JPH0511036A - 目標追尾装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 〔目的〕 観測領域が大きい場合や動揺を伴う移動体に
搭載された場合でも正確、かつ安定した追尾が可能であ
る。 〔構成〕 撮像手段11と、目標計測手段12と、姿勢制御
手段13とからなる目標追尾装置において、前記目標計測
手段12が、観測領域内の目標抽出に際し、画像信号のう
ち所定の輝度レベルの部分を目標候補とみなして、これ
を二値化する二値化手段21と、この目標候補形状と基準
目標形状とを比較して、目標形状と判定する形状判定手
段22とにより、正確な目標抽出を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、TVカメラ，赤外線カメ
ラ等の撮像装置により目標を撮像し、画像処理を施して
目標の位置を計測することにより、前記目標を追尾する
目標追尾装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の目標追尾装置としては、
TVカメラ，赤外線カメラ等の撮像装置により目標を撮像
し、画像処理を施して目標の位置を計測することによ
り、撮像装置を常時目標方向に指向させるものがある。
その装置の一方式としては、撮像装置からの画像信号の
うち目標を含む所定の大きさの観測領域を設定し、この
観測領域内において所定の輝度を有する部分を目標とみ
なして目標抽出を行ない、これを追尾するものがある。

【０００３】この従来の装置においては、観測領域を設
定してその範囲内のみで目標抽出を行なうため、処理時
間が短縮されると同時に、観測領域外に存在して目標と
同様の輝度を有する他の物標や背景部分を、目標と誤認
しない大きな効果がある。反面、観測領域の大きさは、
目標判定の輝度レベルの設定と並んで目標追尾装置の性
能を決める重要な要素となる。

【０００４】すなわち、撮像部は目標方向を指向するよ
う姿勢制御されるため、観測領域は例えば画像中心を中
心として設定されるが、撮像部の指向方向の目標方向か
らのずれにより、観測領域が小さすぎると、目標の一部
または全部が観測領域外に存在し、目標の抽出，位置計
測が不正確あるは不可能となる。他方、観測領域が大き
すぎると、観測領域内に目標と同様の輝度を有する他の
物標や背景部分が存在し、これを目標とみなして目標抽
出，位置計測を行なうため、不正確な計測あるいは他の
物標や背景部分への乗り移りが起こり得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の装
置にあっては、撮像部の指向方向と目標方向とのずれが
比較的大きい場合、例えば、装置が移動体に搭載されて
動揺を伴う場合等に正確かつ安定した追尾が不可能にな
るという問題点があった。

【０００６】すなわち、撮像部の指向方向と目標方向と
のずれが大きいために、目標全体を常時観測領域内に留
めるためには観測領域を大きくしなければならない。し
かし、そうすると輝度レベルによる判定のみでは目標だ
けを正確に抽出することが困難となり、目標抽出，位置
計測が不正確となって他の物標や背景部分への乗り移
り、追尾継続不能といった状況に陥ることがあった。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解消し、観測領域が大きい場合
でも正確な目標抽出が可能であり、動揺を伴う移動体に
搭載された場合などにおいて、撮像部の指向方向と目標
方向とのずれが比較的大きいときにも、正確かつ安定し
た追尾が可能な目標追尾装置を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、二次元的な形状判定
を行なう場合は、一般に処理時間が長くなるという問題
点を解消するために、短い処理時間で形状判定が可能な
目標追尾装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は次のとおりである。

【００１０】（１）目標を撮像して画像信号を出力する
撮像手段と、前記撮像手段からの画像信号のうちの所定
の観測領域内から前記目標を抽出し、かつその位置を計
測して目標位置信号を出力する目標計測手段と、前記目
標計測手段からの目標位置信号を基に、前記撮像手段を
所定の方向に指向させる姿勢制御手段とからなる目標追
尾装置において、前記目標計測手段は、前記観測領域内
において、前記画像信号の所定の輝度レベルの部分を前
記目標の候補とみなして二値化する二値化手段と、前記
二値化手段からの目標候補信号のうち所定の形状を有す
る部分を前記目標と判定する形状判定手段と、前記形状
判定手段により判定された前記目標の位置を計測して目
標位置信号を出力する位置計測手段とを有することを特
徴とする。

【００１１】（２）前記形状判定手段は、前記目標候補
信号をＸＹ直交座標系のＸ軸および／またはＹ軸へ投影
する投影手段と、前記投影手段からのＸ軸および／また
はＹ軸への投影信号に対し、所定の波形との一致度を計
測して一致度が最大となる部分を、前記目標と判定する
目標判定手段とを備えたことを特徴とする。

