JP6863027B2 - 立体物検出処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体物検出処理装置に関する。

車両が道路を走行する際に前方に存在する立体物をＬＩＤＡＲ（light detection and ranging ,laser imaging detection and ranging ；レーザレーダ）を用いて検出する物体検出装置がある。例えば自動車の車室前面部にレーザレーダを設けて、前方の路面に向けて照射してその反射光により距離を測定している。

自車から前方の様々な方向に向けて測定点までの距離を検出し、距離が等しい測定点が複数存在する場合に、その高さ寸法を算出することで前方の立体物の存在を検出することができる。これにより、レーザレーダの位置を原点とした極座標グリッドで示すセルにおいて、原点側から動径方向に順に探索したときに初めて立体物が存在するセルが検出された場合に、立体物より原点側のセルは路面であることも判定することができる。

そして、この後、極座標グリッドに対応して検出した立体物のセル、路面のセルについて、データを路面に対応する直交座標グリッドのセルに変換することで過去に得られたデータに加算し確率的に道路上の立体物の存在を判定する。

しかしながら、極座標グリッドのセルを直交座標のセルに変換する処理は、座標変換を伴う処理となるので一般的に計算コストが高くなる。このため、制御装置のＣＰＵの処理能力と装置のリアルタイム性の要求を考慮すると、粗い間隔のグリッドにせざるを得ないため、解像度が低下するという課題がある。

特開２０１３−１４０５１５号公報 特開２０１１−１２３５５１号公報 特開２０１１−１５０６３３号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、極座標グリッドで検出されたセルの情報を直交座標グリッドに変換する際の処理負荷を軽減させることができ、これによって、同等の処理能力で検出の分解能の向上を図ることができるようにした立体物検出処理装置を提供することにある。

請求項１に記載の立体物検出処理装置は、所定角度と距離範囲で複数のセルに区切る極座標グリッドを設定し、車両の周囲の検出範囲について３次元距離検出部により取得した極座標による３次元距離情報から、立体物が存在する立体物セルを検出する立体物検出部と、前記極座標グリッドのセルの情報を２次元で所定距離毎に複数のセルに区切る直交座標グリッドを設定し、前記極座標グリッドに含まれる前記立体物セルを直交座標グリッドのセルに対応付けて立体物セルを設定する座標変換部と、前記直交座標グリッドの各セルについて立体物セルに該当するときに路面に該当する路面セルを指定する路面セル設定テーブルを記憶する記憶部と、前記座標変換部により直交座標に変換された前記立体物セルの位置に対応して前記記憶部から前記路面セル設定テーブルを読み出して路面セルを設定する路面セル設定部とを備えている。

上記構成を採用することにより、３次元距離検出部は、車両の周囲の検出範囲で極座標による３次元距離情報を取得し、立体物検出部は、立体物が存在する立体物セルを極座標グリッド上で検出する。座標変換部は、極座標グリッドに含まれる立体物セルを直交座標グリッドのセルに対応付けて立体物セルを設定する。路面セル設定部は、座標変換部により直交座標に変換された立体物セルの位置に対応して記憶部から路面セル設定テーブルを読み出して路面セルを設定する。

これにより、座標変換処理を行う極座標グリッドの対象セルが立体物セルだけとなるので処理負荷を軽減することができる。また、直交座標グリッド上の立体物セルに対して、記憶部に記憶された路面セル設定テーブルを読み出して路面セルを設定するので、読み出しおよび設定処理だけで路面セルを対応付けて設定することができ、処理負担を軽減することができる。換言すれば、同じ処理負荷であれば、グリッドの区切りを多くして分解能の向上を図ることができる。

第１実施形態を示す機能ブロック構成図 ３次元距離検出部の検知範囲と極座標グリッドを示す立面図 ３次元距離検出部の検知範囲と極座標グリッドを示す平面図 極座標グリッドに有点距離情報を示した例を示す図 直交座標グリッドの配置図 データ変換処理のフローチャート 路面セル設定処理のフローチャート 極座標グリッド内における立体物の高さ検出の作用説明図 立体物の高さ検出の作用説明図 立体物セルを直交座標グリッドに変換する場合の作用説明図 直交座標グリッドで立体物セルを検出する場合の探索経路の作用説明図 路面セル設定テーブルの作成方法を示す作用説明図 路面セル設定テーブルのマップで示す作用説明図 立体物セルに基いて路面セル、不明セルを設定する場合の作用説明図 第２実施形態の直交座標グリッドで路面セルを設定する探索経路の作用説明図 探索経路テーブルの作成方法を示す作用説明図（その１） 探索経路テーブルの作成方法を示す作用説明図（その２） 探索経路テーブルの設定例を示す図 第３実施形態の探索経路テーブルの作成方法を示す作用説明図（その１） 探索経路テーブルの作成方法を示す作用説明図（その２） 探索経路テーブルの作成方法を示す作用説明図（その３） 探索経路テーブルの設定例を示す図 探索経路テーブルの作成過程を示す作用説明図 第４実施形態を示す機能ブロック構成図 データ変換処理のフローチャート 立体物セルを直交座標グリッドに変換する場合の作用説明図 作用説明図 第５実施形態を示す極座標グリッドに立体物セルを示す図（その１） 立体物セルの記録方式の一例を示す図（その１） 極座標グリッドに立体物セルを示す図（その２） 立体物セルの記録方式の一例を示す図（その２）

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図１〜図１４を参照して説明する。
図２および図３に示している物体検出装置１は、例えば車両Ａの前面部上部に搭載されるもので、車室内のフロントガラスの内側上部などに設けられる。物体検出装置１は、図１に示すように、制御装置２を主体として３次元距離検出部３、データ処理部４および出力部５を備えている。

制御装置２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびインタフェースなどを備えたもので、車載ＥＣＵに組み込まれたものでも良いし、別途設ける構成のもでも良い。制御装置２は、物体検出プログラムに基づいて３次元距離検出部３により検出された距離情報から車両Ａの前方に存在する立体物を検出する。図１には、制御装置２の機能による構成を示している。機能的な構成要素としては、データ処理部４のほかに立体物判定部２ａを有する。データ処理部４は、立体物検出処理装置に相当するもので、立体検出部４ａ、座標変換部４ｂ、路面セル設定部４ｃ、記憶部４ｄを備えている。

