JP5014637B2 - 多目標追尾装置 - Google Patents
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Description
近接多目標を追尾する場合やクラッタ等の不要信号環境下で目標を追尾する場合、複数のサンプリング時刻における観測値間の相関決定方法は追尾性能を左右する重要な部分である。相関とは図1に示す様な各サンプリング時刻で複数の観測値が得られた場合、「サンプリング時刻t1からサンプリング時刻t3に至るどの観測値を同じ目標と見なすか」を示すものである。
またもう一つの例としては、各々の既存航跡に対して可能な相関全てを考慮し、相関の組み合わせで仮説を構成し、各々の相関の度合いを基に仮説の信頼度を計算するMHT (Multiple Hypothesis Tracking)がある。この方式については、文献2:Donald B.Reidによる論文 “An Algorithm for Tracking Multiple Targets”(IEEE Transactions on Automatic Control, Vol.AC-24, No6, December,1979)にその詳細が説明されている。
複数フレーム割り当て法ではNサンプリング時刻に跨る観測値の相関決定をN次元の割り当て問題に変換して解く。定式化された割り当て問題を以下に示す。
N次元の割り当て問題:
変数zj1・・・jNには以下の意味がある。
図7はその多目標追尾装置の構成を示すブロック図、図8はその処理手順図である。後者の図8に従い図7のシステム図を参照しながら処理手順を説明する。
まず、「観測値入力」ステップS001で、センサ01から得られた過去から最新までのNサンプリング時刻分の観測値がコスト行列計算部02に入力される。
次の「コスト行列計算」ステップS002では、コスト行列計算部02が各サンプリング時刻から一つずつ観測値を選択し、その観測値の組み合わせによって形成される航跡の尤度比を計算し、その逆数を使ってコスト行列を計算する。
次の「Lagrange緩和解算出」ステップS004では、Lagrange緩和解算出部04がLagrange乗数によって緩和された2次元の割り当て問題の解を算出する。この2次元解の算出方法はハンガリー法等の高速な解導出方式があり、そのうちの何れかを使用する。導出された解のコストをq(u)とする。この緩和された2次元の割り当ての解と解のコストq(u) を緩和解とコストq(u)記憶部07に記憶させる。
次の「実現可能解算出」ステップS005では、実現可能解算出部05が上記の緩和解を修正して、全ての制約条件を満たす実現可能解を導出する。導出された解のコストをν(z) とする。この実現可能解と解のコストν(z)を実現可能解とコストν(z)記憶部08に記憶させる。
上記の「Lagrange乗数再設定ステップ」S006をLagrange乗数設定部03で実行した場合は以降Lagrange緩和解算出部04による「Lagrange緩和解算出」ステップS004と実現可能解算出部05による「実現可能解算出」ステップS005が、閾値条件を満たすまで繰り返される。
センサからの観測値を入力し、その観測値を得た観測回数が予め設定されたパラメータ値の整数倍か否かを判別する処理法選択部と、
観測回数がパラメータ値の整数倍以外のとき、センサからの観測値と既追尾航跡の相関を取り、新たな航跡を生成・出力する2次元相関算出部と、
観測回数がパラメータ値の整数倍のとき、センサからの観測値からコスト行列を1サンプリング時刻毎に更新しながら算出するとともに、観測回数がパラメータ値の整数倍以外のとき、2次元相関算出部が生成した新たな航跡の尤度比および目標とする観測値が得られる可能性の高いゲート内の範囲にある観測値を使用して作った航跡の尤度比をもとにコストの少ない上位m個の相関を計算し、現サンプリング時刻までのコスト行列の更新を行うコスト行列更新部と、
観測回数がパラメータ値の整数倍のとき、コスト行列更新部が更新したコスト行列に基づきLagrange緩和法を用いてLagrange乗数を計算するLagrange乗数設定部と、
観測回数がパラメータ値の整数倍のとき、Lagrange乗数によって緩和された制約条件下で相関解を計算するLagrange緩和解算出部と、
観測回数がパラメータ値の整数倍のとき、Lagrange緩和解を修正して全ての制約条件を満たす解を計算し、新たな航跡を生成・出力する実現可能解算出部を備える。
この発明の実施の形態1に関わる多目標追尾装置を図面を参照しながら説明する。
図9は,この発明の実施の形態1に関わる多目標追尾装置の構成を示すブロック図であり、図10は、この発明の実施の形態1に関わる多目標追尾装置による追尾処理の処理手順図である。
以下この図10の手順図に従い図9のブロック図を参照しながら相関決定処理の内容を説明する。
なお上記の尤度計算は、観測値の組み合わせから得られる全ての航跡でなく、上位mの尤度を達成する航跡のみについて尤度比計算を行い、その他の航跡については形成不可とする様な処理内容でもよい。
「コスト行列更新」S013ステップ以降の処理は従来技術と同様である。
この発明の実施の形態2に関わる多目標追尾装置を図面を参照しながら説明する。
