(57)【要約】【課題】  複数の追尾方式を併用する場合でも、追尾対象の挙動が急激に変化することがなく連続的に追尾でき、追尾対象を撮像する撮像装置の撮像方向を滑らかに制御することができる、追尾装置および追尾方法を提供する。【解決手段】  本発明の追尾装置１０は、追尾対象を撮像する撮像手段２０と、撮像手段２０の撮像方向を制御すると共にその時の状態情報を出力するカメラジンバル３０と、ＧＰＳ受信機５１、軌道予測手段５２または逐次演算手段５３から出力された信号のいずれか一つを選択して基準位置信号として出力する基準位置出力手段５０と、撮像手段２０と追尾対象との距離を計測する距離計測手段６０と、画像情報から追尾対象の位置誤差を抽出する誤差抽出手段４０と、基準位置信号、距離情報、位置誤差、状態情報に基づいて駆動信号を生成する制御手段７０とを備える。【選択図】      図１
2014107791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
追尾対象を撮像して画像情報として出力する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像方向を駆動信号に基づいて制御すると共にその時の駆動状態を状態情報としてフィードバックするカメラジンバルと、
追尾対象に配置され、追尾対象の位置情報をＧＰＳ機能によって取得し、取得位置信号として送信するＧＰＳ受信機と、
追尾対象の予定軌道を取得し、取得した予定軌道を用いて追尾対象の位置情報を特定し、特定位置信号として出力する軌道予測手段と、
追尾過程において追尾対象の位置情報を逐次取得して所定の演算を行うことによって追尾対象の位置情報を演算し、演算位置信号として出力する逐次演算手段と、
前記取得位置信号、特定位置信号および演算位置信号のいずれか一つを選択し、基準位置信号として出力する基準位置出力手段と、
前記撮像手段と前記追尾対象との距離を計測し、距離情報として出力する距離計測手段と、
前記画像情報から前記追尾対象の位置誤差を抽出して出力する誤差抽出手段と、
前記基準位置信号、距離情報、位置誤差および状態情報に基づいて前記駆動信号を生成して出力する制御手段と、
を備える追尾装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記基準位置信号を前記距離情報、位置誤差および状態情報を用いて補正し、補正位置として出力する補正手段と、
前記撮像手段の撮像方向を前記補正位置に一致させるための駆動信号を生成して出力する駆動手段と、
を備える請求項１記載の追尾装置。
【請求項３】
前記基準位置信号、距離情報、位置誤差および状態情報は実空間上の座標系で表され、
前記補正手段は、実空間上の座標系で表された補正位置を出力し、
前記駆動手段は、実空間上の座標系で生成した駆動信号を撮像面上の座標系で表された駆動信号に変換して出力する、
請求項２記載の追尾装置。
【請求項４】
前記基準位置出力手段は、通常は取得位置信号を選択し、取得位置信号を受信できない場合、特定位置信号または演算位置信号のうち前回出力した基準位置信号との連続性が大きい方の信号を選択する、請求項１乃至３のいずれか１項記載の追尾装置。
【請求項５】
前記軌道予測手段は、予定軌道上の現在時刻と対応する位置を追尾対象の位置情報として特定し、
前記逐次演算手段は、逐次取得した追尾対象の位置情報に運動方程式またはカルマンフィルタを適用することによって追尾対象の位置情報を演算する、
請求項１乃至４のいずれか１項記載の追尾装置。
【請求項６】
追尾対象を撮像して画像情報として出力する撮像手段および前記撮像手段の撮像方向を駆動信号に基づいて制御すると共にその時の駆動状態を状態情報としてフィードバックするカメラジンバルを用いた追尾方法であって、
追尾対象の位置情報をＧＰＳ機能によって取得し、取得位置信号として送信し、
追尾対象の予定軌道を取得し、取得した予定軌道を用いて追尾対象の位置情報を特定し、特定位置信号として出力し、
追尾過程において追尾対象の位置情報を逐次取得して所定の演算を行うことによって追尾対象の位置情報を演算し、演算位置信号として出力し、
前記取得位置信号、特定位置信号および演算位置信号のいずれか一つを選択し、基準位置信号として出力し、
前記撮像手段と前記追尾対象との距離を計測し、距離情報として出力し、
