(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーカ画像から標的二値化画像を生成する二値化画像生成手段と、
標的二値化画像から標的のエッジ及びコーナーを検出するエッジ・コーナー検出手段と、
上記エッジ・コーナー検出手段により検出されたエッジ、コーナー位置とシーカ画像から、シーカ画像におけるエッジ、コーナー位置の各画素に対して、その画素を含む近傍領域の平均輝度値を求め、その画素の輝度値の平均輝度値に対する比を求め、エッジ、コーナー位置では、各画素がその比を輝度値として持ち、標的を除く背景領域、あるいはエッジ、コーナー位置を除く標的内部領域では、それぞれの領域において各画素が同じ輝度値を持つ標的多階調画像を生成する多階調画像生成手段と、
上記多階調画像生成手段により生成された標的多階調画像から標的を含む各画素の画像面上の位置座標を特定する位置座標特定手段と、
上記位置座標特定手段により特定された位置座標に基づいて標的画像中心、面積、断面二次モーメントの特徴量を算出する特徴量算出手段と、
上記特徴量算出手段により算出された特徴量から標的の二つの慣性主軸方向を特定する主軸方向特定手段と、
上記主軸方向特定手段により特定された慣性主軸方向と標的データベースに基づいて飛しょう体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する相対状態量推定手段と、
上記相対状態量推定手段により推定された相対位置、及び相対姿勢と標的データベースから標的の照準点を算定する照準点算定手段と
を備え、
上記相対状態量推定手段は、上記主軸方向特定手段により特定された二つの主軸方向から標的機軸方向を選択する機軸選択手段と、上記位置座標特定手段により特定された各画素の位置座標から標的画像における二つの主軸長を算出する主軸長算出手段と、上記主軸長算出手段により算出された主軸長と標的データベースを照合して標的の相対位置、相対姿勢を推定する照合処理手段と
を備えた飛しょう体の照準点算定装置。
【請求項２】
上記多階調画像生成手段によって生成される標的多階調画像は、上記エッジ・コーナー検出手段で検出されたエッジ・コーナー部でのみ階調を持ち、各画素の輝度値が背景領域内では０、エッジ・コーナー部以外の標的内部領域では１、エッジ・コーナー部では、シーカ画像における対象とする画素を含む近傍領域における平均輝度値に対するその画素の持つ輝度値の比で与えられることを特徴とする請求項１記載の飛しょう体の照準点算定装置。
【請求項３】
上記位置座標特定手段は、エッジ・コーナー部以外の標的内部領域および背景領域内の各画素においてはその位置座標を画素中央点で特定し、エッジ・コーナー部上の各画素においては標的多階調画像の持つ輝度値に基づきその画素中央点と標的図心とを結ぶ直線上で位置座標を特定することを特徴とする請求項１記載の飛しょう体の照準点算定装置。
【請求項４】
シーカ画像から標的二値化画像を生成し、
標的二値化画像からエッジ及びコーナーを検出し、
検出されたエッジ・コーナー位置とシーカ画像から、シーカ画像におけるエッジ、コーナー位置の各画素に対して、その画素を含む近傍領域の平均輝度値を求め、その画素の輝度値の平均輝度値に対する比を求め、エッジ、コーナー位置では、各画素がその比を輝度値として持ち、標的を除く背景領域、あるいはエッジ、コーナー位置を除く標的内部領域では、それぞれの領域において各画素が同じ輝度値を持つ標的多階調画像を生成し、
標的多階調画像から標的を含む各画素の画像面上の位置座標を特定し、
特定された各画素の位置座標に基づき標的画像中心、面積、断面二次モーメントの特徴量を算出し、
その特徴量から標的の二つの慣性主軸方向を特定し、
二つの慣性主軸方向から標的機軸方向を選択するとともに、標的多階調画像から特定された各画素の位置座標と慣性主軸方向から、標的画像における二つの主軸長を算出し、その主軸長と標的データベースを照合して飛しょう体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定し、その相対位置及び相対姿勢と標的データベースから標的の照準点を算定する
ことを特徴とする飛しょう体の照準点算定方法。
【請求項５】
生成される標的多階調画像は、エッジ・コーナー部でのみ階調を持ち、各画素の輝度値が背景領域内では０、エッジ・コーナー部以外の標的内部領域では１、エッジ・コーナー部では、シーカ画像における対象とする画素を含む近傍領域における平均輝度値に対するその画素の持つ輝度値の比となるように輝度値を決定することを特徴とする請求項４記載の飛しょう体の照準点算定方法。
