(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動いているターゲットに対する小火器（１）からの通常射撃または模擬射撃のための着弾位置マーカーであって、小火器に対するターゲットの三次元の実際の空間的位置を計算する推測ユニットを有するセンサ部（２）と発砲検出器とからなる着弾位置マーカーにおいて、
推測ユニットは、銃身の方向と基本的に同じ方向である小火器（１）の照準線に平行に向けられた光学軸を有していて且つ前記小火器に取り付けられた、映像取得装置（10）から構成され、
互いに対してある角度で交差する少なくとも２つの面において映像取得装置の光学軸の回転の大きさを測定する回転測定ユニット（11）であって、小火器の照準線と一致するまたは平行な同一のラインを有する、回転測定ユニット（11）が設けられ、
映像取得装置（10）および回転測定ユニット（11）と発砲検出器（12）とからの出力信号は、正規の照準線から実際の照準線までの偏差及びターゲットまでの距離を算出する、評価ユニット（13）に送られることを特徴とする着弾位置マーカー。
【請求項２】
ターゲットの映像は映像取得装置（10）で撮られた映像から抽出されるように定められていることを特徴とする特許請求の範囲第１項による着弾位置マーカー。
【請求項３】
映像取得装置（10）は、ターゲットと空との間の大きなコントラストを得るために、モノクロでカラー調整され、評価ユニット（13）は、カラー調整によるが、所定の光レベルより上か下の光レベルの映像要素を探すことによって映像中のターゲットの場所を突き止めることを特徴とする特許請求の範囲第２項による着弾位置マーカー。
【請求項４】
映像取得装置（10）は、少なくとも２つの個別のカラーに限ってカラー調整され、評価ユニット（13）は、カラーのうちの少なくともひとつのカラーについて所定の第１の光レベルを下回るそのカラーの光レベルの映像要素を探すことによって、そしてそれ以外のカラーのひとつについて所定の第２の光レベルを上回る光レベルの映像要素を探すことによって、映像中のターゲットの位置とサイズとを決定し、異なるカラーの探索の組み合わせによってターゲットを完全に再現することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の着弾位置マーカー。
【請求項５】
評価ユニット（13）は、回転測定ユニット（11）からの信号に基づいて、異なる映像間のバックグランドの変位を計算し、撮影された対の画像間における映像記憶装置のパン撮影によって起こる実際の映像の変位から求めた基準に対して、映像を取り去ることにより、バックグランドを識別することを特徴とする特許請求の範囲第２項による着弾位置マーカー。
【請求項６】
評価ユニット（13）は、ターゲットの実際のサイズと、映像内のターゲットのサイズと、映像取得手段の焦点距離とのガイダンスによってターゲットまでの距離を決定することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の着弾位置マーカー。
【請求項７】
評価ユニット（13）は、ターゲットの映像を、映像要素ごとに探索し、ひとつ以上の前もって記憶された基準物体と映像内の物体とを比較することによってターゲットまでの距離を決定し、そうすることにより、与えられたしきい値を有する相関関係によってターゲットの位置およびサイズがわかることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の着弾位置マーカー。
【請求項８】
評価ユニット（13）は、実際の発砲時における射撃場や射手の位置の空間座標についての前もって記憶された情報のガイダンスによってターゲットまでの距離を決定し、この情報と発砲位置からのターゲットの角速度の関数としてターゲットまでの距離を算出することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の着弾位置マーカー。
【請求項９】
評価ユニット（13）は、回転測定ユニット（11）から受信した武器の銃口の回転速度と映像取得装置からの映像内のターゲットの移動と一致するターゲットの角速度との合計としてターゲットの絶対角速度を算出することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の着弾位置マーカー。
【請求項１０】
評価ユニットは、ターゲットの距離についての情報とターゲットの絶対角速度とから、ずらし照準を算出することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の着弾位置マーカー。
【請求項１１】
たとえば、武器（１）上の引き金（５）を引くことによる発砲の際の銃声などの音響効果など、模擬射撃の場合に実際の射撃経験をシミュレートする効果を生成したり、および／または、発砲の際の武器の動きをシミュレートする機械的装置によってリコイルをシミュレートする手段を有することを特徴とする請求項１から10のいずれか一項に記載の着弾位置マーカー。
【請求項１２】
武器がヒットを得るための正しい照準点に向かって狙いがさだめられたか否かを照準の際に示す音響フィードバック信号を生成するための音響手段（６）を有することを特徴とする請求項１から11のいずれか一項に記載の着弾位置マーカー。
【請求項１３】
照準ミスの場合の音響手段（６）からの音は、ターゲットをヒットするために照準の方向を修正すべき方向（垂直および水平）を射手が聞き取れるよう変調されることを特徴とする特許請求の範囲第12項による着弾位置マーカー。
【請求項１４】
