(57)【要約】【課題】安定して反射体を検出することができる目標追跡装置を提供すること。【解決手段】複数の出射パルスが一定の間隔で出射されるパルスレーザ装置１２および出射パルスの波長域に感度を有する撮像装置１３が、これらの各指向方向を一致させて備えるとともに、撮像装置１３によって得られる画像情報に基づいて生成された指向制御信号に応じて、パルスレーザ装置１２および撮像装置１３を適宜指向させる指向装置１１を具備する目標追跡装置であって、撮像装置１３に入射される反射パルスのうち、画像情報から反射体を抽出可能な強度の反射パルスのみを撮像するように撮像装置１３を制御する感光タイミング制御部１８を具備する。【選択図】図１
2011203186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の出射パルスが一定の間隔で出射されるパルスレーザ装置と、
前記出射パルスの波長域に感度を有する撮像装置と、
前記出射パルスの指向方向に位置する反射体に反射された反射パルスが入射されることにより、この反射パルスが入射された時間を示す反射パルスのタイミングを検出する距離測定装置と、
前記パルスレーザ装置、前記撮像装置、および前記距離測定装置を、これらの各指向方向を一致させて備えるとともに、これらの装置を指向制御信号に応じて適宜指向させる指向装置と、
前記パルスレーザ装置から前記出射パルスが出射された時間を示す出射パルスのタイミングおよび、前記距離測定装置によって検出された前記反射パルスのタイミングに基づいて、前記反射体までの距離を算出するとともに、前記撮像装置で得られる画像情報から反射体画像を抽出し、その中心に前記出射パルスを向けるための前記指向制御信号を生成する信号処理部と、
この信号処理部で得られた反射体までの距離、前記出射パルスのタイミング、および前記出射パルスの強度に基づいて、前記反射体画像を抽出可能な強度の前記反射パルスが前記撮像装置に入射された直後に感光状態を終了するように前記撮像装置を制御する撮像装置制御手段と、
を具備することを特徴とする目標追跡装置。
【請求項２】
前記撮像装置制御手段は、前記反射体画像を抽出可能な強度の前記反射パルスのみを撮像するように前記撮像装置を制御する感光タイミング制御手段であることを特徴とする請求項１に記載の目標追跡装置。
【請求項３】
前記撮像装置制御手段は、前記反射体画像を抽出可能な強度の前記反射パルスを含む複数の前記反射パルスを撮像するように前記撮像装置を制御する感光時間制御手段であることを特徴とする請求項１に記載の目標追跡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標を捕捉追跡する目標追跡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に目標追跡装置は、レーザパルスを出射するレーザ装置と、目標物である反射体によって反射された反射パルスを受光することにより撮像する撮像装置と、を指向装置内に備えており、撮像装置によって得られる撮像信号から反射体画像を抽出することによって反射体を検出し、指向装置が反射体の方向に向くように制御されるものである。
【０００３】
従来の目標追跡装置として、以下のように構成された目標追跡装置が知られている。すなわち、上述の一般的構成に加え、さらに背景までの距離情報を取得する背景距離情報取得手段と、この背景距離情報に基づいて、背景からの反射光を撮像しないように撮像装置の撮像タイミングを制御する撮像タイミング制御手段と、を備えている（特許文献１参照）。
【０００４】
この従来の目標追跡装置によれば、背景距離情報取得手段によって得られた背景までの距離情報によって、レーザ装置から出射された出力パルスが背景に反射され、撮像装置に到達するまでの時間を知ることができる。従って、撮像タイミング制御手段によって、撮像装置による感光タイミングを、上記時間内に終えるように撮像装置を制御することができる。これによって、撮像装置によって得られる撮像信号には背景からの反射パルス成分、すなわち雑音成分は含まれないため、撮像信号の信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が向上し、反射体を安定して検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１１１２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年は、より安定して反射体を検出するために、撮像装置によって得られる撮像信号のＳＮＲをより向上させることが求められている。そこで、まず反射体までの距離を測定することによって反射体に反射された反射パルスが撮像装置に入射されるタイミングを算出し、このタイミングに合わせるように撮像装置の感光タイミングを制御することによって、ＳＮＲをより向上させることができると考えられる。
