(57)【要約】【課題】海中や宇宙等の無人空間の状況を、見通しおよび色再現性良く再生表示することが可能な無人環境表示システムを提供する。【解決手段】三原色の各波長領域のレーザ光を無人空間に照射するレーザ照射装置２と、該レーザ照射装置２によりレーザ光を照射された前記無人空間の所定の領域を撮像し画像データを生成する撮像装置３と、該撮像装置３により生成された画像データを再生表示する画像表示装置５と、を備える。【選択図】図１
2012015638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三原色の各波長領域のレーザ光を無人空間に照射するレーザ照射装置と、
該レーザ照射装置によりレーザ光を照射された前記無人空間の所定の領域を撮像し画像データを生成する撮像装置と、
該撮像装置により生成された画像データを再生表示する画像表示装置と、
を備えることを特徴とする無人空間表示システム。
【請求項２】
前記撮像装置により生成された画像データを処理する画像処理装置を備え、前記画像表示装置は、該画像処理装置により処理された画像データを再生表示することを特徴とする請求項１に記載の無人空間表示システム。
【請求項３】
無人空間の空間情報を認識する空間情報認識装置を備え、前記画像処理装置は、前記空間情報認識装置により得られる空間情報と組合せて、前記撮像装置により生成された画像データを処理することを特徴とすることを請求項２に記載の無人空間表示システム。
【請求項４】
前記レーザ照射装置は、三原色の各波長領域のレーザ光を発光するレーザ光源と、該レーザ光源から発光される各レーザ光を平行光、集光または発散光とする光学手段と、を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載に無人空間表示システム。
【請求項５】
前記レーザ照射装置は、無人空間に対してレーザ光を走査する走査手段を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無人空間表示システム。
【請求項６】
前記画像表示装置は、画像データを所定の時間間隔で連続的に表示することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の無人空間表示システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の無人空間表示システムと、推進手段を備えたことを特徴とする移動体。
【請求項８】
操舵または操縦手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の移動体。
【請求項９】
前記推進手段および前記操舵または操縦手段を遠隔操作する遠隔操作手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
海中や宇宙等の無人空間の状況をリアルタイムに表示する無人空間表示システム、およびそれを備えた移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、赤外線領域の波長を有するレーザ光を、自動車前方の所定の立体角領域に放射し、この領域をカメラで撮影し、この画像をフロントガラス等に表示することにより、暗闇、悪天候、霧等の際に車内から見える視界を改善することで、安全運転を支援するシステムが提案されている。ここで、赤外線領域の波長のレーザ光を放射するようにしているのは、道路使用者の目の安全を確保するためである。一般に、レーザ光はその高いコヒーレンスによりエネルギー密度が高く、目に入ると非常に危険だが、赤外線領域のレーザ光であれば、紫外線や可視光領域より１００倍以上目に対する安全性が高いと言われている。このため、上記のような運転者支援システムが実用化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３４５０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のシステムで使用されるレーザ光は赤外線領域の光であるため、赤外線領域の光は水に吸収されやすく、豪雨や濃霧など極めて見通しの悪い天候の下では、雨や霧に遮られた視界の先までレーザ光が十分に行き届かず、視界の改善にあまり効果が期待できない問題がある。また、赤外線領域のレーザ光を照射された物体からの反射光をカメラで撮影して得られる画像はモノクロ画像となるため、対象物の色情報が失われた不鮮明な画像となってしまうことが避けられない。また、人間の目では視認できない（可視領域でない）赤外線を用いているため、いかなる範囲に光が投射されているのかが分かりづらく、従って、対象物が映し出されている範囲も認識しづらく、実際の間隔とは異なった映像となってしまう。
【０００５】