音響手段は、ヒットを得る照準点と照準の実際の方向との相関距離を音の特徴が示すように変調されたモノ音響または立体音響の信号を提供するように構成されることを特徴とする特許請求の範囲第13項による着弾位置マーカー。
【請求項１５】
音響手段（６）は、評価ユニット（13）によって制御される立体音響音を提供するために、ヘッドフォンなど、２つの音源を備えることを特徴とする特許請求の範囲第12乃至14項による着弾位置マーカー。
【請求項１６】
ヒット結果ユニット（４）は、武器上の照準手段と結合されたヘッドアップディスプレイを備え、ヘッドアップディスプレイは、照準の際に受信した視覚的印象と重ねられる映像を生成することを特徴とする請求項１から15のいずれか一項に記載の着弾位置マーカー。
【請求項１７】
ヒット結果ユニット（４）は、評価ユニット（13）に組み込まれたインジケータ上の図形／数値による表示であることを特徴とする特許請求の範囲第１乃至５項による着弾位置マーカー。
【請求項１８】
ヒット結果ユニット（４）は、合成音声によって着弾位置を示す音響インジケータを備えることを特徴とする特許請求の範囲第１乃至15項による着弾位置マーカー。
【請求項１９】
着弾位置インジケータ（４）は、射手が武器（１）をターゲット（８）に狙いを定めている間引き続いて着弾位置を評価し、発砲の適切な機会を射手に知らせる出力手段を制御することを特徴とする請求項１から18のいずれか一項に記載の着弾位置マーカー。
【請求項２０】
出力手段は、適切な発砲時間の直前に音を発する音響信号を提供し、音響信号と適切な発砲時間との時間間隔は、射手の反応時間に左右される遅れと一致するよう調整されていることを特徴とする特許請求の範囲第19項による着弾位置マーカー。
【請求項２１】
発砲検出器は、撃鉄からの音および撃針の動きがマイクロフォンにより検出され、適切な処理の後、マイクロフォンの信号は発砲を表示し、評価ユニットに送られるように構成されることを特徴とする請求項１から20のいずれか一項に記載の着弾位置マーカー。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求の範囲第１項の序文で得られるタイプの着弾位置マーカーに関する。特に、本発明は、散弾銃や同様の武器で動いているターゲットを狙うターゲット射撃の結果を入力し、算出し、表示するための装置に関する。着弾位置マーカーは、小火器からの動いているターゲットに対する通常射撃または模擬射撃を目的とし、小火器に対するターゲットの実際の位置を推測するユニットを有するセンサ部と、発砲検出器とからなる。
技術分野
クレイピジョンに対する散弾銃射撃、例えばスキート射撃およびトラップ射撃では、クレイピジョンの破壊が視認されることでヒットが分かる。さらに、クレイピジョンがいかに強烈に砕けたかによってヒットの質をいくらかは判断することも可能であるとしても、良くないヒットやミスの場合は、着弾位置の正確な認識、すなわちターゲットと散弾の絞りとの角度距離、および弾丸が通過したのはターゲットの上か下か、左側か右側かを得るのは困難である。
散弾銃射撃訓練の可能性は、環境上の理由で、住居地から離れたところに設けられるシューティングレンジの利用可能性によって限られてしまう。限られたシューティングタイムについての規定など、他の制約もまた訓練の可能性を制限してしまう。
これらの条件は、一方では、（従来の）散弾銃射撃では着弾位置を示す助けが必要とされ、もう一方では、模擬化された条件下の、すなわち実弾が発射されない散弾銃射撃のトレーニングシステムが必要とされている。
関連技術の説明
小火器で射撃を実行する可能性を改善するために、模擬射撃のためのシステムが数多く提案され、そのうちのひとつは米国特許第５，１９４，００６号に記載されている。このシステムは、小火器付きのシミュレータ内で射撃訓練が行えるようにしている。このシミュレータでは、ターゲットの映像は投影スクリーンに映し出され、射手は、ガンシミュレータで投影されたターゲットに向かって発砲する。システムは、ターゲットと仮想距離との角速度に関して着弾位置を算出する。システムは、実際のターゲットに対する実践射撃に使用することはできない。
米国特許第３，７９８，７９５号に記載されたものなど、数多くの既知のシステムには、弾道発射体を用いて実際に動いているターゲットを射撃した場合の射撃結果を推測するものが知られている。このタイプのシステムの必要部分は、距離測定機能である。このシステムにおいて、ターゲットの垂直および水平位置を入力するために（テレビ）カメラが使用され、ターゲット上のトランスポンダによって反射された無線信号の遅延時間間隔を測定することによって距離が決定される。距離を測定するこの方法は、クレイピジョン射撃には適さない。
弾丸が発射された後の評価と同様の方法で、発砲される前に、適切な照準の方向を決定しなければならない発砲制御システムでは、ターゲットの距離を決定しなければならない。米国特許第４，９２２，８０１号では、銃身が射手によって向けられる武器の発砲制御システムが記述され、「見込み」ターゲットの位置を算出することで照準の際の射手を助けるものである。見込みターゲットの位置は、ターゲットの角速度と距離および発射体の遅延時間間隔に関し算出され、射手がヒットを得るために狙いをつける照準点の形状で示される。ターゲットまでの距離は、テレビ映像上のターゲットの見かけ上のサイズから算出される。このシステムの目的は、発砲制御であり、射撃の結果を評価するものではない。
