专利名称：运动方向测量设备和跟踪设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种运动方向测量装置，该装置适合用于通过检测车辆或飞行物的运动方向而进行的跟踪控制、VTR摄象机的图象模糊校正等；本发明还涉及适用于机器视觉系统或监测摄象机的跟踪设备。
常规跟踪设备包括具有地磁检测器并用于检测车辆的运动方向的运动方向测量装置。这种跟踪设备用来进行沿着指定方向的无人驾驶。还可以获得一种用于跟踪运动目标的跟踪设备。
然而，包括这种运动方向测量装置的传统的跟踪设备，由于干扰磁场的影响，不能准确地检测车辆的运动方向，从而产生了可靠性的问题。近来，一种采用同步卫星的GPS(全球定位系统)得到了推广。但这种系统是大型系统。
用于跟踪运动目标的传统跟踪设备用于借助图象摄取装置摄取运动目标(例如侵入者)的图象，并获得在时刻Tn输入的图象(图30A)与在时刻Tn+1输入的图象(图30B)之间的差。该设备随后从获得的差图象(图30D)获得作为该差的各个其余部分(每一个部分都经历了一个改变)，作为一个255的半音调值(没有经历改变的部分是半音调值0)，从而获得在时刻Tn+1的差提取值。该设备还获得时刻Tn+1输入的图象(图30B)与在时刻Tn+2输入的图象(图30C)之差，并借助与上述的相同的处理获得时刻Tn+2的差提取图象。
该设备获得在时刻Tn+1的差提取图象与在时刻Tn+2的差提取图象之差，并根据所获得的差图象(图30F)确定目标的运动方向和距离。参见图30F，图象部分消失的部分P1对应于时刻Tn+1的目标位置，且其余的部分P2对应于时刻时刻Tn+2的目标位置。在时刻Tn+1与时刻Tn+2之间的间隔中的运动目标方向和距离，是从部分P1和P2的位置之差获得的。图象摄取装置视场根据所获得的目标的运动方向和距离而移动，从而对目标进行跟踪。
但这种传统的用于跟踪运动目标的跟踪设备容易受噪声的影响。另外，如果所要跟踪的目标很大(大得充满了帧)，就不能获得重叠的部分。因而不能获得目标的运动方向和距离。
还有一种通过图案匹配来进行跟踪的方法。然而，在此方法中，必须进行特征量提取，从而使处理变得复杂。
本发明就是为了解决上述问题而作出的，且其目的是提供一种运动方向测量装置—它能够准确地检测其运动方向而不需要任何大规模的系统。
本发明的另一目的，是提供一种跟踪设备，它能够抵抗噪声的影响，并能够即使在目标很大的情况下在不需要特征量提取的情况下获得目标的运动方向和量。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面(权利要求1)，在时刻Tn输入的两维图案数据被设定为核对图案数据，通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换而产生核对付里叶两维图案数据，在时刻Tn+1输入的两维图案数据被设定为登记图案数据，通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换而产生登记付里叶两维图案数据，核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据得到合成，对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换，获得在已经经历了付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中的一个相关分量区中的一个相关峰，且获得从该相关分量区中的一个基准点至相关峰的一个位置的方向，作为本发明的装置的运动方向。
根据此方面，在时刻Tn输入的两维图案数据被设定为核对图案数据。通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换，产生核对付里叶两维图案数据。在时刻Tn+1输入的两维图案数据被设定为登记图案数据。通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，产生出登记付里叶两维图案数据。对核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据进行合成。对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换。获得出现在合成付里叶两维图案数据中的一个相关分量区中的一个相关峰。获得从该相关分量区中的一个基准位置至相关峰的位置的方向，作为本发明的装置的运动方向。
根据本发明的第二个方面，在第一个方面中，在对合成付里叶两维图案数据进行了幅度压缩处理之后，对该数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换。
根据此方面，在对合成付里叶两维图案数据进行了诸如对数处理或开根(root)处理的幅度压缩处理之后，对该数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换。
根据本发明的第三个方面，在第一个方面中，通过在对核对图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对该数据进行幅度压缩处理，产生出核对付里叶两维图案数据，且通过在对登记图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对该数据进行幅度压缩处理，产生出登记付里叶两维图案数据。
根据此方面，通过在对核对图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对该数据进行诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理，产生出核对付里叶两维图案数据。在对登记图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对该数据进行诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理，产生出登记付里叶两维图案数据。
根据本发明的第四个方面，在时刻Tn输入的两维图案数据被设定为登记图案数据，通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换而产生登记付里叶两维图案数据，在时刻Tn+1输入的两维图案数据被设定为核对图案数据，通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换而产生核对付里叶两维图案数据，登记付里叶两维图案数据和核对付里叶两维图案数据得到合成，对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换，获得出现在已经经历了付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中的一个相关分量区的一个相关峰，且获得从作为起点的相关峰的一个位置至相关分量区中的一个基准位置的方向，作为该装置的运动方向。
根据此方面，在时刻Tn输入的两维图案数据被设定为登记图案数据。通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，产生出登记付里叶两维图案数据。在时刻Tn+1输入的两维图案数据被设定为核对图案数据。通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换而产生核对付里叶两维图案数据。该登记付里叶两维图案数据和核对付里叶两维图案数据得到合成。对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换。获得出现在已经经历了付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中的模糊相关分量区中的一个相关峰。获得从作为起点的相关峰的位置至相关分量区中的一个基准位置的方向，作为该装置的运动方向。
根据本发明的第五个方面，在第四个方面中，在对合成付里叶两维图案数据进行了幅度压缩处理之后，对该数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换。
根据此方面，在对合成付里叶两维图案数据进行了诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理之后，对该数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换。
根据本发明的第六个方面，在第四个方面中，通过在对核对图案数据进行了两维离散付里叶变换之后，对该数据进行幅度压缩处理，而产生核对付里叶两维图案数据，且通过在对登记图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对该数据进行幅度压缩处理，产生出登记付里叶两维图案数据。
根据此方面，通过在对核对图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对该数据进行诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理，产生核对付里叶两维图案数据。登记付里叶两维图案数据，是在对登记图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对该数据进行诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理后而产生的。
根据本发明的第七个方面，在第一至第三个方面中，获得出现在合成付里叶两维图案数据中的一个相关分量区中的一个相关峰，且当获得了不少于两个的相关峰时，离用于获得装置的运动方向的前一个相关峰的位置最近的一个相关峰的位置被设定为当前相关峰的位置，且获得从相关分量区中的一个基准位置至该相关峰的位置的方向，作为该装置的当前运动方向。根据此方面，当在相关分量区中获得了不少于两个的相关峰时，离用于获得装置的运动方向的前一个相关峰的位置最近的一个相关峰的位置被设定为当前相关峰的位置。且获得从相关分量区中的一个基准位置至该相关峰的位置的方向，作为该装置的当前运动方向。
根据本发明的第八个方面，在第四至第六个方面中，获得出现在合成付里叶两维图案数据中的一个相关分量区的相关峰，且当获得了不少于两个的相关峰时，离用于获得装置的运动方向的前一个相关峰的位置最近的一个相关峰的位置被设定为当前相关峰的位置，且获得从作为起点的相关峰的位置至该相关分量区中的一个基准位置的方向，作为该装置的当前运动方向。根据此方面，当在该相关分量区中出现不少于两个的相关峰时，离用于获得装置的运动方向的前一个相关峰的位置最近的一个相关峰的位置被设定为当前相关峰的位置。且获得作为起点的该相关峰的位置至相关分量区中的该基准位置的方向，作为该装置的当前运动方向。
根据本发明的第九个方面，在时刻Tn输入的两维图案数据被设定为登记图案数据，登记付里叶两维图案数据是通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换而获得的；在时刻Tn+1输入的两维图案数据被设定为核对图案数据，核对付里叶两维图案数据是通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换而产生的；该登记付里叶两维图案数据和核对付里叶两维图案数据得到合成；对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换，获得在一个范围—该范围不包括在已经经历了付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个基准位置附近的一个部分—中的一个相关峰，获得从该相关分量区中的该基准位置至相关峰的一个位置的方向，作为目标的一个运动方向，获得从相关分量区中的该基准位置至该相关峰的该位置的距离以作为该目标的移动量，目标是否处于可能在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之外是根据所获得的运动方向和量而预测的，两维图案数据输入装置的视场是这样移动的—即使得当预测目标将处于可能在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之外时跟踪位于在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之内； 且如果两维图案数据输入装置的视场移动，且当目标的运动方向和量将要通过采用在时刻Tn+1和时刻Tn+2的两维图案数据而被获得时，出现在通过合成时刻Tn+1和时刻Tn+2的两维图案数据而获得的合成付里叶两维图案数据中的一个相关分量区中的相关峰的位置，根据两维图案数据输入装置的视场的运动方向和量而得到校正。
根据此方面，在时刻Tn输入的两维图案数据被设定为登记图案数据。登记付里叶两维图案数据是通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换而产生的。在时刻Tn+1输入的两维图案数据被设定为核对图案数据。核对付里叶两维图案数据是通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换而产生的。登记付里叶两维图案数据和核对付里叶两维图案数据得到合成。对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换。在一个范围—该范围不包括在已经经历了付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个基准位置附近的一个部分—中的一个相关峰。获得从在该相关分量区中的该基准位置至该相关峰的一个方向，作为目标的运动方向。获得从相关分量区中的该基准位置至相关峰的该位置的距离，作为目标的移动量。根据所获得的运动方向和量，预测目标是否位于可能在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之外。当预测目标将位于可能在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之外时，两维图案数据输入装置的视场得到移动，从而使目标位于在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之内。如果两维图案数据输入装置的视场得到移动，且当目标的运动方向和量将要通过采用时刻Tn+1和时刻Tn+2的两维图案数据而获得时，在通过合成时刻Tn+1和时刻Tn+2时的两维图案数据而获得的合成付里叶两维图案数据中出现的相关分量区中的相关峰的位置将根据两维图案数据输入装置的视场的运动方向和量而得到校正。
根据本发明的第10个方面，象在第九个方面中那样，获得目标的运动方向和量，且两维图案数据输入装置的视场根据所获得的运动方向和量而得到移动，从而使该目标位于在下一个时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区中。当目标的运动方向和量将要通过采用时刻Tn+1和时刻Tn+2时的两维图案数据而获得时，在通过合成该图案数据而获得的合成付里叶两维图案数据中出现的相关分量区中的相关峰的位置，将根据两维图案数据输入装置的视场的运动方向和量，而得到校正。
