JPH04279983A - Adaptive type state vector estimation processing system - Google Patents

Adaptive type state vector estimation processing system

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JPH04279983A
JPH04279983A JP3042122A JP4212291A JPH04279983A JP H04279983 A JPH04279983 A JP H04279983A JP 3042122 A JP3042122 A JP 3042122A JP 4212291 A JP4212291 A JP 4212291A JP H04279983 A JPH04279983 A JP H04279983A
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JP
Japan
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vector
state vector
observation
state
estimated
Prior art date
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Pending
Application number
JP3042122A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Mori
忠 毛利
Naoki Takegawa
直樹 武川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To estimate a state vector from an observation vector having a two-dimensional array with a high precision by selecting and outputting one of state vectors of a specific Kalman filter. CONSTITUTION:The observation vector obtained by observation is successively inputted by an input means 100, and a state vector is estimated from the observation vector by a Kalman filter 200 and is outputted. A state vector selecting means selects one of state vectors which minimizes the difference between the estimate value of the observation vector and the inputted observation vector. That is, the Kalman filter is defined in each of directions where coordinate indicating the positions on the two-dimensional array as the estimate object and one of nearby coordinates already subjected to state vector estimate processing are connected, and state vectors are estimated respectively. In this case, the difference between the observation vector estimate value obtained in the calculation process and the successively inputted observation vector is calculated, and one state vector in the direction where this difference is minimum is selected.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は機械に人間の目の機能を
実現することを狙うコンピュータビジョンにおいてCC
Dカメラ,レンジセンサ等のセンサより得られる観測ベ
クトルより,対象物の状態ベクトルを推定する適応型状
態ベクトル推定処理方式に関する。
[Industrial Application Field] The present invention is applicable to CC
The present invention relates to an adaptive state vector estimation processing method for estimating the state vector of an object from observation vectors obtained from sensors such as D cameras and range sensors.

【0002】具体的には,カメラから対象物の運動(オ
プティカルフロー)を観測して,対象物までの距離を推
定すること,あるいはレンジセンサから距離を観測して
表面の傾きを推定することなどが可能となる。
Specifically, the distance to the object is estimated by observing the movement (optical flow) of the object from a camera, or the inclination of the surface is estimated by observing the distance from a range sensor. becomes possible.

【0003】なおコンピュータビジョンは2次元データ
(レンジデータ,イメージデータ)から,3次元運動の
推定や3次元形状の推定などを行なうものである。
[0003] Computer vision is used to estimate three-dimensional motion, three-dimensional shape, etc. from two-dimensional data (range data, image data).

【0004】0004

【従来の技術】カルマンフィルタは,線形確率システム
の状態空間表現および直交射影の理論に基づいて提案さ
れたフィルタのアルゴリズムである。参考文献〔1〕(
片山徹“応用カルマンフィルタ”,朝倉書店,1983
)を参照。カルマンフィルタの普及は1960年代にお
ける米国アポロ計画を中心とする宇宙開発計画等におい
て,多くの研究者がカルマンフィルタ,最適制御理論の
応用に努めたことが大きな要因となっている。現在カル
マンフィルタの応用は宇宙工学,制御工学,通信工学に
とどまらず,土木工学,経済学,オペレーションズ・リ
サーチなど多くの分野に見られる。カルマンフィルタは
要約すれば,(1) 信号を生成するシステムの動特性
,(2)雑音の統計的性質,(3)初期値に関する先験
情報, および時々刻々与えられる観測データを用いて
,システムの状態の最小2乗推定値を逐次的に与えるオ
ンラインデータ処理アルゴリズムであるといえる。上記
応用分野において,カルマンフィルタは,1次元の時系
列観測データを用いるものがほとんどであった。しかし
,画像のような2次元配列を有する観測データを対象す
る場合,従来の手法のままでは2次元の構造を生かした
高精度の推定を行うことができない。
2. Description of the Related Art A Kalman filter is a filter algorithm proposed based on the state space representation of a linear stochastic system and the theory of orthogonal projection. References [1] (
Toru Katayama “Applied Kalman Filter”, Asakura Shoten, 1983
). The popularization of Kalman filters was largely due to the efforts of many researchers to apply Kalman filters and optimal control theory in space development programs centered on the US Apollo program in the 1960s. Currently, applications of Kalman filters are found not only in space engineering, control engineering, and communication engineering, but also in many fields such as civil engineering, economics, and operations research. To summarize, the Kalman filter uses (1) the dynamic characteristics of the system that generates the signal, (2) the statistical properties of the noise, (3) a priori information about the initial value, and observation data given from time to time to evaluate the system. It can be said to be an online data processing algorithm that sequentially provides least squares estimates of states. In the above application fields, most Kalman filters use one-dimensional time-series observation data. However, when dealing with observation data that has a two-dimensional array such as an image, it is not possible to perform highly accurate estimation that takes advantage of the two-dimensional structure using conventional methods.