３次元距離検出部３は、いわゆるレーザレーダ（ＬＩＤＡＲ）と言われるもので、例えば車両Ａの前方の様々な方向に向けて測距用のレーザ光を照射して前方の走行範囲の距離を３次元的に検出するものである。記憶部４ｄは、制御装置２内に設けることもできるし、外部に別途設ける構成とすることもできる。記憶部４ｄは、制御装置２により実行される物体検出プログラムが記憶されると共に、後述する路面セル設定テーブルが記憶されている。出力部５は、立体物の検出結果を表示するもので、車室内に設けられたディスプレイなどを利用して表示させることができる。

３次元距離検出部３は、図２に示すように、車両Ａの前方路面ＲＳ上にレーザ光を照射する。車両Ａの前面直下の位置を原点（Ｏ）として近点側から路面ＲＳ上の距離ｒ１、ｒ２、…、ｒｎのように、照射点Ｐをほぼ等間隔で遠点側に移動させながら反射光の到達時間を検出して距離を算出している。また、３次元距離検出部３は、図３に示すように、前方ｒ方向を中心として左右に方向を変化させてレーザ光を振って扇型の検出エリアで距離を測定している。

この場合、レーザ光が路面ＲＳに照射される場合には、その路面ＲＳの照射点Ｐに対応する距離の情報が得られる。一方、路面ＲＳ上に立体物などの物体が存在する場合には、レーザ光が路面ＲＳに到達する前に立体物に照射され、その反射光を受光して距離を算出するので、路面ＲＳの照射点Ｐよりも近い位置の距離情報が得られる。

３次元距離検出部３により得られる距離情報は、図３に示しているように、レーザ光の照射範囲に応じて車両Ａに対応して極座標グリッドＧで分割した複数のセルＧθｎ（例えば、方向θ：ａ〜ｅ、距離ｎ：０〜４）に分けて立体物の判定を行う。極座標グリッドＧは、車両Ａの進行方向を示すｒ軸に対して、このｒ軸を含んだ所定角度の範囲を車両Ａに近い側から所定距離毎にセルＧａ０〜Ｇａ４のように区切っている。同様にして、車両Ａの進行方向に対してセルＧａ０〜Ｇａ４の左側の所定角度範囲にセルＧｂ０〜Ｇｂ４、さらにその左側にセルＧｃ０〜Ｇｃ４を設定するように区切っている。また、車両Ａの進行方向に対してセルＧａ０〜Ｇａ４の右側の所定角度範囲にセルＧｄ０〜Ｇｄ４、さらにその右側にセルＧｅ０〜Ｇｅ４を設定するように区切っている。

レーザ光の反射により得られる距離情報は、図４に示すように、距離に応じて極座標グリッドＧのセルＧθｎに対応付けられる。図中には対応するセルに距離情報を示す位置を黒丸（ドット）で示している。

一方、立体物の判定には、図５に示すように、路面ＲＳに対応して変換する直交座標グリッドＳが用いられる。直交座標グリッドＳは、自車の立体物検出装置１の位置を原点Ｏとし、車両の進行方向と直交する方向をｘ、進行方向をｙとするとき、ｘ方向およびｙ方向の位置に対応して矩形マトリクス状に配置されるセルＣ（ｘ，ｙ）などが設定されている。図５では車両Ａの物体検出装置１の位置が直交座標グリッドＳ上に示され、第１象限および第２象限の一部が示されている。

次に、物体検出装置１による物体検出処理について、図６を参照して説明する。この物体検出処理のフローチャートは、物体検出プログラムとして記憶部４ｄに記憶されているものである。制御装置２は、物体検出処理を開始するにあたり、記憶部４ｄから物体検出プログラムを読み出す。

制御装置２は、プログラムを開始すると、まずステップＳ１で極座標グリッドＧおよび直交座標グリッドＳ上のデータを初期化し、車両Ａの位置に対応して前方の路面ＲＳを含む領域に路面側の直交座標グリッドを設定する。次に、制御装置２は、ステップＳ２に進むと、３次元距離検出部３のレーザレーダにより車両Ａの前方（極座標グリッドＧではｒ方向；直交座標グリッドＳではｙ方向）を中心として所定角度範囲に向けてレーザ光を照射して距離情報を極座標グリッドＧの位置に対応して取得する。この場合、制御装置２は、３次元距離検出部３により得られる距離情報の点群情報を取得する。点群情報はレーザ光の照射角度と距離との情報であり、３次元距離検出部３の位置を中心とした極座標の情報である。

制御装置２は、ステップＳ３で、取得した点群情報を極座標グリッドＧにマッピングする。このとき、距離の情報が路面ＲＳ上での距離よりも短いときには、距離に応じたセルＧθｎにマッピングする。例えば、図８に示すように、路面ＲＳ近くの点Ｐａに対して、これよりも遠い位置に対応する点Ｐｂの距離がほぼ同じであるとすると、ここにレーザ光を遮って反射させる立体物が存在することが推定できる。

このときの高さＴ１が、しきい値として設定される所定以上、例えば５〜１０センチ以上あるときには、車両Ａが進行すると乗り上げる障害物となる可能性がある。このような場合には、立体物があることが検出できる。このように同じセルＧθｎに属する距離情報の点Ｐを図４に示すように、極座標グリッドＧの各セルＧθｎに対応付ける。

次に、制御装置２は、ステップＳ４で、立体物検出部４ａにより立体物検出処理を行う。ここでは、図７で説明したように、一つのセルＧθｎ内に入る距離情報について、複数の距離情報が存在していてその高さＨを算出し、しきい値以上の高さがある場合に立体物の存在を検出する。具体的には、制御装置２は、セルＧθｎ内に複数の距離情報が存在するものについて、そのセルＧθｎ内の距離情報に基づいて測定点の高さを求める。