根据本发明的第11个方面，在时刻Tn输入的两维图案数据被设定为核对图案数据；核对付里叶两维图案数据是通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换而产生的；在时刻Tn+1输入的两维图案数据被设定为登记图案数据，登记付里叶两维图案数据是通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换而产生的；该核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据得到合成；对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；获得在一个范围—该范围不包括在已经经历了付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个基准位置附近的一个部分—中的一个相关峰；获得从作为起点的该相关峰的一个位置至在该相关分量区中的一个基准位置的方向，作为一个目标的运动方向；获得从该相关峰的该位置至相关分量区中的该基准位置的距离，作为目标的移动量；两维图案数据输入装置的视场得到移动，从而当预测目标将处于可能在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之外时，使得目标位于在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之内；且如果两维图案数据输入装置的视场被移动且当目标的运动方向和量将要通过利用时刻Tn+1和时刻Tn+2的两维图案数据而获得时，在通过合成时刻Tn+1和时刻Tn+2的两维图案数据而获得的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的相关峰的位置，根据两维图案数据输入装置的视场的运动方向和量，而得到校正。
根据本发明的第12个方面，如在第11个方面中那样，获得目标的运动方向和量，且两维图案数据输入装置的视场根据所获得的运动方向和量而得到移动，从而使该目标位于在下一个时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之内。当将要通过利用在时刻Tn+1和时刻Tn+2的两维图案数据而获得目标的运动方向和量时，在通过合成图案数据而获得的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的相关峰的位置，根据两维图案数据输入装置的视场的运动方向和量，而得到校正。
根据本发明的第13个方面，在第九至12个方面中，在对合成付里叶两维图案数据进行了诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理之后，对该数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换。
根据本发明的第14个方面，在第九和10个方面中，通过在对核对图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对该数据进行诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理，产生出核对付里叶两维图案数据。该登记付里叶两维图案数据，是通过在对登记图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对该数据进行诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理，而产生的。
根据本发明的第15个方面，在第11和12个方面中，核对付里叶两维图案数据是通过在对核对图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对该数据进行诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理而产生的。登记付里叶两维图案数据，是通过在对登记图案数据进行了两维离散付里叶变换之后，对该数据进行诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理，而产生的。
根据本发明的第16个方面，设置了用于输入在预定视场中的、作为两维图案数据的数据的两维图案数据输入装置和用于沿着一个深度方向测量距在两维图案数据输入装置的一个视场中的一个目标的距离距离测量装置；获得在时刻Tn沿着该深度方向距该目标的距离Ln—它是由该距离测量装置测量到的—与在时刻Tn+1沿着该深度方向的距该目标的距离Ln+1’之间的差，作为目标沿着该深度方向的运动距离；在时刻Tn输入的两维图案数据被设定为登记图案数据；登记付里叶两维图案数据，是通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生的；根据由距离测量装置测量到的、在时刻Tn沿着该深度方向距目标的距离Ln与在时刻Tn+1的、沿着该深度方向的距目标的距离Ln+1’之间的比值，对在时刻Tn+1输入的两维图案数据进行放大/缩小处理；在时刻Tn+1输入的两维图案数据被设定为核对图案数据；核对付里叶两维图案数据，是通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生的；该登记付里叶两维图案数据和该核对付里叶两维图案数据得到合成；对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；获得设置一个范围—该范围不包括在已经经历了付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个基准位置附近的位置—中的相关峰；获得从该相关分量区中的该基准位置至该相关峰的一个位置的距离，作为与该深度方向垂直的一个平面上的物体的运动方向；目标的运动矢量，是从目标沿着深度方向的运动距离和目标沿着与该深度方向垂直的平面中的运动距离获得的；且两维图案数据输入装置的位置，根据该目标的运动矢量，而得到移动。
根据此方面，获得在时刻Tn沿着深度方向至该目标的距离Ln与在时刻Tn+1沿着该深度方向至该目标的距离Ln+1’之差，作为沿着深度方向的目标运动距离。在时刻Tn输入的两维图案数据被设定为登记图案数据。登记付里叶两维图案数据是通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换而产生的。根据借助距离测量装置测量到的、在时刻Tn沿着深度方向至目标的距离Ln与在时刻Tn+1沿着深度方向至目标的距离Ln+1’之间的比值，对在时刻Tn+1输入的两维图案数据进行放大/缩小处理。在时刻Tn+1输入的两维图案数据被设定为核对图案数据。核对付里叶两维图案数据是通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换而产生的。登记付里叶两维图案数据和核对付里叶两维图案数据得到合成。对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换。获得在一个范围—该范围不包括在已经经历了付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的相关分量区中的基准位置附近的部分—中的相关峰。获得从相关分量区中的基准位置至该相关峰的距离，作为在垂直于深度方向的平面上的物体的运动距离。该目标的运动矢量，是从该目标沿着深度方向的运动距离和该目标在与深度方向垂直的平面中的运动距离，而获得的。两维图案数据输入装置的位置，根据目标的运动矢量，得到移动。
根据本发明的第17个方面，设置了用于输入预定的视场中的作为两维图案数据的数据的两维图案数据输入装置和用于测量位于两维图案数据输入装置的视场中的一个目标沿着一个深度方向距离的距离测量装置，获得在时刻Tn沿着该深度方向至该目标的距离Ln—该距离由距离测量装置测量—与在时刻Tn+1沿着深度方向至目标的距离Ln+1’，作为目标沿着深度方向的运动距离；在时刻Tn输入的两维图案数据被设定为核对图案数据，通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换而产生核对付里叶两维图案数据；根据在时刻Tn沿着深度方向至目标的距离Ln—该距离是由距离测量装置测量到的—与在时刻Tn+1沿着深度方向至该目标的距离Ln+1’之间的比值，对在时刻Tn+1输入的两维图案数据进行放大/缩小处理；在时刻Tn+1输入的两维图案数据被设定为登记图案数据；通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，产生出登记付里叶两维图案数据；该核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据得到合成；对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；获得获得在一个范围—该范围不包括在已经经历了付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的相关分量区中的基准位置附近的部分—中的相关峰；获得从该相关峰的一个位置至在相关分量区中的该基准位置的位置的距离，作为物体在与深度方向垂直的平面上的运动距离；从目标沿着深度方向的运动距离和目标在与深度方向垂直的平面上的运动距离，获得一个运动矢量，且两维图案数据输入装置的位置根据目标的运动矢量而得到移动。
根据本发明的第18个方面，在第16和17个方面中，在对合成付里叶两维图案数据进行了诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理之后，对该数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换。
根据本发明的第19个方面，在第16个方面中，在时刻Tn输入的两维图案数据被设定为登记图案数据，且登记付里叶两维图案数据，是通过在对登记图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对该数据进行诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理，而产生出来的。在时刻Tn+1输入的并已经经历了放大/缩小处理的两维图案数据被设定为核对图案数据，且核对付里叶两维图案数据，是通过在对该核对图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对该数据进行诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理，而产生出来的。
根据本发明的第20个方面，在第17个方面中，在时刻Tn输入的两维图案数据被设定为核对图案数据，且核对付里叶两维图案数据，是通过在对核对图案数据进行了两维离散付里叶变换之后，对该核对图案数据进行诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理，而产生出来的。在时刻Tn+1输入的并已经经历了放大/缩小处理的两维图案数据被设定为登记图案数据，且登记付里叶两维图案数据，是在对该登记图案数据进行了两维离散付里叶变换之后，通过对该登记图案数据进行诸如对数处理或开根处理的幅度压缩处理，而产生出来的。
根据本发明的第21个方面，在第16至20个方面中，以时刻Tn作为起点的、在时刻Tn+1的目标的运动方向θ和至时刻Tn+1的目标的直线距离Ln+1’，是根据所获得的目标运动矢量而获得的；两维图案数据输入装置的视场的中心指向所获得的运动方向θ；获得所获得的直线距离Ln+1″与在时刻Tn至目标的距离Ln之差；且两维图案数据输入装置沿着该运动方向θ移动该距离差。
根据本发明的第22个方面，在第16至22个方面，两维图案数据输入装置的位置，根据所获得的目标的运动矢量，通过利用该矢量作为运动矢量，而得到移动。
根据本发明的第23个方面，在第16至22个方面中，设置了第一和第二摄象机，这些摄象机之一与两维图案数据输入装置结合使用，第一摄象机摄取的图象数据被设定为登记图案数据；登记付里叶两维图案数据，是通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生出来的；第二摄象机所摄取的图象数据被设定为核对图案数据；核对付里叶两维图案数据是通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生出来的；核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据得到合成、对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；获得在一个范围—该范围不包括在已经经历了付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的相关分量区中的基准位置附近的部分—中的相关峰；且根据该相关峰的位置与相关分量区中的该基准位置之间的距离，测量沿着该深度方向至目标的距离。
图1A至1H用于说明图2中显示的跟踪设备中的跟踪处理(实施例1A)；图2是框图，显示了具有根据本发明的第一至第八个方面的运动方向测量装置的跟踪设备的设置；图3是流程图，用于说明跟踪设备中的跟踪操作(实施例1A)；图4A至4B是流程图，用于说明跟踪设备中的另一跟踪操作；图5A至5H用于说明在图2显示的跟踪设备中的一个跟踪处理(实施例1B)；图6是流程图，用于说明跟踪设备中的跟踪操作(实施例1B)；图7显示了具有该跟踪装置的飞机；图8是框图，显示了根据本发明的第九至15方面的跟踪设备的设置；图9A至9L用于说明图8中显示的跟踪设备的跟踪处理(实施例2A)；图10是流程图，用于说明在跟踪设备中的跟踪操作(实施例2A)；图11用于说明在其中一个目标M1与一条轨平行地运动的情况下一个CCD摄象机的运动(实施例2A)—图12用于说明跟踪设备中的一个计算处理(实施例2A)，该处理用于从时刻时刻T2时目标M1的位置预测时刻T3时目标M1的位置；图13A和13B是流程图，显示了跟踪设备中的跟踪操作的另一例子；图14用于说明在其中目标M1与一条轨平行地运动的情况下一个CCD摄象机的运动实施例2C)；图15是流程图，用于说明在图8显示的跟踪设备中的跟踪操作(实施例2C)；
图16A至16L用于说明在跟踪设备中的跟踪处理(实施例2C)；图17是框图，显示了根据本发明的另一实施例的跟踪设备；图18是跟踪设备的平面图；图19用于说明在其中目标M1沿着具有半径1且中心位于一个CCD摄象机的图象摄取位置上的一个圆周运动的情况下该CCD摄象机沿着视场方向的运动(实施例2E)；图20用于说明跟踪设备中的一个计算处理(实施例2E)，该处理用于从目标M1在时刻T2时的位置预测目标M1在时刻T3的位置；图21用于说明在其中目标M1沿着具有半径1且其中心位于一个CCD摄象机的图象摄取位置上的圆周运动的情况下该CCD摄象机沿着视场方向的运动(实施例2F)；图22是框图，显示了根据本发明的第16至23个方面的跟踪设备的设置；图23A至23J用于说明在图22显示的跟踪设备中的跟踪处理；图24是流程图，用于说明在跟踪设备中的跟踪操作(实施例3A)；图25用于说明在其中目标M1前后运动和左右运动的情况下一个CCD摄象机的运动(实施例3A)；图26A至26C是流程图，用于说明在该跟踪设备中的跟踪操作的其他例子；图27用于说明在其中目标M1前后运动和左右运动的情况下一个CCD摄象机的运动(实施例3C)；图28是流程图，用于说明在该跟踪设备中的跟踪处理(实施例3C)；图29是框图，显示了根据本发明的又一个实施例(实施例3D)的跟踪设备的设置；且图30A至30F用于说明在传统跟踪设备中的跟踪处理。
