(57)【要約】【課題】  レーザ発振部と受信部を備えた飛しょう体において、目標と背景を高精度で分離するとともに遮蔽物の陰に隠れた目標を検出し、背景への誤追尾を防止し、目標に対して精密に誘導することのできる誘導装置を得る。【解決手段】  目標を含む走査範囲にレーザ光を照射する。反射光を検出し、反射光の受信強度と受信までの遅延時間を用いて走査範囲の強度画像と３次元画像を生成する。得られた３次元画像から走査範囲の各位置における高度値の標準偏差を計算し、平面領域と非平面領域とを判定する。非判定領域に対して強度画像と３次元画像を組み合わせた目標認識処理を行って目標と背景を分離することにより、目標の認識確率を向上させる。また、背景領域の中の平面領域を基準として目標までの距離に応じたゲート時間を設定し、ゲート時間の間に受光した反射光に基づき、遮蔽物の陰に隠れた目標を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標に向けてレーザ光を照射し、前記目標と前記目標の背景領域で反射された反射光に基づき目標を認識し、当該目標に向けて飛しょう体を誘導するレーザ誘導装置であって、
前記背景領域の中の平面領域を基準として目標までの距離に応じたゲート時間を設定し、前記ゲート時間の間に受光した反射光に基づき前記目標を認識することを特徴とするレーザ誘導装置。
【請求項２】
前記平面領域までの距離に相当するレーザ光の往復時間を前記ゲート時間の上限値とし、前記平面領域に目標の高さを加算した目標高さまでの距離に相当するレーザ光の往復時間を前記ゲート時間の下限値として、前記ゲート時間を設定することを特徴とする請求項１記載のレーザ誘導装置。
【請求項３】
前記背景領域の所定の範囲内における高さの標準偏差と予め定めた値との比較に基づき、前記所定の範囲が平面領域であるか否かを判断することを特徴とする請求項２記載のレーザ誘導装置。
【請求項４】
前記所定の範囲は、レーザ光を走査して得られた画素の任意の画素を中心としたＮ×Ｍ画素からなることを特徴とする請求項３記載のレーザ誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛しょう体に搭載する誘導装置に関するものである。特に、目標の検出にレーザ光を利用する誘導装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
飛しょう体に搭載する誘導装置としては、例えば誘導装置内あるいは外部装置のレーザ照射装置から目標にレーザ光を照射し、目標からの反射レーザ光を誘導装置内のレーザ検知器によって検出することによって目標の方向を求めるものがあり、特に検出においては所望のターゲットまでの距離に応じて特定の時間帯にゲート時間を設定し、設定されたゲート時間の範囲内において距離検出を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７６２４８号（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
飛しょう体を目標へと誘導する誘導装置においては、複雑背景下に存在する目標に対処するために、目標と目標以外の背景を高精度で分離し、飛しょう体を目標に対して精密に誘導することが望まれる。
目標と目標以外の背景を高精度で分離するためには、レーザ光を用いて目標を含む領域を３次元計測して得られる高度情報を使用した目標認識処理を行うとともに、所望のターゲットまでの距離に応じたゲート時間を設定し、目標の手前にある樹木等からの反射光を検出しないようにすることが有効である。
しかしながら、所望のターゲットまでの距離が不明な場合で距離に関する先見情報が無い場合には、樹木等の遮蔽物とその陰に隠れた目標を分離・検出するような狭いゲート時間を設定できない可能性があった。
【０００５】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、レーザ光を利用し、目標と背景を高精度で分離、追尾維持しつつ誘導することのできる誘導装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るレーザ誘導装置は、目標に向けてレーザ光を照射し、前記目標と前記目標の背景領域で反射された反射光に基づき目標を認識し、当該目標に向けて飛しょう体を誘導するレーザ誘導装置であって、前記背景領域の中の平面領域を基準として目標までの距離に応じたゲート時間を設定し、前記ゲート時間の間に受光した反射光に基づき前記目標を認識する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係るレーザ誘導装置によれば、目標と樹木等の背景が近接しており、目標と背景が混在している場合であっても、目標を正しく認識して、飛しょう体を目標に向けて正しく誘導することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例である誘導装置の構成を示すブロック図である。
