JP2023032184A - tracking device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、複数の追尾対象を複数のセンサで測定して位置などを算出する追尾装置に関する。 The present disclosure relates to a tracking device that measures a plurality of tracking targets with a plurality of sensors and calculates positions and the like.
従来、追尾対象を複数のセンサによって測定し、三角測量によって追尾対象の位置、速度などを求める方法がある。この方法を用いると、追尾対象の位置などの計算結果として、偽像、いわゆるゴーストが発生する。 Conventionally, there is a method of measuring a tracked target with a plurality of sensors and obtaining the position, speed, etc. of the tracked target by triangulation. When this method is used, a false image, a so-called ghost, is generated as a calculation result of the position of the tracking target.
特許文献1には、ゴーストを除去する追尾装置が開示されている。2つのセンサおよび2つの目標が関係する状況において、センサ101、102のそれぞれは、追尾対象を測定し、位置算出部103は、三角測量によって複数の目標候補の位置を算出する。真目標情報予測処理部201は、目標候補に関する位置情報と真の目標の運動モデルとに基づき、真の目標に関する未来の位置情報を予測位置情報として算出する。ゴースト情報予測処理部301は、目標候補に関する位置情報とゴーストの運動モデルとに基づき、ゴーストに関する未来の位置情報を予測位置情報として算出する。ゴースト判定処理部404は、目標候補の位置と真の目標の予測位置情報との残差および目標候補の位置とゴーストの予測位置情報との残差に基づき、それぞれの目標候補が真の目標であるかゴーストであるかを判別する。
Patent Literature 1 discloses a tracking device that removes ghosts. In a situation involving two sensors and two targets, each of
しかしながら、特許文献1に記載の方法は、目標候補が真の目標であるかゴーストであるかの判別が可能な状況が、目標数が2個の場合に限定されている。これに対し、Nを3以上の整数とし、2つのセンサに対して目標がN個存在する状況を想定すると、目標候補となる位置情報がN2個発生し、その中から真の目標の候補となるN個の位置情報の組合せを単純に列挙するとC(N2、N)通り存在し、この組合せの中にはセンサおよび目標の配置としては矛盾する、すなわち整合性のない位置関係も含まれる。そのため、目標の数が増えるほど、真の目標であるかゴーストであるかの判定に関わる演算量が膨大になり、判定結果として真の目標の配置としては矛盾する、すなわち整合性のない位置関係を選択する可能性がある、という問題があった。 However, in the method described in Patent Document 1, the situation in which it is possible to determine whether a target candidate is a true target or a ghost is limited to a case where the number of targets is two. On the other hand, assuming that N is an integer of 3 or more and that there are N targets with respect to two sensors, N 2 pieces of position information are generated as target candidates, and among them, true target candidates are generated. There are C (N 2 , N) combinations of N pieces of position information that are simply enumerated, and the combinations include inconsistent positional relationships, that is, inconsistent positions of sensors and targets. be Therefore, as the number of targets increases, the amount of calculation involved in determining whether they are true targets or ghosts becomes enormous, and as a result of the determination, the arrangement of true targets is inconsistent. There was a problem that there is a possibility to select .
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、目標が複数存在する状況において、演算量を削減しつつ、真の目標の配置として整合性のある位置関係を選択する追尾装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and provides a tracking device that selects a consistent positional relationship as a true target arrangement while reducing the amount of calculation in a situation where there are multiple targets. With the goal.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の追尾装置は、複数の目標を複数のセンサによって測定することで、真の目標とゴーストとを含む複数の目標候補の位置を算出する目標候補位置算出部と、真の目標についての位置情報と真の目標の運動モデルとに基づき、真の目標についての未来の位置情報を予測位置情報として算出する真目標情報予測処理部と、真の目標についての未来の位置情報と真の目標の運動モデルとゴーストの運動モデルとに基づき、ゴーストについての未来の位置情報を予測位置情報として算出するゴースト情報予測処理部と、真の目標とゴーストとを含む複数の目標候補の位置に対して、目標候補の位置の組合せとして、目標候補の位置について仮説を生成し、仮説を用いて、目標候補の位置と真の目標の予測位置情報との残差および目標候補の位置とゴーストの予測位置情報との残差に基づき、それぞれの目標候補が真の目標であるかゴーストであるかを判別する判別部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the tracking device of the present disclosure calculates the positions of multiple target candidates including true targets and ghosts by measuring multiple targets with multiple sensors. and a true target information prediction processing unit that calculates future position information about the true target as predicted position information based on the position information about the true target and the motion model of the true target, a ghost information prediction processing unit that calculates future position information about the ghost as predicted position information based on future position information about the true target, a motion model of the true target, and a motion model of the ghost; For a plurality of target candidate positions including ghosts, hypotheses are generated for target candidate positions as a combination of target candidate positions, and the hypotheses are used to obtain target candidate positions and true target predicted position information. and a discrimination unit that discriminates whether each target candidate is a true target or a ghost based on the residual of and the residual between the position of the target candidate and the predicted position information of the ghost. .
本開示の追尾装置は、目標が複数存在する状況において、演算量を削減しつつ、真の目標の配置として整合性のある位置関係を選択する、という効果を奏する。 The tracking device of the present disclosure has the effect of selecting a consistent positional relationship as the placement of the true target while reducing the amount of calculation in a situation where there are multiple targets.
