信号処理装置、及びレーダ装置
【課題】 レーダ軸のずれを精度よく検出する。
【解決手段】
車両に搭載されるとともに静止物標に反射されたレーダ信号を受信するレーダ送受信機の信号処理装置は、前記静止物標における前記レーダ信号の反射点を前記受信したレーダ信号に基づき検出する物標検出手段と、前記車両に搭載された画像認識装置が前記静止物標の近傍に他の物標が存在しないことを前記静止物標を含む撮像画像に基づき検出したときに、前記反射点の分布方向と基準方向との差が基準値以上か否かを検出する軸ずれ検出手段とを有するので、軸ずれ検出に適した状況で軸ずれ検出を行い、適さない状況での軸ずれ検出を回避できる。よって、軸ずれを精度よく検出できる。
【解決手段】
車両に搭載されるとともに静止物標に反射されたレーダ信号を受信するレーダ送受信機の信号処理装置は、前記静止物標における前記レーダ信号の反射点を前記受信したレーダ信号に基づき検出する物標検出手段と、前記車両に搭載された画像認識装置が前記静止物標の近傍に他の物標が存在しないことを前記静止物標を含む撮像画像に基づき検出したときに、前記反射点の分布方向と基準方向との差が基準値以上か否かを検出する軸ずれ検出手段とを有するので、軸ずれ検出に適した状況で軸ずれ検出を行い、適さない状況での軸ずれ検出を回避できる。よって、軸ずれを精度よく検出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるレーダ装置の軸ずれを検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置により車両周囲の物標を検出し、車両の動作を自動制御する車両制御システムが知られている。レーダ装置は、車両周囲をレーダ信号により走査して、物標の相対距離、相対速度、及び方位角を検出する。ここで物標は、先行車両や対向車両、路側の設置物などである。また方位角は、自車両の進行方向正面（０度）に対する方位角である。車両制御システムは、物標の相対速度、相対距離、方位角に基づいて、先行車両に対する追従走行制御や、他の車両や障害物に対する衝突回避・対応制御を行う。
【０００３】
レーダ装置は、レーダ軸に対する反射信号の到来角度を検出する。ここでレーダ軸は、走査領域の中心であり、たとえば、アンテナの回動範囲の中心や、送信信号の利得が最大となるアンテナパターンの中心である。レーダ装置は、レーダ軸が自車両の進行方向正面に一致するように取り付けられる。よって、レーダ装置は、自車両の進行方向正面に対する反射信号の到来角度を物標の方位角として検出する。
【０００４】
ところで、車両の走行中には、路面からの振動や予期せぬ軽衝突による衝撃がレーダ装置に加わる場合がある。すると、レーダ装置の取付け位置や角度が変化して、レーダ軸が自車両の進行方向正面からずれること（以下、軸ずれという）がある。
【０００５】
軸ずれが発生すると、レーダ装置は物標の方位角を正確に検出できなくなる。このとき検出された方位角に基づいて車両制御システムが車両制御を行うと、安全性が損なわれるおそれがある。かかる事態を回避するためには、軸ずれが発生したときにこれを迅速に検出することが求められる。よって、レーダ装置において定期的に軸ずれ検出を行う方法が提案されている。特許文献１には、軸ずれ検出を行うレーダ装置の例が記載されている。
【０００６】
従来の軸ずれ検出方法のひとつによれば、レーダ装置は自車両の進行方向に延在する路側の静止物標、たとえばガードレールを利用して軸ずれを検出する。具体的には、レーダ装置は、自車両が直線道路を走行しているときに、ガードレールにおける反射点を検出し、その分布方向に基づきガードレールの延在方向を検出する。ここで一般的に、直線道路におけるガードレールの延在方向は、自車両の進行方向である方位角０度方向、つまりレーダ軸方向と一致している。よって、軸ずれが発生していない状態で検出した延在方向は、方位角０度方向と一致する。このことからレーダ装置は、検出したガードレールの延在方向が方位角０度方向からずれているときに、軸ずれを検出する。そして、このとき車両制御システムは車両制御を一時停止し、レーダ装置が検出した誤った方位角に基づく車両制御を回避する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願２００４−１９８１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ガードレールの近傍に建築物や停車中の車両といった静止物標が存在する場合がある。そして、これら近傍の静止物標から得られる受信信号レベルは、一般的にガードレールにおける反射点から得られる受信信号レベルより大きい。すると、レーダ装置が、ガードレール近傍の静止物標からの受信信号を、ガードレールからの受信信号として誤検出する場合がある。
【０００９】
かかる場合に上記の方法を実行すれば、レーダ装置がガードレールの延在方向を誤って検出することになる。このため、軸ずれの検出精度が低下する。すると、車両制御システムが不適切な車両制御を行うおそれがある。たとえば、レーダ装置が物標の方位角を正確に検出しているにもかかわらず軸ずれを検出し、車両制御システムが車両制御を停止する。あるいは反対に、レーダ装置が物標の方位角を誤って検出しているにもかかわらず軸ずれを検出せず、車両制御システムが誤った方位角に基づく車両制御を行ったりする。
【００１０】
そこで、上記に鑑みてなされた本発明の目的は、軸ずれを精度よく検出できるレーダ装置とその信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、車両に搭載されるとともに静止物標に反射されたレーダ信号を受信するレーダ送受信機の信号処理装置であって、前記静止物標における前記レーダ信号の反射点を前記受信したレーダ信号に基づき検出する物標検出手段と、前記車両に搭載された画像認識装置が前記静止物標の近傍に他の物標が存在しないことを前記静止物標を含む撮像画像に基づき検出したときに、前記反射点の分布方向と基準方向との差分が基準値以上か否かを検出する軸ずれ検出手段とを有する信号処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レーダ装置における軸ずれを精度よく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。
【図２】レーダ装置１０を中心とする車両制御システムのブロック図である。
【図３】送受信信号とビート信号の関係を説明する図である。
【図４】車両制御システムの基本的な動作手順を説明するフローチャート図である。
【図５】軸ずれ検出を行う際の状況について説明する図である。
【図６】図５で示した状況に対応する撮像画像を模式的に示す図である。
【図７】静止物標の延在方向を画像認識する方法について説明する図である。
【図８】画像認識装置の軸ずれ検出方法を説明する図である。
【図９】軸ずれ検出手順を説明するためのフローチャート図である。
【図１０】変形例における軸ずれ検出手順を説明するフローチャート図である。
【図１１】さらに好適な態様における軸ずれ検出手順を説明するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１５】
図１は、本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。ここでは、車両１周囲の状況に応じて車両１の動作を自動制御する車両制御システムが示される。この車両制御システムは、車両１周囲の物標を検出するレーダ装置１０、物標や路面のセンターラインを画像認識する画像認識装置５０、及び車両１の各種アクチュエータを制御する車両制御装置１００とを有する。この車両制御システムは、先行車両への追従走行制御、他の車両や障害物との衝突回避・対応制御や、車両１の適切な走行車線を維持する車線維持制御を行う。
【００１６】
レーダ装置１０は、レーダ軸を中心とする走査領域をレーダ信号により走査する。すなわち、レーダ軸はレーダ装置１０の走査領域の中心である。レーダ装置１０は、車両１の前部バンパー内部やフロントグリル内部に搭載される。レーダ装置１０は、そのレーダ軸が車両１の進行方向正面（方位角０度）方向に一致するようにして車両１に取り付けられる。よってレーダ装置１０の走査領域は、方位角０度を中心とする角度範囲に対応する。この角度範囲は、たとえば±５〜１０度程度の角度範囲である。
【００１７】
レーダ装置１０は、走査領域内の物標を検出する。具体的には、レーダ装置１０は物標の相対距離や相対速度、方位角といった物標情報を検出し、物標情報を車両制御装置１００に出力する。ここで、物標はたとえば、先行車両や他の車両といった移動物標や、路側の設置物などの静止物標である。また物標の方位角は、方位角０度を基準とする方位角である。
【００１８】
画像認識装置５０は、車両１のフロントガラス上部近傍の車室内に搭載される。画像認識装置５０は車両１の進行方向における撮像領域を撮像し、撮像画像データに基づき被写体を画像認識する。被写体は、たとえば走行路面のセンターラインである。画像認識装置５０は、画像認識したセンターラインの位置を車両制御装置１００に出力する。センターラインの位置は、たとえば車両１の進行方向と直角方向（以下、横方向という）における車両１の中心からの距離である。
【００１９】
車両制御装置１００は、レーダ装置１０から入力される物標情報に基づき、追従走行制御や衝突回避・対応制御を行う。追従走行制御では、車両制御装置１００は先行車両に対し一定の車間距離を保つように車両１の走行速度を制御する。また、衝突回避・対応制御では、車両制御装置１００は衝突を回避するために車両１の進路や走行速度を制御したり、乗員保護のための安全装置を駆動したりする。また、車両制御装置１００は、画像認識装置５０から入力されるセンターラインの位置に基づき車線維持制御を行う。車線維持制御では、適正な車線内での走行を維持するように車両１の進路を調整する。
【００２０】
さらに本実施形態では、レーダ装置１０は自らの軸ずれを検出する。レーダ装置１０は、軸ずれ検出を行う際に、画像認識装置５０による画像認識結果を用いる。画像認識装置５０は、その撮像領域がレーダ装置１０による走査領域と重複するように設けられる。よって、画像認識装置５０は、レーダ装置１０が検出する物標を画像認識してその画像認識結果をレーダ装置１０に提供する。軸ずれ検出方法については、後に詳述する。
【００２１】
レーダ装置１０は、軸ずれを検出すると車両制御装置１００に通知する。軸ずれが発生すると、物標の方位角が誤って検出される。よってこのとき、車両制御装置１００はレーダ装置１０からの物標情報に基づく車両１の制御を中止する。このようにして車両制御装置１００は、不適切な車両制御を回避する。よって、車両制御システムとして適切な制御が確保される。
【００２２】
図２は、レーダ装置１０を中心とする車両制御システムのブロック図である。まず、レーダ装置１０の構成について説明する。
【００２３】
レーダ装置１０は、たとえばＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）方式のレーダ装置である。レーダ送受信機１２は、周波数変調した連続波（電磁波）をレーダ信号として生成し、これをアンテナ１１から送出する。ここでレーダ信号の周波数は、７６〜７７ＧＨｚ帯のミリ波帯に含まれる。これは、車載用のレーダ装置が電波法上使用可能な電波帯域がかかる帯域に制限されていることによる。
【００２４】
