(57)【要約】【課題】計算処理能力および通信能力の限られた複数センサ信号の統合処理装置に関して、目標検出率を低減することなく、統合処理装置へのデータ伝送量を低減し、統合処理装置の処理負荷を低減することができるセンサ情報処理装置を提供する。【解決手段】単一もしくは複数のセンサの観測信号を解析して、センサの観測領域内の各位置における観測信号値を求める観測部と、得られた観測信号値に基づいて、目標の信号である可能性のある信号（以下、目標信号候補）を検出するセンサ情報処理部と、目標信号候補の観測情報を統合する統合処理部により、センサ情報統合装置を構成する。このとき、複数のセンサ、および複数のセンサ情報処理部、統合処理部を階層的に接続し、センサの観測信号を階層的に統合する。統合処理部では、複数のセンサ情報処理部や他の複数の統合処理部から出力される目標信号候補の中で、相関の高い目標信号候補のみを選択して統合し、統合により不要な観測情報が低減したデータを次段の統合処理部に出力する。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散配置された複数のセンサと、既センサの観測信号を解析して既センサの観測領域内の各位置における観測信号値を求める観測部と、既観測部から出力される既観測信値に基づいて目標の信号と推定される目標信号候補を検出するセンサ情報処理部と、既センサ情報処理部から出力される既目標信号候補の観測情報を統合する統合処理部から成るセンサ情報統合装置において、複数の既センサ、複数の既観測部、複数の既センサ情報処理部、および複数の既統合処理部を階層的に接続し、既統合処理部では、複数の既センサ情報処理部、および他の複数の既統合処理部から出力される既目標信号候補の相関を算出し、既相関の高い既目標信号候補の既観測情報のみを統合し、統合した既観測情報を次段の既統合処理部に出力することを特徴とするセンサ情報統合装置。
【請求項２】
請求項１においてセンサ管理部を備え、既センサ管理部では複数の既センサ間の関連度を算出し、他の既センサとの既関連度が小さい既センサを選択し、選択した既センサの既観測信号から得られる既目標候補を破棄し、既統合処理部では既関連度の大きい既センサの既観測信号から検出される既目標信号候補だけを統合的に処理することを特徴とするセンサ情報統合装置。
【請求項３】
請求項２において統合センサ管理部を備え、既統合センサ管理部では、既センサ管理部において選択された既センサと、異なる既センサ管理部の管理する複数の既センサとの既関連度を算出し、算出した既関連度に基づいて既選択したセンサと既複数のセンサから複数のセンサのサブグループを形成し、同一の既サブグループに属する既センサを一つの既センサ管理部に割り当てることを特徴とするセンサ情報統合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセンサの観測信号を統合的に処理するセンサ情報処理分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数のセンサ情報を用いて目標を検出する方法としては、（１）特開２０００−４１１１３記載の遠隔監視装置、遠隔監視システム、遠隔監視方法および記憶媒体や、（２）特開２００２−３２８７９記載の監視システムなどがある。
【０００３】
（１）では、カメラなどを使用して、監視対象の事象が発生するのを監視する。
【０００４】
何らかの事象が発生すると、あらかじめ決められた条件に従って事象の判定を行う。注目事象であると判定された場合、事象の通知や事象の保存などを行う。その結果、不要な事象の通知による人的負担の低減や、様々な事象への対応の改善が期待される。
【０００５】
（２）では、画像による監視を行う際に、異常発生箇所の特定に使用する検出画像、異常発生箇所の追尾時に記録される証拠画像、異常通知に使用する伝送画像の３種類の画像を生成する。
【０００６】
証拠画像としては高解像度の画像、伝送画像としては低解像度の画像などと設定することにより、伝送速度、安定性の向上、および証拠力の高い画像情報の取得、保存が期待される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術（１）では、不要な事象の通知を減少させることはできるが、事象の通知後はカメラ等の制御を行うまでにとどまっている。そのため、事象を誤検出していたとしても、その判定はオペレータに任されるため、事象の誤検出率が増加することもある。
【０００８】
上記従来技術（２）についても、検出した異常だけを迅速に通知することはできるが、その異常の検出率の向上や誤検出率の低減に関する特別な処理は行っていない。
【０００９】