以下に、本開示の実施の形態に係る追尾装置を図面に基づいて詳細に説明する。以降では、便宜上、いわゆる追尾対象を「目標」と称し、実際の追尾対象を「真の目標」と称し、偽像、ゴーストなどを「ゴースト」と称する。また、後述する第1のセンサ101および第2のセンサ102で目標を測定して目標の位置を計算した場合に得られる、真の目標およびゴーストを含んだものを「目標候補」と称する。また、第1のセンサ101および第2のセンサ102を区別しない場合は単に「センサ」と称することがある。また、電子出願の関係上、アルファベット文字の上に付く「^」をアルファベット文字の後に「(ハット)」と表記する。また、以降では、第1のセンサ101によって得られる目標到来方向の番号をiで表し、第2のセンサ102によって得られる目標到来方向の番号をjで表し、それぞれの組合せによる目標候補位置の番号を[i、j]のように表記する。
A tracking device according to an embodiment of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. Hereinafter, for the sake of convenience, the so-called tracked target will be referred to as a "target", the actual tracked target will be referred to as a "true target", and false images, ghosts, etc. will be referred to as "ghosts". Further, a target including a true target and a ghost obtained when the target is measured by the
実施の形態.
[装置構成]
図1は、本実施の形態に係る追尾装置1の構成例を示すブロック図である。図1における追尾装置1は、目標候補位置算出部10、真目標位置情報処理部20、ゴースト位置情報処理部30、判別部40、および表示装置50を備える。目標候補位置算出部10は、目標の測定結果から目標候補それぞれの位置を算出して出力する。真目標位置情報処理部20は、真の目標の位置情報と真の目標の運動モデルとを用いて真の目標の未来の位置情報を予測して算出し、真の目標の予測位置情報として出力する。ゴースト位置情報処理部30は、ゴーストの位置情報とゴーストの運動モデルとを用いてゴーストの未来の位置情報を予測して算出し、ゴーストの予測位置情報として出力する。判別部40は、目標候補それぞれの位置情報、真の目標の予測位置情報、およびゴーストの予測位置情報に基づき、目標候補それぞれについて真の目標であるかゴーストであるかを判別する。表示装置50は、真の目標の位置情報を表示する。
Embodiment.
[Device configuration]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a tracking device 1 according to this embodiment. The tracking device 1 in FIG. 1 includes a candidate target position calculator 10 , a true target position information processor 20 , a ghost position information processor 30 , a determination unit 40 , and a display device 50 . A target candidate position calculation unit 10 calculates and outputs the position of each target candidate from the target measurement result. The true target position information processing unit 20 predicts and calculates future position information of the true target using the position information of the true target and the motion model of the true target, and outputs it as predicted position information of the true target. do. The ghost position information processing section 30 predicts and calculates the future position information of the ghost using the position information of the ghost and the motion model of the ghost, and outputs it as predicted position information of the ghost. The determination unit 40 determines whether each target candidate is a true target or a ghost based on the position information of each target candidate, the predicted position information of the true target, and the predicted position information of the ghost. The display device 50 displays position information of the true target.
[処理概要]
図2は、本実施の形態に係る追尾装置1におけるゴースト判定の処理を示すフローチャートである。追尾装置1は、追尾処理を開始すると、目標の到来方向を測定して(ステップS101)、目標候補の位置を算出する(ステップS102)。次に、追尾装置1は、ステップS102において算出された目標候補の位置から、目標候補として評価対象とする位置の組合せについての仮説、すなわち目標位置候補の仮説を生成する(ステップS103)。追尾装置1は、並行して、真の目標についての現在の位置情報から未来の位置情報、つまり真の目標の予測位置情報を予測して算出するとともに(ステップS201)、ゴーストについての現在の位置情報から未来の位置情報、つまりゴーストの予測位置情報を予測して算出する(ステップS301)。その後、追尾装置1は、目標候補の位置と真の目標の予測位置情報との残差を算出し(ステップS202)、目標候補の位置とゴーストの予測位置情報との残差を算出する(ステップS302)。
[Outline of processing]
FIG. 2 is a flowchart showing ghost determination processing in the tracking device 1 according to the present embodiment. When the tracking process is started, the tracking device 1 measures the arrival direction of the target (step S101) and calculates the position of the target candidate (step S102). Next, the tracking device 1 generates hypotheses about a combination of positions to be evaluated as target candidates, that is, hypotheses of target position candidates, from the positions of the target candidates calculated in step S102 (step S103). In parallel, the tracking device 1 predicts and calculates future position information, that is, predicted position information of the true target from the current position information of the true target (step S201), and calculates the current position of the ghost. Future position information, ie, predicted position information of the ghost, is predicted and calculated from the information (step S301). After that, the tracking device 1 calculates the residual between the position of the target candidate and the predicted position information of the true target (step S202), and calculates the residual between the position of the target candidate and the predicted position information of the ghost (step S202). S302).
追尾装置1は、ステップS202、S302において算出されたこれらの残差を比較して(ステップS401)、目標候補のそれぞれが真の目標であるかゴーストであるかを判定する(ステップS501)。追尾装置1は、真の目標であると判定された目標候補を現在の真の目標として位置情報の平滑化、すなわち真の目標情報の平滑処理を行い(ステップS601)、目標情報である真の目標の位置情報を表示する(ステップS701)。また、追尾装置1は、ゴーストと判定された目標候補を現在のゴーストとして位置情報の平滑化、すなわちゴースト情報の平滑処理を行う(ステップS602)。追尾装置1は、追尾処理を継続する場合(ステップS801:Yes)、ステップS101、S201、S301に戻る。追尾装置1は、追尾処理を継続しない場合(ステップS801:No)、図2に示すフローチャートの処理を終了する。 The tracking device 1 compares these residuals calculated in steps S202 and S302 (step S401), and determines whether each target candidate is a true target or a ghost (step S501). The tracking device 1 performs smoothing of the position information, that is, smoothing processing of the true target information using the target candidate determined as the true target as the current true target (step S601). Target position information is displayed (step S701). The tracking device 1 also smoothes the position information of the target candidate determined to be a ghost as the current ghost, that is, smoothes the ghost information (step S602). If the tracking device 1 continues the tracking process (step S801: Yes), the process returns to steps S101, S201, and S301. If the tracking device 1 does not continue the tracking process (step S801: No), the process of the flowchart shown in FIG. 2 ends.
