JP2013055474A - Mobile object tracking device and reference point tracking method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mobile object tracking device for precisely grasping a position of a point detached by a prescribed length in a direction rotated by a prescribed angle from a travel speed direction of a mobile object to a prescribed point on the mobile object.SOLUTION: A prescribed part of the mobile object is imaged as an image tracking point, and a tracking error showing a difference between a tracking original point coordinate for tracking and a coordinate of an image tracking point of the mobile object is obtained from image data of the acquired image tracking point. On the basis of the tracking error, a visual axis angle speed obtained by correcting follow-up delay of an imaging device to the mobile object is calculated for tracking angular speed. A relative distance between the mobile object tracking device and the mobile object and travel speed of the mobile object tracking device itself are measured. A reference point tracking angle for tracking a reference point detached by the prescribed length in a direction rotated by a prescribed angle from the travel speed direction of the mobile object from the image tracking point is calculated on the basis of the obtained visual axis angle, the relative distance, and the travel speed of the mobile object tracking device itself.

Description

本発明の実施形態は、移動物体追跡装置及び移動物体の参照点追跡方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a moving object tracking device and a moving object reference point tracking method.

一般に、画像追跡方式によって移動物体を追跡する追跡装置において、追跡の対象とする移動物体全体の形状を撮像でき、その形状や特徴量等を識別できる場合には、移動物体上のある特定な点について、撮像画像上での位置を算出することができる。   In general, in a tracking device that tracks a moving object by an image tracking method, if the shape of the entire moving object to be tracked can be imaged and its shape, feature amount, etc. can be identified, a certain point on the moving object The position on the captured image can be calculated.

従来、撮像画像から画像処理等によって移動物体の慣性主軸方向を抽出し、それに基づいて移動物体上の特定の点を算定するものがある(例えば、飛しょう体を対象とした特許文献1参照。)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is one that extracts the principal axis of inertia of a moving object from a captured image by image processing or the like and calculates a specific point on the moving object based on the extracted direction (see, for example, Patent Document 1 for a flying object). ).

しかしながら、撮像した画像における移動物体の画素の輝度値のダイナミックレンジが撮像器の輝度値のダイナミックレンジを超える場合や、画像処理やノイズ除去のためにあるしきい値以上の輝度値をもつ画素による画像(二値化した場合を含む)しか得られない場合などには、追跡に必要な輝度値を有する画素の情報は得られても、追跡の対象とする移動物体全体の形状を撮像画像から得ることが困難となる場合がある。   However, when the dynamic range of the brightness value of the pixel of the moving object in the captured image exceeds the dynamic range of the brightness value of the image sensor, or due to the pixel having a brightness value above a certain threshold for image processing and noise removal. When only images (including the case of binarization) can be obtained, the shape of the entire moving object to be tracked can be obtained from the captured image even though the pixel information having the luminance value necessary for tracking can be obtained. It may be difficult to obtain.

特許第4412799号公報Japanese Patent No. 4412799

本発明が解決しようとする課題は、移動物体上のある点に対して移動物体の移動速度方向から所定角度だけ回転した方向に所定長さ離れた点の位置を精度良く把握可能な移動物体追跡装置及び移動物体の参照点追跡方法を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is that a moving object tracking capable of accurately grasping the position of a predetermined distance in a direction rotated by a predetermined angle from the moving speed direction of the moving object with respect to a certain point on the moving object It is an object of the present invention to provide a device and a moving object reference point tracking method.

