(57)【要約】【課題】航空機等に搭載された目標物追尾システムに用いられ、目標物の追尾モード（Cued Point Mode，Point Mode，Tracking Mode）及び視野（Wide，Mid，Narrow）を切換えて追尾する赤外線探知装置に関し、熟練したオペレータによることなく、追尾モード及び視野の切換えを自動的に適切に判断して適切なタイミングで切換え、目標物の最適な追尾を可能にする。【解決手段】目標物までの距離及び目標物の大きさを基に画面上で目標物が視認可能な距離を計算する瞬時視野計算機能１−２１、及び画像の特徴点が認識可能な距離を計算する画像認識距離計算機能１−２２を備え、それらの計算結果を基にモード切換判定機能１−１２により追尾モードの切換えを判定し、その判定結果を基にモード自動切換機能１−１１により追尾モードを切換える。また、上記の計算結果を基に適切な視野を判定して自動的に視野を切換える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体から輻射される赤外線を感知して目標物を追尾する赤外線探知装置において、
目標物までの距離を計算する距離計算手段と、
目標物までの距離及び目標物の大きさを基に表示画面上で目標物が視認可能な距離を計算する瞬時視野計算手段と、
目標物までの距離及び目標物の大きさを基に画像の特徴点が認識可能な距離を計算する画像認識距離計算手段と、
指示された目標物の緯度／経度の点を追尾する指示点モード、指定した目標物の方位に視軸を指向し続ける方位モード、又は目標物の画像の特徴点を認識して目標物を追尾する追跡モードの何れかの追尾モードに、前記瞬時視野計算手段及び画像認識距離計算手段の計算結果を基に追尾モードを切換える追尾モード切換え手段と、
を備えたことを特徴とする赤外線探知装置。
【請求項２】
動作中の追尾モードから切換え可能な追尾モードを、動作中の追尾モードと並行して動作させておく他モード並列動作手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の赤外線探知装置。
【請求項３】
前記各追尾モード間で、追尾モードの切換え後に必要なデータを引き継ぐ追尾データ継承手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線探知装置。
【請求項４】
前記瞬時視野計算手段又は画像認識距離計算手段により算出した表示画面上での目標物の画素数、又は表示画面の中心位置からの目標物画像のずれの大きさを基に、最適な視野及び視野切換えのタイミングを判定する視野切換え判定手段と、
前記視野切換え判定手段の判定結果を基に視野を切換える視野切換え手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の赤外線探知装置。
【請求項５】
追尾状況を監視する追尾状況監視手段と、
前記方位モードの追尾時の最初の指向位置を緯度／経度データに変換して記憶する手段と、前記追尾状況監視手段により追尾外れが検出された場合に、該記憶された緯度／経度データを基に方位モードで再追尾を行う手段と、
前記追跡モードの追尾時に、前記追尾状況監視手段により追尾外れが検出された場合に、画像特徴点抽出不可となる直前の追尾データ又は方位モードからの引き継ぎデータを基に追跡モードで再追尾を行う手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の赤外線探知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線探知装置に関し、例えば飛行機やヘリコプター等の航空機に搭載された目標物追尾システムに用いられ、目標物の追尾モード（Cued Point Mode，Point Mode，Tracking Mode）及び視野（Wide，Mid，Narrow）を切換えて追尾する赤外線探知装置に関する。
【０００２】
赤外線探知装置（暗視装置）は、物体から輻射される赤外線の多少によって種々の物体を探知する装置であり、自ら探知用の放射を行わないパッシブ型であるため、妨害に対して有利であり、送信機が無いため機構が簡素であり、また赤外線の波長が短いため分解能が高いという利点を有する。
【０００３】
赤外線探知装置を用いた追尾システムにおいて、追尾モードには指示点モード（Cued Point Mode）、方位モード（Point Mode）、追跡モード（Tracking Mode）の３種類のモードがあり、各モードはそれぞれ以下に述べるような特徴があり、オペレータはそれらを十分熟知した上で、各モードの切り替え操作を行う必要がある。上記の３種類のモードの特徴を図８の一覧表に記載している。
【０００４】
指示点モード（Cued Point Mode）は、目標物位置の緯度／経度（Cued Lat/Long）及び自装置の位置の緯度／経度（Present Lat/Long）のデータを受け取り、該データを基に、追尾目標物へ視軸を指向させるモードで、追尾精度は受け取った位置データの精度（ビット精度）で決まるが、時間とともに追尾方向がずれてしまう所謂ドリフトは発生せず、追尾目標物の画像が視認されなくても追尾可能であり、また移動目標物でも追尾可能であるという特徴を有する。
【０００５】
このモードは、目標物の位置が既知である場合、及び遠距離位置の目標物を探知する場合に使用される。このモードでは、目標物の位置データの精度とその更新レートに依存するが、目標物との距離が短くなるにつれ、目標物が更新レートで振動する量が大きくなるため、目標物が遠距離に存在する場合に使用される。
【０００６】
