(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の発射装置から発射される飛翔体を追従撮影する目標追尾システムであって、
前記飛翔体を撮影し画像信号を出力する画像センサと、この画像センサの視線の方向を自在に可変駆動するセンサ駆動機構と、センサ駆動機構用の制御信号を生成する目標追尾装置と、この目標追尾装置からの出力に基づいて前記センサ駆動機構の動作制御を行う駆動制御装置と、を備え、
前記目標追尾装置に、発射後から一定の期間における前記飛翔体の既知の飛翔軌跡を示す飛翔経路データを格納する飛翔体データ記憶装置を併設し、
前記目標追尾装置が、前記画像信号から前記画像センサの視線と前記飛翔体との誤差角を算出する誤差角算出部と、この誤差角から前記センサ駆動機構の駆動角速度を算出するレートコマンド発生部と、前記飛翔経路データにより特定される飛翔経路に沿って前記画像センサの視線を追従させる前記センサ駆動機構の駆動角速度を算出するレートオフセット信号発生部と、前記レートコマンド発生部からの出力駆動角速度に前記レートオフセット信号発生部からの出力駆動角速度を加算して前記センサ駆動機構の制御信号を生成する信号生成部とを備えることを特徴とする目標追尾システム。
【請求項２】
前記信号生成部は、前記飛翔体が既知の飛翔軌跡で移動する一定期間の内，前記飛翔体の発射直後の一部期間については、前記レートオフセット信号発生部からの出力駆動角速度のみを前記センサ駆動機構の制御信号として出力する機能を備えることを特徴とする請求項１記載の目標追尾システム。
【請求項３】
前記信号生成部は、前記飛翔体が既知の飛翔軌跡で移動する一定期間の終期以降は、前記レートコマンド発生部からの出力駆動角速度のみを前記センサ駆動機構の制御信号として出力する機能を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の目標追尾システム。
【請求項４】
前記信号生成部は、前記飛翔体が既知の飛翔軌跡で移動する一定期間の内，特に前記レートオフセット信号発生部からの出力駆動角速度の変化が大きくなる一部の期間についてのみ前記レートコマンド発生部からの出力駆動角速度に前記レートオフセット信号発生部からの出力駆動角速度を加算することを特徴とする請求項１記載の目標追尾システム。
【請求項５】
前記センサ駆動機構は少なくとも二以上の回動軸を備えるジンバル機構であり、
前記算出される各出力駆動角速度は、前記各回動軸ごとの角速度であることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の目標追尾システム。
【請求項６】
前記画像センサに倍率可変のズーム機構を併設し、
前記飛翔体データ記憶装置は、前記飛翔体の大きさを示すサイズデータをも格納し、
前記目標追尾装置が、前記飛翔体の飛翔経路データとサイズデータとから前記飛翔体が既知の飛翔軌跡で移動する一定期間内における前記飛翔体をほぼ一定の大きさで撮影する倍率変化を算出するズーム倍率信号発生部と、算出された倍率変化に基づいて前記ズーム機構の動作制御を行うズーム制御回路とを備えることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の目標追尾システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目標追尾装置に係り、特に、所定の発射装置から発射される飛翔体の発射直後の状況を側面から自動的に撮影し監視する目的で追尾を行うための目標追尾装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の目標追尾システム２００は、図６に示すように、飛翔体Ｍの画像を撮像する画像センサ１０１と、画像センサ１０１の視線の向きを可変調節するセンサ駆動機構としてのジンバル機構１０３と、その動作制御を行う駆動制御装置としてのジンバル駆動装置１０６と、画像センサ１０１の視線から飛翔体Ｍまでの誤差角εを算出する画像処理部２０４と、誤差角εからジンバル駆動装置１０６への空間角速度指令σＣＯＭを発生するレートコマンド発生部６とを備えている。
【０００３】
飛翔体Ｍは所定の発射装置から発射され、これに対して、目標追尾システム２００は、ジンバル機構１０３の駆動により画像センサ１０１の視線が常に飛翔体Ｍに向かうようにして発射当初からの移動軌跡に追従して飛翔体Ｍの撮影を行う。
【０００４】
この目標追尾システム２００では、画像センサ１０１によりとらえられた飛翔体Ｍの撮像情報であるビデオ信号Ｖを画像処理部２０４に出力する。画像処理部２０４では、撮像された飛翔体Ｍの画像センサ視線（例えば撮像画像の中心）に対するズレ量を求め、これらに基づいてを誤差角εを算出する。
【０００５】
