(57)【要約】  信号を送信し、さらに送信された信号の反射信号を受信する超音波センサ１と、あらかじめ設定された複数の基準平面において、超音波センサ１が受信した反射信号を遅延加算した２次元距離情報を生成する遅延加算処理部５と、遅延加算処理部５が生成した複数の基準平面における２次元距離情報を、基準平面に対して鉛直方向に加算した集約距離情報を生成する距離情報集約部６と、距離情報集約部６が生成した集約距離情報の鉛直方向の強度を参照し、鉛直方向の強度が閾値以上である位置に物体を検出する物体検出部８とを備えた。
2012120583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を送信し、物体により反射した前記送信信号の反射信号の受信結果に基づいて、前記物体を検出する物体検出装置において、
前記信号を送信する少なくとも１つの送信センサと、
前記送信センサから送信された信号の反射信号を受信する少なくとも２つ以上の受信センサと、
あらかじめ設定された複数の基準平面において、前記受信センサが受信した２以上の反射信号を遅延加算した２次元距離情報を生成する遅延加算処理部と、
前記遅延加算処理部が生成した前記複数の基準平面における２次元距離情報を、前記基準平面に対して鉛直方向に加算した集約距離情報を生成する集約部と、
前記集約部が生成した集約距離情報の前記鉛直方向の強度を参照し、前記鉛直方向の強度が閾値以上である位置に物体を検出する検出部とを備えたことを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
前記受信センサは、少なくとも３つ以上で構成され、
前記遅延加算処理部は、あらかじめ設定された複数の基準平面において、前記受信センサが受信した３以上の反射信号を遅延加算した２次元距離情報を生成し、
前記遅延加算処理部が生成した前記複数の基準平面における２次元距離情報の差分を算出し、当該差分から前記物体の検出位置および前記反射信号の前記複数の基準平面に対して鉛直方向の変化量を取得する変化量取得部と、
前記変化量取得部が取得した前記物体の検出位置および前記反射信号の前記鉛直方向の変化量に基づいて、前記物体の前記鉛直方向の高さを検出する高さ検出部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記高さ検出部が取得した前記物体の高さが予め設定した閾値以上である場合に物体として検出することを特徴とする請求項２記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記遅延加算処理部は、前記２次元距離情報として、前記複数の基準平面のうち少なくとも１つの基準平面における２次元距離画像を生成することを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記検出部が検出した物体を表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記検出部における前記物体の検出を音または音声により通知する出力部を備えたことを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項７】
請求項１記載の物体検出装置を搭載し、
前記車両の現在位置を取得する位置情報取得部と、
地図データを記憶する地図データ記憶部と、
前記地図データ記憶部に格納された地図データおよび前記位置情報取得部で取得された前記車両の現在位置を用いて、前記車両の経路を案内する経路案内部と、
前記経路案内部の経路案内を報知すると共に、前記物体検出装置が検出した前記物体を報知する報知部とを備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送信信号の反射結果に基づいて物体を検出する物体検出装置および当該装置を適用したナビゲーション装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、センサから送信した超音波の反射波が戻ってくるまでの時間を計測することによって物体からセンサまでの距離を検出し、複数の超音波センサの信号を遅延加算することによって物体の２次元的位置を取得する障害物検出装置が開示されている。例えば、特許文献１では、超音波の反射を複数のセンサで受信して遅延加算することにより、特定の水平面における２次元距離画像を作成する超音波センサを備えた移動機械が開示されている。【０００３】
しかし、従来の障害物検出手法では、特定の水平面における２次元距離画像を作成する場合に、ノイズや虚像が出現するという問題があった。この問題を解決する方法として、例えば特許文献２には、配置する超音波センサの数を増加させて密接なアレイ状に配置してノイズを軽減すると共に、物体の鉛直方向の情報を得る構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５４９７５号公報
【特許文献２】特開２００９−２６４８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献２に開示された技術では、多くの超音波センサが必要となり、コストが増大するという課題があった。【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、少ないセンサ数でノイズを抑制した２次元距離画像を作成すると共に、３次元の物体情報を取得する物体検出装置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】
【０００７】
この発明に係る物体検出装置は、信号を送信する少なくとも１つの送信センサと、送信信号の反射信号を受信する少なくとも２つ以上の受信センサと、あらかじめ設定された複数の基準平面において、受信センサが受信した２以上の反射信号を遅延加算した２次元距離情報を生成する遅延加算処理部と、遅延加算処理部が生成した複数の基準平面における２次元距離情報を、基準平面に対して鉛直方向に加算した集約距離情報を生成する集約部と、集約部が生成した集約距離情報の鉛直方向の強度を参照し、鉛直方向の強度が閾値以上である位置に物体を検出する検出部とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、少ないセンサ数で、ノイズを抑制した２次元距離情報を生成すると共に、基準平面に対して鉛直方向の情報を加味した３次元の物体情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１による物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１による物体検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１による物体検出装置の信号処理部に入力される未処理の信号を示す図である。
【図４】実施の形態１による物体検出装置の信号処理部により整合フィルタ処理を行った信号を示す図である。
【図５】実施の形態１による物体検出装置の信号処理部により包絡線処理後の信号を示した図である。
【図６】実施の形態１による物体検出装置が障害物Ａを検出する構成を横から見た図である。
【図７】実施の形態１による物体検出装置の障害物Ａの距離画像を示す一例である。
【図８】実施の形態１による物体検出装置が障害物Ｂを検出する構成を横から見た図である。
【図９】実施の形態１による物体検出装置の障害物Ｂの距離画像を示す一例である。
【図１０】実施の形態２による物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態２による物体検出装置の障害物Ａに対する物体検知球面を示す図である。
【図１２】実施の形態２による物体検出装置の障害物Ａに対する超音波ｕ２による物体検出円を示す図である。
【図１３】実施の形態２による物体検出装置の障害物Ａの検出ピークの変化を示す図である。
【図１４】実施の形態２による物体検出装置の障害物Ｂに対する超音波ｕ１による物体検出円を示す図である。
【図１５】実施の形態２による物体検出装置の障害物Ｂの検出ピークの変化を示す図である。
【図１６】実施の形態１による物体検出装置を適用したナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の物体検出装置の構成を示すブロック図である。
実施の形態１の物体検出装置１００は、超音波センサ１、アンプ２、Ａ／Ｄ変換部３、信号処理部４、遅延加算処理部５、距離情報集約部６、メモリ部７、物体検出部８、表示部９および送信信号生成部１０で構成されている。
【００１１】