方位モード（Point Mode）は、追尾システムを搭載した機体等が移動しても、最初にオペレータが指定した方向のアジマス角ＡＺ（水平方位角）及びエレベーション角ＥＬ（垂直方位角）に視軸を指向し続けさせることができるモードで、このモードは、目標物が探知可能範囲内（視認距離範囲内）に存在し、目標物までの距離が上記の指示点モード（Cued Point Mode）及び下記の追跡モード（Tracking Mode）の場合に比べて、その中間の場合に使用される。
【０００７】
このモードは、機体の運動を検知するジャイロによる機体データが時間経過に伴ってドリフトするので、その分、最初の視軸の指向位置から目標物位置から徐々にドリフトしてしまう。従って、視軸を目標物上に固定するためには、オペレータによる定期的な補正を必要とする。
【０００８】
追跡モード（Tracking Mode）は、目標物の画像の大きさや輝度や形状等による特徴点を抽出して、該特徴点を有する目標物を追尾させるモードで、目標物を精度良く追跡する場合にこのモードが使用される。このモードは、目標物が遠距離の場合は、目標物を画像処理しても特徴点を抽出することができず、目標物が視認可能な近距離の場合に使用される。このモードは追尾精度が高く、位置データが不要であり、時間とともにドリフトが発生するという欠点が無いことから、主に移動目標物の追尾に用いられる。
【背景技術】
【０００９】
従来の赤外線探知装置の追尾モード及び視野の切換えの構成を図９に示す。赤外線探知装置は、指示点モード（Cued Point Mode）追尾機能９−１、方位モード（Point Mode）追尾機能９−２、追跡モード（Tracking Mode）追尾機能９−３を備え、それらの追尾機能モードは、操作器９−４の追尾モード切換えスイッチ９−６により切換えられる。また、操作器９−４内には視野切換えスイッチ９−５を備え、該視野切換えスイッチ９−５により、赤外線光学系の視野を、狭視野（Narrow）、中視野（Medium）、広視野（Wide）の何れかに切換えられる。
【００１０】
指示点モード（Cued Point Mode）で追尾する場合、オペレータは操作器９−４の追尾モード切換えスイッチ９−６を指示点モード（Cued Point Mode）追尾機能９−１に切換える。指示点モード（Cued Point Mode）追尾機能９−１は、機体データバス９−９から、目標物の位置を指示する緯度／経度（Cued Lat/Long）データ、自装置の現在位置の緯度／経度（Present Lat/Long）及び高度（Altitude）のデータを受信する。そして、該位置データを基に、赤外線探知装置の視軸の方向を計算し、その方向に視軸が指向するように視軸制御系９−７及び赤外線光学系９−８が制御する。
【００１１】
方位モード（Point Mode）で追尾する場合、オペレータは操作器９−４の追尾モード切換えスイッチ９−６を方位モード（Point Mode）追尾機能９−２に切換える。方位モード（Point Mode）追尾機能９−２は、機体データバス９−９から、３次元座標による機体速度データ（X/Y/Z Velocity）を受信し、それを基に、最初にオペレータが指定した視軸指向位置（アジマス角ＡＺ及びエレベーション角ＥＬ）の方向を指向し続けるように視軸指向角を計算し、その方向に視軸を向け続けるように視軸制御系９−７及び赤外線光学系９−８が制御する。
【００１２】
追跡モード（Tracking Mode）で追尾する場合、オペレータは操作器９−４の追尾モード切換えスイッチ９−６を追跡モード（Tracking Mode）追尾機能９−３に切換える。追跡モード（Tracking Mode）追尾機能９−３は、画像処理により目標物の画像特徴点を抽出して目標物を探知し、その方向に視軸を向け続けるように視軸制御系９−７及び赤外線光学系９−８が制御する。
【００１３】
一方、視野を切換える場合に、オペレータは操作器９−４の視野切換えスイッチ９−５を狭視野（Narrow）、中視野（Medium）、広視野（Wide）の何れかに適宜切換える。この視野切換えスイッチ９−５を切換えることにより、赤外線光学系９−８の視野が切り換わる。
【００１４】
本発明に関連する先行技術文献として、目標物の追尾を行う際に目標物の形状の変化や輝度レベルの変化に対応して、追尾ゲートサイズをアダプティ部に変化させ、追尾性能を向上させた画像追尾装置が下記の特許文献１に記載されている。また、航空機等に搭載される撮像装置が複数の目標物を補足し続けることができるようにした視軸制御装置に関して下記の特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平５−３０３６２４号公報
【特許文献２】特開平１１−２１１３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
通常、赤外線探知装置の目標物追尾モードは、一例として前述したように、目標物追尾モードを指示点モード（Cued Point Mode）、方位モード（Point Mode）、追跡モード（Tracking Mode）と複数種類有り、また、視野の範囲の例も前述したように、狭視野（Narrow）、中視野（Medium）、広視野（Wide）と複数種類有り、これらの目標物追尾モードにはそれぞれ前述のような特徴があり、目標物追尾モード及び視野を適切に切換えることにより最も高い探知性能が発揮される。
【００１６】
従来の追尾モード及び視野の切換えは、熟練したオペレータが操作器を操作してオペレータの目視による判断で手動により行っていた。そのため切換えの判断に個人差があった。この切換え方法では、切換えのタイミングをオペレータが直感的に判断して行うこととなり、オペレータが各追尾モードの特徴及び各視野の撮像範囲に関する特徴を十分熟知した上で操作する必要があった。
