JP7232607B2 - 追尾装置、追尾方法、および、追尾プログラム - Google Patents

追尾装置、追尾方法、および、追尾プログラム Download PDF

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Description

本発明は、レーダのエコーを用いた物標の追尾技術、特に、エコーの融合時の物標の追尾技術に関する。
従来、例えば、特許文献1、2に示すように、レーダのエコーを用いて、所望の物標を追尾する装置が考案されている。
特許文献1、2に示すように、従来のレーダ装置は、エコーの代表点を検出し、当該代表点を追尾点として設定する。そして、従来のレーダ装置は、経時的に取得する複数時刻の追尾点を用いることで、物標の追尾を行う。
特許第3629328号公報 特開2014-89059号公報
しかしながら、従来のレーダ装置は、複数の追尾点が近接する時に、追尾を誤ってしまうことがある。より具体的には、各追尾点に対応する複数のエコーが近接または接触して、複数のエコーが融合してしまう場合に、追尾を誤ってしまうことがある。これは、従来のレーダ装置では、融合を精度良く判定できなかったことの影響が大きい。
したがって、本発明の目的は、複数のエコーの融合を精度良く判定することにある。
この発明の追尾装置は、追尾データベースと融合判定部とを備える。追尾データベースは、複数の追尾点を記憶している。融合判定部は、追尾データベースに記憶されている複数の追尾点と、物標を表す複数のエコーデータによって構成される検出エコーと、を用いて、複数の検出エコーの融合を判定する。
この構成では、複数の追尾点と検出エコーの領域との位置関係だけで、融合が判定される。したがって、融合の判定は、この判定に影響を与える検出エコーの面積の変動の影響を受けない。
この発明によれば、複数のエコーの融合を精度良く判定できる。
追尾処理部の構成を示すブロック図である。 追尾処理部を含むレーダ装置の構成を示すブロック図である。 融合時、非融合時のエコーの変化を示す図である。 (A)は、融合時の状態および判定概念を示す図であり、(B)は、非融合時の状態および判定の概念を示す図である。 追尾処理のおける融合判定のメインフローを示すフローチャートである。 融合判定のフローチャートである。
本発明の実施形態に係る追尾装置、追尾方法、および、追尾プログラムについて、図を参照して説明する。
図1は、追尾処理部の構成を示すブロック図である。図2は、追尾処理部を含むレーダ装置の構成を示すブロック図である。図3は、融合時、非融合時のエコーの変化を示す図である。図4(A)は、融合時の状態および判定概念を示す図であり、図4(B)は、非融合時の状態および判定の概念を示す図である。
(レーダ装置90の構成)
追尾処理部10を含むレーダ装置90について、概略的に説明する。図2に示すように、レーダ装置90は、アンテナ91、送信部92、送受切替部93、受信部94、エコー検出部95、追尾処理部10、表示画像生成部96、および、表示部97を備える。なお、レーダ装置90における追尾処理部10以外の構成は、既知の構成と略同様であり、以下では簡略的に説明する。そして、追尾処理部10は、単体の追尾装置として用いることも可能であるが、このように、図2に示すようなレーダ装置90の一部として用いられる。
送信部92および受信部94は、送受切替部93を介して、アンテナ91に接続している。受信部94は、エコー検出部95に接続している。エコー検出部95は、追尾処理部10に接続している。追尾処理部10は、表示画像生成部96に接続している。表示画像生成部96は、表示部97に接続している。
送信部92および受信部94は、例えば、それぞれに電気回路や電子回路によって実現される。送受切替部93は、例えば、導波管やストリップライン等の分波回路を実現する信号伝送部材によって実現される。エコー検出部95、追尾処理部10、および、表示画像生成部96は、例えば、それぞれに、エコー検出部95、追尾処理部10、および、表示画像生成部96で実行する機能を実現するためのプログラム、このプログラムを記録する記録媒体、および、このプログラムを実行するCPU等の演算処理装置によって実現される。表示部97は、例えば、液晶ディスプレイ等によって実現される。
