JPH02196371A - 微分相関器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、計測一般や画像処理等の分野において、信号
の時間的ずれを検出するための相関関数算出用として好
適な微分相関器に関する。

〔従来の技術〕

一般に、相関関数は、時間若しくは空間座標の信号から
情報を抽出する手段の一つとして、計測や信号処理に広
く利用されている。

−例として、第７図（１）ないしく２）に示す二つの信
号ｉ＋　　（ｘ）、ｉ２　（ｘ）から相互相関関数を用
いてずれ量ｄ。を求める場合を考える。

信号ｉ、（ｘ）、ｉ２　（ｘ）の間には、１２　　（ｘ
）＝ｉ、（ｘ　　ｄ、））・・・・・・・・・・・・■
の関係がある。相互相関関数 Ｒ，□（ｄ） ・・・・・・・・・・・■ は、ｄ＝ｄｏで る。

換言すれば、相互相関関数は、式■がら明らがなように
、一方の信号を移動し、二つの信号の積の区間平均を比
較する操作であり、ｄ＝ｄ、で信号が重なった場合に最
大値を取る。

例えば、第７図に示ずＸ＝Ｘ２では第８図（２）に示す
ように正しい位置にピークを得るが、Ｘ＝Ｘ、では第８
図（１）に示すように正しい結果を与えない。

しかしながら、イメージセンサを用いた速度計のように
、イメージセンサの画素数から十分なデータ長を取れな
い場合があり、また、計算時間データサンプリングの時
間的制約からデータ長を短縮しなければならない場合が
ある。

かかる場合に、従来の相関関数計算装置では、前述した
不都合が生じていた。

〔発明が解決しようとした課題〕

上述した従来例においては、信号が重なる場合の積ｉ＋
２（ｘ）と信号が重ならない場合の積ＩＩ　　（ｘ）ｉ
ｚ　　（ｘ十ｄ）とを比較すれば、いがなるＸにおいて
もｉｔ”（ｘ）の方が大きいわけではない。十分長い区
間、つまりデータ長について平均をとれば、その平均値
は信号が重なる場合で最大となるのである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善し
、とくに、データ長が短い場合にあっても、信号のずれ
量を正確に検出せしめることが可能な微分相関器を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、第１の入力信号と、この第１の入力信号に
対し時間的なずれを有する第２の入力信号とを入力して
それぞれの微分値を出力する信号微分手段と、この信号
微分手段の出力信号をアナログ・ディジタル変換するア
ナログ・ディジクル変換器と、このディジタル変換され
た信号データを一時的に記憶する記憶手段と、この信号
データに基づき所定の演算を行って相関関数を算出する
相関関数算出手段と、この相関関数の算出結果から前記
第１の入力信号と第２の入力信号とのずれ量を求める演
算制御手段とを備えている等の構成を採っている。これ
によって、前述した目的を達成しようとしたものである
。

［発明の第１実施例〕 以下、本発明の第１実施例を第１図、第４図および第５
図に基づいて説明する。

この第１図に示す実施例は、第１の入力信号としてのｉ
、　　（ｘ）と、この信号ｉ、　　（ｘ）に対し時間的
なずれを有する第２の入力信号としての１（ｘ）とを入
力してそれぞれの微分値：を出力する信号微分手段とし
てのサンプリング回路１を備えている。このサンプリン
グ回路１には、サンプリング間隔に対応したクロックパ
ルスを出力するクロック回路２が併設されている。また
、このサンプリング回路１の出力段には、このサンプリ
ング回路１の出力信号をアナログ・ディジタル変換する
アナログ・ディジタル変換器（以下ｒＡ／Ｄ変換器」と
いう）３が併設されている。このＡ／Ｄ変換器３の出力
段にはダイレクト・メモリ・アクセスコントローラ（以
下ｒＤＭＡｃＪという）４が併設されている。このＤＭ
ＡＣ４によって、ディジタル変換された信号データが直
接、データバス５０を介して次段に設けられた記憶手段
としてのランダム・アクセス・メモリ（以下ｒＲＡＭ、
という）５に転送され、−時的にＲＡＭ５に記憶される
ようになっている。

このＲＡＭ５には、この記憶された信号データに基づき
予め記憶した数式に基づき所定の演算を行って相関関数
を具体的に算出する相関関数算出手段としてのディジタ
ル・シグナル・プロセッサ（以下ｒＤｓＰＪという）６
と、この相関関数の算出結果から信号ｉ、（ｘ）とｉ２
　（Ｘ）とのずれ量を求める演算制御手段としてのマイ
クロ・コンピュータ・ユニット（以下ｒＭＣＵ、という
）■とが、データバス５０を介して併設されている。