送信されるレーダ信号（送信信号）の周波数は、たとえば三角波状のベースバンド信号に基づいて、三角波の上昇区間で漸増し、三角波の下降区間で漸減する。よって、ベースバンド信号の周期に応じて周波数の漸増期間と漸減期間が反復される。あるいは、レーダ送受信機１２が任意の一定周期ごとに周波数変調を休止する期間を有するようにしてもよい。かかる期間では、送信信号の周波数が一定に保たれる。
【００２５】
レーダ送受信機１２は、送信信号の指向方向を順次変化させることにより、走査領域を走査する。走査の方式は、たとえば機械走査方式や電子走査方式である。レーダ送受信機１２は、走査方式に応じた構成を有する。機械走査方式の場合、アンテナ１１が往復回動可能に構成される。レーダ送受信機１２は、アンテナ１１を回動させることにより送信信号の指向方向を変化させる。この場合、レーダ軸は、アンテナ１１の回動角度範囲の中心に対応する。また、電子走査方式の場合、アンテナ１１には複数のアンテナ素子が所定間隔で配置される。レーダ送受信機１２は、アンテナ１１を回動させることなく、アンテナ素子における送信位相差（あるいは受信位相差）を制御して、送信信号（あるいは受信信号）の指向方向を変化させる。この場合、レーダ軸は、送信信号の利得が最大となるアンテナパターンの中心に対応する。
【００２６】
レーダ送受信機１２は、物標に反射されたレーダ信号をアンテナ１１により受信すると、受信したレーダ信号（受信信号）と送信信号とを混合して、ビート信号を生成する。そして、レーダ送受信機１２は、ビート信号をＡ／Ｄ変換して信号処理装置１４に出力する。ここでビート信号の周波数は、周波数変調された送信信号と物標により反射された受信信号の周波数差に対応する。送受信信号の周波数差はたとえば数百ＫＨｚである。送受信信号の周波数差は、受信信号の周波数が偏移することにより発生する。これは、受信信号の周波数は、物標の相対速度によるドップラ周波数と相対距離による時間的遅延の影響を受けることによる。
【００２７】
ここで、送受信信号とビート信号の関係を図３に示す。図３（Ａ）には、送受信信号それぞれの時間（横軸）に対する周波数（縦軸）の変化が示される。送信信号の周波数は、実線で示すように、周波数漸増期間ＵＰで漸増し、周波数漸減期間ＤＮで漸減する。これに対し、受信信号の周波数は、破線で示すように周波数偏移を受ける。ここでは、目標物体との相対距離による時間的遅延ΔＴと、相対速度に応じたドップラシフトΔＤとが示される。その結果、送信信号の周波数漸増期間ＵＰでは送受信信号に周波数差ｆｕが生じ、送信信号の周波数漸減期間ＤＮでは送受信信号に周波数差ｆｄが生じる。
【００２８】
図３（Ｂ）には、ビート信号の時間（横軸）に対する周波数（縦軸）の変化が示される。ビート信号の周波数は、上記した送受信信号の周波数差ｆｕ、ｆｄに対応する。ビート信号の周波数ｆｕ、ｆｄは、次式により目標物体の相対速度Ｖ、対距離Ｒと対応する。ここで、Ｃは光速、ｆｍはベースバンド信号における三角波の周波数、ｆ０は送信信号の中心周波数、ΔＦは周波数偏移幅である。
【００２９】
Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ） ・・・式（１）
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４・ｆ０） ・・・式（２）
図２に説明を戻す。信号処理装置１４では、送受信制御手段１６が、レーダ信号の送信動作を制御する制御信号をレーダ送受信機１２に出力する。制御信号は、レーダ信号の指向方向とこれを変化させるタイミングとを規定する。たとえばレーダ送受信機１２が機械走査方式の場合には、制御信号はアンテナ１１の回動角度と回動タイミングを規定する。また、レーダ送受信機１２が電子走査方式の場合には、制御信号は、アンテナ素子の送信位相差（あるいは受信位相差）とこれを変化させるタイミングを規定する。
【００３０】
また、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform： 高速フーリエ変換）手段１８は、ビート信号をＦＦＴ処理してその周波数スペクトルを検出する。ビート信号にはもともと、物標の反射により得られたものと、路面の乱反射やマルチパス現象により得られたものが含まれる。しかし、ビート信号の周波数は、上述したように反射物の相対距離と相対速度に対応する。よって、ＦＦＴ手段１８は、ＦＦＴ処理によってビート信号を相対距離と相対速度に対応した周波数スペクトルに分離する。
【００３１】
ピーク信号検出手段２０は、ビート信号の周波数スペクトルからピーク信号を検出する。物標の反射により得られたビート信号は、路面の乱反射やマルチパス現象により得られたビート信号よりレベルが大きい。これは、物標がある程度の反射断面積を有することによる。このことからピーク信号検出手段２０は、周波数スペクトルでピーク（極大値）を形成するピーク信号を検出する。すなわちピーク信号検出手段２０は、物標の反射により得られたビート信号を検出する。
【００３２】
ピーク信号検出手段２０は、このようなピーク信号を周波数漸増期間、周波数漸減期間ごとに検出する。すると、周波数漸増期間におけるピーク信号は上述した周波数ｆｕを有し、周波数漸減期間におけるピーク信号は上述した周波数ｆｄを有する。
【００３３】
物標検出手段２２は、物標の相対距離、相対速度、および方位角といった物標情報を検出する。まず物標検出手段２２は、ピーク信号が得られたときのレーダ信号の指向方向に基づき、物標の方位角を検出する。レーダ信号の指向方向は、送受信制御手段１６から与えられる。そして物標検出手段２２は、ピーク信号の周波数ｆｕ、ｆｄに基づき、上述した式（１）、（２）に従って物標の相対速度と相対距離を導出する。
【００３４】
そして物標検出手段２２は、物標の相対距離、相対速度、および方位角といった物標情報を車両制御装置１００に出力する。
【００３５】
軸ずれ検出手段２４は、レーダ送受信機１２の軸ずれ検出を定期的に実行する。このとき、軸ずれ検出手段２４は、画像認識装置５０から物標の画像認識結果を取得する。さらに好ましくは、軸ずれ検出手段２４は、車両制御装置１００から車両１の走行速度や旋回半径を取得する。軸ずれ検出手段２４は、これらの情報に基づき軸ずれを検出すると、軸ずれの発生を通知する通知信号を車両制御装置１００に出力する。
【００３６】
上記のような信号処理装置１４は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やマイクロコンピュータを有する。ＦＦＴ手段１８は、ＦＦＴ処理を実装したＤＳＰにより構成される。送受信制御手段１６、ピーク信号検出手段２０、物標検出手段２２、軸ずれ検出手段２４は、各動作に対応する演算処理を実行する不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）と、その手順を記述したプログラムにより構成される。かかるプログラムは、不図示のＲＯＭ（Read Only Memory、不揮発性のものを含む）に格納される。またＲＯＭには、基準レベルデータ２６が予め格納される。なおＣＰＵは演算処理の際、データを不図示のＲＡＭ（Random Access Memory）に一時的に保持させる。
【００３７】
画像認識装置５０では、撮像装置５２が撮像領域を撮像し、撮像画像データを画像処理部５４に出力する。撮像装置５２は、たとえば光学式のデジタルスチルカメラで構成される。撮像装置５２はこのほかに、赤外線カメラにより構成されてもよい。
【００３８】
また、撮像装置５２は複眼式のカメラで構成されてもよいし、単眼式のカメラで構成されてもよい。単眼式のカメラは複眼式のカメラより廉価であるので、撮像装置５２を単眼式のカメラで構成することにより低コスト化が可能となる。
【００３９】
画像処理部５４では、撮像制御手段５６が、撮像動作を制御する制御信号を撮像装置５２に出力する。制御信号は、撮像のタイミングを規定する。また、二値化手段５８は撮像画像が有する画素の濃度階調を二値化する。そして、エッジ検出手段６０が、二値化された画素の分布に基づき、被写体画像のエッジを検出する。そして、画像認識手段６２が、エッジの形状に基づき、被写体を認識する。画像認識手段６２は、エッジ形状のパターンマッチングを行い、被写体を認識する。エッジ形状データ６４は、予め画像処理部５４に格納される。ここで被写体は、走行路面のセンターラインや、レーダ装置１０により検出される物標などである。
【００４０】
また、画像認識手段６２は、撮像画像内でのエッジの位置に基づき、被写体の位置を検出する。具体的には、画像認識手段６２は、撮像画像から路面のセンターラインの位置を検出する。センターラインの位置は、車両１の横方向における車両１の中心からの距離である。画像認識装置５０は車両１に対し固定されているので、画像認識手段６２は、撮像画像内の横方向におけるエッジの位置から、横方向の位置を導出できる。画像認識手段６２は、このようにして検出したセンターラインの位置を、車両制御装置１００に出力する。
【００４１】
さらに画像認識手段６２は、軸ずれ検出に用いる静止物標の状態や延在方向を検出する。ここで、軸ずれ検出に用いる静止物標は、車両１の進行方向に延在する静止物標であり、たとえば路側のガードレール、中央分離帯、あるい路側の看板などの設置物である。そして、画像認識手段６２は、静止物標の状態や延在方向をレーダ装置１０に出力する。
【００４２】
このように構成される画像処理部５４は、上記処理を実装したＤＳＰやＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を有する。また、エッジ形状データ６４は、不図示のＲＯＭに予め格納される。
【００４３】
車両制御装置１００は、制御目的に応じて車両１の各種アクチュエータを制御する。具体的には、車両制御装置１００は各種アクチュエータの制御装置に対し、アクチュエータの制御を指示する指示信号を出力する。たとえば車両制御装置１００は、追従走行制御を行う場合には、レーダ装置１０から入力される物標情報に基づいて、スロットルやブレーキの制御装置に走行速度の加減を指示する。また車両制御装置１００は、衝突回避制御を行う場合には、物標情報に基づいてスロットルやブレーキ、あるいはステアリング制御装置に走行速度の加減や進路変更を指示する。また車両制御装置１００は、衝突対応制御を行う場合には、物標情報に基づいて車両１の安全装置や警報装置を作動させる。さらに車両制御装置１００は、車線維持制御を行う場合には、画像認識装置５０から入力されるセンターラインの位置に基づいて、ステアリング制御装置に進路の調整を指示する。
【００４４】
ここで、車両制御装置１００は、レーダ装置１０に軸ずれが発生したときには、軸ずれ検出手段２４からの通知によりこれを検出する。その場合、車両制御装置１００は、レーダ装置１０から与えられる物標情報に基づく制御を中止する。そうすることにより、車両制御システムとして適切な制御が確保される。
【００４５】
また車両制御装置１００は、不図示の車速センサなどから車両１の走行速度を取得する。また、車両制御装置１００は、不図示のステアリング制御装置などから、車両１の旋回半径を取得する。これらは上述したように、レーダ装置１０の軸ずれ検出手段２４に出力される。
【００４６】
このような車両制御装置１００は、公知のマイクロコンピュータで構成される。マイクロコンピュータでは、ＣＰＵが、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭに演算データを保持させながら上記の制御動作を実行する。