英国のパワーコン（ＵＫ）社は、特別に製造されたクレイピジョンに対する模擬射撃に用いられるレーザスポットクレイピジョンシューティングシステムと呼ばれるシステムを販売している。ヒットやミスを検出するために、散弾の絞りの幅に対応する寸法の赤外線ビームがガンシミュレータから送られる。ターゲットから反射された光は、「弾丸」がヒットかミスかを決定するために使用される。システムは、ずらし照準（aiming off）を考慮せず、弾丸の速度が光の速度に等しいかのようにヒットを検出する。これは、システムが散弾銃でのクレイピジョン射撃の状況を正確にシミュレートしていないことを意味する。よって、ずらし照準を必要とするクレイピジョン射撃のための使用可能な訓練の助けにはならない。
本発明の目的
本発明の目的は、散弾銃射撃および動いているターゲットを狙う同様の射撃、上述のすべてのクレイピジョン射撃において、ターゲットの方向に関して発射された弾丸の着弾位置を算出し、表示する着弾位置マーカーを製作することである。これによって射手がミス照準の寸法および方向の感覚がつかめる。
本発明によるマーカーの別の目的は、動いているターゲットを狙う散弾銃射撃のシミュレーションで射撃訓練が行えるようにすることである。武器が発射されないという違い以外は散弾銃を用いる実際の射撃と同じ条件で模擬射撃が行える。これは、射撃が通常の方法で放出されたクレイピジョンを狙って行え、かつ、射手自身の武器で射撃できることを意味する。
本発明によるマーカーのさらに別の目的は、映像投影機を用いることによって動いているターゲットが示される投影スクリーンに対する模擬射撃を許容することである。
本発明の別の目的は、一方では、仮想ターゲットを狙う射撃に使用することができ、かつ、改造することなく、実際のクレイピジョンを狙う射撃にも使用可能なマーカーを製作することである。したがって、マーカーは、実弾で射撃する際にも、また散弾銃射撃または同様の射撃の模擬実践射撃の形態での射撃訓練にも使用できる。
本発明のさらに別の目的は、狙いが正しい方向であるか正しくない方向であるかを音響信号によって射手を手助けすることである。
さらに別の目的は、銃口が正確な照準点近くに移動された場合、発砲の正しい時点での発砲ができるよう音響的にもしくは光学的に射手を助けることを容易にすることである。
上記の目的のほとんどは、請求の範囲第１項の特徴部分によって解決される。本発明によるマーカーの更なる改良点および更なる特徴は従属クレームで提供される。
動いているターゲットに対する小火器からの通常射撃または模擬射撃のための着弾位置マーカーは、小火器およびその照準方向に対するターゲットの方向および距離を決定するためのビデオカメラなどの映像記録装置からなる。
映像記録装置は、小火器の照準線と平行に向けられた光学軸を有する。回転測定ユニット、すなわちジャイロスコープは、互いに対してある角度で少なくとも２つの面において映像記録装置の照準線の回転を測定するもので、小火器の視覚ラインと一致するまたは平行な同一のラインを有する。映像記録装置および回転測定ユニットからの出力信号は、ターゲットに対する距離および方向と、ずらし照準の必要な校正に関連してヒットを得るであろう照準点とを計算する評価ユニットに入力される。測定の結果は、表示ユニットに表示される。
システムは基本的に３つの違った方法で使用される。
・実際の動いているターゲットに対する使用。これは実弾を用いた発砲である。
・模擬射撃に関連する実際の動いているターゲットに対する使用。すなわち実弾を使用しない照準および発砲のを訓練。
・投影機によって動いているターゲットが表示される投影スクリーンに対する模擬射撃における使用。
本発明の利点
実際の射撃の際において着弾位置マーカーは、正しい照準点を見つけ、照準および発砲の際の誤りを理解するための助けとなる。
シミュレータとして使用される場合、着弾位置マーカーは、低コストで有効かつ集中的な射撃訓練を、通常の射撃場および訓練射撃が許容されていない場所においても、行えるようにするトレーニングツールである。
実弾と関連して使用される場合、射撃の際にとった誤り、たとえばずらし照準のミスについてのより良い情報を射手が得ることによって、訓練の価値が上がる。
模擬訓練射撃のシステムを使用すれば、射撃訓練が不可能な場所および時間に訓練が行える。助けのない従来のクレイピジョン射撃と比較すると、実際のクレイピジョンに対する模擬射撃および投影スクリーン上のターゲットに対する模擬射撃は、一方で、発砲の際の銃口の誤った照準、また、正しい照準を示す音響信号、もう一方で、発砲がミスであった場合も着弾位置を示すことによって、より良い訓練効果を得ることができる。最後に、消耗材料のコストを相当減らすことによって低コストで模擬訓練が行える。
システムは、まず第一に、クレイピジョン射撃、たとえばスキートおよびトラップ射撃を目的としている。システムは、特別な表面コーティングを施すことなく通常設計のクレイピジョンに対する射撃および模擬射撃に使用できる。模擬射撃では、通常のクレイピジョンよりもより固い材料のクレイピジョンであり、再利用可能に使用できる。
投影スクリーンに向かう模擬訓練においては、投影用の機器以外に特別な装置は不要である。投影用の機器における条件は、その位置と、画像内のターゲットのサイズが距離を計算するために用いられる程度に、サイズとが着弾位置マーカーの映像記録装置によって決定されるように、十分なコントラストと鮮鋭度が提供されることである。投影機の映像表現周波数とカメラのイメージ周波数との間に干渉の危険がある場合、投影機とカメラとを同期させる必要もある。
実際のクレイピジョンの使用に関する訓練において、システムは、昼光および周囲の明かりの乏しい条件両方において使用できる。後者の場合、まずシミュレータとしてシステムの使用が要求される場合、ターゲットは積極的に照射される。干渉に対する感度を最小とするために、この場合、再帰反射表面被覆を施したターゲットを使用することが適切である。
