JPS625555B2 - - Google Patents
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- JPS625555B2 JPS625555B2 JP56018485A JP1848581A JPS625555B2 JP S625555 B2 JPS625555 B2 JP S625555B2 JP 56018485 A JP56018485 A JP 56018485A JP 1848581 A JP1848581 A JP 1848581A JP S625555 B2 JPS625555 B2 JP S625555B2
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- G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/785—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system
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- Processing Or Creating Images (AREA)
- Closed-Circuit Television Systems (AREA)
Description
この発明は、テレビカメラや赤外線撮像装置か
ら供給される画像において、あらかじめ記憶しれ
参照画面と新たに入力される画面との相関係数を
求めその最大値を与える座標を検出し、撮像装置
の視野内にある所要の目標又は情景を追尾する装
置に関するものである。
従来、この種装置では第1図に示すようにアナ
ログ―デイジタル交換した大きさK画素×L画素
の画像において、所要の追尾目標又は情景を含む
大きさM画素×N画素の画像をあらかじめ設定
し、上記K画素×L画素の画像を被相関画像1、
M画素×N画素の画像を参照画像2とし、この参
照画像2を新たに入力される被相関画像1上で2
次元的に走査し相関係数C(k,l)を求めてい
た。
このC(k,l)は、第1図において被相関画
像1の画像信号をQ(m+k,n+l)、参照画
像2の画像信号をP(m,n)とすると第(1)式で
与えられる。
ここで、m,nは参照画像2の左上端を座標原
点に、またk,lは被相関画像1の左上端を座標
原点にそれぞれ設定したときのx軸,y軸方向の
座標であり、k,lは、第(2)式及び第(3)式の条件
を満足する値である。
1≦k≦(K−M+1) (2)
1≦l≦(L−N+1) (3)
この場合、C(k,l)の演算時間Tは、1回
のP(m,n)とQ(m+k,n+l)の積演算
時間をtとすると第(4)式となる。
T=M・N・(K−M+1)
・(L−N+1)・t (4)
いま、一例として、K=L=256画素、M=N
=32画素、t=70nsecの場合
T=(32)2・(225)2・(70×10-9)
=3.6sec
となり30フレーム/secの標準テレビ走査方式の
画像を実時間で相関処理するのが不可能であつ
た。
この発明は、この欠点を除去するため相関係数
の最大値を与える座標を検出し、これを追尾点と
しその追尾点のうち、第(i−1)番目のフレー
ムの画像と第i番目のフレームの画像において求
めた2つの追尾点間の距離を計算しこの値に比例
させて次の第(i+1)番目のフレームの画像に
対する相関係数の演算領域を限定したものであ
る。以下図面に従つて詳細に説明する。
第2図は、この発明による相関演算の領域制限
法の動作原理図である。第2図において、1は被
相関画像、2は参照画像、3は相関演算領域であ
る。
なお、被相関画像の大きさをK画素×L画素、
また参照画像の大きさをM画素×N画素とする。
いま、第2図において第(i−1)番目のフレ
ームのテレビ画像について求めた追尾点を(ki-
1,li-1)、第(i)番目のフレームのテレビ画像
について求めた追尾点を(ki,li)とする。こ
れら2つの追尾点の距離δを第(5)式を用いて計算
する。
δ=|Ki−ki-1|2
+|li−li-1|2 (5)
次に、第(i+1)番目のフレームのテレビ画
像が入力された後に参照画像2を用いて相関係数
の計算をするときに、この参照画像2を2次元的
に走査する範囲を第(6)式に示す領域(3)に限定す
る。
(ki−aδ)≦k≦(Ki+aδ)かつ
(li−aδ)≦l≦(li+a)δ) (6)
ただし、aは定数でa≧1である。
なお、上記距離δがあらかじめ設定した閾値ε
より小さくなつた場合は
(ki−ε)≦k≦(ki+ε)かつ
(li−ε)≦l≦(li+ε) (7)
とする。
この場合、第(1)式で定義した相関係数C(k,
l)の演算時間T′は1回のP(m,n)とQ
(m+k,n+l)の積演算時間をtとすると第
(8)式となる。
This invention calculates the correlation coefficient between a pre-stored reference screen and a newly input screen in images supplied from a television camera or an infrared imaging device, detects the coordinates that give the maximum value, and The invention relates to a device for tracking a desired target or scene within a vehicle. Conventionally, in this type of device, as shown in Fig. 1, an image of size M pixels x N pixels containing the desired tracking target or scene is set in advance in an image of size K pixels x L pixels that has been converted from analog to digital. , the above K pixel x L pixel image is correlated image 1,
An image of M pixels by N pixels is set as a reference image 2, and this reference image 2 is set as 2 on the newly input correlated image 1.