【請求項６】
エッジ・コーナー部以外の標的内部領域、および背景領域内の各画素においてはその位置座標を画素中央点で特定し、エッジ・コーナー部上の各画素においては標的多階調画像の持つ輝度値に基づきその画素中央点と標的図心とを結ぶ直線上で位置座標を特定することを特徴とする請求項４記載の飛しょう体の照準点算定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Hit-to-Kill と称される飛来する標的（ミサイル弾頭）に迎撃用飛しょう体を直撃させて撃破する迎撃方式において、標的破壊部位（照準点）に迎撃用飛しょう体を誘導するために、飛しょう体に対する標的照準点の相対位置を算定する飛しょう体の照準点算定装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、例えば特開平３−２０７９９９号公報に示された従来の飛しょう体誘導装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
図１１において、２０は目標からの放射赤外線を受信する光学系、２１は光学系２０で受信した信号をもとに目標にロックオンし、目標ロックオン後、目標信号を出力する受信装置、２２はプルーム／機体判別回路、２３は初中期誘導時に地上装置から誘導に必要な情報を得て初期目標情報信号を出力する通信装置、２４は初中期誘導時には地上装置から得られる初期目標情報信号から誘導信号を、また、終末誘導時にはプルーム／機体判別回路２２から出力された信号から角度誤差信号、誘導信号、信号強度信号、終末誘導開始時における初期相対距離信号を出力する信号処理部、２５はその角度誤差信号より光学系２０を目標方向に駆動する光学系サーボ装置、２６は上記誘導信号より飛しょう経路を目標方向に操舵する操舵指令信号を出力するオートパイロット、２７は相対速度検出器、２８は相対距離検出器、２９は上記操舵指令信号を補償する操舵補償器、３０はこの補償された操舵指令信号により飛しょう体を目標との会合点方向に操舵する操舵装置である。
【０００３】
次に動作について説明する。
このような従来の飛しょう体誘導装置においては、プルーム／機体判別回路２２において、受信装置２１から出力される目標信号が目標のテイルより排出されるプルームのみであるか、あるいは機体とプルームの両方であるかを、メモリに入力されている画像パターンとの形状を比較することにより判定し、前者の場合にはプルーム図心位置信号を、後者の場合には機体の図心位置信号を判定結果信号とともに出力する。一方、相対速度検出器２７では、信号処理部２４から出力される信号強度信号より、この信号強度の変化率を求め、目標飛しょう体の相対速度を計算し相対速度信号を出力する。また、相対距離検出器２８では、この相対速度信号と信号処理部２４から出力される初期相対距離信号から目標飛しょう体の相対距離を計算し相対距離信号を出力する。操舵補償器２９では、プルーム／機体判別回路２２から出力される判定結果信号がプルームのみであった場合、相対距離信号に応じたバイアス量を操舵指令信号に足し合わせたものを操舵補償信号として出力し、機体とプルームの両方である場合、操舵指令信号をそのまま操舵補償信号として出力する。このように、遠距離では、光学系はプルームの図心を追尾するが、相対距離に応じて誘導信号に補正を加えながら飛しょう体の誘導を行い、近距離では、光学系が追尾している機体の図心を追尾し誘導を行うため、誘導精度を向上させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の飛しょう体誘導装置においては、光学系２０から取得された画像における機体、あるいはプルームの二次元的な図心（画像中心）に基づき誘導点を算出している。しかしながら、例えば仮に標的重心を狙うべき照準点と仮定しても、一般的に標的画像における二次元的な図心は、光学系による標的重心の画像面への射影点に対応しているとは限らない。
【０００５】
したがって、上記のような誘導方式では、誘導点が標的の姿勢変動に依存して変化するため、飛しょう体を標的のあらかじめ定められた固定点（照準点）に誘導することができないという欠点があった。
特に、飛しょう体をミサイル弾頭に直撃させ、撃破するような状況では、標的の照準点と呼ばれる最も撃破可能性の高いピンポイントに飛しょう体を命中させる必要があるが、その照準点は常に標的画像の図心で与えられるとは限らないという欠点があった。
