物体検出装置及び物体検出方法
【課題】計測対象物から放射される電磁波を利用して地平面上に存在する立体物や路面を検出することのできる物体検出装置を提供する。
【解決手段】本発明の物体検出装置は、計測対象物から放射される電磁波の水平偏波及び垂直偏波を検知するアンテナ２と、水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて計測対象物の黒体温度を算出して計測対象物を検出する物体検知部３と、水平偏波及び垂直偏波の波長と入射角とに基づいて計測対象物の平滑度を計測し、物体検知部３で検出された計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する平滑度計測部４と、垂直偏波の受信電磁波量に対する水平偏波の受信電磁波量の比を示す受信偏波比Γｐに基づいて、平滑度計測部４で検出された計測対象物とアンテナ観測面との間の相対角度を計測する相対角度計測部５とを備えていることを特徴とする。
【解決手段】本発明の物体検出装置は、計測対象物から放射される電磁波の水平偏波及び垂直偏波を検知するアンテナ２と、水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて計測対象物の黒体温度を算出して計測対象物を検出する物体検知部３と、水平偏波及び垂直偏波の波長と入射角とに基づいて計測対象物の平滑度を計測し、物体検知部３で検出された計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する平滑度計測部４と、垂直偏波の受信電磁波量に対する水平偏波の受信電磁波量の比を示す受信偏波比Γｐに基づいて、平滑度計測部４で検出された計測対象物とアンテナ観測面との間の相対角度を計測する相対角度計測部５とを備えていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物から放射される電磁波の水平偏波及び垂直偏波を受信して計測対象物の物体を検出する物体検出装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
あらゆる物体は電磁波を自然に輻射及び反射する性質を有することが知られている。そこで、計測対象物から放射される電磁波を利用してイメージを生成する技術が開発されており、その一例として特許文献１が開示されている。
【０００３】
この特許文献１では、対象物から輻射されるミリ波を検出してイメージを生成するミリ波画像システムを開示しており、Ｓ／Ｎ向上によるミリ波画像情報を高精細化するために時分割でノイズを補正する構成となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４２８３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来の技術では、高いＳ／Ｎで検知するためにリアルタイムで計測することができないという問題点があり、そのために車両等に搭載することができなかった。
【０００６】
現在では車両に搭載するための技術として、地平面上に存在する物体から放射される電磁波を受信して立体物や路面を検出する技術が要求されているが、上述した特許文献１で開示された技術では実現することはできなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、計測対象物から放射される電磁波を利用して地平面上に存在する立体物や路面を検出することのできる物体検出装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る物体検出装置は、計測対象物から放射される電磁波の水平偏波及び垂直偏波を検知するアンテナと、水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて計測対象物の黒体温度を算出して計測対象物を検出する物体検知部と、水平偏波及び垂直偏波の波長と入射角とに基づいて計測対象物の平滑度を計測し、物体検知部で検出された計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する平滑度計測部と、垂直偏波の受信電磁波量に対する水平偏波の受信電磁波量の比を示す受信偏波比に基づいて、平滑度計測部で検出された計測対象物とアンテナ観測面との間の相対角度を計測する相対角度計測部とを備えていることにより、上述した課題を解決する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る物体検出装置及びその方法によれば、垂直偏波の受信電磁波量と水平偏波の受信電磁波量との間の差異に基づいて計測対象物とアンテナ観測面との間の相対角度を計測するので、計測した相対角度から立体物や路面をリアルタイムで検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置におけるアンテナと入射する電磁波との間の角度を説明するための図である。
【図３】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置による物体検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置における平滑度を説明するための図である。
【図５】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置における相対角度を説明するための図である。
【図６】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置における検知角と振幅反射率との間の関係を示す図である。
【図７】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置における第２観測領域を説明するための図である。
【図８】本発明を適用した第２実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明を適用した第２実施形態に係る物体検出装置による物体検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明を適用した第２実施形態に係る物体検出装置において物体が観測領域に進入する様子を説明するための図である。
【図１１】本発明を適用した第２実施形態に係る物体検出装置において検出した受信偏波比の時間変化を示す図である。
【図１２】本発明を適用した第２実施形態に係る物体検出装置において検出した受信偏波比の時間変化を示す図である。
【図１３】本発明を適用した第３実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明を適用した第３実施形態に係る物体検出装置による物体検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】本発明を適用した第３実施形態に係る物体検出装置における相対角度が連続的に変化する様子を説明するための図である。
【図１６】本発明を適用した第３実施形態に係る物体検出装置における入射角と振幅反射率との間の関係を示す図である。
【図１７】本発明を適用した第４実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明を適用した第４実施形態に係る物体検出装置による物体検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１９】本発明を適用した第４実施形態に係る物体検出装置における検知角と受信振幅との間の関係を説明するための図である。
【図２０】本発明を適用した第５実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明を適用した第５実施形態に係る物体検出装置による物体検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図２２】本発明を適用した第５実施形態に係る物体検出装置を搭載した車両周辺の状況を説明するための図である。
【図２３】本発明を適用した第５実施形態に係る物体検出装置による路面検出処理を説明するための図である。
【図２４】本発明を適用した第５実施形態に係る物体検出装置における平滑度を説明するための図である。
【図２５】本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２６】本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置による物体検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図２７】本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置における検知角と受信振幅との間の関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した第１〜第６実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
［第１実施形態］
［物体検出装置の構成］
図１は本実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る物体検出装置１は、計測対象物から放射される電磁波の水平偏波及び垂直偏波を検知するアンテナ２と、アンテナ２で受信した水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて計測対象物の黒体温度を算出して計測対象物を検出する物体検知部３と、アンテナ２で受信した水平偏波及び垂直偏波の波長と入射角とに基づいて計測対象物の平滑度を計測し、物体検知部３で検出された計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する平滑度計測部４と、垂直偏波の受信電磁波量と水平偏波の受信電磁波量との間の差異に基づいて、平滑度計測部４で検出された計測対象物とアンテナ観測面との間の相対角度を計測する相対角度計測部５とを備えている。
【００１４】
ここで、本実施形態に係る物体検出装置１は、計測対象物から放射される電磁波の水平偏波と垂直偏波を受信し、その受信電磁波量に基づいて輝度温度を算出してまず物体の有無を検出している。そして、次に平滑度を計測することによって検出した物体の中で平滑な物体を検出し、最終的に平滑な物体の相対角度を計測する。このとき相対角度の計測結果は０°または９０°になるので、０°であれば地平面と判定し、９０°であれば立体物と判定することによって、物体を検出している。
【００１５】
アンテナ２は、水平偏波と垂直偏波、円偏波の少なくとも２種類以上の電磁波を受信することのできるアンテナであり、例えば水平偏波と垂直偏波とを選んだ場合、２つのテーパースロットアンテナを備えて１００ＧＨｚ±１５ＧＨｚ帯で受信する。このとき、アンテナ２は、直立する計測対象物に対してアンテナ観測面が垂直に交わるように設置されて電磁波を受信する。
【００１６】
ここで、図２を参照して、アンテナ２と入射する電磁波との間の角度について説明する。図２に示すように、地平面に入射する電磁波Ｘが地平面の垂線との間になす角度が入射角φとなる。そして、地平面で反射した電磁波Ｘがアンテナ２で受信されると、電磁波Ｘとアンテナ観測面との間の角度が検知角βとなる。また、電磁波Ｘと地平面の垂線との間の角度が観測角θとなる。
【００１７】
物体検知部３は、アンテナ２で受信した水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて輝度温度を算出し、輝度温度が所定値以上の場合に観測領域に計測対象物となる物体が存在していると判定する。ここでは、例えば輝度温度が１５０Ｋ以上の場合に物体を検知したものと判定し、１５０Ｋ未満の場合には物体が存在していないものと判定する。
【００１８】
平滑度計測部４は、計測対象物が平坦であるか、それとも凹凸のあるものであるかを判定するために計測対象物の平滑度を計測している。後述する相対角度計測部５では水平偏波と垂直偏波の特性の差を利用して相対角度を計測するが、このような特性を利用できるのは物体が平滑な場合だけである。そこで、平滑度計測部４では平滑度を計測して、予め平滑な計測対象物のみを検出しておき、次の相対角度計測部５で相対角度が計測できるようにしている。
【００１９】
相対角度計測部５は、垂直偏波の受信電磁波量に対する水平偏波の受信電磁波量の比を示す受信偏波比に基づいて、平滑度計測部４で検出された平滑な計測対象物の相対角度を計測している。相対角度は計測対象物とアンテナ観測面との間の角度であり、０°または９０°の相対角度が計測結果として検出され、０°であれば地平面と判定し、９０°であれば立体物と判定する。
【００２０】
［物体検出処理の手順］
次に、本実施形態に係る物体検出装置１による物体検出処理の手順を図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２１】
図３に示すように、ステップＳ１０１において、まず計測対象物からの水平偏波と垂直偏波を受信できるようにアンテナ２を制御し、ステップＳ１０２では制御されたアンテナ２で計測対象物から放射される電磁波を受信する。
【００２２】
次に、ステップＳ１０３において、物体検知部３は、アンテナ２で受信した水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて輝度温度を算出し、観測領域にある計測対象物を検出する。例えば、地平面や建物のような物体では輝度温度が１８０Ｋ〜３２０Ｋとなり、天空のように物体が存在しない場合では輝度温度が１５０Ｋ以下となる。そこで、物体検知部３ではアンテナ２で受信した受信電磁波量から算出した黒体温度が、例えば１５０Ｋ以上の場合には物体を検知したものと判定し、１５０Ｋ未満の場合には物体が存在していないものと判定する。
【００２３】
次に、ステップＳ１０４において、平滑度計測部４は、アンテナ２で受信した水平偏波及び垂直偏波の波長と入射角とに基づいて平滑度を計測し、物体検知部３で検出した計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する。
【００２４】
ここで、平滑度の計算方法を説明する。まず、レイリーの粗さの基準Ｃは、
Ｃ＝４π・σ・ｓｉｎφ／λ （１）
と定義される。ここで、σは凹凸高標準偏差であり、φは電磁波の地平面からの入出射角、λは電磁波の波長である。
【００２５】
レイリーの粗さの基準Ｃは、０．１以下であれば凹凸なく平滑と判定され、１０以上の場合には粗いと判定されるものである。ただし、本物体検出装置１で要求される凹凸高の小ささ、すなわち平滑さは地面や路面、建物を想定しているため、実用として基準Ｃが０．３未満であり、基準Ｃが０．３未満のときに平滑であると判定し、０．３以上のときに平滑でないと判定するように設定する。この際、Ｃ＞０．３の場合においては水平偏波の受信電磁波量Ｐｈｐ及び垂直偏波の受信電磁波量Ｐｖｐにおいて散乱の影響で、２つの受信電磁波量の差がレイリーの粗さの基準及びフレネルの式の条件より、ほぼ無くなる性質を有する。しかるに
Γｐ＝Ｐｈｐ／Ｐｖｐ
と定義したとき、