本実施の形態における追尾装置1のゴースト判定処理の流れは上述の通りであるが、図1に示す追尾装置1の各構成の詳細動作を以降に説明する。また、図2の処理に該当するステップを合わせて記載する。 The flow of the ghost determination processing of the tracking device 1 according to the present embodiment is as described above, and the detailed operation of each component of the tracking device 1 shown in FIG. 1 will be described below. Also, the steps corresponding to the processing in FIG. 2 will be described together.
[目標候補の位置算出]
目標候補位置算出部10は、第1のセンサ101、第2のセンサ102、および位置算出部103を備える。第1のセンサ101および第2のセンサ102は、アンテナを含む図示しない受信系によって信号を受信して、時刻tkにおける目標の到来方向を算出する(ステップS101)。第1のセンサ101および第2のセンサ102は、例えば、パッシブセンサであって、二次元角度センサなどのセンサである。位置算出部103は、第1のセンサ101および第2のセンサ102の位置、ならびに第1のセンサ101および第2のセンサ102によって算出された目標の到来方向に基づき、三角測量を用いて目標候補それぞれについて、時刻tkにおける三次元位置z[i、j]、k(i=1、…、N j=1、…、N)を算出する(ステップS103)。ここでは、複数の目標として、目標数であるNが3以上の整数の場合を想定する。この時刻tkにおける目標候補の三次元位置z[i、j]、kは、位置算出部103から判別部40に出力される。なお、本実施の形態では、追尾装置1が備えるセンサの数が2つの場合について説明するが、センサの数は2つに限られず、3つ以上であってもよい。このように、目標候補位置算出部10は、複数の目標を複数のセンサによって測定することで、真の目標とゴーストとを含む複数の目標候補の位置を算出する。
[Position calculation of target candidate]
The candidate target position calculator 10 includes a
判別部40は、真目標情報残差算出部401、ゴースト情報残差算出部402、残差比較処理部403、ゴースト判定処理部404、および目標候補組合せ仮説生成部405を備える。このうち、目標候補組合せ仮説生成部405は、位置算出部103から時刻tkにおける目標候補の三次元位置z[i、j]、kが入力され、目標候補の位置の組合せとして矛盾の無い、すなわち整合性のある位置関係の組合せについての仮説を生成する。真目標情報残差算出部401、ゴースト情報残差算出部402、残差比較処理部403、およびゴースト判定処理部404の詳細動作は後述する。
The determination unit 40 includes a true target information
[目標候補位置の組合せについての仮説の生成]
目標候補組合せ仮説生成部405は、次の考え方に基づいて目標候補位置の組合せについての仮説を生成する。
[Generation of Hypotheses for Combination of Target Candidate Positions]
The target candidate combination
(405-0)第1のセンサ101および第2のセンサ102において、N個の目標の到来方向を示す到来方向直線がそれぞれN本ずつ得られているとする。
(405-1)N個観測されている目標のうち2つに注目すると、真の目標となるペアは、4本の到来方向直線で形成されC(N、2)×C(N、2)個考えられる四角形それぞれにおいて、対角線の関係にある。
(405-2)405-1で形成される四角形において、真の目標となったペアとは異なる対角線上に位置するペアが、ゴーストのペアとなる。
(405-3)1本の到来方向直線上の真の目標の数は1個との前提を置けば、真の目標とゴーストとが同一の到来方向直線上に位置することから、ゴーストの位置は真の目標の位置に依存する。
(405-4)第1のセンサ101における1本の到来方向直線上に存在する、第2のセンサ102における到来方向直線との交点は依存関係にあるため、いずれか1個の交点を真の目標の候補とすれば、残りはゴーストの候補となる。
(405-5)405-1、405-2、および405-3から、2個目および3個目以降の真の目標の候補は、1個目の真の目標の候補と、到来方向直線によって形成される四角形上で対角線の関係にある。
(405-6)405-1から405-5までの関係を満たす真の目標の候補としての到来方向直線の交点の組合せは、P(N、N-1)通り存在する。例えば、目標数が3の場合、到来方向直線で形成される四角形が9個考えられ、真の目標の候補としての到来方向直線の交点の組合せは6通り存在する。
このように、目標候補組合せ仮説生成部405は、真の目標とゴーストとを含む複数の目標候補の位置に対して、目標候補の位置の組合せとして、目標候補の位置について矛盾の無い、すなわち整合性のある仮説を生成する。
(405-0) Assume that the
(405-1) Focusing on two of the N observed targets, the true target pair is formed by four direction-of-arrival lines C(N, 2)×C(N, 2) Each conceivable quadrangle has a diagonal relationship.
(405-2) In the quadrangle formed by 405-1, a pair located on a diagonal line different from the true target pair becomes a ghost pair.
(405-3) Assuming that the number of true targets on one line of arrival direction is one, since the true target and the ghost are located on the same line of arrival direction, the position of the ghost is depends on the true target position.
(405-4) Since the points of intersection with the straight line of the direction of arrival of the
(405-5) From 405-1, 405-2, and 405-3, the second, third, and subsequent true target candidates are They are in a diagonal relationship on the quadrangle to be formed.
