(57)【要約】【課題】  広範囲に渡る監視を自動的に行うことにより操作員の負担を軽減し、更に、探知物体の正確な情報を効率的に得る監視装置を提供することを目的とする。【解決手段】  パルスレーザ光を発するレーザ装置２と、所定の監視範囲に存在する物体により反射されたパルスレーザ光の反射光を撮像するICCDカメラ３と、所定の監視範囲を設定し、設定した所定の監視範囲に応じてICCDカメラ３のシャッタの開閉タイミングを制御する制御部５とを備え、制御部５は、監視中において、所定の監視範囲を広域監視範囲に設定し、監視中において物体が確認された場合は、所定の監視範囲を狭域監視範囲に設定するとともに、狭域監視範囲を長手方向へ移動させる。【選択図】      図１
2005127826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ光を発する光源と、
所定の監視範囲に存在する物体により反射された前記パルスレーザ光の反射光を撮像する撮像装置と、
前記所定の監視範囲を設定し、設定した前記所定の監視範囲に応じて前記撮像装置のシャッタの開閉タイミングを制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
監視中において、前記所定の監視範囲を広域監視範囲に設定し、
前記監視中において物体が確認された場合は、前記所定の監視範囲を前記広域監視範囲よりも狭く設定することを特徴とする監視装置。
【請求項２】
前記広域監視範囲は、前記光源から発せられる１パルスレーザ光により監視できる最大範囲であることを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
【請求項３】
前記制御手段は、物体が確認された場合において、前記所定の監視範囲を狭域監視範囲に設定するとともに、前記狭域監視範囲を長手方向へ移動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の監視装置。
【請求項４】
前記制御手段は、物体が確認された場合において、前記所定の監視範囲を段階的に狭めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の監視装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記撮像装置によって撮像された画像を処理し、ノイズレベルが所定の値以上であった場合に、手前側の画像データを一部削除することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶などにおける障害物などの監視をレーザレーダで行う監視装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶等に設置され、広範囲に渡り物体を探知する監視装置として、赤外線カメラが知られている。しかしながら、赤外線カメラは、物体が放射する赤外線を手がかりとしてその探知を行うものであるため、物体が水面と同様な温度である場合には、探知することができない。
そこで、それ自体が発熱体ではない物体を探知する際に適したものとしてレーザレーダ装置を使用した監視装置がある。
このような監視装置として、例えば、特開2002−162466号公報（特許文献１）に示されるものがある。
上記特許文献１には、操作員が双眼鏡で見るのと同じように監視結果が表示されているモニタ装置を動かすと、そのモニタ装置の動作に追従してレーザレーダ装置が自動的に制御され、目標対象物を追尾する監視装置について開示されている。
【特許文献１】特開2002−162466号公報（段落［0017］〜［0024］）
【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、上記特許文献１に記載された監視装置では、目標対象物の探知や目標対象物までの距離検出は、操作員自らが装置を操作することにより行わなければならない。
したがって、結局、操作員の負担は双眼鏡によって監視を行っていたときと全く変わらず、依然として操作員の負担は軽減されていない。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、広範囲に渡る監視を自動的に行うことにより操作員の負担を軽減し、更に、探知した物体の詳細情報を効率良く得ることができる監視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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる監視装置は、不特定の広範囲に渡り監視を行う監視装置であって、パルスレーザ光を発する光源と、所定の監視範囲に存在する物体により反射された前記パルスレーザ光の反射光を撮像する撮像装置と、前記所定の監視範囲を設定し、設定した前記所定の監視範囲に応じて前記撮像装置のシャッタの開閉タイミングを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、監視中において、前記所定の監視範囲を広域監視範囲に設定し、前記監視中において物体が確認された場合は、前記所定の監視範囲を前記広域監視範囲よりも狭く設定することを特徴とする。