０．９＜Γｐ＜１．１
の検知に基づき、計測対象はＣ＞０．３以上の凹凸を有する物体と判定する。また、このときの凹凸高標準偏差σが平滑度Ｓｂに相当し、波長λと電磁波の地平面からの入出射角φ、Ｃ＝０．３を代入して式（１）を変形すると、
０．３＞４π・Ｓｂ・ｓｉｎφ／λ
Ｓｂ＜０．３・λ／（４π・ｓｉｎφ） （２）
となる。波長λは受信する電磁波の周波数から求めることができるので、平滑度Ｓｂは入射角φによって決まることになる。
【００２６】
ここで、平滑度Ｓｂの計測結果の一例を、図４を参照して説明する。受信する垂直偏波及び水平偏波の周波数が１００ＧＨｚの場合、平滑度Ｓｂは入射角φが変化するにつれて変化し、図４では入射角φが２〜１５°の範囲で平滑度Ｓｂは約１４０ｍｍ〜約５ｍｍの範囲を変化している。図４では記載していないが、入射角φを３０°まで変化させても平滑度Ｓｂは約５ｍｍとなる。なお、本実施形態では１００ＧＨｚの場合を示したが、計測したい平滑度に合わせた波長を選択してもよく、道路や建物の場合は３０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚまでの帯域を必要精度に応じて選択してもよい。
【００２７】
ここで、式（２）を満たす平滑度Ｓｂの範囲は図４で示す曲線Ｙより下の部分となる。すなわち、図４の曲線Ｙより下の領域の計測結果となった場合には計測対象物を平滑であると判定し、逆に図４の曲線Ｙより上の領域の計測結果となった場合には計測対象物を平滑ではないと判定する。例えば、地面のうち地平面（例えば道路）のように平滑な計測対象物の平滑度Ｓｂを計測すると、入射角φに応じて平滑度Ｓｂの値は変化するが、常に曲線Ｙよりも下の領域の計測結果が得られることになる。逆に、地面のうち畑のような平滑ではない計測対象物の平滑度Ｓｂを計測すると、平滑度Ｓｂの値は常に曲線Ｙよりも上の領域の計測結果となる。
【００２８】
このような平滑度Ｓｂの計測結果に基づいて、平滑度計測部４では物体検知部３で検出された計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する。
【００２９】
こうして平滑な計測対象物が検出されると、次にステップＳ１０５において垂直偏波の受信電磁波量と水平偏波の受信電磁波量との間の差異に基づいて、平滑度計測部４で検出された計測対象物とアンテナ観測面との間の相対角度を計測する。
【００３０】
まず、相対角度について図５を参照して説明すると、図５に示すように相対角度は計測対象物とアンテナ観測面との間の角度であり、計測対象物が地平面の場合にはアンテナ観測面と計測対象物との間の角度は０°となるので相対角度は０°となる。一方、計測対象物が立体物の場合には相対角度は９０°となる。
【００３１】
次に、このような相対角度の計測方法を説明する。
【００３２】
前述と同様に、垂直偏波の受信電磁波量に対する水平偏波の受信電磁波量の比を示す受信偏波比Γｐについて式（３）を用いる。
【００３３】
Γｐ＝Ｐｈｐ／Ｐｖｐ （３）
ただし、Ｐｈｐは水平偏波の受信電磁波量であり、Ｐｖｐは垂直偏波の受信電磁波量である。そして、受信偏波比Γｐが
Γｐ＞１．１ （４）
の条件を満たすときに、計測対象物はアンテナ観測面に対して垂直な物体であると判定して相対角度が９０°であると判定する。
【００３４】
一方、受信偏波比Γｐが
Γｐ＜０．９ （５）
の条件を満たすときには、計測対象物はアンテナ観測面に対して平行な物体であると判定して相対角度が０°であると判定する。
【００３５】
次に、上述した判定方法によって相対角度が判定できる理由を説明する。
【００３６】
まず、アンテナ観測面を地平面と平行になるように設けたうえで、計測対象物が地平面の場合、垂直偏波は反射による影響を受けにくく水平偏波は反射による影響を受けやすい。これは図６に示す振幅反射率の変化を示すグラフから分かるように、垂直偏波の振幅反射率は検知角０°から急激に下がってブリュースター角となる約３０°で振幅反射率は０となる。これに対して水平偏波の振幅反射率のほうは検知角０°から徐々に低下していくので、垂直偏波の振幅反射率よりも常に高くなっている。
【００３７】
したがって、垂直偏波よりも水平偏波のほうが反射による影響を受けやすい性質を有する。すなわち、図７に示すようにアンテナ２の観測領域が地平面の場合、垂直偏波は反射による影響が少ないので地平面からの輻射が受信電磁波量の大部分を占め、特にブリュースター角では地平面からの輻射のみが受信電磁波量となる。したがって、例えば輝度温度にすると地平面の黒体温度である３００Ｋ程度の受信電磁波量となる。
【００３８】
これに対して、水平偏波は反射による影響を受けやすいので、図７に示すように地平面が観測領域の場合、地平面の先にある第２観測領域の物体による影響を受けることになる。したがって、第２観測領域が天空の場合には水平偏波の受信電磁波量は空の黒体温度である１５０Ｋ以下となる。また、第２観測領域が建物である場合でも、観測領域である地平面で反射する際の反射率が９０％以下なので、建物の輝度温度に換算して３００Ｋであってもアンテナ２で受信する水平偏波の受信電磁波量は２７０Ｋ以下となる。
【００３９】
したがって、上述したことを考慮すると、計測対象物が地平面の場合（アンテナ２の観測領域が地平面の場合）、すなわち相対角度が０°の場合には垂直偏波の受信電磁波量は水平偏波の受信電磁波量よりも少なくとも１０％以上は大きくなる。したがって、受信偏波比Γｐは
Γｐ＜０．９ （５）
となる。
【００４０】
一方、計測対象物が垂直な立体物の場合（アンテナ２の観測領域に立体物がある場合）、すなわち相対角度が９０°の場合には垂直偏波と水平偏波の関係が逆になるため、水平偏波の受信電磁波量は垂直偏波の受信電磁波量よりも少なくとも１０％以上は大きくなるので、受信偏波比Γｐは
Γｐ＞１．１ （４）
となる。
【００４１】
したがって、上述した理由により受信偏波比Γｐの値に基づいて相対角度を計測することができる。なお、円偏波は水平偏波と垂直偏波の両方の性質を併せ持つので、水平、垂直いずれかの偏波を代用できるため、アンテナの１つは円偏波を利用してもよい。
【００４２】
このようにして計測対象物の相対角度が計測されると、ステップＳ１０６において計測した相対角度から地平面や立体物などの物体を検出して本実施形態に係る物体検出装置１による物体検出処理は終了する。
【００４３】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置によれば、垂直偏波の受信電磁波量と水平偏波の受信電磁波量との間の差異に基づいて計測対象物とアンテナ観測面との間の相対角度を計測するので、計測した相対角度から立体物や地平面（路面）をリアルタイムで検出することができる。また、計測対象物から放射された電磁波を受信して物体を検出するので、光源が必要になることもなく非接触で物体を検出することができる。
【００４４】
また、本物体検出装置によれば、垂直偏波の受信電磁波量に対する水平偏波の受信電磁波量の比を示す受信偏波比に基づいて相対角度を計測するので、広い視野角で物体を検出することができる。この点について説明すると、本物体検出装置では水平偏波と垂直偏波の特性の違いに着目して受信偏波比を定義して相対角度を求めている。したがって、水平偏波と垂直偏波の特性が相違していなければ相対角度を求めることはできないが、図６に示すように検知角が０°〜８０°の範囲で水平偏波と垂直偏波の振幅反射率が相違している。これにより、検知角が０°〜８０°の範囲で相対角度を求めて物体を検出することが可能である。このとき検知角は図２に示すようにアンテナ観測面からの角度なので、０°〜８０°の範囲で物体を検出できれば、アンテナ観測面から下方向に向かってほとんどの範囲で物体を検出できることになり、視野角が非常に広くなることが分かる。
【００４５】
さらに、本物体検出装置によれば、受信偏波比が１．１より大きいときに相対角度が９０°であると判定するので、確実に垂直な立体物を検出することができる。
【００４６】
また、本物体検出装置によれば、受信偏波比が０．９未満のときに相対角度が０°であると判定するので、確実に地平面を検出することができる。
【００４７】
［第２実施形態］
次に、本発明を適用した第２実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１実施形態と同様の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【００４８】
［物体検出装置の構成］
図８は本実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。図８に示すように、本実施形態に係る物体検出装置８１は、アンテナ２の観測領域へ進入する物体を検出する進入物体検出部８２をさらに備えている。
【００４９】
進入物体検出部８２は、受信偏波比Γｐが１未満から１以上へ変化したときにアンテナ２の観測領域へ物体が進入したと判定する。
【００５０】
［物体検出処理の手順］
次に、本実施形態に係る物体検出装置８１による物体検出処理の手順を図９のフローチャートを参照して説明する。ただし、図９に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０６までの処理は、図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０６までの処理と同様なので、説明は省略する。
【００５１】
図９に示すように、ステップＳ２０６において相対角度から物体を検出すると、ステップＳ２０７では受信偏波比Γｐを計測してアンテナ２の観測領域へ侵入する物体を検出する。
【００５２】
図１０（ａ）に示すように、定常状態ではアンテナ２は地平面を観測領域として常時地平面及び立体物を検出している。このとき進入物体検出部８２は受信偏波比Γｐを常に計測して監視している。そして、図１０（ｂ）に示すように進入してくる物体が、アンテナ２の観測領域から反射した領域である第２観測領域に存在すると、受信偏波比Γｐは図１１に示すように変化する。
【００５３】
図１１では、物体が進入する前は地平面のみを検出しているので、受信偏波比Γｐは１未満の値で一定に推移し、立体物が第２観測領域に入ってくると、水平偏波の受信電磁波量が変化するので、受信偏波比Γｐは上昇する。このとき立体物が移動している間は、水平偏波の受信電磁波量が変化するので、受信偏波比Γｐは変動し、立体物の移動が止まって静止すると、受信偏波比Γｐも一定となる。
【００５４】
次に、図１０（ｃ）に示すように進入物体がアンテナ２の観測領域へ進入してくると、受信偏波比Γｐは図１２に示すように変化する。
【００５５】
図１２では、物体が観測領域に進入する前は受信偏波比Γｐが１未満の値で推移しているが、立体物が観測領域に入ると、相対角度が０°から９０°へ変化するので、受信偏波比Γｐは１以上へ大きく上昇する。このとき観測領域内で立体物が移動している間は、受信偏波比Γｐは変動しているが、立体物の移動が止まって静止すると、受信偏波比Γｐは一定となる。
【００５６】
したがって、上述したように受信偏波比Γｐの推移を監視することによって、物体の観測領域への進入を検出することができる。このようにして物体の進入が検出されると、本実施形態に係る物体検出装置８１による物体検出処理は終了する。
【００５７】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第２実施形態に係る物体検出装置によれば、受信偏波比が１未満から１以上へ変化したときにアンテナの観測領域へ物体が進入したと判定するので、進入物体を速やかに検出することができる。
【００５８】
［第３実施形態］
次に、本発明を適用した第３実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１及び第２実施形態と同様の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
［物体検出装置の構成］
図１３は本実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、本実施形態に係る物体検出装置１３１は、複数のアンテナを配列したアレイアンテナ１３２と、０°〜９０°の間の相対角度を連続的に計測する第２相対角度計測部１３３とをさらに備えている。
【００６０】
アレイアンテナ１３２は、複数のアンテナをアレイ化したものであり、水平偏波及び垂直偏波を同軸で受信可能なアンテナアレイを構成している。例えば１列×２０行の素子数を備えている。
【００６１】
第２相対角度計測部１３３は、受信偏波比Γｐが０．９より大きく１．１未満のときに、垂直偏波または水平偏波の振幅反射率に基づいて０°〜９０°の間の相対角度を計測する。第１実施形態で説明した相対角度計測部５では０°または９０°の相対角度しか計測できなかったが、第２相対角度計測部１３３では０°〜９０°までの相対角度を連続して計測することができる。
【００６２】
［物体検出処理の手順］
次に、本実施形態に係る物体検出装置１３１による物体検出処理の手順を図１４のフローチャートを参照して説明する。ただし、図１４に示すステップＳ３０１〜Ｓ３０７までの処理は、図９に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０７までの処理と同様なので、説明は省略する。
【００６３】
図１４に示すように、ステップＳ３０８において、受信偏波比Γｐが
０．９＜Γｐ＜１．１
の条件を満たす場合に、第２相対角度計測部１３３は垂直偏波または水平偏波の振幅反射率に基づいて０°〜９０°の間の相対角度αを計測する。例えば、図１５に示すように相対角度αが０°〜９０°までの間で連続的に変化するような地平面の場合に、その相対角度αを計測する。
【００６４】
ここで、相対角度αの計測方法を説明する。
【００６５】
まずは、スネルの法則により
ｓｉｎφ／ｓｉｎψ＝ｎ２／ｎ１ （６）
となる。ただし、φは図２に示す電磁波の地平面への入射角であり、ψは屈折角、ｎ１は入射元の物質の絶対屈折率、ｎ２は入射先の物質の絶対屈折率である。
【００６６】
また、フレネルの式により、垂直偏波の振幅反射率ｒｐは
ｒｐ＝｜ｔａｎ（φ−ε）／ｔａｎ（φ＋ψ）｜ （７）
である。
【００６７】
ここで入射角φは、路面が相対角度αだけ傾いていることを考慮して観測角θによって
φ＝θ＋α
と表されるが、ここでは相対角度αによる傾きは無視してよいので、
φ＝θ （８）
となる。一方、屈折角ψはスネルの法則の式（６）に、乾燥した大地の屈折率ｎ２＝２、空気の屈折率ｎ１＝１を代入し、路面が相対角度αだけ傾いていることを考慮して、
ψ＝ｓｉｎ−１（１／２ｓｉｎθ）＋α （９）
となる。
【００６８】
そこで、式（７）に式（８）、（９）を代入すると、
ｒｐ＝｜ｔａｎ｛θ−ｓｉｎ−１（１／２ｓｉｎθ）＋α｝／
ｔａｎ｛θ＋ｓｉｎ−１（１／２ｓｉｎθ）＋α｝｜ （１０）
となる。この式を展開すると、
α＝ｔａｎ−１［ｒｐ・ｔａｎ｛θ＋ｓｉｎ−１（１／２ｓｉｎθ）＋α｝］
−（θ−ｓｉｎ−１（１／２ｓｉｎθ）
となり、この式を近似して簡略化すると
α＝ｔａｎ−１［ｒｐ・ｔａｎ｛θ＋ｓｉｎ−１（１／２ｓｉｎθ）｝ （１１）
となる。
【００６９】