ここでは、制御装置２は、複数の測定点の高さ情報から、最低の高さＨＰａの点Ｐａと最高の高さＨＰｂのＰｂとの間の差を演算して高さＴ１（＝ＨＰｂ−ＨＰａ）を求める。制御装置２は、得られた高さＴ１の値が立体物を判定するしきい値Ｔｔｈ以上である場合に、セルＧθｎ内に立体物が存在することを判定する。

具体的には、図９に示すように、最低の高さＨＰａの点Ｐａが例えば路面ＲＳ上にある場合には、３次元距離検出部３による検出距離は路面ＲＳの検出距離ｒａとなる。また、最高の高さＨＰｂの点Ｐｂが点Ｐａの上方にある場合には、立体物が存在することで３次元距離検出部３による検出距離は検出距離ｒａに近い値となっているが、立体物が存在しない場合には路面ＲＳの検出距離ｒｂの位置が検出される。

この結果、３次元距離検出部３により路面ＲＳの点が検出される場合の距離情報ｒａ、ｒｂに基いて、立体物の高さＴ１を次式（１）のように算出することができる。
Ｔ１＝Ｔ０×（ｒｂ−ｒａ）／ｒｂ …（１）
ただし、Ｔ０：３次元距離検出部３の高さ、ｒａ、ｒｂは、立体物が存在しないときの点Ｐａの路面ＲＳでの検出距離、同じく点Ｐｂの路面Ｒｓでの検出距離である。

このようにして、制御装置２は、極座標グリッドＧの全てのセルについて立体物の存在の有無を算出し、立体物が検出されたセルについて立体物セル（○印）としてマッピングする。ここでは、例えば図１０上段に示すように、極座標グリッドＧの各セルのうち、セルＧａ３、Ｇｂ３、Ｇｃ３、Ｇｄ３、Ｇｄ４、Ｇｅ４が立体物セルとして検出されている。

次に、制御装置２は、ステップＳ５で、座標変換部４ｂにより、極座標グリッドＧで立体物セルと判定したセルについて、直交座標グリッドＳに変換する処理を行う。ここでは、上記のように立体物セルと判定したセルＧａ３、Ｇｂ３、Ｇｃ３、Ｇｄ３、Ｇｄ４、Ｇｅ４のそれぞれについて、座標変換処理を行って、各セルが直交座標グリッドＳ上で重畳するセルについて立体物セルとして判定する。これにより、例えば、図１０中段に示すように、次の各セルが立体物セル（○印）としてマッピングされる。

図１０中段に示す直交座標グリッドＳにおいて、第１象限では、セルＣ（１，４）、セルＣ（２，４）、セルＣ（２，５）、セルＣ（３，３）、セルＣ（３，４）、セルＣ（４，３）が立体物セルである。第２象限では、セルＣ（−１，４）、セルＣ（−２，４）、セルＣ（−３，２）、セルＣ（−４，２）、セルＣ（−４，３）が立体物セルである。

この場合、この座標変換処理では、通常の処理に比べると制御装置２の処理負荷が大きいが、変換対象となるセル数は、直交座標グリッドＳの全体のセル数に比べると少ないので、全体としては処理負担が軽減されている。

次に、制御装置２は、ステップＳ６に進んで、路面セル設定部４ｃにより、直交座標グリッドＳ内の立体物セルに基いて路面セルを設定する処理を行う。図１０下段は路面セルおよび不明セルを直交座標グリッドＳ上にマッピングした状態を示している。図示の状態では、直交座標グリッドＳを、物体検出装置１の位置Ｏに対して、第１象限および第２象限の一部を示しているが、車両Ａの後方についても立体物セルを検出する場合には、第３象限、第４象限についても同様の処理を行う。

制御装置２は、路面セル設定処理については、図７に示すフローチャートに従って路面セルの設定を行う。また、この処理では、制御装置２は、記憶部４ｄに記憶されている路面セル設定テーブルを参照する。路面セル設定テーブルは、後述するようにして予め記憶部４ｄに記憶されており、このデータを参照することで直交座標グリッドＳ上の路面セルおよび不明セルを設定することができる。

制御装置２は、まず、直交座標グリッドＳの立体物セルを探索する処理を行う。この場合、制御装置２は、ステップＳ６１で、複数の象限のうちの第１象限を探索領域として指定する。次に、制御装置２は、ステップＳ６２で、探索経路として図１１に示すように、例えば第１象限であれば、まず探索経路Ａ１に沿って探索する。探索経路Ａ１は、原点セルＣ（１，１）を開始セルとして、ｘ方向に１セルずつ移動して右端のセルＣ（８，１）まで探索する。続いて、制御装置２は、探索経路Ａ２では、ｙ方向に１段上がって、セルＣ（１，２）からｘ方向に１セルずつ移動して探索する。このようにして制御装置２は、最上段のセルＣ（１，８）からｘ方向に探索経路Ａ８に沿って探索すると、第１象限の探索を終了する。

以下、同様に第２象限では、探索経路Ｂ１は、第２象限の原点セルＣ（−１，１）を開始セルとして、ｘの負方向に１セルずつ移動して左端のセルＣ（−８，１）まで探索する。続いて、制御装置２は、探索経路Ｂ２では、ｙ方向に１段上がって、セルＣ（−１，２）からｘの負方向に１セルずつ移動して探索する。第３象限および第４象限についても探索経路Ｃ１〜Ｃ８、Ｄ１〜Ｄ８が設定されている。

制御装置２は、各探索経路中の各セルについて、次のステップＳ６３で立体物セルであるか否かを判断している。制御装置２は、ステップＳ６３で、対象のセルが立体物セルである場合には、ＹＥＳと判断してその立体物セルについて、路面セル設定テーブルを読み出して参照し、路面セルおよび不明セルを直交座標グリッドＳに設定する。

ここで、記憶部４ｄから読み出す路面セル設定テーブルは、該当セルが立体物セルであった場合に、これに対応して路面セルあるいは不明セルに該当するセルのデータが予め記憶されている。従って、制御装置２は、読み出した路面セルおよび不明セルのデータを直交座標グリッドにあてはめることで設定できる。これにより、制御装置２は、個々のセルについて演算処理を行うことで路面セルや不明セルを判定して設定するという処理が不要となり、簡単かつ迅速に該当するセルの設定をすることができる。

