CN104145193B - 车辆检测装置以及车辆检测方法 - Google Patents

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Abstract

车辆检测装置(1)具备：天线(2)，其检测从物体放射的电磁波；图像生成部(3)，其基于由天线(2)接收到的电磁波来生成电波图像；路面区域检测部(4)，其从电波图像中检测路面区域；对称轴设定部(5)，其将路面区域的边界部分中在水平方向上具有规定值以上的长度的部分设定为第一对称轴；路面反射区域设定部(6)，其在电波图像的垂直方向的图像中央设定水平的中心线，将中心线与第一对称轴之间设定为路面反射区域；以及车辆检测部(7)，其将路面反射区域内的像素输出的波形与路面区域内的像素输出的波形进行比较，在波形的特征近似的情况下将路面反射区域检测为车辆。

Description

车辆检测装置以及车辆检测方法
技术领域
本发明涉及接收从物体放射的电磁波来检测路面上存在的车辆的车辆检测装置以及车辆检测方法。
背景技术
近年来，开发了一种通过测量从物体放射的电波来检测车辆等物体的技术，作为其一例而公开了专利文献1。在专利文献1所公开的电波接收***中，根据接收到的电波来检测车辆的前挡风玻璃、发动机罩的形状，由此检测车辆。
专利文献1：日本特开2006-322833号公报
发明内容
然而，在上述专利文献1所公开的电波接收***中存在以下问题：由于通过检测车辆的局部的形状来识别车辆，因此如果存在呈相似形状的车辆，则会发生误检测。
因此，本发明是鉴于上述实际情况而提出的，其目的在于提供能够利用从物体放射的电磁波来准确地检测车辆的车辆检测装置以及车辆检测方法。
本发明的第一方式所涉及的车辆检测装置具备：天线，其检测从物体放射的电磁波；图像生成部，其基于由天线接收到的电磁波来生成电波图像；路面区域检测部，其基于由天线接收到的电磁波而从电波图像中检测路面区域；对称轴设定部，其将路面区域的边界部分中在水平方向上具有规定值以上的长度的部分设定为第一对称轴；路面反射区域设定部，其在电波图像的垂直方向的图像中央设定水平的中心线，将中心线与第一对称轴之间设定为路面反射区域；以及车辆检测部，其将路面反射区域内的像素输出的波形与路面区域内的像素输出的波形进行比较，在波形的特征近似的情况下将路面反射区域检测为车辆。
本发明的第二方式所涉及的车辆检测方法包括以下步骤：基于由天线接收到的电磁波来生成电波图像；基于由天线接收到的电磁波从电波图像中检测路面区域；将路面区域的边界部分中在水平方向上具有规定值以上的长度的部分设定为第一对称轴；在电波图像的垂直方向的图像中央设定水平的中心线；将该中心线与第一对称轴之间设定为路面反射区域；以及将路面反射区域内的像素输出的波形与路面区域内的像素输出的波形进行比较，在波形的特征近似的情况下将路面反射区域检测为车辆。
本发明的第三方式所涉及的车辆检测装置具备：天线，其检测从物体放射的电磁波；图像生成部，其基于由天线接收到的电磁波来生成电波图像；以及车辆检测部，其根据在电波图像的垂直方向上扫描电波图像的像素输出而生成的像素输出的波形来检测像素输出的拐点，判别将拐点设为第二对称轴的像素输出的波形的对称性来检测车辆。
附图说明
图1是表示应用了本发明的第一实施方式所涉及的车辆检测装置的结构的框图。
图2是表示由第一实施方式所涉及的车辆检测装置进行的车辆检测处理的处理过程的流程图。
图3是表示由图像生成部3生成的电波图像的一例的俯视图。
图4是从侧面观察图3所示的车辆31与本车辆之间的关系而得到的图。
图5是表示由第一实施方式所涉及的车辆检测装置检测到的像素输出的波形的曲线图。
图6是表示对图5的像素输出的波形进行频率分析而得到的结果的曲线图。