ここで、入射角φと振幅反射率ｒｐとの間の関係は図１６に示すような関係となる。そこで、屈折率がｎ２＝２、ｎ１＝１となる場合において、入射角φと振幅反射率ｒｐについてテーブルを作成して近似式を求める。ただし、式（１０）でｒｐ＝０となるθ（ブリュースター角）で符号が変化するので、入射角０°からブリュースター角までの近似式と、ブリュースター角から入射角９０°までの近似式の２つの近似式を求める。すると、入射角０°からブリュースター角までの近似式は
φ＝２５．８８１｛ｒｐ｝２−５２．５２８｛ｒｐ｝＋１５２．３８２ （１２）
となり、ブリュースター角から入射角９０°までの近似式は
φ＝８６３．８１｛ｒｐ｝２−１６５．２４｛ｒｐ｝＋５９．１９５ （１３）
となる。ここで、入射角φ＝観測角θなので、式（１２）、（１３）はそれぞれ
θ＝２５．８８１｛ｒｐ｝２−５２．５２８｛ｒｐ｝＋１５２．３８２ （１４）
θ＝８６３．８１｛ｒｐ｝２−１６５．２４｛ｒｐ｝＋５９．１９５ （１５）
となる。
【００７０】
したがって、近似式（１４）、（１５）を用いて式（１１）から相対角度αを計測することができる。
【００７１】
このようにして０°〜９０°の間の相対角度が計測されると、本実施形態に係る物体検出装置１３１による物体検出処理は終了する。
【００７２】
尚、上述した説明では地平面に対する算出方法を説明したが、水平偏波と垂直偏波を読み替えることによって、垂直な立体物に対しても０°〜９０°の間の相対角度を計測することができる。
【００７３】
［第３実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第３実施形態に係る物体検出装置によれば、受信偏波比が０．９より大きく１．１未満のときに、垂直偏波または水平偏波の振幅反射率に基づいて０°〜９０°の間の相対角度を計測するので、地面（路面など）が０°〜９０°まで連続的に変化するような場合でも相対角度を計測することができる。
【００７４】
［第４実施形態］
次に、本発明を適用した第４実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１〜第３実施形態と同様の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【００７５】
［物体検出装置の構成］
図１７は本実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。図１７に示すように、本実施形態に係る物体検出装置１７１は、アンテナを２次元に配列した２次元アレイアンテナ１７２と、水平偏波及び垂直偏波の受信振幅と検知角との間の関係から立体物と地平面との境界を検出する境界検出部１７３とをさらに備えている。
【００７６】
２次元アレイアンテナ１７２は、アンテナの配列を２次元にしたものであり、例えば４０×４０画素の配列として画像を取得することができる。
【００７７】
境界検出部１７３は、水平偏波及び垂直偏波の受信振幅を検出して受信振幅とアンテナの検知角との間の関係を求め、受信振幅が予め設定された変動量を超える点を変極点として検出し、この変極点における検知角を立体物と地平面との境界として検出する。
【００７８】
［物体検出処理の手順］
次に、本実施形態に係る物体検出装置１７１による物体検出処理の手順を図１８のフローチャートを参照して説明する。ただし、図１８に示すステップＳ４０１〜Ｓ４０８までの処理は、図１４に示すステップＳ３０１〜Ｓ３０８までの処理と同様なので、説明は省略する。
【００７９】
図１８に示すように、ステップＳ４０９において、境界検出部１７３は、２次元アレイアンテナ１７２で受信した水平偏波及び垂直偏波の受信振幅を検出して受信振幅と検知角βとの間の関係を求める。
【００８０】
ここで、受信振幅と検知角βとの間の関係を、図１９を参照して具体的に説明する。図１９では、受信振幅と検知角βとの間の関係に水平偏波及び垂直偏波の画像を対応させて示しており、右端に立体物が存在している画像を一例として示している。
【００８１】
図１９（ａ）に示すように、水平偏波の画像では立体物近傍の地平面に立体物による反射があるため（斜線部分）、立体物と地平面との間の境界が明確になっていない。しかしながら、水平偏波の受信振幅Ｐｈと検知角βとの間の関係を参照すると、予め設定した変動量、例えば５％を超えて受信振幅Ｐｈが変動する点を変極点とした場合に、立体物と地平面との境界で変極点ｈ１が存在していることが分かる。さらに、立体物による反射がなくなるところで変極点ｈ２が存在している。
【００８２】
一方、図１９（ｂ）に示すように、垂直偏波の画像では立体物による反射がないため、立体物と地平面との境界は明確になっており、垂直偏波の受信振幅Ｐｖと検知角βとの間の関係を参照すると、立体物と地平面との境界で変極点ｖ１、ｖ２が存在している。
【００８３】
したがって、受信振幅Ｐｈ、Ｐｖと検知角βとの間の関係から変極点の位置を求めると、計測対象物における立体物と地平面との境界を検出することができる。
【００８４】
また、水平偏波における変極点ｈ２の検知角β２と垂直偏波における変極点ｖ２の検知角β１との間の範囲は、立体物による反射が影響している部分なので、地平面であると判定することができる。したがって、検知角β１と検知角β２の範囲を相対角度が０°であると判定するようにしてもよい。
【００８５】
このようにして立体物と地平面との境界が検出されると、本実施形態に係る物体検出装置１７１による物体検出処理は終了する。
【００８６】
尚、本実施形態では地平面を基準として説明したが、壁面等の垂直な面を基準としても水平偏波と垂直偏波を逆にして考えれば、同様の結果を得ることができる。また、本実施形態では２次元アレイアンテナを使用する場合について説明したが、１素子のアンテナあるいはアレイアンテナを空間的に走査することによって代用することも可能である。
【００８７】
［第４実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第４実施形態に係る物体検出装置によれば、水平偏波及び垂直偏波の受信振幅と検知角との間の関係を求め、変極点における検知角を立体物と地平面との境界として検出するので、より高精度に立体物と地平面との境界を検出することができる。
【００８８】
［第５実施形態］
次に、本発明を適用した第５実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１〜第４実施形態と同様の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【００８９】
［物体検出装置の構成］
図２０は本実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。図２０に示すように、本実施形態に係る物体検出装置２０１は車両に搭載されており、車両の傾きに応じて地平線の位置を補正する地平線補正部２０２と、車両の走行路面を検出する走行路面検出部２０３とをさらに備えている。
【００９０】
地平線補正部２０２は、自車両の加減速信号に基づいて車両の傾きを検出し、車両の傾きに基づいて地平線の位置を補正する。
【００９１】
走行路面検出部２０３は、相対角度計測部５で計測された相対角度が０°で、尚且つ平滑度計測部４で平滑であると判定された計測対象物を車両の走行路面として検出する。
【００９２】
［物体検出処理の手順］
次に、本実施形態に係る物体検出装置２０１による物体検出処理の手順を図２１のフローチャートを参照して説明する。ただし、図２１に示すステップＳ５０２〜Ｓ５１０までの処理は、図１８に示すステップＳ４０１〜Ｓ４０９までの処理と同様なので、説明は省略する。
【００９３】
図２１に示すように、ステップＳ５０１において、地平線補正部２０２は、自車両の加減速信号に基づいて車両の傾きを検出し、車両の傾きに基づいて地平線の位置を補正する。本実施形態に係る物体検出装置２０１を車両に搭載すると、自車両が加速したときや減速したときに車両が前方や後方に傾いて地平線の位置に誤差が生じることが考えられる。
【００９４】
そこで、地平線補正部２０２は、車載ＬＡＮなどを介して取得した車両の加減速信号や３軸加速度センサの出力信号に基づいて、地平線、すなわち地平面と天空との境界線を補正する。
【００９５】
具体的に補正方法を説明すると、車両の加減速信号に応じて車両がどの程度傾くかを予め測定しておき、加減速信号を受信したときに予め測定されている車両の傾きに応じてアンテナ観測面を傾けることによって地平線の位置を補正する。また、加減速信号を受信していないときの地平線の位置を予め記憶しておき、加減速信号を受信して地平線の位置が変化した場合には加減速信号を受信していないときの地平線の位置へ変更するように補正してもよい。より簡単な方法では車両の傾きを検出するセンサを設置しておき、そのセンサの検出値に応じて地平線の位置を補正するようにしてもよい。また、車両の傾きをセンサまたは地平線の位置から求めて、後述の相対角度を求めた後に補正してもよい。
【００９６】
こうして地平線の位置が補正されると、その補正結果が物体検知部３、平滑度計測部４、相対角度計測部５に送信されてステップＳ５０２〜Ｓ５１０までの処理が実行される。これらの処理は図１８に示すステップＳ４０１〜Ｓ４０９までの処理と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００９７】
そして、ステップＳ５１１では、計測された相対角度及び平滑度から車両前方にある走行路面を検出する。具体的に説明すると、相対角度計測部５で計測された相対角度が０°で、尚且つ平滑度計測部４で平滑であると判定された計測対象物を車両の走行路面として検出する。
【００９８】
例えば、本実施形態に係る物体検出装置２０１を搭載した車両が、図２２に示すような状況を走行している場合について説明する。
【００９９】
図２２に示すように、車両２１の右前方には人２２と建物２３が存在し、左前方には雪壁２５が存在している。また左前方の路面上には積雪２６が広がっている。
【０１００】
このような状況において、車両２１の前方に設置された２次元アレイアンテナで電磁波を受信して画像化すると、図２３に示すような画像を取得することができる。
【０１０１】
図２３（ａ）は水平偏波の受信振幅画像であり、図２３（ｂ）は垂直偏波の受信振幅画像である。このような画像に対してステップＳ５０４において物体の黒体温度を検出することによって天空と地平面を識別し、次にステップＳ５０５において平滑度を計測することによって平滑な計測対象物を検出する。
【０１０２】
このとき第１実施形態では入射角φに対して平滑度Ｓｂを求めたが、本物体検出装置２０１を車両に搭載した場合には車両からの距離に対して平滑度Ｓｂを求める必要がある。そこで、車両からの距離ｄに対して平滑度Ｓｂを求める。まず、２次元アレイアンテナ１７２が車両に設置された高さをｈ、車両からの距離をｄ、観測角をθとすると、
ｔａｎθ＝ｄ／ｈ （１６）
となる。ここで
ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｄ／ｈ
ｓｉｎθ＝ｄ・ｃｏｓθ／ｈ （１７）
となり、観測角θと入射角φは
θ＝φ
なので、式（１７）を式（２）に代入すると
Ｓｂ＜０．３・λ・ｈ／（４π・ｄ・ｃｏｓφ） （１８）
となる。この式（１８）に基づいて、ｈ＝１ｍの場合の平滑度Ｓｂを算出すると、図２４に示すようなグラフとなる。したがって、式（１８）を満たす平滑度Ｓｂの範囲は図２４に示す曲線より下の部分となるので、曲線より下の領域の計測結果となった場合には計測対象物を平滑であると判定し、曲線より上の領域の計測結果となった場合には計測対象物を平滑ではないと判定する。
【０１０３】
こうして平滑な計測対象物が検出されると、次にステップＳ５０６において平滑な計測対象物の相対角度を計測する。そして、上述した平滑度及び相対角度の計測結果に基づいて、図２３（ａ）と図２３（ｂ）の画像を合成すると、図２３（ｃ）に示すような画像となる。
【０１０４】
ここで、走行路面検出部２０３は、相対角度が０°で、尚且つ平滑であると判定された計測対象物を車両の走行路面として検出する処理を行い、図２３（ｃ）では縦線で示した領域を走行路面として検出している。
【０１０５】
このようにして走行路面が検出されると、本実施形態に係る物体検出装置２０１による物体検出処理は終了する。
【０１０６】
［第５実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第５実施形態に係る物体検出装置によれば、車両の加減速信号に基づいて車両の傾きを検出し、車両の傾きに基づいて地平線の位置あるいは相対角度を補正するので、本物体検出装置を車両に搭載した場合でも正確に物体または走行路面を検出することができる。
【０１０７】
特に、本物体検出装置によれば、相対角度が０°で、尚且つ平滑であると判定された計測対象物を車両の走行路面として検出するので、立体的な障害物はもちろん畑のような走行不可能な領域を確実に除外して安全に走行できる路面を検出することができる。
【０１０８】
［第６実施形態］
次に、本発明を適用した第６実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１〜第５実施形態と同様の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０９】
［物体検出装置の構成］
図２５は本実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。図２５に示すように、本実施形態に係る物体検出装置２５１は、立体物と地平面との間が鉛直に接続される鉛直境界を検出する鉛直境界検出部２５２と、鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正する相対角度補正部２５３とをさらに備えている。
【０１１０】
鉛直境界検出部２５２は、変極点を３つ以上検出した場合に境界検出部１７３で検出した境界を鉛直境界であると判定しており、特に３つ以上の変極点のうちで受信振幅が下降から上昇へ急激に変化する変極点における検知角を、鉛直境界であると判定している。また、このとき受信振幅が下降から上昇へ５％以上変動した場合に鉛直境界であると判定することが好ましい。
【０１１１】
相対角度補正部２５３は、受信振幅が鉛直境界を基準に対象性を有するとともに、鉛直境界より下方の計測対象物が平滑である場合に、鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正している。また、このとき水平偏波及び垂直偏波の画像において鉛直境界を所定幅以上検出した場合に相対角度を０°に補正することが好ましい。
【０１１２】
［物体検出処理の手順］
次に、本実施形態に係る物体検出装置２５１による物体検出処理の手順を図２６のフローチャートを参照して説明する。ただし、図２６に示すステップＳ６０１〜Ｓ６０９までの処理は、図１８に示すステップＳ４０１〜Ｓ４０９までの処理と同様なので、説明は省略する。
【０１１３】
図２６に示すように、ステップＳ６１０では、鉛直境界検出部２５２が、２次元アレイアンテナ１７２で受信した水平偏波及び垂直偏波の受信振幅を検出し、この受信振幅と検知角βとの間の関係を求めて、この関係から立体物と地平面との間が鉛直に接続される鉛直境界を検出している。
【０１１４】