図７（Ａ）は画像センサ１０１の視線の向きと追従の対象となる飛翔体Ｍとの位置関係を示す説明図である。画像センサ１０１は図における水平方向を基準角として回動自在にジンバル機構１０３に支持されている。そして、図中のψは基準角に対する視線の角度、σＴは基準角に対する飛翔体Ｍの現在位置角度である目標方向角、εは飛翔体Ｍに対する画像センサ１０１の視線の誤差角を示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レートコマンド発生部６はかかる誤差角εから空間角速度指令σｃｏｍを算出し、かかる空間角速度指令σＣＯＭ従ってジンバル駆動装置１０６はジンバル機構１０３の動作制御を行い、画像センサ１０１の視線が飛翔体Ｍに向かうように補正する。このように、空間角速度指令σＣＯＭに従って追従制御を行う技術が特開平０３−２４７９９７号公報で提案されており、上記目標追尾装置２００も同様の手法を採用している。
【０００７】
Ｇ＝Ｓ／（Ｋ＋Ｓ）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、Ｋを大きくすれば、目標誤差角εの発生を抑えることができるが、画像センサ１０１の応答、画像処理の時間遅れ及び、フレームレート等を考慮すると追尾制御ループの安定性の上からＫの値は有限値とせざるを得ない。このため、目標方向角σＴが一定の角速度で変化する定常的な場合でも、その角速度に比例した目標誤差角εが発生する。
【０００９】
特に、発射直後の飛翔状態を、発射方向に対する垂直方向から撮影しようとする場合においては、目標方向角の角速度が急激に大きく変化するため、目標誤差角εが大きく発生して且つ、急激に変化し、画面上で安定しないという欠点をもっていた。
【００１０】
このため、特に初期補足時、画像センサ上で目標の画像が流れてしまい、本来の飛翔状態を撮影するという目的が達成できなくなる可能性があり、さらには、画像処理による追尾のための目標検出がうまく行かず、初期補足に失敗してしまう可能性があった。
【００１１】
また、画像処理により誤差角を求める手法にあっては、撮像しようとする飛翔体が発射直前まで発射装置の内部にあって見えない場合は、発射後，目標捕捉できる迄は目標誤差角εを発生させることができない。即ち、画像センサの視線が静止した状態から目標の捕捉を開始しなければならず、同様に画像センサ上で目標の画像が流れてしまい初期補足に失敗してしまう可能性があった。
【００１２】
【発明の目的】
本発明は、上記従来例の問題点を解決し、飛翔体を撮像画面の中央に捉えた良好な撮影を行うことをその目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、所定の発射装置から発射される飛翔体を追従撮影する目標追尾システムであって、飛翔体を撮影し画像信号を出力する画像センサと、この画像センサの視線の方向を自在に可変駆動するセンサ駆動機構と、センサ駆動機構用の制御信号を生成する目標追尾装置と、この目標追尾装置からの出力に基づいてセンサ駆動機構の動作制御を行う駆動制御装置と、を備え、目標追尾装置に、発射後から一定の期間における飛翔体の既知の飛翔軌跡を示す飛翔経路データを格納する飛翔体データ記憶装置を併設し、目標追尾装置が、画像信号から画像センサの視線と飛翔体との誤差角を算出する誤差角算出部と、この誤差角からセンサ駆動機構の駆動角速度を算出するレートコマンド発生部と、飛翔経路データにより特定される飛翔経路に沿って画像センサの視線を追従させるセンサ駆動機構の駆動角速度を算出するレートオフセット信号発生部と、レートコマンド発生部からの出力駆動角速度にレートオフセット信号発生部からの出力駆動角速度を加算してセンサ駆動機構の制御信号を生成する信号生成部とを備えている。
【００１４】
ここで、上述の飛翔経路データとは、時間をパラメータとする飛翔体の位置変化を示すデータをいう。
【００１５】
上記構成では、飛翔体が発射されると、既知の飛翔経路に沿って画像センサの視線を追従させる駆動角速度と、画像信号から求められた飛翔体に対する画像センサ視線の誤差角に基づく駆動角速度とが算出され、これらが加算されて駆動制御装置に入力される。従って、いずれかの駆動角速度が単独で入力される場合よりも、迅速に画像センサの視線を飛翔体に追従させることができる。
【００１６】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、信号生成部は、飛翔体が既知の飛翔軌跡で移動する一定期間の内，飛翔体の発射直後の一部期間については、レートオフセット信号発生部からの出力駆動角速度のみをセンサ駆動機構の制御信号として出力する機能を備える、という構成を採っている。
【００１７】
上記構成では、飛翔体が発射装置内に格納され，発射されるまでその姿が確認できない場合に好適である。即ち、飛翔体の姿が確認でない状態であっても、既知の飛翔経路に沿って画像センサの視線が追従するようにセンサ駆動機構が駆動されるので、発射直後において大きな撮影方向誤差を生じない。
