(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を撮像する光波画像センサと、
前記光波画像センサから得られた画像データを２値化することにより目標を検知してロックオンし、前記光波画像センサから得られた画像データを、前記目標を検知する場合より輝度の閾値を低く設定して２値化した画像データの背景画像の角度変化量から機体角速度を算出し、この機体角速度と前記輝度の閾値を低く設定して２値化した画像データの目標画像から誤差角を算出し、前記誤差角から誘導信号を算出する信号処理部と、
前記誘導信号と前記機体角速度に基づいて操舵翼を制御する制御部と、
を備える飛翔体の誘導装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、
前記輝度の閾値を低く設定して２値化した画像データから前記ロックオンされた前記目標の画像を消去した背景画像から角度変化量を算出し、
この角度変化量と前記輝度の閾値を低く設定して２値化した画像データから背景画像を消去した目標画像から誤差角を算出する、ことを特徴とする請求項１記載の飛翔体の誘導装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、
発射後に、前記光波画像センサから得られた画像データを２値化し、前記発射後に２値化した画像データの背景画像の角度変化量から機体角速度を算出し、この機体角速度と前記発射後に２値化した画像データの目標画像から誤差角を算出する、ことを特徴とする請求項１記載の飛翔体の誘導装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、
レートセンサからの入力信号を利用せずに、前記光波画像センサから得られた画像データを、目標を検知する場合より輝度の閾値を低く設定して２値化し、前記輝度の閾値を低く設定して２値化した画像データの背景画像の角度変化量から機体角速度を算出することにより飛しょう制御を行い、前記輝度の閾値を低く設定して２値化した画像データの目標画像の誤差角から誘導信号を算出することにより誘導制御を行う、ことを特徴とする請求項１記載の飛翔体の誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛翔体の誘導装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の飛翔体は、目標を検出するシーカと、機体姿勢角を検出するセンサの出力に基づいて誘導制御及び飛しょう制御をおこなっていた（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかし、飛翔体はさらに軽量化、省スペース化、低コスト化したいという要請がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９６３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、軽量化、省スペース化、低コスト化された飛翔体の誘導装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、画像を撮像する光波画像センサと、光波画像センサから得られた画像データを２値化することにより目標を検知し、光波画像センサから得られた画像データを、目標を検知する場合より輝度の閾値を低く設定して２値化した画像データの背景画像の角度変化量から機体角速度を算出し、この機体角速度と輝度の閾値を低く設定して２値化した画像データの目標画像から誤差角を算出し、誤差角から誘導信号を算出する信号処理部と、誘導信号と機体角速度に基づいて操舵翼を制御する制御部と、を備える飛翔体の誘導装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】誘導装置の構成を示す図である。
【図２】誘導装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】光波画像センサの画像データを示す図である。
【図４】光波画像センサの画像データを２値化した画像を示す図である。
【図５】背景回転量算出処理の様子を示す図である。
