• Title, Summary, Keyword: 확장 칼만 필터

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3-D Facial Motion Estimation Using Iterative Extended Kalman Filter (반복적 확장 칼만 필터를 이용한 얼굴의 3차원 움직임량 추정)

  • Park, Gang-Ryeong;Kim, Jae-Hui
    • The KIPS Transactions:PartB
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    • v.8B no.1
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    • pp.28-34
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    • 2001
  • 컴퓨터 시각 인식 방법을 이용하여 얼굴의 3차원 움직임 량을 추정하고자 하는 연구는 가상 현실 환경에서 얼굴 움직임에 의한 3차원 그래픽 화면 조정, 시뮬레이터에서의 훈련자 얼굴 움직임에 의한 화면 조정 및 모니터상의 시선 위치 파악 등을 위해 필수적으로 요구되는 기술로서 최근 활발히 연구되고 있다. 기존에 얼굴의 3차원 움직임 량을 추정하고자 하는 연구들은 대부분 확장 칼만 필터(extended kalman filter)를 이용하였으나, 이러한 방법은 필터의 초기 값을 정확하게 설정해야하는 제약 요소를 갖고 있으며, 또한 얼굴의 회전 방향 변화 시 이에 대처하지 못하는 경우 역시 종종 발생한다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 확장 칼만 필터의 변형 형태인 반복적 확장 칼만 필터를 이용하여 얼굴의 3차원 움직임 량을 추정하였다. 반복적 확장 칼만 필터에서는 확장 칼만 필터에서 계산되어 나오는 추정 오차 공분산 행렬 값이 미리 정해진 임계치보다 커지는 경우, 현재 얼굴의 움직임 량을 제대로 추정하지 못하고 있는 것으로 판단하여 칼만 필터에서 사용하는 회전 및 이동 속도, 그리고 회전 및 이동 각 속도를 변형함으로써 얼굴의 움직임 량을 정확하게 추정할 수 있도록 하는 방법이다. 실험 결과 반복적 확장 칼만 필터를 사용하였을 경우에 얼굴의 급격한 회전 방향 변화에도 얼굴의 3차원 움직임 량을 정확하게 추정할 수 있음을 알 수 있었다.

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Sensorless speed control of permanent magnet synchronous motor using square-root extended kalman filter (제곱근 확장 칼만 필터에 의한 영구자석 동기전동기의 센서리스 속도제어)

  • Moon, Cheol;Kwon, Young-Ahn
    • Journal of the Korean Society of Marine Engineering
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    • v.40 no.3
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    • pp.217-222
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    • 2016
  • This study investigates the design, analysis, and implementation of the square-root extended Kalman filter by using an algorithm derived by combining the Potter or Carlson algorithm with the modified Gram-Schmidt algorithm, for sensorless speed control of a permanent-magnet synchronous motor. The sensitivity of the Kalman filter to round-off errors is a well-known problem. A possible way to address this limitation is by combining the square-root concept and Kalman filter that can improve the numerical performance and solve instability-related problems such as divergence. This paper presents the design and analysis of the implementation of such a square-root extended Kalman filter. To demonstrate the performance of the proposed filter, experimental results under several operating conditions, such as high and low speeds, reversal rotation, detuned parameters and load test, have been analyzed. Further, code sizes and operation times have been compared. Experimental results establish the performance of the proposed square-root extended Kalman filter-based estimation technique for sensorless speed control of a permanent-magnet synchronous motor.

Quadratic Kalman Filter Object Tracking with Moving Pictures (영상 기반의 이차 칼만 필터를 이용한 객체 추적)

  • Park, Sun-Bae;Yoo, Do-Sik
    • The Journal of Advanced Navigation Technology
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    • v.20 no.1
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    • pp.53-58
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    • 2016
  • In this paper, we propose a novel quadratic Kalman filter based object tracking algorithm using moving pictures. Quadratic Kalman filter, which is introduced recently, has not yet been applied to the problem of 3-dimensional (3-D) object tracking. Since the mapping of a position in 2-D moving pictures into a 3-D world involves non-linear transformation, appropriate algorithm must be chosen for object tracking. In this situation, the quadratic Kalman filter can achieve better accuracy than extended Kalman filter. Under the same conditions, we compare extended Kalman filter, unscented Kalman filter and sequential importance resampling particle filter together with the proposed scheme. In conculsion, the proposed scheme decreases the divergence rate by half compared with the scheme based on extended Kalman filter and improves the accuracy by about 1% in comparison with the one based on unscented Kalman filter.