以下详细描述本发明的实施例。
(第一至第八方面运动方向测量装置)图2显示了具有根据本发明的第一至第八个方面的运动方向测量装置的跟踪设备的设置。参见图2，标号10表示一个CCD摄象机；标号20表示一个控制单元—它包括一个具有CPU的控制部分20-1、一个ROM 20-2、一个RAM 20-3、一个硬盘(HD)20-4、一个帧存储器(FM)20-5、一个外部连接部分(I/F)20-6、和一个付里叶变换部分(FFT)20-7。在ROM 20-2中存储有一个跟踪程序(见图3)。
(实施例1A第一至第六方面)假定在此跟踪设备中，由CCD摄象机10摄取的图象以图1A所示的方式运动，即CCD摄象机10被装在一个车辆上，且CCD摄象机10摄取的图象(背景)在车辆运动时以图象G1、G2和G3的方式改变，如图1A所示。在此情况下，对车辆的跟踪(沿着指定方向的无人驱动)是以如下方式进行的。
一个控制部分20-1设定n＝1(图3中的步骤101)，以通过帧存储器20-5装载在时刻Tn—例如时刻T1—来自CCD摄象机10的图象数据G1(步骤102)。装载的图象数据G1被设定为核对图象数据(图1B)。该核对图象数据被送到一个付里叶变换部分20-7，以对该核对图象数据进行两维离散付里叶变换(DFT)(步骤103)。借助这种操作，图1B显示的核对图象数据变成了付里叶图象数据(核对付里叶图象数据)。控制部分20-1存档该核对付里叶图象数据(步骤104)。
例如，两维离散付里叶变换在Japan Industrial TechnologyCenter出版，Souken Shuppan编辑的″Introduction to ComputerImage Processing”的第44-45页得到了描述。
控制部分20-1检查是否n＞1(步骤105)。如果n≤1，流程进行到步骤106。如果n＞1，流程进行到步骤107。在此情况下，由于n＝1，流程进行到步骤106，以设定n＝n+1，并随后返回到步骤102。借助这种操作，控制部分20-1通过帧存储器20-5装载在时刻Tn(例如在时刻T1过去了预定时间t的时刻T2)来自CCD摄象机10的图象数据G2(步骤102)。
装载的图象数据G2被设定为登记图象数据(图1C)。该登记图象数据被差到付里叶变换部分20-7。付里叶变换部分20-7对该登记图象数据进行两维离散付里叶变换(DFT)(步骤103)。借助这种操作，图1C显示的登记图象数据变成了付里叶图象数据(登记付里叶图象数据)。控制部分20-1将该登记付里叶图象数据存档(步骤104)。
控制部分20-1检查是否n＞1，如果n≤1，流程进行到步骤106。如果n＞1，流程进行到步骤107。在此情况下，由于n＝2，流程进行到步骤107。在步骤107，控制部分20-1读出在时刻Tn-1即时刻T1的付里叶图象数据(核对付里叶图象数据)。在步骤108，控制部分20-1读出在时刻Tn即时刻T2的付里叶图象数据(登记付里叶图象数据)。
控制部分20-1把在步骤107读出的核对付里叶图象数据与在步骤108读出的登记付里叶图象数据相合成(步骤109)，以获得合成付里叶图象数据。
设A·ejθ为核对付里叶图象数据，且B·ejφ为登记付里叶图象数据，该合成图象数据用A·B·ej(θ-φ)表示。注意A、B、θ和φ都是频率(付里叶)空间(u，v)的函数。
A·B·ej(θ-φ)可写为A·B·ej(θ-φ)＝A·B·cos(θ-φ)+j·A·B·sin(θ-φ) ………(1)如果A·ejθ＝α1+jβ1且B·ejφ＝α2+jβ2，则A＝(α12+β12)1/2，B＝(α22+β22)1/2，θ＝tan-1(β1/α1)，且φ＝tan-1(β2/α2)。通过计算公式(1)，获得了合成付里叶图象数据。
注意合成付里叶图象数据可以根据A·B·ej(θ-φ)＝A·B·ejθ·e-jφ＝A·ejθB·e-jφ＝(α1+jβ1)·(α2-jβ2)＝(α1·α2+β1·β2)+j(α2·β1-α1·β2)而获得。
在以此方式获得了合成付里叶图象数据之后，控制部分20-1对图象数据进行幅度压缩处理(步骤110)。在此实施例中，对数处理被作为幅度压缩处理。更具体地说，A·B·ej(θ-φ)—它是上述合成付里叶图象数据的数学表示—的对数被计算为log(A·B)·ej(θ-φ)，从而将表示幅度的A·B压缩成了log(A·B)(A·B＜log(A·B))。
已经经历了幅度压缩处理的合成付里叶图象数据更不容易受到其中获得登记数据的情况与其中获得核对数据的情况之间的亮度差的影响。即，通过进行幅度压缩处理，各个象素的频谱强度得到了压缩，以切掉极端的值。其结果，使更多的信息变得有效。
在此实施例中，对数处理被作为幅度压缩处理。然而，也可以进行开根处理。另外，也可以进行对数处理和开根处理以外的任何处理，只要幅度能够得到压缩。例如，如果在幅度压缩处理中所有的幅度都被设定为1，即只有相位数据将要得到处理，则与对数处理、开根处理等相比，计算量和数据处理量都能够得到减小。
在进行步骤110的幅度压缩处理时，控制部分20-1把已经经历了幅度压缩处理的合成付里叶图象数据送到付里叶变换部分20-7，以进行第二两维离散付里叶变换(DFT)(步骤111)。
控制部分20-1装载在步骤111获得的合成付里叶图象数据，并从该合成付里叶图象数据扫描预定的相关分量区(在此实施例中为整个区域)中的相应象素的的相关性分量的强度(幅度)，以获得相应的象素的相关性分量的强度的柱形图。控制部分20-1随后从该柱形图提取相关分量区中的相关性分量中具有最高强度的象素(相关峰)(步骤112)，并获得所提取的相关峰的坐标(步骤113)。
图1E显示了此时的相关峰的坐标位置。参见图1E，标号Pa1表示相关峰(背景峰)的位置；且P0表示相关分量区的中心。在此情况下，相关峰Pa1表示车辆的运动矢量的末端。从相关分量区的中心P0至相关峰的位置Pa1的方向表示了车辆的运动方向。从相关分量区的中心P0至相关峰的位置Pa1的距离表示了车辆的运动距离。
控制部分20-1从相关峰Pa1的坐标位置获得车辆在时刻T1至时刻T2之间的时间间隔中的运动方向和距离(步骤114)，并将获得的运动方向和距离反馈到一个驱动控制器21(步骤115)。控制部分20-1设定n＝n+1，即n＝3(步骤116)。流程随后返回到步骤102。
借助这种操作，控制部分20-1在时刻T3装载来自CCD摄象机10的图象数据G3(步骤102)，并将装载的图象数据G3设定为登记图象数据(图1D)。对该登记图象数据进行两维离散付里叶变换(步骤103)，并将其作为登记付里叶图象数据而进行存档(步骤104)。
如果步骤105为“是”，流程进行到步骤107，以读出时刻Tn-1即时刻T2的付里叶图象数据，作为核对付里叶图象数据。在步骤108，读出时刻Tn即时刻T3的付里叶图象数据(登记付里叶图象数据)。
控制部分20-1把在步骤107读出的核对付里叶图象数据与在步骤108读出的登记付里叶图象数据相合成(步骤109)，并对合成付里叶图象数据进行两维离散付里叶变换(步骤111)。控制部分20-1提取相关分量区中的相关峰(步骤112)，并获得提取的相关峰的坐标(步骤113)。
图1F显示了此时的相关峰的坐标位置。参见图1F，标号Pa2表示一个相关峰的位置。控制部分20-1从相关峰Pa2的坐标位置获得车辆在时刻T2与时刻T3之间的间隔中的运动方向和距离(步骤114)，并将获得的车辆运动方向和距离反馈到驱动控制器21(步骤115)。控制部分20-1设定n＝n+1即n＝4(步骤116)。流程随后返回到步骤102。
如上所述，根据本实施例的跟踪设备，在时刻Tn输入的图象数据，根据空间频率特性，与在时刻Tn+1输入的图象数据相核对，且作为核对的结果而获得车辆的运动方向和距离。该设备因而变得能够抵抗噪声的影响，并能够准确地检测车辆的运动方向和距离，从而具有高可靠性。另外，由于不需要象GPS的大规模系统，操作的费用得到了降低。
在此实施例中，两维离散付里叶变换是在付里叶变换部分20-7中进行的。然而，这种处理也可以在控制部分20-1中进行。另外，在此实施例中，两维离散付里叶变换是在图3的步骤111中进行的。然而，也可以进行两维离散付里叶逆变换而不是两维离散付里叶变换。即，可以对已经经历了幅度压缩处理的合成付里叶图象数据进行两维离散付里叶逆变换，而不是两维离散付里叶变换。定量地说，不论是进行两维离散付里叶变换还是进行两维离散付里叶逆变换，都不会改变核对精度。基于两维离散付里叶逆变换的处理在参考文献1中得到了公布。
在此实施例中，首先对合成付里叶图象数据进行幅度压缩处理，且随后进行两维离散付里叶变换(步骤110和111)。然而，也可以在合成之前对登记和核对付里叶图象数据进行幅度压缩处理，并随后对所产生的数据进行合成。更具体地说，图3中的步骤110可以省略，且可以在步骤103与104之间设置进行幅度压缩处理的步骤117，如图4A所示。或者，如图4B所示，图3中的步骤110可以省略，并可以在步骤108与109之间设置进行幅度压缩处理的步骤117。
在此情况下，已经经历了幅度压缩处理的登记付里叶图象数据和核对付里叶图象数据，是借助步骤117的幅度压缩处理而获得的。合成付里叶图象数据是通过对这些付里叶图象数据进行合成而获得的。
在此情况下，合成付里叶图象数据的幅度的压缩比低于在其中幅度压缩处理在产生合成付里叶图象数据之后进行的情况(图3)的压缩比。因此，在产生合成付里叶图象数据之后进行幅度压缩处理的方法(图3)的核对精度高于在进行了幅度压缩处理之后产生合成付里叶图象数据的方法(图4)。在其中在进行了幅度压缩处理之后产生合成付里叶图象数据的情况下(图4)，可以对合成付里叶图象数据进行两维离散付里叶逆变换，而不是两维离散付里叶变换。
在此实施例中，在时刻Tn摄取的图象数据被设定为核对图象数据，且在时刻Tn+1摄取的图象数据被设定为登记图象数据。这些数据，根据空间频率特性，而被彼此核对。借助这种操作，得到了从相关分量区的中心进行相关峰的位置的方向，作为车辆的运动方向；且获得了从相关分量区的中心至相关峰的位置的距离，作为车辆的运动距离。然而，即使在时刻Tn摄取的图象数据被设定为登记图象数据，且在时刻Tn+1摄取的图象数据被设定为核对图象数据，也能够以相同的方式获得车辆的运动方向和距离。
在此情况下，图1G中的数据是相对于图1E中的数据而获得的，且图1H中的数据是相对于图1F中的数据而获得的。即，相关峰Pa1’和Pa2’出现在图1E和1H中的相关峰Pa1和Pa2相对于相关分量区的中心P0的相反位置上。在此情况下，获得了从相关峰Pa1’(Pa2’)的位置至相关分量区的中心P0的方向，作为车辆的运动方向；且获得了从相关峰Pa1’(Pa2’)的位置至相关分量区的中心P0的距离，作为车辆的运动距离。
(实施例1B第七和八方面)实施例1A是基于这样的假定，即在CCD摄象机10摄取的图象G中没有运动的物体。实际上，CCD摄象机10摄取的图象包括了诸如其他车辆和鸟的运动物体。实施例1B因而就是为了即使在CCD摄象机10摄取的图象包括运动物体的情况下也能够无问题地进行跟踪控制而作出的。
假定CCD摄象机10摄取的图象(背景)随着车辆的运动而象图象G1、G2和G3那样改变。当另一车辆作为运动物体出现在图象G2和G3中时(在图象G1中仍然没有运动物体)，对车辆的跟踪按照以下方式进行。
一个控制部分20-1设定n＝1(图6中的步骤201)，以通过一个帧存储器20-5装载在时刻Tn即时刻T1来自CCD摄象机10的图象数据G1(步骤202)。装载的图象数据G1被设定为核对图象数据(图5B)。该核对图象数据被送到付里叶变换部分20-7以对该核对图象数据进行两维离散付里叶变换(DFT)(步骤203)。借助这种操作，图5B显示的核对图象数据变成了付里叶图象数据(核对付里叶图象数据)。控制部分20-1对该核对付里叶图象数据进行存档(步骤204)。
控制部分20-1检查是否n＞1(步骤205)。如果n≤1，流程进行到步骤206。如果n＞1。流程进行到步骤207。在此情况下，由于n＝1，流程进行到步骤206，以设定n＝n+1，且流程随后返回到步骤202。借助这种操作，控制部分20-1通过帧存储器20-5装载在时刻Tn—即在从时刻T1过去了一个预定时间t之后的时刻T2—来自CCD摄象机10的图象数据G2(图象数据G2包括了车辆100(见图5C))(步骤202)。
装载的图象数据G2被设定为登记图象数据(图5C)。该登记图象数据被送到付里叶变换部分20-7。付里叶变换部分20-7对登记图象数据进行两维离散付里叶变换(DFT)(步骤203)。借助这种操作，图5C显示的登记图象数据变成了付里叶图象数据(登记付里叶图象数据)。控制部分20-1对该登记付里叶图象数据进行存档(步骤204)。
控制部分20-1成是否n＞1(步骤205)。如果n≤1，流程进行到步骤206。如果n＞1，流程进行到步骤207。在此情况下，由于n＝2，流程进行到步骤207。在步骤207，控制部分20-1读出时刻Tn-1即时刻T1时的图象数据(核对付里叶图象数据)。在步骤208，控制部分20-1读出在时刻Tn即时刻T2时的付里叶图象数据(登记付里叶图象数据)。
控制部分20-1将在步骤207读出的核对付里叶图象数据与在步骤208读出的登记付里叶图象数据相合成(步骤209)，以与实施例1A中相同的方式获得合成付里叶图象数据。
在以这种方式获得合成付里叶图象数据时，控制部分20-1以与实施例1A中相同的方式进行幅度压缩处理(步骤210)。控制部分20-1随后将已经经历了幅度压缩处理的合成付里叶图象数据送到付里叶变换部分20-7，以对该图象数据进行第二两维离散付里叶变换(DFT)(步骤211)。
控制部分20-1装载在步骤211获得的合成付里叶图象数据，并从该合成付里叶图象数据扫描在一个预定相关分量区(在此实施例中为整个区域)中的相应象素的相关性分量的强度(幅度)，以获得相应象素的相关性分量的强度的柱形图。控制部分20-1随后获得其强度等于或高于一个预定电平的象素，作为相关峰。如果获得了两或更多的相关峰，距前面存储的相关峰最近的一个相关峰(将要在后面描述)作为当前相关分量区中的相关峰而得到提取(步骤212)。获得该提取的相关峰的坐标(步骤213)。在此情况下，由于运动车辆100没有出现在时刻T1的图象中，所以只有表示背景峰的相关峰出现在相关分量区中。
图5E显示了此时的相关峰中的坐标位置。参见图5E，标号Pa1表示了相关峰(背景峰)的位置；且P0表示了相关分量区的中心。在此情况下，相关峰Pa1表示了车辆的运动矢量的末端。从相关分量区的中心P0至相关峰的位置Pa1的方向表示了车辆的运动方向。从相关分量区的中心P0至相关峰的位置Pa1的距离表示了车辆的运动距离。
控制部分20-1从相关峰Pa1的坐标位置获得车辆在时刻T1与时刻T2之间的间隔中的运动方向和距离，并将相关峰Pa1的坐标位置作为当前相关峰的位置存储起来(步骤214)。控制部分20-1把获得的运动方向和距离反馈到驱动控制器21(步骤215)。控制部分20-1设定n＝n+1，即n＝3(步骤216)。流程随后返回到步骤202。
借助这种操作，控制部分20-1装载在时刻T3来自CCD摄象机10的图象数据G3(图象数据G3包括了运动车辆100(见图5D))，并将装载的图象数据G3设定为登记图象数据(图5D)。对该登记图象数据进行两维离散付里叶变换(步骤203)，并将其作为登记付里叶图象数据而进行存档(步骤204)。
如果步骤205为“是”，流程进行到步骤207，以读出时刻Tn-1即时刻T2的付里叶图象数据，作为核对付里叶图象数据。在步骤208，读出时刻Tn即时刻T3的付里叶图象数据(登记付里叶图象数据)。