地上の可動ターゲットに対する散弾銃射撃の模擬射撃では、クレイピジョンは、適切なサイズの対応するターゲット表面およびターゲットの中心に施された表面コーティングで置換可能である。
【図面の簡単な説明】
添付の図面のガイダンスとともに例を用いて本発明をさらに詳しく説明する。
第１図は、本発明に係る完全な装置の実施例のブロック図を示す。
第２図は、本発明の実施例の詳細なブロック図を示す。
第３図は、着弾位置を算出する実施例のブロック図を示す。
図面の詳細な説明
第１図および第２図を参照すると、本発明に係る着弾マーク付け装置は、武器１の前方のターゲット領域１５にあるターゲット８上の着弾位置を分析する測定システムと、弾丸の着弾位置を表示する手段とからなる。機械的な設計は、武器１にマウントされたセンサ部２と、センサ部２とは接続されているが物理的には離された評価ユニット１３とからなる。着弾位置の計算の結果を通信するために、選択された設計によって武器に関する物理的配置をかえることができる着弾位置インジケータ４が設けられる。センサ部２および着弾位置インジケータ４の詳細は以下に説明される。
センサ部２および評価ユニット１３の別体化の必要性は、武器１に付けられた部分、すなわちセンサ部をできる限り軽くしたいという要請によって決定される。しかしながら、評価ユニット１３の重量は、それほど重くなく、必要であれば、例えばベルトに装着するなど、ユーザが持てるような重さである。
着弾位置インジケータ４の設計について次のような多くの選択肢が考えられる。
＊評価ユニットに組み込まれたインジケータに図形／数値での表示；
＊合成音声によって着弾位置についての情報を与える音響表示；
＊照準の際に得られた視覚的印象に重ねられる映像を生成するヘッドアップディスプレイ。
これらの実施例を組み合わせることは着想可能であり、視覚と聴覚の両方を同時に使用するのは適切である。
模擬射撃の際にリアリティを感じる度合いを増すために、システムは、発砲の際の銃声などの音響効果を生成するための手段およびリコイルをシミュレートする手段を含む。
銃声は発砲の際の音を生成するサウンドジェネレータによってシミュレートされてもよい。
リコイルは、武器もしくは肩と接触する肩付け部（バット）をちょうど実弾を発射した際のように後方に移動させるようにする装置（図示せず）によってシミュレートされてもよい。
照準の際に、武器がヒットを得るための正確な照準点に向かって狙いが付けられたか否かを表示し、また実際の照準点と正確な照準点との距離と方向についての情報を含む音響フィードバック信号を、以下「ヒット信号」と呼ぶ。（ヒットするための）正確な照準方向と実際の照準方向との角距離のサイズと方向についての情報を含むヒット信号の部分を、以下「照準信号」と呼び、適切な発砲時点に関するヒット信号の部分を、以下「発砲信号」と呼ぶ。照準信号は、適切な立体音響であり、サウンドによってヒットが得られる照準点と実際の照準方向との相対距離を決定することができるように調節されている。立体音響サウンドには２つの音源が必要であり、よって、概略的に６で示されるようにヘッドフォンを用いることが適切である。発砲信号は、適切な照準点に到達する直前に発する断続的信号である。発砲信号と適切な時間との間隔を受け入れ、射手の反応時間に対応することによって、射手は、適切なずらし照準を選択するための助けを受け、連続的にずらし照準を増加させながら発砲信号を聞いたときに発砲する。
着弾位置を表示するためのヘッドアップディスプレイは、図形情報が視覚的感覚と重なることが可能な、等倍率のテレスコピックサイトのように設計されても良い。
システムがインドアあるいは周囲の明かりの乏しい場所での実際のクレイピジョンを狙う射撃に用いられる場合、バックグラウンドに対して十分に大きなコントラストを与えるようにターゲット領域のアクティブな照明７が必要である。この照明７は、第１図に示されるように、武器またはセンサ部、あるいは射手の一方の側の固定された位置に設けられても良い。
ターゲット材
着弾位置は、バックグラウンドに対して十分に高いコントラストを持ってカメラによって映像化されたターゲットに基づき、サイズを決定できる以下の方法１に従った距離測定方法によって計算される。これは、投影スクリーンに示された撮影または合成されたものに関しても実際のクレイピジョンにもある程度同じことが言える。ターゲット８は、まず第１に、国際競技に適用されるＵＩＴの一般的および特別規則に従ったクレイピジョンである。クレイピジョンの直径は１１０ｍｍであり、高さは２５乃至２６ｍｍである。種々のカラーが許容されており、そのうちのひとつはオレンジ−レッドで、やや蛍光色である。青色部分のスペクトルの晴れたまたは曇った空に対してクレイピジョンを再現する場合、通常このカラーは着弾位置を算出するために十分なコントラストを提供できる。そのようなカラーで通常に設計されたクレイピジョンは、システムが実際の射撃と関連して使用される場合に用いられるものである。同じタイプのターゲットが模擬射撃に使用されない理由はない。このタイプのクレイピジョンの消耗（クレイピジョンは着地時によく割れる）のコストを下げるために、衝撃抵抗度の高い材料で製造され、かつ、通常のクレイピジョンと同様の性質を有するクレイピジョンを再利用を許容するために用いてもよい。
電源
野外で使用する場合、電源はバッテリ（図示せず）によって適切に得られてもよい。これによって、システムは、全体的にそれだけで使用可能であり、電源ケーブルの邪魔なく運ばれる。
第２図