制御装置２は、ステップＳ６４を実行した後、あるいは対象のセルが立体物セルではなかった場合で、ステップＳ６３でＮＯの場合には、ステップＳＳ６５に進み、全てのセルについて探索が終了しているか否かを判断する。制御装置２は、ステップＳ６５でＮＯの場合にはステップＳ６２に戻って上記の処理を繰り返して実行する。

なお、上記のステップＳ６４の路面セルあるいは不明セルの設定処理では、繰り返し立体物セルについて設定を行う際に、既に設定済みのセルについても設定すべきデータが存在する場合がある。この場合に、データが、そのセルの設定済みの状態と異なる設定をするものである場合がある。このような場合には、書き換えルールとして優先順位が設定されている。ここでは、優先順位が高い順に、立体物セル、路面セル、不明セルが指定されている。従って、既に設定されたセルの優先順位が新に設定しようとするデータの優先順位よりも高い場合だけ書き換えるように判断することとしている。

このようにして、直交座標グリッドＳ内の全ての立体物セルについて上記した図７のプログラムに従って路面セル設定処理を行うことで、全てのセルが立体物セル、路面セル、不明セルの何れかに設定することができる。全てのセルについて探索が終了すると、制御装置２は、ステップＳ６５でＹＥＳと判断して図６のプログラムのステップＳ７に進む。

制御装置２は、ステップＳ７では、直交座標グリッドＳの各セルについて立体物確率を設定する。ここでは、立体物確率の値として、例えば立体物セルは「＋１」、路面セルは「−１」、不明セルは「０」に設定する。これにより、立体物確率を設定した直交座標グリッドＳを得ることができる。

制御装置２は、続くステップＳ８で、このようにして得られた直交座標グリッドＳでの立体物確率のマップ情報を、路面ＲＳに対応した静止直交座標グリッドに対して車両Ａの位置に合わせて重ねて加算する処理を行う。次に、制御装置２は、車両Ａが移動しているので、ステップＳ９で、自車位置のシフト処理を行い、再びステップＳ２に戻り、上記の処理を繰り返し実行する。

制御装置２は、上記の処理とは別に、立体物の判定処理を行っている。上記の処理を繰り返した結果、路面ＲＳに対応した静止直交座標グリッドのセルには、立体物確率が加算されていくことで、路面ＲＳ上に静止している立体物が存在する場合には、そのセルの立体物確率の値が増加していく。これにより、制御装置２は、路面ＲＳに存在する静止した立体物を正確に推定することができる。

また、他の車両などの移動する立体物が存在する場合には、他の車両の移動とともに立体物が移動するため、立体物確率の値は増加するのではなく、セル間を移動するようになる。さらに、無点領域に立体物が存在していなかった場合には、複数回の加算処理で立体物確率の値が増加することがないため、立体物の存在は判定されない。

次に、上記した路面セル設定テーブルの作り方と、探索処理による路面セルの設定について図１２〜図１４を参照して詳述する。図１２は、直交座標グリッドＳの第１象限について、一つのセルが立体物セルであった場合に、これに対応する路面セル、不明セルの設定手順を示している。図１２（ａ）では、例えばセルＣ（３，４）が立体物セルであった場合のテーブルＣ（３，４）で示すセルのデータをグリッド上にマッピングしたものを示している。なお、図示では、立体物セルを「○」印で示し、路面セルを「△」印で示し、不明セルを「×」印で示している。

この分布の作り方としては、図１２（ｂ）に示すように、原点Ｏから立体物セルＣ（３，４）を見たときに、セルの範囲となる両端部に端点Ｘ１、Ｘ２をつける。次に、図１２（ｃ）に示すように、原点Ｏと端点Ｘ１、原点Ｏと端点Ｘ２を結ぶ領域線Ｌ１、Ｌ２を引く。続いて、図１２（ｄ）に示すように、領域線Ｌ１、Ｌ２で囲まれる領域を基準として対象セルを設定している。

得られた対象セルのうち、立体物セルＣ（３，４）よりも原点Ｏに近い側に位置するセルを路面セルとする。立体物セルの位置まで立体物が検出されていないことから、路面セルであると判定できるからである。ここでは、セルＣ（１，１）、Ｃ（１，２）、Ｃ（２，２）、Ｃ（２，３）が路面セルとなる。

また、得られた対象セルのうち、立体物セルＣ（３，４）よりも原点Ｏから遠い側に位置するセルを不明セルとする。車両Ａに最も近い位置の立体物セルが特定されることで、それよりも遠い位置のセルについて情報を得る必要がないため、原点Ｏから立体物セルより遠い位置のセルは立体物で隠れている場合や、その位置に立体物が存在することでその立体物セルの後ろ側のセルについては不明セルとするのである。

ここでは、セルＣ（３，５）、Ｃ（３，６）、Ｃ（４，４）、Ｃ（４，５）、Ｃ（４，６）、Ｃ（４，７）、Ｃ（４，８）、Ｃ（５，５）、Ｃ（５，６）、Ｃ（５，７）、Ｃ（５，８）、Ｃ（６，６）、Ｃ（６，７）、Ｃ（６，８）、Ｃ（７，７）、Ｃ（７，８）、Ｃ（８，８）が不明セルとなる。

図１３は、上述のようにして、直交座標グリッドＳの第１象限の各セルＣ（ｘ，ｙ）について路面セル、不明セルを設定したテーブルＣ（ｘ，ｙ）についてマップで示したものである。なお、ここでは第１象限についてテーブルＣ（ｘ，ｙ）のマップを示しているが、同様にして第２象限以降についても設定しておくことで、対応することができる。

図１４は、直交座標グリッドＳ上の立体物セルの探索により、路面セルおよび不明セルをマッピングした場合の具体例を示している。直交座標グリッドＳの第１象限において、図１４（ａ）には、極座標グリッドＧで検出された立体物セルがセルＣ（４，３）、Ｃ（４，４）、Ｃ（５，１）、Ｃ（５，２）、Ｃ（５，３）であった場合を示している。