【図６】目標移動量算出処理の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の一実施形態に係る飛翔体の誘導装置を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の飛翔体の誘導装置１の構成を示す図である。図１に示すように、誘導装置１は、飛しょう方向前方の光景を撮像して画像信号を出力するシーカ部１０１と、画像信号から誘導信号と機体姿勢角を算出して出力する信号処理部１０２と、誘導信号と機体姿勢角から操舵制御信号を算出して操舵翼の制御をおこなう制御部１０３と、を備える。
【０００９】
シーカ部１０１は、レンズを備える広角光学系１１１と、飛翔体の機体に固定され、画像信号を出力する光波画像センサ１１２とを備える。
【００１０】
信号処理部１０２は、光波画像センサ１１２から出力される画像信号を入力し、この画像信号を処理する信号処理回路１２１と、信号処理回路１２１の出力に基づいて飛しょう制御を行う飛しょう制御回路１２２と、を備える。
【００１１】
制御部１０３は、操舵翼１３１と、操舵翼１３１を駆動するモータ１３２と、操舵翼１０３の回転角を検出し、飛しょう制御回路１２２に出力する角度センサ１３３と、操舵制御信号に基づいてモータ１３２を駆動する操舵駆動回路１３４と、を備える。飛翔体は、操舵翼１３１を４翼備え、これらの各操舵翼１３１は独立に駆動される。
【００１２】
図２は、誘導装置１の動作を示すフローチャートである。図２に示すように、誘導装置１の動作は発射前処理と発射後処理とを含む。動作２０１において、誘導装置１は光波画像センサ１１２から得られる画像信号を２値化処理する。この２値化処理は目標を検知しやすくするために輝度の閾値を高く設定して行う。
【００１３】
動作２０２において、誘導装置１は２値化された画像信号に含まれる特に高輝度な対象を目標候補として抽出する。誘導装置１は、フレーム間においてこの抽出された目標候補の移動量を算出し、この移動量に基づいて目標を検出する目標検知処理を行い、目標にロックオンする。
【００１４】
動作２０３において、誘導装置１は動作２０２において目標をロックオンしたかを判定する。誘導装置１は目標をロックオンした場合には動作２０４に進み、ロックオンしていない場合は動作２０１に戻る。
【００１５】
動作２０４において、誘導装置１は背景を検知しやすくするために背景の輝度に合わせて閾値を低く設定する。
【００１６】
動作２０５において、誘導装置１は動作２０４において輝度閾値を低くした状態で、２値化された画像信号に含まれる目標の抽出を継続する。輝度閾値を低くした状態では多くの対象が抽出できるため、誘導装置１は、フレーム間においてこの抽出された画像の移動量のほか、輝度、アスペクト比、大きさなどの特徴量を算出し、この移動量及び特徴量に基づいて目標を検出する目標検知処理を行う。
【００１７】
動作２０６において、誘導装置１は飛翔体が発射されたかを判定する。誘導装置１は、発射されていない場合は動作２０４に戻り、発射された場合は動作２０７に進む。
【００１８】
動作２０７において、誘導装置１は背景回転量算出処理を行う。すなわち、誘導装置１は２値化された画像データからフレームごとに目標を消去する。誘導装置１は得られた今回フレームの背景画像の特徴と前回フレームの背景画像の特徴とを比較し、背景の角度変化量から飛翔体のロール、ピッチ及びヨー方向の角度変化量を算出する。
【００１９】
この角度変化量は１フレーム時間における飛翔体の角度変化量、すなわち機体角速度に相当する。従って、この角度変化量を積分した角度は飛翔体の姿勢角に相当する。
【００２０】
動作２０８において、誘導装置１は目標移動量算出処理を行う。すなわち、誘導装置１は２値化された画像データからフレームごとに背景を消去する。誘導装置１は背景回転量算出処理において算出した背景の角度変化量分だけ今回画像を回転及び移動させる。誘導装置１は目標の位置を比較し、角度移動量を算出する。この角度移動量は誤差角とみなすことができ、誤差角を定倍して誘導信号を算出することができる。
【００２１】
動作２０９において、誘導装置１は制御量を更新し、飛しょう制御回路１２２へ伝達する。誘導装置１は動作２０７から動作２０９を繰り返す。
【００２２】
図３は、光波画像センサ１１２の画像データを示す図である。図３（Ａ）は前回フレーム、図３（Ｂ）は今回フレームを示す。画像データには目標３０１と、背景が含まれる。
【００２３】
図４は、光波画像センサ１１２の画像データを２値化した画像を示す図である。図４（Ａ）は前回フレーム、図４（Ｂ）は今回フレームを示す。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、輝度閾値を低くすると、目標３０１と背景が得られる。