図12は,この発明の実施の形態2に関わる多目標追尾装置の構成を示すブロック図である。また図13は、この発明の実施の形態2に関わる多目標追尾装置による追尾処理の処理手順図である。以下この図13の手順図に従い図12のブロック図を参照しながら相関決定処理の内容を説明する。
複数フレーム割り当て処理ではまずコスト行列計算部02による「コスト行列計算」ステップS002から実行されるが、このステップS002から実現可能解算出部05による「実現可能解算出」ステップS005までのステップの処理内容は従来技術と同様である。その後Lagrange緩和解と実現可能解のコストの比較が実現可能解算出部05で行われ閾値判定で解導出が繰り返される場合、「Lagrange乗数再設定」ステップS006の前で「コスト行列縮小」ステップS014がコスト行列縮小部13によって実行される。このステップS014では、実現可能解と2次元相関算出の解を比較し、一致している部分については決定済みとしてコスト行列から該当する要素を削除する。
なお上記は2次元相関算出部11における一つの解からコスト行列を縮小する方法を説明したが、2次元相関にはMHTを使用することを前提とし、コスト行列縮小部13がMHTで計算された複数仮説の上位m個に対応するm個の解全てに共通する部分のみをコスト行列から削除する様にしてもよい。
この発明の実施の形態3に関わる多目標追尾装置を図面参照しながら説明する。
図17は,この発明の実施の形態3に関わる多目標追尾装置の構成を示すブロック図である。また図18は、この発明の実施の形態3に関わる多目標追尾装置による追尾処理の手順図である。以下、この図18の手順図に従い図17のブロック図を参照しながら相関決定処理の内容を説明する。
「Lagrange乗数初期値計算」ステップS015がLagrange乗数初期値計算部14によって実行される。このステップS015では、2次元相関算出部11による2次元相関の解が緩和解と一致する様にLagrange乗数の初期値を計算する。このLagrange乗数の初期値の設定について説明する。緩和された2次元のコスト行列の各要素は以下の式で表せる。
このステップ以降の処理内容は従来技術と同様である。
この発明の実施の形態4に関わる多目標追尾装置を図面参照しながら説明する。
図19は,この発明の実施の形態4に関わる多目標追尾装置の構成を示すブロック図である。また図20は、この発明の実施の形態4に関わる多目標追尾装置による追尾処理の手順図である。以下、この図20の手順図に従い図19のブロック図を参照しながら相関決定処理の内容を説明する。
複数フレーム割り当て法を処理する側では従来技術の「コスト行列計算」ステップS002がコスト行列計算部02で行われた後、「複数Lagrange乗数初期値計算」ステップS016が複数Lagrange乗数初期値計算部15によって実行される。このステップでは、MHT処理部11の処理における上位m仮説の相関の解が緩和解と一致する様に、m通りのLagrange乗数の初期値を計算する。
「Lagrange緩和解算出」ステップS004ではm通りのLagrange乗数についてm個の緩和解を導出する。
「実現可能解算出」ステップS005では前ステップで算出されたm個の緩和解の各々について実現可能解を算出する。
その後の閾値比較では、m個ある実現可能解のコストの最小値とm個ある緩和解のコストの最大値を使って以下の様な閾値判定を行う。
この発明の実施の形態5に関わる多目標追尾装置を図面参照しながら説明する。
図21は,この発明の実施の形態5に関わる多目標追尾装置の構成を示すブロック図である。また図22は、この発明の実施の形態5に関わる多目標追尾装置による追尾処理の手順図である。以下、この図22の手順図に従い図21のブロック図を参照しながら相関決定処理の内容を説明する。
複数フレーム割り当て法を処理する側では従来技術の「コスト行列計算」ステップS002がコスト行列計算部02で行われた後、「複数Lagrange乗数初期値計算」ステップS016が複数Lagrange乗数初期値計算部15によって実行される。このステップでは、MHT処理部011の処理における上位m仮説の相関の解が緩和解と一致する様に、m通りのLagrange乗数の初期値を計算する。複数Lagrange乗数初期値計算部15によって得られたm通りのLagrange乗数の初期値はLagrange乗数初期値記憶部20に記憶される。
「Lagrange緩和解算出」ステップS004では従来技術と同様に、Lagrange緩和解算出部04が緩和解を導出する。
「実現可能解算出」ステップS005では従来技術と同様に、前ステップS004でLagrange緩和解算出部04により算出された緩和解から実現可能解算出部05が実現可能解を算出する。
その後の閾値比較は従来技術と同様に行い、その後解の収束具合の判定を行う。この収束具合は以下の式に示すコスト差の割合、
Claims (6)
- センサからの観測値を入力し、その観測値を得た観測回数が予め設定されたパラメータ値の整数倍か否かを判別する処理法選択部と、
観測回数がパラメータ値の整数倍以外のとき、センサからの観測値と既追尾航跡の相関を取り、新たな航跡を生成・出力する2次元相関算出部と、