(405-6) There are P(N, N-1) combinations of intersection points of arrival direction straight lines as true target candidates that satisfy the relationships from 405-1 to 405-5. For example, when the number of targets is 3, there are 9 quadrangles formed by straight lines of arrival directions, and there are 6 combinations of intersection points of straight lines of arrival directions as true target candidates.
In this way, the target candidate combination
[真の目標の予測値の算出]
真目標位置情報処理部20は、真目標情報予測処理部201および真目標情報平滑処理部202を備える。このうち、真目標情報平滑処理部202は、判別部40によって真の目標であると判別された目標候補を現在の真の目標とし、真の目標の位置、速度などの位置情報を平滑化するとともに(ステップS601)、真の目標の位置情報を表示装置50に出力する。真目標情報平滑処理部202の詳細動作は後述する。
[Calculation of predicted value of true target]
The true target position information processing section 20 includes a true target information prediction processing section 201 and a true target information smoothing processing section 202 . Of these, the true target information smoothing processing unit 202 treats the target candidate determined as the true target by the determination unit 40 as the current true target, and smoothes the position information such as the position and speed of the true target. Along with this (step S601), the positional information of the true target is output to the display device 50. FIG. Detailed operations of the true target information smoothing processing unit 202 will be described later.
真目標情報予測処理部201は、時刻tk-1における真の目標の現在の位置情報に基づき、時刻tkにおける真の目標の未来の位置情報を予測、すなわち真の目標の予測位置情報を予測して算出する(ステップS201)。具体的には、真目標情報予測処理部201は、真目標情報平滑処理部202が有する真の目標の現在の位置情報を、時刻tk-1における真の目標の位置、速度平滑値x(ハット)[i、j]、k-1|k-1(i=1、…、N、 j=1、…、N)、および平滑誤差共分散行列P(TGT) [i、j]、k-1|k-1とし、この真の目標の現在の位置および速度平滑値x(ハット)[i、j]、k-1|k-1、ならびに真の目標の運動を仮定した運動モデルに基づいて、真の目標の未来の位置情報として、時刻tkにおける真の目標の位置、速度予測値x(ハット)[i、j]、k|k-1、および予測誤差共分散行列P(TGT) [i、j]、k|k-1を算出し、判別部40に出力する。 True target information prediction processing section 201 predicts future position information of the true target at time t k based on the current position information of the true target at time t k −1 , that is, predicts the predicted position information of the true target. Predict and calculate (step S201). Specifically, the true target information prediction processing unit 201 converts the current position information of the true target held by the true target information smoothing processing unit 202 into the position of the true target at time t k−1 and the velocity smoothed value x( hat)[i,j], k−1|k − 1 (i=1, . . . , N, j=1, . −1|k−1 , the current position and velocity smoothed values x(hat) [i,j], k−1|k−1 of this true target, and the motion model assuming the motion of the true target Based on this, as the future position information of the true target, the true target position at time t k , the velocity prediction value x (hat) [i, j], k|k-1 , and the prediction error covariance matrix P ( TGT) [i, j], k|k−1 are calculated and output to the determination unit 40 .
真目標情報予測処理部201において、真の目標の運動モデルは式(1)によって定義され、真の目標についての予測位置情報、すなわち位置、速度予測値x(ハット)[i、j]、k|k-1、および予測誤差共分散行列P(TGT) [i、j]、k|k-1を式(2)によって算出する。 In the true target information prediction processing unit 201, the motion model of the true target is defined by Equation (1), and the predicted position information about the true target, that is, position, velocity predicted value x (hat) [i, j], k |k-1 , prediction error covariance matrix P (TGT) [i,j], and k|k-1 are calculated by equation (2).
式(1)および式(2)において、F(・)は真の目標の運動を仮定した関数であり、wkは位置および速度に対する6次元の駆動雑音ベクトルである。例えば真の目標の運動を等速直線運動と仮定する場合には、式(1)および式(2)はそれぞれ式(3)および式(4)の形となる。 In equations (1) and (2), F(·) is a function assuming true target motion, and w k is a 6-dimensional drive noise vector for position and velocity. For example, if the true motion of the target is assumed to be uniform linear motion, equations (1) and (2) are transformed into equations (3) and (4), respectively.
式(3)および式(4)において、I3×3は3行×3列の単位行列であり、O3×3は3行×3列の零行列であり、Q[i、j]、k-1は駆動雑音ベクトルの共分散行列である。 In equations (3) and (4), I 3 × 3 is a 3-row × 3-column identity matrix, O 3 × 3 is a 3-row × 3-column zero matrix, Q [i,j], k-1 is the covariance matrix of the drive noise vector.
なお、関数F(・)で定義する真の運動は等速直線運動に限られない。また、上記では一種類の関数F(・)による単一運動モデルを例として説明したが、複数の関数F(・)による多重運動モデルを用いてもよい。すなわち、真の目標の運動モデルは、複数の関数F(・)を組合せた多重運動モデルであってもよい。多重運動モデルを用いれば、未知である目標の運動に対して柔軟に対応することができる。このように、真目標情報予測処理部201は、真の目標についての位置情報と真の目標の運動モデルとに基づき、真の目標についての未来の位置情報を予測位置情報として算出する。真目標情報予測処理部201は、判別部40によって真の目標と判別された目標候補を真の目標として、真の目標の予測位置情報を算出する。 Note that the true motion defined by the function F(·) is not limited to uniform linear motion. In the above description, a single motion model based on one type of function F(·) has been described as an example, but multiple motion models based on a plurality of functions F(·) may be used. That is, the true target motion model may be a multiple motion model combining a plurality of functions F(·). The use of the multiple motion model can flexibly deal with unknown motions of the target. In this way, the true target information prediction processing unit 201 calculates future position information about the true target as predicted position information based on the position information about the true target and the motion model of the true target. The true target information prediction processing unit 201 calculates predicted position information of the true target by regarding the target candidate determined as the true target by the determination unit 40 as the true target.
