JP5556317B2 - 物体認識装置 - Google Patents

Description

本発明は、車幅方向（水平方向）の所定範囲内に渡り送信波を照射し、その反射波に基づいて車両前方の物体を認識する技術に関する。

従来、例えばレーザ光，ミリ波などの送信波を照射し、その反射波を検出することによって、車両前方の物体を認識する物体認識装置が考えられている。この種の装置としては、例えば、先行車両などの障害物を検出して警報を発生する装置や、先行車両と所定の車間距離を保持するように車速を制御する装置などに適用され、それらの制御対象としての先行車両などの物体認識に利用されている。

このような物体認識に際して、路側物（例えば中央分離帯付近の植え込みなど）を誤って前方に存在する車両であると認識してしまわないようにする手法が考えられている（例えば特許文献１参照）。この手法は、検出対象空間ごとに物体の反射強度による車両／非車両判定レベルを設定し、物体からの反射強度に基づいて先行車と非車両を区別するものである。

例えば図９に示すような非車両判定マップを用いて測距データの対応領域を判定し、測距データが車両に対応する領域なのか、非車両に対応する領域なのかを判断している。この非車両判定マップは、車幅方向、車高方向及び車両前方方向（車両進行方向）をそれぞれＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸とした場合の反射物体の存在領域に対応して、車両と非車両を区別するための受光強度の範囲が設定された３次元マップである。具体的には、ＸＹ方向については、中心付近の領域、その周囲の領域、最下端領域の３つに分けられており、それら各領域に対応してＺ方向位置と受光強度との対応関係が（ａ）〜（ｃ）のように設定されている。ＸＹ方向についての中心付近の領域は（ｂ）の対応関係が対応し、その周囲の領域は（ａ）の対応関係が対応し、最下端領域は（ｃ）の対応関係が対応している。

特開２００２−１３１４３３号公報

しかし、路側に存在する物体は、必ずしも低反射物とは限らない。例えば、ガードレールに取り付けられているデリニエータや反射誘導板は高反射物であり、受光強度による判別では十分に対応しきれない場合もある。また、デリニエータや反射誘導板などのように元々高反射性を持たせたものではなく、ガードレールや壁であってもそれなりの反射強度を有するため、例えば汚れて反射強度の低下した車両との区別が付きにくくなる場合もある。このように最終的な車両／非車両の区別を反射強度に依存してしまうと、誤判定の可能性がある。

そしてまた、単に車両／非車両の判定だけでなく、車両同士を区別する場合であっても、反射強度への依存度合いが大きな判定手法だと、並走する車両同士を精度良く区別できない場合もある。

本発明は、上記問題点を解決するために、物体を精度よく認識する物体認識技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明の物体認識装置は、車両に搭載され、少なくとも車幅方向に沿って隣接するように設定された複数の送信波ビームを用いて走査を実行した結果に基づき、送信波を反射した物体を認識する。

そして、検出手段が、走査によって得られた物体からの反射波の受信信号に基づいて、送信波ビーム毎に受信強度、及び物体の位置を検出し、物標化手段が、検出手段での検出結果に基づき、ある検出結果の位置を基準として設定した探索領域内に別の検出結果の位置も含まれていれば同一物標に属するものとして複数の検出結果を一体化する。

物標化手段が複数の検出結果を一体化する際に用いる探索領域の車幅方向の長さは、隣接する２つの送信波ビームからの反射波が丁度含まれるような長さに設定され、探索領域の車両進行方向の長さは、送信波ビームの走査周期の間に前記車両が移動する距離を基準として設定されており、物標化手段にて生成された物標を基準として物体を認識する。

このように設定された探索領域を用いて一体化することにより、道路に沿った方向（車両進行方向）に長く延びた、あるいは当該方向に並んだ物標が同一物体とみなされるようにする。そのため、ガードレール等の路側物と先行車とを正しく区別できる。また、車幅方向に物体自体が離れていれば、それら別の物体の検出結果が同一物標に属するものとして一体化されることがなくなる。つまり、先行車と路側物はもちろん、先行車同士であっても、正しく区別でき、物体を精度よく認識することができる。

