KR102266432B1 - Method for tracking a location of a target and method for correcting a location of target - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비행하는 표적의 위치를 추적하고, 추적 위치를 보정하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for tracking the position of a flying target and correcting the tracking position.
미사일의 비행시험 시 광학추적장비는 미사일의 발사부터 비행 및 탄착 구간에 대한 비행 영상을 획득하여 시험 대상체의 성능을 눈으로 직접 확인하고 정성적으로 평가하는데 큰 도움을 준다.During the flight test of a missile, the optical tracking equipment acquires flight images from the launch of the missile to the flight and impact section, which is a great help in directly checking and qualitatively evaluating the performance of the test object.
도 1에서 참조되는 바와 같이, 미사일을 추적하기 위한 광학추적장비는 일반적으로 방위각(azimuth), 고각(elevation)의 조절이 가능한 PAN/TILT(수평조절기/수직조절기), 추적을 위한 IR 카메라(적외선 카메라), 양질의 영상을 얻기 위한 고속 카메라로 이루어져있다.1, the optical tracking equipment for tracking a missile is generally PAN/TILT (horizontal/vertical controller) that can control azimuth and elevation, and an IR camera (infrared light) for tracking. camera), and a high-speed camera to obtain high-quality images.
IR 카메라에서 획득한 영상으로부터 표적 추적 알고리즘을 통해 표적의 위치 정보를 추출하고, 이 위치 정보를 이용하여 제어 알고리즘은 PAN/TILT에게 방위각, 고각 제어 신호를 전송하고 PAN/TILT는 제어 신호에 맞춰서 움직인다. 추적 카메라와 같은 지점을 향하도록 설치된 고속 카메라는 PAN/TILT가 움직임에 따라서 움직이면서 양질의 미사일 추적영상을 획득한다.The target location information is extracted from the image acquired from the IR camera through the target tracking algorithm, and the control algorithm sends azimuth and elevation control signals to the PAN/TILT using this location information, and the PAN/TILT moves according to the control signal. . A high-speed camera installed to face the same point as the tracking camera acquires high-quality missile tracking images as the PAN/TILT moves as it moves.
이러한 표적 추적 시스템의 문제점 중 하나는 구름, 태양 등에 의해 미사일이 가려지면 표적 추적 알고리즘이 표적을 탐지하지 못한다는 점이다. 이를 개선하기 위해서 표적이 가려졌을 때 표적의 위치를 예측하여 예측 지점을 지향하다가 다시 표적이 화면에 나타나면 다시 추적하는 방법을 사용하게 된다. 그 중에서도 Kalman Filter를 활용한 표적의 위치를 예측하는 기술들이 연구되어왔다.One of the problems of such a target tracking system is that the target tracking algorithm cannot detect the target when the missile is obscured by clouds, the sun, or the like. To improve this, a method of predicting the target's position when the target is obscured, aiming at the predicted point, and then tracking the target again when the target appears on the screen is used. Among them, techniques for predicting the location of a target using Kalman Filter have been studied.
하지만 이 방법들은 표적의 이전 속도나 위치 정보만을 이용하여 예측을 하기 때문에 표적의 움직임이 이전의 움직임 특성과 다른 경향을 보여준다면 예측이 부정확해진다.However, since these methods make predictions using only the target's previous speed or location information, if the target's motion shows a different trend from the previous motion characteristics, the prediction becomes inaccurate.
또 다른 문제점으로는 추적 카메라를 IR 카메라로 사용하므로 광학추적장비가 미사일의 추진체에서 발생하는 화염을 추적하기 때문에 도 2와 같이 실제 추적 대상인 미사일이 화면의 중앙에 오도록 추적하지 못한다는 문제점이 있다.Another problem is that since the tracking camera is used as an IR camera, the optical tracking equipment tracks the flame generated from the missile's propellant, so that the missile, which is the actual tracking target, cannot be tracked so as to be in the center of the screen as shown in FIG. 2 .
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in the background art are intended to help the understanding of the background of the invention, and may include matters that are not already known to those of ordinary skill in the art to which this technology belongs.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 표적을 자연 환경 등에 의해 중단 없이 추적이 가능하게 하고, 그에 따라 위치 보정하여 광학 추적 장비가 촬영이 가능하게 하는 표적의 위치 추적 방법 및 표적의 위치 보정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the present invention enables a target to be tracked without interruption due to a natural environment, etc., and the position of the target is corrected accordingly to enable the optical tracking equipment to shoot; and An object of the present invention is to provide a method for correcting the position of a target.