ここで、受信振幅と検知角βとの間の関係を図２７に示す。図２７では、受信振幅と検知角βとの間の関係に水平偏波及び垂直偏波の画像を対応させて示しており、右端に立体物が存在している画像を一例として示している。上述した第４実施形態の境界検出部１７３では、検出する受信振幅の感度が低いために図１９に示すように受信振幅の変化は穏やかなものになっているが、本実施形態の鉛直境界検出部２５２では、検出する受信振幅の感度が高いので図２７に示すように受信振幅の変化は鋭いものとなっている。これにより、境界検出部１７３では立体物と地平面との境界であれば、鉛直なものも鉛直でないものもすべて同様に検出していたが、本実施形態の鉛直境界検出部２５２では地平面と立体物が垂直に接続されている鉛直境界を特に検出することができる。
【０１１５】
そこで、本実施形態の鉛直境界検出部２５２による鉛直境界の検出方法を説明する。図２７（ａ）に示す水平偏波の画像では、立体物近傍の地平面に立体物による反射があるため（斜線部分）、立体物と地平面との間の境界が明確になっていない。しかしながら、実験による検証の結果、立体物と地平面とが鉛直に接続される鉛直境界では、変極点が３つ以上存在していることが分かった。
【０１１６】
そこで、本実施形態の鉛直境界検出部２５２では変極点を３つ以上検出した場合に、境界検出部１７３で検出した境界を鉛直境界であると判定する。例えば、図２７（ａ）では変極点がｈ１〜ｈ３の３つ存在しているので、境界検出部１７３で検出した境界を鉛直境界であると判定することができる。
【０１１７】
さらに、本実施形態の鉛直境界検出部２５２では、変極点が３つ以上あり、尚且つ３つの変極点のうちで受信振幅が急激に変化する変極点がある場合をグリントの条件と定め、このグリントの条件を満たす変極点における検知角を鉛直境界であると判定するようにしている。
【０１１８】
例えば、図２７（ａ）では変極点ｈ３において受信振幅が下降から上昇へ急激に変化しているので、この変極点ｈ３における検知角を鉛直境界として検出する。ただし、このとき受信振幅が下降から上昇へ５％以上変動している場合に鉛直境界として検出する。さらに分解能１°のときに変極点ｈ３の検知角から±３°以内に変極点ｈ１、ｈ２が存在している場合に鉛直境界として検出してもよい。尚、図２７（ａ）では変極点ｈ３において受信振幅が下降から上昇へ急激に変化している場合を示したが、受信振幅が上昇から下降へ急激に変化する場合も同様に鉛直境界として検出することができる。
【０１１９】
このようにして鉛直境界を検出することにより、鉛直境界をより正確に検出することができる。
【０１２０】
また、同様に図２７（ｂ）に示す垂直偏波の画像についても、変極点がｖ１〜ｖ３の３つあり、３つの変極点のうちで受信振幅が下降から上昇へ急激に変化する変極点ｖ３における検知角を鉛直境界であると判定する。
【０１２１】
このようにして本実施形態の鉛直境界検出部２５２は、立体物と地平面との間が鉛直に接続されている鉛直境界を検出することができる。
【０１２２】
こうして鉛直境界が検出されると、次にステップＳ６１１において相対角度補正部２５３によって鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正する。図２７（ａ）に示すように、水平偏波では鉛直境界よりも下方に立体物による反射が影響している部分がある。そこで、相対角度補正部２５３では、受信振幅が鉛直境界を基準に対象性を有するとともに、鉛直境界より下方の計測対象物が平滑である場合に、鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正している。
【０１２３】
例えば、図２７（ａ）に示すように立体物による反射（斜線部分）が映り込んでいる場合には、鉛直境界より下方の受信振幅は立体物による反射なので、鉛直境界の上下において受信振幅は対象な形状となる。また、立体物による反射が映り込むためには鉛直境界よりも下方が平滑でなければならない。
【０１２４】
そこで、相対角度補正部２５３は、図２７（ａ）に示す鉛直境界を境に受信振幅を示す曲線Ｌ１とＬ２が上下でほぼ対象な形状をしており、さらに鉛直境界より下方の計測対象物である地平面が平滑度計測部４において平滑であると判定されている場合には、鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正する。
【０１２５】
また、このとき水平偏波及び垂直偏波の画像において鉛直境界を所定幅以上、例えば６画素以上検出した場合に相対角度を０°に補正することが好ましい。例えば、図２７（ａ）の鉛直境界を示す線分ｓの長さが６画素以上ある場合には十分に大きな立体物が存在していることになるので、その立体物による反射が地平面に映り込んでいる可能性が高いことになる。
【０１２６】
したがって、水平偏波及び垂直偏波の画像において鉛直境界を所定幅以上検出した場合に相対角度を０°に補正すると、反射による誤検出を防止できる可能性を高めることができる。
【０１２７】
このようにして相対角度補正部２５３によって相対角度が０°に補正されると、本実施形態に係る物体検出装置２５１による物体検出処理は終了する。
【０１２８】
尚、本実施形態では地平面を基準として説明したが、壁面等の垂直な面を基準としても水平偏波と垂直偏波を逆にして考えれば、同様の結果を得ることができる。また、本実施形態では２次元アレイアンテナを使用する場合について説明したが、１素子のアンテナあるいはアレイアンテナを空間的に走査することによって代用することも可能である。
【０１２９】
［第６実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置によれば、変極点を３つ以上検出した場合に、境界検出部１７３で検出した境界を鉛直境界であると判定するので、地平面と立体物の境界の中で特に鉛直に接続される境界を検出することができ、これによってより高精度に立体物と地平面との境界を検出することができる。
【０１３０】
また、本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置によれば、３つ以上の変極点のうちで受信振幅が急激に変化する変極点における検知角を、鉛直境界であると判定するので、受信振幅に基づいてより正確に鉛直境界を検出することができる。
【０１３１】
さらに、本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置によれば、３つ以上の変極点のうちで受信振幅が下降から上昇へ急激に変化する変極点における検知角を、鉛直境界であると判定するので、受信振幅に基づいてより正確に鉛直境界を検出することができる。
【０１３２】
また、本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置によれば、受信振幅が下降から上昇へ５％以上変動する変極点における検知角を鉛直境界であると判定するので、実際の環境において有効に適用して確実に鉛直境界を検出することができる。
【０１３３】
さらに、本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置によれば、受信振幅が鉛直境界を基準に対象性を有するとともに、鉛直境界より下方の計測対象物が平滑である場合に、鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正するので、立体物の反射が地平面に映り込んでいる場合でも誤検知を防止して地平面を確実に識別することができる。
【０１３４】
また、本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置によれば、水平偏波及び垂直偏波の画像において鉛直境界を所定幅以上検出した場合に相対角度を０°に補正するので、立体物による反射が起こる可能性の高い大きな立体物が存在する場合に反射による誤検出を確実に防止することができる。
【０１３５】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施の形態に限定されることはなく、この実施の形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１３６】
１、８１、１３１、１７１、２０１、２５１ 物体検出装置
２ アンテナ
３ 物体検知部
４ 平滑度計測部
５ 相対角度計測部
８２ 進入物体検出部
１３２ アレイアンテナ
１３３ 第２相対角度計測部
１７２ ２次元アレイアンテナ
１７３ 境界検出部
２０２ 地平線補正部
２０３ 走行路面検出部
２５２ 鉛直境界検出部
２５３ 相対角度補正部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物から放射される電磁波の水平偏波及び垂直偏波を受信して計測対象物の物体を検出する物体検出装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
あらゆる物体は電磁波を自然に輻射及び反射する性質を有することが知られている。そこで、計測対象物から放射される電磁波を利用してイメージを生成する技術が開発されており、その一例として特許文献１が開示されている。
【０００３】
この特許文献１では、対象物から輻射されるミリ波を検出してイメージを生成するミリ波画像システムを開示しており、Ｓ／Ｎ向上によるミリ波画像情報を高精細化するために時分割でノイズを補正する構成となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４２８３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来の技術では、高いＳ／Ｎで検知するためにリアルタイムで計測することができないという問題点があり、そのために車両等に搭載することができなかった。
【０００６】
現在では車両に搭載するための技術として、地平面上に存在する物体から放射される電磁波を受信して立体物や路面を検出する技術が要求されているが、上述した特許文献１で開示された技術では実現することはできなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、計測対象物から放射される電磁波を利用して地平面上に存在する立体物や路面を検出することのできる物体検出装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る物体検出装置は、計測対象物から放射される電磁波の水平偏波及び垂直偏波を検知するアンテナと、水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて計測対象物の黒体温度を算出して計測対象物を検出する物体検知部と、水平偏波及び垂直偏波の波長と入射角とに基づいて計測対象物の平滑度を計測し、物体検知部で検出された計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する平滑度計測部と、垂直偏波の受信電磁波量に対する水平偏波の受信電磁波量の比を示す受信偏波比に基づいて、平滑度計測部で検出された計測対象物とアンテナ観測面との間の相対角度を計測する相対角度計測部とを備えていることにより、上述した課題を解決する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る物体検出装置及びその方法によれば、垂直偏波の受信電磁波量と水平偏波の受信電磁波量との間の差異に基づいて計測対象物とアンテナ観測面との間の相対角度を計測するので、計測した相対角度から立体物や路面をリアルタイムで検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置におけるアンテナと入射する電磁波との間の角度を説明するための図である。
【図３】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置による物体検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置における平滑度を説明するための図である。
【図５】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置における相対角度を説明するための図である。
【図６】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置における検知角と振幅反射率との間の関係を示す図である。
【図７】本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置における第２観測領域を説明するための図である。
【図８】本発明を適用した第２実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明を適用した第２実施形態に係る物体検出装置による物体検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明を適用した第２実施形態に係る物体検出装置において物体が観測領域に進入する様子を説明するための図である。
【図１１】本発明を適用した第２実施形態に係る物体検出装置において検出した受信偏波比の時間変化を示す図である。
【図１２】本発明を適用した第２実施形態に係る物体検出装置において検出した受信偏波比の時間変化を示す図である。
【図１３】本発明を適用した第３実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明を適用した第３実施形態に係る物体検出装置による物体検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】本発明を適用した第３実施形態に係る物体検出装置における相対角度が連続的に変化する様子を説明するための図である。
【図１６】本発明を適用した第３実施形態に係る物体検出装置における入射角と振幅反射率との間の関係を示す図である。
【図１７】本発明を適用した第４実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明を適用した第４実施形態に係る物体検出装置による物体検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１９】本発明を適用した第４実施形態に係る物体検出装置における検知角と受信振幅との間の関係を説明するための図である。
【図２０】本発明を適用した第５実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明を適用した第５実施形態に係る物体検出装置による物体検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図２２】本発明を適用した第５実施形態に係る物体検出装置を搭載した車両周辺の状況を説明するための図である。
【図２３】本発明を適用した第５実施形態に係る物体検出装置による路面検出処理を説明するための図である。
【図２４】本発明を適用した第５実施形態に係る物体検出装置における平滑度を説明するための図である。
