JPH0766047B2 - 相関追跡ゲートのサイズ確定方法 - Google Patents

相関追跡ゲートのサイズ確定方法

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JPH0766047B2
JPH0766047B2 JP61501793A JP50179386A JPH0766047B2 JP H0766047 B2 JPH0766047 B2 JP H0766047B2 JP 61501793 A JP61501793 A JP 61501793A JP 50179386 A JP50179386 A JP 50179386A JP H0766047 B2 JPH0766047 B2 JP H0766047B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、戦術システムに適用するためのビデオトラ
ッカ（ビデオ追跡装置）に関し、特に相関ビデオプロセ
ッサ及びセントロイド（エリア中心）ビデオプロセッサ
を有するデュアルモードビデオ追跡装置のための相関追
跡ゲートのサイズ確定方法に関する。
ビデオ追跡装置を戦術システムへ適用する場合、このビ
デオ追跡装置は、背景および前景クラッター（clutte
r）対象物、即ち関心目標以外の不要成分が関心目標に
匹敵する場合でさえ高い追跡性能を必要とする。更に、
これらのシステムは目標に対する関連アスペクト角（方
位角）およびレンジが連続的に変化している場合、およ
び追跡センサの視軸の周囲の画像揺れがかなり激しい場
合の動的状態において追跡を良好に成し遂げなければな
らない。
種々の処理技術またはセントロイド、エリアバランス、
エッジおよび多数の相関追跡遂行概念のようなアルゴリ
ズムを利用しているビデオトラッキングプロセッサ（ビ
デオ追跡処理装置）が過去において提案されていた。こ
れらビデオトラッキングプロセッサの殆どが“デュアル
モード”動作においてこれらプロセッサを互いに結合し
て使用するには適さない特性を有している。例えば、エ
ッヂ及びエリアバランスアルゴリズムは、誤差換算係数
（error scale factors）とは関係なく、目標形状によ
く似た不確実成分あるいは雑音成分のいずれかである。
多くの相関アルゴリズムは動的な画面変化を追跡すると
きに満足な性能を発揮しない。従って、相関アルゴリズ
ムのこれらのタイプがデュアルモードの役割において他
のトラッキングプロセッサと関連して使用されるとき、
他のトラッキングアルゴリズムに過度に影響してしま
う。更に、背景に関して動いている目標が追跡されてい
るとき、関心目標の周囲に追跡ゲートを位置づけするこ
とが極めて望ましく、それによって静止背景を除外す
る。しかしながら、多くの相関処理アルゴリズムに対し
て重要な追跡ゲートを得る技術は、存在していなく、相
関処理に対して基本的でなくまたは関連していないパラ
メータの測定値である外部から抽出されたデータを利用
しない。
上述した形式のビデオトラッキングプロセッサは特定の
ビデオスキャンおよびインターレースビデオフォーマッ
トを受け入れるように通常設計されている。故に、追跡
センサによって通常受け入れられるビデオフォーマット
とは異なるビデオフォーマットを作成する追跡センサが
採用されると、プロセッサの設計を変更するか、または
入力ビデオフォーマットを処理するために必要なビデオ
フォーマットに走査変換する必要がある。走査変換が必
要な場合、重大な処理の遅延が生じ、このため追跡ルー
プ帯域幅を制限し、ダイナミック状態での追跡性能を低
下させる。更に、走査変換処理は、使用されているセン
サに特有の画面空間サンプリングをしばしば不正確なも
のとし、適正な追跡エラー測定値を得るためには不都合
な空間および時間サンプリングの相互作用および／また
はビデオアーチファクト（偽像）を生じさせる。
理想的には、各々が戦術への適用において高性能を発揮
し、種々の走査およびインターレースフォーマットと共
に使用するために適している異なる形式の２つのビデオ
トラッキングプロセッサを有するビデオ追跡装置の出現
が望まれている。
セントロイドおよび相関型ビデオトラッキングプロセッ
サは従来から知られている。例えば、1979年１月２日付
で発行された米国特許No.4,133,004に開示されたビデオ
相関追跡装置がある。これは追跡誤差を計算するために
再帰基準（繰り返し使用される基準）を採用しており、
画素フォーマットで基準マップを発生する回路を有す
る。先のビデオフレームから抽出される基準マップ画素
情報は視野の画素毎にアジマスおよび仰角最適重み値を
計算するため再帰的メモリに記憶される。現時のフレー
ム中に受信した各ビデオ画素の輝度値と対応する基準マ
ップ画素の輝度値との差が該当する重み付け関数と掛け
合わされる。各結果の積は累算器で累積され、方位角・
仰角相関エラー信号を得る。これら方位角・仰角相関エ
ラー信号は１つの画素の境界より小さく、全体の視野
（FOV）より大きくできる指定追跡ゲート領域全面のフ
レームと基準との相関の合成的指標を示している。画素
毎の重み付け係数は合成され、画面全面について累積的
に加算され、各フレームの終端で３つの適応的換算係数
が求められる。これら換算係数は、交差結合を除去し、
交差結合の無い相関エラー信号を発生するため方位角・
仰角相関エラー信号と合成される。
上述したフィット特許に開示されたビデオ相関追跡装置
は、シーンアスペクト角、レンジおよび視軸の周囲のシ
ーン揺れ方角が敏速に変化する動的なものに対する応用
に特によく適合する。
発明の概要 この発明によると、相関型およびセントロイド型ビデオ
プロセッサを採用しているデュアルモードビデオ追跡装
置が提供されている。これらのビデオプロセッサは特定
のシーン（場面）を追跡するために最も適したプロセッ
サが自動的に選択されるように自動的に制御される。更
に、ビデオ追跡装置はマイクロコンピュータおよびビデ
オプロセッサを有する。ビデオプロセッサは追跡レシー
バ／センサからのアナログ入力ビデオ信号を相関型およ
びセントロイド型プロセッサに送る前にアナログ入力ビ
デオ信号を適合状態に調整するためのインターフェイス
装置として機能する。マイクロコンピュータはビデオデ
ータの伝送を制御し、追跡エラーパラメータを算出し、
個々のプロセッサ制御機能および最善の追跡性能を得る
ようにプロセッサを選択することを含む総合モード制御
を実行する。
ビデオ追跡装置は下記の追跡モードを任意に実行でき
る。
（１）競争モード （２）相補モード （３）差ビデオモード （４）最低SNR（S/N比）モード 競争モードにおいて、セントロイドおよび相関プロセッ
サは指定目標を独立的に追跡するために使用され、“最
良”の追跡性能を発揮するプロセッサが実際の追跡シス
テムの制御のために選択される。追跡ゲートサイズを考
慮したセントロイドプロセッサおよび相関プロセッサの
ために抽出される独立的追跡状態の指標は能動的なプロ
セッサ選択に基づいている。セントロイドプロセッサの
場合に、スレッショルドを越える境界ゲートの画素数に
対する、スレッショルドを越える追跡ゲートの画素数の
比と共に選択されたスレッショルドを越える追跡ゲート
の画素数が追跡状態を確定する。相関プロセッサにおい
ては、階調度合計の大きさおよび階調度ゲート全面の階
調度合計の平均値と共に差ビデオゲートエリアに対する
差ビデオ合計の比が追跡状態を確定する。
競争モードにおいて、４つの可能な追跡状態がある。
（１）追跡開始状態 （２）追跡維持状態 （３）惰性飛行状態 （４）ロック外れ（loss of lock）状態 追跡シーケンスはオペレータが視野内の所望個所に関心
目標を位置付し、追跡開始コマンドを実行したときに開
始する。この点から、オペレータによって終了されなけ
れば、またはロック外れ状態（捕捉外れ状態）が入力さ
れなければ、追跡実行が完全に自動的に行われる。その
後、再捕捉プロセスが開始されるか、またはシステムの
ポインティング（指示）制御が自動的にオペレータに戻
される。先に示したように追跡状態制御の変更はセント
ロイドおよび相関追跡状態の指標によって決定される。
更に、変更はゲートサイズの制限に違反するか、または
非能動プロセッサがラスタ内追跡モードで動作している
間に生じる追跡点誤整合によって生じる。捕捉シーケン
スはプロセッサに対して開始された後に満足な追跡が設
定されたときに追跡有効の指標がなされる。このとき、
このプロセッサは実際の追跡制御の候補となる。
相関モードのにおいては、相関再帰的基準ビデオがセン
トロイド処理機能によって処理され、相関およびセント
ロイド追跡エラーが同時に合成され、軸毎に１つの制御
エラー信号を生成する。
差ビデオモードでは、追跡装置がセントロイド処理を介
して移動目標を自動的に捕捉するために相関プロセッサ
差ビデオパラメータを利用している。最後に、最低S/N
比動作モードにおいて、相関再帰基準ビデオがセントロ
イド処理のビデオS/N比を上げるために使用される。
この発明の重要な特徴は、相関重み付け関数データから
求められる階調度関数を用いることによって関数プロセ
ッサのための自動追跡ゲートサイズを決定することにあ
る。ゲートのエッジは方位角および仰角重み付け関数の
絶対値を加算し、それから階調度ゲート全面の加算値を