【0005】従来の技術において2次元配列の観測デー
タを対象としたものには,画像の復元を目的として画素
間の相関係数で重みづけをするカルマンフィルタが知ら
れている。参考文献〔2〕( Ali Habibi,
 ”Two−dimensional Bayesia
n estimate ofimages”, Pro
ceedings of the IEEE, vol
.60,No.7,July 1972)を参照。
[0005] In the prior art, a Kalman filter is known that uses correlation coefficients between pixels for the purpose of restoring an image, which is used for observation data in a two-dimensional array. Reference [2] (Ali Habibi,
“Two-dimensional Bayesia
n estimate of images”, Pro
ceedings of the IEEE, vol.
.. 60, No. 7, July 1972).

【0006】以下,この原理と欠点について説明する。 図6はサンプル点の配置図を示す。図6において,サン
プル点の水平方向の座標をj,垂直方向の座標をiとし
,(i,j)で表す。サンプル点は座標(0,0)より
(0,1),(0,2)という方向に並んでおり,現在
(i+1,j+1)における状態ベクトル推定値を求め
る。この手法はp次元観測ベクトルy(i,j)を入力
とし,n次元状態ベクトルx(i,j)を推定するシス
テムとして次のように定式化できる。
[0006] This principle and drawbacks will be explained below. FIG. 6 shows a layout diagram of sample points. In FIG. 6, the horizontal coordinate of the sample point is j, and the vertical coordinate is i, which is expressed as (i, j). The sample points are arranged in the direction of (0,1), (0,2) from the coordinates (0,0), and the estimated state vector value at the current (i+1, j+1) is determined. This method can be formulated as follows as a system that receives a p-dimensional observation vector y (i, j) and estimates an n-dimensional state vector x (i, j).

【0007】[0007]

【数1】 ここでHt ,Dt はそれぞれp×n,p×pの時間
tのみに依存する行列,wt ,vt はそれぞれm次
元,p次元のガウス白色雑音ベクトル,ρ1 ,ρ2 
は各々,垂直,水平の隣接画素間の相関係数で,予め決
められた定数である。
[Equation 1] Here, Ht and Dt are p×n and p×p matrices that depend only on time t, respectively, wt and vt are m-dimensional and p-dimensional Gaussian white noise vectors, respectively, ρ1 and ρ2
are correlation coefficients between vertically and horizontally adjacent pixels, and are predetermined constants.

【0008】以上のように線形確率システムで記述され
たシステムには,カルマンフィルタを適用することがで
きる。この従来手法では対象とするサンプルに対して既
に推定処理が終了している3近傍の状態ベクトルの平均
の状態ベクトルを算出し,この値を1サンプル前の状態
ベクトルとして1次元カルマンフィルタを動作させ,次
の状態ベクトルを推定することにより1次元カルマンフ
ィルタの枠組みをそのまま用いるものである。
A Kalman filter can be applied to a system described as a linear probability system as described above. In this conventional method, the average state vector of three neighboring state vectors for which estimation processing has already been completed for the target sample is calculated, and a one-dimensional Kalman filter is operated using this value as the state vector of one sample before. The one-dimensional Kalman filter framework is used as is by estimating the next state vector.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし定数ρ1 ,ρ
2 により一様に重みづけをして画像の局所的な性質を
無視しているため,エッジ部などで推定精度が低下する
という欠点があった。
[Problem to be solved by the invention] However, the constants ρ1, ρ
2, and ignores the local characteristics of the image, which has the disadvantage that estimation accuracy decreases at edges and the like.

