JP7420237B2

JP7420237B2 - 物体検出方法、物体検出装置および物体検出システム

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Publication number: JP7420237B2
Application number: JP2022522485A
Authority: JP
Inventors: 友規村上; 信也大槻; 匡史岩渕; 智明小川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2024-01-23
Anticipated expiration: 2040-05-15
Also published as: WO2021229812A1; JPWO2021229812A1; US12270890B2; US20230204750A1

Description

本発明は、ビームフォーミングが可能な無線送信装置および無線受信装置の情報に基づいて、通信エリア内を検出エリアとして物体を検出するデバイスフリー型の物体検出方法、物体検出装置および物体検出システムに関する。

無線通信の分野では、増加し続ける無線トラヒックを安定的に収容するために、電波の指向性を制御するビームフォーミングの技術など、様々な技術を用いて通信速度の改善が進められている。

一方で、無線信号の信号強度情報（例えばＲＳＳ（Received Signal Strength））を利用して、通信エリア内における無線端末の検出や位置情報を提供するサービスが考えられている。そのようなサービスでは、例えば、複数の無線基地局から送信されるビーコン信号のＲＳＳを無線端末が測定し、測定された複数のＲＳＳから無線端末の位置が計算される（例えば、非特許文献１参照）。この方法は、ＧＰＳ（Global Positioning System）の利用が困難な屋内環境における測位システムとして広く利用されている。

また、アンテナなどの特別なデバイスを保持しない物体（人などの対象物）の検出を行うデバイスフリー型の検出方法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。デバイスフリー型の検出方法では、検出エリア内もしくは検出エリア周辺に固定された無線基地局および無線端末が測定するＲＳＳの変動特性から物体の有無や物体の状態を検出する。

Navarro Eduardo,2011."Wi-Fi Localization Using RSSI Fingerprinting", California Polytechnic State University, United States of America. http://digitalcommons.calpoly.edu/cpesp/17/ (17 Aug.2011) Wang, Wei, et al."Understanding and modeling of wifi signal based human activity recognition."Proceedings of the 21st annual international conference on mobile computing and networking. ACM, 2015.

デバイスフリー型の検出方法は、アンテナなどの特別なデバイスを保持する物体の検出方法に比べて、一般に伝搬環境の変動が小さいため、検出精度に課題がある。この課題に対して、無線基地局および無線端末の設置台数を増やす方法が考えられるが、コストが増加するという問題が生じる。

本発明は、デバイスフリー型の物体検出において、無線通信システムで利用されるビームフォーミング機能を用いることにより、高い検出精度でコストの増加を抑えることができる物体検出方法、物体検出装置および物体検出システムを提供することを目的とする。

本発明は、ビームフォーミング機能をそれぞれ有する無線送信装置および無線受信装置が出力する情報に基づいて検出エリア内の物体を物体検出装置により検出する物体検出方法であって、前記無線送信装置および前記無線受信装置は、前記物体が存在する前記検出エリアの周辺に設置され、前記ビームフォーミング機能は、任意の形状の電波放射特性を形成し、特定方向の電波の強弱を調整して任意のビームパタンの実現が可能なものであり、前記ビームパタンは、前記無線送信装置から送信される電波または前記無線受信装置により受信される電波の放射特性であり、前記無線送信装置は、予め決められた複数のビームパタンで無線信号を送信し、当該ビームパタンに対応する送信ビーム識別子を前記物体検出装置に出力し、前記無線受信装置は、前記無線送信装置が送信する無線信号を予め決められた複数のビームパタンで受信し、前記ビームパタンごとに受信信号強度を測定して、当該ビームパタンに対応する受信ビーム識別子と前記受信信号強度とを前記物体検出装置に出力し、前記物体検出装置は、前記無線送信装置および前記無線受信装置に接続され、前記無線送信装置から入力する送信ビーム識別子と、前記無線受信装置から入力する受信ビーム識別子および当該受信ビーム識別子に対応する前記受信信号強度とに基づいて、前記検出エリア内の物体を検出し、前記物体検出装置は、前記送信ビーム識別子と前記受信ビーム識別子との組み合わせごとに対応する受信信号強度のデータベースを作成し、前記検出エリア内に物体が無い場合の事前測定の前記データベースを第１事前測定データベースとして保持し、前記検出エリアをメッシュ化し、メッシュ化された各エリアに学習用の物体を配置した場合の事前測定の前記データベースを第２事前測定データベースとして保持し、前記第１事前測定データベースの前記受信信号強度と前記第２事前測定データベースの前記受信信号強度との差分の絶対値が予め決められたしきい値以上の変化がある前記エリアを有効エリアに設定し、前記検出エリア内の物体を検出する本測定の前記データベースを本測定データベースとして保持し、前記送信ビーム識別子および前記受信ビーム識別子の組み合わせごとの前記有効エリアに設定された前記第１事前測定データベースの前記受信信号強度と前記本測定データベースの前記受信信号強度とを比較して、前記検出エリア内の物体を検出することを特徴とする。