【００１７】
赤外線探知装置が追尾する目標物は、静止物体から高速で移動する飛行物体まで様々な物が有り、赤外線探知装置を搭載した自機（航空機）も高速で移動するため、追尾モードの切換えを高速かつスムーズに行う必要がある。本発明は、熟練したオペレータによることなく、追尾モードの切換えを自動的に適切に判断し、また視野を自動的に適切に選択し、適切なタイミングで切換え、その切換え後も目標物を最適に追尾可能にすることを目的とする。また、追尾動作が不良となった場合に、再追尾を開始し、追尾の失敗から直ちに回復可能にすることを目的とする。
【００１８】
また、従来、方位モード（Point Mode）又は追跡モード（Tracking Mode）へ追尾モードを切換えた直後にその追尾モードで追尾させるため、切換え後の追尾モードへの引継ぎデータの設定操作をオペレータが行う必要であった。また、指示点モード（Cued Point Mode）から方位モード（Point Mode）に切換える場合、目標物が視認できないと追尾できなかった。本発明は追尾モード切換え時に必要であった引継ぎデータ設定のオペレータ操作を不要とし、スムーズに切換え後の追尾モードを動作させ、また、方位モード（Point Mode）に切換える場合、目標物が視認できなくても追尾可能にする。
【００１９】
また、従来、追跡モード（Tracking Mode）で追尾が外れた場合、もう一度最初から設定をやり直す必要があった。方位モード（Point Mode）ではジャイロドリフトが原因で時間経過と共に視軸がずれる（最悪の場合は画面外に外れる）ためオペレータが手動で補正する必要があった。本発明は追尾が外れた場合に自動的に再追尾を行い、また、ジャイロドリフト成分を無くし、手動補正を不要にする。
【００２０】
また、従来、追尾モードを切換えた後に新追尾モードで追尾可能になるまでに待ち時間を必要とし、或いは切換え後のモードで適正に追尾できない場合があった。指示点モード（Cued Point Mode）の場合、機体データバスから得られる目標物の緯度／経度（Cued Lat/Long）データ、 自装置の現在の緯度／経度（Present Lat/Long）データ、高度（ Altitude）データ等が不良になると追尾不可となる。方位モード（Point Mode）の場合、ジャイロ関連が不良になると追尾不可となる。追跡モード（Tracking Mode）の場合、画像追尾が外れることがある。本発明は追尾が途絶えることなく、瞬時に追尾モードを切換えて良好な追尾を可能にする。
【００２１】
また、視野は、目標物の画素数（目標物までの距離及び目標物の大きさに関係する）及び目標物の画面中心からのドリフトの程度により切換える必要があり、従来、その切換えタイミングは熟練したオペレータの判断により行われ、適切に切換えられていない場合もあった。本発明は熟練したオペレータによることなく、最適な切換えタイミングで、また目標物が視野中心から大きく外れることなく、適切に視野を切換えることを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の赤外線探知装置は、（１）物体から輻射される赤外線を感知して目標物を追尾する赤外線探知装置において、目標物までの距離を計算する距離計算手段と、目標物までの距離及び目標物の大きさを基に表示画面上で目標物が視認可能な距離を計算する瞬時視野計算手段と、目標物までの距離及び目標物の大きさを基に画像の特徴点が認識可能な距離を計算する画像認識距離計算手段と、指示された目標物の緯度／経度の点を追尾する指示点モード、指定した目標物の方位に視軸を指向し続ける方位モード、又は目標物の画像の特徴点を認識して目標物を追尾する追跡モードの何れかの追尾モードに、前記瞬時視野計算手段及び画像認識距離計算手段の計算結果を基に追尾モードを切換える追尾モード切換え手段と、を備えたものである。
【００２３】
また、（２）動作中の追尾モードから切換え可能な追尾モードを、動作中の追尾モードと並行して動作させておく他モード並列動作手段を備えたものである。また、（３）前記各追尾モード間で、追尾モードの切換え後に必要なデータを引き継ぐ追尾データ継承手段を備えたものである。
【００２４】
また、（４）前記瞬時視野計算手段又は画像認識距離計算手段により算出した表示画面上での目標物の画素数、又は表示画面の中心位置からの目標物画像のずれの大きさを基に、最適な視野及び視野切換えのタイミングを判定する視野切換え判定手段と、前記視野切換え判定手段の判定結果を基に視野を切換える視野切換え手段と、を備えたものである。
【００２５】
また、（５）追尾状況を監視する追尾状況監視手段と、前記方位モードの追尾時の最初の指向位置を緯度／経度データに変換して記憶する手段と、前記追尾状況監視手段により追尾外れが検出された場合に、該記憶された緯度／経度データを基に方位モードで再追尾を行う手段と、前記追跡モードの追尾時に、前記追尾状況監視手段により追尾外れが検出された場合に、画像特徴点抽出不可となる直前の追尾データ又は方位モードからの引き継ぎデータを基に追跡モードで再追尾を行う手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、表示画面上で目標物が視認可能な距離及び画像の特徴点が認識可能な距離を計算し、その計算結果を基に、指示点モード（Cued Point Mode）と方位モード（Point Mode）と追跡モード（Tracking Mode）の間の切換えを行うことにより、適切な追尾モードに適切なタイミングで切換えることができ、その切換えにオペレータが判断する必要がなく、熟練したオペレータが不要となる。また、オペレータの直感に頼よるのではなく、目標物までの距離を基に視認性及び認識可能な画像の大きさを計算して切換えを判定するため正確かつ最適なタイミングで追尾モードの切換えが行われる。