【０００６】
光源は、所定の方角に向けてパルスレーザ光を発し、撮像装置は物体にあたり反射した該パルスレーザ光の反射光を撮像する。そして、この撮像装置のシャッタの開閉タイミングを制御し、監視範囲を自由に設定できる機構として制御手段を設けている。
監視中においては、物体が存在するか否かを効率よく探知することが重要であるため、監視範囲を広域に設定するのが好ましい。ところで、監視範囲を広域に設定すればするほど、シャッタの開口時間は長くなり、１つの画像に取り込まれる情報量が多くなる。このため、撮像された画像を確認することにより監視範囲内に物体が存在することは確認できても、その物体の詳細な情報、例えば位置や方角、外形まで特定することは難しい。
そこで、監視範囲に物体が存在すると確認された後は、監視範囲を狭めて、撮像する情報量を絞ることにより、物体についての詳細な情報を得る。
【０００７】
また、本発明の監視装置において、前記広域監視範囲は、前記レーザレーダから発せられる１パルスレーザ光により監視できる最大範囲であることを特徴とする。
このように、監視中においては、監視範囲を１回のパルスレーザ光の照射により監視可能な最大範囲に設定することにより、物体の存在の有無を最も少ないパルス数で確認することができる。
なお、この広域監視範囲は、当該監視装置の設置状況、前記撮像装置の監視画角及びチルト角に基づいて求めることができる。
【０００８】
また、本発明の監視装置において、前記制御手段は、物体が確認された場合において、前記所定の監視範囲を狭域監視範囲に設定するとともに、前記狭域監視範囲を長手方向へ移動させることを特徴とする。
物体探知後は、監視範囲を予め設定されている狭域監視範囲に設定し、更に、この狭域監視範囲を長手方向（より詳しくは、パルスレーザ光の出射方向）へ徐々に移動させる。このように、監視範囲を狭くして撮像装置に取り込む情報量を限定し、探知物体の情報が得られるまで監視範囲を移動させて監視を行うことにより、探知物体についての詳細情報を効率的に得る。
【０００９】
また、本発明の監視装置において、前記制御手段は、物体が確認された場合において、前記所定の監視範囲を段階的に狭めることを特徴とする。
探知した物体の詳細情報が得られるまで監視範囲を徐々に狭めることにより、効率的に物体の詳細情報を得ることができる。
なお、探知した物体の詳細情報が特定できたか否かの検出については、撮像装置により得られた画像データが映し出されている表示画面を操作員が確認し、探知物体が特定できた時点でその旨を入力するような手法をとることができる。
また、制御手段が画像データを解析し、自動で行う手法をとることもできる。ここで、物体を自動的に検知する手法としては、例えば、次の手法が挙げられる。即ち、レーザレーダで得られる画像は物体からの反射光が戻ってくる部分のみが撮影される為、物体のない部分とのコントラストが大きくなる。従って、コントラストの差に基づいて物体を自動的に探知することができる。
【００１０】
また、本発明の監視装置において、前記制御手段は、前記撮像装置によって撮像された画像を処理し、ノイズレベルが所定の値以上であった場合に、手前側の画像データを一部削除することを特徴とする。
ノイズは雨や霧などによる散乱光が主な原因であり、特に、監視範囲の手前側（監視装置に近いところ）に散乱光が生ずる。そこで、ノイズレベルが高かった場合には、監視範囲の手前側に相当する画像データを一部削除することにより、ノイズの少ない見やすい画面に調整する。
なお、削除するデータ量は、例えばデータ全体の１５％等と全体の画像データにおける割合等を予め設定しておくと良い。また、削除するデータ量を予め段階的に設定しておき、見やすい画像が得られるまでデータの削除を段階的に繰り返し行うようにしても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、物体探知からその物体の詳細情報獲得までの一連の動作を制御手段が行うため、自動的に監視が行われる。これにより、操作員の負担が軽減される。
【００１２】
また、本発明の監視装置によれば、広域監視範囲としてレーザレーダから発せられる１パルスレーザ光により監視できる最大範囲を設定するので、物体の存在の有無を最も少ないパルス数で確認することができる。これにより、監視を効率良く行うことができる。
【００１３】