图7是用于说明应用了本发明的第二实施方式所涉及的车辆检测装置的动作的图，图7的(a)是表示电波图像上的扫描轴的俯视图，图7的(b)是表示上述扫描轴上的像素输出与扫描位置的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图对应用了本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
[车辆检测装置的结构]
参照图1来说明第一实施方式所涉及的车辆检测装置的结构。本实施方式所涉及的车辆检测装置1具备：天线2，其检测从物体放射的电磁波；图像生成部3，其基于由天线2接收到的电磁波来生成电波图像；路面区域检测部4，其基于由天线2接收到的电磁波从电波图像中检测路面区域；对称轴设定部5，其在电波图像上设定第一对称轴；路面反射区域设定部6，其在电波图像上设定路面反射区域；以及车辆检测部7，其将路面反射区域内的像素输出的波形与路面区域内的像素输出的波形进行比较并检测车辆。
在此，本实施方式所涉及的车辆检测装置1利用金属制的车辆会反射从路面放射出的电磁波的原理，在电波图像上将与从路面放射出的电磁波的波形特征近似的区域识别为车辆。而且，在本实施方式中，示出在车辆中装载有车辆检测装置1的情况来作为一例，对使天线2朝向本车辆的行进方向来检测本车辆的行进方向上存在的车辆的情况进行说明。
天线2包括将多个天线阵列化而得到的阵列天线、机械扫描机构以及透镜，例如被设定为由具备1列×20行的元件数的阵列天线构成，来检测100GHz～300GHz频率的电磁波。另外，也可以设为以下结构：设置多列阵列天线来同时获取二维图像并省略机械扫描机构。
图像生成部3可以基于由天线2接收到的电磁波的接收电磁波量来生成二维的电波图像，并与天线2一并由电波摄像头构成。
路面区域检测部4从电波图像中提取由天线2接收到的电磁波的接收电力的变化为规定值(例如5％)以内的区域，将该区域作为路面区域进行检测。这利用了以下特征：在固定的范围内，从像路面那样平坦的物体放射的电磁波的接收电力的变化收敛。另外，也可以用其它方法来检测路面区域，例如可以用天线2接收水平极化波和垂直极化波并基于它们的极化波比来检测路面区域。
对称轴设定部5从所检测到的路面区域的边界部分中检测水平的部分，在该水平部分的长度处于规定值以上的情况下，将该水平部分设定为第一对称轴。
路面反射区域设定部6在电波图像的垂直方向的图像中央设定水平的中心线，将该中心线与第一对称轴之间设定为路面反射区域。
车辆检测部7将路面反射区域内的像素输出的波形与路面区域内的像素输出的波形进行比较，在波形的特征近似的情况下，将路面反射区域检测为车辆。
[车辆检测处理的过程]
接着，参照图2的流程图来说明由本实施方式所涉及的车辆检测装置1进行的车辆检测处理的过程。
在步骤S101中，通过扫描天线2来接收从本车辆的周围放射的电磁波并由图像生成部3生成电波图像。将所生成的电波图像的一例在图3中示出。在图3所示的电波图像中拍摄在本车辆的前方与本车辆同方向行驶的车辆31。
接着，在步骤S102中，路面区域检测部4从电波图像中检测路面区域。例如，将由天线2接收到的电磁波的接收电力的变化在规定值(5％)以内那样的区域检测为路面区域。在图3所示的电波图像中，用斜线示出的区域32被检测为路面区域。但是，路面区域的检测方法使用公知的方法即可，并不限定于上述方法。
接着，在步骤S103中，对称轴设定部5从路面区域的边界部分中检测除地平线、图像的边缘以外的水平的部分，在该水平部分的长度处于规定值以上的情况下，将该水平部分设定为第一对称轴。在图3所示的电波图像中，路面区域32的边界部分中的与车辆31相接的部分33为水平。将该水平部分的长度与预先设定的规定值进行比较，在处于规定值以上的情况下，将该水平部分设定为第一对称轴33。