【００４７】
図４は、車両制御システムの基本的な動作手順を説明するフローチャート図である。手順Ｓ１２〜Ｓ２０はレーダ装置１０の動作手順を示す。手順Ｓ４２〜Ｓ５０は、画像認識装置５０の動作手順を示す。手順Ｓ３２〜Ｓ３６は、車両制御装置１００の動作手順を示す。そして、手順Ｓ６０は、レーダ装置１０と画像認識装置５０の動作手順を示す。
【００４８】
レーダ装置１０は、走査周期ごとに次の手順を実行する。ここでは、走査領域の１つの端部から他の端部までをレーダ信号により一回走査する時間を、走査周期とする。まず、レーダ送受信機１２と送受信制御手段１６が、レーダ信号の指向方向を変化させながらレーダ信号を送受信する（Ｓ１２）。次に、ＦＦＴ手段１８が、ビート信号をＦＦＴ処理する（Ｓ１４）そして、ピーク信号検出手段２０が、ビート信号の周波数スペクトルからピーク信号を検出する（Ｓ１６）。そして、物標検出手段２２が、物標の相対距離、相対速度、方位角といった物標情報を検出する（Ｓ１８）。そして、物標検出手段２２が、物標情報を車両制御装置１００に出力する（Ｓ２０）。なお、物標情報の出力前に、物標検出手段２２が、たとえば物標情報が過去複数回の走査において連続性を有するかを判定する手順を追加してもよい。
【００４９】
画像認識装置５０は、任意に設定される周期（たとえば１００ミリ秒）ごとに、次の手順を実行する。まず撮像装置５２が撮像領域を撮像する（Ｓ４２）。次に、二値化手段５８が、撮像画像データの二値化処理を行う（Ｓ４４）。そして、エッジ検出手段６０が、撮像画像データから被写体画像のエッジを検出する（Ｓ４６）。そして、画像認識手段６２が、エッジの形状や位置に基づき被写体を認識する画像認識を行う（Ｓ４８）。そして、画像認識手段６２が画像認識結果を車両制御装置１００に出力する（Ｓ５０）。具体的には、センターラインの位置を出力する。
【００５０】
車両制御装置１００は、レーダ装置１０から物標情報が入力されたときに、レーダ装置１０の軸ずれが発生していなければ（Ｓ３２のＮＯ）、物標情報に基づき車両制御を行う。一方車両制御装置１００は、軸ずれが発生していれば（Ｓ３２のＹＥＳ）、物標情報に基づく処理を中止する。軸ずれ発生は、後述する手順Ｓ６０でレーダ装置１０から通知される。
【００５１】
また、車両制御装置１００は、画像認識装置５０からセンターラインの位置が入力されると、これに基づき車両１の車線維持制御を行う（Ｓ３６）。
【００５２】
さらにレーダ装置１０と画像認識装置５０は、任意に設定される周期ごとにレーダ装置１０の軸ずれ検出を行う（Ｓ６０）。このとき軸ずれ検出が実行される周期は、レーダ装置１０の走査周期ごとでもよいし、画像認識装置５０の処理周期でもよい。あるいは、これらと異なる任意の周期、たとえば数秒〜数十秒ごとであってもよい。またたとえば、レーダ信号の周波数変調を休止するタイミングに実行してもよい。なお、軸ずれが検出されたときには、レーダ装置１０は車両制御装置１００に軸ずれを通知する。
【００５３】
次に、本実施形態における軸ずれ検出方法について説明する。軸ずれ検出手段２４は、まず直線道路において静止物標の延在方向を検出する。ここで静止物標は、車両１の進行方向に延在するたとえば路側のガードレール、中央分離帯、あるいは進行方向に長手形状を有する看板などの設置物である。これらの静止物標の延在方向は、一般的に、直線道路では車両１の進行方向、つまり方位角０度方向と一致する。また、レーダ軸は方位角０度方向に初期設定される。よって、軸ずれ検出手段２４は、方位角０度方向を基準方向として、静止物標の延在方向と基準方向とが平行であるか否かを検出する。ここで、平行であれば、静止物標の延在方向が正確に検出されているので軸ずれは発生していない。一方、平行でなければ、静止物標の延在方向が誤って検出されているので、軸ずれ検出手段２４が軸ずれを検出する。
【００５４】
このとき軸ずれ検出手段２４は、更に画像認識結果を用いて軸ずれ検出の精度を向上させる。すなわち、軸ずれ検出手段２４は、静止物標の延在方向が精度よく検出できる状況を画像認識結果に基づいて選択し、かかる状況のときに軸ずれ検出を行う。あるいは、軸ずれ検出手段２４は、画像認識装置５０が画像認識した静止物標の延在方向を基準方向として用いる。
【００５５】
ここで、まず方位角０度方向を基準方向とする場合について説明する。その次に変形例として、静止物標の画像認識された延在方向を基準方向とする場合について説明する。
【００５６】
図５は、軸ずれ検出を行う際の状況について説明する図である。図５（Ａ）、（Ｂ）はともに、直線道路における静止物標と車両１との位置関係を模式的に示す平面図である。ここで図５（Ａ）は軸ずれ検出に適した状況を示し、図５（Ｂ）は、軸ずれ検出に適さない状況を示す。
【００５７】
まず図５（Ａ）では、静止物標の例としてガードレールが示される。ガードレールがレーダ信号を反射するときには、表面の形状や材質により反射信号のレベルに強弱が生じる。ここで、ガードレールにおいて反射強度が他の部分より強い点を反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…とする。
【００５８】
ガードレールにおける反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…は、物標検出手段２２によりそれぞれ１つの物標として検出される。よって、まず軸ずれ検出手段２４は、検出された物標のうち、静止しているものを抽出する。具体的には、軸ずれ検出手段２４は、車両１の走行速度と同じ大きさで、かつ正負が反転した相対速度を有する物標を抽出する。ここで走行速度は、車両制御装置１００から与えられる。このようにして軸ずれ検出手段２４は、反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…を検出する。ここで、反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…の相対距離はそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、…、方位角はそれぞれθ１、θ２、θ３、…である。
【００５９】
次に、軸ずれ検出手段２４は、反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…の分布方向を検出する。この分布方向が、ガードレールの延在方向である。反射点の分布方向は、少なくとも２つの反射点を結ぶ直線の方向（方位角０度方向に対する角度）に対応する。よって、軸ずれ検出手段２４は、たとえば反射点Ｐ１、Ｐ２を用いて次式の演算により分布方向αを導出する。
α＝（車両１の横方向におけるＰ１、Ｐ２の位置の差分）／
（車両１の進行方向におけるＰ１、Ｐ２の位置の差分）
＝（R2・sinθ2−R1・sinθ1）／（R2・cosθ2−R1・cosθ1）
あるいは、軸ずれ検出手段２４は、反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…を通る直線を最小二乗法により導出し、その直線の方位角０度方向に対する角度を導出してもよい。
【００６０】
軸ずれ検出手段２４は、上記のようにして導出した反射点の分布方向αと方位角０度方向との差分を導出する。そして、軸ずれ検出手段２４は、差分が許容範囲より大きければ軸ずれを検出し、車両制御装置１００に軸ずれを通知する。ここで許容範囲は、軸ずれとして認めうる角度差であって予め任意に設定される。許容範囲はたとえば、０．５度〜１度である。一方、軸ずれ検出手段２４は、差分が許容範囲内であれば軸ずれを検出せず、したがって車両制御装置１００に軸ずれを通知しない。
【００６１】
ここで、ガードレールの近傍に建築物や停車中の車両といった他の静止物標が存在する状況が生じる場合がある。図５（Ｂ）は、かかる状況を示す。
【００６２】
ガードレール近傍の他の静止物標から得られる受信信号レベルは、一般的にガードレールにおける反射点から得られる受信信号レベルより大きい。これは、他の静止物標の反射断面積がガードレールの反射点の部分の面積より大きいことによる。よって、このような状況では、ガードレールにおける反射点Ｐ２、Ｐ３、…の代わりに、建築物における反射点Ｐ１２が検出される場合がある。すると、反射点Ｐ１、Ｐ１２に基づいてガードレールの延在方向が誤って検出されるおそれがある。
【００６３】
ここで、軸ずれ検出手段２４は、画像認識結果を併用することにより、上記のような軸ずれ検出に適した状況と適さない状況を判断する。次に、かかる判断方法について説明する。
【００６４】
図６は、図５で示した状況に対応する撮像画像を模式的に示す図である。図６（Ａ）には、図５（Ａ）の状況に対応する撮像画像が示される。ここでは、撮像画像を点線で図示し、検出されたエッジを実線で示す。この撮像画像には、背景として空と走行路面が、被写体としてガードレール、センターライン、および車両１のボンネット部分が写っている。そして、ガードレール、センターラインなどのエッジが認識される。ここでは、図示するように、ガードレールの周囲や背後には他の被写体画像は存在しない。
【００６５】
一方、図６（Ｂ）には、図５（Ｂ）の状況に対応する撮像画像が示される。この場合、ガードレール近傍に建築物が存在するので、撮像画像ではガードレールの背後に建築物が映っている。よって、ガードレールのエッジと建築物のエッジとが重複している。
【００６６】
画像認識手段６２は、画像認識したときのガードレールの状態を画像認識結果として軸ずれ検出手段２４に通知する。すなわち、ガードレールのエッジと重複する建築物などのエッジが存在するか否かを検出して、軸ずれ検出手段２４に通知する。すると、軸ずれ検出手段２４は、ガードレールのエッジと重複する建築物などのエッジが存在しなければ軸ずれ検出に適した状況であると判断し、軸ずれ検出を実行する。一方、ガードレールのエッジと重複する建築物などのエッジが存在するときには軸ずれ検出に適さない状況であると判断し、軸ずれ検出を中止する。
【００６７】
ここで、ガードレールなどの静止物標の近傍に他の静止物標が存在する状況をレーダ装置１０単独で検出するのは困難である。あるいは、一定時間にわたって受信信号レベルの推移を観察する必要があるので、時間を要する。この点、画像認識はエッジの有無により他の静止物標の有無を検出できるので、他の静止物標が存在する状況をより確実かつ迅速に検出することができる。
【００６８】
このように、軸ずれ検出手段２４は、画像認識結果を併用することにより軸ずれ検出に適した状況のときに軸ずれ検出を行い、そうでないときには軸ずれ検出を中止するので、軸ずれ検出の精度を向上させることができる。
【００６９】
ところで、静止物標の延在方向が車両の進行方向と一致しない場合がある。たとえば、車線の合流地点に向かっているときや道幅が徐々に狭くなっているような場合には、ガードレールの延在方向が車両の進行方向と平行にならない。あるいは、路側の看板が車両から見易いように車両の進行方向に対し角度をつけて設置されているような場合もある。
【００７０】
このような場合に、本実施形態における変形例では、画像認識手段６２は、静止物標の延在方向を画像認識する。そして、軸ずれ検出手段２４は、画像認識された延在方向を基準方向とする。そうすることにより、静止物標の延在方向が車両１の進行方向と平行でない場合であっても、精度よく軸ずれを検出できる。
【００７１】
