(57)【要約】本発明は、同一視野の画像Ａと画像Ｂであって、波長範囲が一方はＰで他方はＮ１とＮ２の２範囲からなるそれぞれの画像を、同時にまたはほとんど同時に記録し、検出すべき信号の波長成分を含む画像ＡをＰ画像として記録し、該信号の波長成分を除去した画像ＢをＮ画像として記録する、背景放射除去方法及び関連する装置に関する。Ｐ画像（Ａ）の背景信号強度を、妨害放射モデル又は背景放射モデル（２）を用いてＮ画像（Ｂ）から求める。検出すべき信号は、Ｐ画像（Ａ）の内容とＮ画像（Ｂ）から求められた背景画像（Ｃ）を比較して決定する。
2004533627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にレーザースポットの位置測定において、測定対象の信号に関連する特定のスペクトル帯域における電磁背景放射の除去方法であって、
複数の部品から構成される少なくとも１つの検出器を備えた電磁放射記録手段と、
該電磁放射記録手段により望ましくは同時に記録されるＰ画像とＮ画像であって、該特定のスペクトル帯域における少なくとも一つの1次元又は多次元Ｐ画像と、該Ｐ画像と区別される少なくとも一つの該特定のスペクトル帯域とは別のスペクトル帯域における少なくとも一つの1次元又は多次元Ｎ画像とを処理する信号及び情報処理手段とを用いる方法において、
該信号及び情報処理手段により、該背景放射のスペクトル分布モデルに基づいて、該Ｎ画像から該Ｐ画像内の該背景放射の像明度が算出され、検出すべき信号が抽出され、
測定事情ごとに、２バンド近接法で用いる波長帯を選択して、該Ｐ画像とＮ画像のスペクトル範囲が測定され、
該Ｎ画像の波長帯が該Ｐ画像の波長帯より長波長帯又は短波長帯であり、該Ｎ画像とＰ画像の波長帯の重なりが最小になるようにしたこと
を特徴とする電磁背景放射の除去方法。
【請求項２】
特にレーザースポットの位置測定において、測定対象の信号に関連する特定のスペクトル帯域における電磁背景放射の除去方法であって、
複数の部品から構成される少なくとも１つの検出器を備えた電磁放射記録手段と、
該電磁放射記録手段により望ましくは同時に記録されるＰ画像とＮ画像であって、該特定のスペクトル帯域における少なくとも一つの1次元又は多次元Ｐ画像と、該Ｐ画像と区別される少なくとも一つの該特定のスペクトル帯域とは別のスペクトル帯域における少なくとも一つの1次元又は多次元Ｎ画像とを処理する信号及び情報処理手段とを用いる方法において、
該信号及び情報処理手段により、該背景放射のスペクトル分布モデルに基づいて、該Ｎ画像から該Ｐ画像内の該背景放射の像明度が算出され、検出すべき信号が抽出され、
測定事情ごとに、少なくとも一つ波長帯を選択して該Ｐ画像とＮ画像のスペクトル範囲が測定され、
該波長帯が、それぞれ異なる線スペクトルの検出範囲であることを特徴とする電磁背景放射の除去方法。
【請求項３】
少なくとも一つのＮ画像のスペクトル帯域が、二つの波長帯から選択して測定されるものであり、測定事情ごとに、少なくとも一つのＮ画像用の波長帯が少なくとも一つのＰ画像の波長帯より短波長側及び／又は長波長側にあることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
異なる妨害放射源からの寄与を計算し除去するために、特に異なるスペクトル帯域において、上記請求項１から３の方法によって背景放射の像明度を求めることを特徴とする請求項１から３記載の方法。
【請求項５】
Ｐ画像内の背景放射の像明度を、
Ｎ画像内に記録された少なくとも一つの像明度から外挿して求める方法と、
Ｎ画像内に記録された少なくとも二つの像明度の加重平均を計算して求める方法とのうち少なくとも一つから算出することを特徴とする請求項１から４記載の方法。
【請求項６】
少なくとも一つのＰ画像と少なくとも一つのＮ画像とについて望ましくは同時に電磁放射を記録する手段と、
異なる値を持つＰ画像とＮ画像から電磁放射を除去できるように設計された信号及び情報処理手段とからなり、
該電磁放射記録装置が少なくとも二箇所の異なる特定スペクトル帯域において二枚の画像を記録するための少なくとも二台の検出器を備え、
該信号及び情報処理手段が背景放射のスペクトル分布モデルに基づいて該電磁背景放射を除去するように設計されたことを特徴とする、
特にレーザースポットの位置測定において、検出すべき信号に対応した特定のスペクトル帯域において電磁背景放射を除去する装置。
【請求項７】
該電磁放射記録手段の該スペクトル帯域が少なくとも一つの分光フィルターによって制限されること及び／又は、二又はそれ以上の半導体材料からなることでスペクトル選択応答性を有する少なくとも一つの検出器を有することを特徴とする、請求項６記載の装置。
【請求項８】
少なくとも一つのＰ画像と少なくとも一つのＮ画像が互いに変換可能であり回転可能であるように、及び／又は相対的な画像サイズに変更可能であるように、該信号及び情報処理手段が設計されていることを特徴とする請求項６又は７記載の装置。
【請求項９】
特に検出用レーザー信号の位置決定のために、電磁背景放射のスペクトル範囲を選択して除去する装置であることを特徴とする、請求項６から８のいずれかに記載の装置であって、特に測地測量における計測器。
【請求項１０】
