(57)【要約】【課題】移動する目標物を高精度に追跡できるようにする。【解決手段】目標物に向けて光を照射するレーザ発生器１２と、レーザ発生器１２から照射された光による目標物からの反射光を撮像面に結像させることにより目標物を撮像する撮像器１１とを備える目標追跡装置において、制御部１４は、撮像器１１により撮像された画像上での像の慣性主軸を求め、慣性主軸に沿った画素値の分布に基づいて目標物の位置を算出し、算出された位置をもとにレーザ発生器１２及び撮像器１１の指向方向を駆動部１３により制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物に向けてレーザ光を照射するレーザ発生器と、
前記レーザ発生器から照射されたレーザ光による前記目標物からの反射光を撮像面に結像させることにより前記目標物を撮像する撮像器と、
前記撮像器により撮像された画像上での像の慣性主軸を求め、前記慣性主軸に沿った画素値の分布に基づいて前記目標物の位置を算出する算出部と、
前記算出された位置をもとに前記レーザ発生器及び前記撮像器の指向方向を制御する駆動部と
を具備することを特徴とする目標追跡装置。
【請求項２】
前記位置算出部は、前記慣性主軸上の最大画素値に基づいて前記目標物の位置を算出することを特徴とする請求項１記載の目標追跡装置。
【請求項３】
目標物に向けてレーザ光を照射するレーザ発生器と、前記レーザ発生器から照射されたレーザ光による前記目標物からの反射光を撮像面に結像させることにより前記目標物を撮像する撮像器とを備える目標追跡装置に用いられる方法であって、
前記撮像器により撮像された画像上での像の慣性主軸を求め、前記慣性主軸に沿った画素値の分布に基づいて前記目標物の位置を算出し、
前記算出された位置をもとに前記レーザ発生器及び前記撮像器の指向方向を制御することを特徴とする目標追跡方法。
【請求項４】
前記目標物の位置を前記慣性主軸上の最大画素値に基づいて算出することを特徴とする請求項３記載の目標追跡方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、飛翔体等の目標物を追跡するための目標追跡装置及び目標追跡方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、移動する目標物に向けてレーザを照射し、このレーザによる物体からの反射光をカメラで撮像することで目標物を追跡する目標追跡装置が知られている。一般的に、レーザ反射光はきわめて輝度が高いために、カメラで撮像される像はレーザの反射光のみであるため、その像の重心を求め、その重心に向けてレーザを照射することで、レーザ反射光（目標物）を追跡できると考えられていた。
【０００３】
しかしながら、例えば、目標物の輝度がレーザ反射光の輝度と差異が小さいとき、カメラによりレーザ反射光以外の物体の像も撮像される場合がある。このような場合には、従来の手法では正確にレーザ反射体に指向制御することができず、レーザ反射光をスムーズに追跡できなかった。
【０００４】
なお、本願に関連する公知文献として次のようなものがある（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００８−８５５４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、カメラによりレーザ反射光以外の物体の像も撮像される場合には、正確にレーザ反射体に指向制御することができず、レーザ反射光をスムーズに追跡できないという問題がある。
【０００６】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、目標物を高精度に追跡することが可能な目標追跡装置及び目標追跡方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためにこの発明に係る目標追跡装置は、目標物に向けてレーザ光を照射するレーザ発生器と、前記レーザ発生器から照射されたレーザ光による前記目標物からの反射光を撮像面に結像させることにより前記目標物を撮像する撮像器と、前記撮像器により撮像された画像上での像の慣性主軸を求め、前記慣性主軸に沿った画素値の分布に基づいて前記目標物の位置を算出する算出部と、前記算出された位置をもとに前記レーザ発生器及び前記撮像器の指向方向を制御する駆動部とを具備する。
【０００８】
また、この発明に係る目標追跡方法は、目標物に向けてレーザ光を照射するレーザ発生器と、前記レーザ発生器から照射されたレーザ光による前記目標物からの反射光を撮像面に結像させることにより前記目標物を撮像する撮像器とを備える目標追跡装置に用いられる方法であって、前記撮像器により撮像された画像上での像の慣性主軸を求め、前記慣性主軸に沿った画素値の分布に基づいて前記目標物の位置を算出し、前記算出された位置をもとに前記レーザ発生器及び前記撮像器の指向方向を制御するものである。
【発明の効果】
【０００９】
したがってこの発明によれば、目標物を高精度に追跡することが可能な目標追跡装置及び目標追跡方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。  
図１は、この発明の一実施形態に係る目標追跡装置の構成を示す図である。  
