(57)【要約】  本発明は、海上乗物の少なくとも一部の水平線を視野におさめる少なくとも１つの光学検出器（１０）と、海上で監視される対象の位置情報を各画像から実時間で抽出する画像処理手段と、各監視対象の位置情報の展開を周期的に算出し、各監視対象の位置情報の展開に基づいて監視対象と当該海上乗物との衝突危険性を評価する衝突防止解析手段とを具備する海上乗物用衝突防止警報装置を提供する。有人無人にかかわらずすべての海上乗物あるいはブイにも応用される。
2008514483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海上乗物の水平線の少なくとも一部を視野におさめる少なくとも１つの光学検出器（１０）と、
前記光学検出器から供給される画像から実時間で海面上で監視される少なくとも１つの監視対象に関する位置情報を抽出する画像処理手段（ＩＭＰ）と、
前記少なくとも１つの監視対象の位置情報の展開を周期的に算出し、前記監視対象の位置情報の展開に応じて前記監視対象と衝突する当該海上乗物の危険性を評価する衝突防止解析手段（ＡＣＯＬ）とを具備する海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項２】
前記光学検出器（１０）が、当該海上乗物に固定され、水平線の少なくとも本質的な部分を連続的に視野におさめる少なくとも１つのビデオカメラである請求項１に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項３】
前記光学検出器（１０）が、水平線を視野におさめるために、回転により指向され得る少なくとも１つのビデオカメラである請求項１に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項４】
前記光学検出器（１０）が、
本質的に垂直方向を向く光学軸を有するレンズ（２９）を具備する１つのビデオカメラと、
モータ（３１）によって駆動され、前記レンズの視野に配置され前記レンズの光学軸に関して４５度傾けられた鏡（３２）を支持する回転アセンブリ（３０）と、
前記回転アセンブリ（３０）の位置角度を計測する位置角度計測装置とを具備する請求項３に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項５】
スタンドとして使用される基礎（２２）上に組み立てられた筐体（２１）と、
安定化装置（２５、２６）上に搭載され、前記光学検出器（１０）のスタンドとして使用される安定化タンク（２４）を具備する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項６】
前記安定化装置が、
ジンバル（２５）とジャイロホイール（２６）とを具備する請求項５に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項７】
前記光学検出器（１０）が、垂直軸の回りで回転駆動される単線ビデオカメラである請求項３に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項８】
筐体（４１）と、
前記筐体（４１）の中に格納され、垂直軸モータ（４４）によって駆動される回転アセンブリ（４２）と、
開口（４９）を有する前記回転アセンブリを保護するための保護カバー（４５）と、
前記回転アセンブリ上に固定され単線検出素子（４７）を具備するデジタルビデオカメラ（４７）と、
前記回転アセンブリ（４２）の回転によって水平線を走査することが可能な光学軸を有するレンズ（４８）とを具備する請求項７に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項９】
前記光学検出器（１０）が、前記レンズ（４８）を保護するために排気ファン（５３）を使用して換気される保護ガラス（５２）を具備する請求項８に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１０】
画像処理集積回路基板（５６）が前記回転アセンブリ（４２）中に固定される請求項７または請求項８に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１１】
前記回転アセンブリ（４２）の角度位置を測定する測定装置（５７）を具備する請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１２】
前記光学検出器（１０）のデジタル出力データが、前記回転アセンブリ（４２）の要素への電力供給の接触をも確実とする回転接点（５８）を介して伝送される請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１３】
羅針盤と接続するための接続手段を具備する請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１４】
他の検出器と接続する接続手段と、前記他の検出器によって供給される情報との整合解析を実行する解析手段とを具備する請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１５】
危険対象が検出されたことを信号する信号手段（ＩＨＭ）を具備する請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１６】
各監視対象の位置情報が対象の方位および大きさを具備する請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１７】
海上乗物の水平線の少なくとも一部を視野におさめる少なくとも１つの光学検出器を具備する海上乗物用衝突防止警報装置（１２）で使用される衝突防止警報方法であって、
前記光学検出器によって供給される画像から海面で監視される少なくとも１つの対象の位置情報を抽出する段階と、
前記監視対象の位置情報の展開を周期的に算出する段階と、
前記監視対象の位置情報の展開に応じて、前記監視対象と当該海上乗物とが衝突する危険性が存在するときには危険とみなされる前記監視対象と当該海上乗物との衝突の危険性を評価する段階とを具備する衝突防止警報方法。
【請求項１８】