【図２５】本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２６】本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置による物体検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図２７】本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置における検知角と受信振幅との間の関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した第１〜第６実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
［第１実施形態］
［物体検出装置の構成］
図１は本実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る物体検出装置１は、計測対象物から放射される電磁波の水平偏波及び垂直偏波を検知するアンテナ２と、アンテナ２で受信した水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて計測対象物の黒体温度を算出して計測対象物を検出する物体検知部３と、アンテナ２で受信した水平偏波及び垂直偏波の波長と入射角とに基づいて計測対象物の平滑度を計測し、物体検知部３で検出された計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する平滑度計測部４と、垂直偏波の受信電磁波量と水平偏波の受信電磁波量との間の差異に基づいて、平滑度計測部４で検出された計測対象物とアンテナ観測面との間の相対角度を計測する相対角度計測部５とを備えている。
【００１４】
ここで、本実施形態に係る物体検出装置１は、計測対象物から放射される電磁波の水平偏波と垂直偏波を受信し、その受信電磁波量に基づいて輝度温度を算出してまず物体の有無を検出している。そして、次に平滑度を計測することによって検出した物体の中で平滑な物体を検出し、最終的に平滑な物体の相対角度を計測する。このとき相対角度の計測結果は０°または９０°になるので、０°であれば地平面と判定し、９０°であれば立体物と判定することによって、物体を検出している。
【００１５】
アンテナ２は、水平偏波と垂直偏波、円偏波の少なくとも２種類以上の電磁波を受信することのできるアンテナであり、例えば水平偏波と垂直偏波とを選んだ場合、２つのテーパースロットアンテナを備えて１００ＧＨｚ±１５ＧＨｚ帯で受信する。このとき、アンテナ２は、直立する計測対象物に対してアンテナ観測面が垂直に交わるように設置されて電磁波を受信する。
【００１６】
ここで、図２を参照して、アンテナ２と入射する電磁波との間の角度について説明する。図２に示すように、地平面に入射する電磁波Ｘが地平面の垂線との間になす角度が入射角φとなる。そして、地平面で反射した電磁波Ｘがアンテナ２で受信されると、電磁波Ｘとアンテナ観測面との間の角度が検知角βとなる。また、電磁波Ｘと地平面の垂線との間の角度が観測角θとなる。
【００１７】
物体検知部３は、アンテナ２で受信した水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて輝度温度を算出し、輝度温度が所定値以上の場合に観測領域に計測対象物となる物体が存在していると判定する。ここでは、例えば輝度温度が１５０Ｋ以上の場合に物体を検知したものと判定し、１５０Ｋ未満の場合には物体が存在していないものと判定する。
【００１８】
平滑度計測部４は、計測対象物が平坦であるか、それとも凹凸のあるものであるかを判定するために計測対象物の平滑度を計測している。後述する相対角度計測部５では水平偏波と垂直偏波の特性の差を利用して相対角度を計測するが、このような特性を利用できるのは物体が平滑な場合だけである。そこで、平滑度計測部４では平滑度を計測して、予め平滑な計測対象物のみを検出しておき、次の相対角度計測部５で相対角度が計測できるようにしている。
【００１９】
相対角度計測部５は、垂直偏波の受信電磁波量に対する水平偏波の受信電磁波量の比を示す受信偏波比に基づいて、平滑度計測部４で検出された平滑な計測対象物の相対角度を計測している。相対角度は計測対象物とアンテナ観測面との間の角度であり、０°または９０°の相対角度が計測結果として検出され、０°であれば地平面と判定し、９０°であれば立体物と判定する。
【００２０】
［物体検出処理の手順］
次に、本実施形態に係る物体検出装置１による物体検出処理の手順を図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２１】
図３に示すように、ステップＳ１０１において、まず計測対象物からの水平偏波と垂直偏波を受信できるようにアンテナ２を制御し、ステップＳ１０２では制御されたアンテナ２で計測対象物から放射される電磁波を受信する。
【００２２】
次に、ステップＳ１０３において、物体検知部３は、アンテナ２で受信した水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて輝度温度を算出し、観測領域にある計測対象物を検出する。例えば、地平面や建物のような物体では輝度温度が１８０Ｋ〜３２０Ｋとなり、天空のように物体が存在しない場合では輝度温度が１５０Ｋ以下となる。そこで、物体検知部３ではアンテナ２で受信した受信電磁波量から算出した黒体温度が、例えば１５０Ｋ以上の場合には物体を検知したものと判定し、１５０Ｋ未満の場合には物体が存在していないものと判定する。
【００２３】
次に、ステップＳ１０４において、平滑度計測部４は、アンテナ２で受信した水平偏波及び垂直偏波の波長と入射角とに基づいて平滑度を計測し、物体検知部３で検出した計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する。
【００２４】
ここで、平滑度の計算方法を説明する。まず、レイリーの粗さの基準Ｃは、
Ｃ＝４π・σ・ｓｉｎφ／λ （１）
と定義される。ここで、σは凹凸高標準偏差であり、φは電磁波の地平面からの入出射角、λは電磁波の波長である。
【００２５】
レイリーの粗さの基準Ｃは、０．１以下であれば凹凸なく平滑と判定され、１０以上の場合には粗いと判定されるものである。ただし、本物体検出装置１で要求される凹凸高の小ささ、すなわち平滑さは地面や路面、建物を想定しているため、実用として基準Ｃが０．３未満であり、基準Ｃが０．３未満のときに平滑であると判定し、０．３以上のときに平滑でないと判定するように設定する。この際、Ｃ＞０．３の場合においては水平偏波の受信電磁波量Ｐｈｐ及び垂直偏波の受信電磁波量Ｐｖｐにおいて散乱の影響で、２つの受信電磁波量の差がレイリーの粗さの基準及びフレネルの式の条件より、ほぼ無くなる性質を有する。しかるに
Γｐ＝Ｐｈｐ／Ｐｖｐ
と定義したとき、
０．９＜Γｐ＜１．１
の検知に基づき、計測対象はＣ＞０．３以上の凹凸を有する物体と判定する。また、このときの凹凸高標準偏差σが平滑度Ｓｂに相当し、波長λと電磁波の地平面からの入出射角φ、Ｃ＝０．３を代入して式（１）を変形すると、
０．３＞４π・Ｓｂ・ｓｉｎφ／λ
Ｓｂ＜０．３・λ／（４π・ｓｉｎφ） （２）
となる。波長λは受信する電磁波の周波数から求めることができるので、平滑度Ｓｂは入射角φによって決まることになる。
【００２６】
ここで、平滑度Ｓｂの計測結果の一例を、図４を参照して説明する。受信する垂直偏波及び水平偏波の周波数が１００ＧＨｚの場合、平滑度Ｓｂは入射角φが変化するにつれて変化し、図４では入射角φが２〜１５°の範囲で平滑度Ｓｂは約１４０ｍｍ〜約５ｍｍの範囲を変化している。図４では記載していないが、入射角φを３０°まで変化させても平滑度Ｓｂは約５ｍｍとなる。なお、本実施形態では１００ＧＨｚの場合を示したが、計測したい平滑度に合わせた波長を選択してもよく、道路や建物の場合は３０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚまでの帯域を必要精度に応じて選択してもよい。
【００２７】
ここで、式（２）を満たす平滑度Ｓｂの範囲は図４で示す曲線Ｙより下の部分となる。すなわち、図４の曲線Ｙより下の領域の計測結果となった場合には計測対象物を平滑であると判定し、逆に図４の曲線Ｙより上の領域の計測結果となった場合には計測対象物を平滑ではないと判定する。例えば、地面のうち地平面（例えば道路）のように平滑な計測対象物の平滑度Ｓｂを計測すると、入射角φに応じて平滑度Ｓｂの値は変化するが、常に曲線Ｙよりも下の領域の計測結果が得られることになる。逆に、地面のうち畑のような平滑ではない計測対象物の平滑度Ｓｂを計測すると、平滑度Ｓｂの値は常に曲線Ｙよりも上の領域の計測結果となる。
【００２８】
このような平滑度Ｓｂの計測結果に基づいて、平滑度計測部４では物体検知部３で検出された計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する。
【００２９】
こうして平滑な計測対象物が検出されると、次にステップＳ１０５において垂直偏波の受信電磁波量と水平偏波の受信電磁波量との間の差異に基づいて、平滑度計測部４で検出された計測対象物とアンテナ観測面との間の相対角度を計測する。
【００３０】
まず、相対角度について図５を参照して説明すると、図５に示すように相対角度は計測対象物とアンテナ観測面との間の角度であり、計測対象物が地平面の場合にはアンテナ観測面と計測対象物との間の角度は０°となるので相対角度は０°となる。一方、計測対象物が立体物の場合には相対角度は９０°となる。
【００３１】
次に、このような相対角度の計測方法を説明する。
【００３２】
前述と同様に、垂直偏波の受信電磁波量に対する水平偏波の受信電磁波量の比を示す受信偏波比Γｐについて式（３）を用いる。
【００３３】
Γｐ＝Ｐｈｐ／Ｐｖｐ （３）
ただし、Ｐｈｐは水平偏波の受信電磁波量であり、Ｐｖｐは垂直偏波の受信電磁波量である。そして、受信偏波比Γｐが
Γｐ＞１．１ （４）
の条件を満たすときに、計測対象物はアンテナ観測面に対して垂直な物体であると判定して相対角度が９０°であると判定する。
【００３４】
一方、受信偏波比Γｐが
Γｐ＜０．９ （５）
の条件を満たすときには、計測対象物はアンテナ観測面に対して平行な物体であると判定して相対角度が０°であると判定する。
【００３５】
次に、上述した判定方法によって相対角度が判定できる理由を説明する。
【００３６】
まず、アンテナ観測面を地平面と平行になるように設けたうえで、計測対象物が地平面の場合、垂直偏波は反射による影響を受けにくく水平偏波は反射による影響を受けやすい。これは図６に示す振幅反射率の変化を示すグラフから分かるように、垂直偏波の振幅反射率は検知角０°から急激に下がってブリュースター角となる約３０°で振幅反射率は０となる。これに対して水平偏波の振幅反射率のほうは検知角０°から徐々に低下していくので、垂直偏波の振幅反射率よりも常に高くなっている。
【００３７】
したがって、垂直偏波よりも水平偏波のほうが反射による影響を受けやすい性質を有する。すなわち、図７に示すようにアンテナ２の観測領域が地平面の場合、垂直偏波は反射による影響が少ないので地平面からの輻射が受信電磁波量の大部分を占め、特にブリュースター角では地平面からの輻射のみが受信電磁波量となる。したがって、例えば輝度温度にすると地平面の黒体温度である３００Ｋ程度の受信電磁波量となる。
【００３８】
これに対して、水平偏波は反射による影響を受けやすいので、図７に示すように地平面が観測領域の場合、地平面の先にある第２観測領域の物体による影響を受けることになる。したがって、第２観測領域が天空の場合には水平偏波の受信電磁波量は空の黒体温度である１５０Ｋ以下となる。また、第２観測領域が建物である場合でも、観測領域である地平面で反射する際の反射率が９０％以下なので、建物の輝度温度に換算して３００Ｋであってもアンテナ２で受信する水平偏波の受信電磁波量は２７０Ｋ以下となる。
【００３９】
したがって、上述したことを考慮すると、計測対象物が地平面の場合（アンテナ２の観測領域が地平面の場合）、すなわち相対角度が０°の場合には垂直偏波の受信電磁波量は水平偏波の受信電磁波量よりも少なくとも１０％以上は大きくなる。したがって、受信偏波比Γｐは
Γｐ＜０．９ （５）
となる。
【００４０】
一方、計測対象物が垂直な立体物の場合（アンテナ２の観測領域に立体物がある場合）、すなわち相対角度が９０°の場合には垂直偏波と水平偏波の関係が逆になるため、水平偏波の受信電磁波量は垂直偏波の受信電磁波量よりも少なくとも１０％以上は大きくなるので、受信偏波比Γｐは
Γｐ＞１．１ （４）
となる。
【００４１】
したがって、上述した理由により受信偏波比Γｐの値に基づいて相対角度を計測することができる。なお、円偏波は水平偏波と垂直偏波の両方の性質を併せ持つので、水平、垂直いずれかの偏波を代用できるため、アンテナの１つは円偏波を利用してもよい。
【００４２】
このようにして計測対象物の相対角度が計測されると、ステップＳ１０６において計測した相対角度から地平面や立体物などの物体を検出して本実施形態に係る物体検出装置１による物体検出処理は終了する。
【００４３】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第１実施形態に係る物体検出装置によれば、垂直偏波の受信電磁波量と水平偏波の受信電磁波量との間の差異に基づいて計測対象物とアンテナ観測面との間の相対角度を計測するので、計測した相対角度から立体物や地平面（路面）をリアルタイムで検出することができる。また、計測対象物から放射された電磁波を受信して物体を検出するので、光源が必要になることもなく非接触で物体を検出することができる。
【００４４】
また、本物体検出装置によれば、垂直偏波の受信電磁波量に対する水平偏波の受信電磁波量の比を示す受信偏波比に基づいて相対角度を計測するので、広い視野角で物体を検出することができる。この点について説明すると、本物体検出装置では水平偏波と垂直偏波の特性の違いに着目して受信偏波比を定義して相対角度を求めている。したがって、水平偏波と垂直偏波の特性が相違していなければ相対角度を求めることはできないが、図６に示すように検知角が０°〜８０°の範囲で水平偏波と垂直偏波の振幅反射率が相違している。これにより、検知角が０°〜８０°の範囲で相対角度を求めて物体を検出することが可能である。このとき検知角は図２に示すようにアンテナ観測面からの角度なので、０°〜８０°の範囲で物体を検出できれば、アンテナ観測面から下方向に向かってほとんどの範囲で物体を検出できることになり、視野角が非常に広くなることが分かる。
【００４５】
さらに、本物体検出装置によれば、受信偏波比が１．１より大きいときに相対角度が９０°であると判定するので、確実に垂直な立体物を検出することができる。
【００４６】
また、本物体検出装置によれば、受信偏波比が０．９未満のときに相対角度が０°であると判定するので、確実に地平面を検出することができる。
【００４７】
［第２実施形態］
次に、本発明を適用した第２実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１実施形態と同様の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【００４８】
［物体検出装置の構成］
