(57)【要約】【課題】  物体との距離を検知するだけではなく、物体が生物であるか否かを正確に識別判断し、生物の場合にはユーザに警告度の高い警告を行うことによって信頼性の高い警告が可能な物体検知装置および物体検知システム、並びに物体検知方法を提供する。【解決手段】  物体検知装置によれば、送信パルス信号を送出し、その反射信号の時系列的な差分値や周波数成分を解析することによって、物体検知装置の周囲に存在する物体との距離を検知するだけではなく、物体が生物であるか否かを判断することができる。また、その物体検知結果を用いて、生物の場合にはユーザに警告度の高い警告を行うことによって信頼性の高い警告が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺の物体を識別し、その物体までの距離を演算する物体検知装置であって、
所定の周波数を有する送信信号をアップコンバートして送出し、当該送信信号が物体で反射した反射信号を受信してダウンコンバートする送受信部と、
前記送受信部が前記送信信号を送出してから前記反射信号を受信するまでの時間差に基づいて、物体までの距離を演算する測距部と、
前記反射信号を受信するタイミング毎に、前記送受信部がダウンコンバートした反射信号を所定時間格納する格納部と、
前記格納部に格納された反射信号に対して前記所定時間内の変化分布を演算する時間変化導出部と、
前記時間変化導出部で演算された前記反射信号の変化分布に基づいて、当該反射信号を反射した物体が生物であることを判断する判断部とを備える、物体検知装置。
【請求項２】
前記時間変化導出部は、前記格納部に所定時間格納された反射信号から時系列的な差分値を算出して、当該差分値の分布を演算し、
前記判断部は、前記時間変化導出部が演算した差分値の分布の分散値が所定値より大きいとき、前記反射信号を反射した物体が生物であると判断することを特徴とする、請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項３】
前記時間変化導出部は、前記格納部に所定時間格納された反射信号に対して時間に応じた周波数変換を行って、当該周波数成分の分布を演算し、
前記判断部は、前記時間変化導出部が演算した周波数成分の分布において、所定の周波数以上の周波数成分が含まれているとき、前記反射信号を反射した物体が生物であると判断することを特徴とする、請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項４】
前記送受信部が送出する送信信号の媒体は、１０ＧＨｚ以上の電波であることを特徴とする請求項１に記載に記載の物体検知装置。
【請求項５】
前記送受信部は、前記反射信号の同相成分および直交成分をダウンコンバートし、
前記格納部は、前記送受信部がダウンコンバートした反射信号の同相成分および直交成分の少なくとも一方を所定時間格納し、
前記時間変化導出部は、前記格納部に格納された反射信号の同相成分および直交成分の少なくとも一方に対して前記所定時間内の変化分布を演算することを特徴とする、請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項６】
周辺の物体を識別と、その物体までの距離の演算とを行い、それぞれの結果に応じた情報を出力する物体検知システムであって、
少なくとも１つの物体検知装置と、
前記物体検知装置から出力される前記物体の識別および物体までの距離に応じて、ユーザに与える情報を制御する制御部と、
前記制御部が制御する情報に基づいて、当該情報をユーザに与える出力部とを備え、
前記物体検知装置は、
所定の周波数を有する送信信号をアップコンバートして送出し、当該送信信号が物体で反射した反射信号を受信してダウンコンバートする送受信部と、
前記送受信部が前記送信信号を送出してから前記反射信号を受信するまでの時間差に基づいて、物体までの距離を演算する測距部と、
前記反射信号を受信するタイミング毎に、前記送受信部がダウンコンバートした反射信号を所定時間格納する格納部と、
前記格納部に格納された反射信号に対して前記所定時間内の変化分布を演算する時間変化導出部と、
前記時間変化導出部で演算された前記反射信号の変化分布に基づいて、当該反射信号を反射した物体が生物であることを判断する判断部とを含み、
前記制御部は、前記判断部が物体を生物と判断したとき、前記測距部が演算した当該物体までの距離に関する情報を前記出力部へ出力することを特徴とする、物体検知システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記判断部が物体を生物と判断し、かつ前記測距部が演算した当該物体までの距離が所定の距離以下のとき、ユーザに対する警告情報を前記出力部へ出力することを特徴とする請求項６に記載の物体検知システム。
【請求項８】
前記時間変化導出部は、前記格納部に所定時間格納された反射信号から時系列的な差分値を算出して、当該差分値の分布を演算し、
前記判断部は、前記時間変化導出部が演算した差分値の分布の分散値が所定値より大きいとき、前記反射信号を反射した物体が生物であると判断することを特徴とする、請求項６に記載の物体検知システム。
【請求項９】
前記時間変化導出部は、前記格納部に所定時間格納された反射信号に対して時間に応じた周波数変換を行って、当該周波数成分の分布を演算し、
前記判断部は、前記時間変化導出部が演算した周波数成分の分布において、所定の周波数以上の周波数成分が含まれているとき、前記反射信号を反射した物体が生物であると判断することを特徴とする、請求項６に記載の物体検知システム。
【請求項１０】
それぞれ固有の方向に前記送信信号を送出する複数の前記物体検知装置を備えており、
前記制御部は、前記複数の物体検知装置に含まれる前記判断部の少なくとも１つが物体を生物と判断したとき、当該物体検知装置に含まれる前記測距部が演算した当該物体までの距離に関する情報を前記出力部へ出力することを特徴とする、請求項６に記載の物体検知システム。
【請求項１１】
それぞれ固有の方向に前記送信信号を送出する複数の前記物体検知装置を備えており、