また、本発明は、ビームフォーミング機能をそれぞれ有する無線送信装置および無線受信装置が出力する情報に基づいて検出エリア内の物体を検出する物体検出装置において、前記無線送信装置および前記無線受信装置は、前記物体が存在する前記検出エリアの周辺に設置され、前記ビームフォーミング機能は、任意の形状の電波放射特性を形成し、特定方向の電波の強弱を調整して任意のビームパタンの実現が可能なものであり、前記ビームパタンは、前記無線送信装置から送信される電波または前記無線受信装置により受信される電波の放射特性であり、予め決められた複数のビームパタンで無線信号を送信する前記無線送信装置から、当該ビームパタンに対応する送信ビーム識別子を入力し、前記無線送信装置が送信する無線信号を予め決められた複数のビームパタンで受信し、当該ビームパタンごとの受信信号強度を測定する前記無線受信装置から、当該ビームパタンに対応する受信ビーム識別子と前記受信信号強度とを入力し、前記無線送信装置から入力する送信ビーム識別子と、前記無線受信装置から入力する受信ビーム識別子および当該受信ビーム識別子に対応する前記受信信号強度とに基づいて、前記検出エリア内の物体を検出する解析部を有し、前記解析部は、前記送信ビーム識別子と前記受信ビーム識別子との組み合わせごとに対応する受信信号強度のデータベースを作成し、前記検出エリア内に物体が無い場合の事前測定の前記データベースを第１事前測定データベースとして保持し、前記検出エリアをメッシュ化し、メッシュ化された各エリアに学習用の物体を配置した場合の事前測定の前記データベースを第２事前測定データベースとして保持し、前記第１事前測定データベースの前記受信信号強度と前記第２事前測定データベースの前記受信信号強度との差分の絶対値が予め決められたしきい値以上の変化がある前記エリアを有効エリアに設定し、前記検出エリア内の物体を検出する本測定の前記データベースを本測定データベースとして保持し、前記送信ビーム識別子および前記受信ビーム識別子の組み合わせごとの前記有効エリアに対応する前記第１事前測定データベースの前記受信信号強度と前記本測定データベースの前記受信信号強度とを比較して、前記検出エリア内の物体を検出することを特徴とする。

また、本発明は、ビームフォーミング機能をそれぞれ有する無線送信装置および無線受信装置が出力する情報に基づいて検出エリア内の物体を検出する物体検出装置を有する物体検出システムにおいて、前記無線送信装置および前記無線受信装置は、前記物体が存在する前記検出エリアの周辺に設置され、前記ビームフォーミング機能は、任意の形状の電波放射特性を形成し、特定方向の電波の強弱を調整して任意のビームパタンの実現が可能なものであり、前記ビームパタンは、前記無線送信装置から送信される電波または前記無線受信装置により受信される電波の放射特性であり、前記無線送信装置は、予め決められた複数のビームパタンで無線信号を送信し、当該ビームパタンに対応する送信ビーム識別子を前記物体検出装置に出力し、前記無線受信装置は、前記無線送信装置が送信する無線信号を予め決められた複数のビームパタンで受信し、前記ビームパタンごとに受信信号強度を測定して、当該ビームパタンに対応する受信ビーム識別子と前記受信信号強度とを前記物体検出装置に出力し、前記物体検出装置は、前記無線送信装置および前記無線受信装置に接続され、前記無線送信装置から入力する送信ビーム識別子と、前記無線受信装置から入力する受信ビーム識別子および当該受信ビーム識別子に対応する前記受信信号強度とに基づいて、前記検出エリア内の物体を検出し、前記物体検出装置は、前記送信ビーム識別子と前記受信ビーム識別子との組み合わせごとに対応する受信信号強度のデータベースを作成し、前記検出エリア内に物体が無い場合の事前測定の前記データベースを第１事前測定データベースとして保持し、前記検出エリアをメッシュ化し、メッシュ化された各エリアに学習用の物体を配置した場合の事前測定の前記データベースを第２事前測定データベースとして保持し、前記第１事前測定データベースの前記受信信号強度と前記第２事前測定データベースの前記受信信号強度との差分の絶対値が予め決められたしきい値以上の変化がある前記エリアを有効エリアに設定し、前記検出エリア内の物体を検出する本測定の前記データベースを本測定データベースとして保持し、前記送信ビーム識別子および前記受信ビーム識別子の組み合わせごとの前記有効エリアに設定された前記第１事前測定データベースの前記受信信号強度と前記本測定データベースの前記受信信号強度とを比較して、前記検出エリア内の物体を検出することを特徴とする。

本発明に係る物体検出方法、物体検出装置および物体検出システムは、デバイスフリー型の物体検出において、無線通信システムで利用されるビームフォーミング機能を用いることにより、高い検出精度でコストの増加を抑えることができる。