본 발명의 일 관점에 의한 표적의 위치 추적 방법은, 비행하는 표적을 추적하는 추적 카메라에 의해 획득하는 계측 궤적 데이터와 상기 표적의 미리 계산된 예상 궤적 데이터를 DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘을 이용하여 비교하여, 상기 표적의 현재 위치를 예측하는 단계 및 상기 표적의 현재 위치를 예측하는 단계에 의해 예측된 현재 위치를 입력값으로 하여 칼만 필터(Kalman Filter)에 의해 일정 시간 후의 상기 표적의 위치를 예측하는 단계를 포함한다.A method for tracking a position of a target according to an aspect of the present invention uses a DTW (Dynamic Time Warping) algorithm for measurement trajectory data acquired by a tracking camera that tracks a flying target and pre-calculated expected trajectory data of the target In comparison, predicting the current position of the target and predicting the position of the target after a predetermined time by a Kalman filter using the current position predicted by the step of predicting the current position of the target as an input value including the steps of
그리고, 상기 현재 위치를 예측하는 단계는 상기 표적의 고각(elevation) 및 방위각(azimuth)과 함께 예측 각속도를 도출하는 것을 특징으로 한다.The predicting of the current position is characterized in that the predicted angular velocity is derived together with an elevation and an azimuth of the target.
또한, 상기 칼만 필터(Kalman Filter)는 상기 예측 각속도를 입력값으로 하여 상기 일정 시간 후의 상기 표적의 위치를 예측하는 것을 특징으로 한다.In addition, the Kalman filter is characterized in that the predicted angular velocity is used as an input value to predict the position of the target after the predetermined time.
여기서, 상기 DTW 알고리즘에 적용되는 코스트 함수(cost function)는 하기 수학식과 같이 정의되는 것을 특징으로 한다.Here, the cost function applied to the DTW algorithm is characterized in that it is defined as follows.
(여기서, 는 코스트 매트릭스의 성분이고, 는 계측 궤적 데이터의 방위각, 고각 및 해당 시각이며, 는 예상 궤적 데이터의 방위각, 고각 및 해당 시각임.)(here, is a component of the cost matrix, is the azimuth, elevation, and corresponding time of the measurement trajectory data, is the azimuth, elevation, and time of the predicted trajectory data.)
다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 표적의 위치 보정 방법은, 비행하는 표적을 추적하는 추적 카메라에 의해 획득하는 계측 궤적 데이터와 상기 표적의 미리 계산된 예상 궤적 데이터를 DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘을 이용하여 비교하여, 상기 표적의 현재 위치를 예측하는 단계 및 상기 표적의 현재 위치로부터 상기 표적의 예측 각속도를 도출하는 단계를 포함한다.Next, in the method of correcting the position of the target according to an aspect of the present invention, the measurement trajectory data obtained by a tracking camera that tracks a flying target and the pre-calculated expected trajectory data of the target are combined with a DTW (Dynamic Time Warping) algorithm and estimating the current position of the target by comparing using , and deriving the predicted angular velocity of the target from the current position of the target.
그리고, 상기 예측 각속도를 도출하는 단계에 의해 도출된 예측 각속도를 이용하여 상기 표적을 추적하기 위한 위치 보정 값을 도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include deriving a position correction value for tracking the target using the predicted angular velocity derived by the step of deriving the predicted angular velocity.
또한, 상기 위치 보정 값을 도출하는 단계는 상기 표적의 예측된 현재 위치로부터 상기 예측 각속도 방향을 지향하는 새로운 고각(elevation) 및 방위각(azimuth)을 도출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of deriving the position correction value is characterized in that deriving a new elevation (elevation) and azimuth (azimuth) oriented toward the predicted angular velocity direction from the predicted current position of the target.
그래서, 상기 고각 및 방위각을 추적하도록 상기 추적 카메라를 제어하는 것을 특징으로 한다.So, it is characterized in that the tracking camera is controlled to track the elevation and azimuth.
나아가, 상기 표적의 현재 위치를 예측하는 단계에 의해 예측된 현재 위치를 입력값으로 하여 칼만 필터(Kalman Filter)에 의해 일정 시간 후의 상기 표적의 위치를 예측하는 단계를 더 포함할 수 있다.Furthermore, the method may further include predicting the position of the target after a predetermined time by using a Kalman filter using the current position predicted by the step of predicting the current position of the target as an input value.