控制部分20-1把在步骤207读出的核对付里叶图象数据与在步骤208读出的登记付里叶图象数据相合成(步骤209)，并对合成付里叶图象数据进行两维离散付里叶变换(步骤211)。控制部分20-1随后获得其强度等于或高预定电平的象素，作为相关峰。如果获得了两或更多的相关峰，则距前面存储的相关峰最近的一个相关峰(将要在后面描述)作为当前相关分量区中的相关峰而得到提取(步骤212)。获得提取的该相关峰的坐标(步骤213)。在此情况下，由于运动车辆100出现在时刻T2时的图象数据和时刻T3时的图象数据中，且运动车辆100在这些图象数据之间移动，所以表示背景峰的一个相关峰和表示车辆峰的一个相关峰都出现在相关分量区中。
图5F显示了在此情况下相关峰的坐标位置。参见图5F，标号Pa2表示了表示背景峰的相关峰的位置；且Pb1代表了表示车辆峰的相关峰的位置。运动车辆100的运动矢量—它是在把相关峰Pb1的位置作为前端的情况下获得的—相对于相关分量区的中心P0变成了一个负矢量。在此情况下，控制部分20-1提取距前面存储的相关峰即在步骤214存储的相关峰Pa1的位置最近的相关峰Pa2，作为当前相关峰，并获得提取的相关峰Pa2的坐标位置。
控制部分20-1从获得的相关峰Pa2的坐标位置获得车辆在时刻T2与时刻T3之间的间隔中的运动方向和距离，并将相关峰Pa2的坐标位置作为当前相关峰的位置进行存储(步骤214)。控制部分20-1把获得的车辆的运动方向和距离反馈到驱动控制器21(步骤215)，并设定n＝n+1(步骤216)，即n＝4。流程随后返回到步骤202。
在此实施例中，在付里叶变换部分20-7中进行两维离散付里叶变换。然而，这种处理也可以在控制部分20-1中进行。另外，在此实施例中，两维离散付里叶变换是在图6中的步骤211进行的。然而，也可以进行两维离散付里叶逆变换，而不是两维离散付里叶变换。即，可以对已经经历了幅度压缩处理的合成付里叶图象数据进行两维离散付里叶逆变换，而不是两维离散付里叶变换。
在此实施例中，首先对合成付里叶图象数据进行幅度压缩处理，且随后进行两维离散付里叶变换(步骤210和211)。然而，也可以在合成之前对对登记和核对付里叶图象数据进行幅度压缩处理，并合成所产生的数据。更具体地说，图6中的步骤210可以省略，且可以在步骤203和204之间设置进行幅度压缩处理的步骤。或者，可以省略图6中的步骤210，并在步骤208和209之间设置进行幅度压缩处理的步骤。
在此实施例中，在时刻Tn摄取的图象数据被设定为核对图象数据，且在时刻Tn+1摄取的图象数据被设定为登记图象数据。这些数据根据空间频率特性而被彼此核对。借助这种操作，获得从相关分量区的中心至相关峰的位置的方向，作为车辆的运动方向；并获得从相关分量区的中心至相关峰的位置，作为车辆的运动距离。然而，即使在时刻Tn摄取的图象数据被设定为登记图象数据，且在时刻Tn+1摄取的图象数据被设定为核对图象数据，也能够以相同的方式获得车辆的运动方向和距离。
在此情况下，在图5G中的数据是相对于图5E中的数据获得的，且图5H中的数据是相对于图5F中的数据获得的。即，相关峰Pa1’、Pa2’和Pb1’在图5E和5F中出现在与相关峰Pa1、Pa2和Pb1相对的位置上。因此，在此情况下，获得从相关峰Pa1’(Pa2’)的位置至相关分量区的中心P0的方向，作为车辆的运动方向；并获得从相关峰Pa1’(Pa2’)的位置至相关分量区的中心P0的距离，作为车辆的运动距离。
以上通过以车辆为例子而描述了实施例1A和1B。然而，这些实施例可以适用于诸如飞机的飞行物。如果，例如，这些实施例被应用于飞行物，CCD摄象机10被安装在飞行器200的底部以摄取下面的场面。
在实施例1A和1B中，进行了幅度压缩处理，但这种处理并不总是必需的。
本发明不仅可以应用于跟踪设备，而且可以应用于对例如VTR摄象机的图象模糊校正。即，由于能够通过利用本发明的技术从在时刻Tn和时刻Tn+1摄取的图象获得VTR摄象机的运动方向和距离，所以能够通过把获得的数据反馈到图象处理部分，进行VTR摄象机的图象模糊校正。
在上述实施例中，参见图1E和1F，合成付里叶图象数据的整个区域被设定为相关分量区，但也可以把部分区域设定为相关分量区。在此情况下，表示背景的一个相关峰，根据相关分量区是如何设定的，而出现在不同的位置上。在此情况下，表示背景的相关峰可能出现的位置，被设定为一个基准位置，且在不包括靠近该基准位置的一个位置的一个范围中提取出一个相关峰。
(跟踪设备第九至15个方面)图8显示了根据本发明的第九至15个方面的跟踪设备的设置。图8中与图2中相同的标号表示相同的部分，且省略了对这些部分的描述。在此实施例中，一个跟踪程序(见图10和15)被存储在一个ROM 20-2中。CCD摄象机10和控制单元20被装在一个可移动台30上。可移动台30在接收到来自控制单元20的指令时在一条轨300上移动。在此实施例中，如图11所示，一个目标(物体)M1与轨300相平行地移动。即CCD摄象机10和目标M1在彼此始终保持距离1的情况下进行运动。
(实施例2A第九、13、和14个方面)在此跟踪设备中，当一个物体M1与轨300平行地运动时，如图11所示，跟踪以如下方式进行。
一个控制部分20-1设定n＝1(图10中的步骤301)，以装载在时刻Tn即时刻T1摄取并通过一个帧存储器20-5而从CCD摄象机10输入的目标M1的图象数据(步骤302)。装载的图象数据被设定为登记图象数据(图9A)。该登记图象数据被送到一个付里叶变换部分20-7，以对该登记图象数据进行两维离散付里叶变换(DFT)(步骤303)。借助这种操作，图9A中显示的登记图象数据变成了付里叶图象数据(登记付里叶图象数据)。控制部分20-1对这种登记付里叶图象数据进行存档(步骤304)。
控制部分20-1检查是否n＞1(步骤305)。如果n≤1，流程进行到步骤306。如果n＞1，流程进行到步骤307。在此情况下，由于n＝1，流程进行到步骤306，以设定n＝n+1，并随后返回到步骤302。借助这种操作，控制部分20-1装载在时刻Tn即从时刻T1过去了一个预定时间t的时刻T2摄取的目标M1的图象数据，并从CCD摄象机10通过帧存储器20-5输入该数据(步骤302)。
装载的图象数据被设定为核对图象数据(图9B)。该核对图象数据被送到付里叶变换部分20-7。付里叶变换部分20-7对核对图象数据进行两维离散付里叶变换(DFT)(步骤303)。借助这种操作，图9B显示的核对图象数据变成了付里叶图象数据(核对付里叶图象数据)。控制部分20-1对这种核对付里叶图象数据进行存档(步骤304)。
控制部分20-1检查是否n＞1(步骤305)。如果n≤1，流程进行到步骤306。如果n＞1，流程进行到步骤307。在此情况下，由于n＝2，流程进行到步骤307。在步骤307，控制部分20-1读出时刻Tn-1即时刻T1时的付里叶图象数据(登记付里叶图象数据)。在步骤308，控制部分20-1读出在时刻Tn即时刻T2时的付里叶图象数据(核对付里叶图象数据)。
控制部分20-1把在步骤307读出的登记付里叶图象数据与在步骤308读出的核对付里叶图象数据相合成(步骤309)，以获得合成付里叶图象数据。
设A·ejθ为核对付里叶图象数据，且B·ejφ为登记付里叶图象数据，该合成图象数据由A·B·ej(θ-φ)表示。控制部分20-1随后对该合成付里叶图象数据进行幅度压缩处理(步骤310)。在此实施例中，进行对数处理，作为幅度压缩处理。更具体地说，A·B·ej(θ-φ)—它是上述合成付里叶图象数据的数学表示—的对数，被计算为log(A·B)·ej(θ-φ)，从而把表示幅度的A·B压缩成log(A·B)(A·B＞log(A·B))。
已经经历了幅度压缩处理的合成付里叶图象数据，更不容易受到其中获得登记数据的情况与其中获得核对数据的情况之间的亮度差的影响。即，通过进行幅度压缩处理，各个象素的频谱强度得到了压缩，以切掉极端的值。其结果，使更多的信息变得有效。
在此实施例中，对数处理被作为幅度压缩处理。然而，也可以进行开根处理。另外，也可以进行对数处理和开根处理以外的任何处理，只要幅度能够得到压缩。例如，如果在幅度压缩处理中所有的幅度都被设定为1，即只有相位数据将要得到处理，则与对数处理、开根处理等相比，计算量和数据处理量都能够得到减小。
在进行步骤310的幅度压缩处理时，控制部分20-1将已经经历了幅度压缩处理的合成付里叶图象数据送到付里叶变换部分20-7，以对该图象数据进行第二两维离散付里叶变换(DFT)(步骤311)。
控制部分20-1检查跟踪设备即CCD摄象机10是否在时刻T1与时刻T2之间的间隔中是否已经移动(步骤312)。如果它判定CCD摄象机10已经移动，流程进行到步骤313。如果它判定CCD摄象机10还没有移动，流程进行到至步骤314。在此情况下，由于CCD摄象机10还没有移动，流程进行到步骤314。
控制部分20-1装载在步骤311获得的合成付里叶图象数据，并从该合成付里叶图象数据扫描一个预定相关分量区(在此实施例中为整个区域)中的相应象素的相关性分量的强度(幅度)，以获得相应的象素的相关性分量的柱形图。控制部分20-1随后从该柱形图提取在一个不包括相关分量区的中心附近的部分的范围中的相关性分量中具有最高强度的一个象素(相关峰)(步骤314)，并获得所提取的相关峰的坐标(步骤315)。
图9E显示了此时的相关峰的坐标位置。参见图9E，标号Pa1表示了相关峰(背景峰)的位置；且P0表示相关分量区的中心。在此情况下，相关峰Pa1表示了目标M1。从相关分量区的中心P0至相关峰的位置Pa1的方向，表示了目标M1的运动方向。从相关分量区的中心P0至相关峰的位置Pa1的距离，表示了目标M1的运动距离。应该注意的是，表示背景的相关峰出现在相关分量区的中心P0附近。
控制部分20-1从相关峰Pa1的坐标位置获得目标M1在时刻T1与时刻T2之间的间隔中的运动方向和距离(步骤316)，并从目标M1在时刻T2的位置预测目标M1在时刻T3时的位置(步骤317)。在此情况下，控制部分20-1通过计算处理获得目标M1在时刻T2的位置，并从所获得的目标M1的位置预测目标M1的位置。
更具体地说，如图12所示，控制部分20-1，通过计算处理，从CCD摄象机10的视场角θ的中心获得目标M1在时刻T2时的位置，作为一个角α；并从该角α，以交点作为CCD摄象机10的视场角θ的中心与目标M1的轨迹之间的起点，以+1tanα获得目标M1在时刻T2时的位置。控制部分20-1随后将时刻T2与时刻T3之间的间隔中的预测运动距离加到+1tanα上，以预测目标M1在时刻T3的位置。
控制部分20-1检查目标M1在时刻T3的位置是否位于CCD摄象机10的视场角θ之内，即目标M1的位置是否偏离±1tanθ/2(步骤318)。如果该位置没有偏离±1tanθ/2，CCD摄象机10的位置被保持不变(步骤319)。如果该位置偏离了±1tanθ/2，CCD摄象机10被沿着目标M1的运动方向移动该运动距离(步骤320)。
在此情况下，由于目标M1在时刻T3的预测位置超过了+1tanα，即预测目标M1将位于可能在时刻T3输入的图象数据的数据区之外，流程进行到步骤320，以把CCD摄象机10沿着目标M1的运动方向移动在步骤316获得的运动距离。
控制部分20-1存储CCD摄象机10的运动方向和距离(步骤321)，并设定n＝n+1(步骤322)，即n＝3。流程随后返回到步骤302。
借助这种操作，控制部分20-1装载了时刻T3的目标M1的图象数据(步骤302)，并把装载的目标M1的图象数据设定为核对图象数据(图9C)。对该核对图象数据进行两维离散付里叶变换(步骤303)，并作为核对付里叶图象数据而存档该核对图象数据(步骤304)。
如果步骤305是“是”，流程进行到步骤307，以读出时刻Tn-1即时刻T2时的付里叶图象数据，作为登记付里叶图象数据。在步骤308，读出时刻Tn即时刻T3时的付里叶图象数据(核对付里叶图象数据)。
控制部分20-1把在步骤307读出的登记付里叶图象数据与在步骤308读出的核对付里叶图象数据相合成(步骤309)，并对合成付里叶图象数据进行两维离散付里叶变换(步骤311)。
随后，控制部分20-1检查CCD摄象机10是否已经在时刻T2与时刻T3之间的间隔中发生了移动(步骤312)。如果CCD摄象机10已经移动，流程进行到步骤313。如果CCD摄象机10还没有移动，流程进行到步骤314。在此情况下，由于CCD摄象机10在步骤320中发生了移动，流程进行到步骤313。
借助这种操作，控制部分20-1读出在步骤321存储的CCD摄象机10的运动方向和距离，并根据该运动方向和距离校正出现在步骤311获得的合成付里叶图象数据中的相关分量区中的相关峰的位置。在步骤311所的的合成付里叶图象数据中，如图9F所示，表示背景峰的一个相关峰Pb2和表示目标M1的峰的相关峰Pa2出现在相关分量区中。相关峰Pb2和Pa2的位置被设定为位置信息—该信息包括了表示CCD摄象机10的运动的信息，因为CCD摄象机10已经在时刻T2与时刻T3之间的间隔中发生了移动。相关峰Pb2和Pa2的位置被移动了CCD摄象机10的运动距离，以获得相关峰Pb2’和Pa2’(图1H)。
控制部分20-1在不需要校正的相关分量区的中心附近的一个部分的一个范围中，提取一个相关峰(步骤314)，并获得该提取的相关峰Pa2’的坐标(步骤315)。控制部分20-1，从相关峰Pa2’的坐标位置，获得目标M1在时刻T2与时刻T3之间的间隔中的运动方向和距离(步骤316)，并从目标M1在时刻T3的位置来预测目标M1在时刻T4的位置(步骤317)。控制部分20-1重复步骤318的处理和随后的步骤。
如上所述，根据本实施例的跟踪设备，在时刻Tn输入的图象数据，根据空间频率特性，被与在时刻Tn+1输入的图象数据相核对，且作为核对结果而获得目标M1的运动方向和距离。该设备因而能够抵抗噪声的影响。另外，即使目标M1很大，也能够在不需要特征量提取的情况下获得目标的运动方向和距离，从而使处理变得简单。
在此实施例中，两维离散付里叶变换是在付里叶变换部分20-7中进行的。然而，这种处理也可以在控制部分20-1中进行。另外，在此实施例中，两维离散付里叶变换是在图10的步骤311中进行的。然而，也可以进行两维离散付里叶逆变换而不是两维离散付里叶变换。即，可以对已经经历了幅度压缩处理的合成付里叶图象数据进行两维离散付里叶逆变换，而不是两维离散付里叶变换。定量地说，不论是进行两维离散付里叶变换还是进行两维离散付里叶逆变换，都不会改变核对精度。基于两维离散付里叶逆变换的处理在参考文献1中得到了公布。
在此实施例中，首先对合成付里叶图象数据进行幅度压缩处理，且随后进行两维离散付里叶变换(步骤310和311)。然而，也可以在合成之前对登记和核对付里叶图象数据进行幅度压缩处理，并随后对所产生的数据进行合成。更具体地说，图10中的步骤310可以省略，且可以在步骤303与304之间设置进行幅度压缩处理的步骤323，如图13A所示。或者，如图13B所示，图10中的步骤310可以省略，并可以在步骤308与309之间设置进行幅度压缩处理的步骤323。
在此情况下，已经经历了幅度压缩处理的登记付里叶图象数据和核对付里叶图象数据，是借助步骤323的幅度压缩处理而获得的。合成付里叶图象数据是通过对这些付里叶图象数据进行合成而获得的。
在此情况下，合成付里叶图象数据的幅度的压缩比低于在其中幅度压缩处理在产生合成付里叶图象数据之后进行的情况(图10)的压缩比。因此，在产生合成付里叶图象数据之后进行幅度压缩处理的方法(图10)的核对精度高于在进行了幅度压缩处理之后产生合成付里叶图象数据的方法(图13)。在其中在进行了幅度压缩处理之后产生合成付里叶图象数据的情况下(图13)，可以对合成付里叶图象数据进行两维离散付里叶逆变换，而不是两维离散付里叶变换。
在此实施例中，进行了幅度压缩处理，但并不总是需要进行幅度压缩处理。
在此实施例中，在步骤320，CCD摄象机10沿着目标M1的运动方向被移动了在步骤316的的运动距离。然而，CCD摄象机10的运动速度可以得到确定(CCD摄象机10沿着与目标M1相同的方向以高于目标M1的速度的速度移动)从而在下一个时刻(T3)在CCD摄象机10的视场角θ的中心摄取到目标M1。
或者，CCD摄象机10的运动距离可以这样地得到确定，即使得目标M1在当前时刻(T2)在CCD摄象机10的视场角θ的中心得到摄取。借助这种操作，在图12显示的情况下，不需要从下一个时刻(T3)获得角α，从而简化了计算处理。即，目标M1在时刻T2的位置与CCD摄象机10在时刻T3的视场角θ的中心相重合，因而不需要从下一个时刻T3获得角α。
(实施例2B第11、13和15个方面)在实施例2A中，在时刻Tn摄取的图象数据被设定为登记图象数据，且在时刻Tn+1摄取的图象数据被设定为核对图象数据。这些数据，根据空间频率特性，而得到彼此核对，以获得从相关分量区的中心至相关峰的位置的方向，作为目标M1的运动方向；并获得从相关分量区的中心至相关峰的位置的距离，作为目标M1的运动距离。与此相对比，在实施例2B中，在时刻Tn摄取的图象数据被设定为核对图象数据，且在时刻Tn+1摄取的图象数据被设定为登记图象数据。借助这种操作，在以与实施例2A中相同的方式获得目标M1的运动方向和距离。
在此情况下，图9J中的数据是相对于图9E中的数据获得的，图9K中的数据是相对于图9H中的数据获得的，且图9L中的数据是相对于图9I中的数据获得的。即，相关峰Pa1′、Pa2″和Pa3′在图9E、9H和9I中出现在相对于相关分量区的中心P0的相对位置上。因而在此情况下，获得从作为起点的相关峰Pa1’(Pa2″、Pa3″)至相关分量区的中心P0的方向，作为目标M1的运动方向；并获得从相关峰Pa1’(Pa2″、Pa3″)至相关分量区的中心P0的距离，作为目标M1的运动距离。
(实施例2C第10、13和14方面)
该实施例是实施例2A的一种改进。如图14所示，CCD摄象机10的视场角θ的中心被与时刻T1时的目标M1相匹配(第一摄影操作)。即，目标M1在CCD摄象机10的视场角范围的中心得到摄取。在此实施例中，当目标M1如图14所示地与轨300平行地移动时，跟踪是以如下方式进行的。
一个控制部分20-1设定n＝1(图15中的步骤401)，以装载在时刻Tn即时刻T1摄取并通过一个帧存储器20-5而从CCD摄象机10输入的目标M1的图象数据(步骤402)。装载的图象数据被设定为登记图象数据(图16A)。该登记图象数据被送到一个付里叶变换部分20-7，以对该登记图象数据进行两维离散付里叶变换(DFT)(步骤403)。借助这种操作，图16A中显示的登记图象数据变成付里叶图象数据(登记付里叶图象数据)。控制部分20-1对该登记付里叶图象数据进行存档(步骤404)。
控制部分20-1检查是否n＞1(步骤405)。如果n≤11，流程进行到步骤406。如果n＞1，流程进行到步骤407。在此情况下，由于n＝1，流程进行到步骤406，以设定n＝n+1，且随后流程返回到步骤402。借助这种操作，控制部分20-1装载在时刻Tn即从时刻T1过去了一个预定时间t的时刻T2摄取并通过帧存储器20-5从CCD摄象机10输入的目标M1的图象数据(步骤402)。
装载的图象数据被设定为核对图象数据(图16B)。该核对图象数据被送到付里叶变换部分20-7。付里叶变换部分20-7对该核对图象数据进行两维离散付里叶变换(DFT)(步骤403)。借助这种操作，图16B显示的核对图象数据变成了付里叶图象数据(核对付里叶图象数据)。控制部分20-1对该核对付里叶图象数据进行存档(步骤404)。
控制部分20-1检查是否n＞1(步骤405)。如果n≤1，流程进行到步骤406。如果n＞1，流程进行到步骤407。在此情况下，由于n＝2，流程进行到步骤407。在步骤407，控制部分20-1读出在时刻Tn-1即时刻T1的付里叶图象数据(登记付里叶图象数据)。在步骤408，控制部分20-1读出在时刻Tn即时刻T2的付里叶图象数据(核对付里叶图象数据)。
控制部分20-1合成在步骤407读出的登记付里叶图象数据和在步骤408读出的核对付里叶图象数据，以获得合成付里叶图象数据。
在以此方式获得了合成付里叶图象数据时，控制部分20-1进进幅度压缩处理(步骤410)并将已经经历了幅度压缩处理的合成付里叶图象数据送到付里叶变换部分20-7，以对该图象数据进行第二两维离散付里叶变换(DFT)(步骤411)。
控制部分20-1检查跟踪设备即CCD摄象机10是否已经在时刻T1与时刻T2之间的间隔中发生了移动(步骤412)。如果它判定CCD摄象机10已经移动，流程进行到步骤413。如果它判定CCD摄象机10还没有移动，流程进行到步骤414。在此情况下，由于CCD摄象机10还没有移动，流程进行到步骤414。
控制部分20-1装载在步骤411获得的合成付里叶图象数据，并从该合成付里叶图象数据扫描一个预定相关分量区(在此实施例中为整个区域)中的相应象素的相关性分量的强度(幅度)，以获得相应的象素的相关性分量的柱形图。控制部分20-1随后从该柱形图提取在一个不包括相关分量区的中心附近的部分的范围中的相关性分量中具有最高强度的一个象素(相关峰)(步骤414)，并获得所提取的相关峰的坐标(步骤415)。
图16E显示了此时的相关峰的坐标位置。参见图16E，标号Pa1表示了相关峰(背景峰)的位置；且P0表示相关分量区的中心。在此情况下，相关峰Pa1表示了目标M1。从相关分量区的中心P0至相关峰的位置Pa1的方向，表示了目标M1的运动方向。从相关分量区的中心P0至相关峰的位置Pa1的距离，表示了目标M1的运动距离。应该注意的是，表示背景的相关峰出现在相关分量区的中心P0附近。
控制部分20-1从相关峰Pa1的坐标位置获得目标M1在时刻T1与时刻T2之间的间隔中的运动方向和距离(步骤416)，并把CCD摄象机10沿着目标M1的运动方向迅速地移动在步骤416的运动距离(步骤417)。借助这种操作，CCD摄象机10的视场角θ的中心在时刻T3之前与目标M1在时刻T2的位置附近的一个位置相匹配。
控制部分20-1存储CCD摄象机10的运动方向和距离(步骤418)，并设定n＝n+1(步骤419)，即n＝3。流程随后返回到步骤402。
借助这种操作，控制部分20-1装载时刻T3的目标M1的图象数据(步骤402)，并把装载的目标M1图象数据设定为核对图象数据(图16C)。对该核对图象数据进行两维离散付里叶变换(步骤403)，并作为核对付里叶图象数据存档该核对图象数据(步骤404)。
如果步骤405为“是”，流程进行到步骤407，以读出时刻Tn-1即时刻T2时的付里叶图象数据，作为登记付里叶图象数据。在步骤408，读出时刻Tn即时刻T3时的付里叶图象数据(核对付里叶图象数据)。
控制部分20-1合成在步骤407读出的登记付里叶图象数据和在步骤408读出的核对付里叶图象数据(步骤409)，并对合成付里叶图象数据进行两维离散付里叶变换(步骤411)。
随后，控制部分20-1检查CCD摄象机10是否已经在时刻T2与时刻T3之间的间隔中发生了移动(步骤412)。如果CCD摄象机10已经发生了移动，流程进行到步骤413。如果CCD摄象机10没有移动，流程进行到步骤414。在此情况下，由于CCD摄象机10在步骤420发生了移动，流程进行到步骤413。
借助这种操作，控制部分20-1读出在步骤418存储的CCD摄象机10的运动方向和距离，并根据该运动方向和距离，校出现在步骤411获得的合成付里叶图象数据中的相关分量区中的相关峰的位置。在在步骤411获得的合成付里叶图象数据中，如图16F所示，表示背景峰的一个相关峰Pb2和表示目标M1的峰的一个相关峰Pa2出现在该相关分量区中。相关峰Pb2和Pa2的位置被设定为位置信息—该信息包括了表示CCD摄象机10的运动的信息，因为CCD摄象机10已经在时刻T2与时刻T3之间的间隔中发生了运动。相关峰Pb2和Pa2的位置通过移动了CCD摄象机10的运动距离，以获得相关峰Pb2’和Pa2’(图16H)。
控制部分20-1提取不包含校正的相关分量区的中心附近的一个部分的一个范围中的相关峰(步骤414)，并获得该提取相关峰Pa2’的坐标(步骤415)。控制部分20-1从相关峰Pa2’的相关峰的坐标位置，获得目标M1在时刻T2与时刻T3之间的间隔中的运动方向和距离(步骤416，并从目标M1在时刻T3的位置预测目标M1在时刻T4的位置(步骤417)。控制部分20-1重复步骤417和随后的步骤中的处理。
根据实施例2C，由于目标M1总是在CCD摄象机10前面附近的地方摄取的，所以不需要通过从目标在时刻Tn时的位置预测目标M1在时刻Tn+1时的位置来判定是否移动CCD摄象机10。因而计算处理能够得到简化。
在此实施例中，CCD摄象机10的视场角θ的中心与时刻T1时的目标M1相匹配(第一摄影操作)。然而，目标M1不需要总是与视场角θ的中心相匹配。如果例如在图14显示的情况下预先知道了目标M1向右的运动，目标M1可以与CCD摄象机10的视场角θ的左边区域相匹配。借助这种操作，目标M1总是在位于CCD摄象机10的视场角θ的中心左侧的区域得到摄取，从而适当地适应了目标M1的大顺时针运动。
象在实施例2A中一样，在实施例2C中，各种类型的处理可以得到自由的修正(实施例2D第12、13和15方面)在实施例2C中，在时刻Tn摄取的图象数据被设定为登记图象数据，且在时刻Tn+1摄取的图象数据被设定为核对图象数据。这些数据，根据空间频率特性，而被彼此核对，以获得从相关分量区的中心至相关峰的位置的方向，作为目标M1的运动方向；并获得从相关分量区的中心至相关峰的位置的距离，作为目标M1的运动距离。与此相对比，在实施例2D中，在时刻Tn摄取的图象数据被设定为核对图象数据，且在时刻Tn+1摄取的图象数据被设定为登记图象数据。借助这种操作，能够以与实施例2C中相同的方式，获得目标M1的运动方向和距离。
在此情况下，图16J的数据是相对于图16E中的数据获得的，图16K中的数据是相对于图16H中的数据获得的，且图16L中的数据是相对于图16I中的数据获得的。即，相关峰Pa1′、Pa2″、和Pa3″在图16E、16H、和16I中出现在相关峰Pa1、Pa2’和Pa3’相对于相关分量区的中心P0的相对位置。因而在此情况下，从作为起点的相关峰Pa1’(Pa2″、Pa3″)的位置至相关分量区的中心P0的方向是作为目标M1的运动方向而获得的，且从相关峰Pa1’(Pa2″、Pa3″)的位置至相关分量区的中心P0的距离是作为目标M1的运动距离而获得的。
图17显示了根据本发明的另一实施例的跟踪设备的设置。图17中与图8中相同的标号表示了相同的部分，且这些部分的描述被省略了。在此实施例中，CCD摄象机10和控制单元20被安装在转台40上。转台40，在接收到来自控制单元20的指令时，在一个静止基座50的上表面上转动(见图8)。在此实施例中，如在图19中显示的，一个目标(物体)M1沿着具有半径且其中心位于CCD摄象机10的图象摄取位置的圆周运动。
(实施例2E第九、13、和14方面)在此跟踪设备中，当目标M1沿着具有半径并且其中心位于CCD摄象机10的图象摄取位置上的圆周运动时，如图19所示，跟踪是以与实施例2A中相同的方式进行的。即目标M1按照图10所示的程序而得到跟踪。
在步骤312，检查跟踪设备即CCD摄象机10的视场方向在时刻Tn-1与时刻Tn之间的间隔里是否发生了移动。在步骤316，获得目标M1的运动方向和角度(转角)。在步骤320，CCD摄象机10的视场方向被沿着目标M1的运动方向移动了在步骤316获得的运动角度。在步骤321，CCD摄象机10的运动方向和角度得到存储。在步骤313，在步骤321得到存储的CCD摄象机10的运动方向和角度被读出，且根据该读出数据对相关分量区中的相关性分量峰的位置进行校正。
在此实施例中，在步骤317中，目标M1在时刻Tn的位置，是通过计算处理获得的，且目标M1在时刻Tn+1的位置是从所获得的目标M1位置预测出的。在步骤318，检查目标M1的预测位置是否位于CCD摄象机10的当前视场中。
更具体地说，如图20所示，目标M1在时刻Tn的位置，是通过计算处理，作为从CCD摄象机10的视场角θ的中心的角度α，而获得的。目标M1在时刻Tn的位置，是以CCD摄象机10的视场角θ的中心与目标M1的轨迹之间的交点作为零起点，作为距该角度α的+1α，而获得的。在时刻Tn与时刻Tn+1之间的间隔中的预言运动距离，被加到+1α上，以预测目标M1在时刻Tn+1的位置。
检查目标M1在时刻Tn+1的预测位置是否处于CCD摄象机10的视场角θ中，即目标M1的位置是否偏离±1θ/2。如果该位置不偏离±1θ/2，则CCD摄象机10的视场方向被保持不变。如果该位置偏离了±1θ/2，则CCD摄象机10的视场方向被沿着目标M1的运动方向移动该运动角度。
在此实施例中，在步骤320，CCD摄象机10被沿着目标M1的运动方向移动在步骤316获得的运动角度。然而，CCD摄象机10的运动速度可以被这样地确定(CCD摄象机10沿着与目标M1相同的方向以高于目标M1的速度的速度运动)—即使得目标M1在下一个时刻在CCD摄象机10的视场角θ的中心处得到摄取。
或者，CCD摄象机10沿着视场方向的运动角度可以被这样地确定—即使得目标M1在当前时刻(T2)在CCD摄象机10的视场角θ的中心处得到摄取。借助这种操作，在图20显示的情况下，角度α不需要从下一个时刻(T3)获得，因而计算处理得到了简化。即目标M1在时刻T2的位置与CCD摄象机10在时刻T3的视场角θ的中心相重合，因而不需要从时刻T3获得角度α。
(实施例2F第10、13和14个方面)本实施例是实施例2E的改进。如图21所示，CCD摄象机10的视场角θ的中心与时刻T1的目标M1相匹配(第一摄影操作)。更具体地说，目标M1在CCD摄象机10的视场范围的中心得到了摄取。在此实施例中，当目标M1沿着具有半径且其中心位于CCD摄象机10的图象摄取位置的圆周运动时，如图21所示，跟踪是按照与实施例2C中相同的方式进行的。即，目标M1是根据图15显示的跟踪程序得到跟踪的。
在此情况下，在步骤412中，检查跟踪设备即CCD摄象机10的视场方向在时刻Tn-1与时刻Tn之间的间隔中是否发生了移动。在步骤416，获得目标M1的运动方向和角度。在步骤417，CCD摄象机10的视场方向被沿着目标M1的运动方向移动了在步骤416中获得的运动角度。在步骤418，CCD摄象机10的运动方向和角度得到了存储。在步骤413，CCD摄象机10在步骤418中得到存储的运动方向和角度被读出，且根据读出的数据来校正相关分量区中的相关分量峰的位置。
根据实施例2F，由于目标M1总是在CCD摄象机10的前方附近摄取的，因而不需要通过预测目标M1在时刻Tn+1的位置来确定是否从目标M1在时刻Tn的位置移动目标M1的位置。因而计算处理能够得到简化。在此实施例中，CCD摄象机10的视场角θ的中心与时刻T1的目标M1相匹配(第一摄影操作)。然而，目标M1不需要总是与视场角θ的中心相匹配。如果，例如，在图19显示的情况下目标M1沿着顺时针方向的运动是预先知道的，则目标M1可以与CCD摄象机10的视场角θ的左边区域相匹配。借助这种操作，目标M1总是在位于CCD摄象机10的视场角θ的中心的左边的区域中得到摄取，从而适当地适应了目标M1的大的顺时针运动。
在上述实施例中，描述了两维图案的跟踪。然而，也可以以相同的方式进行三维图案的跟踪。对包括两和三维图案的多维图案的跟踪也可以以相同的方式进行。
在上述实施例中，参见图9E、9F和9G，合成付里叶图象数据的整个区域被设定为相关分量区，但也可以只把该区域的一部分设定为相关分量区。在此情况下，表示背景的相关峰根据相关分量区是如何设定的而出现在不同的位置上。在此情况下，表示背景的相关峰可能出现的位置被设定为一个基准位置，且在不包括在该基准位置附近的一个部分的一个范围中提取一个相关峰。