このため、赤外線レーザを用いた特許文献１のようなシステムは、色復元性および見通しの良さが高いレベルで要求される目的（例えば、深海探査、宇宙探索等）には不向きであった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、海中や宇宙等の無人空間の状況を、見通しおよび色再現性良く再生表示することが可能な無人環境表示システム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】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の無人空間表示システムは、三原色の各波長領域のレーザ光を無人空間に照射するレーザ照射装置と、該レーザ照射装置によりレーザ光を照射された前記無人空間の所定の領域を撮像し画像データを生成する撮像装置と、該撮像装置により生成された画像データを再生表示する画像表示装置と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
この構成によると、レーザ照射装置より、三原色の各波長領域のレーザ光を無人空間に照射される。レーザ光は直進性が強いため、障害物がなければ数百メートル先まで到達する。よって、撮像装置により、無人空間の所定の領域を、数百メートル先まで見通しの効いた状態で、フルカラーで撮像し、画像表示装置により再生表示することができる。従って、無人空間の状況を、見通しおよび色再現性良く再生表示することが可能となる。
【０００９】
また本発明は、上記構成の無人空間表示システムにおいて、前記撮像装置により生成された画像データを処理する画像処理装置を備え、前記画像表示装置は、該画像処理装置により処理された画像データを再生表示することを特徴としている。
【００１０】
この構成によると、画像データが所定のアルゴリズムに従って処理されて再生表示されるため、例えば、無人空間の一部を拡大表示したり、明るさを補ったり色を増減して無人空間をリアルに表示することが可能となる。
【００１１】
また本発明は、上記構成の無人空間表示システムにおいて、無人空間の空間情報を認識する空間情報認識装置を備え、前記画像処理装置は、前記空間情報認識装置により得られる空間情報と組合せて、前記撮像装置により生成された画像データを処理することを特徴としている。この構成によると、空間情報を認識して画像処理を行うので、昼夜、天候（霧、雨等）によらず均一な画像データを得ることが可能となる。
【００１２】
また本発明は、上記構成の無人空間表示システムにおいて、前記レーザ照射装置は、三原色の各波長領域のレーザ光を発光するレーザ光源と、該レーザ光源から発光される各レーザ光を平行光、集光または発散光とする光学手段と、を含むことを特徴としている。また、三原色それぞれの波長領域のレーザ光源について光学手段を別々に分けて設けることにより、色収差の問題がなくなり、単純な光学系で平行光、集光または発散光を作り出すことができる。
【００１３】
また本発明は、上記構成の無人空間表示システムにおいて、前記レーザ照射装置は、無人空間に対してレーザ光を走査する走査手段を含むことを特徴としている。この構成によると、無人空間の仮想のスクリーンに向けてレーザ光を走査するように照射することが可能となり、撮像装置により撮像される無人空間の領域全体を均一に照らすことが可能となる。
【００１４】
また本発明は、前記画像表示装置は、画像データを所定の時間間隔で連続的に再生表示することを特徴としている。この構成によると、無人空間の状況が動画として表示されるため、刻一刻と変化する状況をリアルタイムに把握することができる。
【００１５】
また本発明の移動体は、上記構成の無人空間表示システムと、推進手段と、を備えたことを特徴としている。この構成によると、推進手段により場所を移動しながら無人空間の状況を把握することができる。このような移動体の例としては、船底から海底に向けてレーザ光を照射する無人空間表示システムを搭載した船舶が挙げられる。これによれば、魚群探知、海底探査等が可能となる。また、進行方向にレーザ光を照射する無人空間表示システムを搭載した列車が挙げられる。これによれば、列車内において数百メートル先の踏切の安全確認等が可能となる。
【００１６】
また本発明の移動体は、上記構成の移動体であって、操舵または操縦手段を備えたことを特徴とする。このような移動体の例としては、進行方向にレーザ光を照射する無人空間表示システムを搭載した潜水艇や宇宙船が挙げられる。これによれば、無人空間表示システムにより表示された無人空間の状況を見ながら移動体を操舵または操縦して移動することができる。また、深海や宇宙の有人探査が可能となる。
【００１７】
また本発明の移動体は、上記構成の移動体であって、前記推進手段および前記操舵または操縦手段を遠隔操作する遠隔操作手段を備えたことを特徴としている。これによれば、無人空間表示システムにより表示された無人空間の状況を見ながら移動体を遠隔操舵または遠隔操縦して移動することができる。また、深海や宇宙の無人探査が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、海中や宇宙等の無人空間の状況を、見通しおよび色再現性良く再生表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態の無人空間表示システムの概略構成を示すブロック図