物体検出システムの構成例を示す図である。無線送信装置の構成例を示す図である。無線受信装置の構成例を示す図である。物体検出装置の構成例を示す図である。物体検出方法の処理手順の一例を示す図である。事前測定結果または本測定結果のデータベースの一例を示す図である。高精度な物体検出方法の処理手順の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係る物体検出方法、物体検出装置および物体検出システムの実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る物体検出システム１０の構成例を示す。図１において、物体検出システム１０は、無線送信装置２０、無線受信装置３０および物体検出装置４０を有する。なお、無線送信装置２０および無線受信装置３０は、検出エリア１５内もしくは検出エリア１５の周辺に設置されるものとする。また、検出対象の物体５０は、検出エリア１５内に存在するものとする。

ここで、本実施形態に係る物体検出システム１０は、ミリ波などの高周波帯を用いた無線通信システムで採用されている無線通信用のビームフォーミング機能を物体の検出に利用する。ビームフォーミング機能は、任意の形状の電波放射特性を形成する機能であり、特定方向の電波の強弱を調整して任意のビームパタンの実現が可能である。ビームパタンは、無線送信装置２０から送信される電波（または無線受信装置３０により受信される電波）の放射特性である。

無線送信装置２０は、予め決められた複数のビームパタンで無線信号を空中に送信する。そして、無線送信装置２０は、ビームパタンに対応する送信ビーム識別子（送信ビームＩＤと称する）を物体検出装置４０に出力する。送信ビームＩＤは、ビームパタンの形状ごとに割り当てられる識別子であり、送信ビームＩＤが異なればビームパタンも異なる。

無線受信装置３０は、予め決められた複数のビームパタンで無線送信装置２０が送信する無線信号を受信し、受信信号強度ＲＳＳを測定する。そして、ビームパタンに対応する受信ビーム識別子（受信ビームＩＤと称する）とＲＳＳとを物体検出装置４０に出力する。受信ビームＩＤは、送信ビームＩＤと同様に、ビームパタンの形状ごとに割り当てられる識別子であり、受信ビームＩＤが異なればビームパタンも異なる。

物体検出装置４０は、無線送信装置２０および無線受信装置３０に有線もしくは無線で接続されている。そして、物体検出装置４０は、無線送信装置２０から入力する送信ビームＩＤと、無線受信装置３０から入力する受信ビームＩＤおよびＲＳＳとに基づいて、物体の検出を行う。具体的には、物体検出装置４０は、事前情報として保存される検出エリア１５の地図情報と無線送信装置２０および無線受信装置３０が設置されている場所およびビーム形状の情報などから、物体５０の有無や物体５０の場所を出力する。なお、検出エリア１５の地図情報は、検出エリア１５のレイアウト情報であり、距離情報を含む平面の情報である。

このようにして、本実施形態に係る物体検出システム１０は、検出エリア１５内の物体５０の有無や物体５０の場所を推定することができる。

なお、図１の例では、無線送信装置２０および無線受信装置３０がそれぞれ１台ずつ設置されているが、複数の無線送信装置２０および複数の無線受信装置３０が設置されてもよい。この場合、無線送信装置２０の数と無線受信装置３０の数は異なっていてもよい。また、図１では、検出エリア１５内に１個の検出対象の物体５０がある例を示しているが、検出エリア１５内に複数の物体があっても構わない。

図２は、本実施形態に係る無線送信装置２０の構成例を示す。図２において、無線送信装置２０は、アンテナ２１、送信部２２、ビーム制御部２３を有する。なお、物体検出専用のシステムではなく、通信システムとして実際に運用されている無線送信装置では、図２の構成要素の他にデータ通信を行うための構成要素が存在するが、本実施形態では、物体検出に関わる要素のみを記載している。

アンテナ２１は、例えば複数のアンテナからなるアレーアンテナで構成され、ビーム制御部２３から指定されるビームパタンを形成するためのビーム形成機能を有する。例えばアレーアンテナである場合、送信部２２から出力される送信信号が各アンテナに入力されるときの位相および振幅を制御することにより、特定方向の電波の強弱を調整することができる。このようにして、任意のビームパタンの形成が可能である。そして、アンテナ２１は、送信部２２から出力される送信信号を電波に変換し、ビーム制御部２３に指定されたビームパタンで空中に送信する。

送信部２２は、送信データを通信用の送信信号または計測用の送信信号に変調してアンテナ２１に出力する。ここで、物体検出には、通信用の送信信号を利用してもよいが、予め決められた計測用の送信信号を利用するのが好ましい。

ビーム制御部２３は、複数のビームパタンのいずれかのビームパタンをアンテナ２１に指示し、アンテナ２１に指示したビームパタンに対応する送信ビームＩＤを物体検出装置４０に出力する。ここで、ビーム制御部２３は、複数のビームパタンを順番にアンテナ２１に指示するようにしてもよいし、予め設定されたビームパタンのみをアンテナ２１に指示してもよい。