前述したクロック回路２は、図示しない水晶振動子等を
備えたクロック・ジェネレータの一種である。このクロ
ック回路２の出力であるクロックパルスはＡ／Ｄ変換器
３及びＤＭＡＣ４にも送出されている。

前記サンプリング回路１は、第Ｆ図に示すように直列接
続された二つのサンプルホールド回路（以下ｒＳＨ回路
」という）１０ａ、１０ｂと。

これらのＳＨ回路１０ａ、１０ｂの両出力を受けてこの
差分値（差向）を出力する減算回路１０ｃとからなる第
１の信号微分回路１０と、この第１の信号微分回路１０
と同様に、ＳＨ回路２０ａ。

２０ｂ及び減算回路２０ｃとからなる第２の信号微分回
路２０とにより構成されている。

次に上記実施例の作用動作を説明する。

信号ｉ、（ｘ）は、クロックパルスに同期して順次ＳＨ
回路１０ａに記憶される。ここで、ｎ番目のクロックパ
ルスで当該ＳＨ回路１０ａに記憶されるデータを１１　
（Ｘ、、）とすれば、次のクロックパルスで該ＳＨ回路
１０ａにはデータｉ（Ｘ、、＋＋）が記憶される。この
時、前のデータｉ（Ｘ、、）はＳＨ回路１０ｂに送られ
て記憶される。

この結果、減算回路１０ｃでは、ＳＨ回路１０ａ、１０
ｂに記憶されたデータを受け、これらの差分データΔｉ
Ｉを出力する。ここに、ΔｉＩ ＝［ｉ、（ｘ、、、）−ｉｔ　　（ｘ、）］／ΔＸ（但
し、Δｘ＝ｘ、□　−Ｘ□） である。同様にして、第２の微分回路２０は、信号ｉ２
　（ｘ）を入力して、差分データΔｉ２を出力する。

Δ１２ ＝　［ｉ２　（ｘ、、、）−ｉ−（Ｉ７）］／ΔＸであ
る。

しかるに、クロックパルスは非常に高い周波数で出力さ
れるので、減算回路１０Ｃ２及び減算回路２０ｃの出力
は信号＋１＋１２の微分値と考えて差し支えない。

次いで、これらの減産回路ＩＱ、ｃ、２０Ｃから出力さ
れる差分データ（微分データ）Δｉｌ＋　Δ１２はＡ／
Ｄ変換器３により、ディジタルデータＴ１　（ｎ）、１
２　　（ｎ）に変換される。そして、これらのディジタ
ルデータＩ＋　　（ｎ）、Ｉ２　　（ｎ）は、ＤＭＡＣ
４により直接ＲＡＭ５に転送され記憶される。次に、Ｄ
ＳＰ６は、このＲＡＭ５に記憶されたデータに基づき、
予め記憶している次式■の計算を行い具体的な相関関数
を算出する。

Ｒ１□（ｍ） −（１／Ｎ）　　ΣＩ＋　　（ｎ）１２　　（ｎ＋ｍ）
・・・・・■ （ただし、０≦ｍ） ＤＳＰ６は、積和計算用の素子であり、相関計算を高速
で処理できる。

ＤＳＰ６による相関関数の計算結果Ｒ＋ｚ（ｍ）は、Ｒ
ＡＭ５に戻され記憶される。

最後に、ＭｅＯ２では、相関関数の計算結果からずれ量
ｄ。を求め出力する。

また、このＭｅＯ２では、必要に応じて、ＲＡＭ５に記
憶された相関関数を適当な形に整えて出力する。この他
に、このＭｅＯ２では、ＤＭＡＣ４、ＤＳＰ６等の制御
等も行っている。

第４図（１）ないしく２）に前述した第７図の信号ｉ＋
　　（ｘ）、ｉ２　（ｘ）の微分値を示し、第５図はそ
の微分値のデータ長Ｘ＝Ｘ、での相関関数を示す。この
第５図から明らかなように、従来例の通常の相関関数で
は正しいずれ量が得られないデータ長Ｘ＝Ｘ、でも、本
実施例の微分値の相関関数では正しいずれ量を得ること
ができる。

微分操作は、信号の微少変化を取り出すことができるの
で、信号の持つ情報をより多く取り出すことができる。

従って、微分値の相関関数は従来例における通常の相関
関数より少ないデータ長で信号のずれ量を求めることが
できるという利点がある。

尚、相関関数の２回微分は、微分値の相関関数に等しい
、即ち Ｒ１２（ａ） ・・・・・・・・・・・・■ が成り立つ。従って、相関関数を求めてから、微分操作
を行う方法も考えられる。