前記制御部は、前記複数の物体検知装置に含まれる前記判断部の少なくとも１つが物体を生物と判断し、かつ当該物体検知装置に含まれる前記測距部が演算した当該物体までの距離が所定の距離以下のとき、ユーザに対する警告情報を前記出力部へ出力することを特徴とする請求項６に記載の物体検知システム。
【請求項１２】
周辺の物体を識別し、その物体までの距離を演算する物体検知方法であって、
所定の周波数を有する送信信号をアップコンバートして送出し、当該送信信号が物体で反射した反射信号を受信してダウンコンバートする送受信ステップと、
前記送受信ステップで前記送信信号を送出してから前記反射信号を受信するまでの時間差に基づいて、物体までの距離を演算する測距ステップと、
前記反射信号を受信するタイミング毎に、前記送受信ステップでダウンコンバートした反射信号を所定時間格納する格納ステップと、
前記格納ステップで格納された反射信号に対して前記所定時間内の変化分布を演算する時間変化導出ステップと、
前記時間変化導出ステップで演算した前記反射信号の変化分布に基づいて、当該反射信号を反射した物体が生物であることを判断する判断ステップとを含む、物体検知方法。
【請求項１３】
前記時間変化導出ステップは、前記格納ステップで所定時間格納された反射信号から時系列的な差分値を算出して、当該差分値の分布を演算し、
前記判断ステップは、前記時間変化導出ステップが演算した差分値の分布の分散値が所定値より大きいとき、前記反射信号を反射した物体が生物であると判断することを特徴とする、請求項１２に記載の物体検知方法。
【請求項１４】
前記時間変化導出ステップは、前記格納ステップで所定時間格納された反射信号に対して時間に応じた周波数変換を行って、当該周波数成分の分布を演算し、
前記判断ステップは、前記時間変化導出ステップで演算した周波数成分の分布において、所定の周波数以上の周波数成分が含まれているとき、前記反射信号を反射した物体が生物であると判断することを特徴とする、請求項１２に記載の物体検知方法。
【請求項１５】
前記送受信ステップで送出する送信信号の媒体は、１０ＧＨｚ以上の電波であることを特徴とする請求項１２に記載に記載の物体検知方法。
【請求項１６】
前記送受信ステップは、前記反射信号の同相成分および直交成分をダウンコンバートし、
前記格納ステップは、前記送受信ステップでダウンコンバートした反射信号の同相成分および直交成分の少なくとも一方を所定時間格納し、
前記時間変化導出ステップは、前記格納ステップで格納された反射信号の同相成分および直交成分の少なくとも一方に対して前記所定時間内の変化分布を演算することを特徴とする、請求項１２に記載の物体検知方法。
【請求項１７】
前記判断ステップが前記反射信号を反射した物体を生物と判断したとき、前記測距ステップが演算した物体までの距離に関する情報をユーザに与える情報制御ステップを、さらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の物体検知方法。
【請求項１８】
前記情報制御ステップは、前記判断ステップが物体を生物と判断し、かつ前記測距ステップが演算した当該物体までの距離が所定の距離以下のとき、警告情報をユーザに与えることを特徴とする、請求項１７に記載の物体検知方法。
【請求項１９】
前記判断ステップは、それぞれ固有の方向に前記送信信号を送出する前記送受信ステップがそれぞれ受信した前記反射信号に基づいて、それぞれ反射した物体が生物であることを判断し、
前記情報制御ステップは、前記判断ステップで少なくとも１つの物体を生物と判断したとき、前記測距ステップが演算した当該物体までの距離に関する情報をユーザに与えることを特徴とする、請求項１７に記載の物体検知方法。
【請求項２０】
前記判断ステップは、それぞれ固有の方向に前記送信信号を送出する前記送受信ステップがそれぞれ受信した前記反射信号に基づいて、それぞれ反射した物体が生物であることを判断し、
前記情報制御ステップは、前記判断ステップで少なくとも１つの物体を生物と判断し、かつ前記測距ステップが演算した当該物体までの距離が所定の距離以下のとき、警告情報をユーザに与えることを特徴とする、請求項１７に記載の物体検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体検知装置および物体検知システム、並びに物体検知方法に関し、より特定的には、送出した信号の反射波を用いて物体を識別する物体検知装置および物体検知システム、並びに物体検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両周囲に存在する物体との距離を測定し、その距離に応じて運転者に警告したり、車両の動作を制御したりするシステムが開発されている。上記システムに用いられる物体検知装置には、ミリ波帯やレーザーを用いるレーダや、超音波を用いるソナー等が使用されている。例えば、前者は、主に前方車両との車間距離計測を目的とし、後者は、主に車両を後進する際の後方衝突確認を目的としている。
【０００３】
一方近年、車両を発進させる際に、死角領域にいる小さな子供を誤って巻き込んでしまう事故が問題となっている。特に発進時ということから、誤って自らの子供や近所の子供と接触してしまう悲惨な縁故者事故につながるとともに、トラックにおいては、死角領域が大きいうえ、子供が潜って遊びたくなる空間であるため事故が多発している。上記のような、歩行者安全のニーズの高まりと共に、車両用の物体検知装置に関しては、物体を検知し車両からの距離を測定するという機能に加え、生物と非生物とを識別する機能を付加することが望まれている。例えば、上記物体検知装置が人体等の生物と非生物とを識別し、車両付近に生物を検知した場合に運転者へ警告を与えるものが求められている。これは、上記システムが単に車両周囲に物体が存在するだけで警告してしまうと、駐車スペース等が狭い環境では警告が頻繁に発生し警告の信頼性が得られない問題があるからである。そのため、物体検知装置には、物体を検知し車両からの距離を測定するという機能に加え、生物と非生物とを識別する機能を付加することが望まれている。
【０００４】
