WO2023282096A1 - 物体検出装置 - Google Patents

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Aisin Corp
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Definitions

  • the present disclosure relates to an object detection device.
  • the TOF method is based on the difference between the timing at which a transmission wave such as an ultrasonic wave is transmitted and the timing at which a reception wave (reflected wave) generated by the reflection of the transmission wave from an object is received. This is a technique for calculating the distance to an object and the like.
  • road surface clutter, etc. is detected by subtracting a moving average value of received signal values obtained in a predetermined period before and after a given received signal from the value of the received signal.
  • CFAR Constant False Alarm Rate
  • One of the problems of the present disclosure is to provide an object detection device that can detect objects with high accuracy using CFAR processing.
  • An object detection device includes a transmission unit that transmits a transmission wave, a reception unit that receives a reception wave generated when the transmission wave is reflected by an object, and a reception wave received at a certain detection timing. Acquire the difference value between the value to be processed, which is the value of the corresponding signal to be processed, and the reference value based on the moving average value of each value of the reference signal group corresponding to the received wave received in a predetermined period before and after the detection timing a CFAR processing unit that generates information about an object based on the difference value; and a setting unit that selects a reference value that matches the detection distance corresponding to the detection timing from a plurality of reference values.
  • the reference value (value to be subtracted from the value to be processed) used in CFAR processing can be optimized according to the distance. Thereby, the accuracy of object detection using CFAR processing can be improved.
  • the setting unit may set the reference value such that the closer the detection distance is, the larger the reference value is.
  • the setting unit selects a first reference value from a plurality of reference values when the detection distance is within a predetermined short range, and selects a plurality of reference values when the detection distance is in a middle range farther than the short range. Select a second reference value that is smaller than the first reference value from, and select a third reference value that is smaller than the second reference value from a plurality of reference values when the detection distance is in a long range that is farther than the middle range. good.
  • the first reference value is the first average value which is the average value of the values of the first reference signal group corresponding to the received wave received in the first predetermined time before the detection timing, and the first reference value after the detection timing.
  • the second reference value is the maximum average value that is the larger one of the second average value that is the average value of the values of the second reference signal group corresponding to the received waves received during the second predetermined time, and the second reference value is , the average value of all reference values including each value of the first reference signal group and each value of the second reference signal group, and the third reference value is the first average value and the second average value It may be the minimum average value which is the smaller value of and.
  • FIG. 1 is a top view showing an example of the appearance of a vehicle equipped with a driving assistance system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of hardware configurations of an ECU and an object detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a distance calculation method using the TOF method.
  • 4 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the object detection device according to the embodiment;
  • FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of CFAR processing and reference value setting processing according to the embodiment;
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a total average value, maximum average value, and minimum average value according to the embodiment;
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of reference value setting processing in the object detection device according to the embodiment;
  • FIG. 1 is a top view showing an example of the appearance of a vehicle 1 equipped with a driving support system according to an embodiment.
  • the driving support system exemplified below uses ultrasonic waves to detect objects (other vehicles, road obstacles, people, animals, etc.) existing around the vehicle 1, and drives the vehicle 1 based on the detection results. It is a system that performs processing to support
  • the driving support system includes an ECU (Electronic Control Unit) 100 mounted inside a vehicle 1 having a pair of front wheels 3F and a pair of rear wheels 3R, and an ECU (Electronic Control Unit) 100 mounted on the exterior of the vehicle 1. and object detection devices 201-204.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the object detection devices 201 to 204 are installed at different positions on the rear end portion (for example, rear bumper) of the vehicle body 2 as the exterior of the vehicle 1 .
  • the hardware configurations and functions of the object detection devices 201 to 204 are the same. Therefore, hereinafter, the object detection devices 201 to 204 may be collectively referred to as the object detection device 200 for simplification.
  • the installation position of the object detection device 200 is not limited to the example shown in FIG.
  • the object detection device 200 may be installed, for example, on the front end portion (for example, front bumper, etc.) or the side portion of the vehicle body 2 .
  • the number of object detection devices 200 is not limited to the example shown in FIG.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of hardware configurations of the ECU 100 and the object detection device 200 according to the first embodiment.
  • the ECU 100 includes an input/output device 110, a storage device 120, and a processor .
  • the input/output device 110 is an interface that enables transmission and reception of information between the ECU 100 and external devices (such as the object detection device 200).
  • the storage device 120 includes main storage devices such as ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory), and/or auxiliary storage devices such as HDD (Hard Disk Drive) and SSD (Solid State Drive).
  • the processor 130 is an arithmetic processing device including a CPU (Central Processing Unit) that performs various kinds of arithmetic processing according to programs stored in the storage device 120 .
  • the processor 130 performs various processes (for example, processes for realizing automatic operation, alarm output, etc.) based on various information (for example, detection results of the object detection device 200, etc.) input from the input/output device 110 .
  • the object detection device 200 includes a transmitter/receiver 210 and a control section 220 .
  • the transmitter/receiver 210 has a vibrator 211 such as a piezoelectric element, and the action of the vibrator 211 realizes transmission and reception of ultrasonic waves. Specifically, the transmitter/receiver 210 transmits an ultrasonic wave generated in response to the vibration of the transducer 211 as a transmission wave, and the ultrasonic wave transmitted as the transmission wave is reflected by an external object and returned. The vibration of the vibrator 211 caused by the movement is received as a received wave.
