WO2017141757A1 - 物体検知システム - Google Patents

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WO2017141757A1
WO2017141757A1 PCT/JP2017/004301 JP2017004301W WO2017141757A1 WO 2017141757 A1 WO2017141757 A1 WO 2017141757A1 JP 2017004301 W JP2017004301 W JP 2017004301W WO 2017141757 A1 WO2017141757 A1 WO 2017141757A1
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WO
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unit
receiving unit
length
detection
receiving
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/004301
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English (en)
French (fr)
Inventor
友哉 佐藤
巧麻 中川
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/54—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 with receivers spaced apart
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/46—Indirect determination of position data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes

Definitions

  • This disclosure relates to an object detection system.
  • Patent Document 1 An object detection device that detects an object using ultrasonic waves is known, and is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • An object detection device described in Patent Literature 1 includes an ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic waves, a drive unit that drives the ultrasonic transducers and transmits ultrasonic waves from the ultrasonic transducers, and an ultrasonic transducer. And a processing unit for processing a reflected wave from the object received at.
  • the object detection apparatus includes a control unit that controls the drive unit and detects an object from the processing result of the processing unit.
  • an object detection apparatus such as the above-described conventional example detects not only the distance from the ultrasonic transducer (ultrasonic sensor) to the object but also the three-dimensional position of the object. Yes.
  • the present disclosure has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an object detection system capable of detecting a three-dimensional position of an object.
  • the object detection system includes a transmission unit, a first reception unit, a second reception unit, a third reception unit, and a detection unit.
  • the transmission unit transmits ultrasonic waves to a space to be detected.
  • the first reception unit is disposed at the same position as the transmission unit, and receives an ultrasonic wave reflected from an object in the space.
  • the second receiving unit is arranged at a position different from the first receiving unit and receives the reflected wave.
  • the third receiving unit is arranged at a position different from the first receiving unit and the second receiving unit, and receives the reflected wave.
  • the detection unit executes position detection processing for detecting the position of the object.
  • the detection unit performs a process of obtaining the first length based on the time required from the transmission of the ultrasonic wave to the reception of the reflected wave by the first reception unit.
  • the detection unit executes a process for obtaining the second length based on a time required from the transmission of the ultrasonic wave to the reception of the reflected wave by the second reception unit.
  • the detection unit performs a process of obtaining the third length based on a time required from transmitting the ultrasonic wave to receiving the reflected wave by the third reception unit.
  • a detection part performs the process which calculates
  • the spherical surface is a surface having the first receiving unit as the center and the length from the first receiving unit being the first length.
  • One of the two spheroid surfaces is a surface in which each of the first receiving unit and the second receiving unit is a focal point, and the sum of the lengths from these two focal points becomes the second length.
  • the remaining one of the two spheroid surfaces is a surface having the first receiving unit and the third receiving unit as the focal points, and the sum of the lengths from these two focal points becomes the third length.
  • the first reception unit, the second reception unit, and the third reception unit have different positions in the vertical direction.
  • one ultrasonic transducer is also used as the transmission unit and the first reception unit.
  • the detection unit calculates the global coordinates of the object by performing calculation based on the reception result of the reflected wave in each of the first reception unit, the second reception unit, and the third reception unit. . Accordingly, the present disclosure can detect the position of an object in three dimensions.
  • FIG. 1 is a block diagram of an object detection system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a part of a vehicle in which the object detection system described above is used and an object to be detected.
  • FIG. 3A is an explanatory diagram showing a positional relationship between the first receiver and the second receiver in the first local coordinate system in the object detection system same as above.
  • FIG. 3B is an explanatory diagram showing a positional relationship between the first receiver and the third receiver in the second local coordinate system in the object detection system same as above.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the first receiver and the object in the global coordinate system in the object detection system same as above.
  • the following embodiments relate to an object detection system, and more particularly, to an object detection system that detects an object using ultrasonic waves.
  • the object detection system 100 of the present embodiment includes a transmission unit 12, a first reception unit 11, a second reception unit 21, a third reception unit 31, and a detection unit 4. It has.
  • the transmission unit 12 transmits ultrasonic waves to the space to be detected.
  • the 1st receiving part 11 is arranged in the same position as transmitting part 12, and receives the reflected wave of the ultrasonic wave from object A1 in space.
  • the second receiving unit 21 is disposed at a position different from that of the first receiving unit 11 and receives the reflected wave.
  • the 3rd receiving part 31 is arranged in a position different from the 1st receiving part 11 and the 2nd receiving part 21, and receives a reflected wave.
  • the detection unit 4 executes a position detection process for detecting the position of the object A1.
  • the detection unit 4 executes a process for obtaining the first length D1 based on the time required from the transmission of the ultrasonic wave to the reception of the reflected wave by the first reception unit 11. In addition, the detection unit 4 performs a process of obtaining the second length D2 based on the time required from when the ultrasonic wave is transmitted until the reflected wave is received by the second reception unit 21. In addition, the detection unit 4 performs a process for obtaining the third length D3 based on the time required from when the ultrasonic wave is transmitted until the reflected wave is received by the third reception unit 31.
  • the detection part 4 performs the process which calculates
  • the spherical surface F1 is a surface having the first receiving unit 11 as a center and the length from the first receiving unit 11 being the first length D1.
  • the spheroidal surface F2 is a surface in which the first receiving unit 11 and the second receiving unit 21 are the focal points, and the sum of the lengths from these two focal points becomes the second length D2.
  • the spheroidal surface F3 is a surface having the first receiving unit 11 and the third receiving unit 31 as focal points, and the sum of the lengths from these two focal points becomes the third length D3.
  • the object detection system 100 according to the present embodiment will be described in detail.
  • the configuration described below is only an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment, and the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment.
  • Various changes can be made in accordance with the design or the like as long as they are not.
  • the object detection system 100 of the present embodiment is used by being mounted on a vehicle such as an automobile.
  • the vehicle will be described as an automobile.
  • the object detection system 100 of this embodiment is a system that detects the presence or absence of an object A1 in a space to be detected.
  • the object detection system 100 of the present embodiment is a system that detects the position of the object A1 in three dimensions.
  • the object A1 includes obstacles such as a car stop, a power pole, a guard rail, and a wall in addition to a living body such as a person or an animal.
  • the object A1 will be described as a vehicle stop.
  • the object detection system 100 of the present embodiment is used, for example, in a vehicle parking assistance system or a vehicle automatic driving assistance system.
  • the object detection system 100 of this embodiment may be used other than a vehicle.
  • the object detection system 100 of the present embodiment includes a first sensor 1, a second sensor 2, a third sensor 3, and a detection unit 4, which are a plurality of (here, three) ultrasonic sensors. And the determination part 5 is provided.
  • the first sensor 1, the second sensor 2, and the third sensor 3 are attached to the rear bumper B1 of the vehicle (see FIG. 2).