超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，・・・，１ｎ（以下、総称する場合は超音波センサ１と表記する）は超音波の送信および受信を行うセンサである。超音波センサ１は少なくとも１つの超音波を送信するセンサと、少なくとも２つ以上の送信波の反射波を受信するセンサで構成される。なお、超音波を送信するセンサが反射波の受信をするように構成することも可能である。超音波センサ１の取り付け位置は既知とし、物体を検出したい範囲に超音波が発信可能な位置に取り付ける。アンプ２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎ（以下、総称する場合はアンプ２と表記する）は、対応する超音波センサ１で受信した信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・，３ｎ（以下、総称する場合はＡ／Ｄ変換部３と表記する）は、超音波センサ１で受信し、アンプ２で増幅されたアナログ値の信号をデジタル信号に変換する。
【００１２】
信号処理部４は、各Ａ／Ｄ変換部３から得られたデジタル信号に対して、遅延加算を行う前の前処理を行う。前処理の詳細については後述する。遅延加算処理部５は、信号処理部４において前処理が行われた複数の信号を遅延加算し、ある特定の平面上での距離情報を生成する。なお、距離情報は距離画像などでもよく、以下の説明では生成した距離画像を用いて処理を行う構成を示す。距離情報集約部６は、遅延加算処理部５で作成された距離画像をある特定の平面上に対して垂直方向に集約し、メモリ部７に格納する。物体検出部８は、距離情報集約部６で集約された集約距離画像（集約距離情報）データから物体を検出する。表示部９は、物体検出部８で検出された物体をユーザに提示する。送信信号生成部１０は、超音波センサ１から送信する信号を駆動する。
【００１３】
次に動作について説明する。
図２は、実施の形態１による物体検出装置の動作を示すフローチャートである。なお、物体検出装置１００の動作の説明では、超音波センサ１ｂから超音波を送信し、超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃで反射波を受信する場合を例に説明する。さらに、物体検出部８が検出する物体が障害物であるとして説明する。
まず、送信信号生成部１０により符号化された信号が駆動され、超音波センサ１ｂから超音波を送信する（ステップＳＴ１）。なお、信号の符号化にはＢａｒｋｅｒ符号などを用いる。全ての超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃは、ステップＳＴ１で送信した超音波の反射を所定時間受信する（ステップＳＴ２）。ステップＳＴ２で受信した反射波の信号は、アンプ２ａ，２ｂ，２ｃで増幅され、Ａ／Ｄ変換部３ａ，３ｂ，３ｃでデジタル信号に変換され、信号処理部４に出力される（ステップＳＴ３）。
【００１４】
信号処理部４は、遅延加算の前処理として、Ａ／Ｄ変換部３から入力されるデジタル信号に対して整合フィルタ処理を行ってノイズを抑制する。さらにノイズを抑制した信号に対して絶対値処理を行って全て正方向の信号とする包絡線処理を行う（ステップＳＴ４）。図３は信号処理部４に入力される未処理の信号を示し、図４は整合フィルタ処理後の信号を示し、図５は包絡線処理後の信号を示した図である。図３から図５は、超音波センサ１の設置位置からの距離に対する信号強度を示している。
【００１５】
遅延加算処理部５は、開口合成法を用いて、特定平面（ここでは、障害物が設けられている地面に対して水平となる平面とする。以下、特定水平面と表記する。）上で方眼上のメッシュ上に、ステップＳＴ４で得られた信号を全ての超音波センサ１について遅延加算し、特定水平面上での距離画像を作成する（ステップＳＴ５）。なお、ステップＳＴ５の処理は複数の特定水平面上について行われる。
【００１６】
開口合成法では信号値を加算する際、特定水平面上の特定の範囲をメッシュ化すると決めれば、各超音波センサ１とメッシュの各セルの中心点との距離は一意に決まることを利用する。すなわち、超音波センサ１ｂから送信した超音波の反射波が３つの超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃに受信されるまでのそれぞれの経路の距離を求め、当該距離を音速で除算すれば、３つの信号それぞれについて反射波の遅延時間が求まる。求めた反射波の遅延時間を差し引いてメッシュ上で信号を加算すれば、３つの超音波センサで受信した反射波を同期して見ることができる。これにより、障害物が存在するセル上でしか信号は強め合わないので、障害物の位置を特定することができる。
【００１７】
距離情報集約部６は、複数の特定水平面上で作成された距離画像を当該特定水平面に対して鉛直方向に加算する（ステップＳＴ６）。なお、３次元の距離画像を作成する場合には、特定水平面に対して鉛直方向の障害物分解能が必要であり、加算処理ではなく、鉛直方向にメッシュを切って２次元の距離画像を並べることにより画像を作成するが、この実施の形態１では、障害物の存在の有無が判断可能であればよく、ステップＳＴ６の処理のように加算することによりノイズの少ない距離画像を生成することができる。
【００１８】
ステップＳＴ６で加算された距離画像は、メモリ部７に格納される（ステップＳＴ７）。さらに物体検出部８は、ステップＳＴ６で加算された距離画像を参照し、あらかじめ設定された検出閾値以上の信号強度を有する位置を特定して障害物を検出し、検出結果を表示部９を介してユーザに提示する（ステップＳＴ８）。
【００１９】
物体検出部８が、ステップＳＴ６で加算された距離画像から障害物を検出する方法について、図６から図９を参照しながら詳細に説明する。
図６は、実施の形態１による物体検出装置が障害物Ａを検出する構成を横から見た図である。超音波センサ１の配置位置Ｐの地面Ｏからの高さをｈ、障害物Ａの地面Ｏからの高さをＨＡとし、３つの特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を考える。特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の高さはそれぞれｚ１，ｚ２，ｚ３とする。また、以下の式（１）の関係を満たしているものとする。
ｚ１＜ｈ＝ｚ２＜ｚ３＜ＨＡ      ・・・（１）
図６では、いずれの特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で距離画像を生成した場合でも、水平方向ｘ１の位置において超音波ｕ１，ｕ２，ｕ３が障害物Ａで反射され、障害物Ａが検出される。
【００２０】
図７は、図６で示した特定水平面Ｌ１、特定水平面Ｌ２、特定水平面Ｌ３における距離画像の一例を示す図である。超音波センサ１ｂから送信された超音波ｕｂが障害物Ａで反射され、反射された超音波ｕａ，ｕｂ´，ｕｃが超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃで受信され、障害物Ａが検出される。さらに各特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で障害物Ａが検出されることから、これら各特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３における距離画像を、特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に対して鉛直方向に加算すると障害物Ａはさらに強調されて検出される。これにより、物体検出部８において障害物Ａが物体として検出され易くなる。
【００２１】
一方、図８は、実施の形態１による物体検出装置が障害物Ｂを検出する構成を横から見た図である。
超音波センサ１の配置位置Ｐの地面Ｏからの高さをｈ、障害物Ｂの地面Ｏからの高さをＨＢとし、３つの特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を考える。特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の高さはそれぞれｚ１，ｚ２，ｚ３とする。また、以下の式（２）の関係を満たしているものとする。
ｚ１＜ＨＢ＜ｈ＝ｚ２＜ｚ３      ・・・（２）
図８では、特定水平面Ｌ１上の距離画像を生成した場合のみ、水平方向ｘ１の位置において超音波ｕ１が障害物Ｂで反射され、障害物Ｂが検出される。特定水平面Ｌ２および特定水平面Ｌ３の距離画像では水平方向ｘ１位置に障害物Ｂは検出されない。
【００２２】