前記画像情報から前記追尾対象の位置誤差を抽出して出力し、
前記基準位置信号、距離情報、位置誤差および状態情報に基づいて前記駆動信号を生成して出力する、
追尾方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速で移動する移動体の追尾装置および追尾方法に関し、特に、宇宙機、飛翔体、航空機、自動車両などの移動体の位置情報と画像情報とに基づき、移動体を追尾する追尾装置および追尾方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機等の高速で移動する移動体を追尾する目標追尾装置として、モノパルス電波やＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）測位データ等を用いた計測追尾系とカメラ追尾機能を用いた画像追尾系とを併用するものがある。例えば、特許文献１には、レーダー装置を用いて航空機の位置および移動状態を取得し、実際に航空機を撮影する時の航空機の推定位置を演算し、演算した航空機の推定位置を撮影する撮影制御装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１の撮影制御装置は、航空機の位置情報および移動情報をレーダーを用いて取得し、取得した航空機の位置情報および移動情報に基づいてカメラの撮影方向を制御する。また、特許文献１の実施の形態４には、レーダーを用いる代わりに航空機にＧＰＳ受信機を搭載し、ＧＰＳ受信機の測位結果に基づいて航空機の位置情報および移動情報を取得することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７０４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、レーダー装置を用いて航空機の位置情報および移動情報を取得する場合、航空機が遠方に位置する場合、高精度の計測を行うことが困難であり、必要な情報を取得できない場合がある。一方、ＧＰＳ受信機を用いて航空機の位置および移動状態を取得する場合、電波遮蔽の影響などによってＧＰＳ受信機から信号を受信できない場合がある。
【０００６】
従って、レーダー装置による測位とＧＰＳ受信機による測位とを併用することが望ましいが、レーダー装置からＧＰＳ受信機に切り替える時に測位結果にギャップがある場合、カメラの撮影方向を滑らかに制御することができない。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数の追尾方式を併用する場合でも、追尾対象の挙動が急激に変化することがなく連続的に追尾でき、追尾対象を撮像する撮像装置の撮像方向を滑らかに制御することができる、追尾装置および追尾方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明に係る追尾装置は、追尾対象を撮像して画像情報として出力する撮像手段と、撮像手段の撮像方向を駆動信号に基づいて制御すると共にその時の駆動状態を状態情報としてフィードバックするカメラジンバルと、追尾対象に配置され、追尾対象の位置情報をＧＰＳ機能によって取得し、取得位置信号として送信するＧＰＳ受信機と、追尾対象の予定軌道を取得し、取得した予定軌道を用いて追尾対象の位置情報を特定し、特定位置信号として出力する軌道予測手段と、追尾過程において追尾対象の位置情報を逐次取得して所定の演算を行うことによって追尾対象の位置情報を演算し、演算位置信号として出力する逐次演算手段と、取得位置信号、特定位置信号および演算位置信号のいずれか一つを選択し、基準位置信号として出力する基準位置出力手段と、撮像手段と追尾対象との距離を計測し、距離情報として出力する距離計測手段と、画像情報から追尾対象の位置誤差を抽出して出力する誤差抽出手段と、基準位置信号、距離情報、位置誤差および状態情報に基づいて駆動信号を生成して出力する制御手段と、を備える。