特に目標点までの距離測定において、測定処理の結果、目標点としてのレーザースポットを識別するために、請求項６から８記載の装置を用いること。
【請求項１１】
レーザースポット源を識別するために、特に目標物を照明しているレーザーを識別するために、請求項６から８記載のいずれかに記載の装置を用いること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１及び２序文に記載の画像内電磁背景放射抑制方法と、請求項６記載の前提部分に記載されている該方法を実行するための装置と、請求項９記載の計測器と、レーザー信号源の識別と同様にその後の計測処理のマークとしてレーザー信号を識別するための該装置の使用とに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁放射の個別信号又は完全な特徴パターンの検出には、広範な用途がある。２つの基本的な対象物を区別することは可能である。
【０００３】
一方では、放射源（対象となる源）又はその実像あるいは虚像が検出され、その位置又は方向が決定される。ここに用途があり、例えば計測器が自動的に向きを変えたり、軍事部門において放射源を検出することである（例えば能動的な防衛システムの一部として、敵方の目標を照明し検出したり、敵との距離を計測する）。その他の用途としては、自走車両を制御するためのレーザー放射の追尾や、天体上の物体の検出と追跡がある。放出される放射線は原理的には連続スペクトルでも線スペクトルでも構わない。しかし、放射源の検出には、その分光特性が比較的一定であって、例えば温度依存性が高い放射であるため非常に不安定な熱放射体等でない放射源、例えばレーザーの分光特性のようなものであって、その分光特性に関する情報が必要である。
【０００４】
他方、目標物の位置は、例えばスポットライト又は拡散放射の場合、高反射率を基に検出可能とする反射器、といったマーク（目標物の照明）によって検出可能でなければならない。これにより、例えば測量目的での測地区域において、例えばプリズム反射器やコーナー反射器やリフレクタ反射器等による反射点の位置は精密に測定できる。この目的のために、レーザー信号が目標照明として放射され、反射された放射線の来る方向が測定される。これにより例えば機械装置や建物上に反射器を設けることで、特定の測定点をマークすること、またはマーク可能にすることができるようになり、これら測定点を自動的に測定できるようになる。
【０００５】
測地用途においては、例えば（プリズムを配置した）反射器が置かれている方向を測定するために、レーザースポットによる調査が経緯儀と併用される。この目的で、レーザー信号が経緯儀により放射される。この信号が反射器に入射すると、レーザー光線は背面に反射され、該経緯儀が受光することができる。  同様の用途として、生産部門における発光マークや反射マークによるロボット自動誘導装置がある。
【０００６】
電磁信号の検出及び位置測定に関して、例えば日中の空の背景放射や、直射日光、部屋の屋内照明や工業的に利用される金属溶融物のような熱放射源といった妨害放射の存在が特に問題となっている。
【０００７】
上記妨害放射が被測定信号より強くなり、距離を測定するには不都合な場合がある。とりわけレーザーを信号源として使用する場合には、安全上の理由から、特に人間の目を保護するため、レーザーの出力は一定値を上回ることは許されない。
【０００８】
該妨害放射の影響は、従来技術では明暗差画像法によって除去されていた。このために、信号源（目標源又は目標照明）の電源を入れて一度測定し、該信号源の電源を切ってもう一度測定する。例えばレーザースポット又は反射するマークから戻ってきた放射による信号は、該二回の測定での差から抽出される。遠隔ロボットに応用するための制御された距離測定器を有する光源付きカメラシステムの形態で、上記に相当する装置が、米国特許５，６７３，０８２と５，６８４，５３１に開示されている。該カメラシステムによって、レーザーのスイッチを入れた画像と切った画像が記録される。画素単位で比較され、一致した画素が画像から除去されることで、レーザースポットのみを含んだ微分画像が得られる。
【０００９】
米国特許５，９０１，２３６には、画像処理による位置測定方法及び装置が記載されている。ここにおいて、被測定物は例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）といった発光源を備え、一定期間ごとに電源がオン・オフされる。発光源の発光周期の４分の１の露光時間で４枚の連続した画像が記録され、該４枚の画像のうち第１と第３、第２と第４それぞれの微分画像が生成される。最大の明るさを持った微分画像が位置測定に用いられる。この手順は、２枚の微分画像のうち少なくとも１枚を使うことによって、電源のオンとオフ状態の差を確実に取ることを意図している。
【００１０】
５０メートル以上離れた距離で正確に位置を測定するために、公知の方法では検出のために複数のセンサーを配置（アレイ状）して使用することが必要である。上記センサーアレイの例としては、ＣＣＤやＣＭＯＳカメラセンサーやＣＭＯＳ又はＣＣＤをベースにしたラインセンサーといった大面積センサーを用いたものが挙げられる。評価対象となる３次元領域（視野）の画像は、該センサアレイ上の光学システムによって生成され、該センサアレイによって信号に変換される。