接着，在步骤S104中，路面反射区域设定部6在电波图像的垂直方向的图像中央设定水平的中心线，将该中心线与第一对称轴33之间设定为路面反射区域。在图3所示的电波图像中，在电波图像的中央设定中心线34，将该中心线34与第一对称轴33之间设定为路面反射区域35。电波图像的中央相当于天线2被设置的高度，仅中心线34的下方受到来自路面的反射的影响。由此，设定中心线34，并在中心线34的下方设定路面反射区域35。
当在车辆中装载车辆检测装置1时，考虑中心线34的位置与车辆的运行状况相应地偏移的情况。因此，路面反射区域设定部6使中心线34的位置与本车辆的运行状况相应地变化。例如，在存在车辆振动的情况下，预先设定预想的振动角，与该振动角相应地修改中心线34的位置来校正地平面的偏移。并且，在车辆减速时、加速时，与由传感器检测到的加速度相应地校正中心线34的位置，在车辆转弯时对由车辆摇晃导致的倾斜进行校正。
接着，在步骤S105中，车辆检测部7将路面反射区域35内的像素输出的波形与路面区域32内的像素输出的波形进行比较来进行车辆的检测。
在此，基于图4来说明由车辆检测部7进行的像素输出的波形的比较方法。图4是从侧方观察图3所示的车辆31与本车辆之间的关系而得到的图。如图4所示，在天线2被设置在高度H的位置处的情况下，中心线34位于车辆31的高度H的位置处。第一对称轴33位于车辆31的路面上的位置处，如果将与天线2相距的距离设为D，则能够如下那样求出距离D。
首先，能够根据电波图像上的第一对称轴33的位置来求出角度θ，因此能够使用天线2的设置高度H用式(1)来表示。
D＝H/tanθ(1)
在此，如果将处于路面反射区域35内的电波图像上的一个像素设为IV，则能够根据式(2)求出与像素IV对应的路面区域32内的像素IR的位置。
IR＝arctan[H/{D-H/tan(IV*F/E)}]/F*E(2)
其中，F表示电波图像的纵向的分辨率，E表示电波图像的纵向的像素数。根据式(2)求出的像素IR是处于相对于第一对称轴33与像素IV对称的位置的像素。因而，在像素IV在车辆上的点反射了来自路面的电磁波的情况下，反射了从像素IR放射出的电磁波。因此，针对路面反射区域35内的所有像素求出相对于第一对称轴33对称的像素IR的位置，并将各点的像素输出的波形进行比较。
例如，当针对路面反射区域35内的各像素IV求出像素输出并与所对应的像素IR的像素输出进行比较时，能够获得如图5所示的检测结果。图5是在使像素IV的位置变化的情况下将像素IV的像素输出的波形与像素IR的像素输出的波形进行比较的图。像素IV的像素输出是反射了从像素IR放射出的电磁波而得到的，因此比像素IR的像素输出低，但像素IV的像素输出的波形的形状与像素IR的像素输出的波形的形状近似。
进而，当对图5所示的检测结果进行频率分析时，能够获得如图6所示的分析结果。图6示出了作为频率分析而进行了傅立叶变换时的分析结果，虽然强度不同但频带一致。此时，车辆检测部7判定像素IV和像素IR的频带是否处于规定值以内、例如10％以内，在为规定值以内的情况下，判定为路面反射区域35的检测结果是在路面区域32反射了所放射的电磁波而得到的。由此，车辆检测部7判定为路面反射区域35是车辆31，并根据电波图像检测车辆31。
另外，在上述说明中，说明了针对一个电波图像的处理，但也可以将电波图像作为运动图像来获取，将多个时刻的像素输出进行累积并进行波形的比较。由此，电波图像的分辨率提高，因此能够以高分辨率进行波形的比较。
在该情况下，车辆检测部7利用式(1)来计算至第一对称轴33的距离D，仅在距离D的变动为规定值、例如10％以内的情况下，将多个时刻的像素输出的波形进行比较。在距离D发生大的变动的情况下，即使在多个时刻累积了像素输出，检测结果也不稳定。由此，仅在距离D的变动小的情况下将多个时刻的像素输出进行累积并检测车辆。
