JPH02234088A - 追尾信号処理装置 - 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】 〔概　要〕 目標追尾装置に係り、特に目標位置予測を行うための追
尾信号処理装置に関し、 遅延時間の存在する系に対して遅延時間を補償すること
によって遅延時間による性能劣化を最小限度にとどめる
ことができる追尾信号処理装置の提供を目的とし、 逼像方向を制御するジンバル機構を有し、目標を追尾撮
像する撮像装置が出力する画像信号を受けて前記目標の
追尾誤差信号を出力する目標抽出処理器と、該追尾誤差
信号から前記目標の位置予測を行い前記追尾誤差信号を
零に近づけるための駆動速度信号を出力する追尾制御器
と、該駆動速度信号を前記ジンバル機構にフィードバッ
クし、追尾ループ系を形成するジンバル制御部とを具備
してなる追尾信号処理装置において、前記追尾制御器に
入力される過去のＮサンプル分（Ｎは正の整数）の前記
追尾誤差信号を１〜Ｎサンプルの遅延時間毎にそれぞれ
保持するＮ系列の遅延回路と、該各遅延回路の出力に予
め定めた遅延補償係数をそれぞれ乗算する乗算器と、該
各乗算器の出カを前記目標抽出処理器の出力にそれぞれ
フィードバックする減算器を備えた遅延補償回路とを設
け、前記追尾誤差信号に含まれるＮサンプルの遅延時間
要素を補償するように構成する． 〔産業上の利用分野〕 本発明は、目標追尾装置に係り、特に目標位置予測を行
うための追尾信号処理装置に関する。

近年のデジタル信号処理、画像処理に関する技術の進展
に伴い、目標追尾装置もかなり複雑な処理が可能となり
、人間の高度な判断能力に近いものを実現しようとして
いる。例えば追尾目標が複雑な費最下で運動している場
合でも、目標／背景の弁別を行いながら目標を追尾する
ようなシステムが開発されつつある。しかし、このよう
な処理は、目標位置予測に必要な入力である追尾誤差信
号を出力するのに遅延を生じる。この遅延は予測処理に
とっては極めて有害であるため、遅延による性能劣化を
最小におさえることが望まれている。

〔従来の技術〕

第６図は従来の目標追尾装置の一般的な構成を示すブロ
ック図である。目標追尾装置はジンバル機構１に装着さ
れ、目標を撮像する撮像装置（例えばテレビカメラ等）
２と、その撮像装置２が出力する画像信号を画面に表示
し、その画面上に含まれる目標位置を抽出し、画面の中
央部ｋこ設けられた原点（テレビカメラが見ている方向
でボアサイトと呼称する）と前記目標位置との位置ずれ
を検出し、追尾誤差信号として出力する目標抽出処理器
３と、その追尾誤差信号を受けて目標位置予測を行い、
これに対応した駆動レート指令を出力する追尾制御器４
と、その駆動レート指令を受けて前記追尾誤差信号が零
に近づくように前記ジンバル機構を駆動するための駆動
信号を生成するジンバル制御器５とから構成されている
。

目標追尾装置における画面上の原点（ボアサイト角）と
目標位置（目標Ｌ　Ｏ　Ｓ　；　Ｌｉｎｅ　Ｏｆ　Ｓｉ
ｇｈｔ　）とを結ぶベクトル量を追尾誤差量と呼称し、
この追尾誤差量が零となるようにジンバル機構１を駆動
して撮像装１２の撮像方向を制御し、これにより目標の
追尾を行う． 第７図は従来の追尾制御器の構成を示すブロック図であ
って、この回路は目標ＬＯＳ予測回路だけで構成されて
いる．図において、６−１〜６−Ｑは加算器、７−１〜
？−ｓはそれぞれ速度換算係数ｌ／τ《τは画像のサン
プル周期》，目標ＬＯＳ予測係数１）ｌ＋　１）諺ｓ’
　ｂ．Ｉ　ｂｓを乗算する乗算器、８−１〜８　−ｒは
それぞれ１サンプル時間だけ遅延する遅延回路を示す。

目標ＬＯＳ予測係数ｂＩ−ｂＩｌ１は目標ＬＯＳ運動モ
デルを設定して決められる。一般に用いられるモデルは
等速度モデル，等加速度モデルであり、これは目標ＬＯ
Ｓの運動が１次多項式または２次多項式で近似もし《は
予測できるものである。このようなモデルに対して目標
モデル関数Ｆ（ｔ／τ》を定義することができる．ここ
でｔは時間を示す。

