特開 2024-60403 物体検出装置及び物体検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024060403

(43)【公開日】2024-05-02

(54)【発明の名称】物体検出装置及び物体検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/931 20200101AFI20240424BHJP

【ＦＩ】

G01S13/931

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022167755

(22)【出願日】2022-10-19

(71)【出願人】

【識別番号】318006365

【氏名又は名称】ＪＲＣモビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(72)【発明者】

【氏名】石原 正庸

(72)【発明者】

【氏名】時枝 幸伸

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB24

5J070AC02

5J070AC06

5J070AE07

5J070AF03

5J070AH25

5J070AH31

5J070AK13

5J070AK40

5J070BA01

(57)【要約】

【課題】移動体の進行方向にある坂道や地面に対して略垂直な物体を少ない処理量で検出することが可能な物体検出装置及び物体検出方法を提供する。
【解決手段】移動体の進行方向に送信波を送信し、物体の複数の反射点ａ１～ａ３からの反射波を受信する送受信部３と、反射波を周波数解析して移動体と物体との距離を算出する距離周波数解析部５と、反射波を周波数解析して移動体に対する物体の相対速度を算出する速度周波数解析部６と、複数の反射点ａ１～ａ３の中から、移動体と物体との距離が最も近い最近傍点を探索する最近傍点探索部７と、最近傍点における物体の相対速度と移動体の移動速度とに基づいて物体について判定する判定部８とを備え、判定部８は、最近傍点における物体の相対速度が移動体の移動速度と異なる場合に、物体が坂道であると判定し、一致する場合に、地面に対して略垂直な物体であると判定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体に搭載された物体検出装置であって、
前記移動体の進行方向に送信波を送信し、物体の複数の反射点からの反射波を受信する送受信手段と、
前記反射波を周波数解析して前記移動体と前記物体との距離を算出する距離算出手段と、
前記反射波を周波数解析して前記移動体に対する前記物体の相対速度を算出する速度算出手段と、
前記複数の反射点の中から、前記移動体と前記物体との距離が最も近い最近傍点を探索する最近傍点探索手段と、
前記最近傍点における前記物体の相対速度と前記移動体の移動速度とに基づいて前記物体について判定する判定手段とを備え、
前記判定手段は、前記最近傍点における前記物体の相対速度が前記移動体の移動速度と異なる場合に、前記物体が坂道であると判定する、
ことを特徴とする物体検出装置。

【請求項2】

前記判定手段は、前記最近傍点における前記物体の相対速度が前記移動体の移動速度と一致する場合に、前記物体が地面に対して略垂直な物体であると判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の物体検出装置。

【請求項3】

移動体から進行方向に向けて送信波を送信し、物体の複数の反射点からの反射波を受信する送受信工程と、
前記反射波を周波数解析して前記移動体と前記物体との距離を算出する距離算出工程と、
前記反射波を周波数解析して前記移動体に対する前記物体の相対速度を算出する速度算出工程と、
前記複数の反射点の中から、前記移動体と前記物体との距離が最も近い最近傍点を探索する最近傍点探索工程と、
前記最近傍点における前記物体の相対速度と前記移動体の移動速度とに基づいて前記物体について判定する判定工程とを備え、
前記判定工程は、前記最近傍点における前記物体の相対速度が前記移動体の移動速度と異なる場合に、前記物体が坂道であると判定する、
ことを特徴とする物体検出方法。

【請求項4】

前記判定手段は、前記最近傍点における前記物体の相対速度が前記移動体の移動速度と一致する場合に、前記物体が地面に対して略垂直な物体であると判定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の物体検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体に搭載された物体検出装置及び物体検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、周波数変調された信号を送信し、物体との距離および相対速度を含む物体情報を検出するレーダなどの物体検出装置が提案されている。このような物体検出装置は、車両などの移動体に搭載され、進行方向にある他車両や壁などの障害物の存否を事前に検出し、衝突の危険性を回避するために用いられている。

【0003】

特許文献１は、レーザレーダ装置及び物体検出方法に関する。このレーザレーダ装置は、例えば、車両のフロントガラスの内側上部に設けられ、車両の進行方向にある物体の検出を行う。その際、物体の検出に用いるパルス状のレーザ光（レーザパルス）を測定光として投光し、物体から複数の反射光を受光し、各反射光から算出した水平方向の距離が異なる時は、物体が坂であって衝突のおそれが無いことを認識し、一方、各反射光から算出した物体までの水平方向の距離が略等しく、垂直方向に連続する２か所以上で反射光が検出される時は、物体が高さのある物体であって衝突のおそれがあると認識する、と記載されている。