【０００６】
また、上記のような従来の飛しょう体誘導装置においては、飛しょう体に対する標的の相対位置が比較的近距離にあり、標的画像に対する画像センサ分解能が十分に確保されている場合には問題ないが、そうでない場合には画像センサの量子化誤差のため、推定される誘導点の精度が得られないという欠点もあった。
【０００７】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、飛しょう体に搭載したシーカによる標的画像を用いて、飛しょう体の初中期誘導時においては標的を追尾するとともに、終末誘導時においては、標的の相対位置、相対姿勢変動に関わらず、あらかじめ定められた標的の任意の照準点の位置を画像から高精度に算定可能とする飛しょう体の照準点算定装置及び方法を得ることを目的としている。また、飛しょう体に対する標的の相対距離が比較的遠距離の場合においても、画像センサの量子化誤差の影響が抑えられる高精度な算定が可能な飛しょう体の照準点算定装置及び方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る飛しょう体の照準点算定装置は、シーカ画像から標的二値化画像を生成する二値化画像生成手段と、標的二値化画像から標的のエッジ及びコーナーを検出するエッジ・コーナー検出手段と、上記エッジ・コーナー検出手段により検出されたエッジ、コーナー位置とシーカ画像から、シーカ画像におけるエッジ、コーナー位置の各画素に対して、その画素を含む近傍領域の平均輝度値を求め、その画素の輝度値の平均輝度値に対する比を求め、エッジ、コーナー位置では、各画素がその比を輝度値として持ち、標的を除く背景領域、あるいはエッジ、コーナー位置を除く標的内部領域では、それぞれの領域において各画素が同じ輝度値を持つ標的多階調画像を生成する多階調画像生成手段と、上記多階調画像生成手段により生成された標的多階調画像から標的を含む各画素の画像面上の位置座標を特定する位置座標特定手段と、上記位置座標特定手段により特定された位置座標に基づいて標的画像中心、面積、断面二次モーメントの特徴量を算出する特徴量算出手段と、上記特徴量算出手段により算出された特徴量から標的の二つの慣性主軸方向を特定する主軸方向特定手段と、上記主軸方向特定手段により特定された慣性主軸方向と標的データベースに基づいて飛しょう体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する相対状態量推定手段と、上記相対状態量推定手段により推定された相対位置、及び相対姿勢と標的データベースから標的の照準点を算定する照準点算定手段とを備え、上記相対状態量推定手段は、上記主軸方向特定手段により特定された二つの主軸方向から標的機軸方向を選択する機軸選択手段と、上記位置座標特定手段により特定された各画素の位置座標から標的画像における二つの主軸長を算出する主軸長算出手段と、上記主軸長算出手段により算出された主軸長と標的データベースを照合して標的の相対位置、相対姿勢を推定する照合処理手段とを備えたものである。
【０００９】
また、上記多階調画像生成手段によって生成される標的多階調画像は、上記エッジ・コーナー検出手段で検出されたエッジ・コーナー部でのみ階調を持ち、各画素の輝度値が背景領域内では０、エッジ・コーナー部以外の標的内部領域では１、エッジ・コーナー部では、シーカ画像における対象とする画素を含む近傍領域における平均輝度値に対するその画素の持つ輝度値の比で与えられることを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記位置座標特定手段は、エッジ・コーナー部以外の標的内部領域および背景領域内の各画素においてはその位置座標を画素中央点で特定し、エッジ・コーナー部上の各画素においては標的多階調画像の持つ輝度値に基づきその画素中央点と標的図心とを結ぶ直線上で位置座標を特定することを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明に係る飛しょう体の照準点算定方法は、シーカ画像から標的二値化画像を生成し、標的二値化画像からエッジ及びコーナーを検出し、検出されたエッジ・コーナー位置とシーカ画像から、シーカ画像におけるエッジ、コーナー位置の各画素に対して、その画素を含む近傍領域の平均輝度値を求め、その画素の輝度値の平均輝度値に対する比を求め、エッジ、コーナー位置では、各画素がその比を輝度値として持ち、標的を除く背景領域、あるいはエッジ、コーナー位置を除く標的内部領域では、それぞれの領域において各画素が同じ輝度値を持つ標的多階調画像を生成し、標的多階調画像から標的を含む各画素の画像面上の位置座標を特定し、特定された各画素の位置座標に基づき標的画像中心、面積、断面二次モーメントの特徴量を算出し、その特徴量から標的の二つの慣性主軸方向を特定し、二つの慣性主軸方向から標的機軸方向を選択するとともに、標的多階調画像から特定された各画素の位置座標と慣性主軸方向から、標的画像における二つの主軸長を算出し、その主軸長と標的データベースを照合して飛しょう体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定し、その相対位置及び相対姿勢と標的データベースから標的の照準点を算定するものである。
【００１２】
また、生成される標的多階調画像は、エッジ・コーナー部でのみ階調を持ち、各画素の輝度値が背景領域内では０、エッジ・コーナー部以外の標的内部領域では１、エッジ・コーナー部では、シーカ画像における対象とする画素を含む近傍領域における平均輝度値に対するその画素の持つ輝度値の比となるように輝度値を決定することを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、エッジ・コーナー部以外の標的内部領域、および背景領域内の各画素においてはその位置座標を画素中央点で特定し、エッジ・コーナー部上の各画素においては標的多階調画像の持つ輝度値に基づきその画素中央点と標的図心とを結ぶ直線上で位置座標を特定することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る飛しょう体の照準点算定装置及び方法を説明するためのもので、実施の形態１による飛しょう体の照準点算定装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１は飛しょう体の前方に搭載され標的を撮影するシーカ、２は撮影された標的画像に対して背景領域を０、標的領域を１とする二値化画像を生成する二値化画像生成装置、３は二値化画像生成装置２により生成された標的二値化画像からエッジ及びコーナーを検出するエッジ・コーナー検出装置、４はエッジ・コーナー検出装置３により検出されたエッジ・コーナー位置とシーカ画像から標的多階調画像を生成する多階調画像生成装置、５は多階調画像生成装置４により生成された標的多階調画像から各画素の位置座標を特定する位置座標特定装置、６は位置座標特定装置５により特定された位置座標に基づいて標的の幾何特徴量を算出する特徴量算出装置である。
【００１５】
また、７は特徴量算出装置６により算出した幾何特徴量から標的の慣性主軸方向を特定する主軸方向特定装置、８は主軸方向特定装置７により特定された慣性主軸方向に基づいて飛しょう体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する相対状態量推定装置、９は標的の形状とその照準点の位置に関するデータベース、１０は相対状態量推定装置８により推定した標的の相対位置及び相対姿勢と標的データベース９から標的の照準点を算定する照準点算定装置である。
【００１６】
また、相対状態量推定装置８内の構成において、１１は主軸方向特定装置７により特定された標的の二つの主軸方向から機軸方向を選択する機軸選択装置、１２は主軸方向特定装置７により特定された慣性主軸方向及び位置座標特定装置５により特定された位置座標から標的画像における二つの主軸長を算出する主軸長算出装置、１３は主軸長算出装置１２により算出された二つの主軸長と標的データベース９を照合して標的の相対位置及び相対姿勢を推定する照合処理装置である。
【００１７】
次に動作について説明する。
標的としてミサイル弾頭を想定し、その形状を図２に示すような円錐１４で近似する。
先ず、飛しょう体に搭載したシーカ１を用いて前方にある標的の画像を取得する。このシーカ画像における第（ｉ，ｊ）番目の画素の持つ輝度値をＩ0（ｉ，ｊ）で表記する。
【００１８】
次に、二値化画像生成装置２において取得した標的画像に対して二値化処理を行い背景領域と標的領域を識別する。一般に、背景領域は標的領域に比べて輝度値が小さいため、輝度値にしきい値を設定することで両者を識別する。