各危険対象に関する情報を表示する段階と、新たな危険対象物が検出されると直ちに警報信号を送出する段階とを具備する請求項１７に記載の衝突防止警報方法。
【請求項１９】
前記光学検出器（１０）によって供給される画像の有効部分を区切る段階（ｅ）と、
前記画像の少なくとも一部の平均光度を計測する段階（ｆ）と、
前記平均光度の画素を比較し、比較結果に応じて各画素に２進値を割り付ける段階（ｇ）と、
前記監視対象を形成する近隣画素の組を形成する予め定められた値の画素を探索し、前記監視対象の位置および大きさを測定する段階（ｈ）と、
連続する画像中に認められる対象の位置または大きさの少なくとも一方の変化に基づいて危険対象を決定する段階（ｉ）とを具備する請求項１７または請求項１８に記載の衝突防止警報方法。
【請求項２０】
連続する画像の画素の組の残光を評価し、前記残光に基づいて監視対象を構成する組を決定する段階とを具備する請求項１９に記載の衝突防止警報方法。
【請求項２１】
有効部分を区切る段階が、水平線の自動検出を具備する請求項１９または請求項２０に記載の衝突防止警報方法。
【請求項２２】
前記段階（ｄ）および段階（ｅ）が各画像に対して実行される請求項１７に記載の衝突防止警報方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海上乗物の甲板上に設置された全方向光学センサから伝送される画像を処理することによる海上乗物用衝突防止警報装置および衝突防止解析方法に関する。
【０００２】
本発明は、主に、しかしこれに限定されないが、船舶および海軍用ドローンに適用される。
【背景技術】
【０００３】
本明細書の以下において、海上乗物は一例として船舶であると想定されている。
【０００４】
海上においてあまり抑制されていない衝突の危険性は、主に見張り手段の不十分さに起因している。海上交通の分野において、平均年６００件の衝突が発生している。これらの衝突は、衝突が原油タンカあるいは化学タンカを含んでいる場合には、環境に対して時には深刻なものとなる。
【０００５】
海上交通の分野において、船舶（フェリ、ロールオン・ロールオフ船等）は、極めて脆弱である。
【０００６】
漁業の分野においては、一年に３０００件の衝突がある。船舶が小型であるために、被害者の数は多い。
【０００７】
ヨットの分野においても、衝突はまた極めて頻繁にある。
【０００８】
海上での衝突は、主に見張りの欠如に起因している。人為的過ちは、不十分な警戒、見張り士官の無視、あるいは危険に対する日常的な認識の貧困により事故の７０ないし９０％の原因となっている。監視の欠如は、船舶が良好な視界状態にあり、優先的な状況にあるときに、しばしば報告されている。事故はまた、資格の欠如、規則の無視、見張り士官の全体的な無能力からも発生し得る。（操作、修理、商業活動等の）乗組員の削減に起因して見張り士官の員数がしばしば不足し、見張り士官の過労、異常な疲労の原因となっている。これらの事故はまた、レーダ装置があまり使用されていないことにも起因している。
【０００９】
今日、商業船舶の大部分は、衝突防止装置として、レーダ装置を装備している。この装置は、正確かつ信頼性の高い情報を提供するが、衝突防止装置として効果的に使用するためには、設置方法に厳格さが必要となる。現在、この方法はほとんど適用されていない。
【００１０】
レーダにより供給される信号を解析するRPA型装置（自動レーダ・プロッティング機能）も存在する。この装置は誤警報の割合が高い。この結果、この装置と協働する警報装置はしばしば止められている。
【００１１】
自動識別装置（ＡＩＳ）も開発され、２０１０年以降、すべての高危険度の船舶（客船、危険物資の輸送船）に装備される。この装置は、GPS（全地球測位装置）のような精密な測位装置とともに使用されたときには、非常に効果的である。しかしながら、ＡＩＳは、この装置を装備していない大部分の船舶の航行では、考慮されていない。
【００１２】
今日実際には、レーダだけが衝突の危険に対して考慮されているに過ぎない。この装置は、冗長度の欠如が課題となる。
【００１３】
本発明の目的は、完全に自動化された衝突防止警報装置および衝突防止解析方法を提供することにより、これらの課題を克服することである。
（発明の簡単な説明）
本発明は、海上乗物の水平線の少なくとも一部を視野におさめる少なくとも１つの光学検出器と、
光学検出器から供給される画像から実時間で海面上で監視される少なくとも１つの監視対象に関する位置情報を抽出する画像処理手段と、
少なくとも１つの監視対象の位置情報の展開を周期的に算出し、監視対象の位置情報の展開に応じて監視対象と衝突する当該海上乗物の危険性を評価する衝突防止解析手段とを具備する海上乗物に搭載される衝突防止警報装置に関する。
【００１４】
本発明の１つの実施例によれば、光学検出器は、海上乗物に固定され、水平線の少なくとも本質的な部分を連続的に視野におさめる少なくとも１つのビデオカメラである。
【００１５】
本発明の１つの実施例によれば、光学検出器は、水平線を視野におさめるために、回転により指向され得る少なくとも１つのビデオカメラである。
【００１６】
本発明の１つの実施例によれば、光学検出器は、
本質的に垂直方向を向く光学軸を有するレンズを具備する１つのビデオカメラと、
モータによって駆動され、レンズの視野に配置されレンズの光学軸に関して４５度傾けられた鏡を支持する回転アセンブリと、
回転アセンブリの位置角度を計測する位置角度計測装置とを具備する。
【００１７】
本発明の１つの実施例によれば、装置は、
スタンドとして使用される基礎上に組み立てられた筐体と、
安定化装置上に搭載され、光学検出器のスタンドとして使用される安定化タンクを具備する。
【００１８】
本発明の１つの実施例によれば、安定化装置は、ジンバルとジャイロホイールとを具備する。
【００１９】
本発明の１つの実施例によれば、光学検出器は、垂直軸の回りで回転駆動される単線ビデオカメラである。
【００２０】
本発明の１つの実施例によれば、装置は、
筐体と、
筐体の中に格納され、垂直軸モータによって駆動される回転アセンブリと、
開口を有する回転アセンブリを保護するための保護カバーと、
回転アセンブリ上に固定され単線検出素子を具備するデジタルビデオカメラと、
回転アセンブリの回転によって水平線を走査することが可能な光学軸を有するレンズとを具備する。