累積し、ゲート化エリア全体に対して加算値の平均値を
最大にするように各ゲートエッジを調整することによっ
て決定される。
この発明の他の重要な特徴は、階調度関数の大きさと相
関差ビデオの大きさとを結合することによって相関プロ
セッサの追跡状態を決定する技術を含んでいる。この特
徴は、セントロイド処理関数とセントロイド追跡状態の
指標とを組み合わせたときに完全自動追跡プロセッサを
実行する手段を提供することである。比較モードにおい
て、２つの独立した追跡状態指標がポインティング制御
システムにとって最良のプロセッサを選択する手段を提
供することになる。
この発明の他の特徴は、真の相補関数である合成エラー
信号を生成するために相関追跡エラーとセントロイド追
跡エラーとを合成する技術である。この発明の追跡装置
は、単方向走査および双方向走査を含む、インターレー
ス空間走査の種々の形態およびビデオデータフォーマッ
トを採用するセンサと共に使用するに適している。
図面の簡単な説明 図1Aおよび1Bは、本発明の実施例であるデュアルモード
ビデオ追跡装置のブロック図、 図２は、ビデオプロセッサのブロック図、 図３は、セントロイドプロセッサのブロック図、 図４は、セントロイドプロセッサの線形重み付け関数We
およびWd並びに追跡ゲートサイズの相互関係を示す図、 図５は、相関プロセッサのブロック図、 図６は、画素“X"の相関重み付け関数を計算するときに
使用する画素の空間関係を示す図、 図７は、相関プロセッサパイプライン処理技術を利用す
る回路のブロック図、 図８は、相関エラーを計算するための相互関係を示すブ
ロック図、 図９は、相関再帰基準のブロック図、そして 図10および図11は、図５の相関プロセッサに用いる回路
のブロック図である。
実施例の詳細な説明 図1Aおよび1Bには、この発明に従った一実施例、即ちシ
ーン信号受信機24によって受信される目標シーン（目標
場所）20を追従し、追跡するデュアルモードビデオ追跡
装置が示されている。受信機24は、目標シーン20からの
放射電磁エネルギを受信し、これにより、目標シーン21
を受信機24によって電気ビデオ信号に変換できる形態で
記録する種々タイプのセンサ24により構成しても良い。
受信機24は、記録された電磁エネルギをアナログビデオ
信号に変換し、これらのアナログビデオ信号をビデオ同
期信号と共にこの発明のデュアルモードビデオ追跡装置
に転送する。同期信号はアナログ信号が合成信号であれ
ば必要としない。
ビデオ追跡装置は、主としてマイクロコンピュータおよ
び関連タイミング制御回路26と、ビデオプロセッサ28
と、相関プロセッサ30と、セントロイドプロセッサ32に
よって構成される。マイクロコンピュータ26、ビデオプ
レプロセッサ28、相関プロセッサ30およびセントロイド
プロセッサ32は後述するように共通バスによって相互接
続される。この相互接続は、これら構成要素間で転送さ
れる関数信号の形態で図1Aおよび1Bに示されている。
マイクロコンピュータ26は、例えば8MHzインテル80186
によって構成されてもよい。マイクロプロセッサ26は、
ビデオピレプロセッサ28および相関プロセッサ30並びに
セントロイドプロセッサ32に対する管理および計算機能
と共に全体の追跡モード制御機能を有する。割り込み制
御、即ち３つの割り込み信号の認識および優先度仲裁
は、80186型マイクロプロセッサの割り込み制御部によ
って行われる。３つの割り込みは、セントロイドおよび
および相関ゲートエッジでしかもフィールド終了期間で
必要とする処理を開始する。マイクロコンピュータ26
は、また、プログラマブル同期発生器38を制御する。同
期発生器38は、受信機24から入力する水平および垂直同
期信号を受信し、追跡装置を通じて使用されるクロッ
ク、同期およびFOV（視野）座標を再発生する。同期発
生器38は、垂直および水平同期信号が受信器24によって
別々に得られないときにビデオプレプロセッサ28からの
合成同期信号を垂直および水平同期信号に分離するよう
に付属的にプログラムされてもよい。位相ロックループ
（PLL）42が入力垂直同期信号をロックし、画素クロッ
クを再発生するために設けられている。同期発生器38
は、ビルトインテスト（BIT:組み込み試験）を行うため
に、受信器24からの同期信号を受けないで、内部同期信
号を発生するように付属的にプログラムしてもよい。ま
た、同期発生器38は、追跡装置のためのマスタFOV座標
を生成する。これらの座標は追跡装置プロセッサにFOV
内の画素の位置を正確に決定させることができる。
BITビデオ発生器40は、プロセッサの回路の各々の自動
試験を行うために128×128画素まで種々のタイプの合成
目標サイズおよび形状を生成する。
一実施例において、マイクロコンピュータ26は、128Kバ
イトのPROM34および16KバイトのRAM36を有する。
ビデオフイールドレート（代表的には60Hz）以下で生じ
る追跡計算またはデータ転送の全てはマイクロコンピュ
ータ26内で行われる。いくつかの機能、例えば追跡エラ
ー計算は、ほぼビデオフイールド毎に行われるが、他は
ビデオフレームレートで計算される。ビデオプレプロセ
ッサ28は、柔軟性を持ち、種々タイプのセンサ22からの
１グループのビデオソースの任意の１つを受け入れるよ
うに構成できる汎用ビデオインターフェースとして機能
し、かつ相関プロセッサ30およびセントロイドプロセッ
サ32と互換性あるフォーマットに、受信機24から受信さ
れたアナログビデオ信号を予め形成する機能を有する。
さらに、入力ビデオ信号の基本ビデオアナログ／ディジ
タル変換を行うことに加えて、プレプロセッサ28は、ア
ンチアリアジング（anti-aliasing）フイルタリング、
ビデオゲインおよびオフセット動作、ゲート処理済みビ
デオ最大および最小検出、および構成画素平均化または
画素レートバッファ（画素速度緩衝）機能を有する。
ビデオ処理 ビデオプロセッサ28の基本構成が示されている図２を参
照すると、受信機24から入力されるアナログ入力ビデオ
はマイクロコンピュータ制御スイッチ46を介してグラン
ドループノイズを最小にする機能を有する差動増幅器48
に差動信号として受信される。スイッチ46はマイクロコ
ンピュータデータバス44から送られ、D/Aコンバータ92
によって処理されるアナログBITをマイクロコンピュー
タ26から交互に入力する。増幅器48から出力されるアナ
ログビデオ信号はラスタ方向に画素の仮想平均を得るロ
ーパスアンチエイリアジングフイルタ（low-pass anti-
alias filter）50を介して送られるが、フイルタ50は入
力信号多重化レート（多重化速度）と同期するA/D変換
を必要とする構成のためにマイクロコンピュータ制御ス
イッチ52を介してバイパスされてもよい。プログラマブ
ルオフセット回路54およびプログラマブルゲイン回路56
はマイクロプロセッサ26によって発生されるコマンドを
受け、ビデオアナログ信号のオフセットおよびゲインを
それぞれ調整する機能を有する。アナログオフセットお
よびゲイン動作に続いて、アナログビデオ信号がA/Dコ
ンバータ60によって７ビットに符号化される。７ビット
の中半分は後述するように相関プロセッサ30およびセン
トロイドプロセッサ32によって使用される６ビットビデ
オとして用いられる。
３点マイクロコンピュータ制御スイッチ58は、A/Dコン
バータ60、ディジタルBITビデオソースまたは外部ディ
ジタルビデオソースによって出力されるディジタル信号
のいずれかを画素平均化回路68およびレートバッファ
（速度緩衝）回路68にそれぞれ送るために選択する。デ
ィジタルBITビデオ信号は追跡装置の種々ポートから読
み出されるデータに基づいてテスト評価を行うためにマ
イクロコンピュータ26によって発生される。符号68で示
された、近接するコラムおよびラインの画素平均化は、
ディジタル化された入力ビデオの１コラムまたは１ライ
ンを記憶し、次のコラムまたはラインが来ると、記憶さ
れたコラムまたはラインを読み戻し、画素対を平均化す
ることによって行われる。それ故に、コラムまたはライ
ンタイムにおいて記憶または画素平均化が交互に行われ
る。コラムまたはラインの近接画素の平均化は近接画素
を対で平均化するか、または３つの近接画素に対してそ
れぞれ半分ー全分ー半分で重み付けをして平均化するこ
とによって行われる。A/Dコンバータ60並びに画素平均
化回路68は入力クロック信号源によって駆動される。
レートバッファ（速度緩衝）70はプロセッサクロック66
によって駆動され、画素平均化コラムまたはラインが生
成されながら画素平均化コラムまたはラインを交互に記
憶する２コラム以下のメモリにより構成され、入力クロ
ックレートの半分でデータをクロックアウトするために
後続の２コラムまたはラインタイムを用いる。バッファ
70は追跡画素データレートを減少するために有効的に機
能する。画素平均化68および速度緩衝70の一方または両
方は一対のマイクロコンピュータ制御バイパススイッチ
62を介して一巡できる。画素平均化および速度緩衝の両
方を採用することによって、追跡装置は相関プロセッサ
30およびセントロイドプロセッサ32のハードウエアの速
度制限をそれぞれ越える入力ビデオデータレートで機能