図９（ａ）は、図８で示した特定水平面Ｌ１における距離画像の一例を示す図であり、図９（ｂ）は図８で示した特定水平面Ｌ２および特定水平面Ｌ３における距離画像の一例を示す図である。図９（ａ）では、超音波センサ１ｂから送信された超音波ｕｂが障害物Ｂで反射され、反射された超音波ｕａ，ｕｂ´，ｕｃが超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃで受信され、障害物Ｂが検出される。一方、図９（ｂ）では、超音波センサ１ｂから送信された超音波ｕｂは障害物Ｂに反射されず、障害物Ｂは検出されない。そのため、特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の３つの距離画像を加算すると、障害物Ｂに該当する信号は相対的に弱くなる。これにより、物体検出部８において障害物Ｂは物体として検出され難くなる。
【００２３】
以上のように、この実施の形態１によれば、超音波の送信および送信された超音波の反射波を受信する複数の超音波センサ１と、複数の超音波センサ１が受信した反射波の信号を遅延加算して特定平面上での距離画像を作成する遅延加算処理部５と、複数の特定平面上で作成された距離画像を特定平面に対して鉛直方向に加算して集約する距離情報集約部６とを備えるように構成したので、特定平面に対して鉛直方向に相関のある情報が強調され、あらかじめ設定された検出閾値以下の小さい物体は検出することなく、ある程度の大きさを有する物体を検出し易くなる。また、鉛直方向に相関を持たない電気ノイズや反射波のゆらぎをスムージングすることができ、少ない超音波センサで精度の高い距離画像を生成することができる。
【００２４】
なお、上述した実施の形態１では、遅延加算処理部５が反射波の信号を遅延加算して特定平面上での距離画像を作成する構成を示したが、作成するデータは画像に限定されることなく適宜変更可能である。
【００２５】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、特定平面に対して鉛直方向に相関関係を加算して物体を強調し、ノイズを抑制した距離画像を用いて物体を検出する構成を示したが、この実施の形態２では、特定平面に対して鉛直方向の信号の変化量を用いて物体の高さ情報を得る構成を示す。図１０は、実施の形態２による物体検出装置の構成を示すブロック図である。なお、以下では、実施の形態１による物体検出装置の構成要素と同一または相当する部分には実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。図１０に示す物体検出装置１００は、上記実施の形態１で図１を用いて説明した物体検出装置１００に距離情報変化量取得部１１および物体高さ検出部１２を追加して設けている。
【００２６】
距離情報変化量取得部１１は、遅延加算処理部５で作成された複数の距離画像の差分から、物体の検出位置と信号強度の変化量を取得する。物体高さ検出部１２は、距離情報変化量取得部１１が取得した物体の検出位置と信号強度の変化量から、物体の高さ情報を取得する。超音波センサ１は少なくとも１つの超音波を送信するセンサと、少なくとも３つ以上の送信波の反射波を受信するセンサで構成される。なお、実施の形態１と同様に、超音波を送信するセンサが反射波の受信をするように構成することも可能である。超音波センサ１の取り付け位置は既知とし、物体を検出したい範囲に超音波が発信可能な位置に取り付ける。
【００２７】
次に、距離情報変化量取得部１１および物体高さ検出部１２の処理動作について図１１から図１５を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様に検出する物体は障害物であるとして説明する。
図１１は、実施の形態２による物体検出装置の障害物Ａに対する物体検知球面を示す図である。なお、この実施の形態２では反射波を受信する超音波センサ１は少なくとも３つ以上で構成すると上述したが、図１１では説明のために例外的に２つの超音波センサ１ａ，１ｂが反射波を受信する構成を示している。
まず遅延加算処理部５が、超音波センサ１が受信した反射波の信号の発信時刻から遅延時間を取得し、当該遅延時間を用いて超音波センサ１と障害物Ａとの距離を算出する。算出した距離と、超音波センサ１からの半径とが等しい球面状のどこかに障害物Ａが存在する。また、図１１に示すように２つの超音波センサ１ａ，１ｂを中心とし、算出した距離を半径とする球を２つ描くと、当該２つの球の交線上（円周）に障害物Ａが存在することが分かる。
【００２８】
図１２は、特定水平面Ｌ２に対して水平方向に出力された超音波ｕ２による物体検出円であり、図１１において示した超音波センサ１ａと超音波センサ１ｂの２つの球面の交線を示している。また、図１２では図示していないが、超音波ｕ１による物体検出円および超音波ｕ３による物体検出円も同様に生成される。距離情報集約部６は、遅延加算処理部５で生成されたこれらの物体検出円を特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に対して鉛直方向に加算することでノイズを抑制した集約距離画像を生成した。
【００２９】
一方で、各超音波ｕ１，ｕ２，ｕ３のピーク強度を参照すると、障害物Ａに対して正面から出力される超音波ｕ２の反射波が最も大きく観測される。これは一般的な超音波センサの送受信の指向性が正面方向で最も高いためである。特定水平面Ｌ２で距離画像を作成した場合、超音波センサ１ａの超音波ｕ２による物体検出円と特定水平面Ｌ２との交点である位置ｘ１に障害物Ａが観測される。もう一つの超音波センサ１ｂの物体検知球面も当該交点で交わり、信号を強め合う。
【００３０】
一方、超音波ｕ１による特定水平面Ｌ１での距離画像、および超音波ｕ３による特定水平面Ｌ３での距離画像を作成すると、いずれの場合も位置ｘ１に像が出現するが、超音波センサの送受信の指向性の影響でその信号強度は弱くなる。図１３は、特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で作成した距離画像の信号のピークを示した図である。
【００３１】
次に、図１４に示す超音波センサ１の配置位置よりも低い高さの障害物Ｂが存在する場合を考える。この場合、超音波センサ１の正面に障害物Ｂが存在しないため、超音波ｕ１による物体検出円が最も強く観測され、特定水平面Ｌ１で距離画像を作成すると位置ｘ１に障害物Ｂが検出される。特定水平面Ｌ２で距離画像を作成すると、３つの超音波センサの信号は重ならず、像が出現しない。しかし、実際には超音波ｕ１による２つの超音波センサ間での物体検出円が特定水平面Ｌ２と交わった位置ｘ２にピークが出現する。ただし、特定水平面Ｌ２では３つ全ての超音波センサ間で物体検出円が重なる点は存在しないため、特定水平面Ｌ１のピークと比較すると強度の低いピークとなる。また、位置ｘ２は、位置ｘ１よりも遠い位置に出現するが、これは超音波ｕ１による物体検出円が特定水平面Ｌ２では位置ｘ１より遠い位置で交わることによるものである。
【００３２】
同様に、特定水平面Ｌ３での距離画像を作成すると、位置ｘ２より超音波センサ１側寄りの位置ｘ３にピークが出現する。この位置ｘ３におけるピークは、３つの超音波センサの焦点がさらにずれるため、さらに強度の低いピークとなる。図１５は障害物Ｂの、それぞれの特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で距離画像を作成した場合の信号のピークを示した図である。
【００３３】
距離情報変化量取得部１１は、上述の処理により、各特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３における距離画像を作成して障害物の検出位置を算出する。さらに、特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に対して鉛直方向の距離画像の差分を算出して当該鉛直方向の信号強度の変化量を算出する。なお、鉛直方向の距離画像の差分を算出する場合、最も低い位置の特定水平面Ｌ１を基準として差分を算出するなど、差分算出の基準平面を設定する。物体高さ検出部１２は、距離情報変化量取得部１１において取得された距離画像における物体の検出位置と、鉛直方向の信号強度の変化量を参照し、障害物の高さ情報を取得する。取得した高さ情報は、表示部９に表示してもよいし、物体検出部８に出力してもよい。物体検出部８は、取得した高さ情報も加味して障害物の検出を行う。
【００３４】
図１３および図１５で示した結果を参照しながら、具体的な高さ情報の取得について説明する。まず、超音波センサ１の設置位置高さｈ以上の高さを有する障害物Ａと、超音波センサ１の設置位置高さｈ未満の高さである障害物Ｂとでは、ピーク強度の変化の仕方が異なる。従って、超音波センサ１の設置位置高さｈよりも低い位置に存在する特定水平面Ｌ１、超音波センサ１の設置位置高さｈと同程度の高さの特定水平面Ｌ２、超音波センサ１の設置位置高さｈよりも高い特定水平面Ｌ３における信号強度が、以下に示す２つの条件のどちらに該当するか判定することにより、障害物の高さを検出する。