実施形態の移動物体追跡装置は、移動物体の所定の部位を画像追跡点として撮像する撮像器と、前記撮像器を駆動する駆動機構部と、前記撮像器で取得した画像追跡点の画像データを入力し、撮像画像における追跡のための追跡原点座標と前記移動物体の画像追跡点の座標との差異を表す追跡誤差を算出する画像処理器と、
前記画像処理器で得られた追跡誤差に基づいて、前記撮像器の追跡角速度に前記移動物体に対する前記撮像器の追従遅れを補正した視軸角速度を算出する制御処理器と、前記移動物体との間の相対距離を計測する測距離センサと、移動物体追跡装置自身の移動速度を計測する速度計測器と、前記制御処理器で得られた視軸角速度と前記測距離センサで得られた相対距離と前記速度計測器で得られた移動物体追跡装置自身の移動速度に基づいて、前記画像追跡点から前記移動物体の移動速度方向から所定の角度だけ回転した方向に所定長さだけ離れた参照点を追跡するための参照点追跡角度を算出する参照点追跡角度算出部とを、具備する。
The moving object tracking device according to the embodiment captures image data of an image tracking point acquired by the imaging device that images a predetermined part of the moving object as an image tracking point, a drive mechanism that drives the imaging device, and the imaging device. An image processor that inputs and calculates a tracking error representing a difference between the tracking origin coordinates for tracking in the captured image and the coordinates of the image tracking point of the moving object;
A control processor for calculating a visual axis angular velocity obtained by correcting a tracking delay of the imaging device with respect to the moving object to a tracking angular velocity of the imaging device based on a tracking error obtained by the image processor; A distance measuring sensor that measures the relative distance between them, a speed measuring device that measures the moving speed of the moving object tracking device itself, an angular velocity obtained by the control processor, and a relative distance obtained by the distance sensor. And a reference point separated by a predetermined length in a direction rotated by a predetermined angle from the moving speed direction of the moving object from the image tracking point based on the moving speed of the moving object tracking device itself obtained by the speed measuring device. A reference point tracking angle calculation unit that calculates a reference point tracking angle for tracking the reference point.

実施形態に係る移動物体追跡装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the moving object tracking apparatus which concerns on embodiment. 撮像器から見た移動物体の座標系を示す図である。It is a figure which shows the coordinate system of the moving object seen from the imaging device. 撮像器、画像処理器及び制御処理器で実現する機能を画像追跡制御系と角速度制御系に簡略化したものと、駆動機構部との信号の授与関係を示す図である。It is a figure which shows the granting relationship of the signal with what simplified the function implement | achieved by an image pick-up device, an image processor, and a control processor to an image tracking control system and an angular velocity control system, and a drive mechanism part.

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、実施形態に係る移動物体追跡装置1の構成を示す図である。本実施形態に係る移動物体追跡装置1は、移動物体100の方向に撮像器10を指向させ、その撮像画像に基づいて移動物体100を追跡するものである。画像追跡するための移動物体100上のある点、例えば、撮像画像において画素の輝度値が高い部位や、特徴的な形状が見られる部位を追跡点100aとし、その追跡点100aに対し移動物体100の移動速度V方向から所定の角度Δδだけ回転した方向に所定の長さLだけ離れた点を参照点100bとする。本実施形態では、移動物体100が角度Δδだけ傾きを維持したたま、直進して移動する場合の移動物体100を追跡するものである。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a moving object tracking device 1 according to the embodiment. The moving object tracking device 1 according to the present embodiment directs the imaging device 10 in the direction of the moving object 100 and tracks the moving object 100 based on the captured image. A certain point on the moving object 100 for tracking an image, for example, a part where the luminance value of a pixel is high in a captured image or a part where a characteristic shape is seen is set as a tracking point 100a, and the moving object 100 with respect to the tracking point 100a. A point separated by a predetermined length L in a direction rotated by a predetermined angle Δδ from the moving speed V direction is defined as a reference point 100b. In the present embodiment, the moving object 100 is tracked when the moving object 100 moves straight ahead while maintaining the inclination by the angle Δδ.

移動物体100の参照点100bは、直接的には把握できないので、追跡点100aに基づいて間接的に把握する。図1に示すように、移動物体追跡装置1は、撮像器10と、画像処理器20と、制御処理器30と、駆動機構部40と、参照点追跡角度算出部50と、測距離センサ60と、速度計測器70を具備している。   Since the reference point 100b of the moving object 100 cannot be directly grasped, it is indirectly grasped based on the tracking point 100a. As shown in FIG. 1, the moving object tracking device 1 includes an imaging device 10, an image processor 20, a control processor 30, a drive mechanism unit 40, a reference point tracking angle calculation unit 50, and a distance measuring sensor 60. And a speed measuring instrument 70.