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る追尾方法は、追尾対象を撮像して画像情報として出力する撮像手段および撮像手段の撮像方向を駆動信号に基づいて制御すると共にその時の駆動状態を状態情報としてフィードバックするカメラジンバルを用いた追尾方法であって、追尾対象の位置情報をＧＰＳ機能によって取得し、取得位置信号として送信し、追尾対象の予定軌道を取得し、取得した予定軌道を用いて追尾対象の位置情報を特定し、特定位置信号として出力し、追尾過程において追尾対象の位置情報を逐次取得して所定の演算を行うことによって追尾対象の位置情報を演算し、演算位置信号として出力し、取得位置信号、特定位置信号および演算位置信号のいずれか一つを選択し、基準位置信号として出力し、撮像手段と追尾対象との距離を計測し、距離情報として出力し、画像情報から追尾対象の位置誤差を抽出して出力し、基準位置信号、距離情報、位置誤差および状態情報に基づいて駆動信号を生成して出力する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る追尾装置および追尾方法は、複数の追尾方式を併用する場合でも、追尾対象の挙動が急激に変化することがなく連続的に追尾でき、追尾対象の撮像方向を滑らかに制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る追尾装置１０のブロック構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る画像誘導追尾装置１００のブロック構成図である。
【図３】ジンバル座標系Σｂと慣性座標系Σｉとの関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかる追尾装置について説明する。本実施形態に係る追尾装置のブロック構成図を図１に示す。図１において、追尾装置１０は、撮像手段２０、カメラジンバル３０、誤差抽出手段４０、基準位置出力手段５０、距離計測手段６０および制御手段７０を備える。
【００１３】
撮像手段２０は、宇宙機、飛翔体、航空機または自動車などの高速で移動する追尾対象を撮像し、追尾対象の画像情報を誤差抽出手段６０へ出力する。
【００１４】
カメラジンバル３０は、制御手段７０から入力した駆動信号に基づいて撮像手段２０の撮像方向を制御する。また、カメラジンバル３０は、撮像手段２０の駆動状態を把握して状態情報として制御手段７０へ定期的にフィードバックする。
【００１５】
誤差抽出手段４０は、撮像手段２０から入力した画像情報から追尾対象の画像データを抽出し、画像情報の中心位置と追尾対象の画像データの中心位置とのずれ量を測定し、位置誤差として制御手段７０へ出力する。
【００１６】
基準位置出力手段５０は、ＧＰＳ受信機５１、軌道予測手段５２および逐次演算手段５３を備え、ＧＰＳ受信機５１において生成された取得位置信号、軌道予測手段５２において生成された特定位置信号、逐次演算手段５３において生成された演算位置信号から一つの信号を選択し、基準位置信号として制御手段７０へ出力する。
【００１７】
ここで、ＧＰＳ受信機５１は、追尾対象に配置され、追尾対象の位置情報をＧＰＳ機能によって取得し、取得位置信号として出力する。軌道予測手段５２は、追尾対象の予定軌道を取得し、取得した予定軌道と時刻情報とを用いて追尾対象の位置情報を特定し、特定位置信号として出力する。逐次演算手段５３は、追尾過程において追尾対象の位置情報を逐次取得し、逐次取得した位置情報に対して所定の演算を行うことによって追尾対象の位置情報を演算し、演算位置信号として出力する。
【００１８】
本実施形態において、基準位置出力手段５０は、通常時はＧＰＳ受信機５１において生成した取得位置信号を選択して基準位置信号として出力する。そして、基準位置出力手段５０は、電波遮蔽の影響などによってＧＰＳ受信機５１から取得位置信号を受信できない場合、軌道予測手段５２において生成した特定位置信号と逐次演算手段５３において生成した演算位置信号とを比較して、追尾対象の位置情報がより連続的に生成される方の信号を選択して基準位置信号として出力する。
【００１９】
距離計測手段６０は、撮像手段２０と追尾対象との間の距離を計測し、距離情報として出力する。距離計測手段６０は、例えば、レーザーレンジファインダー（ＬＲＦ：Laser Range Finder）を適用することができる。この場合、ＬＲＦを撮像手段２０の近傍に配置し、ＬＲＦから撮像手段２０の撮像方向に向けてレーザーを照射し、追尾対象によって反射されたレーザーを計測することにより撮像手段２０と追尾対象との間の距離を計測する。
【００２０】