【００３５】
条件１：特定水平面Ｌ１での強度、特定水平面Ｌ３での強度＜特定水平面Ｌ２での強度
条件２：特定水平面Ｌ２での強度＜特定水平面Ｌ１での強度
かつ
特定水平面Ｌ２における位置ｘ２＞特定水平面Ｌ１における位置ｘ１
障害物が上記条件１を満たす場合、超音波センサ１の設置位置高さｈよりも高い障害物であると判定する。逆に障害物が上記条件２を満たす場合、超音波センサ１の設置位置高さｈよりも低い障害物であると判定する。
【００３６】
以上のように、この実施の形態２によれば、物体の検出位置および物体の特定水平面に対して鉛直方向の信号強度の変化量を取得する距離画像変化量取得器と、信号強度の変化量から物体の高さを検出する物体高さ検出部とを備えるように構成したので、物体の検出位置および信号強度の変化量から、超音波センサの設置位置高さ以上の高さを有する物体と、超音波センサ１の設置位置高さ未満の高さを有する物体とを判別することができる。
【００３７】
実施の形態３．
上述した実施の形態２では、３つの超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃを同一平面上に並べる構成とし、超音波センサ１の設置位置高さｈよりも低い物体と設置位置高さｈよりも高い物体との区別のみを行う構成を示した。そのため、超音波センサ１の設置位置高さｈより高い位置にのみ存在する物体、つまり浮いている物体や、設置位置高さｈより低い部分の形状が細かく検出困難な物体なども、上述した障害物Ａや障害物Ｂと同一の傾向を示すため区別することが困難であった。
【００３８】
そこで、この実施の形態３では、複数の超音波センサのうち少なくとも１つの超音波センサを、他の超音波センサの設置面とは異なる水平面上に配置し、これにより上下方向の対称性がなくなり、より細かい条件で物体の高さを検出する構成を示す。
例えば、３つの超音波センサのうち１つの超音波センサが他の２つの超音波センサの設置位置よりも低い位置に設置されている場合に、以下に示す条件に該当するか判定することにより物体のより詳細な高さを検出することができる。
条件３：特定水平面Ｌ１での強度＜特定水平面Ｌ２での強度＜特定水平面Ｌ３での強度
条件４：特定水平面Ｌ３での強度＜特定水平面Ｌ２での強度＜特定水平面Ｌ１での強度
条件３を満たす場合、物体は２つの超音波センサの設置位置より高い位置にのみ存在するものと判別でき、条件４を満たす場合、物体は１つの超音波センサの設置位置高さより低い高さを有する物体であると判別することができる。
【００３９】
以上のように、この実施の形態３によれば、複数の超音波センサのうち、少なくとも１つの超音波センサを、他の超音波センサの設置面とは異なる水平面上に配置するように構成したので、超音波センサの設置位置高さより高い位置にのみ存在する物体あるいは、超音波センサの設置位置高さより低い高さを有する物体を判別することができる。これにより、当該物体検出装置を車両の後方監視などに利用する場合、低い位置にのみ存在する物体は縁石や車止めなどと判断し、物体ではない別のオブジェクトとしてユーザに通知することが可能となる。
【００４０】
また、上述した実施の形態１から実施の形態３の構成を有する物体検出装置１００をナビゲーション装置に適用してもよい。図１６は、実施の形態１による物体検出装置を搭載したナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。ナビゲーション装置２００は、例えば、実施の形態１と同様の機能を有する超音波センサ１、アンプ２、Ａ／Ｄ変換部３、信号処理部４、遅延加算処理部５、距離情報集約部６、メモリ部７、物体検出部８、および送信信号生成部１０を備えた物体検出装置１００を備えると共に、ナビゲーション機能として、自車両の現在位置を取得する位置情報取得部２０１、地図データを記憶する地図データ記憶部２０２と、自車位置情報および地図データを用いて自車両の経路を案内する経路案内部２０３と、案内する経路をユーザに提示する報知部２０４を備えている。
【００４１】
物体検出装置１００の物体検出部８が検出した物体に関する情報をナビゲーション装置２００の報知部２０４によりユーザ提示することにより、経路案内に協調させて物体情報を提供することができる。また、駐車支援ナビゲーションが可能になる。さらに、自車両が発車する際の障害物報知や、自車両の右左折時の巻き込み検知および報知を行うことができる。これらにより自車両の走行安全性を高めることができる。また、物体検出装置１００が表示部９を備えていてもよい。さらに実施の形態２および実施の形態３の構成を図１６に示すナビゲーション装置２００に適用してもよい。
【００４２】
また、上述した実施の形態１から実施の形態３の構成に、物体検出部８が物体を検出した旨を音または音声で通知する出力部（不図示）を追加して設けてもよい。
【００４３】
また、上述した実施の形態１から実施の形態３の構成において、遅延加算処理部５が取得した２次元距離画像の少なくとも１つを表示部に表示するように構成してもよい。
【００４４】
なお、上述した実施の形態１から実施の形態３では、特定平面を障害物が設けられている地面に対して水平となる平面とする構成を示したが、当該特定平面は重力に対して垂直方向に広がる平面や、重力方向に広がる平面など適宜設定可能である。
【００４５】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、この発明に係る物体検出装置およびナビゲーション装置は、少ないセンサ数で、ノイズを抑制した２次元距離情報を生成すると共に、基準平面に対して鉛直方向の情報を加味した３次元の物体情報を取得することができるように構成したので、送信信号の反射結果に基づいて物体を検出する物体検出装置および当該装置を適用したナビゲーション装置等に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００４７】
１  超音波センサ、２  アンプ、３  Ａ／Ｄ変換部、４  信号処理部、５  遅延加算処理部、６  距離情報集約部、７  メモリ部、８  物体検出部、９  表示部、１０  送信信号生成部、１１  距離情報変化量取得部、１２  物体高さ検出部、１００  物体検出装置、２００  ナビゲーション装置、２０１  位置情報取得部、２０２  地図データ記憶部、２０３  経路案内部、２０４  報知部。
【図１】
2012120583.tif 000003
【図２】
2012120583.tif 000004
【図３】
2012120583.tif 000005
【図４】
2012120583.tif 000006
【図５】
2012120583.tif 000007
【図６】
2012120583.tif 000008
【図７】
2012120583.tif 000009
【図８】
2012120583.tif 000010
【図９】
2012120583.tif 000011
【図１０】
2012120583.tif 000012
【図１１】
2012120583.tif 000013
【図１２】
2012120583.tif 000014
【図１３】
2012120583.tif 000015
【図１４】
2012120583.tif 000016
【図１５】
2012120583.tif 000017
【図１６】
2012120583.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月20日(2013.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送信信号の反射結果に基づいて物体を検出する物体検出装置および当該装置を適用したナビゲーション装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、センサから送信した超音波の反射波が戻ってくるまでの時間を計測することによって物体からセンサまでの距離を検出し、複数の超音波センサの信号を遅延加算することによって物体の２次元的位置を取得する障害物検出装置が開示されている。例えば、特許文献１では、超音波の反射を複数のセンサで受信して遅延加算することにより、特定の水平面における２次元距離画像を作成する超音波センサを備えた移動機械が開示されている。
【０００３】
しかし、従来の障害物検出手法では、特定の水平面における２次元距離画像を作成する場合に、ノイズや虚像が出現するという問題があった。この問題を解決する方法として、例えば特許文献２には、配置する超音波センサの数を増加させて密接なアレイ状に配置してノイズを軽減すると共に、物体の鉛直方向の情報を得る構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５４９７５号公報