図８は本実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。図８に示すように、本実施形態に係る物体検出装置８１は、アンテナ２の観測領域へ進入する物体を検出する進入物体検出部８２をさらに備えている。
【００４９】
進入物体検出部８２は、受信偏波比Γｐが１未満から１以上へ変化したときにアンテナ２の観測領域へ物体が進入したと判定する。
【００５０】
［物体検出処理の手順］
次に、本実施形態に係る物体検出装置８１による物体検出処理の手順を図９のフローチャートを参照して説明する。ただし、図９に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０６までの処理は、図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０６までの処理と同様なので、説明は省略する。
【００５１】
図９に示すように、ステップＳ２０６において相対角度から物体を検出すると、ステップＳ２０７では受信偏波比Γｐを計測してアンテナ２の観測領域へ侵入する物体を検出する。
【００５２】
図１０（ａ）に示すように、定常状態ではアンテナ２は地平面を観測領域として常時地平面及び立体物を検出している。このとき進入物体検出部８２は受信偏波比Γｐを常に計測して監視している。そして、図１０（ｂ）に示すように進入してくる物体が、アンテナ２の観測領域から反射した領域である第２観測領域に存在すると、受信偏波比Γｐは図１１に示すように変化する。
【００５３】
図１１では、物体が進入する前は地平面のみを検出しているので、受信偏波比Γｐは１未満の値で一定に推移し、立体物が第２観測領域に入ってくると、水平偏波の受信電磁波量が変化するので、受信偏波比Γｐは上昇する。このとき立体物が移動している間は、水平偏波の受信電磁波量が変化するので、受信偏波比Γｐは変動し、立体物の移動が止まって静止すると、受信偏波比Γｐも一定となる。
【００５４】
次に、図１０（ｃ）に示すように進入物体がアンテナ２の観測領域へ進入してくると、受信偏波比Γｐは図１２に示すように変化する。
【００５５】
図１２では、物体が観測領域に進入する前は受信偏波比Γｐが１未満の値で推移しているが、立体物が観測領域に入ると、相対角度が０°から９０°へ変化するので、受信偏波比Γｐは１以上へ大きく上昇する。このとき観測領域内で立体物が移動している間は、受信偏波比Γｐは変動しているが、立体物の移動が止まって静止すると、受信偏波比Γｐは一定となる。
【００５６】
したがって、上述したように受信偏波比Γｐの推移を監視することによって、物体の観測領域への進入を検出することができる。このようにして物体の進入が検出されると、本実施形態に係る物体検出装置８１による物体検出処理は終了する。
【００５７】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第２実施形態に係る物体検出装置によれば、受信偏波比が１未満から１以上へ変化したときにアンテナの観測領域へ物体が進入したと判定するので、進入物体を速やかに検出することができる。
【００５８】
［第３実施形態］
次に、本発明を適用した第３実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１及び第２実施形態と同様の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
［物体検出装置の構成］
図１３は本実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、本実施形態に係る物体検出装置１３１は、複数のアンテナを配列したアレイアンテナ１３２と、０°〜９０°の間の相対角度を連続的に計測する第２相対角度計測部１３３とをさらに備えている。
【００６０】
アレイアンテナ１３２は、複数のアンテナをアレイ化したものであり、水平偏波及び垂直偏波を同軸で受信可能なアンテナアレイを構成している。例えば１列×２０行の素子数を備えている。
【００６１】
第２相対角度計測部１３３は、受信偏波比Γｐが０．９より大きく１．１未満のときに、垂直偏波または水平偏波の振幅反射率に基づいて０°〜９０°の間の相対角度を計測する。第１実施形態で説明した相対角度計測部５では０°または９０°の相対角度しか計測できなかったが、第２相対角度計測部１３３では０°〜９０°までの相対角度を連続して計測することができる。
【００６２】
［物体検出処理の手順］
次に、本実施形態に係る物体検出装置１３１による物体検出処理の手順を図１４のフローチャートを参照して説明する。ただし、図１４に示すステップＳ３０１〜Ｓ３０７までの処理は、図９に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０７までの処理と同様なので、説明は省略する。
【００６３】
図１４に示すように、ステップＳ３０８において、受信偏波比Γｐが
０．９＜Γｐ＜１．１
の条件を満たす場合に、第２相対角度計測部１３３は垂直偏波または水平偏波の振幅反射率に基づいて０°〜９０°の間の相対角度αを計測する。例えば、図１５に示すように相対角度αが０°〜９０°までの間で連続的に変化するような地平面の場合に、その相対角度αを計測する。
【００６４】
ここで、相対角度αの計測方法を説明する。
【００６５】
まずは、スネルの法則により
ｓｉｎφ／ｓｉｎψ＝ｎ２／ｎ１ （６）
となる。ただし、φは図２に示す電磁波の地平面への入射角であり、ψは屈折角、ｎ１は入射元の物質の絶対屈折率、ｎ２は入射先の物質の絶対屈折率である。
【００６６】
また、フレネルの式により、垂直偏波の振幅反射率ｒｐは
ｒｐ＝｜ｔａｎ（φ−ε）／ｔａｎ（φ＋ψ）｜ （７）
である。
【００６７】
ここで入射角φは、路面が相対角度αだけ傾いていることを考慮して観測角θによって
φ＝θ＋α
と表されるが、ここでは相対角度αによる傾きは無視してよいので、
φ＝θ （８）
となる。一方、屈折角ψはスネルの法則の式（６）に、乾燥した大地の屈折率ｎ２＝２、空気の屈折率ｎ１＝１を代入し、路面が相対角度αだけ傾いていることを考慮して、
ψ＝ｓｉｎ−１（１／２ｓｉｎθ）＋α （９）
となる。
【００６８】
そこで、式（７）に式（８）、（９）を代入すると、
ｒｐ＝｜ｔａｎ｛θ−ｓｉｎ−１（１／２ｓｉｎθ）＋α｝／
ｔａｎ｛θ＋ｓｉｎ−１（１／２ｓｉｎθ）＋α｝｜ （１０）
となる。この式を展開すると、
α＝ｔａｎ−１［ｒｐ・ｔａｎ｛θ＋ｓｉｎ−１（１／２ｓｉｎθ）＋α｝］
−（θ−ｓｉｎ−１（１／２ｓｉｎθ）
となり、この式を近似して簡略化すると
α＝ｔａｎ−１［ｒｐ・ｔａｎ｛θ＋ｓｉｎ−１（１／２ｓｉｎθ）｝ （１１）
となる。
【００６９】
ここで、入射角φと振幅反射率ｒｐとの間の関係は図１６に示すような関係となる。そこで、屈折率がｎ２＝２、ｎ１＝１となる場合において、入射角φと振幅反射率ｒｐについてテーブルを作成して近似式を求める。ただし、式（１０）でｒｐ＝０となるθ（ブリュースター角）で符号が変化するので、入射角０°からブリュースター角までの近似式と、ブリュースター角から入射角９０°までの近似式の２つの近似式を求める。すると、入射角０°からブリュースター角までの近似式は
φ＝２５．８８１｛ｒｐ｝２−５２．５２８｛ｒｐ｝＋１５２．３８２ （１２）
となり、ブリュースター角から入射角９０°までの近似式は
φ＝８６３．８１｛ｒｐ｝２−１６５．２４｛ｒｐ｝＋５９．１９５ （１３）
となる。ここで、入射角φ＝観測角θなので、式（１２）、（１３）はそれぞれ
θ＝２５．８８１｛ｒｐ｝２−５２．５２８｛ｒｐ｝＋１５２．３８２ （１４）
θ＝８６３．８１｛ｒｐ｝２−１６５．２４｛ｒｐ｝＋５９．１９５ （１５）
となる。
【００７０】
したがって、近似式（１４）、（１５）を用いて式（１１）から相対角度αを計測することができる。
【００７１】
このようにして０°〜９０°の間の相対角度が計測されると、本実施形態に係る物体検出装置１３１による物体検出処理は終了する。
【００７２】
尚、上述した説明では地平面に対する算出方法を説明したが、水平偏波と垂直偏波を読み替えることによって、垂直な立体物に対しても０°〜９０°の間の相対角度を計測することができる。
【００７３】
［第３実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第３実施形態に係る物体検出装置によれば、受信偏波比が０．９より大きく１．１未満のときに、垂直偏波または水平偏波の振幅反射率に基づいて０°〜９０°の間の相対角度を計測するので、地面（路面など）が０°〜９０°まで連続的に変化するような場合でも相対角度を計測することができる。
【００７４】
［第４実施形態］
次に、本発明を適用した第４実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１〜第３実施形態と同様の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【００７５】
［物体検出装置の構成］
図１７は本実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。図１７に示すように、本実施形態に係る物体検出装置１７１は、アンテナを２次元に配列した２次元アレイアンテナ１７２と、水平偏波及び垂直偏波の受信振幅と検知角との間の関係から立体物と地平面との境界を検出する境界検出部１７３とをさらに備えている。
【００７６】
２次元アレイアンテナ１７２は、アンテナの配列を２次元にしたものであり、例えば４０×４０画素の配列として画像を取得することができる。
【００７７】
境界検出部１７３は、水平偏波及び垂直偏波の受信振幅を検出して受信振幅とアンテナの検知角との間の関係を求め、受信振幅が予め設定された変動量を超える点を変極点として検出し、この変極点における検知角を立体物と地平面との境界として検出する。
【００７８】
［物体検出処理の手順］
次に、本実施形態に係る物体検出装置１７１による物体検出処理の手順を図１８のフローチャートを参照して説明する。ただし、図１８に示すステップＳ４０１〜Ｓ４０８までの処理は、図１４に示すステップＳ３０１〜Ｓ３０８までの処理と同様なので、説明は省略する。
【００７９】
図１８に示すように、ステップＳ４０９において、境界検出部１７３は、２次元アレイアンテナ１７２で受信した水平偏波及び垂直偏波の受信振幅を検出して受信振幅と検知角βとの間の関係を求める。
【００８０】
ここで、受信振幅と検知角βとの間の関係を、図１９を参照して具体的に説明する。図１９では、受信振幅と検知角βとの間の関係に水平偏波及び垂直偏波の画像を対応させて示しており、右端に立体物が存在している画像を一例として示している。
【００８１】
図１９（ａ）に示すように、水平偏波の画像では立体物近傍の地平面に立体物による反射があるため（斜線部分）、立体物と地平面との間の境界が明確になっていない。しかしながら、水平偏波の受信振幅Ｐｈと検知角βとの間の関係を参照すると、予め設定した変動量、例えば５％を超えて受信振幅Ｐｈが変動する点を変極点とした場合に、立体物と地平面との境界で変極点ｈ１が存在していることが分かる。さらに、立体物による反射がなくなるところで変極点ｈ２が存在している。
【００８２】
一方、図１９（ｂ）に示すように、垂直偏波の画像では立体物による反射がないため、立体物と地平面との境界は明確になっており、垂直偏波の受信振幅Ｐｖと検知角βとの間の関係を参照すると、立体物と地平面との境界で変極点ｖ１、ｖ２が存在している。
【００８３】
したがって、受信振幅Ｐｈ、Ｐｖと検知角βとの間の関係から変極点の位置を求めると、計測対象物における立体物と地平面との境界を検出することができる。
【００８４】
また、水平偏波における変極点ｈ２の検知角β２と垂直偏波における変極点ｖ２の検知角β１との間の範囲は、立体物による反射が影響している部分なので、地平面であると判定することができる。したがって、検知角β１と検知角β２の範囲を相対角度が０°であると判定するようにしてもよい。
【００８５】
このようにして立体物と地平面との境界が検出されると、本実施形態に係る物体検出装置１７１による物体検出処理は終了する。
【００８６】
尚、本実施形態では地平面を基準として説明したが、壁面等の垂直な面を基準としても水平偏波と垂直偏波を逆にして考えれば、同様の結果を得ることができる。また、本実施形態では２次元アレイアンテナを使用する場合について説明したが、１素子のアンテナあるいはアレイアンテナを空間的に走査することによって代用することも可能である。
【００８７】
［第４実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第４実施形態に係る物体検出装置によれば、水平偏波及び垂直偏波の受信振幅と検知角との間の関係を求め、変極点における検知角を立体物と地平面との境界として検出するので、より高精度に立体物と地平面との境界を検出することができる。
【００８８】
［第５実施形態］
次に、本発明を適用した第５実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１〜第４実施形態と同様の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【００８９】
［物体検出装置の構成］
図２０は本実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。図２０に示すように、本実施形態に係る物体検出装置２０１は車両に搭載されており、車両の傾きに応じて地平線の位置を補正する地平線補正部２０２と、車両の走行路面を検出する走行路面検出部２０３とをさらに備えている。
【００９０】
地平線補正部２０２は、自車両の加減速信号に基づいて車両の傾きを検出し、車両の傾きに基づいて地平線の位置を補正する。
【００９１】
走行路面検出部２０３は、相対角度計測部５で計測された相対角度が０°で、尚且つ平滑度計測部４で平滑であると判定された計測対象物を車両の走行路面として検出する。
【００９２】
［物体検出処理の手順］
次に、本実施形態に係る物体検出装置２０１による物体検出処理の手順を図２１のフローチャートを参照して説明する。ただし、図２１に示すステップＳ５０２〜Ｓ５１０までの処理は、図１８に示すステップＳ４０１〜Ｓ４０９までの処理と同様なので、説明は省略する。
【００９３】
図２１に示すように、ステップＳ５０１において、地平線補正部２０２は、自車両の加減速信号に基づいて車両の傾きを検出し、車両の傾きに基づいて地平線の位置を補正する。本実施形態に係る物体検出装置２０１を車両に搭載すると、自車両が加速したときや減速したときに車両が前方や後方に傾いて地平線の位置に誤差が生じることが考えられる。
【００９４】
そこで、地平線補正部２０２は、車載ＬＡＮなどを介して取得した車両の加減速信号や３軸加速度センサの出力信号に基づいて、地平線、すなわち地平面と天空との境界線を補正する。
【００９５】
具体的に補正方法を説明すると、車両の加減速信号に応じて車両がどの程度傾くかを予め測定しておき、加減速信号を受信したときに予め測定されている車両の傾きに応じてアンテナ観測面を傾けることによって地平線の位置を補正する。また、加減速信号を受信していないときの地平線の位置を予め記憶しておき、加減速信号を受信して地平線の位置が変化した場合には加減速信号を受信していないときの地平線の位置へ変更するように補正してもよい。より簡単な方法では車両の傾きを検出するセンサを設置しておき、そのセンサの検出値に応じて地平線の位置を補正するようにしてもよい。また、車両の傾きをセンサまたは地平線の位置から求めて、後述の相対角度を求めた後に補正してもよい。