撮像器10は、移動物体100上の追跡点100aに狙いを定めて撮像するもので、駆動機構部40の可動側に搭載される。撮像器10は、駆動機構部40を適切に動かすことによって、移動物体100をその視野内に捉えることができる。撮像器10は、例えば、他の部位と比べて温度差がある部位を追跡点100aとして捉える場合には、赤外線カメラがしばしば用いられる。撮像器10で撮像した移動物体100の画像を含む画像データは、画像処理器20に送られる。画像処理器20は、画像データに基づいて、後述する追跡誤差信号を算出する。また、駆動機構部40から、移動物体追跡装置1から見た移動物体方向の角度θ情報を含むセンサ信号が制御処理器30に送られる。そして、制御処理器30から、該センサ信号を処理して得られた移動物体方向角度θ信号は、後述する参照点追跡角度算出部50に送られる。   The imager 10 is intended to image the tracking point 100 a on the moving object 100 and is mounted on the movable side of the drive mechanism unit 40. The imager 10 can capture the moving object 100 within the field of view by appropriately moving the drive mechanism 40. For example, an infrared camera is often used as the imaging device 10 when a part having a temperature difference compared to other parts is captured as the tracking point 100a. Image data including the image of the moving object 100 captured by the image capturing device 10 is sent to the image processor 20. The image processor 20 calculates a tracking error signal described later based on the image data. Further, a sensor signal including angle θ information in the moving object direction viewed from the moving object tracking device 1 is sent from the drive mechanism unit 40 to the control processor 30. Then, the moving object direction angle θ signal obtained by processing the sensor signal is sent from the control processor 30 to a reference point tracking angle calculator 50 described later.

撮像画像における移動物体100上の追跡点100aの座標と、移動物体100上にあり、追跡点100aから移動物体100の移動速度V方向から所定の角度Δδだけ回転した方向に所定の長さLだけ離れた参照点100bの撮像画像上での座標とは差異が有る。図2は、撮像器10の視野内に移動物体100を捉えたときの撮像画像を模式的に表した図で、座標系も合せて示す。撮像画像上では、少なくとも移動物体100上の追跡点100aを捉えることができる輝度値をもつ画像が得られていれば十分で、移動物体100の全体の形状を捉えることができる輝度値をもつ画像が得られていなくても良い。図2に示すように、撮像器10の視軸方向又は追跡の基準とする方向の撮像画像上における座標を表す追跡原点座標と移動物体上の追跡点100aの撮像画像上における座標との差異を表す信号が追跡誤差信号である。追跡誤差は、撮像画像の水平方向(X方向)の成分と、撮像画像の垂直方向(Y方向)の成分に分けて示している。   The coordinates of the tracking point 100a on the moving object 100 in the captured image, and the predetermined length L in the direction that is on the moving object 100 and rotated from the tracking point 100a by the predetermined angle Δδ from the moving speed V direction of the moving object 100. There is a difference from the coordinates on the captured image of the distant reference point 100b. FIG. 2 is a diagram schematically showing a captured image when the moving object 100 is captured in the field of view of the imager 10, and also shows a coordinate system. On the captured image, it is sufficient that an image having a luminance value capable of capturing at least the tracking point 100a on the moving object 100 is obtained, and an image having a luminance value capable of capturing the entire shape of the moving object 100 is sufficient. May not be obtained. As shown in FIG. 2, the difference between the tracking origin coordinates representing coordinates on the captured image in the visual axis direction of the imaging device 10 or the tracking reference direction and the coordinates on the captured image of the tracking point 100 a on the moving object is shown. The representing signal is a tracking error signal. The tracking error is shown separately for a component in the horizontal direction (X direction) of the captured image and a component in the vertical direction (Y direction) of the captured image.

画像処理器20で算出した追跡誤差信号は、制御処理器30に送られる。   The tracking error signal calculated by the image processor 20 is sent to the control processor 30.

制御処理器30では、追跡誤差信号に応じた駆動信号を生成し、駆動機構部40に送出する。駆動機構部40は、例えば後述する図3に示すように、アンプ・モータ40a、駆動機構40b、角速度センサ40c、角度センサ40dで構成することができる。   The control processor 30 generates a drive signal corresponding to the tracking error signal and sends it to the drive mechanism unit 40. For example, as shown in FIG. 3 to be described later, the drive mechanism unit 40 can be configured by an amplifier / motor 40a, a drive mechanism 40b, an angular velocity sensor 40c, and an angle sensor 40d.

制御処理器30において駆動機構部40を駆動するための駆動信号を生成する際には、駆動機構部40に取付けられた角度センサ40dや角速度センサ40cのセンサ信号をフィードバックして制御することも同時に行い、それによってより精度良く、速やかに撮像器10を移動物体100の方向へ指向させ追跡することができる。   When the drive signal for driving the drive mechanism unit 40 is generated in the control processor 30, the sensor signals of the angle sensor 40d and the angular velocity sensor 40c attached to the drive mechanism unit 40 are fed back and controlled at the same time. Thus, the imaging device 10 can be pointed in the direction of the moving object 100 and tracked more accurately and quickly.