すなわち、標的画像の各画素に対して、その輝度値がしきい値より小さいものを背景領域、しきい値より大きいものを標的領域と識別し、ここで識別された情報に基づき背景領域の輝度値を０、標的領域の輝度値を１とする標的二値化画像を生成する。このようにして生成した二値化画像の第（ｉ，ｊ）番目の画素の持つ輝度値をＩb（ｉ，ｊ）で表記する。
【００１９】
次に、このようにして生成した二値化画像を用いてエッジ・コーナー検出装置３において、標的のエッジ・コーナーをピクセル精度で検出する。エッジ・コーナー検出には例えば文献（徐、辻、“３次元ビジョン”、共立出版、pp. 36-37，1998）等で紹介されているＳＵＳＡＮオペレータを用いる。以下ではその検出原理を簡単に説明する。
【００２０】
ＳＵＳＡＮオペレータでは、例えば図３に示すような円形のマスク１５を対象とする二値化画像に重ね合わせ、そのマスク内の画素の中でマスク中心の画素の持つ輝度値と同じ輝度値を持つ画素数を数え上げる。一例として、図４を用いてその原理を説明する。
図４において、斜線を引いた領域１６が対象物領域、それ以外の領域１７が背景領域を表しているものとする。ＳＵＳＡＮオペレータにおける円形マスク中心を例えば背景領域内１７にある点Ｐ1 に重ね合わせたとすると、上記画素数は円形マスク面積（円形マスク画素数）と等しくなる。また、対象物領域内１６にある点Ｐ2 に重ね合わせたとすると、同様に上記画素数は円形マスク面積と等しくなる。一方、対象物の直線エッジ上の点Ｐ3 に重ね合わせたとすると、上記画素数は円形マスク面積の半分となり、また、対象物のコーナーの点Ｐ4 に重ね合わせたとすると、上記画素数は円形マスク面積の１／４となる。これから分かるようにＳＵＳＡＮオペレータにおいて計算される上記画素数は対象物のエッジ上で極小値をとるとともに、コーナーでは最小値をとる。
【００２１】
したがって、標的二値化画像の各画素に対して円形マスク１５を重ね合わせ上記画素数を計算し、それが極小値をとる画素を標的のエッジ、最小値をとる画素をコーナー（標的の機首先端部）として検出する。
以下では、円形マスク中心を標的二値化画像の第（ｉ，ｊ）番目の画素に重ね合わせた際の上記画素数をＮ（ｉ，ｊ）で表記する。
【００２２】
次に、このようにして検出した標的エッジ・コーナー位置、及びシーカ画像を用いて多階調画像生成装置４において標的多階調画像を生成する。
ここで、標的多階調画像とは、各画素の輝度値が、背景領域内では０、エッジ・コーナー部以外の標的内部領域では１、エッジ・コーナー部では、シーカ画像における対応する画素を含む近傍領域の平均輝度値に対するその画素の持つ輝度値の比で与えられる画像のことである。
また、平均輝度値とは、先にエッジ・コーナー検出装置３において用いたＳＵＳＡＮオペレータを適用する際に計算した画素数Ｎ（ｉ，ｊ）を用いて次式（１）で与えられる。
【００２３】
【数１】
0004412799.tif 000002
【００２４】
なお、式（１）において、Ｍはエッジ上の第（ｘe，ｙe）番目の画素を中心とするマスク内部領域を表しており、バーＩ0（ｘe，ｙe）がこの内部領域における標的画像の平均輝度値を定義している。
【００２５】
この平均輝度値を用いて標的多階調画像を次のように生成する。
先ず、背景領域ではＩn（ｉ，ｊ）＝０
エッジ・コーナー部を除く標的内部領域ではＩn（ｉ，ｊ）＝１
エッジ・コーナー部では式（２）に示すものである。
【００２６】
【数２】
0004412799.tif 000003
【００２７】
すなわち、標的多階調画像は、標的二値化画像において、エッジ・コーナー部上の画素の輝度値を上に示した平均輝度値に対する比で置き換えたものであり、エッジ・コーナー部でのみ階調情報を有した画像である。
【００２８】
次に、位置座標特定装置５において標的多階調画像における各画素の位置座標を特定する。
標的二値化画像の場合には、エッジ・コーナー部を含む標的内部領域の輝度値は一様で階調を持たないため、各画素の位置座標をその中心で代表させるのが一般的である。すなわち、第（ｉ，ｊ）番目の画素位置は（ｉ−０．５，ｊ−０．５）で特定される。標的多階調画像Ｉn（ｉ，ｊ）においても、その背景領域とエッジ・コーナー部を除く内部領域においては上記二値化画像の場合と同様に、各画素の中心でその位置座標を特定する。
【００２９】
一方、エッジ・コーナー部においては標的多階調画像の持つ輝度値に基づき、以下のようにして各画素内でその位置座標を特定する点を決定する。
そのための準備として、先ず、標的二値化画像から標的画像中心（ｘc(b)，ｙc(b)）を式（３）に従って算出する。なお、式（３）において、Ｓbは標的面積である。