【特許文献２】特開２００９−２６４８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献２に開示された技術では、多くの超音波センサが必要となり、コストが増大するという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、少ないセンサ数でノイズを抑制した２次元距離画像を作成すると共に、３次元の物体情報を取得する物体検出装置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】
【０００７】
この発明に係る物体検出装置は、信号を送信する少なくとも１つの送信センサと、送信信号の反射信号を受信する少なくとも２つ以上の受信センサと、あらかじめ設定された複数の基準平面において、受信センサが受信した２以上の反射信号を遅延加算した２次元距離情報を生成する遅延加算処理部と、遅延加算処理部が生成した複数の基準平面における２次元距離情報を、基準平面に対して鉛直方向に加算した集約距離情報を生成する集約部と、集約部が生成した集約距離情報の鉛直方向の強度を参照し、鉛直方向の強度が閾値以上である位置に物体を検出する検出部とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、少ないセンサ数で、ノイズを抑制した２次元距離情報を生成すると共に、基準平面に対して鉛直方向の情報を加味した３次元の物体情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１による物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１による物体検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１による物体検出装置の信号処理部に入力される未処理の信号を示す図である。
【図４】実施の形態１による物体検出装置の信号処理部により整合フィルタ処理を行った信号を示す図である。
【図５】実施の形態１による物体検出装置の信号処理部により包絡線処理後の信号を示した図である。
【図６】実施の形態１による物体検出装置が障害物Ａを検出する構成を横から見た図である。
【図７】実施の形態１による物体検出装置の障害物Ａの距離画像を示す一例である。
【図８】実施の形態１による物体検出装置が障害物Ｂを検出する構成を横から見た図である。
【図９】実施の形態１による物体検出装置の障害物Ｂの距離画像を示す一例である。
【図１０】実施の形態２による物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態２による物体検出装置の障害物Ａに対する物体検知球面を示す図である。
【図１２】実施の形態２による物体検出装置の障害物Ａに対する超音波ｕ２による物体検出円を示す図である。
【図１３】実施の形態２による物体検出装置の障害物Ａの検出ピークの変化を示す図である。
【図１４】実施の形態２による物体検出装置の障害物Ｂに対する超音波ｕ１による物体検出円を示す図である。
【図１５】実施の形態２による物体検出装置の障害物Ｂの検出ピークの変化を示す図である。
【図１６】実施の形態１による物体検出装置を適用したナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の物体検出装置の構成を示すブロック図である。
実施の形態１の物体検出装置１００は、超音波センサ１、アンプ２、Ａ／Ｄ変換部３、信号処理部４、遅延加算処理部５、距離情報集約部６、メモリ部７、物体検出部８、表示部９および送信信号生成部１０で構成されている。
【００１１】
超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，・・・，１ｎ（以下、総称する場合は超音波センサ１と表記する）は超音波の送信および受信を行うセンサである。超音波センサ１は少なくとも１つの超音波を送信するセンサと、少なくとも２つ以上の送信波の反射波を受信するセンサで構成される。なお、超音波を送信するセンサが反射波の受信をするように構成することも可能である。超音波センサ１の取り付け位置は既知とし、物体を検出したい範囲に超音波が発信可能な位置に取り付ける。アンプ２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎ（以下、総称する場合はアンプ２と表記する）は、対応する超音波センサ１で受信した信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・，３ｎ（以下、総称する場合はＡ／Ｄ変換部３と表記する）は、超音波センサ１で受信し、アンプ２で増幅されたアナログ値の信号をデジタル信号に変換する。
【００１２】
信号処理部４は、各Ａ／Ｄ変換部３から得られたデジタル信号に対して、遅延加算を行う前の前処理を行う。前処理の詳細については後述する。遅延加算処理部５は、信号処理部４において前処理が行われた複数の信号を遅延加算し、ある特定の平面上での距離情報を生成する。なお、距離情報は距離画像などでもよく、以下の説明では生成した距離画像を用いて処理を行う構成を示す。距離情報集約部６は、遅延加算処理部５で作成された距離画像をある特定の平面上に対して垂直方向に集約し、メモリ部７に格納する。物体検出部８は、距離情報集約部６で集約された集約距離画像（集約距離情報）データから物体を検出する。表示部９は、物体検出部８で検出された物体をユーザに提示する。送信信号生成部１０は、超音波センサ１から送信する信号を駆動する。
【００１３】
次に動作について説明する。
図２は、実施の形態１による物体検出装置の動作を示すフローチャートである。なお、物体検出装置１００の動作の説明では、超音波センサ１ｂから超音波を送信し、超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃで反射波を受信する場合を例に説明する。さらに、物体検出部８が検出する物体が障害物であるとして説明する。
まず、送信信号生成部１０により符号化された信号が駆動され、超音波センサ１ｂから超音波を送信する（ステップＳＴ１）。なお、信号の符号化にはＢａｒｋｅｒ符号などを用いる。全ての超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃは、ステップＳＴ１で送信した超音波の反射を所定時間受信する（ステップＳＴ２）。ステップＳＴ２で受信した反射波の信号は、アンプ２ａ，２ｂ，２ｃで増幅され、Ａ／Ｄ変換部３ａ，３ｂ，３ｃでデジタル信号に変換され、信号処理部４に出力される（ステップＳＴ３）。
【００１４】
信号処理部４は、遅延加算の前処理として、Ａ／Ｄ変換部３から入力されるデジタル信号に対して整合フィルタ処理を行ってノイズを抑制する。さらにノイズを抑制した信号に対して絶対値処理を行って全て正方向の信号とする包絡線処理を行う（ステップＳＴ４）。図３は信号処理部４に入力される未処理の信号を示し、図４は整合フィルタ処理後の信号を示し、図５は包絡線処理後の信号を示した図である。図３から図５は、超音波センサ１の設置位置からの距離に対する信号強度を示している。
【００１５】
遅延加算処理部５は、開口合成法を用いて、特定平面（ここでは、障害物が設けられている地面に対して水平となる平面とする。以下、特定水平面と表記する。）上で方眼上のメッシュ上に、ステップＳＴ４で得られた信号を全ての超音波センサ１について遅延加算し、特定水平面上での距離画像を作成する（ステップＳＴ５）。なお、ステップＳＴ５の処理は複数の特定水平面上について行われる。
【００１６】
開口合成法では信号値を加算する際、特定水平面上の特定の範囲をメッシュ化すると決めれば、各超音波センサ１とメッシュの各セルの中心点との距離は一意に決まることを利用する。すなわち、超音波センサ１ｂから送信した超音波の反射波が３つの超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃに受信されるまでのそれぞれの経路の距離を求め、当該距離を音速で除算すれば、３つの信号それぞれについて反射波の遅延時間が求まる。求めた反射波の遅延時間を差し引いてメッシュ上で信号を加算すれば、３つの超音波センサで受信した反射波を同期して見ることができる。これにより、障害物が存在するセル上でしか信号は強め合わないので、障害物の位置を特定することができる。
【００１７】
距離情報集約部６は、複数の特定水平面上で作成された距離画像を当該特定水平面に対して鉛直方向に加算する（ステップＳＴ６）。なお、３次元の距離画像を作成する場合には、特定水平面に対して鉛直方向の障害物分解能が必要であり、加算処理ではなく、鉛直方向にメッシュを切って２次元の距離画像を並べることにより画像を作成するが、この実施の形態１では、障害物の存在の有無が判断可能であればよく、ステップＳＴ６の処理のように加算することによりノイズの少ない距離画像を生成することができる。