  • an obstacle O installed on the road surface RS is illustrated as an object that reflects the transmitted wave from the transmitter/receiver 210 .
  • FIG. 2 illustrates a configuration in which both the transmission of transmission waves and the reception of reception waves are realized by a single transceiver 210 having a single transducer 211, but the embodiment is similar to this. is not limited to For example, a configuration in which a mechanism on the transmitting side and a mechanism on the receiving side are separated, such as a configuration in which a first transducer for transmitting transmission waves and a second transducer for receiving reception waves are provided separately. may be
  • the control unit 220 includes an input/output device 221 , a storage device 222 and a processor 223 .
  • the input/output device 221 is an interface that enables transmission and reception of information between the control unit 220 and external devices (ECU 100, transmitter/receiver 210, etc.).
  • the storage device 222 includes main storage devices such as ROM and RAM, and/or auxiliary storage devices such as HDD and SSD.
  • the processor 223 is an arithmetic processing device including a CPU or the like that performs various arithmetic processing according to programs stored in the storage device 333 .
  • the processor 223 performs various processes (for example, generating information about the obstacle O, etc.) based on various information (for example, detection data of the transmitter/receiver 210, etc.) input from the input/output device 221 .
  • the object detection device 200 detects the distance to an object (for example, an obstacle O, etc.) using a technique called the TOF method.
  • the TOF method is based on the timing at which a transmission wave was transmitted (more specifically, it began to be transmitted) and the timing at which a received wave was received (more specifically, it began to be received). This technology calculates the distance to an object based on the timing difference.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a distance calculation method using the TOF method.
  • FIG. 3 illustrates an envelope L11 (echo information) representing temporal changes in the intensity (signal level) of ultrasonic waves transmitted and received by the transmitter/receiver 210 .
  • the horizontal axis corresponds to time (TOF)
  • the vertical axis corresponds to the intensity of ultrasonic waves transmitted and received by the transmitter/receiver 210 (magnitude of vibration of the transducer 211).
  • An envelope L11 indicates the change over time of the strength indicating the magnitude of vibration of the vibrator 211 .
  • the oscillator 211 is driven and oscillated for the time Ta from the timing t0, and the transmission of the transmission wave is completed at the timing t1.
  • the vibration of the vibrator 211 due to inertia continues while attenuating. Therefore, in the graph shown in FIG. 3, the time Tb corresponds to the so-called reverberation time.
  • the envelope L11 reaches a peak when the magnitude of vibration of the vibrator 211 exceeds the detection threshold Th at timing t4, which is the time Tp after the timing t0 at which transmission of the transmission wave is started.
  • This detection threshold Th is determined by whether the vibration of the vibrator 211 is caused by receiving a reflected wave from an obstacle O (another vehicle, a structure, a pedestrian, etc.), or by an object other than the obstacle O (for example, the road surface RS etc.).
  • the detection threshold Th is shown here as a constant value, the detection threshold Th may be a variable value that changes according to the situation.
  • a vibration having a peak equal to or greater than the detection threshold Th can be considered to be caused by reception of a reflected wave from the obstacle O.
  • the envelope L11 in this example indicates that the vibration of the vibrator 211 is attenuated after timing t4. Therefore, the timing t4 corresponds to the timing when the reception of the reflected wave from the obstacle O is completed, in other words, the timing when the transmission wave last transmitted at the timing t1 returns as a reflected wave.
  • timing t3 which is the starting point of the peak at timing t4 is the timing at which reception of the reflected wave from the obstacle O starts. corresponds to the timing of returning as Therefore, the time ⁇ T between the timing t3 and the timing t4 is equal to the time Ta as the transmission time of the transmission wave.
  • the timing t0 when the transmission wave starts to be transmitted can be easily identified as the timing when the object detection device 200 starts operating, and the time Ta as the transmission time of the transmission wave is predetermined by setting or the like. Therefore, the distance from the transmission/reception source to the obstacle O can be obtained by specifying the timing t4 at which the intensity of the reflected wave reaches a peak equal to or higher than the detection threshold Th.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the object detection device 200 according to the embodiment.
  • the object detection apparatus 200 includes a transmission section 411 , a transmission control section 412 , a reception section 421 , a preprocessing section 422 , a CFAR processing section 423 , a setting section 424 and a detection processing section 425 .
  • These functional components 411, 412, 421 to 425 can be realized, for example, by cooperation of hardware components of the object detection device 200 illustrated in FIG. 2 and software components such as programs.
  • the configuration on the transmitting side and the configuration on the receiving side are separated, but such an illustrated aspect is for convenience of explanation only.
  • both transmission of transmission waves and reception of reception waves are realized by a single transmitter/receiver 210 having a single transducer 211 .
  • a configuration in which the configuration on the transmission side and the configuration on the reception side are separated is also applicable.
  • the transmission unit 411 transmits transmission waves to the outside by vibrating the oscillator 211 described above.
  • the transmission unit 411 includes, for example, a circuit that generates a carrier wave, a circuit that generates a pulse signal corresponding to identification information to be given to the carrier wave, a multiplier that modulates the carrier wave according to the pulse signal, a multiplier It can be configured using an amplifier or the like that amplifies the transmission signal output from the device.
  • the transmission control unit 412 controls transmission of transmission waves.
  • the transmission control unit 412 controls, for example, the transmission time, transmission interval, intensity, wavelength, frequency, etc. of transmission waves.