制御手段７０は、カメラジンバル３０からフィードバックされた状態情報、誤差抽出手段４０から入力した位置誤差、基準位置出力手段５０から入力した基準位置信号、および、距離計測手段６０から入力した距離情報に基づいて、撮像手段２０の撮像方向を追尾対象の方向に一致させるための駆動信号を生成し、カメラジンバル３０へ出力する。
【００２１】
本実施形態において、制御手段７０は、基準位置信号を、位置誤差（画像追尾情報）、距離情報（実際の計測値）、および、状態情報（フィードバック情報）を用いて補正する。この場合、基準位置信号としてＧＰＳ受信機５１からの取得位置信号、軌道予測手段５２からの特定位置信号または逐次演算手段５３からの演算位置信号の、どの位置信号が選択された場合でも、選択された位置信号は前回選択された位置信号と連続的になるように補正される。従って、追尾対象の挙動が急激に変化することがなく連続的に追尾され、撮像手段２０の撮像方向を滑らかに制御することができる。
【００２２】
さらに、本実施形態に係る追尾装置１０は、通常時はＧＰＳ受信機５１からの取得位置信号を選択し、電波遮蔽の影響などによってＧＰＳ受信機５１から取得位置信号を受信できない場合にのみ、特定位置信号または演算位置信号のうち、追尾対象の位置情報がより連続的に生成される方の信号を選択する。この場合、撮像手段２０の撮像方向をよりいっそう滑らかに制御することができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る画像誘導追尾装置のブロック構成図を図２に示す。本実施形態に係る画像誘導追尾装置１００は、位置情報取得部２００、レーザーレンジファインダー（ＬＲＦ：Laser Range Finder）３００、追尾誤差取得部４００、ターゲット位置推定器５００、カメラジンバル制御部６００およびカメラジンバル７００を備える。
【００２４】
位置情報取得部２００は、ＧＰＳ受信機２１０、軌道位置プロファイルモデル２２０、逐次位置予測器２３０およびターゲット位置情報生成器２４０を備え、無人航空機等のターゲットの位置ベクトルを演算し、基準位置信号ａとしてターゲット位置推定器５００へ出力する。
【００２５】
ＧＰＳ受信機２１０は、ターゲットに搭載され、ＧＰＳ衛星から取得した時間情報に基づいてターゲットの計測時の位置ベクトルＰ＝［ｘ、ｙ、ｚ］Tを演算し、ターゲット位置検出信号ａ１としてターゲット位置情報生成器２４０へ送信する。
【００２６】
軌道位置プロファイルモデル２２０は、ターゲットの軌跡からターゲットの航行軌道を予測することによって軌道位置プロファイルを生成し、生成した軌道位置プロファイルを用いてターゲットの位置ベクトルを特定し、特定結果をターゲット位置推定信号ａ２としてターゲット位置情報生成器２４０へ出力する。軌道位置プロファイルモデル２２０は、例えば、予め入手したターゲットの飛行計画を用いて軌道位置プロファイルを生成し、生成した軌道位置プロファイルにおける現在の時刻情報に対応する位置ベクトルを運動学的モデルに基づいて特定し、ターゲット位置推定信号ａ２とする。
【００２７】
逐次位置予測器２３０は、ターゲットの追尾過程においてターゲットの位置ベクトルを定期的に取得し、最新の位置ベクトルを基準位置ベクトルとして保持する。逐次位置予測器２３０は、保持しているターゲットの基準位置ベクトルにターゲットの動力学モデルを適用して移動後のターゲットの位置ベクトルを逐次的に推測し、推測結果をターゲット位置予測信号ａ３としてターゲット位置情報生成器２４０へ出力する。本実施形態において、逐次位置予測器２３０は、ターゲットの基準位置ベクトルに単純な運動方程式やカルマンフィルタなどのターゲットダイナミクスを適用することにより移動後のターゲットの位置ベクトルを逐次的に推測する。
【００２８】
ターゲット位置情報生成器２４０は、通常時は、ＧＰＳ受信機２１０から入力したターゲット位置検出信号ａ１に基づいてターゲットの移動後の位置ベクトルＰ’＝［ｘ’、ｙ’、ｚ’］Tを推定し、基準位置信号ａとしてターゲット位置推定器５００へ出力する。また、ターゲット位置情報生成器２４０は、電波遮蔽の影響などによってＧＰＳ受信機２１０からターゲット位置検出信号ａ１を取得出来ない場合、軌道位置プロファイルモデル２２０から入力したターゲット位置推定信号ａ２と、逐次位置予測器２３０から入力したターゲット位置予測信号ａ３とを比較し、ターゲットの位置ベクトルが連続的に生成される方の信号を選択し、選択した信号に基づいて推定したターゲットの移動後の位置ベクトルＰ’を、基準位置信号ａとしてターゲット位置推定器５００へ出力する。