[ゴーストの予測値の算出]
ゴースト位置情報処理部30は、ゴースト情報予測処理部301およびゴースト情報平滑処理部302を備える。このうち、ゴースト情報平滑処理部302は、判別部40によってゴーストであると判別された目標候補を現在のゴーストとし、ゴーストの位置、速度などの位置情報を平滑化する(ステップS602)。ゴースト情報平滑処理部302の詳細動作は後述する。
[Calculation of ghost prediction value]
The ghost position information processing section 30 includes a ghost information
ゴースト情報予測処理部301は、時刻tk-1におけるゴーストの現在の位置情報に基づき、時刻tkにおけるゴーストの未来の位置情報を予測、すなわちゴーストの予測位置情報を予測して算出する(ステップS301)。具体的には、ゴースト情報予測処理部301は、ゴースト情報平滑処理部302が有するゴーストの現在の位置情報を、時刻tk-1におけるゴーストの位置、速度平滑値y(ハット)[i、j]、k-1|k-1、および平滑誤差共分散行列P(GST)
[i、j]、k-1|k-1とし、このゴーストの現在の位置および速度平滑値y(ハット)[i、j]、k-1|k-1、ならびにゴーストの運動を仮定した運動モデルに基づいて、ゴーストの未来の位置情報として、時刻tkにおけるゴーストの位置、速度予測値y(ハット)[i、j]、k|k-1、および予測誤差共分散行列P(GST)
[i、j]、k|k-1を算出し、判別部40に出力する。
The ghost information
ゴースト情報予測処理部301が用いるゴーストの運動モデルの具体例を、図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態に係る追尾装置1のゴースト判定処理を行う際の目標候補の扱いを説明するための図である。図3は、第1のセンサ101および第2のセンサ102によってそれぞれN本ずつ得られている到来方向直線のうち、2本ずつの組合せに注目したものである。
A specific example of the ghost motion model used by the ghost information
図3に示すように、第1のセンサ101および第2のセンサ102のそれぞれの三次元位置を、原点(0、0、0)および(Dx、Dy、Dz)と仮定する。また、第1のセンサ101および第2のセンサ102での観測による目標候補[i、j]、[i、j′]、[i′、j]および[i′、j′]の三次元位置をそれぞれ(x[i、j]、y[i、j]、z[i、j])、(x[i、j′]、y[i、j′]、z[i、j′])、(x[i′、j]、y[i′、j]、z[i′、j])および(x[i′、j′]、y[i′、j′]、z[i′、j′])で表す。
As shown in FIG. 3, assume the respective three-dimensional positions of the
ここで、目標候補[i、j]および[i′、j′]が真の目標であり、目標候補[i、j′]および[i′、j]がゴーストであると仮定する。この場合、ゴーストである目標候補[i、j′]および[i′、j]のうち、目標候補[i、j′]の三次元位置(x[i、j′]、y[i、j′]、z[i、j′])が、空間内の各目標と各センサとを結ぶ直線の交点として、式(5)で算出される。 Now suppose target candidates [i,j] and [i',j'] are true targets and target candidates [i,j'] and [i',j] are ghosts. In this case, the three-dimensional position (x [i,j '], y [i,j '] , z [i,j'] ) are calculated by equation (5) as intersections of straight lines connecting each target and each sensor in space.
また、目標候補[i′、j]の三次元位置(x[i′、j]、y[i′、j]、z[i′、j])についても、式(5)と同様の要領で算出される。 Also, the three-dimensional position (x [i',j] , y [i',j] , z [i',j] ) of the target candidate [i',j] is calculated in the same way as in Equation (5). Calculated by
この式(5)の関係を用いて、ゴーストの運動モデルを式(6)で定義する。このように、ゴーストの運動モデルは、目標候補組合せ仮説生成部405で生成された仮説で示される組合せにおける真の目標の位置とゴーストの位置との関係を利用したものである。
A motion model of the ghost is defined by Equation (6) using the relationship of Equation (5). Thus, the motion model of the ghost utilizes the relationship between the position of the true target and the position of the ghost in the combination indicated by the hypotheses generated by the target candidate combination
そして、ゴースト情報予測処理部301は、式(7)によってゴーストについての予測位置情報として、位置、速度予測値y(ハット)[i、j′]、k|k-1、および予測誤差共分散行列P(GST)
[i、j′]、k|k-1を算出し、判別部40に出力する。
Then, the ghost information
なお、ゴースト情報予測処理部301は、真の目標についての未来の位置情報、真の目標の運動モデルなどを用いてもよい。複数のセンサによって複数の目標を追尾する場合、ゴーストの位置および速度を、センサの位置と真の目標の位置および速度から求めることができることを利用してゴーストの運動モデルを規定しており、このゴーストの運動モデルはセンサ、目標などについて個々に仮定したものでないため、一般化した状況でゴーストを除去することができる。すなわち、ゴースト情報予測処理部301は、真の目標についての未来の位置情報と真の目標の運動モデルとゴーストの運動モデルとに基づき、ゴーストについての未来の位置情報を予測位置情報として算出してもよい。ゴースト情報予測処理部301は、判別部40によってゴーストと判別された目標候補をゴーストとして、ゴーストの予測位置情報を算出する。