【００２１】
本発明の１つの実施例によれば、光学検出器は、レンズを保護するために排気ファンを使用して換気される保護ガラスを具備する。
【００２２】
本発明の１つの実施例によれば、画像処理集積回路基板は、回転アセンブリ中に固定される。
【００２３】
本発明の１つの実施例によれば、装置は、回転アセンブリの角度位置を測定する測定装置を具備する。
【００２４】
本発明の１つの実施例によれば、光学検出器のデジタル出力データは、回転アセンブリの要素への電力供給の接触をも確実とする回転接点を介して伝送される。
【００２５】
本発明の１つの実施例によれば、装置は、羅針盤と接続するための接続手段を具備する。
【００２６】
本発明の１つの実施例によれば、装置は、他の検出器と接続する接続手段と、他の検出器によって供給される情報との整合解析を実行する解析手段とを具備する。
【００２７】
本発明の１つの実施例によれば、装置は、危険対象が検出されたことを信号する信号手段を具備する。
【００２８】
本発明の１つの実施例によれば、各監視対象の位置情報は、対象の方位および大きさを含む。
【００２９】
本発明の１つの実施例は、海上乗物の水平線の少なくとも一部を視野におさめる少なくとも１つの光学検出器を具備する海上乗物用衝突防止警報装置で使用される衝突防止警報方法に関する。
【００３０】
この方法は、
光学検出器によって供給される画像から海面で監視される少なくとも１つの対象の位置情報を抽出する段階と、
監視対象の位置情報の展開を周期的に算出する段階と、
監視対象の位置情報の展開に応じて、監視対象と当該海上乗物とが衝突する危険性が存在するときには危険とみなされる監視対象と当該海上乗物との衝突の危険性を評価する段階とを具備する。
【００３１】
本発明の１つの実施例によれば、各危険対象に関する情報を表示する段階と、新たな危険対象物が検出されると直ちに警報信号を送出する段階とを具備する。
【００３２】
本発明の１つの実施例によれば、この方法は、
光学検出器によって供給される画像の有効部分を区切る段階（ａ）と、
画像の少なくとも一部の平均光度を計測する段階（ｂ）と、
平均光度の画素を比較し、比較結果に応じて各画素に２進値を割り付ける段階（ｃ）と、
監視対象を形成する近隣画素の組を形成する予め定められた値の画素を探索し、監視対象の位置および大きさを測定する段階（ｄ）と、
連続する画像中で監視される対象の位置または大きさの少なくとも一方の変化に基づいて危険対象を決定する段階（ｅ）とを具備する。
【００３３】
本発明の１つの実施例によれば、この方法は、連続する画像の画素の組の残光を評価し、残光に基づいて監視対象を構成する組を決定する段階とを具備する。
【００３４】
本発明の１つの実施例によれば、この方法は、有効部分を区切る段階が水平線の自動検出を具備する。
【００３５】
本発明の１つの実施例によれば、段階（ｄ）および段階（ｅ）は、各画像に対して実行される。
（図面の簡単な説明）
これら、および他の本発明の目的、特徴および利点は、以下の、しかしながら、これに限定されない図面中に与えられる以下の本発明の実施例中に、より詳細に説明されるであろう。
（最良の形態の詳細な説明）
図１に示すように、本発明に係る装置は、
―ここでは船舶１２の上部構造物に設置された光学検出器群１０と、
―船舶の操舵ブリッジに格納されたコンピュータ１３とを具備している。
【００３６】
図２に示すように、本発明に係る装置は、機能的には、２つの部分、即ち、光学的部分ＳＯと、計算部分ＳＴとを具備している。
【００３７】
光学部分は、
―海上乗物の水平線の少なくとも一部を視野に含む１つ、あるいは、複数の光学検出器１０と、
―検出器をコンピュータに接続し、検出器によって供給される画像を収集し、検出器を制御する結合手段ＩＦＣと、
―対象物の位置情報を抽出する画像処理手段ＩＭＰとを具備する。
【００３８】
計算部分ＳＴは、
―各監視対象の位置情報の展開の周期的な計算を実行し、海上乗物の各監視対象との衝突の危険を評価する衝突防止解析手段ＡＣＯＬと、
―海上乗物の制御装置に組み込み可能であり、危険対象が検出されたときに信号を発する信号手段を含むマンマシーンインターフェイスＩＨＭとを具備する。
【００３９】
光学検出器群１０は、全水平線、３６０度を視野とするか、重要部分を視野とすることが望ましい。船舶の構造、特にその上部構造物の大きさに依存して、光学検出器群１０は１つの検出器、あるいは複数の検出器を具備することが望ましい。理想的には、大型貨物船にあっては、１つが船舶の前部に、２つが上部構造物の両側に設置される３つの検出器はすべての水平線を視野におさめることを可能とし、船舶の操舵ブリッジにいる監視員のために上部構造物によって覆われる近接領域に含まれる。
【００４０】
本発明の第１の実施形態にあっては、各検出器は、回転によって水平線を視野におさめるために視野を変更可能なビデオカメラで構成される。本発明の第２の実施形態にあっては、各検出器は、固定スタンドに搭載され、視野変更可能な単一回線ビデオカメラで構成される。本発明の第３の実施形態にあっては、各検出器は、海上乗物との関連で固定され、少なくとも水平線の本質的な部分を連続的に視野に含む１つ、あるいは複数のビデオカメラで構成される。
【００４１】
ビデオカメラの解像度と輸送船の動きによる安定性の要求との間の最良の兼ね合いが見出されなければならない。以下の２つの解決策が考えられる。
―１つは、水平線の有用な領域上の画像を中心とする安定化されたプラットフォーム上にビデオカメラを搭載する方法であり、
―他の１つは、画像の有用な部分だけを処理するために船舶の姿勢（ロール角度およびピッチ角度）に関する情報を使用する方法である。この情報は、（姿勢制御装置の）外部の検出器、あるいは、水平線が可視であるときには（水平線の検出の）画像処理から導出され得る。
【００４２】
図３Ａおよび図３Ｂに示す第１の実施形態において、光学検出器１０は、回転によって水平線を視野におさめるために指向方向変更可能なビデオカメラで構成される。ビデオカメラは、ジャイロスコープによって安定化されたプラットフォームに搭載される。検出器１０は、
―スタンドとして使用されるベース２２と透明なドーム状の覆い２３とで構成される筐体２１と、