することが可能となる。
ビデオプレプロセッサ28の出力94は相関プロセッサ30と
セントロイドプロセッサ32に同時に送られる６ビットデ
ィジタルビデオである。A/Dコンバータ60の７ビット出
力は最高値検出器72および最低値検出器74を用いてビデ
オ最高値および最低値を検出するための適正なダイナミ
ックレンジを得るために用いられる。検出器72および74
は追跡ゲート内の最大および最小ビデオ輝度を決定する
ためにAGC（自動利得制御）信号によってゲート制御さ
れる。検出器72、74の各々は所定輝度の少なくとも４つ
の画素が最高値または最低値として記録されるべき全輝
度を必要とするように再帰型フイルタを含んでいる。最
高値および最低値はフイールド間においてデータバス44
を介してマイクロコンピュータ26に送られ、それからレ
ベルおよびゲイン制御計算がマイクロコンピュータ26に
よって行われる。ビデオプレプロセッサ28はマイクロコ
ンピュータ26からオフセット値およびゲイン値を受け、
これらのパラメータを用いてプログラマブルオフセット
回路54およびプログラマブルゲイン回路56でDCレベルお
よびビデオゲインをそれぞれ制御する。ビデオのDCレベ
ルはフイールド期間中一定であるが、適正なDC再生回路
（図示せず）によって各ビデオライン間で回復される。
レベルおよびゲイン制御ループの両方は追跡に使用され
るディジタル信号の６ビットレンジ全体に広がる追跡ゲ
ート内にビデオ輝度の平均レート（平均値）を維持し、
それによって目標コントラストを最大にするように構成
されている。
故に、上述したようにビデオプロセッサ28は入力ビデオ
信号を保持するように機能し、アナログ入力ビデオ信号
を６ビットディジタル信号に変換し、ディジタル信号の
レベルおよびゲインを自動的に制御し、画素平均化およ
び速度緩衝の両方を行う。
セントロイド処理 セントロイドプロセッサ32の主要構成要素が示されてい
る図３を参照すると、セントロイドプロセッサ32はセン
トロイド追跡エラー、セントロイドビデオスレッショル
ド、並びに追跡ゲートおよび境界ゲート位置およびサイ
ズを計算するためにマイクロコンピュータ26に必要なデ
ータを発生するよう機能する。図３に示されるように、
プレプロセッサ28からのディジタルビデオ信号は輝度ヒ
ストグラム発生器76の入力並びにディジタルコンパレー
タ80の１入力に送られる。ヒストグラム発生器76は追跡
ゲート98内でかつセントロイド境界ゲート（96）領域内
での全てのビデオに対する輝度ヒストグラムデータを発
生する。ヒストグラムデータはセントロイドスレッショ
ルドを自動的に計算するためにマイクロコンピュータ26
が用いられる。ヒストグラム発生器76は、例えば128×1
6RAMアレイによって構成されてもよい。この場合、128
ビットアドレスが２つの64ビットアドレスに分割され、
一方の半アドレス98は追跡ゲートの画素輝度によってア
ドレス指定され、他方の半アドレス96は境界ゲートの画
素輝度によりアドレス指定される。RAMデータはフイー
ルド間で消去され、アドレス指定されたときに１だけ増
加される。アドレス96、98は適当なタイミングおよび制
御回路78によって与えられる。このタイミング・制御回
路78は、データバス44のマイクロコンピュータ26から受
信されるデータによって制御される。追跡および境界ゲ
ートアレイに対応する２つの64ワードアレイから成るヒ
ストグラム発生器76の出力はマイクロコンピュータデー
タバス44に送られる。
６ビットディジタルビデオ入力信号は、コンパレータ80
によって、マイクロコンピュータ26からデータバス44に
伝送され、コンパレータ80の第２入力で受信されたディ
ジタルスレッショルドと比較され、結果のバイナリビデ
オはマイクロコンピュータ26によって選択スイッチ82に
供給されるポラリティビット100に従ってスレッショル
ド（ポジティブコントラスト）以上のビデオまたはスレ
ッショルド（ネガティブコントラスト）以下のビデオに
対して形成される。追跡ゲート内に形成されるバイナリ
セントロイドビデオバスはカウンタ84およびアキュムレ
ータ（累積器）86に送られる。マイクロコンピュータ26
によって与えられる方位角（AZ）および仰角（EL）の両
方のFOVデータがアキュムレータ86並びにターゲットエ
ッジ検出器88に送られる。ターゲットエッジ検出器88
は、ビデオフイールドレートで閉成するスイッチ90から
時分割に基づいてこれらFOV計数値を受ける。ターゲッ
トエッジ検出器88はスレッショルドターゲットエッジに
対応する仰角（上下）および方位角（左右）FOV位置を
検出し、このターゲットエッジ情報がデータバス44に出
力され、追跡ゲートおよび境界ゲートのサイズを決定す
るためにマイクロコンピュータ26により使用される。
先に述べたように、追跡ゲートサイズ制御はスレッショ
ルドビデオエッジの位置を検出し、処理することによっ
て達成される。図４においては、ディジタルコンパレー
タ80からのバイナリビデオは追跡ゲートサイズおよび位
置情報によって決定される直線性重み付け関数Weおよび
Wdにより効果的に乗算される。直線性重み関数Weおよび
Wdは画素カウンタ（図示せず）からビデオラインまたは
コラム方向におよびラインまたはコラムカウンタ（図示
せず）直交方向に送られてもよい。故に、バイナリビデ
オ重み付け関数の結果およびスレッショルドを通過する
画素の数が追跡ゲート全面に対して累積される。図３に
示されるように、コンパレータ80のバイナリ出力はアキ
ュムレータ86に送られる前に直線性重み付け関数Weおよ
びWdに従って掛算器102および104によって乗算処理また
はゲート処理される。
追跡ゲートは３つのバイナリセントロイドビデオ変数E
e′,Ed′およびIoの累積を可能にする。これら変数は、
追跡ゲートがフイールド毎に走査された後にデータバス
44に介してマイクロコンピュータ26に送られる行エラー
パラメータである。実際の追跡エラーは２つの連続する
フイールドからのセントロイドビデオ値を用いてマイク
ロコンピュータ26によってビデオフイールドレートで計
算される。変数Ee′,Ed′およびIoは追跡ゲート内のア
クティブセントロイドビデオの仰角および方位角FOV位
置の累積値および画素数をそれぞれ表す。
境界ゲートが追跡ゲートと同心であることおよび追跡ゲ
ートに関するサイズが適当なソフトウエア制御によって
調整できることに注目すべきである。さらに、セントロ
イドプロセッサ32は、（“最終マップ（last map）”と
して後述する）再帰基準または相関プロセッサ30からの
差ビデオ信号を入力として受けてもよい。
相関処理 相関プロセッサ30（図1Aおよび1B）には、本質的には、
基本的な構成要素および米国特許第４、133、304号に採
用された相関追跡エラー信号を発生する技術が示されて
いる。この特許は1979年１月２日に発行され、John M.F
ittsが発明者であり、この特許の内容の全体を参考とし
て盛り込まれている。このような相関追跡エラー信号の
発生に加えて、相関プロセッサ30は重み付け関数Wd,We
の絶対値の合計と後述する差ビデオの合計とを累積す
る。差ビデオの合計が追跡ゲート領域の全体について累
積され、重み付け関数の絶対値は追跡ゲートとは独立し
たゲート領域全体に対して累積され、相関追跡ゲートサ
イズを算出するためにマイクロコンピュータ26によって
使用される。
方位角重み付け関数Wdおよび仰角重み付け関数Weが次式
により定義される。
ここで、Δｅはε座標に沿った各画素の寸法であり、Δ
ｄはη座標に沿った各画素位置を表す。
前述した米国特許第４、133、004号に開示され、本明細
書で参照した技術は、整合フイルタ相関技術であり、こ
れによってビデオデータの“パイプライン”処理の利用
が可能となる。パイプライン処理を用いて、累積した基
準シーンおよび追跡ゲート内の最新のシーン情報の全て
をゲート走査したときに利用し、この結果、追跡ゲート
走査の完了後、すぐに、ゲートのサイズにかかわらずエ
ラー信号データを生成できる。
後述するように相関プロセッサ30には、また再帰基準更
新方法が採用されており、ここでは、新しいビデオデー
タを増大しながら、すでに存在している基準ビデオデー
タに追加され、基準データが円滑に更新される。このよ
うな方法において、変化しているターゲット（目標）の
特徴（これは、状態や範囲変化および観察ラインについ
てのセンサの回転によるものである）が受け入れられる
が、例えばノイズやクラックのようにシーンを通過して
しまう急激な変化データは廃棄される。
相関プロセッサ30の基本構成要素が示されている図５を
参照すると、ビデオプロセッサ28から供給される６ビッ
トディジタルビデオデータをディジタル再帰基準回路10
8によって受信し、この回路には、フィールド当たり、
Ｎ×Ｍ追跡画素（追跡ゲート）の面積を有する相関基準
を記憶するメモリが設けられている。ビデオプロセッサ
28からの入力ビデオによってこの再帰基準を時定数W1で
更新する。この時定数はマイクロコンピュータ26によっ
て制御される。この再帰基準の更新は、入力ビデオ輝度
値から最終基準画素ビデオ輝度値を差し引き、それによ
り差ビデオΔVij(k)を生成し、W1パラメータに従って差