このようにして、本実施形態に係る無線送信装置２０は、ビーム制御部２３が指示するビームパタンで信号を送信し、信号を送信したビームパタンに対応する送信ビームＩＤを物体検出装置４０に通知する。これにより、物体検出装置４０は、複数のビームパタンのうち、どのビームパタンで信号が送信されたかを確認することができる。

図３は、本実施形態に係る無線受信装置３０の構成例を示す。図３において、無線受信装置３０は、アンテナ３１、受信部３２、ビーム制御部３３を有する。なお、図２と同様に、物体検出専用のシステムではなく、通信システムとして実際に運用されている無線受信装置では、図３の構成要素の他にデータ通信を行うための構成要素が存在するが、本実施形態では、物体検出に関わる要素のみを記載している。

アンテナ３１は、無線送信装置２０のアンテナ２１と同様に、例えば複数のアンテナからなるアレーアンテナで構成され、ビーム制御部３３から指定されるビームパタンを形成するためのビーム形成機能を有する。そして、アンテナ３１は、ビーム制御部３３に指定されたビームパタンで受信した電波を受信信号に変換して受信部３２に出力する。

受信部３２は、アンテナ３１から入力される通信用の受信信号または計測用の受信信号を受信データに復調する。また、受信部３２は、受信信号の受信信号強度ＲＳＳを測定し、受信信号強度ＲＳＳの測定結果を物体検出装置４０に出力する。

ビーム制御部３３は、複数のビームパタンのいずれかのビームパタンをアンテナ３１に指示し、アンテナ３１に指示したビームパタンに対応する受信ビームＩＤを物体検出装置４０に出力する。ここで、ビーム制御部２３と同様に、ビーム制御部３３は、複数のビームパタンを順番にアンテナ３１に指示するようにしてもよいし、予め設定されたビームパタンのみをアンテナ３１に指示してもよい。

このようにして、本実施形態に係る無線受信装置３０は、ビーム制御部３３が指示するビームパタンで信号を受信し、受信信号強度ＲＳＳを測定する。そして、無線受信装置３０は、信号を受信したビームパタンに対応する受信ビームＩＤと、当該ビームパタンで受信したときの受信信号強度ＲＳＳとを物体検出装置４０に通知する。これにより、物体検出装置４０は、複数のビームパタンのうちどのビームパタンで信号が受信されたかを受信ビームＩＤにより確認することができ、受信ビームＩＤに対応する受信信号強度ＲＳＳを取得できる。ここで、物体検出装置４０は、無線受信装置３０が受信信号強度ＲＳＳを測定したときの無線送信装置２０の送信ビームＩＤを無線送信装置２０から受け取っているので、送信ビームＩＤと受信ビームＩＤとの組み合わせごとの受信信号強度ＲＳＳを取得できる。

図４は、本実施形態に係る物体検出装置４０の構成例を示す。図４において、物体検出装置４０は解析部４１を有する。ここで、物体検出装置４０は、検出エリア１５の地図情報、無線送信装置２０および無線受信装置３０の設置場所の情報、送信ビームＩＤおよび受信ビームＩＤに対応するビームパタンの情報、などを事前情報として外部または内部の記憶装置に保持する。

解析部４１は、上述の事前情報を参照して、逐次的に、無線送信装置２０から入力される送信ビームＩＤと、無線受信装置３０から入力される受信ビームＩＤおよび受信信号強度ＲＳＳとに基づいて、物体５０の有無や物体５０の場所などを解析する。例えば、解析部４１は、無線送信装置２０および無線受信装置３０を制御して、検出対象の物体５０が無い状況において事前測定を行い、送信ビームＩＤと受信ビームＩＤとの組み合わせごとに受信信号強度ＲＳＳを測定する。同様に、解析部４１は、物体５０の有無を検出する本測定を行い、送信ビームＩＤと受信ビームＩＤとの組み合わせごとに受信信号強度ＲＳＳを測定する。そして、解析部４１は、事前測定結果と本測定結果とを比較して、物体５０の有無や物体５０の場所などの解析結果を外部に出力する。ここで、解析結果の出力先は、例えばシステム運用者のモニタ画面であってもよいし、ネットワークを介して接続されるシステム管理装置などであってもよい。なお、事前測定結果と本測定結果との具体的な比較方法については、後で説明する。

このようにして、本実施形態に係る物体検出装置４０は、無線送信装置２０から入力される送信ビームＩＤ、無線受信装置３０から入力される受信ビームＩＤおよびＲＳＳに基づいて、物体５０の有無や物体５０の場所を検出することができる。

図５は、本実施形態に係る物体検出方法の処理手順の一例を示す。なお、図５で説明する処理は、図１から図４で説明した無線送信装置２０、無線受信装置３０および物体検出装置４０により実行される。