測距離センサ60は、移動物体100と移動物体追跡装置1との間の相対距離Rを計測する。測距離センサ60で得られた相対距離信号は、参照点追跡角度算出部50に送られる。   The distance measuring sensor 60 measures a relative distance R between the moving object 100 and the moving object tracking device 1. The relative distance signal obtained by the distance measuring sensor 60 is sent to the reference point tracking angle calculation unit 50.

速度計測器70は、移動物体追跡装置1自身の移動速度V0を計測する。速度計測器70で得られた移動物体追跡装置1自身の移動速度V0は,参照点追跡角度算出部50に送られる。 The speed measuring device 70 measures the moving speed V 0 of the moving object tracking device 1 itself. The moving speed V 0 of the moving object tracking device 1 itself obtained by the speed measuring device 70 is sent to the reference point tracking angle calculation unit 50.

図3は、実施形態における制御ブロック図で、撮像器10、画像処理器20及び制御処理器30で実現する機能を画像追跡制御系30aと角速度制御系30bとして表したものと、駆動機構部40との信号の授与関係を示す図である。移動物体100の移動方向及び角度の情報は、撮像器10で撮像した画像データに基づいて画像処理器20で算出した追跡誤差信号として、画像追跡制御系30aに供給される。画像追跡制御系30aで得られた追跡誤差信号は角速度制御系30bに供給される。角速度制御系30bには、角度センサ40dや角速度センサ40cのセンサ信号が供給され、フィードバック制御を行って駆動機構部40を駆動するための駆動信号を生成し、駆動機構部40に供給される。   FIG. 3 is a control block diagram in the embodiment, in which functions realized by the image pickup device 10, the image processor 20, and the control processor 30 are represented as an image tracking control system 30a and an angular velocity control system 30b, and a drive mechanism unit 40. It is a figure which shows the grant relationship of the signal. Information on the moving direction and angle of the moving object 100 is supplied to the image tracking control system 30 a as a tracking error signal calculated by the image processor 20 based on the image data captured by the imager 10. The tracking error signal obtained by the image tracking control system 30a is supplied to the angular velocity control system 30b. Sensor signals from the angle sensor 40d and the angular velocity sensor 40c are supplied to the angular velocity control system 30b, and a drive signal for driving the drive mechanism unit 40 by performing feedback control is generated and supplied to the drive mechanism unit 40.

角速度制御系30bからは、後述する視軸角速度の情報が参照点追跡角度算出部50に供給される。   From the angular velocity control system 30b, information on the visual axis angular velocity described later is supplied to the reference point tracking angle calculation unit 50.

測距離センサ60からは、相対距離信号が参照点追跡角度算出部50に供給される。速度計測器70からは,移動物体追跡装置1自身の移動速度V0が参照点追跡角度算出部50に供給される。 From the distance measuring sensor 60, a relative distance signal is supplied to the reference point tracking angle calculation unit 50. From the speed measuring device 70, the moving speed V 0 of the moving object tracking device 1 itself is supplied to the reference point tracking angle calculation unit 50.

参照点追跡角度算出部50は、追跡点100aと参照点100bとの間の見かけの角度差である参照点追跡角度Δθを算出するものである。   The reference point tracking angle calculation unit 50 calculates a reference point tracking angle Δθ that is an apparent angle difference between the tracking point 100a and the reference point 100b.

ここで、視軸角速度と追跡角速度Ωについて説明する。   Here, the visual axis angular velocity and the tracking angular velocity Ω will be described.

視軸角速度は、撮像器10の視軸方向が移動する角速度で、駆動機構40に搭載された角速度センサ40cからの角速度信号に基づいて算出される。なお、角速度センサ40cの方式と取り付け部位によっては、駆動機構40に搭載された角度センサ40dからの角度信号も用いて算出する。   The visual axis angular velocity is an angular velocity at which the visual axis direction of the image pickup device 10 moves, and is calculated based on an angular velocity signal from an angular velocity sensor 40c mounted on the drive mechanism 40. Note that, depending on the method of the angular velocity sensor 40c and the attachment site, the calculation is also performed using an angle signal from the angle sensor 40d mounted on the drive mechanism 40.