【００１８】
ステップＳＴ６で加算された距離画像は、メモリ部７に格納される（ステップＳＴ７）。さらに物体検出部８は、ステップＳＴ６で加算された距離画像を参照し、あらかじめ設定された検出閾値以上の信号強度を有する位置を特定して障害物を検出し、検出結果を表示部９を介してユーザに提示する（ステップＳＴ８）。
【００１９】
物体検出部８が、ステップＳＴ６で加算された距離画像から障害物を検出する方法について、図６から図９を参照しながら詳細に説明する。
図６は、実施の形態１による物体検出装置が障害物Ａを検出する構成を横から見た図である。超音波センサ１の配置位置Ｐの地面Ｏからの高さをｈ、障害物Ａの地面Ｏからの高さをＨＡとし、３つの特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を考える。特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の高さはそれぞれｚ１，ｚ２，ｚ３とする。また、以下の式（１）の関係を満たしているものとする。
ｚ１＜ｈ＝ｚ２＜ｚ３＜ＨＡ      ・・・（１）
図６では、いずれの特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で距離画像を生成した場合でも、水平方向ｘ１の位置において超音波ｕ１，ｕ２，ｕ３が障害物Ａで反射され、障害物Ａが検出される。
【００２０】
図７は、図６で示した特定水平面Ｌ１、特定水平面Ｌ２、特定水平面Ｌ３における距離画像の一例を示す図である。超音波センサ１ｂから送信された超音波ｕｂが障害物Ａで反射され、反射された超音波ｕａ，ｕｂ´，ｕｃが超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃで受信され、障害物Ａが検出される。さらに各特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で障害物Ａが検出されることから、これら各特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３における距離画像を、特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に対して鉛直方向に加算すると障害物Ａはさらに強調されて検出される。これにより、物体検出部８において障害物Ａが物体として検出され易くなる。
【００２１】
一方、図８は、実施の形態１による物体検出装置が障害物Ｂを検出する構成を横から見た図である。
超音波センサ１の配置位置Ｐの地面Ｏからの高さをｈ、障害物Ｂの地面Ｏからの高さをＨＢとし、３つの特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を考える。特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の高さはそれぞれｚ１，ｚ２，ｚ３とする。また、以下の式（２）の関係を満たしているものとする。
ｚ１＜ＨＢ＜ｈ＝ｚ２＜ｚ３      ・・・（２）
図８では、特定水平面Ｌ１上の距離画像を生成した場合のみ、水平方向ｘ１の位置において超音波ｕ１が障害物Ｂで反射され、障害物Ｂが検出される。特定水平面Ｌ２および特定水平面Ｌ３の距離画像では水平方向ｘ１位置に障害物Ｂは検出されない。
【００２２】
図９（ａ）は、図８で示した特定水平面Ｌ１における距離画像の一例を示す図であり、図９（ｂ）は図８で示した特定水平面Ｌ２および特定水平面Ｌ３における距離画像の一例を示す図である。図９（ａ）では、超音波センサ１ｂから送信された超音波ｕｂが障害物Ｂで反射され、反射された超音波ｕａ，ｕｂ´，ｕｃが超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃで受信され、障害物Ｂが検出される。一方、図９（ｂ）では、超音波センサ１ｂから送信された超音波ｕｂは障害物Ｂに反射されず、障害物Ｂは検出されない。そのため、特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の３つの距離画像を加算すると、障害物Ｂに該当する信号は相対的に弱くなる。これにより、物体検出部８において障害物Ｂは物体として検出され難くなる。
【００２３】
以上のように、この実施の形態１によれば、超音波の送信および送信された超音波の反射波を受信する複数の超音波センサ１と、複数の超音波センサ１が受信した反射波の信号を遅延加算して特定平面上での距離画像を作成する遅延加算処理部５と、複数の特定平面上で作成された距離画像を特定平面に対して鉛直方向に加算して集約する距離情報集約部６とを備えるように構成したので、特定平面に対して鉛直方向に相関のある情報が強調され、あらかじめ設定された検出閾値以下の小さい物体は検出することなく、ある程度の大きさを有する物体を検出し易くなる。また、鉛直方向に相関を持たない電気ノイズや反射波のゆらぎをスムージングすることができ、少ない超音波センサで精度の高い距離画像を生成することができる。
【００２４】
なお、上述した実施の形態１では、遅延加算処理部５が反射波の信号を遅延加算して特定平面上での距離画像を作成する構成を示したが、作成するデータは画像に限定されることなく適宜変更可能である。
【００２５】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、特定平面に対して鉛直方向に相関関係を加算して物体を強調し、ノイズを抑制した距離画像を用いて物体を検出する構成を示したが、この実施の形態２では、特定平面に対して鉛直方向の信号の変化量を用いて物体の高さ情報を得る構成を示す。図１０は、実施の形態２による物体検出装置の構成を示すブロック図である。なお、以下では、実施の形態１による物体検出装置の構成要素と同一または相当する部分には実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。図１０に示す物体検出装置１００は、上記実施の形態１で図１を用いて説明した物体検出装置１００に距離情報変化量取得部１１および物体高さ検出部１２を追加して設けている。
【００２６】
距離情報変化量取得部１１は、遅延加算処理部５で作成された複数の距離画像の差分から、物体の検出位置と信号強度の変化量を取得する。物体高さ検出部１２は、距離情報変化量取得部１１が取得した物体の検出位置と信号強度の変化量から、物体の高さ情報を取得する。超音波センサ１は少なくとも１つの超音波を送信するセンサと、少なくとも３つ以上の送信波の反射波を受信するセンサで構成される。なお、実施の形態１と同様に、超音波を送信するセンサが反射波の受信をするように構成することも可能である。超音波センサ１の取り付け位置は既知とし、物体を検出したい範囲に超音波が発信可能な位置に取り付ける。
【００２７】
次に、距離情報変化量取得部１１および物体高さ検出部１２の処理動作について図１１から図１５を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様に検出する物体は障害物であるとして説明する。
図１１は、実施の形態２による物体検出装置の障害物Ａに対する物体検知球面を示す図である。なお、この実施の形態２では反射波を受信する超音波センサ１は少なくとも３つ以上で構成すると上述したが、図１１では説明のために例外的に２つの超音波センサ１ａ，１ｂが反射波を受信する構成を示している。
まず遅延加算処理部５が、超音波センサ１が受信した反射波の信号の発信時刻から遅延時間を取得し、当該遅延時間を用いて超音波センサ１と障害物Ａとの距離を算出する。算出した距離と、超音波センサ１からの半径とが等しい球面状のどこかに障害物Ａが存在する。また、図１１に示すように２つの超音波センサ１ａ，１ｂを中心とし、算出した距離を半径とする球を２つ描くと、当該２つの球の交線上（円周）に障害物Ａが存在することが分かる。
【００２８】
図１２は、特定水平面Ｌ２に対して水平方向に出力された超音波ｕ２による物体検出円であり、図１１において示した超音波センサ１ａと超音波センサ１ｂの２つの球面の交線を示している。また、図１２では図示していないが、超音波ｕ１による物体検出円および超音波ｕ３による物体検出円も同様に生成される。距離情報集約部６は、遅延加算処理部５で生成されたこれらの物体検出円を特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に対して鉛直方向に加算することでノイズを抑制した集約距離画像を生成した。
【００２９】