図７は、静止物標の延在方向を画像認識する方法を説明する図である。図７（Ａ）には、図６（Ａ）で示した撮像画像が示される。画像認識手段６２は、ガードレールのエッジ形状を認識すると、路面に接触する下端エッジの延在方向を導出する。具体的には、画像認識手段６２は、下端エッジの撮像画像における傾き角度（撮像画像の横方向に対する角度）α´を導出する。そして、傾き角度α´に対応する延在方向を導出する。
【００７２】
ここで、画像認識装置５０は車両１に固定されているので、走行路面前方の傾斜を一定としたときに、被写体の下端エッジの延在方向は撮像画像内におけるエッジの傾き角度に対応している。よって、かかる傾き角度と延在方向との対応関係を、予めマップデータとして画像認識装置５０内のＲＯＭに格納しておく。そうすることにより、画像認識手段６２は、かかるマップデータを参照して、エッジの傾き角度に対応するガードレールの延在方向を導出できる。
【００７３】
図７（Ｂ）は、ガードレールの代わりに看板が静止物標として認識されたときの延在方向を示す。ここでも、図７（Ａ）の説明と同様に、画像認識手段６２は、看板のエッジ形状を認識すると、下端エッジの撮像画像における傾き角度α´を導出する。そして、傾き角度α´に対応する延在方向を導出する。
【００７４】
なお、上記のようにして静止物標の延在方向を画像認識により検出する場合、画像認識装置５０自体の取付け位置や角度が変化し、画像認識装置５０に軸ずれが発生していると、静止物標の延在方向を誤って検出してしまう。よって、画像認識装置５０の軸ずれが発生していないことを更に検出することにより、基準方向の正確性を担保できる。なお、画像認識装置５０の軸は、撮像範囲の中心に対応し、たとえば車両１進行方向の正面に一致するように初期設定される。そして、画像認識装置５０では、画像認識手段６２が次のようにして軸ずれを検出する。
【００７５】
図８は、画像認識装置５０の軸ずれ検出方法を説明する図である。図８（Ａ）、（Ｂ）には、模式的な撮像画像が示される。
【００７６】
図８（Ａ）は、軸ずれが発生していない状態での、撮像画像の例である。ここでは、車両１の車体の一部が写されている。ここでは、たとえば車両１のボンネット上のエンブレムＥＢやフロントガラスの四隅に設けられるマーカＭＫが示される。
【００７７】
画像認識装置５０は車両１に対し固定されるので、軸ずれが発生していない状態では、エンブレムＥＢやマーカＭＫは撮像画像内で常に定位置にある。たとえば、エンブレムＥＢは撮像画像の左下を原点とするＸＹ座標系で座標（ｘ１，ｙ１）に位置する。また、マーカＭＫは撮像画像の四隅に位置する。かかる定位置は、予め画像処理部５４のＲＯＭに格納される。
【００７８】
ところが、軸ずれが発生すると、エンブレムＥＢやマーカＭＫの撮像画像内での位置がずれる。図８（Ｂ）は、軸ずれが発生した状態での、エンブレムＥＢやマーカＭＫの撮像画像における位置を示す。ここでは、エンブレムＥＢ、マーカＭＫともに、図８（Ａ）で示した定位置からずれている。
【００７９】
このように、画像認識手段６２は、車体の一部を指標として、その位置が撮像画像内の定位置にあるか否かを検出し、定位置にあれば軸ずれが発生しておらず、定位置からずれていれば軸ずれが発生していることを検出する。なおここでは複数の指標を用いているが、１つの指標を用いてもよい。このように画像認識手段６２が画像認識装置５０の軸ずれが発生していないことを検出することにより、基準方向の正確性を担保できる。よって、基準方向に基づくレーダ装置１０の軸ずれ検出の精度が向上する。
【００８０】
図９は、軸ずれ検出手順を説明するためのフローチャート図である。図９の手順は、図４における手順Ｓ６０を詳述するサブルーチンである。
【００８１】
説明の便宜上、画像認識装置５０の動作手順から説明する。画像認識手段６２は、まず直線走行中であることを確認する（Ｓ１２２）。このとき画像認識手段６２は、過去の処理周期で検出したセンターラインのエッジ形状に基づき、直線走行中であることを検出する。センターラインのエッジ形状が直線を形成していれば、直線走行中であると判断できる。
【００８２】
そして、画像認識手段６２は、直線走行中であるときには（Ｓ１２２のＹＥＳ）、直線走行フラグをＯＮに設定する（Ｓ１２４）。ここで直線走行フラグは、プログラム上の変数である。一方、直線走行中でないときには、画像認識手段６２は直線走行フラグをＯＦＦに設定する（Ｓ１２５）。
【００８３】
画像認識手段６２は、直線走行中であることを検出すると、物標を認識する（Ｓ１２６）。そして画像認識手段６２は、ガードレールなど、車両１進行方向に延在する静止物標を認識したときには（Ｓ１２８のＹＥＳ）、画像認識フラグをＯＮに設定して（Ｓ１３２）、処理を終了する。ここで画像認識フラグは、プログラム上の変数である。一方、かかる静止物標を認識しないとき、あるいは、静止物標のエッジが他の静止物標のエッジと重複しているときには（Ｓ１２８のＮＯ）、画像認識手段６２は画像認識フラグをＯＦＦに設定する（Ｓ１３１）。そして画像認識手段６２は、直線走行フラグ、画像認識フラグをレーダ装置１０に出力して（Ｓ１３３）、処理を終了する。
【００８４】
レーダ装置１０では、軸ずれ検出手段２４が、直線走行中であることを確認する（Ｓ１０４）。このとき軸ずれ検出手段２４は、画像認識装置５０から与えられる直線走行フラグに基づき直線走行中であるか否かを検出する。あるいは軸ずれ検出手段２４は、車両制御装置１００から与えられる車両１の旋回半径に基づき直線走行中であるか否かを検出する。たとえば軸ずれ検出手段２４は、旋回半径が基準値以上であれば直線走行中であることを検出する。ここで軸ずれ検出手段２４は、直線走行とみなされる任意の値（たとえば１万メートル）を基準値として用いる。なお、旋回半径を用いる場合には、画像認識装置５０による手順Ｓ１２２を省略することが可能である。
【００８５】
そして、軸ずれ検出手段２４は、直線走行中のときには（Ｓ１０４のＹＥＳ）、過去の走査周期で検出された物標情報から、静止物標の反射点を抽出する（Ｓ１０６）。そして軸ずれ検出手段２４は、反射点の分布方向を導出する（Ｓ１０８）。
【００８６】
そして、軸ずれ検出手段２４は、画像認識装置５０から与えられる画像認識フラグがＯＮのときには（Ｓ１１０のＯＮ）、反射点の分布方向と基準方向との差分を導出する（Ｓ１１２）。ここで、基準方向は方位角０度方向である。そして軸ずれ検出手段２４は、差分が基準値以上のときには（Ｓ１１４のＹＥＳ）、軸ずれ通知を車両制御装置１００に出力する。一方、画像認識フラグがＯＦＦのときには（Ｓ１１０のＯＦＦ）、軸ずれ検出手段２４は処理を終了する。
【００８７】
このように、直線走行中にガードレールの近傍に他の静止物標がなく、したがって軸ずれ検出に適した状況のときに軸ずれ検出を行うことにより、軸ずれ検出精度を向上させることができる。
【００８８】
図１０は、変形例における軸ずれ検出手順を説明するフローチャート図である。図１０では、画像認識手段６２が静止物標を認識した際（Ｓ１２８のＹＥＳ）、その下端エッジの延在方向を検出する（Ｓ１３０）。そして、画像認識手段６２は、延在方向と直線走行フラグ、画像認識フラグをレーダ装置１０に出力する（Ｓ１３４）。
【００８９】
よって、レーダ装置１０では、軸ずれ検出手段２４は画像認識された下端エッジの延在方向を基準方向として手順Ｓ１１２を実行する。
【００９０】
このような手順によれば、静止物標の延在方向が車両の進行方向と平行でない場合であっても、レーダ装置１０の軸ずれを精度よく検出することができる。なお、車両１が旋回しているときには軸ずれ検出の精度が相対的に低下するが、手順Ｓ１０４、Ｓ１２２で直線走行中であることを判断することにより、旋回中に軸ずれ検出を行うことを回避できる。よって、軸ずれ検出精度の低下を防止できる。
【００９１】
図１１は、さらに好適な態様における軸ずれ検出手順を説明するフローチャート図である。図１１は、図１０の手順に更に手順Ｓ１０２、Ｓ１２０を追加したものである。ただしこれらの手順は、いずれか１つのみを追加してもよい。
【００９２】
手順Ｓ１２０では、画像認識手段６２は、画像認識装置５０の軸ずれの有無を検出する。そして、軸ずれが発生していないときに（Ｓ１２０のＮＯ）、上述した手順Ｓ１２２以降を実行する。一方、軸ずれが発生しているときには（Ｓ１２０のＹＥＳ）、処理を終了する。かかる手順を追加することにより、静止物標の延在方向を検出したときにその正確さが担保される。すなわち、基準方向の正確さが担保される。
【００９３】
また、手順Ｓ１０２では、軸ずれ検出手段２４は、車両１の走行速度が基準速度以上であることを確認する。走行速度は、車両制御装置１００から与えられる。ここで、基準速度は例えば時速４０ｋｍである。車両がある程度以上の速度で走行していれば、路側にガードレールや看板などの静止物標が存在する状況が発生する蓋然性が高くなる。よって、軸ずれ検出に更に適した状況であることが担保される。
【００９４】
よって、走行速度が基準速度以上のときに（Ｓ１０２のＹＥＳ）、軸ずれ検出手段２４は、上述した手順Ｓ１０４以降を実行する。一方、走行速度が基準速度未満のときには（Ｓ１０２のＮＯ）、軸ずれ検出手段２４は、処理を終了する。
【００９５】
上述の説明では、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置を例としたが、物標の相対速度、相対距離を別々に検出可能なレーダ装置であれば、ＦＭ−ＣＷ方式に限らなくてもよい。たとえば、一定周波数のレーダ信号により物標の相対速度を検出するドップラレーダと、パルス信号の往復時間により物標との相対距離を検出するパルスレーダとを組み合わせることにより、かかる構成が可能となる。
【００９６】
また、車両の前方監視用レーダ装置を例として説明したが、車両の後方を監視するためのレーダ装置であってもよい。この場合、車両の後方の撮像画像に基づき画像認識を行う画像認識装置を併用することで、上述した実施形態を適用できる。
【００９７】
また、上述の説明では、軸ずれが発生したときには車両制御装置１００が制御を中止した。しかし、レーダ装置１０における物標検出手段２２が、軸ずれを補正した物標情報を車両制御装置１００に出力するようにしてもよい。そうすることにより、車両制御装置１００は正確な物標情報に基づいて車両を制御できる。
【００９８】
以上説明したように、本実施形態によれば、車載レーダ装置の軸ずれを精度よく検出することが可能となる。
【符号の説明】
【００９９】
１０：レーダ装置、１２：レーダ送受信機、１４：信号処理装置、２４：軸ずれ検出手段、５０：画像認識装置、６２：画像認識手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるレーダ装置の軸ずれを検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置により車両周囲の物標を検出し、車両の動作を自動制御する車両制御システムが知られている。レーダ装置は、車両周囲をレーダ信号により走査して、物標の相対距離、相対速度、及び方位角を検出する。ここで物標は、先行車両や対向車両、路側の設置物などである。また方位角は、自車両の進行方向正面（０度）に対する方位角である。車両制御システムは、物標の相対速度、相対距離、方位角に基づいて、先行車両に対する追従走行制御や、他の車両や障害物に対する衝突回避・対応制御を行う。
【０００３】
レーダ装置は、レーダ軸に対する反射信号の到来角度を検出する。ここでレーダ軸は、走査領域の中心であり、たとえば、アンテナの回動範囲の中心や、送信信号の利得が最大となるアンテナパターンの中心である。レーダ装置は、レーダ軸が自車両の進行方向正面に一致するように取り付けられる。よって、レーダ装置は、自車両の進行方向正面に対する反射信号の到来角度を物標の方位角として検出する。