追跡角速度Ωは、移動物体追跡装置1から見た移動物体100の角速度である。撮像器10の視軸方向を移動物体100上の一定の点(追跡点)に常に誤差なく指向し続けられれば、追跡角速度Ωは視軸角速度と一致するが、多くの場合には両者の間には差異(追跡誤差)が生じる。しかし、例えば、画像追跡制御系30a及び角速度制御系30bによる追跡制御系を1型のサーボ系で構成した場合、移動物体100が等角速度で移動する場合には、上記追跡誤差は定常的には一定値となり、視軸角速度は追跡角速度Ωに一致する。したがって、移動物体100が等角速度で移動するか、近似的に又は短時間の間は等角速度で移動するとみなせる場合には、追跡角速度Ωを視軸角速度で置き換えて差支えない。   The tracking angular velocity Ω is the angular velocity of the moving object 100 as viewed from the moving object tracking device 1. If the visual axis direction of the image pickup device 10 is always directed to a certain point (tracking point) on the moving object 100 without any error, the tracking angular velocity Ω matches the visual axis angular velocity. There is a difference (tracking error). However, for example, when the tracking control system by the image tracking control system 30a and the angular velocity control system 30b is configured by a type 1 servo system, when the moving object 100 moves at a constant angular velocity, the tracking error is constantly The visual axis angular velocity is equal to the tracking angular velocity Ω. Therefore, if the moving object 100 moves at an equal angular velocity, or can be considered to move approximately or at a constant angular velocity for a short time, the tracking angular velocity Ω may be replaced with the visual axis angular velocity.

また、上記追跡制御系の内部において、移動物体100を追跡するための駆動機構40の移動角速度の目標値を生成している場合には、その目標値を追跡角速度Ωとみなしてもよい。例えば、上記追跡誤差に比例した値を駆動機構40の移動角速度の目標値とする場合がそれにあたる。この場合には、追跡制御系全体の周波数帯域より高い周波数までの変動に追従することができる。ただし、誤差やノイズの影響を受けやすくなるおそれがありうる。   Further, when the target value of the moving angular velocity of the driving mechanism 40 for tracking the moving object 100 is generated inside the tracking control system, the target value may be regarded as the tracking angular velocity Ω. For example, a case where a value proportional to the tracking error is set as a target value of the moving angular velocity of the drive mechanism 40 is applicable. In this case, fluctuations up to a frequency higher than the frequency band of the entire tracking control system can be followed. However, there may be a risk of being susceptible to errors and noise.

一方、移動物体100の移動角速度(追跡角速度Ω)の時間変化率が著しい場合には、撮像器10の追従に大きな遅れが発生する。そこで、参照点追跡角度Δθの算出に際しては、撮像器10の追従遅れを加味した(補正した)視軸角速度の情報に基づく方が、より精度良く、参照点100bが得られる。なお、ここでは、追従遅れの補正の詳細説明は省略する。   On the other hand, when the time change rate of the moving angular velocity (tracking angular velocity Ω) of the moving object 100 is significant, a large delay occurs in the follow-up of the imaging device 10. Therefore, when calculating the reference point tracking angle Δθ, the reference point 100b can be obtained more accurately based on the information on the visual axis angular velocity that takes into account (corrects) the tracking delay of the imaging device 10. Here, detailed description of the follow-up delay correction is omitted.

参照点追跡角度算出部50は、視軸角速度の値を基に参照点追跡角度Δθを算出する。   The reference point tracking angle calculation unit 50 calculates the reference point tracking angle Δθ based on the value of the visual axis angular velocity.

以上のように構成した移動物体追跡装置1において、参照点追跡角度算出部50は、参照点追跡角度Δθを次式によって算出する。

Figure 2013055474
ここで,
L : 移動物体上での画像追跡点と参照点との間の実際の長さ
Δδ : 移動物体上での画像追跡点に対する参照点の方向の角度
(移動物体の移動速度方向基準)
Ω : 移動物体追跡装置が移動物体を追跡する角速度
V : 移動物体の移動速度
R : 移動物体追跡装置と移動物体との間の相対距離
V0 : 移動物体追跡装置自身の移動速度
θ : 移動物体追跡装置から見た移動物体方向の角度
(移動物体追跡装置自身の移動速度方向基準)
である。
なお,移動物体100の移動速度Vの値は,0でないとする。 In the moving object tracking device 1 configured as described above, the reference point tracking angle calculation unit 50 calculates the reference point tracking angle Δθ by the following equation.
Figure 2013055474
here,
L: Actual length between the image tracking point on the moving object and the reference point Δδ: Angle of the reference point direction with respect to the image tracking point on the moving object
(Movement speed direction reference for moving objects)
Ω: Angular velocity at which moving object tracking device tracks moving object
V: Moving speed of moving object
R: Relative distance between moving object tracking device and moving object
V 0 : Movement speed of the moving object tracking device itself θ: Angle of moving object direction as seen from the moving object tracking device
(Moving speed direction standard of moving object tracking device itself)
It is.
It is assumed that the moving speed V of the moving object 100 is not 0.