【００１１】
例えばレーザースポットの輝点のように視野内で検出すべき信号が存在すると、該信号は画像内に登録される。例えば位置検出素子（ＰＳＤ）（センサー表面に入射した光線の中心位置を測定するため、複数のダイオードの配列からなる大面積素子）のような個別のセンサーを使う場合と反対に、複数のセンサアレイを用いた場合は、場合によっては周辺すべてからの、妨害放射を、該アレイの多数の分割されたセンサ（画素）に入射させる。この妨害放射の分配により妨害信号が小さくなり、信号／雑音比が向上する。これにより信号検出の確実性が向上し、位置検出の分解能を高めることができる。  更に、個別のセンサーを使う場合には、強度の妨害放射によって入力信号がセンサーの許容レベルを超えてしまい、測定できなくなる。例えば、太陽を画像として記録しようとすると、センサーはたちまち過飽和状態となる。
【００１２】
しかし、センサーアレイによる位置分解能の向上は、単体のセンサーによる場合と比較して測定時間が長くなるという欠点で相殺される。この測定時間の長時間化は、測定に使用するセンサアレイの画素数が非常に多いことによる。
【００１３】
一定の視野範囲のままで位置精度を１０秒以下程度の角度範囲まで確保するという条件を与えると、該センサーアレイのセンサー画素数の必要最小数を得ることができる。いくつかの例では、この目的に適した低〜中画素数の規模のセンサーアレイで１秒間に２００枚以下の画像を読み出すことができる。
【００１４】
明暗差画像法を用いた場合、この比較的長い測定時間は、測定環境の変化の速さによっては問題を引き起こす。
【００１５】
例えば、測定中の大気の乱れは、離れた場所にある物体の見かけ上の位置にかなりの影響を及ぼす。さらに、より広い範囲を評価するためには測定中に測定位置を走査することが望ましい。これも画像の内容に迅速な変化をもたらすことになる。さらに、例えば走行中の自動車のように妨害物体が移動する場合、測定中に画像の内容が大きく変化することになる。
【００１６】
もし解析すべき信号以外の部分であっても、明視野像と暗視野像の内容がかなり変化しているなら、該信号は該２枚の画像の差から誤り無く取り出すことができない。この誤りを含む信号が結果的に該信号の方向及び位置の測定に誤差をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従って、本発明の目的は、評価対象となる視野内の電磁信号の検出性能と位置の測定性能を向上させる方法及び装置を提供することである。
【００１８】
また、強度の背景妨害放射や移動する背景妨害放射がある場合、又は視野が変化する場合においても、安全かつ信頼性のある信号の識別を確保することも本発明の目的である。
【００１９】
これらの目的は、請求項１から６記載の本発明の技術的特徴により達成される。より有利な実施例や、その他の実施例、そして該方法及び装置の改良は、本発明のサブクレームの技術的特徴から自明なものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、微分画像法における信号の抽出のために、同時に又は十分短い時間間隔で記録され、ポジ画像（Ｐ画像）とネガ画像（Ｎ画像）として表される２枚のそれぞれ異なるスペクトル範囲における画像を用いるという概念に基いている。ネガ画像（Ｎ画像）は、一般的にＰ画像から該信号を抽出するために必要な情報を含んでいる。従って、ネガ画像は該記録対象の鏡像である必要も、明暗特徴を反転したものである必要も無い。
【００２１】
画像記録時の波長の選択には、分光フィルタを用いることがとても望ましいが、例えば適当な半導体材料をセンサー材料として用いることで、直接的に選択でき、かつ応答性の高いものにすることができる。上記センサーの中には、特に、個々のセンサーが異なるスペクトル範囲ごとに分離して、同時に情報を提供することができるセンサーアレイが含まれる。更に、レーザースポット（目標のレーザー光）は、単に検出されるべき信号の例として記載する。
【００２２】
以下でＰ画像のことを指す第一画像は、特定の照準用レーザーの波長域を透過させる分光フィルタを用いて記録される。外部源からの背景放射は該フィルタにより減衰させられるが、概して完全に除去することはできない。  これは例えば太陽や白熱灯のように、とりわけ広帯域の熱放射源にあてはまるが、線スペクトルを持った迷走放射源で、照準用レーザーの波長近傍の線スペクトルを持つものにも当てはまる。
【００２３】
線スペクトルを持った妨害放射源の例としては、照明用のガス放電管や蛍光管、又は照準用レーザー以外のレーザー源の存在がある。
【００２４】
以下でＮ画像のことを指す第二画像において、レーザー光の波長は該画像から除外される。この目的に最適な分光フィルター特性を得るには、背景測定用に選ばれた各方法と連携した幾つかのやり方があり、以下に詳細に記述する。しかし、狭いスペクトル帯域のレーザー照射がＰ画像内でのみレーザースポット像を作るという原理、つまり、Ｐ画像撮影時に使うフィルターのみが該レーザー光成分を透過させるという原理がすべての場合に用いられる。明暗差画像の場合と同様に、Ｐ画像とＮ画像の差をとることで、レーザースポットを背景放射から識別することができる。