【０００７】
しかし、一般に、レーザ装置から出射されるレーザパルスの強度は、パルスによって異なり、例えば強い場合にはピーク強度が数ｋＷ程度、弱い場合にはピーク強度が数百Ｗ程度と、大きく変化する。さらに、このような強度の異なるパルスは、ランダムに出射される。従って、反射体に反射された反射パルスの強度も同様にランダムに大きく変化する。このように反射パルスの強度がランダムに時間変化するため、上述のように感光タイミングを制御しても、撮像装置に入射される反射パルスの強度が弱い場合があり、この場合には、所望のＳＮＲが得られず、安定して反射体を検出することができない問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、この問題に鑑みてなされたものであり、安定して反射体を検出することができる目標追跡装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による目標追跡装置は、複数の出射パルスが一定の間隔で出射されるパルスレーザ装置と、前記出射パルスの波長域に感度を有する撮像装置と、前記出射パルスの指向方向に位置する反射体に反射された反射パルスが入射されることにより、この反射パルスが入射された時間を示す反射パルスのタイミングを検出する距離測定装置と、前記パルスレーザ装置、前記撮像装置、および前記距離測定装置を、これらの各指向方向を一致させて備えるとともに、これらの装置を指向制御信号に応じて適宜指向させる指向装置と、前記パルスレーザ装置から前記出射パルスが出射された時間を示す出射パルスのタイミングおよび、前記距離測定装置によって検出された前記反射パルスのタイミングに基づいて、前記反射体までの距離を算出するとともに、前記撮像装置で得られる画像情報から反射体画像を抽出し、その中心に前記出射パルスを向けるための前記指向制御信号を生成する信号処理部と、この信号処理部で得られた反射体までの距離、前記出射パルスのタイミング、および前記出射パルスの強度に基づいて、前記反射体画像を抽出可能な強度の前記反射パルスが前記撮像装置に入射された直後に感光状態を終了するように前記撮像装置を制御する撮像装置制御手段と、を具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安定して反射体を検出することができる目標追跡装置を提供することができる
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る目標追跡装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に適用される指向装置を示す斜視図である。
【図３】図１の目標追跡装置の撮像装置の感光タイミングを、パルスレーザ装置から出射パルスが出射されるタイミング、および反射パルスが距離測定装置および撮像装置に入射されるタイミングと比較して示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る目標追跡装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の目標追跡装置の撮像装置の感光時間を、パルスレーザ装置から出射パルスが出射されるタイミング、および反射パルスが距離測定装置および撮像装置に入射されるタイミングと比較して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本実施形態に係る目標追跡装置について詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の目標追跡装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、目標追跡装置は、指向装置１１を備えている。この指向装置１１は、パルスレーザ装置１２、レーザ光の波長域に感度を有する撮像装置１３、および目標物である反射体までの距離を測定する距離測定装置１４を内部に備えており、これらが互いに指向方向が同一になるように、指向装置１１に取り付けられている。
【００１４】