そこで、本発明では、計算処理能力および通信能力の限られた複数センサ信号の統合処理装置に関して、目標検出率を低減することなく、統合処理装置へのデータ伝送量を低減し、統合処理装置の処理負荷を低減することができるセンサ情報処理装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では以下の手段を設ける。
単一もしくは複数のセンサの観測信号を解析して、センサの観測領域内の各位置における観測信号値を求める観測部と、得られた観測信号値に基づいて、目標の信号である可能性のある信号（以下、目標信号候補）を検出するセンサ情報処理部と、目標信号候補の観測情報（観測位置、信号強度など）を統合する統合処理部により、センサ情報統合装置を構成する。複数のセンサ、および複数のセンサ情報処理部、統合処理部を階層的に接続し、センサの観測信号を階層的に統合する。
【００１１】
統合処理部では、複数のセンサ情報処理部や他の複数の統合処理部から出力される観測情報の同一性を判定し、同一であると判定された目標信号候補の観測情報だけを統合する。
【００１２】
上記センサ情報統合装置にセンサ管理部を設ける。センサ管理部では、管理しているセンサ間の関連度を算出し、他のセンサとの関連度が小さいセンサを選択する。選択したセンサの観測信号から検出される目標信号候補を破棄し、他のセンサとの関連度が大きいセンサの観測信号から得られる目標信号候補だけを統合処理部で処理する。
【００１３】
上記センサ管理部を設けたセンサ情報統合装置に統合センサ管理部を設ける。統合センサ管理部では、各センサ管理部において選択されたセンサと、異なるセンサ管理部の管理するセンサとの関連度を算出し、算出した関連度に基づいてセンサの再グループ化を行う。同一のグループに属するセンサを一つのセンサ管理部に割り当てる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、分散配置された一つ以上のセンサの観測情報を統合して、目標を検出する装置に関する。具体的には、下記の方法を実施するソフトウェア、またはハードウェアを作成することにより実現できる。
【００１５】
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、複数のセンサの観測信号を解析して目標信号候補を検出後、各目標信号候補の同一性を判定して統合することにより目標を検出する装置に関する。
【００１６】
図１は、本実施例における複数センサを用いた目標の観測例である。
【００１７】
以降、センサとしては音響センサを仮定するが、画像センサ、レーダなど位置に対する観測値が得られる各種センサを使用することが可能である。また、図１ではセンサ数を３としているが、任意の数とすることができる。図１において、音響センサＣ１０１ｃでは音波１０３を発信し、音響センサＡ１０１ａ、Ｂ１０１ｂにより静止もしくは移動している目標１０４での反射波を受信する。領域１０２ａ、１０２ｂは、音響センサＡ１０１ａ、Ｂ１０１ｂの観測領域を示す。本実施例では、音響センサＡ１０１ａ、Ｂ１０１ｂは受波器、音響センサＣ１０１ｃは送波器としているが、音響センサＡ１０１ａからＣ１０１ｃは送波器、受波器、および送受波器のどの形式でも良い。ただし、送波器か送受波器、および受波器か送受波器は、それぞれ一つ以上必要である。
【００１８】
図２は、本実施例におけるセンサ情報統合装置の構成図である。
【００１９】
装置はサブ装置２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃから構成され、それらは有線もしくは無線のネットワークで接続される。各サブ装置は、センサ１０１とのインタフェース２０１、一連の処理を行うＣＰＵ２０２、プログラムやデータを格納するメモリ２０３、外部機器とのインタフェース２０４、外部のサブ装置との通信インタフェース２０６、およびこれらを結合するバス２０７と、センサ１０１、データベース２０５、通信機器２０８から構成される。図２ではサブ装置数２１０は３であるが、サブ装置２１０をさらに追加してより多段の構成とすることが可能である。
【００２０】
図３は、センサ情報統合装置における処理のブロック図である。
【００２１】
観測部３０１では、各音響センサ１０１の観測信号を解析して、音響センサ１０１の観測領域１０２内の各位置における観測信号値（反射波の信号強度）を求める。センサ情報処理部３０２では、各音響センサ１０１により得られた各位置における観測信号値に基づいて、目標の信号である可能性のある信号（以下、目標信号候補）を検出し、検出した目標信号候補に関する観測情報を統合処理部３０３へ送信する。
【００２２】
ここで、観測情報とは、信号を観測した位置や信号強度を意味する。観測情報としては、過去の観測位置や速度なども使用することができる。統合処理部３０３では、複数のセンサ情報処理部３０２や他の複数の統合処理部３０３から出力される目標信号候補の観測情報の同一性を判定し、同一であると判定された目標信号候補の観測情報を統合する。図３では各観測部に対して一つのセンサを接続しているが、複数のセンサを接続することもできる。また、サブ装置数に応じて各処理部の構成も変化する。