  • the 1st sensor 1, the 2nd sensor 2, and the 3rd sensor 3 may be suitably arranged according to the use of object detection system 100, respectively.
  • the first sensor 1 includes a first receiving unit 11, a transmitting unit 12, and a driving unit 13.
  • the second sensor 2 includes a second receiving unit 21.
  • the third sensor 3 includes a third receiving unit 31.
  • the first receiving unit 11 is configured to convert mechanical vibration into an electric signal.
  • the first receiving unit 11 receives (receives) a reflected wave reflected by the object A1 among the ultrasonic waves transmitted from the transmitting unit 12, and converts the received reflected wave into an electric signal.
  • the first receiving unit 11 outputs the converted electric signal to the detecting unit 4.
  • the transmission unit 12 is configured to convert an electrical signal into mechanical vibration.
  • the transmission unit 12 vibrates in accordance with a predetermined drive signal output from the drive unit 13, and transmits (transmits) ultrasonic waves toward a space to be detected by vibrating the air.
  • the transmission unit 12 transmits ultrasonic waves at regular intervals according to the drive signal from the drive unit 13. That is, the transmission unit 12 transmits ultrasonic waves intermittently.
  • the drive unit 13 When the drive unit 13 receives a start command for starting transmission of ultrasonic waves from the detection unit 4, the drive unit 13 outputs a predetermined drive signal based on the start command, and causes the transmission unit 12 to start transmission of ultrasonic waves. Further, when receiving a stop command for stopping the transmission of ultrasonic waves from the detection unit 4, the drive unit 13 stops outputting the drive signal based on the stop command, and causes the transmission unit 12 to stop transmitting ultrasonic waves.
  • the second receiving unit 21 and the third receiving unit 31 receive the reflected wave reflected by the object A1 among the ultrasonic waves transmitted from the transmitting unit 12, and the received reflected wave Convert to electrical signal.
  • the second receiving unit 21 and the third receiving unit 31 output the converted electric signals to the detecting unit 4.
  • the first receiving unit 11 and the transmitting unit 12 are integrally configured with, for example, an ultrasonic transducer. That is, the transmission unit 12 is almost at the same position as the first reception unit 11.
  • the “same position” does not mean that the physical position of the transmission unit 12 and the physical position of the first reception unit 11 completely match, but a position detection process (described later) in the detection unit 4.
  • the transmission unit 12 and the first reception unit 11 can be regarded as being in the same position.
  • the drive unit 13 is housed in one housing together with the ultrasonic transducer.
  • the 1st receiving part 11, transmitting part 12, and drive part 13 may be constituted separately, respectively.
  • each of the second receiver 21 and the third receiver 31 is composed of, for example, an ultrasonic transducer.
  • the second sensor 2 is arranged at the same height as the first sensor 1. That is, the 2nd receiving part 21 is arranged so that the position in the perpendicular direction may be the same as the 1st receiving part 11 (transmission part 12).
  • the third sensor 3 is disposed at a different height from the first sensor 1 and the second sensor 2. That is, the 3rd receiving part 31 is arranged so that the position in the perpendicular direction may differ from the 1st receiving part 11 (transmission part 12) and the 2nd receiving part 21.
  • the detection unit 4 includes, for example, a microcomputer (hereinafter abbreviated as a microcomputer) as a main component.
  • the microcomputer realizes a function as the detection unit 4 by executing a program recorded in the memory by a CPU (Central Processing Unit).
  • the program may be recorded in advance in a memory of a microcomputer, may be provided by being recorded on a recording medium such as a memory card, or may be provided through an electric communication line.
  • the detecting unit 4 detects the presence or absence of the object A1 in the space to be detected based on at least one output waveform of the first receiving unit 11, the second receiving unit 21, and the third receiving unit 31. Moreover, the detection part 4 calculates
  • the determination unit 5 includes, for example, a microcomputer as a main configuration.
  • the microcomputer realizes the function as the determination unit 5 by executing the program recorded in the memory by the CPU.
  • the program may be recorded in advance in a memory of a microcomputer, may be provided by being recorded on a recording medium such as a memory card, or may be provided through an electric communication line.
  • the determination unit 5 determines whether or not the object A1 is an obstacle to be avoided based on the position information from the detection unit 4. Specifically, the determination unit 5 determines whether or not the height (position in the vertical direction) of the object A1 obtained from the position information is within a predetermined range.
  • the predetermined range is the maximum height of obstacles on the ground side that do not need to be avoided (for example, curbs and car stops) and obstacles on the ceiling side that do not need to be avoided (such as lighting fixtures) ) And the minimum height.
  • the predetermined range may be appropriately set by the user.
  • the determination unit 5 determines that the object A1 is an obstacle that does not need to be avoided. On the other hand, if the height of the object A1 is within a predetermined range, the determination unit 5 determines that the object A1 is an obstacle (for example, a wall) that needs to be avoided. In this case, the determination unit 5 notifies an electronic control unit (ECU: Electronic Control Unit) mounted on the vehicle that there is an obstacle, for example. Therefore, the electronic control unit can perform various measures such as controlling the speaker to sound an alarm sound or displaying that there is an obstacle on the in-vehicle display.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the detection part 4 and the determination part 5 are comprised with a mutually different microcomputer, another structure may be sufficient.
  • the detection unit 4 and the determination unit 5 may be configured by the same microcomputer.
  • the detection unit 4 detects the three-dimensional position of the object A1 by obtaining the global coordinates of the object A1 by the position detection process.
  • the detection unit 4 stores, for example, the center of the rear bumper B1 of the vehicle as the origin of global coordinates. Further, the detection unit 4 stores the positions of the first reception unit 11, the transmission unit 12, the second reception unit 21, and the third reception unit 31. For example, the detection unit 4 regards the first reception unit 11 and the transmission unit 12 as one point, and stores the global coordinates of the first reception unit 11 and the transmission unit 12.
  • the detection unit 4 regards each of the second reception unit 21 and the third reception unit 31 as one point, and stores the global coordinates of the second reception unit 21 and the global coordinates of the third reception unit 31.
  • the global coordinates can be appropriately set by, for example, a contractor.
  • the detection unit 4 executes a process for obtaining the first length D1 based on the first reception time.
  • the first reception time is a time required from when the transmission unit 12 transmits an ultrasonic wave until the first reception unit 11 receives a reflected wave from the object A1.
  • the first length D1 is half the length obtained by the product of the first reception time and the ultrasonic velocity. That is, the first length D1 corresponds to the length from the first receiving unit 11 to the object A1.
  • the detection unit 4 executes a process for obtaining the second length D2 based on the second reception time.
  • the second reception time is a time required for the second reception unit 21 to receive the reflected wave from the object A1 after the transmission unit 12 transmits the ultrasonic wave.
  • the second length D2 is a length obtained by the product of the second reception time and the ultrasonic velocity. That is, the second length D2 corresponds to the sum of the first length D1 and the length D21 from the second receiving unit 21 to the object A1.
