JP3962063B2 - 定位推定の精度を改善するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明を実施することができる適切なコンピューティングシステム環境100の例を示している。コンピューティングシステム環境100は、適したコンピューティング環境の一例にすぎず、本発明の使用または機能の範囲に関していかなる限定を示唆するものではない。また、コンピューティング環境100を、例示的な動作環境100に示した構成要素のいずれか1つまたはその組合せに関するいかなる依存性または要件を有しているものとも解釈すべきではない。
ここに記載したシステムおよび方法は、従来の定位技術から導出された初期の定位推定の信頼性および精度を改善することによって1つまたは複数のオブジェクトまたは信号源を追跡したり、またはその位置を特定したりするための既存の信号定位技術を強化するように動作する。以下の説明を通じて、「オブジェクト」という用語は、定位方法を介して追跡されるか、または位置が特定される実際のオブジェクト、または信号源(喋っている人物からの音、電波源、レーダ反射など)のいずれかを参照するのに使用することに留意されたい。後処理技術の使用を通して改善される定位技術は、例えば、マイクロフォンアレイ入力に基づく従来の音源定位(SSL)システム、指向性アンテナアレイ入力に基づく従来の電波源定位システム、レーダまたはレーザ受信機アレイに基づく従来の目標物定位および追跡システムなどを含む。このような定位技術は、当業者にはよく知られており、ここでは詳しく説明しないことに留意されたい。
ここに記載した定位推定の後処理のためのシステムおよび方法は、従来のいくつかの定位技術のいずれかを使用して初期のオブジェクト定位推定または測定を集め、生成し、そうでなければ取得することによって開始する。一般に、従来の定位データは通常、時間の関数として1次元、2次元、または3次元(例えば方向、方向および角度、または方向、角度および距離)で提供される。ここに記載した後処理技術は、任意の次元数の定位データに一般化することはできるが、説明上、次の説明では、定位データは3次元、すなわち規定の領域内の方向、高さおよび距離に加えて、方向、高さおよび距離の既知のまたは算出されたそれぞれの標準偏差σφ、σθ、σρであると想定する。
上記で概説したプロセスが、図2の概略システム図によって示されている。特に、図2のシステム図は、初期定位推定を後処理してこれらの定位推定の精度および信頼性を改善するためのシステムおよび方法を実施するためのプログラムモジュール間の相互関係を示している。このシステムおよび方法を一般に、以下「ポストプロセッサ」と呼ぶ。図2に破線で表したいずれのボックスおよびボックス間の相互接続は、ここに記載したポストプロセッサの代替の実施形態を表しており、これらの代替の実施形態の任意のものまたはすべては、後述するように、この文書を通じて説明する他の代替の実施形態との組合せで使用することができることに留意されたい。
上述したプログラムモジュールは、ここに記載したポストプロセッサの実施に用いられる。上記で概説したように、このポストプロセッサシステムおよび方法は、入力定位推定データの多段階の後処理を通して定位推定の精度および信頼性を自動的に改善する。以下のセクションでは、上記のプログラムモジュールを実施するための例示的な方法の動作について詳しく説明する。
上述したように、ここに記載したポストプロセッサは、多くの異なる定位技術に適用可能である。例えば、ここに記載した後処理システムおよび方法は、マイクロフォンアレイを使用したオーディオシステムでの音源定位(SSL)の結果を改善するよう動作する。同様に、本明細書に記載した後処理システムおよび方法は、例えばワイヤレスコンピュータネットワーク中のコンピュータのエンドポイントとともに使用するためのアンテナアレイの特定の指向性アンテナを選択するなど、無線信号の定位を改善するように動作する。他の例には、レーダおよびレーザ追跡システムが含まれる。このようなすべてのシステムを、以下まとめて「ソースローカライザ」と呼ぶ。
初期定位推定の後処置は、クラスタ化、潜在的オブジェクト(すなわち音源、電波源など)の検出、潜在的オブジェクトの位置の推定、重複オブジェクトの低減または削除、および信頼度の計算を含むいくつかの段階を伴う。これらの後処理段階について、次のセクションで説明する。
ワークボリューム(すなわち受信アレイによってモニタまたは提供される空間または量)は、あらかじめ定義されるか、従来の技術を使用して簡単に判定することができると想定する。特に、以下のパラメータは、ワークボリュームに関して既知であると想定する。
・最小および最大の方向角φminおよびφmax
・最小および最大の仰角θminおよびθmax
・最小および最大の距離ρminおよびρmax
これらのパラメータが与えられると、ワークボリュームは、ある数のM個の重なり合う領域またはセクションに自動的に分割される。等しいサイズの領域を使用することは必須ではないが、計算の複雑さを低減する役割を果たすことに留意されたい。セクションのサイズは、初期推定量(estimator)の精度に依存し、通常、6σなど標準偏差の約4倍から6倍を上回らないようにすべきであることに留意されたい。