観測回数がパラメータ値の整数倍のとき、センサからの観測値からコスト行列を1サンプリング時刻毎に更新しながら算出するとともに、観測回数がパラメータ値の整数倍以外のとき、2次元相関算出部が生成した新たな航跡の尤度比および目標とする観測値が得られる可能性の高いゲート内の範囲にある観測値を使用して作った航跡の尤度比をもとにコストの少ない上位m個の相関を計算し、現サンプリング時刻までのコスト行列の更新を行うコスト行列更新部と、
観測回数がパラメータ値の整数倍のとき、コスト行列更新部が更新したコスト行列に基づきLagrange緩和法を用いてLagrange乗数を計算するLagrange乗数設定部と、
観測回数がパラメータ値の整数倍のとき、Lagrange乗数によって緩和された制約条件下で相関解を計算するLagrange緩和解算出部と、
観測回数がパラメータ値の整数倍のとき、Lagrange緩和解を修正して全ての制約条件を満たす解を計算し、新たな航跡を生成・出力する実現可能解算出部を備えてなることを特徴とする多目標追尾装置。 - センサからの観測値と既追尾航跡の2次元相関の解を求め、この解から新たな航跡を生成する2次元相関算出部と、
同じくセンサからの観測値からコスト行列を算出するコスト行列計算部と、
このコスト行列に基づきLagrange緩和法を用いてLagrange乗数を計算するLagrange乗数設定部と、
Lagrange乗数によって緩和された制約条件下で相関解とそのコストを計算するLagrange緩和解算出部と、
Lagrange緩和解を修正して全ての制約条件を満たす解を実現可能解としてコスト行列から計算し、実現可能解のコストとLagrange緩和解のコストの差をLagrange緩和解のコストで除算した値が閾値以下のとき、新たな航跡を生成・出力する実現可能解算出部と、
実現可能解算出部が計算する実現可能解のコストとLagrange緩和解のコストの差をLagrange緩和解のコストで除算した値が閾値を超えるとき実現可能解と2次元相関算出部が算出する相関の解を比較し、一致する部分をコスト行列から削除した縮小コスト行列をLagrange乗数再設定のためLagrange乗数設定部に入力するコスト行列縮小部を備えてなることを特徴とする多目標追尾装置。 - 2次元相関算出部はMHT方式を使用し、コスト行列縮小部がMHT方式で計算された複数仮説の上位m個の全てに共通する部分のみをコスト行列から削除することを特徴とする請求項2に記述の多目標追尾装置。
- センサからの観測値と既追尾航跡の2次元相関の解を求め、この解から新たな航跡を生成する2次元相関算出部と、
同じくセンサからの観測値からコスト行列を算出するコスト行列計算部と、
コスト行列に基づきLagrange緩和法を用いてLagrange乗数を計算するLagrange乗数設定部と、
2次元相関算出部が算出する2次元相関の解と緩和解が一致するようにLagrange乗数の初期値を算出するLagrange乗数初期値計算部と,
Lagrange乗数によって緩和された制約条件下で相関解を計算するLagrange緩和解算出部と、
Lagrange緩和解を修正して全ての制約条件を満たす実現可能解を計算する実現可能解算出部を備えてなることを特徴とする多目標追尾装置。 - センサからの観測値と既追尾航跡の2次元相関の解を求め、この解から新たな航跡を生成する2次元相関算出処理をMHT方式に従って行うMHT処理部と、
同じくセンサからの観測値からコスト行列を算出するコスト行列計算部と、
コスト行列に基づきLagrange緩和法を用いてLagrange乗数を計算するLagrange乗数設定部と、
Lagrange乗数によって緩和された制約条件下でm個の相関解を算出するLagrange緩和解算出部と、
m個のLagrange緩和解を修正して全ての制約条件を満たすm個の実現可能解をコスト行列から計算する実現可能解算出部と、
MHT処理部が算出する複数仮説のうち上位m個分について、それに相当する相関の解と緩和解が一致するようにm通りのLagrange乗数の初期値を算出する複数Lagrange乗数初期値計算部
を備えてなることを特徴とする多目標追尾装置。 - センサからの観測値と既追尾航跡の2次元相関の解を求め、この解から新たな航跡を生成する2次元相関算出処理をMHT方式に従って行うMHT処理部と、
同じくセンサからの観測値からコスト行列を算出するコスト行列計算部と、
コスト行列に基づきLagrange緩和法を用いてLagrange乗数を計算するLagrange乗数設定部と、
Lagrange乗数によって緩和された制約条件下で相関解を計算するLagrange緩和解算出部と、
Lagrange緩和解を修正して全ての制約条件を満たす実現可能解をコスト行列から計算する実現可能解算出部と、
MHT処理部が算出する複数仮説のうち上位m個分について、それに相当する相関の解と緩和解が一致するようにm通りのLagrange乗数の初期値を算出する複数Lagrange乗数初期値計算部と、
所定のLagrange乗数の初期値からの解の導出過程で、その収束度合いが小さい場合に複数Lagrange乗数初期値計算部が算出した別のLagrange乗数の初期値に切り換えて解の導出を行うLagrange乗数初期値切り換え部を備えてなることを特徴とする多目標追尾装置。
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