST205)。
 次に、画像生成部32において、セルCjの反射強度、ドップラー速度、およびレンジに基づいて、そのセルCjに対応する位置の画素の画素値(RGBの各チャンネルの値)を設定する(ST206)。すなわち、R値rjにセルCjの反射強度を設定し、G値gjにセルCjのドップラー速度を設定し、B値bjにセルCjのレンジを設定する。
 次に、全てのセルの処理が終了したか否かを判定する(ST207)。ここで、全てのセルの処理が終了していない場合には(ST207でNo)、ST204に戻り、次のセルを選定して、そのセルの処理を行う。
 一方、全てのセルの処理が終了した場合には(ST207でYes)、次に、画像生成部32において、各画素の画素値に基づいて、物体領域のレーダ検出画像を生成する(ST208)。
 次に、第1実施形態に係る物体判別装置1の学習時の動作手順について説明する。図7は、物体判別装置1における学習データ生成時および深層学習モデル構築時の動作手順を示すフロー図である。
 物体判別装置1では、図7(A)に示すように学習データ生成時には、まず、制御部12において、レーダ装置2から過去に出力された学習用の観測エリア全体のレーダデータ(方位および距離に応じた反射強度およびドップラー速度)を取得する(ST301)。次に、物体検出部21において、学習用の観測エリア全体のレーダデータから物体領域を検出する(ST302)。
 次に、制御部12において、1つの物体領域Ri(i=1~N)を選定する(ST303)。
 次に、データ処理部22において、データ処理を行う(ST304)。具体的には、領域データ抽出部31において、学習用の観測エリア全体のレーダデータから学習用の物体領域のレーダデータを抽出して、画像生成部32において、学習用の物体領域のレーダデータに基づいて、学習用の物体領域のレーダ検出画像を生成する。この処理は、物体判別時(図6参照)と同様である。
 次に、全ての物体領域の処理が終了したか否かを判定する(ST305)。ここで、全ての物体領域の処理が終了していない場合には(ST305でNo)、ST303に戻り、次の物体領域を選定して、その物体領域の処理を行う。
 一方、全ての物体領域の処理が終了した場合には(ST305でYes)、次に、学習データ生成部24において、各物体領域の物体判別結果(ラベル)を取得する(ST306)。この物体判別結果は、作業者が目視で判断して入力したものである。
 次に、画像生成部32で取得した各物体領域のレーダ検出画像と、物体判別結果(ラベル)とを対応付けた学習データを生成する(ST307)。
 このようにして学習データを生成するが、この学習データはできるだけ大量に生成することが望ましい。このため、場所や時間が異なる大量のレーダデータ(ヒートマップ)を集めて、学習用のレーダ検出画像を大量に生成するようにするとよい。
 なお、図7に示す例では、観測エリア全体のレーダデータ(ヒートマップ)に含まれる全ての物体領域を対象にして学習データを生成するようにしたが、一部の物体領域のみを対象にして学習データを生成するようにしてもよい。
 また、物体判別装置1では、図7(B)に示すように深層学習モデル構築時には、まず、学習処理部25において、学習データ生成部24で生成した学習データを用いて、深層学習モデルに対する学習処理を実行して、学習結果として、深層学習モデルのモデルパラメータ(設定情報)を取得する(ST308)。
 次に、モデルパラメータを物体判別部23の深層学習モデルに適用して、学習済みの深層学習モデルを構築する(ST309)。
(第2実施形態)
 次に、第2実施形態について説明する。なお、ここで特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。図8は、第2実施形態に係る物体判別装置1の概略構成を示すブロック図である。
 第1実施形態では、検出された物体領域の物体を判別する物体判別を深層学習モデルで行うようにしたが、本実施形態では、物体判別の他に、物体領域を検出する物体検出を深層学習モデルで行うようにする。
 物体判別装置1の制御部12は、データ処理部41と、物体検出判別部42と、学習データ生成部24と、学習処理部25と、を備えている。
 データ処理部41は、画像生成部43を備えている。この画像生成部43は、観測エリア全体のレーダデータに基づいて、観測エリア全体のレーダ検出画像を生成する。
 物体検出判別部42は、画像生成部43で生成した観測エリア全体のレーダ検出画像を学習済みの深層学習モデルに入力して、深層学習モデルで物体検出と物体判別とを行い、深層学習モデルから出力される物体判別結果を取得する。この深層学習モデルには、探索機能付き深層学習モデルを用いられる。この探索機能付き深層学習モデルとしては、Faster R‐CNN(regions with convolutional neural network)が好適である。
 次に、第2実施形態に係る物体判別装置1の物体判別時の動作手順について説明する。図9は、物体判別装置1の物体判別時の動作手順を示すフロー図である。図10は、データ処理(図9のST111)の動作手順を示すフロー図である。
