(57)【要約】【課題】  赤外線画像誘導装置において、地上に目標が居る場合等で赤外線画像情報の中に多数の目標候補が抽出され、真の目標を選択することが困難な状況においても、真の目標に対する誘導が可能な赤外線画像誘導装置を得る。【解決手段】  赤外線画像情報を得るための赤外線カメラと、赤外線画像情報から目標候補を抽出する信号処理部と、レーザにより目標候補との距離を測定するレーザ測距器と、自己位置及び自己姿勢角を算出する慣性計算部と、目標物候補の位置を算出する距離計算部と、目標物位置が格納された位置データベースと、距離計算部が算出した目標物候補の位置と位置データベースに格納された目標物位置とを比較することで目標物候補を選択する目標選択部とを備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線画像から抽出した目標物に自己を誘導する赤外線画像誘導装置であって、
赤外線を受光し前記赤外線画像を出力する赤外線カメラと、
前記赤外線カメラの指向方向にある物との距離を測定して相対距離を出力するレーザ測距器と、
前記赤外線カメラと前記レーザ測距器を保持するジンバルと、
前記ジンバルの向きを制御するジンバル制御部と、
自己位置と自己姿勢角の情報を出力する慣性計算部と、
前記目標物の大きさと前記目標物の概略位置が登録された目標物データベースと、
前記赤外線画像を予め設定した温度閾値を用いて２値化画像に変換し、前記自己位置と前記目標物データベースの中にある前記目標物の概略位置とから前記目標物までの距離を算出し、前記目標物までの距離と前記目標物の大きさとから前記赤外線カメラからみた前記目標物の画角を算出し、前記目標物の画角と前記赤外線カメラが有する画角と前記赤外線カメラが有する画素数とから前記２値化画像で前記目標物が占める画素数を算出し、算出した前記画素数を基準に前記２値化画像の中から前記目標物の候補として目標物候補を抽出し、前記２値化画像における前記目標物候補の画素位置と前記赤外線カメラの指向方向とを用いて目標物候補が存在する方向を算出して目標候補情報として出力する信号処理部と、
前記レーザ測距器が前記目標候補情報で示される方向にある物との距離を測定した相対距離により前記目標物候補までの距離を求め、前記目標物候補までの距離と前記自己位置と前記目標候補情報とを用いて前記目標物候補の位置を算出する距離計算部と、
前記目標物候補の位置と前記目標物データベースの中の前記目標物の概略位置とを比較し最も差異が少ない位置にある前記目標物候補を選択して前記目標物と判断する目標選択部と、
選択した前記目標物の位置に基いて誘導計算をする誘導計算部とを備えたことを特徴とする赤外線画像誘導装置。
【請求項２】
前記ジンバル制御部は、前記信号処理部からの前記目標候補情報に基いて前記ジンバルの向きを制御し、前記レーザ測距器が前記信号処理部で抽出した目標物候補との距離のみを測定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の赤外線画像誘導装置。
【請求項３】
前記ジンバル制御部は前記信号処理部からの前記目標候補情報に基いて前記ジンバルの向きを制御し、前記レーザ測距器が前記信号処理部で抽出した目標物候補周辺との距離を測定するようにし、前記距離計算部は前記目標物候補周辺との距離の測定値に基き前記目標物候補の形状を推定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の赤外線画像誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標選択に赤外線画像情報を用いた赤外線画像誘導装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線画像情報を用いた赤外線画像誘導装置は、赤外線カメラで得られた画像を基に温度閾値により２値化画像を作り、その画像の中から目標の大きさが一致する部位を目標として選択し、選択した目標に対して誘導することが行われていた。従来は、温度閾値の設定を予測される目標の赤外線放射パターンに基づき設定することにより、目標選択の精度を高めていた。