The correlation coefficient C(k, l) was obtained by scanning dimensionally. This C(k,l) is given by equation (1), assuming that the image signal of correlated image 1 is Q(m+k,n+l) and the image signal of reference image 2 is P(m,n) in FIG. It will be done. Here, m and n are the coordinates in the x-axis and y-axis directions when the upper left corner of the reference image 2 is set as the coordinate origin, and k and l are the coordinates in the x-axis and y-axis directions when the upper left corner of the correlated image 1 is set as the coordinate origin, respectively. k and l are values that satisfy the conditions of equations (2) and (3). 1≦k≦(K-M+1) (2) 1≦l≦(L-N+1) (3) In this case, the calculation time T of C(k,l) is equal to one P(m,n) and Q If the time for the product calculation of (m+k, n+l) is t, then Equation (4) is obtained. T=M・N・(K−M+1)・(L−N+1)・t (4) Now, as an example, K=L=256 pixels, M=N
= 32 pixels, t = 70 nsec T = (32) 2・(225) 2・(70×10 -9 ) = 3.6 sec, which means that images of the standard TV scanning method of 30 frames/sec are subjected to correlation processing in real time. It was impossible. In order to eliminate this drawback, the present invention detects the coordinates that give the maximum value of the correlation coefficient, uses this as a tracking point, and among the tracking points, the image of the (i-1)th frame and the i-th The distance between the two tracking points found in the image of the frame is calculated and proportional to this value to limit the calculation area of the correlation coefficient for the image of the next (i+1)th frame. A detailed explanation will be given below with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram illustrating the operating principle of the region limiting method for correlation calculation according to the present invention. In FIG. 2, 1 is a correlated image, 2 is a reference image, and 3 is a correlation calculation area. Note that the size of the correlated image is K pixels x L pixels,
Further, the size of the reference image is assumed to be M pixels×N pixels. Now, the tracking point obtained for the TV image of the (i-1)th frame in FIG. 2 is expressed as (k i-
1 , l i-1 ), and the tracking point obtained for the television image of the (i)th frame is (k i , l i ). The distance δ between these two tracking points is calculated using equation (5). δ=|K i −k i-1 | 2 +|l i −l i-1 | 2 (5) Next, after the TV image of the (i+1)th frame is input, using reference image 2, When calculating the correlation coefficient, the range in which this reference image 2 is two-dimensionally scanned is limited to the area (3) shown in equation (6). (k i −aδ)≦k≦(K i +aδ) and (l i −aδ)≦l≦(l i +a)δ) (6) where a is a constant and a≧1. Note that the distance δ is a preset threshold value ε
If it becomes smaller, (k i −ε)≦k≦(k i +ε) and (l i −ε)≦l≦(l i +ε) (7). In this case, the correlation coefficient C(k,
The computation time T' for l) is one time P (m, n) and Q
If the product calculation time of (m+k, n+l) is t, then the
This becomes equation (8).