(跟踪设备第16至23方面)图22显示了根据本发明的第16至23方面的跟踪设备的设置。在图22中与在图2中相同的标号表示相同的部分，且对这些部分的描述得到了省略。在此实施例中，一个跟踪程序(图24)被存储在一个ROM 20-2中。该设备包括一个距离测量单元60。一个CCD摄象机10、一个控制单元20、和距离测量单元60被装在一个可移动台70上。可移动台70在接收到来自控制单元20的指令时沿着任意的方向运动。
(实施例3A第16、18、19和21方面)在此跟踪设备中，当一个物体M1前后和左右运动时，如图25所示，跟踪是以如下方式进行的。
一个控制部分20-1设定n＝1(图24中的步骤501)，并测量时刻Tn即时刻T1时沿着深度方向(前后方向)至目标M1的距离Ln(L1)(步骤502)。控制部分20-1还装载在时刻T1摄取并通过一个帧存储器20-5从CCD摄象机10输入的目标M1的图象数据O1(步骤503)。控制部分20-1随后检查是否n＝1(步骤504)。如果n＝1，流程进行到步骤505。如果n≠1，流程进行到步骤508。在此情况下，由于n＝1，流程进行到步骤505。
在步骤505，在步骤503装载的图象数据O1被设定为登记图象数据(步骤23A)。该登记图象数据被送到一个付里叶变换部分20-7，以对该登记图象数据进行两维离散付里叶变换(DFT)。借助这种操作，图23A显示的登记图象数据O1变成了付里叶图象数据(登记付里叶图象数据)F1。
控制部分20-1把这种登记付里叶图象数据F1存档(步骤506)，并设定n＝n+1(步骤507)。流程随后返回到步骤502。借助这种操作，控制部分20-1测量在时刻Tn即从时刻T1过去了一个预定时间t之后的时刻T2沿着深度方向至目标M1的距离L2’。控制部分20-1装载在时刻T2摄取并通过帧存储器20-5从CCD摄象机10输入的目标M1的图象数据O2(图23B)(步骤503)。
随后，控制部分20-1检查是否n＝1(步骤504)。如果n＝1，流程进行到步骤505。如果n≠1，流程进行到步骤508。在此情况下，由于n＝2，流程进行到步骤508。在步骤508，控制部分20-1获得在时刻Tn-1即时刻T1沿着深度方向至目标M1的距离L1与在时刻Tn即时刻T2沿着深度方向至目标M1的距离L2’之差，作为沿着深度方向至目标M1的运动距离。在步骤509，控制部分20-1，通过对时刻T2的图象数据O2进行L2’/L1的放大/缩小处理(在此情况下为放大处理)，获得图象数据2。
控制部分20-1将该图象数据A2作为核对图象数据(图23D)送到付里叶变换部分20-7，以对该核对图象数据进行两维离散付里叶变换(DFT)(步骤510)。借助这种处理，图23D显示的核对图象数据变成了付里叶图象数据(核对付里叶图象数据)F2。控制部分20-1对这种核对付里叶图象数据进行存档(步骤511)。
控制部分20-1在时刻T1读出在步骤506存档的付里叶图象数据(登记付里叶图象数据)F1，并在时刻T2读出在步骤511存档的付里叶图象数据(核对付里叶图象数据)F2。控制部分20-1随后合成这些图象数据F1和F2(步骤514)，以获得合成付里叶图象数据。
设A·ejθ为核对付里叶图象数据，且B·ejφ为登记付里叶图象数据，该合成图象数据由A·B·ej(θ-φ)表示。控制部分20-1随后对该合成付里叶图象数据进行幅度压缩处理(步骤506)。在此实施例中，进行对数处理，作为幅度压缩处理。更具体地说，A·B·ej(θ-φ)—它是上述合成付里叶图象数据的数学表示—的对数，被计算为log(A·B)·ej(θ-φ)，从而把表示幅度的A·B压缩成log(A·B)(A·B＞log(A·B))。
已经经历了幅度压缩处理的合成付里叶图象数据，更不容易受到其中获得登记数据的情况与其中获得核对数据的情况之间的亮度差的影响。即，通过进行幅度压缩处理，各个象素的频谱强度得到了压缩，以切掉极端的值。其结果，使更多的信息变得有效。
在此实施例中，对数处理被作为幅度压缩处理。然而，也可以进行开根处理。另外，也可以进行对数处理和开根处理以外的任何处理，只要幅度能够得到压缩。例如，如果在幅度压缩处理中所有的幅度都被设定为1，即只有相位数据将要得到处理，则与对数处理、开根处理等相比，计算量和数据处理量都能够得到减小。
在进行步骤515的幅度压缩处理时，控制部分20-1将已经经历了幅度压缩处理的合成付里叶图象数据送到付里叶变换部分20-7，以对该图象数据进行第二两维离散付里叶变换(DFT)(步骤516)。
控制部分20-1检查跟踪设备的方向是否在时刻T1与时刻T2之间的间隔中是否已经移动(步骤517)。如果它判定CCD摄象机10的视场方向已经移动，流程进行到步骤518。如果它判定CCD摄象机10还没有移动，流程进行到至步骤520。在此情况下，由于CCD摄象机10还没有移动，流程进行到步骤519。
借助这种操作，控制部分20-1装载在步骤516获得的合成付里叶图象数据，并从该合成付里叶图象数据扫描一个预定相关分量区(在此实施例中为整个区域)中的相应象素的相关性分量的强度(幅度)，以获得相应的象素的相关性分量的柱形图。控制部分20-1随后从该柱形图提取在一个不包括相关分量区的中心附近的部分的范围中的相关性分量中具有最高强度的一个象素(相关峰)(步骤519)，并获得所提取的相关峰的坐标(步骤521)。
图23E显示了此时的相关峰的坐标位置。参见图23E，标号Pa1表示了相关峰(背景峰)的位置；且P0表示相关分量区的中心。在此情况下，相关峰Pa1表示了目标M1。从相关分量区的中心P0至相关峰的位置Pa1的方向，表示了目标M1的运动方向。从相关分量区的中心P0至相关峰的位置Pa1的距离，表示了目标M1的运动距离。应该注意的是，表示背景的相关峰出现在相关分量区的中心P0附近。
控制部分20-1从相关峰Pa1的坐标位置获得目标M1在时刻T1与时刻T2之间的间隔中的运动方向和距离(步骤522)，并从在步骤508获得的目标M1沿着深度方向的运动距离和目标M1沿着方向方向的运动距离，获得目标M1的一个运动矢量B1(步骤523)。
根据获得的目标M1的运动矢量B1，利用时刻T1作为起点，获得目标M1在时刻T2的运动方向θ和在时刻T2至目标M1的直线距离L2″(步骤524)。跟踪设备的方向随后得到改变，以使CCD摄象机10的视场角的中心指向所获得的运动方向θ(步骤525)。同时，控制部分20-1获得在时刻T2至目标M1的直线距离L2″与在时刻T1至目标M1的距离Ln之差，并使跟踪设备即CCD摄象机10沿着目标M1的运动方向θ移动该距离差(步骤526)。借助这种操作，在时刻T2，至目标M1的直线距离L2变得等于时刻T1的直线距离L1(L1＝L2＝L)。
随后，控制部分20-1存储CCD)摄象机10的运动方向(运动角度)θ(步骤527)，并设定n＝n+1(步骤528)即n＝3。流程随后返回到步骤502。
借助这种操作，控制部分20-1测量了时刻T3时沿着深度方向至目标M1的距离L3(步骤502)，并装载了时刻T3时目标M1的图象数据O3(图23C)(步骤503)。如果步骤504为“否”，流程进行到步骤508，以获得在时刻T2沿着深度方向至目标M1的距离L2与在时刻T3沿着深度方向至目标M1的距离L3’之差，作为目标M1沿着深度方向的运动距离。
控制部分20-1，通过对时刻T3的图象数据O3进行L3’/L2的放大/缩小处理(在此情况下为缩小处理)，而获得图象数据A3。控制部分20-1把该图象数据A3设定为核对图象数据(图23E)，并对该核对图象数据进行两维离数付里叶变换(步骤510)。控制部分20-1把该数据作为付里叶图象数据进行存档(步骤511)。
控制部分20-1在时刻T2读出已经在步骤512得到存档的付里叶图象数据，作为登记付里叶图象数据(步骤512)，并还在时刻T3读出在步骤512存档的付里叶图象数据，作为核对付里叶图象数据(步骤513)。控制部分20-1随后合成这些登记和核对付里叶图象数据(步骤514)。控制部分20-1随后对所产生的合成付里叶图象数据进行幅度压缩处理(步骤515)，并还对该数据进行两维离散付里叶变换(步骤516)。
控制部分20-1检查CCD摄象机10的视场方向在时刻T2与时刻T3之间的间隔中是否发生了改变(步骤517)。如果CCD摄象机10的视场方向已经发生了改变，流程进行到步骤518。如果视场方向没有改变，流程进行到步骤520。在此情况下，由于CCD摄象机10的视场方向已经在步骤526发生了改变，流程进行到步骤518。
借助这种操作，控制部分20-1读出在步骤527存储的CCD摄象机10的运动方向(运动角度)θ和距离，并根据该运动方向和距离来校正在步骤516中获得的合成付里叶图象数据中出现的相关分量区中的相关峰的位置。在步骤516中获得的合成付里叶图象数据中，如图23G所示，包括背景峰的相关峰Pb2与表示目标M1的峰的相关峰Pa2出现在该相关分量区中。相关峰Pb2和Pa2的位置被设定为位置信息—该位置信息包括了表示CCD摄象机10的视场方向的移动的信息，因为CCD摄象机10的取景器已经在时刻T2与时刻T3之间的间隔中发生了移动。相关峰Pb2和Pa2的位置被移动了CCD摄象机10的视场方向已经移动的角度θ，以获得相关峰Pb2’和Pa2’(图23H)。
控制部分20-1在一个范围—该范围不包括在校正的相关分量区的中心附近的一个部分—中提取一个相关峰(步骤519)，并获得该提取相关峰Pa2’的坐标(步骤521)。控制部分20-1，从相关峰Pa2’的坐标位置，获得目标M1在时刻T2与时刻T3之间的间隔中沿着水平方向的运动距离(步骤522)，并重复步骤523和随后步骤中的处理。
如上所述，根据本实施例的跟踪设备，在时刻Tn输入的图象数据，根据空间频率特性，被与在时刻Tn+1输入若图象数据进行核对，且作为核对的结果而获得目标M1的运动方向和距离。因而该设备变得能够抵抗噪声的影响。另外，即使目标M1很大，也能够在不需要特征量提取的情况下获得目标的运动方向和距离，从而使处理变得简单。
在此实施例中，两维离散付里叶变换是在付里叶变换部分20-7中进行的。然而，这种处理也可以在控制部分20-1中进行。另外，在此实施例中，两维离散付里叶变换是在图24的步骤516中进行的。然而，也可以进行两维离散付里叶逆变换而不是两维离散付里叶变换。即，可以对已经经历了幅度压缩处理的合成付里叶图象数据进行两维离散付里叶逆变换，而不是两维离散付里叶变换。定量地说，不论是进行两维离散付里叶变换还是进行两维离散付里叶逆变换，都不会改变核对精度。基于两维离散付里叶逆变换的处理在参考文献1中得到了公布。
在此实施例中，首先对合成付里叶图象数据进行幅度压缩处理，且随后进行两维离散付里叶变换(步骤514和515)。然而，也可以在合成之前对登记和核对付里叶图象数据进行幅度压缩处理，并随后对所产生的数据进行合成。更具体地说，图24中的步骤515可以省略，且可以在步骤510与511之间设置进行幅度压缩处理的步骤529-1和529-2，如图26A和26B所示。或者，如图26C所示，图24中的步骤515可以省略，并可以在步骤513与514之间设置进行幅度压缩处理的步骤529。
在此情况下，已经经历了幅度压缩处理的登记付里叶图象数据和核对付里叶图象数据，是借助步骤529的幅度压缩处理而获得的。合成付里叶图象数据是通过对这些付里叶图象数据进行合成而获得的。
在此情况下，合成付里叶图象数据的幅度的压缩比低于在其中幅度压缩处理在产生合成付里叶图象数据之后进行的情况(图24)的压缩比。因此，在产生合成付里叶图象数据之后进行幅度压缩处理的方法(图24)的核对精度高于在进行了幅度压缩处理之后产生合成付里叶图象数据的方法(图26)。在其中在进行了幅度压缩处理之后产生合成付里叶图象数据的情况下(图26)，可以对合成付里叶图象数据进行两维离散付里叶逆变换，而不是两维离散付里叶变换。
在此实施例中，进行了幅度压缩处理，但并不总是需要进行幅度压缩处理。
(实施例3B第17、18、20和21个方面)在实施例3A中，在时刻Tn摄取的图象数据被设定为登记图象数据，且在时刻Tn+1摄取的图象数据被设定为核对图象数据。这些图象数据根据空间频率特性而被相互核对，以获得从相关分量区的中心至相关峰的位置的距离，作为目标M1沿着水平方向的运动距离。与此相对比，在实施例3B中，在时刻Tn摄取的图象数据被设定为核对图象数据，且在时刻Tn+1摄取的图象数据被设定为登记图象数据。借助这种操作，在以与实施例3A中相同的方式获得目标M1沿着水平方向的运动距离。
在此情况下，图23I中的数据是相对于图23F中的数据而获得的，且在图23J中的数据是相对于图23H中的数据而获得的。即，相关峰Pa1和Pa2’在图23F和23H中出现在与相关峰Pa1’和Pa2″相对的位置上。因此，在此情况下，获得从相关峰Pa1’(Pa2″)的位置至相关分量区的中心P0的距离，作为目标M1的运动距离。
(实施例3C第22个方面)在实施例3A和3B中，获得目标M1的运动矢量Bn，且根据目标M1的运动矢量Bn并利用时刻Tn作为起点获得目标M1在时刻Tn+1的运动方向θ和至时刻Tn+1的目标M1的直线距离Ln+1″。CCD摄象机10的视角场的中心指向所获得的运动方向θ。另外，获得了至时刻Tn+1的目标M1的直线距离Ln+1″与至时刻Tn的目标M1的距离Ln之差(绝对值)。跟踪设备沿着目标M1的运动方向θ被移动了该距离差。然而，该跟踪设备也可以在不改变CCD摄象机10的方向的情况下沿着与目标M1的运动矢量Bn相同的矢量进行移动。
更具体地说，如图27的跟踪轨迹II所距离的，即使跟踪设备是在不改变CCD摄象机10的方向的情况下按照与目标M1的运动矢量Bn相同的运动矢量Bn’而进行移动的，也能够在至目标M1的直线距离被保持在距离L的同时继续进行跟踪。在此情况下，由于CCD摄象机10的方向即跟踪设备的方向不需要改变，所以能够进行迅速的跟踪。另外，控制部分20-1进行的处理，由于不需要与图24中的步骤524和525对应的步骤，而得到了简化，如图28的流程图所显示的。实施例3C的跟踪方法中的跟踪距离比实施例3A的跟踪方法中的(跟踪轨迹I)长，这是不利的。
(实施例3D第23个方面)在实施例3A至3C中，至目标M1的距离是借助距离测量单元60测量的。但如图29所示，一种跟踪设备可包括CCD摄象机10-1和10-2，以从来自CCD摄象机10-1和10-2的输入图象测量至目标M1的距离。即，沿着水平方向至目标M1的运动距离，可以从来自CCD摄象机10-1的输入图象获得，同时目标M1沿着深度方向运动距离可以从来自CCD摄象机10-1和10-2的输入图象而获得。
在此情况下，CCD摄象机10-2所摄取的图象数据被设定为登记图案数据，且对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，以产生登记付里叶两维图案数据。同时，CCD摄象机10-2摄取的图象数据被设定为核对图案数据，并对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换，以产生登记付里叶两维图案数据。这些登记和核对付里叶两维图案数据被相互合成。随后对所产生的合成付里叶两维图案数据进行幅度压缩处理。随后，对所产生的数据进行两维离散付里叶变换。在不包括接近在已经经历了付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区的中心的一个部分的一个范围中，获得一个相关峰。沿着深度方向至目标M1的距离Ln(Ln+1’)，根据从相关峰的位置互相关分量区的中心的距离，按照以下的公式(1)，而被测量出来Ln(Ln+1’)＝f-C/A……(1)其中f是各个透镜的焦距，C是透镜之间的距离，且A是从相关峰的位置至相关分量区的中心的距离。