Note that the ghost information
[真の目標についての残差計算]
判別部40において、真目標情報残差算出部401には、目標候補組合せ仮説生成部405から時刻tkにおける目標候補の三次元位置z[i、j]、kが入力され、真目標情報予測処理部201から時刻tkにおける真の目標の未来の位置情報、つまり予測位置、速度予測値x(ハット)[i、j]、k|k-1、および予測誤差共分散行列P(TGT)
[i、j]、k|k-1が入力される。そして、これらの情報を取得した真目標情報残差算出部401は、時刻tkにおける目標候補の三次元位置z[i、j]、kと真の目標の予測位置との残差r(TGT)
[i、j]、kを式(8)によって算出する。また、真目標情報残差算出部401は、時刻tkにおける残差共分散行列S(TGT)
[i、j]、kおよび残差二次形式q(TGT)
[i、j]、kを式(9)によって算出する(ステップS202)。その後、真目標情報残差算出部401は、算出した残差r(TGT)
[i、j]、k、残差共分散行列S(TGT)
[i、j]、k、および残差二次形式q(TGT)
[i、j]、k、を残差比較処理部403に出力する。
[Residual calculation for true target]
In the determination unit 40, the true target information
なお、式(9)において、R[i、j]、k-1は観測雑音ベクトルの共分散行列である。このように、真目標情報残差算出部401は、目標候補の位置と真の目標の予測位置情報との残差r(TGT)
[i、j]、kから、真の目標についての残差二次形式q(TGT)
[i、j]、kを算出する。
Note that in equation (9), R [i,j], k-1 is the covariance matrix of the observed noise vector. In this way, the true target information
[ゴーストについての残差計算]
ゴースト情報残差算出部402には、目標候補組合せ仮説生成部405から時刻tkにおける目標候補の三次元位置z[i、j]、kが入力され、ゴースト情報予測処理部301から時刻tkにおけるゴーストの未来の位置情報、つまり予測位置、速度予測値y(ハット)[i、j]、k|k-1、および予測誤差共分散行列P(GST)
[i、j]、k|k-1が入力される。そして、これらの情報を取得したゴースト情報残差算出部402は、時刻tkにおける目標候補の三次元位置z[i、j]、kとゴーストの予測位置との残差r(GST)
[i、j]、kを式(10)によって算出する。また、ゴースト情報残差算出部402は、時刻tkにおける残差共分散行列S(GST)
[i、j]、kおよび残差二次形式q(GST)
[i、j]、kを式(11)によって算出する(ステップS302)。その後、ゴースト情報残差算出部402は、算出した残差r(GST)
[i、j]、k、残差共分散行列S(GST)
[i、j]、k、および残差二次形式q(GST)
[i、j]、k、を残差比較処理部403に出力する。
[Residual calculation for ghosts]
The ghost information
このように、ゴースト情報残差算出部402は、目標候補の位置とゴーストの予測位置情報との残差r(GST)
[i、j]、kから、ゴーストについての残差二次形式q(GST)
[i、j]、kを算出する。
In this way, the ghost information
[ゴースト判定]
残差比較処理部403には、真目標情報残差算出部401から目標候補と真の目標の予測位置情報との残差r(TGT)
[i、j]、k、および残差二次形式q(TGT)
[i、j]、kが入力され、ゴースト情報残差算出部402から目標候補とゴーストの予測位置情報との残差r(GST)
[i、j]、k、および残差二次形式q(GST)
[i、j]、kが入力される。次に、残差比較処理部403は、目標候補と真の目標の予測位置情報とから算出された残差二次形式q(TGT)
[i、j]、kを用いて、目標候補組合せ仮説生成部405で生成された全ての仮説に基づく到来方向直線の交点の組合せに対して、真の目標の運動モデルに基づく残差二次形式q(TGT)
[i、j]、kの和を算出する。また、残差比較処理部403は、目標候補とゴーストの予測位置情報とから算出された残差二次形式q(GST)
[i、j]、kを用いて、目標候補組合せ仮説生成部405で生成された全ての仮説に基づく到来方向直線の交点の組合せに対して、ゴーストの運動モデルに基づく残差二次形式q(GST)
[i、j]、kの和を算出する(ステップS401)。すなわち、残差比較処理部403は、目標候補組合せ仮説生成部405で生成された仮説で示される組合せに対応する真の目標についての残差二次形式q(TGT)
[i、j]、kの和を算出し、目標候補組合せ仮説生成部405で生成された仮説で示される組合せに対応するゴーストについての残差二次形式q(GST)
[i、j]、kの和を算出する。そして、残差比較処理部403は、算出した真の目標の運動モデルに基づく残差二次形式q(TGT)
[i、j]、kの和およびゴーストの運動モデルに基づく残差二次形式q(GST)
[i、j]、kの和を、ゴースト判定処理部404に出力する。
[Ghost Judgment]
The residual comparison processing unit 403 receives the residual r (TGT) [i, j], k between the target candidate and the predicted position information of the true target from the true target information
ゴースト判定処理部404には、残差比較処理部403で算出された真の目標の運動モデルに基づく残差二次形式q(TGT)
[i、j]、kの和およびゴーストの運動モデルに基づく残差二次形式q(GST)
[i、j]、kの和が入力される。次に、ゴースト判定処理部404は、真の目標の運動モデルに基づく残差二次形式q(TGT)
[i、j]、kの和が最小となる仮説、かつゴーストの運動モデルに基づく残差二次形式q(GST)
[i、j]、kの和が最大となる仮説を選択する(ステップS501)。
Ghost
このように、ゴースト判定処理部404は、目標候補の位置情報と真の目標の予測位置情報との残差r(TGT)