【００１２】（３）前記形状判定手段は、前記目標候補
信号のＸＹ直交座標系のＸ軸および／またはＹ軸への投
影を所定の閾値で二値化した二値投影信号を出力する二
値投影手段と、前記二値投影手段からのＸ軸および／ま
たはＹ軸への二値投影信号のうち所定の幅の部分を、前
記目標と判定する目標判定手段とを備えたことを特徴と
する。

【００１３】

【作用】本発明は以上のように構成されているので、前
記目標計測手段において、観測領域内の目標抽出に際
し、前記画像信号のうち所定の輝度レベルの部分を目標
候補とみなし、このうち所定の形状を有する部分を目標
と判定する条件を加えることにより、正確な目標抽出を
行なう。

【００１４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。

【００１５】図１は本発明は一実施例を示すブロック図
である。図において、11は撮像部、12は目標計測部、13
は姿勢制御部、14は表示部であり、このうち前記目標計
測部12は二値化回路21、形状判定回路22および位置計測
回路23から構成されている。

【００１６】撮像部11は、目標を撮像し、電気的な画像
信号として出力するもので、具体的にはTVカメラ，赤外
線カメラ等である。目標計測部12は、後述する動作によ
って、撮像部11からの画像信号のうちの所定の観測領域
内から前記目標を抽出し、その位置を計測して目標位置
信号として出力するものである。姿勢制御部13は、目標
計測部12からの目標位置信号を基に、撮像部11を前記目
標の方向に指向させるものである。表示部14は、撮像部
11からの画像信号および／または目標計測部12からの目
標位置信号を表示するもので、例えばＣＲＴディスプレ
イ装置などがある。

【００１７】ここで、撮像部11，姿勢制御部13，表示部
14については、従来の目標追尾装置と同様であるのでそ
の説明を省略し、目標計測部12について詳細に説明す
る。

【００１８】まず、目標計測部12のなかの二値化回路21
は、撮像部11からの画像信号のうち所定の観測領域内に
おいて、所定の輝度レベルの部分のみ目標候補とみなし
て二値化した目標候補信号を形成するもので、例えば図
２に示すように、比較回路31と、所定のタイミングのデ
ータを、サンプリングして取り込み保持するようにタイ
ミング制御されたデータ保持回路32とによって構成され
る。

【００１９】比較回路31は、目標候補とみなすべき所定
の輝度レベルの上限および／または下限を閾値とするコ
ンパレータ、またはウィンドウコンパレータによって実
現でき、あるいはＡ／Ｄ変換器とデジタルコンパレータ
によっても実現できる。この比較回路31によって、電気
的な画像信号は”０”または”１”に変換される。

【００２０】データ保持回路32は、比較回路31から出力
される二値化信号のうち、所定の観測領域の部分のみ
を、サンプリングして取り込むようにタイミング制御さ
れ、これを目標候補信号として保持するレジスタまたは
メモリである。観測領域をｍ×ｎ画素でサンプリングす
る場合、データ保持回路32はｍ×ｎ×１ビットの容量が
必要である。ここで、撮像部11は目標方向を指向するよ
う姿勢制御されるため、観測領域は、例えば画像中心を
中心として、撮像部11の指向方向と目標方向のずれに十
分に対処可能な所定の大きさに設定される。なお、所定
の領域のデータを取り込むようにタイミング制御する技
術は周知であり、説明を省略する。

【００２１】なお、二値化回路21は前記の構成のほか、
Ａ／Ｄ変換器とｍ×ｎ×ｋビット（ｋは一画素あたりの
ビット数）の容量のデータ保持回路とソフトウェアによ
る二値化処理によっても実現可能である。

【００２２】次に形状判定回路22は、二値化回路21にお
いて形成された目標候補信号から、所定の形状を有する
部分を目標とみなして目標信号を形成するものである。

【００２３】目標とみなす所定の形状としては、例えば
前回追尾した目標の目標信号の形状とすることができ
る。この目標候補信号を図３、目標とみなす所定の形状
である前回の目標信号を図４とすると、図３の目標候補
信号の中で図４の形状を有する部分を判定する方法とし
ては、例えば、図３のｍ×ｎ画素の領域の内、図４のｐ
×ｑ画素の領域との一致度が最も大きい部分を抽出すれ
ばよい。演算量としては、例えば次式による一致度Ｃｘ
ｙの演算を（ｍ−ｐ＋１）×（ｎ−ｑ＋１）回行なうこ
とになる。

【００２４】

【数１】

【００２５】ここで、ＥｘＮＯＲは排他的論理和の否
定、Ａは図３のｍ×ｎ画素の領域のうちのｐ×ｑ画素の
領域、Ｂは図４のｐ×ｑ画素の領域である。この一致度
の算出と周知の処理である一致度最大（Ｃｘｙ最大）部
分の抽出処理は、ハードウェアまたはソフトウェア、ま
たはその組合せによって行なうことができる。