  • the detection unit 4 executes a process for obtaining the third length D3 based on the third reception time.
  • the third reception time is a time required from when the transmission unit 12 transmits an ultrasonic wave until the third reception unit 31 receives a reflected wave from the object A1.
  • the third length D3 is a length obtained by the product of the third reception time and the ultrasonic velocity. That is, the third length D3 corresponds to the sum of the first length D1 and the length D31 from the third receiver 31 to the object A1.
  • the object A1 is centered on the first receiver 11 (transmitter 12), and the length from the first receiver 11 (transmitter 12) is the first length D1. It is considered to be located on the spherical surface F1.
  • the object A1 has the first receiving unit 11 (transmitting unit 12) and the second receiving unit 21 as focal points, and the spheroidal surface F2 in which the sum of the lengths from these two focal points becomes the second length D2. It is considered to be located above.
  • the object A1 has the first receiving unit 11 (transmitting unit 12) and the third receiving unit 31 as focal points, and the spheroidal surface F3 in which the sum of the lengths from these two focal points becomes the third length D3. It is considered to be located above.
  • the object A1 is considered to be located at the intersection of the spherical surface F1 and the two spheroids F2 and F3.
  • the detection unit 4 uses the spherical surface F1 defined by the first length D1, the spheroid surface F2 defined by the second length D2, and the spheroid surface defined by the third length D3.
  • the position of the object A1 is obtained by executing the process for obtaining the intersection of F3.
  • the position of the object A1 obtained by the position detection process is a position at which the distance from the first receiving unit 11 (transmitting unit 12) is the shortest in the object A1.
  • the detection unit 4 is the first reception unit 11, the second reception unit 21, and the third reception unit 31.
  • the first time from when the transmission unit 12 transmits an ultrasonic wave until the first reception of the reflected wave is first. This is because the position of the object A1 is obtained as the reception time, the second reception time, and the third reception time.
  • the position of the first receiving unit 11 (transmitting unit 12) in the global coordinate system is represented by a point P1 (x1, y1, z1).
  • the position of the second receiving unit 21 in the global coordinate system is represented by a point P2 (x2, y2, z2)
  • the position of the third receiving unit 31 is represented by a point P3 (x3, y3, z3).
  • the position of the object A1 in the global coordinate system is represented by a point P0 (x0, y0, z0).
  • the detection unit 4 executes a process for obtaining an intersection point between the spherical surface F1 and the spheroid F2.
  • the detection unit 4 calculates the global coordinates of the first reception unit 11 (transmission unit 12) and the second reception unit 21 by calculating using the first transformation matrix. Convert to local coordinates defined in one local coordinate system.
  • the position of the first receiving unit 11 (transmitting unit 12) is represented by a point Q1 (0, 0, 0) that is the origin.
  • the position of the second receiving unit 21 is represented by a point Q2 (X2, 0, 0).
  • the first local coordinate system is an orthogonal coordinate system in which a straight line passing through the points Q1 and Q2 is the x axis.
  • FIG. 3A shows arrows representing the x-axis, y-axis, and z-axis of the first local coordinate system. These arrows are merely described for the purpose of assisting the explanation, and are accompanied by an entity. Absent.
  • the detection unit 4 performs processing for obtaining the intersection point between the spherical surface F1 and the spheroid F2 on the xy plane by obtaining the x coordinate and y coordinate of the point Q3 and the x coordinate and y coordinate of the point Q4.
  • the spherical surface F1 centered on the point Q1 is represented by the following equation (1).
  • the spheroid F2 having the focal point at the point Q1 and the point Q2 is expressed by the following equation (2).
  • Equation (3) is derived by transforming equation (2).
  • X11 that is the x coordinate of the point Q3 and X12 that is the x coordinate of the point Q4 can be obtained. Since the points Q3 and Q4 are points on the spherical surface F1, Y11 which is the y coordinate of the point Q3 and Y12 which is the y coordinate of the point Q4 can be obtained by using the theorem of the square. . Based on the above-described calculation, the detection unit 4 obtains two points, that is, the point Q3 (X11, Y11) and the point Q4 (X12, Y12) as intersections between the spherical surface F1 and the spheroid F2 on the xy plane.
  • the detection unit 4 executes a process for obtaining the intersection of the spherical surface F1 and the spheroid F3.
  • the detection unit 4 calculates the global coordinates of the first reception unit (transmission unit 12) and the third reception unit 31 by calculating using the second transformation matrix. Convert to local coordinates specified in the local coordinate system.
  • the position of the first receiving unit 11 (transmitting unit 12) is represented by a point R1 (0, 0, 0) that is the origin.
  • the position of the third receiver 31 is represented by a point R2 (X3, 0, 0).
  • the second local coordinate system is an orthogonal coordinate system in which a straight line passing through the points R1 and R2 is the x axis.
  • FIG. 3B shows arrows representing the x-axis, y-axis, and z-axis of the second local coordinate system. These arrows are merely described for the purpose of assisting the explanation, and are accompanied by an entity. Absent.
  • the detection unit 4 executes a process for obtaining the intersection point between the spherical surface F1 and the spheroid F3 on the xy plane by obtaining the x-coordinate and y-coordinate of the point R3 and the x-coordinate and y-coordinate of the point R4.
  • the detection unit 4 calculates points R3 (X21, Y21) and R4 (X22, Y22) as intersections of the spherical surface F1 and the spheroid F3 on the xy plane by calculations using the equations (1) to (4). 2 points are obtained.
  • the detection unit 4 replaces “D2” with “D3” and “X2” with “X3”, and executes calculations using Expressions (1) to (4).
  • the detection unit 4 calculates the local coordinates (X11, Y11), (X12, X11) of the two points Q3, Q4 defined in the first local coordinate system by performing an operation using the inverse matrix of the first transformation matrix.
  • Y12 are converted into global coordinates (x11, y11) and (x12, y12), respectively.
  • the detection unit 4 performs an operation using an inverse matrix of the second transformation matrix, whereby the local coordinates (X21, Y21), (X22, X2) of the two points R3, R4 defined in the second local coordinate system are calculated.
  • Y22) are converted into global coordinates (x21, y21) and (x22, y22), respectively.
  • the position of the object A1 projected onto the xy plane is represented by the intersection of the first line segment L1 and the second line segment L2. Therefore, the detection unit 4 performs the calculation for obtaining the intersection of the first line segment L1 and the second line segment L2 as follows, and thereby the global coordinates (x0, y0) of the object A1 projected onto the xy plane. Ask for.
  • the first line segment L1 and the second line segment L2 use the parameter s (0 ⁇ s ⁇ 1) and the parameter t (0 ⁇ t ⁇ 1), respectively, and the following equations (5) and (6) It is represented by
  • the detection unit 4 can obtain the global coordinates (x0, y0, z0) of the object A1. That is, the detection unit 4 can detect the three-dimensional position of the object A1.