另外，也可以在多个时刻仅比较路面区域32内的像素输出的波形，仅在其变动为规定值以下的情况下进行用于检测车辆的波形比较。这是由于，在路面状态发生变化而使路面区域32内的像素输出的波形在多个时刻发生大的变化的情况下，即使进行车辆检测也不能准确地检测车辆。
并且，在至第一对称轴33的距离D在多个时刻变化了规定值以上的情况下，车辆检测部7可以直接将路面反射区域35检测为行驶车辆。基于距离D发生变化，能够判断为是具有相对速度的物体，从而将该物体判断为车辆。
这样，当通过进行上述处理从电波图像检测到车辆时，由本实施方式所涉及的车辆检测装置1进行的车辆检测处理结束。
[第一实施方式的效果]
如以上详细地说明那样，根据本实施方式所涉及的车辆检测装置1，将路面反射区域内的像素输出的波形与路面区域内的像素输出的波形进行比较，在波形的特征近似的情况下，将路面反射区域检测为车辆，因此利用金属制的车辆会反射来自路面的电磁波的原理能够准确地检测车辆。
另外，根据本实施方式所涉及的车辆检测装置1，使用频率分析来比较波形的特征，因此能够与亮度无关地比较波形的特征，能够更为准确地检测车辆。
并且，根据本实施方式所涉及的车辆检测装置1，将多个时刻的像素输出进行累积并比较波形，因此能够使电波图像的分辨率提高，来以高分辨率进行波形的比较。
另外，根据本实施方式所涉及的车辆检测装置1，在至第一对称轴33的距离D的变动为规定值以内的情况下，在多个时刻比较像素输出的波形，因此能够仅在能够稳定地检测车辆的条件下执行车辆的检测。
并且，根据本实施方式所涉及的车辆检测装置1，在多个时刻对路面区域32内的像素输出的波形进行比较，在其变动为规定值以下的情况下进行用于检测车辆的波形比较，因此能够防止在路面状态发生变化的情况下车辆的检测不稳定。
另外，根据本实施方式所涉及的车辆检测装置1，在至第一对称轴33的距离D在多个时刻变化了规定值以上的情况下，将路面反射区域35检测为行驶车辆，因此能够容易地检测行驶车辆。
并且，根据本实施方式所涉及的车辆检测装置1，使中心线34的位置与本车辆的运行状况相应地变化，因此能够与本车辆的运行状况无关地稳定地检测车辆。
(第二实施方式)
[车辆检测装置的结构]
第二实施方式所涉及的车辆检测装置利用金属制的车辆会反射从路面放射出的电磁波的原理，来判别在电波图像的垂直方向上扫描电波图像的像素输出而生成的像素输出的波形的对称性并检测车辆。与第一实施方式同样地，示出了在车辆中装载有车辆检测装置的情况来作为一例，对使天线2朝向本车辆的行进方向来检测本车辆的行进方向上存在的车辆的情况进行说明。
本实施方式所涉及的车辆检测装置1至少具备图1所示的结构中的天线2、图像生成部3以及车辆检测部7即可，其中，该天线2检测从物体放射的电磁波，该图像生成部3基于由天线2接收到的电磁波来生成电波图像。即，第二实施方式所涉及的车辆检测装置也可以不具备路面区域检测部4、对称轴设定部5以及路面反射区域设定部6。
本实施方式的车辆检测部7根据在电波图像的垂直方向上扫描电波图像的像素输出而生成的像素输出的波形来检测像素输出的拐点，判别将拐点设为第二对称轴的像素输出的波形的对称性并检测车辆。
天线2和图像生成部3与第一实施方式相同，省略说明。
[车辆检测装置的动作]
接着，说明本实施方式所涉及的车辆检测装置的动作。
首先，通过扫描天线2来接收从本车辆的周围放射的电磁波并由图像生成部3生成电波图像。将所生成的电波图像的一例在图7的(a)中示出。在图7的(a)所示的电波图像中拍摄在本车辆的前方与本车辆同方向行驶的车辆31。