在此实施例中，可以通过在对合成付里叶两维图案数据进行了幅度压缩处理之后对该合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶逆变换—而不是在对合成付里叶两维图案数据进行了幅度压缩处理之后对其进行两维离散付里叶变换，而获得目标M1沿着深度方向的运动距离。另外，这种设备可以通过对登记图案数据进行两维离散付里叶变换并随后对所产生的数据进行幅度压缩处理，产生出登记付里叶两维图案数据，并还可通过对核对图案数据进行两维离散付里叶变换并随后对所产生的数据进行幅度压缩处理—而不是对合成付里叶两维图案数据进行幅度压缩处理，而产生核对付里叶两维图案数据。另外，并不总是需要进行幅度压缩处理。CCD摄象机10-1和10-2的位置不仅限于上和下位置。这些摄象机可以沿着任意方向设置，例如水平方向和倾斜方向。
在上述实施例中，图25中的水平方向、竖直方向(与附图表面垂直)、以及深度方向分别被定义为X、Y和Z方向，且为了描述方便而假定目标M1沿着X方向移动。但如果目标M1是飞行器，目标M1沿着Y方向和X和Z方向移动。在此情况下，目标M1在X-Y平面上的运动距离，能够从相关峰的位置，以与其中获得沿着水平方向的运动距离的情况中相同的方式获得。目标M1的运动矢量因而能够从X-Y平面上的运动距离和沿着深度方向的运动距离获得。
在上述实施例中，参见图23F和23G，合成付里叶图象数据的整个区域被设定为相关分量区，但该区域的一部分可被设定为相关分量区。在此情况下，表示背景的相关峰根据相关分量区的设定方式可出现在不同的位置。在此情况下，表示背景的相关峰可能出现的位置被设定为一个基准位置，且在不包括接近该基准位置的部分的一个范围中提取出一个相关峰。
从上述描述可见，根据本发明的运动方向测量装置(第一至八方面)，在时刻Tn输入的两维图案数据和在时刻Tn+1输入的两维图案数据，根据空间频率特性，而得到相互核对，且该装置本身的运动方向能够根据该核对结果，在不使该装置变成大规模系统的情况下，被准确地获得。
根据本发明的跟踪设备(第九至23个方面)，在时刻Tn输入的两维图案数据和在时刻Tn+1输入的两维图案数据，根据空间频率特性，而得到相互核对，且跟踪的运动方向和距离能够根据该核对结果而获得。该设备能够抵抗噪声的影响。另外，即使跟踪很大，也能够在不需要特征量提取的情况下获得跟踪的运动方向和量，从而简化处理。
权利要求
1.一种运动方向测量设备，其特征在于包括核对付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn输入的两维图案数据(G1)设定为核对图案数据，并通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换而产生核对付里叶两维图案数据；登记付里叶图案数据发生装置，用于将在时刻Tn+1输入的两维图案数据(G2)设定为登记图案数据，并通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换而产生登记付里叶两维图案数据；图案处理装置，用于合成该核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据，并对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；以及运动方向测量装置，用于获得在已经经历了由所述图案处理装置进行的付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个相关峰(Pa1)，并获得从相关分量区中的基准位置至相关峰的位置的一个方向，作为所述设备的运动方向。
2.一种运动方向测量设备，其特征在于包括核对付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn输入的两维图案数据(G1)设定为核对图案数据，并通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换而产生核对付里叶两维图案数据；登记付里叶图案数据发生装置，用于将在时刻Tn+1输入的两维图案数据(G2)设定为登记图案数据，并通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换而产生登记付里叶两维图案数据；图案处理装置，用于合成该核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据，并在对所产生的合成付里叶两维图案数据进行了幅度压缩处理之后对其进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；以及运动方向测量装置，用于获得在已经经历了由所述图案处理装置进行的付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个相关峰(Pa1)，并获得从相关分量区中的基准位置至相关峰的位置的一个方向，作为所述设备的运动方向。
3.一种运动方向测量设备，其特征在于包括核对付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn输入的两维图案数据(G1)设定为核对图案数据，并通过在对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换之后对其进行幅度压缩处理，而产生核对付里叶两维图案数据；登记付里叶图案数据发生装置，用于将在时刻Tn+1输入的两维图案数据(G2)设定为登记图案数据，并通过在对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换之后对其进行幅度压缩处理，而产生登记付里叶两维图案数据；图案处理装置，用于合成该核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据，并对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；以及运动方向测量装置，用于获得在已经经历了由所述图案处理装置进行的付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个相关峰(Pa1)，并获得从相关分量区中的基准位置至相关峰的位置的一个方向，作为所述设备的运动方向。
4.一种运动方向测量设备，其特征在于包括登记付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn输入的两维图案数据(G1)设定为登记图案数据，并通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生登记付里叶两维图案数据；核对付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn+1输入的两维图案数据(G2)设定为核对图案数据，并通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生核对付里叶两维图案数据；图案处理装置，用于合成该登记付里叶两维图案数据和核对付里叶两维图案数据，并对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；以及运动方向测量装置，用于获得在已经经历了由所述图案处理装置进行的付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个相关峰(Pa1)，并获得从作为起点的相关峰的一个位置至在相关分量区中的一个基准位置的方向，作为所述设备的运动方向。
5.一种运动方向测量设备，其特征在于包括登记付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn输入的两维图案数据(G1)设定为登记图案数据，并通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生登记付里叶两维图案数据；核对付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn+1输入的两维图案数据(G2)设定为核对图案数据，并通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生核对付里叶两维图案数据；图案处理装置，用于合成该登记付里叶两维图案数据和核对付里叶两维图案数据，并在对所产生的合成付里叶两维图案数据进行了幅度压缩处理之后对其进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；以及运动方向测量装置，用于获得在已经经历了由所述图案处理装置进行的付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个相关峰(Pa1)，并获得从作为起点的相关峰的一个位置至在相关分量区中的一个基准位置的方向，作为所述设备的运动方向。
6.一种运动方向测量设备，其特征在于包括登记付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn输入的两维图案数据(G1)设定为登记图案数据，并通过在对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换之后对其进行幅度压缩处理，而产生登记付里叶两维图案数据；核对付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn+1输入的两维图案数据(G2)设定为核对图案数据，并通过在对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换之后对其进行幅度压缩处理，而产生核对付里叶两维图案数据；图案处理装置，用于合成该登记付里叶两维图案数据和核对付里叶两维图案数据，并在对所产生的合成付里叶两维图案数据进行幅度压缩处理之后对其进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；以及运动方向测量装置，用于获得在已经经历了由所述图案处理装置进行的付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个相关峰(Pa1)，并获得从作为起点的相关峰的一个位置至在相关分量区中的一个基准位置的方向，作为所述设备的运动方向。
7.根据权利要求1至3中的任何一项的设备，其中所述运动方向测量装置获得在合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个相关峰，在获得了不少于两个相关峰时把最接近用于获得所述设备的运动方向的前一个相关峰(Pa1)的位置的一个相关峰设定为当前相关峰(Pa2)，并获得从该相关分量区中的一个基准位置至该相关峰的位置的方向，作为所述设备的当前运动方向。
8.根据权利要求1至3中的任何一项的设备，其中所述运动方向测量装置Pb1在合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个相关峰，在获得了不少于两个相关峰时把最接近用于获得所述设备的运动方向的前一个相关峰(Pa1)的位置的一个相关峰设定为当前相关峰(Pa2)，并获得从作为起点的该相关峰的位置至该相关分量区中的一个基准位置的方向，作为所述设备的当前运动方向。
9.一种跟踪设备，其特征在于包括两维图案数据输入装置，用于输入一个预定视场中的数据，作为两维图案数据；登记付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn输入的两维图案数据设定为登记图案数据，并通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生登记付里叶两维图案数据；核对付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn+1输入的两维图案数据设定为核对图案数据，并通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生核对付里叶两维图案数据；图案处理装置，用于合成该核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据，并对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；运动矢量获得装置，用于获得在一个范围—该范围不包括在已经经历由所述图案处理装置进行的付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个基准位置附近的一个部分—中的相关峰(Pa1)，并获得从该相关分量区中的该基准位置至该相关峰的位置的方向以作为目标(M1)的运动方向，并获得从该相关分量区中的该基准位置至该相关峰的该位置的距离以作为目标的移动量；预测装置，用于根据由所述运动矢量获得装置获得的运动方向和量，预测该目标是否位于可能将要在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之外；移动装置，用于当所述预测装置预测目标将位于可能在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之外时，移动所述两维图案数据输入装置的视场，从而使目标处于在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之内；以及校正装置，用于在所述两维图案数据输入装置的视场被所述移动装置移动的情况下，且当所述运动矢量获得装置通过利用在时刻Tn+1和时刻Tn+2的两维图案数据而获得了目标的运动方向和量时，根据所述两维图案数据输入装置的视场的运动方向和量，对在通过合成时刻Tn+1和时刻Tn+2的两维图案数据而获得的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的相关峰(Pa1，Pa2)的位置进行校正。
10.一种跟踪设备，其特征在于包括两维图案数据输入装置，用于输入一个预定视场中的数据，作为两维图案数据；登记付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn输入的两维图案数据设定为登记图案数据，并通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生登记付里叶两维图案数据；核对付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn+1输入的两维图案数据设定为核对图案数据，并通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生核对付里叶两维图案数据；图案处理装置，用于合成该核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据，并对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；运动矢量获得装置，用于获得在一个范围—该范围不包括在已经经历由所述图案处理装置进行的付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的—个相关分量区中的一个基准位置附近的一个部分—中的相关峰(Pa1)，并获得从该相关分量区中的该基准位置至该相关峰的位置的方向以作为目标(M1)的运动方向，并获得从该相关分量区中的该基准位置至该相关峰的该位置的距离以作为目标的移动量；移动装置，用于根据由所述运动矢量获得装置获得的运动方向和量来移动所述两维图案数据输入装置的视场，从而使目标位于在下一个时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区中；以及校正装置，当所述运动矢量获得装置通过利用在时刻Tn+2和时刻Tn+1的两维图案数据而获得了目标的运动方向和量时，根据被所述移动装置移动的所述两维图案数据输入装置的视场的运动方向和量，对在通过合成时刻Tn+1和时刻Tn+1的两维图案数据而获得的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的相关峰(Pa1，Pa2)的位置进行校正。