【図２】上記無人空間表示システムに用いられるレーザ照射装置の一例の概略構成を示す図
【図３】本発明の第２実施形態の無人空間表示システムの概略構成を示すブロック図
【図４】本発明の無人空間表示システムを備えた移動体の例として、潜水艦を示す模式的斜視図
【図５】上記潜水艇の操縦席を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態の無人空間表示システムを示す斜視図である。
【００２１】
ここで、本発明で「無人空間」とは、通常では人が居ないと考えられ、かつ光が透過できる空間を意味する。狭義の「無人空間」の具体例としては、海、河川、池、湖、プール、宇宙等の空間が挙げられる。なお、地上であっても、軌道敷内の一般人の進入が法令で禁止されている区域、また、砂漠、山岳、火口等の人の生活圏ではない地域は広義の「無人空間」に含まれる。また、屋内であっても、夜間のオフィスビル等、そこで生活する人が居なくなる時間帯における建物の中も「無人空間」に含まれる。
【００２２】
＜第１の実施形態＞
＜無人空間表示システムの全体概略構成＞
図１は、第１の実施形態の無人空間表示システムの概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の無人空間表示システム１は、三原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各波長領域のレーザ光を無人空間に照射するレーザ照射装置２と、該レーザ照射装置２によりレーザ光を照射された前記無人空間の所定の領域を撮像し、画像データを生成する撮像装置３と、該撮像装置３により生成された画像データを処理する画像処理装置４と、該画像処理装置４により処理された画像データを再生表示する画像表示装置５と、を備えている。
【００２３】
＜レーザ照射装置＞
図２は、無人空間表示システムに用いられるレーザ照射装置の一例の概略構成を示す図である。レーザ照射装置２は、三原色の各波長領域のレーザ光を発光するレーザ光源２１と、該レーザ光源から発光される各レーザ光を平行光とする光学手段２２と、から構成されている。
【００２４】
本発明では無人空間をフルカラーで撮像するため、赤、緑、青の三原色の各波長領域のレーザ光を無人空間に照射するようにしている。このため、レーザ光源２１には、図２に示すように、赤色のレーザ光源２１１，緑色のレーザ光源２１２，青色のレーザ光源２１３の三種のレーザ光源を用いている。図２では、各レーザ光源が１つずつ設けられた場合を示すが、各光源の数は、レーザ照射範囲やレーザ出力によって変更され、２つ以上設けても良い。なお、各光源を複数用いる場合は、色ごとに視感度が異なるので、三原色のすべての光源を同数に設定するする必要はない。
【００２５】
ここで、赤色のレーザ光源２１１としては、波長６３０ｎｍで発振するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を好適に用いることができる。また、緑色のレーザ光源２１２としては、ＤＰＳＳ・ＳＨＧ（Diode - Pumped - Solid - State・Second - Harmonic - Generation）レーザを好適に用いることができる。ＤＰＳＳ・ＳＨＧレーザは、波長８０８ｎｍで発信するＧａＡｓ系半導体レーザ素子を用いて、Ｙｄ：ＹＶＯ4などのレーザホスト結晶を励起し、一旦１０４６ｎｍの赤外線レーザ光を得て、その後、ＫＴＰなどの周波数逓倍結晶を通すことで半波長化させて緑色（波長５３２ｎｍ）レーザ光を得るものである。また、青色のレーザ光源２１３としては、波長４０５ｎｍで発振するＧａＮ系半導体レーザを好適に用いることができる。
【００２６】
光学手段２２は、レーザ光源からの各レーザ光を調光する機能を有し、本実施形態では、各半導体レーザ光源２１１，２１２，２１３のそれぞれに対応して各レーザ光の光軸方向（進行方向）に個別に光学系（２２１、２２２、２２３）をアラインメントしている。各光学系は、コンデンサ２２１ａ，２２２ａ，２２３ａと、凹面鏡２２１ｂ，２２２ｂ，２２３ｂと、反射鏡２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃとから構成されている。
【００２７】