【００２５】
従来技術の明暗微分画像とは対照的に、該２画像はまさに同時に照明されており、データの読み出し速度に関しても、時間的な制約を受けない余裕があるので、迅速に変化する環境下においても分光微分画像の場合は問題が発生しない。
【００２６】
以下の記載では、一例として、説明を容易にするため同時に記録する画像は２画像としているが、該方法においてはより多くの画像を記録することも容易であり、例えば複数のＰ画像とＮ画像を同時に記録したり、十分に接近した時間内で記録することができる。
【００２７】
該センサーアレイは（例えば照準用レーザー信号に対して）より識別力を高めるため、強度分布を信号に変換するが、その信号を以下では画像と称する。センサーアレイのデザインに依存して、1次元画像（ラインセンサ）や多次元画像（例えばエリアセンサ）が記録されるので、画像の定義は２次元画像のみに限定されない。該方法は、例えばライン上に配置した検出器等の他のセンサー構成等にも一般的に用いられる。本例では、光点の位置は１次元アレイ上に円筒型レンズを用いて2次元画像を投影することで測定される。９０度回転した画像と組み合せることで、ライン配置であっても光点の座標を抽出することができる。
【００２８】
ここで「画像の記録」の定義には、該方法による画像利用前の画像処理も含むものとする。
【００２９】
該Ｐ画像はレーザー周波数をカバーする狭いスペクトル帯域範囲で記録される。以下でポジティブフィルタと称し用いられるバンドバスフィルタの幅は、レーザー放射の装置間ばらつきや温度ドリフトにより限定される。もし広帯域信号源の光点が検出された場合、信号の背景に対する比を可能な限り良好に導き出すことができるように、、該発光のスペクトル曲線に関する情報を可能な限り正確に知ることが要求される。
【００３０】
Ｎ画像の場合、以後ネガティブフィルタと称する分光フィルタによって、照準用レーザー放射は画像から除外されるので、背景部の信号強度又は画像の明るさは照準用レーザー放射が除かれた状態で測定される。測定された該画像の明度は（しばしばおよそ直線的であるが）測定された波長範囲に渡る分光強度分布の積分値と関係がある。この信号強度と画像明度との物理的関係は、以下本発明の方法の詳細な説明の中で、特にＰ画像内の背景像明度の導出又は計算時の前提条件となっている。測定範囲の分光強度がセンサー信号で近似できる場合、該像の明度は以下の本文中で強度という言葉に置き換えることができる。
【００３１】
Ｐ画像内の背景の明度と強度は、Ｎ画像内の明度測定値と、強度または強度分布から、それぞれ求めることができる。このため、種々の妨害放射の分光強度分布曲線が発生している問題に応じて計算の基準として用いられる。
【００３２】
妨害放射のこのようなスペクトルは、例えばプランク放射源やレーザー放射のような物理モデルを基礎として計算して求めることも、一定条件下で直接測定することで求めることもできる。同一条件下で測定を繰り返す場合、記録したスペクトルを用いることができ、任意に連続的に改変したり更新することもできる。
【００３３】
この方法で得られた背景放射の像明度は、Ｐ画像から背景を引き算する基礎ととすることができ、したがって背景妨害放射から目標信号を分離する基礎とすることができる。
【００３４】
従来技術とは対照的に、本発明による方法及び装置では、例えば急速に移動する物体やセンサーシステムの移動といった、視野内の内容が急激に変化する場合であっても、何の問題も生じない。
【００３５】
妨害の除去も、センサーアレイを用いることで低価格で実現できる。これらセンサーを用いると比較的低周波数での測定となるが、本方法による評価では問題とならない。このように、信頼性があり経済的なレーザースポット位置測定が高い分解能で可能となった。
【００３６】
本方法は、特にレーザースポット探査時の位置分解能を向上させるためにセンサーアレイが使用される場合において特長を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明による方法と装置は、図面中に示された実施例とともに、以下例を用いてより詳細に記載される。背景放射スペクトル除去のための基本モデルの選択によって、また使用するネガティブフィルタによって、またＰ画像の波長までＮ画像の信号強度を外挿する方法によって、例示されたものとは異なる様々な実施態様がある。
【００３８】
図１は、例えばビル上の被測定点をマーキングするためのレーザースポット３を含むＰ画像からの背景Ｃの導出を概略的に示す。この図には、とりわけフィルタの数やフィルタの設計に影響するような特定の用途に限定されない、全く概略的で一般的な情報として、本発明の基本概念が記載されている。これらの図は、他の図面の中でも例として示されている。
【００３９】
図１の上部には、信号として抽出すべきレーザー放射１と背景放射２それぞれの独立した分光曲線が示されている。レーザー放射１は線スペクトルであるのに対し、背景放射又は妨害放射２は、例えば太陽光線のように、この例では熱輻射やそれに近いような連続スペクトルである。しかし、背景放射も例えば平行距離測定のためのレーザー放射が起源でもよく、したがって信号と同様に線スペクトルでも構わない。Ａ、Ｂ、Ｃの各画像はそれぞれ同じ画像範囲を示しているが、スペクトル範囲や画像の明度又は強度が異なっている。