11.一种跟踪设备，其特征在于包括两维图案数据输入装置，用于输入一个预定视场中的数据，作为两维图案数据；核对付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn输入的两维图案数据设定为核对图案数据，并通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生核对付里叶两维图案数据；登记付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn+1输入的两维图案数据设定为登记图案数据，并通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生登记付里叶两维图案数据；图案处理装置，用于合成该登记付里叶两维图案数据和核对付里叶两维图案数据，并对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；运动矢量获得装置，用于获得在一个范围—该范围不包括在已经经历由所述图案处理装置进行的付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个基准位置附近的一个部分—中的相关峰(Pa1)，并获得从作为起点的该相关峰的位置至该相关分量区中的一个基准位置的方向以作为目标(M1)的运动方向，并获得从该相关峰至该相关分量区中的该基准位置的距离以作为目标的移动量；移动装置，用于当所述预测装置预测目标将位于可能在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之外时，移动所述两维图案数据输入装置的视场，从而使目标处于在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之内；以及校正装置，用于在所述两维图案数据输入装置的视场被所述移动装置移动的情况下，且当所述运动矢量获得装置通过利用在时刻Tn+1和时刻Tn+2的两维图案数据而获得了目标的运动方向和量时，根据所述两维图案数据输入装置的视场的运动方向和量，对在通过合成时刻Tn+1和时刻Tn+2的两维图案数据而获得的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的相关峰(Pa1，Pa2)的位置进行校正。
12.一种跟踪设备，其特征在于包括两维图案数据输入装置，用于输入一个预定视场中的数据，作为两维图案数据；登记付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn输入的两维图案数据设定为登记图案数据，并通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生登记付里叶两维图案数据；核对付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn+1输入的两维图案数据设定为核对图案数据，并通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生核对付里叶两维图案数据；图案处理装置，用于合成该核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据，并对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；运动矢量获得装置，用于获得在一个范围—该范围不包括在已经经历由所述图案处理装置进行的付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的—个相关分量区中的一个基准位置附近的一个部分—中的相关峰(Pa1，Pa2″，Pa3″)，并获得从作为起点的该相关峰的位置至该相关分量区中的一个基准位置的方向以作为目标(M1)的运动方向，并获得从该相关峰至该相关分量区中的该基准位置的距离以作为目标的移动量；移动装置，用于根据由所述运动矢量获得装置获得的运动方向和量，移动所述两维图案数据输入装置的视场，从而使目标处于在时刻Tn+2输入的两维图案数据的数据区之内；以及校正装置，用于当所述运动矢量获得装置通过利用在时刻Tn+1和时刻Tn+2的两维图案数据而获得了目标的运动方向和量时，根据由所述移动装置移动的所述两维图案数据输入装置的视场的运动方向和量，对在通过合成时刻Tn+1和时刻Tn+2的两维图案数据而获得的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的相关峰(Pa1，Pa2)的位置进行校正。
13.根据权利要求9至12中的任何一项的设备，其中所述图案处理装置合成核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据，并在对所产生的合成付里叶两维图案数据进行了幅度压缩处理之后对其进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换。
14.根据权利要求9或10的设备，其中所述登记付里叶图案数据发生装置把在时刻Tn输入的两维图案数据设定为登记图案数据，并通过在对该登记图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对其进行幅度压缩处理，而产生登记付里叶两维图案数据，且所述核对付里叶图案数据发生装置把在时刻Tn+1输入的两维图案数据设定为核对图案数据，并通过在对该核对图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对其进行幅度压缩处理，而产生核对付里叶两维图案数据。
15.根据权利要求11或12的设备，其中所述核对付里叶图案数据发生装置把在时刻Tn输入的两维图案数据设定为核对图案数据，并通过在对该核对图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对其进行幅度压缩处理，而产生核对付里叶两维图案数据，且所述登记付里叶图案数据发生装置把在时刻Tn+1输入的两维图案数据设定为登记图案数据，并通过在对该登记图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对其进行幅度压缩处理，而产生登记付里叶两维图案数据。
16.一种跟踪设备，其特征在于包括两维图案数据输入装置，用于输入在一个预定视场中的数据，作为两维图案数据；距离测量装置(60)，用于测量沿着一个深度方向至位于所述两维图案数据输入装置的一个视场中的一个目标的距离；深度方向距离获得装置，用于获得由所述距离测量装置测量到的、在时刻Tn沿着该深度方向至目标的距离Ln与在时刻Tn+1沿着该深度方向至目标的一个距离Ln+1’，作为目标沿着深度方向的运动距离；登记付里叶图案数据发生装置，用于将在时刻Tn输入的两维图案数据(O1)设定为登记图案数据，并通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，产生出登记付里叶两维图案数据；放大/缩小处理装置，用于根据由所述距离测量装置测量到的、在时刻Tn沿着深度方向至该目标的距离Ln与在时刻Tn+1沿着该深度方向至该目标的距离Ln+1’之间的比值，对在时刻Tn+1输入的两维图案数据进行放大/缩小处理；核对付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn+1输入的两维图案数据(O2)设定为核对图案数据，并通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生出核对付里叶两维图案数据；图案处理装置，用于合成该登记付里叶两维图案数据和核对付里叶两维图案数据，并对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；运动距离获得装置，用于获得在一个范围—该范围不包括在已经经历了由所述图案处理装置进行的付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个基准位置附近的一个部分—中的一个相关峰(Pa1)，并获得从相关分量区中的该基准位置至该相关峰的一个位置的距离以作为该物体在与深度方向垂直的平面上的运动距离；运动矢量获得装置，用于从由所述深度方向距离获得装置和所述运动距离获得装置获得的目标沿着深度方向的运动距离和目标在与深度方向垂直的平面上的运动距离，获得目标的一个运动矢量(B1)；以及移动装置，用于根据由所述运动矢量获得装置获得的目标的运动矢量，移动所述两维图案数据输入装置的位置。
17.一种跟踪设备，其特征在于包括两维图案数据输入装置，用于输入在一个预定视场中的数据，作为两维图案数据；距离测量装置(60)，用于测量沿着一个深度方向至位于所述两维图案数据输入装置的一个视场中的一个目标的距离；深度方向距离获得装置，用于获得由所述距离测量装置测量到的、在时刻Tn沿着该深度方向至目标的距离Ln与在时刻Tn+1沿着该深度方向至目标的一个距离Ln+1’，作为目标沿着深度方向的运动距离；核对付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn输入的两维图案数据(O1)设定为核对图案数据，并通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生出核对付里叶两维图案数据；放大/缩小处理装置，用于根据由所述距离测量装置测量到的、在时刻Tn沿着深度方向至该目标的距离Ln与在时刻Tn+1沿着该深度方向至该目标的距离Ln+1’之间的比值，对在时刻Tn+1输入的两维图案数据进行放大/缩小处理；登记付里叶图案数据发生装置，用于把在时刻Tn+1输入的两维图案数据(O2)设定为登记图案数据，并通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换，而产生出登记付里叶两维图案数据；图案处理装置，用于合成该登记付里叶两维图案数据和核对付里叶两维图案数据，并对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换；运动距离获得装置，用于获得在一个范围—该范围不包括在已经经历了由所述图案处理装置进行的付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的一个基准位置附近的一个部分—中的一个相关峰(Pa1)，并获得从该相关峰的一个位置至相关分量区中的该基准位置的距离以作为该物体在与深度方向垂直的平面上的运动距离；运动矢量获得装置，用于从由所述深度方向距离获得装置和所述运动距离获得装置获得的目标沿着深度方向的运动距离和目标在与深度方向垂直的平面上的运动距离，获得目标的一个运动矢量(B1)；以及移动装置，用于根据由所述运动矢量获得装置获得的目标的运动矢量，移动所述两维图案数据输入装置的位置。
18.根据权利要求16或17的设备，其中所述图案处理装置合成核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据，并在对所产生的合成付里叶两维图案数据进行了幅度压缩处理之后对其进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换。
19.根据权利要求16的设备，其中所述登记付里叶图案数据发生装置把在时刻Tn输入的两维图案数据(O1)设定为登记图案数据，并通过在对该登记图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对其进行幅度压缩处理，而产生登记付里叶两维图案数据(F1)，且所述核对付里叶图案数据发生装置把在时刻Tn+1输入并已经经历了放大/缩小处理的的两维图案数据(O2)设定为核对图案数据，并通过在对该核对图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对其进行幅度压缩处理，产生核对付里叶两维图案数据(F2)。
20.根据权利要求17的设备，其中所述核对付里叶图案数据发生装置把在时刻Tn输入的两维图案数据(O1)设定为核对图案数据，并通过在对该核对图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对其进行幅度压缩处理，而产生核对付里叶两维图案数据(F1)，且所述登记付里叶图案数据发生装置把在时刻Tn+1输入并已经经历了放大/缩小处理的的两维图案数据(O2)设定为登记图案数据，并通过在对该登记图案数据进行了两维离散付里叶变换之后对其进行幅度压缩处理，而产生登记付里叶两维图案数据(F2)。
21.根据权利要求16至20中的任何一项的设备，其中所述移动装置根据由所述运动矢量获得装置获得的目标的运动矢量而获得目标(M1)在时刻Tn+1的把时刻Tn被作为起点的运动方向θ，以及在时刻Tn+1至目标的直线距离Ln+1″，使所述两维图案数据输入装置的视场的中心指向所获得的运动方向θ，获得所获得的直线距离Ln+1″与在时刻Tn至该目标的距离Ln之差，并使所述两维图案数据输入装置沿着该运动方向θ移动该距离差。
22.根据权利要求16至20中的任何一项的设备，其中所述移动装置根据由所述运动矢量获得装置获得的该目标的运动矢量，通过利用同一矢量作为运动矢量，来移动所述两维图案数据输入装置的位置。
23.根据权利要求16至22中的任何一项的设备，其中所述距离测量装置包括第一和第二摄象机(10-1，10-2)，把所述摄象机之一与所述两维图案数据输入装置结合使用，将由所述第一摄象机摄取的图象数据设定为登记图案数据，通过对该登记图案数据进行两维离散付里叶变换而产生登记付里叶两维图案数据，把所述第二摄象机摄取的图象数据设定为核对图案数据，通过对该核对图案数据进行两维离散付里叶变换而产生核对付里叶两维图案数据，合成该核对付里叶两维图案数据和登记付里叶两维图案数据，对所产生的合成付里叶两维图案数据进行两维离散付里叶变换或两维离散付里叶逆变换，获得在一个范围—该范围不包括在已经经历了付里叶变换的合成付里叶两维图案数据中出现的一个相关分量区中的基准位置附近的部分—中的相关峰，并根据该相关峰的位置与该相关分量区中的该基准位置之间的距离测量沿着深度方向至该目标的距离。
全文摘要
一个运动方向测量设备,包括核对数据产生部分,登记数据产生部分,图案处理部分和运动方向测量部分。核对数据产生部分对在时间Tn输入的图案数据产生核对两维图案数据。登记数据产生部分对在时间T
文档编号G06T7/20GK1185698SQ9712125
公开日1998年6月24日 申请日期1997年10月31日 优先权日1996年10月31日
发明者中岛宽, 小林孝次 申请人:山武·霍尼韦尔公司