【００１８】
また、飛翔体を発射直後から正確に追従した場合、画像センサの視線の角度変化（角速度）は発射直後から短時間で急激に大きくなり、その後飛翔体が遠ざかるにつれて変化は小さくなる。従って、飛翔体の発射直後の一部期間，即ち視線の角度変化が大きくなる前の期間については、既知の飛翔経路に沿って飛翔する飛翔体を追従する駆動角速度のみに基づいてセンサ駆動機構が駆動しているが、その追従性は損なわれなれない。さらに飛翔体の追従のための角速度が大きくなってからは、請求項１記載の発明と同様に、画像信号に基づく駆動角速度と既知の飛翔経路に基づく駆動角速度の総和によりセンサ駆動機構の制御が行われる。
【００１９】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、信号生成部は、飛翔体が既知の飛翔軌跡で移動する一定期間の終期以降は、レートコマンド発生部からの出力駆動角速度のみをセンサ駆動機構の制御信号として出力する機能を備える、という構成を採っている。
【００２０】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明と同様の動作が行われると共に、飛翔体が既知の飛翔軌跡で移動する一定期間の終期以降は、飛翔体の飛翔経路は既知ではないので、従来通り、画像信号に基づく追従が行われる。しかし、飛翔体は遠く離れれば離れる程、追従のための駆動角速度は小さくなるので、既知の飛翔経路に沿って画像センサの視線を追従させる駆動角速度の入力がなくとも充分に画像センサの視線を追従させることが可能である。
【００２１】
請求項４記載の発明では、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、信号生成部は、飛翔体が既知の飛翔軌跡で移動する一定期間の内，特にレートオフセット信号発生部からの出力駆動角速度の変化が大きくなる一部の期間についてのみレートコマンド発生部からの出力駆動角速度にレートオフセット信号発生部からの出力駆動角速度を加算する、という構成を採っている。
【００２２】
前述したように、飛翔体の追従のためのセンサ駆動機構の駆動角速度が大きくなるのは発射直後よりも若干後から一定期間経過後までであって、飛翔体が既知の飛翔経路を飛翔する全期間について追従のための駆動角速度が大きいわけではない。従って、かかる必要な期間のみについて既知の飛翔経路に基づく駆動角速度を画像信号に基づく駆動角速度に加算する構成としても、画像センサの視線を飛翔体に追従することができる。
【００２３】
なお、飛翔体の追従のためのセンサ駆動機構の駆動角速度が大きく期間は、飛翔経路データから認識することが可能である。
【００２４】
請求項５記載の発明では、請求項１，２，３又は４記載の発明と同様の構成を備えると共に、センサ駆動機構は少なくとも二以上の回動軸を備えるジンバル機構であり、算出される各出力駆動角速度は、各回動軸ごとの角速度であること、という構成を採っている。
【００２５】
請求項５記載の発明では、請求項１、２，３又は４記載の発明と同様の動作が行われると共に、画像信号に基づく駆動角速度も既知の飛翔経路に基づく駆動角速度も、ジンバル機構の各回動軸の方向に成分分けされて算出される。
【００２６】
請求項６記載の発明では、請求項１，２，３，４又は５記載の発明と同様の構成を備えると共に、画像センサに倍率可変のズーム機構を併設し、飛翔体データ記憶装置は、飛翔体の大きさを示すサイズデータをも格納し、目標追尾装置が、飛翔体の飛翔経路データとサイズデータとから飛翔体が既知の飛翔軌跡で移動する一定期間内における飛翔体をほぼ一定の大きさで撮影する倍率変化を算出するズーム倍率信号発生部と、算出された倍率変化に基づいてズーム機構の動作制御を行うズーム制御回路とを備える、という構成を採っている。
【００２７】
飛翔体は一定区間の飛翔経路について既知であるため、当該区間については画像センサと飛翔体との離間距離の変化を算出することは可能である。さらに、飛翔体の大きさがサイズデータから分かれば、飛翔体をほぼ一定の大きさで撮影する倍率変化を算出することも可能である。従って、この算出倍率変化に基づいてズーム機構の動作制御を行うことにより、既知の飛翔経路を飛翔する間については、飛翔体を一定の大きさで撮影することができる。
【００２８】