送信部92は、所定の送信周期で探知信号を生成して出力する。送受切替部93は、探知信号をアンテナ91に伝送する。
アンテナ91は、船舶等の水上移動体に取り付けられている。アンテナ91は、送信周期よりも長い回転周期で送受波面を回転させながら、探知信号を外部(探知領域)に送信し、そのエコー信号を受信する。
アンテナ91は、エコー信号を送受切替部93に出力する。送受切替部93は、エコー信号を受信部94に伝送する。
受信部94は、エコー信号に対して、A/D変換、増幅処理等の既知の受信処理を行って、エコーデータを生成する。エコーデータは、PPI画像を構成する直交座標系に変換される。受信部94は、例えば、1スキャン分のエコーデータを、エコー検出部95に順に出力する。なお、1スキャン分のエコーデータとは、アンテナ91の一回転で得られるエコーデータである。
エコー検出部95は、エコーデータに対する物標検出用の閾値を予め記憶している。エコー検出部95は、各位置のエコーデータと物標検出用の閾値とを比較する。エコー検出部95は、物標検出用の閾値以上のレベル(エコー信号の信号強度に対応)のエコーデータを、物標のエコーデータとして検出する。
エコー検出部95は、複数の物標のエコーデータの集まりを検出エコーとして設定する。より具体的には、例えば、エコー検出部95は、直交座標系においてX方向またはY方向に連続する複数の物標のエコーデータの集まりを、検出エコーとして設定する。この際、エコー検出部95は、複数の物標のエコーデータの集まりを検出する毎に、この集まりに対して検出エコーを設定する。そして、エコー検出部95は、各検出エコーに対して個別の識別情報を添付する。
エコー検出部95は、エコーデータと検出エコーとを、追尾処理部10に出力する。
追尾処理部10は、詳細は後述するが、検出エコーの領域を検出する。追尾処理部10は、複数の検出エコーが存在する場合、追尾点と検出エコーの領域とを用いて、複数の検出エコーの融合を判定する。追尾処理部10は、融合の判定結果に基づいて、追尾点の位置、速度等を含む追尾情報を生成する。また、場合に応じて、追尾処理部10は、融合の判定結果に基づいて、エコーデータの加工(エコーデータの分離等)を行うことも可能である。追尾処理部10は、エコーデータおよび追尾情報を表示画像生成部96に出力する。
表示画像生成部96は、エコーデータおよび追尾情報を用いて、航行支援用の表示画像を生成する。例えば、表示画像生成部96は、1スキャン分の表示画像を構成するエコーデータのそれぞれに対して、レベルに応じて輝度や色を設定することで、エコー画像を生成する。さらに、表示画像生成部96は、追尾情報に基づく追尾点、予測航跡等をエコー画像に重畳させることによって、航行支援用の表示画像を生成する。
表示画像生成部96は、航行支援用の表示画像を、表示部97に出力する。表示部97は、航行支援用の表示画像を表示する。
(追尾処理部10の構成および処理)
図1に示すように、追尾処理部10は、外枠検出部11、融合判定部12、追尾情報生成部13、および、追尾データベース(追尾DB)120を備える。なお、追尾処理部10が本発明の「追尾装置」に対応する。しかしながら、本発明の「追尾装置」は、最小限の構成として、融合判定部12、および、追尾データベース(追尾DB)120を備えていればよい。
追尾データベース120には、既に追尾している追尾点の追尾情報(識別情報、座標、速度等)が記憶されている。なお、追尾データベース120は、追尾情報生成部13の出力によって逐次更新されている。すなわち、追尾データベース120には、前回までの追尾点の検出結果および融合の判定結果が反映された追尾点の識別情報および座標が記憶されている。また、追尾データベース120は、後述の融合の判定対象となる複数の追尾点の追尾情報を、少なくとも記憶していればよい。ただし、追尾中の全点の追尾情報を記憶している方が、融合判定は、より効果を発する。
外枠検出部11には、検出エコーが入力される。外枠検出部11は、検出エコーの外枠(検出エコーの領域に相当する)を検出する。外枠検出部11は、検出エコーの外枠を、融合判定部12に出力する。
具体的な外枠の検出方法の一例を、図3を用いて説明する。外枠検出部11には、検出エコーEC1と検出エコーEC2とが入力されている。