このように本発明の物体認識装置によれば、物体を精度よく認識することができる。
車両の走行路がカーブしている場合には、例えば請求項２に示すように探索領域を設定することが考えられる。つまり、車両の走行路上の任意地点における走行路の方向を取得可能に構成されており、物標化手段の探索領域を、検出結果の位置における前記走行路の方向を車両進行方向だとみなして設定するのである。

このようにすれば、車両前方の走行路がカーブしている場合に、そのカーブに応じた適切な状態で探索領域が設定されることとなる。そのため、上述したように、先行車と路側物の区別、先行車同士の区別が正しくでき、物体を精度よく認識することができる。

物体認識装置の全体構成図。 制御部が実行する物体認識処理の内容を示すフローチャート。 物体認識処理中の一体化処理の内容を示すフローチャート。 自車と先行車・ガードレールとの位置関係、および一体化の説明図。 探索領域を示す説明図。 前方がカーブしている道路における自車と先行車・ガードレールとの位置関係を示す説明図。 カーブ道路の場合の探索領域を示す説明図。 カーブ道路の場合の探索領域を示す説明図。 従来技術を示す説明図。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明が適用された物体認識装置１の全体構成を示すブロック図である。
この物体認識装置１は、車両に搭載され、車両前方に存在する物体を認識し、その物体に関する情報（位置，大きさ等）からなる物体データを生成する装置である。なお、物体認識装置１で生成された物体データは、車両制御装置（図示せず）に供給され、例えば、物体候補が予め設定された警報領域に存在する障害物である場合に警報を発生させる警報制御や、物体候補が先行車両である場合には、その先行車両の状況に応じてブレーキ，スロットル，自動変速器等を動作させることによって車速を制御するいわゆる車間制御等に使用される。

なお、車両制御装置は、ステアリングセンサからの信号に基づいて操舵角を求め、ヨーレートセンサからの信号に基づいてヨーレートを演算し、車速と操舵角とヨーレートとに基づいて、カーブ半径（曲率半径）を算出することができるように構成されている。このような構成は周知であり、例えば特許文献１として示した特開２００２−１３１４３３号公報などにも説明されている。

＜全体構成＞
図１に示すように、物体認識装置１は、車両前方をレーザ光によって走査する発光部１０と、発光部１０から照射されたレーザ光を反射した物体からの反射光を受光する受光部２０と、発光部１０にてレーザ光が照射されてから受光部２０にて反射光が受光されるまでの時間を計測して測距データを出力する検出回路３０と、発光部１０を駆動するための信号を出力すると共に、検出回路３０からの測距データを入力して、これらの入出力信号に基づいて、レーザ光を反射した物体に関する物体データを生成する制御部４０とを備えている。

このうち、発光部１０は、レーザ光を発生させるレーザダイオード（ＬＤ）１１と、制御部４０からのＬＤ駆動信号に従って、ＬＤ１１に送信波となるパルス状のレーザ光を発生させるＬＤ駆動回路１２と、ＬＤ１１が発生させたレーザ光のビーム幅を絞る発光レンズ１３と、回転可能に軸支され、発光レンズ１３を介して供給されるレーザ光を反射するポリゴンミラー、及びそのポリゴンミラーを回転駆動するモータにより構成されたスキャナ１４と、制御部４０からのモータ駆動信号に従って、スキャナ１４を構成するモータを駆動してポリゴンミラーを回転させることにより、レーザ光の照射方向を変化させることで、予め設定された角度範囲内でのレーザ光の走査を実現するモータ駆動回路１５とを備えている。

なお、車幅方向へのビーム（水平ビーム）による走査は、具体的には、車両の正面方向を中心として車幅方向の所定角度範囲を走査エリアとし、その走査エリアを水平ビームの規定ビーム幅に等しい間隔で、所定回だけレーザ光を照射するように設定されている。そして、水平ビームは左方向から右方向へ走査され、その各水平ビームをビーム番号によって区別するものとする。

一方、受光部２０は、レーザ光（水平ビーム）を反射した物体からの反射光を集光する受光レンズ２１と、受光レンズ２１を介して反射光を受光し、その強度に応じた電圧値を有する受光信号を発生させる受光素子２２と、受光素子２２からの受光信号を増幅するアンプ２３とを備えている。

検出回路３０は、制御部４０からのＬＤ駆動信号とアンプ２３からの出力信号とに基づいてレーザ光の往復時間を検出し、対応する走査角度θ（何番目のＬＤ駆動信号か）と共に測距データとして制御部４０に出力するように構成されている。