前述のように、探索経路Ａ１で原点セルＣ（１，１）からｘ軸方向に移動していくと、制御装置２は、セルＣ（５，１）を立体物セルとして検出する。この立体物セルＣ（５，１）に対応して、制御装置２は、図１３に示した路面セル設定テーブルからテーブルＣ（５，１）のデータを読み出し、路面セルおよび不明セルを設定する。図１４（ｂ）では路面セルおよび不明セルを記号でマッピングした状態を示している。

次に、探索経路Ａ２でセルＣ（１，２）からｘ軸方向に移動していくと、制御装置２は、セルＣ（５，２）を立体物セルとして検出する。この立体物セルＣ（５，２）に対応して、制御装置２は、路面セル設定テーブルからテーブルＣ（５，２）のデータを読み出し、路面セルおよび不明セルを図１４（ｃ）のように設定する。このとき、セルの設定で重複する場合には、前述の優先順位で書き換える。

すなわち、既に立体物セルであるか、あるいは路面セルあるいは不明セルとして設定したセルであった場合については、立体物セルあるいは路面セルの場合はそのまま書き換えることなく設定を生かす。また、不明セル出会った場合には、設定するセルが路面セルの場合は書き換える。

同様にして探索経路Ａ３、Ａ４と処理を繰り返すことで図１４（ｄ）に示すように設定を行い、最終的に図１４（ｅ）に示すように第１象限の全てのセルについて設定が完了する。また、他の象限についても同様の探索処理をすることで全てのセルについて設定が完了する。

このような第１実施形態によれば、制御装置２により、極座標グリッドＧ上で立体物セルだけを検出し、これを直交座標グリッドＳに座標変換するようにした。この後、直交座標グリッドＳ上の立体物セルについて、路面セル設定テーブルに指定された路面セルおよび不明セルを設定することで、迅速に全てのセルについて立体物セル、路面セル、不明セルを特定することができる。

制御装置２による座標変換処理の対象となるセル数を立体物セルだけとしたので、処理負担を大幅に低減することができ、これによって、リアルタイム処理を迅速に行うことができ、さらには、セル数を増やして検出精度を向上させても処理負担を増大させることがなくなる。

また、立体物セルによる路面セルおよび不明セルの設定で、書き換えが発生した場合には、優先順位を高い順から立体物セル、路面セル、不明セルとしているので、競合を無くして確実に路面セルの設定処理を行うことができるようになる。

なお、本実施形態を適用した場合の効果についてシミュレーションを行ったところ、次のような具体的な効果を確認することができた。例えば、レーザレーダの解像度を１万（立体物５０％、路面２５％、不明点２５％）とし、極座標グリッドＧの解像度を５万、直交座標グリッドＳの解像度を４万とした場合である。レーザレーダによる観測点１万点に対して、極座標グリッドの全てのセルについて座標変換処理を行うと５万点が対象となるのに対して、本実施形態では直交座標に変換する極座標グリッドの立体物セルは、立体物が検出されたセルに限定されるので、例えば５千点程度であった。従って、座標変換処理については、約１０分の１に処理負荷を低減することができた。このため、他の処理を含めても大幅な処理負荷の低減を図ることができる。

（第２実施形態）
図１５〜図１８は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、探索経路を原点Ｏを中心として放射状に移動する経路として設定している。

前述のように、路面セル設定テーブルでは、立体物セルの位置に応じて、前述の図１３に示したように、原点Ｏの位置に対して近い側に路面セル、遠い側に不明セルを設定するようにしているので、この設定原理に近い探索経路を第１象限については探索経路Ｒ１〜Ｒ１５として設定している。つまり、レーザレーダによる投光方向に沿う探索経路を設定している。

図１５は、直交座標グリッドＳでの基本的な探索経路Ｒ１〜Ｒ１５を破線矢印で示している。具体的には、この探索経路を示す破線矢印が通過するセルを探索経路のセルとして設定するものである。また、この探索経路Ｒ１〜Ｒ１５は、それぞれ、直交座標グリッドＳにおいて、第１象限では、原点Ｏから周辺に位置するセルＣ（８，１）、Ｃ（８，２）、Ｃ（８，３）、Ｃ（８，４）、Ｃ（８，５）、Ｃ（８，６）、Ｃ（８，７）、Ｃ（８，８）、Ｃ（７，８）、Ｃ（６，８）、Ｃ（５，８）、Ｃ（４，８）、Ｃ（３，８）、Ｃ（２，８）、Ｃ（１，８）に向けてセルを移動するように設定している。

図１６および図１７はその具体例を示している。例えば原点ＯからセルＣ（８，３）に向かう探索経路Ｒ３では、図１６に示すように、原点セルＣ（１，１）から探索経路Ｒ３の矢印が通過するセルは、Ｃ（２，１）、Ｃ（３，１）、Ｃ（３，２）、Ｃ（４，２）、Ｃ（５，２）、Ｃ（６，２）、Ｃ（６，３）、Ｃ（７，３）、Ｃ（８，３）である。図１７は、これらの通過セルを探索経路Ｒ３として探索経路テーブルに記載した例を示している。

以下、同様にして他の周辺のセルについても探索経路Ｒ１〜Ｒ１５として設定したものが、図１８に示す探索経路テーブルである。これらの探索経路テーブルのうち、探索経路Ｒ１〜Ｒ７は、セルの移動がｘ方向あるいはｙ方向に隣接するセルとなるが、探索経路Ｒ８は、例外的に斜めに隣接するセルに移動するので、例外処理として個別に探索経路を示している。また、探索経路Ｒ９〜Ｒ１５は、探索経路Ｒ８を対称軸として折り返したものであるから、それぞれ対称位置の探索経路Ｒ７〜Ｒ１で設定したセルのｘとｙの値を入れ替えたものとなる。

このようにして設定した探索経路Ｒ１〜Ｒ１５に沿って立体物セルを探索することで、探索処理では次のような利点がある。すなわち、路面セル設定テーブルでは、前述のように原点Ｏから立体物セルまでを結んだ方向を基準として路面セルおよび不明セルを設定するルールで規定している。従って、探索経路Ｒ１〜Ｒ１５で順次探索処理を進める場合に、立体物セルが検出された時点で、それ以前のセルが路面セル、それ以降のセルは不明セルとすることができるので、現在の探索経路での探索処理を終了することができる。つまり、全てのセルを探索する必要がなくなり、時間を短縮し、かつ処理負荷も低減することができるのである。

このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、探索経路Ｒ１〜Ｒ１５を原点Ｏから外周部のセルに向かう方向に沿って設定するので、立体物セルが検出されるとそれ以降のセルについて探索をする必要がなくなり、探索処理の処理時間を短縮して処理負担を軽減することができる。

（第３実施形態）
図１９〜図２３は第３実施形態を示すもので、以下、第２実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、探索経路Ｒ１〜Ｒ１５の設定をした探索経路テーブルのデータ量を低減させるものである。

図１９〜図２１は探索経路Ｒ３、Ｒ１３についてその記述方法を示している。例えば第２実施形態では、図１６および図１７に示したように、探索経路Ｒ３は、図１６で示した矢印Ｒ３が通過するセルを図１７に示すように順次記載するようにしていた。これに対して、第３実施形態では、図１９で示される探索経路Ｒ３の矢印Ｒ３が通過するセルに対して、図２０に示すようにセル間を移動する方向が変化するセルを記述するようにしている。

探索経路Ｒ３では、第１象限の原点セルＣ（１，１）からｘ方向に移動した場合を「→」で示し、ｙ方向に移動する場合を「↑」で示すと、ｘ方向のセル番号で「３」、「６」が移動方向が変化しているセルである。図２１は、このようにｙ方向への移動するセルの番号を記述することで探索経路Ｒ３を記述するようにしている。

この記述原理を利用すると、前述した図１８に示した探索経路テーブルについて、各探索経路Ｒ１〜Ｒ７では、図２３に示すように、第１象限の原点セルＣ（１，１）からｘ方向に移動する状態からｙ方向に移動する状態に変化したセルを網掛けで示している。そして、このｙ方向へ移動するセルのｘ値を変化セルとして取り出すと、図２２に示すような探索経路テーブルを得ることができる。なお、前述と同様に、探索経路Ｒ８は、例外処理としてそのまま探索すべきセルを記述している。

また、探索経路Ｒ９〜Ｒ１５については、探索経路Ｒ８を対称軸として折り返したものであるから、ここでは、ｙ方向への移動を基本方向とし、ｘ方向へ移動するときのセルのｙ値を記述する。例えば、探索経路１３では、第１象限の原点セルＣ（１，１）からｙ方向に移動した場合を「↑」で示し、ｘ方向に移動する場合を「→」で示すと、ｙ方向のセル番号で「３」、「６」が移動方向が変化しているセルである。

図２１では、このようにｘ方向へ移動するセルの番号を記述することで探索経路Ｒ１３を記述しているが、データとしては探索経路Ｒ３と全く同じとなっている。以下、同様にして残りの探索経路Ｒ９〜Ｒ１５についてもｘ方向へ移動するセルの番号を記述することで探索経路を簡略して記述することができる。この結果、探索経路Ｒ９〜Ｒ１５は、Ｒ１〜Ｒ７で設定したセルのｘとｙの値を入れ替えたものとなって、探索経路テーブルとして示すと、それぞれＲ７〜Ｒ１と同じデータが設定されることとなる。したがって、探索経路の対応と探索方向の情報だけを記述しておくことで、探索経路Ｒ９〜Ｒ１５の具体的な記述は不要となる。

このような第３実施形態によれば、探索経路テーブルを移動方向が変化するセルのｘ値あるいはｙ値を用いて記述する方式とすることで、データ量をさらに低減することができる。

（第４実施形態）
図２４から図２７は第４実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、図２４に示すように、物体検出装置１０は、制御装置１１を主体として３次元距離検出部３、データ処理部１２および出力部５を備えている。制御装置１１の機能構成として、データ処理部１２は、立体物検出部４ａ、座標変換部４ｂ、路面セル設定部４ｃ、記憶部４ｄに加えて、立体物検出部４ａと座標変換部４ｂとの間に、ノイズ立体物除去部４ｅを備えている。ノイズ立体物除去部４ｅは、立体物検出部４ａで検出された立体物のセルに対して、車両が必要とする立体物セル以外をノイズとして除去する機能を有する。

図２５は、この実施形態における立体物検出処理の流れを示すもので、ステップＳ４とＳ５との間に新たにステップＳ４ａを設けている。ステップＳ４ａは、制御装置１１により、ノイズ立体物除去部４ｅによる処理内容を実行するステップである。

すなわち、制御装置１１は、ステップＳ４で立体物検出部４ａにより立体物検出処理を実施した後、ステップＳ４ａに進んでノイズ立体物除去処理を実施する。このとき、ステップＳ４では、図２６の上段に示しているように、極座標グリッドＧの各セルのうち、セルＧａ３、Ｇｂ３、Ｇｃ３、Ｇｄ３、Ｇｄ４、Ｇｅ４が立体物セルとして検出されている。ここで、極座標の各径方向Ｒｎについて立体物セルを見ると、２個のセルＧｄ３およびセルＧｄ４が同じ径方向で検出されている。

制御装置１１は、ステップＳ４ａで、上記した同じ径方向で検出された複数の立体物のセルＧｄ３およびセルＧｄ４について、近い位置のセルＧｄ３を有効とし、遠い位置のセルＧｄ４をノイズ立体物として除去することを判定し、立体物が存在しないセルとして設定する。これにより、各径方向に対して立体物セルは最大１個となる。

制御装置１１は、この後、ステップＳ５に進んで、座標変換部４ｂにより、極座標グリッドＧで立体物セルと判定したセルについて直交座標グリッドＳに変換する処理を行う。ここでは、座標変換の対象となるセルが、第１実施形態で示した場合よりも少ないので、制御装置１１の処理負荷がさらに軽減されている。

すなわち、図２６の下段に示しているように、極座標グリッドＧのセルＧｄ４が除去されたので、ここでは、制御装置１１による直交座標グリッドＳのセルＣ（２，５）への変換処理が不要となっている。このように、極座標グリッドＧでの立体物セルの数が少なくなると、制御装置１１の座標変換処理が軽減されるので、有効なセルについての変換処理時間を全体として短縮することができるようになる。