【0004】

また、特許文献２は、検知システム、センサシステム、及び検知方法に関する。このセンサシステムは、センサと、検知システムとを備え、例えば自動車などの車両に備えられる。そして、超音波やミリ波などの電波を検知波として送波し、検知波が物体で反射されて生じる反射波を受波し、その反射波を受波信号に変換して出力し、物体の判定を行う。その際、判定部は、各反射波の受波強度が第１の閾値を超えた時点と第２の閾値を超えた時点との間の時間（「差分時間」）に基づいて判定を行い、差分時間が所定時間長を超える時は、物体が坂道などの特定物体であると判定し、差分時間が所定時間長以下である時は、物体が他車両、壁、フェンス、電柱などの柱、及び車止めの検知対象であると判定する、と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５－１６９５４１号公報

【特許文献2】特開２０１９－１４３９７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１、２に記載の技術は、物体の複数の反射点の距離を測定し、これらの距離を比較するなどして物体が坂道であるか否かを判定するため、多くの反射点の距離情報に対する処理が必要になり、処理量が膨大になって、処理負荷が大きくなる。

【0007】

そこで本発明は、移動体に搭載し、移動体の進行方向にある物体、特に、坂道や地面に対して略垂直な物体を少ない処理量で検出することが可能な物体検出装置及び物体検出方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、移動体に搭載された物体検出装置であって、前記移動体の進行方向に送信波を送信し、物体の複数の反射点からの反射波を受信する送受信手段と、前記反射波を周波数解析して前記移動体と前記物体との距離を
算出する距離算出手段と、前記反射波を周波数解析して前記移動体に対する前記物体の相対速度を算出する速度算出手段と、前記複数の反射点の中から、前記移動体と前記物体との距離が最も近い最近傍点を探索する最近傍点探索手段と、前記最近傍点における前記物体の相対速度と前記移動体の移動速度とに基づいて前記物体について判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記最近傍点における前記物体の相対速度が前記移動体の移動速度と異なる場合に、前記物体が坂道であると判定する、ことを特徴とする。

【0009】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の物体検出装置において、前記最近傍点における前記物体の相対速度が前記移動体の移動速度と一致する場合に、前記物体が地面に対して略垂直な物体であると判定する、ことを特徴とする。

【0010】

請求項３に記載の発明は、物体検出方法であって、移動体から進行方向に向けて送信波を送信し、物体の複数の反射点からの反射波を受信する送受信工程と、前記反射波を周波数解析して前記移動体と前記物体との距離を算出する距離算出工程と、前記反射波を周波数解析して前記移動体に対する前記物体の相対速度を算出する速度算出工程と、前記複数の反射点の中から、前記移動体と前記物体との距離が最も近い最近傍点を探索する最近傍点探索工程と、前記最近傍点における前記物体の相対速度と前記移動体の移動速度とに基づいて前記物体について判定する判定工程とを備え、前記判定工程は、前記最近傍点における前記物体の相対速度が前記移動体の移動速度と異なる場合に、前記物体が坂道であると判定する、ことを特徴とする。

【0011】

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の物体検出方法において、前記判定手段は、前記最近傍点における前記物体の相対速度が前記移動体の移動速度と一致する場合に、前記物体が地面に対して略垂直な物体であると判定する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

請求項１及び３に記載の発明によれば、移動体の移動速度と物体における複数の反射点のうち最近傍点となる反射点の相対速度とを比較するだけで、物体が坂道であるか否かを容易に判定することが可能となる。この結果、移動体と複数の反射点との距離データに基づいて判定する場合などと比較して、少ない処理量で迅速に判定結果を得ることが可能となる。

【0013】

請求項２及び４に記載の発明によれば、移動体と複数の反射点との距離データに基づいて判定する場合などと比較して、少ない処理量で迅速に物体が地面に対して略垂直な物体であると判定できるので、このような物体が壁のように衝突を回避しなければならない物体であっても、迅速に衝突回避手段を講じることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】この発明の実施の形態に係る物体検出装置の概略構成を示すブロック図である。

【図2】移動体（物体検出装置）が坂道に向かって直進する場合を示す模式図である。

【図3】移動体（物体検出装置）が地面に対して略垂直な物体に向かって直進する場合を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【0016】