第２図から明らかなように、図示された実施例によれば、着弾位置は、一般的にセンサ部２の次の３つの手段から収集されたデータに基づいて算出される。
＊武器前方のターゲット領域の映像を連続して生成するカメラ１０
＊武器の動きを記録する好ましくは二軸ジャイロスコープ１１
＊発砲を記録する発砲検出器１２
受信したデータの処理および着弾位置の算出は、好ましくは評価ユニット１３で行われる。
カメラ１０
カメラ１０は、カメラの光芯軸１４が武器の銃口の方向と平行となるようにセンサ部２に設置される。カメラは、ターゲット領域１５の映像を連続して生成する機能を有する。カメラからの情報は、評価ユニット１３に電気的に伝送される。カメラの焦点距離は、スキートおよびトラップ射撃における通常の射撃の際のすべてのヒットが検出されるようなサイズ９を視界が有するように寸法決めされる。この場合、５度以上の最大限のずらし照準は、視界の決定寸法である。この場合、視界の対応サイズは、２×５度＝１０度である。最大限のずらし照準を用いてミスの際の着弾位置を決定することを可能にするために、視界はより大きく、たとえば１５度に作られるのが適切である。
カメラのスペクトル感度は、バックグランドに対して可能な範囲で最も高いコントラストでターゲット８が再現される。イメージ周波数やライン解像度は、以下にさらに詳しく記載される映像処理機能によって設定される必要条件にしたがって選択される。
環境光を変化させるための補正を行うために、システムは、自動露光コントロール機能を備える。自動的に露光時間おそらくは開口を変えると同様に、特に環境における明るい光において、手動または自動で適用されたグレイフィルタが露光時間を変化させるための条件を減らすために使用される。
ジャイロスコープ１１
ジャイロスコープ１１は、好ましくは、縦方向および横方向に対して垂直に向いた２つの面における角速度を連続して測定する。軽量化の必要条件に関してこの適切な設計は、音さジャイロスコープである。
発砲検出器１２
発砲検出器１２は、武器の引き金５が起動されたときを検出する役目を有する。これは、撃鉄および撃針の動きによる振動をピックアップするマイクロフォンの形態が可能である。
信号伝達
センサ部２が他のユニットから物理的に分離される程度に、これらユニットの信号の伝達は、ケーブル１６を介してまたはテレメトリを介して評価ユニット１３に送られる。
評価ユニット１３
評価ユニット１３は、カメラ１０、発砲検出器１２およびジャイロスコープ１１からの信号を受信し、分析する。第一の仕事は、ターゲットを検出し、その方向および距離を算出することである。
映像中のターゲット物体を検出（目標抽出）するための映像処理の２つの適切な実施例について以下に説明する。
まず第一に、以下に「スレショルディング」と称されるものは、映像内で構成される要素の各カラー強度の分析に基づいている。クレイピジョンの適切なカラーは蛍光の赤色である。カメラの適切に選択されたカラー感度で、この色は、通常青や白の空に対して強いコントラストを提供する。この色はまた、このシステムと共に使用するために最も適切であると判断される色のひとつである。
青い光を感知するモノクロカメラは使用可能である。この場合、赤いクレイピジョンは、空に対して暗い物体として視認される。所定のしきい値より下の光のレベルの映像要素を探すことによってターゲットは見つけられる。別のモノクロ色が用いられた場合、評価ユニット１３は、その代わりに、所定の光のレベルよりも高い光のレベルの映像要素を探すことによって映像中のターゲットの場所を突き止める。カラーカメラを使用した場合と比べて、モノクロカメラを使用することは、製造コストを易くできるが、側方からの強い太陽光の中でターゲットを再現する際に、特別なフィルタリングにも関わらず、しきい値よりも高い（あるいは低い）強度でターゲットの一部が輪郭付けられてしまう。この場合、映像は、ターゲットの実際の形状に対応したものではなくなる。
少なくとも２つの異なるスペクトル領域、好ましくはひとつは赤でもうひとつは青の領域、を持つカラーカメラは、異なるカラーでのターゲットの写真を結合する可能性によってターゲットの側方から照明を当てている場合にターゲットの形状を正確に決定することについてかなり大きな可能性を提供する。スペクトルの赤の部分において、ターゲットは（青または白）のバックグランドよりも明るく現れる。よってこの場合のスレッショルディングは、ターゲットを示す映像要素を見つけるためにあるしきい値よりも高い強度を有する映像要素またはピクセルについて探索を行うようにして実行される。しかしながら、スペクトルの青の部分においては、別のしきい値よりも低い強度を有する映像要素について探索を行う。この場合、ターゲットの完全な映像は、ターゲットの青または赤の再現または両方からなる多数の映像要素から達成される。
目標抽出の際の探索スペースと、よって計算要求事項を最小するために、銃口の動きと目標の初期位置と次の予想位置とを以下に明白に示すように用いる。
するどい輪郭やコントラストのない均等に照明をあてられたバックグランド、たとえば雲の無い空、に対してターゲットがある場合は、上述の映像処理技術は、高い信頼性でターゲット物体の場所を突き止め、サイズを決定するに十分である。その代わりにバックグランドが模様付けされており、するどいコントラストを有する場合、たとえば空に対して木々やブッシュを再現した場合は、前記方法は、干渉に対して通常十分に大きな感度を得ることができない。