次に、図２７を参照して、上記の処理負担軽減効果について、具体的に説明する。
図２７では、市街地の道路を自車両ＸがＰ方向（図中上方向）に向けて走行中の状況を上方から見た状態で示している。道路には中央分離帯Ｓ、ガードレールＧ１、Ｇ２が配置され、建物Ｂ１、Ｂ２などが存在する状態である。また、中央分離帯Ｓを隔てた反対方向の車線には他の車両ＹがＱ方向（図中下方向）に走行している。

検出エリアＺの中で、領域Ｚａ〜Ｚｄの範囲のうち、領域Ｚａ、Ｚｃにおいては、立体物が２個以上検出されている。領域Ｚｂ、Ｚｄでは「なし」あるいは１個の立体物が検出されている。

例えば、２個以上の立体物が検出された領域Ｚａでは、Ｒ１方向においてｒ１ａ、ｒ１ｂ、ｒ１ｃの３個の立体物が検出されている。ｒ１ａは中央分離帯Ｓ、ｒ１ｂは他の車両Ｙ、ｒ１ｃはガードレールＧ１である。また、Ｒ２方向において、ｒ２ａ、ｒ２ｂ、ｒ２ｃの３個の立体物が検出されている。ｒ２ａは中央分離帯Ｓ、ｒ２ｂはガードレールＧ２、ｒ２ｃは建造物Ｂ１ガードレールＧ１である。

また、１個以下の立体物が検出された領域Ｚｂでは、Ｒ３方向において、中央分離帯Ｓがｒ３ａとして検出されている。そして、２個以上の立体物が検出された領域Ｚｃでは、Ｒ４方向において、ｒ４ａ、ｒ４ｂの２個の立体物が検出されている。ｒ４ａはガードレールＧ２、ｒ４ｂは建造物Ｂ２である。

この実施形態の方式で処理を実施する場合には、各方向について複数の立体物が検出されている場合いは、最も近い位置のセルを残し、それよりも遠い位置のセルはノイズとして除去している。これによって、座標変換処理では、除去された分だけ変換処理が軽減される。

この場合の効果について、概略的に求めると次のようになる。いま、上記のような検出状態において、制御装置１１により第１実施形態の方式で処理をした場合に、１００％と処理負荷であるとする。これに対して、図２７に示しているように、市街地を走行している状態で、検出エリアの５０％以上の画角（角度範囲）で一方向に２個以上の立体物が検出されている場合を想定する。

この場合には、図２７に示しているように、領域Ｚａ、Ｚｃが一方向に２個以上の立体物が検出された領域であるから、５０％以上の画角となる。この範囲では最低２個の立体物が検出されているので、本実施形態を適用した場合には座標変換をする対象は１個にすることができるので、制御装置１１の計算処理負担は５０％以下にすることができる。

これを踏まえて概算すると、次式（１）のように、座標変換に要する処理負担を求めることができる。すなわち、全体の５０％は立体物が１個の領域であるから、処理負担はそのまま１００％（１）であり、残りの５０％が一方向に２個以上立体物が検出される領域となり、処理負担は最低でも５０％（０．５）が軽減される。

５０％×１＋５０％×０．５＝７５％ …（１）
この結果、市街地などの立体物が多く存在する領域においては、座標変換処理の処理負担を最低でも２５％軽減することができることがわかる。さらに、この処理負担の軽減効果は、同一方向での立体物の検出個数が多いほど高くすることができ、また、２個以上の立体物が検出される領域が広いほど高くすることができる。

このような本実施形態によれば、制御装置１１にノイズ立体物除去部４ｅを設け、極座標グリッドＧにおいて立体物検出部４ａにより検出された立体物セルのうち、径方向に複数の立体物セルが存在する場合には、径方向の距離が最も短い立体物セルを除いた残りの立体物セルをノイズセルとして除去するようにした。

これにより、座標変換部４ｂにより極座標グリッドＧの立体物セルを直交座標グリッドＳに変換する処理負担を軽減することができるようになる。この結果、市街地などの建造物や立体物が多く存在する場所では複数の立体物が検出される率が高くなるので、処理負担の軽減効果をより高めることができる。

（第５実施形態）
図２８から図３１は第５実施形態を示すもので、以下、第１実施形態あるいは第４実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、極座標グリッドＧにおけるデータの保持形式について示している。上記した第１実施形態あるいは第４実施形態においては、極座標グリッドＧにおける立体物セルのデータの保持形式について特に示していないが、データ保持の形式によってはメモリアクセスの回数を増やすことになり、処理負荷が増大することになる。

そこで、この実施形態では、例えば第１実施形態においてステップＳ４で実施した立体物セル検出処理で図２８に示すように立体物セル（○印）が検出された場合について説明する。ここでは、極座標グリッドＧの各セルのうち、角度方向としてθ１方向にセルＧｃ３、θ２方向にセルＧｂ３、Ｇｂ４、θ３方向にセルＧａ３、Ｇａ４、θ４方向にセルＧｄ３、Ｇｄ４、θ５方向にセルＧｅ４が立体物セルとして検出されている。

例えば、立体物セルＧｃ３は、θ１方向で径方向の長さｒ１が「４」であるから、図２９に示すように、角度方向セルインデックスθ１のｒ方向セルインデックス値ｒ＿ｉｄｘを「４」とすることができる。同様にしてすべての角度方向セルインデックスについて立体物セルの径方向の長さをｒ方向セルインデックス値としてテーブルに記録することができる。

これによって、ステップＳ５での座標変換処理においては、角度方向セルインデックスに対するｒ方向セルのインデックス値を読み出すことで極座標グリッドＧでの立体物セルを認識することができる。

また、上記したような方式で極座標グリッドＧの立体物セルを記録することで、第４実施形態で示した場合においては、径方向において最も近い位置にある立体物セルだけを残すので、各角度方向セルインデックスについてｒ方向セルのインデックス値はそれぞれ１個ずつとなる。