  • the detection unit 4 receives the reflected wave in each of the first reception unit 11, the second reception unit 21, and the third reception unit 31 in the position detection process. By calculating based on the result, the global coordinates of the object A1 are obtained. Therefore, the object detection system 100 of the present embodiment can detect the three-dimensional position of the object A1. For this reason, the object detection system 100 of the present embodiment can detect the three-dimensional position of the object A1, particularly the height (position in the vertical direction) of the object A1, and therefore the object A1 should be avoided by the determination unit 5, for example. It is possible to determine whether or not it is an obstacle. Whether the object detection system 100 includes the determination unit 5 is arbitrary.
  • the first receiving unit 11 transmitting unit 12
  • the second receiving unit 21, and the third receiving unit 31 have different heights (positions in the vertical direction).
  • the object detection system 100 according to the present embodiment is configured so that the first reception unit 11, the second reception unit 21, and the third reception unit 31 are all arranged at the same height.
  • the detection accuracy of the position in three dimensions can be improved. Note that whether or not to adopt the configuration is arbitrary. That is, the 1st receiving part 11, the 2nd receiving part 21, and the 3rd receiving part 31 may all be arranged at the same height.
  • the 1st receiving part 11 and the transmission part 12 are comprised integrally by the ultrasonic transducer. That is, in the object detection system 100 of the present embodiment, one ultrasonic transducer is also used as the transmission unit 12 and the first reception unit 11. For this reason, in this embodiment, the transmission part 12 exists in the almost same position as the 1st receiving part 11. FIG. Therefore, the detection unit 4 can perform the position detection process by regarding the transmission unit 12 and the first reception unit 11 as one point. Note that whether or not to adopt the configuration is arbitrary. That is, the transmission unit 12 and the first reception unit 11 may be configured by separate devices.
  • the transmission unit 12 and the first reception unit 11 are arranged as close to each other as possible.
  • the detection unit 4 may perform the position detection process by regarding the transmission unit 12 and the first reception unit 11 as one point.
  • the object detection system 100 of this embodiment is provided with three receiving parts (the 1st receiving part 11, the 2nd receiving part 21, and the 3rd receiving part 31), it has more receiving parts. Also good.
  • the detection unit 4 is the sum of the first length D1 and the length from the object A1 to the fourth reception unit in the position detection process. You may perform the process which calculates
  • the fourth length is a length obtained by the product of the time required for the fourth receiving unit to receive the reflected wave after the transmitting unit 12 transmits the ultrasonic wave and the ultrasonic velocity.
  • the detection unit 4 determines the intersection of the spherical surface F1 defined by the first length D1, the spheroid surface F2 defined by the second length D2, and the spheroid surface defined by the fourth length.
  • the requested process may be executed.
  • the detection unit 4 determines the intersection of the spherical surface F1 defined by the first length D1, the spheroid surface F3 defined by the third length D3, and the spheroid surface defined by the fourth length.
  • the requested process may be executed.