【００２７】
また、追尾モードの切換えに際し、切換え後に必要となる各種データを切換え直前に引き継ぐことにより、切換え直後のオペレータ操作が不要となり、追尾モード切換え時間の短縮及び追尾開始までの動作時間の短縮が図られ、スムーズな追尾モードの切換えが可能となる。また、方位モード（Point Mode）に切換える場合、指示点モード（Cued Point Mode）のデータを引き継ぐため、方位モード（Point Mode）で目標物が視認されなくても追尾可能となる。
【００２８】
また、並行して隣接する追尾モードを動作させておくことにより、瞬間的なモード切換えと新モードでの追尾開始を即座に行うことが可能となる。指示点モード（Cued Point Mode）で、機体データが不良になると方位モード（Point Mode）に切換え、また、方位モード（Point Mode）でジャイロ関連が不良になると追跡モード（Tracking Mode）に切換えることにより、途切れの無い追尾が可能となる。追跡モード（Tracking Mode）で画像追尾が外れた場合、一時的に方位モード（Point Mode）に切換わるので追尾が途絶えることはない。
【００２９】
また、表示画面上での目標物の画素数（目標物までの距離と目標物の大きさに関連）、又は表示画面の中心位置からの目標物画像のずれの大きさを基に、視野切換えタイミングを判定して視野を切換えることにより、熟練したオペレータの判断を必要とすることなく、また、視野中心から大きく目標物が外れることなく、視野を自動的に切換えることが可能となり、静止した目標物から高速で移動する目標物まで連続したスムーズな追尾が可能でとなる。
【００３０】
また、方位モード（Point Mode）及び追跡モード（Tracking Mode）で追尾が外れた場合、自動的に再追尾を行う機能を備えたことにより、オペレータによる追尾のやり直しが不用となり、追尾動作の中断時間が短縮される。方位モード（Point Mode）では、指向位置を緯度／経度データに変換して記憶することで、ジャイロドリフトに起因したドリフトをほぼ無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１に本発明による赤外線探知装置の追尾モード及び視野の切換えの構成を示す。同図において、指示点モード（Cued Point Mode）追尾機能９−１、方位モード（Point Mode）追尾機能９−２、追跡モード（Tracking Mode）追尾機能９−３から成る追尾機能、及び視軸制御系９−７及び赤外線光学系９−８は、図９に示した従来の構成のものと同様である。
【００３２】
本発明による追尾モード及び視野の切換えは、従来の操作器９−４の追尾モード切換えスイッチ９−６に代えてモード自動切換え機能１−１１を設け、従来の視野切換えスイッチ９−５に代えて視野自動切換え機能１−５１を設けたものである。モード自動切換え機能１−１１は、モード切換え判定機能１−１２の判定結果により、指示点モード（Cued Point Mode）追尾機能９−１、方位モード（Point Mode）追尾機能９−２及び追跡モード（Tracking Mode）追尾機能９−３の何れかに切換える。
【００３３】
モード切換え判定機能１−１２には、視認計算機能１−２及び他モード並列動作機能１−３からの各種データが入力され、それらの各種データを基にどの追尾モードにどのタイミングで切換えるかを判定する。その判定結果は、モード自動切換え機能１−１１に入力される。また、追尾モード間の切換えをスムーズに行うために追尾データ継承機能１−１３が設けられ、該追尾データ継承機能１−１３は隣接する追尾モード間で追尾データを相互に引き渡す機能を有する。
【００３４】
視認計算機能１−２には、目標物までの物理的距離を計算する距離計算機能１−２３、方位モード（Point Mode）時に目標物が視認可能な距離を計算する瞬時視野計算機能１−２１、追跡モード（Tracking Mode）時に画像認識可能な距離を計算する画像認識距離計算機能１−２２を備える。
【００３５】
距離計算機能１−２３は目標物と自装置との間の距離を計算し、その距離は赤外線光学系９−８の視軸のアジマス角ＡＺ（水平方位角）及びエレベーション角ＥＬ（垂直方位角）及び自装置の高度のデータにより、三角関数を用いて計算される。瞬時視野計算機能１−２１及び画像認識距離計算機能１−２２は、距離計算機能１−２３から得られる目標物までの距離と目標物の大きさのデータを用い、その目標物が表示画面上で何画素になるかを判断基準として計算する。なお、目標物の大きさのデータは機体データバス９−９から又は手動により入力される。
【００３６】
瞬時視野計算機能１−２１及び画像認識距離計算機能１−２２の計算結果は、視野切換え判定機能１−５２及びモード切換え判定機能１−１２に入力され、視野切換え判定機能１−５２及びモード切換え判定機能１−１２は、それぞれ、瞬時視野計算機能１−２１及び画像認識距離計算機能１−２２の計算結果を基に、視野及び追尾モードの切換えの判断を行う。
【００３７】