【０００４】
ところで、車両の走行中には、路面からの振動や予期せぬ軽衝突による衝撃がレーダ装置に加わる場合がある。すると、レーダ装置の取付け位置や角度が変化して、レーダ軸が自車両の進行方向正面からずれること（以下、軸ずれという）がある。
【０００５】
軸ずれが発生すると、レーダ装置は物標の方位角を正確に検出できなくなる。このとき検出された方位角に基づいて車両制御システムが車両制御を行うと、安全性が損なわれるおそれがある。かかる事態を回避するためには、軸ずれが発生したときにこれを迅速に検出することが求められる。よって、レーダ装置において定期的に軸ずれ検出を行う方法が提案されている。特許文献１には、軸ずれ検出を行うレーダ装置の例が記載されている。
【０００６】
従来の軸ずれ検出方法のひとつによれば、レーダ装置は自車両の進行方向に延在する路側の静止物標、たとえばガードレールを利用して軸ずれを検出する。具体的には、レーダ装置は、自車両が直線道路を走行しているときに、ガードレールにおける反射点を検出し、その分布方向に基づきガードレールの延在方向を検出する。ここで一般的に、直線道路におけるガードレールの延在方向は、自車両の進行方向である方位角０度方向、つまりレーダ軸方向と一致している。よって、軸ずれが発生していない状態で検出した延在方向は、方位角０度方向と一致する。このことからレーダ装置は、検出したガードレールの延在方向が方位角０度方向からずれているときに、軸ずれを検出する。そして、このとき車両制御システムは車両制御を一時停止し、レーダ装置が検出した誤った方位角に基づく車両制御を回避する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願２００４−１９８１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ガードレールの近傍に建築物や停車中の車両といった静止物標が存在する場合がある。そして、これら近傍の静止物標から得られる受信信号レベルは、一般的にガードレールにおける反射点から得られる受信信号レベルより大きい。すると、レーダ装置が、ガードレール近傍の静止物標からの受信信号を、ガードレールからの受信信号として誤検出する場合がある。
【０００９】
かかる場合に上記の方法を実行すれば、レーダ装置がガードレールの延在方向を誤って検出することになる。このため、軸ずれの検出精度が低下する。すると、車両制御システムが不適切な車両制御を行うおそれがある。たとえば、レーダ装置が物標の方位角を正確に検出しているにもかかわらず軸ずれを検出し、車両制御システムが車両制御を停止する。あるいは反対に、レーダ装置が物標の方位角を誤って検出しているにもかかわらず軸ずれを検出せず、車両制御システムが誤った方位角に基づく車両制御を行ったりする。
【００１０】
そこで、上記に鑑みてなされた本発明の目的は、軸ずれを精度よく検出できるレーダ装置とその信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、車両に搭載されるとともに静止物標に反射されたレーダ信号を受信するレーダ送受信機の信号処理装置であって、前記静止物標における前記レーダ信号の反射点を前記受信したレーダ信号に基づき検出する物標検出手段と、前記車両に搭載された画像認識装置が前記静止物標の近傍に他の物標が存在しないことを前記静止物標を含む撮像画像に基づき検出したときに、前記反射点の分布方向と基準方向との差分が基準値以上か否かを検出する軸ずれ検出手段とを有する信号処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レーダ装置における軸ずれを精度よく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。
【図２】レーダ装置１０を中心とする車両制御システムのブロック図である。
【図３】送受信信号とビート信号の関係を説明する図である。
【図４】車両制御システムの基本的な動作手順を説明するフローチャート図である。
【図５】軸ずれ検出を行う際の状況について説明する図である。
【図６】図５で示した状況に対応する撮像画像を模式的に示す図である。
【図７】静止物標の延在方向を画像認識する方法について説明する図である。
【図８】画像認識装置の軸ずれ検出方法を説明する図である。
【図９】軸ずれ検出手順を説明するためのフローチャート図である。
【図１０】変形例における軸ずれ検出手順を説明するフローチャート図である。
【図１１】さらに好適な態様における軸ずれ検出手順を説明するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１５】
図１は、本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。ここでは、車両１周囲の状況に応じて車両１の動作を自動制御する車両制御システムが示される。この車両制御システムは、車両１周囲の物標を検出するレーダ装置１０、物標や路面のセンターラインを画像認識する画像認識装置５０、及び車両１の各種アクチュエータを制御する車両制御装置１００とを有する。この車両制御システムは、先行車両への追従走行制御、他の車両や障害物との衝突回避・対応制御や、車両１の適切な走行車線を維持する車線維持制御を行う。
【００１６】
レーダ装置１０は、レーダ軸を中心とする走査領域をレーダ信号により走査する。すなわち、レーダ軸はレーダ装置１０の走査領域の中心である。レーダ装置１０は、車両１の前部バンパー内部やフロントグリル内部に搭載される。レーダ装置１０は、そのレーダ軸が車両１の進行方向正面（方位角０度）方向に一致するようにして車両１に取り付けられる。よってレーダ装置１０の走査領域は、方位角０度を中心とする角度範囲に対応する。この角度範囲は、たとえば±５〜１０度程度の角度範囲である。
【００１７】
レーダ装置１０は、走査領域内の物標を検出する。具体的には、レーダ装置１０は物標の相対距離や相対速度、方位角といった物標情報を検出し、物標情報を車両制御装置１００に出力する。ここで、物標はたとえば、先行車両や他の車両といった移動物標や、路側の設置物などの静止物標である。また物標の方位角は、方位角０度を基準とする方位角である。
【００１８】
画像認識装置５０は、車両１のフロントガラス上部近傍の車室内に搭載される。画像認識装置５０は車両１の進行方向における撮像領域を撮像し、撮像画像データに基づき被写体を画像認識する。被写体は、たとえば走行路面のセンターラインである。画像認識装置５０は、画像認識したセンターラインの位置を車両制御装置１００に出力する。センターラインの位置は、たとえば車両１の進行方向と直角方向（以下、横方向という）における車両１の中心からの距離である。
【００１９】
車両制御装置１００は、レーダ装置１０から入力される物標情報に基づき、追従走行制御や衝突回避・対応制御を行う。追従走行制御では、車両制御装置１００は先行車両に対し一定の車間距離を保つように車両１の走行速度を制御する。また、衝突回避・対応制御では、車両制御装置１００は衝突を回避するために車両１の進路や走行速度を制御したり、乗員保護のための安全装置を駆動したりする。また、車両制御装置１００は、画像認識装置５０から入力されるセンターラインの位置に基づき車線維持制御を行う。車線維持制御では、適正な車線内での走行を維持するように車両１の進路を調整する。
【００２０】
さらに本実施形態では、レーダ装置１０は自らの軸ずれを検出する。レーダ装置１０は、軸ずれ検出を行う際に、画像認識装置５０による画像認識結果を用いる。画像認識装置５０は、その撮像領域がレーダ装置１０による走査領域と重複するように設けられる。よって、画像認識装置５０は、レーダ装置１０が検出する物標を画像認識してその画像認識結果をレーダ装置１０に提供する。軸ずれ検出方法については、後に詳述する。
【００２１】
レーダ装置１０は、軸ずれを検出すると車両制御装置１００に通知する。軸ずれが発生すると、物標の方位角が誤って検出される。よってこのとき、車両制御装置１００はレーダ装置１０からの物標情報に基づく車両１の制御を中止する。このようにして車両制御装置１００は、不適切な車両制御を回避する。よって、車両制御システムとして適切な制御が確保される。
【００２２】
図２は、レーダ装置１０を中心とする車両制御システムのブロック図である。まず、レーダ装置１０の構成について説明する。
【００２３】
レーダ装置１０は、たとえばＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）方式のレーダ装置である。レーダ送受信機１２は、周波数変調した連続波（電磁波）をレーダ信号として生成し、これをアンテナ１１から送出する。ここでレーダ信号の周波数は、７６〜７７ＧＨｚ帯のミリ波帯に含まれる。これは、車載用のレーダ装置が電波法上使用可能な電波帯域がかかる帯域に制限されていることによる。
【００２４】
送信されるレーダ信号（送信信号）の周波数は、たとえば三角波状のベースバンド信号に基づいて、三角波の上昇区間で漸増し、三角波の下降区間で漸減する。よって、ベースバンド信号の周期に応じて周波数の漸増期間と漸減期間が反復される。あるいは、レーダ送受信機１２が任意の一定周期ごとに周波数変調を休止する期間を有するようにしてもよい。かかる期間では、送信信号の周波数が一定に保たれる。
【００２５】
レーダ送受信機１２は、送信信号の指向方向を順次変化させることにより、走査領域を走査する。走査の方式は、たとえば機械走査方式や電子走査方式である。レーダ送受信機１２は、走査方式に応じた構成を有する。機械走査方式の場合、アンテナ１１が往復回動可能に構成される。レーダ送受信機１２は、アンテナ１１を回動させることにより送信信号の指向方向を変化させる。この場合、レーダ軸は、アンテナ１１の回動角度範囲の中心に対応する。また、電子走査方式の場合、アンテナ１１には複数のアンテナ素子が所定間隔で配置される。レーダ送受信機１２は、アンテナ１１を回動させることなく、アンテナ素子における送信位相差（あるいは受信位相差）を制御して、送信信号（あるいは受信信号）の指向方向を変化させる。この場合、レーダ軸は、送信信号の利得が最大となるアンテナパターンの中心に対応する。
【００２６】
レーダ送受信機１２は、物標に反射されたレーダ信号をアンテナ１１により受信すると、受信したレーダ信号（受信信号）と送信信号とを混合して、ビート信号を生成する。そして、レーダ送受信機１２は、ビート信号をＡ／Ｄ変換して信号処理装置１４に出力する。ここでビート信号の周波数は、周波数変調された送信信号と物標により反射された受信信号の周波数差に対応する。送受信信号の周波数差はたとえば数百ＫＨｚである。送受信信号の周波数差は、受信信号の周波数が偏移することにより発生する。これは、受信信号の周波数は、物標の相対速度によるドップラ周波数と相対距離による時間的遅延の影響を受けることによる。
【００２７】
ここで、送受信信号とビート信号の関係を図３に示す。図３（Ａ）には、送受信信号それぞれの時間（横軸）に対する周波数（縦軸）の変化が示される。送信信号の周波数は、実線で示すように、周波数漸増期間ＵＰで漸増し、周波数漸減期間ＤＮで漸減する。これに対し、受信信号の周波数は、破線で示すように周波数偏移を受ける。ここでは、目標物体との相対距離による時間的遅延ΔＴと、相対速度に応じたドップラシフトΔＤとが示される。その結果、送信信号の周波数漸増期間ＵＰでは送受信信号に周波数差ｆｕが生じ、送信信号の周波数漸減期間ＤＮでは送受信信号に周波数差ｆｄが生じる。