The Unscented Kalman Filter Based Backward Filters for the Precise INS/GPS System (정밀 INS/GPS시스템을 위한 언센티드 칼만 필터 기반의 역방향 필터연구)

  • Kwon, Jay-Hyoun;Lee, Jong-Ki;Lee, Ji-Sun
    • Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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    • v.13 no.2
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    • pp.157-167
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    • 2010
  • Unscented Kalman filter based backward filter is derived and the positions from extended Kalman filter, unscented Kalman filter, and extended Kalman smoother are compared and analyzed through a simulation test. Considering the poor GPS signal reception, the simulation is performed under the assumption of only the start and end points of the trajectory, composed of 4 curves and 5 straight sections in the area of $40m{\times}40m $, are known. The test shows that the smoothers generate much better positioning results of 8~9m improvement compared to those from the forward filters. For the comparison between the smoothers, the analysis is performed separately for the curves and straight segments. In both cases, the unscented Kalman smoother generates better positioning error; 10cm and 23cm improved positioning results in straight segment and curves, respectively.

A Study on Traning Method of Wavelet Neural Network Using Extended Kalman Filter (확장 칼만 필터를 이용한 웨이블릿 신경 회로망의 학습 방법에 관한 연구)

  • Kim, Kyung-Ju;Choi, Yoon-Ho;Park, Jin-Bae
    • Proceedings of the KIEE Conference
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    • pp.2197-2199
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    • 2004
  • 시간 및 주파수 특성 분석이 용이한 웨이블릿 변환을 네트워크화 시킨 웨이블릿 신경 회로망의 파라미터 학습 방법에는 오차 역전파 알고리듬 및 유선 알고리듬 등이 있으나 이러한 학습 방법들은 수렴 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 웨이블릿 신경 회로망의 최적 파라미터를 결정하기 위한 학습방법으로 확장 칼만 필터 알고리듬을 제안한다. 일반적으로 확장 칼만 필터 알고리듬은 복잡한 연산 과정에 불구하고 적은 학습 횟수로 빠른 수렴 특성을 가진다. 제안한 방법의 효율성을 검증하기 위해 확장 칼만 필터 학습 방법을 적용한 웨이블릿 신경 회로망을 혼돈 시스템 동정에 적용하여 경사 하강법을 사용한 기존의 신경 회로망에 비해 더 양호한 성능을 가짐을 검증하고자 한다.

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확장칼만 필터를 이용한 인공 위성의 궤도 추정에 관한 모의 실험

  • 손건호;최규홍
    • Bulletin of the Korean Space Science Society
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    • pp.19-19
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    • 1993
  • 위성의 실제 궤도를 실시간하에서 추정(real-time estimation)하기 위해 지구 비대칭 중력장, 지구 대기의 저항력,그리고, 태양과 달의 위성체에 대한 섭동의 영향을 받는 지구 근방의 위성을 동력학적 모델로 선택하였다. 위성 관측소에서 얻게될 가상의 위성 궤도 자료들은 실제 관측에서 나타날 수 있는 관측 잡음(measurement noise)뿐 아니라 추적소 고도 등의 불확실한 요소들을 포함한다. 또한 수치 모델에서 고려치 못한 섭적 난수에 의해 만들었다. 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter)의 특성을 알아 보기 위해 일차원에서의 자유낙하체에 대한 거리와 속도 추정의 모의 실험을 비교하였고, 뱃치추정 알고리즘, 순차 추정 알고리즘의 모의 실험이 거리변화율의 자료를 이용하여 확장 칼만 필터와 비교하였다. 그 결과, 확장 칼만 필터 알고리즘은 빠른 수렴 속도를 갖는 특성을 가지며, 실시간하에서 완전하지 못한 수치 모델로 실제 궤도를 결정하고 궤도 요소를 추정하는데 효과적임을 알 수 있다.