【００２４】
図５は、背景回転量算出処理の様子を示す図である。図５（Ａ）は前回フレーム、図５（Ｂ）は今回フレームの、それぞれ目標を消去した画像である。背景は静止している物体であることが多いため、角度変化量を求めるのに適しているのに対し、目標は激しく動くため、角度変化量を求めるのに適さない。従って、誘導装置１は２値化した画像から目標を消去する。
【００２５】
図５（Ｃ）乃至（Ｇ）は角度変化量を求める方法を示す図である。図５（Ｃ）は今回フレームにおいて同一背景画像の対象の一つを表示した画像の図である。図５（Ｄ）は前回フレームにおいて同一背景画像の対象の一つを表示した画像の図である。
【００２６】
図５（Ｃ）及び、図５（Ｄ）に示すように、誘導装置１は今回フレームと前回フレームの画像から輝度、長さ、及びアスペクト比等に基づいて特徴量を抽出し、この特徴量が一致する画像を同一背景画像とみなす。
【００２７】
次に、同一背景画像の端点を結びベクトルをフレーム毎に作成する。前回フレームにおいて端点ａ１と端点ａ２とを結んだベクトルをベクトルａ、今回フレームにおいて端点ｂ１と端点ｂ２とを結んだベクトルをベクトルｂとする。
【００２８】
図５（Ｅ）はベクトルａとベクトルｂの関係を示した図である。誘導装置１は次の（１）式によってロール回転角θを求める。
【数１】
0005578948.tif 000002
【００２９】
図５（Ｆ）は今回フレームの画像を画像中心Ｏ２周りに−θ分だけ回転させた画像である。図５（Ｇ）は図５（Ｄ）と図５（Ｆ）の同一背景画像の端点が一致するように配置した画像を示す図である。
【００３０】
誘導装置１は、今回フレームの画像を画像中心Ｏ２周りに−θ分だけ回転させ、前回フレームの同一背景画像の端点が一致するように配置して比較画像を生成する。誘導装置１は、この比較画像の画像中心Ｏ１及び画像中心Ｏ２の位置を比較することにより、水平方向の移動量であるヨーＹ、及び垂直方向への移動量であるピッチＰを求める。
【００３１】
図６は、目標移動量算出処理の様子を示す図である。図６（Ａ）は前回フレーム、図６（Ｂ）は今回フレームの、それぞれ背景を消去した画像である。誘導装置１は、前回フレームから前回目標３０１Ａを、今回フレームから今回目標３０１Ｂを得る。
【００３２】
図６は、目標移動量算出処理の様子を示す図である。図６（Ａ）は前回フレームの背景に目標を重畳した画像である。図６（Ｂ）は今回フレームの背景に目標を重畳した画像である。誘導装置１は、前回フレームから前回目標３０１Ａを、今回フレームから今回目標３０１Ｂを得る。
【００３３】
図６（Ｃ）は角度移動量を求める方法を示す図である。図６（Ｃ）に示すように、誘導装置１は前回フレームに、今回フレームを背景回転量算出処理において求めた角度変化量だけ回転及び移動させて重ねる。
【００３４】
次に、誘導装置１は前回目標３０１Ａの位置と今回目標３０１Ｂの位置から、アジマス誤差角変化ΔＨと、エレベーション誤差角変化ΔＶとを得る。誘導装置１はアジマスの誤差角Ｈを次の（２）式、エレベーションの誤差角Ｖを次の（３）式に従って積算して求める。
【００３５】
Ｈ＝Ｈ０＋ΣΔＨ  ・・・  （２）
Ｖ＝Ｖ０＋ΣΔＶ  ・・・  （３）
ここで、Ｈ０はロックオン時の画像中心と目標のアジマス誤差角、Ｖ０はロックオン時の画像中心と目標のエレベーション誤差角である。
【００３６】
以上述べたように、本実施形態の誘導装置１は、画像を撮像する光波画像センサ１１２と、光波画像センサ１１２から得られた画像データを２値化し、背景画像から角度変化量を算出し、この角度変化量と目標画像から誤差角を算出する信号処理部１０２と、誤差角から誘導信号を算出して操舵翼を制御する制御部１０３と、を備える。また、誘導装置１はレートセンサからの入力信号を利用せずに誤差角を算出する。
【００３７】
従って、レートセンサを使用しない分だけ軽量化、省スペース化、低コスト化できるという効果がある。
【符号の説明】
【００３８】
１：誘導装置、
１０１：シーカ部、
１０２：信号処理部、
１０３：制御部、
１１２：光波画像センサ、
１２１：信号処理回路、
１２２：飛しょう制御回路。
【図１】
0005578948.tif 000003
【図２】
0005578948.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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