また、従来は、２値化された画像における目標の大きさの特徴を用いた目標判定処理を行うことにより、目標選択の精度を高めていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２５１０６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の赤外線画像から２値化した画像を作り、その２値化画像の中から目標の大きさと一致する部位を目標として選択し誘導する方法では、その２値化画像には距離情報が含まれていないために、目標物を誤って選択してしまうという課題があった。すなわち、従来の方法では２値化画像に映るであろう目標物の大きさを想定し、その想定される目標物の大きさと２値化画像の中の映像物とを比較することで目標物を選択していたが、実際には目標物と比べてその大きさが小さい物体であっても近いところに位置するために２値化画像の中では目標物と大きさが類似して見える場合があり、また、実際には目標物と比べてその大きさが大きい物体であっても遠いところに位置するために２値化画像の中では目標物と大きさが類似してみえる場合があった。このような場合、真の目標物ではない画像上の物体を誤って目標物として選択し、誤った目標物に対して誘導してしまうという課題があった。
【０００４】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、目標と類似した赤外線放射パターンを持つ物が有っても誤認識することなく、真の目標物を選択して誘導する赤外線画像誘導装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明による赤外線画像誘導装置は、赤外線を受光し前記赤外線画像を出力する赤外線カメラと、前記赤外線カメラの指向方向にある物との距離を測定して相対距離を出力するレーザ測距器と、前記赤外線カメラと前記レーザ測距器を保持するジンバルと、前記ジンバルの向きを制御するジンバル制御部と、自己位置と自己姿勢角の情報を出力する慣性計算部と、前記目標物の大きさと前記目標物の概略位置が登録された目標物データベースと、前記赤外線画像を予め設定した温度閾値を用いて２値化画像に変換し、前記自己位置と前記目標物データベースの中にある前記目標物の概略位置とから前記目標物までの距離を算出し、前記目標物までの距離と前記目標物の大きさとから前記赤外線カメラからみた前記目標物の画角を算出し、前記目標物の画角と前記赤外線カメラが有する画角と前記赤外線カメラが有する画素数とから前記２値化画像で前記目標物が占める画素数を算出し、算出した前記画素数を基準に前記２値化画像の中から前記目標物の候補として目標物候補を抽出し、前記２値化画像における前記目標物候補の画素位置と前記赤外線カメラの指向方向とを用いて目標物候補が存在する方向を算出して目標候補情報として出力する信号処理部と、前記レーザ測距器が前記目標候補情報で示される方向の物との距離を測定した相対距離により前記目標物候補までの距離を求め、前記目標物候補までの距離と前記自己位置と前記目標候補情報とを用いて前記目標物候補の位置を算出する距離計算部と、前記目標物候補の位置と前記目標物データベースの中の前記目標物の概略位置とを比較し最も差異が少ない位置にある前記目標物候補を選択して前記目標物と判断する目標選択部と、
選択した前記目標物の位置に基いて誘導計算をする誘導計算部とを備えた。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、目標選択の精度を高めることができ、赤外線画像情報に目標と類似した赤外線放射パターンを持つ物が有っても目標以外の物を選択することなく、真の目標物に誘導することができる。
【０００７】
実施の形態１．
図１〜図３を用いて、この発明にかかる実施の形態１の赤外線画像誘導装置について説明する。
図１は、この発明に係る実施の形態１の赤外線画像誘導装置の構成図である。図２は、この発明に係る実施の形態１の赤外線画像図の一例である。
