(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状のレーザ光を所定のパルス周期で射出する送光手段と、
シャッタを備え、前記送光手段から射出された前記レーザ光が物体に到達し、前記物体により反射された反射光を、前記シャッタを介して受光し、該反射光を画像信号に変換して出力する撮像手段と、
前記撮像手段から出力された複数の画像信号を重畳させて監視画像を作成する画像処理手段と、
前記画像処理手段によって作成された監視画像を表示する表示手段と、
前記レーザ光が射出されるタイミングから監視距離に応じた遅延時間で前記シャッタを開閉させる監視制御を行う制御手段と
を備え、
前記制御手段は、該監視制御を行っている期間中に、奥行き方向における前記物体の前後の情報を取得するタイミングで前記シャッタを開閉させる監視付随制御を行い、
前記監視付随制御で取得される周辺画像は、前記監視制御で取得される基準画像よりも更新頻度が低く、
前記画像処理手段は、前記周辺画像を前記基準画像に重畳させることにより監視画像を作成するとともに、前記周辺画像については、次回新たな周辺画像が取得されるまで、同じ周辺画像を継続して前記基準画像に重畳し、
前記監視付随制御は、前記表示手段に表示される監視画像のうち、基準画像の画質が一定の視認性を満たす頻度で行われる監視装置。
【請求項２】
前記監視付随制御は、一定の周期で行われる請求項１に記載の監視装置。
【請求項３】
前記監視付随制御は、１Ｈｚから数十Ｈｚの周期で行われる請求項１または請求項２に記載の監視装置。
【請求項４】
前記基準画像の画面枠内の一部に、周辺画像を表示する表示枠を設け、該表示枠に前記周辺画像を表示させる請求項１から請求項３のいずれかに記載の監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、船舶などにおける障害物などの監視を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、レーザレーダを使用した監視装置がある（例えば、特許文献１参照）。
このようなレーザレーダを用いた監視装置は、例えば、図５に示すように、レーザレーダ５１と、レーザレーダ５１を制御するレーザレーダ制御部５２と、レーザレーダ５１により得られた画像信号を表示する表示部５３とを備えている。レーザレーダ５１は、旋回台５４により、その迎角及び回転角が制御される構成となっている。
【０００３】
このような構成において、監視時においては、レーザレーダ５１内のレーザヘッドからパルスレーザ光を船舶の周辺に射出し、このレーザ光が監視対象Ａに到達して反射された反射光をレーザレーダ５１内に設けられた受光部にて撮像し、この画像信号を表示部５３に出力することにより、周囲に存在する物体（ここでは、監視対象Ａ）が表示部５３に表示される。
【特許文献１】特開２００２−１６２４６６号公報（第２−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような監視装置では、ノイズ成分の少ないきれいな画像を取得するために、距離を限定して監視画像を取得しているが、このような制御を行ってしまうと、監視対象については鮮明な映像を取得することができるが、その周辺の画像については取得することができず、監視対象の周辺の状態を把握することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、監視対象だけでなく、その周辺の様子も監視することの可能な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】
【０００６】
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。
本発明は、パルス状のレーザ光を所定のパルス周期で射出する送光手段と、シャッタを備え、前記送光手段から射出された前記レーザ光が物体に到達し、前記物体により反射された反射光を、前記シャッタを介して受光し、該反射光を画像信号に変換して出力する撮像手段と、前記撮像手段から出力された複数の画像信号を重畳させて監視画像を作成する画像処理手段と、前記画像処理手段によって作成された監視画像を表示する表示手段と、前記レーザ光が射出されるタイミングから監視距離に応じた遅延時間で前記シャッタを開閉させる監視制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、該監視制御を行っている期間中に、奥行き方向における前記物体の前後の情報を取得するタイミングで前記シャッタを開閉させる監視付随制御を行い、前記監視付随制御で取得される周辺画像は、前記監視制御で取得される基準画像よりも更新頻度が低く、前記画像処理手段は、前記周辺画像を前記基準画像に重畳させることにより監視画像を作成するとともに、前記周辺画像については、次回新たな周辺画像が取得されるまで、同じ周辺画像を継続して前記基準画像に重畳し、前記監視付随制御は、前記表示手段に表示される監視画像のうち、基準画像の画質が一定の視認性を満たす頻度で行われる監視装置を提供する。