図2に示すように、参照点追跡角度ΔθはX方向成分ΔθxとY方向成分Δθyとで表わすことができるから、参照点追跡角度Δθは、上記の式を各方向成分ごとに適用して算出する。   As shown in FIG. 2, since the reference point tracking angle Δθ can be expressed by an X direction component Δθx and a Y direction component Δθy, the reference point tracking angle Δθ is calculated by applying the above formula for each direction component. To do.

移動物体追跡装置1が移動物体100を追跡する追跡角速度Ωは、上述したように、駆動機構部40の可動部に搭載された撮像器10の視軸角速度を利用して算出することができる。視軸角速度は、駆動機構部40の角速度と必要であれば角度をもとに、制御処理器30の出力として得ることができる。   The tracking angular velocity Ω at which the moving object tracking device 1 tracks the moving object 100 can be calculated by using the visual axis angular velocity of the imager 10 mounted on the movable part of the drive mechanism unit 40 as described above. The visual axis angular velocity can be obtained as the output of the control processor 30 based on the angular velocity of the drive mechanism 40 and the angle if necessary.

以上のようにして、移動物体100上の参照点100bが把握できた後は、例えば、参照点100bの方向に光波を照射すると移動物体100が移動し続けていても、常に移動物体100上の参照点100bを外部から照らすことができる。   After the reference point 100b on the moving object 100 is grasped as described above, for example, even if the moving object 100 continues to move when the light wave is irradiated in the direction of the reference point 100b, the moving object 100 is always on the moving object 100. The reference point 100b can be illuminated from the outside.

なお、移動物体上の追跡点100aは、移動物体100に対して相対的な位置関係が変化しないで移動物体100とともに移動していればよく、必ずしも移動物体100上に実在する点である必要はない(例えば、高温の燃焼ガスを噴射しているような部位を追跡点として赤外線カメラで撮像し、追跡する場合など。)。   Note that the tracking point 100a on the moving object only needs to be moved together with the moving object 100 without changing the relative positional relationship with respect to the moving object 100, and is not necessarily a point that actually exists on the moving object 100. No (for example, in the case where a region where hot combustion gas is injected is imaged and tracked with an infrared camera as a tracking point).

また、図1では、移動物体100について、移動速度V方向と直交する方向に幅があるように示しているが、移動物体100が細長く参照点100bは追跡点100aに対して移動物体100の長さ方向に所定の長さLだけ離れていて、移動物体100の速度方向が移動物体100の長さ方向に対して所定の角度Δδずれている場合も同じ関係が成り立つ。   In FIG. 1, the moving object 100 is shown to have a width in the direction orthogonal to the moving speed V direction. However, the moving object 100 is long and narrow, and the reference point 100b is longer than the tracking point 100a. The same relationship holds true when the moving object 100 is separated by a predetermined length L in the vertical direction and the speed direction of the moving object 100 is deviated by a predetermined angle Δδ with respect to the length direction of the moving object 100.

以上の説明では、追跡誤差信号は画像処理器20で算出するとしたが、画像処理器20では撮像画像上における追跡点100aの座標を算出して制御処理器30に送り、追跡誤差信号は制御処理器30で算出する方式でも構わない。   In the above description, the tracking error signal is calculated by the image processor 20, but the image processor 20 calculates the coordinates of the tracking point 100a on the captured image and sends it to the control processor 30, and the tracking error signal is processed by the control processing. A method of calculating by the device 30 may be used.

(実施形態の変形例1)
上述した第1の実施形態では、移動物体100上での画像追跡点100aと参照点100bとの間の実際の長さL及び移動物体上での画像追跡点100aに対する参照点100bの方向の角度の各値が既知である場合について、説明した。
(Modification 1 of embodiment)
In the first embodiment described above, the actual length L between the image tracking point 100a and the reference point 100b on the moving object 100 and the angle of the direction of the reference point 100b with respect to the image tracking point 100a on the moving object. The case where each value is known has been described.

一方、移動物体100の正体がはっきりしていない場合には、長さL及び角度の値は不知となる。このような場合には、既知の移動物体100の諸元から長さL及び角度の値について、推定値を用いることが可能である。   On the other hand, when the identity of the moving object 100 is not clear, the values of the length L and the angle are unknown. In such a case, it is possible to use estimated values for the length L and angle values from the specifications of the known moving object 100.