図１において、この目標追跡装置１００は、撮像器１１と、レーザ発生器１２と、駆動部１３と、制御部１４とを備える。レーザ発生器１２は、移動する目標物（図示せず）に向けてレーザ光を照射する。撮像器１１は、例えばカメラで構成され、レーザ発生器１２から照射されたレーザ光による目標物からの反射光を撮像面に結像させることにより目標物の画像を撮像し、得られた画像を上記制御部１４に送る。駆動部１３は、レーザ発生器１２及び撮像器１１の指向方向を制御する。制御部１４は、撮像器１１により撮像された画像から目標物の位置を算出し、算出された位置をもとに駆動部１３を制御する。
【００１１】
このように構成された目標追跡装置の動作について説明する。図２は、この制御部１４の処理手順を示すフローチャートである。  
制御部１４は、撮像器１１により撮像された目標物を含む範囲の画像を取得する（ステップＳ１）。この取得された画像は、例えば、８ビットの濃淡画像や２４ビットのカラー画像等、多値の画像であるものとし、ここでは原画像と呼ぶこととする。また、この原画像に対して、平滑フィルタや微分フィルタをかけてもかまわないが、それらの処理を施した画像も原画像と呼ぶこととする。
【００１２】
制御部１４は、上記原画像に対し、所定のしきい値を用いて二値化処理（しきい値よりも小さい画素を０もしくは黒画素、しきい値より大きい画素を１もしくは白画素とする。）を行う（ステップＳ２）。次に、制御部１４は、ステップＳ２で得られた二値画像に対してラベリング処理を行い、二値画像上で４近傍ないし８近傍で連結している白画素の塊をラベル（像）として抽出する（ステップＳ３）。このラベリング処理により例えば、図３又は図４に示すようなラベル画像が得られる。図３は、物体１０５のみが抽出されたラベル画像である。図４は、物体１０５とレーザ反射光１０６とが同時に抽出された場合のラベル画像である。
【００１３】
制御部１４は、上記抽出されたラベルの慣性主軸を求め（ステップＳ４）、求められた慣性主軸上で、原画像において最も輝度が高い位置をレーザ反射光の位置として算出する（ステップＳ５）。そして、制御部１４は、算出されたレーザ反射光の位置をもとに駆動部１３によりレーザ発生器１２及び撮像器１１の指向方向を制御する（ステップＳ６）。
【００１４】
以下、ステップＳ４の慣性主軸算出処理と、ステップＳ５のレーザ反射光位置算出処理の詳細についてそれぞれ説明する。  
（慣性主軸算出処理）  
関数ｆ（ｘ，ｙ）の慣性モーメントは、ディジタル画像のような離散データの場合、下式により求まる。
【数１】
2010203902.tif 000003
【００１５】
対象領域の重心の座標は、下式により求められる。
【数２】
2010203902.tif 000004
【００１６】
また、図５に示すように、原点を通る直線について、座標（ｘ，ｙ）から直線までの距離は、次のように求められる。
【数３】
2010203902.tif 000005
【００１７】
図６に示すように、仮に領域の重心が原点である場合、原点を通る直線ｙ＝ｔａｎθについての関数ｆ（ｘ，ｙ）の慣性モーメントは、
【数４】
2010203902.tif 000006
【００１８】
すなわち、
【数５】
2010203902.tif 000007
【００１９】
となり、このｍθの値が最小になる角度をθ０とする。この時の直線ｙ＝ｔａｎθ０を慣性主軸と呼ぶ。
【数６】
2010203902.tif 000008
【００２０】
この時、ｔａｎθ０を求めると、
【数７】
2010203902.tif 000009
【００２１】
領域の重心が原点ではない場合には重心を原点に平行移動すればよいので、各モーメントは以下の通りとする。
【数８】
2010203902.tif 000010
【００２２】
（レーザ反射光位置算出処理）  
図７では便宜上、上記求められた慣性主軸１０７が水平になるようにラベルを回転している。図７における下部のグラフは、慣性主軸１０７上での、ステップＳ１で得られた多値の原画像の輝度値の分布を表している。原画像上を慣性主軸１０７に沿って輝度値を見ていくと、ラベルの範囲内で最も輝度値が高い部分がある。この部分をレーザ反射光位置１０８とする。制御部１４は、レーザ発生器１２から照射されるレーザ光がレーザ反射光位置１０８に向かうように駆動部１３を制御する。
【００２３】
以上述べたように、上記実施形態では、制御部１４は、撮像器１１により撮像された画像上での像の慣性主軸を求め、この慣性主軸に沿った画素値の分布に基づいてレーザ反射光位置を算出し、算出された位置に向かってレーザ発生器１２によりレーザ光を照射するという動作を繰り返すようにしている。
【００２４】
したがって、上記実施形態によれば、画像上にレーザ反射光以外に飛翔体プルーム等が同時に撮像されている場合でも、レーザ反射光位置を精度良く算出することができるため、レーザ反射体（すなわち目標物）を確実に追跡し続けることが可能となる。
【００２５】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の一実施形態に係る目標追跡装置の構成を示す図。
【図２】図１に示す制御部の処理手順を示すフローチャート。
【図３】物体のみが抽出されたラベル画像の一例を示す図。
【図４】物体とレーザ反射光が抽出されたラベル画像の一例を示す図。
【図５】慣性主軸算出処理を説明するための図。
【図６】慣性主軸算出処理を説明するための図。
【図７】レーザ反射光位置算出処理を説明するための図。
【符号の説明】
【００２７】
１００…目標追跡装置、１１…撮像器、１２…レーザ発生器、１３…駆動部、１４…制御部。
【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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