外枠検出部11は、検出エコーEC1の外縁を形成する複数のエコーデータ(外縁エコーデータ)OP1を抽出する。外縁エコーデータOP1は、例えば、検出エコーEC1を構成し、直交座標系において連続する複数のエコーデータの内の端部のエコーデータによって検出が可能である。
外枠検出部11は、複数の外縁エコーデータOP1を連続的に接続し、検出エコーEC1を略囲む形状であって、環状で線状の外枠OF1を設定する。外枠OF1は、例えば、複数の外縁エコーデータOP1の座標をそれぞれ取得し、近接する外縁エコーデータOP1を結ぶ線分を順次設定することによって、設定できる。
同様に、外枠検出部11は、検出エコーEC2における複数の外縁エコーデータOP2を抽出し、複数の外縁エコーデータOP2から外枠OF2を設定する。
融合判定部12は、追尾データベース120から、追尾点を抽出する。融合判定部12は、抽出した追尾点に対して、融合の判定タイミングにおける位置を予測する。例えば、融合判定部12は、追尾データベース120から抽出した追尾点の位置と速度、記憶されている追尾点の設定時刻と融合の判定タイミングの時刻との時間差とから、融合の判定タイミングにおける追尾点の位置を予測する。すなわち、融合判定部12は、抽出した追尾点の位置に対して、速度に時間差を乗算した距離を加算することによって、融合の判定タイミングにおける追尾点の位置を予測する。
融合判定部12は、追尾点の予測位置と、検出エコーの外枠との関係を検出する。具体的には、融合判定部12は、複数の検出エコーのそれぞれに対して、外枠内に存在する追尾点の個数を算出する。
融合判定部12は、1つの検出エコーに含まれる追尾点の個数が1個であれば、この追尾点の位置を含む検出エコーは融合していないと、判定する。融合判定部12は、1つの検出エコーに含まれる追尾点の個数が複数個であれば、この追尾点の位置を含む検出エコーは複数の検出エコーが融合したものであると、判定する。
具体的な融合の判定方法の一例を、図3を参照して説明する。
[時刻1]
図3(t1)に示すように、追尾点の位置(予測位置)TP1は、検出エコーEC1の外枠OF1によって囲まれる領域Re1の内部にある。また、時刻t1では、検出エコーEC1の外枠OF1によって囲まれる領域Re1の内部には、他の追尾点はない。したがって、検出エコーEC1の外枠OF1によって囲まれる領域Re1の内部には、追尾点は1個だけ存在する。
追尾点の位置(予測位置)TP2は、検出エコーEC2の外枠OF2によって囲まれる領域Re2の内部にある。また、検出エコーEC2の外枠OF2によって囲まれる領域Re2の内部には、他の追尾点はない。したがって、検出エコーEC2の外枠OF2によって囲まれる領域Re2の内部には、追尾点は1個だけ存在する。
この場合、図3(t1)に示すように、検出エコーEC1と検出エコーEC2とは、融合していない。すなわち、時刻t1では、検出エコーEC1と検出エコーEC2とは、融合していない。
[時刻t2]
図3(t2)に示すように、また、時刻t1の場合と同様に、時刻t2では、検出エコーEC1の外枠OF1の内部の領域Re1には、追尾点が1個であり、検出エコーEC2の外枠OF2の内部の領域Re2には、追尾点が1個である。
この場合、図3(t2)に示すように、検出エコーEC1と検出エコーEC2とは、融合していない。すなわち、時刻t2では、検出エコーEC1と検出エコーEC2とは、融合していない。
[時刻t3]
図3(t3)に示すように、検出エコーEC1と検出エコーEC2とが近接している。この場合、複数の外縁エコーデータOP12によって構成される外枠OF12は、検出エコーEC1と検出エコーEC2の両方を同時に含むものとなる。
ここで、位置TP1の追尾点が検出エコーEC1のものであれば、追尾点の位置TP1は、通常、検出エコーEC1の領域内にある。また、位置TP2の追尾点が検出エコーEC2のものであれば、追尾点の位置TP2は、通常、検出エコーEC2の領域内にある。したがって、外枠OF12の内部の領域Re12には、追尾点が2個、すなわち、複数ある。
この場合、図3(t3)に示すように、検出エコーEC1と検出エコーEC2とは融合している。すなわち、時刻t3では、検出エコーEC1と検出エコーEC2とは融合している。