―ジンバル２５と電気モータ２７によって駆動されるジャイロホイール２６とによって構成される安定化装置上に搭載される安定化タンク２４と、
―安定化タンク上に固定され、天頂を向くレンズ２９を指向するビデオカメラ２８と、
―安定化タンクに搭載され、安定化タンクの底部に配置され、減速器を介して垂直軸回転モータ３１によって駆動され、回転アセンブリ３０の回転による光軸の主平面の走査を可能とするために４５度傾斜しビデオカメラのレンズに到達するように光線を反射する鏡３２および日覆い３３を上部に支持する回転アセンブリ３０と、
―回転アセンブリ３０の角度位置を測定するための測定器、あるいはモータ３１、技術的に可能であれば（ステッピングモータ）と一体化可能なレゾルバ３４とを具備する。
【００４３】
使用部材（合金、合成樹脂の少なくとも一方）に応じて、全筐体２１は、２キログラム以下の重量、２リットル以下の容積を有する。
【００４４】
９,９００ｒｐｍのジャイロホイール２６の回転速度を有するプロトタイプの試験は、９９％の場合において、毎秒６０ミリラジアン以下のタンクの角速度によって特徴付けられ、安定を確実なものとした。±２５度の船舶のローリング／ピッチングに対して、安定化装置は、１秒の１０００分の１の積分期間と１画素の８分の１以下の「動き」を提供する。このような性能は、工業的に製造された製品では、機械操作、調整およびベアリングの精度、ならびにジャイロホイールの回転速度を１５，０００ｒｐｍに改善可能である。
【００４５】
ビデオカメラ２８は、例えば、以下の特性を有している。
―標準フォーマット（ＪＰＥＧ）により実時間で動作可能な１／３インチのＣＣＤセル
―レンズ２９（３６度対角）の角度開口と角度解像度との間の最良の兼ね合いを提供するＸＧＡ高解像度フォーマット（１、０２４×７６８画素）
―９ミリメートルの焦点距離のレンズ２９
図４Ａおよび図４Ｂに示す第２の実施形態において、光学検出器１０は、固定されたスタンドに搭載された指向可能な単線ビデオカメラを具備する。
【００４６】
さらに詳しくは、光学検出器は、
―船舶のマストに固定された筒状筐体４１と、
―筐体４１中にボールベアリング４３によって支持され、筐体の底部に配置された垂直軸回転モータ４４によって駆動され、上部にカバーを通して光線がレンズに到達することを可能とする長方形窓４９を具備する筒状保護カバー４５を具備する回転アセンブリ４２と、
―回転アセンブリ４２上に固定されたデジタルビデオカメラ４６、およびビデオカメラの筐体上部にオフセット設置され、検出素子が典型的には垂直線上に配置される５１２から８１９２個の基本素子からなる単線検出装置４７と、
―典型的には３０ないし５５度の角度開口を有し、回転アセンブリ４２の回転により光軸が水平線を走査するように配置されたレンズ４８と、
―飛沫および雨滴から検出器の内部を保護するために装置が動作していないときには磁気制御装置５１により駆動される長方形窓４９を覆うシャッター５０とを具備している。
【００４７】
装置が動作しているときは、レンズ４８は保護ガラス５２によって長方形窓４９を通過する雨の飛沫から保護され、排気ファン５３を使用して回転アセンブリおよび筐体（回転モータ、電子機器およびビデオカメラ）の別の熱源によって加熱された空気を乾燥ノズル５４から吹き付けることにより換気されている。
【００４８】
衝突防止警報装置のコンピュータおよび関連回路を纏めた集積回路基板５６は、回転アセンブリ４２中に固定される。
【００４９】
回転アセンブリ４２は、回転アセンブリの角度位置を計測するベアリングコーダ５７も支持している。
【００５０】
衝突防止警報装置のデジタル出力データは、船舶の羅針盤から伝送されるコンピュータデータも伝送し、回転アセンブリ４２内の機器の電力供給のための接触をも確実にする回転接点５８を介して伝送される。
【００５１】
第２の実施形態において、検出器１０の周囲３６０度の海上の全景画像は、単線検出器の回転によって決定される光学的画像片の走査によって生成される。この画像片の垂直角度開口は、ロール／ピッチがあっても高さ方向に有効な指向範囲をカバーするように選択される。
【００５２】
画像の角度解像度は、水平および垂直角度解像度に依存する。
【００５３】
画像の水平角度分解能は、回転速度および走査周波数に応じて変化する。現存する単線ビデオカメラは、典型的には、６から８７キロヘルツの線走査周波数を有する。実際、走査周波数の限界は、光の状態および光感度に依存する。典型的には毎秒０．１２から２回転の回転速度に対して、水平分解能は毎秒０．０１から２ミリラジアンとなる。
【００５４】
垂直角度分解能は、検出器の画素の数およびレンズの角度開口によって決定される。画素数が５１２から８，１９２の範囲であり、垂直角度開口が４から４５度であれば、垂直分解能は０．０１から１．５の範囲となる。
【００５５】
図５Ａおよび図５Ｂに示す第３の実施形態において、光学検出器１０は、一組の固定カメラから構成されている。より詳細には、光学検出器は、
―船舶の上部構造物上に固定され、ガラス開口６２を具備する筐体６１と、
―筐体６１上に固定された１または複数（典型的には４）のビデオカメラ６３と、
―各ビデオカメラ６３に対応し、水平線の本質的部分（典型的には１８７度）を走査するレンズ６４と、
―すべてのビデオカメラから伝送される画像を同時に処理可能な接続・多重装置６５とを具備する。この接続・多重装置は、画像処理の一部を実行する集積回路を一体化することもできる。
【００５６】
第３の実施形態において、画像の解像度は、運搬船のプラットフォームムーブメントに関連している。典型的には、±１０度に限定されるローリング動作を有する大型船にあっては、１２８０×１０２４画素の鮮明度および８から１２ミリメートルのレンズを有するビデオカメラの使用は、すべての照明状態において、１０，０００メートル以上の検出範囲に対して、必要な解像度を取得することを可能とする。
【００５７】
光学的検出器を具備する光学検出器と関連するコンピュータとの結合部（電子回路および基板、ソフトウエア、有線接続部、無線接続部）は、選択されたアーキテキチャに適用される。従って、この結合部は、
―コンピュータに一体化された結合部と、
―中間筐体に格納される結合部とを具備する。
【００５８】
光学検出器との結合部は、以下の２つの機能を実行する。
―画像の収集、および、検出器が回転アセンブリを備える場合には、方位測定値を収集する機能