本発明による映像分析についてここで説明される第二の映像処理方法は、上述の方法を補足するものであり、連続した映像間で一時的依存を使用する。カメラのパン撮影の際、バックグランドとターゲットの両方は映像中で動く。ターゲット領域の連続する映像を取り去ることで、バックグランドを除去でき、動いているターゲットは映像中の単一の物体として現れる。この取り去る作業は、ある映像のバックグランドにおけるある点に対応するピクセルが同じ点を表現する次の映像におけるピクセルから取り去られるように行われる。カメラのパン撮影の際に起きるバックグランドの移動は、取り去る作業を行う前の映像を動かすことで補正され、よって２つの映像内のバックグランドは一様とされる。このようにして、銃口についての情報とジャイロ信号から受信される（よってカメラの）動きについての情報とを利用して前記変位のサイズと方向を決定する。
映像を取り去った結果、静止物体は抑えられ、動いているターゲット物体は現れる映像となる。この操作のあと、上記に従った映像分析、すなわちスレッショルディングが、ターゲット物体を検出するために行われる。
単に、パターン認識の助けを借りて、取り去ることで変位を決定する目的で映像情報を用いることに比較して、ジャイロ信号を使用することは、処理能力に必要とされるものをかなり少なくすることができ、これは本発明による方法の利点である。
計算
ずらし照準
動いているターゲットに対する散弾銃射撃の難しさのひとつは、適切なずらし照準を導くこと、つまり、散弾の絞りがターゲットの通り道に着いた時点にターゲットがそこにあるべき方向に発砲することである。ずらし照準のサイズは、散弾の絞りの移動時間と、ターゲットの明確な角速度とを用いて次の式にしたがって決定される。
Ｖｆ＝ｔｂ×Ｓｍ
上記式において、
Ｖｆ＝ずらし照準角度（ラジアン）
ｔｂ＝通過時間（散弾の絞りの移動時間（秒））
Ｓｍ＝ターゲットの速度（ラジアン／秒）
ターゲット８の前方に適切な角度で発射される弾丸によって必要なずらし照準が達成される。経験豊富な射手がずらし照準について最大限の精度を得ようとしてよく用いられるテクニックは、追いつきスイング（オーバーテイキングスイング）付きシューティングと呼ばれるものである。これは、射手が武器の照準線をターゲットの速度より早い角速度でターゲットの経路をたどらせることを意味する。効果的なずらし照準は、１）発砲したときに射手が体験するずらし照準と、２）引き金を引く射手の意識的決定と発砲段階、すなわち弾丸の絞りが銃口から離れる時間との遅れとの合計によって得られる。しかしながら、射撃テクニック、この場合スイング、は変化し、したがって着弾位置の計算は、射撃テクニックに左右されない方法で行わなければならない。
着弾位置の計算
着弾位置は、評価ユニットで、発砲時の銃身の方向、すなわち弾丸の方向、および発砲から算出された着弾時間までのターゲットの動きの推定についての情報に基づいて計算される。ターゲットがヒットされるであろう場合は、ターゲットの方向は弾丸の方向を着弾時に横切る。
ターゲットの動き
算出された着弾時間におけるターゲットの位置は、発砲後の２つの垂直面両方における移動の推定によって計算される。飛行時、ターゲットは、スタート速度と、スタート方向と、重力加速度と、クレイピジョンの通過角度による空気力学的力との関数である経路をたどる。
ターゲットの動きは、ターゲットの経路が射手を取り巻く大きな円を描き、角速度が通過時間の間一定であると単純に仮定して、推定される。この場合に起き得る計算ミスは微々たるものである。実際の場合の加速度は、重力加速度と空気抵抗による減速、そしてターゲットの経路が大きな円の形状であるという仮定による幾何学的エラーであるが、比較的短い通過時間なため、実際的問題はない。
次の式は、ターゲットの位置が発砲後２つの垂直座標軸のそれぞれについていかにして推定されるかを説明する。
方向ターゲット，着弾時間＝方向ターゲット，発砲＋Ｖｍ×通過時間
上記式において、
方向ターゲット，着弾時間＝算出された着弾時間におけるターゲットの方向
方向ターゲット，発砲＝発砲時のターゲットの方向
Ｖｍ＝ターゲットの絶対角速度
通過時間＝発砲から算出された着弾時間までの散弾の絞りの飛行時間
ターゲットの方向に加えて、ターゲットの絶対角速度が分からなければならない。これは、照準方向に対するターゲットの角速度、すなわちカメラの方向と銃身の角速度との合計として計算される。後者を算出できるようにするために、ジャイロスコープタイプの手段が着弾位置マーカーに含まれる。
着弾位置の計算にさらに必要なものは、特定のタイプの武器と装薬については、距離によって単純に決定できるものである装薬による通過時間の値である。距離は、２つの異なった計算方法が用いられて、評価ユニットによって算出される。
計算方法１：  距離を算出する方法は、この方法によると、絶対寸法が知られたターゲットがカメラで映像化される事実に基づいて行われる。カメラの投影面におけるターゲットのサイズは、カメラの光学系についての情報とともに距離を決定するために使用される。
計算方法２：  実際のショット際にターゲット領域と射手の位置との特別な座標上の情報が評価ユニットに使用されるように前もって記憶された場合、射撃位置から見たターゲットの角速度と同様にこの情報の関数として距離が計算される。
着弾位置インジケータ４および着信信号ジェネレータ６は、別々の物理的ユニットであってもよいし、評価ユニットに包含されても良い。
発砲後、着弾位置、すなわち、ターゲットと、弾丸がターゲットの通過面を通過する点との間の垂直面と水平面における特別な角距離は、算出され、表示される。着弾位置に加えて、たとえば、弾丸の方向や発砲前のターゲットに関する照準点の動きなど他の測定値もまた表示される。武器内部での遅れや、ターゲットまでの距離、散弾の絞りのターゲットに対する飛行時間（通過時間）、そして通過時間中のターゲットの動きなど、すべての関連要因は着弾位置の計算に考慮される。