物体を識別するレーダとしては、予め識別目標の空間周波数を記憶し入力周波数と比較することにより目標を識別したり（例えば、特許文献１参照）、超広帯域信号を用いて時間―周波数ドメインにおける信号解析から、ライブラリーデータに基づいて物体を分類したり（例えば、特許文献２参照）するものがあった。以下、図１６を参照して、上記特許文献２で開示された従来の物体分類方法について説明する。なお、図１６は当該物体分類方法を説明するブロック図である。
【０００５】
図１６において、前処理１０１は、レーダデータから無関係なデータ量を取り除く処理を行う。検出１０２は、前処理１０１で処理されたデータから、物体が存在する場合の信号を検知する。分類１０３は、物体の特徴を計算し、リファレンスライブラリー１０４と比較することによって、物体を分類する。そして、表示１０５は、検出した物体および当該物体がどの分類に属しているかを表示する。
【０００６】
さらに、反射波のドップラーシフトを用いて、呼吸や鼓動等の微小な動作による信号の変化成分を取り出すことによって人体を検知する方法もある（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開昭６２−１３４５８３号公報
【特許文献２】特開２０００−５１４９２１号公報
【特許文献３】特開平０９−２２８６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記物体検知装置が電波を用いて物体を検知する場合、使用可能な周波数が法律で規定されているため、規定されている周波数帯域が必ずしも生物に対して特有な特性を有するとは限らない。例えば、車両周辺の物体検知用として使用可能な周波数帯域は、７７ＧＨｚ帯や２４ＧＨｚ帯であり、これらは生物に対して吸収等の特有な特性を有しているとは言い難い。また、超音波やレーザーに関しても、実際に使用可能な帯域で、生物に対して特有な特性を有しているわけではない。したがって、これらの媒体を用いた物体検知装置は、物体との距離や速度を計測することは可能であるが、物体が生物であるか否かを識別することが困難であることが多い。
【０００８】
また、上記物体検知装置がドップラーシフトを用いる場合、物体が人体であるか否かを区別するための変化成分が非常に小さく、ノイズの大きい環境下では使用できない。さらに、上記変化成分が微小であるため、その変化成分を検出するための構成要素が高価となる。また、当該物体検知装置は、物体との距離の測定が必要である場合、距離測定用の構成要素を別に追加する必要があり、検知した物体が車両に対してどの程度接近しているのかという情報を得ることができない。
【０００９】
それ故に、本発明は、物体との距離を検知するだけではなく、物体が生物であるか否かを正確に識別判断をする物体検知を提供することを目的とし、さらに、その物体検知結果を用いて、生物の場合にはユーザに警告度の高い警告を行うことによって信頼性の高い警告が可能な物体検知装置および物体検知システム、並びに物体検知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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号等は、本発明の理解を助けるために後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１１】
本発明の物体検知装置（１）は、周辺の物体を識別し、その物体までの距離を演算する。物体検知装置は、送受信部（１１）、測距部（２１）、格納部（３１）、時間変化導出部（３２）、および判断部（３３）を備える。送受信部は、所定の周波数を有する送信信号（送信パルス信号）をアップコンバートして送出し、その送信信号が物体で反射した反射信号を受信してダウンコンバートする。測距部は、送受信部が送信信号を送出してから反射信号を受信するまでの時間差に基づいて、物体までの距離を演算する（ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ３１、Ｓ３２を行う物体検知装置１；以下、単にステップ番号のみを示す）。格納部は、反射信号を受信するタイミング毎に、送受信部がダウンコンバートした反射信号（反射信号振幅推移Ａ）を所定時間格納する（Ｓ１３〜Ｓ１６、Ｓ３３〜Ｓ３６）。時間変化導出部は、格納部に格納された反射信号に対して所定時間内の変化分布（差分値Ｄの分布、周波数成分Ｆ）を演算する（Ｓ１７、Ｓ３７）。判断部は、時間変化導出部で演算された反射信号の変化分布に基づいて、その反射信号を反射した物体が生物であることを判断する（Ｓ１８〜Ｓ２０、Ｓ３８〜Ｓ４０）。
【００１２】
上記時間変化導出部は、一例として、格納部に所定時間格納された反射信号から時系列的な差分値を算出して、それらの差分値の分布を演算する（Ｓ１７）。この場合、判断部は、時間変化導出部が演算した差分値の分布の分散値が所定値より大きいとき（Ｓ１８）、反射信号を反射した物体が生物であると判断する（Ｓ１９）。上記時間変化導出部は、他の例として、格納部に所定時間格納された反射信号に対して時間に応じた周波数変換を行って、それらの周波数成分の分布を演算する（Ｓ３７）。この場合、判断部は、時間変化導出部が演算した周波数成分の分布において、所定の周波数以上の周波数成分が含まれているとき（Ｓ３８）、反射信号を反射した物体が生物であると判断する（Ｓ３９）。
【００１３】
具体的には、送受信部が送出する送信信号の媒体は、１０ＧＨｚ以上の電波である。また、送受信部は、反射信号の同相成分（Ｉ）および直交成分（Ｑ）をダウンコンバートする。この場合、格納部は、送受信部がダウンコンバートした反射信号の同相成分および直交成分の少なくとも一方を所定時間格納する。そして、時間変化導出部は、格納部に格納された反射信号の同相成分および直交成分の少なくとも一方に対して所定時間内の変化分布を演算する。
【００１４】