―検出器の制御、即ち、ビデオカメラへの指令、および、検出器が回転アセンブリを備える場合には、指向モータへ指令する機能
光学検出器１０が回転によって水平線をカバーするために指向され得るビデオカメラである、上記し、図３Ａおよび図３Ｂに示した第１の実施形態において、結合部ＩＦＣは、コンピュータに一体化された電子回路である。
【００５９】
光学検出器１０が回転可能な単線ビデオカメラを使用する、上記し、図４Ａおよび図４Ｂに示した第２の実施形態において、結合部ＩＦＣは、回転アセンブリ４２に搭載された集積回路基板５６に一体化された回路である。
【００６０】
光学検出器１０が固定された一組のビデオカメラである、上記し、図５Ａおよび図５Ｂに示した第３の実施形態において、結合部ＩＦＣは、結合・多重化装置６５の集積回路基板に一体化された回路である。
【００６１】
画像処理手段ＩＭＰによって実行される画像処理方法は、海面上に見出される目標の位置情報を光学検出器１０によって供給される各画像から実時間で抽出すること、波および飛沫を除去することを可能とする。
【００６２】
この画像処理は、
―光学検出器１０から供給される画像の有効な部分を区切る段階と、
―画像の少なくとも１箇所の平均光度を測定する段階と、
―平均光度を有する各画素を比較し、差が光度閾値以上か以下かに応じて各画素に２進数を割り当てる段階と、
―近隣画素の組を形成する予め定められた値の画素に対して、監視対象を形成する近隣画素の組の夫々を探索する段階と、
―監視対象の位置および大きさを測定する段階とから成り立っている。
【００６３】
有効部分の区切りは、水平線の自動検出から構成され得る。それは、また、水平線が画像の底辺と平行を維持するような画像の調整を含んでいてもよい。
【００６４】
画像の有効部分は、それ自体、例えば、大まかには本船と対応点との距離を決定する各画素と水平線との間の距離に応じていくつかの部分に分割されてもよい。
【００６５】
光度は、使用されるビデオカメラの形式に応じて、光度だけ、または、３色成分（赤、青、緑）の１または複数を測定してもよい。
【００６６】
平均光度を有する各画素の比較は、いくつかのパラメータ（閾値、色彩）を同時に使用するものであってもよい。
【００６７】
監視対象の検出は、連続する画像内の画素の各組の残光を認識するステップを含んでいてもよい。視野の標準とともに、各画像の画素のすべての組の位置情報はデータベース中に蓄積される。一連の同じ領域の画像に対応する連続するデータベースの比較は、監視対象を形成する組をそれらの残光に基づいて決定すること、即ち、ある数の画像中のこれらの組の出現割合に基づいて決定することを可能としている。この方法は、“永続性のない”対象―波、反射、飛沫を除去すること、船舶に対応する対象または海上に浮かんでいる対象だけを維持することを可能とする。
【００６８】
光学検出器１０が回転によって水平線をカバーするために指向可能なビデオカメラで構成される第１の実施形態において、画像処理は画像毎に、即ち、典型的には、１５分の１秒ごとに実行される。この処理は、
―水平線を自動的に決定する段階と、
―水平線が画像の底辺と平行を維持するように画像を調整する段階と、
―水平線に中心が合わされた画像の少なくとも一部の平均光度を測定する段階と、
―各画素を平均光度に応じて変化する光度閾値と比較し、差が光度閾値以上であるか否かに応じて各画素に２進値を割り当てる段階と、
―近隣画素の組を形成するために所定値の画素を探索する段階と、
―検出された組のデータベースＢＤＧ中にすべての画素の組の位置情報を記録する段階と、
―連続的に形成された検出された組のデータベースと光学検出器によって供給される各画像を比較する段階と、
―検出された組のいくつかのデータベース中の残光に応じて監視対象を形成する組を決定する段階とを含む。
【００６９】
第２の実施形態において、画像処理手段ＩＭＰによって実行される画像処理は、垂直線に対応する基礎画像毎に、即ち、典型的には、３０００分の１秒ごとに実行される。この処理は、
―水平線を自動的に決定する段階と、
―水平線が画像の底辺から所定画素数の一定距離を維持するように画像を再調整する段階と、
―水平線に中心が合わされた画像の少なくとも一部の平均光度を測定する段階と、
―各画素を平均光度に応じて変化する光度閾値と比較し、差が光度閾値以上であるか否かに応じて各画素に２進値を割り当てる段階と、
―連続する垂直線によって形成される画像を再構成する段階とを含む。
【００７０】
このように形成された画像毎に、即ち、典型的には１秒ごとに、画像処理は、
―近隣画素の組を構成する所定値の画素を探索する段階と、
―検出された組のデータベースＢＤＧ中のすべての画素の組の位置情報を記録する段階と、
―構成された検出された組のデータベースと連続する再構成された画像とを比較する（典型的には３から１０の画素を比較する）段階と、
―検出された組のいくつかのデータベース内の残光に応じて監視対象を構成する組を決定する段階とを含む。
【００７１】
第３の実施形態において、画像処理は、画像ごとに、即ち、典型的には１秒毎に画像処理手段ＩＭＰによって実行される。この処理は、
―水平線を自動的に決定する段階と、
―水平線が画像の底辺と平行を維持するように画像を調整する段階と、
―水平線に中心が合わされた画像の少なくとも一部の平均光度を測定する段階と、
―各画素を平均光度に応じて変化する光度閾値と比較し、差が光度閾値以上であるか否かにおうじて各画素に２進値を割り当てる段階と、
―近隣画素の組を形成するために所定値の画素を探索する段階と、
―検出された組のデータベースＢＤＧ中のすべての画素の組の位置情報を記録する段階と、
―構成された検出された組のデータベースと連続する再構成された画像とを比較する（典型的には３から１０の画素を比較する）段階と、
―検出された組のいくつかのデータベース内の残光に応じて監視対象を構成する組を決定する段階とを含む。
【００７２】
監視対象の特徴は、監視対象データベースＢＤＯＶに蓄積される。
【００７３】
一般的に、画像処理に関連する光学検出器は以下の特性を有する。
―検出情報、即ち、対象の存在、方位角、および、複数の検出器を有する装置の場合には対象までの距離を出力すること