【図２】画像生成のための走査範囲及び走査方法を示す図である。
【図３】画像生成部、目標認識部及び追尾処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】実施例の動作を説明するフローチャートである。
【図５】平面判定処理のための高度標準偏差計算範囲及び平面判定処理例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、実施の形態１に係るレーザ誘導装置について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１を示す図である。レーザ誘導装置１０は飛しょう体１に搭載されている。レーザ誘導装置１０は、飛しょう体が対処する目標２に向けて走査範囲３の範囲内でレーザ光を照射し、走査範囲３内の目標２と背景４で反射されたその反射光を受光する。また、レーザ誘導装置１０は、図示していないが、飛しょう体１の位置や姿勢角等の情報を取り込む手段としてＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）及びＩＮＳ（Ｉｎｔｅｒｔｉａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ：慣性航法装置）を備える。
なお、誘導装置１０以外の飛しょう体１に搭載されている機器についてはここでは記載を省略する。
【００１０】
誘導装置１０は、レーザ光を発振するレーザ発振部１０３、レーザ光を走査範囲３に対して照射する送信系光学部１０１、走査範囲３からの反射レーザ光を受光する受信系光学部１０２、送信系光学部１０１及び受信系光学部１０２を駆動してレーザ光を走査する光学系駆動部１０８、反射レーザ光を受信系光学部１０２を通して検出する受信部１０４、受信部で検出した信号から走査範囲３の強度画像及び３次元画像を生成する画像生成部１０５、画像生成部で生成した強度画像及び３次元画像から目標を認識する目標認識部１０６、目標認識部で認識した目標を追尾し誘導信号を算出する追尾処理部１０７を備える。
【００１１】
図２は目標の画像を生成するためのレーザ光の走査方法及び走査範囲を示す図である。飛しょう体１の送信系光学部１０１から走査範囲３に対してレーザ光を照射し、その反射光を受光し検出した信号に基づいて走査範囲３における画像を生成する。
走査範囲３の画像を生成するために、光学系駆動部１０８によって送信系光学部１０１及び受信系光学部１０２をアジマス及びエレベーション方向に駆動し、走査範囲３全体にレーザ光を照射してＮ×Ｍ画素分の反射レーザ光を受光する。
【００１２】
図３は、画像処理部１０５と目標認識部１０６と追尾処理部１０７の構成の一例を示した図である。
画像処理部１０５は、ピーク検出部１０９、測距部１１０、強度画像生成部１１１、３次元画像生成部１１２から構成される。画像処理部１０５は、強度画像と３次元画像を目標認識部１０６に出力する。
目標認識部１０６は、３次元画像から平面部を判定処理する平面判定処理部１１３、ゲート時間算出部１１４、認識処理部１１５から構成され、認識処理部１１５の認識結果を追尾処理部１０７に出力する。
また、追尾処理部１０７は、距離演算部１１６と、画像再生部１１７と、追尾処理部１１８から構成され、飛しょう体１を目標に向けて誘導する誘導信号を出力する。
【００１３】
次に、動作について説明する。図４は、本実施例の動作を説明するフローチャートである。
（１）  レーザ発振部１０３から出力されたレーザ光は、送信系光学部１０１を経由し、目標２を含む所定の範囲に対し照射される。レーザ光の照射範囲は送信系光学部の構成によって決定される（ステップＳ００１）。
（２）  単一あるいは複数の検出素子を備えた受信部１０４は、Ｓ００１で照射したレーザ光の目標２あるいは背景４からの反射レーザ光を受信系光学部１０２を経由して受光する。受信部１０４は受光した受信信号を画像生成部１０５へ出力する（ステップＳ００２）。
なお、検出においては、  あらかじめ設定したゲート時間あるいはＳ００８において設定するゲート時間を用いて、ゲート時間の範囲内の信号のみを検出の対象とする。
（３）  レーザ光を走査する走査範囲３のうち、まだレーザ光を照射していない範囲が残っていればＳ００４へ進む。走査範囲３の全体に対してレーザ光を照射し、図２に示す走査範囲３をＮ×Ｍ画素に分割した各画素からの反射レーザ光の検出が完了していればＳ００５へ進む（ステップＳ００３）。
（４）  送信系光学部１０１及び受信系光学部１０２を光学系駆動部１０８により駆動することにより、レーザ光を照射及び受光する範囲を変化させ、走査を実施する（ステップＳ００４）。
（５）  画像生成部１０５は、受信部１０４から入力された受信信号を用いて、走査範囲３の強度画像及び３次元画像を生成する（ステップＳ００５）。
図３で示したブロック図において、ピーク検出部１０９は走査範囲３の各画素（図２参照）に対応する受信信号について、それぞれの受信信号強度のピーク値を検出する。受信信号強度のピーク値に基づいて、強度画像生成部１１１は走査範囲３の強度画像を生成する。