コンデンサ２２１ａ，２２２ａ，２２３ａは、各半導体レーザ光源２２１，２２２，２２３の発光部から発振される各レーザ光を集光し、所定に場所に導光するものである。コンデンサとしては、図２に示すようなレンズの単体のみならず、コリメートレンズ、アパーチャとの組合せることも可能である。また、コンデンサはレンズに限らず、光ファイバや導光板等の導光手段を用いることも可能である。コンデンサによるレーザ光の導光位置は、各反射鏡２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃの内側である。従って、反射鏡の外側から内側へレーザ光を通すために。各反射鏡２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃには頂点に、透光孔が開口されている。各凹面鏡２２１ｂ，２２２ｂ，２２３ｂは、各コンデンサ２２１ａ，２２２ａ，２２３ａによって導光された各レーザ光を、各反射鏡２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃの反射面に向けて反射するものである。各反射鏡２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃの反射面により各レーザ光は反射され、平行光となって特定の方向に出射される。これによって、無人空間に向けて三原色の波長領域のレーザ光を照射することか可能である。
【００２８】
上記の光学手段の例では、平行光を作り出す光学系を説明したが、集光または発散光を作り出す光学系を用いることも可能である。また、無人空間に平行光を直接出射する場合を説明したが、レーザ照射装置に無人空間に対してレーザ光を走査する手段を設けても良い。こうすると、無人空間の仮想のスクリーンに向けてレーザ光を走査するように照射することが可能となり、撮像装置により撮像される無人空間の領域全体を均一に照らすことが可能となる。
【００２９】
このように三原色それぞれの波長領域のレーザ光源について光学手段を別々に分けて設けることにより、色収差の問題がなくなり、単純な光学系で平行光、集光または発散光のレーザ光を作り出すことができる。
【００３０】
＜撮像装置＞
撮像装置３としては、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の公知の固体撮像素子を利用することができる。ＣＣＤイメージセンサは、ＣＭＯＳに比べて高価であるが、低照度での安定性やＳ／Ｎ比が良いため深海探査等の目的に適している。いずれにしても、カラーフィルタを備えたイメージセンサを用いることにより、フルカラーで無人空間の所定の領域を撮像することが可能となる。なお、撮像装置３を左右の目に対応して１対設けて、３Ｄ画像として表示するシステムを構築することにより、立体感や奥行きのあるリアルな無人空間の状況の再生表示が可能となる。
【００３１】
＜画像処理装置＞
画像処理装置４は、所定のアルゴリズムに従って撮像装置３によって生成された画像データを処理するものであり、マイコン等で構成することができる。この場合、マイコンをＬＳＩに組み込み上記撮像装置３と一体にチップ化すれば小型化が可能である。
【００３２】
無人空間表示システムで有用な画像処理のアルゴリズムとしては、明るさ調整、増減色、拡大等が考えられる。例えば、水中では、深度が増すごとに光は水に吸収され、明るさは水深４．５ｍで陸上の１／４、水深１５ｍで陸上の１／８になってしまう。従って、水深に応じて明るさを調整するアルゴリズムが有効である。また、水は太陽の光は７色のそれぞれ波長の異なるスペクトルから成り立っている。水はこれらのスペクトルを選択的に吸収する。水深が増すごとに波長の長い赤から吸収され、順に橙、黄、緑、青緑、そして青は最後まで残り紫が先に吸収される（フィルター効果）。色は吸収されるとその物体は黒ずんで見えてしまう。また、水による吸光量は、光の波長と光源からの距離に依存し、各波長の単位距離当たりの吸光量は水の性質（淡水、海水等）によって決まっている。従って、水深や光源からの距離に応じて色を増減させるアルゴリズムが有効である。さらに、三原色の各波長領域における真水や海水の吸光度に基づいて、吸光度の高い色（吸光度の低い色と補色の関係にある色）を強めたり、吸光度の低い色を弱めたりするアルゴリズムを適用することにより、水中であっても空気中で無人空間を見ているかのように表示することも可能となる。また、拡大処理では、無人空間の一部を拡大して見ることができるため、無人空間の探査や調査の目的に有用である。
【００３３】
＜画像表示装置＞
画像表示装置５は、液晶ディスプレイやプロジェクタ等の公知の画像表示システムを採用することができる。画像表示装置５により、画像データを視覚的に表示することができ、これによって無人空間の状況を認識することができる。なお、画像表示装置５は、画像データを所定の時間間隔で連続的に再生表示するようにしても良く、この場合は、無人空間の状況が動画として表示されるため、刻一刻と変化する状況をリアルタイムに把握することができる。また、３Ｄ画像として表示しても良く、奥行きや立体感のある臨場感のある画像として表示することが可能である。
【００３４】
＜第１の実施形態の効果＞