【００９６】
こうして地平線の位置が補正されると、その補正結果が物体検知部３、平滑度計測部４、相対角度計測部５に送信されてステップＳ５０２〜Ｓ５１０までの処理が実行される。これらの処理は図１８に示すステップＳ４０１〜Ｓ４０９までの処理と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００９７】
そして、ステップＳ５１１では、計測された相対角度及び平滑度から車両前方にある走行路面を検出する。具体的に説明すると、相対角度計測部５で計測された相対角度が０°で、尚且つ平滑度計測部４で平滑であると判定された計測対象物を車両の走行路面として検出する。
【００９８】
例えば、本実施形態に係る物体検出装置２０１を搭載した車両が、図２２に示すような状況を走行している場合について説明する。
【００９９】
図２２に示すように、車両２１の右前方には人２２と建物２３が存在し、左前方には雪壁２５が存在している。また左前方の路面上には積雪２６が広がっている。
【０１００】
このような状況において、車両２１の前方に設置された２次元アレイアンテナで電磁波を受信して画像化すると、図２３に示すような画像を取得することができる。
【０１０１】
図２３（ａ）は水平偏波の受信振幅画像であり、図２３（ｂ）は垂直偏波の受信振幅画像である。このような画像に対してステップＳ５０４において物体の黒体温度を検出することによって天空と地平面を識別し、次にステップＳ５０５において平滑度を計測することによって平滑な計測対象物を検出する。
【０１０２】
このとき第１実施形態では入射角φに対して平滑度Ｓｂを求めたが、本物体検出装置２０１を車両に搭載した場合には車両からの距離に対して平滑度Ｓｂを求める必要がある。そこで、車両からの距離ｄに対して平滑度Ｓｂを求める。まず、２次元アレイアンテナ１７２が車両に設置された高さをｈ、車両からの距離をｄ、観測角をθとすると、
ｔａｎθ＝ｄ／ｈ （１６）
となる。ここで
ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｄ／ｈ
ｓｉｎθ＝ｄ・ｃｏｓθ／ｈ （１７）
となり、観測角θと入射角φは
θ＝φ
なので、式（１７）を式（２）に代入すると
Ｓｂ＜０．３・λ・ｈ／（４π・ｄ・ｃｏｓφ） （１８）
となる。この式（１８）に基づいて、ｈ＝１ｍの場合の平滑度Ｓｂを算出すると、図２４に示すようなグラフとなる。したがって、式（１８）を満たす平滑度Ｓｂの範囲は図２４に示す曲線より下の部分となるので、曲線より下の領域の計測結果となった場合には計測対象物を平滑であると判定し、曲線より上の領域の計測結果となった場合には計測対象物を平滑ではないと判定する。
【０１０３】
こうして平滑な計測対象物が検出されると、次にステップＳ５０６において平滑な計測対象物の相対角度を計測する。そして、上述した平滑度及び相対角度の計測結果に基づいて、図２３（ａ）と図２３（ｂ）の画像を合成すると、図２３（ｃ）に示すような画像となる。
【０１０４】
ここで、走行路面検出部２０３は、相対角度が０°で、尚且つ平滑であると判定された計測対象物を車両の走行路面として検出する処理を行い、図２３（ｃ）では縦線で示した領域を走行路面として検出している。
【０１０５】
このようにして走行路面が検出されると、本実施形態に係る物体検出装置２０１による物体検出処理は終了する。
【０１０６】
［第５実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第５実施形態に係る物体検出装置によれば、車両の加減速信号に基づいて車両の傾きを検出し、車両の傾きに基づいて地平線の位置あるいは相対角度を補正するので、本物体検出装置を車両に搭載した場合でも正確に物体または走行路面を検出することができる。
【０１０７】
特に、本物体検出装置によれば、相対角度が０°で、尚且つ平滑であると判定された計測対象物を車両の走行路面として検出するので、立体的な障害物はもちろん畑のような走行不可能な領域を確実に除外して安全に走行できる路面を検出することができる。
【０１０８】
［第６実施形態］
次に、本発明を適用した第６実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１〜第５実施形態と同様の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０９】
［物体検出装置の構成］
図２５は本実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。図２５に示すように、本実施形態に係る物体検出装置２５１は、立体物と地平面との間が鉛直に接続される鉛直境界を検出する鉛直境界検出部２５２と、鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正する相対角度補正部２５３とをさらに備えている。
【０１１０】
鉛直境界検出部２５２は、変極点を３つ以上検出した場合に境界検出部１７３で検出した境界を鉛直境界であると判定しており、特に３つ以上の変極点のうちで受信振幅が下降から上昇へ急激に変化する変極点における検知角を、鉛直境界であると判定している。また、このとき受信振幅が下降から上昇へ５％以上変動した場合に鉛直境界であると判定することが好ましい。
【０１１１】
相対角度補正部２５３は、受信振幅が鉛直境界を基準に対象性を有するとともに、鉛直境界より下方の計測対象物が平滑である場合に、鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正している。また、このとき水平偏波及び垂直偏波の画像において鉛直境界を所定幅以上検出した場合に相対角度を０°に補正することが好ましい。
【０１１２】
［物体検出処理の手順］
次に、本実施形態に係る物体検出装置２５１による物体検出処理の手順を図２６のフローチャートを参照して説明する。ただし、図２６に示すステップＳ６０１〜Ｓ６０９までの処理は、図１８に示すステップＳ４０１〜Ｓ４０９までの処理と同様なので、説明は省略する。
【０１１３】
図２６に示すように、ステップＳ６１０では、鉛直境界検出部２５２が、２次元アレイアンテナ１７２で受信した水平偏波及び垂直偏波の受信振幅を検出し、この受信振幅と検知角βとの間の関係を求めて、この関係から立体物と地平面との間が鉛直に接続される鉛直境界を検出している。
【０１１４】
ここで、受信振幅と検知角βとの間の関係を図２７に示す。図２７では、受信振幅と検知角βとの間の関係に水平偏波及び垂直偏波の画像を対応させて示しており、右端に立体物が存在している画像を一例として示している。上述した第４実施形態の境界検出部１７３では、検出する受信振幅の感度が低いために図１９に示すように受信振幅の変化は穏やかなものになっているが、本実施形態の鉛直境界検出部２５２では、検出する受信振幅の感度が高いので図２７に示すように受信振幅の変化は鋭いものとなっている。これにより、境界検出部１７３では立体物と地平面との境界であれば、鉛直なものも鉛直でないものもすべて同様に検出していたが、本実施形態の鉛直境界検出部２５２では地平面と立体物が垂直に接続されている鉛直境界を特に検出することができる。
【０１１５】
そこで、本実施形態の鉛直境界検出部２５２による鉛直境界の検出方法を説明する。図２７（ａ）に示す水平偏波の画像では、立体物近傍の地平面に立体物による反射があるため（斜線部分）、立体物と地平面との間の境界が明確になっていない。しかしながら、実験による検証の結果、立体物と地平面とが鉛直に接続される鉛直境界では、変極点が３つ以上存在していることが分かった。
【０１１６】
そこで、本実施形態の鉛直境界検出部２５２では変極点を３つ以上検出した場合に、境界検出部１７３で検出した境界を鉛直境界であると判定する。例えば、図２７（ａ）では変極点がｈ１〜ｈ３の３つ存在しているので、境界検出部１７３で検出した境界を鉛直境界であると判定することができる。
【０１１７】
さらに、本実施形態の鉛直境界検出部２５２では、変極点が３つ以上あり、尚且つ３つの変極点のうちで受信振幅が急激に変化する変極点がある場合をグリントの条件と定め、このグリントの条件を満たす変極点における検知角を鉛直境界であると判定するようにしている。
【０１１８】
例えば、図２７（ａ）では変極点ｈ３において受信振幅が下降から上昇へ急激に変化しているので、この変極点ｈ３における検知角を鉛直境界として検出する。ただし、このとき受信振幅が下降から上昇へ５％以上変動している場合に鉛直境界として検出する。さらに分解能１°のときに変極点ｈ３の検知角から±３°以内に変極点ｈ１、ｈ２が存在している場合に鉛直境界として検出してもよい。尚、図２７（ａ）では変極点ｈ３において受信振幅が下降から上昇へ急激に変化している場合を示したが、受信振幅が上昇から下降へ急激に変化する場合も同様に鉛直境界として検出することができる。
【０１１９】
このようにして鉛直境界を検出することにより、鉛直境界をより正確に検出することができる。
【０１２０】
また、同様に図２７（ｂ）に示す垂直偏波の画像についても、変極点がｖ１〜ｖ３の３つあり、３つの変極点のうちで受信振幅が下降から上昇へ急激に変化する変極点ｖ３における検知角を鉛直境界であると判定する。
【０１２１】
このようにして本実施形態の鉛直境界検出部２５２は、立体物と地平面との間が鉛直に接続されている鉛直境界を検出することができる。
【０１２２】
こうして鉛直境界が検出されると、次にステップＳ６１１において相対角度補正部２５３によって鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正する。図２７（ａ）に示すように、水平偏波では鉛直境界よりも下方に立体物による反射が影響している部分がある。そこで、相対角度補正部２５３では、受信振幅が鉛直境界を基準に対象性を有するとともに、鉛直境界より下方の計測対象物が平滑である場合に、鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正している。
【０１２３】
例えば、図２７（ａ）に示すように立体物による反射（斜線部分）が映り込んでいる場合には、鉛直境界より下方の受信振幅は立体物による反射なので、鉛直境界の上下において受信振幅は対象な形状となる。また、立体物による反射が映り込むためには鉛直境界よりも下方が平滑でなければならない。
【０１２４】
そこで、相対角度補正部２５３は、図２７（ａ）に示す鉛直境界を境に受信振幅を示す曲線Ｌ１とＬ２が上下でほぼ対象な形状をしており、さらに鉛直境界より下方の計測対象物である地平面が平滑度計測部４において平滑であると判定されている場合には、鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正する。
【０１２５】
また、このとき水平偏波及び垂直偏波の画像において鉛直境界を所定幅以上、例えば６画素以上検出した場合に相対角度を０°に補正することが好ましい。例えば、図２７（ａ）の鉛直境界を示す線分ｓの長さが６画素以上ある場合には十分に大きな立体物が存在していることになるので、その立体物による反射が地平面に映り込んでいる可能性が高いことになる。
【０１２６】
したがって、水平偏波及び垂直偏波の画像において鉛直境界を所定幅以上検出した場合に相対角度を０°に補正すると、反射による誤検出を防止できる可能性を高めることができる。
【０１２７】
このようにして相対角度補正部２５３によって相対角度が０°に補正されると、本実施形態に係る物体検出装置２５１による物体検出処理は終了する。
【０１２８】
尚、本実施形態では地平面を基準として説明したが、壁面等の垂直な面を基準としても水平偏波と垂直偏波を逆にして考えれば、同様の結果を得ることができる。また、本実施形態では２次元アレイアンテナを使用する場合について説明したが、１素子のアンテナあるいはアレイアンテナを空間的に走査することによって代用することも可能である。
【０１２９】
［第６実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置によれば、変極点を３つ以上検出した場合に、境界検出部１７３で検出した境界を鉛直境界であると判定するので、地平面と立体物の境界の中で特に鉛直に接続される境界を検出することができ、これによってより高精度に立体物と地平面との境界を検出することができる。
【０１３０】
また、本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置によれば、３つ以上の変極点のうちで受信振幅が急激に変化する変極点における検知角を、鉛直境界であると判定するので、受信振幅に基づいてより正確に鉛直境界を検出することができる。
【０１３１】
さらに、本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置によれば、３つ以上の変極点のうちで受信振幅が下降から上昇へ急激に変化する変極点における検知角を、鉛直境界であると判定するので、受信振幅に基づいてより正確に鉛直境界を検出することができる。
【０１３２】
また、本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置によれば、受信振幅が下降から上昇へ５％以上変動する変極点における検知角を鉛直境界であると判定するので、実際の環境において有効に適用して確実に鉛直境界を検出することができる。
【０１３３】
さらに、本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置によれば、受信振幅が鉛直境界を基準に対象性を有するとともに、鉛直境界より下方の計測対象物が平滑である場合に、鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正するので、立体物の反射が地平面に映り込んでいる場合でも誤検知を防止して地平面を確実に識別することができる。
【０１３４】
また、本発明を適用した第６実施形態に係る物体検出装置によれば、水平偏波及び垂直偏波の画像において鉛直境界を所定幅以上検出した場合に相対角度を０°に補正するので、立体物による反射が起こる可能性の高い大きな立体物が存在する場合に反射による誤検出を確実に防止することができる。
【０１３５】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施の形態に限定されることはなく、この実施の形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１３６】
１、８１、１３１、１７１、２０１、２５１ 物体検出装置
２ アンテナ
３ 物体検知部
４ 平滑度計測部
５ 相対角度計測部
８２ 進入物体検出部
１３２ アレイアンテナ
１３３ 第２相対角度計測部
１７２ ２次元アレイアンテナ
１７３ 境界検出部
２０２ 地平線補正部
２０３ 走行路面検出部
２５２ 鉛直境界検出部
