(57)【要約】【課題】航空機へ搭載可能であって、かつ予めパターンマッチング用の画像パターンを持っていない脅威に対しても、効果的に警報を発生できるような電子光学機器を提供する。【解決手段】２軸ジンバル６に搭載したレーザ測距器５と撮像器２を組み合わせたセンサ部１と、目標検出器４と警報生成器７を組み合わせた信号処理部３を備えて、撮像器２で検出された目標の方向にレーザ測距器５を指向させて、レーザ反射点を求め、レーザ反射点の時間変化を計測して、目標の脅威度を判定する警報生成器を構成する。【選択図】                図１
2004268839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機に搭載され、視野内の画像を出力する撮像器と、
前記航空機に搭載され、レーザ光の送受信によってレーザ光の反射点の距離情報を計測するレーザ測距器と、
前記撮像器の出力画像に基づいて目標を検出し、検出された目標の方向を計測する目標検出器と、
前記目標検出器によって計測された目標の方向に、前記レーザ測距器を指向させる指向装置と、
前記航空機の計測する飛行情報、前記レーザ測距器で計測された距離情報、および前記レーザ測距器の指向方向に基づいて、レーザ光の反射位置を算出し、当該算出されたレーザ光の反射位置の変化を計測し、当該計測結果に基づいて前記目標の脅威度を判定する判定器と、
を備えた電子光学装置。
【請求項２】
判定器は、前記目標の方向に指向されたレーザ測距器が出力するレーザ光の、反射位置が時間に応じて変化したときに脅威度大と判定し、当該反射位置が時間に応じて変化し無いかもしくは変化が小さいときに脅威度小として判定することを特徴とする請求項１記載の電子光学装置。
【請求項３】
航空機に搭載され、視野内の画像を出力する撮像器と、
前記航空機に搭載され、レーザ光の送受信によってレーザ光の反射点の距離情報を計測するレーザ測距器と、
前記撮像器の出力画像に基づいて目標を検出し、検出された目標の方向を計測する目標検出器と、
前記目標検出器によって計測された目標の方向に、前記レーザ測距器を指向させる指向装置と、
前記航空機の計測する飛行情報、前記レーザ測距器で計測された距離情報、および前記レーザ測距器の指向方向に基づいて、レーザ光の反射位置を算出し、当該算出されたレーザ光の反射位置の変化を計測し、当該計測結果に基づいて警報信号を出力する判定器と、
を備えた電子光学装置。
【請求項４】
判定器は、前記目標の方向に指向されたレーザ測距器が出力するレーザ光の、反射位置が時間に応じて変化したときに警報信号を出力することを特徴とする請求項３記載の電子光学装置。
【請求項５】
前記指向装置は、設定された目標方向に基づいて前記レーザ測距器の指向方向を変化させる２軸ジンバルを備え、
前記判定器は、前記航空機で計測された飛行情報としての高度および速度ベクトル、前記レーザ測距器で計測された距離情報と、前記指向装置に設定される目標方向に基づいて、前記レーザ光の反射位置を計測することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子光学装置。
【請求項６】
前記指向装置は、設定された目標方向に基づいて前記レーザ測距器の指向方向を変化させる２軸ジンバルを備え、
前記判定器は、前記航空機で計測された飛行情報としての自己位置と、前記レーザ測距器で計測された距離情報と、前記指向装置に設定される目標方向に基づいて、前記レーザ光の反射位置を計測することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、航空機に搭載され、他の航空機やミサイル等の目標の存在を検知するための電子光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、航空機に搭載されて、他の航空機やミサイル等の目標の存在を検知する電子光学装置が知られている。この種の装置では、目標の発する赤外線を２次元検出器（赤外線カメラや高感度カメラ等）により画像データにし、この画像データと予め設定された目標の画像パターンとを、パターンマッチして目標を抽出することにより、目標を探知し、探知された目標の脅威判定を行って、警報を発する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、このような目標の画像データは、例えば２次元検出器の視野内の画像データの中で、対応する画素の輝度が高輝度となるひとかたまりの領域（高輝度領域）を抽出し、エッジ抽出処理によって高輝度領域の輪郭を抽出することによって得られる。