図３０は、図２８のように検出された立体物セルについて、第４実施形態のステップＳ４ａで実施した処理を行うことで得られる最も近い位置の立体物セルを残した状態である。従って、この場合においては、全ての角度方向セルインデックスについて立体物セルの径方向の最も短い長さｒ＿ｍｉｎをｒ方向セルインデックス値ｒ＿ｍｉｎ＿ｉｄｘとして図３１に示すようにテーブルに記録することができる。

これによって、ステップＳ５での座標変換処理においては、角度方向セルインデックスに対するｒ方向の最も短い距離のセルのインデックス値ｒ＿ｍｉｎを読み出すことで極座標グリッドＧでの立体物セルを認識することができる。

この結果、制御装置１１は、ステップＳ５の座標変換処理において、座標変換部４ｂで立体物情報をグリッドから参照し探し出してくる操作に要するメモリアクセス回数を減らすことができる。また、これによって、制御装置１１の全体としての処理コストを低減することができるようになる。

従って、本実施形態によれば、制御装置１１により、極座標グリッドＧにおける立体物セルの記録方式を角度方向インデックスに対するｒ方向のインデックス値として記憶部４ｄにテーブルとして記憶することで、メモリアクセス回数の低減や処理負担の軽減を図ることができるようになる。

（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。

上記各実施形態では、極座標グリッドＧとして、車両Ａの前方に向けた範囲を設定した場合を示したが、車両Ａの側方や後方などにも向けた範囲を設定することもできる。この場合には、検出方向に対応して複数の３次元距離検出部を設けることができる。

極座標グリッドＧの立体物セルを直交座標グリッドＳに変換してから路面ＲＳに対応する静止直交座標グリッドに変換する例を示したが、極座標グリッドＧの立体物セルを直接路面ＲＳに対応した静止直交座標グリッドに変換する処理を実施しても良い。

図面中、１、１０は物体検出装置、２、１１は制御装置、２ａは立体物判定部、３は３次元距離検出部、４、１２はデータ処理部、４ａは立体物検出部、４ｂは座標変換部、４ｃは路面セル設定部、４ｄは記憶部、４ｅはノイズ立体物除去部、５は出力部である。

Claims (8)

1. 所定角度と距離範囲で複数のセルに区切る極座標グリッドを設定し、自車両の周囲の検出範囲について３次元距離検出部（３）により取得した極座標による３次元距離情報から、立体物が存在する立体物セルを検出する立体物検出部（４ａ）と、
   前記極座標グリッドのセルの情報を２次元で所定距離毎に複数のセルに区切る直交座標グリッドを設定し、前記極座標グリッドに含まれる前記立体物セルを直交座標グリッドのセルに対応付けて立体物セルを設定する座標変換部（４ｂ）と、
   前記直交座標グリッドの各セルについて立体物セルに該当するときに路面に該当する路面セルを指定する路面セル設定テーブルを記憶する記憶部（４ｄ）と、
   前記座標変換部により直交座標に変換された前記立体物セルの位置に対応して前記記憶部から前記路面セル設定テーブルを読み出して路面セルを設定する路面セル設定部（４ｃ）と
   を備えた立体物検出処理装置。
2. 前記路面セル設定テーブルは、前記直交座標グリッドの各セルに対応してそのセルが立体物セルであったときの路面セルおよび不明セルを指定するデータとして設けられ、
   前記路面セル設定部は、３次元距離検出部の位置を原点として、原点位置に対応するセルから順に立体物セルを探索し、立体物セルを検出すると前記路面セル設定テーブルから路面セルのデータを読み出して直交座標グリッドに路面セルおよび不明セルを設定する請求項１に記載の立体物検出処理装置。
3. 前記路面セル設定テーブルは、前記３次元距離検出部の位置となる原点を通るある傾きの探索直線が直交座標グリッド上で重なるセル群を探索セル群としたときに、前記探索直線の傾きを前記直交座標グリッドの探索範囲で変化させたときの傾き毎に得られる前記探索セル群として記憶されており、
   前記路面セル設定部は、前記探索直線の傾きを前記探索範囲で変化させ、前記路面セル設定テーブルの対応する前記探索セル群を読み出して前記原点側から探索し、前記立体物セルに到達すると、その立体物セルよりも原点側に位置するセルを路面セルとして設定すると共に、その立体物セルよりも原点から遠い側に位置するセルを不明セルとして設定する請求項１に記載の立体物検出処理装置。
4. 前記路面セル設定テーブルは、前記探索セル群を記憶する情報として、前記原点の位置のセルを始点として前記探索直線に沿って移動する場合に、前記直交座標グリッドの２つの軸方向に対して移動軸方向が変化する位置のセルを指定するデータとしている請求項３に記載の立体物検出処理装置。
5. 前記路面セル設定テーブルは、前記探索セル群を記憶する情報として、前記直交座標グリッドの２つの軸で句切られる各象限において、前記探索直線が一方の軸から傾きが４５°変化するまでの第１範囲について移動軸方向が変化する位置のセルを指定するデータを設定し、残りの第２範囲については前記第１範囲のデータと２つの軸の関係を入れ替えたものを指定するデータとしている請求項４に記載の立体物検出処理装置。
6. 前記路面セル設定部（４ｃ）は、前記路面セル設定テーブルに基いて立体物セルに対して路面セル、不明セルを設定するときに、設定対象となるセルが既に設定されたセルであるときには、立体物セルを第１優先、路面セルを第２優先として優先順位の高いものに書き換えて設定する請求項１から５のいずれか一項に記載の立体物検出処理装置。
7. 前記極座標グリッドにおいて前記立体物検出部（４ａ）により検出された立体物セルのうち、径方向に複数の立体物セルが存在する場合には、径方向の距離が最も短い立体物セルを除いた残りの立体物セルをノイズセルとして除去するノイズ立体物除去部（４ｅ）を備えた請求項１から６のいずれか一項に記載の立体物検出処理装置。
8. 前記立体物検出部（４ｅ）は、検出した前記極座標グリッド上での立体物セルについて、方向インデックスに対して距離インデックスでデータを保持する請求項１から７のいずれか一項に記載の立体物検出処理装置。

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