【００４０】
Ｐ画像ＡとＮ画像Ｂは、それぞれＦ１とＦ２の特性を有する分光フィルタで制限されることで、Ｐ画像Ａの波長範囲Ｐと、Ｎ画像Ｂの波長範囲Ｎ１の２波長域で、同時にあるいは少なくとも殆ど同時に記録される。波長範囲Ｐはレーザー放射が検出できるように選ばれる。しかし、レーザー放射１に加えて、Ｐ画像には波長範囲Ｐの中に存在するある比率の背景放射２が含まれる。該波長範囲Ｎ１は該波長範囲Ｐより短波長側にあっても長波長側にあっても良い。該Ｎ画像Ｂは、今回実質背景放射のみを含んでいるが、任意で、例えばＦ２に広い帯域のフィルタを用いたり、又はレーザー放射１の波長からの距離が短くなることで、ある比率のレーザー放射１を含むことがある。
【００４１】
Ｎ画像内で検出された背景放射２の部分から、フィルタＦ１で検出された部分での背景放射２の比率が、その分光曲線モデルをベースに導出又は計算される。この比率は画像Ｃに相当し、レーザースポット３を除くと、理想的にはＰ画像Ａと同じ画像内容をもつはずである。
【００４２】
図２に、画像Ａと画像Ｃを使ってレーザースポット３の位置を導出する概略が示されている。Ｎ画像から導出され、背景放射２のみを含む画像Ｃが、ある比率の背景放射２に加えてレーザースポット３を含んだＰ画像Ａから引かれている。その微分が、レーザースポット３のみを含む画像Ｄである。両画像で共通であるところの画像内容の輪郭を、点線で表している。
【００４３】
しかし、画像内容を単純に引き算することは、レーザースポット３を抽出するための一つの方法にすぎない。画像間の内容の差異は、例えば割り算の商を計算しても、例えば特別な画像領域を設けるような別の情報を用いても、専用の画像領域を設けたり、ニューロンネットワーク法を用いる等の他の手法を用いても定量化できる。
【００４４】
図３に、例としてＰ画像内の背景放射の比率を導出する２バンド隣接法により広帯域スペクトル妨害放射の影響を除去する概略を示す。この方法は、図１や図２に示された手順と原理的におよそ一致するものであるが、背景放射比の導出に特定の方法を用いる。
【００４５】
Ｐ画像用分光パンドパスフィルタと類似のものをＮ画像用に用いる。中央の波長がレーザー照射１の近傍になるよう選ばれるが、Ｎ画像の波長範囲Ｎ１は、Ｎ画像内でのレーザー信号の比率が小さいままとなるように、Ｐ画像の波長範囲Ｐから十分に離れていなければならない。Ｎ画像の波長範囲Ｎ１はＰ画像の波長範囲より短波長側でも長波長側でも選ぶことができる。
【００４６】
太陽光（およそ６０００Ｋ温度でのプランク放射源に相当）による妨害を除去する場合を例示する。図３ａに、使用したフィルタＦ１、Ｆ２の分光透過特性を、レーザー放射１（照準用レーザー）と背景放射２の分光強度分布と共に示す。
【００４７】
図３ｂに、  センサーシステム（例えば画素）の視野範囲における、Ｐ画像のスペクトル範囲におけるある比率のレーザー放射１（ピーク１ａ）とある比率の背景放射２を含む放射測定値４の分光強度分布を示す。
【００４８】
Ｎ画像の波長範囲Ｎ１において、妨害放射ＩSNの強度と略比例関係を有する像明度ＳSNが測定される。該像明度ＳSNは直線明度調整（パラメーターａ，ｂ）によってＰ画像ＳSP中の妨害放射によって生成される像明度の見積もり値に変換される。
【００４９】
【数１】
2004533627.tif 000003
【００５０】
ＳSPとＳSNの値を図３ｂに示す。パラメーターａ、ｂは十分な精度が得られるように近似を基に決められる。例えば、範囲内で直線特性を有する妨害放射２のスペクトル近似はこの方法で可能である。位置測定のためには、照準用レーザーによって生成される像明度ＳLが抽出される。この目的のため、Ｐ画像内で測定された像明度ＳPと計算値ＳSPの差を計算する。
【００５１】
【数２】
2004533627.tif 000004
【００５２】
本実施例では、Ｎ画像の像明度をＰ画像内の背景放射で生成される像明度へ変換する（Ｎ画像による明度調整）ために、比例係数ａとの乗算と切片ｂの加算による数値計算手法を用いている。この代わりに、アナログ像信号を増幅や減衰により一致させること（アナログ回路による明度調整）によっても、同等の効果が得られる。
【００５３】
どちらの方法においても、像明度の関数であるパラメーターａ、ｂが非線形であっても調整できる。例えば、妨害放射が狭帯域で高強度で発生している場合（例えば照準用レーザーに加えて別のレーザー源を用いた場合）や、センサーに飽和効果が発生している場合などは、非線形の明度調整が必要になる。
【００５４】
Ｎ画像の直線明度調整は、ポジティブフィルタとネガティブフィルタの透過率の選択の最適化によってもできる。これは、物理的な手法による明度調整に相当する。
【００５５】
一方で、Ｎ画像の明度調整時に、Ｐ画像とＮ画像間の分光エネルギー分布の変化が取り入れられる。他方で、その２波長におけるセンサーの感度差に注意を払わねばならない。もしこれら２つの効果を一緒にしても無視できる程度であるなら、明度補正は完全に省略できる。
【００５６】