本発明の物体検知システムは、周辺の物体を識別と、その物体までの距離の演算とを行い、それぞれの結果に応じた情報を出力する。物体検知システムは、少なくとも１つの物体検知装置、制御部（警告制御部６、集中制御部１０）、および出力部（表示部４、スピーカ５）を備える。制御部は、物体検知装置から出力される物体の識別および物体までの距離に応じて、ユーザに与える情報を制御する。出力部は、制御部が制御する情報に基づいて、その情報をユーザに与える。物体検知装置は、送受信部、測距部、格納部、時間変化導出部、および判断部を含む。送受信部は、所定の周波数を有する送信信号をアップコンバートして送出し、その送信信号が物体で反射した反射信号を受信してダウンコンバートする。測距部は、送受信部が送信信号を送出してから反射信号を受信するまでの時間差に基づいて、物体までの距離を演算する。格納部は、反射信号を受信するタイミング毎に、送受信部がダウンコンバートした反射信号を所定時間格納する。時間変化導出部は、格納部に格納された反射信号に対して所定時間内の変化分布を演算する。判断部は、時間変化導出部で演算された反射信号の変化分布に基づいて、その反射信号を反射した物体が生物であることを判断する。制御部は、判断部が物体を生物と判断したとき、測距部が演算したその物体までの距離に関する情報を出力部へ出力する。
【００１５】
また、制御部は、判断部が物体を生物と判断し、かつ測距部が演算したその物体までの距離が所定の距離以下のとき、ユーザに対する警告情報を出力部へ出力してもかまわない。
【００１６】
上記時間変化導出部は、一例として、格納部に所定時間格納された反射信号から時系列的な差分値を算出して、それらの差分値の分布を演算する。この場合、判断部は、時間変化導出部が演算した差分値の分布の分散値が所定値より大きいとき、反射信号を反射した物体が生物であると判断する。上記時間変化導出部は、他の例として、格納部に所定時間格納された反射信号に対して時間に応じた周波数変換を行って、それらの周波数成分の分布を演算する。この場合、判断部は、時間変化導出部が演算した周波数成分の分布において、所定の周波数以上の周波数成分が含まれているとき、反射信号を反射した物体が生物であると判断する。
【００１７】
それぞれ固有の方向に送信信号を送出する複数の物体検知装置（１ａ〜１ｎ）を備えていてもかまわない。一例として、制御部（１０）は、複数の物体検知装置に含まれる判断部の少なくとも１つが物体を生物と判断したとき、その物体検知装置に含まれる測距部が演算したその物体までの距離に関する情報を出力部へ出力する。他の例として、制御部は、複数の物体検知装置に含まれる判断部の少なくとも１つが物体を生物と判断し、かつその物体検知装置に含まれる測距部が演算したその物体までの距離が所定の距離以下のとき、ユーザに対する警告情報を出力部へ出力する。
【００１８】
なお、本発明は、上述した物体検知装置および物体検知システムと同様に物体検知方法としても実現することが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の物体検知装置によれば、所定の時間に対する反射信号の変化度合いを演算することにより、物体が人体のような生物であるか、車両や壁のような非生物であるかを識別することが可能となる。例えば、車両等の移動体に当該物体検知装置を設置することによって、車両周囲に存在する物体との距離を検知するだけではなく、人体等の生物を識別判断して生物を検知した場合に特有な警告等を運転者に与えることもできる。
【００２０】
例えば、上記反射信号の変化度合いは、その反射信号の時系列的な差分値や周波数成分を解析することによって、それぞれの分布が演算され、これらの演算結果に応じて、反射信号を反射した物体が生物か否かを容易に判断することができる。
【００２１】
また、送受信部が送出する送信信号の媒体が１０ＧＨｚ以上の電波である場合、車両周辺の物体検知用として使用可能な周波数帯域（２４ＧＨｚ帯や７７ＧＨｚ帯）においても、物体検知装置を用いることができる。さらに、格納部が送受信部でダウンコンバートした反射信号の同相成分および直交成分の少なくとも一方を所定時間格納する場合、反射信号を格納する容量およびその後の処理負荷が軽減される。
【００２２】
本発明の物体検知システムによれば、上述した効果を有する物体検知装置からの出力結果を用いて、物体が人体等の生物であった場合のみの表示や警告を出力部からユーザに与えることができる。例えば、車両等の移動体に当該物体検知システムを設置することによって、車両周囲に存在する物体との距離を検知するだけではなく、人体等の生物を識別判断して生物を検知した場合に特有な警告等を運転者に与えて、生物を検知し衝突の可能性を警告するシステムとしての価値を大きくすることができる。つまり、物体検知装置の検知結果を用いて、生物の場合にはユーザに警告度の高い警告を行うことによって信頼性の高い警告が可能となる。
【００２３】
また、それぞれ固有の方向に送信信号を送出する複数の物体検知装置を備えている場合、複数方向に存在する物体に対して、それぞれ集中的に情報を制御することができる。例えば、単一の方向に限定せずに何れかの方向の物体が生物と識別判断されたとき、その距離に応じた情報をユーザに与えることができる。
【００２４】
また、本発明の物体検知方法においても、上述した物体検知装置および物体検知システムと同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る物体検知装置について説明する。なお、図１は、当該物体検知装置の構成を示すブロック図である。
【００２６】
図１において、物体検知装置１は、信号処理部２および送受信部１１を備えており、信号処理部２で処理された結果が液晶ディスプレイ等で構成される表示部４に表示される。信号処理部２は、メモリ等の記憶部を備えたコンピュータシステムで構成され、識別部３および測距部２１を含んでいる。そして、識別部３は、受信信号格納部３１、時間変化導出部３２、および判断部３３を含んでいる。なお、これらの構成要素の機能については、後述する。典型的には、物体検知装置１は、移動体としての車両に設置され、送受信部１１から送出される送信パルス信号（後述する）が車両外部に向かって送信される。
【００２７】
次に、図２を参照して、送受信部１１の構成について説明する、なお、図２は、送受信部１１が電波を用いて信号を送受信する場合の構成を示すブロック図である。