[時刻t4]
図3(t4)に示すように、検出エコーEC1と検出エコーEC2とが近接して、部分的に重なっている。この場合、複数の外縁エコーデータOP12によって構成される外枠OF12は、検出エコーEC1と検出エコーEC2の両方を同時に含むものとなる。
ここで、追尾点の位置TP1は、通常、検出エコーEC1の領域内にある。また、追尾点の位置TP2は、通常、検出エコーEC2の領域内にある。したがって、外枠OF12の内部の領域Re12には、追尾点が2個、すなわち、複数ある。
この場合、図3(t4)に示すように、検出エコーEC1と検出エコーEC2とは融合している。すなわち、時刻t4では、検出エコーEC1と検出エコーEC2とは融合している。
[時刻t5]
図3(t5)に示すように、検出エコーEC1と検出エコーEC2とは、再び離れている。この場合、追尾点の位置TP1は、検出エコーEC1の外枠OF1によって囲まれる領域Re1の内部にある。また、検出エコーEC1の外枠OF1によって囲まれる領域Re1の内部には、他の追尾点はない。したがって、検出エコーEC1の外枠OF1によって囲まれる領域Re1の内部には、追尾点は1個だけ存在する。
同様に、追尾点の位置TP2は、検出エコーEC2の外枠OF2によって囲まれる領域Re2の内部にある。また、検出エコーEC2の外枠OF2によって囲まれる領域Re2の内部には、他の追尾点はない。したがって、検出エコーEC2の外枠OF2によって囲まれる領域Re2の内部には、追尾点は1個だけ存在する。
この場合、図3(t5)に示すように、検出エコーEC1と検出エコーEC2とは、融合していない。すなわち、時刻t5では、検出エコーEC1と検出エコーEC2とは、融合していない。
このように、追尾点の位置TPと外枠OFとの位置関係を用いることによって、融合判定部12は、複数の検出エコーの融合を精度良く判定できる。このような検出エコーの融合が発生する時は、検出エコーの面積が変動する。しかしながら、追尾点の位置TPと外枠OFと位置関係を用いることによって、この面積の変動に影響されることなく、検出エコーの融合を精度良く判定できる。
なお、追尾点が外枠OFによる領域Re内に存在するか否かは、例えば、図4(A)、図4(B)に示す概念を用いることよって判定できる。
図4(A)は、融合が生じている場合、図4(B)は、融合が生じていない場合であるが、いずれの場合であっても、同様の方法で、追尾点TPが外枠OFによる領域Re内に存在するか否かを判定できる。
図4(A)の場合、追尾点の位置TP1、TP2、TPxを基準点として、直交座標系の一方向に延びる線分をそれぞれ設定する。これらの線分と外枠OF12との交点CP1、CP2、CPxを検出する。
追尾点の位置TP1、TP2のように、追尾点が外枠OF12による領域Re12内に存在すれば、交点CP1、CP2はそれぞれ1個になる。一方、追尾点の位置TPxのように、追尾点が外枠OF12による領域Re12外に存在すれば、交点CPxは複数(この場合、2個)になる。
図4(B)の場合、追尾点の位置TP1を基準点として、直交座標系の一方向に延びる線分をそれぞれ設定する。この線分と外枠OF1との交点CP1を検出する。追尾点の位置TP1のように、追尾点が外枠OF1による領域Re1内に存在すれば、交点CP1は1個になる。
同様に、図4(B)の場合、追尾点の位置TP2を基準点として、直交座標系の一方向に延びる線分をそれぞれ設定する。この線分と外枠OF2との交点CP2を検出する。追尾点の位置TP2のように、追尾点が外枠OF2による領域Re2内に存在すれば、交点CP2は1個になる。
このように、外枠に対する交点が奇数個の場合、追尾点は、外枠による領域内に存在すると判定できる。一方、外枠に対する交点が偶数個の場合、追尾点は、外枠による領域外に存在すると判定できる。したがって、追尾点と外枠との位置関係は、正確に判定できる。
融合判定部12は、融合の判定結果を、追尾情報生成部13に出力する。言い換えれば、融合判定部12は、追尾データベース120に記憶された複数の追尾点の内、融合された検出エコーの範囲内にある追尾点を示す情報を、追尾情報生成部13に出力する。