 物体判別装置1では、図9に示すように、まず、制御部12において、レーダ装置2から出力された観測エリア全体のレーダデータ(方位および距離に応じた反射強度およびドップラー速度)を取得する(ST101)。
 次に、データ処理部22において、データ処理を行う(ST111)。具体的には、画像生成部43において、観測エリア全体のレーダデータに基づいて、観測エリア全体のレーダ検出画像を生成する。
 次に、物体検出判別部42において、画像生成部43で生成した観測エリア全体のレーダ検出画像を、学習済みの深層学習モデルに入力して、深層学習モデルにおいて物体検出および物体判別を行い、深層学習モデルから出力される物体判別結果を取得する(ST112)。
 次に、検出した物体ごとの物体判別結果および位置情報を出力する(ST107)。
 データ処理(ST111)では、図10に示すように、まず、データ処理部22において、1つセルCj(j=1~M)を選定する(ST204)。そして、観測エリア全体のレーダデータから、選定したセルCjの反射強度、ドップラー速度、およびレンジを取得する(ST205)。
 次に、画像生成部32において、セルCjの反射強度、ドップラー速度、およびレンジに基づいて、そのセルCjに対応する位置の画素の画素値(RGBの各チャンネルの値)を設定する(ST206)。すなわち、R値rjにセルCjの反射強度を設定し、G値gjにセルCjのドップラー速度を設定し、B値bjにセルCjのレンジを設定する。
 次に、全てのセルの処理が終了したか否かを判定する(ST207)。ここで、全てのセルの処理が終了していない場合には(ST207でNo)、ST204に戻り、次のセルを選定して、そのセルの処理を行う。
 一方、全てのセルの処理が終了した場合には(ST207でYes)、次に、画像生成部32において、各画素の画素値に基づいて、観測エリア全体のレーダ検出画像を生成する(ST208)。
 次に、第2実施形態に係る物体判別装置1の学習時の動作手順について説明する。図11は、物体判別装置1における学習データ生成時および深層学習モデル構築時の動作手順を示すフロー図である。
 物体判別装置1では、図11(A)に示すように学習データ生成時には、まず、制御部12において、レーダ装置2から過去に出力された学習用の観測エリア全体のレーダデータ(方位および距離に応じた反射強度およびドップラー速度)を取得する(ST301)。
 次に、データ処理部41において、データ処理を行う(ST311)。具体的には、画像生成部43において、学習用の観測エリア全体のレーダデータに基づいて、学習用の観測エリア全体のレーダ検出画像を生成する。この処理は、物体判別時(図10参照)と同様である。
 次に、学習データ生成部24において、物体領域の物体判別結果(ラベル)を取得する(ST312)。この物体判別結果は、作業者が目視で判断して入力したものである。なお、学習用の観測エリア全体のレーダデータに、複数の物体領域が含まれる場合には、各物体領域の物体判別結果(ラベル)を取得する。
 次に、画像生成部32で取得した学習用の観測エリア全体のレーダ検出画像と、物体判別結果(ラベル)とを対応付けた学習データを生成する(ST313)。
 また、物体判別装置1では、図11(B)に示すように深層学習モデル構築時には、まず、学習処理部25において、学習データ生成部24で生成した学習データを用いて、深層学習モデルに対する学習処理を実行して、学習結果として、深層学習モデルのモデルパラメータ(設定情報)を取得する(ST314)。
 次に、モデルパラメータを物体検出判別部42の深層学習モデルに適用して、学習済みの深層学習モデルを構築する(ST315)。
(第3実施形態)
 次に、第3実施形態について説明する。なお、ここで特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。図12は、第3実施形態に係る物体判別装置1の概略構成を示すブロック図である。
 第1実施形態では、物体領域のレンジ(距離)に関係なく、物体領域のレーダ検出画像を同一サイズで生成するようにしたが、物体領域の距離(レンジ)に応じて、物体領域のレーダデータの情報量(セル数)が大きく異なる(図3参照)。
 そこで、本実施形態では、物体領域の距離(レンジ)に応じて、物体領域のレーダデータを異なるサイズで画像化して、サイズが異なるレーダ検出画像を生成する。特に本実施形態では、遠距離と近距離との2通りに場合分けしてレーダデータを画像化する。
 物体判別装置1の制御部12は、物体検出部21と、分配部51と、第1のデータ処理部52と、第2のデータ処理部53と、第1の物体判別部54と、第2の物体判別部55と、学習データ生成部24と、学習処理部25と、を備えている。