【0010】本発明は,上記の欠点を解決して,2次元
配列を持つ観測ベクトルから状態ベクトルを精度良く推
定する処理方式を提供することを目的としている。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks and provide a processing method for estimating a state vector with high accuracy from an observed vector having a two-dimensional array.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理構成
図を示す。図中の符号100は入力手段であって逐次観
測された観測ベクトルが入力される。200はカルマン
フィルタであって観測ベクトルから状態ベクトルを推定
して出力する。300は状態ベクトル選択手段であって
,観測ベクトルの推定値を入力した観測ベクトルとの差
を最小にする状態ベクトルの1つを選択する。
[Means for Solving the Problems] FIG. 1 shows a diagram of the basic configuration of the present invention. Reference numeral 100 in the figure is an input means, into which observation vectors sequentially observed are input. 200 is a Kalman filter that estimates and outputs a state vector from an observed vector. 300 is a state vector selection means which selects one of the state vectors that minimizes the difference between the estimated value of the observation vector and the input observation vector.

【0012】本発明においては,2次元配列を有する観
測ベクトルより状態ベクトルを推定するため次のような
手段を講じている。すなわち,推定の対象となる2次元
配列上の位置を表す座標と,既に状態ベクトルの推定処
理が終了している前記座標近傍のうちの1つとを結ぶ方
向毎にカルマンフィルタを定義し,状態ベクトルを各々
推定する。その際,計算過程において得られた観測ベク
トル推定値と逐次入力した観測ベクトルとの差を算出し
,この差が最小となる方向の状態ベクトルを1つ選択す
る。
In the present invention, the following measures are taken to estimate a state vector from an observation vector having a two-dimensional array. In other words, a Kalman filter is defined for each direction connecting the coordinates representing the position on the two-dimensional array to be estimated and one of the neighboring coordinates for which the state vector estimation process has already been completed, and the state vector is Estimate each. At this time, the difference between the observed vector estimate obtained in the calculation process and the sequentially input observed vectors is calculated, and one state vector in the direction in which this difference is minimized is selected.

【0013】図2はカルマンフィルタを定義する方向の
例(4方向)を示す。図2において,図6と同様に水平
方向をj,垂直方向をiとする座標(i,j)を考える
。現在(i+1,j+1)が求めるべき状態ベクトルの
座標である。
FIG. 2 shows an example of directions (four directions) for defining a Kalman filter. In FIG. 2, consider coordinates (i, j) where j is the horizontal direction and i is the vertical direction, similar to FIG. 6. The current (i+1, j+1) is the coordinate of the state vector to be found.

【0014】以下,構成を詳細に説明する。まず,1つ
の方向に動作するカルマンフィルタを用いて,状態ベク
トルを推定する方法を示す。定義された方向を時間軸と
見なし,システムにおける観測ベクトルと状態ベクトル
が次式で表されるとする。
The configuration will be explained in detail below. First, we will show how to estimate the state vector using a Kalman filter that operates in one direction. Assume that the defined direction is considered as the time axis, and that the observation vector and state vector in the system are expressed by the following equation.

【0015】 xt+1 =Ft xt +Gt wt       
            (3)yt =Ht xt 
+vt ,  t=0,1,…       (4)こ
こで,xt はn次元状態ベクトル,yt はp次元観
測ベクトル,wt およびvt はそれぞれm次元およ
びp次元のガウス白色雑音ベクトル,Ft ,Gt ,
Ht はそれぞれn×n,n×m,p×nの時間tのみ
に依存する行列である。するとカルマンフィルタは次の
(1)〜(4)で与えられる。
xt+1 =Ft xt +Gt wt
(3) yt = Ht xt
+vt, t=0,1,... (4) Here, xt is an n-dimensional state vector, yt is a p-dimensional observation vector, wt and vt are m-dimensional and p-dimensional Gaussian white noise vectors, respectively, Ft, Gt,
Ht are n×n, n×m, and p×n matrices that depend only on time t, respectively. Then, the Kalman filter is given by the following (1) to (4).