  • the transmission control unit 412 may adjust the transmission of the transmission wave based on, for example, the detection result of the object, the state of the road surface RS, the speed of the vehicle 1, and the like.
  • the reception unit 421 receives reception waves (reflected waves) generated by reflection of the transmission waves transmitted from the transmission unit 411 by an object.
  • the receiving unit 421 can be configured using, for example, an AD converter or the like in addition to the transducer 211 .
  • the preprocessing unit 422 performs preprocessing to generate echo information (for example, an envelope as illustrated in FIG. 3) that indicates the temporal change in the intensity of received waves.
  • Preprocessing includes, for example, amplification processing for amplifying the received signal corresponding to the received wave, filtering processing for reducing noise contained in the amplified received signal, and obtaining a correlation value indicating the degree of similarity between the transmitted signal and the received signal. Correlation processing, etc., may be included.
  • the CFAR processing unit 423 executes CFAR processing on the echo information generated by the preprocessing unit 422.
  • the CFAR processing unit 423 generates a processing target value, which is a value of a processing target signal corresponding to a received wave received at a certain detection timing, and a group of reference signals corresponding to received waves received in a predetermined period before and after the detection timing. Get the difference value from the reference value based on the moving average value of each value.
  • the CFAR processing unit 423 according to the present embodiment performs CA-CFAR (Cell Averaging Constant False Alarm Rate) processing, GO-CFAR (Greatest Of Constant False Alarm Rate) processing, and SO-CFAR (Smallest Of Constant False Alarm Rate) process.
  • CA-CFAR processing includes each value of the first reference signal group corresponding to the received wave received in the first predetermined period before the detection timing, and the received wave received in the second predetermined period after the detection timing. This is a process using the average value (total average value) of all reference values including each value of the second reference signal group corresponding to , as a reference value.
  • GO-CFAR processing refers to the larger of the first average value that is the average value of each value of the first reference signal group and the second average value that is the average value of each value of the second reference signal group ( maximum average value) as a reference value.
  • SO-CFAR processing is processing in which the smaller value (minimum average value) of the first average value and the second average value is used as a reference value.
  • the setting unit 424 executes reference value setting processing for selecting a reference value to be used in CFAR processing based on the detection distance corresponding to the detection timing from a plurality of preset reference values.
  • the setting unit 424 sets (selects) the reference value so that the reference value in the CFAR process becomes larger as the detection distance is shorter. A specific example of the reference value setting process will be described later.
  • the detection processing unit 425 generates information about the object based on the difference value acquired by the CFAR processing unit 423. For example, the detection processing unit 425 determines the presence or absence of an object (obstacle O), the distance to the object, etc. based on the TOF when the difference value exceeds a predetermined threshold (for example, the detection threshold Th illustrated in FIG. 3). generate the information shown.
  • a predetermined threshold for example, the detection threshold Th illustrated in FIG. 3
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of CFAR processing and reference value setting processing according to the embodiment.
  • a signal to be processed 501 is a received signal corresponding to a received wave received at a certain detection timing.
  • a first reference signal group 502 is a reception signal group corresponding to reception waves received in the first predetermined period before the detection timing corresponding to the signal to be processed 501 .
  • a second reference signal group 503 is a reception signal group corresponding to reception waves received during a second predetermined period after the detection timing corresponding to the signal to be processed 501 .
  • CFAR processing section 423 generates a first average value that is the average value of each value of first reference signal group 502 and a second average value that is the average value of each value of second reference signal group 503 . and a total average value that is the average value of all reference values including each value of the first reference signal group 502 and each value of the second reference signal group 503 are calculated.
  • the setting unit 424 compares the first average value and the second average value, outputs the larger one as the maximum average value, and outputs the smaller one as the minimum average value. Further, the setting unit 424 selects an average value suitable for the distance (detection distance) corresponding to the detection timing corresponding to the signal to be processed 501 from among the total average value, the maximum average value, and the minimum average value. Set the average value as the reference value. Specifically, the setting unit 424 sets the maximum average value as a reference value when the detection distance is within a predetermined short distance range, sets the total average value as the reference value, and sets the minimum average value as the reference value when the detection distance is in a predetermined long range that is farther than the middle range.
  • the CFAR processing unit 423 calculates a difference value by subtracting the reference value set by the setting unit 424 from the processing target value.
  • the detection processing unit 425 generates a measurement result indicating the distance to the obstacle O based on the comparison result between the difference value calculated as described above and a threshold value (for example, the detection threshold value Th illustrated in FIG. 3).
  • the specific numerical values of the short range, middle range, and long range should not be particularly limited, for example, the short range is less than 2 m, the middle range is 2 m or more and less than 4 m, and the long range is It can be set to 4m or more.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the total average value, maximum average value, and minimum average value according to the embodiment.
  • an envelope L700 indicating temporal changes in the signal level (strength) of the received wave
  • an overall average value line L701 indicating temporal changes in the total average value
  • a maximum average value indicating temporal changes in the maximum average value
  • the relationship between the value line L702 and the minimum average value line L703 indicating the temporal change of the minimum average value is illustrated.
  • the maximum average value is larger than the overall average value
  • the minimum average value is smaller than the overall average value.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of reference value setting processing in the object detection device 200 according to the embodiment.