ステップＳ１０１において、物体検出装置４０は、事前測定を行う。事前測定では、検出対象の物体が無い状況において、無線送信装置２０の送信ビームＩＤおよび無線受信装置３０の受信ビームＩＤの組み合わせごとのＲＳＳの測定が行われる。ここで、無線送信装置２０の送信ビームＩＤおよび無線受信装置３０の受信ビームＩＤの全ての組み合わせについて測定が行われてもよいし、予め決められた組み合わせについて測定が行われてもよい。なお、測定例は、図６を用いて後で説明する。

ステップＳ１０２において、物体検出装置４０は、本測定を行う。本測定では、事前測定と同様に、無線送信装置２０の送信ビームＩＤおよび無線受信装置３０の受信ビームＩＤの組み合わせごとのＲＳＳが測定される。

ステップＳ１０３において、物体検出装置４０は、ステップＳ１０１の事前測定結果とステップＳ１０２の本測定結果とに基づいて、物体５０の有無や物体５０の場所を検出する。具体的には、物体検出装置４０は、ステップＳ１０１の事前測定結果とステップＳ１０２の本測定結果との差分を計算し、差分がしきい値以上の場合に物体があると判断する。なお、差分は、送信ビームＩＤと受信ビームＩＤの組み合わせごとに計算され、同じ組み合わせの事前測定結果の受信信号強度ＲＳＳと本測定結果の受信信号強度ＲＳＳとの差の絶対値が差分となる。そして、送信ビームＩＤと受信ビームＩＤのいずれかの組み合わせにおける差分が予め設定されたしきい値以上の場合に物体があると判断する。逆に、差分がしきい値以上ではない場合、物体検出装置４０は、物体がないと判断する。

例えば、送信ビームＩＤ＝ｎ、受信ビームＩＤ＝ｍの組み合わせにおいて、事前測定結果の受信信号強度をＲＳＳ－ｎｍ（Ａ）、本測定結果の受信信号強度をＲＳＳ－ｎｍ（Ｂ）とする。この場合、送信ビームＩＤ＝ｎ、受信ビームＩＤ＝ｍの組み合わせにおける差分（ｎｍ）は式（１）で表される。

差分（ｎｍ）＝｜（ＲＳＳ－ｎｍ（Ａ））－（ＲＳＳ－ｎｍ（Ｂ））｜…（１）
ここで、｜ｘ｜は、ｘの絶対値である。

そして、式（１）が次式を満たすか否かを判別する。
差分（ｎｍ）≧しきい値 …（２）
差分（ｎｍ）＜しきい値 …（３）

差分（ｎｍ）が式（２）を満たす場合、送信ビームＩＤ＝ｎ、受信ビームＩＤ＝ｍの組み合わせにおいて、物体５０が有ると判断する。

逆に、差分（ｎｍ）が式（３）を満たす場合、送信ビームＩＤ＝ｎ、受信ビームＩＤ＝ｍの組み合わせにおいて、物体５０が無いと判断する。

ここで、送信ビームＩＤと受信ビームＩＤの組み合わせごとにビームパタンが決まっているので、物体５０が検出されたときのビームパタンから物体５０の場所の検出が可能である。

また、しきい値は予め設定される値であり、本実施形態では事前測定で得られた結果に基づいて、高い精度の物体検出が期待される値に設定される。例えば事前測定で得られた測定値に対する所定の変動率（例えば１０％など）を決めておくことにより、式（４）のように、しきい値が設定される。

しきい値＝（事前測定の測定値）×（変動率） …（４）

あるいは、事前測定を複数回行って得られた結果を統計処理することにより、しきい値が設定されてもよい。

また、上述の例では、送信ビームＩＤと受信ビームＩＤの組み合わせごとにしきい値が設定されるが、全ての組み合わせに共通のしきい値が設定されてもよい。

図５において、物体検出装置４０は、ステップＳ１０２とステップＳ１０３の処理を繰り返すことにより、時間的に移動する動的な物体を検出することができる。具体的には、物体５０の移動方向や移動速度などの検出が可能である。

図６は、事前測定結果または本測定結果のデータベースの一例を示す。図６において、図５で説明したステップＳ１０１の物体が無い状況での事前測定結果をデータベース４２（事前測定データベース）、ステップＳ１０２の本測定結果をデータベース４３（本測定データベース）とする。なお、図６において、行方向は、１からＮ（Ｎは正の整数）の送信ビームＩＤ、列方向は、１からＭ（Ｍは正の整数）の受信ビームＩＤをそれぞれ示す。

ここで、無線送信装置２０および無線受信装置３０は、送信ビームＩＤおよび受信ビームＩＤにそれぞれ対応するビームパタンを順番に設定して、送信ビームＩＤおよび受信ビームＩＤの組み合わせごとにＲＳＳを測定する。そして、物体検出装置４０は、事前測定および本測定のそれぞれについて、送信ビームＩＤおよび受信ビームＩＤの組み合わせごとのＲＳＳの測定を行う。これにより、図６に示すような事前測定結果のデータベース４２および本測定結果のデータベース４３が得られる。

図６の例では、送信ビームＩＤ＝１、受信ビームＩＤ＝１の組み合わせにおける事前測定結果（または本測定結果）はＲＳＳ－１１である。同様に、送信ビームＩＤ＝１、受信ビームＩＤ＝２の組み合わせにおける事前測定結果（または本測定結果）はＲＳＳ－１２、送信ビームＩＤ＝１、受信ビームＩＤ＝Ｍの組み合わせにおける事前測定結果（または本測定結果）はＲＳＳ－１Ｍである。

このようにして、物体検出装置４０は、送信ビームＩＤが１からＮと受信ビームＩＤが１からＭとのＮ×Ｍ個の組み合わせの事前測定結果または本測定結果のＲＳＳのデータベース４２またはデータベース４３を作成する。そして、図５で説明したように、物体検出装置４０は、検出対象の物体が無い状況での事前測定結果のデータベース４２と、本測定結果のデータベース４３とに基づいて、差分を計算することにより、物体５０の有無および物体５０の場所を検出する。

図７は、高精度な物体検出方法の処理手順の一例を示す。なお、図７で説明する処理は、図５で説明した処理と同様に、図１から図４で説明した無線送信装置２０、無線受信装置３０および物体検出装置４０により実行される。図７では、図５の処理に対して有効エリアを抽出する処理が追加され、物体５０を確実に検出できる有効エリアを設定することにより、物体検出の精度が向上する。

ここで、有効エリアとは、検出エリア１５の中において、高い精度で物体を検出できるエリアである。図７の処理では、２つの事前測定を行う。

１つ目は、図５で説明したように、検出対象の物体が無い状況において事前測定を行う。そして、図６で説明したような事前測定結果のデータベース４２を作成する。ここで、検出対象の物体が無い状況での事前測定結果を第１事前測定結果とし、このときのデータベース４２をデータベース４２（Ａ）（第１事前測定データベース）とする。

２つ目は、事前情報として保存される検出エリア１５の地図情報から検出エリア１５をメッシュ化し、メッシュ化された各エリアに学習用の物体を配置して事前測定を行う。ここで、学習用の物体を配置して事前測定を行ったときの事前測定結果を第２事前測定結果とし、このときのデータベース４２をデータベース４２（Ｂ）（第２事前測定データベース）とする。なお、データベース４２（Ｂ）は、学習用の物体を配置するエリアごとに得られる。

そして、物体検出装置４０は、第１事前測定結果と学習用の物体が有る状況で第２事前測定結果とに基づいて、有効エリアのデータベースを作成する。具体的には、例えば、第１事前測定結果のデータベース４２（Ａ）と第２事前測定結果のデータベース４２（Ｂ）との差分が物体の有無を検出するしきい値以上の変化があるメッシュ化された各エリアを有効エリアに設定する。そして、有効エリアに設定された第１事前測定結果のデータベース４２（Ａ）を有効エリアのデータベース４２（Ｃ）として登録する。

以下、図７の処理について説明する。

ステップＳ２０１において、図５のステップＳ１０１と同様に、物体検出装置４０は、検出対象の物体が無い状況において事前測定を行い、第１事前測定結果としてデータベース４２（Ａ）を作成する。

ステップＳ２０２において、物体検出装置４０は、有効エリアの抽出を行う。有効エリアの抽出は、先に説明したように、メッシュ化された各エリアに学習用の物体を配置して事前測定を行い、第２事前測定結果としてデータベース４２（Ｂ）を作成する。そして、物体検出装置４０は、ステップＳ２０１の第１事前測定結果と第２事前測定結果とに基づいて、有効エリアのデータベース４２（Ｃ）を作成して登録する。

ステップＳ２０３において、図５のステップＳ１０２と同様に、物体検出装置４０は、本測定を行い、図６で説明したようなデータベース４３を作成する。

ステップＳ２０４において、物体検出装置４０は、ステップＳ２０２で登録した有効エリアのデータベース４２（Ｃ）とステップＳ２０３の本測定結果のデータベース４３とに基づいて、有効エリアにおける物体５０の有無や物体５０の場所を検出する。具体的な検出方法は、ステップＳ１０３と同じであるが、物体検出装置４０は、有効エリアのデータベース４２（Ｃ）とステップＳ２０３の本測定結果のデータベース４３との差分を計算し、差分がしきい値以上の場合に物体があると判断する。