【０００７】
このような構成によれば、監視画像を取得する監視制御中において、奥行き方向におけるその物体の前後の様子についても監視画像を取得することが可能となる。これにより、より広い範囲にわたって監視を行うことが可能となる。
また、基準画像とその周辺画像とが重畳されて１枚の監視画像が作成されるので、この監視画像を見た作業員は、監視対象およびその周辺の様子を容易に把握することが可能となる。上記重畳の方法については、特に限定されない。例えば、位置情報を考慮して、基準画像に周辺画像を重畳させてもよい。例えば、監視対象よりも手前側の周辺情報であれば、監視対象の手前に周辺画像が表示されるように画像を重畳させる。また、他の表示態様としては、基準画像の画面枠内の一部に、周辺画像を表示する表示枠を設け、この表示枠に周辺画像を表示させることとしてもよい。
更に、監視付随制御で取得した周辺画像を、次の新たな周辺画像が取得されるまで継続して基準画像に重畳させることにより、監視付随制御が行われていない期間においても周辺画像が含まれる監視画像を提供することが可能となる。これにより、監視画像の構図を一定とすることができ、安定した監視画像を表示させることが可能となる。
更に、基準画像の画質が一定の視認性を満たす範囲で監視付随制御を行うことにより、物体が鮮明に写されている画像を提供することができるとともに、その物体の周辺情報についても提供することが可能となる。
【００１４】
上記監視装置において、前記監視付随制御は、一定の周期で行われることが好ましい。
【００１５】
前記監視付随制御を一定の周期で行うことにより、監視制御と監視付随制御とのバランスを適切に保つことが可能となる。
【００１６】
上記監視装置において、前記監視付随制御は、１Ｈｚから数十Ｈｚの間で行われることが好ましい。これにより、基準画像の画質の視認性を保持しながら、周辺画像についても取得することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、監視対象だけでなく、その周辺の様子も監視することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る監視装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、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１に示すように、本実施形態に係る監視装置は、レーザレーダ１、レーザレーダ制御部２、制御装置３、及び表示装置（表示手段）４を備えて構成されている。
【００１９】
レーザレーダ１は、送光部（送光手段）１１、受光部１２を備えて構成されている。
上記送光部１１は、例えば、パルス状のレーザ光を連続的に射出する半導体レーザ１１１と、半導体レーザ１１１から射出されたレーザ光を目標物へ照射させる送光レンズ１１２、及び送光レンズ１１２の角度を調整するための送光レンズアクチュエータ（図示略）を主な構成要素として備えている。
上記半導体レーザ１１１は、例えば、ＡｌＧａＡｓレーザ等であり、後述するレーザレーダ制御部２内のレーザ電源２６から電源供給をうけ、パルス状のレーザ光を連続的に射出する。また、半導体レーザ１１１から射出されるレーザ光は、例えば、８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の周波数帯に属するレーザ光とされる。
【００２０】
送光レンズアクチュエータは、後述するレーザレーダ制御部２から供給される制御信号に基づいて、送光レンズ１１２の位置を調整する。これにより、送光レンズ１１２に入射されるレーザ光の角度を調整し、所望の範囲に、レーザ光を射出させることが可能となる。
【００２１】
受光部１２は、例えば、ズームレンズ１２１、高速ゲート装置１２２、及びＩＣＣＤ（イメージインテンシファイアＣＣＤ）カメラヘッド１２３を備えて構成されている。