  • the CFAR processing unit 423 extracts the value of the processing target signal 501 from the echo information generated by the preprocessing unit 422. A value (see FIG. 5) is obtained (S102). After that, the CFAR processing unit 423 calculates the total average value, the first average value, and the second average value (S103), and the setting unit 424 selects the larger one of the first average value and the second average value as the maximum average value. value, and the smaller one is determined as the minimum average value (S104).
  • the setting unit 424 determines whether or not the detection distance is within the short distance range (S105), and if the detection distance is within the short distance range (S105: Yes), sets the reference value to the maximum average value. (S106). If the detected distance is not within the short range (S105: No), the setting unit 424 determines whether the detected distance is within the middle range (S107). If the detected distance is within the middle distance range (S107: Yes), the setting unit 424 sets the reference value to the total average value (S108). If the detected distance is not within the middle range (S107: No), the setting unit 424 determines whether the detected distance is within the long range (S109).
  • the setting unit 424 sets the reference value to the minimum average value (S110). If the detected distance is not within the long distance range (S109: No), the setting unit 424 sets the reference value to a predetermined default value (S111). A difference value is calculated by CFAR processing using the reference value set in this way, and information about an object (such as an obstacle O) is generated based on the difference value.
  • the reference value used for CFAR processing can be appropriately set according to the detection distance. This makes it possible to perform highly accurate object detection using CFAR processing.
  • a program that causes a computer (the processors 223 and 130 in the above embodiment) to execute processing for realizing the functions described above is stored as a file in an installable or executable format on a CD-ROM, a CD-R, or a memory. It may be stored in a computer-readable storage medium such as a card, DVD (Digital Versatile Disk), flexible disk (FD), etc., and provided as a computer program product. Alternatively, the program may be stored on a computer connected to a network such as the Internet, and provided by being downloaded via the network. Also, the program may be provided or distributed via a network such as the Internet.

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Abstract

物体検出装置は、送信波を送信する送信部と、送信波が物体に反射されることにより生じる受信波を受信する受信部と、ある検出タイミングで受信された受信波に対応する処理対象信号の値である処理対象値と、検出タイミングの前後の所定期間に受信された受信波に対応する参照信号群の各値の移動平均値に基づく基準値との差分値を取得するＣＦＡＲ処理部と、差分値に基づいて物体に関する情報を生成する検出処理部と、複数の基準値から検出タイミングに対応する検出距離に適合する基準値を選択する設定部と、を備える。