この場合の構成例を第３図に示す。この第３図の構成例
は、第１実施例のサンプリング回路１を省略し、ＤＳＰ
６に換えてＤＳＰ２６を用いている。その他の構成は第
１実施例と同一となっている。この第３図の構成例の場
合は、ＤＳＰ２６にて相関関数の計算及びその微分を行
うようになっている。

〔発明の第２実施例〕 次に、本発明の第２実施例を第２図および第６図に基づ
いて説明する。

ここで前述した第１実施例と同一の構成要素については
同一の符号を用いるものとした。

この第２図に示す実施例は、第１の入力信号としてのｉ
、（ｘ）と、この信号ｉ、（ｘ）に対し時間的なずれを
有する第２の入力信号としての１（Ｘ）とを入力してそ
れぞれの微分値の極性データを出力する微分極性データ
出力手段としてのサンプリング回路１１を備えている。

このサンプリング回路１１は、第２図に示すように直列
接続された二つのＳＨ回路１０ａ、１０ｂと　これらの
ＳＨ回路１０ａ、１０ｂの創出力を比較するコンパレー
タ１０ｄとからなる第１の微分極性データ出力回路３０
と、この第１の微分極性データ出力回路３０と同様に、
ＳＨ回路２０ａ、２０ｂ及びコンパレータ２０ｄとから
なる第２の微分極性データ出力回路４０とにより構成さ
れている。

この内、コンパレータ１０ｄは、ＳＨ回路１０ａの出力
がＳＨ回路１０ｂの出力より大きいか等しい場合には１
”°を出力し、反対にＳＨ回路１０ａの出力がＳＨ回路
１０ｂの出力より小さい場合には“′０゛を出力する。

コンパレータ２０ｄも同様の機能をもっている。即ち、
コンパレータ１０ｄ、２０ｄは微分値ではなく各信号の
増減を求めて符号化することにより、各信号の微分値の
極性データを出力するようになっている。

このサンプリング回路１１には、サンプリング間隔に対
応したクロックパルスを出力するクロック回路２が併設
されている。このサンプリング回路１１の出力段には、
各コンパレータ１０ｄ及び２０ｄの出力データをそれぞ
れ一時的に記憶するＲＡＭ１５ａ及び１５ｂとからなる
記憶手段としてのメモリ１５が併設されている。このメ
モリ１５には、ＤＭＡ回路１３が併設され、当該メモリ
１５を構成する各ＲＡＭ　１５　ａ及び１５ｂは直接制
御されるようになっている。これらのＲＡＭｌ５ａ及び
１５ｂの出力段には、当該ＲＡＭ１５ａ及び１５ｂに記
憶された信号データに基づき所定の演算を行って相関関
数を算出する相関関数算出手段１２が設けられている。

この相関関数算出手段１２は、ＤＭＡ回路１３によりＲ
ＡＭ１５ａ及び１５ｂから転送されるデータを入力する
ＥＸＮＯＲ回路１４と、このＥＸ−ＮＯＲ回路１４の出
力段に設けられたアップダウンカウンタ１６とから構成
されている。この相関関数算出手段１２には、この相関
関数の算出結果から信号ｉ＋　　（Ｘ）とｉ２　（ｘ）
とのずれ量を求める演算制御手段としてのＭＣＵ７と、
別のＲＡＭ１７とがデータバス６０を介して併設されて
いる。

次に上記実施例の作用動作を説明する。

前述した第１実施例と同様に、信号ｉ、（ｘ）は、クロ
ックパルスに同期して順次ＳＨ回路１０ａに記憶される
。ここで、ｎ番目のクロックパルスで当該Ｓ　Ｈ回路１
０ａに記憶されるデータをｉ（Ｘ、ｌ）とすれば、次の
クロックパルスで該ＳＨ回路１０ａにはデータＩｔ　　
（Ｘｎ＋＋　）が記憶される。この時、前のデータｉ、
（ｘｎ）はＳＨ回路１０ｂに送られて記憶される。

この結果、コンパレーク１０ｄでは、ＳＨ回路１０ａ、
１０ｂに記憶されたデータを受け、これらの比較を行い
前述したように、ｉ、　　（ｘ、。１）≧１１（Ｘｆｉ
）の時はパ１”′を出力し、この反対にｉ＋　　（Ｘｎ
−＋　）＜１＋　　（Ｘｎ　）の時は”　ｏ　”を出力
する。同様にして、第２の微分極性データ出力回路４０
を構成するコンパレータ２０ｄでは、信号ｉ２　（ｘ）
を入力して、“′ｌ′′若しくは“０゛を出力する。