【００２９】
レーザーレンジファインダー（ＬＲＦ）３００は、カメラジンバル７００上に設置され、ターゲットに向けて赤外線レーザーを照射してターゲットから反射された赤外線レーザーを計測することによって設置位置からターゲットまでの瞬時距離Ｌ’を計測し、距離信号ｂとしてターゲット位置推定器５００へ出力する。
【００３０】
追尾誤差取得部４００は、ジンバル搭載カメラ４１０、カメラ画像取得器４２０およびターゲット画像情報生成器４３０を備え、ターゲットの追尾誤差を演算し、演算結果を追尾誤差信号ｃとしてターゲット位置推定器５００へ出力する。
【００３１】
ジンバル搭載カメラ４１０は、後述するカメラジンバル７００によって撮像方向が制御され、制御された方向を撮像し、撮像データをカメラ画像取得器４２０へ出力する。カメラ画像取得器４２０は、ジンバル搭載カメラ４１０から入力した撮像データに所定の処理を施し、画像データとしてターゲット画像情報生成器４３０へ出力する。ターゲット画像情報生成器４３０は、カメラ画像取得器４２０から入力した画像データからターゲット画像を抽出し、抽出したターゲット画像の中心位置座標と画像データの中心座標とのずれ量を演算し、追尾誤差信号ｃとしてターゲット位置推定器５００へ出力する。
【００３２】
ここで、画像データ上の座標軸をジンバル座標系Σｂ、ターゲットが航行する実空間の座標軸を慣性座標系Σｉ、で定義する。図３において、ジンバル座標系Σｂは、搭載カメラ４１０によって撮像された画像データの平面（撮像面）の中心を原点、水平方向を水平軸ｈ、鉛直方向を鉛直軸ｖと定義される。一方、慣性座標系Σｉは、カメラジンバル７００を駆動して撮像面を水平軸ｈに沿って移動させる方向とｚ軸周りの回転方向ψ（アジマス（ＡＺ）角）とが一致するように、撮像面を鉛直軸ｖに沿って移動させる方向とｘ軸周りの回転方向φ（エレベーション（ＥＬ）角）とが一致するように、定義される。
【００３３】
本実施形態において、ターゲット画像情報生成器４３０は、画像データ上において、抽出したターゲット画像の中心位置座標と画像データの中心座標とのずれ量（Δｈ、Δｖ）をジンバル座標軸上で測定し、さらに、画像データの水平方向ピクセルサイズαhおよび垂直方向ピクセルサイズαvを用いて実空間における追尾誤差（αh・Δｈ、αv・Δｖ）を演算し、追尾誤差信号ｃとしてターゲット位置推定器５００へ出力する。
【００３４】
ターゲット位置推定器５００は、カメラジンバル７００から入力したジンバル角度信号ｆを用いて計測時のターゲットの位置ベクトルＰ＝［ｘ、ｙ、ｚ］Tを演算する。そして、ターゲット位置推定器５００は、位置情報取得部２００から入力した基準位置信号ａ（位置ベクトルＰ’＝［ｘ’、ｙ’、ｚ’］T）と、ＬＲＦ３００から入力した距離信号ｂ（瞬時距離Ｌ’）と、追尾誤差取得部４００から入力した追尾誤差信号ｃ（追尾誤差（αh・Δｈ、αv・Δｖ））と、演算したターゲットの位置ベクトル（Ｐ＝［ｘ、ｙ、ｚ］T）と、に基づいて、カメラジンバル７００の設定目標値であるカメラジンバル目標推定信号（φｒ、ψｒ）ｄを演算し、カメラジンバル制御部６００へ出力する。ここで、ターゲット位置推定器５００が、請求項の補正手段に対応する。また、カメラジンバル目標推定信号ｄについては後述する。
【００３５】
カメラジンバル制御部６００は、カメラジンバル角度誤差信号生成器６１０およびカメラジンバル制御器６２０を備え、ターゲット位置推定器５００から入力したカメラジンバル目標推定信号（φｒ、ψｒ）ｄと、カメラジンバル７００からフィードバックされたジンバル角度信号（φ、ψ）ｆとからカメラジンバル７００を駆動するためのカメラジンバル制御信号ｅを生成し、カメラジンバル７００へ出力する。ここで、カメラジンバル制御部６００が、請求項の駆動手段に対応する。
【００３６】