Description

物体検出装置
　本開示は、物体検出装置に関する。
　車両制御システム等において、ＴＯＦ（Time　Of　Flight）法を利用して車両の周辺に存在する物体を検出する装置が利用されている。ＴＯＦ法とは、超音波等の送信波が送信されたタイミングと、送信波が物体に反射されることにより生じる受信波（反射波）が受信されたタイミングとの差に基づいて、車両等から物体までの距離等を算出する技術である。また、ＴＯＦ法による物体検出の精度を向上させるための技術として、ある受信信号の値から当該受信信号の前後の所定期間に取得された受信信号の値の移動平均値を差し引くことにより路面クラッタ等の影響を抑制するＣＦＡＲ（Constant　False　Alarm　Rate）処理が知られている。
特開２００６－２９２５９７号公報
　本開示の課題の一つは、ＣＦＡＲ処理を利用して物体を高精度に検出可能な物体検出装置を提供することである。
　本開示の一例としての物体検出装置は、送信波を送信する送信部と、送信波が物体に反射されることにより生じる受信波を受信する受信部と、ある検出タイミングで受信された受信波に対応する処理対象信号の値である処理対象値と、検出タイミングの前後の所定期間に受信された受信波に対応する参照信号群の各値の移動平均値に基づく基準値との差分値を取得するＣＦＡＲ処理部と、差分値に基づいて物体に関する情報を生成する検出処理部と、複数の基準値から検出タイミングに対応する検出距離に適合する基準値を選択する設定部と、を備える。
　上記構成によれば、ＣＦＡＲ処理において使用される基準値（処理対象値から差し引かれる値）を距離に応じて適正化できる。これにより、ＣＦＡＲ処理を利用した物体検出の精度を向上させることができる。
　また、設定部は、検出距離が近いほど基準値が大きくなるように基準値を設定してもよい。
　これにより、近距離における物体の誤検出及び遠距離における物体の検出漏れを抑制できる。
　また、設定部は、検出距離が所定の近距離範囲にある場合に複数の基準値から第１基準値を選択し、検出距離が近距離範囲より遠い中距離範囲にある場合に複数の基準値から第１基準値より小さい第２基準値を選択し、検出距離が中距離範囲より遠い遠距離範囲にある場合に複数の基準値から第２基準値より小さい第３基準値を選択してもよい。
　これにより、近距離、中距離、及び遠距離のそれぞれについて適切な基準値を設定できる。
　また、第１基準値は、検出タイミングより前の第１所定時間に受信された受信波に対応する第１参照信号群の各値の平均値である第１平均値と、検出タイミングより後の第２所定時間に受信された受信波に対応する第２参照信号群の各値の平均値である第２平均値とのうち大きい方の値である最大平均値であり、第２基準値は、第１参照信号群の各値と第２参照信号群の各値とを含む全参照値の平均値である全平均値であり、第３基準値は、第１平均値と第２平均値とのうち小さい方の値である最小平均値であってもよい。
　これにより、全平均値、最大平均値、及び最小平均値を利用して、近距離、中距離、及び遠距離のそれぞれの基準値を設定できる。
図１は、実施形態に係る運転支援システムを備えた車両の外観の一例を示す上面図である。 図２は、第１実施形態に係るＥＣＵ及び物体検出装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 図３は、ＴＯＦ法による距離の算出方法の一例を示す図である。 図４は、実施形態にかかる物体検出装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 図５は、実施形態にかかるＣＦＡＲ処理及び基準値設定処理の一例を示す図である。 図６は、実施形態にかかる全平均値、最大平均値、及び最小平均値の一例を示す図である。 図７は、実施形態にかかる物体検出装置における基準値設定処理の一例を示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。以下に記載する実施形態の構成、並びに当該構成によってもたらされる作用及び効果はあくまで一例であって、以下の記載内容に限られるものではない。
　図１は、実施形態に係る運転支援システムを備えた車両１の外観の一例を示す上面図である。以下に例示する運転支援システムは、超音波を利用して車両１の周辺に存在する物体（他車両、路上障害物、人、動物等）を検出し、その検出結果に基づいて車両１の運転を支援するための処理を行うシステムである。
　図１に示すように、運転支援システムは、一対の前輪３Ｆと一対の後輪３Ｒとを有する車両１の内部に搭載されたＥＣＵ（Electronic　Control　Unit）１００と、車両１の外装に搭載された物体検出装置２０１～２０４とを備えている。
　図１に示す例では、物体検出装置２０１～２０４は、車両１の外装としての車体２の後端部（例えばリヤバンパ等）において互いに異なる位置に設置されている。本実施形態において、物体検出装置２０１～２０４が有するハードウェア構成及び機能は、それぞれ同一である。従って、以下では、簡単化のため、物体検出装置２０１～２０４を総称して物体検出装置２００と記載することがある。
　なお、物体検出装置２００の設置位置は、図１に示す例に限定されるものではない。物体検出装置２００は、例えば、車体２の前端部（例えばフロントバンパ等）や側面部に設置されてもよい。また、物体検出装置２００の個数も図１に示す例に限定されるものではない。
　図２は、第１実施形態に係るＥＣＵ１００及び物体検出装置２００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
　ＥＣＵ１００は、入出力装置１１０と、記憶装置１２０と、プロセッサ１３０とを備えている。
　入出力装置１１０は、ＥＣＵ１００と外部デバイス（物体検出装置２００等）との間における情報の送受信を可能にするインターフェースである。記憶装置１２０は、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）等の主記憶装置、及び／又はＨＤＤ（Hard　Disk　Drive）、ＳＳＤ（Solid　State　Drive）等の補助記憶装置を含んでいる。プロセッサ１３０は、記憶装置１２０に記憶されたプログラムに従って各種演算処理を行うＣＰＵ（Central　Processing　Unit）等を含む演算処理装置である。プロセッサ１３０は、入出力装置１１０から入力される各種情報（例えば物体検出装置２００の検出結果等）に基づいて各種処理（例えば自動運転、警報出力等を実現するための処理）を行う。