図６の表１に指示点モード（Cued Point Mode）時のモード切換え判定機能（真理値表）、表２に方位モード（Point Mode）時のモード切換え判定機能（真理値表）、表３に追跡モード（Tracking Mode）時のモード切換え判定機能（真理値表）のそれぞれの具体例を示す。なお、図６の各表において、「＊」の記号は良否又は可否が何れでもよいことを表し「−」の記号は論理的に無関係であることを表し、「←」の記号は、左側の欄の内容と同内容であることを表している。
【００３８】
図６の表１に示すように、現在の追尾モードが指示点モード（Cued Point Mode）の場合、隣接モードである方位モード（Point Mode）への切換えは、瞬時視野計算機能１−２１での視認可否の計算を基に、視認可能と判定されかつ後述する他モード並列動作機能１−３による他モードとしての方位モード（Point Mode）の動作状況が良好である場合（表１におけるシーケンス１の場合）にのみ、現在の指示点モード（Cued Point Mode）から新しい方位モード（Point Mode）に切換えを行う。
【００３９】
その他の条件の場合（表１におけるシーケンス２〜４の場合）には、新しいモードとしては現在の指示点モード（Cued Point Mode）を維持し、切換えを行わない。なお、機体データが不良又は消失して、指示点モード（Cued Point Mode）での追尾が動作不能となった場合は、方位モード（Point Mode）に自動的に切換える構成とすることができる。この場合、方位モード（Point Mode）で発生するジャイロドリフトによる目標物のずれの範囲を計算しておく必要がある。
【００４０】
次に、図６の表２に示すように、現在の追尾モードが方位モード（Point Mode）の場合、機体データバス９−９から得られる目標物の位置を指示する緯度／経度（Cued Lat/Long）データ及び自装置の現在位置の緯度／経度（Present Lat/Long）及び高度（Altitude）のデータが良好で、かつ他モード並列動作機能１−３による他モードとして動作中の指示点モード（Cued Point Mode）の動作状況が良好で、かつ視認可否の計算結果が視認不可と判定された場合（表２におけるシーケンス１の場合）に、現在の方位モード（Point Mode）から新しいモードとして指示点モード（Cued Point Mode）への切換えを行う。指示点モード（Cued Point Mode）では、目標物の位置（緯度／経度）が機体データバスを経由して与えられるため、赤外線探知装置で視認出来ない距離であっても追尾可能である。
【００４１】
また、画像認識距離計算機能１−２２での計算を基に、画像認識可能かつ画像特徴点抽出可能と判定され、かつ他モード並列動作機能１−３による他モードとして動作中の追跡モード（Tracking Mode）の動作状況が良好の場合（表２のおけるシーケンス３の場合）に、現在の方位モード（Point Mode）から新しいモードとして追跡モード（Tracking Mode）への切換えを行う。その他の条件の場合（表２におけるシーケンス２，４〜７の場合）には、新しいモードとしては現在の方位モード（Point Mode）を維持し、切換えを行わない。
【００４２】
次に、図６の表３に示すように、現在の追尾モードが追跡モード（Tracking Mode）の場合、隣接する方位モード（Point Mode）への切換えは、瞬時視野計算機能１−２１での視認可否の計算結果から視認可能と判定され、かつ他モード並列動作機能１−３による他モードとして動作中の方位モード（Point Mode）の動作状況が良好であり、かつ画像認識距離計算機能１−２２の計算結果から画像特徴点抽出不可と判定された場合（表３におけるシーケンス１の場合）に、現在の追跡モード（Tracking Mode）から新しいモードとして方位モード（Point Mode）への切換えを行う。その他の条件の場合（表３におけるシーケンス２〜４の場合）には、新しいモードとしては現在の追跡モード（Tracking Mode）を維持し、切換えを行わない。
【００４３】
ここで図１に戻り、他モード並列動作機能について説明する。他モード並列動作機能（モード動作指示機能）１−３は、指示点モード（Cued Point Mode）追尾機能９−１、方位モード（Point Mode）追尾機能９−２、追跡モード（Tracking Mode）追尾機能９−３の各追尾モードに対して、隣接する他の追尾モードを並列的に同時に動作させ、隣接する追尾モード間のスムーズな切換えを可能にする。
【００４４】
他モード並列動作機能（モード動作指示機能）１−３は次の各機能を有する。現在の追尾モードが指示点モード（Cued Point Mode）のとき、該指示点モード（Cued Point Mode）と方位モード（Point Mode）とを並列に動作させる指示を与え、もし、機体データ（目標物指示点緯度／経度（Cued Lat/Long）及び自装置の現在位置緯度／経度／高度（Present Lat/Long, Altitude））が不良となった場合に、自動的に瞬時に方位モード（Point Mode）に切換え、追尾の中断を防ぐ。
【００４５】
また、現在の追尾モードが方位モード（Point Mode）のとき、該方位モード（Point Mode）と追跡モード（Tracking Mode）とを並列に動作させる指示を与える。なお、方位モード（Point Mode）から指示点モード（Cued Point Mode）への切換えは、機体データバス９−９からのデータを基に視軸制御可能なため並列動作は不要である。もし、方位モード（Point Mode）で動作中に、機体速度等の機体データ(X/Y/Z Velocity)が不良なものとなった場合に、指示点モード（Cued Point Mode）又は追跡モード（Tracking Mode）に瞬時に切換え、追尾の中断を防ぐ。