【0016】[0016]

【数2】 はxの推定値を意味する。[Math 2] means the estimated value of x.

【0017】(1)フィルタ方程式(1) Filter equation

【数3】[Math 3]

【0018】(2)カルマンゲイン(2) Kalman gain

【数4】[Math 4]

【0019】(3)推定誤差共分散行列(3) Estimation error covariance matrix

【数5】[Math 5]

【0020】(4)初期状態(4) Initial state

【数6】[Math 6]

【0021】まず,初期状態[0021] First, the initial state

【数7】 を与え,式(10)より[Math 7] Given, from equation (10)

【数8】 を定める。[Math. 8] Establish.

【0022】次に式(7) よりK0 を計算する。t
=0においてy0 を観測し,式(6) ,(9)より
Next, K0 is calculated using equation (7). t
Observe y0 at =0, and from equations (6) and (9)

【数9】 を求める。ついで,式(5) ,(8) より[Math. 9] seek. Then, from equations (5) and (8),

【数10
】 式(7) よりK1 を計算する。t=1においてy1
 を観測し,再び式(6) ,(9) より
[Number 10
] Calculate K1 from equation (7). y1 at t=1
Observe and again from equations (6) and (9)

【数11】 が求められるので,以下同様の手順で状態ベクトルの推
定値が計算される。これで1つの方向のサンプル列に沿
って状態ベクトルが推定されることが示された。
Since Equation 11 is obtained, the estimated value of the state vector is calculated using the same procedure. This shows that the state vector is estimated along the sample sequence in one direction.

【0023】この手順を他の方向のサンプル列にも同様
に適用すると方向毎に状態ベクトルが推定できる。
If this procedure is similarly applied to sample sequences in other directions, state vectors can be estimated for each direction.

【0024】次に複数の状態ベクトル推定値の中から1
つを選択する方法について述べる。式(6) の計算過
程において,
Next, select one of the plurality of state vector estimates.
We will explain how to select one. In the calculation process of equation (6),

【数12】 により状態ベクトルより観測ベクトル推定値が算出され
,観測ベクトルytとの差
The observed vector estimated value is calculated from the state vector by [Equation 12], and the difference from the observed vector yt is

【数13】 が各方向毎に得られる。上記νt を評価値とし,これ
が最も小さな方向から得られた状態ベクトルを対象座標
における推定値とする。
(13) is obtained for each direction. The above νt is taken as the evaluation value, and the state vector obtained from the direction in which it is smallest is taken as the estimated value at the target coordinates.

【0025】以上では観測ベクトル,状態ベクトルが物
理的には何を示すのか明示的に述べなかった。具体的に
は,カメラから対象物の運動(オプティカルフロー)を
観測して,対象物までの距離を推定すること,あるいは
レンジセンサから距離を観測して表面の傾きを推定する
ことなどが例としてあげられる。
In the above, we have not explicitly stated what the observation vector and state vector physically indicate. Specifically, examples include estimating the distance to an object by observing its movement (optical flow) from a camera, or estimating the slope of a surface by observing the distance from a range sensor. can give.

【0026】例えば,オプティカルフローから対象物ま
での距離を推定する場合,観測ベクトルはカメラから得
られる輝度値より得られるオプティカルフロー,状態ベ
クトルは対象物までの距離に対応する。また上記観測行
列Ht は対象物までの距離とオプティカルフローとの
関係を記述した行列,状態遷移行列Ft は隣接した画
素間における対象物までの距離の関係を記述した行列で
ある。
For example, when estimating the distance to an object from the optical flow, the observation vector corresponds to the optical flow obtained from the brightness value obtained from the camera, and the state vector corresponds to the distance to the object. The observation matrix Ht is a matrix that describes the relationship between the distance to the object and the optical flow, and the state transition matrix Ft is a matrix that describes the relationship between the distances to the object between adjacent pixels.