ズームレンズ１２１は、上記送光部１１から発せられ、目標物により反射された反射光を集光して、高速ゲート装置１２２に導く。高速ゲート装置１２２は、後述するレーザレーダ制御部２内に設けられた高速ゲート装置制御部２４により駆動されるものであり、ズームレンズ１２１により導かれた光をＩＣＣＤカメラヘッド１２３に取り込むシャッタとして機能する。ＩＣＣＤカメラヘッド１２３は、取り込んだ光を電気信号に変換して画像信号を生成し、この画像信号をレーザレーダ制御部２内の画像処理装置２５へ出力する。本実施形態においては、受光部１２並びに画像処理装置２５により、撮像装置（撮像手段）が構成されている。
このようなレーザレーダ１は、旋回台５によりその回転角及び迎角が所望の角度に調節される構造となっている。
【００２２】
レーザレーダ制御部２は、制御装置３から供給される各種制御信号に基づいて、上記レーザレーダ１の送光部１１、受光部１２、及びレーザレーダ１の回転角などを調整する旋回台５を制御する。レーザレーダ制御部２は、例えば、旋回台駆動部２１、同期回路２２、制御信号変換装置２３、高速ゲート装置制御部２４、画像処理装置２５、及びレーザ電源２６などを備えている。
【００２３】
制御装置（制御手段）３は、レーザレーダ１を制御するための各種制御信号を生成し、生成した各種制御信号をレーザレーダ制御部２に出力するとともに、レーザレーダ制御部２から供給される監視画像等を表示装置（表示手段）４へ出力する。
【００２４】
具体的には、制御装置３は、半導体レーザ１１１からパルス状のレーザ光が所定の周期で連続的に射出されるように、レーザレーダ制御部２を制御する。
また、制御装置３は、上記半導体レーザ１１１から連続的に射出されるパルス状のレーザ光が所望の監視距離に存在する物体に到達し、該物体により反射された反射光が到達するタイミングにあわせて、高速ゲート装置１２２を開くように、レーザレーダ制御部２を制御する監視制御を行うとともに、この監視制御中の一部の期間において、奥行方向における監視対象の前後の情報、換言すると、監視対象の手前側および奥側の情報を取得するタイミングで高速ゲート装置１２２を開閉させる監視付随制御を行う。
【００２５】
例えば、上記監視制御中において、撮像装置は、３０Ｈｚの周期（撮像周期）で監視画像を生成する。つまり、１秒間に約３０枚の監視画像を生成し、この監視画像を表示装置４に出力する。これにより、表示装置４には、１秒間に３０枚の監視画像が一定周期（約３３ｍｓ）で切り替えて表示されることとなる。なお、上述した撮像周期については、撮像装置がどのような規格に準じた画像信号を生成するかによって決定されるものであり、採用する規格に応じて任意に設定される。本実施形態では、便宜上、３０Ｈｚを採用するものとして、以下説明する。
【００２６】
そして、上述した監視制御中において、制御装置３は、表示装置４に表示される監視画像の画質が一定の視認性を満たす周期で、監視付随制御を行う。例えば、人間が動画として画像を認識するためには、１５ｆｐｓ（フレーム／秒）以上であることが好ましい（例えば、「動き知覚と動画の認識」，蘆田  宏，映像情報メディア学会誌  Ｖｏｌ．５８，１１５１頁乃至１１５８頁参照）。従って、制御装置３は、１秒間に１５枚の監視画像が定期的に取得できるという条件を満たす範囲で、残りの期間を監視付随制御用の期間に割り当てる。具体的には、制御装置３は、１Ｈｚから数十Ｈｚの周期で、監視付随制御用の画像取得を行う。
図２は、３０Ｈｚで監視制御を行うとともに、１０Ｈｚで監視付随制御を行う場合の各制御の切替タイミングを示した図である。
【００２７】
上記撮像周期に対し、半導体レーザ１１１の射出周期及び高速ゲート装置１２２の開閉周期は、上記撮像周期とは異なる周期に基づいて行われる。例えば、パルスレーザの射出及び高速ゲート装置１２２の開閉は、１０ｋＨｚの周期で行われる。このように、１０ｋＨｚでパルスレーザの射出及び高速ゲート装置１２２の開閉が行われる場合には、図３及び図４に示されるように、１枚の監視画像を取得する間（つまり、３３ｍｓ）に、１０ｋＨｚ／３０Ｈｚ≒３３３回のレーザ光の射出及びシャッタの開閉が行われ、３３３枚に相当する画像信号が画像処理装置２５に供給されることとなる。画像処理装置２５は、１撮像周期において取得された３３３枚分の画像信号を重畳させることにより、１枚の重畳画像を作成し、これを制御装置３を介して表示装置４に出力する。
【００２８】
ここで、監視制御において作成された重畳画像を基準画像、監視付随制御において作成された重畳画像を周辺画像と定義する。
このように、複数枚の画像を重畳させて基準画像及び周辺画像をそれぞれ生成することにより、ノイズ成分が低く、輝度の高い鮮明な基準画像及び周辺画像を得ることが可能となる。
【００２９】