그리고, 상기 칼만 필터(Kalman Filter)는 상기 예측 각속도를 입력값으로 하여 상기 일정 시간 후의 상기 표적의 위치를 예측하는 것을 특징으로 한다.And, the Kalman filter (Kalman filter) is characterized in that the predicted angular velocity as an input value to predict the position of the target after the predetermined time.
한편, 상기 DTW 알고리즘에 적용되는 코스트 함수(cost function)는 하기 수학식과 같이 정의되는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, a cost function applied to the DTW algorithm is characterized in that it is defined as follows.
(여기서, 는 코스트 매트릭스의 성분이고, 는 계측 궤적 데이터의 방위각, 고각 및 해당 시각이며, 는 예상 궤적 데이터의 방위각, 고각 및 해당 시각임.)(here, is a component of the cost matrix, is the azimuth, elevation, and corresponding time of the measurement trajectory data, is the azimuth, elevation, and time of the predicted trajectory data.)
본 발명은 미사일의 비행시험 계측 시 미리 알고 있는 예상 궤적 데이터와 광학 추적 장비를 통해 얻은 미사일의 실제 계측 궤적 데이터를 활용하고, DTW 알고리즘과 Kalman filter를 같이 사용하는 방법을 통해 기존에 Kalman filter만 사용하는 방법에 비해 더 정확하게 표적의 위치를 예측할 수 있다.The present invention utilizes the predicted trajectory data known in advance when measuring the flight test of a missile and the actual measured trajectory data of the missile obtained through the optical tracking equipment, and uses only the Kalman filter in the past through the method of using the DTW algorithm and the Kalman filter together It can predict the position of the target more accurately compared to the method.
그리고, 예측한 위치를 통해서 미사일이 구름이나 햇빛에 가려져 추적이 불가능한 상황에서도 표적의 위치를 완전히 잃어버리지 않고 있다가 다시 미사일이 나타났을 때 추적할 수 있게 한다.And, through the predicted position, even in a situation where the missile is obscured by clouds or sunlight, the target's position is not completely lost, and when the missile appears again, it can be tracked.
또한, 추적용 카메라로서 IR 카메라를 사용할 경우 화염을 추적하게 되므로 실제 원하는 추적 대상인 미사일이 중앙에 오게 추적을 할 수 없다. 하지만 본 발명에서 제안한 방법을 활용하여 추적 위치를 보정해줄 경우, 추적 대상인 미사일에 더욱 가까운 위치를 추적하여 미사일이 중앙에 더욱 가깝게 오도록 추적을 할 수 있다.In addition, if an IR camera is used as a tracking camera, the flame is tracked, so it is impossible to track the missile, which is the actual target of tracking, in the center. However, if the tracking position is corrected by using the method proposed in the present invention, it is possible to track a position closer to the missile to be tracked so that the missile comes closer to the center.
도 1은 미사일 추적을 위한 광학 추적 장비를 도시한 것이다.
도 2는 IR 카메라를 이용한 표적 추적 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 방법을 위한 알고리즘을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 방법을 순서적으로 도시한 것이다.
도 5는 DTW 알고리즘을 통한 예상 궤적 중에서 현재 시점을 도시한 것이다.
도 6은 DTW 알고리즘의 예시를 도시한 것이다.
도 7은 코스트 매트릭스를 설명하기 위한 것이다.
도 8 및 도 9는 DTW에 의해 warping path를 구하는 방식을 설명한 것이다.
도 10은 Kalman Filter의 prediction/correction step을 정리한 것이다.
도 11은 본 발명에 의해 IR 카메라를 이용한 표적 추적 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명에 의해 표적 추적 위치 보정 관계를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명에 의한 추적 결과와 칼만 필터 단독 사용에 의한 추적 결과를 비교 도시한 것이다.1 shows an optical tracking device for missile tracking.
2 shows a target tracking result using an IR camera.
Fig. 3 schematically shows an algorithm for the method of the present invention.
Figure 4 shows the method of the present invention in sequence.
5 is a view showing a current point of view among predicted trajectories through the DTW algorithm.
6 shows an example of the DTW algorithm.
7 is for explaining a cost matrix.
8 and 9 illustrate a method of obtaining a warping path by DTW.
10 is a summary of the prediction/correction steps of the Kalman Filter.
11 shows a target tracking result using an IR camera according to the present invention.
12 shows a target tracking position correction relationship according to the present invention.
13 is a view showing a comparison between the tracking result according to the present invention and the tracking result by using the Kalman filter alone.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.In describing preferred embodiments of the present invention, well-known techniques or repetitive descriptions that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be reduced or omitted.