一方で、各超音波ｕ１，ｕ２，ｕ３のピーク強度を参照すると、障害物Ａに対して正面から出力される超音波ｕ２の反射波が最も大きく観測される。これは一般的な超音波センサの送受信の指向性が正面方向で最も高いためである。特定水平面Ｌ２で距離画像を作成した場合、超音波センサ１ａの超音波ｕ２による物体検出円と特定水平面Ｌ２との交点である位置ｘ１に障害物Ａが観測される。もう一つの超音波センサ１ｂの物体検知球面も当該交点で交わり、信号を強め合う。
【００３０】
一方、超音波ｕ１による特定水平面Ｌ１での距離画像、および超音波ｕ３による特定水平面Ｌ３での距離画像を作成すると、いずれの場合も位置ｘ１に像が出現するが、超音波センサの送受信の指向性の影響でその信号強度は弱くなる。図１３は、特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で作成した距離画像の信号のピークを示した図である。
【００３１】
次に、図１４に示す超音波センサ１の配置位置よりも低い高さの障害物Ｂが存在する場合を考える。この場合、超音波センサ１の正面に障害物Ｂが存在しないため、超音波ｕ１による物体検出円が最も強く観測され、特定水平面Ｌ１で距離画像を作成すると位置ｘ１に障害物Ｂが検出される。特定水平面Ｌ２で距離画像を作成すると、３つの超音波センサの信号は重ならず、像が出現しない。しかし、実際には超音波ｕ１による２つの超音波センサ間での物体検出円が特定水平面Ｌ２と交わった位置ｘ２にピークが出現する。ただし、特定水平面Ｌ２では３つ全ての超音波センサ間で物体検出円が重なる点は存在しないため、特定水平面Ｌ１のピークと比較すると強度の低いピークとなる。また、位置ｘ２は、位置ｘ１よりも遠い位置に出現するが、これは超音波ｕ１による物体検出円が特定水平面Ｌ２では位置ｘ１より遠い位置で交わることによるものである。
【００３２】
同様に、特定水平面Ｌ３での距離画像を作成すると、位置ｘ２より超音波センサ１側寄りの位置ｘ３にピークが出現する。この位置ｘ３におけるピークは、３つの超音波センサの焦点がさらにずれるため、さらに強度の低いピークとなる。図１５は障害物Ｂの、それぞれの特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で距離画像を作成した場合の信号のピークを示した図である。
【００３３】
距離情報変化量取得部１１は、上述の処理により、各特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３における距離画像を作成して障害物の検出位置を算出する。さらに、特定水平面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に対して鉛直方向の距離画像の差分を算出して当該鉛直方向の信号強度の変化量を算出する。なお、鉛直方向の距離画像の差分を算出する場合、最も低い位置の特定水平面Ｌ１を基準として差分を算出するなど、差分算出の基準平面を設定する。物体高さ検出部１２は、距離情報変化量取得部１１において取得された距離画像における物体の検出位置と、鉛直方向の信号強度の変化量を参照し、障害物の高さ情報を取得する。取得した高さ情報は、表示部９に表示してもよいし、物体検出部８に出力してもよい。物体検出部８は、取得した高さ情報も加味して障害物の検出を行う。
【００３４】
図１３および図１５で示した結果を参照しながら、具体的な高さ情報の取得について説明する。まず、超音波センサ１の設置位置高さｈ以上の高さを有する障害物Ａと、超音波センサ１の設置位置高さｈ未満の高さである障害物Ｂとでは、ピーク強度の変化の仕方が異なる。従って、超音波センサ１の設置位置高さｈよりも低い位置に存在する特定水平面Ｌ１、超音波センサ１の設置位置高さｈと同程度の高さの特定水平面Ｌ２、超音波センサ１の設置位置高さｈよりも高い特定水平面Ｌ３における信号強度が、以下に示す２つの条件のどちらに該当するか判定することにより、障害物の高さを検出する。
【００３５】
条件１：特定水平面Ｌ１での強度、特定水平面Ｌ３での強度＜特定水平面Ｌ２での強度
条件２：特定水平面Ｌ２での強度＜特定水平面Ｌ１での強度
かつ
特定水平面Ｌ２における位置ｘ２＞特定水平面Ｌ１における位置ｘ１
障害物が上記条件１を満たす場合、超音波センサ１の設置位置高さｈよりも高い障害物であると判定する。逆に障害物が上記条件２を満たす場合、超音波センサ１の設置位置高さｈよりも低い障害物であると判定する。
【００３６】
以上のように、この実施の形態２によれば、物体の検出位置および物体の特定水平面に対して鉛直方向の信号強度の変化量を取得する距離画像変化量取得器と、信号強度の変化量から物体の高さを検出する物体高さ検出部とを備えるように構成したので、物体の検出位置および信号強度の変化量から、超音波センサの設置位置高さ以上の高さを有する物体と、超音波センサ１の設置位置高さ未満の高さを有する物体とを判別することができる。
【００３７】
実施の形態３．
上述した実施の形態２では、３つの超音波センサ１ａ，１ｂ，１ｃを同一平面上に並べる構成とし、超音波センサ１の設置位置高さｈよりも低い物体と設置位置高さｈよりも高い物体との区別のみを行う構成を示した。そのため、超音波センサ１の設置位置高さｈより高い位置にのみ存在する物体、つまり浮いている物体や、設置位置高さｈより低い部分の形状が細かく検出困難な物体なども、上述した障害物Ａや障害物Ｂと同一の傾向を示すため区別することが困難であった。
【００３８】
そこで、この実施の形態３では、複数の超音波センサのうち少なくとも１つの超音波センサを、他の超音波センサの設置面とは異なる水平面上に配置し、これにより上下方向の対称性がなくなり、より細かい条件で物体の高さを検出する構成を示す。
例えば、３つの超音波センサのうち１つの超音波センサが他の２つの超音波センサの設置位置よりも低い位置に設置されている場合に、以下に示す条件に該当するか判定することにより物体のより詳細な高さを検出することができる。
条件３：特定水平面Ｌ１での強度＜特定水平面Ｌ２での強度＜特定水平面Ｌ３での強度
条件４：特定水平面Ｌ３での強度＜特定水平面Ｌ２での強度＜特定水平面Ｌ１での強度
条件３を満たす場合、物体は２つの超音波センサの設置位置より高い位置にのみ存在するものと判別でき、条件４を満たす場合、物体は１つの超音波センサの設置位置高さより低い高さを有する物体であると判別することができる。
【００３９】
以上のように、この実施の形態３によれば、複数の超音波センサのうち、少なくとも１つの超音波センサを、他の超音波センサの設置面とは異なる水平面上に配置するように構成したので、超音波センサの設置位置高さより高い位置にのみ存在する物体あるいは、超音波センサの設置位置高さより低い高さを有する物体を判別することができる。これにより、当該物体検出装置を車両の後方監視などに利用する場合、低い位置にのみ存在する物体は縁石や車止めなどと判断し、物体ではない別のオブジェクトとしてユーザに通知することが可能となる。
【００４０】
また、上述した実施の形態１から実施の形態３の構成を有する物体検出装置１００をナビゲーション装置に適用してもよい。図１６は、実施の形態１による物体検出装置を搭載したナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。ナビゲーション装置２００は、例えば、実施の形態１と同様の機能を有する超音波センサ１、アンプ２、Ａ／Ｄ変換部３、信号処理部４、遅延加算処理部５、距離情報集約部６、メモリ部７、物体検出部８、および送信信号生成部１０を備えた物体検出装置１００を備えると共に、ナビゲーション機能として、自車両の現在位置を取得する位置情報取得部２０１、地図データを記憶する地図データ記憶部２０２と、自車位置情報および地図データを用いて自車両の経路を案内する経路案内部２０３と、案内する経路をユーザに提示する報知部２０４を備えている。
【００４１】
物体検出装置１００の物体検出部８が検出した物体に関する情報をナビゲーション装置２００の報知部２０４によりユーザ提示することにより、経路案内に協調させて物体情報を提供することができる。また、駐車支援ナビゲーションが可能になる。さらに、自車両が発車する際の障害物報知や、自車両の右左折時の巻き込み検知および報知を行うことができる。これらにより自車両の走行安全性を高めることができる。また、物体検出装置１００が表示部９を備えていてもよい。さらに実施の形態２および実施の形態３の構成を図１６に示すナビゲーション装置２００に適用してもよい。
【００４２】
また、上述した実施の形態１から実施の形態３の構成に、物体検出部８が物体を検出した旨を音または音声で通知する出力部（不図示）を追加して設けてもよい。
【００４３】
また、上述した実施の形態１から実施の形態３の構成において、遅延加算処理部５が取得した２次元距離画像の少なくとも１つを表示部に表示するように構成してもよい。
【００４４】