【0027】以上により,複数方向のサンプル列に沿っ
て定義したカルマンフィルタを用いて,2次元配列を有
する観測ベクトルより状態ベクトルを推定できることが
示された。
From the above, it has been shown that a state vector can be estimated from an observation vector having a two-dimensional array using a Kalman filter defined along sample sequences in a plurality of directions.

【0028】図3は本発明の実施例のフローチャートを
示す。実施例としてカメラをその水平走査線と平行に移
動させ,得られるオプティカルフローから対象物までの
距離を推定する場合について示す。ここでカメラ自身の
移動量は既知であるとする。
FIG. 3 shows a flowchart of an embodiment of the invention. As an example, a case will be described in which the camera is moved parallel to its horizontal scanning line and the distance to the object is estimated from the obtained optical flow. Here, it is assumed that the amount of movement of the camera itself is known.

【0029】図3において,まず,処理1において輝度
値からオプティカルフローを求める。処理2においてオ
プティカルフローから対象物までの距離の逆数(以下で
はインバース距離と呼ぶ)を方向毎に推定し,処理3に
おいて評価値
In FIG. 3, first, in process 1, optical flow is determined from luminance values. In process 2, the reciprocal of the distance from the optical flow to the object (hereinafter referred to as inverse distance) is estimated for each direction, and in process 3, the evaluation value is estimated.

【数14】 が最小となる方向から得られたインバース距離を選択し
,対象物までの距離を求める。この処理を各サンプル点
について観測を終了するまで行う。
Select the inverse distance obtained from the direction that minimizes [Equation 14] and find the distance to the object. This process is repeated until the observation is completed for each sample point.

【0030】まず,輝度値からオプティカルフローを求
める部分について述べる。いま,時刻tにおける座標(
i,j)の輝度をI(i,j,t)とする。時間間隔T
における水平(h)方向の動きをUとする。本実施例に
おいては水平方向に移動するため垂直方向の動きVは零
である。
First, the part for determining the optical flow from the luminance value will be described. Now, the coordinates at time t (
Let the luminance of i, j) be I(i, j, t). time interval T
Let U be the movement in the horizontal (h) direction. In this embodiment, since the movement is in the horizontal direction, the vertical movement V is zero.

【0031】次に,点(i,j,t)における画像のh
方向の輝度勾配を
Next, h of the image at point (i, j, t)
The brightness gradient in the direction

【数15】 フレーム間差分を       It=I(i,j,t+T)−I(i,j
,t)      (12)とすると,動き場に関する
拘束式は,       IhU+It=0           
                       (1
3)と表せる。これはよく知られている勾配法の拘束式
の1次元の場合である。よって各画素の水平方向の動き
Uは,       U=−It/Ih           
                       (1
4)となる。It,Ihは観測可能な量であるので,水
平方向の動きUを上式より求めることができる。
[Formula 15] The difference between frames is It=I(i,j,t+T)−I(i,j
, t) (12), the constraint equation regarding the motion field is IhU+It=0
(1
3). This is the one-dimensional case of the well-known gradient method constraint equation. Therefore, the horizontal movement U of each pixel is U=-It/Ih
(1
4). Since It and Ih are observable quantities, the horizontal movement U can be determined from the above equation.

【0032】図4は図3の処理2の部分,即ち,カルマ
ンフィルタを用いてオプティカルフローから対象物まで
のインバース距離をある方向のサンプル列に沿って推定
する部分のフローチャートを示す。カメラの移動量は既
知であるのでオプティカルフローより対象物までの距離
が推定できる。ここで,カメラの移動量をD,対象物ま
での距離をd,インバース距離をx,焦点距離をfとす
る。3角測量の原理からフローは,       U=Df/d=Dfx         
                     (15)
と書ける。
FIG. 4 shows a flowchart of the processing 2 part of FIG. 3, that is, the part of estimating the inverse distance from the optical flow to the object along a sample sequence in a certain direction using a Kalman filter. Since the amount of movement of the camera is known, the distance to the object can be estimated from the optical flow. Here, the amount of movement of the camera is D, the distance to the object is d, the inverse distance is x, and the focal length is f. Based on the principle of triangulation, the flow is U=Df/d=Dfx
(15)
It can be written as

【0033】オプティカルフローを観測ベクトル,対象
物までのインバース距離を状態ベクトルとするシステム
は次のように定式化でき,前記した処理手順に従って状
態ベクトルを逐次的に推定することができる。
A system in which the optical flow is the observation vector and the inverse distance to the object is the state vector can be formulated as follows, and the state vector can be estimated sequentially according to the processing procedure described above.