また、測距部１１０はレーザ光の送信から反射レーザ光のピーク検出までの経過時間を用いて飛しょう体から各画素までの距離を算出する。３次元画像生成部１１２はその距離の情報に基づいて走査範囲３の３次元画像を生成する。
【００１４】
（６）次に、３次元画像生成部１１２で生成した３次元画像を用いて、平面判定処理部１１３は、走査範囲３のうち平面と判定される領域と非平面と判定される領域とを分離する。
図５は、平面判定処理部１１３が平面であるか否かの判定処理のための高度標準偏差計算範囲及び平面判定処理例を示した図である。
平面判定処理部１１３は、Ｎ×Ｍ画素からなる走査範囲３のうち任意の画素を中心としたｎ×ｍ画素の高度標準偏差計算範囲５について、ｎ×ｍ個の各画素の高度の標準偏差を計算する。
中心となる画素の位置を走査範囲３の全範囲で移動させ、走査範囲３の各画素について、それを中心とした高度標準偏差１１８を計算する。
計算された高度標準偏差１１８が事前に設定した平面判定閾値を超えない画素は平面領域と判定する。また、高度標準偏差１１８が平面判定閾値を超える画素については非平面領域と判定する（ステップＳ００６）。
【００１５】
（７）ここで、ゲート時間が所望のターゲット（目標）までの距離に対応したものであればステップＳ００９へ進む。
一方、ターゲットまでの距離が不明でゲート時間を広範囲に設定している場合はステップＳ００８へ進む（ステップＳ００７）。
ゲート時間が所望のターゲット（目標）までの距離に対応したものであるか否かについては後で説明する。
【００１６】
（８）ターゲットまでの距離が不明でゲート時間を広範囲に設定している場合はステップＳ００８へ移る。
ゲート時間算出部１１４は、平面判定処理部１１３で判定した平面領域の高度情報を用いてゲート時間を設定し、ゲート時間設定値を受信部１０４に出力する（Ｓ００８）。
このようにして、ターゲット距離に応じたゲート時間を設定した後ステップＳ００１に戻り、ステップＳ００１〜Ｓ００７の工程を経て、ステップＳ００９に移行する。
【００１７】
（９）  ここで、ゲート時間を所望のターゲット（目標）までの距離（ターゲット距離）に応じて設定することについて説明する。
平面領域と判定された各画素の高度に対し、想定される目標の大きさ（最大高さ）を加えたものが検出すべき最大高度となる。よって、平面領域までの距離に相当するレーザ光の往復時間をゲート時間の上限値とし、目標までの距離に相当するレーザ光の往復時間をゲート時間の下限値として設定することで目標を効率的に抽出することができる。このように、平面領域までの距離に相当するレーザ光の往復時間をゲート時間の上限値とし、目標までの距離に相当するレーザ光の往復時間をゲート時間の下限値として設定することを、ここでは、ゲート時間を所望のターゲットまでの距離に応じて設定するという。
【００１８】
次に認識処理部１１５は、強度画像生成部１１１で生成した強度画像、および平面判定処理部１１３で非平面領域と判定された範囲の３次元画像を用いて、目標を認識し（ステップＳ００９）、目標を選択する。
認識処理部１１５は、事前情報として目標の形状、画像データなどを格納し、強度画像及び３次元画像と照合することにより、強度画像及び３次元画像の中で目標に該当する部分のみを選択する。
（１０）  距離演算部１１６は、認識処理部１１５で選択した目標の相対距離を算出する（ステップＳ０１０）。
（１１）  認識処理部１１５で選択した目標と距離演算部１１６で算出した相対距離から、画像再生部１１７で相対距離に応じた強度画像を画像再生する（ステップＳ０１１）。
（１２）  認識処理部１１５で選択した目標を追尾処理部１１８で相対距離を算出し、相対距離に応じた強度画像を画像再生・追尾し、飛しょう体を目標に向かって誘導するための誘導信号を算出する（ステップＳ０１２）。
【００１９】
このように、本実施の形態のレーザ誘導装置によれば、所望のターゲットまでの距離に応じたゲート時間を設定することで、目標の手前にある樹木等からの反射光を検出しないようにすることが有効である。
【符号の説明】
【００２０】
１ 飛しょう体、２ 目標、３ 画像生成のための走査範囲、４ 背景、５ 高度標準偏差計算範囲、１０ 誘導装置、１０１ 送信系光学部、１０２ 受信系光学部、１０３ レーザ発振部、１０４ 受信部、１０５ 画像生成部、１０６ 目標認識部、１０７ 追尾処理部、１０８ 光学系駆動部、１０９ ピーク検出部、１１ 測距部、１１１ 強度画像生成部、１１２ ３次元画像生成部、１１３ 平面判定処理部、１１４ ゲート時間算出部、１１５  認識処理部、１１６ 距離演算部、１１７ 画像再生部、１１８ 追尾処理部、１１９ 高度標準偏差。
【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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