【００２８】
図２において、送受信部１１は、クロック発信器１１１と、遅延回路１１２と、パルス発生器１１３と、局部発振器１１４と、ミキサ１１５と、帯域フィルタ１１６および１２１と、パワーアンプ１１７と、アンテナスイッチ１１８と、アンテナ１１９と、ＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：低雑音増幅回路）１２０と、ＩＱ検波器１２２と、Ａ／Ｄ変換部１２３とを備えている。
【００２９】
送受信部１１は、アンテナ１１９から振幅変調（ＡＭ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）されたパルス信号を送出する。クロック発信器１１１および遅延回路１１２で管理されたクロック信号に基づいて、パルス発生器１１３からパルス信号がミキサ１１５に出力される。そして、パルス信号は、所定周波数で発振する局部発振器１１４からの発振信号とミキサ１１５でミキシングしてアップコンバートされ、帯域フィルタ１１６で帯域制限、パワーアンプ１１７で増幅された後、アンテナスイッチ１１８を介してアンテナ１１９から送信パルス信号として送出される。例えば、送受信部１１から送出される送信パルス信号は、１０ＧＨｚ以上の電波である。そして、物体検知装置１が車両に設置され、当該車両周辺の物体検知用の場合、送信パルス信号は、２２〜２９ＧＨｚの２４ＧＨｚ帯や７７ＧＨｚ帯が用いられる。
【００３０】
一方、アンテナ１１９から送出され物体で反射して戻ってきた信号は、アンテナ１１９から反射信号として受信され、アンテナスイッチ１１８を介して、ＬＮＡ１２０で増幅されて帯域フィルタ１２１で帯域制限される。そして、反射信号は、ＩＱ検波器１２２で０°成分（同相成分Ｉｎｐｈａｓｅ：以下、データＩと記載する）および９０°成分（直交成分Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ：以下、データＱと記載する）に検波されてダウンコンバートされ、検波されたデータＩおよびＱがＡ／Ｄ変換部１２３でＡ／Ｄ変換される。
【００３１】
図３は横軸を時間ｔとして送信パルス信号Ｐと反射信号Ｅとの関係を概略的に示す図であり、図３（ａ）は振幅変調された送信パルス信号Ｐｓおよび受信した反射信号Ｅｓとの関係を示し、図３（ｂ）は振幅変調前の送信パルス信号Ｐｔおよび検波された反射信号Ｅｔとの関係を示している。図３に示すように、送信パルス信号Ｐは、送受信部１１から時間間隔ｆｒ毎に送信されている。そして、反射信号Ｅは、送信パルス信号Ｐに対して時間差Δｔだけ遅れて送受信部１１で受信される。したがって、時間差Δｔは、送信パルス信号Ｐを反射する物体との距離に応じて変化する。ここで、送受信部１１においては、送信パルス信号Ｐと反射信号Ｅとが必ず同期が取れている状態にはなりえない。
【００３２】
次に、図１に戻って、識別部３および測距部２１の機能について説明する。上述したように、送受信部１１においては、送信パルス信号と反射信号とが必ず同期が取れている状態にはなりえない。そこで、測距部２１は、送受信部１１が受信する反射信号、すなわちＡ／Ｄ変換部１２３でＡ／Ｄ変換された両データＩおよびＱを用いて反射信号の受信タイミングを求める。具体的には、ＩＱ検波器１２２でデータＩとデータＱと得て、
【数１】
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より振幅を求めることにより、反射信号Ｅｔが得られる。この反射信号Ｅｔから得られるタイミングから、時間差Δｔを得て、物体との距離を演算して、表示部４へ出力する。
【００３３】
一方、識別部３の受信信号格納部３１は、送信タイミングから時間差Δｔ後の受信タイミング時に送受信部１１が受信する反射信号、すなわちＡ／Ｄ変換部１２３でＡ／Ｄ変換されたデータＩおよびＱを所定時間、当該受信タイミング毎に格納する。ここで、受信信号格納部３１は、上記受信タイミングが変化しない、すなわち、物体検知装置１と対象物体とがほとんど静止状態にある、あるいは相対速度がゼロである場合に、所定時間、上記受信タイミング毎に格納する。このとき、受信信号格納部３１が格納するデータは、データＩおよびＱの少なくとも一方でかまわない。
【００３４】
時間変化導出部３２は、受信信号格納部３１に蓄積されたデータに対して、時系列的に前後の差分値を演算し、その分布を取得する。そして、時間変化導出部３２は、上記分布の平均値で正規化した値に基づいた分布を得る。判断部３３は、時間変化導出部３２が得た分布からの分散値に基づいて、物体が生物であるか否かを識別して判断し、判断結果を表示部４へ出力する。
【００３５】
次に、図４を参照して、データＩおよびＱを用いた信号処理部２の処理動作について説明する。なお、図４は、信号処理部２の処理動作を示すフローチャートである。
【００３６】
図４において、信号処理部２の測距部２１は、データＩおよびＱを用いて反射信号の受信タイミングを検出する（ステップＳ１１）。そして、測距部２１は、送信パルス信号と上記受信タイミングとの時間差Δｔに基づいて、物体との距離を算出する（ステップＳ１２）。
【００３７】
一方、識別部３の受信信号格納部３１は、測距部２１が上記ステップＳ１１で検出した受信タイミング毎に、データＩおよびＱの少なくとも一方を所定時間保持する。具体的には、識別部３は、直前の受信タイミングと上記ステップＳ１１で検出した受信タイミングとが同じか否かを判断し（ステップＳ１３）、受信タイミングが変化した場合、受信信号格納部３１をクリアし新たにデータＩまたはＱの格納を開始する（ステップＳ１４）。一方、受信タイミングが変化しない場合、受信信号格納部３１にデータＩまたはＱを格納する（ステップＳ１５）。
【００３８】