도 3은 본 발명의 방법을 위한 알고리즘을 개략적으로 도시한 것이다.Fig. 3 schematically shows an algorithm for the method of the present invention.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 표적의 위치 추적 방법 및 표적의 위치 보정 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for tracking a position of a target and a method for correcting a position of a target according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 .
본 발명의 일 실시예에 의한 표적의 위치 추적 방법 및 표적의 위치 보정 방법은 DTW 알고리즘과 Kalman Filter를 활용하여 광학추적장비가 계측한 표적의 계측 궤적과 미리 알고 있는 예상 궤적을 비교하여 예상 궤적 중에서 현재 미사일의 위치가 어느 지점인지 파악하고, 그 위치의 미사일의 방위각, 고각, 각속도 정보와 Kalman Filter를 통해 표적의 다음 위치를 예측하고 표적의 추적 위치를 보정하는 방법 및 시스템이다.The method for tracking the position of the target and the method for correcting the position of the target according to an embodiment of the present invention compares the measurement trajectory of the target measured by the optical tracking equipment and the predicted trajectory known in advance by utilizing the DTW algorithm and Kalman Filter, It is a method and system for figuring out where the current missile's position is, predicting the next position of the target through the azimuth, elevation, and angular velocity information of the missile at that position and Kalman Filter, and correcting the target's tracking position.
계측 궤적 데이터는 광학 추적 장비의 IR 카메라 등의 추적 카메라에 의한 추적을 통해 획득하는 표적의 궤적(고각-elevation, 방위각-azimuth)이다.The measurement trajectory data is a trajectory (elevation, azimuth) of a target acquired through tracking by a tracking camera such as an IR camera of an optical tracking device.
예상 궤적 데이터는 시스템에 미리 저장되어 있는 표적의 예상 궤적이다.The predicted trajectory data is the predicted trajectory of the target pre-stored in the system.
본 발명의 시스템 및 방법은 이러한 계측 궤적 데이터와 예상 궤적 데이터를 DTW(Dynamic Time Warping, 동적 시간 워핑) 알고리즘을 이용하여 비교하고, 표적을 잃어버린 시간을 고려하여 예상 궤적 중에서 현재 미사일의 위치가 어느 지점인지 예측한다.The system and method of the present invention compares the measured trajectory data and the expected trajectory data using a DTW (Dynamic Time Warping) algorithm, and considers the time at which the target is lost, at which point the current missile's position is in the predicted trajectory. predict cognition
DTW 알고리즘에 의해 예측되는 예측 궤적 데이터는 예측 위치에 해당하는 예측 고각과 예측 방위각이 된다.The predicted trajectory data predicted by the DTW algorithm become the predicted elevation and predicted azimuth corresponding to the predicted position.
다음, 예측된 예측 고각과 예측 방위각과 더불어, 이를 통해 도출되는 예측 각속도를 Kalman Filter의 입력으로 넣어주어 다음 일정 시간 후의 미래 시점에 표적이 어디에 위치할지를 예측한다.Next, the predicted angular velocity derived from this, along with the predicted elevation angle and predicted azimuth, is input to the Kalman Filter to predict where the target will be located at a future point in time after the next predetermined time.
다음으로, 예측된 예측 각속도와 추적 결과를 활용하여 새롭게 보정된 추적 위치를 구한다. 즉, 표적 위치의 보정 값(고각, 방위각)을 구한다.Next, a newly calibrated tracking position is obtained by using the predicted predicted angular velocity and the tracking result. That is, a correction value (elevation angle, azimuth angle) of the target position is obtained.
그리고, 표적 위치의 보정 값에 의해 광학 추적 장비의 PAN/TILT 및 추적 카메라를 제어할 수 있다.And, it is possible to control the PAN/TILT of the optical tracking device and the tracking camera by the correction value of the target position.
도 4는 본 발명의 방법을 순서적으로 도시한 것으로서, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예를 순차적으로 설명하기로 한다.FIG. 4 shows the method of the present invention in sequence, and an embodiment of the present invention will be sequentially described with reference to FIG. 4 .