ビデオをシフトし、それからシフトされた差ビデオを最
終基準ビデオ輝度に加算することによって、リアルタイ
ムで画素毎に行われる。この最終基準計算の結果は“現
マップ”であり、次のフレームのために“最終マップ”
となるためフレームメモリ110に記憶される。
この技術は次式によって表される。
MAPij(k)＝W1Vij(k)+(1-W1)MAPij(k-1) 但し、MAPij(k)は現マップ（再帰基準出力） Vij(k)は入力ビデオ MAPij(k-1)はマップビデオ（前フレームからの） W1はフイルタ時定数（更新速度係数） 再帰基準計算の結果はフレームおよびフイールドメモリ
110および112にそれぞれ送られ、記憶される。マイクロ
コンピュータ26によって制御されるタイミングおよび制
御回路106は、メモリ110、112からの基準ビデオを組み
合わせ可能スイッチを介して仰角および方位角重み付け
関数回路116、118にそれぞれクロックアウトするために
基準ゲート信号を出力する。参照ビデオは“最終マッ
プ”として再帰基準108にフイードバックされ、相捕お
よび低S/N比追跡走査モードに使用するためのセントロ
イドプロセッサ32に送られる。フレームメモリ110およ
びフイールドメモリ112は異なるビデオソースフォーマ
ットに適応する必要がある。同様に、マイクロコンピュ
ータ28の制御下にあるスイッチ114は異なるビデオソー
スに適応するように設けられる。いくつかのビデオフォ
ーマット場合、例えば、インターレース方向の重み付け
関数は１フレーム遅れでビデオから抽出され、他方、他
のフォーマットは１フイールド遅れを必要とする。画素
“X"の相関重み付け関数を計算するときに使用される画
素を部分的に示している図６に示されるように、方位角
重み付け関数Wdはスキャンライン132の一部を形成する
画素ＡおよびＢの関数であり、仰角重み付け関数Weは同
じ画素クロック期間130に生じる画素ＣおよびＤの関数
であるが、画素“X"のいずれかの側のスキャンラインに
も存在する。画素Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＸを含むｙ×ｚ
画素が階調度ゲートを形成する。
差ビデオは再帰基準更新関数108から１組のマルチプラ
イヤ・アキュムレータ、即ち乗算・累積器122および絶
対値計算回路120に送られる。絶対値計算回路120は差ビ
デオの絶対値を計算し、その値を、“差ビデオ”または
自動目標検出追跡モードに使用するためにセントロイド
プロセッサ（図1B）に送る。
重み付け関数回路118および116からそれぞれ出力される
相関重み付け関数WdおよびWeはそれらの絶対値を計算す
る回路24に送られる。それから、重み付け関数の絶対値
は加算回路126によって加算され、この加算値が累積器1
28によって累積される。累積値、即ち階調度関数はデー
タバス44に送られ、追跡ゲートのサイズを自動的に決定
するためにマイクロコンピュータ26に送られる。
差ビデオは追跡ゲートの画素毎に乗算・累積器22により
類型される。この累積値がデータバス44に出力され、マ
イクロコンピュータ26に送られ、相関追跡の質（追跡性
能）を決定する。
マイクロコンピュータ26によって動作されるタイミング
・制御回路106は相関プロセッサ30に必要なタイミング
信号および制御信号を発生する。
上述したように、相関仰角重み付け関数Weは処理されて
いる現画素の上下画素の輝度値の差であり、方位角重み
付け関数は処理されている画素の左右の画素の輝度値の
差である。ビデオフォーマットがWe方向に飛び越し走査
（インターレース）された場合、We関数が処理されてい
るフイールドとは反対のフイールドの情報を必要とす
る。この情報はフイールドメモリ112によって供給され
る。Wd関数は処理されるフイールドと同じ情報を必要と
し、これによりデータが再帰基準108によって使用され
るフレームメモリ110から得られる。
乗算・累積器122は追跡ゲート領域内だけのデータを累
積し、次の５つの相関変数を生成するように動作する。
これら相関変数は相関追跡エラーを算出するためにマイ
クロコンピュータ26に与えられる。
Ee（ｋ）＝Σ［Weij(k)・ΔVij(k)］ Ed（ｋ）＝Σ［Wdij(k)・ΔVij(k)］ Ce＝Σ［Weij(k)］2 Cd＝Σ［Wd ij(k)］2 Ced＝Σ［Weij(k)・Wdij(k)］ 上記５つの変数を用いてマイクロコンピュータ26は次式
に従って追跡エラーを算出する。
そして、相関エラー信号δ′ｄ（ｋ）およびδ′ｅ
（ｋ）は次式によって得られる。
但し、 上述した整合フイルタ相関処理技術を図７ないし９のブ
ロック図に基づいており、特に追跡エラーの計算は図８
のブロック図に示されたパラメータを用いて行われてい
る。
上記図７ないし図９の整合フイルタ相関処理技術はシー
ン基準交差相関関数のピーク（最高値）を決定すること
に数学的に等価である交差相関関数空間導関数のゼロ交
差の位置を決定する方法である。テーラー級数展開（Ta
ylor Series exp ansion）を採用すると、ゼロ交差は処
理されている基準シーン画素の位置での基準シーンの水
平および垂直空間導関数である重み付け関数を入力シー
ンと基準シーンとの差に乗算することにより計算でき
る。入力シーンが走査されながら画素毎にビデオ重み付
け関数と輝度値との異なる積が発生され、関心追跡ゲー
ト全面について累積される。これらの累積結果を重み付
け関数の複数の積および複数の自乗値の累積加算値によ
って適度にスケーリングすることによって追跡エラーが
得られる。積の累積と共に重み付け関数の発生および適
正な画素レートの掛算が相関プロセッサによって行われ
る。
上記式の計算は、特に図８のブロック図に基づいてお
り、式に示されたパラメータが図８に示されるように入
力され、追跡エラーδｅおよびδｄが求められる。
図７は簡単な非インターレースビデオフォーマットのた
めに相関プロセッサ30によって行われる、入力シーンと
再帰基準シーンのパイプライン処理を示している。水平
および垂直関数はWdijおよびWeijとしてそれぞれ示され
ている。差ビデオはVij-Rijに等しい。但し、Vijおよび
Rijは入力シーン画素輝度および参照画素輝度をそれぞ
れ示している。追跡エラー計算の残りの部分は、追跡ゲ
ートが走査された後にマイクロコンピュータ26によって
実行され、エラーパラメータ累積値が利用できる。この
計算は交差結合修正およびドリフト除去処理をスケーリ
ングすることにある。これら後者の計算は図８のブロッ
ク図に示されるように行われる。スケーリング計算は行
追跡エラーEeおよびEdを適当な自乗重み付け関数の合計
によって正規化することである。交差結合修正動作は重
み付け関数交差結果の合計Cedを用い、シーンまたは目
標エッジまたは輝度傾斜が水平および垂直軸に対して傾
いたときに多数の相関処理アルゴリズムにおいて生じる
エラー交差結合を取り除く。
ドリフト除去処理は、再帰基準が重み付け係数W1で連続
的に更新することを修正する。メモリ110と共に再帰基
準108の基本構成が図９に示されている。上述したよう
に、再帰相関基準は、入力ビデオ画素輝度値に重み付け
係数W1を掛算し、この掛算値を、基準値が１−W1と掛算
された後に対応する基準画素の輝度値に加算することに
よって発生される。基準の特定シーンの“寿命”はW1の
値（１以下）によって決定される。W1が例えば1/60に等
しく、センサフイールドレートが60/秒であれば、基準
シーンの“寿命”が１秒となる。ドリフト除去処理のた
めに、過去の追跡エラーがW1の重み付け係数を用いなが
ら累積される。これにより、ダイナミック追従エラーが
基準更新の間に生じていても初期指示の基準を維持する
ことを確実にする。さらに、ダイナミック追従エラーの
ドリフト除去処理に伴って、ある環境の中で基本エラー
処理アルゴリズム制限されたダイナミックレンジでエラ
ー信号を発生したとしても、ある大きさの多数の画素が
ロック外れを生じさせないで存在できる。ドリフト除去
処理の出力は追跡ビデオ画素サイズによってスケーリン
グされ、角度追跡エラーを生成する。
インターレースビデオフォーマットのために、再帰基準
がフイールド毎に効果的に発生される。2:1の非オーバ
ーラップインターレースのセンサのために、対向フイー
ルドのための基準において近接画素からの輝度値を用い
てインターレース方向の重み付け関数が発生される。非
オーバラップインターレースフイールドの複数の累積加
算値は合成され、新たなデータがフイールドから得られ
る毎に更新される一度の追跡エラー計算のために用いら
れる。インターレースビデオフォーマットによって、更
新レート係数（更新速度係数）W1がビデオフレーム当た
りのビデオフイールドの数で割り算された再帰基準更新
速度係数である。
ゼロと１の間であってもよい再帰更新速度係数W1がマイ
クロコンピュータ26によりダイナミックに制御される。
１つのフレームメモリに対応する係数１は新たな基準を
装荷するために使用される。０である係数は瞬時クラッ
タ（雑音成分）が検出されたとき、基準をフリーズ（固
定）し、クラッタの混入を防止するために使用される。
追跡戦中に、追跡が開始されたときに基準が装荷され
る。そのとき、更新係数は再帰基準のノイズフイルタ特