次に、レーザ光射出タイミングと高速ゲート装置１２２の開閉タイミングについて図３及び図４を参照して説明する。
図３は、監視制御中、つまり、監視画像を撮像するモードにおけるレーザ光射出タイミングと高速ゲート装置１２２の開閉タイミングの一例を示す図である。図３において、半導体レーザ１１１からレーザ光が射出されてから受光部１２の高速ゲート装置１２２が開くまでの第１の期間Δｔ１は、監視距離（物体までの距離）に応じて決定され、高速ゲート装置１２２が開いている第２の期間Δｔ２は、監視幅に応じて決定される。
【００３０】
図４は、監視付随制御中におけるレーザ光射出タイミングと高速ゲート装置１２２の開閉タイミングの一例を示す図である。図４において、半導体レーザ１１１からレーザ光が射出されてから受光部１２の高速ゲート装置１２２が開くまでの第３の期間Δｔ３は、監視対象の奥側の情報を取得するのか、或いは、監視対象の手前側の情報を取得するのかに応じて設定される。図４では、奥側の情報を取得する場合を例に挙げて示している。
【００３１】
なお、監視付随制御において、監視対象の手前側の情報を取得する場合と、奥側の情報を取得する場合とを交互に繰り返して行うこととしてもよい。また、監視付随制御において、監視対象の奥行方向の情報を前後１０ｋｍの範囲にわたって取得するために、第３の期間Δｔ３を微小時間（例えば、約１ｋｍに相当する時間）ずつずらすこととしてもよい。ただし、上記撮像周期の１周期（例えば、３３ｍｓ）内において、第３の期間Δｔ３は一定の値に固定されるものとする。監視付随制御において、高速ゲート装置１２２が開いている第４の期間Δｔ４は、上記第２の期間Δｔ２と一致させてもよいし、それ以外の値を任意に設定することとしてもよい。
【００３２】
画像処理装置２５は、監視付随制御で取得した周辺画像を、監視制御において取得した基準画像に重畳させることにより監視画像を作成する。このとき、画像処理装置２５は、周辺画像の撮影位置を考慮して、基準画像に周辺画像を重畳することとしてもよいし、また、基準画像の画面枠内の一部に、周辺画像を表示する表示枠を設け、この表示枠に周辺画像を割り付けることにより、基準画像に周辺画像を重畳させることとしてもよい。
【００３３】
また、画像処理装置２５は、監視画像における基準画像については、新たな基準画像が取得される度に更新を行い、周辺画像については、次の周辺画像が取得されるまで、同じ周辺画像を基準画像に重畳させることとしてもよい。この場合、画像処理装置２５は、新たな周辺画像が入力されるまで、最新の周辺画像を保持する。
これにより、周辺画像については、基準画像の更新頻度よりも低い更新頻度で画像が更新されることとなる。このように、更新頻度を異ならせることにより、監視対象に関しては常に最新の情報を提供することができるとともに、その周辺画像を固定画像として残しておくことで、表示装置４に表示されるときの監視画像の構図を一定とすることができ、見やすい監視画像を提供することが可能となる。
画像処理装置２５によって作成された監視画像は、制御装置３を介して表示装置４に供給される。これにより、表示装置４には、３０Ｈｚの周期で監視画像が順次切り替えられて表示されることとなる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る監視装置の作用について、図１を用いて説明する。
まず、監視時（監視制御期間）において、制御装置３は、パルス状のレーザ光を所定のパルス周期で連続的に射出させるために必要となる同期制御信号、半導体レーザから連続的に射出されたパルス状のレーザ光が監視距離の位置にある物体に到達し、反射された反射光のみを受光部１２が取り込むためのシャッタ駆動信号などを生成し、これらをレーザレーダ制御部２に出力する。
【００３５】
制御装置３から出力された上記同期制御信号及びシャッタ駆動信号は、レーザレーダ制御部２内の制御信号変換装置２３を経由して、同期回路２２、高速ゲート装置制御部２４へそれぞれ供給される。
同期回路２２は、入力された同期制御信号に基づいて、レーザ光の送光と受光の同期を取るための同期信号を生成し、この同期信号をレーザ電源２６及び高速ゲート装置制御部２４に出力する。
レーザ電源２６は、同期回路２２から供給された同期信号に基づいて、レーザレーダ１が備える送光部１１内の半導体レーザ１１１の動作信号を生成し、この動作信号に基づいて半導体レーザ１１１を駆動する。
一方、高速ゲート装置制御部２４は、制御装置３から入力されたシャッタ駆動信号及び同期回路２２から入力された同期信号に基づいて、レーザレーダ１が備える受光部１２の高速ゲート装置１２２を駆動する。