【００２６】位置計測回路23は、形状判定回路22におい
て形成された目標信号をもとに目標の位置を計測するも
ので、例えば目標の重心位置を目標位置として算出す
る。重心位置の算出は周知の方法により、ハードウェア
またはソフトウェア、またはその組合せによって行なう
ことができる。

【００２７】以上の目標計測部12により、観測領域内の
目標抽出において輝度レベルだけではなく形状について
も判定され、観測領域が大きい場合でも正確な目標抽出
が可能となって、動揺を伴う移動体に搭載された場合等
の撮像部11の指向方向と目標方向とのずれが比較的大き
い場合にも正確かつ安定した追尾が可能となる。

【００２８】次に、前記の実施例における形状判定回路
22の他の実施例である形状判定回路24のブロック図を図
５に示す。図５において、33は投影回路、34は目標判定
回路である。

【００２９】一般に、画像をある軸上に投影するという
ことは、その軸に垂直な方向の直線に沿った画素の濃度
を逐次たし合わせ、その合計を求める。この操作を直線
の位置を少しずつ平行移動させながら繰り返すことによ
り、濃度和の並び（１次元波形）が得られる。この波形
のことを、画像のその軸への投影（projection）とい
う。ここでは、これを濃淡画像ではなく二値画像（目標
候補信号）に対して行なう。従って、得られる波形は、
軸上の各座標ごとの”１”の画素数の並びである。

【００３０】投影回路33は、二値化回路21において形成
された目標候補信号を、ＸＹ直交座標系のＸ軸および／
またはＹ軸へ投影した投影信号を形成するものである。
投影信号はｘ座標および／またはｙ座標毎に、目標候補
信号の”１”の画素数を計数することによって形成さ
れ、ハードウェアまたはソフトウェア、またはその組合
せによって実現できる。図６に目標候補信号と投影信号
の例を示す。

【００３１】目標判定回路34は、投影回路33において形
成された投影信号に対して、所定のパターンとの（一次
元の）一致度を算出し、一致度が最大となる部分を目標
とみなして、目標信号を形成するものである。目標とみ
なす所定のパターンとしては、例えば前回追尾した目標
の目標信号の投影信号とすることができる。

【００３２】この前回追尾した目標の目標信号とその投
影信号を図７として、この投影信号と図６の投影信号と
の一致度算出の演算量としては、Ｘ軸については例えば
下記（２）式による一致度Ｃｘの演算をｍ−ｐ＋１回、
Ｙ軸については例えば下記（３）式による一致度Ｃｙの
演算をｎ−ｑ＋１回行なうことになる。

【００３３】

【数２】

【００３４】

【数３】

【００３５】前記（２）および（３）式において、Ａｘ
は図６のＸ軸への投影のｍ画素の領域のうちのｐ画素の
領域、Ａｙは図６のＹ軸への投影のｎ画素の領域のうち
のｑ画素の領域、Ｂｘは図７のＸ軸への投影のｐ画素の
領域、Ｂｙは図７のＹ軸への投影のｑ画素の領域であ
る。この一致度の算出と周知の処理である一致度最大
（Ｃｘ，Ｃｙが最小のとき一致度最大となる）部分の抽
出処理はハードウェアまたはソフトウェア、またはその
組合せによって行なうことができる。なお、一致度の算
出は（２）（３）式のほか、周知の相関演算等によって
もよい。また、一致度の判定は必ずしもＸ軸，Ｙ軸両方
について行なう必要はなく、一方だけでは目標判定が困
難な場合や、判定の確信度をより高めたい場合に行なえ
ばよい。

【００３６】以上の形状判定回路24により、先の実施例
における形状判定回路22において二次元的な形状判定を
行なっていたのに比べて、短い処理時間で（または、処
理時間を一定とした場合安価なコストで）形状判定を行
なうことが可能となる。

【００３７】前記形状判定回路22のさらに他の実施例で
ある形状判定回路25のブロック図を図８に示す。図８に
おいて、35は二値投影回路、36は目標判定回路である。

【００３８】二値投影回路35は、二値化回路21において
形成された目標候補信号を、ＸＹ直交座標系のＸ軸およ
び／またはＹ軸への投影を所定の閾値で二値化した二値
投影信号を形成するものである。

【００３９】この二値投影信号はｘ座標および／または
ｙ座標毎に、目標候補信号の”１”の画素数が所定の閾
値以上のとき”１”、それ以外のとき”０”とすること
で形成され、ハードウェアまたはソフトウェア、または
その組合せによって実現できる。所定の閾値は、例えば
１とすることができて、この場合、二値投影信号の幅つ
まり”１”が連続している長さは、目標候補信号のＸ軸
および／またはＹ軸への正射影の大きさを表わす。閾値
を１としたときの目標候補信号と二値投影信号の例を図
９に示す。