 分配部51は、物体検出部21で検出した物体領域の距離(レンジ)に基づいて、レーダデータの処理を第1のデータ処理部52と第2のデータ処理部53とに振り分ける。具体的には、物体領域の距離が所定値以上となる遠距離の場合には、レーダデータの処理を第1のデータ処理部52に行わせ、物体領域の距離が所定値未満となる近距離の場合には、レーダデータの処理を第2のデータ処理部53に行わせる。
 第1のデータ処理部52は、物体領域が遠距離である場合に、レーダデータを処理するものであり、第1の領域データ抽出部61と、第1の画像生成部62と、を備えている。この第1のデータ処理部52では、物体領域のレーダデータを抽出して、サイズが小さいレーダ検出画像を生成する。
 第2のデータ処理部53は、物体領域が近距離である場合に、レーダデータを処理するものであり、第2の領域データ抽出部63と、第2の画像生成部64と、を備えている。この第2のデータ処理部53では、物体領域のレーダデータを抽出して、サイズが大きいレーダ検出画像を生成する。
 なお、第1の領域データ抽出部61および第2の領域データ抽出部63で行われる処理は、第1実施形態の領域データ抽出部31と同様であり、第1の画像生成部62および第2の画像生成部64で行われる処理は、第1実施形態の画像生成部32と同様である。
 第1の物体判別部54は、第1のデータ処理部52で生成したサイズが小さいレーダ検出画像を対象にして、第1の深層学習モデルを用いて物体判別を行う。
 第2の物体判別部55は、第2のデータ処理部53で生成したサイズが大きいレーダ検出画像を対象にして、第2の深層学習モデルを用いて物体判別を行う。
 なお、本実施形態では、物体領域の距離(レンジ)に応じて、2通りに場合分けしてレーダデータを画像化するようにしたが、3通り以上に場合分けしてレーダデータを画像化するようにしてもよい。
 次に、第3実施形態に係る物体判別装置1の物体判別時の動作手順について説明する。図13は、物体判別装置1の物体判別時の動作手順を示すフロー図である。
 物体判別装置1では、まず、制御部12において、レーダ装置2から出力された観測エリア全体のレーダデータ(方位および距離に応じた反射強度およびドップラー速度)を取得する(ST101)。次に、物体検出部21において、観測エリア全体のレーダデータから物体領域を検出する(ST102)。
 次に、制御部12において、1つの物体領域Ri(i=1~N)を選定する(ST103)。
 次に、分配部51において、物体領域Riの中心点のレンジ値がしきい値以上か否かを判定する(ST121)。
 ここで、物体領域Riの中心点のレンジ値がしきい値以上である、すなわち物体領域Riが遠距離である場合には(ST121でYes)、第1のデータ処理部52において、データ処理を行う(ST122)。具体的には、第1の領域データ抽出部61において、観測エリア全体のレーダデータから物体領域のレーダデータを抽出して、第1の画像生成部62において、物体領域のレーダデータに基づいて、物体領域のレーダ検出画像を生成する。なお、このデータ処理は、第1実施形態(図6参照)と同様である。
 次に、第1の物体判別部54において、第1の画像生成部62で生成した物体領域のレーダ検出画像を、学習済みの深層学習モデルに入力して、その深層学習モデルにおいて物体判別を行い、深層学習モデルから出力される物体判別結果を取得する(ST123)。
 一方、物体領域Riの中心点のレンジ値がしきい値未満である、すなわち物体領域Riが近距離である場合には(ST121でNo)、第2のデータ処理部53において、データ処理を行う(ST124)。具体的には、第2の領域データ抽出部63において、観測エリア全体のレーダデータから物体領域のレーダデータを抽出して、第2の画像生成部64において、物体領域のレーダデータに基づいて、物体領域のレーダ検出画像を生成する。なお、このデータ処理は、第1実施形態(図6参照)と同様である。
 次に、第2の物体判別部55において、第2の画像生成部64で生成した物体領域のレーダ検出画像を、学習済みの深層学習モデルに入力して、その深層学習モデルにおいて物体判別を行い、深層学習モデルから出力される物体判別結果を取得する(ST125)。
 次に、全ての物体領域の処理が終了したか否かを判定する(ST106)。ここで、全ての物体領域の処理が終了していない場合には(ST106でNo)、ST103に戻り、次の物体領域を選定して、その物体領域の処理を行う。
 一方、全ての物体領域の処理が終了した場合には(ST106でYes)、制御部12において、第1の物体判別部54または第2の物体判別部55で取得した物体領域ごとの物体判別結果および位置情報を出力する(ST107)。
 なお、物体判別装置1の学習時の動作手順は、第1実施形態(図7参照)と略同様であるが、本実施形態では、第1の物体判別部54と第2の物体判別部55とで処理対象となるレーダ検出画像のサイズが異なるため、各々に対応したサイズで学習用のレーダ検出画像を生成する。
(第4実施形態)
 次に、第4実施形態について説明する。なお、ここで特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。図14は、第4実施形態に係る物体判別装置1の概略構成を示すブロック図である。