この抽出された目標の画像データは、予めデータベースに格納された目標の輪郭の特徴を示す画像パターンとの一致度合いや相関を比較することによってパターンマッチが行われる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−４６９５８号公報（第８頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置の脅威判定は、パターンマッチによって行っていた。例えば、検出された目標の画像パターンが、予め設定されたミサイルの外形の特徴を示す画像パターンと同じであれば脅威度の高い目標と判定し、他方で、検出された目標の画像パターンが、予め設定された建築物の特徴を示す画像パターンと同じであれば脅威度の低い目標であると判定していた。このため、あらかじめ目標の画像パターンを持っていない脅威に対しては、有効に脅威と判定できないという欠点があった。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、予め画像パターンを持っていない目標の画像データに対して、その目標の脅威度を判定できるような電子光学装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、航空機に搭載され、視野内の画像を出力する撮像器と、前記航空機に搭載され、レーザ光の送受信によってレーザ光の反射点の距離情報を計測するレーザ測距器と、前記撮像器の出力画像に基づいて目標を検出し、検出された目標の方向を計測する目標検出器と、記目標検出器によって計測された目標の方向に、前記レーザ測距器を指向させる指向装置と、前記航空機の計測する飛行情報、前記レーザ測距器で計測された距離情報、および前記レーザ測距器の指向方向に基づいて、レーザ光の反射位置を算出し、当該算出されたレーザ光の反射位置の変化を計測し、当該計測結果に基づいて前記目標の脅威度を判定する判定器とを備えたものである。
【０００８】
また、航空機に搭載され、視野内の画像を出力する撮像器と、前記航空機に搭載され、レーザ光の送受信によってレーザ光の反射点の距離情報を計測するレーザ測距器と、前記撮像器の出力画像に基づいて目標を検出し、検出された目標の方向を計測する目標検出器と、前記目標検出器によって計測された目標の方向に、前記レーザ測距器を指向させる指向装置と、前記航空機の計測する飛行情報、前記レーザ測距器で計測された距離情報、および前記レーザ測距器の指向方向に基づいて、レーザ光の反射位置を算出し、当該算出されたレーザ光の反射位置の変化を計測し、当該計測結果に基づいて警報信号を出力する判定器とを備えた構成としても良い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
発明者等は、電子光学装置の取得画像を用いて、パターンマッチによらずに脅威度判定を行う方法として、撮像器により得られた画像データから目標を検出し、検出された目標の方向にレーザを照射して目標までの距離を計測することによって、目標の脅威度を判定する方法を検討した。この方法の一つの手法として、レーザ光の送受信によって測定する目標までの距離情報の時間変化、レーザ測距器の指向方向の時間変化、および本装置を搭載している航空機の飛行情報としての自己位置の時間変化を計測し、目標の移動軌跡を求め、この目標の移動軌跡を、予め設定された目標の特徴を示す移動軌跡パターンと比較することによって、目標の脅威判定を行うことが考えられる。しかし、この手法では、レーザ光の反射面積の小さい目標に対しては、目標で反射するレーザ光も少ないため、撮像器が目標の画像データを得ることの出来る距離と同等の遠距離を測距できるような、高出力のレーザ測距器が必要となる。このような高出力のレーザ測距器は非常に大型になってしまい、航空機への搭載が難しくなる。
【００１０】
レーザ測距器が距離測定できる最大距離は、レーザの出力と目標のレーザ光の反射面積に依存する。例えば、航空機への搭載が可能な小型のレーザ測距器はレーザの出力も小さくなるため、ミサイルのように、目標のレーザ光の反射面積が小さい場合は、レーザ測距器から至近距離までしか距離測定が出来ない。このようなレーザ光の反射面積が小さい目標は、一般に脅威度の高い目標であることが多く、特にミサイルの場合は、その存在位置が時間とともに変化する。
【００１１】
また、例えば、工場やビルのような、目標のレーザ光の反射面積が大きい目標の場合は、撮像可能距離と同等の距離まで、レーザ測距器の距離測定が可能となる。このようなレーザ光の反射面積が大きい目標は、一般に脅威度の低い目標であることが多く、特に工場やビルの場合は、その存在位置が時間に応じて変化しない。
【００１２】
そこで、発明者等は、航空機への搭載が可能な、小型の（低出力な）レーザ測距器を用いて、レーザ光の反射面積に依存してレーザ測距器の測定可能距離が異なるという性質と、脅威度の高い目標は時間に応じて位置が変化するという点に着目して、以下に示すような発明を提案する。