追尾情報生成部13は、融合の判定結果を用いて、追尾情報を生成する。追尾情報とは、例えば、追尾点の位置または予測位置、追尾点の速度または予測速度を含む。
(融合が無い場合)
追尾情報生成部13は、例えば、今回設定した複数の検出エコーの代表点を検出する。追尾情報生成部13は、追尾データベース120に記憶されている前回までの追尾点の位置および速度と、代表点とから、この前回までの追尾点に関連する今回の追尾点を設定する。例えば、追尾情報生成部13は、前回までの追尾点の位置および速度とから、今回の追尾点の位置を推定する。追尾情報生成部13は、推定した追尾点と代表点の類似性を検出し、最も類似する代表点を新たな追尾点に設定する。また、追尾情報生成部13は、前回の追尾点の位置と今回の追尾点の位置とから予測速度を算出する。
(融合がある場合)
追尾情報生成部13は、例えば、今回設定した複数の検出エコーの内、融合と判定された検出エコーを、今回の追尾点の設定に用いない。そして、追尾情報生成部13は、前回までの追尾点の位置および速度を用いて、今回の追尾点の位置および速度を推定する。
このように、融合した複数の検出エコーを用いないことで、追尾点の誤設定、すなわち、物標の誤追尾を抑制できる。
追尾情報生成部13は、設定、算出または推定した追尾点の位置および速度を、表示画像生成部96に出力する。この際、追尾情報生成部13は、追尾点毎の予測航跡を、既知の方法で推定して、表示画像生成部96に出力してもよい。
これらにより、表示画像生成部96は、誤追尾が抑制された追尾点を含む表示画像を生成できる。
また、追尾情報生成部13は、これらの情報とともに、エコーデータを表示画像生成部96に出力する。しかしながら、追尾情報生成部13は、融合があると判定された検出エコーを構成するエコーデータを削除し、表示画像生成部96に出力しないようにしてもよい。これにより、表示画像生成部96は、融合された検出エコーを除去した表示画像を生成できる。
追尾情報生成部13は、設定、算出または推定した追尾点の位置および速度を、追尾データベース120にフィードバックする。これにより、追尾データベース120には、融合の判定結果が反映した、より確からしい追尾点が記憶される。したがって、後の追尾点の推定の精度も向上する。
上述の説明では、複数の機能部によって、複数の検出エコーの融合を判定する処理を実現する態様を示したが、上述の融合の判定処理をプログラム化して記憶媒体等に記憶しており、CPU等の演算処理装置が当該プログラムを読み出して実行する態様であってもよい。この場合、次の図5、図6に示す処理を実行すればよい。
図5は、追尾処理のおける融合判定のメインフローを示すフローチャートである。図6は、融合判定のフローチャートである。なお、各処理の具体的な内容は、ほぼ上述しているので、上述している内容については説明を省略する。
図5に示すように、演算処理装置は、予め記憶している過去の追尾点を取得する(S11)。演算処理装置は、複数の検出エコーの外枠を検出する(S12)。
演算処理装置は、追尾点と複数の検出エコーの外枠との位置関係から、複数の検出エコーの融合を判定する(S13)。具体的には、図6に示すように、演算処理装置は、検出エコー内(外枠内)に存在する追尾点の個数を算出する(S31)。演算処理装置は、1つの検出エコー内に存在する追尾点の個数が複数であれば(S32:YES)、複数の検出エコーが融合していると判定する(S33)。演算処理装置は、1つの検出エコー内に存在する追尾点の個数が複数でなければ(S32:NO)、複数の検出エコーが融合していないと判定する(S34)。
なお、上述の説明では、検出エコーの領域を、検出エコーの外枠を用いて表す態様を示した。しかしながら、PPI画像を構成する直交座標系において、検出エコーがどのような位置においてどのような大きさで存在するかを表す他の指標を、外枠に代えて利用することも可能である。
10:追尾処理部
11:外枠検出部
12:融合判定部
13:追尾情報生成部
90:レーダ装置
91:アンテナ
92:送信部
93:送受切替部
94:受信部
95:エコー検出部
96:表示画像生成部
97:表示部
120:追尾データベース
CP1、CP2、CPx:交点
EC1、EC2:検出エコー
OF1、OF12、OF2:外枠