赤外線画像誘導装置１は、赤外線を受光する赤外線カメラ２と、レーザ光を対象物に対して照射しその反射光から対象物との距離を測定するレーザ測距器３と、レーザ光を反射し赤外線を透過するレーザミラー５と、赤外線画像１５を処理する信号処理部８と、予め情報として得られている目標物の大きさや位置が登録されている目標物データベース３０と、目標物候補の中から目標物を選択する目標選択部１１と、赤外線カメラ２の指向方向を変化させるジンバル６と、ジンバル６を制御するジンバル制御部７と、赤外線カメラ２等を保護すると共に赤外線及びレーザ光を透過するレドーム４と、対象物との距離を計算する距離計算部１０と、自己位置および自己姿勢角情報を計算する慣性計算部９と、赤外線画像誘導装置１を目標物へ誘導するための誘導計算を行う誘導計算部１２から構成される。
【０００８】
次に、図１〜図４を用いて実施の形態１の赤外線画像誘導装置の動作を説明する。
図３は、目標物データベース３０に格納されている目標物データの一例を示した図である。図４は、実施の形態１の赤外線画像誘導装置の動作を示すフローチャートである。
図１において、赤外線カメラ２は赤外線カメラ２の指向方向にある赤外線放射物が発する赤外線光１３を受光し、例えば図２に示すような赤外線画像１５を取得する。取得した赤外線画像１５は信号処理部８に出力される。
図２で示した赤外線画像１５には様々な大きさの物体が映し出されており、真の目標物２３のほか、大きさに関して真の目標物に類似した赤外線放射物２４、真の目標物に類似しない赤外線放射物２５等が映されている。
【０００９】
以下、図４のフローチャートに従い、動作を説明する。
図４のステップＳ１０１（以下、Ｓ１０１という）において、慣性計算部９は、地球座標系での自己位置（λ、μ、ｈ）と、自己の姿勢状態を表す地球座標系での自己姿勢角（θ、ψ、φ）を周期的に算出する。地球座標系での自己姿勢角においてθはピッチ角、ψは方位角、φはロール角を表す。慣性計算部９は、自己位置（λ、μ、ｈ）と自己姿勢角（θ、ψ、φ）の情報からなる自己位置・自己姿勢角情報２０を、距離計算部１０、誘導計算部１２及び信号処理部８に対して出力する。
【００１０】
Ｓ１０２において、信号処理部８は、赤外線カメラ２から受けた赤外線画像１５を、予め設定した温度閾値を用いて２値化した２値化画像に変換する。
【００１１】
次にＳ１０３において、信号処理部８は慣性計算部９から自己位置・自己姿勢角情報２０を受けて、自己位置（λ、μ、ｈ）と自己姿勢角（θ、ψ、φ）の情報を得る。また、信号処理部８は目標物データベース３０と接続されており、目標物データベースの情報を入手する。
図３に、目標物データベース３０に格納されている目標物データの一例を示す。目標物データとして、目標物のおよその大きさ（横幅、奥行き、高さ）と目標物の概略位置（緯度、経度、高度）が格納されている。赤外線画像誘導装置１を誘導する際は、これらの複数の目標物の中から予め目標ＮＯ．の番号を以って目標物を選択しておく。これらの目標物の大きさと位置のデータは事前に得られたあくまで概略のデータであり、精度の高いデータではない。よって、目標物データベース３０に登録されている位置データを最終の目標物位置と決定して、赤外線画像誘導装置１を誘導することはできない。ここで、目標物データベース３０は書換え可能であり、目標物を変更する度に書換えることができる。また、最新の情報に書き換えることができる。
信号処理部８は、目標物データベース３０に格納されている目標物の位置と慣性計算部９からの自己位置とから目標物までの概算距離を算出する。
【００１２】
Ｓ１０４において、信号処理部８は算出した概算距離と目標物データベース３０に格納されている目標物の大きさのデータを用いて、目標物の横方向の画角αｘと高さ方向の画角αｙを算出する。
Ｓ１０５において、信号処理部８は、算出した目標物の画角αｘ、αｙと、赤外線画像１５を撮影する赤外線カメラ２の横方向及び縦方向の画角βｘ、βμとの比を各々算出することで、赤外線画像１５を構成する画素で目標物が幾つの画素分に相当するかを求める。一例として、赤外線カメラ２の画角が横３０（deg）、縦２０（deg）であり、赤外線画像１５が横３２０画素×縦２４０画素から成り、目標物の画角αｘ、αｙが各々３（deg）、２（deg）であった場合、目標物は３２画素×２４画素として、赤外線画像１５に映し出されることになる。