그리고, 도 5는 DTW 알고리즘을 통한 예상 궤적 중에서 현재 시점을 도시한 것(AZ는 azimuth, EL은 elevation을 의미함)이고, 도 6은 DTW 알고리즘의 예시를 도시한 것이며, 도 7은 코스트 매트릭스를 설명하는 것이다.And, Figure 5 shows the current time point among the predicted trajectories through the DTW algorithm (AZ means azimuth, EL means elevation), Figure 6 shows an example of the DTW algorithm, Figure 7 shows the cost matrix will explain
먼저, 표적 추적 시스템에 의해 표적을 탐지하여(S11), 표적의 마지막 계측 궤적 데이터와 DTW(Dynamic Time Warping) 알고리즘에 의해 미리 계산된 예상 궤적 데이터를 구한다(S12).First, the target is detected by the target tracking system (S11), and the last measured trajectory data of the target and the predicted trajectory data calculated in advance by the DTW (Dynamic Time Warping) algorithm are obtained (S12).
그 다음, 현재 프레임에서 표적이 관측되는지를 판단하고(S13), 표적이 관측되면 궤적 데이터 상 현재 위치가 마지막 관측 데이터의 예상 궤적상 위치로 판단하며(S14), 그렇지 않으면 그러면 도 5와 같이 표적을 잃어버린 시간을 고려하여 현재 시점이 예상 궤적 데이터 상에서 어느 시점에 해당하는 지를 파악할 수 있고(S21), 이를 통해 현재의 위치(고각, 방위각)와 각속도(예상 궤적 데이터의 기울기)를 예측할 수 있다(S15).Next, it is determined whether the target is observed in the current frame (S13), and when the target is observed, the current position on the trajectory data is determined as the position on the predicted trajectory of the last observation data (S14), otherwise, the target is In consideration of the lost time, it is possible to determine which point in time the current point corresponds to on the predicted trajectory data (S21), and through this, the current position (elevation, azimuth) and angular velocity (the slope of the expected trajectory data) can be predicted ( S15).
DTW 알고리즘은 두 개의 연속적인 데이터를 매칭시키는 알고리즘으로, 먼저 두 연속 데이터의 각 데이터를 매칭시킬 수 있는 모든 조합에 대한 cost를 계산하여 코스트 매트릭스(cost matrix, 수학식 1, 도 6, 도 7)를 작성한다. Cost는 보통 유클리디안 거리(Euclidean distance)를 사용한다. 그 후 cost matrix에서 작은 cost값을 따라서 path를 구하면 수학식 2와 같은 warping path를 구할 수 있다.The DTW algorithm is an algorithm that matches two consecutive data, and first calculates the cost for all combinations that can match each data of the two consecutive data to the cost matrix (
여기서, 는 도시와 같이 코스트 매트릭스의 성분이고, 는 계측 궤적 데이터의 방위각과 고각이며, 는 예상 궤적 데이터의 방위각과 고각이다.here, is a component of the cost matrix as shown in the city, is the azimuth and elevation of the measurement trajectory data, are the azimuth and elevation angles of the predicted trajectory data.
본 특허에서는 아래와 같이 새로운 형태의 cost function을 제안한다. 제안한 cost function은 연속적인 데이터 뿐만 아니라 시간 정보 또한 활용하여 기존의 cost function이 갖는 문제점인 시간의 흐름이 고려되지 않고 하나의 데이터에 여러 데이터가 계속 매칭되는 문제점을 해결하고자 한다.In this patent, a new type of cost function is proposed as follows. The proposed cost function uses time information as well as continuous data to solve the problem of continuously matching multiple data to one data without considering the passage of time, which is a problem with the existing cost function.
먼저 두 연속 데이터의 첫번째 데이터들이 0s가 되도록 시간 축을 이동시킨 후에 시간의 차이를 구하고 이 값을 고려하여 cost를 구한다. 뿐만 아니라 시간 차이 값에 exponential을 취하여 시간차가 커질수록 페널티가 더 커지도록 설계하였다.First, after moving the time axis so that the first data of two consecutive data become 0s, the time difference is calculated, and the cost is calculated by considering this value. In addition, by taking exponential to the time difference value, the penalty is designed to increase as the time difference increases.
여기서, 는 코스트 매트릭스의 성분이고, 는 계측 궤적 데이터의 방위각, 고각 및 해당 시각이며, 는 예상 궤적 데이터의 방위각, 고각 및 해당 시각이다.here, is a component of the cost matrix, is the azimuth, elevation, and corresponding time of the measurement trajectory data, is the azimuth, elevation, and corresponding time of the predicted trajectory data.