OP1、OP12、OP2:外縁エコーデータ
Re1、Re12、Re2:領域

Claims (11)

  1. 複数の追尾点を記憶する追尾データベースと、
    前記追尾データベースに記憶されている複数の追尾点と、物標を表す複数のエコーデータによって構成される検出エコーと、を用いて、複数の前記検出エコーの融合を判定する融合判定部と、
    を備え
    前記融合判定部は、
    前記複数の追尾点の内、1つの前記検出エコーの領域内に存在する追尾点の個数が複数であると、前記融合があると判定する、
    追尾装置。
  2. 複数の追尾点を記憶する追尾データベースと、
    前記追尾データベースに記憶されている複数の追尾点と、物標を表す複数のエコーデータによって構成される検出エコーと、を用いて、複数の前記検出エコーの融合を判定する融合判定部と、
    を備え、
    前記融合判定部は、
    前記複数の追尾点の内、1つの前記検出エコーの領域内に存在する追尾点の個数が1であると、前記融合が無いと判定する、
    追尾装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の追尾装置であって、
    前記検出エコーの外枠を検出する外枠検出部を備え、
    前記融合判定部は、
    前記追尾データベースに記憶されている複数の追尾点と、前記外枠と、を用いて、複数の前記検出エコーの融合を判定する、
    追尾装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の追尾装置であって、
    前記融合の判定結果を用いて、前記追尾点に関連する追尾情報を生成する追尾情報生成部を備える、
    追尾装置。
  5. 請求項4に記載の追尾装置であって、
    前記追尾データベースは、前記追尾情報生成部から出力される前記追尾情報によって更新される、
    追尾装置。
  6. 複数の追尾点を記憶しておき、
    予め記憶されている複数の追尾点と、物標を表す複数のエコーデータによって構成される検出エコーと、を用いて、複数の前記検出エコーの融合を判定し、
    前記複数の追尾点の内、1つの前記検出エコーの領域内に存在する追尾点の個数が複数であると、前記融合があると判定する、
    追尾方法。
  7. 複数の追尾点を記憶しておき、
    予め記憶されている複数の追尾点と、物標を表す複数のエコーデータによって構成される検出エコーと、を用いて、複数の前記検出エコーの融合を判定し、
    前記複数の追尾点の内、1つの前記検出エコーの領域内に存在する追尾点の個数が1であると、前記融合が無いと判定する、
    追尾方法。
  8. 請求項6または請求項7に記載の追尾方法であって、
    前記検出エコーの外枠を検出し、
    前記予め記憶されている複数の追尾点と、前記外枠と、を用いて、複数の前記検出エコーの融合を判定する、
    追尾方法。
  9. 複数の追尾点を記憶しておき、
    予め記憶されている複数の追尾点と、物標を表す複数のエコーデータによって構成される検出エコーと、を用いて、複数の前記検出エコーの融合を判定し、
    前記複数の追尾点の内、1つの前記検出エコーの領域内に存在する追尾点の個数が複数であると、前記融合があると判定する、
    処理を演算処理装置に実行させる追尾プログラム。
  10. 複数の追尾点を記憶しておき、
    予め記憶されている複数の追尾点と、物標を表す複数のエコーデータによって構成される検出エコーと、を用いて、複数の前記検出エコーの融合を判定し、
    前記複数の追尾点の内、1つの前記検出エコーの領域内に存在する追尾点の個数が1であると、前記融合が無いと判定する、
    処理を演算処理装置に実行させる追尾プログラム。
  11. 請求項9または請求項10に記載の追尾プログラムであって、
    前記検出エコーの外枠を検出し、
    前記予め記憶されている複数の追尾点と、前記外枠と、を用いて、複数の前記検出エコーの融合を判定する、
    処理を演算処理装置に実行させる追尾プログラム。
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