【００２８】
図３（Ｂ）には、ビート信号の時間（横軸）に対する周波数（縦軸）の変化が示される。ビート信号の周波数は、上記した送受信信号の周波数差ｆｕ、ｆｄに対応する。ビート信号の周波数ｆｕ、ｆｄは、次式により目標物体の相対速度Ｖ、対距離Ｒと対応する。ここで、Ｃは光速、ｆｍはベースバンド信号における三角波の周波数、ｆ０は送信信号の中心周波数、ΔＦは周波数偏移幅である。
【００２９】
Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ） ・・・式（１）
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４・ｆ０） ・・・式（２）
図２に説明を戻す。信号処理装置１４では、送受信制御手段１６が、レーダ信号の送信動作を制御する制御信号をレーダ送受信機１２に出力する。制御信号は、レーダ信号の指向方向とこれを変化させるタイミングとを規定する。たとえばレーダ送受信機１２が機械走査方式の場合には、制御信号はアンテナ１１の回動角度と回動タイミングを規定する。また、レーダ送受信機１２が電子走査方式の場合には、制御信号は、アンテナ素子の送信位相差（あるいは受信位相差）とこれを変化させるタイミングを規定する。
【００３０】
また、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform： 高速フーリエ変換）手段１８は、ビート信号をＦＦＴ処理してその周波数スペクトルを検出する。ビート信号にはもともと、物標の反射により得られたものと、路面の乱反射やマルチパス現象により得られたものが含まれる。しかし、ビート信号の周波数は、上述したように反射物の相対距離と相対速度に対応する。よって、ＦＦＴ手段１８は、ＦＦＴ処理によってビート信号を相対距離と相対速度に対応した周波数スペクトルに分離する。
【００３１】
ピーク信号検出手段２０は、ビート信号の周波数スペクトルからピーク信号を検出する。物標の反射により得られたビート信号は、路面の乱反射やマルチパス現象により得られたビート信号よりレベルが大きい。これは、物標がある程度の反射断面積を有することによる。このことからピーク信号検出手段２０は、周波数スペクトルでピーク（極大値）を形成するピーク信号を検出する。すなわちピーク信号検出手段２０は、物標の反射により得られたビート信号を検出する。
【００３２】
ピーク信号検出手段２０は、このようなピーク信号を周波数漸増期間、周波数漸減期間ごとに検出する。すると、周波数漸増期間におけるピーク信号は上述した周波数ｆｕを有し、周波数漸減期間におけるピーク信号は上述した周波数ｆｄを有する。
【００３３】
物標検出手段２２は、物標の相対距離、相対速度、および方位角といった物標情報を検出する。まず物標検出手段２２は、ピーク信号が得られたときのレーダ信号の指向方向に基づき、物標の方位角を検出する。レーダ信号の指向方向は、送受信制御手段１６から与えられる。そして物標検出手段２２は、ピーク信号の周波数ｆｕ、ｆｄに基づき、上述した式（１）、（２）に従って物標の相対速度と相対距離を導出する。
【００３４】
そして物標検出手段２２は、物標の相対距離、相対速度、および方位角といった物標情報を車両制御装置１００に出力する。
【００３５】
軸ずれ検出手段２４は、レーダ送受信機１２の軸ずれ検出を定期的に実行する。このとき、軸ずれ検出手段２４は、画像認識装置５０から物標の画像認識結果を取得する。さらに好ましくは、軸ずれ検出手段２４は、車両制御装置１００から車両１の走行速度や旋回半径を取得する。軸ずれ検出手段２４は、これらの情報に基づき軸ずれを検出すると、軸ずれの発生を通知する通知信号を車両制御装置１００に出力する。
【００３６】
上記のような信号処理装置１４は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やマイクロコンピュータを有する。ＦＦＴ手段１８は、ＦＦＴ処理を実装したＤＳＰにより構成される。送受信制御手段１６、ピーク信号検出手段２０、物標検出手段２２、軸ずれ検出手段２４は、各動作に対応する演算処理を実行する不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）と、その手順を記述したプログラムにより構成される。かかるプログラムは、不図示のＲＯＭ（Read Only Memory、不揮発性のものを含む）に格納される。またＲＯＭには、基準レベルデータ２６が予め格納される。なおＣＰＵは演算処理の際、データを不図示のＲＡＭ（Random Access Memory）に一時的に保持させる。
【００３７】
画像認識装置５０では、撮像装置５２が撮像領域を撮像し、撮像画像データを画像処理部５４に出力する。撮像装置５２は、たとえば光学式のデジタルスチルカメラで構成される。撮像装置５２はこのほかに、赤外線カメラにより構成されてもよい。
【００３８】
また、撮像装置５２は複眼式のカメラで構成されてもよいし、単眼式のカメラで構成されてもよい。単眼式のカメラは複眼式のカメラより廉価であるので、撮像装置５２を単眼式のカメラで構成することにより低コスト化が可能となる。
【００３９】
画像処理部５４では、撮像制御手段５６が、撮像動作を制御する制御信号を撮像装置５２に出力する。制御信号は、撮像のタイミングを規定する。また、二値化手段５８は撮像画像が有する画素の濃度階調を二値化する。そして、エッジ検出手段６０が、二値化された画素の分布に基づき、被写体画像のエッジを検出する。そして、画像認識手段６２が、エッジの形状に基づき、被写体を認識する。画像認識手段６２は、エッジ形状のパターンマッチングを行い、被写体を認識する。エッジ形状データ６４は、予め画像処理部５４に格納される。ここで被写体は、走行路面のセンターラインや、レーダ装置１０により検出される物標などである。
【００４０】
また、画像認識手段６２は、撮像画像内でのエッジの位置に基づき、被写体の位置を検出する。具体的には、画像認識手段６２は、撮像画像から路面のセンターラインの位置を検出する。センターラインの位置は、車両１の横方向における車両１の中心からの距離である。画像認識装置５０は車両１に対し固定されているので、画像認識手段６２は、撮像画像内の横方向におけるエッジの位置から、横方向の位置を導出できる。画像認識手段６２は、このようにして検出したセンターラインの位置を、車両制御装置１００に出力する。
【００４１】
さらに画像認識手段６２は、軸ずれ検出に用いる静止物標の状態や延在方向を検出する。ここで、軸ずれ検出に用いる静止物標は、車両１の進行方向に延在する静止物標であり、たとえば路側のガードレール、中央分離帯、あるい路側の看板などの設置物である。そして、画像認識手段６２は、静止物標の状態や延在方向をレーダ装置１０に出力する。
【００４２】
このように構成される画像処理部５４は、上記処理を実装したＤＳＰやＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を有する。また、エッジ形状データ６４は、不図示のＲＯＭに予め格納される。
【００４３】
車両制御装置１００は、制御目的に応じて車両１の各種アクチュエータを制御する。具体的には、車両制御装置１００は各種アクチュエータの制御装置に対し、アクチュエータの制御を指示する指示信号を出力する。たとえば車両制御装置１００は、追従走行制御を行う場合には、レーダ装置１０から入力される物標情報に基づいて、スロットルやブレーキの制御装置に走行速度の加減を指示する。また車両制御装置１００は、衝突回避制御を行う場合には、物標情報に基づいてスロットルやブレーキ、あるいはステアリング制御装置に走行速度の加減や進路変更を指示する。また車両制御装置１００は、衝突対応制御を行う場合には、物標情報に基づいて車両１の安全装置や警報装置を作動させる。さらに車両制御装置１００は、車線維持制御を行う場合には、画像認識装置５０から入力されるセンターラインの位置に基づいて、ステアリング制御装置に進路の調整を指示する。
【００４４】
ここで、車両制御装置１００は、レーダ装置１０に軸ずれが発生したときには、軸ずれ検出手段２４からの通知によりこれを検出する。その場合、車両制御装置１００は、レーダ装置１０から与えられる物標情報に基づく制御を中止する。そうすることにより、車両制御システムとして適切な制御が確保される。
【００４５】
また車両制御装置１００は、不図示の車速センサなどから車両１の走行速度を取得する。また、車両制御装置１００は、不図示のステアリング制御装置などから、車両１の旋回半径を取得する。これらは上述したように、レーダ装置１０の軸ずれ検出手段２４に出力される。
【００４６】
このような車両制御装置１００は、公知のマイクロコンピュータで構成される。マイクロコンピュータでは、ＣＰＵが、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭに演算データを保持させながら上記の制御動作を実行する。
【００４７】
図４は、車両制御システムの基本的な動作手順を説明するフローチャート図である。手順Ｓ１２〜Ｓ２０はレーダ装置１０の動作手順を示す。手順Ｓ４２〜Ｓ５０は、画像認識装置５０の動作手順を示す。手順Ｓ３２〜Ｓ３６は、車両制御装置１００の動作手順を示す。そして、手順Ｓ６０は、レーダ装置１０と画像認識装置５０の動作手順を示す。
【００４８】
レーダ装置１０は、走査周期ごとに次の手順を実行する。ここでは、走査領域の１つの端部から他の端部までをレーダ信号により一回走査する時間を、走査周期とする。まず、レーダ送受信機１２と送受信制御手段１６が、レーダ信号の指向方向を変化させながらレーダ信号を送受信する（Ｓ１２）。次に、ＦＦＴ手段１８が、ビート信号をＦＦＴ処理する（Ｓ１４）そして、ピーク信号検出手段２０が、ビート信号の周波数スペクトルからピーク信号を検出する（Ｓ１６）。そして、物標検出手段２２が、物標の相対距離、相対速度、方位角といった物標情報を検出する（Ｓ１８）。そして、物標検出手段２２が、物標情報を車両制御装置１００に出力する（Ｓ２０）。なお、物標情報の出力前に、物標検出手段２２が、たとえば物標情報が過去複数回の走査において連続性を有するかを判定する手順を追加してもよい。
【００４９】
画像認識装置５０は、任意に設定される周期（たとえば１００ミリ秒）ごとに、次の手順を実行する。まず撮像装置５２が撮像領域を撮像する（Ｓ４２）。次に、二値化手段５８が、撮像画像データの二値化処理を行う（Ｓ４４）。そして、エッジ検出手段６０が、撮像画像データから被写体画像のエッジを検出する（Ｓ４６）。そして、画像認識手段６２が、エッジの形状や位置に基づき被写体を認識する画像認識を行う（Ｓ４８）。そして、画像認識手段６２が画像認識結果を車両制御装置１００に出力する（Ｓ５０）。具体的には、センターラインの位置を出力する。
【００５０】
車両制御装置１００は、レーダ装置１０から物標情報が入力されたときに、レーダ装置１０の軸ずれが発生していなければ（Ｓ３２のＮＯ）、物標情報に基づき車両制御を行う。一方車両制御装置１００は、軸ずれが発生していれば（Ｓ３２のＹＥＳ）、物標情報に基づく処理を中止する。軸ずれ発生は、後述する手順Ｓ６０でレーダ装置１０から通知される。
【００５１】
また、車両制御装置１００は、画像認識装置５０からセンターラインの位置が入力されると、これに基づき車両１の車線維持制御を行う（Ｓ３６）。