本発明は、上述した各構成によって前述した目的を達成しようとするものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図１乃至図５に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態の全体構成を示すブロック図であり、図２は後述する目標追尾装置１０５の構成を示すブロック図であり、図３は図２に示すレートオフセット信号発生部２、信号切換部８及び、ズーム倍率信号発生部３の動作出力信号波形を示している。図４は後述する目標追尾装置１０５の動作を示すフローチャートである。図５（Ａ）は制御の対象となる画像センサ１０１の視線ＯＰの角度と飛翔体の角度との関係を示し、図５（Ｂ）は本実施形態の制御ブロック図を示している。
【００３０】
（全体概要）
図１の如く、本実施形態は、所定の発射装置Ｈから発射される飛翔体Ｍを追従撮影する目標追尾システム１００であって、飛翔体Ｍを撮影し画像信号としてのビデオ信号Ｖを出力する画像センサ１０１と、この画像センサ１０１の視線ＯＰの方向を自在に可変駆動するセンサ駆動機構としてのジンバル機構１０３と、画像センサ１０１の撮影映像の倍率を可変とするズーム機構１０２と、ビデオ信号Ｖを受信してジンバル機構１０３の制御信号としてのジンバル空間角速度制御信号ＣＯを生成する目標追尾装置１０５と、この目標追尾装置１０５からの出力に基づいてセンサ駆動機構の動作制御を行う駆動制御装置としてのジンバル駆動装置１０６と、目標追尾装置１０５に発射後から一定の期間における飛翔体Ｍの既知の飛翔軌跡を示す飛翔経路データＦＰＴＮを格納する飛翔体データ記憶装置１０４と、画像センサ１０１から出力されるビデオ信号Ｖを映像化してディスプレイに出力する画像表示装置１０９とを備えている。以下各部を説明する。
【００３１】
（画像センサ）
画像センサ１０１は、面上に配列された受光センサ群からなる。かかる画像センサ１０１の出力ビデオ信号Ｖに基づく映像の中心となる部位を移す方向をこの画像センサ１０１の視線ＯＰとする。
【００３２】
（ジンバル機構及びジンバル駆動装置）
ジンバル機構１０３は水平軸（ＥＬ軸）と垂直軸（ＡＺ軸）とを中心とする回動動作を行うことを自在として画像センサ１０１を支持している。従って、画像センサ１０１の視線ＯＰの方向をあらゆる方向に自在に変えることが可能である。
【００３３】
ジンバル駆動装置１０６は、ジンバル機構１０３の各軸ごとの回動角度を手動により数値入力する入力部（図示略）を備え，これによりジンバル機構１０３の操作を行うモードと、目標追尾装置１０５から出力されるジンバル空間角速度制御信号ＣＯに基づいてジンバル機構１０３の各軸ごとの角速度を指令する目標追尾駆動信号ＤＴをジンバル機構１０３に出力し，ジンバル機構１０３の動作制御を行うモードとを備えている。これらのモードの切り換えは飛翔体Ｍの発射時に発射装置Ｈから出力される発射タイミング信号ＴＯの受信により行われる。即ち、発射タイミング信号ＴＯの受信前は手動操作を行うモードであり、受信後は目標追尾装置１０５の動作制御に従うモードとなる。
【００３４】
（ズーム機構）
ズーム機構１０２は目標追尾装置１０５からズーム駆動信号ＺＤの入力を受けて倍率を決定し、また目標追尾装置１０５に対して現在の倍率を示すズーム倍率信号ＺＰを出力する。
【００３５】
（飛翔体データ記憶装置）
飛翔体データ記憶装置１０４は、飛翔体Ｍの発射後から一定の期間における既知の飛翔軌跡を示す飛翔経路データＦＰＴＮのほか、飛翔体Ｍの大きさを示す飛翔体サイズデータＴＳＺを保有している。これら各データは、装置外部から設定入力することが可能であり、飛翔体Ｍの追尾撮影前に予め入力を受け付ける。そして、これらのデータはいずれも目標追尾装置１０５に出力される。なお、飛翔体Ｍは発射装置Ｈにより一定の方向に射出されるので、その発射後から一定期間はいつもほぼ同じ飛翔経路を辿ることとなる。従って、予め試験的な測定を行うことで飛翔体Ｍの発射後から一定時間までの飛翔経路は既知となる。上記飛翔経路データＦＰＴＮは発射からの経過時間ごとの飛翔経路上における飛翔体Ｍの位置を示す位置データから構成されている。
【００３６】
（目標追尾装置）
目標追尾装置１０５は、図１の如く、画像センサ１０１から入力されるビデオ信号Ｖ，飛翔体データ設定装置１０４から入力される飛翔体経路データＦＰＴＮと飛翔体サイズデータＴＳＺ，ズーム機構１０２から入力されるズーム倍率信号ＺＰ、発射装置Ｈから飛翔体Ｍの発射時に入力される発射タイミング信号ＴＯの５つの入力と、ジンバル駆動装置１０６へのジンバル空間角速度制御信号ＣＯの出力を持つ。
【００３７】
目標追尾装置１０５は、飛翔体Ｍを撮影したビデオ信号Ｖに基づいてジンバル機構１０３の駆動角速度を算出する第一の機能と、飛翔経路データＦＰＴＮに基づいてジンバル機構１０３の駆動角速度を算出する第二の機能と、飛翔体Ｍの発射からの経過時間によりビデオ信号Ｖに基づく駆動角速度と飛翔経路データＦＰＴＮに基づく駆動角速度とを選択或いは加算してジンバル駆動装置１０６に出力させる第三の機能と、飛翔経路データＦＰＴＮと飛翔体サイズデータＴＳＺとに基づいてズーム機構１０２のズーム倍率を算出する第四の機能とをそれぞれ実現するための構成を備えている。これらを図２に基づいて説明する。