　物体検出装置２００は、送受信器２１０と、制御部２２０とを備えている。
　送受信器２１０は、圧電素子等の振動子２１１を有し、振動子２１１の作用により超音波の送受信を実現する。具体的には、送受信器２１０は、振動子２１１の振動に応じて発生する超音波を送信波として送信し、当該送信波として送信された超音波が外部に存在する物体に反射されて戻ってくることでもたらされる振動子２１１の振動を受信波として受信する。図２に示す例では、送受信器２１０からの送信波を反射する物体として、路面ＲＳ上に設置された障害物Ｏが例示されている。
　なお、図２には、送信波の送信と受信波の受信との両方が単一の振動子２１１を有する単一の送受信器２１０により実現される構成が例示されているが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、送信波の送信用の第１振動子と受信波の受信用の第２振動子とが別々に設けられた構成のように、送信側の機構と受信側の機構とが分離された構成であってもよい。
　制御部２２０は、入出力装置２２１と、記憶装置２２２と、プロセッサ２２３とを備えている。
　入出力装置２２１は、制御部２２０と外部デバイス（ＥＣＵ１００、送受信器２１０等）との間における情報の送受信を可能するインターフェースである。記憶装置２２２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の主記憶装置、及び／又はＨＤＤ、ＳＳＤ等の補助記憶装置を含んでいる。プロセッサ２２３は、記憶装置３３３に記憶されたプログラムに従って各種演算処理を行うＣＰＵ等を含む演算処理装置である。プロセッサ２２３は、入出力装置２２１から入力される各種情報（例えば送受信器２１０の検出データ等）に基づいて各種処理（例えば障害物Ｏに関する情報の生成等）を行う。
　本実施形態に係る物体検出装置２００は、いわゆるＴＯＦ法と呼ばれる技術により物体（例えば障害物Ｏ等）までの距離を検出する。以下に詳述するように、ＴＯＦ法とは、送信波が送信された（より具体的には送信され始めた）タイミングと、受信波が受信された（より具体的には受信され始めた）タイミングとの差に基づき、物体までの距離を算出する技術である。
　図３は、ＴＯＦ法による距離の算出方法の一例を示す図である。図３には、送受信器２１０が送受信する超音波の強度（信号レベル）の経時的変化を示す包絡線Ｌ１１（エコー情報）が例示されている。図３に示すグラフにおいて、横軸は時間（ＴＯＦ）に対応し、縦軸は送受信器２１０により送受信される超音波の強度（振動子２１１の振動の大きさ）に対応する。
　包絡線Ｌ１１は、振動子２１１の振動の大きさを示す強度の経時的変化を示している。図３に例示する包絡線Ｌ１１から、振動子２１１がタイミングｔ０から時間Ｔａだけ駆動されて振動することで、タイミングｔ１で送信波の送信が完了し、その後タイミングｔ２に至るまでの時間Ｔｂの間、慣性による振動子２１１の振動が減衰しながら継続する、ということが読み取れる。従って、図３に示すグラフにおいて、時間Ｔｂは、いわゆる残響時間に対応している。
　包絡線Ｌ１１は、送信波の送信が開始したタイミングｔ０から時間Ｔｐだけ経過したタイミングｔ４で、振動子２１１の振動の大きさが検出閾値Ｔｈ以上となるピークを迎える。この検出閾値Ｔｈは、振動子２１１の振動が障害物Ｏ（他車両、構造物、歩行者等）からの反射波の受信によってもたらされたものか、障害物Ｏ以外の物体（例えば路面ＲＳ等）からの反射波の受信によってもたらされたものかを識別するために設定される値である。なお、ここでは検出閾値Ｔｈが一定値として示されているが、検出閾値Ｔｈは、状況に応じて変化する変動値であってもよい。検出閾値Ｔｈ以上のピークを有する振動は、障害物Ｏからの反射波の受信によってもたらされたものとみなすことができる。
　本例の包絡線Ｌ１１では、タイミングｔ４以降で振動子２１１の振動が減衰していることが示されている。従って、タイミングｔ４は、障害物Ｏからの反射波の受信が完了したタイミング、換言すればタイミングｔ１で最後に送信された送信波が反射波として戻ってくるタイミングに対応する。
　また、包絡線Ｌ１１において、タイミングｔ４におけるピークの開始点としてのタイミングｔ３は、障害物Ｏからの反射波の受信が開始したタイミング、換言すればタイミングｔ０で最初に送信された送信波が反射波として戻ってくるタイミングに対応する。従って、タイミングｔ３とタイミングｔ４との間の時間ΔＴは、送信波の送信時間としての時間Ｔａと等しくなる。
　以上のことから、ＴＯＦを利用して超音波の送受信元から障害物Ｏまでの距離を求めるためには、送信波が送信され始めたタイミングｔ０と反射波が受信され始めたタイミングｔ３との間の時間Ｔｆを求めることが必要となる。この時間Ｔｆは、タイミングｔ０と反射波の強度が検出閾値Ｔｈを超えてピークを迎えるタイミングｔ４との差分としての時間Ｔｐから、送信波の送信時間としての時間Ｔａに等しい時間ΔＴを差し引くことで求めることができる。
　送信波が送信され始めたタイミングｔ０は、物体検出装置２００が動作を開始したタイミングとして容易に特定することができ、送信波の送信時間としての時間Ｔａは、設定等によって予め定められている。従って、反射波の強度が検出閾値Ｔｈ以上となるピークを迎えるタイミングｔ４を特定することにより、送受信元から障害物Ｏまでの距離を求めることができる。
　図４は、実施形態にかかる物体検出装置２００の機能構成の一例を示すブロック図である。本実施形態にかかる物体検出装置２００は、送信部４１１、送信制御部４１２、受信部４２１、前処理部４２２、ＣＦＡＲ処理部４２３、設定部４２４、及び検出処理部４２５を備える。これらの機能的構成要素４１１，４１２，４２１～４２５は、例えば、図２に例示するような物体検出装置２００のハードウェア構成要素、及びプログラム等のソフトウェア構成要素の協働により実現され得る。なお、図４に示す例では、送信側の構成と受信側の構成とが分離されているが、このような図示の態様は、あくまで説明の便宜のためのものである。本実施形態では、上述したように、送信波の送信と受信波の受信との両方が単一の振動子２１１を有した単一の送受信器２１０により実現される。ただし、上述したように、送信側の構成と受信側の構成とが分離された構成も適用可能である。