図２は、指向装置１１を示す斜視図である。図２に示すように、指向装置１１は、基台１５上にプラットホーム１６を回転自在に配置し、このプラットホーム１６の一対のアーム間に、パルスレーザ装置１２、撮像装置１３、距離測定装置１４を回転自在に取り付けることにより、これらの装置１２、１３、１４を半球面内で指向制御信号に応じて自在に指向させることができるようにしたものである。
【００１５】
図１、図２に示されるパルスレーザ装置１２は、反射体に向かってパルス状のレーザ光（以下、出射パルスと称す）を一定の時間間隔で出射するものであり、その繰り返し周波数は、例えば数１０ｋＨｚ程度のものである。また、この装置１２は、例えば強い場合にはピーク強度が数ｋＷ程度、弱い場合にはピーク強度が数百Ｗ程度と、大きく、かつランダムに変化する出射パルスを出射するものである。
【００１６】
なお、以下の説明において、出射パルスのうち、強度が強いものを強出射パルスと称し、強度が弱いものを弱出射パルスと称す。これと同様に、出射パルスが反射体に反射されることにより得られるパルスを反射パルスと称し、このうち、強度が強いものを強反射パルスと称し、強度が弱いものを弱反射パルスと称す。
【００１７】
また、強出射パルスとは、これが反射体に反射されることにより得られる強反射パルスを撮像装置１３で撮像し、これによって得られる画像情報の信号対雑音比（以下、ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏと称す）が、反射体を認識できる程度に強度が強い出射パルスを意味する。反対に、弱出射パルスとは、これが反射体に反射されることにより得られる弱反射パルスを、撮像装置１３で撮像し、これによって得られる画像情報のＳＮＲが、反射体を認識できない程度に強度が弱い出射パルスを意味する。
【００１８】
再び図１を参照する。目標追跡装置は、さらに信号処理部１７および感光タイミング制御部１８を、それぞれ指向装置１１外に備えている。信号処理部１７は、パルスレーザ装置１２から得られる出射パルスのタイミング情報、および距離測定装置１４から得られる反射パルスのタイミング情報から、反射体までの距離を算出するものである。
【００１９】
なお、出射パルスのタイミング情報とは、ある任意の時間を基準としたときの、出射パルスが出射された時間情報である。また、反射パルスのタイミング情報とは、出射パルスのタイミング情報に適用される基準時間を基準としたときの、反射パルスが距離測定装置１４に入射された時間情報である。
【００２０】
感光タイミング制御部１８は、撮像装置１３の感光状態を制御する撮像装置制御手段であって、パルスレーザ装置１２から得られる出射パルスのタイミング情報および出射パルスの強度情報と、信号処理部１７によって算出された反射体までの距離情報と、に基づいて、撮像装置１３の感光タイミングを制御するものである。
【００２１】
すなわち、感光タイミング制御部１８は、出射パルスの強度情報に基づいて強出射パルスを抽出し、また、距離情報および抽出された強出射パルスのタイミング情報に基づいて強反射パルスのタイミング情報を算出し、これらによって強反射パルスのみを撮像装置１３で撮像するように感光タイミングを制御するものである。強出射パルスの抽出は、予め閾値を設定しておき、各出射パルスのうち、その強度が閾値を越えるものを抽出すればよい。
【００２２】
なお、撮像装置１３による感光時間は、反射パルスのパルス幅よりわずかに長い程度の時間である。これは、感光時間が長いとこの時間内に撮像装置１３に入射される雑音成分が増し、画像情報のＳＮＲが劣化するためである。また一方で、感光時間を反射パルスのパルス幅とほぼ同一としても、画像情報のＳＮＲが劣化するためである。すなわち、パルスレーザ装置１２から出射される出射パルスの間隔には時間的なずれがあるため、感光時間を反射パルスのパルス幅とほぼ同一とすると、この時間的なずれによって、ある単一の反射パルスの全てが撮像装置１３で撮像されなくなり、これによって画像情報のＳＮＲが劣化するためである。
【００２３】
このような撮像装置１２の感光時間は、例えば感光タイミング制御部１８に設定しておけばよい。
【００２４】
感光タイミング制御部１８によって感光タイミングを制御された撮像装置１３は、その感光タイミングに基づいて強反射パルスを撮像するものである。
【００２５】
なお、撮像装置１３で得られた画像情報は、上述の信号処理部１７に供給される。信号処理部１７は、上述のように反射体までの距離を算出する他、撮像装置１３から出力される画像情報から反射体画像を抽出し、その反射体の中心にレーザ光を向けるための指向制御信号を生成する。