 レーダ装置2では、ビーム走査周期に対応する間隔(例えば50ms)で、各時刻の観測エリア全体のレーダデータが出力され、この各時刻の観測エリア全体のレーダデータから抽出された各時刻の物体領域のレーダデータを画像化すると、高速なフレームレート(例えば20fps)でレーダ検出画像が生成されるが、このような高速なフレームレートのレーダ検出画像は、物体判別では必ずしも必要ない。
 そこで、本実施形態では、複数の時刻の観測エリア全体のレーダデータからそれぞれ抽出された複数の時刻の物体領域のレーダデータを合成(統合)して、合成されたレーダデータを画像化して、物体領域のレーダ検出画像を生成する。これにより、物体判別の精度を向上させることができる。
 物体判別装置1の制御部12は、物体検出部21と、データ処理部71と、物体判別部23と、学習データ生成部24と、学習処理部25と、を備えている。データ処理部71は、領域データ抽出部31と、データ合成部72と、画像生成部32と、を備えている。
 データ合成部72は、領域データ抽出部31で取得した複数の時刻の物体領域のレーダデータを合成(統合)して、物体領域の合成レーダデータを生成する。
 このとき、複数の時刻のレーダデータにおける各セルのデータを、レーダ検出画像における対応する位置の異なる画素の画素値に設定する。これにより、元のレーダデータを、改変せずにそのままレーダ検出画像に格納することができる。この場合、レーダ検出画像の画素数が増大し、例えば、4つの時刻のレーダデータを合成すると、4倍の画素数のレーダ検出画像を生成することができる。
 また、複数の時刻のレーダデータにおける各セルのデータを統計処理して、各セルの代表値(最大値、平均値など)を取得して、その代表値を、レーダ検出画像における対応する位置の画素値に設定するようにしてもよい。
 次に、第4実施形態に係る物体判別装置1の物体判別時の動作手順について説明する。図15は、物体判別装置1の物体判別時の動作手順を示すフロー図である。
 物体判別装置1では、まず、制御部12において、レーダ装置2から出力された観測エリア全体のレーダデータ(方位および距離に応じた反射強度およびドップラー速度)を取得する(ST101)。次に、物体検出部21において、観測エリア全体のレーダデータから物体領域を検出する(ST102)。
 次に、制御部12において、1つの物体領域Ri(i=1~N)を選定する(ST103)。
 次に、データ処理部22の領域データ抽出部31において、観測エリア全体のレーダデータから物体領域のレーダデータを抽出する(ST131)。
 次に、データ合成部72において、所定数の時刻のレーダデータが揃ったか否かを判定する(ST132)。
 ここで、所定数の時刻のレーダデータが揃っていない場合には(ST132でNo)、現時刻の物体領域のレーダデータを記憶部13に一時的に蓄積する(ST133)。そして、ST106に進む。
 一方、所定数の時刻のレーダデータが揃った場合には(ST132でYes)、データ合成部72において、記憶部13に蓄積された過去の時刻の物体領域のレーダデータを取得して、その過去の時刻の物体領域のレーダデータと、領域データ抽出部31で取得した現時刻の物体領域のレーダデータとを合成する(ST134)。
 次に、画像生成部32において、データ合成部72で取得した物体領域の合成レーダデータに基づいて、物体領域のレーダ検出画像を生成する(ST135)。
 次に、物体判別部23において、画像生成部32で生成した物体領域のレーダ検出画像を、学習済みの深層学習モデルに入力して、その深層学習モデルにおいて物体判別を行い、深層学習モデルから出力される物体判別結果を取得する(ST105)。
 次に、全ての物体領域の処理が終了したか否かを判定する(ST106)。ここで、全ての物体領域の処理が終了していない場合には(ST106でNo)、ST103に戻り、次の物体領域を選定して、その物体領域の処理を行う。
 一方、全ての物体領域の処理が終了した場合には(ST106でYes)、次に、物体判別結果を出力するタイミングか否かを判定する(ST136)。具体的には、例えば、4つの時刻のレーダデータを合成する場合は、フレーム順番が4の倍数の時に出力するタイミングであると判定する。
 ここで、物体判別結果を出力するタイミングでない場合には(ST136でNo)、ST101に戻り、次の時刻の処理を行う。
 一方、物体判別結果を出力するタイミングである場合には(ST136でYes)、制御部12において、物体判別部23で取得した物体領域ごとの物体判別結果および位置情報を出力する(ST107)。
 なお、物体判別装置1の学習時の動作手順は、第1実施形態(図7参照)と同様であるが、本実施形態では、複数の時刻のレーダデータを合成した上でレーダ検出画像を生成するため、学習用のレーダ検出画像に、複数の時刻の学習用のレーダデータを合成した上で画像化したものを用いるようにしてもよいが、複数の時刻のレーダデータを合成せずに、1つの時刻の学習用のレーダデータをそのまま画像化したものでもよい。