図５および図６は物体検知装置１と対象物体とがほとんど静止状態、あるいは相対速度がゼロの状態のとき、受信信号格納部３１に格納されたデータＩおよびＱの一方を示したものであり、図５は非生物で反射した反射信号振幅推移Ａａを示し、図６は生物で反射した反射信号振幅推移Ａｂを示している。図５に示すように、送信パルス信号を反射する物体が車両や壁等の非生物の場合、反射物体が固定的であるため、反射信号振幅推移Ａａが緩やかに変化する。一方、図６に示すように、人体等の生物の場合、反射信号振幅推移Ａｂは、細かく大きく変化する。これは、人体のような生物は、生きている限り呼吸や鼓動によって微小に常に動いている。また、静止しているといわれる状態でも、通常の状態（意識しない状態）であれば、数ｍｍの幅でゆれている。そのため、データＩおよびＱは、生物の動きが位相差になってその振幅が細かく大きく変化する反射信号となる。このような変化を精確に区別するためには、１０ＧＨｚの電波の９０度すなわち１／４波長は７．５ｍｍであることから、少なくとも１０ＧＨｚ以上の電波を送信パルス信号として使用することが望ましい。
【００３９】
次に、識別部３は、受信信号格納部３１に所定時間分のＩＱいずれかのデータを格納したか否かの判断を行い（ステップＳ１６）、所定時間分のデータを格納していない場合、上記ステップＳ１１に戻って処理を繰り返す。所定時間格納した場合、識別部３の時間変化導出部３２は、受信信号格納部３１に蓄積されたデータに対して、時系列的に前後の差分値を演算し、その分布を解析する（ステップＳ１７）。具体的には、時間変化導出部３２は、上記分布の平均値で正規化した値に基づいた分布を解析する。
【００４０】
図７および図８は時間変化導出部３２が解析した差分値Ｄの分布の一例を示すグラフであり、図９および図１０はそれぞれの分布をその平均値で正規化した差分値Ｄの分布の一例を示すグラフである。そして、図７および図９は非生物で反射した反射信号振幅推移Ａａに応じた差分値Ｄａの分布であり、図８および図１０は生物で反射した反射信号振幅推移Ａｂに応じた差分値Ｄｂの分布である。図７および図９に示すように、送信パルス信号を反射する物体が車両や壁等の非生物の場合、反射信号振幅推移Ａａが緩やかに変化するため、その差分値Ｄａの分布の分散値が小さくなる。一方、図８および図１０に示すように、人体等の生物の場合、反射信号振幅推移Ａｂが細かく大きく変化するため、その差分値Ｄｂの分布の分散値が大きくなる。
【００４１】
次に、識別部３の判断部３３は、時間変化導出部３２が得た差分値の分布における分散が所定値より大きいか否かを判断する（ステップＳ１８）。そして、判断部３３は、分散が所定値より大きい場合、上記物体を生物と判断し（ステップＳ１９）、次のステップＳ１８に処理を進める。一方、判断部３３は、分散が所定値以下の場合、上記物体を非生物と判断し（ステップＳ２０）、次のステップＳ２１に処理を進める。
【００４２】
ステップＳ２１において、判断部３３は、上記ステップＳ１９またはＳ２０での物体識別判断結果を表示部４へ出力する。そして、識別部３は、受信信号格納部３１に格納されているデータをクリアし（ステップＳ２２）、判断部３３は、物体検知を継続するか否かを判断する（ステップＳ２３）。そして、判断部３３は、物体検知を継続する場合、上記ステップＳ１１に戻って処理を継続し、物体検知を終了する場合、当該フローチャートによる処理を終了する。
【００４３】
表示部４は、測距部２１から出力された物体との距離と、判断部３３から出力された物体識別判断結果を表示する。なお、図１１に示すように、測距部２１および判断部３３と表示部４およびスピーカ５との間に警告制御部６を設けてもかまわない。警告制御部６は、一般的なコンピュータシステムで構成され、測距部２１および判断部３３におけるそれぞれの処理結果に応じて、表示部４やスピーカ５へ警告データを出力する。例えば、測距部２１が演算した物体までの距離が所定距離以下の場合、警告制御部６は、スピーカ５に警告データを出力することによってスピーカ５が音声で警告したり、表示部４に警告データを出力することによって表示部４が警告表示したりする。また、判断部３３が物体を人体等の生物であると識別判断し、かつ測距部２１で演算した物体までの距離が所定距離以下の場合、警告制御部６は、その距離を表示部４に出力する、スピーカ５に警告データを出力してスピーカ５が音声で警告、または表示部４に警告データを出力して表示部４が警告表示を行う。
【００４４】
このように、第１の実施形態に係る物体検知装置によれば、反射信号の時系列的な差分を演算することによって、物体検知装置の周囲に存在する物体との距離を検知するだけではなく、物体が生物であるか否かを判断することができる。また、その物体検知結果を用いて、生物の場合にはユーザに警告度の高い警告を行うことによって信頼性の高い警告が可能となる。さらに、物体検知装置から出力される信号は、１０ＧＨｚ以上の電波であり、車両周辺の物体検知用として使用可能な周波数帯域（２４ＧＨｚ帯や７７ＧＨｚ帯）においても、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
なお、図２に示した送受信部１１には、帯域フィルタ１１６および１２１やパワーアンプ１１７およびＬＮＡ１２０を含んでいなくてもかまわない。また、アンテナ１１９を送受それぞれ別の構成にすることも可能で、その場合アンテナスイッチ１１８が不要になる。
【００４６】
また、サンプリングのタイミングから、受信タイミングとされるタイミング近傍のいくつかのタイミングを格納して処理し判断してもかまわない。さらに、図４の受信タイミングが変化したか否かの判断（Ｓ１３）も、所定の幅をもって判断してもかまわない。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る物体検知装置について説明する。なお、当該物体検知装置の構成は、図１および図２を用いて第１の実施形態で説明したブロック図と同様である。そして、第２の実施形態に係る物体検知装置は、時間変化導出部３２および判断部３３の動作が異なるのみである。したがって、第１の実施形態に係る物体検知装置と同様の構成要素については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。また、第２の実施形態に係る送受信部１１が送出する送信パルス信号Ｐおよび受信する反射信号Ｅとの関係も、図３を用いて説明した第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００４８】