【００４６】
また、現在の追尾モードが追跡モード（Tracking Mode）のとき、該追跡モード（Tracking Mode）と方位モード（Point Mode）とを並列に動作させる指示を与えておくことにより、追尾モードの切換え時、切換え指示から切換え完了までの処理時間を待つことなく瞬時に切換えが可能となり、追跡モード（Tracking Mode）で画像追尾が外れた場合に、方位モード（Point Mode）へ自動的に直ちに切換えることにより、追尾の中断を防ぐ。他モード並列動作機能（モード動作指示機能）１−３による他モード並列動作と共に、追尾データ継承機能１−１３による切換え後のモードに必要な各種データの引き継ぎにより、他モードへの切換えをスムーズに行うことができる。
【００４７】
モード切換え判定機能１−１２は、追尾モード切換えタイミングの判定基準を作成する。モード自動切換え機能１−１１は、モード切換え判定機能１−１２の判定基準が規定値を越えると自動的に追尾モードを切換える。これらの構成により、追尾モード切換えにオペレータ操作が不要となり、適切なタイミングでスムーズなモード切換え及び追尾が可能となる。
【００４８】
図７の表４に追尾データ継承機能１−１３による追尾継承データの具体例を示す。現在の追尾モードが指示点モード（Cued Point Mode）で切換え後の追尾モードが方位モード（Point Mode）の場合、継承するデータはアジマス角ＡＺ（水平方位角）、エレベーション角ＥＬ（垂直方位角）及び高度（Altitude）のデータである。これらのデータは方位モード（Point Mode）で視軸を指向させる際に必要なデータである。
【００４９】
現在の追尾モードが方位モード（Point Mode）で切換え後の追尾モードが指示点モード（Cued Point Mode）の場合、方位データ（アジマス角ＡＺ、エレベーション角ＥＬ）及び高度（Altitude）のデータから、自装置の現在位置の緯度／経度（Present Lat/Long）を用い、座標変換計算を行って目標物の緯度・経度（Cued Lat/Long）を求め、それらのデータとともに自装置の現在位置の緯度／経度／（Present Lat/Long）及び高度（Altitude）及びヘディング角等の機体データを継承する。
【００５０】
また、現在の追尾モードが方位モード（Point Mode）で切換え後の追尾モードが追跡モード（Tracking Mode）の場合、継承するデータは方位データ（アジマス角ＡＺ、エレベーション角ＥＬ）及び高度（Altitude）のデータである。これらは、指示点モード（Cued Point Mode）又は追跡モード（Tracking Mode）で視軸を指向させる際に必要なデータである。
【００５１】
また、現在の追尾モードが追跡モード（Tracking Mode）で切換え後の追尾モードが方位モード（Point Mode）の場合、継承するデータは方位データ（アジマス角ＡＺ、エレベーション角ＥＬ）及び高度（Altitude）のデータである。これらは方位モード（Point Mode）で視軸を指向させる際に必要なデータである。
【００５２】
再び図１に戻り、本発明の再追尾機能（再ロック機能）について説明する。図１の再追尾機能（再ロック機能）１−４は、方位モード（Point Mode）再追尾機能１−４１、追跡モード（Tracking Mode）再追尾機能１−４２、機体データ監視機能１−４３及び現在の追尾状況を監視する追尾状況監視機能１−４４を備える。
【００５３】
追尾状況監視機能１−４４は、現在の追尾状況を判定する機能を有する。方位モード（Point Mode）再追尾機能１−４１は、オペレータが設定した目標物の初期指向位置を緯度／経度（Lat/Long）データに変換したデータを記憶し、視軸のずれに対して該緯度／経度（Lat/Long）データを基に再追尾を行うことにより、視軸のドリフトをほぼ無くすことが可能となる。
【００５４】
また、追尾状況監視機能１−４４は追跡モード（Tracking Mode）時に、画像特徴点抽出の可否の判定を行うと共に、追跡モード（Tracking Mode）の視軸方向と並列動作の方位モード（Point Mode）の視軸方向との差のである視軸差を算出し、特徴点抽出不可が規定時間を越えた場合又は視軸差が規定値を超えた場合に追尾外れと判断し、追跡モード（Tracking Mode）再追尾機能１−４２により再追尾動作を開始する。再追尾は、特徴点抽出不可の直前のデータを引き継ぐか、又は方位モード（Point Mode）からの引継ぎデータを再度引き継ぐことにより行う。
【００５５】
再追尾（再ロック）を実行すると、追跡モード（Tracking Mode）の追尾が最初から行われることとなり、並列動作している方位モード（Point Mode）からの引き継ぎデータ(AZ/EL Angle, Altitude)を基に、その視軸方向の画像を取り込んで画像処理し、特徴点を再度追尾する。
【００５６】
次に本発明の視野自動切換え機能について説明する。視野自動切換え機能１−５１は、視野切換え判定機能１−５２の判定結果により、赤外線光学系９−８の視野を切換える。視野切換え判定機能１−５２は、距離計算機能１−２３による目標物までの距離、瞬時視野計算機能１−２１及び画像認識距離計算機能１−２２の計算結果により、最適な視野及びその切換えタイミングを判定し、該判定結果を視野自動切換え機能１−５１に渡す。
【００５７】