従ってｔ／τとはサンプル数を意味する。Ｆ（ｔ／τ）
としてはｔ／τ−０で零、ｔ／τ＝１で関数値を１にノ
ルマライズした関数でｔ／τ〉０において連続な関数と
する． 例えば等速度モデルではＦ（ｔ／τ）＝ｔ／τが与えら
れ、等加速度モデルではＦ（ｔ／τ）　　＝　（１／τ
）２が与えられる．つまり目標関数はｔ／τ＝１で０か
ら１に変化したとき、その後の目標ＬＯＳ変化の形態を
表すものと解釈できる． さて、上記の目標モデル関数が与えられると目標ＬＯＳ
予測係数ｂ＋＋　ｂｚ．　ｂｓ＋　ｂｍの設定は極めて
直接的に行える．すなわち、目標ＬＯＳ予測係数はＦ（
ｔ／τ）の微係数を用いて次式により定めることができ
る。

ｂ，−Ｆ（２） τ・ｂｚ＝ｐ’（２）　　十（１／２）　　・Ｆ”（２
）　　＋・・・・＋（１／ｎ！）・Ｆ　”’　（２）＋
・・τ２・ｂ３＝Ｆ”（２）　　＋Ｆ”（２）＋・・・
・・＋　（（２’−２）／ｎ　！）　　−Ｆ”’（２）
＋　・・τ”−ｂ．＝Ｆ”’（２）＋　・・＋　（（３
’−３−２’＋３）／ｎ　Ｉ　）Ｘ　Ｆ　”）　（２）
＋・・ τ４・ｂｓ　＝　Ｆ　（４’　（２）＋・・・　・　＋
　　（（４’−４　　・　３’＋６　　・　２”−４）
／　ｎ　　！　　）ｘ　Ｆ　”》（２）＋・・ 従来技術では目標抽出処理として箇単な処理を行ってい
るため、遅延を無視して考えることができ、上述のよう
な係数ｂ１〜ｂＩＩ＋の最適設定が可能であった。この
処理方法は追尾制御器４に入力された追尾誤差信号から
、次のサンプルにおける目標位置予測を行うものである
。ところが入力される追尾誤差信号がＮサンプル（Ｎは
正の整数）遅れたものであると、位置予測は難しいもの
になると共に、この予測値の誤差が入力にフィードバッ
クされるのに更にＮサンプル分の時間を必要とする．従
って、遅延時間が存在する場合はｂ．＝ｂ＊に対する係
数設定を上述のように行うと、システムが発振したりす
るため、係数値を大幅に減らす必要があり、目標位置予
測値はかなり性能の劣化したものとなる． 〔発明が解決しようとする課題〕 遅延時間が最大の性能劣化要因であるようなシステムの
追尾制御系においては、遅延時間の影響を直接的に導入
出来ないために、必要以上に性能劣化したシステムにな
る欠点があった。

本発明は上記従来の欠点に鑑みてなされたもので、遅延
時間の存在する系に対して遅延時間を補償することによ
って遅延時間による性能劣化を最小限度にとどめること
ができる追尾信号処理装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の構成を示すブロック図である。撮像
方向を制御するジンバル機構ｌを有し、目標を追尾撮像
する撮像装置２が出力する画像信号を受けて前記目標の
追尾誤差信号を出力する目標抽出処理器３と、該追尾誤
差信号から前記目標の位置予測を行い前記追尾誤差信号
を零に近づけるための駆動速度信号を出力する追尾制御
器４と、該駆動速度信号を前記ジンバル機構ｌにフィー
ドバックし、追尾ループ系を形成するジンバル制御部５
とを具備してなる追尾信号処理装置において、前記追尾
制御器４に入力される過去のＮサンプル分（Ｎは正の整
数）の前記追尾誤差信号を１〜Ｎサンプルの遅延時間毎
にそれぞれ保持するＮ系列の遅延回路１０−１〜１０−
Ｎと、該各遅延回路１０−１〜１０一Ｎの出力に予め定
めた遅延補償係数ａｔ”’ａＮをそれぞれ乗算する乗算
器１１−１〜１１−Ｎと、該各乗算器１１−１〜１１−
Ｎの出力を前記目標抽出処理器３の出力にそれぞれフィ
ードバックする減算器１２−１〜１２−Ｎを備えた遅延
補償回路９とを設け、前記追尾誤差信号に含まれるＮサ
ンプルの遅延時間要素を補償するように構成する。

〔作　用〕

追尾ループ系の目標抽出処理器３において目標を弁別す
るためにＮサンプル分の遅延時間が必要であり、この遅
延時間の存在のために追尾誤差が観測された時点ではそ
の観測量よりも更に大きな誤差が発生している。この場
合目標ＬＯＳ予測係数ｂ１〜ｂｍの設定は観測された追
尾誤差から次の時点での真のＬＯＳ位置を予測するため
のものであり、遅延による追尾誤差を補償する様に以下
の式に従って設定されている。