次いで、これらの符号化された信号は、ＲＡＭ１５ａ、
１５ｂにそれぞれ送出され、ＤＭＡ回路１３によりＥＸ
−ＮＯＲ回路１４に転送される。

ＥＸ−ＮＯＲ回路１４では、入力が両方とも′“１″若
しくは“０”″の時゛１″“をアップダウンカウンタ１
６に出力し、その他の場合は“０“を出力する。アップ
ダウンカウンタ１６では、１″が入力されればアップカ
ウント、“０゛の時にはダウンカウントを行う。この結
果は、信号の増減を求めて、増加、一定の場合は「１」
、減少なら「−１」に符号化して前述した０式と同様の
積和計算を行うのと等価である。即ち、アップダウンカ
ウンタ１６はこの場合の相関関数（微分値の極性相関関
数）を求めることになる。

この相関関数の算出結果は、ＲＡＭ１７に転送され記憶
される。最後に、Ｍ　Ｃ’Ｕ　７では、相関関数の計算
結果からずれ量ｄ。を求め出力する。

第６図に前述した第７図の信号ｉｆ　　（Ｘ）ｌ　　４
２　（Ｘ）のデータ長Ｘ＝Ｘ、部分に微分値の極性相関
を用いた場合を示す。この第６図から明らかなように、
本実施例においても、従来の相関関数では正しいずれ量
が得られないデータ長Ｘ＝Ｘ。

で正しいずれ量を得ることができる。

相関関数に関してはＡ／Ｄ変換の精度の影響は小さいの
で、微分値の極性相関でも従来の相関関数に比して短い
データ長で信号のずれ量を求めることができ、極性相関
関数は複雑な数値演算を行う必要がないので計算時間の
短縮と回路の簡略化を図ることができるという利点があ
る。

〔発明の効果］ 本発明は、以上のように構成され機能するので、これに
よると、信号微分手段と相関関数算出手段の作用により
第１の入力信号と第２の入力信号との微分値の相関関数
を算出することができ、この算出された相関関数のピー
ク値から演算制御手段が第１の入力信号と第２の入力信
号のずれを求めることができ、これがため、データ長が
短くても二つの信号のずれ量を正確に求めることができ
、データ長の短縮化により計算時間とサンプリング時間
とを短縮することができるという従来にない優れた微分
相関器を提供することができる。

なお、請求項２記載の発明にあっては、信号微分手段に
換えて微分極性データ出力手段を備えているため複雑な
計算を要しないので一層計算時間の短縮化及び回路の簡
略化を図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示すブロック図、
第２図は本発明の第２実施例の構成を示すブロック図、
第３図は第１図の応用例の構成を示すブロック図、第４
図（１）ないしく２）は第１図の実施例における入力信
号の微分値を示す図、第５図は第１図の実施例における
算出された相関関数を示す図、第６図は第２図の実施例
における算出された相関関数を示す図、第７図（１）な
いしく２）は入力信号を示す図、第８図（１）ないしく
２）は従来例及びその問題点を説明するための図である
。 １・・・・・・信号微分手段としてのサンプリング回路
、３・・・・・・アナログ・ディジタル変換器、５・・
・・・・記憶手段としてのＲＡＭ、６・・・・・・相関
関数算出手段としてのＤＳＰ、７・・・・・・演算制御
手段としてのＭＣＵ、ｉ、・・・・・・第１の入力信号
、１２・・・・・・第２の入力信号。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、第１の入力信号と、この第１の入力信号に対し
   時間的なずれを有する第２の入力信号とを入力してそれ
   ぞれの微分値を出力する信号微分手段と、この信号微分
   手段の出力信号をアナログ・ディジタル変換するアナロ
   グ・ディジタル変換器と、このディジタル変換された信
   号データを一時的に記憶する記憶手段と、この信号デー
   タに基づき所定の演算を行って相関関数を算出する相関
   関数算出手段と、この相関関数の算出結果から前記第１
   の入力信号と第２の入力信号とのずれ量を求める演算制
   御手段とを備えていることを特徴とした微分相関器。
2. （２）、前記信号微分手段に換えて、前記第１の入力信
   号と第２の入力信号とを入力してそれぞれの微分値の極
   性データを出力する微分極性データ出力手段を備えてい
   ることを特徴とした請求項１記載の微分相関器。