着弾位置の結果は、照準の際に評価ユニット１３によって引き続き評価される。この引き続きの評価の結果は、以下「ヒット信号ジェネレータ」と呼ばれる出力手段を制御するために用いられる。ヒット信号ジェネレータは、照準方向および適切な発砲タイミングを選択するにあたり射手を支援するものである。ヒット信号ジェネレータからの情報は、ユーザが選択した照準方向での弾丸がヒットとなるかミスとなるかを聞いて判断でき、またミスが予測されることで、どのようにして照準方向を修正するかを決定できるよう変調される音響信号でもよい。
野外のクレイピジョン射撃場では、あるブランチでは現在の規則によって、異なる状況での射手に対するクレイピジョンの放出経路が予め決められている。これは、放出経路は、評価ユニット１３に予めプログラムされ、記憶されることが可能であることを意味している。この場合、すべての射手がしなければならないことは、たとえば、ひとつまたはいくつかの押しボタン（図示せず）を押すことで、射撃場の射手の状況を指定することである。これによって、評価ユニット１３はプログラムされたターゲットの経路によって計算を実行する。
ヒット信号ジェネレータ６は、計算された着弾位置の結果によって変化する信号で制御される。信号が銃身の実際の照準でヒットできるか否か（ピジョンを確実に破壊できる度合い）を音で知らせるか、何も聞こえないという単純な変調原理に加えて、正しい照準点に対する正確な照準の度合いやエラーの方向さえも決定することを可能にするさらに進んだ変調原理が使用されても良い。よって、ターゲットの左を通過する弾丸を導く照準は、他の照準の狂いとは区別できるある方法で音を発する。方向を決定するためのヒアリングの感覚能力を最大限に利用するために、ヒット信号は立体音響として生成されても良い。これによって、射手の照準が低すぎたり、高すぎたり、ターゲットの左側や右側によっているなどを外れのサイズとともに示すために、音の強度の変調、左と右のチャネル間の位相差、含有周波数を用いることができる。
音響信号は、特定の弾丸について射手が正しい照準方向を選択できるようにするものであるが、射手が、ターゲットのある視覚的印象を、それが右の照準方向であることを示す音響的「フィードバック」信号で照準する際の位置および動きと組み合わせることができるようにすることで、改善されたトレーニング効果を得る目的も有する。
距離を決定するための第１の実施例（映像処理を伴う）
ターゲットのサイズに基づく距離の決定；
距離は、ターゲットのカメラ映像に基づいて算出される。ターゲットの実際のサイズが分かっているので、ターゲットの距離は、次の式にしたがって、映像表面上のターゲットのサイズとカメラの焦点距離との関数として計算される。
Ｄ＝（ｄｉａｔａｒｇｅｔ／ｄｉａｉｍａｇｅ）×ｆ
Ｄ＝ターゲットまでの距離
ｄｉａｔａｒｇｅｔ＝ターゲットの実際の直径
ｄｉａｉｍａｇｅ＝映像上のターゲットの直径
ｆ＝カメラの焦点距離
映像上のターゲットの直径の算出は、最も長い軸、通常のクレイピジョンで１１０ｍｍ、に沿って実行される。このようにして、変化するターゲットの方向の影響をなくす。
この代替例による距離測定機能は、結果として距離を測定するための精度要求が満たされるように選択される映像の解像度に要請を加える。
距離測定機能は、ターゲット物体が認識されるやいなや起動し、発砲まですべての映像上で実行される。通常に集められた一連の測定値のほか、平均値は発砲までの適切な数の最後の値から算出される。このようにして、ピクセルの量子化の結果、動きによって引き起こされた焦点のずれなどの変化で生じた測定値における広がりの影響は、減少される。
以下、ターゲットのサイズと、よってその距離とを計算するため使用され得る方法について記述する。
映像内のピクセルは、しきい値を越えるまで異なる方向のいくつかの経路で探索される。この探索は、測定精度を増すためにいくつかのしきい値によって実行される。しきい値を通る経路間の最も大きな距離によって、サイズの測定が得られる。
物体の端を記述する第二導関数のゼロ遷移の決定によってサイズは測定される。そして、ゼロ遷移間の最大距離について探索が行われる。ゼロ遷移は、測定における正確さを増すために線形補間によって決定される。グレイスケールを提供する解像でその強度が得られたピクセルを有する映像上で操作が行われる。クレイピジョンのエッジは、グレイスケールにおいて反曲点によって画定される。反曲点とは、第二導関数が０と等しくなった点である。このゼロ遷移は、ピクセル上に存在しないが、その特定位置は、強度値を囲むことによって得られる。クレイピジョンの各エッジにおけるゼロ遷移間の距離は、クレイピジョンの投影されたサイズの測定値である。反曲点は、次のように、サブピクセル補間される。ピクセルＮｏ．ｉの第二導関数が１０と等しく、ピクセルＮｏ．ｉ＋１がマイナス１５と等しい場合、ゼロ遷移の位置は、
ｉ＋１０／（１０−（−１５））＝ｉ＋０．４
として画定される。
このタイプの補間は、投影サイズの算出における正確さ、従って距離の算出における正確さを増す。
弾丸の方向を決定するにあたっては、いくつかの連続した映像からの距離情報を積分し、投げたような経路に適合させる。
映像の露光の際カメラの視野内でターゲットが動いた場合、移動の速度と露光時間とに比例する動きによって不鮮明が引き起こされる。動きによって起こされた不鮮明は、再生される映像における移動方向の焦点のずれを大きくまたは少なくする。ターゲットのサイズを計算する方法は、その計算に基づいて動きによって起こされた不鮮明を最小化することを含む。その計算は、露光時間とともに映像から映像へのターゲットの動きから計算された視野内のターゲットの速度に基づくものである。
