(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ発振部と受信部を備えた飛しょう体において、目標と背景を高精度で分離し、背景への誤追尾を防止し、目標に対して精密に誘導することのできる誘導装置を得る。【解決手段】レーザ発振部１０３と受信部１０４を備えた飛しょう体１において、目標２を含む走査範囲にレーザ発振部１０３で発振したレーザ光を照射する。反射光を受信部１０４で検出し、反射光の受信強度と発振から受信までの遅延時間を用いて画像生成部１０５において走査範囲の強度画像と３次元画像を生成する。目標認識部１０６において３次元画像から走査範囲の各位置における高度値の標準偏差を計算し、平面領域と非平面領域とを判定し、非判定領域に対して強度画像と３次元画像を組み合わせた目標認識処理を行って目標と背景を分離することにより、目標の認識確率を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を目標方向に走査しながら照射し、前記目標及びその背景領域で反射された反射光に基き目標を認識し、当該目標に向けて飛しょう体を誘導するレーザ誘導装置であって、
前記反射光を用いて、前記目標及び前記背景領域の強度画像と高さ情報を含む３次元画像とを生成する画像処理部と、
前記３次元画像の中からその一部の領域にあたる部分領域を複数個所抽出し、抽出した前記部分領域において３次元画像の高さに関する標準偏差を算出し、当該標準偏差に基き前記部分領域が平面であるか否かを判定して平面でない前記部分領域の３次元画像と強度画像から目標を認識する目標認識部と、
を備えることを特徴とするレーザ誘導装置。
【請求項２】
前記目標認識部は前記標準偏差と予め定めた閾値とを比較し、前記標準偏差が前記閾値よりも小さいときに、前記標準偏差を算出した部分領域が平面であると判定することを特徴とする請求項１記載のレーザ誘導装置。
【請求項３】
前記目標認識部で認識した前記目標までの距離を算出する距離演算部と、
前記目標までの距離に応じた大きさで前記目標の強度画像を再生する画像再生部と、
前記画像再生部で再生された目標に向けて飛しょう体を誘導する追尾処理部と、
を備えることを特徴とする請求項１、２いずれか記載のレーザ誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は飛しょう体に搭載する誘導装置に関するものであり、特に、目標の検出にレーザ光を利用する誘導装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛しょう体に搭載する誘導装置としては、例えば誘導装置内あるいは外部装置のレーザ照射装置から目標にレーザ光を照射し、目標からの反射レーザ光を誘導装置内のレーザ検知器によって検出することによって目標の方向を求めるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１９５９００号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
飛しょう体を目標に向けて誘導する誘導装置の要求性能として、複雑な背景下に存在する目標にも対処可能なように目標とその目標以外の背景とを高精度に分離し、分離した目標に向けて精密に飛しょう体を誘導する誘導性能が挙げられる。
目標とその目標以外の背景とを高精度で分離するためには、レーザ光を用いて目標を含む領域を３次元計測して得られる高度情報を使用した目標認識処理が有効であるが、背景が起伏のある地面である場合には、起伏により高度変化があった箇所を目標であると誤認識し、誤って認識したその起伏のある箇所に向けて飛しょう体を誘導してしまうという課題があった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、レーザ光を利用し、目標と背景を高精度で分離、追尾維持しつつ誘導することのできる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】