【００５２】
さらにレーダ装置１０と画像認識装置５０は、任意に設定される周期ごとにレーダ装置１０の軸ずれ検出を行う（Ｓ６０）。このとき軸ずれ検出が実行される周期は、レーダ装置１０の走査周期ごとでもよいし、画像認識装置５０の処理周期でもよい。あるいは、これらと異なる任意の周期、たとえば数秒〜数十秒ごとであってもよい。またたとえば、レーダ信号の周波数変調を休止するタイミングに実行してもよい。なお、軸ずれが検出されたときには、レーダ装置１０は車両制御装置１００に軸ずれを通知する。
【００５３】
次に、本実施形態における軸ずれ検出方法について説明する。軸ずれ検出手段２４は、まず直線道路において静止物標の延在方向を検出する。ここで静止物標は、車両１の進行方向に延在するたとえば路側のガードレール、中央分離帯、あるいは進行方向に長手形状を有する看板などの設置物である。これらの静止物標の延在方向は、一般的に、直線道路では車両１の進行方向、つまり方位角０度方向と一致する。また、レーダ軸は方位角０度方向に初期設定される。よって、軸ずれ検出手段２４は、方位角０度方向を基準方向として、静止物標の延在方向と基準方向とが平行であるか否かを検出する。ここで、平行であれば、静止物標の延在方向が正確に検出されているので軸ずれは発生していない。一方、平行でなければ、静止物標の延在方向が誤って検出されているので、軸ずれ検出手段２４が軸ずれを検出する。
【００５４】
このとき軸ずれ検出手段２４は、更に画像認識結果を用いて軸ずれ検出の精度を向上させる。すなわち、軸ずれ検出手段２４は、静止物標の延在方向が精度よく検出できる状況を画像認識結果に基づいて選択し、かかる状況のときに軸ずれ検出を行う。あるいは、軸ずれ検出手段２４は、画像認識装置５０が画像認識した静止物標の延在方向を基準方向として用いる。
【００５５】
ここで、まず方位角０度方向を基準方向とする場合について説明する。その次に変形例として、静止物標の画像認識された延在方向を基準方向とする場合について説明する。
【００５６】
図５は、軸ずれ検出を行う際の状況について説明する図である。図５（Ａ）、（Ｂ）はともに、直線道路における静止物標と車両１との位置関係を模式的に示す平面図である。ここで図５（Ａ）は軸ずれ検出に適した状況を示し、図５（Ｂ）は、軸ずれ検出に適さない状況を示す。
【００５７】
まず図５（Ａ）では、静止物標の例としてガードレールが示される。ガードレールがレーダ信号を反射するときには、表面の形状や材質により反射信号のレベルに強弱が生じる。ここで、ガードレールにおいて反射強度が他の部分より強い点を反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…とする。
【００５８】
ガードレールにおける反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…は、物標検出手段２２によりそれぞれ１つの物標として検出される。よって、まず軸ずれ検出手段２４は、検出された物標のうち、静止しているものを抽出する。具体的には、軸ずれ検出手段２４は、車両１の走行速度と同じ大きさで、かつ正負が反転した相対速度を有する物標を抽出する。ここで走行速度は、車両制御装置１００から与えられる。このようにして軸ずれ検出手段２４は、反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…を検出する。ここで、反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…の相対距離はそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、…、方位角はそれぞれθ１、θ２、θ３、…である。
【００５９】
次に、軸ずれ検出手段２４は、反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…の分布方向を検出する。この分布方向が、ガードレールの延在方向である。反射点の分布方向は、少なくとも２つの反射点を結ぶ直線の方向（方位角０度方向に対する角度）に対応する。よって、軸ずれ検出手段２４は、たとえば反射点Ｐ１、Ｐ２を用いて次式の演算により分布方向αを導出する。
α＝（車両１の横方向におけるＰ１、Ｐ２の位置の差分）／
（車両１の進行方向におけるＰ１、Ｐ２の位置の差分）
＝（R2・sinθ2−R1・sinθ1）／（R2・cosθ2−R1・cosθ1）
あるいは、軸ずれ検出手段２４は、反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…を通る直線を最小二乗法により導出し、その直線の方位角０度方向に対する角度を導出してもよい。
【００６０】
軸ずれ検出手段２４は、上記のようにして導出した反射点の分布方向αと方位角０度方向との差分を導出する。そして、軸ずれ検出手段２４は、差分が許容範囲より大きければ軸ずれを検出し、車両制御装置１００に軸ずれを通知する。ここで許容範囲は、軸ずれとして認めうる角度差であって予め任意に設定される。許容範囲はたとえば、０．５度〜１度である。一方、軸ずれ検出手段２４は、差分が許容範囲内であれば軸ずれを検出せず、したがって車両制御装置１００に軸ずれを通知しない。
【００６１】
ここで、ガードレールの近傍に建築物や停車中の車両といった他の静止物標が存在する状況が生じる場合がある。図５（Ｂ）は、かかる状況を示す。
【００６２】
ガードレール近傍の他の静止物標から得られる受信信号レベルは、一般的にガードレールにおける反射点から得られる受信信号レベルより大きい。これは、他の静止物標の反射断面積がガードレールの反射点の部分の面積より大きいことによる。よって、このような状況では、ガードレールにおける反射点Ｐ２、Ｐ３、…の代わりに、建築物における反射点Ｐ１２が検出される場合がある。すると、反射点Ｐ１、Ｐ１２に基づいてガードレールの延在方向が誤って検出されるおそれがある。
【００６３】
ここで、軸ずれ検出手段２４は、画像認識結果を併用することにより、上記のような軸ずれ検出に適した状況と適さない状況を判断する。次に、かかる判断方法について説明する。
【００６４】
図６は、図５で示した状況に対応する撮像画像を模式的に示す図である。図６（Ａ）には、図５（Ａ）の状況に対応する撮像画像が示される。ここでは、撮像画像を点線で図示し、検出されたエッジを実線で示す。この撮像画像には、背景として空と走行路面が、被写体としてガードレール、センターライン、および車両１のボンネット部分が写っている。そして、ガードレール、センターラインなどのエッジが認識される。ここでは、図示するように、ガードレールの周囲や背後には他の被写体画像は存在しない。
【００６５】
一方、図６（Ｂ）には、図５（Ｂ）の状況に対応する撮像画像が示される。この場合、ガードレール近傍に建築物が存在するので、撮像画像ではガードレールの背後に建築物が映っている。よって、ガードレールのエッジと建築物のエッジとが重複している。
【００６６】
画像認識手段６２は、画像認識したときのガードレールの状態を画像認識結果として軸ずれ検出手段２４に通知する。すなわち、ガードレールのエッジと重複する建築物などのエッジが存在するか否かを検出して、軸ずれ検出手段２４に通知する。すると、軸ずれ検出手段２４は、ガードレールのエッジと重複する建築物などのエッジが存在しなければ軸ずれ検出に適した状況であると判断し、軸ずれ検出を実行する。一方、ガードレールのエッジと重複する建築物などのエッジが存在するときには軸ずれ検出に適さない状況であると判断し、軸ずれ検出を中止する。
【００６７】
ここで、ガードレールなどの静止物標の近傍に他の静止物標が存在する状況をレーダ装置１０単独で検出するのは困難である。あるいは、一定時間にわたって受信信号レベルの推移を観察する必要があるので、時間を要する。この点、画像認識はエッジの有無により他の静止物標の有無を検出できるので、他の静止物標が存在する状況をより確実かつ迅速に検出することができる。
【００６８】
このように、軸ずれ検出手段２４は、画像認識結果を併用することにより軸ずれ検出に適した状況のときに軸ずれ検出を行い、そうでないときには軸ずれ検出を中止するので、軸ずれ検出の精度を向上させることができる。
【００６９】
ところで、静止物標の延在方向が車両の進行方向と一致しない場合がある。たとえば、車線の合流地点に向かっているときや道幅が徐々に狭くなっているような場合には、ガードレールの延在方向が車両の進行方向と平行にならない。あるいは、路側の看板が車両から見易いように車両の進行方向に対し角度をつけて設置されているような場合もある。
【００７０】
このような場合に、本実施形態における変形例では、画像認識手段６２は、静止物標の延在方向を画像認識する。そして、軸ずれ検出手段２４は、画像認識された延在方向を基準方向とする。そうすることにより、静止物標の延在方向が車両１の進行方向と平行でない場合であっても、精度よく軸ずれを検出できる。
【００７１】
図７は、静止物標の延在方向を画像認識する方法を説明する図である。図７（Ａ）には、図６（Ａ）で示した撮像画像が示される。画像認識手段６２は、ガードレールのエッジ形状を認識すると、路面に接触する下端エッジの延在方向を導出する。具体的には、画像認識手段６２は、下端エッジの撮像画像における傾き角度（撮像画像の横方向に対する角度）α´を導出する。そして、傾き角度α´に対応する延在方向を導出する。
【００７２】
ここで、画像認識装置５０は車両１に固定されているので、走行路面前方の傾斜を一定としたときに、被写体の下端エッジの延在方向は撮像画像内におけるエッジの傾き角度に対応している。よって、かかる傾き角度と延在方向との対応関係を、予めマップデータとして画像認識装置５０内のＲＯＭに格納しておく。そうすることにより、画像認識手段６２は、かかるマップデータを参照して、エッジの傾き角度に対応するガードレールの延在方向を導出できる。
【００７３】
図７（Ｂ）は、ガードレールの代わりに看板が静止物標として認識されたときの延在方向を示す。ここでも、図７（Ａ）の説明と同様に、画像認識手段６２は、看板のエッジ形状を認識すると、下端エッジの撮像画像における傾き角度α´を導出する。そして、傾き角度α´に対応する延在方向を導出する。
【００７４】
なお、上記のようにして静止物標の延在方向を画像認識により検出する場合、画像認識装置５０自体の取付け位置や角度が変化し、画像認識装置５０に軸ずれが発生していると、静止物標の延在方向を誤って検出してしまう。よって、画像認識装置５０の軸ずれが発生していないことを更に検出することにより、基準方向の正確性を担保できる。なお、画像認識装置５０の軸は、撮像範囲の中心に対応し、たとえば車両１進行方向の正面に一致するように初期設定される。そして、画像認識装置５０では、画像認識手段６２が次のようにして軸ずれを検出する。
【００７５】
図８は、画像認識装置５０の軸ずれ検出方法を説明する図である。図８（Ａ）、（Ｂ）には、模式的な撮像画像が示される。
【００７６】
図８（Ａ）は、軸ずれが発生していない状態での、撮像画像の例である。ここでは、車両１の車体の一部が写されている。ここでは、たとえば車両１のボンネット上のエンブレムＥＢやフロントガラスの四隅に設けられるマーカＭＫが示される。
【００７７】
画像認識装置５０は車両１に対し固定されるので、軸ずれが発生していない状態では、エンブレムＥＢやマーカＭＫは撮像画像内で常に定位置にある。たとえば、エンブレムＥＢは撮像画像の左下を原点とするＸＹ座標系で座標（ｘ１，ｙ１）に位置する。また、マーカＭＫは撮像画像の四隅に位置する。かかる定位置は、予め画像処理部５４のＲＯＭに格納される。