【００４０】目標判定回路36は、二値投影回路35におい
て形成された二値投影信号から、所定の幅を有する部分
を目標とみなして目標信号を形成するものである。目標
とみなす所定の幅としては、例えば前回の目標信号の幅
とすることができ、例えば、図９の二値投影信号に対し
て、図10に示すような前回の目標信号の幅によって判定
を行なう。この処理はソフトウェアまたはハードウェ
ア、またはその組合せによって容易に実現できる。な
お、幅の判定は必ずしもＸ軸，Ｙ軸両方について行なう
必要はなく、一方だけでは目標判定が困難な場合や、判
定の確信度をより高めたい場合に行なえばよい。

【００４１】以上の形状判定回路25により、先の２つの
実施例における形状判定回路22，24における形状判定に
比べて、より短い処理時間で（または、処理時間を一定
とした場合安価なコストで）形状判定を行なうことが可
能となる。

【００４２】なお、本発明の技術は前記実施例における
技術に限定されるものではなく、同様な機能を果す他の
態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構
成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。

【００４３】

【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、撮像部からの画像信号のうち所定の観測領域内
から目標を抽出し、かつその位置を計測し、前記撮像部
を目標方向に指向させる目標追尾装置において、前記画
像信号の所定の輝度レベルの部分を形状判定することに
よって目標抽出を行ない、この抽出した目標の位置を計
測するため、目標追尾装置が動揺を伴う移動体に搭載さ
れた場合など、撮像部の指向方向と目標方向とのずれが
大きくなることがある場合でも、正確かつ安定した追尾
が可能となる。

【００４４】また、本発明によれば、形状判定において
二次元平面状での形状判定ではなく、二次元形状の情報
を直交座標系のそれぞれの座標軸上の情報に変換して、
一次元の情報で形状判定を行なうことにより、処理時間
を大幅に短縮し、または、安価なコストで目標追尾装置
を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の目標追尾装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。

【図２】二値化回路の構成を示すブロック図である。

【図３】目標候補信号の形状を示す図である。

【図４】目標信号とみなす所定形状を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例の形状判定回路の構成を示
すブロック図である。

【図６】目標候補信号の形状とその投影信号を示す図で
ある。

【図７】目標信号とみなす所定形状とその投影信号を示
す図である。

【図８】本発明のさらに他の実施例の形状判定回路の構
成を示すブロック図である。

【図９】目標候補信号の形状とその二値投影信号を示す
図である。

【図10】目標信号とみなす所定形状とその二値投影信号
を示す図である。

【符号の説明】

12 目標計測部 21 二値化回路 22，24，25 形状判定回路 23 位置計測回路 31 比較回路 32 データ保持回路 33 投影回路 34，36 目標判定回路 35 二値投影回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目標を撮像して画像信号を出力する撮像
   手段と、前記撮像手段からの画像信号のうちの所定の観
   測領域内から前記目標を抽出し、かつその位置を計測し
   て目標位置信号を出力する目標計測手段と、前記目標計
   測手段からの目標位置信号を基に、前記撮像手段を所定
   の方向に指向させる姿勢制御手段とからなる目標追尾装
   置において、前記目標計測手段は、前記観測領域内にお
   いて、前記画像信号の所定の輝度レベルの部分を前記目
   標の候補とみなして二値化する二値化手段と、前記二値
   化手段からの目標候補信号のうち所定の形状を有する部
   分を、前記目標と判定する形状判定手段と、前記形状判
   定手段により判定された前記目標の位置を計測して目標
   位置信号を出力する位置計測手段とを有することを特徴
   とする目標追尾装置。
2. 【請求項２】 前記形状判定手段は、前記目標候補信号
   をＸＹ直交座標系のＸ軸および／またはＹ軸へ投影する
   投影手段と、前記投影手段からのＸ軸および／またはＹ
   軸への投影信号に対し、所定の波形との一致度を計測し
   て一致度が最大となる部分を、前記目標と判定する目標
   判定手段とを備えたことを特徴とする請求項１の目標追
   尾装置。
3. 【請求項３】 前記形状判定手段は、前記目標候補信号
   のＸＹ直交座標系のＸ軸および／またはＹ軸への投影を
   所定の閾値で二値化した二値投影信号を出力する二値投
   影手段と、前記二値投影手段からのＸ軸および／または
   Ｙ軸への二値投影信号のうち所定の幅の部分を、前記目
   標と判定する目標判定手段とを備えたことを特徴とする
   請求項１の目標追尾装置。