  • the detection unit 4 can further improve the detection accuracy of the three-dimensional position of the object A1 by obtaining the average of the global coordinates of the object A1 obtained in each of the above processes. Further, in this configuration, even if any of the receiving units breaks down, the detecting unit 4 can execute position detection processing based on the reception results at the remaining three receiving units.
  • the first sensor 1 includes the transmission unit 12, but the second sensor 2 and the third sensor 3 may also include the transmission unit. And the transmission part 12 of the 1st sensor 1, the transmission part of the 2nd sensor 2, and the transmission part of the 3rd sensor 3 transmit an ultrasonic wave to the space used as a candidate for detection in a preset order or at random. May be.
  • the second reception unit 21 of the second sensor 2 functions as the “first reception unit 11”.
  • the first receiver 11 of the first sensor 1 and the third receiver 31 of the third sensor 3 function as the “second receiver 21” and the “third receiver 31”, respectively.
  • the third reception unit 31 of the third sensor 3 functions as the “first reception unit 11”.
  • the first receiver 11 of the first sensor 1 and the third receiver 31 of the third sensor 3 function as the “second receiver 21” and the “third receiver 31”, respectively.
  • the position of an object in three dimensions can be detected. Therefore, the object detection system of the present disclosure is useful for, for example, a vehicle parking assistance system and a vehicle automatic driving assistance system. is there.

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Abstract

物体の３次元における位置を検知することのできる物体検知システムを提供することを目的とする。物体検知システム（１００）は、送信部（１２）と、第１受信部（１１）と、第２受信部（２１）と、第３受信部（３１）と、検知部（４）とを備える。送信部（１２）は、検知対象となる空間に超音波を送信する。第１受信部（１１）、第２受信部（２１）、及び第３受信部（３１）は、空間内の物体（Ａ１）からの反射波を受信する。検知部（４）は、物体（Ａ１）の位置を検知する位置検知処理を実行する。検知部（４）は、位置検知処理において、第１長さＤ１と、第２長さＤ２と、第３長さＤ３とを求める処理を実行する。検知部（４）は、第１長さＤ１で規定される球面Ｆ１、第２長さＤ２で規定される回転楕円面Ｆ２、第３長さＤ３で規定される回転楕円面Ｆ３の交点を求める処理を実行する。

Description

物体検知システム
　本開示は、物体検知システムに関する。
　従来、超音波を用いて物体を検知する物体検知装置が知られており、たとえば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の物体検知装置は、超音波を送受波する超音波振動子と、超音波振動子を駆動して超音波振動子から超音波を送波させる駆動部と、超音波振動子で受波した物体からの反射波を処理する処理部とを備える。また、この物体検知装置は、駆動部を制御するとともに処理部の処理結果から物体を検知する制御部を備える。
特開２０１２－２２０４３５号公報
　ところで、上記従来例のような物体検知装置（物体検知システム）は、超音波振動子（超音波センサ）から物体までの距離だけではなく、物体の３次元における位置を検知することが望まれている。
　本開示は、上記の点に鑑みてなされており、物体の３次元における位置を検知することのできる物体検知システムを提供することを目的とする。
　本開示の第１の形態の物体検知システムは、送信部と、第１受信部と、第２受信部と、第３受信部と、検知部とを備える。送信部は、検知対象となる空間に超音波を送信する。第１受信部は、送信部と同じ位置に配置され、空間内の物体からの超音波の反射波を受信する。第２受信部は、第１受信部とは異なる位置に配置され、反射波を受信する。第３受信部は、第１受信部及び第２受信部とは異なる位置に配置され、反射波を受信する。検知部は、物体の位置を検知する位置検知処理を実行する。検知部は、位置検知処理において、超音波を送信してから反射波を第１受信部で受信するまでに要する時間に基づいて第１長さを求める処理を実行する。検知部は、位置検知処理において、超音波を送信してから反射波を第２受信部で受信するまでに要する時間に基づいて第２長さを求める処理を実行する。検知部は、位置検知処理において、超音波を送信してから反射波を第３受信部で受信するまでに要する時間に基づいて第３長さを求める処理を実行する。そして、検知部は、位置検知処理において、球面と、２つの回転楕円面との交点を求める処理を実行する。球面は、第１受信部を中心とし、第１受信部からの長さが第１長さとなる面である。２つの回転楕円面のうちの１つは、第１受信部及び第２受信部の各々を焦点として、これら２つの焦点からの長さの和が第２長さとなる面である。２つの回転楕円面のうちの残り１つは、第１受信部及び第３受信部の各々を焦点として、これら２つの焦点からの長さの和が第３長さとなる面である。
　本開示の第２の形態の物体検知システムは、第１の形態において、第１受信部及び第２受信部と、第３受信部とでは、鉛直方向における位置が異なることが好ましい。
　本開示の第３の形態の物体検知システムは、第１又は第２の形態において、１つの超音波トランスデューサが、送信部及び第１受信部として兼用されていることが好ましい。
　本開示では、検知部は、位置検知処理において、第１受信部、第２受信部、及び第３受信部の各々における反射波の受信結果に基づいて演算することで、物体のグローバル座標を求める。したがって、本開示は、物体の３次元における位置を検知することができる。
図１は、本開示の一実施形態に係る物体検知システムのブロック図である。 図２は、同上の物体検知システムが用いられる車両の一部と、検知対象の物体とを示す斜視図である。 図３Ａは、同上の物体検知システムにおいて、第１ローカル座標系での第１受信部及び第２受信部の位置関係を示す説明図である。 図３Ｂは、同上の物体検知システムにおいて、第２ローカル座標系での第１受信部及び第３受信部の位置関係を示す説明図である。 図４は、同上の物体検知システムにおいて、グローバル座標系での第１受信部及び物体の位置関係を示す説明図である。
　以下の実施形態は、物体検知システムに関し、より詳細には、超音波を用いて物体を検知する物体検知システムに関する。