【表】
第8式から明らかなように、この発明による相
関演算の領域制限法によると相関係数C(k,
l)の演算時間は、参照画像の大きさM,N、追
尾目標又は情景の画面上における移動量δ及び1
回の積演算時間tにのみ依存し被相関画面(1)の大
きさに依存しないことがわかる。
ところで、上記の距離又は移動量δの最大値
は、通常の運用条件では1秒間当り被相関画像(1)
の全幅の1倍程度と見積られる。
いま、被相関画面の大きさをK=L=256画素
とすると、30フレーム/secの標準テレビ走査方
式では、δはフレーム間(33.3msec)において
8.5画素となる。
このとき、大きさM=N=32画素の参照画像2
を用いて追尾する場合、a=1に設定し積演算時
間t=70nsecの掛算器を用いるとすると、相関
係数C(k,l)の演算時間T′は第(8)式より
T′=(32)2・(2×8.5)2・(70×10-9)
=20.7msec
となり、33.3msecより小さくなるため標準テレ
ビ走査方式の画像を実時間で相関追尾することが
可能となる。
なお、第(7)式及び第(8)式に与えた閾値εの値
は、運用条件により決定されるが、通常の運用条
件においては被相関画像1の全幅の2%程度に設
定する。このときの相関係数の演算時間T′は、
K=L=256画素、M=N=32画素、t=70nsec
の場合、T′=7.5mecsである。
第3図は、この発明による相関演算の領域制限
法を用いた相関追尾装置の一実施例の構成図であ
る。
第3図において、サーボ架台4に搭載した撮像
装置5から供給される画像信号をアナログ―デイ
ジタル変換回路6に通してデイジタル信号に変換
する。
この画像信号に対し、追尾動作を開始する前に
は、あらかじめ、追尾ウインドウ設定回路7を用
いて所要の目標又は情景を含む領域に追尾ウイン
ドウを設定し、その領域にあるM画素×N画素の
画像信号をスイツチ8を用いて参照画像の画像信
号としてメモリ9に記憶しておく。また、追尾動
作を開始した後では、撮像装置5から供給される
K画素×L画素の画像信号において目標又は情景
の像の倍率等が大きく変化した場合、相関係数の
最大値が極端に低下し追尾精度が悪くなるため上
述のメモリ9に記憶した参照画像を更新する必要
がある。この場合に限り、追尾ウインドウ設定回
路7を用いて設定した追尾ウインドウの領域にあ
るM画素×L画素の画像信号をスイツチ8により
メモリ9に再記憶する。なお、この追尾ウインド
ウの位置は、後述する最大値検出回路12から出
力される座標信号に応じて移動させる。
次に、追尾をするために必要となる座標信号を
求める動作について説明する。すなわち、撮像装
置5から供給されるK画素×L画素の画像信号に
おいて、目標又は情景の像の倍率等が大きく変化
しない範囲では、その画像信号は、追尾ウインド
ウ設定回路7を通過後スイツチ8を通してK画素
×L画素の被相関画像としてバツフアメモリ10
に一担記憶される。
上述の如くメモリ9に記憶された参照画像とバ
ツフアメモリ10に記憶された被相関画像の各々
の画像信号を読み出し、掛算及び加算回路11に
入力して第1式に従つて相関係数を計算する。
このようにして求めた2次元の相関係数を最大
値検出回路12に入力し最大値を与える座標信号
(ki,li)を検出する。この座標信号と1フレー
ム前の画像について同様に求めた座標信号(ki-
1,li-1)との距離δを距離計算回路13により
第5式に従つて計算し、その値を相関演算制限回
路14に入力する。すると相関演算制限回路14
では、上述の如く計算により求めた距離δとあら
かじめ設定した閾値εとの比較を行ないδ≧εの
場合には第(6)式に、またδ<εの場合には第(7)式
に従つて各々制御信号を発生する。
この制御信号に基づいて、次の1フレーム後の
画像について同様に掛算及び加算回路11により
第(1)式に従つて相関係数を計算する際、メモリ9
に記憶したM画素×N画素の参照画像をバツフア
メモリ10に記憶したK画素×L画素の被相関画
像全体において2次元的に走査し相関係数を計算
する代わりに、座標(ki,li)を中心にδ≧ε
の場合には、座標(ki−aδ,li−aδ)から
座標(ki+aδ),li+aδ)まで2aδ画素×2a
δ画素の大きさを2次元的に走査し、またδ<ε
の場合には座標(ki−ε,li−ε)から座標
(ki+ε,li+ε)まで2ε画素×2ε画素の大
きさを2次元的に走査しそれぞれ相関係数を計算
する。
なお、撮像装置5から供給されるK画素×L画
素の画像信号において目標又は情景の像の倍率等
が大きく変化した場合は、前述の如く参照画像を
更新した後、同様に演算を行ない最大値検出回路
12より相関係数の最大値を与える座標信号を出
力する。
この場合、最大値検出回路12より出力される
座標信号を上記追尾ウインドウ設定回路7にフイ
ードバツクし、画面上において追尾ウインドウの
位置を移動させることにより撮像装置5の視野内
にある所要の目標又は情景を電子ループで追尾す
ることができる。
また追尾制御信号発生回路15に上記座標信号
を入力し、サーボ架台4への誤差信号を出力し撮
像装置5の姿勢制御を行なうことにより、画面上
に所要の目標又は情景を静止させて追尾すること
ができる。
なお、以上は標準テレビ走査方式の撮像装置か
ら供給される画像信号について説明したが、この
発明はこれに限らず2次元情報を処理し追尾する
装置に使用してもよい。
また、以上はハードウエアについて説明した
が、この発明はこれに限らずソフトウエアで実現
する場合に適用できることは言うまでもない。
以上のように、この発明に係る相関追尾装置で
は、相関係数を最大とする座標を検出しこれを追
尾点とし、その追尾点のうち第(i−1)番目の
フレームの画像及び第i番目のフレームの画像に
対して求めた2つの追尾点間の距離を計算し、こ
の距離に比例させて新たに入力される第(i+
1)番目のフレームの画像に対する相関係数の演
算領域を限定しているため、2次元の相関演算を
実時間で行なうことができ、高精度かつ高速に撮
像装置の視野内にある所要の目標又は情景を追尾
できる利点がある。[Table] As is clear from Equation 8, according to the area restriction method for correlation calculation according to the present invention, the correlation coefficient C(k,
The calculation time of l) is calculated based on the size M and N of the reference image, the amount of movement δ of the tracking target or scene on the screen, and 1
It can be seen that it depends only on the product calculation time t and does not depend on the size of the correlated screen (1). By the way, the maximum value of the above distance or movement amount δ is the number of uncorrelated images (1) per second under normal operating conditions.
It is estimated to be about 1 times the total width of . Now, if the size of the correlated screen is K = L = 256 pixels, in the standard television scanning system of 30 frames/sec, δ is between frames (33.3 msec).