 以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。また、上記の実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。
 本発明に係るレーダデータ処理装置、物体判別装置、レーダデータ処理方法、および物体判別方法は、機械学習モデルを用いることで、レーダデータに基づく物体判別を高精度に行うことができる効果を有し、レーダ装置から出力されるレーダデータを処理するレーダデータ処理装置およびレーダデータ処理方法、ならびにレーダ装置から出力されるレーダデータに基づいて物体を判別する物体判別装置および物体判別方法などとして有用である。
1 物体判別装置(レーダデータ処理装置、情報処理装置)
2 レーダ装置
11 データ入力部
12 制御部
13 記憶部
14 データ出力部

Claims (9)

  1.  レーダ装置から出力されるレーダデータを処理するレーダデータ処理装置であって、
     前記レーダデータを画像化する制御部を備え、
     前記制御部は、
     各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含む前記レーダデータを取得し、
     前記レーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成することを特徴とするレーダデータ処理装置。
  2.  前記制御部は、
     観測エリア全体の前記レーダデータから検出された物体領域の位置情報に基づいて、観測エリア全体の前記レーダデータから物体領域のレーダデータを抽出し、
     前記物体領域のレーダデータに基づいて、物体領域の前記レーダ検出画像を生成することを特徴とする請求項1に記載のレーダデータ処理装置。
  3.  前記制御部は、
     観測エリア全体の前記レーダデータに基づいて、観測エリア全体の前記レーダ検出画像を生成することを特徴とする請求項1に記載のレーダデータ処理装置。
  4.  前記制御部は、
     前記物体領域の距離に応じたサイズで、物体領域の前記レーダ検出画像を生成することを特徴とする請求項2に記載のレーダデータ処理装置。
  5.  前記制御部は、
     複数の時刻の前記レーダデータに基づいて、前記レーダ検出画像を生成することを特徴とする請求項1に記載のレーダデータ処理装置。
  6.  前記制御部は、前記レーダ検出画像のサイズが均一となるように、前記レーダ検出画像における物体領域の周囲に余白領域を設定することを特徴とする請求項1に記載のレーダデータ処理装置。
  7.  レーダ装置から出力されるレーダデータに基づいて物体を判別する物体判別装置であって、
     前記レーダデータに基づいて物体を判別する制御部を備え、
     前記制御部は、
     各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含む前記レーダデータを取得し、
     前記レーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成し、
     前記レーダ検出画像を、物体判別を行うように学習した画像認識用の機械学習モデルに入力して、その機械学習モデルから出力される物体判別結果を取得することを特徴とする物体判別装置。
  8.  情報処理装置において、レーダ装置から出力されるレーダデータを処理するレーダデータ処理方法であって、
     各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含む前記レーダデータを取得し、
     前記レーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成することを特徴とするレーダデータ処理方法。
  9.  情報処理装置において、レーダ装置から出力されるレーダデータに基づいて物体を判別する物体判別方法であって、
     各方位および各距離における反射強度および速度の各情報を含む前記レーダデータを取得し、
     前記レーダデータに基づいて、各画素の複数のチャンネルにそれぞれ、その画素の位置に対応する反射強度、速度および距離の各情報を格納したレーダ検出画像を生成し、
     前記レーダ検出画像を、物体判別を行うように学習した画像認識用の機械学習モデルに入力して、その機械学習モデルから出力される物体判別結果を取得することを特徴とする物体判別方法。
PCT/JP2019/027755 2018-07-27 2019-07-12 レーダデータ処理装置、物体判別装置、レーダデータ処理方法、および物体判別方法 WO2020022110A1 (ja)

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