―人間の目による監視状態と同じ状態において昼夜を問わず適当な（例えば、赤外線まで検出できる）検出器により監視可能であること、過酷な条件においても運転可能であること
―夜間には、装置は赤外線照明装置を含んでもよく、暗い障害物を検出する距離は２，０００メートル以上であること
―装置の構成および運搬海上乗物の運動に応じて、１，０００メートル以上の検出距離を有するとともに、至近の対象を検出できること
―小型船および漂流難破船のようなレーダによって検出されない対象を検出可能であること
―画像処理はカラーでもモノクロームであっても実行され得ること
―以下のプラットフォームの動きに対して動作すること
周期が５から１５秒である±３５度のローリング
１０度／秒以下の角速度である±１５度のピッチング
―防水、機械的および電気的保護、太陽、飛沫および振動に対する耐性のように海上環境に適用可能な状態で格納されていること
衝突防止解析手段ＡＣＯＬによって実行される衝突防止解析方法は、
―光学検出器によって供給される画像中の監視対象の位置に応じて、データベースＢＤＯＶ中の各監視対象の位置情報を決定する段階と、
―各監視対象の位置情報の展開を周期的に計算する段階と、
―各監視対象の位置情報の展開に応じて本船と監視対象との衝突の危険性を評価する段階とを含む。
【００７４】
監視対象の位置情報は、方位、高度（水平線を基準とした角度偏差）、および計算可能であるとき（装置が複数の検出器を具備しているとき）は距離を含んでいる。この情報は、画像中の対象の視覚的な大きさ、画素数での高さあるいは幅の表示によって完成される。
【００７５】
本発明で適用される衝突危険性の解析原理は監視対象の方位の展開に基づき、監視対象の大きさ、計算可能であれば距離にも基づく。
【００７６】
さらに詳細には、衝突防止解析方法は、
―２０分以上の履歴に基づく３０秒毎の監視対象のデータベースの解析によって、各監視対象の方位および大きさの展開を周期的に算出する段階と、
―方位変化が毎秒１．５度以下である対象を抽出する段階と、
―少なくとも大きさが増加するか、または、（計算可能であるときは）距離が減少する対象を抽出する段階と、
―先の２段階で抽出された監視対象の特徴を含む危険対象のデータベースＢＤＯＤを生成する段階とを含む。
【００７７】
監視対象の方位の展開の解析は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、衝突危険評価の基礎として使用され得る。これらの図は、本船の軌跡１および監視対象の軌跡２を表示している。軌跡１、２上の点は時刻ｔ１からｔ９における本船と対象の対応位置を示している。
【００７８】
図６Ａは、監視対象が危険と考えられる場合を示している。この図から、監視対象の方位が本船の方位に対して一定であることが判明する。
【００７９】
図６Ｂは、監視対象が危険でないと考えられる場合を示している。この場合、監視対象の方位は本船の方位に対して一定ではない。
【００８０】
各監視対象の大きさの変化も、また衝突の危険の評価で考慮されるべき情報である。実際、本船および監視対象が平行軌跡を描き、同速度であれば、対象は本船の脅威ではないけれども、本船の方位を基準とする対象の方位は一定である。さらに、監視対象の視覚的な大きさが増加していれば、対象は本船に接近しつつあることを意味している。
【００８１】
もし本船がレーダ装置と連動されたＡＲＰＡオートマトンを装備していれば、ＡＲＰＡオートマトンおよびＡＩＳ軌跡で考慮される方位およびレーダエコー距離を収集してさらなる準備がなされ得る。レーダエコー位置およびＡＩＳ軌跡は、各外挿軌跡と危険対象あるいは本船とを比較するために、危険対象のデータベースＢＤＯＤと比較され得る。危険対象のデータベースは、本発明に係る装置および本船の他の装置によって検出されたすべての危険対象を収集可能であり、各危険対象は各対象が検出された１またはそれ以上の手段が示す情報とデータベース中で関連付けられる。
【００８２】
監視対象のデータベースＢＤＯＶおよび危険対象のデータベースＢＤＯＤは、船舶用データ処理装置で一般的に使用されるソフトウエアと交換可能性を有するフレーム形式、典型的には、ＮＭＥＡ（国家海事電子協会）形式あるいはＸＭＬ（拡張マークアップ言語）であるＡＮＳＩに符号化される。これらデータベースの各対象に関連する特性値は以下を含むことが有利である。
―最初の検出時刻
―方位
―角度幅
―計算可能であれ名本船からの距離
―本船からの距離の精度
―残光
―コントラスト
マンマシーンインターフェイスＩＨＭは、乗組員に通知し、装置を制御する機能を果たす。乗組員への通知機能は、
―危険対象のデータベースが新たな要素を含むと同時に、音、可視的信号、あるいは特別の要望(合成音声または携帯装置の振動)により警報を発生し、
―危険対象の位置情報、特に方位、および状況の緊急度合(例えば、衝突までの時間および距離)を表示し、
―監視対象および危険多和尚のデータベースの履歴を記録する。
【００８３】
捜査員の要求があったときに、対象の画像を実時間で表示する可能性を提案するために、マンマシーンインターフェイスＩＨＭに対する準備がなされ得る。
【００８４】
本船が複数の検出手段を具備しているときには、マンマシーンインターフェイスＩＨＭは、各対象を検出する１または複数の手段の指示を表示することが可能である。本船がレーダと連動するＡＲＰＡ衝突防止装置を具備しているときには、マンマシーンインターフェイスは監視対象および危険対象のデータベースから伝送される情報をＡＲＰＡ表示装置の表示と一緒にグラフ形式で重畳することが望ましい。本船がデジタルマッピング装置、例えば、標準のＥＣＤＩＳ（電子記録紙表示・通報装置）を具備している場合には、マンマシーンインターフェイスはＥＣＤＩＳの表示と一緒に監視対象および危険対象のデータベースから伝送される情報をグラフ形式で重畳することができる。
【００８５】
装置の制御機能は、装置の操作を管理する通常の管理命令と、衝突防止装置の保守命令とを具備する。
【００８６】
通常の管理命令は、装置の起動・停止命令、および、必要なら考慮されるべき他の検出装置の選択を可能とする命令を含んでいる。
【００８７】
保守命令は、各ビデオカメラを起動・停止および設定する命令、コンピュータの内部調整値（閾値、パラメータ）を決定することを可能とする命令、装置の較正および内部試験のための自動手順を発生する命令を含んでいる。