性を最適化するようにプログラム化方法でより小さな値
に連続的に減少される。その後、更新速度係数が入力シ
ーンと基準との相関追跡状態およびフレーム間エラーの
関数である。フレーム間エラーが増加すれば、更新速度
係数が増加され、それにより入力シーンと基準との間で
瞬時的な非整合を減じさせる。クラッタ混入が検出さ
れ、基準が固定される。
シーンまたは目標ビデオ階調度は相関追跡の基本となる
情報を含んでいる。故に、この情報内容を最大にするよ
うに相関ゲートのサイズを決定することが望ましい。所
望の情報の適当な値を発生するために、階調度関数が追
跡ゲートに含まれる基準画素毎に発生される。先に述べ
たように、この階調度関数GFij(k)は関心画素位置の水
平および垂直重み付け関数Weij(k)およびWdij(k)の絶対
値の合計である。即ち、 GFij(k)＝|Weij(k)|+|Wdij(k)| である。階調度関数は階調度ゲートの全面に対して累積
され、階調度ゲートサイズが階調度ゲート全面に亘って
前記合計の平均値を最大とするようにマイクロコンピュ
ータ26によってディザ（dither）処理、即ち可変（増
減）処理される。それから、階調度ゲートエッジ位置は
所望の追跡ゲートエッジ位置を算出するためマイクロコ
ンピュータ26に送られる。
正常の追跡状態では、追跡ゲート全面に亘っての差ビデ
オの合計が比較的小さい。しかしながら、クラッタが追
跡ゲートに混入する事態では、差ビデオ合計が大きな値
に上昇する。故に、差ビデオは追跡ゲートの全面に亘っ
て累積され、クラッタ検出情報がマイクロコンピュータ
26に送られ、種々の相関追跡制御アルゴリズムおよび総
体追跡処理モードおよび追跡状態制御に使用される。
相関再帰基準からのシーン平均化ビデオおよび相関差ビ
デオは整合フイルタ相関技術に固有のものである。ビデ
オ出力の副次的成分がセントロイドプロセッサ32によっ
て得られた関数と合成されると、その結果は、マイクロ
コンピュータ26の制御による動作モードにおいて、多数
の有用な追跡機能を行う手段が得られる。
この発明の他の重要な特徴は追跡状態指標TSIが相関プ
ロセッサ30を用いて発生され、相関プロセッサ30によっ
て発生される。これに関しては、図５に示されている。
同図によると、相関プロセッサ30の基本構成要素がTSI
を発生する構成要素と共に示されている。再帰基準108
およびマップ110から得られる重み付け関数WdおよびWe
は乗算・累積器122によって処理され、エラースケーリ
ング関数（エラー換算関数）Cd,CedおよびCeを求める。
さらに、重み付け関数WdおよびWeは乗算・累算器122に
よって差ビデオに乗算され、累積され、エラー関数Eeお
よびEdを得る。再帰基準更新回路108によって入力ビデ
オから最終マップを差し引くことによって得られる差ビ
デオが乗算・累算器122によって累積される。重み付け
関数WdおよびWeの絶対値は絶対値回路124によって算出
され、これら絶対値は加算器126によって加算され、累
積器128によって累積される。
相関処理のための追跡状態指標情報TSIが次式により決
定される。
（１）｜ΣΔV|/Atg （２）Σ|We|＋|Wd| 但し、Atg＝追跡ゲート面積 Agg＝階調度ゲート面積 “満足”なTSIを得るために、関数（１）は低制限値よ
り低くなければならず関数（２）および（３）の両方は
所定値より大きくなければならない。関数（２）または
（３）のいずれかが個々の所定値より低くなれば、TSI
は関数（１）の大きさに関係なく“ロック外れの発生”
となる。関数（１）の大きさが低制限より大きいが、上
限値以下であれば、TSIは“境界”となる。関数（１）
が上限を越えると、TSIは“ロック外れの発生”に変わ
る。
上述したことから、当業者は相関プロセッサ30の機能を
果たす種々の回路を容易に考えることができる。しかし
ながら、本発明を完全に説明するために相関プロセッサ
30の特定の例を図10および11を参照して説明する。更新
速度係数W1はデータバス44から４ビットワードとしてラ
ッチ138に送られる。このラッチ138はW1書き込み可能信
号によって選択的にイネーブルとなる。ラッチ138のW1
の１ビットはマップフリーズロジック142に送られる。
このマップフリーズロジック142はクラッタの混入が検
出されると、再帰基準をフリーズする機能を有する。瞬
時クラッタに応答して、フリーズ信号および累積器禁止
信号が後述するマップフイルタをフリーズし、累積器12
2、128（図５）を禁止するためにマップフリーズロジッ
ク142から出力される。
ビデオプロセッサ28からのディジタルビデオデータの６
ビットが減算回路144に送れれる。この減算回路は、マ
イクロコンピュータ26によって供給され、相関スレッシ
ョルドラッチ回路140に記憶されるスレッショルド値に
対応する値をビデオデータから差し引く機能を有する。
減算回路144の出力は多重ラッチ回路146を介して第２減
算回路148に６ビットワードとして送られる。第２減算
回路は入力ビデオから“最終マップ”ビデオデータを引
き算する機能を有する。減算回路148の結果出力は13ビ
ットワードであり、ラッチ回路152に保持され、マップ
フイルタ154に送られる。このマップフイルタ154はラッ
チ回路138およびロジック借り142によってそれぞれ供給
される再帰基準更新速度係数（W1）信号（時定数信号）
およびフリーズ信号によって制御される。
加算器156の出力は、ラッチ回路158にラッチされ、それ
からメモリ110、112（図11）に書き込まれる“現マッ
プ”に対応する12ビットワードである。
減算回路148の出力は、丸め回路164で８ビットから７ビ
ットに丸み付けられ、それからラッチ回路166、168に保
持される差ビデオである。この差ビデオはラッチ回路16
6、168からマルチプレクサ160および乗算・累積器122
（図５）に連続して送られる。マルチプレクサ160は装
置ビデオ選択信号によって制御され、差ビデオまたは最
終マップをドライブ162を介して装置ビデオバス226に選
択的に送る。装置ビデオバス226のデータは、オペレー
タが照準を合わせ、追跡を行うためのシンボル、たとえ
ば矩形、カーソルなどを形成するため追跡装置の一部を
構成する付加回路（図示せず）に用いられてもよい。
絶対値計算回路120は減算回路148から出力する差ビデオ
を絶対値に計算するための適当な回路170をラッチ回路1
72およびバスドライバ176と共に含んでいる。バスドラ
イバ176の出力は差ビデオの絶対値を搬送するためバス2
40介して送られる。
図11を参照すると、現マップはメモリ110、112に書き込
まれる12ビットワードである。メモリ110、112はマップ
クロックゲートおよびメモリアドレスカウンタタイミン
グ・制御回路106の一部を形成するマップゲートおよび
メモリアドレスカウンタによって与えられるメモリアド
レスによってアドレス付けされる。フレームメモリ110
から読み出されるデータはラインメモリ183に装荷さ
れ、後述するマルチプレクサ200の入力に送られる。ラ
インデータはタイミング・制御回路106からのアドレス
信号を用いてメモリから読み出され、“最終マップ”と
して再帰基準更新部（図５および図10）に送られる。最
終マップは各々が２つのラッチ回路により構成される一
対の遅延回路184、186によって遅延された後にマルチプ
レクサ188に送られる。マルチプレクサ188への第２入力
はフイールドメモリ112から読み出され、１画素遅延回
路196により１画素だけ遅延されたデータによって形成
される。
フイールドメモリ112から読み出されたデータはライン
メモリ182から読み出され、２画素遅延回路184によって
２画素遅延されたデータと共にマルチプレクサ190に送
られる。マルチプレクサ190からの多重データは方位角
重み付け関数Wdを算出するためにマルチプレクサ188か
らの多重データから減算回路192により差し引かれる。
重み付け関数データWdはラッチ回路194によりラッチさ
れ、乗算・累積器122並びに絶対値回路124に送られる。
フイールドメモリ112から読み出されたデータは１画素
遅延回路196によって１画素だけ遅延された後にマルチ
プレクサ198に送られると共に他のマルチプレクサ200に
直接送られる。フイールドメモリ112から読み出された
データはメモリ110から読み出されたデータと共にマル
チプレクサ200により多重化される。データはタイミン
グ・制御回路106によって供給されるアドレスを用いて
メモリ202から読み出される。メモリ202から読み出され
たデータは２画素遅延回路206によって２画素遅延さ
れ、減算回路206に入力される。
フレームおよびフイールドメモリ110、112からそれぞれ
読み出されたデータはマルチプレクサ200を介して減算
回路206に送られ、このデータは仰角重み付け関数Weを
算出するためにラインメモリ202から読み出されたデー
タから差し引かれる。重み付け関数データWeはラッチ回
路208でラッチされ、乗算・累積器122および回路124の
両方に送られる。この回路124は重み付け関数WdおよびW
eをそれぞれ受け、重み付け関数WdおよびWeの絶対値を
算出するための一対の計算回路216、218により構成され