【００２６】
次に、このような目標追跡装置の動作を、図１および図３を参照して説明する。なお、図３は、撮像装置１３の感光タイミングを、パルスレーザ装置１２から出射パルスが出射されるタイミング、および反射パルスが距離測定装置１４および撮像装置１３に入射されるタイミングと比較して示す説明図である。
【００２７】
まず、パルスレーザ装置１２から反射体に向けて、図３に示すように、強出射パルスおよび弱出射パルスがランダムに一定の間隔で出射される。そして、これらの出射パルスが反射体に反射されると、反射パルスは、距離測定装置１４および撮像装置１３にそれぞれ入射される。なお、このとき、撮像装置１３は感光状態とはなっていないため、反射光が撮像装置１３に入射されても、撮像装置１３では撮像は行われない。
【００２８】
また、パルスレーザ装置１２が出射パルスを出射すると、図３に点線で示されるある任意の基準時間を基準としたときの出射パルスのタイミング情報、および出射パルスの強度情報が、パルスレーザ装置１２から、信号処理部１７および感光タイミング制御部１８に送信される。この際、信号処理部１７には、少なくとも出射パルスのタイミング情報が送信されればよい。
【００２９】
反射パルスが距離測定装置１４に入射されると、距離測定装置１４は、図３に示すような反射パルスのタイミング情報を信号処理部１７に送信する。
【００３０】
信号処理部１７は、出射パルスのタイミング情報、および反射パルスのタイミング情報を受信すると、これらの情報に基づいて、目標追跡装置から反射体までの距離を算出する。そして、算出された距離情報を感光タイミング制御部１８に送信する。
【００３１】
反射体までの距離Ｌは、以下のように算出される。すなわち、ある任意の一つの出射パルスのタイミング情報をｔ１、この出射パルスが反射体に反射されることによって得られる反射パルスのタイミング情報をｔ２、光速をＣとしたとき、反射体までの距離Ｌは、Ｌ＝Ｃ（ｔ２−ｔ１）／２から算出される。
【００３２】
感光タイミング制御部１８は、出射パルスのタイミング情報、出射パルスの強度情報、および距離情報を受信すると、これらの情報に基づいて、図３に示すように、強反射パルスが撮像装置１３に入射されるタイミングに合わせて、撮像装置１３の感光タイミングを制御する。
【００３３】
具体的には以下の通りである。まず、感光タイミング制御部１８は、出射パルスの強度情報と予め定められた閾値とを比較し、この閾値を超えた強度、例えば強度Ａの強出射パルスを抽出する。次に、感光タイミング制御部１８は、抽出された強出射パルスのタイミング情報ｔ３、および距離情報Ｌに基づいて、その強出射パルスに対応する強反射パルスのタイミング情報ｔ４を算出する。ここで、図３に示すように、抽出された強出射パルスのパルス幅をＴとすれば、感光タイミング制御部１８は、撮像装置１３に対し、ｔ４−（Ｔ＋α）から感光を開始し、ｔ４＋αで感光を終了するように制御する。なお、このαは、パルス幅Ｔに対して十分に短い時間であり、かつ、出射パルスの時間的なずれよりは大きい値である。
【００３４】
撮像装置１３で強反射パルスを撮像した後、撮像装置１３から得られた画像情報は、信号処理部１７に送信される。すると信号処理部１７は、画像情報から反射体画像を抽出し、反射体の中心に出射パルスを向けるための指向制御信号を生成する。この指向制御信号が指向装置１１に送られると、指向装置１１は、反射体に向くように制御される。
【００３５】
このように本実施形態に係る目標追跡装置によれば、撮像装置１３は、感光タイミング制御部１８によって、強反射パルスを撮像するように制御される。従って、パルスレーザ装置１２から出射される出射パルスの強度がランダムにばらついても、撮像装置１３によって得られる画像情報のＳＮＲは、反射体を検出可能なＳＮＲを超えたものとなる。従って、安定して反射体を検出することができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図４は、本実施形態の目標追跡装置の構成を示すブロック図である。図４に示すように、第２の実施形態に係る目標追跡装置は、第１の実施形態に係る目標追跡装置の撮像装置制御手段が異なっている。第２の実施形態に係る目標追跡装置の撮像装置制御手段は、感光時間制御部１９である。すなわち、この目標追跡装置は、撮像装置１３の感光時間を制御することにより、安定して反射体を検出することができるようにしたものである。
【００３７】