図１は、この発明の実施の形態に係る物体検出装置１の概略構成を示すブロック図である。物体検出装置１は、移動体（不図示）に搭載されており、アンテナ２と、送受信部（送受信手段）３と、Ａ／Ｄ変換部４と、距離周波数解析部（距離算出手段）５と、速度周
波数解析部（速度算出手段）６と、最近傍点探索部（最近傍点探索手段）７と、判定部（判定手段）８と、を備えている。移動体の具体例としては、建機や農機などの車両が挙げられる。

【0017】

物体検出装置１は、例えばレーダセンサやレーダであり、本発明においては、建機や農機などの移動体に搭載される。アンテナ２は、電波（送信信号）を検知対象エリアへ送信波として送信し、検知対象エリアからの電波（物体の表面で反射された反射波を含む）を受信して受信信号として出力する。本発明において電波としては、例えば、７９ＧＨｚ帯の周波数を有する高周波数の電波（「ミリ波」とも呼ばれる）を用いることが好ましい。

【0018】

送受信部３は、移動体の進行方向に送信波を送信し、物体の複数の反射点からの反射波を受信する。受信した反射波は電気信号に変換して増幅し、Ａ／Ｄ変換部４でデジタル信号に変換し、距離周波数解析部５および速度周波数解析部６において周波数解析する。

【0019】

距離周波数解析部５は、反射波のデジタル信号を周波数解析して、移動体と物体との距離を算出する。距離の計算方法は、本発明では特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、物体と移動体との距離は、送信波の周波数と受信波の周波数との差が物体と移動体との距離に比例して増減する、ことを利用する方法などの公知の方法によって計算され得る。

【0020】

速度周波数解析部６は、反射波のデジタル信号を周波数解析して、移動体に対する物体の相対速度を算出する。相対速度の計算方法は、本発明では特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、移動体と送信波を反射する物体とが相対的に移動しているときの前記物体の表面で反射して受信アンテナによって受信される電波（即ち、受信波）の周波数は、送信アンテナから送信される電波（即ち、送信波）の周波数に対して、前記物体の表面で反射した際に電波が移動体との相対速度による影響を受け、ドップラ効果により、移動体と前記物体との間の相対速度に応じてシフトする、ことを利用する方法などの公知の方法によって計算され得る。

【0021】

最近傍点探索部７は、複数の反射点の中から、移動体と物体との距離が最も近い最近傍点を探索する。最近傍点とは、ある照射幅（例えば、後述する図２及び３におけるａ１～ａ３の範囲）をもって物体検出装置１から送信された送信波が、物体により反射して戻ってきたときに、最も早く反射波が戻ってきた反射点のことをいう。そして、上述の距離周波数解析部５で求めた距離を反射点ごとに比較した際に、最も短い距離を示す反射点が最近傍点となる。例えば、物体が坂道である場合を示す図２においては、複数の反射点ａ１、ａ２、ａ３のうち、移動体（移動体に搭載された物体検出装置１）との距離が最も近いｒ３である反射点ａ３が最近傍点となる。また、物体が地面に対して略垂直な物体（例えば、壁）である場合を示す図３においては、複数の反射点ａ１、ａ２、ａ３のうち、移動体（物体検出装置１）との距離が最も近いｒ１である反射点ａ１が最近傍点となる。

【0022】

最近傍点の探索方法のアルゴリズムについては、本発明では特に限定されず、公知のアルゴリズムを用いることができる。なお、最近傍点探索の前処理として、前記複数の反射点に関するデータを複数フレームにわたって蓄積して平滑化することが好ましい。一般に、路面、坂道および壁面などの反射面からの反射点に関するデータは、グランドクラッタに分類されるデータであり、ノイズが多く含まれているためである。平滑化によりノイズを除去することは、最近傍点の探索精度を向上させる点で有効である。

【0023】

判定部８は、最近傍点における物体の相対速度と移動体の移動速度とに基づいて物体について判定する。具体的には、物体が坂道であるか、地面に対して略垂直な物体であるかを判定する。地面に対して略垂直な物体の具体例としては、例えば、壁、フェンス、電柱
などの柱が挙げられる。

【0024】

最近傍点における物体の相対速度としては、上述の速度周波数解析部６で求めた速度が用いられる。一方、移動体の移動速度を計測する手段は特に限定されない。例えば、物体検出装置１とは別に移動体に備えられている車速センサや、慣性計測装置（ｉｎｅｒｔｉａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ、略称：ＩＭＵ）によって計測しても良いし、物体検出装置１が移動体の速度検出機能を備えていても良い。