る。加算回路126は重み付け関数の絶対値を加算し、合
計を累積器128に送る。
追跡モード ビデオ追跡装置はいろいろな追跡モードまたはその組み
合わせで動作するためにマイクロコンピュータ26によっ
て制御される。これらモードは完全自動動作となる。こ
の完全自動動作は、ゲートサイズの決定、ビデオスレッ
ショルドの選択および再帰基準更新レート（更新速度）
の選択などのいろいろな補助機能の手動制御を含むプロ
セッサ30、32の一方または両方を手動制御するために互
いに連携して動作する相関およびセントロイドプロセッ
サ30、32を含めている。
相関およびセントロイド30、32の両方の意味のある追跡
状態指標が有効な自動追跡モード制御を実行するときに
重要である。プロセッサ30、32の各々の追跡状態はロッ
クオン、境界またはロック外れのいずれかとして分類さ
れる。戦術的に利用するときには、目標の単純な相関的
動きよりもむしろクラッタ干渉が通常追跡不能を生じさ
せる。その結果、追跡状態を確定するときの重要な要素
はクラッタ干渉の検出にある。セントロイドプロセッサ
32の追跡および境界ゲートの輝度ヒストグラムデータの
合成データと相関プロセッサ30の差ビデオとの合計がク
ラッタ干渉が生じていることの有効な指標となる。これ
らクラッタ干渉指標が、相関プロセッサ30の相関傾斜デ
ータの大きさおよびセントロイドプロセッサ32のスレッ
ショルドを通過する画素の数を組み合わせて、追跡状態
を確定するために使用される。クラッタ干渉が示されて
いなく、他の追跡状態パラメータ値が特定した最小値を
越えていれば、追跡状態が境界であるとして分類され
る。クラッタ干渉指標が特定のスレッショルド値を越え
ているか、または他の追跡状態パラメータが最小値基準
とならなければ、追跡状態はロック外れと分類される。
相関およびセントロイドプロセッサ30、32のこれらの追
跡状態指標が個々のプロセッサおよび全体の追跡システ
ムのモード制御に使用される。例えば、相関追跡状態が
満足状態（ロックオン状態）より低下していれば、再帰
基準がクラッタが基準に入り込まないように凍結され、
干渉クラッタが通過したとき、再捕捉のため適正な基準
シーンを保存する。セントロイド追跡状態が境界状態と
ならないときには、セントロイドゲートサイズ決定アル
ゴリズムが追跡ゲート領域とスレッショルドを通過する
“目標”画素の数とのバランスを達成しようとするよう
に修正される。セントロイド追跡状態がロック外れ状態
にならなけば、干渉クラッタが通過したとき、コントラ
スト選択およびスレッショルド値が適正な再捕捉を目指
すために凍結される。
ビデオ追跡装置は、セントロイドプロセッサ32が追跡速
度コマンドを得るために単独に使用される専用セントロ
イドモードで作動されてもよい。このモードでの捕捉は
指示された照準位置を中心とした処理追跡ゲートで初期
化される。連続する各ビデオフレームにおいて、スレッ
ショルドおよび目標コントラストの計算は、算出された
スレッショルドを通過するビデオが追跡ゲートヒストグ
ラム輝度値だけに対応する画素を含み、境界ゲートヒス
トグラム輝度値だけに対応する画素を含まないように
（即ち、満足な追跡状態となるように）スレッショルド
値が有効または無効コントラスト目標のいずれかを発見
できるか否かを決定するために実行される。適正なスレ
ッショルド値が発見できなければ、ゲートサイズは、次
のビデオフレームに対して予め選択された係数、例えば
40％だけ増加される。適正なスレッショルド値が発見さ
れると、指示された目標セントロイド位置が照準位置か
ら容易にプログラムできる特定の画素数の範囲内にある
かどうかを決定するためにチェックが実行される。この
チェックは関心目標よりもむしろクラッタ対象にロック
オンされることを防ぐために実行される。候補の目標が
このテストに合格しなければ、予め選択された係数が更
新される。または、目標コントラスト選択フラグが設定
され（即ち、目標コントラストが特定され）、ラスタ内
追跡が起こる。
専用セントロイド追跡動作中に、（選択目標コントラス
トを与えられた）ビデオスレッショルド値、追跡ゲート
サイズおよび追跡状態指標が連続的に更新される。上述
したように、セントロイド追跡状態指標はセントロイド
プロセッサ32の全体の制御を行うために採用される。追
跡状態が境界になければ、比較的標準的な量の背景クラ
ッタがビデオスレッショルド値を越えることを予想さ
れ、ゲートサイズ制御アルゴリズムが追跡相互影響を最
小にするように修正される。追跡状態がロック外れとな
らなければ、クラッタ干渉がもっと厳しいものとなる
か、目標が識別できなくなり、惰性飛行状態が起こる。
ビデオ追跡装置は、相関プロセッサ30が追跡速度コマン
ドを得るために単独に使用される専用相関モードで動作
してもよい。この動作モードでは、追跡装置がシーンま
たは特定目標追跡装置として動作できる。固定サイズの
相関処理ゲートでこの機能を実行することができるけれ
ども、相関追跡に基本である情報を含む目標ビデオ階調
度を最大にするように追跡ゲートのサイズを決定するの
が望ましい。このことは目標追跡およびシーン追跡の両
方に当てはまる。即ち、固定サイズのシーン相関ゲート
の重要な部分が緩い特徴で占められていれば、結果の追
跡性能がビデオシーンの重要部分を処理することによっ
て改良されるよりもむしろ低下される。従って、最大効
率を達成するためには、相関追跡モードにおいて自動相
関ゲートサイズ決定を採用することが望ましい。目標よ
りむしろシーンを追跡することを望むならば、大きな初
期ゲートサイズが、センサ22の視野の妥当な部分を最初
に占めるために使用されてもよい。シーン追跡モードに
おける初期ゲートサイズがシーン輝度階調度情報の妥当
な量を選択すべきであるが、状況がより大きなゲートサ
イズで向上するのであれば、より大きなサイズは捕捉処
理中に自動的に見つけられる。
相関トラックモードでの捕捉は指示された照準位置を中
心とするフイールド毎に処理ゲートで開始される。捕捉
処理が最初に開始されると、現在シーンが再帰基準に装
荷される。再帰基準更新速度はノイズフイルタリング特
性が適正化されるようにW1＝1/2から減少するようにプ
ログラムされる。２フレームの後に、W1は1/2以下とな
り、その後、フレーム毎にゲートサイズは最大サイズに
達するまで、または追跡ゲート全面の階調度関数の平均
値が減少するまで、各寸法に対して例えば25％の増加ス
テップで増加される。即ち、階調度ゲートの領域に亘っ
てのGFij(k)の平均値を最大にするように階調度ゲート
のサイズを調整するため、階調度ゲートのエッジを、変
化する画素数によって再位置付けし、階調度ゲート全体
に対して階調度関数GFij(k)の平均値を計算し、計算済
み階調度関数の平均値を上記の再位置づけに先行して計
算された値と比較し、平均値計算において計算された平
均値が上記再位置づけに先行して計算された値よりも大
きいかを決定し、階調度ゲートの領域に亘っての階調度
関数GFij(k)の平均値が減少する所定画素数までエッジ
を増加することにより階調度ゲートのエッジが位置づけ
されるまで上記の処置をを繰り返し行う。
上記のようにして、ゲートサイズが確定されると、ラス
タ内追跡が開始される。相関プロセッサ30に対して、ラ
スタ内追跡は、相関追跡エラーをゼロとするように追跡
ゲートおよび再帰基準をビデオラスタ内で再位置づけす
ることによって行われる。追跡状態がビデオフレーム毎
に計算され、追跡状態が２つの連続するフレームに対し
て満足するものであれば、追跡有効フラグが設定され、
ラスタ内追跡が終了し、実際の追跡が開始される。16フ
レームのラスタ内追跡の終了後に有効追跡が得られなけ
れば、再帰基準が再装荷され、捕捉処理が再開される。
相関追跡中に、ゲートサイズは、階調度ゲート全面の階
調度関数の平均値を最大にするように個々の階調度ゲー
トエッジを連続的にディザ処理することによって更新さ
れる。階調度関数の平均値を最大とする階調度ゲートエ
ッジ位置と追跡ゲートエッジとの間に所定幅のマージ
ン、例えばｎ画素幅のマージン、即ちｘ個の画素の幅に
相当するマージン（余裕）が設けられるように追跡ゲー
トのサイズが決定される。
相関追跡モードでは、相関追跡状態指標が相関プロセッ
サ30の全体を制御よるための使用される。追跡状態が境
界状態にならなければ、クラッタ干渉が生じており、追
跡性能が著しく低下されるとは予想されないが、クラッ
タが基準に入り込むことを防ぐために再帰基準が凍結さ
れる。
追跡がロック外れとならなければ、クラッタ干渉がより
厳しいものとなり、惰性飛行状態に入る。惰性飛行状態
中では、追跡ゲートサイズおよび再帰基準は凍結され
る。惰性飛行状態の効果はセントロイド追跡モードを参
照して説明したものと同様である。追跡状態が惰性飛行
期間にロック外れよりも良い状態に向上すれば、実際の
追跡状態が自動的に再開される。または、相関追跡捕捉
処理が再開される。
相関追跡状態指示器は基準像に対する“整合”の質を正
確に測定するものである。この指示には２つの重要な面
がある。第１には、追跡ゲート全面の差ビデオの合計の
平均値が入力シーンと基準との差を直接に測定した測定
値である。第２は、追跡ゲート全面の階調度関数の大き
さおよび平均値が基準の追跡情報内容の測定値である。