ｂｔ＝Ｆ（２＋Ｎ） τ・ｂｚ　−　Ｆ’　（２＋Ｎ）　＋　（１／２）　　
・Ｆ“（２＋Ｎ）・・・・＋（１／ｎ！）・Ｆ　”’　
（２＋Ｎ）＋・・ｒ　”　−　ｂｓ−Ｆ”（２＋Ｎ）　
＋Ｆ”（２＋Ｎ）　＋　・・・・＋　（（２”−２）／
ｎ　！　）　　−　Ｆ”’　（２＋Ｎ）　−　・ｒ’　
−　ｂａ−Ｐ”（２＋Ｎ）　＋　・・＋　（（３’−３
−２’＋３）／ｎ　！　）×ｐ　＋Ｉｌ１）　（２÷Ｎ
）＋・・ τ４・ｂｓ　”　Ｆ　”’　（２＋Ｎ）＋・　・・・＋
　　（（４′１−４　・３’＋６　・２’−．４）／　
ｎ　！　）ｘ　Ｆ　”’　（２＋Ｎ）＋・　・ ここでＮは遅延サンプル数である。

更に前記遅延補償回路９の乗算器１１−１〜１１−Ｎに
設定する遅延補償係数ａ１〜ａ．の値は、ジンバル機構
１への指令の結果が現れてくるまでジンバル機構１に対
してそれ以上の制御を与えないように抑制するための手
段であり、追尾誤差に基づいてジンバル機構１が駆動さ
れてもその制御結果を見る迄は必要以上に駆動しないよ
うに作用する。このためａｌ＋’ａｆｆｉ＋・・・　ａ
．は以下の式によって設定されている． ａ＋＝ｆ（２）．　　ａｘ”ｆ（３）＋　＋　６　４　
　ａＮ＝ｆ（Ｎ）〔実施例〕 以下本発明の実施例を図面によって詳述する。

なお、構成、動作の説明を理解し易くするために企図を
通じて同一部分には同一符号を付してその重複説明を省
略する． 第１図は本発明の構成を示すブロック図である。

図において、９は遅延補償回路であって目標抽出処理器
３と追尾制御器４との間に挿入され、追尾制御器４に入
力される過去のＮサンプル分（Ｎは正の整数）の追尾誤
差信号を１〜Ｎサンプルの遅延時間毎にそれぞれ保持す
るＮ系列の遅延回路ｌＯ−１−１０−Ｎと、各遅延回路
１０−１〜１０−Ｈの出力に予め定めた遅延補償係数ａ
１〜ａ９をそれぞれ乗算する乗算器ｌ１−１〜１１−Ｎ
と、各乗算器ｌ１−１〜１１−Ｎの出力を目標抽出処理
器３の出力にそれぞれフィードバックする減算器１２−
１−１２−Ｎとから構成されている。

第２図は本発明の簡易型実施例のブロソク図を示す。こ
の例では遅延時間は２サンプルであり、目標ＬＯＳモデ
ルはθ次である。図において、遅延補償回路９は１サン
プル分の遅延回路１０−１とこれに直列接続された同じ
く１サンプル分の遅延回路１０−２と、各遅延回路１０
−１．　１０−２の出力に予め定めた遅延補償係数ａｌ
　”　１　＋　ａ！　＝＝　１をそれぞれ乗算する乗算
器１１−１〜ｌ１−２と、各乗算器１１−１〜１１−２
の出力を目標抽出処理器３の出力にそれぞれフィードバ
ックする減算器１２−１〜ｌ２−２とから構成されてい
る．１サンプル分の遅延回路ｌＯ−１とこれに直列接続
された同じく１サンプル分の遅延回路１０−２の回路構
成は第１図に示すＵ遅延回路を２個直列接続した遅延回
路ｌＯ−２と等価である。

追尾制御器４は遅延回路を含まない簡単な目標予測回路
であって、速度換算係数１／τ＝３０と目標ＬＯＳ予測
係数ｂ＋−１をそれぞれ乗算する乗算器７−１と７−２
とから構成されている。この簡易型実施例の撮像装置２
の入力信号としてｌステップだけ変化した場合の応答特
性を第３図にて説明する．第３図はステップ入力に対す
る従来方式と第２図の応答の比較図であって第３図（ａ
）は目標抽出処理器３に入力される入力信号（目標ＬＯ
Ｓ）、第３図〜｝は従来方式による撮像装置の応答特性
であって第２図における遅延補償回路９を短絡し、かつ
目標ＬＯＳ予測係数Ｊ　＝　１　／　４　（ｂ＋　＝　
１とすると発振するため最適値に設定変更した）に設定
した回路に対応している．第３図（Ｃ）は第２図に示す
回路に対応した撮像装置の応答特性を示す。（ａ）〜（
Ｃｌ図は何れも横軸にタイムを取り、その一目盛りは１
サンプル分の時間間隔を示している。縦軸には変位量を
０〜１単位で示す。