【００３８】
［第一の機能］
上述の第一の機能を実現する構成として、目標追尾装置１０５は、画像センサ１０１から入力されるビデオ信号Ｖから撮像領域内における飛翔体Ｍの位置を示す目標検出位置Ｄを出力する画像処理部４と、この目標検出位置Ｄとズーム機構１０２から出力されるズーム倍率信号ＺＰとから飛翔体Ｍに対するセンサ視線ＯＰのズレである目標誤差角εを算出する誤差角算出部５と、目標誤差角εからジンバル機構１０３のＥＬ軸・ＡＺ軸ごとの駆動角速度を示す空間角速度指令σＣＯＭを算出するレートコマンド発生部６とを備えている。
【００３９】
上記画像処理部４はビデオ信号Ｖに基づく映像から画像処理により飛翔体Ｍを抽出すると共に撮像範囲内におけるその位置を特定する処理がなされる。誤差角算出部５は、目標検出位置Ｄとそのときのズーム倍率信号ＺＰとからセンサ視線ＯＰに対する飛翔体Ｍのズレ量とその方向を求め，さらにこれらからＡＺ軸とＥＬ軸の各成分ごとの誤差角を示す目標誤差角εを算出する。また、レートコマンド発生部６は従来例で説明したように特開平０３−２４７９９７号公報に記載の手法により目標誤差角εから空間角速度指令σＣＯＭを算出する。
【００４０】
［第二の機能］
上述の第二の機能を実現する構成として、目標追尾装置１０５は、飛翔体データ記憶装置１０４から出力される飛翔経路データＦＰＴＮから飛翔体Ｍの発射からの経過時間によるジンバル機構１０２のＥＬ軸・ＡＺ軸ごとの駆動角速度の変化を示す波形データを作成するレートオフセット信号発生部２を備えている。
【００４１】
図３（Ａ）はその波形データを示す線図であり、符号２１はＡＺ軸の駆動角速度の時間的変化を示す波形であり、符号２２はＥＬ軸の駆動角速度の時間的変化を示す波形である。そして、後述する時間信号発生回路１により飛翔体Ｍの発射からの経過時間を示す経過時間データＴＣが入力されるとレートオフセット信号発生部２はその経過時間ｔにおける各軸ごとの駆動角速度を示すレートオフセット信号ＲＯＦＳを出力する。
【００４２】
飛翔経路データＦＰＴＮは既知の飛翔経路を飛翔する飛翔体の経時的な位置変化を示すので、この飛翔経路と画像センサ１０１及びジンバル機構１０３の相対的な位置関係から、既知の飛翔経路を飛翔する飛翔体をセンサ視線ＯＰが忠実に追従する場合のＥＬ軸・ＡＺ軸ごとの駆動角速度の変化を算出することが可能である。従って、予めかかる算出処理がこのレートオフセット信号発生部２で行われ、飛翔体の発射まで波形データが作成された状態で待機状態となる。
【００４３】
［第三の機能］
上述の第三の機能を実現する構成として、目標追尾装置１０５は、飛翔体Ｍの発射と同時に発射装置Ｈから出力される発射タイミング信号ＴＯを受信すると、そのときから経時を開始すると共にその経過時間を示す経過時間データＴＣを絶えず出力する時間信号発生回路１と、経過時間データＴＣに基づく経過時間に応じてスイッチのＯＮとＯＦＦとを切り換えるスイッチ切換信号Ｓ１，Ｓ２を出力する信号切換部８と、スイッチ切換信号Ｓ１を受信するスイッチ９と、スイッチ切換信号Ｓ２を受信するスイッチ１０と、レートオフセット信号ＲＯＦＳと空間角速度指令σＣＯＭとを加算しジンバル空間角速度制御信号ＣＯを出力する信号生成部としての加算器１１とを備えている。
【００４４】
上記時間信号発生回路１は単なる経時回路であり、発射タイミング信号ＴＯの受信により経時を開始する。
【００４５】
信号切換部８は、予め飛翔体データ記憶装置１０４から入力された飛翔経路データＦＰＴＮから、スイッチ切換信号Ｓ１をＯＮからＯＦＦに切り換えるタイミングｔ２とスイッチ切換信号Ｓ２をＯＦＦからＯＮに切り換えるタイミングｔ１とを特定し、各信号の信号波形データを作成する。図３（Ｂ）はスイッチ切換信号Ｓ１の波形データ２３を示し、図３（Ｃ）はスイッチ切換信号Ｓ２の波形データ２４を示す。飛翔経路データＦＰＴＮからタイミングｔ１，ｔ２を特定するには例えば、飛翔体Ｍの飛翔距離変化が予め設定した一定値を越えるときをタイミングｔ１とし、飛翔距離変化が予め設定した一定値を下回るときをタイミングｔ２とする。そして、経過時間データＴＣが示す経過時間がｔ１のときスイッチ切換信号Ｓ２をＯＦＦだった当初の状態からＯＮ状態に切り換える。また、経過時間がｔ２のときスイッチ切換信号Ｓ１をＯＮだった当初の状態からＯＦＦ状態に切り換える。
【００４６】
スイッチ９はレートオフセット信号発生部２と加算器１１との間に設けられ、スイッチ切換信号Ｓ１に従って、レートオフセット信号ＲＯＦＳの送信と切断とを切り換える。また、スイッチ１０はレートコマンド発生部６と加算器１１との間に設けられ、スイッチ切換信号Ｓ２に従って、空間角速度指令σＣＯＭの送信と切断とを切り換える。
【００４７】