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Use of the Extended Kalman Filter for the Real-Time Quality Improvement of Runoff Data: 1. Algorithm Construction and Application to One Station (확장 칼만 필터를 이용한 유량자료의 실시간 품질향상: 1. 알고리즘 구축 및 단일지점에의 적용)

  • Yoo, Chul-Sang;Hwang, Jung-Ho;Kim, Jung-Ho
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.45 no.7
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    • pp.697-711
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    • 2012
  • This study applied the extended Kalman Filter, a data assimilation method, for the real-time quality improvement of runoff measurements. The state-space model of the extended Kalman Filter was composed of a rainfall-runoff model and the runoff measurement. This study divided the purpose of quality improvement of runoff measurements into two; one is to suppress the abnormally high variation of dam inflow data, and the other to amend the missing or erroneous measurements. For each case, a proper model of extended Kalman Filter was proposed, and the main difference between two models is whether only the variation is considered or both the bias and variation are considered in the estimation of covariance function. This study was applied to the Chungju Dam Basin to confirm the proposed models were effectively worked to improve the quality of both the dam inflow data and the runoff measurements with some missing and erroneous part.

Selective Extended Kalman Filter based Attitude Estimation (선택적 확장 칼만 필터 방식의 자세 추정)

  • Yun, In-Yong;Shim, Jae-Ryong;Kim, Joong-Kyu
    • Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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    • pp.973-975
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    • 2016
  • In this paper, we propose a selective extended Kalman filter based accurate pose estimation of the rigid body using a sensor fusion method. The pose of a rigid body can be estimated roughly by the Gauss-Newton method using the acceleration data and geomagnetic data, which can be refined with vision information and the gyro sensor information. However strong external interference noise makes the rough pose estimation difficult. In this paper, according to the measurement level of the external interference noise, the extended Kalman filter selectively uses mostly vision and gyro sensor information to increase the estimation credibility under strong interference noise environment.

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Development of Battery Monitoring System Using the Extended Kalman Filter (확장 칼만 필터를 이용한 배터리 모니터링 시스템 개발)

  • Jo, Sung-Woo;Jung, Sun-Kyu;Kim, Hyun-Tak
    • Journal of the Korea Convergence Society
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    • v.11 no.6
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    • pp.7-14
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    • 2020
  • A Battery Monitoring System capable of State-of-Charge(SOC) estimation using the Extended Kalman Filter(EKF) is described in this paper. In order to accurately estimate the SOC of the battery, the battery cells were modeled as the Thevenin equivalent circuit model. The Thevenin model's parameters were measured in experiments. For the Battery Monitoring System, we designed a battery monitoring device that can calculate the SOC estimation using the EKF and a monitoring server that controls multiple battery monitoring devices. We also develop a web-based dashboard for controlling and monitoring batteries. Especially the computation of the monitoring server could be reduced by calculating the battery SOC estimation at each Battery Monitoring Device.

A Performance Comparison of Nonlinear Kalman Filtering Based Terrain Referenced Navigation (비선형 칼만 필터 기반의 지형참조항법 성능 비교)

  • Mok, Sung-Hoon;Bang, Hyo-Choong;Yu, Myeong-Jong
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.40 no.2
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    • pp.108-117
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    • 2012
  • This paper focuses on a performance analysis of TRN among various nonlinear filtering methods. In a TRN research, extended Kalman filter(EKF) is a basic estimation algorithm. In this paper, iterated EKF(IEKF), EKF with stochastic linearization(SL), and unscented Kalman filter(UKF) algorithms are introduced to compare navigation performance with original EKF. In addition to introduced sequential filters, bank of Kalman filters method, which is one of the batch method, is also presented. Finally, by simulating an artificial aircraft mission, EKF with SL was chosen as the most consistent filter in the introduced sequential filters. Also, results suggested that the bank of Kalman filters can be alternative for TRN, when a fast convergence of navigation solution is needed.