　本実施形態の物体検知システム１００は、図１、図２に示すように、送信部１２と、第１受信部１１と、第２受信部２１と、第３受信部３１と、検知部４とを備えている。送信部１２は、検知対象となる空間に超音波を送信する。第１受信部１１は、送信部１２と同じ位置に配置され、空間内の物体Ａ１からの超音波の反射波を受信する。第２受信部２１は、第１受信部１１とは異なる位置に配置され、反射波を受信する。第３受信部３１は、第１受信部１１及び第２受信部２１とは異なる位置に配置され、反射波を受信する。検知部４は、物体Ａ１の位置を検知する位置検知処理を実行する。
　検知部４は、位置検知処理において、超音波を送信してから反射波を第１受信部１１で受信するまでに要する時間に基づいて第１長さＤ１を求める処理を実行する。また、検知部４は、超音波を送信してから反射波を第２受信部２１で受信するまでに要する時間に基づいて第２長さＤ２を求める処理を実行する。また、検知部４は、超音波を送信してから反射波を第３受信部３１で受信するまでに要する時間に基づいて第３長さＤ３を求める処理を実行する。
　そして、検知部４は、球面Ｆ１と、回転楕円面Ｆ２と、回転楕円面Ｆ３との交点を求める処理を実行する。球面Ｆ１は、第１受信部１１を中心とし、第１受信部１１からの長さが第１長さＤ１となる面である。回転楕円面Ｆ２は、第１受信部１１及び第２受信部２１の各々を焦点として、これら２つの焦点からの長さの和が第２長さＤ２となる面である。回転楕円面Ｆ３は、第１受信部１１及び第３受信部３１の各々を焦点として、これら２つの焦点からの長さの和が第３長さＤ３となる面である。
　以下、本実施形態に係る物体検知システム１００について詳細に説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
　本実施形態の物体検知システム１００は、たとえば自動車のような車両に搭載されて用いられる。以下では、車両を自動車として説明する。本実施形態の物体検知システム１００は、検知対象となる空間における物体Ａ１の有無を検知するシステムである。とくに、本実施形態の物体検知システム１００は、物体Ａ１の３次元における位置を検知するシステムである。物体Ａ１は、たとえば人や動物のような生体の他に、車止めや電柱、ガードレール、壁のような障害物も含む。以下では、物体Ａ１を車止めとして説明する。本実施形態の物体検知システム１００は、たとえば車両の駐車支援システムや、車両の自動運転支援システムに用いられる。なお、本実施形態の物体検知システム１００は、車両以外に用いられてもよい。
　本実施形態の物体検知システム１００は、図１に示すように、複数（ここでは、３つ）の超音波センサである第１センサ１、第２センサ２、第３センサ３と、検知部４と、判定部５とを備えている。本実施形態では、第１センサ１、第２センサ２、及び第３センサ３は、車両のリアバンパーＢ１に取り付けられている（図２参照）。もちろん、第１センサ１、第２センサ２、及び第３センサ３は、それぞれ物体検知システム１００の用途に応じて適宜配置されてよい。
　第１センサ１は、第１受信部１１と、送信部１２と、駆動部１３とを備えている。第２センサ２は、第２受信部２１を備えている。第３センサ３は、第３受信部３１を備えている。
　第１受信部１１は、機械的な振動を電気信号に変換するように構成されている。本実施形態では、第１受信部１１は、送信部１２から送信された超音波のうち物体Ａ１で反射した反射波を受信（受波）し、受信した反射波を電気信号に変換する。また、第１受信部１１は、変換した電気信号を検知部４に出力する。
　送信部１２は、電気信号を機械的な振動に変換するように構成されている。本実施形態では、送信部１２は、駆動部１３から出力される所定の駆動信号によって振動し、空気を振動させることで超音波を検知対象となる空間に向けて送信（送波）する。本実施形態では、送信部１２は、駆動部１３からの駆動信号に従って一定間隔で超音波を送信する。すなわち、送信部１２は、超音波を間欠的に送信する。
　駆動部１３は、検知部４から超音波の送信を開始させる開始指令を受け取ると、開始指令に基づいて所定の駆動信号を出力し、送信部１２に超音波の送信を開始させる。また、駆動部１３は、検知部４から超音波の送信を停止させる停止指令を受け取ると、停止指令に基づいて駆動信号の出力を停止し、送信部１２に超音波の送信を停止させる。
　第２受信部２１及び第３受信部３１は、それぞれ第１受信部１１と同様に、送信部１２から送信された超音波のうち物体Ａ１で反射した反射波を受信し、受信した反射波を電気信号に変換する。また、第２受信部２１及び第３受信部３１は、それぞれ変換した電気信号を検知部４に出力する。
　本実施形態では、第１受信部１１及び送信部１２は、たとえば超音波トランスデューサで一体に構成されている。つまり、送信部１２は、第１受信部１１と殆ど同じ位置にある。ここで、「同じ位置」とは、送信部１２の物理的な位置と第１受信部１１の物理的な位置とが完全に一致するという意味ではなく、検知部４での位置検知処理（後述する）において、送信部１２と第１受信部１１とが同じ位置にあるとみなすことが可能な位置である。また、駆動部１３は、超音波トランスデューサと共に１つの筐体に収納されている。もちろん、第１受信部１１、送信部１２、及び駆動部１３は、それぞれ別体に構成されていてもよい。第２受信部２１及び第３受信部３１は、それぞれ第１受信部１１と同様に、たとえば超音波トランスデューサで構成されている。
　本実施形態では、図２に示すように、第２センサ２は、第１センサ１と同じ高さに配置されている。つまり、第２受信部２１は、第１受信部１１（送信部１２）と鉛直方向における位置が同じとなるように配置されている。また、第３センサ３は、第１センサ１及び第２センサ２とは異なる高さに配置されている。つまり、第３受信部３１は、第１受信部１１（送信部１２）及び第２受信部２１とは鉛直方向における位置が異なるように配置されている。
　検知部４は、たとえばマイクロコンピュータ（以下マイコンと略記する）を主構成として備えている。マイコンは、そのメモリに記録されているプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することにより、検知部４としての機能を実現する。プログラムは、予めマイコンのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。
　検知部４は、第１受信部１１、第２受信部２１、及び第３受信部３１の少なくとも１つの出力波形に基づいて、検知対象となる空間における物体Ａ１の有無を検知する。また、検知部４は、位置検知処理を実行することにより、物体Ａ１の３次元における位置を求める。そして、検知部４は、位置検知処理により求めた物体Ａ１の位置を表す位置情報を、判定部５に出力する。位置検知処理の詳細については後述する。
　判定部５は、たとえばマイコンを主構成として備えている。マイコンは、そのメモリに記録されているプログラムをＣＰＵで実行することにより、判定部５としての機能を実現する。プログラムは、予めマイコンのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。
　判定部５は、検知部４からの位置情報に基づいて、物体Ａ１が回避すべき障害物であるか否かを判定する。具体的には、判定部５は、位置情報から得られる物体Ａ１の高さ（鉛直方向における位置）が所定の範囲内にあるか否かを判定する。ここで、所定の範囲は、回避する必要のない地面側の障害物（たとえば、縁石や車止めなど）の高さの最大値と、回避する必要のない天井側の障害物（たとえば、照明器具など）の高さの最小値とで規定される。所定の範囲は、利用者によって適宜設定されてよい。
　判定部５は、物体Ａ１の高さが所定の範囲外であれば、物体Ａ１が回避の必要のない障害物であると判定する。一方、判定部５は、物体Ａ１の高さが所定の範囲内であれば、物体Ａ１が回避の必要がある障害物（たとえば、壁など）であると判定する。この場合、判定部５は、たとえば車両に搭載されている電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）に、障害物がある旨を通知する。したがって、電子制御ユニットは、たとえばスピーカを制御して警報音を鳴動させたり、車載のディスプレイに障害物がある旨を表示させたり等、種々の対応を実行することが可能である。
　なお、本実施形態では、検知部４と判定部５とは、互いに異なるマイコンで構成されているが、他の構成であってもよい。たとえば、検知部４と判定部５とは、同一のマイコンで構成されていてもよい。