加算器１１は、空間角速度指令σＣＯＭとレートオフセット信号ＲＯＦＳの双方が入力されればそれらを加算してジンバル空間角速度制御信号ＣＯとしてジンバル駆動装置１０６に出力し、いずれか一方しか入力されないときはその信号をそのままジンバル空間角速度制御信号ＣＯとして出力する。
【００４８】
［第四の機能］
上述の第一の機能を実現する構成として、目標追尾装置１０５は、飛翔経路データＦＰＴＮと飛翔体サイズデータＴＳＺと経過時間データＴＣとから現在の好適な倍率を特定しズーム倍率制御信号ＺＣとして出力するズーム倍率信号発生３と、ズーム倍率信号ＺＰとズーム倍率制御信号ＺＣとを受信してズーム機構１０２の現在倍率をズーム倍率制御信号ＺＣが示すズーム倍率に合わせるズーム駆動信号ＺＤを出力するズーム制御回路７とを備えている。
【００４９】
飛翔経路データＦＰＴＮの示す飛翔経路は既知であり、これに対する画像センサ１０１の相対的な位置関係を既知であるため、飛翔体Ｍの発射後おける当該飛翔体Ｍと画像センサ１０１との距離変化も算出できる。また、飛翔体サイズデータＴＳＺにより飛翔体Ｍのサイズが分かるので、ズーム倍率信号発生部３では、画像センサ１０１における撮像領域内の飛翔体Ｍの像が占める割合を一定とするためのズーム倍率の時間的変化を示す波形データを飛翔体Ｍの発射前に予め作成する。図３（Ｄ）はその波形データ２５を示している。そして、経過時間データＴＣが入力されると、ズーム倍率信号発生部３はこの波形データ２５を参照して現在の経過時間に対応するズーム倍率制御信号ＺＣを出力する。
【００５０】
ズーム制御回路７は、絶えずズーム機構１０２の現在倍率を示すズーム倍率信号ＺＰの入力を受け、これがズーム倍率制御信号ＺＣの示す倍率となるようにズーム機構１０２のフィードバック制御を行う。
【００５１】
（動作説明）
目標追尾システム１００の動作を説明する。図４は目標追尾装置１０５の動作を示すフローチャートである。
【００５２】
先ず、飛翔体Ｍの発射前の予備段階を説明する。
【００５３】
ジンバル機構１０３は発射装置Ｈから発射タイミング信号ＴＯを受領するまでは、ジンバル駆動装置１０６により角度制御されている。即ち、駆動装置１０６から直接操作入力を行い画像センサ１０１の視線ＯＰを発射装置Ｈの方向に向けて待ち受け状態にする。
【００５４】
次に、発射される飛翔体Ｍの射出諸元（既知の飛翔経路を飛翔体Ｍが飛翔する場合の経時的位置変化及び飛翔体Ｍのサイズ）を飛翔体データ記憶装置１０４に設定する。
【００５５】
飛翔体データ記憶装置１０４に飛翔体Ｍの射出諸元が設定されると、レートオフセット信号発生部２ではＥＬ軸・ＡＺ軸ごとの駆動角速度の変化を示す波形データ２１，２２を算出し、ズーム倍率信号発生部３ではズーム倍率の波形データ２５を算出し、信号切換部８ではスイッチ切換信号Ｓ１，Ｓ２の波形データ２３，２４を算出する。
【００５６】
次に、飛翔体Ｍが発射され、発射タイミング信号ＴＯが時間信号発生回路１に入力されると（ステップＳ１）、時間信号発生回路１はこの時点からの経過時間を示す経過時間データＴＣを発生し、出力する（ステップＳ２）。
【００５７】
この経過時間データＴＣは、レートオフセット信号発生部２、ズーム倍率信号発生部３及び信号切換部８に出力される。
【００５８】
信号切換部８では、既に保持していたスイッチ切換信号Ｓ１，Ｓ２を制御する波形データ２３，２４を参照して、経過時間ｔに応じたスイッチ切換信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。経時開始当初、スイッチ切換信号Ｓ１はＯＮを示し、スイッチ切換信号Ｓ２はＯＦＦを示す。従って、加算器１１にはレートオフセット信号ＲＯＦＳしか入力されないこととなる（ステップＳ３）。
【００５９】
レートオフセット信号発生部２に経過時間データＴＣが入力されるとＡＺ軸角速度及びＥＬ軸角速度の波形データ２１，２２から経過時間ｔに対応したレートオフセット信号ＲＯＦＳを発生する。
【００６０】
また、ズーム倍率信号発生部３では、既に保持していたズーム倍率を制御する波形データ２５から経過時間ｔに対応するズーム倍率制御信号ＺＣを発生する（ステップＳ４）。
【００６１】
ズーム制御回路７はズーム倍率制御信号ＺＣを受信してズーム倍率信号ＺＰと比較し、ズーム倍率信号ＺＰとズーム倍率制御信号ＺＣが一致するようにズーム機構１０２を動かすためのズーム駆動信号ＺＤを発生し出力する。このため、ズームレンズはズーム倍率制御信号ＺＣが指定する倍率となるように制御される（ステップＳ５）。
【００６２】