车辆检测部7在电波图像的垂直方向上扫描电波图像的像素输出来生成像素输出的波形。具体地说，如图7的(a)所示，沿着电波图像上的多个扫描轴Ax1、Ax2、Ax3中的每个扫描轴连续地输出电波图像的像素输出，来生成如图7的(b)所示的像素输出的波形PAx1～PAx3。图7的(b)的横轴表示像素输出，纵轴表示扫描轴Ax1、Ax2、Ax3上的扫描位置。像素输出的波形PAx1是沿着扫描轴Ax1的波形，像素输出的波形PAx2是沿着扫描轴Ax2的波形，像素输出的波形PAx3是沿着扫描轴Ax3的波形。
车辆检测部7根据图7的(b)所示的像素输出的波形PAx1～PAx3来检测像素输出的拐点CP。车辆检测部7例如将像素输出为极大值或者极小值的扫描轴Ax1～Ax3上的扫描位置检测为像素输出的拐点CP。车辆检测部7既可以针对像素输出的波形PAx1～PAx3中的每个波形检测拐点CP，也可以将针对各波形PAx1～PAx3检测出的拐点的平均值设为拐点CP。
车辆检测部7判别将检测出的拐点CP设为第二对称轴的像素输出的波形PAx1～PAx3的对称性并检测车辆。车辆检测部7例如将穿过拐点CP的直线设为第二对称轴，并判断像素输出的波形PAx1～PAx3是否相对于第二对称轴对称。在像素输出的波形PAx1～PAx3对称的情况下，判断为在扫描轴Ax1～Ax3上存在车辆。
在像素输出的波形PAx1～PAx3对称的情况下，第二对称轴与图7的(a)所示的第一对称轴33对应。理由是，根据式(2)求出的像素IR(参照图4)是位于相对于第一对称轴33与像素IV对称的位置的像素，像素IV反射了从像素IR放射出的电磁波。由此，在认定像素输出的波形PAx1～PAx3具有以拐点CP为中心的对称性的情况下，能够判断为在扫描轴Ax1～Ax3上的拐点CP处存在第一对称轴33。由此，能够判断为在扫描轴Ax1～Ax3上存在车辆31。详细地说，能够判断为在扫描轴Ax1～Ax3上的拐点CP的上部存在车辆31。更为详细地说，在第二实施方式所涉及的车辆检测装置设定了中心线34的情况下，能够判断为在扫描轴Ax1～Ax3上的拐点CP与中心线34之间存在车辆31。
与第一实施方式同样地，也可以将多个时刻的像素输出进行累积并进行波形的比较。此时，也可以仅在距离D的变动小的情况下对多个时刻的像素输出进行累积并检测车辆。
另外，在第二实施方式所涉及的车辆检测装置具备路面区域检测部4的情况下，可以在多个时刻仅比较路面区域32内的像素输出的波形，仅在其变动为规定值以下的情况下进行用于检测车辆的波形比较。
如以上详细地说明那样，根据本实施方式所涉及的车辆检测装置，根据在垂直方向上扫描电波图像而得到的像素输出的波形PAx1～PAx3来检测拐点CP，判别将该拐点CP设为第二对称轴的像素输出的波形PAx1～PAx3的对称性并检测车辆31。由此，能够利用金属制的车辆会反射来自路面的电磁波的原理准确地检测车辆。
以上，按照第一和第二实施方式说明了本发明的内容，但本发明并不限定于这些记载，对于本领域技术人员来说显然能够进行各种变形、改良。
在此引用了日本特愿2012-045221号(申请日：2012年3月1日)的全部内容。
产业上的可利用性
根据实施方式所涉及的车辆检测装置以及车辆检测方法，将路面反射区域内的像素输出的波形与路面区域内的像素输出的波形进行比较，在波形的特征近似的情况下，将路面反射区域检测为车辆。或者，根据在垂直方向上扫描出的波形来检测拐点，判别将该拐点设为第二对称轴的像素输出的波形的对称性来检测车辆。通过这样，利用金属制的车辆会反射来自路面的电磁波的原理能够准确地检测车辆。由此，本发明具有产业上的可利用性。
附图标记说明
1：车辆检测装置；2：天线；3：图像生成部；4：路面区域检测部；5：对称轴设定部；6：路面反射区域设定部；7：车辆检测部；31：车辆；32：路面区域；33：第一对称轴；34：中心轴；35：路面反射区域；CP：拐点。

Claims (10)

1.一种车辆检测装置，其特征在于，具备：
天线，其检测从物体放射的电磁波；