(実施形態の変形例2)
移動物体追跡装置1を常に静止した状態で用いる場合がある。このようなケースでは,移動物体追跡装置1の構成として、速度計測器70を備えていないものがある。このような場合には、上記した式(1)及び(2)において、V0 = 0 となる。
(Modification 2 of embodiment)
There is a case where the moving object tracking device 1 is always used in a stationary state. In such a case, as a configuration of the moving object tracking device 1, there is one that does not include the speed measuring device 70. In such a case, V 0 = 0 in the above equations (1) and (2).

以上説明したように、本実施形態によれば、撮像画像上において、追跡している移動物体上の点(追跡点)に対して移動物体の移動速度方向から所定角度だけ回転した方向に所定長さ離れた点(参照点)の撮像画像上における位置と、追跡点の撮像画像上における位置との差異、すなわち、参照点追跡角度を算出することができる。そして、移動物体100上の参照点100bが把握できた後は、例えば、参照点100bの方向に光波を照射すると移動物体100が移動し続けていても、常に移動物体100上の参照点100bを外部から照らすことができる。   As described above, according to the present embodiment, on the captured image, a predetermined length in a direction rotated by a predetermined angle from the moving speed direction of the moving object with respect to the point on the moving object being tracked (tracking point). The difference between the position of the remote point (reference point) on the captured image and the position of the tracking point on the captured image, that is, the reference point tracking angle can be calculated. Then, after the reference point 100b on the moving object 100 can be grasped, for example, even if the moving object 100 continues to move when the light wave is irradiated in the direction of the reference point 100b, the reference point 100b on the moving object 100 is always moved. Can be illuminated from the outside.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…移動物体追跡装置、
10・・・撮像器、
20・・・画像処理器、
30・・・制御処理器、
40・・・駆動機構部、
50・・・参照点追跡角度算出部、
60・・・測距離センサ、
70・・・速度計測器。
1 ... Moving object tracking device,
10: Imager,
20: Image processor,
30 ... Control processor,
40: Drive mechanism,
50: Reference point tracking angle calculation unit,
60 ... Distance sensor,
70: Speed measuring device.

Claims (7)