このようにして、図７の処理では、有効エリアのデータベース４２（Ｃ）のみを参照して物体検出を行うので、図５の処理に比べて、より高い精度での物体検知が可能である。

次に、物体検出だけでなく、物体の位置を出力する方法について説明する。図７で説明した検出方法の拡張により、物体５０の位置検出が可能である。

具体的には、物体検出装置４０は、第１事前測定結果のデータベース４２（Ａ）とメッシュ化された各エリアに学習用の物体を配置したときの第２事前測定結果のデータベース４２（Ｂ）との差分を求める。そして、物体検出装置４０は、差分の絶対値が最も大きい（つまり変化が最も大きい）送信ビームＩＤと受信ビームＩＤとの組み合わせと、測定したときの学習用の物体の位置（メッシュ化されたエリアの位置）とを関連付けて記憶しておく。これにより、変化が最も大きい送信ビームＩＤと受信ビームＩＤとの組み合わせのエリアの位置が物体５０の位置となる。このように、全てのメッシュの各エリアに学習用の物体を配置して上述の事前測定を行い、変化が最も大きい送信ビームＩＤと受信ビームＩＤとの組み合わせと、そのときのエリアの位置とを関連付けて位置データベースを作成しておく。

そして、物体検出装置４０は、物体５０が検出エリア１５内にある状況で本測定を行い、本測定結果のデータベース４３と第１事前測定結果のデータベース４２（Ａ）との差分の絶対値が最も大きい送信ビームＩＤと受信ビームＩＤの組み合わせを算出する。そして、物体検出装置４０は、算出した送信ビームＩＤと受信ビームＩＤの組み合わせに対応するエリアの位置を位置データベースから取得し、取得したエリアの位置を物体５０の位置として出力する。

なお、上述の実施形態では、無線送信装置２０および無線受信装置３０は１つの周波数チャネルを用いて各処理を実行するものとして説明したが、複数の周波数チャネルを用いて各処理を実行してもよい。これにより、さらなる検出精度の向上が可能となる。この場合、周波数チャネルごとに物体の複数の検出結果が得られるので、複数の検出結果を例えば統計処理することにより、検出精度が向上する。

また、周波数チャネルごとに有効エリアの位置が異なる場合、周波数チャネルごとの複数の有効エリアを複合して用いることができるので、高精度に検出できる有効エリアを広げることができる。

また、有効エリアに指定されない送信ビームＩＤおよび受信ビームＩＤの組み合わせがある場合に、当該組み合わせでの測定を省略することにより、検出処理の高速化が可能である。

以上のように、本発明に係る物体検出方法、物体検出装置および物体検出システムは、デバイスフリー型の物体検出において、無線通信システムで利用されるビームフォーミング機能を用いることにより、高い検出精度でコストの増加を抑えることができる。

１０・・・物体検出システム；１５・・・検出エリア；２０・・・無線送信装置；２１・・・アンテナ；２２・・・送信部；２３・・・ビーム制御部；３０・・・無線受信装置；３１・・・アンテナ；３２・・・受信部；３３・・・ビーム制御部；４０・・・物体検出装置；４１・・・解析部；５０・・・物体