第３図（ｂ）において従来方式の場合は、第３図（ａ）
に示すように目標抽出処理器３に入力される入力信号（
目標ＬＯＳ）がタイムｔ０にて零から１に変位し、以後
その状態を保持した場合に抽出処理処理器３における遅
延サンプル数をＮ＝２とすると、追尾制御器４の入力に
はタイムｔ０からタイムｔ，までは２サンプル前の目標
ＬＯＳの値が零であるから追尾制御器４は無出力である
。

タイムｔｔ，　ｈ，　ｔａまでは、何れも抽出処理処理
器３から２サンプル前の追尾誤差信号量１を受け、その
追尾誤差信号量１に対して乗算器７−２が×ｌ／４．乗
算器７−１が×３０の演算をそれぞれ行い、ジンバル制
御部５に対して３０７４秒の速度でそれぞれ駆動するよ
うに指令する。ジンバル制御部５はこの指令を積分して
１／４サンプルタイムの移動制御をジンバル機構１に対
してそれぞれ駆動制御を行う結果、１サンプル時間遅れ
のタイムｔ３．ｔ４，ｔｓにて撮像装置２は目標方向に
対して１／４づつ追尾方向の移動を完了する。タイムｔ
，における抽出処理処理器３から追尾誤差信号量は２サ
ンプル前のタイムｔ１における（ａ）図と（ｂＪ図との
差、即ち１−　（１／４）＝３／４となり、追尾制御器
４とジンバル制御部５とを介して（３／４）Ｘ　（１／
４）＝３／１６を１サンプル時間の間に移動制御を行う
結果、撮像装置ｌは目標方向に対してタイムｔ６にて追
尾方向の移動を（３／４）＋　（３／１６）＝１６／１
５まで完了し概略整定するが、その整定時間は６サンプ
ル分を必要としていることが分かる．第３図（Ｃ）にお
いて、第２図の回路に第３図（ａ）の入力信号を印加す
ると、目標抽出処理器３の出力は、タイムｔ０からタイ
ムｔ１までは２サンプル前の目標ＬＯＳが零であるから
無出力である。したがって遅延補償回路９も追尾制御器
４も無出力でありジンバル機構は静止状態である。

タイムｔ！，　ｈ，　ｔ４までは、何れも抽出処理処理
器３から２サンプル前の追尾誤差信号量１を受け、その
追尾誤差信号量１に対してタイムｔ２においては減算器
１２−１．　１２−２で減算を受けることなく乗算器７
−２で×１、乗算器７−１で×３０の演算をそれぞれ行
うと共に、遅延回路１０−１に１サンプル時間遅れの追
尾誤差信号ｉｌｌが保持され、ジンバル制ｊｎ部５に対
して３０／秒の速度でそれぞれ駆動するように指令する
。ジンバル制御部５はこの指令を積分してｌ／サンプル
タイムの移動制御をジンバル機構１に対してそれぞれ駆
動制御を行う結果、１サンプル時間遅れのタイムｔ，に
て撮像装置２は目標方向に対して移動量１の追尾方向の
移動を完了する。

次にタイムｔ，においては目標抽出処理器３の追尾誤差
信号量ｌであるから減算器ｌ２−１において、前回遅延
回路１０−１に保持された値が乗算器１１−１で×１に
演算された値と相殺され、追尾制御器４に対する入力信
号は零となる。したがってジンバル制御部５は制御指令
を受けず、撮像装置は移動しない。また、前回遅延回路
１０−１に保持された値は遅延回路１０−２に移転保持
され、遅延回路１０−１は無保持状態となる。

次にタイムｔ４においては目標抽出処理器３の追尾誤差
信号量１であるから減算器１２−２において、前回遅延
回路１０−２に保持された値が乗算器１ｌ−２で×１に
演算された値と相殺され、追尾制御器４に対する入力信
号は零となる。したがってジンバル制御部５は制御指令
を受けず、撮像装置は移動しない。