移動物体の所定の部位を画像追跡点として撮像する撮像器と、
前記撮像器を駆動する駆動機構部と、
前記撮像器で取得した画像追跡点の画像データを入力し、撮像画像における追跡のための追跡原点座標と前記移動物体の画像追跡点の座標との差異を表す追跡誤差を算出する画像処理器と、
前記画像処理器で得られた追跡誤差に基づいて、前記撮像器の追跡角速度に前記移動物体に対する前記撮像器の追従遅れを補正した視軸角速度を算出する制御処理器と、
前記移動物体との間の相対距離を計測する測距離センサと、
移動物体追跡装置自身の移動速度を計測する速度計測器と、
前記制御処理器で得られた視軸角速度と前記測距離センサで得られた相対距離と前記速度計測器で得られた移動物体追跡装置自身の移動速度に基づいて、前記画像追跡点から前記移動物体の移動速度方向から所定の角度だけ回転した方向に所定長さだけ離れた参照点を追跡するための参照点追跡角度を算出する参照点追跡角度算出部とを、
具備する移動物体追跡装置。
An imager for imaging a predetermined part of a moving object as an image tracking point;
A drive mechanism for driving the imager;
An image processor for inputting image data of an image tracking point acquired by the image pickup device and calculating a tracking error representing a difference between the tracking origin coordinate for tracking in the picked-up image and the image tracking point coordinate of the moving object; ,
Based on the tracking error obtained by the image processor, a control processor that calculates a visual axis angular velocity in which the tracking delay of the imager with respect to the moving object is corrected to the tracking angular velocity of the imager;
A distance measuring sensor for measuring a relative distance between the moving object;
A speed measuring device that measures the moving speed of the moving object tracking device itself;
Based on the visual axis angular velocity obtained by the control processor, the relative distance obtained by the distance measuring sensor, and the moving velocity of the moving object tracking device itself obtained by the velocity measuring device, the movement from the image tracking point is performed. A reference point tracking angle calculation unit that calculates a reference point tracking angle for tracking a reference point that is separated by a predetermined length in a direction rotated by a predetermined angle from the moving speed direction of the object;
A moving object tracking device.
前記視軸角速度は、前記駆動機構部の指向角度及び移動角速度のセンサ信号と前記画像処理器で得られた追跡誤差の、いずれか一方又は両方に基づいて算出する請求項1記載の移動物体追跡装置。   The moving object tracking according to claim 1, wherein the visual axis angular velocity is calculated based on one or both of a sensor signal of a directivity angle and a moving angular velocity of the drive mechanism and a tracking error obtained by the image processor. apparatus. 前記参照点追跡角度は、前記移動物体上での追跡点と参照点との間の実際の長さ、前記移動物体上での画像追跡点に対する参照点の方向の角度の各値から算出する請求項1又は請求項2に記載の移動物体追跡装置。   The reference point tracking angle is calculated from values of an actual length between a tracking point and a reference point on the moving object, and an angle of a reference point direction with respect to an image tracking point on the moving object. The moving object tracking device according to claim 1 or 2. 前記移動物体上での追跡点と参照点との間の実際の長さ、前記移動物体上での画像追跡点に対する参照点の方向の角度の各値は、既知の移動物体から推定した推定値を使用する請求項3記載の移動物体追跡装置。   Each value of the actual length between the tracking point on the moving object and the reference point and the angle of the direction of the reference point with respect to the image tracking point on the moving object is an estimated value estimated from the known moving object The moving object tracking device according to claim 3, wherein: 前記参照点追跡角度算出部は、前記測距離センサで得られた相対距離及び相対距離の時間変化率、移動物体追跡装置自身の移動速度及び前記視軸角速度の各値を使用して前記移動物体の移動速度を算出してから、前記参照点追跡角度を算出する請求項1記載の移動物体追跡装置。   The reference point tracking angle calculating unit uses the relative distance and the time change rate of the relative distance obtained by the distance measuring sensor, the moving speed of the moving object tracking apparatus itself, and the values of the visual axis angular speed and the moving object. The moving object tracking device according to claim 1, wherein the reference point tracking angle is calculated after calculating the moving speed of the moving object. 撮像器で移動物体を撮像し、
前記撮像器で取得した画像データに基づいて前記移動物体上の追跡点の撮像画像上における座標を算出し、前記撮像器の視軸方向又は追跡の基準とする方向の撮像画像上における座標を表す追跡原点座標と前記移動物体上の追跡点の座標との差異を表す追跡誤差を算出し、
前記追跡誤差に基づいて、前記撮像器の視野内に前記移動物体を捉えるように前記撮像器を駆動する駆動機構部への駆動信号を生成するとともに、
前記駆動機構部からの指向角度及び移動角速度のセンサ信号と、前記追跡誤差の、いずれか一方又は両方に基づいて視軸角速度を算出し、
前記移動物体との間の相対距離を計測し、
前記移動物体追跡時の移動速度を計測し、
前記視軸角速度と前記相対距離と前記移動物体追跡時の移動速度に基づいて、前記移動物体上の追跡点から前記移動物体の移動速度方向から所定の角度だけ回転した方向に所定長さだけ離れた参照点を追跡するための参照点追跡角度を算出する、
移動物体の参照点追跡方法。
Capture moving objects with an imager,
The coordinates on the captured image of the tracking point on the moving object are calculated based on the image data acquired by the imager, and the coordinates on the captured image in the direction of the visual axis of the imager or the reference direction for tracking are represented. Calculating a tracking error representing a difference between the tracking origin coordinates and the tracking point coordinates on the moving object;
Based on the tracking error, generates a drive signal to a drive mechanism unit that drives the imager to capture the moving object in the field of view of the imager;
A visual axis angular velocity is calculated based on one or both of a sensor signal of a directivity angle and a moving angular velocity from the drive mechanism unit, and the tracking error,
Measure the relative distance to the moving object,
Measure the moving speed when tracking the moving object,
Based on the visual axis angular velocity, the relative distance, and the moving speed when tracking the moving object, the tracking point on the moving object is separated by a predetermined length in a direction rotated by a predetermined angle from the moving speed direction of the moving object. Calculate a reference point tracking angle for tracking the reference point
Reference point tracking method for moving objects.
前記相対距離の時間変化率、前記移動物体追跡時の移動速度及び前記視軸角速度の各値を使用して前記移動物体の移動速度を算出してから、前記参照点追跡角度を算出する請求項6記載の移動物体の参照点追跡方法。   The reference point tracking angle is calculated after calculating the moving speed of the moving object using each value of the time change rate of the relative distance, the moving speed when tracking the moving object, and the visual axis angular velocity. 6. A moving object reference point tracking method according to 6.
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