It becomes 8.5 pixels. At this time, reference image 2 of size M=N=32 pixels
When tracking using , if we set a = 1 and use a multiplier with a product calculation time t = 70 nsec, the calculation time T' of the correlation coefficient C (k, l) is T' from equation (8). = (32) 2・(2×8.5) 2・(70×10 -9 ) =20.7 msec, which is smaller than 33.3 msec, making it possible to perform correlation tracking of standard television scanning system images in real time. Note that the value of the threshold ε given to equations (7) and (8) is determined depending on the operating conditions, but under normal operating conditions, it is set to about 2% of the total width of the correlated image 1. The calculation time T′ of the correlation coefficient at this time is
K=L=256 pixels, M=N=32 pixels, t=70nsec
In the case of , T′=7.5mecs. FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of a correlation tracking device using the area restriction method of correlation calculation according to the present invention. In FIG. 3, an image signal supplied from an imaging device 5 mounted on a servo mount 4 is passed through an analog-to-digital conversion circuit 6 and converted into a digital signal. Before starting the tracking operation for this image signal, a tracking window is set in advance in an area including the required target or scene using the tracking window setting circuit 7. The image signal is stored in the memory 9 as the image signal of the reference image using the switch 8. In addition, after the tracking operation has started, if the magnification of the target or scene image changes significantly in the K pixel x L pixel image signal supplied from the imaging device 5, the maximum value of the correlation coefficient will decrease extremely. However, since the tracking accuracy deteriorates, it is necessary to update the reference image stored in the memory 9 described above. Only in this case, the image signal of M pixels×L pixels in the area of the tracking window set using the tracking window setting circuit 7 is re-stored in the memory 9 by the switch 8. Note that the position of this tracking window is moved in accordance with a coordinate signal output from a maximum value detection circuit 12, which will be described later. Next, the operation of obtaining coordinate signals necessary for tracking will be explained. That is, in the K pixel x L pixel image signal supplied from the imaging device 5, within a range where the magnification of the target or scene image does not change significantly, the image signal passes through the tracking window setting circuit 7 and then passes through the switch 8. Buffer memory 10 as a correlated image of K pixels x L pixels
It will be remembered for a while. As described above, the image signals of the reference image stored in the memory 9 and the correlated image stored in the buffer memory 10 are read out and inputted to the multiplication and addition circuit 11 to calculate the correlation coefficient according to the first equation. . The two-dimensional correlation coefficient obtained in this way is input to the maximum value detection circuit 12, and a coordinate signal (k i , l i ) giving the maximum value is detected. This coordinate signal and the coordinate signal (k i-