또한, 는 Trial and error을 통해 구해지는 사용자 지정 값이며, , 는 다음 수학식과 같이 표현되는 t와 θ의 차원을 맞춰주기 위한 계수로서, 예를 들어 θ가 5~10인데 t가 0.001~0.005이면 차원이 차이가 나서 exp 부분의 영향이 너무 작고, θ가 0.5~1인데 t가 10~50이면 차원이 차이가 나서 exp 부분의 영향이 너무 크게 된다.Also, is a user-specified value obtained through trial and error, , is a coefficient for matching the dimensions of t and θ expressed as in the following equation. For example, if θ is 5 to 10 and t is 0.001 to 0.005, the dimension is different and the influence of the exp part is too small, and θ is 0.5 Although ~1, if t is 10-50, the dimension is different and the influence of the exp part becomes too large.
도 8 및 도 9에 warping path를 구하는 방식을 구체적으로 나타내었다.A method of obtaining a warping path is shown in detail in FIGS. 8 and 9 .
도 8에서와 같이 마지막 계측 데이터의 궤적상 위치는 시작 지점으로부터 처음으로 warping path가 대각선으로 꺽이는 지점임을 알 수 있으며, 도 9와 같이 두 시계열 데이터의 마지막 데이터가 매칭된 지점에서 시작해서 3 방향 중 가장 값이 작은 곳을 따라가면서 warping path를 구할 수 있다. 여기서, 3 방향은 인덱스가 줄어드는 방향이며, 현재 인덱스가 (i, j)라고 하면 (i-1, j-1), (i, j-1), (i-1, j) 중 cost가 가장 작은 곳이 다음 warping path가 된다.As shown in FIG. 8, it can be seen that the position on the trajectory of the last measurement data is the point at which the warping path is first diagonally bent from the starting point, starting from the point where the last data of the two time series data are matched as shown in FIG. The warping path can be found by following the smallest value. Here, the 3 direction is the direction in which the index decreases, and if the current index is (i, j), the cost is the highest among (i-1, j-1), (i, j-1), and (i-1, j). A small place becomes the next warping path.
다음, 도 10은 Kalman Filter의 prediction/correction step을 정리한 것이다.Next, FIG. 10 summarizes the prediction/correction steps of the Kalman Filter.
칼만 필터(Kalman Filter)는 시스템 모델을 이용해 다음 상태를 예측하는 예측 단계(prediction step)과 관측한 데이터를 이용하여 현재 상태를 보정하는 보정 단계(correction step)으로 이루어져있다. 본 발명에서는 prediction step에서 DTW를 통해 구한 예측 각속도를 control input으로 입력해주어 다음 상태를 예측한다. 예측 궤적상 현재 위치 각도 값은 칼만필터에서 사용하지 않는다.The Kalman filter consists of a prediction step that predicts the next state using the system model and a correction step that corrects the current state using the observed data. In the present invention, the next state is predicted by inputting the predicted angular velocity obtained through DTW as a control input in the prediction step. The current position angle value on the predicted trajectory is not used in the Kalman filter.
즉, 다음 수학식 6을 prediction step에서 사용한다.That is, the following
여기서, 는 칼만필터의 미래에 대한 추정 값, 는 DTW에 의해 구해진 값이 아닌, 칼만필터의 현재에 대한 추정 값이며, 는 DTW에 의해 구해진 예측 각속도이다.here, is an estimate of the future of the Kalman filter, is not a value obtained by DTW, but an estimate of the current of the Kalman filter, is the predicted angular velocity obtained by DTW.
이를 이용하여, S15 이후 현재 프레임에서 표적이 관측되는지 확인하여(S16), 관측되지 않으면 위와 같이 예측 각속도를 이용하여 칼만필터로 다음 표적 상태를 예측한다(S17).Using this, it is checked whether the target is observed in the current frame after S15 (S16), and if not observed, the next target state is predicted with the Kalman filter using the predicted angular velocity as above (S17).
그리고, S16 결과 표적이 관측되면 이후 설명과 같이 추적 위치를 보정하고(S22), 관측 데이터를 이용하여 칼만필터로 현재 표적 상태를 보정(correction)한다(S23).Then, if the target is observed as a result of S16, the tracking position is corrected as described later (S22), and the current target state is corrected using the Kalman filter using the observed data (S23).
추적 위치의 보정(S22)에 대해 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다.The correction (S22) of the tracking position will be described with reference to FIGS. 11 and 12 .
도 11은 본 발명에 의해 IR 카메라를 이용한 표적 추적 결과를 나타낸 것이고, 도 12는 본 발명에 의해 표적 추적 위치 보정 관계를 도시한 것이다.11 shows the target tracking result using the IR camera according to the present invention, and FIG. 12 shows the target tracking position correction relationship according to the present invention.