【００１３】
図１は、この発明の実施の形態１における電子光学装置の構成を示すものである。図において、電子光学装置は、センサ部１と信号処理部２で構成される。センサ部１は、航空機８の胴体下部に取り付けられており（搭載状態は図示せず）、航空機８の斜め下方もしくは水平面方向を指向できるように、設置されている。信号処理部３は、センサ部１に図示しない信号ケーブルを介して接続され、航空機８の操縦席の近くに設置される。ただし、信号処理部３の設置位置は必ずしもこの限りではなく、航空機８の外部に設けられて、信号ケーブルの代わりに、センサ部１との間で無線通信を行うことによって情報の授受を行っても良い。
【００１４】
センサ部１は、視野内の外界からの光線や熱線等の電磁場を受信し、受信した電磁場を光電変換し画像信号にする撮像器２と、レーザ光を送受信することによってレーザ光の反射点までの距離を計測するレーザ測距器５と、２軸ジンバル６とを備えている。
撮像器２には、視野内の、外界光もしくは外界からの入射熱を集光する光学レンズと、光学レンズの焦点位置に配置された電磁場を受信するカメラ（例えば、２次元検出器）が設けられている（図示せず）。この電磁場を受信するカメラは、集光された光信号を光電変換もしくは熱電変換し、変換された出力画像として画像信号を出力する。この電磁場を受信するカメラとしては、一般に赤外線検出器を用いるのが好ましいが、用途によっては、近赤外線検出器、紫外線検出器やＣＣＤを用いても良い。撮像器２の出力する画像信号は、ビデオ信号用の信号ケーブルによって後述する信号処理部３に伝送される。
【００１５】
レーザ測距器５は、光学窓を介してレーザ光を送信する送信器と、反射レーザ光を受光する受信器と、距離測定（測距）を行う距離測定部を備えている（図示せず）。距離測定部では、例えば、送信器から送信され目標で反射されたレーザ光のパルス信号を受光器で受信し、そのパルス信号の送受信時間を計測することによって測距を行う。この測距の結果は、測定された距離に対応付けされた距離情報を示す、測距信号として出力される。レーザ測距器５の出力する測距信号は、電気信号ケーブルによって後述する信号処理部３に伝送される。
【００１６】
２軸ジンバル６には、レーザ測距器５を回動可能な回転軸が２軸設けられ、この２軸回りにレーザ測距器５を回転駆動させるアクチュエータが設けられている。２軸ジンバル６は、レーザ測距器５の光学窓から出力されるレーザ光の出射方向（レーザ光の送信される指向方向）を、所定の半球面内における任意の方向に向けるように、レーザ測距器５を回転駆動する。また、２軸ジンバル６には、角度検出器（図示せず）が設けられており、レーザ測距器５の指向方向を計測する。さらに、２軸ジンバル６には制御器（図示せず）が設けられており、後述の目標検出器４から、レーザ測距器５の目標とする指向方向を示す目標方向信号が与えられる。この制御器は、角度検出器で検出されるレーザ測距器５の指向方向が、目標とする指向方向となるように制御動作を行う。このように、２軸ジンバル６は、レーザ測距器５を目標とする指向方向に指向させる指向装置として動作する。
【００１７】
信号処理部３は、目標の方向を検出する目標検出器４と、目標検出器４で検出された目標の脅威度を判定する判定器である警報生成器７を備えている。撮像器２から出力された画像信号は、信号処理部３の目標検出器４に入力される。目標検出器４は入力された画像信号から、ある一定以上の信号強度の部分を目標として抽出する。例えば、画像信号における対応する画素が、所定の閾値よりも輝度の高い高輝度となる部分を一定以上の信号強度とし、この高輝度となる部分をひとかたまりとして輪郭形状を成す領域（高輝度領域）を目標として抽出する。また、目標の重心位置を画像上の座標（撮像器２の視軸を基準とした画角に対応する座標）から抽出して、抽出された座標に対応した方向を目標の位置する方向として検出し、検出された方向を上述の目標方向信号としてセンサ部１に出力する。また、目標検出器４は、抽出される目標が複数あるときに、それら複数の目標に番号（目標番号）付けを行い、番号付けされた目標の夫々について、順に目標番号と目標方向信号を併せて出力する。
【００１８】
信号処理部３の目標検出器４からセンサ部１に入力された目標方向信号は、２軸ジンバル６に入力される。２軸ジンバル６は、この目標方向信号に基づいて、目標方向信号の示す目標方向に、レーザ測距器５の光軸（指向方向）を向けるように動作する。レーザ測距器５の光軸が目標方向を向いた時点で、２軸ジンバル６からレーザ測距器５に測距計測開始信号が送出される。レーザ測距器５は測距計測開始信号の受信に応じて測距を開始し、測距によって検出された距離信号を警報生成器７に出力する。以下、この測距開始時刻をｔ１とする。また、２軸ジンバル６は、目標検出器４で検出される目標方向にレーザ測距器５を指向させ続けるように動作を継続する。