また、本発明の監視装置によれば、物体探知後は、監視範囲を狭くして撮像装置に取り込む情報量を限定し、探知した物体の詳細情報が得られるまで監視範囲を移動させて監視を行う。これにより、探知した物体についての詳細情報を効率良く得ることができる。
【００１４】
また、本発明の監視装置によれば、物体を探知した後において、監視範囲を物体の位置が特定できるようになるまで段階的に狭めていくので、効率良く物体の詳細情報を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の監視装置によれば、ノイズレベルが高かった場合には、画像データを一部削除するので、悪天候の場合であっても、ノイズの少ない見やすい画面によって物体を確認することができ、物体の詳細情報を効率よく且つ正確に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る監視装置の全体構成を示すブロック図である。
同図に示すように、符号１はレーザレーダ装置であり、レーザ装置（光源）２とICCD（イメージインテンシファイアCCD）カメラ（撮像装置）３とにより構成されている。
レーザ装置２は、レーザヘッド２１及び送光レンズアクチュエータ２２からなり、またICCDカメラ３は、ICCDカメラヘッド３１、高速ゲート装置３２、ズームレンズ３３からなる。これらのうち、レーザヘッド２１はレーザ電源４から電力を供給されてパルス状のレーザ光を送光レンズ（図示略）を介して前方に照射する。このときのレーザ光の照射角度は、制御部５からの制御信号により動作する送光レンズアクチュエータ２２により調節される。
【００１７】
高速ゲート装置３２は、高速ゲート装置コントローラ６が送出するシャッタ動作信号により動作し、レーザ光による反射光をICCDカメラヘッド３１に取り込むシャッタとして機能する。このときのICCDカメラ３１の監視画角は、制御部５からの制御信号により動作するズームレンズ３３で調節される。
符号５は、監視装置全体の制御を行う制御部であり、各部を制御するための制御信号を出力する。例えば、監視範囲を監視状況に応じて設定し、この監視範囲に基づいて高速ゲート装置３２を開閉させるタイミングを求め、このタイミングに係る情報を制御信号として高速ゲート装置コントローラ６へ出力する。
同期回路７は、制御部５からの制御信号に基づき同期信号を形成し、レーザ電源４及び高速ゲート装置コントローラ６へ供給する。
高速ゲート装置コントローラ６は、同期回路７により形成される同期信号を受け、この同期信号と制御部５から得た制御信号に基づき高速ゲート装置３２のシャッタを開閉させるシャッタ動作信号を形成する。
レーザ電源４は、同期回路７から供給された同期信号に基づいて、レーザヘッド２１の動作信号を形成する。これにより、所定のタイミングでレーザヘッド２１からパルスレーザ光が発せられる。
符号８は画像処理装置であり、ICCDカメラヘッド３１からの画像信号を所定の手順で処理し、処理後の画像データを制御部５を介してモニタ装置９へ出力する。モニタ装置９は、ICCDカメラ３１で取り込まれ、制御部５を介して得た画像データを可視情報として表示画面に再生する。
符号１０は、旋回台コントローラであり、制御部５からの制御信号に基づき旋回台１１の回動を制御することにより、レーザレーダ装置１を垂直軸回り（パン）及び水平軸回り（チルト）に回動させ、所望の旋回範囲、旋回速度に調節する。
【００１８】
次に、上述した構成からなる監視装置の動作について説明する。
まず、レーザレーダ装置１で監視を開始する場合には、広域において物体が存在するか否かを効率よく検知するために、監視範囲を広域監視範囲に設定する。この広域監視範囲とは、レーザヘッド２１から発せられる１パルスレーザ光により監視できる最大範囲であり、図２に示すように、レーザレーダ装置１の設置高さh、ICCDカメラヘッド３１の監視画角θ1、レーザ装置のチルト角θ2に基づいて以下のように求めることができる。
【００１９】
まず、レーザレーダ装置１の設置位置h、監視画角θ1、及びチルト角θ2に基づき、1パルスレーザ光により監視可能な最短距離L1、最長距離L2を求める。ここで、L1、L2の算出式は、以下の（１）式、（２）式で表される。
【００２０】
【数１】
2005127826.tif 000003
【数２】
2005127826.tif 000004
【００２１】
そして、最短距離L1から最長距離L2までの範囲Lを広域監視範囲と設定する。
次に、この広域監視範囲Lに応じたシャッタの開閉タイミングを求める。即ち、図３に示すように、レーザヘッド２１（図１参照）からパルスレーザ光が発せられたタイミングをレーザ動作タイミングP0とし、このパルスレーザ光が最短距離L1に達して戻るまでの時間をt1（図２参照）、同じく同パルスレーザ光が最長距離L2に達して再び戻るまでの時間をt2（図２参照）とすると、パルスレーザ光が戻ってくる期間、即ちt1からt2の期間においてのみシャッタを開口させる。