Ｓ１０６において、信号処理部８は物体が占める画素数を大きさの判断基準として、２値化画像の中から、目標物の大きさと一致あるいは類似する部位を選択し、目標物候補として抽出する。
Ｓ１０７において、信号処理部８は目標物候補を抽出すると目標物候補が映し出されている画素のうちの中央あるいは重心位置の画素（xi、yi）を抽出する。そして、目標物候補位置（xi、yi）と２値化画像の中央画素の位置（xc、yc）の差分をとり、目標物候補が２値化画像の中央画素から何画素離れた位置にあるか、その画素数Nx、Nyを求める。
【００１３】
次にＳ１０８において、信号処理部８は赤外線カメラ２の地球座標系での指向方向（Cp、Cy 、Ｃφ ）を基準軸として目標物候補がある方向の視差角（ΔTp、ΔTy、ΔTφ）を算出する。すなわち、S１０７で求めた画素数Nx、Nyと、２値化画像の画素数（横Na画素、縦Nｂ画素）と、赤外線カメラの画角（βx、βy）とから、２値化画像の中央に対して目標物候補がある方向の視差角（ΔTp、ΔTy、ΔTφ）を算出する。
Ｓ１０９において、信号処理部８は、抽出した目標物候補が自己位置からみてどの方向に位置するかを示す地球座標系での指向方向（Ｔｐ、Ｔｙ、Ｔφ）を求める。信号処理部８は、慣性計算部９からの自己位置・自己姿勢角情報２０で得られる地球座標系での自己姿勢角（θ、ψ、φ）、および後で説明するジンバル制御部７からのジンバル６の首振り角（λｐ、λｙ、λφ）に基いて、赤外線画像１５から得られた２値化画像の中央位置の地球座標系での指向方向（Ｃｐ、Ｃｙ、Ｃφ）を演算する。信号処理部８は、演算した地球座標系での画像中央の指向方向（Ｃｐ、Ｃｙ、Ｃφ）と、ステップＳ１０８で算出した視差角（ΔTp、ΔTy、ΔTφ）の座標変換後の値を用いて、抽出した目標物候補の地球座標系での指向方向（Ｔｐ、Ｔｙ、Ｔφ）を算出する。ここで、ジンバル６の首振り角（λｐ、λｙ、λφ）は、自己姿勢角（θ、ψ、φ）を算出する際に用いる赤外線画像誘導装置１に設けられた基準軸に対して表される角度であり、地球座標系に座標変換可能な角度である。信号処理部８は、目標物候補として抽出した物体の指向方向（Ｔｐ、Ｔｙ、Ｔφ）を目標候補情報１９として距離計算部１０および目標選択部１１に出力する。
【００１４】
Ｓ１１０において、レーザ測距器３は、赤外線カメラ２の指向方向中央に一致する方向にレーザ光１４が照射されるように設置されたレーザミラー５を経由して周期的にレーザ光１４を照射する。レーザ測距器３は赤外線カメラ２の指向方向中央にある物体で反射されたレーザ光１４の反射光を受け、この反射光を用いて、赤外線カメラ２の赤外線画像１５の中央にある物体と赤外線画像誘導装置１との距離を測定する。測定により得られた距離は相対距離情報１８として、周期的に距離計算部１０に出力する。
【００１５】
ジンバル制御部７はジンバル指向指令１６をジンバル６へ出力し、ジンバル６の向きを変えることで赤外線カメラ２及びレーザ測距器３の指向方向を制御する。ここで、赤外線カメラ２、レーザミラー５及びレーザ測距器３はジンバル６に保持されている。ジンバル指向指令１６とはジンバル６の指向方向を指定する指令であり、具体的にはジンバル６を首振り角（λｐ、λｙ、λφ）で表される指向方向に向かせる指令のことを示す。ジンバル制御部７は、ジンバル６の首振り角（λｐ、λｙ、λφ）で示されるレーザ測距器３の指向方向をジンバル指向方向情報１７として、距離計算部１０と信号処理部８に出力する。
【００１６】
実施の形態１では、ジンバル制御部７は、レーザ測距器３の指向方向が図２のレーザ測距器３の走査パターン２６で示した様に赤外線画像１５の全範囲を走査するように、ジンバル指向指令１６をジンバル６へ出力する。レーザ測距器３は、向けられた方向にある物体との距離を求め、相対距離情報１８として周期的に距離計算部１０に出力する。
【００１７】
次にＳ１１１において、距離計算部１０は自己位置と目標物候補との距離を求める。レーザ測距器３は、２値化画像上を走査して向けられた方向にある物体との距離を求めており、距離計算部１０は、この相対距離情報１８と、ジンバル制御部７が出力するジンバル指向方向情報１７と、慣性計算部９が出力する自己位置・自己姿勢角情報２０を受けて、地球座標系での指向方向にある物体との距離を得る。一方、距離計算部１０は、信号処理部８が出力する目標候補情報１９を受けて、目標物候補が地球座標系のどの方向にあるかの情報を得る。よって、距離計算部１０は抽出した目標物候補との距離を求めることができる。