【0025】

判定部８は、以下の判定基準を用いて物体の判定を行う。

【0026】

判定部８は、第一に、最近傍点における物体の相対速度が移動体の移動速度と異なる場合に、物体が坂道であると判定する。

【0027】

図２に示すとおり、移動体９に搭載された物体検出装置１は、路面からの高さｈの位置に設置されたアンテナ２から移動体９の進行方向へ向けて送信波を送信し、反射波を受信する。移動体（物体検出装置１）９の進行方向にある物体が角度θの登りの坂道である場合、ａ1～ａ３の３つの反射点のうち、最近傍点は反射点ａ３となる。この場合、図より明らかなとおり、移動体（物体検出装置１）９の速度ｖ０は、最近傍点ａ３の相対速度ｖ３とは異なる。この事実に基づき、判定部８は、物体が坂道であると判定する。

【0028】

坂道の場合、図２にも示した通り、移動体（物体検出装置１）９が坂道の手前で平坦な道を進行することが想定される。その場合でも、本発明によれば坂道を検出することが可能である。移動体（物体検出装置１）９が平坦な道を進行している間は、最近傍点は平坦な道の反射点となるため、最近傍点と移動体（物体検出装置１）９との距離が一定であるのに対し、移動体（物体検出装置１）９が坂道に近づき、最近傍点が坂道の反射点になると、最近傍点と移動体（物体検出装置１）９との距離が短くなっていくという事実に基づき、最近傍点のデータ（距離）の変化を参照することにより、坂道の始点を容易に検出することができるからである。

【0029】

また判定部８は、第二に、最近傍点における物体の相対速度が移動体の移動速度と一致する場合に、物体が地面に対して略垂直な物体であると判定する。

【0030】

図３に示す通り、移動体（物体検出装置１）９の進行方向にある物体が地面に対して垂直な物体である場合、ａ1～ａ３の３つの反射点のうち、最近傍点はアンテナ２から水平方向に送信された送信波の反射点ａ１となる。この場合、図より明らかなとおり、移動体（物体検出装置１）９の速度ｖ０は、最近傍点ａ３の相対速度ｖ１と一致する。この事実に基づき、判定部８は、物体が地面に対して略垂直な物体であると判定する。

【0031】

なお、地面に対して垂直な物体の高さがアンテナ２の高さｈよりも低い場合、最近傍点はアンテナ２から水平方向に送信された送信波の反射点ではなくなるため、移動体の移動速度と最近傍点の相対速度は一致しなくなる。このような場合を想定し、移動体の移動速度と最近傍点の相対速度との差が所定の閾値値以内である場合には、移動体の移動速度と最近傍点の相対速度とが一致しているものとみなして、物体が地面に対して略垂直な物体であると判定するようにしてもよい。

【0032】

以上説明した通り、本発明の実施の形態に係る物体検出装置１及び物体検出方法によれば、移動体の移動速度と、物体における複数の反射点のうち最近傍点となる反射点の相対速度とを比較するだけで、物体が坂道であるか、地面に対して垂直な物体であるかを容易に判定することができる。この結果、移動体（物体検出装置）と複数の反射点との距離データに基づいて判定する場合などと比較して、少ない処理量で迅速に判定結果を得ること
が可能となる。

【0033】

また、本発明の実施の形態に係る物体検出装置１及び物体検出方法によれば、移動体（物体検出装置）と複数の反射点との距離データに基づいて判定する場合などと比較して、少ない処理量で迅速に判定結果を得ることができるので、進行方向に地面に対して垂直な物体が存在し衝突の危険性がある場合には、迅速に回避手段を講じることが可能となる。

【0034】

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。

【0035】

例えば、上記の実施の形態ではこの発明に係る物体検出装置１及び物体検出方法の検出対象が一定の傾斜角を有する登り坂であるとしているが、検出対象はそのような坂道に限定されず、傾斜角が変化する坂道や、下り坂であっても検出対象として用いることができる。

【符号の説明】

【0036】

１ 物体検出装置
２ アンテナ
３ 送受信部（送受信手段）
４ Ａ／Ｄ変換部
５ 距離周波数解析部（距離算出手段）
６ 速度周波数解析部（速度算出手段）
７ 最近傍点探索部（最近傍点探索手段）
８ 判定部（判定手段）
９ 移動体（物体検出装置）
ｈ 高さ
ａ１～ａ３ 反射点
ｒ１～ｒ３ 移動体（物体検出装置）と反射点との距離
ｖ０ 移動体（物体検出装置）の速度
ｖ１～ｖ３ 各反射点での相対速度

【図1】

【図2】

【図3】