　送信部４１１は、上述した振動子２１１を振動させることにより外部へ向けて送信波を送信する。送信部４１１は、振動子２１１の他に、例えば、搬送波を生成する回路、搬送波に付与すべき識別情報に対応するパルス信号を生成する回路、パルス信号に応じて搬送波を変調する乗算器、乗算器から出力された送信信号を増幅する増幅器等を利用して構成され得る。
　送信制御部４１２は、送信波の送信を制御する。送信制御部４１２は、例えば、送信波の送信時間、送信間隔、強度、波長、周波数等を制御する。送信制御部４１２は、例えば、物体の検出結果、路面ＲＳの状態、車両１の速度等に基づいて送信波の送信を調整してもよい。
　受信部４２１は、送信部４１１から送信された送信波が物体に反射されることにより生じる受信波（反射波）を受信する。受信部４２１は、振動子２１１の他に、例えば、ＡＤ変換器等を利用して構成され得る。
　前処理部４２２は、受信波の強度の経時的変化を示すエコー情報（例えば図３に例示するような包絡線）を生成する前処理を行う。前処理には、例えば、受信波に対応する受信信号を増幅する増幅処理、増幅された受信信号に含まれるノイズを低減するフィルタ処理、送信信号と受信信号との類似度を示す相関値を取得する相関処理等が含まれ得る。
　ＣＦＡＲ処理部４２３は、前処理部４２２により生成されたエコー情報に対してＣＦＡＲ処理を実行する。ＣＦＡＲ処理部４２３は、ある検出タイミングで受信された受信波に対応する処理対象信号の値である処理対象値と、当該検出タイミングの前後の所定期間に受信された受信波に対応する参照信号群の各値の移動平均値に基づく基準値との差分値を取得する。本実施形態にかかるＣＦＡＲ処理部４２３は、ＣＦＡＲ処理として、ＣＡ－ＣＦＡＲ（Cell　Averaging　Constant　False　Alarm　Rate）処理、ＧＯ－ＣＦＡＲ（Greatest　Of　Constant　False　Alarm　Rate）処理、及びＳＯ－ＣＦＡＲ（Smallest　Of　Constant　False　Alarm　Rate）処理を行う。ＣＡ－ＣＦＡＲ処理とは、検出タイミングより前の第１所定期間に受信された受信波に対応する第１参照信号群の各値と、検出タイミングより後の第２所定期間に受信された受信波に対応する第２参照信号群の各値とを含む全参照値の平均値（全平均値）を基準値とする処理である。ＧＯ－ＣＦＡＲ処理とは、第１参照信号群の各値の平均値である第１平均値と第２参照信号群の各値の平均値である第２平均値とのうち大きい方の値（最大平均値）を基準値とする処理である。ＳＯ－ＣＦＡＲ処理とは、第１平均値と第２平均値とのうち小さい方の値（最小平均値）を基準値とする処理である。
　設定部４２４は、予め設定された複数の基準値から上記検出タイミングに対応する検出距離に基づいて、ＣＦＡＲ処理において用いられる基準値を選択する基準値設定処理を実行する。本実施形態にかかる設定部４２４は、検出距離が近いほどＣＦＡＲ処理における基準値が大きくなるように当該基準値を設定（選択）する。基準値設定処理の具体例については後述する。
　検出処理部４２５は、ＣＦＡＲ処理部４２３により取得された差分値に基づいて物体に関する情報を生成する。検出処理部４２５は、例えば、差分値が所定の閾値（例えば図３に例示する検出閾値Ｔｈ）を超えたときのＴＯＦに基づいて、物体（障害物Ｏ）の存否、物体までの距離等を示す情報を生成する。
　図５は、実施形態にかかるＣＦＡＲ処理及び基準値設定処理の一例を示す図である。図５において、処理対象信号５０１、第１参照信号群５０２、及び第２参照信号群５０３が例示されている。処理対象信号５０１は、ある検出タイミングに受信された受信波に対応する受信信号である。第１参照信号群５０２は、処理対象信号５０１に対応する検出タイミングより前の第１位所定期間に受信された受信波に対応する受信信号群である。第２参照信号群５０３は、処理対象信号５０１に対応する検出タイミングより後の第２所定期間に受信された受信波に対応する受信信号群である。
　図５に示すように、ＣＦＡＲ処理部４２３は、第１参照信号群５０２の各値の平均値である第１平均値と、第２参照信号群５０３の各値の平均値である第２平均値と、第１参照信号群５０２の各値及び第２参照信号群５０３の各値を含む全参照値の平均値である全平均値とを算出する。
　設定部４２４は、第１平均値と第２平均値とを比較し、大きい方を最大平均値として出力し、小さい方を最小平均値として出力する。また、設定部４２４は、全平均値、最大平均値、及び最小平均値の中から、処理対象信号５０１に対応する検出タイミングに対応する距離（検出距離）に適合する平均値を選択し、選択した平均値を基準値として設定する。具体的には、設定部４２４は、検出距離が所定の近距離範囲にある場合には最大平均値を基準値として設定し、検出距離が近距離範囲より遠い所定の中距離範囲にある場合には全平均値を基準値として設定し、検出距離が中距離範囲より遠い所定の遠距離範囲にある場合には最小平均値を基準値として設定する。そして、ＣＦＡＲ処理部４２３は、設定部４２４により設定された基準値を処理対象値から差し引くことにより差分値を算出する。検出処理部４２５は、上記のように算出された差分値と閾値（例えば図３に例示する検出閾値Ｔｈ）との比較結果に基づいて障害物Ｏまでの距離等を示す測定結果を生成する。
　なお、近距離範囲、中距離範囲、及び遠距離範囲の具体的数値は特に限定されるべきものではないが、例えば近距離範囲を２ｍ未満、中距離範囲を２ｍ以上４ｍ未満、遠距離範囲を４ｍ以上等と設定できる。
　図６は、実施形態にかかる全平均値、最大平均値、及び最小平均値の一例を示す図である。図６において、受信波の信号レベル（強度）の経時的変化を示す包絡線Ｌ７００と、全平均値の経時的変化を示す全平均値線Ｌ７０１と、最大平均値の経時的変化を示す最大平均値線Ｌ７０２と、最小平均値の経時的変化を示す最小平均値線Ｌ７０３との関係が例示されている。図６に示すように、最大平均値は全平均値より大きい値となり、最小平均値は全平均値より小さい値となる。このような大小関係を有する３つの平均値を利用することにより、ＣＦＡＲ処理における基準値を検出距離に合わせて適切に設定できる。
　図７は、実施形態にかかる物体検出装置２００における基準値設定処理の一例を示すフローチャートである。送信部４１１が送信波を送信し、受信部４２１が受信波を受信すると（Ｓ１０１）、ＣＦＡＲ処理部４２３は、前処理部４２２により生成されたエコー情報から処理対象信号５０１の値である処理対象値（図５参照）を取得する（Ｓ１０２）。その後、ＣＦＡＲ処理部４２３は、全平均値、第１平均値、及び第２平均値を算出し（Ｓ１０３）、設定部４２４は、第１平均値及び第２平均値のうち大きい方を最大平均値として決定し、小さい方を最小平均値として決定する（Ｓ１０４）。