【数16】 ここで状態遷移行列Ft は1×1の単位行列。観測行
列Ht は1×1の
[Equation 16] Here, the state transition matrix Ft is a 1×1 unit matrix. The observation matrix Ht is 1×1

【数17】 で表せられる。また状態ベクトルは1次元ベクトルx,
観測ベクトルはオプティカルフローUである。白色雑音
ベクトルGt wt は対象とする物体の事前の知識に
応じた適当な値,また,vt はカメラなどの観測誤差
として想定される適当な値を用いる。図4において,ま
ず,対象物までのインバース距離
It is expressed as [Equation 17]. Also, the state vector is a one-dimensional vector x,
The observation vector is the optical flow U. The white noise vector Gt wt is an appropriate value according to prior knowledge of the target object, and vt is an appropriate value assumed to be an observation error of a camera or the like. In Figure 4, first, the inverse distance to the target object is

【数18】 と推定誤差共分散行列Pt の初期値の設定を行う(処
理2−1)。
The initial value of the estimated error covariance matrix Pt is set as follows (processing 2-1).

【0034】初期値は事前の知識を用いて適当な値を設
定する。次に式(7)よりカルマンゲインの初期値K0
 が計算される(処理2−2)。またt=0において座
標(0,0)のオプティカルフローy0 を観測し,式
(6) ,(9) よりt=0における距離の推定値
[0034] The initial value is set to an appropriate value using prior knowledge. Next, from equation (7), the initial value of Kalman gain K0
is calculated (process 2-2). Also, observe the optical flow y0 at coordinates (0,0) at t=0, and use equations (6) and (9) to estimate the distance at t=0.


数19】 推定誤差共分散行列P0/0 を求める(処理2−3)
。ついで,式(5) ,(8) より次の時間t=1即
ち座標(0,1)における距離の推定値
[
[Equation 19] Find the estimated error covariance matrix P0/0 (Process 2-3)
. Then, from equations (5) and (8), the estimated value of the distance at the next time t=1, that is, the coordinates (0, 1)

【数20】 推定誤差共分散行列P1/0 (処理2−4),式(7
) よりK1 が計算される(処理2−2)。t=1に
おけるオプティカルフローy1 を観測し,再び式(6
) ,(9)より
[Formula 20] Estimation error covariance matrix P1/0 (process 2-4), equation (7
), K1 is calculated (process 2-2). Observe the optical flow y1 at t=1 and use equation (6
), from (9)

【数21】 が求められる(処理2−3)。以下同様の手順で観測す
るオプティカルフローの入力がなくなるまで対象物まで
の距離が逐次的に計算される。
[Formula 21] is obtained (processing 2-3). Thereafter, the distance to the object is sequentially calculated using the same procedure until there is no more optical flow input to observe.

【0035】図5は本発明の実施例の構成図を示す。図
5において,1は輝度値入力端子,2は標本化量子化回
路,3は輝度値メモリ,4はオプティカルフロー演算回
路である。5,6,7は各カルマンフィルタ,101は
初期インバース距離・推定誤差共分散行列入力端子,1
02はインバース距離・評価値演算回路,103はイン
バース距離・推定誤差共分散行列メモリ,104はスイ
ッチ,8はインバース距離選択回路,9は逆数回路,1
0は距離出力端子である。
FIG. 5 shows a block diagram of an embodiment of the present invention. In FIG. 5, 1 is a luminance value input terminal, 2 is a sampling and quantization circuit, 3 is a luminance value memory, and 4 is an optical flow calculation circuit. 5, 6, 7 are each Kalman filter, 101 is an initial inverse distance/estimation error covariance matrix input terminal, 1
02 is an inverse distance/evaluation value calculation circuit, 103 is an inverse distance/estimation error covariance matrix memory, 104 is a switch, 8 is an inverse distance selection circuit, 9 is a reciprocal circuit, 1
0 is a distance output terminal.