【００８８】
マンマシーンインターフェイスＩＨＭは、監視対象データベースＢＤＯＶの入力および危険対象のデータベースＯＤＯＤの入力に接続されている。これは、本船の制御装置に組み込まれていてもよいし、離れていてもよい。
【００８９】
本発明に係る実施例において、マンマシーンインターフェイスＩＨＭは、外部方位案内装置と一体化されている。警報、表示および制御機能は、ＡＲＰＡまたはＥＣＤＩＳ手段の使用に対するために、既存の外部方位案内装置のインターフェイスを強化している。
【００９０】
ＡＲＰＡ表示は、表示装置上への本船周囲の環状領域の表示を意味する。ＡＲＰＡ表示は、本船を連続的に中心とする。配置は、北向き、または、本船の軸向きの放射線、および距離の環により一層容易になる。
【００９１】
ＥＣＤＩＳ表示は、表示装置上への国際標準に従った長方形の地図の表示を意味する。この地図は、中心、縮尺、投影形式（一般的にはメルカトール）および方位（北向き、あるいは本船の軸）によって特徴付けられる。この地図上での配置は、一定の経度および緯度を表す格子によって容易にとなる。
【００９２】
表示のこの２つの形式は、表示装置上への監視対象および危険対象の特定のシンボルによる表示を意味する。このように、衝突危険性は、視覚的に評価され得る。
【００９３】
捜査員の介入によって、監視対象の画像は、表示装置上に表示されたウインド内に表示され得る。この画像は、典型的には、検出された船舶の展開の実時間での監視評価を可能とするために１秒毎に更新される。
【００９４】
本発明に係る装置は、いくつかの検出器から情報を受信したとき、対象の距離の計算とともに、各対象に対して異なる検出器によって提供される対象の方位の角度変化の測定を実行する。
【００９５】
この準備の結果として、本発明に係る衝突防止装置は、既存の手段とともに、ある種の冗長を提供し得る。従って、この装置は、誤警報の相対的低確立で信頼性のある警報を提供する。
【００９６】
これらの特徴の結果、本発明の装置は多くの分野、特に以下の分野で適用可能である。
―（貿易、漁業、長距離航海、国有船舶）の専門家によって操船される船舶
―乗組員の安全および安心のために、特にレーダのないプレジャーボート
―交通および最も危険な領域における衝突防止の安全の冗長の監視および制御により、沿岸の海峡航路（ブイ、灯台、ビーコン、桟橋等）
―特にドローンの派遣地域が操縦者によって視覚的に制御されない場合であっても、衝突防止安全の永久的な操縦を保証する可能性により、海軍のドローン
さらに、どの海上乗物において、本発明の装置は、ブラックボックスあるいは航海データレコーダＶＤＲ中に自動的に蓄積されるデータを強化可能な監視対象の検出を自動的に記録することを可能とする。
【００９７】
本発明に係る装置の他の種々の代替実施形態および応用が可能であることが、この分野の技術者によって理解されるであろう。従って、本発明は、光学検出器が海上乗物の全水平線を視野におさめる装置に限定されない。光学検出器によって監視される領域は、実際は、海上乗物の前方領域に限定され得る。装置が、海上乗物の方位のような位置情報、あるいは海上乗物に搭載された他の装置によって供給される情報にアクセスすることは本質的ではない。実際、検出される対象の位置は、海上乗物およびその航路に関連して決定される。さらに、本発明に係る装置は、どのようなマンマシーンインターフェイスを具備せずに、マンマシーンインターフェイスを構成する海上乗物の他の装置に危険対象の検出に関する情報を伝送するだけでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】船舶に搭載される本発明に係る装置の図である。
【図２】本発明に係る装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例の図である。
【図４】本発明の第２の実施例の図である。
【図５】本発明の第３の実施例の図である。
【図６】本発明に係る方法に適用される衝突危険性の解析原理を示す図である。
【図１】
2008514483.tif 000003
【図２】
2008514483.tif 000004
【図３Ａ】
2008514483.tif 000005
【図３Ｂ】
2008514483.tif 000006
【図４Ａ】
2008514483.tif 000007
【図４Ｂ】
2008514483.tif 000008
【図５Ａ】
2008514483.tif 000009
【図５Ｂ】
2008514483.tif 000010
【図６Ａ】
2008514483.tif 000011
【図６Ｂ】
2008514483.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月5日(2006.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海上乗物の水平線の少なくとも一部を視野におさめ、画像を供給する少なくとも１つの光学検出器（１０）と、
前記光学検出器から供給される各画像から、前記画像の画素の光度に基づいて近隣画素の集合を実時間で探索し、連続する画像の画素の集合のそれぞれの残光を評価し、残光に基づいて海面上で監視される対象を形成する組を決定し、監視対象の少なくとも１つの位置情報を決定する画像処理手段（ＩＭＰ）と、
前記監視対象の位置情報の展開に基づいて、前記監視対象と衝突する当該海上乗物の危険性を評価する衝突防止解析手段（ＡＣＯＬ）とを具備する海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項２】
前記光学検出器（１０）が、当該海上乗物に固定され、水平線の少なくとも本質的な部分を連続的に視野におさめる少なくとも１つのビデオカメラである請求項１に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項３】
前記光学検出器（１０）が、水平線を視野におさめるために、回転により指向され得る少なくとも１つのビデオカメラである請求項１に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項４】
前記光学検出器（１０）が、