Claims

ビームフォーミング機能をそれぞれ有する無線送信装置および無線受信装置が出力する情報に基づいて検出エリア内の物体を物体検出装置により検出する物体検出方法であって、
前記無線送信装置および前記無線受信装置は、前記物体が存在する前記検出エリアの周辺に設置され、前記ビームフォーミング機能は、任意の形状の電波放射特性を形成し、特定方向の電波の強弱を調整して任意のビームパタンの実現が可能なものであり、前記ビームパタンは、前記無線送信装置から送信される電波または前記無線受信装置により受信される電波の放射特性であり、
前記無線送信装置は、予め決められた複数のビームパタンで無線信号を送信し、当該ビームパタンに対応する送信ビーム識別子を前記物体検出装置に出力し、
前記無線受信装置は、前記無線送信装置が送信する無線信号を予め決められた複数のビームパタンで受信し、前記ビームパタンごとに受信信号強度を測定して、当該ビームパタンに対応する受信ビーム識別子と前記受信信号強度とを前記物体検出装置に出力し、
前記物体検出装置は、前記無線送信装置および前記無線受信装置に接続され、前記無線送信装置から入力する送信ビーム識別子と、前記無線受信装置から入力する受信ビーム識別子および当該受信ビーム識別子に対応する前記受信信号強度とに基づいて、前記検出エリア内の物体を検出し、
前記物体検出装置は、
前記送信ビーム識別子と前記受信ビーム識別子との組み合わせごとに対応する受信信号強度のデータベースを作成し、
前記検出エリア内に物体が無い場合の事前測定の前記データベースを第１事前測定データベースとして保持し、
前記検出エリアをメッシュ化し、メッシュ化された各エリアに学習用の物体を配置した場合の事前測定の前記データベースを第２事前測定データベースとして保持し、前記第１事前測定データベースの前記受信信号強度と前記第２事前測定データベースの前記受信信号強度との差分の絶対値が予め決められたしきい値以上の変化がある前記エリアを有効エリアに設定し、
前記検出エリア内の物体を検出する本測定の前記データベースを本測定データベースとして保持し、
前記送信ビーム識別子および前記受信ビーム識別子の組み合わせごとの前記有効エリアに設定された前記第１事前測定データベースの前記受信信号強度と前記本測定データベースの前記受信信号強度とを比較して、前記検出エリア内の物体を検出する
ことを特徴とする物体検出方法。
ビームフォーミング機能をそれぞれ有する無線送信装置および無線受信装置が出力する情報に基づいて検出エリア内の物体を検出する物体検出装置において、
前記無線送信装置および前記無線受信装置は、前記物体が存在する前記検出エリアの周辺に設置され、前記ビームフォーミング機能は、任意の形状の電波放射特性を形成し、特定方向の電波の強弱を調整して任意のビームパタンの実現が可能なものであり、前記ビームパタンは、前記無線送信装置から送信される電波または前記無線受信装置により受信される電波の放射特性であり、
予め決められた複数のビームパタンで無線信号を送信する前記無線送信装置から、当該ビームパタンに対応する送信ビーム識別子を入力し、
前記無線送信装置が送信する無線信号を予め決められた複数のビームパタンで受信し、当該ビームパタンごとの受信信号強度を測定する前記無線受信装置から、当該ビームパタンに対応する受信ビーム識別子と前記受信信号強度とを入力し、
前記無線送信装置から入力する送信ビーム識別子と、前記無線受信装置から入力する受信ビーム識別子および当該受信ビーム識別子に対応する前記受信信号強度とに基づいて、前記検出エリア内の物体を検出する解析部を有し、
前記解析部は、
前記送信ビーム識別子と前記受信ビーム識別子との組み合わせごとに対応する受信信号強度のデータベースを作成し、
前記検出エリア内に物体が無い場合の事前測定の前記データベースを第１事前測定データベースとして保持し、
前記検出エリアをメッシュ化し、メッシュ化された各エリアに学習用の物体を配置した場合の事前測定の前記データベースを第２事前測定データベースとして保持し、前記第１事前測定データベースの前記受信信号強度と前記第２事前測定データベースの前記受信信号強度との差分の絶対値が予め決められたしきい値以上の変化がある前記エリアを有効エリアに設定し、
前記検出エリア内の物体を検出する本測定の前記データベースを本測定データベースとして保持し、
前記送信ビーム識別子および前記受信ビーム識別子の組み合わせごとの前記有効エリアに対応する前記第１事前測定データベースの前記受信信号強度と前記本測定データベースの前記受信信号強度とを比較して、前記検出エリア内の物体を検出する
ことを特徴とする物体検出装置。
ビームフォーミング機能をそれぞれ有する無線送信装置および無線受信装置が出力する情報に基づいて検出エリア内の物体を検出する物体検出装置を有する物体検出システムにおいて、
前記無線送信装置および前記無線受信装置は、前記物体が存在する前記検出エリアの周辺に設置され、前記ビームフォーミング機能は、任意の形状の電波放射特性を形成し、特定方向の電波の強弱を調整して任意のビームパタンの実現が可能なものであり、前記ビームパタンは、前記無線送信装置から送信される電波または前記無線受信装置により受信される電波の放射特性であり、
前記無線送信装置は、予め決められた複数のビームパタンで無線信号を送信し、当該ビームパタンに対応する送信ビーム識別子を前記物体検出装置に出力し、
前記無線受信装置は、前記無線送信装置が送信する無線信号を予め決められた複数のビームパタンで受信し、前記ビームパタンごとに受信信号強度を測定して、当該ビームパタンに対応する受信ビーム識別子と前記受信信号強度とを前記物体検出装置に出力し、
前記物体検出装置は、前記無線送信装置および前記無線受信装置に接続され、前記無線送信装置から入力する送信ビーム識別子と、前記無線受信装置から入力する受信ビーム識別子および当該受信ビーム識別子に対応する前記受信信号強度とに基づいて、前記検出エリア内の物体を検出し、
前記物体検出装置は、
前記送信ビーム識別子と前記受信ビーム識別子との組み合わせごとに対応する受信信号強度のデータベースを作成し、
前記検出エリア内に物体が無い場合の事前測定の前記データベースを第１事前測定データベースとして保持し、
前記検出エリアをメッシュ化し、メッシュ化された各エリアに学習用の物体を配置した場合の事前測定の前記データベースを第２事前測定データベースとして保持し、前記第１事前測定データベースの前記受信信号強度と前記第２事前測定データベースの前記受信信号強度との差分の絶対値が予め決められたしきい値以上の変化がある前記エリアを有効エリアに設定し、
前記検出エリア内の物体を検出する本測定の前記データベースを本測定データベースとして保持し、
前記送信ビーム識別子および前記受信ビーム識別子の組み合わせごとの前記有効エリアに設定された前記第１事前測定データベースの前記受信信号強度と前記本測定データベースの前記受信信号強度とを比較して、前記検出エリア内の物体を検出する
ことを特徴とする物体検出システム。