图像生成部，其基于由上述天线接收到的电磁波来生成电波图像；
路面区域检测部，其基于由上述天线接收到的电磁波而从上述电波图像中检测路面区域；
对称轴设定部，其将上述路面区域的边界部分中在水平方向上具有规定值以上的长度的部分设定为第一对称轴；
路面反射区域设定部，其在上述电波图像的垂直方向的图像中央设定水平的中心线，将上述中心线与上述第一对称轴之间设定为路面反射区域；以及
车辆检测部，其将上述路面反射区域内的像素输出的波形与上述路面区域内的像素输出的波形进行比较，在波形的特征近似的情况下将上述路面反射区域检测为车辆。
2.根据权利要求1所述的车辆检测装置，其特征在于，
上述车辆检测部使用频率分析来比较波形的特征。
3.根据权利要求1或2所述的车辆检测装置，其特征在于，
上述车辆检测部将多个时刻的上述像素输出进行累积来比较波形。
4.根据权利要求3所述的车辆检测装置，其特征在于，
上述车辆检测部基于上述天线的设置高度和上述第一对称轴在电波图像上的位置来计算至上述第一对称轴的距离，在至上述第一对称轴的距离的变动为规定值以内的情况下，在多个时刻比较上述像素输出的波形。
5.根据权利要求3所述的车辆检测装置，其特征在于，
上述车辆检测部在多个时刻比较上述路面区域内的像素输出的波形，在上述路面区域内的像素输出的波形的变动为规定值以下的情况下，将上述路面反射区域内的像素输出的波形与上述路面区域内的像素输出的波形进行比较。
6.根据权利要求4所述的车辆检测装置，其特征在于，
在至上述第一对称轴的距离在多个时刻变化了规定值以上的情况下，上述车辆检测部将上述路面反射区域检测为行驶车辆。
7.根据权利要求1或2所述的车辆检测装置，其特征在于，
在车辆中装载有该车辆检测装置的情况下，上述路面反射区域设定部使上述中心线的位置与装载有该车辆检测装置的上述车辆的运行状况相应地变化。
8.一种车辆检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于由天线接收到的电磁波来生成电波图像；
基于由上述天线接收到的电磁波来从上述电波图像中检测路面区域；
将上述路面区域的边界部分中在水平方向上具有规定值以上的长度的部分设定为第一对称轴；
在上述电波图像的垂直方向的图像中央设定水平的中心线；
将上述中心线与上述第一对称轴之间设定为路面反射区域；以及
将上述路面反射区域内的像素输出的波形与上述路面区域内的像素输出的波形进行比较，在波形的特征近似的情况下将上述路面反射区域检测为车辆。
9.一种车辆检测装置，其特征在于，具备：
天线，其检测从物体放射的电磁波；
图像生成部，其基于由上述天线接收到的电磁波来生成电波图像；以及
车辆检测部，其根据在电波图像的垂直方向上扫描上述电波图像的像素输出而生成的像素输出的波形来检测像素输出的拐点，将穿过上述拐点的直线设为第二对称轴，并判别上述像素输出的波形相对于上述第二对称轴的对称性来检测车辆，
上述车辆检测部在像素输出的波形中识别到以拐点为中心的对称性的情况下，判断为在扫描轴上的拐点的上部存在车辆。
10.一种车辆检测装置，其特征在于，具备：
天线，其检测从物体放射的电磁波；
图像生成部，其基于由上述天线接收到的电磁波来生成电波图像；以及
车辆检测部，其根据在电波图像的垂直方向上扫描上述电波图像的像素输出而生成的像素输出的波形来检测像素输出的拐点，将穿过上述拐点的直线设为第二对称轴，并判别上述像素输出的波形相对于上述第二对称轴的对称性来检测车辆，
上述车辆检测部在电波图像的垂直方向的图像中央设定水平的中心线且在像素输出的波形中识别到以拐点为中心的对称性的情况下，判断为在扫描轴上的拐点和中心线之间存在车辆。
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