【００２３】
以下、観測部３０１、センサ情報処理部３０２、統合処理部３０３における処理の具体例を示す。本処理はサブ装置２１０のメモリ２０３内に格納され、ＣＰＵ２０２により実行される。以下の具体例では、観測情報として、現時点における信号の観測位置、および信号強度を使用する。
【００２４】
観測部３０１では、音響センサ１０１の観測信号を相関処理などの信号解析法を用いて解析する。図４は観測部３０１の解析結果例である。画像４０１ａ、４０１ｂは、それぞれ音響センサＡ１０１ａ、Ｂ１０１ｂの各位置における観測信号値を輝度値とした画像である。点４０３は観測信号、領域４０２ａ、４０２ｂは音響センサＡ１０１ａ、Ｂ１０１ｂの観測領域、点４０４ａ、４０４ｂはセンサ位置である。信号解析方法としては、文献１（Ｒｉｃｈａｒｄ　Ｏ．Ｎｉｅｌｓｅｎ、“Ｓｏｎａｒ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”、Ａｒｔｅｃｈ　Ｈｏｕｓｅ、１９９１）に記載されているような各種信号解析方法を使用することができる。
【００２５】
図５はセンサ情報処理部３０２における具体的な処理手順である。以下、図５の番号をステップ番号として、センサ情報処理部３０２における処理手順を示す。
【００２６】
ステップ５０１（観測信号格納）では、観測部３０１で得られた観測画像をセンサ情報処理部のデータベース２０５に格納する。
【００２７】
ステップ５０２（目標信号候補検出）では、データベース内の過去の観測画像、および新たに観測された観測画像について以下の処理を実行する。目標の運動を仮定して各時刻における画像上の位置を算出し、その位置における画素値を累加する。累加した輝度値に対してしきい値Ｔｄのしきい値処理を行い、目標信号候補を検出する。
【００２８】
ステップ５０３（信頼度算出）では、検出した目標信号候補の信頼度ｒｂを算出する。信頼度としては、同一の目標信号候補を観測している継続時間を使用する。そのほか、目標信号候補以外の信号を雑音と仮定したときの信号対雑音比、目標信号候補の観測位置におけるセンサの探知確率などを信頼度として使用することができる。
【００２９】
ステップ５０４（信頼度判定）では、信頼度ｒｂに対してしきい値Ｔｂのしきい値処理を実行する。具体的には、信頼度ｒｂ≧Ｔｂである場合、以下のステップ５０５の処理を実行する。信頼度ｒｂ＜Ｔｂである場合、処理を終了する。
【００３０】
ステップ５０５（観測情報送信）では、ステップ５０２で検出した目標信号候補の観測情報を統合処理部３０３に出力する。
【００３１】
図６は統合処理部３０３における具体的な処理手順を示す。
【００３２】
図７は、その相関値の説明図である。
【００３３】
図７において、点ｚ１（ｋ）６０１、ｚ２（ｋ）６０２、ｚ３（ｋ）６０３は時刻ｔ（ｋ）において新たに検出された目標信号候補、軌跡｛ｚ（ｋ−３）、ｚ（ｋ−２）、ｚ（ｋ−１）｝６０４は時刻ｔ（ｋ−１）までに検出された目標の軌跡である。以下、図６の番号をステップ番号として、統合処理部３０３における処理手順を示す。
【００３４】
ステップ６０１（観測情報取得）では、時刻ｔ（ｋ）および時刻ｔ（ｋ）以前に検出された目標信号候補の観測情報をデータベース２０５より取得する。
【００３５】
ステップ６０２（相関値算出）では、センサ情報処理部より出力された目標信号候補の観測情報と検索した目標信号候補の観測情報の相関値ｒを算出する。
【００３６】
具体的には、カルマンフィルタにより、過去の観測情報から時刻ｔ（ｋ）における目標の存在分布を推定し、目標信号候補の観測位置誤差分布とのマハラノビス距離ｍｄを算出する。この距離ｍｄの逆数を相関値ｒとする。同じ時刻に観測された目標信号候補については、目標信号候補の観測位置誤差分布間のマハラノビス距離ｍｄの逆数を相関値ｒとする。ただし、同一の目標信号候補間の相関値ｒはｒ＝−∞とする。カルマンフィルタ、およびマハラノビス距離については、文献２（中野道雄、西山清、“カルマンフィルタ”、丸善、１９９３）、３（鳥脇順一郎、“認識工学”、コロナ社、１９９３）に記載されている。
【００３７】
ステップ６０３（相関値判定）では、相関値ｒについて、しきい値Ｔｒのしきい値処理を実行する。ｒ≧Ｔｒの場合、以下のステップ５０４を実行する。ｒ＜Ｔｒの場合、処理を終了する。
【００３８】
ステップ６０２、６０３からなる相関処理としては、上記以外に文献４（Ｄａｖｉｄ　Ｌ．　Ｈａｌｌ、“Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｉｑｕｅｓ　ｉｎ　Ｍｕｌｔｓｅｎｓｏｒ　Ｄａｔａ　Ｆｕｓｉｏｎ”、Ａｒｔｅｃｈ　Ｈｏｕｓｅ、１９９２）に記載されている各種相関処理を使用することができる。