上記のセクション3.2.1で説明したようにワークボリュームが領域に分割され、定位推定のクラスタが形成されると、どの領域が潜在的オブジェクトを有しているかに関する判定が行われる。例えば、ある特定の領域には位置推定がない場合、その特定の領域内にはオブジェクトがないと想定され、その領域は、計算のオーバーヘッドを低減するためにさらなる処理から除外される。
ワークボリュームの領域のすべてにおける潜在的オブジェクトについて定位推定を算出することができるが、前のステップで閾値Wthを超える重みを有するものとしてフラグが立てられなかった領域には、実際には何のオブジェクト、または高い信頼性を有する何の定位推定もありそうにない。結果として、一実施形態では、位置推定は、閾値Wthを超える重みを有する領域内の潜在的オブジェクトについてのみ算出される。一般に、後処理のこの段階中に提供された位置推定は、2段階の統計的な処理手法を伴う。
ここで、最終的な信頼度ciは、サブ信頼度のそれぞれをこの範囲に限定することによって0から1の間となる。
図2に関して上述し、セクション2および3に提供した詳細な説明に照らしたプロセスを、図3の概略動作フロー図によって示している。特に、図3は、ポストプロセッサの動作を示す例示的な動作フロー図を示している。図3に破線で表した任意のボックスおよびボックス間の相互接続は、ここに記載したポストプロセッサの代替の実施形態を表しており、これらの代替の実施形態の任意のものまたはすべては、後述するように、この文書を通じて説明する他の代替の実施形態との組合せで使用することができることに留意されたい。
121 システムバス
130 システムメモリ
131 ROM
132 RAM
133 BIOS
134 オペレーティングシステム
135 アプリケーションプログラム
136 他のプログラムモジュール
137 プログラムデータ
140 非リムーバブル不揮発性メモリインターフェース
141 ハードディスクドライブ
144 オペレーティングシステム
145 アプリケーションプログラム
146 他のプログラムモジュール
147 プログラムデータ
150 リムーバブル不揮発性メモリインターフェース
151 磁気ディスクドライブ
152 リムーバブル不揮発性磁気ディスク
155 光ディスクドライブ
156 リムーバブル不揮発性光ディスク
160 ユーザ入力インターフェース
161 マウス
162 キーボード
170 ネットワークインターフェース
171 ローカルエリアネットワーク
172 モデム
173 ワイドエリアネットワーク
180 リモートコンピュータ
181 メモリ記憶デバイス
185 リモートアプリケーションプログラム
190 ビデオインターフェース
191 モニタ
195 出力周辺インターフェース
196 プリンタ
197 スピーカ
198 マイクロフォンアレイ
199 オーディオインターフェース
200 受信機アレイ
210 初期定位推定モジュール
220 初期定位推定
230 寿命算出モジュール
240 寿命入力モジュール
250 クラスタ化モジュール
260 潜在的オブジェクト特定モジュール
265 潜在的オブジェクト定位モジュール
270 重複オブジェクト削除モジュール
280 新しい定位推定
290 信頼度算出モジュール
Claims (21)
- 初期定位推定の精度を自動的に改善するためのシステムであって、
複数の定位推定を備えた初期の1組の定位データを生成することと、
ワークボリュームを所定の数の重なり合う領域に分割することと、
各定位推定を任意の対応する重なり合う領域の1つまたは複数に割り当てて、前記重なり合う領域の1つまたは複数での定位推定の1つまたは複数のクラスタを形成することと、
定位推定の各クラスタによって表されるオブジェクトの位置を推定することと、
重なり合う領域におけるクラスタでの前記推定されたオブジェクトの位置を比較することによって前記オブジェクトのいずれかが重複オブジェクトであるかどうかを判定することと、
各重複オブジェクトを削除することと、
残りの推定された各オブジェクトの位置を提供して、1組の定位推定を作成することであって、前記1組の定位推定は、前記初期の1組の定位推定に比べて改善された1組の定位推定を表すことと
を備えたことを特徴とするシステム。 - 前記1組の定位推定での各定位推定の信頼度を算出することをさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 寿命が各定位推定に関連付けられ、期限切れの寿命を有する任意の定位推定が前記初期の1組の定位データから除外されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記寿命は、推定されたオブジェクトの動きに応じて算出されることを特徴とする請求項3に記載のシステム。
- 定位推定の各オブジェクトは、個別の寿命を有し、各オブジェクトの前記寿命は、推定されたオブジェクトの動きに応じて算出されることを特徴とする請求項3に記載のシステム。