この発明のレーザ誘導装置は、レーザ光を目標方向に走査しながら照射し、前記目標及びその背景領域で反射された反射光に基き目標を認識し、当該目標に向けて飛しょう体を誘導するレーザ誘導装置であって、前記反射光を用いて、前記目標及び前記背景領域の強度画像と高さ情報を含む３次元画像とを生成する画像処理部と、前記３次元画像の中からその一部の領域にあたる部分領域を複数個所抽出し、抽出した前記部分領域において３次元画像の高さに関する標準偏差を算出し、当該標準偏差に基き前記部分領域が平面であるか否かを判定して平面でない前記部分領域の強度画像から目標を認識する目標認識部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のレーザ誘導装置によれば、背景に起伏のある場合であっても目標と背景とを正しく分離して、目標を高精度に追尾維持しつつ誘導可能なレーザ誘導装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る飛しょう体誘導装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係るレーザ距離計の一部を構成する送信系光学部１０１と受信系光学部１０２と光学系駆動部１０８の動作を説明する図である。
【図３】実施の形態１に係る飛しょう体誘導装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】実施の形態１の画像生成部、目標認識部及び追尾処理部の構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態１の平面判定処理部が実行する平面判定処理のための高度標準偏差計算範囲及び平面判定処理の一例を説明する図である。
【図６】実施の形態１の平面判定処理部が出力する位置に対する高度標準偏差の結果の一例である。
【図７】実施の形態２の追尾処理部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、実施の形態１のレーザ誘導装置について図を参照して説明する。
図１はこの発明に係る実施の形態１のレーザ誘導装置の構成とその運用状態を説明する図である。レーザ誘導装置１０は飛しょう体１に搭載され、レーザ光を目標２の方向に向けて走査範囲３の範囲内で照射する。そして、目標とその背景となる背景領域で反射された反射光に基き作成した画像から目標２を認識し、誘導信号を生成する。
【００１０】
レーザ誘導装置１０は、レーザ光を発振するレーザ発振部１０３と、レーザ光を所定の方向に向けて照射する送信系光学部１０１と、目標やその背景４で反射された反射レーザ光を受光する受信系光学部１０２と、送信系光学部１０１と受信系光学部１０２を駆動する光学系駆動部１０８と、反射レーザ光を検出する受信部１０４と、受信部で検出した信号から走査範囲３の強度画像及び３次元画像を生成する画像生成部１０５と、画像生成部で生成した強度画像及び３次元画像から目標を認識する目標認識部１０６と、目標認識部で認識した目標を追尾し誘導信号を算出する追尾処理部１１７から構成される。
【００１１】
レーザ発振部１０３は、例えば１.５[μm]程度の波長の赤外レーザである。送信系光学部１０１と受信系光学部１０２とレーザ発振部１０３と受信部１０４と光学系駆動部１０８とで、レーザ距離計（Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ、ＬＲＦ）を構成する。
送信系光学系１０１はレーザ発信部１０３からのレーザ光を集光して目標方向にレーザ光を照射する。受信系光学系１０２は所定のエリアから反射されたレーザ光を受光して受信部１０４に出力する。光学系駆動部１０８は例えばジンバルなどの回転台である。送信系光学系１０１と受信系光学系１０２は、別途設けられる制御部（図示せず）から制御信号を入力した光学系駆動部１０６により回転方向の制御がなされ、所望のエリアに対しレーザ光を照射し走査可能となっている。光学系駆動部１０８の座標系（ｘ'、ｙ'、ｚ'）は飛しょう体１の機軸（ｚ軸）を基準に設定されており、回転制御は各座標軸（ｘ'、ｙ'、ｚ’）における回転角（φ’、θ’、ψ’）で制御される。
【００１２】
画像生成部１０５は、受信部１０４で検出した信号に基づき走査範囲３の強度画像及び３次元画像を生成する。目標認識部１０６は画像生成部で生成した強度画像及び３次元画像から目標を認識する。目標認識部１０６が目標を認識する動作については後で説明する。
飛しょう体１はＧＰＳ受信器や３軸ジャイロ等からなる測位部を備え、自己位置や自己の姿勢方位の情報を取得する。なお、飛しょう体１には測位部１０８や誘導装置１０以外の機器も多数搭載されているが、ここでは説明を省略する。
【００１３】
図２は、レーザ距離計の一部を構成する送信系光学部１０１と受信系光学部１０２と光学系駆動部１０８の動作を説明する図である。