【００３９】
ステップ６０４（目標位置算出）では、センサ情報処理部より出力された目標信号候補の観測情報と、検索した目標候補の観測情報を用いて目標位置を推定する。具体的には、カルマンフィルタを使用する。
【００４０】
ステップ６０５（目標信号強度算出）では、静止している目標など、目標の過去の観測位置が不変の場合、その目標の信号強度を更新する。具体的には、重み付き平均値を算出し、目標の信号強度とする。そのほか、目標の信号強度の算出方法としては上記文献４などに記載の種々の方法を使用することができる。
【００４１】
ステップ６０６（統合観測情報格納）では、統合した観測情報、すなわち統合した目標信号候補の位置、および信号強度をデータベース２０５に格納する。
【００４２】
ステップ６０７（統合観測情報送信）では、統合して得られた目標信号候補の観測情報をより上位の統合処理部３０３ｂに出力する。
【００４３】
以上のように、誤検出の次段の処理への出力を減少させ、信頼度の高い情報だけを階層的に統合、出力することにより、目標の検出率を低減することなく、統合処理装置における処理負荷を低減することが期待できる。
【００４４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、センサの管理部を備えたセンサ情報統合装置に関する。上記の実施例との相違点は、使用するセンサを選択するセンサ管理部が加わった点である。
【００４５】
図８は、本実施例におけるセンサ情報統合装置のブロック図である。
【００４６】
矢印８１０は各装置からのデータフローを示す。センサ管理部８０１では、センサの観測領域間の関連度に基づいて、統合処理部に出力する観測情報の取捨選択を行う。観測情報の選択は、センサ情報処理部３０２より目標信号候補が検出され、次段の処理部に出力された時に行う。また、所定の時刻にセンサ間の関連度を算出し、あらかじめ目標の観測に使用するセンサを選択することも可能である。センサ数については、２以上の任意の数とすることが可能であり、各観測部に対して複数のセンサを接続することができる。
【００４７】
図９は、センサ管理部８０１における具体的な処理手順であり、
図１０は、センサ管理部８０１における処理の説明図である。
【００４８】
図１０において、領域１００２は音響センサＤ１００１の観測領域、領域１００３は音響センサＡ１０１ａおよびＢ１０１ｂの観測領域が重なる領域である。以下、図９の番号をステップ番号として、センサ管理部８０１における処理手順を示す。
【００４９】
ステップ９０１（センサパラメータ取得）では、各センサ１０１のパラメータをデータベース２０５より取得する。ここで、パラメータとは、センサの姿勢、位置、およびセンサ自身のスペックを意味する。
【００５０】
ステップ９０２（関連度算出）では、全ての異なるセンサのペアに対して、二つのセンサの関連の度合いを表す関連度ｒｄを算出する。関連度としては、センサのパラメータより算出される各センサの観測領域の重なり面積やセンサ間の距離、種類などを使用する。関連度ｒｄはその値が大きいほどセンサ間の関連性が高いとする。図１０の例では、関連度ｒｄを領域の重なり面積Ｓで定義する。音響センサＡ１０１ａとＢ１０１ｂの観測領域の重なり領域１００２の面積Ｓが、音響センサＡ１０１ａとＤ９０１、および音響センサＢ１０１ａとＤ９０１の重なり領域の面積（＝０）より大きいため、二つの音響センサＡ１０１ａ、Ｂ１０１ｂの関連性はそれ以外のセンサのペアに比べて高くなる。
【００５１】
ステップ９０３（センサのグループ化）では、各センサ間の関連度ｒｄについて、しきい値Ｔｄのしきい値処理を実行し、他のすべてのセンサとの関連度ｒｄに関してｒｄ≧Ｔｄの関係が成立するセンサのグループを形成する。
【００５２】
ステップ８０４（観測情報送信）では、センサ情報処理部３０２より出力された目標信号候補が、グループのメンバとして選択されたセンサの観測信号である場合、その目標信号候補を出力し、統合処理部３０３の処理対象とする。
【００５３】
以上のように、関連性の高いセンサの観測信号だけを統合処理部３０３で処理することにより、目標の検出率を低減することなく、統合処理装置における処理負荷を低減することが期待できる。
【００５４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、統合センサ管理部を備えたセンサ情報統合装置に関する。上記の実施例との相違点は、センサ情報処理部や統合処理部の出力送信先を変更する統合センサ管理部を設けた点である。
【００５５】
図１１は、本実施例におけるセンサ情報統合装置のブロック図である。
【００５６】