制御部４０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等により構成された周知のマイクロコンピュータからなる。なお、ＲＯＭには、ＣＰＵが実行する処理（後述する）のプログラムなどが記憶されている。

＜制御部での処理＞
制御部４０では、ＬＤ駆動信号及びモータ駆動信号によって発光部１０を駆動して、走査エリア内の走査を実行する走査実行処理と、その走査によって得られた測距データに基づいて、レーザ光を反射した物体に関する物体データを生成する物体認識処理を少なくとも実行する。

このうち、走査実行処理は、予め設定された走査周期（１００ｍｓ）毎に起動され、ＬＤ駆動信号を一定間隔で所定回数だけ出力すると共に、これに同期して、レーダ光の照射方向が所定角度ずつずれるようにスキャナ１４を動作させるモータ駆動信号を出力する処理を実行する。

一方、物体認識処理は、走査実行処理が処理を終了する毎に起動され、図２のフローチャートに示した処理を実行する。
即ち、物体認識処理では、まずＳ１１０にて、検出回路３０から、１走査分の測距データの読み込みを行う。

Ｓ１２０では、読み込んだ測距データから得られた距離データＲと走査角度θによって極座標で表される位置を、直交座標で表される位置に変換する。なお、直交座標は、物体認識装置１の中心を原点（０，０）とし、車幅方向をＸ軸、車両前方方向をＹ軸とするＸＹ直交座標を用いる。

Ｓ１３０では、直交座標に変換された測距データに対して一体化処理を行い、物標データを生成する。この一体化処理については、図３を参照して後述するが、測距データ同士のＸ軸方向の距離△ＸとＹ方向の距離△Ｙに基づく所定条件を満たす場合に、その点集合を一体化して物標データを生成する。

なお、物標は、一体化によって一体化された点集合を含むような大きさに設定された、長方形の領域であり、物標データには、その領域の中心座標（Ｘ，Ｙ）と、その領域の大きさを表す２辺のデータ（Ｗ（幅），Ｄ（奥行き））と、その領域の左端及び右端のビーム番号とが少なくとも含まれているものとする。

続くＳ１４０では物体データの生成を行う。Ｓ１３０で得られた物標データに基づいて、物体の中心位置（Ｘ，Ｙ）、大きさ（Ｗ，Ｄ）を求めると共に、中心位置（Ｘ，Ｙ）の時間的変化に基づいて、自車位置を基準とする先行車等の移動物の相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ）を求める。

このようにして物体認識装置１で生成された物体データは、上述のように車両制御装置（図示せず）に供給され、物体が警報領域に存在する障害物である場合に警報を発生させる警報制御や、物体が先行車両である場合に先行車両の状況に応じて自車両の車速を制御するいわゆる車間制御等に使用される。

それでは、図２のＳ１３０における一体化処理の詳細を、図３を参照して説明する。
まず探索を開始する測距データを設定する（Ｓ１３１）。そして、探索領域を設定し（Ｓ１３２）、同じ探索領域に含まれる測距データ同士の結合を行う（Ｓ１３３）。この処理が一体化である。

Ｓ１３４では、一体化が終了か否かを判断し、一体化が終了していなければ（Ｓ１３４：ＮＯ）、次の測距データを設定し（Ｓ１３５）、Ｓ１３２へ戻って探索領域を設定し、測距データの結合を行う（Ｓ１３３）。一体化が全て終了したら（Ｓ１３４：ＹＥＳ）、本処理を終了する。

例えば図４（ａ）に示すように、自車が走行している道路（走行路）の前方には先行車が存在し、また道路の左側にガードレールが存在する状況を想定する。一体化処理によって、図４（ｂ）に示すように、先行車に対応する物標データと、ガードレールに対応する物標データが生成される。なお、図４は、自車と先行車・ガードレールとの位置関係、および一体化の説明図である。図４（ｂ）において、測距データの検出位置を※印で示しており、一体化処理によって測距データを一体化した点集合を含む物標データを長方形で示している。

＜探索領域設定および測距データの一体化＞
ここで、図３のＳ１３２，Ｓ１３３における探索領域設定および測距データの一体化に関して、図５〜図７を参照してさらに詳細に説明する。