- 前記1組の定位推定を使用して、定位推定の各クラスタによって表されるオブジェクトの位置の任意の後続の推定を初期化することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 重なり合う領域の数は、ユーザ定義可能であることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 重なり合いの量は、ユーザ定義可能であることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 定位推定の各クラスタによって表されるオブジェクトの位置を推定するのに先立って、重みベースの閾値を使用して、特定のクラスタが実際にオブジェクトを表すかどうかを判定することをさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記オブジェクトのいずれかが重複オブジェクトであるかどうかを判定することは、任意の2つ以上の潜在的オブジェクトの間の算出された距離に基づくことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 1組の新しい定位推定を1組の初期定位推定から自動的に生成するための方法であって、コンピューティングデバイスを使用して、
受信アレイによってモニタされているワークボリュームを1つまたは複数の重なり合う領域に分割し、前記1組の初期定位推定内の各初期定位推定を1つまたは複数の対応する重なり合う領域に割り当てることによって初期定位推定の1つまたは複数のクラスタを形成し、
初期定位推定の各クラスタから新しい定位推定を算出し、
各クラスタからの前記新しい定位推定を比較して、前記定位推定のいずれかが重複オブジェクトの位置を表すかどうかを判定し、
対応する重複定位推定より算出された重みが小さい各新しい定位推定を破棄することによって、重複オブジェクトを表す新しい定位推定を削除し、
残りの各新しい定位推定を提供して、1組の新しい定位推定を作成する
ことを備えることを特徴とする方法。 - 初期定位推定のクラスタを形成するのに先立って、所定の時間の量より古い推定を前記1組の初期定位推定から自動的に削除することを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記所定の時間の量は、時間にわたっての定位推定から生成された推定オブジェクトの動きの関数を推定することによって算出されることを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記1組の新しい定位推定を作成するのに使用される各新しい定位推定の信頼度を算出することをさらに備えることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 重なり合う領域の数および重なり合いの量は、ユーザ定義可能であることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 初期定位推定の各クラスタから新しい定位推定を算出することは、所定の閾値を超える算出された重みを有するクラスタについてのみ実行されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 受信アレイから導出された初期定位推定の信頼性および精度を自動的に改善するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ記憶媒体であって、前記コンピュータ実行可能命令は、コンピュータに、
受信アレイから受信された入力から1組の初期定位推定を生成することと、
前記受信アレイによってカバーされるワークボリュームを1組の少なくとも部分的に重なり合う領域に分割することと、
各初期定位推定を前記重なり合う領域の1つまたは複数に割り当てて、前記重なり合う領域の1つまたは複数内の初期定位推定の1つまたは複数のクラスタを作成することと、
前記初期定位推定のクラスタが潜在的オブジェクトを表す前記重なり合う領域のいずれかを特定することと、
潜在的オブジェクトを表すクラスタを含む重なり合う各領域内の前記潜在的オブジェクトの位置を推定することと、
推定された各位置を比較して、前記推定された位置のいずれかが重複する潜在的オブジェクトの位置を表すかどうかを判定することと、
重複する潜在的オブジェクトを表す推定位置を削除することと、
残りの各推定位置を、前記初期定位推定と比べて信頼性および精度が改善された新しい定位推定を表す1組の推定位置に提供することと
を実行させることを特徴とするコンピュータ記憶媒体。 - 前記コンピュータ実行可能命令は、コンピュータに、前記1組の推定位置に提供された各推定位置についての信頼度を算出することをさらに実行させることを特徴とする請求項17に記載のコンピュータ記憶媒体。
- 寿命は、各定位推定に関連付けられ、前記1組の初期定位推定を生成することは、現在の経過時間が前記関連付けられた寿命を超えるどの定位推定も除外することをさらに備えたことを特徴とする請求項17に記載のコンピュータ記憶媒体。
- 重なり合う領域の数および重なり合いの量は、ユーザ定義可能であることを特徴とする請求項17に記載のコンピュータ記憶媒体。
- 前記初期定位推定のクラスタが潜在的オブジェクトを表す前記重なり合う領域のいずれかを特定することは、
各クラスタの重みを算出することと、
前記重みを所定の重み閾値と比較することと、
その重みが前記所定の重み閾値未満の任意のクラスタを除外することと
をさらに備えたことを特徴とする請求項17に記載のコンピュータ記憶媒体。
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