なお、上述した実施の形態１から実施の形態３では、特定平面を障害物が設けられている地面に対して水平となる平面とする構成を示したが、当該特定平面は重力に対して垂直方向に広がる平面や、重力方向に広がる平面など適宜設定可能である。
【００４５】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  超音波センサ、２  アンプ、３  Ａ／Ｄ変換部、４  信号処理部、５  遅延加算処理部、６  距離情報集約部、７  メモリ部、８  物体検出部、９  表示部、１０  送信信号生成部、１１  距離情報変化量取得部、１２  物体高さ検出部、１００  物体検出装置、２００  ナビゲーション装置、２０１  位置情報取得部、２０２  地図データ記憶部、２０３  経路案内部、２０４  報知部。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を送信し、物体により反射した前記送信信号の反射信号の受信結果に基づいて、前記物体を検出する物体検出装置において、
前記信号を送信する少なくとも１つの送信センサと、
前記送信センサから送信された信号の反射信号を受信する少なくとも２つ以上の受信センサと、
あらかじめ設定された複数の基準平面において、前記受信センサが受信した２以上の反射信号を遅延加算した２次元距離情報を生成する遅延加算処理部と、
前記遅延加算処理部が生成した前記複数の基準平面における２次元距離情報を、前記基準平面に対して鉛直方向に加算した集約距離情報を生成する集約部と、
前記集約部が生成した集約距離情報の前記鉛直方向の強度を参照し、前記鉛直方向の強度が閾値以上である位置に物体を検出する検出部とを備えたことを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
前記受信センサは、少なくとも３つ以上で構成され、
前記遅延加算処理部は、あらかじめ設定された複数の基準平面において、前記受信センサが受信した３以上の反射信号を遅延加算した２次元距離情報を生成し、
前記遅延加算処理部が生成した前記複数の基準平面における２次元距離情報の差分を算出し、当該差分から前記物体の検出位置および前記反射信号の前記複数の基準平面に対して鉛直方向の変化量を取得する変化量取得部と、
前記変化量取得部が取得した前記物体の検出位置および前記反射信号の前記鉛直方向の変化量に基づいて、前記物体の前記鉛直方向の高さを検出する高さ検出部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記高さ検出部が取得した前記物体の高さが予め設定した閾値以上である場合に物体として検出することを特徴とする請求項２記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記遅延加算処理部は、前記２次元距離情報として、前記複数の基準平面のうち少なくとも１つの基準平面における２次元距離画像を生成することを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記検出部が検出した物体を表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記検出部における前記物体の検出を音または音声により通知する出力部を備えたことを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項７】
少なくとも１つの前記受信センサを、他の前記受信センサの設置面とは異なる前記基準平面上に配置することを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項８】
請求項１記載の物体検出装置を搭載し、
前記車両の現在位置を取得する位置情報取得部と、
地図データを記憶する地図データ記憶部と、
前記地図データ記憶部に格納された地図データおよび前記位置情報取得部で取得された前記車両の現在位置を用いて、前記車両の経路を案内する経路案内部と、
前記経路案内部の経路案内を報知すると共に、前記物体検出装置が検出した前記物体を報知する報知部とを備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月25日(2014.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を送信し、物体により反射した前記信号の反射信号の受信結果に基づいて、前記物体を検出する物体検出装置において、
前記信号を送信する少なくとも１つの送信センサと、
前記送信センサから送信された信号の反射信号を受信する少なくとも２つ以上の受信センサと、
あらかじめ設定された互いに平行する複数の基準平面のそれぞれついて、前記受信センサが受信した２以上の反射信号を遅延加算した前記複数の基準平面の面上における距離情報を生成する遅延加算処理部と、
前記遅延加算処理部が生成した前記複数の基準平面における距離情報を、前記基準平面に対して垂直方向に加算した集約距離情報を生成する集約部と、
前記集約部が生成した集約距離情報を参照し、前記垂直方向に加算された前記距離情報の強度が閾値以上である位置に物体を検出する検出部とを備えたことを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
前記受信センサは、少なくとも３つ以上で構成され、
前記遅延加算処理部は、前記複数の基準平面について、前記受信センサが受信した３以上の反射信号を遅延加算した前記距離情報を生成し、
前記遅延加算処理部が生成した前記複数の基準平面における前記距離情報から、前記物体の検出位置を求め、前記距離情報の前記垂直方向の差分を算出して前記垂直方向の信号強度の変化量を取得する変化量取得部と、
前記変化量取得部が取得した前記物体の検出位置および前記距離情報の前記変化量に基づいて、前記物体の前記垂直方向の高さを検出する高さ検出部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記高さ検出部が取得した前記物体の高さが予め設定した閾値以上である場合に物体として検出することを特徴とする請求項２記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記遅延加算処理部は、前記距離情報として、前記複数の基準平面のうち少なくとも１つの基準平面における距離画像を生成することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記検出部が検出した前記物体を表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記検出部における前記物体の検出を音または音声により通知する出力部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の物体検出装置。
【請求項７】
少なくとも１つの前記受信センサを、他の前記受信センサの設置面とは異なる前記基準平面上に配置することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の物体検出装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の物体検出装置を搭載し、
車両の現在位置を取得する位置情報取得部と、
地図データを記憶する地図データ記憶部と、
前記地図データ記憶部に格納された地図データおよび前記位置情報取得部で取得された前記車両の現在位置を用いて、前記車両の経路を案内する経路案内部と、
前記経路案内部の経路案内を報知すると共に、前記物体検出装置が検出した前記物体を報知する報知部とを備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係る物体検出装置は、信号を送信する少なくとも１つの送信センサと、送信信号の反射信号を受信する少なくとも２つ以上の受信センサと、あらかじめ設定された互いに平行する複数の基準平面のそれぞれについて、受信センサが受信した２以上の反射信号を遅延加算した複数の基準平面の面上における距離情報を生成する遅延加算処理部と、遅延加算処理部が生成した複数の基準平面における距離情報を、基準平面に対して垂直方向に加算した集約距離情報を生成する集約部と、集約部が生成した集約距離情報を参照し、前記垂直方向に加算された前記距離情報の強度が閾値以上である位置に物体を検出する検出部とを備えるものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明によれば、少ないセンサ数で、ノイズを抑制した距離情報を生成することができる。
【国際調査報告】
2012120583.tif 000019
2012120583.tif 000020
2012120583.tif 000021