具体的には、カメラジンバル角度誤差信号生成器６１０は、移動後のターゲット方向に撮像方向を一致させるための設定目標値であるカメラジンバル目標推定信号ｄと、現在設定されているジンバル角度信号ｆとの差分（Δφ、Δψ）を演算し、ＡＺ軸、ＥＬ軸に対応した値に変換（慣性座標系からジンバル座標系に変換）してカメラジンバル制御器６２０へ出力する。カメラジンバル制御器６２０は、例えば、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative Controller）制御器などの汎用的な安定化制御器で構成され、カメラジンバル角度誤差信号生成器６１０が演算した差分をゼロにするためのＡＺ軸およびＥＬ軸の回転角を演算し、カメラジンバル制御信号ｅとして出力する。
【００３７】
カメラジンバル７００は、カメラジンバル駆動部７１０、カメラジンバルダイナミクス７２０およびカメラジンバル角度センサ７３０を備え、ジンバル搭載カメラ４１０の撮像方向を制御する。カメラジンバル駆動部７１０は、カメラジンバル制御部６００から入力したカメラジンバル制御信号ｅに基づいてカメラジンバルダイナミクス７２０のＡＺ軸およびＥＬ軸を駆動する。カメラジンバルダイナミクス７２０がカメラジンバル制御信号ｅに基づいて駆動されることによって、ジンバル搭載カメラ４１０の撮像方向がターゲット方向と一致するように制御される。
【００３８】
カメラジンバル角度センサ７３０は、その時にカメラジンバルダイナミクス７２０に設定されている設定値（φ、ψ）をジンバル角度信号ｆとしてターゲット位置推定器５００およびカメラジンバル制御部６００へ出力する。
【００３９】
次に、ターゲット位置推定器５００におけるカメラジンバル目標推定信号ｄの生成方法について説明する。位置情報取得部２００が基準位置信号ａとしてターゲットの移動後の位置ベクトルＰ’＝［ｘ’、ｙ’、ｚ’］T（慣性座標系）を生成し、ＬＲＦ３００が距離信号ｂとしてターゲットまでの瞬時距離Ｌ’を計測し、追尾誤差取得部４００が追尾誤差信号ｃとして追尾誤差（αh・Δｈ、αv・Δｖ）を演算した場合について考察する。
【００４０】
ターゲットとなる無人航空機（飛翔体）の計測時の位置ベクトルＰ＝［ｘ、ｙ、ｚ］Tは、カメラジンバル７００のＥＬ角φ、ＡＺ角ψ、計測時のターゲットまでの距離Ｌを用いて（１）式のように記載される。
2014107791.tif 000003
【００４１】
この時、ターゲットの移動後の位置ベクトルＰ’＝［ｘ’、ｙ’、ｚ’］T（真値）は、瞬時距離Ｌ’を用いて（２）式のように記載される。
2014107791.tif 000004
【００４２】
（２）式において、Δφ、Δψはそれぞれ、カメラジンバル７００のＥＬ角φ、ＡＺ角ψに対する制御誤差角である。（１）式および（２）式において、x軸およびz軸について導出された位置の差はそれぞれ、ジンバル座標軸上で演算された追尾誤差信号ｃ（αh・Δｈ、αv・Δｖ）と等しいことから、（３）式が成立する。
2014107791.tif 000005
【００４３】
従って、（３）式から次の関係式が成立する。
2014107791.tif 000006
【００４４】
ここで、
2014107791.tif 000007
と仮定すれば、（４）式よりΔφ、Δψが決定できる。従って、カメラジンバル目標推定信号（φｒ、ψｒ）ｄは（６）式のように生成される。
2014107791.tif 000008
【００４５】
（６）式から演算されたカメラジンバル目標推定信号（φｒ、ψｒ）ｄに基づいてカメラジンバル７００を駆動することにより、ジンバル搭載カメラ４１０の撮像方向と、移動後のターゲット方向（真値）とが一致する。
【００４６】
次に本実施形態に係る画像誘導追尾装置１００の動作手順について説明する。本実施形態では、ターゲットである無人航空機（飛翔体）にＧＰＳ受信機２１０を搭載し、この飛翔体を地上局に設置した２軸駆動型のカメラジンバル７００とＬＲＦ３００とにより高精度に追尾する。
【００４７】
本実施形態において、カメラジンバル７００は、ターゲット撮像時のジンバル角度信号（φ、ψ）ｆを計測して、ターゲット位置推定器５００およびカメラジンバル制御部６００へフィードバックしている。
【００４８】
ターゲット位置推定器５００は、位置情報取得部２００から入力した基準位置信号ａと、ＬＲＦ３００から入力した距離信号ｂと、追尾誤差取得部４００から入力した追尾誤差信号ｃと、カメラジンバル７００からフィードバックされたジンバル角度信号ｆと、に基づいて、上述の（６）式に示したカメラジンバル目標推定信号（φｒ、ψｒ）ｄを生成し、カメラジンバル制御部６００へ出力する。