この情報が小さすぎれば、追跡性能が悪くなると予測で
き、シーンと基準との整合の測定値が無意味となる。故
に、完全追跡状態指示器が整合質の出力器として寄与す
る。即ち、上記相関追跡状態指示器の場合、第１におい
て、差ビデオΔij(k)の総和を追跡ゲートの面積で割算
し、割算結果をクラッタ干渉量を示す予め選択された基
準値と比較し、第２において、割算結果と基準値との関
係から相関追跡量を求める。
最後に、ビデオ追跡装置が自動または“競争”追跡モー
ドで動作できる。自動モードでは、相関プロセッサ30お
よびセントロイドプロセッサ32は互いに連携して動作
し、“最上”性能のプロセッサが実際の追跡制御のため
に選ばれる。自動モードでの両プロセッサ30、32のモー
ド制御は上述したような専用セントロイド追跡モードお
よび専用相関追跡モードの制御と同様である。自動追跡
モードにおいて背景から移動目標を分離することが本質
であるので、初期の相関追跡ゲートサイズは専用セント
ロイド追跡モードでセントロイドプロセッサ32に使用さ
れるものと同じである。
動作追跡モードには３つの追跡状態、即ち追跡開始、追
跡維持、追跡惰性飛行がある。専用追跡モードに採用さ
れる方法と同様な方法では、追跡状態制御遷移が２つの
プロセッサ30、32のために取り出された追跡状態指標に
よって決定される。追跡有効指標は捕捉シーケンスがプ
ロセッサ30、32毎に開始された後に満足する追跡状態が
最初に確定されるときに発生される。このプロセッサは
実際の追跡制御の候補となる。最高の追跡状態を有する
プロセッサが実際の追跡制御のために選ばれ、追跡有効
指標が最初に追跡開始状態において得られたときに追跡
状態が両プロセッサ30、32に対して同じである場合に、
セントロイドゲート領域が予め選択された数の角状画素
より小さければセントロイドプロセッサ30が制御状態に
入る。追跡維持状態に入ると、相関ゲート領域が予め選
択された数の角状画素より大きければ、セントロイドプ
ロセッサ30が追跡状態“拘束”になる。
最初に追跡が追跡開始コマンドを介して開始されると
き、またはプロセッサの１つに対しての次の再捕捉コマ
ンドが１つのプロセッサにだけ追跡有効指標を生じさせ
れば、追跡開始状態が指定される。追跡開始状態から追
跡維持状態への遷移は両プロセッサ30、32が追跡有効指
標を発生した後すぐに生じ、プロセッサの少なくとも１
つはロック外れよりも良い状態である追跡状態指標を持
つことになる。１つのプロセッサだけが追跡有効指標を
持ち、その追跡状態指示器がロック外れとならなけれ
ば、追跡開始状態が惰性飛行状態になる。
上述したように、最高の追跡状態を有するプロセッサが
実際の追跡コマンドを得るために選択される。追跡ゲー
トが指示された追跡エラーをゼロにするようにビデオラ
スタに連続的に位置付けされる場合に非活性のプロセッ
サがラスタ内追跡モードで動作される。この状態が生じ
たとき、セントロイド追跡ゲートが相関ゲート内にある
かどうかを決定するためのチェックが連続的に行われ
る。それが相関ａゲート内になければ、非活性ゲートが
適正な目標を追跡していないと見なされ、非活性プロセ
ッサの追跡有効指標が無視される。このプロセッサの追
跡ゲート中心は活性プロセッサのゲートの中心と一致す
るように位置付けされ、再捕捉処理が非活性プロセッサ
に対して開始される。
相関およびセントロイドプロセッサ30、32とも追跡状態
がロック外れとなっていれば、追跡維持状態が惰性飛行
状態に抜ける。非活性プロセッサが再捕捉処理に強制さ
れれば、追跡維持状態が追跡開始状態に抜ける。惰性飛
行状態の実行はセントロイド追跡モードで述べたものと
同様である。
自動目標検出 この発明のビデオ追跡装置は、シーンまたは背景に対し
て移動している目標を検出し、自動的に捕捉する“差ビ
デオ”モードで動作できる。先に検討したように相関プ
ロセッサ30から出力される差ビデオの絶対値が相関処理
関数の副次的結果として利用でき、このビデオ出力はセ
ントロイドプロセッサ32に送ることができる。相関プロ
セッサ30が静止シーンを追跡するために用いられていれ
ば、このシーンに対して移動している目標は差ビデオで
映し出される。故に、相関プロセッサ30が静止シーンを
追跡している間、セントロイドプロセッサ32によりビデ
オ出力を処理することによって移動している目標は検出
され、自動的に捕捉される。この場合、差ビデオの絶対
値の大きさが公称スレッショルド値を越えると、移動中
の目標は差ビデオで検出される。このとき、ラスタ内追
跡はセントロイドプロセッサ32で開始され、セントロイ
ド追跡ゲート内に含まれる視野の部分が相関処理から除
外される。セントロイドラスタ内追跡開始に続いてすぐ
に、目標追跡速度が視野内におけるセントロイドゲート
位置の変換から計算される。
一度、追跡速度の評価が得られると、背景および差ビデ
オ追跡が終了し、相関追跡ゲートサイズが決められ、セ
ントロイドゲート一致するように位置付けされる。この
とき、追跡システムが評価された見通し内速度（line-o
f-sight rates）で動くように命令され、追跡が専用目
標追跡形態の１つで開始される。
低S/N比追跡 ビデオ追跡装置は超低S/N比の状態で小さく、低コント
ラストの目標を捕捉し、追跡するモードで動作できる。
安定状態では、相関再帰基準関数によって処理されるビ
デオの目標コントラストS/N比は次式によって向上され
る。
但し、W1は再帰基準更新速度係数である。
故に、ビデオ相関再帰基準をセントロイドプロセッサ32
の入力に送ることによって、セントロイドプロセッサ32
のビデオS/N比は実質的に向上される。実際、目標コン
トラストS/N比は1/2の再帰基準更新速度係数に対して３
の平方根だけ向上する。この動作モードでは、相関エラ
ー処理は実行されないが、再帰基準は利用される。セン
トロイド初期捕捉シーケンスは、相関再帰基準が装荷さ
れた後、２ビデオフレームまでは実行されない。セント
ロイドゲート制御機能は専用セントロイド追跡モードの
それと同様であり、追跡状態の遷移はセントロイド追跡
状態指標だけで決定される。（実際の追跡を開始する）
セントロイド追跡有効情報を受ける前に、相関再帰基準
位置が固定され、相関ゲートエッジがセントロイドゲー
トエッジの頂部に位置付けされる。実際の追跡が開始さ
れたとき、相関ゲートエッジはまだセントロイドゲート
のエッジに位置しているが、相関再帰基準位置はセント
ロイド中心位置に対応するように移動される。このモー
ドでは、ビデオ平均化の遅延が閉塞している追跡ループ
内に含まれているので、実現可能な追跡ループ帯域幅は
減少している。
相補モード追跡 セントロイド追跡のための相関再帰基準ビデオの使用に
関連する追跡ループ帯域幅の制限をS/N比の向上を維持
しながら避けることができる。このモードでは、ドリフ
ト除去機能に通常ではエラー信号を与える相関プロセッ
サエラー入力がセントロイドエラーと関連して使用され
る。
相関エラーは入力シーンと基準シーンとの間でのフレー
ム間エラーの測定値である。セントロイドエラーはセン
トロイドゲートに対する基準シーンの目標位置を測定値
である。これら２つのエラーの合成が周波数領域に相補
関数を形成する。
例えば、セントロイドエラー伝達関数は次式により定義
される。
但し、τは相関再帰基準更新速度によって決定される時
定数である。同様に、相関エラー伝達関数は次式で定義
される。
故に、２つの伝達関数が合成されると、次式で表され
る。
θe＝θecent＋θecorr または 故に、相補モードは、向上したS/N比のビデオおよび相
関エラー項を用いることによって維持されるエラー測定
帯域幅によって改善されるセントロイド追跡ジッタ特性
を生み出す。
追跡は専用相関処理モードで開始され、指定された目標
が相関再帰基準に確定された後に、相関基準がセントロ
イドエラーをゼロにするように視野内に位置付けされ
る。一度、これが行われると、相関ドリフト補償計算で
計算された累積エラー項はセントロイドエラーと置き換
えられる。自動モードの場合のように、追跡状態制御が
２つのプロセッサ30、32のための追跡状態指標を用いて
行われる。しかしながら、相関追跡状態は最初の制御で
ある。即ち、惰性飛行またはロック外れへの遷移は相関
追跡状態の機能として実行される。セントロイド追跡状
態が満足な状態から外れると、相関追跡が復帰される。
上記説明によると、この発明は、実質的に改善された性
能および追跡精度を有する完全自動デュアルモードビデ
オ追跡装置を提供する。この発明を説明するために選ば
れた実施例は、発明の範囲を逸脱しないで種々変更およ
び変形することは当業者によりなし得るものである。従
って、上述した実施例は単に発明の説明を容易に理解す
るように提示したものであり、保護の範囲は請求項によ
り確定されるものである。
フロントページの続き (72)発明者 ポペ，ゴードン・テイ アメリカ合衆国 カリフオルニア州 90230 カルヴアー・シテイ，＃50 モー ター・アベニユー 3824 (72)発明者 エマーソン，アール・エル アメリカ合衆国 カリフオルニア州 92670，プレーセンテイア，ヒルクレス ト・アベニユー 438

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】座標（ε，η）（但し、εは仰角、ηは方