【0036】まず,アナログの輝度値データが入力端子
1より入力され,続いて標本化量子化回路2でディジタ
ルデータに変換される。データは輝度値メモリ3に書き
込まれ,オプティカルフロー演算回路4に転送される。 ここでは画像の水平方向の輝度勾配とフレーム間差分よ
り式(14)を用いてオプティカルフロー(水平方向の
動き)を求める。本回路は先に述べたように加減乗除演
算だけであるので容易に実現される。こで得られたオプ
ティカルフローは複数のカルマンフィルタ5,6,7等
に転送される。
First, analog luminance value data is input from the input terminal 1, and then converted into digital data by the sampling and quantization circuit 2. The data is written into the brightness value memory 3 and transferred to the optical flow calculation circuit 4. Here, the optical flow (horizontal movement) is determined using Equation (14) from the horizontal brightness gradient of the image and the inter-frame difference. As mentioned above, this circuit can be easily implemented because it only performs addition, subtraction, multiplication, and division operations. The optical flow obtained here is transferred to a plurality of Kalman filters 5, 6, 7, etc.

【0037】各カルマンフィルタにおいて演算の開始時
には初期インバース距離・推定誤差共分散行列入力端子
101よりインバース距離・推定誤差共分散行列が書き
込まれる。スイッチ104は初期データ入力後,インバ
ース距離・評価値演算回路102側に倒される。よって
回路102は式(5) −(10)を用いるので加減乗
除演算だけで実現される。得られたインバース距離と推
定誤差共分散行列は,インバース距離・推定誤差共分散
行列メモリ103とインバース距離選択回路8に入力さ
れる。
At the start of calculation in each Kalman filter, an inverse distance/estimated error covariance matrix is written from the initial inverse distance/estimated error covariance matrix input terminal 101. After inputting the initial data, the switch 104 is turned to the inverse distance/evaluation value calculation circuit 102 side. Therefore, since the circuit 102 uses equations (5) to (10), it can be realized only by addition, subtraction, multiplication, and division operations. The obtained inverse distance and estimated error covariance matrix are input to the inverse distance/estimated error covariance matrix memory 103 and the inverse distance selection circuit 8.

【0038】インバース距離・推定誤差共分散行列メモ
リ103では,各カルマンフィルタの演算に必要となる
までデータを保持する。インバース距離選択回路8には
各々のインバース距離x・評価値νt が入力される。 インバース距離選択回路8は評価値νt が最も小さく
なる方向から得られた距離を出力する。本回路は加減乗
除演算だけで実現される。インバース距離は逆数回路9
において距離に変換され,距離出力端子10を介して出
力される。
The inverse distance/estimation error covariance matrix memory 103 holds data until it is needed for each Kalman filter operation. The inverse distance selection circuit 8 receives each inverse distance x and evaluation value νt. The inverse distance selection circuit 8 outputs the distance obtained from the direction in which the evaluation value νt is the smallest. This circuit is realized using only addition, subtraction, multiplication, and division operations. Inverse distance is reciprocal circuit 9
The distance is converted into a distance and output via the distance output terminal 10.

【0039】以上のような構成になっているため,複数
のカルマンフィルタを用いて2次元配列を有する観測ベ
クトルより状態ベクトルを推定することができる。これ
により,走査する方向によって推定精度が異なる推定結
果に対し,νt で示される(観測空間における)最小
誤差という意味で最も最適な推定値を選択することがで
きる。また,従来の手法においてデータの局所的な性質
を無視しているという欠点は,複数方向に推定処理を行
いその中から1つを選択することにより解決されている
With the above configuration, a state vector can be estimated from an observation vector having a two-dimensional array using a plurality of Kalman filters. With this, it is possible to select the most optimal estimated value in terms of the minimum error (in the observation space) represented by νt for estimation results whose estimation accuracy varies depending on the scanning direction. Furthermore, the disadvantage of ignoring local characteristics of data in conventional methods is solved by performing estimation processing in multiple directions and selecting one of them.