２５３ 相対角度補正部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物から放射される電磁波の水平偏波及び垂直偏波を検知するアンテナと、
前記アンテナで受信した水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて前記計測対象物の黒体温度を算出して前記計測対象物を検出する物体検知手段と、
前記アンテナで受信した水平偏波及び垂直偏波の波長と入射角とに基づいて前記計測対象物の平滑度を計測し、前記物体検知手段で検出された前記計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する平滑度計測手段と、
前記垂直偏波の受信電磁波量と前記水平偏波の受信電磁波量との間の差異に基づいて、前記平滑度計測手段で検出された前記計測対象物と前記アンテナのアンテナ観測面との間の相対角度を計測する相対角度計測手段と
を備えていることを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
前記相対角度計測手段における前記垂直偏波の受信電磁波量と前記水平偏波の受信電磁波量との間の差異とは、前記垂直偏波の受信電磁波量に対する前記水平偏波の受信電磁波量の比を示す受信偏波比であることを特徴とする請求項１に記載の物体検出装置。
【請求項３】
レイリーの基準とフレネルの式の適用条件に基づいて前記受信偏波比の上限閾値を定め、前記受信偏波比が前記上限閾値より大きいときに前記相対角度が９０°であると判定することを特徴とする請求項２に記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記受信偏波比の上限閾値は１．１であることを特徴とする請求項３に記載の物体検出装置。
【請求項５】
レイリーの基準とフレネルの式の適用条件に基づいて前記受信偏波比の下限閾値を定め、前記受信偏波比が前記下限閾値よりも小さいときに前記相対角度が０°であると判定することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記受信偏波比の下限閾値は０．９であることを特徴とする請求項５に記載の物体検出装置。
【請求項７】
前記受信偏波比が１未満から１以上へ変化したときに前記アンテナの観測領域へ物体が進入したと判定する進入物体検出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項８】
前記受信偏波比が０．９より大きく１．１未満のときに、前記垂直偏波または前記水平偏波の振幅反射率に基づいて、０°〜９０°の間の相対角度を計測する第２相対角度計測手段をさらに備えていることを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項９】
前記水平偏波及び前記垂直偏波の受信振幅を検出し、前記受信振幅と前記アンテナ観測面からの角度である検知角との間の関係を求め、予め設定された変動量を超えて前記受信振幅が変動する点を変極点として検出し、前記変極点における前記検知角を前記計測対象物における立体物と地平面との間の境界として検出する境界検出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項１０】
前記変極点を３つ以上検出した場合に、前記境界検出手段で検出された境界を、前記立体物と前記地平面との間が鉛直に接続される鉛直境界であると判定する鉛直境界検出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の物体検出装置。
【請求項１１】
前記鉛直境界検出手段は、前記３つ以上の変極点のうちで前記受信振幅が急激に変化する変極点における検知角を、前記鉛直境界であると判定することを特徴とする請求項１０に記載の物体検出装置。
【請求項１２】
前記鉛直境界検出手段は、前記３つ以上の変極点のうちで前記受信振幅が下降から上昇へ急激に変化する変極点における検知角を、前記鉛直境界であると判定することを特徴とする請求項１０に記載の物体検出装置。
【請求項１３】
前記鉛直境界検出手段は、前記受信振幅が下降から上昇へ５％以上変動する変極点における検知角を、前記鉛直境界であると判定することを特徴とする請求項１２に記載の物体検出装置。
【請求項１４】
前記受信振幅が前記鉛直境界を基準に対象性を有するとともに、前記鉛直境界より下方の計測対象物が平滑である場合には、前記鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正する相対角度補正手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項１５】
前記相対角度補正手段は、前記水平偏波及び前記垂直偏波の画像において前記鉛直境界を所定幅以上検出した場合に前記相対角度を０°に補正することを特徴とする請求項１４に記載の物体検出装置。
【請求項１６】
当該物体検出装置を車両に搭載して前記車両の加減速信号に基づいて前記車両の傾きを検出し、前記車両の傾きに基づいて地平線の位置を補正する地平線補正手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項１７】
前記車両の傾きに基づいて前記相対角度を補正することを特徴とする請求項１６に記載の物体検出装置。
【請求項１８】
前記相対角度計測手段で計測された相対角度が０°で、尚且つ前記平滑度計測手段で平滑であると判定された計測対象物を、前記車両の走行路面として検出する走行路面検出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の物体検出装置。
【請求項１９】
前記アンテナは、３０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの帯域の一部または全部を受信することを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項２０】
前記アンテナは、３０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの帯域のいずれか一部分を受信することを特徴とする請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項２１】
計測対象物から放射される電磁波の水平偏波及び垂直偏波をアンテナで受信して前記計測対象物を検出する物体検出方法であって、
前記アンテナで受信した水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて前記計測対象物の黒体温度を算出して前記計測対象物を検出する物体検知ステップと、
前記アンテナで受信した水平偏波及び垂直偏波の波長と入射角とに基づいて前記計測対象物の平滑度を計測し、前記物体検知ステップで検出された前記計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する平滑度計測ステップと、
前記垂直偏波の受信電磁波量と前記水平偏波の受信電磁波量との間の差異に基づいて、前記平滑度計測ステップで検出された前記計測対象物と前記アンテナのアンテナ観測面との間の相対角度を計測する相対角度計測ステップと
を含むことを特徴とする物体検出方法。
【請求項１】
計測対象物から放射される電磁波の水平偏波及び垂直偏波を検知するアンテナと、
前記アンテナで受信した水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて前記計測対象物の黒体温度を算出して前記計測対象物を検出する物体検知手段と、
前記アンテナで受信した水平偏波及び垂直偏波の波長と入射角とに基づいて前記計測対象物の平滑度を計測し、前記物体検知手段で検出された前記計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する平滑度計測手段と、
前記垂直偏波の受信電磁波量と前記水平偏波の受信電磁波量との間の差異に基づいて、前記平滑度計測手段で検出された前記計測対象物と前記アンテナのアンテナ観測面との間の相対角度を計測する相対角度計測手段と
を備えていることを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
前記相対角度計測手段における前記垂直偏波の受信電磁波量と前記水平偏波の受信電磁波量との間の差異とは、前記垂直偏波の受信電磁波量に対する前記水平偏波の受信電磁波量の比を示す受信偏波比であることを特徴とする請求項１に記載の物体検出装置。
【請求項３】
レイリーの基準とフレネルの式の適用条件に基づいて前記受信偏波比の上限閾値を定め、前記受信偏波比が前記上限閾値より大きいときに前記相対角度が９０°であると判定することを特徴とする請求項２に記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記受信偏波比の上限閾値は１．１であることを特徴とする請求項３に記載の物体検出装置。
【請求項５】
レイリーの基準とフレネルの式の適用条件に基づいて前記受信偏波比の下限閾値を定め、前記受信偏波比が前記下限閾値よりも小さいときに前記相対角度が０°であると判定することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記受信偏波比の下限閾値は０．９であることを特徴とする請求項５に記載の物体検出装置。
【請求項７】
前記受信偏波比が１未満から１以上へ変化したときに前記アンテナの観測領域へ物体が進入したと判定する進入物体検出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項８】
前記受信偏波比が０．９より大きく１．１未満のときに、前記垂直偏波または前記水平偏波の振幅反射率に基づいて、０°〜９０°の間の相対角度を計測する第２相対角度計測手段をさらに備えていることを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項９】
前記水平偏波及び前記垂直偏波の受信振幅を検出し、前記受信振幅と前記アンテナ観測面からの角度である検知角との間の関係を求め、予め設定された変動量を超えて前記受信振幅が変動する点を変極点として検出し、前記変極点における前記検知角を前記計測対象物における立体物と地平面との間の境界として検出する境界検出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項１０】
前記変極点を３つ以上検出した場合に、前記境界検出手段で検出された境界を、前記立体物と前記地平面との間が鉛直に接続される鉛直境界であると判定する鉛直境界検出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の物体検出装置。
【請求項１１】
前記鉛直境界検出手段は、前記３つ以上の変極点のうちで前記受信振幅が急激に変化する変極点における検知角を、前記鉛直境界であると判定することを特徴とする請求項１０に記載の物体検出装置。
【請求項１２】
前記鉛直境界検出手段は、前記３つ以上の変極点のうちで前記受信振幅が下降から上昇へ急激に変化する変極点における検知角を、前記鉛直境界であると判定することを特徴とする請求項１０に記載の物体検出装置。
【請求項１３】
前記鉛直境界検出手段は、前記受信振幅が下降から上昇へ５％以上変動する変極点における検知角を、前記鉛直境界であると判定することを特徴とする請求項１２に記載の物体検出装置。
【請求項１４】
前記受信振幅が前記鉛直境界を基準に対象性を有するとともに、前記鉛直境界より下方の計測対象物が平滑である場合には、前記鉛直境界より下方の相対角度を０°に補正する相対角度補正手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項１５】
前記相対角度補正手段は、前記水平偏波及び前記垂直偏波の画像において前記鉛直境界を所定幅以上検出した場合に前記相対角度を０°に補正することを特徴とする請求項１４に記載の物体検出装置。
【請求項１６】
当該物体検出装置を車両に搭載して前記車両の加減速信号に基づいて前記車両の傾きを検出し、前記車両の傾きに基づいて地平線の位置を補正する地平線補正手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項１７】
前記車両の傾きに基づいて前記相対角度を補正することを特徴とする請求項１６に記載の物体検出装置。
【請求項１８】
前記相対角度計測手段で計測された相対角度が０°で、尚且つ前記平滑度計測手段で平滑であると判定された計測対象物を、前記車両の走行路面として検出する走行路面検出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の物体検出装置。
【請求項１９】
前記アンテナは、３０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの帯域の一部または全部を受信することを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項２０】
前記アンテナは、３０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの帯域のいずれか一部分を受信することを特徴とする請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載の物体検出装置。
【請求項２１】
計測対象物から放射される電磁波の水平偏波及び垂直偏波をアンテナで受信して前記計測対象物を検出する物体検出方法であって、
前記アンテナで受信した水平偏波及び垂直偏波の受信電磁波量に基づいて前記計測対象物の黒体温度を算出して前記計測対象物を検出する物体検知ステップと、
前記アンテナで受信した水平偏波及び垂直偏波の波長と入射角とに基づいて前記計測対象物の平滑度を計測し、前記物体検知ステップで検出された前記計測対象物の中から平滑な計測対象物を検出する平滑度計測ステップと、
前記垂直偏波の受信電磁波量と前記水平偏波の受信電磁波量との間の差異に基づいて、前記平滑度計測ステップで検出された前記計測対象物と前記アンテナのアンテナ観測面との間の相対角度を計測する相対角度計測ステップと
を含むことを特徴とする物体検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１２−７３２２１（Ｐ２０１２−７３２２１Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１００５８１（Ｐ２０１１−１００５８１）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、ナノテク・先端部材実用化研究開発／ナノ構造テラヘルツデバイスによる透過型物体計測技術の研究開発委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、ナノテク・先端部材実用化研究開発／ナノ構造テラヘルツデバイスによる透過型物体計測技術の研究開発委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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