【００４９】
カメラジンバル制御部６００は、ターゲット位置推定器５００から入力したカメラジンバル目標推定信号（φｒ、ψｒ）ｄと、カメラジンバル７００からフィードバックされたジンバル角度信号（φ、ψ）ｆとに基づいて、カメラジンバル７００の向きを調整するためのカメラジンバル制御信号ｅを生成し、カメラジンバル７００を制御する。カメラジンバル７００がカメラジンバル制御信号ｅによって制御されることにより、ジンバル搭載カメラ４１０の撮像方向と移動後のターゲット方向とが一致する。
【００５０】
以上のように、本実施形態に係る画像誘導追尾装置１００は、基準位置信号ａに基づいて指向方向を制御したカメラジンバル７００の指向方向誤差を、ＬＲＦ３００により検出した距離信号ｂとターゲット画像情報生成器４３０が生成する追尾誤差信号ｃとを用いてリアルタイムに補正する。
【００５１】
以上のように、本実施形態に係る画像誘導追尾装置１００は、ターゲット位置推定器５００において、ＬＲＦ３００が計測した距離信号ｂ、追尾誤差取得部４００が演算した追尾誤差信号ｃおよびカメラジンバル７００から入力したジンバル角度信号ｆから演算した計測時のターゲットの位置情報を用いて、位置情報取得部２００から入力し基準位置信号ａをリアルタイムに補正する。この場合、基準位置信号ａに含まれる誤差が適切に補正され、ターゲットの位置が急激に変化することがない。従って、ターゲットを連続的に追尾することができ、カメラジンバル７００を滑らかに制御することができる。
【００５２】
また、本実施形態に係る画像誘導追尾装置１００において、ターゲット位置情報生成器２４０は、通常時は、ＧＰＳ受信機２１０から入力したターゲット位置検出信号ａ１を用いて基準位置信号ａを生成し、電波遮蔽の影響などによってターゲット位置検出信号ａ１を取得出来ない場合、軌道位置プロファイルモデル２２０から入力したターゲット位置推定信号ａ２と、逐次位置予測器２３０から入力したターゲット位置予測信号ａ３とを比較し、ターゲットの位置ベクトルが連続的に生成される方の信号を選択して基準位置信号ａを生成する。この場合、高精度で且つ連続的な基準位置信号ａを生成することができ、ターゲットの追尾精度を向上させることができると共にカメラジンバル７００をより滑らかに制御できる。
【００５３】
さらに、本実施形態に係る画像誘導追尾装置１００は、カメラジンバル目標推定信号（φｒ、ψｒ）ｄの演算に、ＬＲＦ３００によって検出したジンバル搭載カメラ４１０−ターゲット間距離の実測値である距離信号ｂ（瞬時距離Ｌ’）を用いる。この場合、ターゲットの追尾精度をさらに向上させることができる。
【００５４】
本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、無人航空機（飛翔体）を追尾するカメラの制御の他、様々な移動体を追尾するカメラやアンテナの制御等に適用することができる。また、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
【符号の説明】
【００５５】
１０    追尾装置
２０    撮像手段
３０    カメラジンバル
４０    誤差抽出手段
５０    基準位置出力手段
５１    ＧＰＳ受信機
５２    軌道予測手段
５３    逐次演算手段
６０    距離計測手段
７０    制御手段
１００    画像誘導追尾装置
２００    位置情報取得部
２１０    ＧＰＳ受信機
２２０    軌道位置プロファイルモデル
２３０    逐次位置予測器
２４０    ターゲット位置情報生成器
３００    ＬＲＦ
４００    追尾誤差取得部
４１０    ジンバル搭載カメラ
４２０    カメラ画像取得器
４３０    ターゲット画像情報生成器
５００    ターゲット位置推定器
６００    カメラジンバル制御部
６１０    カメラジンバル角度誤差信号生成器
６２０    カメラジンバル制御器
７００    カメラジンバル
７１０    カメラジンバル駆動部
７２０    カメラジンバルダイナミクス
７３０    カメラジンバル角度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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