第２の実施形態に係る時間変化導出部３２は、受信信号格納部３１に蓄積されたデータに対して、時間―周波数変換を行って周波数軸上での成分を取得する。そして、判断部３３は、時間変化導出部３２が得た周波数成分のうち、所定周波数以上の成分強度を分析し、その成分強度に基づいて、物体が生物であるか否かを識別して判断し、判断結果を表示部４へ出力する。以下、図１２を参照して、データＩおよびＱを用いた第２の実施形態に係る信号処理部２の処理動作について説明する。なお、図１２は、当該信号処理部２の処理動作を示すフローチャートである。
【００４９】
図１２において、信号処理部２の測距部２１は、データＩおよびＱを用いて反射信号の受信タイミングを検出する（ステップＳ３１）。そして、測距部２１は、送信パルス信号と受信タイミングとの時間差Δｔに基づいて、物体との距離を算出する（ステップＳ３２）。
【００５０】
一方、識別部３の受信信号格納部３１は、測距部２１が上記ステップＳ２１で検出した受信タイミング毎に、データＩおよびＱの少なくとも一方を所定時間保持する。具体的には、識別部３は、直前の受信タイミングと上記ステップＳ３１で検出した受信タイミングとが同じか否かを判断し（ステップＳ３３）、受信タイミングが変化した場合、受信信号格納部３１をクリアし新たにデータＩまたはＱの格納を開始する（ステップＳ３４）。一方、受信タイミングが変化しない場合、受信信号格納部３１にデータＩまたはＱを格納する（ステップＳ３５）。受信信号格納部３１に格納されるデータＩおよびＱは、図５および図６を用いて説明した反射信号振幅推移ＡａおよびＡｂと同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００５１】
次に、識別部３は、受信信号格納部３１に所定時間分のＩＱいずれかのデータを格納したか否かの判断を行い（ステップＳ３６）、所定時間分のデータを格納していない場合、上記ステップＳ３１に戻って処理を繰り返す。所定時間格納した場合、識別部３の時間変化導出部３２は、受信信号格納部３１に蓄積されたデータに対して、時間―周波数変換を行って周波数軸上での成分を取得する（ステップＳ３７）。図１３および図１４は時間変化導出部３２が取得した周波数成分に対するそれぞれの強度（分布）の一例を示すグラフであり、図１３は非生物で反射した反射信号振幅推移Ａａに応じた周波数成分Ｆａであり、図１４は生物で反射した反射信号振幅推移Ａｂに応じた周波数成分Ｆｂである。
【００５２】
図１３に示すように、送信パルス信号を反射する物体が車両や壁等の非生物の場合、反射信号振幅推移Ａａが緩やかに変化するため、その周波数成分Ｆａは高い周波数成分が殆ど現われず、低い周波数成分がピークとなった強度を有している。例えば、周波数成分Ｆａは、周波数ｆｈ以上に対してほぼ強度０を示している。一方、図１４に示すように、人体等の生物の場合、反射信号振幅推移Ａｂが細かく大きく変化するため、その周波数成分Ｆｂは高い周波数成分がピークとなった強度を有している。例えば、周波数成分Ｆｂは、周波数ｆｈ以上に強度ピークを有している。
【００５３】
次に、識別部３の判断部３３は、時間変化導出部３２が得た周波数成分のうち、周波数ｆｈ以上の成分強度を分析し、その成分強度が所定値より大きいか否かを判断する（ステップＳ３８）。そして、判断部３３は、上記成分強度が所定値より大きい場合、上記物体を生物と判断し（ステップＳ３９）、次のステップＳ４１に処理を進める。一方、判断部３３は、上記成分強度が所定値以下の場合、上記物体を非生物と判断し（ステップＳ４０）、次のステップＳ４１に処理を進める。
【００５４】
ステップＳ４１において、判断部３３は、上記ステップＳ３９またはＳ４０での物体識別判断結果を表示部４へ出力する。そして、識別部３は、受信信号格納部３１に格納されているデータをクリアし（ステップＳ４２）、判断部３３は、物体検知を継続するか否かを判断する（ステップＳ４３）。そして、判断部３３は、物体検知を継続する場合、上記ステップＳ３１に戻って処理を継続し、物体検知を終了する場合、当該フローチャートによる処理を終了する。
【００５５】
表示部４は、第１の実施形態と同様に、測距部２１から出力された物体との距離と、判断部３３から出力された物体識別判断結果を表示する。また、測距部２１および判断部３３と表示部４およびスピーカ５との間に警告制御部６を設けてもかまわない（図１１参照）。警告制御部６は、一般的なコンピュータシステムで構成され、測距部２１および判断部３３におけるそれぞれの処理結果に応じて、表示部４やスピーカ５へ警告データを出力する。例えば、測距部２１が演算した物体までの距離が所定距離以下の場合、警告制御部６は、スピーカ５に警告データを出力することによってスピーカ５が音声で警告したり、表示部４に警告データを出力することによって表示部４が警告表示したりする。また、判断部３３が物体を人体等の生物であると識別判断し、かつ測距部２１で演算した物体までの距離が所定距離以下の場合、警告制御部６は、その距離を表示部４に出力する、スピーカ５に警告データを出力してスピーカ５が音声で警告、または表示部４に警告データを出力して表示部４が警告表示を行う。
【００５６】
このように、第２の実施形態に係る物体検知装置によれば、反射信号の周波数成分を解析することによって、物体検知装置の周囲に存在する物体との距離を検知するだけではなく、物体が生物であるか否かを判断することができる。また、その物体検知結果を用いて、生物の場合にはユーザに警告度の高い警告を行うことによって信頼性の高い警告が可能となる。さらに、物体検知装置から出力される信号は、１０ＧＨｚ以上の電波であり、車両周辺の物体検知用として使用可能な周波数帯域（２４ＧＨｚ帯や７７ＧＨｚ帯）においても、同様の効果を得ることができる。
【００５７】
なお、第１および第２の実施形態に係る物体検知装置は、複数設置してシステムを構成することができる。図１５は、複数の物体検知装置１ａ〜１ｎを有するシステムの構成を示すブロック図である。
【００５８】