【００１９】
なお、目標検出器４から出力される目標が複数あるときには、２軸ジンバル６が、目標検出器４から順に出力される目標番号毎に所定の時間の間、その目標番号に対応する目標方向信号に基づいて、目標方向信号の示す目標方向に、レーザ測距器５の光軸（指向方向）を向けるように動作する。
【００２０】
警報生成器７は、目標検出器４から入力される目標方向信号、レーザ測距器５から入力される測距信号、及び搭載されている航空機の機体から入力されて、機体の飛行情報を与える機体情報信号に基づいて、目標方向におけるレーザ光の反射位置を算出する。航空機は図示しない飛行状態測定装置を搭載しており、航空機の高度と、速度ベクトルを計測する。飛行状態測定装置は、ある基準時刻（ｔ１）における高度を測定して、この高度を基準高さＨとする。また、所定時間経過（Δｔ）後の他の時刻（ｔ２）における機体の速度ベクトルを計測し、その経過時間（Δｔ）に応じた移動ベクトルＤを求める。基準高さＨと移動ベクトルＤを、他の時刻（ｔ２）における位置を示す情報である機体情報信号として出力する。例えば、移動ベクトルＤを直交座標に分解し、その各軸の成分を（Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ）とするとき、機体情報信号として、位置座標（Ｄｘ、Ｄｙ、Ｈ＋Ｄｚ）を出力する。
なお、航空機は慣性空間における自己位置を測定する自己位置測定装置を備えていても良い。この場合は、測定された自己位置（Ｘ、Ｙ、Ｈ）を機体情報信号として出力する。
警報生成器７は、航空機の機体情報の示す位置を基準として、その位置座標から目標方向信号の対応する方向に、測距信号の対応する距離分だけ進んだ座標を、レーザ光の反射位置として算出する。例えば、機体情報信号が座標（Ｄｘ、０、Ｈ）を示し、目標方向信号が方向ベクトル（−Ｘ１、０、−Ｚ１）（但し、Ｘ１２＋Ｚ１２＝１）を示し、測距信号が距離Ｍを示す場合、レーザ光の反射位置は、（Ｄｘ−Ｍ×Ｘ１、０、Ｈ−Ｍ×Ｚ１）となる。
【００２１】
また、警報生成器７は、時刻ｔ１で、レーザ光の反射位置を最初に算出してから所定の時間間隔空けた後に、別の時刻ｔ２で、更に目標検出器４から入力される目標方向信号、レーザ測距器５から入力される測距信号、及び搭載されている航空機の機体から入力される機体情報信号に基づいて、目標方向におけるレーザ光の反射位置を算出する。同様にして、警報生成器７は、更に所定の時間間隔空けた後の更なる別の時刻ｔ３で、同様にして目標方向におけるレーザ光の反射位置を算出する。このように、警報生成器７は、目標を検出した後、異なる時間毎に、レーザ光の反射位置を算出する。この異なる時間の間隔は、一定の時間間隔でも良いし、その時間間隔を段階的に短くしても良い。また、この異なる時間として、少なくともｔ１〜ｔ３の３回計測することが好ましく、それより以上に計測を行っても良い。
【００２２】
警報生成器７は、異なる時間（例えば、ｔ１、ｔ２、ｔ３）毎に算出されたレーザ光の反射位置に基づいて、目標検出器４で検出した目標の脅威度を判定する。また、警報生成器７は、脅威度の判定の結果、目標が脅威であると判定された場合に、脅威となる目標が存在することを示す警報信号を発生する。警報信号として、例えばビープ音や点滅表示を発生させるための信号が出力される。
【００２３】
ここで、警報生成器７の脅威度の判定方法について詳細に説明する。
図２及び図３はレーザ測距器５の測距情報を使用した脅威度の判定方法を説明する図である。図２は脅威度が低い地上に係留した目標である場合、図３は脅威度が高い移動体である場合を示している。
【００２４】
まず、図２に示すように、目標が地上に係留した目標９である場合、航空機である自機８が、飛行しながら目標９の方向に向けて何度かレーザ光を照射すると、自機８と目標９との実質的な距離Ｌは、自機８の移動距離の分だけ変化していく。このため、レーザ測距器５で測距信号として測定される距離情報と、機体から機体情報信号として与えられる自機８の移動量や自己位置等の飛行情報とを、取得することができれば、その取得情報を用いて目標９が地上の１点に留まっていると判定することができる。
例えば、目標９が、地上に固定された工場やビル等の建設物（構造物）である場合、そのレーザ光の反射面積が大きいため、比較的低出力のレーザ測距器を用いたとしても、構造物からの反射光を得ることができる。また、目標９が、例えば地上に係留している航空機のようにレーザ光の反射面積が小さい場合であったとしても、目標９が地表面上に存在している限り、その周囲を取り巻く地表面によってレーザ光の反射面積が大きくなり、目標９とほぼ同じ位置に、レーザ光の反射点が存在することになる。これにより、比較的低出力のレーザ測距器を用いて、目標９の周辺からの反射光を得ることができる。