図２において光学系駆動部１０８は走査範囲３の画像を生成するために、送信系光学部１０１及び受信系光学部１０２をアジマス方向及びエレベーション方向に駆動する。このようにアジマス方向及びエレベーション方向に駆動することで走査範囲３全体にレーザ光を照射し、受信系光学部１０２は走査範囲３に関してＮ×Ｍ画素分の反射レーザ光を受光する。
【００１４】
図３は実施の形態１のレーザ誘導装置の動作を説明するフローチャートであり、以下、このフローチャートに基き動作を説明する。
送信系光学部１０１を経由して、レーザ発振部１０３で発振したレーザ光を照射する。レーザ光の照射範囲は送信系光学部の構成によって決定される（ステップＳ０１）。
ステップＳ０１で照射したレーザ光の目標２あるいは背景４からの反射レーザ光を、受信系光学部１０２を経由して受光し、単一あるいは複数の検出素子を備えた受信部１０４で検出し、受信信号を画像生成部１０５へ出力する（ステップＳ０２）。
走査範囲３のうち未だレーザ光を照射していない範囲が残っていればステップＳ０４へ移る。走査範囲３の全体に対してレーザ光を照射し、図２に示す走査範囲３をＮ×Ｍ画素に分割した各画素からの反射レーザ光の検出が完了していればステップＳ０５へ進む（ステップＳ０３）。
送信系光学部１０１及び受信系光学部１０２を光学系駆動部１０８により駆動することにより、レーザ光を照射及び受光する範囲を変化させ、走査を実施する（ステップＳ０４）。
【００１５】
次に、画像生成部１０５は、受信部１０４から入力された受信信号を用いて走査範囲３の強度画像及び３次元画像を生成する（ステップＳ０５）。
【００１６】
図４は画像生成部１０５、目標認識部１０６の各々の構成を示すブロック図である。
画像生成部１０５は、ピーク検出部１０９と測距部１１０と強度画像生成部１１１と３次元画像生成部１１２から構成される。画像処理部１０５のピーク検出部１０９は、受信部１０４から受信した走査範囲３のＮ×Ｍの各画素（図２参照）に対応した受信信号について、各受信信号の強度のピーク値を検出する。そして受信信号強度のピーク値に基いて、強度画像生成部１１１は走査範囲３の強度画像を生成する。一方、測距部１１０はレーザ光の送信から反射レーザ光のピーク検出までの経過時間を用いて飛しょう体から各画素までの距離を算出する。距離の算出は通常のＬＲＦの動作と同じである。３次元画像生成部１１２は、距離情報に基づいて走査範囲３の３次元画像を生成する。
【００１７】
目標認識部１０６は、３次元画像生成部１１２から３次元画像を受けて平面判定処理を実行する平面判定処理部１１３と、強度画像生成部１１１からの強度画像と平面判定処理部１１３の平面判定の結果に基き目標認識を行う認識処理部１１４とから構成される。
平面判定処理部１１３は、３次元画像生成部１１２で生成した３次元画像を用いて、平面判定処理部１１３で、走査範囲３のうち平面と判定される領域と非平面と判定される領域とを分離する（ステップＳ０６）。
【００１８】
図５は、平面判定処理部１１３が実行する平面判定処理のための高度標準偏差計算範囲及び平面判定処理の一例を説明する図である。
平面判定処理部１１３はＮ×Ｍ画素からなる走査範囲３のうち、Ｎ×Ｍ画素の中の任意の画素位置（ｉ、ｊ）を中心としたｎ画素×ｍ画素を抽出し（図５（ａ）を参照）、抽出した高度標準偏差計算範囲５（画素位置（ｉ、ｊ）を中心としたｎ画素×ｍ画素の範囲）について、ｎ×ｍ個の各画素の高度値の標準偏差を計算する。すなわち、走査範囲３を走査したＬＲＦ相当の構成（送信系光学部１０１と受信系光学部１０２とレーザ発振部１０３と受信部１０４と光学系駆動部１０８）の動作により、走査した範囲の高度（高さ）情報を取得できるが、この高度情報を用いて、所定の高度標準偏差計算範囲内（選択した画素位置（ｉ、ｊ）を中心としたｎ画素×ｍ画素の範囲内）で高度に関する標準偏差を算出して、算出対象の高度標準偏差計算範囲５の中心の画素位置（ｉ、ｊ）と関連付けする。なお、選択した画素位置（ｉ、ｊ）を中心としたｎ画素×ｍ画素の範囲の大きさについては、目標やその背景の状況に応じて適宜設定をする。
中心となる画素位置（ｉ、ｊ）の位置を走査範囲３の全範囲で移動させ（ｉ＝１〜Ｎ、ｊ＝１〜Ｍ）、走査範囲３の各画素について、それを中心とした高度に関する標準偏差である高度標準偏差１１８を計算する。
図５（ｂ）は、高度標準偏差計算範囲５内の位置における高度標準偏差１１８の結果の一例をグラフ化したものである。