【００３６】
これにより、まず、レーザ電源２６により半導体レーザ１１１が駆動されることにより、レーザ発信器１１１から所定のパルス周期で連続的にパルス状のレーザ光が射出される。このレーザ光は、送光レンズ１１２により所定の範囲を有する照射領域に拡張されて、外部へ射出され、更に、照射領域内に存在する物体（監視対象を含む）により反射された上記レーザ光が受光部１２１に導かれることとなる。この場合において、上述の高速ゲート装置制御部２４が上記シャッタ駆動信号に基づいて高速ゲート装置１２２を駆動することにより、所定の監視距離の位置に存在する監視対象によって反射されてきたレーザ光のみをＩＣＣＤカメラヘッド１２３に順次取り込むことが可能となる。
【００３７】
そして、ＩＣＣＤカメラヘッド１２３により取り込まれた反射光の情報は、電気信号である画像信号に変換されて、レーザレーダ制御部２内の画像処理装置２５に供給され、この画像信号が１フレーム期間において重畳されることにより、基準画像が生成される。
また、このような基準画像が繰り返し取得されている合間に、制御装置３は所定の周期、例えば、１Ｈｚから数十Ｈｚの周期で監視付随制御を行う。この監視付随制御が行われることにより、上記監視制御と同様の仕組みによって、監視対象の奥行方向前後における画像信号が取得され、画像処理装置２５において周辺画像が生成される。
【００３８】
画像処理装置２５は、基準画像と周辺画像とを重畳させることにより監視画像を作成する。画像処理装置２５により作成された監視画像は、制御信号変換装置２３を経由して制御装置３へ入力される。制御装置３は、入力された監視画像を表示装置４に出力する。これにより、表示装置４のモニタには、監視対象物体だけでなく、その周辺の情報が表示されることとなる。
【００３９】
そして、上記監視制御と監視付随制御とがそれぞれ所定の周期で繰り返し行われることにより、画像処理装置２５によって監視画像が順次作成され、この監視画像が表示装置４のモニタ画面に表示されることとなる。この場合において、監視画像の周辺画像については、新たな周辺画像が取得された場合に更新されることとなる。このように、周辺画像が取得されていない期間についても、引き続き周辺画像を表示させておくことにより、表示装置に表示される監視画面の構図を一定に保つことができ、見やすい画面を利用者に対して提供することが可能となる。
【００４０】
以上、述べてきたように、本実施形態に係る監視装置によれば、監視対象の画像を取得する監視制御中において、その監視対象の周辺の様子についても取得することが可能となる。また、監視対象の画像である基準画像とその周辺画像とを重畳させて１枚の監視画像を作成し、これを表示装置４に表示させるので、この監視画像を見た作業員は、監視対象およびその周辺の様子を容易に把握することが可能となる。
更に、監視付随制御で取得した周辺画像を、監視付随制御を行う周期で更新させることにより、監視付随制御が行われていない期間においても周辺画像が含まれる監視画像を提供することが可能となる。これにより、監視画像の構図を一定とすることができ、安定した監視画像を表示させることが可能となる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る監視装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】３０Ｈｚで監視制御を行うとともに、１０Ｈｚで監視付随制御を行う場合の各制御の切替タイミングを示した図である。
【図３】監視制御中における高速ゲート装置の開閉タイミングの一例を示した図である。
【図４】監視付随制御中における高速ゲート装置の開閉タイミングの一例を示した図である。
【図５】従来の監視装置の全体構成を示した図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  レーザレーダ
２  レーザレーダ制御部
３  制御装置
４  表示装置
５  旋回台
１１  送光部
１２  受光部
２１  旋回台駆動部
２２  同期回路
２３  制御信号変換装置
２４  高速ゲート装置制御部
２５  画像処理装置
２６  レーザ電源
１１１  半導体レーザ
１１２  送光レンズ
１２１  ズームレンズ
１２２  高速ゲート装置
１２３  ＩＣＣＤカメラヘッド
【図１】
0005192880.tif 000002
【図２】
0005192880.tif 000003
【図３】
0005192880.tif 000004
【図４】
0005192880.tif 000005
【図５】
0005192880.tif 000006