本質的に垂直方向を向く光学軸を有するレンズ（２９）を具備する１つのビデオカメラと、
モータ（３１）によって駆動され、前記レンズの視野に配置され前記レンズの光学軸に関して４５度傾けられた鏡（３２）を支持する回転アセンブリ（３０）と、
前記回転アセンブリ（３０）の位置角度を計測する位置角度計測装置とを具備する請求項３に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項５】
スタンドとして使用される基礎（２２）上に組み立てられた筐体（２１）と、
安定化装置（２５、２６）上に搭載され、前記光学検出器（１０）のスタンドとして使用される安定化タンク（２４）を具備する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項６】
前記安定化装置が、
ジンバル（２５）とジャイロホイール（２６）とを具備する請求項５に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項７】
前記光学検出器（１０）が、垂直軸の回りで回転駆動される単線ビデオカメラである請求項３に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項８】
筐体（４１）と、
前記筐体（４１）の中に格納され、垂直軸モータ（４４）によって駆動される回転アセンブリ（４２）と、
開口（４９）を有する前記回転アセンブリを保護するための保護カバー（４５）と、
前記回転アセンブリ上に固定され単線検出素子（４７）を具備するデジタルビデオカメラ（４７）と、
前記回転アセンブリ（４２）の回転によって水平線を走査することが可能な光学軸を有するレンズ（４８）とを具備する請求項７に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項９】
前記光学検出器（１０）が、前記レンズ（４８）を保護するために排気ファン（５３）を使用して換気される保護ガラス（５２）を具備する請求項８に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１０】
画像処理集積回路基板（５６）が前記回転アセンブリ（４２）中に固定される請求項７または請求項８に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１１】
前記回転アセンブリ（４２）の角度位置を測定する測定装置（５７）を具備する請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１２】
前記光学検出器（１０）のデジタル出力データが、前記回転アセンブリ（４２）の要素への電力供給の接触をも確実とする回転接点（５８）を介して伝送される請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１３】
羅針盤と接続するための接続手段を具備する請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１４】
他の検出器と接続する接続手段と、前記他の検出器によって供給される情報との整合解析を実行する解析手段とを具備する請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１５】
危険対象が検出されたことを信号する信号手段（ＩＨＭ）を具備する請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１６】
各監視対象の位置情報が対象の方位および大きさを具備する請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の海上乗物用衝突防止警報装置。
【請求項１７】
海上乗物の水平線の少なくとも一部を視野におさめる少なくとも１つの光学検出器を具備する海上乗物用衝突防止警報装置（１２）で使用される衝突防止警報方法であって、
前記光学検出器によって供給される画像から海面で監視される少なくとも１つの対象の位置情報を抽出する段階と、
前記監視対象の位置情報の展開を周期的に算出する段階と、
前記監視対象の位置情報の展開に応じて、前記監視対象と当該海上乗物とが衝突する危険性が存在するときには危険とみなされる前記監視対象と当該海上乗物との衝突の危険性を評価する段階とを具備する衝突防止警報方法。
【請求項１８】
各危険対象に関する情報を表示する段階と、新たな危険対象物が検出されると直ちに警報信号を送出する段階とを具備する請求項１７に記載の衝突防止警報方法。
【請求項１９】
前記光学検出器（１０）によって供給される画像の有効部分を区切る段階（ａ）と、
前記画像の少なくとも一部の平均光度を計測する段階（ｂ）と、
前記平均光度の画素を比較し、比較結果に応じて各画素に２進値を割り付ける段階（ｃ）と、
近隣画素の集合を形成する予め定められた２進値の画素を探索する段階（ｄ）とを具備する請求項１７または請求項１８に記載の衝突防止警報方法。
【請求項２０】
有効部分を区切る段階が、水平線の自動検出を具備する請求項１９に記載の衝突防止警報方法。
【請求項２１】
各画像の監視対象の位置および大きさを計測する段階と、連続する監視対象の位置および大きさの少なくとも一方の変化に基づいて危険対象を決定する段階とを具備する請求項１７から請求項２０のいずれか一項に記載の衝突防止警報方法。
【請求項２２】
前記段階（ｄ）および段階（ｅ）が各画像に対して実行される請求項１７から請求項２１のいずれか一項に記載の衝突防止警報方法。
【国際調査報告】
2008514483.tif 000013
2008514483.tif 000014
2008514483.tif 000015
2008514483.tif 000016
2008514483.tif 000017
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2008514483.tif 000019
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2008514483.tif 000021
2008514483.tif 000022
2008514483.tif 000023
2008514483.tif 000024