このような目標追跡装置において、感光時間制御部１９は、出射パルスのタイミング情報、出射パルスの強度情報、および距離情報に基づいて、強反射パルスが撮像装置１３に入射されるまで、撮像装置１３の感光時間を延ばすように制御する。
【００３８】
このような目標追跡装置の動作は、第１の実施形態に係る目標追跡装置の動作と比較して、感光時間制御部１９による撮像装置１３の制御が異なる他は、全て同一である。従って、以下に、第２の実施形態に係る目標追跡装置の動作として、感光時間制御部１９の動作を、図５を参照して説明する。なお、図５は、撮像装置１３の感光時間を、パルスレーザ装置１２から出射パルスが出射されるタイミング、および反射パルスが距離測定装置１４および撮像装置１３に入射されるタイミングと比較して示す説明図である。
【００３９】
この目標追跡装置においては、まず、撮像装置１３が、任意のタイミングで反射パルスの撮像を開始するように設定しておく。このタイミングの設定は、どのようなタイミングであってもよく、例えば図５に示すように、この時間をｔ５とする。
【００４０】
この状態から、感光時間制御部１９が、出射パルスのタイミング情報、出射パルスの強度情報、および距離情報を受信すると、これらの情報に基づいて、図５に示すように、強反射パルスが撮像装置１３に入射されるタイミングをわずかに超えるまで感光時間を延ばすように撮像装置１３を制御する。
【００４１】
具体的には以下の通りである。まず、感光時間制御部１９は、出射パルスの強度情報と予め定められた閾値とを比較し、この閾値を超えた強度、例えば強度Ａの強出射パルスを抽出する。次に、感光時間制御部１９は、抽出された強出射パルスのタイミング情報ｔ３、および距離情報Ｌに基づいて、その強出射パルスに対応する強反射パルスのタイミング情報ｔ４を算出する。すると、図５に示すように、感光時間制御部１９は、撮像装置１３に対し、ｔ５から開始された感光を、ｔ４＋αまで行うように制御する。なお、このαは、パルス幅Ｔに対して十分に短い時間であり、かつ、出射パルスの時間的なずれよりは大きい値である。
【００４２】
このように感光時間が制御された撮像装置１３で強反射パルスを含む複数の反射パルスを撮像した後、撮像装置１３から得られた画像情報は、信号処理部１７に送信される。すると信号処理部１７は、画像情報から反射体画像を抽出し、反射体の中心に出射パルスを向けるための指向制御信号を生成する。この指向制御信号が指向装置１１に送られると、指向装置１１は、反射体に向くように制御される。
【００４３】
このように本実施形態に係る目標追跡装置によれば、撮像装置１３は、感光時間制御部１９によって、ある任意のタイミングから、強反射パルスのタイミングをわずかに超えるまで感光時間を延ばすように制御される。すなわち、撮像装置１３は、感光時間制御部１９によって、強反射パルスを含む複数の反射パルスを撮像するように制御される。従って、パルスレーザ装置１２から出射される出力レーザ光に強度のばらつきがあっても、撮像装置１３によって得られる画像情報のＳＮＲは、反射体を検出可能なＳＮＲを超えたものとなる。従って、安定して反射体を検出することができる。
【００４４】
なお、この実施形態に係る目標追跡装置は、撮像装置１３による感光時間が第１の実施形態に係る目標追跡装置に比べて長いため、撮像装置１３から出力される画像情報の雑音レベルは増す。しかし、強反射パルスのタイミングをわずかに超えるまで感光を続けるため、その間に、弱反射パルスも撮像装置１３撮像される。従って、雑音レベルが増すと同時に、信号レベルも増す。
【００４５】
すなわち、第２の実施形態に係る目標追跡装置は、雑音レベルが比較的低い環境下において使用される場合には、第１の実施形態に係る目標追跡装置よりもさらに安定して反射体を検出することが可能である。
【００４６】
以上に、本実施形態に係る目標追跡装置について説明した。しかし、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１１・・・指向装置
１２・・・パルスレーザ装置
１３・・・撮像装置
１４・・・距離測定装置
１５・・・基台
１６・・・プラットホーム
１７・・・信号処理部
１８・・・感光タイミング制御部
１９・・・感光時間制御部
【図１】
2011203186.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2011203186.tif 000006
【図５】
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