【００３０】
【数３】
0004412799.tif 000004
【００３１】
一例として、図５に示す標的画像を考え、そのエッジ部上の画素の一つである第（ｘa，ｙa）番目の画素ａについて考える。
図５に示すように、標的画像中心（ｘc(b)，ｙc(b)）から画素ａの中心点（ｘa−０．５，ｙa−０．５）へ直線を引く。図６はこの時の画素ａを拡大して描いたものである。ここで、画素ａの中心点をＰ3、上記直線と画素境界との交点をＰ1，Ｐ2とした。画素ａの位置座標を特定する代表点を、それが持つ階調情報を利用して線分Ｐ1Ｐ2上で決定する。
【００３２】
標的多階調画像におけるエッジ部の各画素の持つ輝度値は、近似的にその画素を占める標的面積の割合に相当するものと考えられる。
例えばエッジ部における任意の画素の輝度値が０．５の場合には、その画素の半分を標的面積が占めており、それはこの画素の代表点をその中心Ｐ3（線分Ｐ1Ｐ2の中点）で特定することに相当するものと考えることができる。この考えに基づき線分Ｐ1Ｐ2をその画素の持つ階調情報を利用して比例配分することにより、画素の位置を特定する代表点Ｑを決定する。すなわち、図６に示すようなコーナーを除くエッジ部では、式（４）となるように点Ｑを決定し、この点をもってその画素の位置座標を特定する。
【００３３】
【数４】
0004412799.tif 000005
【００３４】
一方、図５の標的画像におけるコーナーに相当する第（ｘb，ｙb）番目の画素ｂでは、階調情報とともにそこでの標的画像開口率を考慮に入れて次のように位置座標を特定する点Ｑを決定する。
ここで、標的画像開口率は、コーナーに相当する画素に前述の円形マスク１５を重ね合わせた時の、円形マスクに占める標的面積の割合と定義する。例えば図５における画素ｂでの開口率は定義より次式（５）で与えられる。なお、式（５）において、ＳMはマスク面積（例えば図３に示した円形マスク１５の場合には３７）である。開口率の定義から標的機首先端部の開き角は２πΦで与えられる。
【００３５】
【数５】
0004412799.tif 000006
【００３６】
図５に示すように、先と同様に標的画像中心（ｘc(b)，ｙc(b)）から画素ｂの中心点（ｘb−０．５，ｙb−０．５）へ直線を引く。図７はこの時の画素ｂを拡大して描いたものである。ここで、画素ｂの中心点をＰ3、上記直線と画素境界との交点をＰ1，Ｐ2とした。画素の位置を特定する代表点Ｑを、それが持つ階調情報、およびそこでの画像開口率を利用して、画素内の線分Ｐ1Ｐ2上で決定する。
例えばコーナーにおいてその画素の位置座標を中心Ｐ3で特定する場合、その画素を占める標的面積は近似的に次式（６）で与えられる。
【００３７】
【数６】
0004412799.tif 000007
【００３８】
すなわち、標的面積は近似的に点Ｐ2から位置座標を特定する代表点までの距離の二乗に比例する。そこで、線分Ｐ1Ｐ2をその画素の持つ階調情報を利用して次式（７）に従って配分し、代表点Ｑを決定する。
【００３９】
【数７】
0004412799.tif 000008
【００４０】
上記のようにして、エッジ・コーナー部における代表点Ｑを決定し、その点をもって画素の位置座標を特定する。
【００４１】
次に、特徴量算出装置６では、多階調画像生成装置４により生成された標的多階調画像と位置座標特定装置５により特定された各画素の位置座標から、標的面積Ｓn、標的画像中心（ｘc(n)，ｙc(n)）、標的断面二次モーメントＪxx(n)，Ｊxy(n)，Ｊyy(n)を式（８）に従って算出する。なお、式（８）において、ｉn（＊），ｊn（＊）は画素位置を示すディジタル座標を入力として、位置座標特定装置５で求めた代表点の位置座標を出力する関数である。
【００４２】
【数８】
0004412799.tif 000009
【００４３】
次に、主軸方向特定装置７では、特徴量算出装置６で算出した断面二次モーメントを用いて、二つの主軸方向（最小慣性主軸方向と最大慣性主軸方向）を特定する。ここで、最小慣性主軸方向と最大慣性主軸方向は直角をなすため、一方を特定すれば他方は自動的に特定される。図８に示すように、最小慣性主軸方向と画像面水平方向とのなす角をαとすると、角αは式（９）に示すものとなる。
【００４４】
【数９】
0004412799.tif 000010
【００４５】