미사일 추적 시 활용되는 광학 추적 시스템은 IR 카메라를 추적 카메라로 사용하여 미사일의 화염을 추적하기 때문에 추적시 계측 목표물인 미사일이 중앙에 위치하지 못한다. 따라서 본 발명에서는 미사일의 궤적정보를 활용하여 이를 보정하는 방법을 제안한다. 먼저 DTW를 통해 예측된 각속도가 일 때, 미사일 진행방향의 각도를 라고 가정한다.The optical tracking system used in missile tracking uses an IR camera as a tracking camera to track the missile's flame, so the missile, the measurement target, cannot be located in the center during tracking. Therefore, the present invention proposes a method of correcting this by using the trajectory information of the missile. First, the angular velocity predicted through DTW is When , the angle of the missile's travel direction is Assume that
그리고 화염을 탐지한 중심점으로부터 의 각도로 직선을 그어서 화염을 탐지한 바운딩 박스와 만나는 지점을 새로운 추적 위치로 정한다. 그러면 조금 더 실제 추적 대상인 미사일에 가까운 점을 추적 할 수 있게 된다.And from the center point where the flame was detected Draw a straight line at an angle of , and set the point where it meets the bounding box that detected the flame as the new tracking position Then, it is possible to track a point that is closer to the missile that is actually being tracked.
이상과 같이 본 발명의 표적의 위치 추적 방법 및 시스템과 표적의 위치 보정 방법 및 시스템에 의하면, DTW 알고리즘에 의해 예측된 위치와 각속도 정보를 통해 칼만 필터에 의해 다음 표적 위치를 예측할 수 있고, 계산된 기울기로부터 표적 위치 보정 값을 산출하여 추적을 위한 표적의 위치를 보정할 수가 있다.As described above, according to the target position tracking method and system and the target position correction method and system of the present invention, the next target position can be predicted by the Kalman filter through the position and angular velocity information predicted by the DTW algorithm, and the calculated It is possible to correct the position of the target for tracking by calculating the target position correction value from the inclination.
즉, 본 발명의 위치 추적 방법에 의하면 표적이 탐지되거나 탐지되지 않을 때도 표적의 추적이 가능하고, 표적이 탐지되지 않을 때는 칼만필터만 사용한 경우에 비해 더 좋은 추적 결과가 나타난다.That is, according to the location tracking method of the present invention, it is possible to track the target even when the target is detected or not, and when the target is not detected, a better tracking result is obtained compared to the case where only the Kalman filter is used.
그리고, 표적이 탐지되었을 때에는 추적 위치의 보정이 가능하다.And, when the target is detected, it is possible to correct the tracking position.
도 13에서 검은색은 실제 표적의 위치이며, 초록색은 칼만필터만을 사용하여 예측한 경우이고, 파란색은 본 발명에 의한 예측 결과이다.In FIG. 13 , black indicates the actual target position, green indicates a case predicted using only the Kalman filter, and blue indicates a prediction result according to the present invention.
이를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 2초 이후부터 표적이 탐지되지 않는 상황에서, 2초 이전에는 두 방식이 모두 비슷한 결과이나, 2초 이후에는 두 방식의 결과가 확연히 차이가 남을 알 수가 있다.As can be seen from this reference, in a situation in which the target is not detected after 2 seconds, both methods have similar results before 2 seconds, but after 2 seconds, it can be seen that the results of the two methods are significantly different.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.Although the present invention as described above has been described with reference to the illustrated drawings, it is not limited to the described embodiments, and it is common knowledge in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. self-evident to those who have Accordingly, such modifications or variations should be said to belong to the claims of the present invention, and the scope of the present invention should be interpreted based on the appended claims.
Claims (11)
상기 표적의 현재 위치를 예측하는 단계에 의해 예측된 현재 위치를 입력값으로 하여 칼만 필터(Kalman Filter)에 의해 일정 시간 후의 상기 표적의 위치를 예측하는 단계를 포함하고,
상기 DTW 알고리즘에 적용되는 코스트 함수(cost function)는 하기 수학식과 같이 정의되는 것을 특징으로 하는,
표적의 위치 추적 방법.
(여기서, 는 코스트 매트릭스의 성분이고, 는 계측 궤적 데이터의 방위각, 고각 및 해당 시각이며, 는 예상 궤적 데이터의 방위각, 고각 및 해당 시각이며, 는 Trial and error을 통해 구해지는 사용자 지정 값)estimating a current position of the target by comparing the measured trajectory data obtained by a tracking camera that tracks a flying target with the pre-calculated predicted trajectory data of the target using a DTW (Dynamic Time Warping) algorithm; and
Using the current position predicted by the step of predicting the current position of the target as an input value and predicting the position of the target after a predetermined time by a Kalman filter,
A cost function applied to the DTW algorithm is characterized in that it is defined by the following equation,
How to track a target's location.