より詳しく説明すると、視野切換え判定機能１−５２は、各視野における目標物の画素数及び目標物の画面中心からのドリフトの計算結果により、視野切換えタイミングを判定する。各視野における目標物の画素数は、瞬時視野計算機能１−２１により目標物までの距離（Slant Range：緯度／経度から座標変換又は方位角及び高度から三角関数を用いて計算）及び目標物の大きさ（機体データバスからの入力又は手動入力）から画面上に表示される目標物の画素数として算出され、視野切換え判定機能１−５２は、この視野別の画素数が或る規定値を越えるかどうかを判定する。
【００５８】
目標物の画面中心からのドリフトは、目標物が画面中心からドリフトして外れていく程度を計算し、このドリフトの程度が或る規定値を越えるかどうかを判定する。視野切換え判定機能１−５２はこれらの判定結果を基に、最適な視野に切換える指令を視野自動切換え機能１−５１に送出する。
【００５９】
視野切換え判定機能の具体例を図７の表５に示す。表５は瞬時視野計算機能１−２１及び画像認識距離計算機能１−２２の計算結果を基に、狭視野（Narrow）、中視野（Medium）、広視野（Wide）の何れかに視野を切換える具体例を示す。表５に示すように、現在の視野が狭視野（Narrow）の場合、瞬時視野計算により画面の画素数に換算した値が４画素以下のときは狭視野（Narrow）のままとし、４画素以上のときは中視野（Medium）に切換える。
【００６０】
また、現在の視野が中視野（Medium）の場合、瞬時視野計算の結果が４画素以下のときは狭視野（Narrow）に切換え、瞬時視野計算の結果が４画素以上で画像認識距離計算の結果が１０画素以下のとき中視野（Medium）のままとし、画像認識距離計算の結果が１０画素以上のとき広視野（Wide）に切換える。
【００６１】
また、現在の視野が広視野（Wide）の場合、瞬時視野計算の結果が４画素以上で画像認識距離計算の結果が１０画素以下のとき中視野（Medium）に切換え、画像認識距離計算の結果が１０画素以上のとき広視野（Wide）のままとする。但し、追跡モード（Tracking Mode）で追尾しているときは、視野を切換えると追尾が外れるので、視野切換えは行わないこととする。表５において、「＊」の記号及び「←」の記号は図６におけるものと同様である。
【００６２】
図２は指示点モード（Cued Point Mode）時の視軸制御の機能構成を示す。同図において、カメラ部２−１は図１の視軸制御系９−７及び赤外線光学系９−８を含み、具体的構成は、赤外線の画像を撮像するビデオ系２−１１、自装置（機体）の運動方向を検知するジャイロ２−１２、水平方向（ＡＺ）／垂直方向（ＥＬ）に視軸を自在に指向させるＡＺ／ＥＬジンバル系２−１３を備える。
【００６３】
制御部２−２は、カメラ部２−１のビデオ系から出力される画像信号を処理するビデオ回路２−２１、カメラ部２−１のＡＺ／ＥＬジンバル系２−１３の水平方向（ＡＺ）／垂直方向（ＥＬ）を制御するＡＺ／ＥＬトルク駆動部２−２２、ＡＺ／ＥＬトルク駆動部２−２２に対して、機体データバス９−９からの機体データを基に赤外線光学系の視軸方向の制御信号を送出し、また、ジャイロ２−１２からの機体運動方向のデータを基に画像の傾きの修正データをビデオ回路に送出するプロセッサ２−２３を備える。
【００６４】
指示点モード（Cued Point Mode）は、探知目標物の周辺エリアを飛行中に、赤外線探知装置を操作するオペレータの負荷を軽減するための機能で、この機能は、機体データバス９−９からの機体データを用いて地表のターゲットポイント（目標物）に視軸を指向させる。指示点モード（Cued Point Mode）で使用する機体データは、目標物の位置を指示する緯度／経度（Cued Lat/Long）データ、自装置の現在位置の緯度／経度（Present Lat/Long）及び高度（Altitude）のデータ、機体の姿勢データ（Roll/Pitch/Heading）である。
【００６５】
プロセッサ２−２３は、目標物の位置を指示する緯度／経度（Cued Lat/Long）データ、自装置の現在位置の緯度／経度（Present Lat/Long）の差を計算することによって、視軸（LOS：Line Of Sight）の指向方向を制御する。機体姿勢に対する補正は、機体データバス９−９からの姿勢データ（Roll/Pitch/Heading）及び高度データを用いて演算し補正する。
【００６６】
図３は方位モード（Point Mode）時の視軸補正の様相を示す。赤外線探知装置を搭載した機体３−１が、図のｔ＝０の位置からｔ＝１の位置へ水平に移動した場合、移動した方向（Ｘ，Ｙ軸方向）の移動速度を積分して移動距離を求め、該移動距離を基に視軸方向の垂直方位角を図のＥＬからＥＬ’に補正し、また、視軸方向の水平方位角を図のＡＺからＡＺ’に補正する。
【００６７】
図４は方位モード（Point Mode）時の視軸制御の機能構成を示す。方位モード（Point Mode）は、目標物が存在する地表上（陸上又は海上）の一点を指定し、この指定した一点を常に指向し続けるモードである。なお、方位モード（Point Mode）＝Ｓｌｅｗモード＋ＬＭＣと表すことができる。ここで、Ｓｌｅｗモードは、追尾制御器のＳＬＥＷボタン操作で指定した方向を指向し続けるモードである。ＬＭＣ（Linear Motion Compensation）は、機体速度データ（X/Y/Z Velocity）及び機体姿勢データ（ヘディング，ピッチ，ロール）より計算した移動距離及び機体の傾きによる視軸ずれを当初の指向位置の方向に制御するモードである。
【００６８】