1 , l i-1 ) is calculated by the distance calculating circuit 13 according to the fifth equation, and the value is input to the correlation calculation limiting circuit 14. Then, the correlation calculation limit circuit 14
Now, compare the distance δ calculated as described above with the preset threshold ε, and if δ≧ε, use equation (6), and if δ<ε, use equation (7). Therefore, each generates a control signal. Based on this control signal, when the multiplication and addition circuit 11 similarly calculates the correlation coefficient according to equation (1) for the image after the next frame, the memory 9
Instead of two-dimensionally scanning the entire correlated image of K pixels x L pixels stored in the buffer memory 10 with the M pixels x N pixels reference image stored in the buffer memory 10 and calculating the correlation coefficient, the coordinates (k i , l ) centered around δ≧ε
In the case of , 2aδ pixels × 2a
The size of δ pixel is scanned two-dimensionally, and δ<ε
In the case of , the size of 2ε pixels x 2ε pixels is scanned two-dimensionally from the coordinates (k i −ε, l i −ε) to the coordinates (k i +ε, l i +ε), and the correlation coefficients are calculated for each. . Note that if the magnification of the target or scene image changes significantly in the K pixel x L pixel image signal supplied from the imaging device 5, after updating the reference image as described above, perform the same calculation to determine the maximum value. The detection circuit 12 outputs a coordinate signal that gives the maximum value of the correlation coefficient. In this case, the coordinate signal output from the maximum value detection circuit 12 is fed back to the tracking window setting circuit 7, and the desired target or scene within the field of view of the imaging device 5 is moved by moving the position of the tracking window on the screen. can be tracked using an electronic loop. In addition, by inputting the coordinate signal to the tracking control signal generation circuit 15 and outputting an error signal to the servo mount 4 to control the attitude of the imaging device 5, the desired target or scene is kept stationary on the screen and tracked. be able to. Although the above description has been made regarding image signals supplied from a standard television scanning type imaging device, the present invention is not limited to this, and may be applied to a device that processes and tracks two-dimensional information. Moreover, although the above description has been made regarding hardware, it goes without saying that the present invention is not limited to this and can be applied to cases where it is realized using software. As described above, in the correlation tracking device according to the present invention, the coordinate with the maximum correlation coefficient is detected, this is set as the tracking point, and the image of the (i-1)th frame and the i-th frame of the tracking point are detected. The distance between the two tracking points obtained for the image of the th frame is calculated, and the newly input (i+
1) Since the calculation area of the correlation coefficient for the image of the second frame is limited, two-dimensional correlation calculation can be performed in real time, and the desired target within the field of view of the imaging device can be detected with high precision and high speed. It also has the advantage of being able to track the scene.