次にタイムｔ，においては目標抽出処理器３の目標ＬＯ
Ｓと澤像装置の応答方向に差ができないため追尾誤差信
号は零となり、以後目標ＬＯＳに変化があるまでこの状
態が保持される。すなわち、本発明の場合は整定時間が
３サンプル分に短縮されていることが分かる． 第４図は本発明の実施例のブロック図を示す．本例では
目標抽出処理器の遅延が２サンプルである。図において
、４゜は遅延回路を含む追尾制御器であって、前記第２
図における追尾制御器４の回路に第７図の従来例の追尾
制御器４における加算器６−１．６−２と遅延回路８−
１および乗算器７−３を設けたものである。この回路に
おいて、遅延補償回路９はＮ＝２とし、ハードウエアに
より構成する。目標運動予測はこの実施例ではＬＯＳの
一次多項式とした。τはこの場合３３ｍｓｅｃであり、
遅延補償係数ａｌ＝２．ａ２＝３，目標ＬＯＳ予測係数
ｂ，”４，ｂｚ＝３０としたときの応答特性を第５図に
示す。

第５図は第４図の応答特性を説明するための図であって
、第５図（ａ）は入力がステップ変化する場合の応答特
性、第５図（ｂｌは入力が直線的に漸増する場合のラン
プ応答特性を示す。両図共に横軸にはサンプル時間刻み
のタイムを取り、縦軸には移動量を取っている。実線は
目標ＬＯＳの入力変化を示し、破線は若干遅れて追尾す
る応答特性を示す。両図とも変化が発生してから４サン
プル時間で整定していることが分かる。

遅延補償回路９および追尾制御器４においてはディジタ
ルＩＣとして加算器、乗算器を用いているが、ソフトウ
エアによる実現も可能である。

（発明の効果〕 以上の説明から明らかなように本発明によれば、信号処
理遅延時間が存在する追尾信号処理装置において、遅延
時間による性能劣化を最小限にとどめることのできる効
果がある。

ンバル制御器、１０−１〜１０−Ｎは遅延回路、１１−
１〜１１一Ｎは乗算器、１２−１　〜１２−Ｎは減算器
、ａｌ”’ａＮは遅延補償係数をそれぞれ示す．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の簡易型実施例のブロック図、第３図はステップ入力
に対する従来方式と第２図の回路の応答特性の比較図、 第４図は本発明の実施例のブロック図、第５図は第４図
の応答特性を説明するための図第６図は従来の目標追尾
装置の一般的な構成を示すブロック図、 第７図は従来の追尾制御器の構成を示すブロノク図であ
る。 第１図において、ｌはジンバル機構、２は撮像装置、３
は目標抽出器、４は追尾制御器、５はジ第２図 ステ−７７・入〃Ｉ：７ナ７シ従兼万飽才２回４回路ｎ
高蓄岩跡ｔａｔＱ１閏第３図 ｆ８ｄｒＪ’ｆｉｉｊｉ！：ｆｉＬ−Ｒｈ’１１８〆κ
９木ｊ１”Ｃｈ７ｒＭ第 図 ＩＱ）ステ，／７ａ忘．盾４李１｝１ （ｂ）ランア良、薯準ｐｉ ク４口らた答呼禮＊　ｔｆｆｉ　ｗＥｉ　ｓ　４％μ泗
第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　撮像方向を制御するジンバル機構（１）を有し、目標
   を追尾撮像する撮像装置（２）が出力する画像信号を受
   けて前記目標の追尾誤差信号を出力する目標抽出処理器
   （３）と、該追尾誤差信号から前記目標の位置予測を行
   い前記追尾誤差信号を零に近づけるための駆動速度信号
   を出力する追尾制御器（４）と、該駆動速度信号を前記
   ジンバル機構（１）にフィードバックし、追尾ループ系
   を形成するジンバル制御部（５）とを具備してなる追尾
   信号処理装置において、前記追尾制御器（４）に入力さ
   れる過去のＮサンプル分（Ｎは正の整数）の前記追尾誤
   差信号を１〜Ｎサンプルの遅延時間毎にそれぞれ保持す
   るＮ系列の遅延回路（１０−１〜１０−Ｎ）と、 該各遅延回路（１０−１〜１０−Ｎ）の出力に予め定め
   た遅延補償係数（ａ＿１〜ａ＿Ｎ）をそれぞれ乗算する
   乗算器（１１−１〜１１−Ｎ）と、 該各乗算器（１１−１〜１１−Ｎ）の出力を前記目標抽
   出処理器（３）の出力にそれぞれフィードバックする減
   算器（１２−１〜１２−Ｎ）を備えた遅延補償回路（９
   ）とを設け、 前記追尾誤差信号に含まれるＮサンプルの遅延時間要素
   を補償するようにしたことを特徴とする追尾信号処理装
   置。