【００７８】
ところが、軸ずれが発生すると、エンブレムＥＢやマーカＭＫの撮像画像内での位置がずれる。図８（Ｂ）は、軸ずれが発生した状態での、エンブレムＥＢやマーカＭＫの撮像画像における位置を示す。ここでは、エンブレムＥＢ、マーカＭＫともに、図８（Ａ）で示した定位置からずれている。
【００７９】
このように、画像認識手段６２は、車体の一部を指標として、その位置が撮像画像内の定位置にあるか否かを検出し、定位置にあれば軸ずれが発生しておらず、定位置からずれていれば軸ずれが発生していることを検出する。なおここでは複数の指標を用いているが、１つの指標を用いてもよい。このように画像認識手段６２が画像認識装置５０の軸ずれが発生していないことを検出することにより、基準方向の正確性を担保できる。よって、基準方向に基づくレーダ装置１０の軸ずれ検出の精度が向上する。
【００８０】
図９は、軸ずれ検出手順を説明するためのフローチャート図である。図９の手順は、図４における手順Ｓ６０を詳述するサブルーチンである。
【００８１】
説明の便宜上、画像認識装置５０の動作手順から説明する。画像認識手段６２は、まず直線走行中であることを確認する（Ｓ１２２）。このとき画像認識手段６２は、過去の処理周期で検出したセンターラインのエッジ形状に基づき、直線走行中であることを検出する。センターラインのエッジ形状が直線を形成していれば、直線走行中であると判断できる。
【００８２】
そして、画像認識手段６２は、直線走行中であるときには（Ｓ１２２のＹＥＳ）、直線走行フラグをＯＮに設定する（Ｓ１２４）。ここで直線走行フラグは、プログラム上の変数である。一方、直線走行中でないときには、画像認識手段６２は直線走行フラグをＯＦＦに設定する（Ｓ１２５）。
【００８３】
画像認識手段６２は、直線走行中であることを検出すると、物標を認識する（Ｓ１２６）。そして画像認識手段６２は、ガードレールなど、車両１進行方向に延在する静止物標を認識したときには（Ｓ１２８のＹＥＳ）、画像認識フラグをＯＮに設定して（Ｓ１３２）、処理を終了する。ここで画像認識フラグは、プログラム上の変数である。一方、かかる静止物標を認識しないとき、あるいは、静止物標のエッジが他の静止物標のエッジと重複しているときには（Ｓ１２８のＮＯ）、画像認識手段６２は画像認識フラグをＯＦＦに設定する（Ｓ１３１）。そして画像認識手段６２は、直線走行フラグ、画像認識フラグをレーダ装置１０に出力して（Ｓ１３３）、処理を終了する。
【００８４】
レーダ装置１０では、軸ずれ検出手段２４が、直線走行中であることを確認する（Ｓ１０４）。このとき軸ずれ検出手段２４は、画像認識装置５０から与えられる直線走行フラグに基づき直線走行中であるか否かを検出する。あるいは軸ずれ検出手段２４は、車両制御装置１００から与えられる車両１の旋回半径に基づき直線走行中であるか否かを検出する。たとえば軸ずれ検出手段２４は、旋回半径が基準値以上であれば直線走行中であることを検出する。ここで軸ずれ検出手段２４は、直線走行とみなされる任意の値（たとえば１万メートル）を基準値として用いる。なお、旋回半径を用いる場合には、画像認識装置５０による手順Ｓ１２２を省略することが可能である。
【００８５】
そして、軸ずれ検出手段２４は、直線走行中のときには（Ｓ１０４のＹＥＳ）、過去の走査周期で検出された物標情報から、静止物標の反射点を抽出する（Ｓ１０６）。そして軸ずれ検出手段２４は、反射点の分布方向を導出する（Ｓ１０８）。
【００８６】
そして、軸ずれ検出手段２４は、画像認識装置５０から与えられる画像認識フラグがＯＮのときには（Ｓ１１０のＯＮ）、反射点の分布方向と基準方向との差分を導出する（Ｓ１１２）。ここで、基準方向は方位角０度方向である。そして軸ずれ検出手段２４は、差分が基準値以上のときには（Ｓ１１４のＹＥＳ）、軸ずれ通知を車両制御装置１００に出力する。一方、画像認識フラグがＯＦＦのときには（Ｓ１１０のＯＦＦ）、軸ずれ検出手段２４は処理を終了する。
【００８７】
このように、直線走行中にガードレールの近傍に他の静止物標がなく、したがって軸ずれ検出に適した状況のときに軸ずれ検出を行うことにより、軸ずれ検出精度を向上させることができる。
【００８８】
図１０は、変形例における軸ずれ検出手順を説明するフローチャート図である。図１０では、画像認識手段６２が静止物標を認識した際（Ｓ１２８のＹＥＳ）、その下端エッジの延在方向を検出する（Ｓ１３０）。そして、画像認識手段６２は、延在方向と直線走行フラグ、画像認識フラグをレーダ装置１０に出力する（Ｓ１３４）。
【００８９】
よって、レーダ装置１０では、軸ずれ検出手段２４は画像認識された下端エッジの延在方向を基準方向として手順Ｓ１１２を実行する。
【００９０】
このような手順によれば、静止物標の延在方向が車両の進行方向と平行でない場合であっても、レーダ装置１０の軸ずれを精度よく検出することができる。なお、車両１が旋回しているときには軸ずれ検出の精度が相対的に低下するが、手順Ｓ１０４、Ｓ１２２で直線走行中であることを判断することにより、旋回中に軸ずれ検出を行うことを回避できる。よって、軸ずれ検出精度の低下を防止できる。
【００９１】
図１１は、さらに好適な態様における軸ずれ検出手順を説明するフローチャート図である。図１１は、図１０の手順に更に手順Ｓ１０２、Ｓ１２０を追加したものである。ただしこれらの手順は、いずれか１つのみを追加してもよい。
【００９２】
手順Ｓ１２０では、画像認識手段６２は、画像認識装置５０の軸ずれの有無を検出する。そして、軸ずれが発生していないときに（Ｓ１２０のＮＯ）、上述した手順Ｓ１２２以降を実行する。一方、軸ずれが発生しているときには（Ｓ１２０のＹＥＳ）、処理を終了する。かかる手順を追加することにより、静止物標の延在方向を検出したときにその正確さが担保される。すなわち、基準方向の正確さが担保される。
【００９３】
また、手順Ｓ１０２では、軸ずれ検出手段２４は、車両１の走行速度が基準速度以上であることを確認する。走行速度は、車両制御装置１００から与えられる。ここで、基準速度は例えば時速４０ｋｍである。車両がある程度以上の速度で走行していれば、路側にガードレールや看板などの静止物標が存在する状況が発生する蓋然性が高くなる。よって、軸ずれ検出に更に適した状況であることが担保される。
【００９４】
よって、走行速度が基準速度以上のときに（Ｓ１０２のＹＥＳ）、軸ずれ検出手段２４は、上述した手順Ｓ１０４以降を実行する。一方、走行速度が基準速度未満のときには（Ｓ１０２のＮＯ）、軸ずれ検出手段２４は、処理を終了する。
【００９５】
上述の説明では、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置を例としたが、物標の相対速度、相対距離を別々に検出可能なレーダ装置であれば、ＦＭ−ＣＷ方式に限らなくてもよい。たとえば、一定周波数のレーダ信号により物標の相対速度を検出するドップラレーダと、パルス信号の往復時間により物標との相対距離を検出するパルスレーダとを組み合わせることにより、かかる構成が可能となる。
【００９６】
また、車両の前方監視用レーダ装置を例として説明したが、車両の後方を監視するためのレーダ装置であってもよい。この場合、車両の後方の撮像画像に基づき画像認識を行う画像認識装置を併用することで、上述した実施形態を適用できる。
【００９７】
また、上述の説明では、軸ずれが発生したときには車両制御装置１００が制御を中止した。しかし、レーダ装置１０における物標検出手段２２が、軸ずれを補正した物標情報を車両制御装置１００に出力するようにしてもよい。そうすることにより、車両制御装置１００は正確な物標情報に基づいて車両を制御できる。
【００９８】
以上説明したように、本実施形態によれば、車載レーダ装置の軸ずれを精度よく検出することが可能となる。
【符号の説明】
【００９９】
１０：レーダ装置、１２：レーダ送受信機、１４：信号処理装置、２４：軸ずれ検出手段、５０：画像認識装置、６２：画像認識手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されるとともに静止物標に反射されたレーダ信号を受信するレーダ送受信機の信号処理装置であって、
前記静止物標における前記レーダ信号の反射点を前記受信したレーダ信号に基づき検出する物標検出手段と、
前記車両に搭載された画像認識装置が前記静止物標の近傍に他の物標が存在しないことを前記静止物標を含む撮像画像に基づき検出したときに、前記反射点の分布方向と基準方向との差分が基準値以上か否かを検出する軸ずれ検出手段とを有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記基準方向は、前記レーダ装置のレーダ軸が設定される方向であることを特徴とする信号処理装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記基準方向は、前記画像認識装置が前記撮像画像に基づき検出する前記静止物標の延在方向であることを特徴とする信号処理装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記軸ずれ検出手段は、前記車両が直進するときに前記反射点の分布方向と前記基準方向との差分が前記基準値以上か否かを検出することを特徴とする信号処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のレーダ送受信機と信号処理装置とを有するレーダ装置。
【請求項１】
車両に搭載されるとともに静止物標に反射されたレーダ信号を受信するレーダ送受信機の信号処理装置であって、
前記静止物標における前記レーダ信号の反射点を前記受信したレーダ信号に基づき検出する物標検出手段と、
前記車両に搭載された画像認識装置が前記静止物標の近傍に他の物標が存在しないことを前記静止物標を含む撮像画像に基づき検出したときに、前記反射点の分布方向と基準方向との差分が基準値以上か否かを検出する軸ずれ検出手段とを有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記基準方向は、前記レーダ装置のレーダ軸が設定される方向であることを特徴とする信号処理装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記基準方向は、前記画像認識装置が前記撮像画像に基づき検出する前記静止物標の延在方向であることを特徴とする信号処理装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記軸ずれ検出手段は、前記車両が直進するときに前記反射点の分布方向と前記基準方向との差分が前記基準値以上か否かを検出することを特徴とする信号処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のレーダ送受信機と信号処理装置とを有するレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２３４６（Ｐ２０１１−２３４６Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４５９４０（Ｐ２００９−１４５９４０）
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
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