　以下、本実施形態の物体検知システム１００において、検知部４の実行する位置検知処理について説明する。検知部４は、位置検知処理により物体Ａ１のグローバル座標を求めることで、物体Ａ１の３次元における位置を検知する。本実施形態では、検知部４は、たとえば車両のリアバンパーＢ１の中心をグローバル座標の原点として記憶している。また、検知部４は、第１受信部１１、送信部１２、第２受信部２１、及び第３受信部３１の各々の位置を記憶している。たとえば、検知部４は、第１受信部１１及び送信部１２を１つの点とみなし、第１受信部１１及び送信部１２のグローバル座標を記憶している。また、検知部４は、第２受信部２１、第３受信部３１をそれぞれ１つの点とみなし、第２受信部２１のグローバル座標と、第３受信部３１のグローバル座標とを記憶している。なお、上記のグローバル座標は、たとえば施工者が適宜設定することが可能である。
　位置検知処理において、検知部４は、第１受信時間に基づいて第１長さＤ１を求める処理を実行する。第１受信時間は、送信部１２が超音波を送信してから、第１受信部１１が物体Ａ１からの反射波を受信するまでに要する時間である。そして、第１長さＤ１は、第１受信時間と超音波の速度との積で求まる長さの半分である。つまり、第１長さＤ１は、第１受信部１１から物体Ａ１までの長さに相当する。
　また、検知部４は、第２受信時間に基づいて第２長さＤ２を求める処理を実行する。第２受信時間は、送信部１２が超音波を送信してから、第２受信部２１が物体Ａ１からの反射波を受信するまでに要する時間である。そして、第２長さＤ２は、第２受信時間と超音波の速度との積で求まる長さである。つまり、第２長さＤ２は、第１長さＤ１と、第２受信部２１から物体Ａ１までの長さＤ２１との和に相当する。
　また、検知部４は、第３受信時間に基づいて第３長さＤ３を求める処理を実行する。第３受信時間は、送信部１２が超音波を送信してから、第３受信部３１が物体Ａ１からの反射波を受信するまでに要する時間である。そして、第３長さＤ３は、第３受信時間と超音波の速度との積で求まる長さである。つまり、第３長さＤ３は、第１長さＤ１と、第３受信部３１から物体Ａ１までの長さＤ３１との和に相当する。
　ここで、図２に示すように、物体Ａ１は、第１受信部１１（送信部１２）を中心とし、第１受信部１１（送信部１２）からの長さが第１長さＤ１となる球面Ｆ１上に位置すると考えられる。また、物体Ａ１は、第１受信部１１（送信部１２）及び第２受信部２１の各々を焦点とし、これら２つの焦点からの長さの和が第２長さＤ２となる回転楕円面Ｆ２上に位置すると考えられる。また、物体Ａ１は、第１受信部１１（送信部１２）及び第３受信部３１の各々を焦点とし、これら２つの焦点からの長さの和が第３長さＤ３となる回転楕円面Ｆ３上に位置すると考えられる。そして、物体Ａ１は、球面Ｆ１と、２つの回転楕円面Ｆ２，Ｆ３との交点に位置すると考えられる。
　そこで、検知部４は、位置検知処理において、第１長さＤ１で規定される球面Ｆ１、第２長さＤ２で規定される回転楕円面Ｆ２、第３長さＤ３で規定される回転楕円面Ｆ３の交点を求める処理を実行することにより、物体Ａ１の位置を求める。
　本実施形態では、位置検知処理により求まる物体Ａ１の位置は、およそ物体Ａ１において第１受信部１１（送信部１２）との距離が最短となる一点の位置である。検知部４が、第１受信部１１、第２受信部２１、第３受信部３１の各々で、送信部１２が超音波を送信してから最初に反射波を受信するまでの時間を第１受信時間、第２受信時間、第３受信時間として、物体Ａ１の位置を求めるからである。
　以下、球面Ｆ１と、２つの回転楕円面Ｆ２，Ｆ３との交点を求める処理の一例について説明する。以下では、グローバル座標系における第１受信部１１（送信部１２）の位置を点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）で表す。また、グローバル座標系における第２受信部２１の位置を点Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、第３受信部３１の位置を点Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）で表す。また、グローバル座標系における物体Ａ１の位置を点Ｐ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）で表す。
　まず、検知部４は、球面Ｆ１と、回転楕円面Ｆ２との交点を求める処理を実行する。ここで、計算を簡略化するために、検知部４は、第１変換行列を用いて演算することにより、第１受信部１１（送信部１２）及び第２受信部２１のグローバル座標を、第１ローカル座標系で規定されるローカル座標に変換する。図３Ａに示すように、第１ローカル座標系において、第１受信部１１（送信部１２）の位置は、原点である点Ｑ１（０，０，０）で表される。また、第１ローカル座標系において、第２受信部２１の位置は、点Ｑ２（Ｘ２，０，０）で表される。
　なお、第１ローカル座標系は、点Ｑ１、点Ｑ２を通る直線をｘ軸とする直交座標系である。また、図３Ａには、第１ローカル座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を表す矢印を示すが、この矢印は、単に説明を補助する目的で記載しているに過ぎず、実体を伴わない。
　ここで、球面Ｆ１と回転楕円面Ｆ２とは、ｘｙ平面において、点Ｑ３（Ｘ１１，Ｙ１１）、点Ｑ４（Ｘ１２，Ｙ１２）の２点を結ぶ第１線分Ｌ１で交わる。そこで、検知部４は、点Ｑ３のｘ座標、ｙ座標、及び点Ｑ４のｘ座標、ｙ座標を求めることで、ｘｙ平面における球面Ｆ１と回転楕円面Ｆ２との交点を求める処理を実行する。
　以下、ｘｙ平面における点Ｑ３（Ｘ１１，Ｙ１１）、点Ｑ４（Ｘ１２，Ｙ１２）の２点を求める演算の一例を示す。第１ローカル座標系において、点Ｑ１を中心とする球面Ｆ１は、以下の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、第１ローカル座標系において、点Ｑ１及び点Ｑ２を焦点とする回転楕円面Ｆ２は、以下の式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）を変形することにより、次の式（３）が導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　そして、式（１）、式（３）よりｙ、ｚを消去することで、以下の式（４）が導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式（４）を解くことにより、点Ｑ３のｘ座標であるＸ１１と、点Ｑ４のｘ座標であるＸ１２とを求めることができる。そして、点Ｑ３、点Ｑ４は球面Ｆ１上の点であることから、三平方の定理を用いて、点Ｑ３のｙ座標であるＹ１１と、点Ｑ４のｙ座標であるＹ１２とを求めることができる。上述の演算により、検知部４は、ｘｙ平面における球面Ｆ１と回転楕円面Ｆ２との交点として、点Ｑ３（Ｘ１１，Ｙ１１）、点Ｑ４（Ｘ１２，Ｙ１２）の２点を求める。
　次に、検知部４は、球面Ｆ１と、回転楕円面Ｆ３との交点を求める処理を実行する。ここで、計算を簡略化するために、検知部４は、第２変換行列を用いて演算することにより、第１受信部（送信部１２）及び第３受信部３１のグローバル座標を、第２ローカル座標系で規定されるローカル座標に変換する。図３Ｂに示すように、第２ローカル座標系において、第１受信部１１（送信部１２）の位置は、原点である点Ｒ１（０，０，０）で表される。また、第２ローカル座標系において、第３受信部３１の位置は、点Ｒ２（Ｘ３，０，０）で表される。
　なお、第２ローカル座標系は、点Ｒ１、点Ｒ２を通る直線をｘ軸とする直交座標系である。また、図３Ｂには、第２ローカル座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を表す矢印を示すが、この矢印は、単に説明を補助する目的で記載しているに過ぎず、実体を伴わない。
　ここで、球面Ｆ１と回転楕円面Ｆ３とは、ｘｙ平面において、点Ｒ３（Ｘ２１，Ｙ２１）、点Ｒ４（Ｘ２２，Ｙ２２）の２点を結ぶ第２線分Ｌ２で交わる。そこで、検知部４は、点Ｒ３のｘ座標、ｙ座標、及び点Ｒ４のｘ座標、ｙ座標を求めることで、ｘｙ平面における球面Ｆ１と回転楕円面Ｆ３との交点を求める処理を実行する。
　検知部４は、式（１）～式（４）を用いた演算により、ｘｙ平面における球面Ｆ１と回転楕円面Ｆ３との交点として、点Ｒ３（Ｘ２１，Ｙ２１）、点Ｒ４（Ｘ２２，Ｙ２２）の２点を求める。ここでは、検知部４は、「Ｄ２」を「Ｄ３」、「Ｘ２」を「Ｘ３」に置き換えて、式（１）～式（４）を用いた演算を実行する。
　次に、検知部４は、第１変換行列の逆行列を用いて演算することにより、第１ローカル座標系で規定される２つの点Ｑ３，Ｑ４のローカル座標（Ｘ１１，Ｙ１１）、（Ｘ１２，Ｙ１２）を、それぞれグローバル座標（ｘ１１，ｙ１１）、（ｘ１２，ｙ１２）に変換する。同様に、検知部４は、第２変換行列の逆行列を用いて演算することにより、第２ローカル座標系で規定される２つの点Ｒ３，Ｒ４のローカル座標（Ｘ２１，Ｙ２１）、（Ｘ２２，Ｙ２２）を、それぞれグローバル座標（ｘ２１，ｙ２１）、（ｘ２２，ｙ２２）に変換する。