この方法を用いる前提条件は、視野範囲において妨害放射の分光特性が大きく変化しないことであり、さもなければ正確な分光曲線をフィルタを用いた測定で算出することは困難である。妨害放射のスペクトル分布が比較的一様である例としては、発熱電球の発光のような単なる熱放射がある。更に、分光選択性のある反射器（電磁スペクトルの可視範囲における測定における色付き物体）がある場合、問題が生じる。かかる問題は、Ｐ画像とＮ画像のフィルタ特性を適切に選択することにより、影響を弱めることができる。（ともに赤外線範囲の波長窓が望ましい）
【００５７】
図４には、３バンド近接法により、スペクトルが変化したり、分光選択的に反射する事物を伴う妨害放射の影響を除去する場合の位置関係が示されている。
【００５８】
この方法は、特に照準用レーザーの波長が自由に選べなかったり、光源のスペクトル分布が場所の関数や時間に依存して大きく変化してしまうものである場合に用いられる。
【００５９】
第一実施例では、２枚のＮ画像が用いられる。両方のＮ画像に分光バンドパスフィルタが用いられる。図４ａには、２枚のＮ画像用ののフィルタ特性Ｆ３とＦ４と、前と同じＰ画像（すなわち、前の図と同じフィルタ特性を持つフィルタを用いて記録した像）が示されている。
【００６０】
２個のバンドパスフィルタの中心波長は、照準用レーザーのレーザー放射１の波長近傍になるよう選択される。第一のＮ画像（Ｎ１画像）はＰ画像より長波長側を記録し、第二のＮ画像（Ｎ２画像）は短波長側を記録する。
【００６１】
２個のバンドパスフィルタの中心波長は、照準用レーザーのレーザー放射１の比率がＮ１画像とＮ２画像の両方に大きく残らないように、Ｐ画像の波長範囲から十分に離れていなければならない。
【００６２】
図４ｂに、Ｐ画像のスペクトル範囲でのレーザー放射１（ピーク１ａ）の放射強度と、背景放射２の放射強度とを含んだ、センサシステム（例えば画素）の視野範囲内で記録した放射測定値４のスペクトル強度の概略を示す。
【００６３】
２枚のＮ画像の明度値はＳSN1、ＳSN2として測定される。ＳSがこれらから線形重ね合わせにより計算される。
【００６４】
【数３】
2004533627.tif 000005
そしてこれをＰ画像の妨害放射により生成された像明度ＳSPと同等としてよい。
2004533627.tif 000006
【００６５】
再度、Ｐ画像内の照準レーザー信号により生成される像明度ＳLが位置測定の基礎として抽出される。この目的のため、Ｐ画像内で測定された像明度ＳPと計算値ＳSPの差を計算する。
【００６６】
【数４】
2004533627.tif 000007
ここでＳSPの線形計算は非線形計算とすることもできる。その場合、局所像明度関数ａ1（Ｓ）、ａ2（Ｓ）、ｂ（Ｓ）が定数パラメーターａ1、ａ2、ｂに代わって用いられる。
【００６７】
それぞれの場合において、計算値ＳSの計算はセンサーの感度特性やフィルタＮ１、Ｎ２の透過率に適合させることができる。背景放射のスペクトル分布に関する追加情報も、ＳSの推定計算に取り込むことができる。本実施例では、ＳSの計算は数値計算によって実行される。
【００６８】
数値計算に代えて、ＳSはアナログ電気回路の信号増幅や減衰によっても測定できる。つまり、フィルタＮ１とＮ２の特性の適当なものを選択することにより、物理的な方法によってもＳSを推定することができる。
【００６９】
分光強度がどのように変化しても、２波長間の平均を用いる本方法によって背景放射成分は除去され、背景放射スペクトルが変化する場合や、顕著な分光反射を示す妨害物がある場合でも、算出することができる。
【００７０】
３バンド近接法では、ただ一つのＮ画像の記録によっても広帯域スペクトル妨害放射に対して使用できる。バンドパスフィルタの代わりに、２箇所のパスバンドを有するフィルタを用いる。図４ｃに、Ｎ画像と前と同じＰ画像とに対するＦ５ａとＦ５ｂの２箇所のフィルタ特性を有するフィルタの全体的な特性分布を示す。Ｎ１とＮ２の２波長範囲を有するフィルタが通過域として用いられている。これら２波長範囲Ｎ１、Ｎ２は、Ｐ画像の波長範囲Ｐよりそれぞれ短波長側と長波長側とに配されるよう選択せねばならず、かつＮ画像へのレーザー照射１の入力又はその波長範囲Ｎ１、Ｎ２は大きすぎてはいけない。
【００７１】
図４ｄに、レーザー放射１の放射（ピーク１ａ）と背景放射２の両方の放射強度を含むＰ画像のスペクトル範囲において、センサーシステム（例えば画素）の視野範囲を記録した放射測定データの分光強度分布の概略を示す。
【００７２】
Ｎ画像の分光フィルタは２つの透過波長帯域Ｎ１とＮ２を有する。Ｎ画像内の２つの強度（ＩSN1とＩSN2）がこれら２つの透過域に対応する。Ｎ画像の測定像明度値ＳSNは、これら２つの強度の線形重ね合わせから得る。
【００７３】
もしポジティブフィルタとネガティブフィルタの透過域範囲において妨害放射４のスペクトルが広帯域であれば、この範囲における妨害放射の分光強度分布ρ（λ）は、直線で近似することができる。
【００７４】
【数５】
2004533627.tif 000008
【００７５】
フィルタ特性Ｆ５ａとＦ５ｂを適切に選ぶことで、Ｎ画像の像明度値ＳSNとＰ画像内の妨害放射により生成される像明度ＳSPとの間で、ｋ1とｋ2から独立に比例関係を得ることができる。
【００７６】
【数６】
2004533627.tif 000009
【００７７】
位置測定のために、Ｐ画像内で生成された像明度ＳLが抽出される。このために、Ｐ画像内で測定された像明度ＳPと計算値ＳSPの差を計算する。