上記のように構成された無人空間表示システム１によると、レーザ照射装置２より、三原色の各波長領域のレーザ光が無人空間に照射される。レーザ光は直進性が強いため、障害物がなければ数百メートル先まで到達する。よって、撮像装置３により、無人空間の所定の領域を、数百メートル先まで見通しの効いた状態で、フルカラーで撮像し、画像表示装置５により再生表示することができる。従って、無人空間の状況を、見通しおよび色再現性良く再生表示することが可能となる。また、画像処理装置４により、画像データが所定のアルゴリズムに従って処理されるため、例えば、無人空間の一部を拡大表示したり、明るさを補ったり色を増減して無人空間をリアルに表示することが可能となる。
【００３５】
＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態の無人空間表示システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態において、上記第１の実施形態で説明した無人空間表示システムと同一の部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
本実施形態の無人空間表示システム１は、図３に示すように、第１の実施形態の無人空間表示システム１（図１参照）に、空間情報認識装置７を追加で備える。空間情報認識装置７としては、例えば、レーダー（Radio Detection and Ranging）、ライダー（Light Detection and Ranging）等の公知の無線探知測距システムを用いることができる。レーダーを用いた場合は、空中に漂う雨粒や雪片との距離に加えて反射波の強度からそれらの密度を検知することで、その地点での雨量や雪量に関する空間情報を得ることが可能である。また、ライダーを用いた場合は、レーダーよりも短い波長の電磁波を用いることから、その地点での霧等に関する空間情報を得ることが可能となる。また、撮像される対象物までの距離を空間情報認識装置７により測定し、予め分かっている空気、真水、海水等の媒体毎の波長毎の単位距離当たりの光の吸収率からレーザ照射装置２から照射されて対象物により反射されて撮像装置３に戻ってくるまでの光の吸収量を求めることにより、吸収された対象物の色を再現することも可能である。
【００３７】
＜第２の実施形態に特有の効果＞
特に、本実施形態の無人空間表示システム１によると、画像処理装置４に、決まったアルゴリズムによって画像処理を行うだけでなく、上記のような空間情報認識装置によって得られる空間情報と組合せ、リアルタイムに画像処理を行う機能を持たせることにより、昼夜、天候（霧、雨等）によらず均一な画像データを得ることが可能となる。
【００３８】
＜無人空間表示システムの利用例＞
図４は、上記のように構成される本発明の無人空間表示システムを備えた移動体の例として、潜水艦を示す模式的斜視図である。図５は、その潜水艇の操縦席を示す模式図である。潜水艇１０は、無人空間表示システムの他に、推進手段１１（図４参照）と、操舵または操縦手段１２（図５参照）と、を備えている。図４に示すように、無人空間表示システムのレーザ照射装置２（三原色のレーザ光源と光学手段から構成される）が潜水艇１０と撮像装置３が先頭部に配置されており、潜水艇１０の進行方向に三原色のレーザ光を照射し、その反射光を撮像することができる。
【００３９】
図５に示すように、表示装置５のモニター画面が運転席の前に設置されており、モニターに表示される無人空間の画像を見ながら操舵または操縦手段を操作して移動することができる。また、深海の有人探査が可能となる。なお、宇宙船に同様の無人空間表示システムを搭載すれば、宇宙の有人探査が可能となる。
【００４０】
なお、推進手段１１および操舵または操縦手段１２を遠隔操作する遠隔操作手段（不図示）を備えても良い。これによれば、無人空間表示システムにより表示された無人空間の状況を見ながら移動体を遠隔操舵または遠隔操縦して移動することができる。また、深海や宇宙の無人探査が可能となる。
【００４１】
その他の無人空間表示システムの利用例として、船底から海底に向けてレーザ光を照射する無人空間表示システムを搭載した船舶が挙げられる。これによれば、魚群探知、海底探査等が可能となる。また、対象物の色まで見分けられるので、魚の種類等を認知することも可能となる。また、進行方向にレーザ光を照射する無人空間表示システムを搭載した列車が挙げられる。これによれば、列車内において数百メートル先の踏切の安全確認等が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の無人空間表示システムは、海中、宇宙等の無人空間の調査、探査に利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  無人空間表示システム、２  レーザ照射装置、３  撮像装置、４  画像処理装置、５  表示装置、６  空間情報認識装置
【図１】
2012015638.tif 000003
【図２】
2012015638.tif 000004
【図３】
2012015638.tif 000005
【図４】
2012015638.tif 000006
【図５】
2012015638.tif 000007