画像処理部４は、ズーム機構１０２を通して画像センサ１０１で撮像される画像のビデオ信号Ｖを受信し、処理して飛翔体Ｍの撮像位置を検出し、撮像画面上の中心からの目標検出位置Ｄとして誤差角算出部５に出力する。誤差角算出部５では、ズーム機構１０２からのズーム倍率信号ＺＰにより、画像センサ１０１の全視野角と、画像処理部４からの目標検出位置Ｄにより画像センサ１０１の視線ＯＰを中心とした目標誤差角εを算出し、出力する。そして、レートコマンド発生部６では、目標誤差角εが「０」となるようにジンバルを駆動する空間角速度指令σＣＯＭを発生する（ステップＳ６）。但し、現時点ではスイッチ切換信号Ｓ２がＯＦＦでありスイッチ１０が切断状態にあるので、加算器１１には空間角速度指令σＣＯＭは入力されず、レートオフセット信号ＲＯＦＳがジンバル空間角速度制御信号ＣＯとしてジンバル駆動装置１０６に出力される。
【００６３】
そして、経過時間ｔがｔ１に至ると（ステップＳ７）、信号切替部８では波形データ２３，２４を参照して、スイッチ切換信号Ｓ１のＯＮ状態を維持し、スイッチ切換信号Ｓ２をＯＮ状態に切り換える。従って、加算器１１にはレートオフセット信号ＲＯＦＳと空間角速度指令σＣＯＭとが入力され、これらが加算されてジンバル空間角速度制御信号ＣＯとしてジンバル駆動装置１０６に出力される（ステップＳ８）。
【００６４】
その後も、経過時間ｔに応じてレートオフセット信号ＲＯＦＳ，ズーム倍率制御信号ＺＣ及び空間角速度指令σＣＯＭの出力が行われ、これらに基づいてズーム機構１０２，ジンバル機構１０３の動作制御が行われる（ステップＳ９）。
【００６５】
そして、経過時間ｔがｔ２に至ると（ステップＳ１０）、信号切替部８では波形データ２３，２４を参照して、スイッチ切換信号Ｓ２のＯＮ状態を維持し、スイッチ切換信号Ｓ１をＯＦＦ状態に切り換える。従って、加算器１１には空間角速度指令σＣＯＭのみが入力され、これがジンバル空間角速度制御信号ＣＯとしてジンバル駆動装置１０６に出力される（ステップＳ１１）。
【００６６】
その後も、経過時間ｔに応じてレートオフセット信号ＲＯＦＳ，ズーム倍率制御信号ＺＣ及び空間角速度指令σＣＯＭの出力が行われ、これらに基づいてズーム機構１０２，ジンバル機構１０３の動作制御が行われた後に目標追尾システム１００の動作は終了する。
【００６７】
（実施形態の効果）
上記目標追尾システム１００の効果について説明する。
【００６８】
まず、この実施形態で示した発射装置Ｈは発射まで飛翔体Ｍの姿が確認できないタイプのものなので、発射当初から画像追尾（ビデオ信号に基づいて誤差角ε及び空間角速度指令σＣＯＭを算出しジンバル機構１０３を制御する方式）を行うと、飛翔体Ｍの姿が確認されてからジンバル機構１０３は急激な追尾動作を行わねばならず、良好な追尾撮影を行うことができない。
【００６９】
そこで、目標追尾装置１０５では、飛翔体Ｍの発射から当該飛翔体Ｍに対する画像追尾を開始するのに支障の無い程度に発射装置Ｈから離れるために必要な経過時間ｔ１までは、レートオフセット信号ＲＯＦＳのみをジンバル空間角速度制御信号ＣＯとしてジンバル駆動装置１０６に出力している。このため、飛翔体Ｍの姿が未確認状態であっても、既知の飛翔経路を飛翔する飛翔体Ｍに画像センサ１０１の視線が追従し、発射当初からの良好な追尾撮影を行うことを可能としている。
【００７０】
次に、目標追尾装置１０５では、経過時間がｔ１からｔ２（飛翔体Ｍの追尾のためのジンバル機構１０３の角速度が充分小さくなり画像追尾のみで誤差角εが充分小さくなる時間）に至るまでの間は、レートオフセット信号ＲＯＦＳと目標誤差角空間角速度指令σＣＯＭとが加算され、これがジンバル空間角速度制御信号ＣＯとしてジンバル駆動装置１０６に出力される。
【００７１】
この時の各信号の流れは図５（Ｂ）に示すような制御ブロックによるものとなる。これによると、目標誤差角εは次式（１）のように表すことができる。
【００７２】
【数１】
0003551915.tif 000002
【００７３】
ただし、ψ０は初期の画像センサ１０１の視線方向角である。ここで、次式（２）により定義されるσＴＥを上式（１）に代入する。また、経過時間ｔ≧ｔ１のとき、σＣＯＭ＝Ｋεであるため（Ｋはゲイン）、経過時間ｔ１以降は次式（３）が成立する。
【００７４】
【数２】
0003551915.tif 000003
【００７５】
既に説明したように、レートオフセット信号ＲＯＦＳは代表的な飛翔体Ｍの射出直後の飛翔経路に基づいて発生させた追尾目標の飛翔経路上位置の動きから画像センサ１０１の視線ＯＰが飛翔体Ｍに一致するように動かした場合のジンバル機構のＡＺ軸角速度及びＥＬ軸角速度を計算で求めた波形で表される。また、画像センサ１０１の視線方向角は飛翔体Ｍの発射位置の方向一致させるため、ψＯ  （初期の画像センサ１０１の視線方向角）は、発射迄の飛翔体Ｍの方向角となる。
【００７６】
従って、先に定義したσＴＥは代表的な飛翔体Ｍの射出直後の既知の飛翔経路上の位置の動きから画像センサ１０１の視線ＯＰが飛翔体Ｍに一致するように動かした場合の飛翔体Ｍの方向の予想角度に相当することになり、σＴに近い値となっている筈である。このことから、（σＴ−σＴＥ）の絶対値の大きさは小さな値となり、このため、既知である飛翔経路上を飛翔する飛翔体Ｍに追従するセンサ視線ＯＰの角速度と実際の飛翔体Ｍを追従する角速度とのズレ分に相当する角速度のみに比例した目標誤差角εしか発生せず、当該誤差角εの発生は抑制されることになる。