図１５において、当該システムは、ｎ個の物体検知装置１ａ〜１ｎ、集中制御部１０、表示部４、およびスピーカ５を備えている。例えば、当該システムが車両周辺の物体検知用に当該車両に設置される場合、ｎ個の物体検知装置１ａ〜１ｎは、車両の外部に向けてそれぞれ固有の方向に送信パルス信号を送出する。そして、物体検知装置１ａ〜１ｎは、それぞれ反射信号を受信し、上述と同様に物体との距離および物体識別判断結果を集中制御部１０へそれぞれ出力する。
【００５９】
集中制御部１０は、一般的なコンピュータシステムで構成され、物体検知装置１ａ〜１ｎからそれぞれ出力される物体との距離および物体識別判断結果を受けとる。そして、集中制御部１０は、それぞれの出力結果に基づいて、車両周辺の物体の存在を解析し、その結果を表示部４やスピーカ５へ出力する。例えば、集中制御部１０は、表示部４にそれぞれの物体検知装置１ａ〜１ｎから出力された物体との距離および物体識別判断結果を表示する。また、集中制御部１０は、上記物体が何れかの物体検知装置１ａ〜１ｎに接近している場合、スピーカ５を介して音声で警告したり、表示部４に警告表示したりしてもよい。さらに、集中制御部１０は、何れかの物体検知装置１ａ〜１ｎが物体を人体等の生物であると識別できた場合のみ、その距離を表示する、あるいは音声で警告、さらには警告表示を行うこともできる。このようなシステムを構築することによって、車両周辺の複数の方向に対する物体検知を行うことができる。
【００６０】
なお、上述した説明では、物体検知装置を車両周辺の物体検知に用いるために、物体検知装置を車両に設置する例を用いたが、本発明の物体検知装置は、他の用途にも利用可能である。例えば、車両に用いる場合でも、物体検知装置が車両内部の物体を検知し、座席上の物体が荷物か人かを識別することによって、車両衝突時のエアーバック動作制御を行ってもかまわない。また、住居やビル等の屋外や屋内に防犯等の目的で物体検知装置を設置して、接近する生物のみに対して警告を発したり、ユーザに警告を与えたりするような用途にも使用できる。また、人型やペット型等の家庭用ロボット、災害救助用のロボット、および軍事用携帯用具等に物体検知装置を搭載することによって、生物を検知した場合のみにロボットが反応するような機能や、暗闇の中で生物とその位置とを検知する機能等を付加することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明にかかる物体検知装置および物体検知システム、並びに物体検知方法は、周囲に存在する物体との距離を検知するだけではなく、物体が生物であるか否かの識別判断が可能であり、車両周辺の監視、車両室内の乗員検出、建物の屋内外の防犯、ロボットへの生物識別機能付加等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１および第２の実施形態に係る物体検知装置の構成を示すブロック図
【図２】図１の送受信部１１が電波を用いて信号を送受信する場合の構成を示すブロック図
【図３】横軸を時間ｔとして送信パルス信号Ｐと反射信号Ｅとの関係を概略的に示す図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る信号処理部２の処理動作を示すフローチャート
【図５】図１の受信信号格納部３１に格納された非生物で反射した反射信号振幅推移Ａａを示すグラフ
【図６】図１の受信信号格納部３１に格納された生物で反射した反射信号振幅推移Ａｂを示すグラフ
【図７】図１の時間変化導出部３２が解析した非生物で反射した反射信号振幅推移Ａａに応じた差分値Ｄａの分布を示すグラフ
【図８】図１の時間変化導出部３２が解析した生物で反射した反射信号振幅推移Ａｂに応じた差分値Ｄｂの分布を示すグラフ
【図９】図７の分布をその平均値で正規化した差分値Ｄａの分布を示すグラフ
【図１０】図８の分布をその平均値で正規化した差分値Ｄｂの分布を示すグラフ
【図１１】図１の物体検知装置に警告制御部６を付加した構成を示すブロック図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る信号処理部２の処理動作を示すフローチャート
【図１３】図１の時間変化導出部３２が取得した非生物で反射した反射信号振幅推移Ａａに応じた周波数成分Ｆａを示すグラフ
【図１４】図１の時間変化導出部３２が取得した生物で反射した反射信号振幅推移Ａｂに応じた周波数成分Ｆｂを示すグラフ
【図１５】複数の物体検知装置１ａ〜１ｎを有するシステムの構成を示すブロック図
【図１６】従来の物体分類方法を説明するブロック図
【符号の説明】
【００６３】
１…物体検知装置
１１…送受信部
１１１…クロック発信器
１１２…遅延回路
１１３…パルス発生器
１１４…局部発振器
１１５…ミキサ
１１６、１２１…帯域フィルタ
１１７…パワーアンプ
１１８…アンテナスイッチ
１１９…アンテナ
１２０…ＬＮＡ
１２２…ＩＱ検波器
１２３…Ａ／Ｄ変換部
２…信号処理部
２１…測距部
３…識別部
３１…受信信号格納部
３２…時間変化導出部
３３…判断部
４…表示部
５…スピーカ
６…警告制御部
１０…集中制御部
【図１】
2005106478.tif 000004
【図２】
2005106478.tif 000005
【図３】
2005106478.tif 000006
【図４】
2005106478.tif 000007
【図５】
2005106478.tif 000008
【図６】
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【図７】
2005106478.tif 000010
【図８】
2005106478.tif 000011
【図９】
2005106478.tif 000012
【図１０】
2005106478.tif 000013
【図１１】
2005106478.tif 000014
【図１２】
2005106478.tif 000015
【図１３】
2005106478.tif 000016
【図１４】
2005106478.tif 000017
【図１５】
2005106478.tif 000018
【図１６】
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