このため、ICCDカメラヘッド３１のシャッタとして機能する高速ゲート装置３２へ送出される動作信号は、図３に示すように、P0からt1までの期間はオフ（シャッタ閉）、時刻t1からt2までの期間はオン（シャッタ開）、時刻t2においてオフ（シャッタ閉）となる。
これにより、広域監視範囲Lにおける海面上の情報をICCDカメラ３によって撮像することができる。なお、時刻t1、t2は、それぞれの距離L1、L2の2倍した距離を光の進む速さで割ればよい。
【００２２】
制御部５は、上述したような手順で広域監視範囲Ｌと、広域監視範囲Ｌに対応するシャッタの開閉タイミングを求め、このタイミングに基づく制御信号を形成し、高速ゲート装置コントローラ６へ出力する。そして、同期回路７から同期信号がレーザ電源４及び高速ゲート装置コントローラ６へ供給されることにより、図３に示したように、レーザ動作タイミングとシャッタ開閉タイミングとの同期が取れ、高速ゲート装置３２の開閉を正確に制御することができる。これにより、広域監視範囲Ｌにおける海上の情報をICCDカメラヘッド３１により正確に取り込むことができる。
【００２３】
そして、ICCDカメラヘッド３１により取り込まれた画像データは、画像処理装置８により所定の手順で処理され、制御部５に入力される。
制御部５は、画像処理装置８から入力された画像データのノイズレベルが所定の値以上であるか否かを判断する。この結果、ノイズレベルが所定の値以上であった場合には、手前側、例えば、図２におけるL1周辺の画像データを所定のデータ量（例えば、15%）削除する。なお、この削除する所定のデータ量は、制御部５内のメモリに予め設定されており、設計変更により簡単に変更できる値とする。
次に、制御部５は、ノイズが低減された画像データをモニタ装置９へ出力するとともに、更に、この画像データを解析し、この画像データに物体が写っているか否かを判断する。即ち、広域監視範囲Ｌに物体が存在していた場合には、物体からの反射光が戻ってくる部分のみが撮影される為、物体のない部分とのコントラストが大きくなる。この差から物体が探知されたか否かを判断することができる。
一方、モニタ装置９へは、制御部５によってノイズレベルが調整されたクリアな画像データが出力される。これにより、モニタ装置９の表示画面には、ノイズレベルの低い、見やすい画面が映し出される。
そして、レーザレーダ装置１を所定の速さで旋回させながら、上述したパルスレーザ光の照射等の一連の制御を繰り返し行うことにより、図４に示すように、より広い範囲にわたり探索を行うことができる。また、レーザレーダ装置１の旋回制御は、制御部５から供給される制御信号に基づき旋回台コントローラ１０が旋回台１１を回動させることにより行われる。
【００２４】
次に、上述した広域監視範囲Ｌにおいて監視を行っているときに、物体が探知された場合について説明する。
この場合、制御部５は、レーザレーダ装置１の旋回制御を停止させ、物体が検知された方角へレーザレーダ装置１を固定する。
続いて、図５に示すように、監視範囲を予め設定されている所定の狭域監視範囲（例えば、40m）に設定する。例えば、一番手前側に狭域監視範囲（図５においてL1からL3の範囲）を設定する。
次に、設定した狭域監視範囲に応じたシャッタの開閉タイミングを求める。これは、上述した広域監視範囲Ｌに応じたシャッタの開閉タイミングを求めるのと同様の手法により行われる。なお、狭域監視範囲に対応するシャッタ開口期間は、狭域監視範囲（例えば、40m）を2倍し、この値を光速で割ることにより求めることができる。
そして、求められた開閉タイミングにより高速ゲート装置３２が制御されることにより、狭域監視範囲（L1からL3）における情報が画像データとして、ICCDカメラヘッド３１、画像処理装置８を介して制御部８へ入力される。
制御部５は、画像データのノイズレベルを確認するとともに、物体が存在するか否かを判断する。この結果、物体が探知されなければ、狭域監視範囲を奥行き方向（長手方向）へ移動させ、図５中のL3からL4の範囲に狭域監視範囲を設定する。そして、物体が検知されるまで、この狭域監視範囲を手前から奥行き方向（図中ＡからＢの方向）へ徐々に移動させる。
そして、狭域監視範囲を徐々に奥行き方向へ移動させることにより、ある狭域監視範囲において物体が探知された場合には、物体探知のときの高速ゲート装置３２の動作タイミングを解析することにより物体までの位置を特定することができる。即ち、監視範囲からシャッタの開閉タイミングを算出するときの逆の計算をすることにより、物体までの距離を算出することができる。また、狭域監視範囲は非常に狭い範囲に設定されているため、撮像される情報量は少ない。したがって、物体の情報を正確に捉えることができ、モニタ装置９には、物体の形状などがはっきりと映ることとなる。
【００２５】