図５は、一体化対象の探索領域を示す説明図であり、図中に破線で示す楕円形状の領域が、測距データを一体化する際に用いる探索領域である。この領域の楕円を示す方程式が、下記式（１）である。

ｄ²＝（ΔＸ／αＸ）²＋（ΔＹ／αＹ）² …（１）
このとき、
△Ｘ…データ同士のＸ軸方向の距離
△Ｙ…データ同士のＹ軸方向の距離
αＸ…ｋ１＊物体認識装置１から測距データまでの距離＊物体認識装置１の分解能
αＹ…ｋ２＊自車速＊物体認識装置１のサンプリング周期
（サンプリング周期は物体認識装置１のスキャン周期（１００ｍｓ）に一致する。また、ｋ１，ｋ２は係数である。）
（１）式の右辺の値がｄ²以下である場合に測距データは一体化される。

この探索領域を設定するにあたっては、次のような点に配慮する。
αＹの値を相対的に大きくすることで、図５に示すように、探索領域をＹ方向（進行方向）に長い楕円形状とする。より具体的に説明する。

探索領域のＸ方向（車幅方向）の長さは、隣接する水平ビーム１本〜２本に相当する長さに設定されている。この意図は、同一物体の隣接する２つの測距データが丁度含まれるような長さにし、逆に別の物体からの２つの測距データは含まれないような長さにするというものである。

つまり、例えば複数の先行車両が並行していたとしても、ある程度の距離を隔てて走行することとなる。また、先行車両が例えばガードレールなどの路側物に近寄って走行したとしても、やはりある程度の距離を隔てて走行することとなる。したがって、そのような別の物体からの測距データについては含まれないように、探索領域のＸ方向（車幅方向）の長さを設定する。しかし、同一物体の隣接する２つの測距データは含まれるような長さにするのである。

このように設定した探索領域を用いて測距データを一体化することにより、探索領域のＸ方向（車幅方向）において物体自体が離れていれば、それら別の物体の検出データが一体化されることがなくなる。つまり、先行車と路側物はもちろん、先行車同士であっても、誤って一体化されることなく、正しく区別できる。

探索領域のＹ方向については、サンプリング周期の間に自車が移動する距離を基準として設定する。係数ｋ２を１よりやや大きくすれば、サンプリング周期の間に自車が移動する距離+αが探索領域の進行方向長さとなる。このように設定した探索領域を用いて測距データを結合することにより、道路に沿った方向（進行方向）に長く延びた、あるいは当該方向に並んだ路側物に対応する物標が同一物体とみなされるようにする。

このような路側物としては、例えばガードレールや壁のように連続して設置されているものもあれば、立木やデリニエータのように、ある間隔で設置されている（いわば不連続）ものもある。いずれにしても、道路に沿って設置されている路側物に対しては、上述のように探索領域を設定することで、同一物体として認識されやすくなり、したがって、先行車と区別しやすくなる。

次に、前方の道路がカーブしている場合における一体化対象の探索領域の設定について説明する。
図６に示すように、前方の道路がカーブしている場合には道路形状（カーブ半径）を周知の方法によって推定する。例えば操舵角に基づいて求めたり、車両前方の画像を撮影し、その画像中に存在する走行区分線（いわゆる白線）の形状に基づいて求めたり,地図データから道路形状を求めるなど、種々の方法が提案されている。

そして、任意地点における道路（走行路）の方向を、上述の推定した道路形状（カーブ半径）に基づいて算出し、図７に示すように、（探索領域の設定対象となる）測距データの位置における道路方向を車両進行方向だとみなして探索領域を設定する。それ以降は、図４、図５を用いて説明した直線道路の場合と同様に適用する。

探索領域の設定について、図８を参照してさらに具体的に説明する。図８中のＹ軸は現在の自車位置を基準とした進行方向を示しており、Ｙ’軸は（任意の）測距データの位置における道路方向＝車両進行方向を示している。

そのＹ軸に対するＹ’軸の傾きθに基づいてＸＹ直交座標からＸ’Ｙ’直交座標へ座標変換を行い、座標変換後のＸ’Ｙ’直交座標において同様の探索領域を設定する。この探索領域の楕円を示す方程式が、下記式（２）である。