高度標準偏差１１８の値が大きいことは、高度標準偏差計算範囲５内での高度（高さ）の分布が大きいことを示している。一方、高度標準偏差１１８の値が小さいことは、高度標準偏差計算範囲５内での高度差が小さいことを示している。そこで実施の形態１では、平面判定処理部１１３は、計算により得られた高度標準偏差１１８が事前に設定した平面判定閾値を超えない画素は平面領域と判定するようにした。また、高度標準偏差１１８が平面判定閾値を超える画素については非平面領域と判定するようにした。
【００１９】
認識処理部１１４は、強度画像生成部１１１において生成した強度画像と、平面判定処理部１１３において非平面領域と判定された範囲の３次元画像とを用いて、目標を認識、選択する（ステップＳ０７）。
認識処理部１１４には、事前情報として目標の形状、画像データなどを格納し、強度画像及び３次元画像と照合することにより、強度画像及び３次元画像の中で目標に該当する部分のみを選択する。
追尾処理部１１７は、認識処理部１１４で選択した目標を追尾し、飛しょう体を目標に向かって誘導するための誘導信号を算出する（ステップＳ０８）。
【００２０】
図６は位置に対する高度標準偏差の結果の一例である。認識処理部１１４は、従来のレーザ走査により得られた３次元画像からは、図６のＡで示した領域を１つの物体であると誤って判定する場合があった。しかしながら、実施の形態１のレーザ誘導装置は判定処理部１１３を備え、判定処理部１１３は図６のＡで示した領域には平面判定閾値を超えない画素が続くことからＡで示した領域は平面領域であると判定を行い、その結果を認識処理部１１４に出力する。平面判定処理部１１３からの平面判定処理の結果を受けた認識処理部１１４は、３次元画像と、平面判定処理の結果と、強度画像生成部１１１からの強度画像とから、平面領域である領域Ａに車両が存在することを推定する。
【００２１】
このように、実施の形態１のレーザ誘導装置では、従来、背景が起伏のある地面である場合には起伏により高度変化があった箇所を目標であると誤認識し、誤って認識した箇所に向けて飛しょう体を誘導してしまうという課題があったが、この誤認識の課題を解決して、起伏のある地面上の物体（図６の例では車両）を正しく認識して飛しょう体を誘導することができる。
【００２２】
実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１で説明したレーザ誘導装置に、追尾処理部１１７の前処理として、目標との距離を改めて演算する距離演算部と、演算で得られた目標との距離情報に基いて画像を再生する画像再生部を備える。
【００２３】
図７は、実施の形態２に係る距離演算・追尾処理部１０７の構成を示すブロック図である。距離演算・追尾処理部１０７以外の画像処理部１０５、目標処理部１０６については実施の形態１と同じであり説明を省略する。
距離演算・追尾処理部１０７は、認識処理部１１４で認識した目標情報を取得して、その目標までの距離を算出する距離演算部１１５と、距離演算部１１５の距離情報と認識処理部１１４で認識した目標情報を入力して、目標との相対距離に応じた大きさで目標の強度画像を再生する画像再生部１１６と、画像再生部１１６で再生された画像に基き目標を追尾し、飛しょう体を目標に向かって誘導するための誘導信号を算出する追尾処理部１１７とからなる。
【００２４】
追尾処理部１１７は、目標との相対距離に応じた目標の強度画像に基き追尾処理を実行できるので、飛しょう体１の背景への誤追尾を防ぎ、目標に対して追尾を維持しつつ飛しょう体１を精密に誘導することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  飛しょう体、２  目標、３  画像生成のための走査範囲、４  背景、５  高度標準偏差計算範囲、１０  誘導装置、１０１  送信系光学部、１０２  受信系光学部、１０３  レーザ発振部、１０４  受信部、１０５  画像生成部、１０６  目標認識部、１０７  距離演算・追尾処理部、１０８  光学系駆動部、１０９  ピーク検出部、１１０  測距部、１１１  強度画像生成部、１１２  ３次元画像生成部、１１３  平面判定処理部、１１４  認識処理部、１１５  距離演算部、１１６  画像再生部、１１７  追尾処理部、１１８  高度標準偏差。
【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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