【００７８】
【数７】
2004533627.tif 000010
【００７９】
この計算も、パラメータｋ１とｋ２から独立に直線近似している。したがって、この方法によりスペクトルの変化が空間や時間の関数であるような妨害放射からも、目標信号を分離できることがわかる。評価対象範囲（ネガティブフィルタにおける透過範囲）において良好な直線近似が可能なスペクトルであることが、唯一の必須条件である。
【００８０】
この実施例においては、比例係数ａとの乗算に定数ｂを加算するという数値計算でＮ画像の明度値からＰ画像内の妨害放射により生成される像明度への変換（Ｎ画像内明度による調整）を実行した。その代わりに、アナログ画像信号の増幅や減衰（アナログ信号処理による明度調整）によっても、同等の効果を得ることができる。
【００８１】
どちらの場合も、分光強度分布が非線形な関係であっても、ａとｂを明度値の関数とすることによって該調整が可能である。非線形明度調整によって、Ｐ画像内の妨害放射により生じる像明度はより正確に計算できる。この方法は特に妨害放射が狭帯域であった場合や、センサーに飽和効果が発生した場合に用いられる。
【００８２】
２つのネガティブフィルタ間の相対的な最大透過率は、センサーの感度特性に合わせて調整する。図４ｃにおいて、赤外範囲の測定となる場合、センサーシステムの長波長側の感度が低いので、その影響を弱めるように２つの最大透過高さを選んでいる。背景照射のスペクトル分布に関する追加情報も、ネガティブフィルタの２つの最大透過率比の中に反映することができる。
【００８３】
この方法により２波長範囲の平均をとることで、分光強度の変化はすべて除去され、背景スペクトルが異なる場合や顕著な反射スペクトル特性を持つ妨害物がある場合でも計算をすることができる。
【００８４】
図５に、直線スペクトル特性を有する妨害放射の影響を除去する場合の位置関係を概略的に示す。
【００８５】
妨害放射と背景放射が直線特性の場合、Ｐ画像の背景強度により生じる像明度は、線スペクトル間に既知の強度関係がある場合、Ｎ画像の明度から算出できる。  線スペクトル特性を有する妨害放射の例は、工業用に広く用いられるガス放電ランプや蛍光管による照明などである。
【００８６】
図５ａに、前と同じポジティブフィルタ、即ち前図にあるものと同じ特性を有するフィルタと、分光フィルタ特性Ｆ６を有するネガティブフィルタを示す。
【００８７】
Ｆ６の透過帯域は、背景放射の線スペクトルの波長を含み、レーザー放射１のピークの外側になるよう選択される。  放射を検出する画像範囲は、背景放射（ライン５ａと５ｂ）とレーザー放射１の両方の強度を受け取ることに考慮する。
【００８８】
図５ｂに、この画像範囲で記録された照射の分光強度分布を示す。
【００８９】
Ｐ画像内の妨害放射による画像明度ＳSPは、前回同様にＮ画像における妨害放射又は背景放射の明度値ＳSNを線形変換する（パラメータａとｂによる線形明度調整）計算によって求められる。
【００９０】
【数８】
2004533627.tif 000011
【００９１】
この計算は、例えば異なる輝線放射の相対強度が既知であれば可能である。位置測定の基礎として、Ｐ画像内の照準用レーザーにより生じた画像明度ＳLを抽出する。このために、前回同様にＰ画像内で測定された像明度値ＳPと該計算値ＳSP間の差を計算する。
【００９２】
【数９】
2004533627.tif 000012
【００９３】
図３に示すように、Ｎ画像の明度調整は直線的に行われるが、非線形に行うこともできる。また、明度調整を数値計算でも、アナログ信号処理でも、物理的方法でも明度調整ができる。
【００９４】
明度調整時には、両波長範囲における両線スペクトルの強度の違いと、センサーシステムの感度の違いの両方を考慮に入れる。
【００９５】
図６に本発明のデバイスを具体化した例を示す。解析される対象であり、測定用レーザースポット３を有する画像範囲が電磁放射記録手段６によって感知され、ビームスプリッタ６ｃと上部フィルタ６ｄと６ｅをそれぞれ有する２個の検出器６ａと６ｂを通過する。検出器６ａと６ｂは多数の部品で構成されている。２個のフィルタ６ｄと６ｅは、異なる分光特性を有し、レーザースポット３を有するＰ画像３Ａを検出器６ａで記録し、レーザー放射を含まない分光範囲においてＮ画像Ｂを検出器６ｂで記録する。
【００９６】
どの場合も、少なくとも１画像を異なる分光記録特性を有する２つの独立した検出器で記録する。もし高速かつ連続的に記録特性を変更できるなら、１台の検出器のみを用いることもできる。スペクトルを選択的に制限して記録することは、例えばドラムやリボルバーホルダーを用いて、光線経路の検出器の前でバンドパスフィルタを挿入又は回転することで実現できる。
【００９７】
また、センサーアレイを異なる分光受光特性を有する個々のセンサーに分割することによっても、少なくとも２枚の分光範囲を選択した画像を記録することが可能である。
【００９８】
しかしすべての場合において、例えば上記検出器の材料を変更したり、物理的応答を制御することで、直接該検出器のスペクトル的応答挙動を変化させるようにすれば、スペクトル選択フィルタの使用はこのスペクトル選択できる検出器の使用に置き換えることができる。また、個々のセンサーが複数のスペクトル帯域で測定可能なものからなるセンサーアレイであれば、該センサーアレイで上記少なくとも２枚の選択的に分光した画像を記録することができる。