次に、機軸選択装置１１では、主軸方向特定装置７で特定した二つの主軸方向から、機軸方向を選択する。例えば図９に示すように、標的機首先端部が可視でエッジ・コーナー検出装置３においてその先端部がコーナーとして検出されれば、そのコーナー位置と最小、最大慣性主軸との距離を計算し、距離の小さい方を標的機軸方向として選択する。一方、図１０に示すように、標的機首先端部が不可視で検出されない場合には、最大慣性主軸方向を標的機軸方向として選択する。このようにして選択された機軸方向と画像面水平方向とのなす角をβ（０≦β＜２π）とする。
【００４６】
次に、主軸長算出装置１２では、主軸方向特定装置７で特定した二つの慣性主軸方向、および位置座標特定装置５で特定した各画素の位置座標に基づき、標的画像における二つの慣性主軸方向の主軸長を算出する。ここでは、標的多階調画像において、二つの慣性主軸方向に１次元のスキャンを行い、それぞれの方向における最大幅を算出し、標的機軸方向の値をｈ、他方向の値をｄとする。
【００４７】
標的データベース９にはミサイル弾頭部の全高Ｈと全幅Ｄの値をデータベースとして蓄えており、これらの値と主軸長算出装置１２で算出した二つの主軸長を照合処理装置１３において照合することにより、標的の相対位置、相対姿勢を推定する。
例えば図９に示すような標的機首先端部が可視な場合には、標的相対姿勢は式（１０）で求められる。また、標的相対位置（標的底面中心位置）は式（１１）で求められる。なお、機首先端部を示すコーナー位置を第（ｘv，ｙv）番目の画素とした。また、標的画像の画像サイズは水平方向ＩW画素、垂直方向ＩH画素、カメラ焦点距離をｆlとした。
【００４８】
【数１０】
0004412799.tif 000011
【００４９】
【数１１】
0004412799.tif 000012
【００５０】
一方、図１０に示すように、標的機首先端部が検出されなかった場合には、標的相対姿勢は式（１２）により求められ、また、標的相対位置（標的底面中心位置）は式（１３）により求められる。
【００５１】
【数１２】
0004412799.tif 000013
【００５２】
【数１３】
0004412799.tif 000014
【００５３】
次に、照準点算定装置１０では、照合処理装置１３により求められた標的相対位置、相対姿勢、および標的データベース９を用いて飛しょう体に対する標的照準点の位置を算定する。標的データベース９には、標的内部の照準点の位置情報（標的底面中心からその照準点までの位置ベクトルＲ）が蓄えられている。この時、飛しょう体に対する標的照準点の位置は次式（１４）により求めることができる。
【００５４】
【数１４】
0004412799.tif 000015
【００５５】
ここで、Ａ（θx,θy,θz）は照合処理装置１３で求めた標的相対姿勢に依存する座標変換行列で、次式（１５）で与えられる。
【００５６】
【数１５】
0004412799.tif 000016
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る飛しょう体の照準点算定装置によれば、多階調画像生成手段により生成された標的多階調画像に対して、位置座標特定手段により特定された各画素の位置座標と主軸方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて標的画像の主軸長を算出し、その主軸長と標的データベースを照合して飛しょう体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する相対状態量推定手段を設けたので、標的の相対姿勢変動に依存することなく、あらかじめ決められた標的照準点の位置を高精度に算定することができる効果がある。
【００５８】
また、シーカ画像とエッジ・コーナー検出手段により検出された標的のエッジ・コーナー位置から、エッジ・コーナー部においてのみその近傍領域の平均輝度値に依存した階調を持つ標的多階調画像を生成する多階調画像生成手段を設けたので、標的画像に含まれるノイズの影響を抑えることが可能で、また標的二値化画像を用いて照準点を算定する場合と比べて、より高精度な算定を行うことができる効果がある。
【００５９】
さらに、多階調画像生成手段により生成された標的多階調画像の持つ階調値に基づき、各画素の位置座標を特定する位置座標特定手段を設けたので、標的の相対位置が比較的遠距離にあり画像センサの量子化の影響が顕著な標的画像においても高精度な特徴量算出、主軸長算出が可能で、それを用いて高精度な照準点算定を行える効果がある。また位置座標の特定の際に必要なエッジ・コーナー部での階調や画像開口率は、エッジ・コーナー検出手段における計算結果を流用することができ、計算処理負荷も比較的軽くすることができる効果がある。