[i、j]、k、および目標候補の位置情報とゴーストの予測位置情報との残差r(GST)
[i、j]、kから、目標候補それぞれについて真の目標であるかゴーストであるかを判別することができる。すなわち、ゴースト判定処理部404は、残差比較処理部403で算出された真の目標の運動モデルに基づく残差二次形式q(TGT)
[i、j]、kの和およびゴーストの運動モデルに基づく残差二次形式q(GST)
[i、j]、kの和に基づいて組合せを選択することで、それぞれの目標候補が真の目標であるかゴーストであるかを判別することができる。なお、目標候補が真の目標であるかゴーストであるかの判別は、残差二次形式の和を用いた比較に限るものではない。
In this way, the ghost
ゴースト判定処理部404は、選択された仮説に基づく到来方向直線の交点の組合せを真の目標と判定し、かかる仮説に紐づいている残差を真目標情報平滑処理部202へ出力する。また、ゴースト判定処理部404は、到来方向直線の交点のうち、選択された仮説に基づく交点以外をゴーストと判定し、かかる交点に紐づいている残差をゴースト情報平滑処理部302へ出力する。具体的には、ゴースト判定処理部404は、真の目標であると判定された目標候補の番号に対応する、目標候補の位置情報と真の目標の予測位置情報との残差についての情報である残差r(TGT)
[i、j]、kおよび残差共分散行列S(TGT)
[i、j]、kを真目標情報平滑処理部202に出力する。また、ゴースト判定処理部404は、ゴーストであると判定された目標候補の番号に対応する、目標候補の位置情報とゴーストの予測位置情報との残差についての情報である残差r(GST)
[i、j]、kおよび残差共分散行列S(GST)
[i、j]、kをゴースト情報平滑処理部302に出力する。
The ghost
[真の目標の平滑処理]
真目標情報平滑処理部202は、ゴースト判定処理部404から入力された、残差r(TGT)
[i、j]、kおよび残差共分散行列S(TGT)
[i、j]、kに基づき、カルマンフィルタアルゴリズムに従い、式(12)によって真の目標の現在の位置情報、すなわち位置、速度平滑値x(ハット)[i、j]、k|kおよび平滑誤差共分散行列P(TGT)
[i、j]、k|kを算出する(ステップS601)。さらに、真目標情報平滑処理部202は、真の目標の位置、速度平滑値x(ハット)[i、j]、k|k、平滑誤差共分散行列P(TGT)
[i、j]、k|kなどの位置情報を、真目標情報予測処理部201および表示装置50に出力する。
[True target smoothing]
True target information smoothing processing section 202 applies residual r (TGT) [i, j], k and residual covariance matrix S (TGT) [i, j], k input from ghost
[ゴーストの平滑処理]
ゴースト情報平滑処理部302は、ゴースト判定処理部404から入力された、残差r(GST)
[i、j]、kおよび残差共分散行列S(GST)
[i、j]、kに基づき、カルマンフィルタアルゴリズムに従い、式(13)によってゴーストの現在の位置情報、すなわち位置、速度平滑値y(ハット)[i、j]、k|kおよび平滑誤差共分散行列P(GST)
[i、j]、k|kを算出する(ステップS602)。さらに、ゴースト情報平滑処理部302は、ゴーストの位置、速度平滑値y(ハット)[i、j]、k|k、平滑誤差共分散行列P(GST)
[i、j]、k|kなどの位置情報を、ゴースト情報予測処理部301に出力する。
[Ghost smoothing]
Based on the residual r (GST) [i, j], k and the residual covariance matrix S (GST) [i, j], k input from the ghost
表示装置50は、真目標情報平滑処理部202から入力された真の目標の位置、速度平滑値x(ハット)[i、j]、k|kなどを表示する(ステップS701)。なお、本実施の形態では、表示装置50が真目標情報平滑処理部202から入力された真の目標の位置、速度平滑値x(ハット)[i、j]、k|kなどを表示する構成を示したが、ゴースト情報平滑処理部302から表示装置50に対しても入力を行い、表示装置50がゴーストと判別された位置を、ゴーストである旨のアラームを付して表示する構成としてもよい。
The display device 50 displays the true target position, velocity smoothed value x(hat) [i,j], k|k, etc. input from the true target information smoothing unit 202 (step S701). In this embodiment, the display device 50 is configured to display the true target position, velocity smoothed value x (hat) [i, j], k|k, etc. input from the true target information smoothing unit 202. However, it is also possible to input from the ghost information smoothing
以上説明したように、本実施の形態によれば、追尾装置1は、複数のセンサに対して目標が複数、例えば3個以上存在する一般的な状況において、真の目標であるかゴーストであるかの判定に関わる演算量を削減しつつ、真の目標の配置として矛盾の無い、すなわち整合性のある位置関係を選択することができる。 As described above, according to the present embodiment, the tracking device 1 detects a true target or a ghost in a general situation where there are a plurality of targets for a plurality of sensors, for example, three or more targets. It is possible to select a consistent positional relationship as the true target arrangement while reducing the amount of calculation involved in the determination.