【0040】本実施例ではフローから距離を推定する場
合について述べたが,レンジセンサの雑音除去のように
距離から距離を推定する場合も同様の枠組みで構成でき
ることは明らかである。さらにある観測ベクトルから状
態ベクトルを推定する場合に,2次元のデータ構造を有
するものに対してすべて適用できることは明らかである
In this embodiment, the case where distance is estimated from flow has been described, but it is clear that a similar framework can be used when estimating distance from distance, such as when removing noise from a range sensor. Furthermore, when estimating a state vector from a certain observed vector, it is clear that this method can be applied to any data structure that has a two-dimensional data structure.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の原理構成図である。FIG. 1 is a diagram showing the principle configuration of the present invention.

【図2】本発明のカルマンフィルタを定義する方向の例
である。
FIG. 2 is an example of the direction in which the Kalman filter of the present invention is defined.

【図3】本発明の実施例のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of an embodiment of the invention.

【図4】物体までの距離を算出する部分のフローチャー
トである。
FIG. 4 is a flowchart of a portion of calculating the distance to an object.

【図5】本発明の実施例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図6】従来手法における画素の配置図である。FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of pixels in a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  輝度値入力端子 2  標本化量子化回路 3  輝度値メモリ 4  オプティカルフロー演算回路 5,6,7  カルマンフィルタ 101  初期インバース距離・推定誤差共分散行列入
力端子 102  インバース距離・評価値演算回路103  
インバース距離・推定誤差共分散行列メモリ104  
スイッチ 8  インバース距離選択回路 9  逆数回路 10  距離出力端子 100  入力手段 200  カルマンフィルタ 300  状態ベクトル選択手段
1 Luminance value input terminal 2 Sampling quantization circuit 3 Luminance value memory 4 Optical flow calculation circuit 5, 6, 7 Kalman filter 101 Initial inverse distance/estimation error covariance matrix input terminal 102 Inverse distance/evaluation value calculation circuit 103
Inverse distance/estimation error covariance matrix memory 104
Switch 8 Inverse distance selection circuit 9 Reciprocal circuit 10 Distance output terminal 100 Input means 200 Kalman filter 300 State vector selection means

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  2次元配列を有する観測ベクトルを逐
次的に入力する手段と,逐次入力される観測ベクトルに
対して状態ベクトルを推定する複数のカルマンフィルタ
と,上記複数のカルマンフィルタの状態ベクトル推定値
の出力から1つを選択する状態ベクトル選択手段とを有
する適応型状態ベクトル推定処理方式であって,各カル
マンフィルタは推定の対象となる2次元配列上の位置を
表す座標と,既に状態ベクトルの推定処理が終了してい
る前記座標近傍の座標のうちの1つとを結ぶ方向毎に状
態ベクトルを推定し,状態ベクトル選択手段は複数のカ
ルマンフィルタにおいて算出した観測ベクトル推定値と
上記逐次入力した観測ベクトルとの差を最小にするカル
マンフィルタの状態ベクトルを1つ選択して出力するこ
とを特徴とする適応型状態ベクトル推定処理方式。
Claim 1: means for sequentially inputting observation vectors having a two-dimensional array; a plurality of Kalman filters for estimating state vectors for the sequentially input observation vectors; and means for estimating state vectors of the plurality of Kalman filters. This is an adaptive state vector estimation processing method that has a state vector selection means for selecting one from outputs, and each Kalman filter has coordinates representing a position on a two-dimensional array to be estimated, and state vector estimation processing that has already been performed. A state vector is estimated for each direction connecting one of the coordinates in the vicinity of the coordinate where the process has been completed, and the state vector selection means selects a combination of the observation vector estimate calculated by the plurality of Kalman filters and the observation vector inputted sequentially. An adaptive state vector estimation processing method characterized by selecting and outputting one Kalman filter state vector that minimizes the difference.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010119482A1 (en) * 2009-04-16 2010-10-21 トヨタ自動車株式会社 Distance detecting apparatus and method employed therein

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