(here, is a component of the cost matrix, is the azimuth, elevation, and corresponding time of the measurement trajectory data, is the azimuth, elevation and corresponding time of the predicted trajectory data, is a user-specified value obtained through trial and error)
상기 현재 위치를 예측하는 단계는 상기 표적의 고각(elevation) 및 방위각(azimuth)과 함께 예측 각속도를 도출하는 것을 특징으로 하는,
표적의 위치 추적 방법.The method according to claim 1,
Predicting the current position is characterized in that deriving a predicted angular velocity together with an elevation and an azimuth of the target,
How to track a target's location.
상기 칼만 필터(Kalman Filter)는 상기 예측 각속도를 입력값으로 하여 상기 일정 시간 후의 상기 표적의 위치를 예측하는 것을 특징으로 하는,
표적의 위치 추적 방법.3. The method according to claim 2,
The Kalman filter is characterized in that the predicted angular velocity is used as an input value to predict the position of the target after the predetermined time,
How to track a target's location.
상기 표적의 예측된 현재 위치로부터 상기 표적의 예측 각속도를 도출하는 단계를 포함하고,
상기 DTW 알고리즘에 적용되는 코스트 함수(cost function)는 하기 수학식과 같이 정의되는 것을 특징으로 하는,
표적의 위치 보정 방법.
(여기서, 는 코스트 매트릭스의 성분이고, 는 계측 궤적 데이터의 방위각, 고각 및 해당 시각이며, 는 예상 궤적 데이터의 방위각, 고각 및 해당 시각이며, 는 Trial and error을 통해 구해지는 사용자 지정 값)estimating a current position of the target by comparing the measured trajectory data obtained by a tracking camera that tracks a flying target with the pre-calculated predicted trajectory data of the target using a DTW (Dynamic Time Warping) algorithm; and
deriving a predicted angular velocity of the target from the predicted current position of the target;
A cost function applied to the DTW algorithm is characterized in that it is defined by the following equation,
How to correct the position of the target.
(here, is a component of the cost matrix, is the azimuth, elevation, and corresponding time of the measurement trajectory data, is the azimuth, elevation and corresponding time of the predicted trajectory data, is a user-specified value obtained through trial and error)
상기 예측 각속도를 도출하는 단계에 의해 도출된 예측 각속도를 이용하여 상기 표적을 추적하기 위한 위치 보정 값을 도출하는 단계를 더 포함하는,
표적의 위치 보정 방법.6. The method of claim 5,
Further comprising the step of deriving a position correction value for tracking the target using the predicted angular velocity derived by the step of deriving the predicted angular velocity,
How to correct the position of the target.
상기 위치 보정 값을 도출하는 단계는 상기 표적의 예측된 현재 위치로부터 상기 예측 각속도 방향을 지향하는 새로운 고각(elevation) 및 방위각(azimuth)을 도출하는 것을 특징으로 하는,
표적의 위치 보정 방법.7. The method of claim 6,
The step of deriving the position correction value is characterized in that deriving a new elevation and azimuth oriented in the predicted angular velocity direction from the predicted current position of the target,
How to correct the position of the target.
상기 고각 및 방위각을 추적하도록 상기 추적 카메라를 제어하는 것을 특징으로 하는,
표적의 위치 보정 방법.8. The method of claim 7,
Controlling the tracking camera to track the elevation and azimuth
How to correct the position of the target.
상기 표적의 현재 위치를 예측하는 단계에 의해 예측된 현재 위치를 입력값으로 하여 칼만 필터(Kalman Filter)에 의해 일정 시간 후의 상기 표적의 위치를 예측하는 단계를 더 포함하는,
표적의 위치 보정 방법.7. The method of claim 6,
Further comprising the step of predicting the position of the target after a predetermined time by a Kalman filter (Kalman Filter) using the current position predicted by the step of predicting the current position of the target as an input value,
How to correct the position of the target.
상기 칼만 필터(Kalman Filter)는 상기 예측 각속도를 입력값으로 하여 상기 일정 시간 후의 상기 표적의 위치를 예측하는 것을 특징으로 하는,
표적의 위치 보정 방법.10. The method of claim 9,
The Kalman filter is characterized in that the predicted angular velocity is used as an input value to predict the position of the target after the predetermined time,
How to correct the position of the target.
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