つづいて、本実施の形態に係る追尾装置1のハードウェア構成について説明する。追尾装置1において、第1のセンサ101および第2のセンサ102は、前述のように、二次元角度センサなどのパッシブセンサである。表示装置50は、LCD(Liquid Crystal Display)などのディスプレイである。追尾装置1のその他の構成は、処理回路により実現される。処理回路は、プログラムを格納するメモリ、およびメモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。処理回路は制御回路とも呼ばれる。
Next, the hardware configuration of the tracking device 1 according to this embodiment will be described. In the tracking device 1, the
図4は、本実施の形態に係る追尾装置1が備える処理回路をプロセッサ91およびメモリ92で実現する場合の処理回路90の構成の一例を示す図である。図4に示す処理回路90は制御回路であり、プロセッサ91およびメモリ92を備える。処理回路90がプロセッサ91およびメモリ92で構成される場合、処理回路90の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ92に格納される。処理回路90では、メモリ92に記憶されたプログラムをプロセッサ91が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路90は、追尾装置1の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ92を備える。このプログラムは、処理回路90により実現される各機能を追尾装置1に実行させるためのプログラムであるともいえる。このプログラムは、プログラムが記憶された記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of the
ここで、プロセッサ91は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはDSP(Digital Signal Processor)などである。また、メモリ92は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(登録商標)(Electrically EPROM)などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはDVD(Digital Versatile Disc)などが該当する。
Here, the
図5は、本実施の形態に係る追尾装置1が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路93の構成の一例を示す図である。図5に示す処理回路93は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路93については、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路93は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the processing circuit 93 when the processing circuit included in the tracking device 1 according to the present embodiment is composed of dedicated hardware. The processing circuit 93 shown in FIG. 5 is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof. thing applies. The processing circuit 93 may be partially realized by dedicated hardware and partially realized by software or firmware. Thus, the processing circuitry 93 can implement each of the functions described above by dedicated hardware, software, firmware, or a combination thereof.
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the above embodiments are only examples, and can be combined with other known techniques, or can be combined with other embodiments, without departing from the scope of the invention. It is also possible to omit or change part of the configuration.
1 追尾装置、10 目標候補位置算出部、101 第1のセンサ、102 第2のセンサ、103 位置算出部、20 真目標位置情報処理部、201 真目標情報予測処理部、202 真目標情報平滑処理部、30 ゴースト位置情報処理部、301 ゴースト情報予測処理部、302 ゴースト情報平滑処理部、40 判別部、401 真目標情報残差算出部、402 ゴースト情報残差算出部、403 残差比較処理部、404 ゴースト判定処理部、405 目標候補組合せ仮説生成部、50 表示装置。
1 tracking device 10 target
Claims (6)
前記真の目標についての位置情報と前記真の目標の運動モデルとに基づき、前記真の目標についての未来の位置情報を予測位置情報として算出する真目標情報予測処理部と、
前記真の目標についての未来の位置情報と前記真の目標の運動モデルと前記ゴーストの運動モデルとに基づき、前記ゴーストについての未来の位置情報を予測位置情報として算出するゴースト情報予測処理部と、
前記真の目標と前記ゴーストとを含む前記複数の目標候補の位置に対して、前記目標候補の位置の組合せとして、前記目標候補の位置について仮説を生成し、前記仮説を用いて、前記目標候補の位置と前記真の目標の予測位置情報との残差および前記目標候補の位置と前記ゴーストの予測位置情報との残差に基づき、それぞれの前記目標候補が真の目標であるかゴーストであるかを判別する判別部と、
を備えることを特徴とする追尾装置。 a target candidate position calculation unit that calculates the positions of a plurality of target candidates including a true target and a ghost by measuring a plurality of targets with a plurality of sensors;
a true target information prediction processing unit that calculates future position information of the true target as predicted position information based on the position information of the true target and the motion model of the true target;
a ghost information prediction processing unit that calculates future position information about the ghost as predicted position information based on future position information about the true target, a motion model of the true target, and a motion model of the ghost;
generating hypotheses about the positions of the target candidates as a combination of the positions of the target candidates for the positions of the plurality of target candidates including the true target and the ghost; and the predicted position information of the true target and the residual between the position of the target candidate and the predicted position information of the ghost, each said target candidate is a true target or a ghost a determination unit that determines whether
A tracking device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の追尾装置。 The determination unit generates the hypothesis consistent with the positions of the target candidates as a combination of the positions of the target candidates with respect to the positions of the plurality of target candidates including the true target and the ghost. ,
The tracking device according to claim 1, characterized by:
前記ゴースト情報予測処理部は、前記判別部によってゴーストと判別された前記目標候補をゴーストとして、前記ゴーストの予測位置情報を算出する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の追尾装置。 The true target information prediction processing unit calculates predicted position information of the true target using the target candidate determined as the true target by the determination unit as a true target,
The ghost information prediction processing unit calculates predicted position information of the ghost, with the target candidate determined as a ghost by the determination unit as a ghost.
3. The tracking device according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記目標候補の位置と前記真の目標の予測位置情報との残差から、前記真の目標についての残差二次形式を算出し、
前記目標候補の位置と前記ゴーストの予測位置情報との残差から、前記ゴーストについての残差二次形式を算出し、
前記仮説で示される組合せに対応する前記真の目標についての残差二次形式の和および前記仮説で示される組合せに対応する前記ゴーストについての残差二次形式の和を算出し、
算出した前記和に基づいて前記組合せを選択することで、それぞれの前記目標候補が真の目標であるかゴーストであるかを判別する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の追尾装置。 The determination unit is
calculating a residual quadratic form for the true target from the residual between the position of the target candidate and the predicted position information of the true target;
calculating a residual quadratic form for the ghost from the residual between the position of the target candidate and the predicted position information of the ghost;
calculating the sum of the residual quadratic forms for the true target corresponding to the hypothesized combination and the sum of the residual quadratic forms for the ghost corresponding to the hypothesized combination;
determining whether each target candidate is a true target or a ghost by selecting the combination based on the calculated sum;
The tracking device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の追尾装置。 The ghost motion model utilizes the relationship between the true target position and the ghost position in the combination shown in the hypothesis.
The tracking device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の追尾装置。 The true target motion model is a multiple motion model combining multiple functions,
The tracking device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
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