【００１８】
次に、Ｓ１１２において、距離計算部１０は、自己位置・自己姿勢角情報２０から得られる自己位置と、地球座標系での自己位置からみた目標物候補の地球座標系における方向を示す目標候補情報１９と、算出した目標物候補との距離とから、抽出した目標物候補の位置（緯度、経度、高度）を算出する。距離計算部１０は、目標物候補の位置（緯度、経度、高度）を表す目標候補の位置情報２１を目標選択部１１に出力する。
【００１９】
Ｓ１１３において、目標選択部１１は、目標物データベース３０と接続されており目標物データベース３０に格納されている目標物の概略位置（緯度、経度、高度）と、距離計算部１０からの目標候補の位置情報２１で示される目標物候補の位置（緯度、経度、高度）とを比較する。比較の結果、位置に関して最も差異が少ない目標物候補を選択し、その選択した目標物候補の位置（緯度、経度、高度）を選択目標の位置情報２２として誘導計算部１２に出力する。
Ｓ１１４において、誘導計算部１２は、選択目標の位置情報２２と慣性計算部９が出力する自己位置・自己姿勢角情報２０を基に、選択目標の位置情報２２で示される目標物候補の位置（緯度、経度、高度）へ誘導するための誘導計算を行う。 誘導の一例としては、誘導計算部１２は地球座標系での自己位置と目標物候補 の位置とから目標位置に対する目標角度を随時算出し、算出した目標角度方向へ自己位置を接近させるように推力調整等により随時修正していくことにより、赤外線画像誘導装置１を目標位置に誘導していく。
【００２０】
以上のように、赤外線画像誘導装置１は、赤外線画像情報により抽出した目標物候補の位置をレーザ測距器３、ジンバル制御部７及び慣性計算部９等の情報に基づき計算し、予め得られている目標物のおおよその位置と比較することで真の目標物を目標物候補の中から選択する。
【００２１】
このように、この発明の実施の形態１の赤外線画像誘導装置は、抽出された目標物との距離をレーザ測距器により測定することで、赤外線画像情報に目標物と類似した赤外線放射パターンを持つ物が複数あり真の目標物を選択することが困難な場合であっても、誤認識することなく真の目標物を選択することができ、真の目標物に誘導することができる。
【００２２】
実施の形態２．
図５、図６により、この発明の実施の形態２を説明する。
図５はこの発明の実施の形態２の赤外線画像誘導装置１の構成図である。図６は、この発明の実施の形態２の赤外線画像の図である。
実施の形態２では、信号処理部８が抽出した目標候補情報１９をジンバル制御部７へ出力する経路を付加している。なお、図５、図６において実施の形態１と同一の番号で示したものについては、同一のものであるとして説明を省略する。
【００２３】
図５において、信号処理部８は赤外線画像１５を基に、予め設定しておいた温度閾値を用いて２値化した２値化画像を作成し、目標物候補を抽出する。信号処理部８は目標物候補として抽出した物体がある指向方向を目標候補情報１９として距離計算部１０、目標選択部１１に出力すると共に、この実施の形態２では、ジンバル制御部７にも出力する。
【００２４】
ジンバル制御部７は、信号処理部８が抽出した目標候補情報１９を基に目標物候補のみにレーザ測距器のレーザ光を照射するように、ジンバル指向指令１６をジンバル６へ出力する。図６に、目標物候補として抽出された真の目標物２３と、真の目標物に類似した赤外線放射物２４に対してのみ、レーザ測距器のレーザ光を照射するようにしたレーザ測距器の走査パターン２７の一例を示す。
【００２５】
その後は、実施の形態１と同様に、距離計算部１０により目標物候補の位置を計算し、目標選択部１１により選択した目標物候補に対し誘導計算部１２で赤外線画像誘導装置１を目標物へ誘導するための誘導計算を行う。
【００２６】
このように、この発明の実施の形態２では、目標物候補の相対距離情報を得る機能において、ジンバル制御部７が信号処理部８で抽出した目標物候補のみにレーザ測距器のレーザ光を照射するように、ジンバルを制御するようにした。