【００９９】
両画像Ａ、Ｂは信号と情報の処理手段まで伝播し、位置調整部７ａにより像の回転や平行移動により位置調整された後、そこで画像メモリ７ｂと７ｃに保存される。記録と同時又は記録と連続した画像処理段階で、互いの像同士の、或いはリファレンスに対する高精度の位置調整が行われる。記録時の画像位置調整と同様に、検出器同士も高精度に位置調整されている。上記処理の代替として、或いは追加処理として、後処理段階でディジタル信号処理により位置が調整される。
【０１００】
Ｐ画像Ａの背景放射に相当する画像Ｃは、論理演算部７ｄによってＮ画像Ｂから生成され、画像メモリ７ｅに保存される。背景放射強度は、例えばディジタルやアナログ信号処理又は、かなり前に記載した単なる物理的手法によって導出される。装置の設計によって、画像メモリの数は変更することができる。
【０１０１】
設計仕様によっては、複数のＰ画像ＡとＮ画像Ｂを記録し、そのペア毎に処理したり、例えばすべてのＰ画像とすべてのＮ画像を別々にそれぞれ重ね合わせて集計する等、まとめて処理することもできる。
【０１０２】
比較評価部７ｆによって、該画像メモリ７ｂと７ｅに保存された画像ＡとＣの画像内容が比較され、レーザースポット３の位置を示す画像Ｄが生成される。最も簡単な例では、同一位置で同一明度又は同一内容を有する画素同士が引き算で画像から完全に除去される場合であれは、２枚の画像の値の差を単に計算すればよい。もし同じ位置の画素の値が異なっているなら、正味の値が残り、更なる中間処理用画像データとなったり、更なる解析に用いたりできる。このように、画像の値を比較することで、例えば検出器ノイズの除去等の更なる画像処理段階へ進むことも可能である。
【０１０３】
複数のＮ画像を測定して、Ｐ画像内の妨害放射強度の比率を計算するために、図３から５に示す個別手法を用いることが可能である。これらの計算値から、個別測定を用いる場合より正確にＰ画像の妨害放射又は背景放射強度の総量を導出することができる。
【０１０４】
図１から５に示す画像や曲線や分光強度とフィルターのモデルプロファイルは、単に定性的理解のために用いられている。図面の灰色の箇所や引き算の対象となる差異は、定性的に結果として生じる効果を説明しており、定量的に正確な評価の基礎にはできない。
【０１０５】
減算法による照準用レーザーの信号抽出が、式２，４，７，９と図６の記載により理解されたが、これはＰ画像の画像情報と妨害放射強度を示すＮ画像から算出された結果の組み合せから派生する多様な可能性の中の一実施例にすぎない。
【０１０６】
上記組合わせの別の実施例として、抽出された画像の特徴の重量平均法（特徴抽出法）がある。ここでは、画像の特徴を複数の画像領域から抽出し、それぞれ重み付けした後、計算領域の妨害放射強度の計算値の逆数の平均をとる。
【０１０７】
図６に示す本発明の装置は、理解の助けになるよう模範的な装置を記載しており、多くの代替物の中から特定の設計物を現したに過ぎない。従って、例えば画像メモリ７ｂ、７ｃは数を減らしても増やしても良く、電磁放射を記録する装置に合わせることができる。特に、例えば異なる分光選択性を有する検出部により２枚やそれ以上の画像を連続的に、又は同時に記録するなど、一台の検出器のみを用いることも可能である。
【０１０８】
本方法、中でも特に背景の像明度の導出は、像全体即ち全画素を一緒にしたレベルでも、部分的な像を用いるレベルでも、さらに個々の画素レベルまで下がっても、どの場合も単独で実施できる。例えば、画像の中の個々のパーツに関する情報も追加して利用できる。
【０１０９】
もちろん、添付した図は多くの実施例の中の一つを示しており、当業者は例えば電磁放射の伝送を制限するための別の手段を用いたり、異なる特性を有する複数のフィルターを用いる等して、代替となる形式を実現できる。さらにまた、妨害放射の種類や特性に合致した種々の方法は、本発明に含まれるものと解する。記載された方法は、原則的にあらゆる形式の背景放射や妨害放射源の影響の除去に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の方法によりＰ画像とＮ画像から背景を導出するステップを示す概念図である。
【図２】本発明の方法によりＰ画像から背景を除去するための図１に続くステップを示す概念図である。
【図３】２バンド近接法によりスペクトル幅の広い妨害放射を除去するための本発明の方法における位置関係を示す概念図である。
【図４】３バンド近接法により時間又は位置の関数として様々なスペクトルや分光的に選択反射性を有する事物を有する背景妨害放射を除去するための本発明の方法における位置関係を示す概念図である。
【図５】妨害放射の線スペクトル特性の影響を除去するための本発明の方法における位置関係の概念図である。
【図６】本発明の方法を実行するための装置の概念的構造図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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