矢印１１１０はサブ装置２１０ｄ、２１０ｅとサブ装置１１０２間のデータフローを示す。サブ装置１１０２は、サブ装置２１０のメモリ２０３内のプログラムを変更することにより実現する。統合センサ管理部１１０１では各センサ管理部８０１の管理、およびセンサ管理部８０１とセンサ１０１の組合せの変更を行う。なお、センサ数は２以上の任意の数とすることが可能であり、観測部に対しては複数のセンサを接続することができる。また、各処理部をさらに追加してより多段の構成とすることが可能である。
【００５７】
図１２は、統合センサ管理部１１０１における具体的な処理手順である。以下、図１２の番号をステップ番号として、統合センサ管理部１１０１における処理手順を示す。
【００５８】
ステップ１２０１（センサのサブグループ化）では、センサ管理部８０１ごとに、ステップ９０１から９０３と同様の方法によりセンサ１０１をグループ化する。
【００５９】
ステップ１２０２（センサ選択）では、各センサ管理部８０１で生成したセンサ１０１のサブグループに属さないセンサを選択し、そのパラメータをデータベース２０５より取得する。
【００６０】
ステップ１３０３（他グループとの関連度算出）では、選択したセンサと各サブグループ内のセンサとの関連度ｒｄをステップ９０２と同様の方法により算出する。
【００６１】
ステップ１３０４（再グループ化）では、関連度ｒｄについてしきい値Ｔｄのしきい値処理を実行し、選択したセンサとサブグループ内のすべてのセンサについてｒｄ≧Ｔｄの関係が成立するサブグループを選択する。サブグループが複数存在する場合には、関連度ｒｄが最大となるサブグループを選択する。選択したセンサとサブグループにより新たにグループを形成し、一つのセンサ管理部８０１にその管理を割り当てる。
【００６２】
以上のように、有効なセンサを再グループ化して関連性の高いセンサの観測信号だけを統合処理部３０３で処理することにより、目標の検出率を低減することなく、統合処理装置における処理負荷を低減することが期待できる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、複数センサの観測信号を階層的に統合することにより、目標検出率を低減することなく、統合処理装置へのデータ伝送量を低減し、統合処理装置の処理負荷を低減できるセンサ情報処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の音響センサを用いた目標の観測例。
【図２】センサ情報統合装置の構成図。
【図３】センサ情報統合装置における処理のブロック図。
【図４】観測部の解析結果例。
【図５】センサ情報処理部における処理手順。
【図６】統合処理部における処理手順。
【図７】相関値の説明図。
【図８】センサ管理部を設けたセンサ情報統合装置における処理のブロック図。
【図９】センサ管理部における処理手順。
【図１０】センサ管理部における処理の説明図。
【図１１】統合センサ管理部を設けたセンサ情報統合装置における処理のブロック図。
【図１２】センサ管理部における処理手順。
【符号の説明】
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ：音響センサ
１０２ａ、１０２ｂ：音響センサの観測領域
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ：センサ用インタフェース
２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ：ＣＰＵ
２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ：メモリ
２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ：外部機器用インタフェース
２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ：通信用インタフェース
３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ：観測部
３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ：センサ情報処理部
３０３ａ、３０３ｂ：統合処理部
４０１ａ、４０１ｂ：反射波の信号強度を輝度値とする画像
７０１、７０２、７０３：新たに観測された目標信号候補
７０４：過去に検出された目標信号候補の軌跡
８０１ａ、８０１ｂ：センサ管理部
１００３：二つの音響センサに共通の観測領域
１１０１：統合センサ管理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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