【００２７】
これにより、目標物候補との相対距離情報を短時間で取得することができ、短時間で真の目標物への誘導を行うことができる。
【００２８】
実施の形態３．
図５、図７により、この発明の実施の形態３を説明する。
図５はこの発明の実施の形態３の赤外線画像誘導装置１の構成図である。図７は、この発明の実施の形態３の赤外線画像の図である。なお、図７において、実施の形態１、実施の形態２と同一の番号で示したものについては、同一のものであるとして説明を省略する。
【００２９】
図５において、信号処理部８は赤外線画像１５を基に、予め設定しておいた温度閾値を用いて２値化した２値化画像を作成し、目標物候補を抽出する。信号処理部８は、目標物候補として抽出した物体がある指向方向を目標候補情報１９として距離計算部１０、目標選択部１１、及びジンバル制御部７に出力する。
この発明の実施の形態３に係るジンバル制御部７は、目標候補情報１９を基に目標物候補の周辺のみにレーザ測距器のレーザ光を照射するように、ジンバル指向指令１６をジンバル６へ出力する。図７に、目標物候補として抽出された真の目標物２３と、真の目標物に類似した赤外線法射物２４の周辺に対してのみ、レーザ測距器のレーザ光を照射するようにしたレーザ測距器の走査パターン２８の一例を示す。
【００３０】
その後は、実施の形態１と同様に、距離計算部１２により目標選択部１１が選択した目標物に対し赤外線画像誘導装置１を誘導するための誘導計算を行う。
【００３１】
このように、この発明の実施の形態３では、目標物候補の相対距離情報を得る機能において、ジンバル制御部７が信号処理部８で抽出した目標物候補周辺のみにレーザ測距器のレーザ光を照射するように、ジンバル６を制御するようにした。
【００３２】
これにより、距離計算部１０は目標物物候補の細部の相対距離情報を取得することができる。距離計算部１０は目標物候補の細部の相対距離情報を用いることで各目標物候補の形状を再現し、立方体であるか、横に長い直方体に近いものであるか、円柱状に近いものであるか、などの形状を推定し、推定した形状を目標選択部１１に出力する。目標物データベース３０に、目標物の形状、例えば立方体や円柱などの形状を格納しておくことで、目標選択部１１は目標物の形状の比較によっても目標物候補の中から真の目標物の選択を行うことができるようになる。このように、目標物候補の位置による比較とあわせて、形状による比較を追加で行うことにより、真の目標物を選択する選択の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明に係る実施の形態１の赤外線画像誘導装置の構成図である。
【図２】この発明に係る実施の形態１の赤外線画像の図である。
【図３】この発明に係る実施の形態１の目標物データベースの一例を示す図である。
【図４】この発明に係る実施の形態１の赤外線画像誘導装置の動作を説明するフローチャート図である。
【図５】この発明に係る実施の形態２の赤外線画像誘導装置の構成図である。
【図６】この発明に係る実施の形態２の赤外線画像の図である。
【図７】この発明に係る実施の形態３の赤外線画像の図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 赤外線画像誘導装置、２ 赤外線カメラ、３ レーザ測距器、４ レドーム、５ レーザミラー、６ ジンバル、７ ジンバル制御部、８ 信号処理部、９ 慣性計算部、１０ 距離計算部、１１ 目標選択部、１２ 誘導計算部、１３ 赤外線光、１４ レーザ光、１５ 赤外線画像、１６ ジンバル指向指令、１７ ジンバル指向方向情報、１８ 相対距離情報、１９ 目標候補情報、２０ 自己位置・自己姿勢角情報、２１ 目標候補の位置情報、２２ 選択目標の位置情報、２３ 真の目標物、２４ 真の目標物に類似した赤外線放射物、２５ 真の目標物に類似しない物、２６、２７、２８ レーザ測距器の走査パターン、３０  目標物データベース。
【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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