　その後、設定部４２４は、検出距離が近距離範囲内にあるか否かを判定し（Ｓ１０５）、検出距離が近距離範囲内にある場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、基準値を最大平均値に設定する（Ｓ１０６）。検出距離が近距離範囲内にない場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）、設定部４２４は、検出距離が中距離範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１０７）。検出距離が中距離範囲内にある場合（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、設定部４２４は、基準値を全平均値に設定する（Ｓ１０８）。検出距離が中距離範囲内にない場合（Ｓ１０７：Ｎｏ）、設定部４２４は、検出距離が遠距離範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１０９）。検出距離が遠距離範囲内にある場合（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、設定部４２４は、基準値を最小平均値に設定する（Ｓ１１０）。検出距離が遠距離範囲内にない場合（Ｓ１０９：Ｎｏ）、設定部４２４は、基準値を所定のデフォルト値に設定する（Ｓ１１１）。このように設定された基準値を用いたＣＦＡＲ処理により差分値が算出され、当該差分値に基づいて物体（障害物Ｏ等）に関する情報が生成される。
　上記のような構成により、検出距離が近いほどＣＦＡＲ処理における基準値が高く設定されるため、ＣＦＡＲ処理により算出される差分値が過度に大きい値となることが防止される。これにより、近距離における障害物Ｏの誤検出の可能性を低減できる。また、検出距離が遠いほど基準値が低く設定されるため、差分値が過度に小さい値となることが防止される。これにより、遠距離における障害物Ｏの検出漏れの可能性を低減できる。
　以上のように、本実施形態にかかる物体検出装置２００によれば、ＣＦＡＲ処理に用いられる基準値を検出距離に応じて適切に設定できる。これにより、ＣＦＡＲ処理を利用した物体検出を高精度に行うことが可能となる。
　上記のような機能を実現するための処理をコンピュータ（上記実施形態ではプロセッサ２２３，１３０）に実行させるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ（Digital　Versatile　Disk）、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータプログラムプロダクトとして提供されるようにしてもよい。また、当該プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するようにしてもよい。また、当該プログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するようにしてもよい。
　以上、本開示の実施形態を説明したが、上述した実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上述した新規な実施形態は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述した実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１…車両、２…車体、３Ｆ…前輪、３Ｒ…後輪、１００…ＥＣＵ、１１０…入出力装置、１２０…記憶装置、１３０…プロセッサ、２００，２０１～２０４…物体検出装置、２１０…送受信器、２１１…振動子、２２０…制御部、２２１…入出力装置、２２２…記憶装置、２２３…プロセッサ、４１１…送信部、４１２…送信制御部、４２１…受信部、４２２…前処理部、４２３…ＣＦＡＲ処理部、４２４…設定部、４２５…検出処理部、５０１…処理対象信号、５０２…第１参照信号群、５０３…第２参照信号群、Ｌ１１，Ｌ７００…包絡線、Ｌ７０１…全平均値線、Ｌ７０２…最大平均値線、Ｌ７０３…最小平均値線、Ｔｈ…検出閾値 

Claims (4)

  1. 　送信波を送信する送信部と、
    　前記送信波が物体に反射されることにより生じる受信波を受信する受信部と、
    　ある検出タイミングで受信された前記受信波に対応する処理対象信号の値である処理対象値と、前記検出タイミングの前後の所定期間に受信された前記受信波に対応する参照信号群の各値の移動平均値に基づく基準値との差分値を取得するＣＦＡＲ処理部と、
    　前記差分値に基づいて前記物体に関する情報を生成する検出処理部と、
    　予め設定された複数の前記基準値から前記検出タイミングに対応する検出距離に適合する前記基準値を選択する設定部と、
    　を備える物体検出装置。
  2. 　前記設定部は、前記検出距離が近いほど前記基準値が大きくなるように前記基準値を設定する、
    　請求項１に記載の物体検出装置。
  3. 　前記設定部は、前記検出距離が所定の近距離範囲にある場合に複数の前記基準値から第１基準値を選択し、前記検出距離が前記近距離範囲より遠い中距離範囲にある場合に複数の前記基準値から前記第１基準値より小さい第２基準値を選択し、前記検出距離が前記中距離範囲より遠い遠距離範囲にある場合に複数の前記基準値から前記第２基準値より小さい第３基準値を選択する、
    　請求項２に記載の物体検出装置。
  4. 　前記第１基準値は、前記検出タイミングより前の第１所定時間に受信された前記受信波に対応する第１参照信号群の各値の平均値である第１平均値と、前記検出タイミングより後の第２所定時間に受信された前記受信波に対応する第２参照信号群の各値の平均値である第２平均値とのうち大きい方の値である最大平均値であり、
    　前記第２基準値は、前記第１参照信号群の各値と前記第２参照信号群の各値とを含む全参照値の平均値である全平均値であり、
    　前記第３基準値は、前記第１平均値と前記第２平均値とのうち小さい方の値である最小平均値である、
    　請求項３に記載の物体検出装置。
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