図４を参照して説明すると、最初に地表の目標点に視軸（ＬＯＳ）を指向させて追尾を開始する時の垂直方向（ＥＬ）ジンバル角度及び水平方向（ＡＺ）ジンバル角度を、機体姿勢データ（ヘディング／ピッチ／ロール）、機体速度データ（X/Y Velocity）及び高度データ（Altitude）を基に求める（図４の指向位置計算（当初の位置）４−１）。
【００６９】
その後、航空機の移動に伴い、機体のセンサが検出し機体データとして入力される機体速度データ（X/Y Velocity）を積分して機体のＸ／Ｙ／Ｚ方向の単位時間当たりの移動距離を求め（図４の自機移動量計算（単位時間当たり）４−２）、その移動距離を基に視軸の垂直方向（ＥＬ）ジンバル角度、水平方向（ＡＺ）ジンバル角度を補正（図４の視軸補正量計算４−３）し、常に指軸が当初の目標点を指向するように視軸方向を制御する。更にジャイロ２−１２を用いた視軸ドリフト量計算（４−４）の結果を用いて視軸補正量計算（４−５）を行い、その計算結果を水平方向（ＡＺ）／垂直方向（ＥＬ）のジンバル角度として出力する。
【００７０】
次に追跡モード（Tracking Mode）の動作原理について説明する。追跡モード（Tracking Mode）は、追尾する目標物に関して視軸の安定化のために２つの自動ビデオトラッカーを用いる。２つの自動ビデオトラッカーは、目標物の捕捉、追尾の順に動作する。
【００７１】
目標物の捕捉は、目標物を視野の捕捉ボックス中心にセットし、オペレータがトリガースイッチを引くことによって目標物捕捉を開始する。この捕捉ボックスが拡大するにつれて、オペレータは視軸を誘導し続ける。捕捉ボックスが目標物を取込んだとき、オペレータはトリガースイッチを離して、自動ビデオトラッカーに追尾を開始するよう指示する。
【００７２】
目標物の追尾は、自動的に目標物を捕捉ボックス内に維持するように視軸を制御することによって行われる。追尾が外れてオペレータが再度目標物の追尾を行いたい場合、トリガースイッチを引いて保持することにより捕捉シーケンスを再開する。追尾の手法には何種類かあるが、ここでは、過去のビデオ信号と現在のビデオ信号との相関を計算することにより目標物を追尾する手法を用いることができる。
【００７３】
図５は追尾モード切換え判定基準の一例を示す。同図はまた、視野が１ミリラジアンのときに１画素に相当する場合の各目標物の寸法（瞬時視野計算により求まる）を示し、同図に示すように、目標物までの距離が３００ｍのとき３０ｃｍ×３０ｃｍの目標物が１画素として見え、目標物までの距離が１ｋｍのとき１ｍ×１ｍの目標物が１画素として見え、目標物までの距離が１０ｋｍのとき１０ｍ×１０ｍの目標物が１画素として見える。
【００７４】
追尾モード切換え判定基準の一例として、目標物が３画素×３画素以上のとき追跡モード（Tracking Mode）に切換え、目標物が１画素以上で３画素×３画素以下のとき方位モード（Point Mode）に切換え、また、目標物が１画素より小さいとき指示点モード（Cued Point Mode）に切換えるものとすることができる。
【００７５】
なお、前述した瞬時視野計算は赤外線撮像システム性能予測モデルＮＶＴｈｅｒｍを用いて求め、その値を画面上の画素数に換算することができる。また、画像認識距離計算は、上記の瞬時視野の画素数から視認可能な大きさ（例えば１０×１０画素）であるかどうかを求める構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明による赤外線探知装置の追尾モード及び視野の切換えの構成を示す図である。
【図２】本発明による指示点モード（Cued Point Mode）時の視軸制御の機能構成を示す図である。
【図３】本発明による方位モード（Point Mode）時の視軸補正の様相を示す図である。
【図４】本発明による方位モード（Point Mode）時の視軸制御の機能構成を示す図である。
【図５】本発明による追尾モード切換え判定基準の一例を示す図である。
【図６】本発明による各追尾モードのモード切換えの判定機能の具体例を示す図である。
【図７】本発明による追尾承継データ及び視野切換え判定機能の具体例を示す図である。
【図８】各追尾モードの特徴の一覧表を示す図である。
【図９】従来の赤外線探知装置の追尾モード及び視野の切換えの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１−１１  モード自動切換え機能
１−１２  モード切換え判定機能
１−１３  追尾データ継承機能
１−２  視認計算機能
１−２１  瞬時視野計算機能
１−２２  画像認識距離計算機能
１−２３  距離計算機能
１−３  他モード並列動作機能
１−４  再追尾機能（再ロック機能）
１−４１  方位モード（Point Mode）再追尾機能
１−４２  追跡モード（Tracking Mode）再追尾機能
１−４３  機体データ監視機能
１−４４  （現在の）追尾状況監視機能
１−５１  視野自動切換え機能
１−５２  視野切換え判定機能
９−１  指示点モード（Cued Point Mode）追尾機能
９−２  方位モード（Point Mode）追尾機能
９−３  追跡モード（Tracking Mode）追尾機能
９−７  視軸制御系
９−８  赤外線光学系
９−９  機体データバス
【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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【図８】
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【図９】
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