　ここで、ｘｙ平面に投影した物体Ａ１の位置は、第１線分Ｌ１と第２線分Ｌ２との交点で表される。そこで、検知部４は、以下のようにして第１線分Ｌ１と第２線分Ｌ２との交点を求める演算を実行することにより、ｘｙ平面に投影した物体Ａ１のグローバル座標（ｘ０，ｙ０）を求める。
　第１線分Ｌ１及び第２線分Ｌ２は、それぞれ媒介変数ｓ（０≦ｓ≦１）、媒介変数ｔ（０≦ｔ≦１）を用いて、以下の式（５）、式（６）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　そして、第１線分Ｌ１及び第２線分Ｌ２の交点では、以下の式（７）、式（８）の連立方程式が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　したがって、式（７）、式（８）を解くことにより、ｘｙ平面に投影した物体Ａ１のｘ座標、ｙ座標を求めることができる。そして、物体Ａ１は、図４に示すように、第１受信部１１の位置を表す点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を中心とする球面Ｆ１上に位置することから、三平方の定理を用いて、物体Ａ１のｚ座標を求めることができる。上述の演算により、検知部４は、物体Ａ１のグローバル座標（ｘ０、ｙ０、ｚ０）を求めることができる。つまり、検知部４は、物体Ａ１の３次元における位置を検知することができる。
　上述のように、本実施形態の物体検知システム１００では、検知部４は、位置検知処理において、第１受信部１１、第２受信部２１、及び第３受信部３１の各々における反射波の受信結果に基づいて演算することで、物体Ａ１のグローバル座標を求める。したがって、本実施形態の物体検知システム１００は、物体Ａ１の３次元における位置を検知することができる。このため、本実施形態の物体検知システム１００は、物体Ａ１の３次元における位置、とくに物体Ａ１の高さ（鉛直方向における位置）を検知できるので、たとえば判定部５により、物体Ａ１が回避すべき障害物であるか否かを判定させることが可能である。なお、物体検知システム１００が判定部５を備えるか否かは任意である。
　また、本実施形態の物体検知システム１００では、第１受信部１１（送信部１２）及び第２受信部２１と、第３受信部３１とでは、高さ（鉛直方向における位置）が異なっている（図２参照）。このため、本実施形態の物体検知システム１００は、第１受信部１１、第２受信部２１、及び第３受信部３１がいずれも同じ高さに配置される場合と比較して、物体Ａ１の３次元における位置の検知精度を向上させることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。つまり、第１受信部１１、第２受信部２１、及び第３受信部３１は、いずれも同じ高さに配置されていてもよい。
　また、本実施形態の物体検知システム１００では、第１受信部１１及び送信部１２は、超音波トランスデューサで一体に構成されている。つまり、本実施形態の物体検知システム１００では、１つの超音波トランスデューサが、送信部１２及び第１受信部１１として兼用されている。このため、本実施形態では、送信部１２が第１受信部１１と殆ど同じ位置にある。したがって、検知部４は、送信部１２及び第１受信部１１を１つの点とみなして、位置検知処理を実行することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。つまり、送信部１２と第１受信部１１とは、別々の装置で構成されていてもよい。この場合、送信部１２と第１受信部１１とは、可能な限り互いに近付けて配置されるのが好ましい。もちろん、この場合でも、検知部４は、送信部１２及び第１受信部１１を１つの点とみなして位置検知処理を実行してよい。
　ところで、本実施形態の物体検知システム１００は、３つの受信部（第１受信部１１、第２受信部２１、第３受信部３１）を備えているが、さらに多くの受信部を備えていてもよい。たとえば、物体検知システム１００が第４受信部をさらに備えている場合、検知部４は、位置検知処理において、第１長さＤ１と、物体Ａ１から第４受信部までの長さの和である第４長さを求める処理を実行してもよい。第４長さは、送信部１２が超音波を送信してから反射波を第４受信部が受信するまでに要する時間と、超音波の速度との積で求まる長さである。
　そして、検知部４は、第１長さＤ１で規定される球面Ｆ１と、第２長さＤ２で規定される回転楕円面Ｆ２と、第４長さで規定される回転楕円面との交点を求める処理を実行してもよい。その他、検知部４は、第１長さＤ１で規定される球面Ｆ１と、第３長さＤ３で規定される回転楕円面Ｆ３と、第４長さで規定される回転楕円面との交点を求める処理を実行してもよい。
　この構成では、検知部４は、上記の各々の処理で求めた物体Ａ１のグローバル座標の平均を求めることで、物体Ａ１の３次元における位置の検知精度をさらに向上させることが可能である。また、この構成では、仮にいずれかの受信部が故障した場合にも、検知部４は、残りの３つの受信部での受信結果に基づいて位置検知処理を実行することができる。
　また、本実施形態の物体検知システム１００では、第１センサ１が送信部１２を備えているが、第２センサ２及び第３センサ３も送信部を備えていてもよい。そして、第１センサ１の送信部１２、第２センサ２の送信部、及び第３センサ３の送信部は、予め設定された順番で、又はランダムで検知対象となる空間に超音波を送信してもよい。
　たとえば、第２センサ２の送信部が検知対象となる空間に超音波を送信する場合、第２センサ２の第２受信部２１が「第１受信部１１」として機能する。また、この場合、第１センサ１の第１受信部１１及び第３センサ３の第３受信部３１がそれぞれ「第２受信部２１」、「第３受信部３１」として機能する。また、たとえば、第３センサ３の送信部が検知対象となる空間に超音波を送信する場合、第３センサ３の第３受信部３１が「第１受信部１１」として機能する。また、この場合、第１センサ１の第１受信部１１及び第３センサ３の第３受信部３１がそれぞれ「第２受信部２１」、「第３受信部３１」として機能する。
　本開示の物体検知システムによれば、物体の３次元における位置を検知することができ、そのため、本開示の物体検知システムは、たとえば車両の駐車支援システムや、車両の自動運転支援システムに有用である。
　１１　第１受信部
　１２　送信部
　２１　第２受信部
　３１　第３受信部
　４　検知部
　１００　物体検知システム
　Ａ１　物体
　Ｄ１　第１長さ
　Ｄ２　第２長さ
　Ｄ３　第３長さ
　Ｆ１　球面
　Ｆ２，Ｆ３　回転楕円面

Claims (3)

  1. 　検知対象となる空間に超音波を送信する送信部と、
    　前記送信部と同じ位置に配置され、前記空間内の物体からの前記超音波の反射波を受信する第１受信部と、
    　前記第１受信部とは異なる位置に配置され、前記反射波を受信する第２受信部と、
    　前記第１受信部及び前記第２受信部とは異なる位置に配置され、前記反射波を受信する第３受信部と、
    　前記物体の位置を検知する位置検知処理を実行する検知部とを備え、
    　前記検知部は、前記位置検知処理において、
    　前記超音波を送信してから前記反射波を前記第１受信部で受信するまでに要する時間に基づいて第１長さを求める処理と、
    　前記超音波を送信してから前記反射波を前記第２受信部で受信するまでに要する時間に基づいて第２長さを求める処理と、
    　前記超音波を送信してから前記反射波を前記第３受信部で受信するまでに要する時間に基づいて第３長さを求める処理と、
    　前記第１受信部を中心とし、前記第１受信部からの長さが前記第１長さとなる球面と、前記第１受信部及び前記第２受信部の各々を焦点として、これら２つの焦点からの長さの和が前記第２長さとなる回転楕円面と、前記第１受信部及び前記第３受信部の各々を焦点として、これら２つの焦点からの長さの和が前記第３長さとなる回転楕円面との交点を求める処理とを実行する物体検知システム。
  2. 　前記第１受信部及び前記第２受信部と、前記第３受信部とでは、鉛直方向における位置が異なる請求項１記載の物体検知システム。
  3. 　１つの超音波トランスデューサが、前記送信部及び前記第１受信部として兼用されている請求項１又は２に記載の物体検知システム。
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