    位角を示す）を有し、各画素が座標εおよびηに沿って
    別個の場所（i,j）に位置する複数の画素により形成さ
    れる二次元画面に対応する１つのビデオフレームｋを形
    成するために使用される入力電磁ビデオ信号Vij(k)から
    追跡エラー信号（δ′ｄ（ｋ）、δ′ｅ（ｋ））を発生
    する相関追跡システムに適用され、追跡ゲートは座標ε
    およびηにそれぞれ沿ったＮ×Ｍ画素に関連した複数の
    エッジにより規定される相関追跡ゲートのサイズ確定方
    法において、 （ａ）次式の関係に従って画素毎に基準マップ値を発生
    するステップと、 MAPij(k)＝W1Vij(k)+(1-W1)MAPij(k-1) W1は０≦W1≦１の値を有する重み付け係数 （ｂ）座標εに沿った画素に関連する仰角重み付け関数
    Weij(k)を発生するステップと、 （ｃ）座標ηに沿った画素に関連する方位角重み付け関
    数Wdij(k)を発生するステップと、 （ｄ）前記仰角および方位角重み付け関数Weij(k)およ
    びWdij(k)並びに差ビデオ関数ΔVij(k)を用いて、ビデ
    オフレーム毎に追跡ゲートと関連する追跡エラーを表わ
    す第１および第２相関エラー信号δ′ｄ（ｋ）および
    δ′ｅ（ｋ）を発生するステップと、 （ｅ）下式関係に従って、ｙ×ｚ画素と関連する複数の
    エッジによって規定される階調度ゲート内の画素毎に階
    調度関数GFij(k)を発生するステップで、 GFij(k)＝|Weij(k)|+|Wdij(k)| 前記階調度ゲートの領域に亘っての前記階調度関数GFij
    (k)の平均値は追跡ゲート内の情報内容の測定値を表わ
    すステップと、 （ｆ）前記階調度ゲートの領域に亘ってのGFij(k)の平
    均値を最大にするように前記階調度ゲートのサイズを調
    整するため、 （f1）前記階調度ゲートのエッジを、変化する画素数に
    よって再位置づけするステップと、 （f2）前記階調度ゲート全体に対して前記階調度関数GF
    ij(k)の平均値を計算するステップと、 （f3）前記計算済み階調度関数の平均値を前記再位置づ
    けステップに先行して計算された値と比較するステップ
    と、 （f4）前記計算ステップ（f2）において計算された平均
    値が前記再位置づけステップに先行して計算された値よ
    りも大きいかを決定するステップと、 （f5）前記階調度ゲートの領域に亘っての前記階調度関
    数GFij(k)の平均値が減少する所定画素数まで前記エッ
    ジが増加されることによって前記階調度ゲートの前記エ
    ッジが位置づけされるまでステップ（f1），（f2），
    （f3）および（f4）を繰り返し行うことによって前記階
    調度ゲートの領域に亘っての階調度関数GFij(k)の平均
    値を最大にするステップとを含む階調度ゲート調整ステ
    ップと、 （ｇ）所定個の画素の幅を有するマージンが前記追跡ゲ
    ートと前記階調度ゲートのエッジとの間に形成されるよ
    うに前記追跡ゲートのサイズを確定するステップと、 により構成されることを特徴とする相関追跡ゲートのサ
    イズ確定方法。
  2. 【請求項２】前記仰角重み付け関数Weij(k)は次式関係
    によって規定され、 但し、Δｅは座標εに沿った画像の各画素の寸法、 前記方位角重み付け関数はWdij(k)は次式関係によって
    規定され、 但し、Δｄは座標ηに沿った画像の各画素の寸法であ
    る、請求の範囲第１項記載の相関追跡ゲートのサイズ確
    定方法。
  3. 【請求項３】少なくとも基準マップ値MAPijの１ライン
    を１フレームに加えたものをメモリに記憶するステップ
    を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の相関
    追跡ゲートのサイズ確定方法。
  4. 【請求項４】前記ステップ（ｅ）を前記階調度関数GFij
    (k)を全階調度ゲートに亘って累積することによって実
    行したことを特徴とする請求の範囲第１項記載の相関追
    跡ゲートのサイズ確定方法。
  5. 【請求項５】前記基準マップ値MAPij(k)はフレーム単位
    で発生される請求の範囲第１項に記載の相関追跡ゲート
    のサイズ確定方法。
  6. 【請求項６】前記第１および第２相関エラー信号δ′ｄ
    （ｋ）およびδ′ｅ（ｋ）が下記関係によって規定され
    る請求の範囲第１項記載の相関追跡ゲートのサイズ確定
    方法。 但し、
  7. 【請求項７】座標（ε，η）（但し、εは仰角、ηは方
    位を示す）を有し、各画素が座標εおよびηに沿って別
    個の場所（i,j）に位置する複数の画素により形成され
    る二次元画面に対応する１つのビデオフレームｋを形成
    するために使用される入力電磁ビデオ信号Vij(k)から追
    跡エラー信号（δ′ｄ（ｋ）、δ′ｅ（ｋ））を発生す
    る相関追跡システムに適用され、追跡ゲートは座標εお
    よびηに沿ったＮ×Ｍ画素に関連した複数のエッジによ
    り規定される相関追跡システムの相関追跡ゲートのサイ
    ズ確定方法において、 （ａ）次式の関係に従って画素毎に基準マップ値を繰り
    返し発生するステップと、 MAPij(k)＝W1Vij(k)+(1-W1)MAPij(k-1) W1は０≦W1≦１の値を有する重み付け係数 （ｂ）差ビデオ関数ΔVij(k)を得るために次のフレーム
    のビデオ信号Vij(k)から基準マップ値MAPij(k)を引算す
    るステップと、 （ｃ）座標εに沿った画素に関連する仰角重み付け関数
    Weij(k)を発生するステップと、 （ｄ）座標ηに沿った画素に関連する方位角重み付け関
    数Wdij(k)を発生するステップと、 （ｅ）前記仰角および方位角重み付け関数Weij(k)およ
    びWdij(k)並びに差ビデオ関数ΔVij(k)を用いて、ビデ
    オフレーム毎に追跡ゲートと関連する追跡エラーを表わ
    す第１および第２相関エラー信号δ′ｄ（ｋ）および
    δ′ｅ（ｋ）を発生するステップと、 （ｆ）前記追跡ゲート内で生じるクラッタ干渉の量を示
    す総和を得るためにビデオフレーム毎に前記追跡ゲート
    の領域に亘って差ビデオ関数ΔVij(k)の値を加算するス
    テップと、 （ｇ）下式関係に従って、ｙ×ｚ画素によって規定され
    る階調度ゲート内の画素毎に階調度関数GFij(k)を発生
    するステップと、 GFij(k)＝|Weij(k)|+|Wdij(k)| （ｈ）フレーム毎に前記階調度ゲートの領域に亘って前
    記階調度関数GFij(k)を加算するステップと、 （ｉ）前記差ビデオΔVij(k)の加算値と前記加算階調度
    関数GFij(k)とを用いて相関追跡量を表す情報を発生す
    るため、 （i1）前記差ビデオΔVij(k)の総和を前記追跡ゲートの
    面積で割り算するサブステップと、 （i2）前記サブステップ（i1）の定量結果をクラッタ干
    渉量を表わす予め選択された基準値と比較するサブステ
    ップとを含み、前記結果と前記基準値との関係で示され
    る相関追跡量を表す追跡量情報を発生するステップと、 によって構成されることを特徴とする相関追跡ゲートの
    サイズ確定方法。
  8. 【請求項８】前記ステップ（ｉ）は： （i3）前記加算階調度関数GFij(k)を前記階調度ゲート
    の面積によって割り算するサブステップと、 （i4）割算により得られた前記加算階調度関数GFij(k)
    の値をクラッタ干渉量を示す予め選択された基準値と比
    較するサブステップと、 （i5）前記サブステップ（i3）の定量結果をクラッタ干
    渉量を示す予め選択された基準値と比較するサブステッ
    プと、 を含み、前記サブステップ（i4）および（i5）において
    行われた比較により相関追跡量を表す情報を得ることを
    特徴とする請求の範囲第７項記載の相関追跡ゲートのサ
    イズ確定方法。
  9. 【請求項９】前記仰角重み付け関数Weij(k)は次式関係
    によって規定され、 但し、Δｅは座標εに沿った画像の各画素の寸法、 前記方位角重み付け関数はWdij(k)は次式関係によって
    規定され、 但し、Δｄは座標ηに沿った画像の各画素の寸法であ
    る、請求の範囲第６項記載の相関追跡ゲートのサイズ確
    定方法。
  10. 【請求項１０】前記第１および第２相関エラー信号δ′
    ｄ（ｋ）およびδ′ｅ（ｋ）が下記関係によって規定さ
    れる請求の範囲第６項記載の相関追跡ゲートのサイズ確
    定方法。 但し、
JP61501793A 1985-04-01 1986-03-27 相関追跡ゲートのサイズ確定方法 Expired - Lifetime JPH0766047B2 (ja)

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