(ｄ')²＝（ΔＸ’／αＸ）²＋（ΔＹ’／αＹ）² …（２）
このとき、
△Ｘ’…データ同士のＸ軸方向の距離
△Ｙ’…データ同士のＹ軸方向の距離
αＸ…ｋ１＊物体認識装置１から測距データまでの距離＊物体認識装置１の分解能
αＹ…ｋ２＊自車速＊物体認識装置１のサンプリング周期
（サンプリング周期は物体認識装置１の走査周期（１００ｍｓ）に一致する。また、ｋ１，ｋ２は係数である。）
（２）式の右辺の値が(ｄ')²以下である場合に測距データは一体化される。

＜効果＞
以上説明したように物体認識装置１では、同じ探索領域に含まれる測距データ同士を一体化して物標データを生成し、生成した物標を基準として物体認識を行うが、この探索領域のＹ方向については、サンプリング周期の間に自車が移動する距離を基準として設定されている。このように設定した探索領域を用いて測距データを一体化することにより、道路に沿った方向（進行方向）に長く延びた、あるいは当該方向に並んだ物標が同一物体とみなされるようにする。そのため、ガードレール等の路側物と先行車とを正しく区別できる。

また、Ｘ方向（車幅方向）の長さは、隣接する水平ビーム１本〜２本に相当する長さに設定されている。このように設定した探索領域を用いて測距データを一体化することにより、探索領域のＸ方向（車幅方向）において物体自体が離れていれば、それら別の物体の測距データが一体化されることがなくなる。つまり、先行車と路側物はもちろん、先行車同士であっても、誤って一体化されることなく、正しく区別できる。

また、道路がカーブしている場合であっても、そのカーブに応じた適切な状態で探索領域が設定することができる。
このように、物体を精度よく認識する物体認識装置１を実現することができる。

［他の実施形態］
以上本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では送信波としてレーザ光を用いたがミリ波等の電波を用いてもよい。
上記実施形態では、探索領域として図５，７，８に示すような楕円形状の領域を設定したが、そのような形状に限定されない。上記実施形態では、探索領域のＸ方向（車幅方向）の長さは、隣接する水平ビーム１本〜２本に相当する長さに設定し、探索領域のＹ方向（進行方向）については、サンプリング周期の間に自車が移動する距離を基準として設定したが、この意図は、次のとおりである。

つまり、Ｘ方向の長さは、同一物体の隣接する２つの測距データが丁度含まれるような長さにし、逆に別の物体からの２つの測距データは含まれないような長さにしており、またＹ方向については、道路に沿った方向（進行方向）に長く延びた、あるいは当該方向に並んだ路側物に対応する物標が同一物体とみなされるようにする、という意図である。したがって、このような意図を実現可能な形状の探索領域であればよい。

１…物体認識装置 １０…発光部 １１…レーザダイオード（ＬＤ） １２…ＬＤ駆動回路 １３…発光レンズ １４…スキャナ １５…モータ駆動回路 ２０…受光部 ２１…受光レンズ ２２…受光素子 ２３…アンプ ３０…検出回路 ４０…制御部

Claims (2)

1. 車両に搭載され、少なくとも車幅方向に沿って隣接するように設定された複数の送信波ビームを用いて走査を実行した結果に基づき、送信波を反射した物体を認識する物体認識装置であって、
   前記走査によって得られた前記物体からの反射波の受信信号に基づいて、前記送信波ビーム毎に受信強度、及び前記物体の位置を検出する検出手段と、
   前記検出手段での検出結果に基づき、ある検出結果の位置を基準として設定した探索領域内に別の検出結果の位置も含まれていれば同一物標に属するものとして複数の前記検出結果を一体化する物標化手段と、
   を備え、
   前記物標化手段の前記探索領域の車幅方向の長さは、隣接する２つの送信波ビームからの反射波が丁度含まれるような長さに設定され、前記探索領域の車両進行方向の長さは、前記送信波ビームの走査周期の間に前記車両が移動する距離を基準として設定されており、
   前記物標化手段にて生成された物標を基準として物体を認識することを特徴とする物体認識装置。
2. 車両の走行路上の任意地点における走行路の方向を取得可能に構成されており、
   前記物標化手段の前記探索領域は、前記検出結果の位置における前記走行路の方向を前記車両進行方向だとみなして設定されていることを特徴とする請求項１に記載の物体認識装置。