なお、上述した狭域監視範囲の移動は、長手方向への移動であればどのような手順で移動させてもよい。例えば、奥行き方向から徐々に手前へ移動させてもよいし、広域監視範囲における長手方向の中心（即ち、L1とL2の中間地点）を基点として、手前、奥行きと交互に移動させるようにしてもよい。
また、上述した実施形態においては、狭域監視範囲を物体の位置が検出できる程度の微小な範囲（例えば、40m）に設定し、この微小な範囲を長手方向に移動させることにより物体の位置を特定していたが、これに代わって、狭域監視範囲を物体の位置が特定できるようになるまで段階的に狭めていくことにより、徐々に物体の位置についての情報を明確にていくような手法をとっても良い。
例えば、広域監視範囲を2分割し、手前側の範囲と、奥行き側の範囲を探索し、この結果、物体が探知された範囲を更に2分割する。このように、監視範囲を徐々に分割していくことにより、物体の位置を徐々に特定することができる。なお、2分割に限らず、3分割以上でもよい。
【００２６】
なお、物体の位置が特定できるか否かについては、操作員が画像を確認し、物体が特定できた時点でその旨を入力部（図１において図示略）から入力するようにしても良いし、また、上述の実施形態のように、制御部５が画像処理装置８から供給される画像データを解析することにより、物体が特定できた時点を推定するようにしても良い。
【００２７】
以上、説明してきたように、本発明にかかる監視装置によれば、パルスレーザ光を発するレーザ装置２と、所定の監視範囲に存在する物体により反射されたパルスレーザ光の反射光を撮像するICCDカメラ３と、所定の監視範囲を設定し、設定した所定の監視範囲に応じてICCDカメラ３のシャッタとして働く高速ゲート装置３２の開閉タイミングを制御する制御部５とを備え、制御部５が、監視中において、所定の監視範囲を広域監視範囲に設定し、監視中において物体が確認された場合は、所定の監視範囲を広域監視範囲よりも狭く設定する。このように、監視範囲に物体が存在すると確認された後は、監視範囲を狭めて、撮像する情報量を絞ることにより、物体についての詳細な情報を効率良く得ることができる。また、監視を自動的に行うことにより、操作員の負担を軽減させることができる。
【００２８】
また、広域監視範囲は、レーザ装置２から発せられる１パルスレーザ光により監視できる最大範囲であるので、広域監視範囲内に物体が存在するか否かを最も少ないパルス数で確認することができる。
【００２９】
また、制御部５は、物体が確認された場合において、所定の監視範囲を狭域監視範囲に設定するとともに、狭域監視範囲を長手方向へ移動させる。このように、監視範囲を狭くしてICCDカメラ３に取り込む情報量を限定し、探知物体の情報が得られるまで監視範囲を移動させることにより、探知物体についての詳細情報を効率的に得ることができ、効率よく監視を行うことができる。
【００３０】
また、制御部５は、物体が確認された場合において、所定の監視範囲を段階的に狭めるようにしてもよい。このように、探知物体の詳細情報が得られるまで監視範囲を段階的に狭めていくことにより、非常に効率的に物体の詳細情報を得ることができ、効率よく監視を行うことができる。
【００３１】
また、制御部５は、ICCDカメラ３によって撮像され、画像処理装置８により処理された画像データを解析し、ノイズレベルが所定の値以上であった場合に、手前側の画像データを一部削除する。これにより、雨や霧などの散乱光によるノイズをカットすることができ、ノイズの少ない見やすい画面に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る監視装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の広域監視範囲について説明するための説明図である。
【図３】レーザ動作タイミングとシャッタ開閉タイミングとを示すタイミングチャート図である。
【図４】監視中における旋回の様子を示す図である。
【図５】狭域監視範囲、並びに該範囲の移動制御について説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  レーザレーダ装置
２  レーザ装置
３  ICCDカメラ
４  レーザ電源
５  制御部
６  高速ゲート装置コントローラ
７  同期回路
８  画像処理装置
９  モニタ装置
１０  旋回台コントローラ
１１  旋回台
２１  レーザヘッド
２２  送光レンズアクチュエータ
３１  ICCDカメラヘッド
３２  高速ゲート装置
３３  ズームレンズ
【図１】
2005127826.tif 000005
【図２】
2005127826.tif 000006
【図３】
2005127826.tif 000007
【図４】
2005127826.tif 000008
【図５】
2005127826.tif 000009