したがって、図２に示すように地表面上に存在して留まっている目標９は、その大きさに依らず、レーザ測距器５で測定される自機８と目標９との距離Ｍが、距離Ｌとほぼ同じになる。また、この場合、レーザ測距器５から出力されたレーザ光は同じ目標９の周辺で反射するため、異なる時間（図において、例えば、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３）毎に算出されたレーザ光の反射位置（図において、例えばＰ）が変化せず、目標９は地上の１点に留まっているものとして判定できる。
【００２５】
次に、図３に示すように、自機８の脅威となる目標（脅威）１０が、他の航空機やミサイル等の移動体である場合について説明する。
レーザ測距器５で測定される、自機８の脅威となる目標（脅威）１０との距離Ｍは、その脅威のレーザ光の反射面積によって変わる。この際、脅威１０が十分大きくレーザ光を十分に反射する場合は、距離Ｍは脅威１０と自機８との間の実質的な距離Ｌに概ね一致する。図において、例えばＲ１、Ｒ２、Ｒ３の位置でレーザ光の反射が行われる。
一方、脅威１０が小さく十分にレーザ光を反射しない場合に、距離Ｍは、自機８と自機８から脅威１０を見通した線が地上と交わる地点（図において、例えばＰ１、Ｐ２、Ｐ３）までの距離となり、脅威１０と自機８との間の実質的な距離Ｌとは一致しない。この場合は、撮像器２が脅威１０を目標として検出するものの、その脅威１０の目標方向にレーザ光を照射しても、反射面積が小さい故にレーザ光が脅威１０で十分に反射されずに通過する。その結果、レーザ光は脅威１０を見通した線が地上と交わる地点（図において、例えばＰ１、Ｐ２、Ｐ３）で反射される。
しかし、いずれの場合であっても、異なる時間でレーザ光を何度か脅威１０の方向に向けて照射した場合、異なる時間（図において、例えば、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３）毎に、目標検出器４から入力される目標方向信号、レーザ測距器５から入力される測距信号、及び搭載されている航空機の機体から入力される機体情報信号に基づいて、算出されたレーザ光の反射位置は変化する（図３の場合は、例えばＰ１、Ｐ２、Ｐ３）。すなわち、脅威１０が地上の１点に留まっているとは判定されず、脅威１０が移動体であって、その脅威度が高いものであると判定できる。
【００２６】
なお、目標検出器４から出力される目標が複数あるときには、目標検出器４から順に出力される目標番号に応じて、ある一定時間Ｔ内で所定の時間間隔ｄτに時分割されて、夫々の時間ｄτ毎に、目標番号に対応する目標方向信号に基づいてレーザ測距器５の光軸が指向される。そして、航空機の飛行に応じた異なる時間（例えばｔ１、ｔ２、ｔ３）毎に、夫々ある一定時間Ｔ内で目標番号に対応する所定の時間間隔ｄτに時分割されて、レーザ光の反射位置が算出される。
【００２７】
この実施の形態では、レーザが必ずしも脅威との距離を正確に出力しない場合でも、脅威度を判定することが可能であるため、レーザの出力を小さくすることができ、航空機に搭載可能な小型の装置を構成することができる。
【００２８】
また、予め画像パターンを持っていない目標の画像データに対しても、その目標の脅威度を判定できる。
【００２９】
勿論、取得された目標の画像データとして十分な解像度の画像を得られず、輪郭のボケた画像を取得した場合であっても、パターンマッチを行わずに目標の脅威度を判定できるので、撮像器の解像度が多少悪くても、有効な目標の脅威度判定を行うことができる。
【００３０】
なお、航空機は、ミサイルやヘリコプター等の他の飛行体であっても良い。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本発明によれば、航空機の高度や速度ベクトル等の飛行情報と目標方向情報及びレーザの測距情報を利用し目標の脅威度を判定する警報生成器を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１による脅威度の低い目標を判定する場合の説明図である。
【図３】実施の形態１による脅威度の高い目標を判定する場合の説明図である。
【符号の説明】
１  センサ部、２  撮像器、３  信号処理部、４  目標検出器、５  レーザ測距器、６  ２軸ジンバル、７  警報生成器、８  自機、９  目標、１０  脅威。
【図１】
2004268839.tif 000003
【図２】
2004268839.tif 000004
【図３】
2004268839.tif 000005