【００６０】
また、この発明に係る飛しょう体の照準点算定方法によれば、シーカ画像から標的二値化画像を生成し、標的二値化画像からエッジ及びコーナーを検出し、検出されたエッジ・コーナー位置とシーカ画像から標的多階調画像を生成し、標的多階調画像から各画素の位置座標を特定するとともに標的の幾何特徴量を算出し、その幾何特徴量から標的の慣性主軸方向を特定すると、その慣性主軸方向と特定された各画素の位置座標に基づいて標的画像の主軸長を算出し、その主軸長と標的データベースを照合して飛しょう体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定し、その相対位置及び相対姿勢と標的データベースから標的の照準点を算定するようにしたので、標的の相対姿勢変動に依存することなく、あらかじめ決められた標的照準点の位置を高精度に算定することができる効果がある。
【００６１】
また、エッジ・コーナー検出手段により検出された標的のエッジ・コーナー位置とシーカ画像から、エッジ・コーナー部においてのみその近傍領域の平均輝度値に依存した階調を持つ標的多階調画像を生成するようにしたので、標的画像に含まれるノイズの影響を抑えることが可能で、また標的二値化画像を用いて照準点を算定する場合と比べて、より高精度な算定を行うことができる効果がある。
【００６２】
さらに、標的多階調画像の持つ階調値に基づき、各画素の位置座標を特定するようにしたので、標的の相対位置が比較的遠距離にあり画像センサの量子化の影響が顕著な標的画像においても高精度な特徴量算出、主軸長算出が可能で、それを用いて高精度な照準点算定を行える効果がある。また位置座標の特定の際に必要となるエッジ・コーナー部での階調や画像開口率は、エッジ・コーナー検出手段における計算結果を流用することができ、計算処理負荷も比較的軽くすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る飛しょう体の照準点算定装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】  標的ミサイル弾頭の形状モデル（円錐）を示す説明図である。
【図３】  ＳＵＳＡＮオペレータにおける円形マスクの一例を示す説明図である。
【図４】  ＳＵＳＡＮオペレータのエッジ・コーナー検出原理を説明するための説明図である。
【図５】  位置座標特定装置５の動作を説明するための説明図である。
【図６】  図５における画素ａの拡大図である。
【図７】  図５における画素ｂの拡大図である。
【図８】  主軸方向特定装置７において特定される最小慣性主軸方向αを説明するための説明図である。
【図９】  標的機首先端部が可視な場合の標的画像の一例を示す図である。
【図１０】  標的機首先端部が不可視な場合の標的画像の一例を示す図である。
【図１１】  従来の飛しょう体誘導装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  シーカ、  ２  二値化画像生成装置、３  エッジ・コーナー検出装置、４多階調画像生成装置、５  位置座標特定装置、６  特徴量算出装置、７  主軸方向特定装置、  ８  相対状態量推定装置、９  標的データベース、１０  照準点算定装置、１１  機軸選択装置、１２  主軸長算出装置、１３  照合処理装置、１４  標的ミサイル弾頭、１５  円形マスク、１６  対象物領域、１７  背景領域、２０  光学系、  ２１  受信装置、２２  プルーム／機体判別回路、２３通信装置、２４  信号処理部、２５  光学系サーボ装置、２６  オートパイロット、２７  相対速度検出器、２８  相対距離検出器、２９  操舵補償器、３０操舵装置。
【図１】
0004412799.tif 000017
【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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【図１０】
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【図１１】
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