第1図は従来の相関追尾装置の被相関画像と参
照画像及び両者から求められる相関係数を説明す
るための図、第2図はこの発明による相関追尾装
置の相関演算の領域制限法の動作原理図、第3図
はこの発明による相関追尾装置の一実施例の構成
図である。
図中、1は被相関画像、2は参照画像、3は相
関演算領域、4はサーボ架台、5は撮像装置、6
はアナログ―デイジタル変換回路、7は追尾ウイ
ンドウ設定回路、8はスイツチ、9はメモリ、1
0はバツフアメモリ、11は掛算及び加算回路、
12は最大値検出回路、13は距離計算回路、1
4は相関演算制限回路、15は追尾制御信号発生
回路である。なお、図中同一あるいは相当部分に
は同一符号を付して示してある。
FIG. 1 is a diagram for explaining a correlated image and a reference image of a conventional correlation tracking device and a correlation coefficient obtained from both, and FIG. 2 is an operation of the area restriction method for correlation calculation of the correlation tracking device according to the present invention. The principle diagram and FIG. 3 are configuration diagrams of an embodiment of the correlation tracking device according to the present invention. In the figure, 1 is a correlated image, 2 is a reference image, 3 is a correlation calculation area, 4 is a servo mount, 5 is an imaging device, 6
is an analog-digital conversion circuit, 7 is a tracking window setting circuit, 8 is a switch, 9 is a memory, 1
0 is a buffer memory, 11 is a multiplication and addition circuit,
12 is a maximum value detection circuit, 13 is a distance calculation circuit, 1
4 is a correlation calculation limiting circuit, and 15 is a tracking control signal generation circuit. It should be noted that the same or corresponding parts in the figures are indicated by the same reference numerals.
Claims (1)
―デイジタル変換したK画素×L画素の画像と、
あらかじめ上記画像より小さい追尾ウインドウ内
の画像を記憶したM画素×N画素の参照画像との
相関係数を求め、その最大値を与える座標を追尾
点(k,l)として検出し、撮像装置の視野内に
ある所要の目標又は情景を追尾する相関追尾装置
において、上記追尾点のうち第(i―1)番目の
入力画像及び第i番目の入力画像に対して求めた
2つの追尾点(ki-1,i-1)及び(ki,li)間
の距離δを計算し、この距離δと所定の閾値εと
の大小関係に応じて新たに入力される第(i+
1)番目の入力画像に対する相関係数の演算領域
を追尾点(ki,li)を中心に、δ≧εの場合2a
δ画素×2aδ画素(a≧1)の大きさに、またδ
<εの場合2ε画素×2ε画素の大きさにそれぞ
れ限定し、2次元画像信号の2次元の相関係数を
求めるようにしたことを特徴とする相関追尾装
置。1 A K pixel x L pixel image obtained by analog-to-digital conversion of the image signal supplied from the imaging device,
The correlation coefficient with a reference image of M pixels by N pixels is calculated in advance by storing an image within a tracking window smaller than the above image, and the coordinates giving the maximum value are detected as the tracking point (k, l), and the image capturing device In a correlation tracking device that tracks a required target or scene within the field of view, two tracking points (k i-1 , i-1 ) and (ki , l i ), and calculates the distance δ between the distance δ and a predetermined threshold ε.
1) If δ≧ε, set the correlation coefficient calculation area for the th input image around the tracking point (k i , l i ) as 2a
The size of δ pixel × 2a δ pixel (a ≧ 1), and δ
A correlation tracking device characterized in that when <ε, the size is limited to 2ε pixels×2ε pixels, and a two-dimensional correlation coefficient of a two-dimensional image signal is determined.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56018485A JPS57132489A (en) | 1981-02-10 | 1981-02-10 | Correlation tracking device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56018485A JPS57132489A (en) | 1981-02-10 | 1981-02-10 | Correlation tracking device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57132489A JPS57132489A (en) | 1982-08-16 |
| JPS625555B2 true JPS625555B2 (en) | 1987-02-05 |
Family
ID=11972934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56018485A Granted JPS57132489A (en) | 1981-02-10 | 1981-02-10 | Correlation tracking device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57132489A (en) |
-
1981
- 1981-02-10 JP JP56018485A patent/JPS57132489A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57132489A (en) | 1982-08-16 |
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