【００７７】
従って、急激に画像センサ１０１の視線ＯＰの角速度が変化する時間帯においても良好に追従し、飛翔体Ｍの画像がほぼ撮像画面の中央で安定して撮影することが可能となる。
【００７８】
また、飛翔体Ｍを撮像画面の中央に維持することができるので、ズーム機構１０２により拡大撮影（画像センサの全視野角を狭くする）し、撮像サイズを大きくすることが可能である。
【００７９】
なお、ジンバル機構１０３の角速度が追尾上問題を発生しない程度小さくなる時点ｔ２以降は、目標誤差角空間角速度指令σＣＯＭのみが加算器１１に入力され、これをジンバル空間角速度制御信号ＣＯとしてジンバル駆動装置１０６を出力するが、この時点では画像処理による空間角速度指令σＣＯＭのみに基づいてジンバル機構１０３を制御しても誤差角εは充分小さくなるので良好な撮影を行うのに何ら支障はない。
【００８０】
【発明の効果】
本発明は、予め分かっている代表的な飛翔体射出直後の飛翔経路上の位置の動きを示す飛翔経路データから画像センサの視線が飛翔体に一致するように動かした場合のジンバル機構の駆動角速度と、画像信号から得られる誤差角に基づく駆動角速度とを加算してなる駆動角速度によりジンバル機構を制御する。従って、画像信号の処理のみに基づく駆動角速度によりジンバル機構を制御する場合と比較して、発射後のジンバル機構における駆動角速度が最も大きくなる期間にあっても、既知である飛翔経路上を飛翔する飛翔体に追従するセンサ視線の角速度と実際の飛翔体を追従する角速度とのズレ分に相当する角速度のみに比例した目標誤差角しか発生せず、当該誤差角の発生は抑制されることになる。これにより、画像センサの視線を飛翔体により良好に追従させ、飛翔体を撮像画面の中央に捉えた良好な撮影が可能となる。
【００８１】
このとき、ズーム機構を備える構成にあっては、飛翔体が撮像画面の中央に安定して捉えられるので、より拡大して撮影することが可能となる。
【００８２】
また、飛翔体の発射直後から画像処理により飛翔体を補足可能となるまでの一部期間については、既知の飛翔経路に基づく駆動角速度によりジンバル機構の動作制御を行う構成とした場合には、発射されるまで飛翔体の姿が見えない場合であっても、画像センサの視線を当初から有効に飛翔体に追従させることが可能であり、発射後において急遽ジンバル機構の追従動作を行わせる従来のシステムと比較して、飛翔体の像流れを生じ難い良好な追従撮影を行うことが可能となる。
【００８３】
本発明は、以上のように構成され機能するので、これにより従来にない優れた目標追尾システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１に開示した目標追尾装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示すレートオフセット信号発生部，信号切換部及び、ズーム倍率信号発生部の動作出力信号波形を示し、図３（Ａ）はレートオフセット信号の波形であり、図３（Ｂ）はスイッチ信号Ｓ１の波形であり、図３（Ｃ）はスイッチ信号Ｓ２の波形であり、図３（Ｄ）はズーム倍率制御信号の波形を示す。
【図４】目標追尾装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図５（Ａ）は制御の対象となる画像センサの視線の角度と飛翔体の角度との関係を示し、図５（Ｂ）は実施形態の制御ブロック図を示している。
【図６】従来例の全体構成を示すブロック図である。
【図７】図７（Ａ）は制御の対象となる画像センサの視線の角度と飛翔体の角度との関係を示し、図７（Ｂ）は従来例の制御ブロック図を示している。
【符号の説明】
２  レートオフセット信号発生部
３  ズーム倍率信号発生部
５  誤差角算出部
６  レートコマンド発生部
７  ズーム制御回路
１１  加算器（信号生成部）
１００  目標追尾システム
１０１  画像センサ
１０２  ズーム機構
１０３  ジンバル機構（センサ駆動機構）
１０４  飛翔体データ記憶装置
１０５  目標追尾装置
１０６  ジンバル駆動装置（駆動制御装置）
ＦＰＴＮ  飛翔経路データ
Ｈ  発射装置
Ｍ  飛翔体
ＴＳＺ  飛翔体サイズデータ
ε  誤差角
【図１】
0003551915.tif 000004
【図２】
0003551915.tif 000005
【図３】
0003551915.tif 000006
【図４】
0003551915.tif 000007
【図５】
0003551915.tif 000008
【図６】
0003551915.tif 000009
【図７】
0003551915.tif 000010