ターゲットのサイズを決定するための前記方法に加えて、基準に対するいわゆる相関関係に基づく別の方法が代替えされてもよい。これによれば、映像内のターゲットは多くの基準物と比較される。特定のレベルを超えた相関関係によって物体のサイズが提供される。
距離を決定する第２の実施例（ターゲットの経路に基づく）
射撃位置に対するターゲットの経路の特別な座標がターゲットの線形スタート速度とともに分かっている場合、距離は、ターゲットの角速度および方向のみを使用して関数として明確に計算される。
ターゲットの角速度は銃身の回転速度（ジャイロ信号から受信される）とカメラ映像におけるターゲットの動きに対応する角速度との合計として計算されてもよい。距離を測定するためのこの方法は、ターゲットの経路が前もって決められるスキート射撃などに使用できる。弾丸が発射される前に、たとえば、そこから射撃を行う射撃ステーションの基準を入力することにより、ターゲットの経路の実際のパラメータが得られる。射撃ステーションの基準は、評価ユニットによって自動的にターゲットの２つの経路に変換される。その２つの経路は、特定の射撃ステーションについての現実でもよく、またクレイピジョン放出者２名のいずれかによる放出に対応するものである。特定の弾丸の現実であるターゲットのこれら２つの経路のものは、銃身の回転方向から明白であり、よって別の入力によって表示される必要がない。映像情報の分析は、この場合ターゲット物体の位置と速度の決定に対して減少される。ターゲットのサイズは、距離の計算に必要とされないので、評価される必要はない。
ターゲットの経路についての前もって入力された情報に基づいた距離測定は、映像の質にかかる要求を減らし、映像処理を簡単にする。
着弾位置計算
発砲前に記憶されたターゲットの方向と距離についての情報は、発砲の際に、散弾の絞りがターゲットに到着もしくはミスの場合は通過した時点までのターゲットの連続する動きを推定するために使用される。この推測された方向は、弾丸の方向、すなわち発砲の瞬間の銃身の方向と比較される。ターゲットの絶対移動を推定することができるように、固定基準方向を生成するために、ジャイロスコープ信号からの銃身（およびカメラ）の回転速度についての情報が使用される。ヒットを得るため、着弾時点におけるターゲットの方向（特定のエラーマージン内で）は、発砲の瞬間の銃身の方向と一致しなければならない。これら２つの方向間の誤差は照準ミスにより起こり、そのサイズと方法は評価ユニットによる計算後の着弾位置インジケータにより指示される。
第３図のフロー図
第３図は、距離の決定の第１の実施例が実行される際の評価ユニットの機能についてのフロー図である。入力信号は、一連のカメラ１０からのカメラ映像とジャイロスコープ１１からの信号である。この信号は垂直および水平方向の回転に関する銃身の動きの状態を提供するものである。出力信号は、着弾位置および音響ヒット信号である。
ブロック１７でバックグランドの削除が行われる。ここでは映像が映像メモリ１７ａに記憶された前の映像と比較される。その出力信号は、フィルタに通されたビデオ映像であり、これはブロック１８でターゲット物体と考えられるものの抽出のために分析される。ブロック１７からのビデオ映像に加えて、ジャイロスコープ１１からの銃身の動きについての測定値が１８への入力信号として予想された次の位置１９と同様に使用される。サイズの測定を実行する次のブロック２０および前述の距離計算を実行するブロック２１の処理後、算出された距離は、着弾位置計算が行われるブロック２２への入力信号を形成する。
ブロック１８から２０への入力信号は、抽出された物体とその直近の周囲を示す完全なカメラ映像のセグメントである。
ブロック２２における処理は、算出された着弾時間におけるターゲット物体の位置の予測である。この場合に使用される信号は、ブロック２１から受信した距離に加えて、引き金が引かれたか否かと、ターゲット物体の位置と速度とを示す信号２４である。ターゲット物体の位置と速度は、ブロック１８からの位置出力信号のガイダンスおよび武器の銃身の動きに関するジャイロスコープ１１からの信号で速度計算を実行するブロック２３から受信されたものである。
ブロック２２からの出力信号は、着弾位置インジケータ４とヒット信号ジェネレータ６とを制御するために使用される。
着弾位置の計算の校正
着弾位置の校正のため着弾の実際の位置に対応する結果を得るために、システムの照準線、すなわち弾丸の方向と推定される方向は、弾丸の実際の方向と一致しなければならない。実弾での射撃する際に、武器上にカメラを設置したあと、校正専用の射撃（special calibration shooting）が実行され、弾丸コンテナにある散弾の絞りを発砲の初期で誰かがカメラで撮るようにするようにしてこの一致が行われてもよい。この時点では弾丸コンテナはかたまりを構成している。カメラの露光は、その方向が空気抵抗によって散弾の絞りの方向から逸れる前に、発射された弾丸コンテナの映像が得られるように発砲によって制御される。弾丸の方向は、映像内の発射された弾丸コンテナの位置から導き出される。
弾丸の方向を垂直に決定する際に、カメラの中心軸は銃身の軸と一致しないので起きる視差について補正が行われる。上述したように、校正は、通常の使用に先立つ特別な発砲の際に行われるが、弾丸ごとの通常の機能の部分である。後者の解決法の利点は、着弾位置計算の精度を下げることなく、射撃の際のカメラの位置のわずかな変位を許容することができる。このようにして、カメラ部分を銃身に固定する際の機械的安定性についての要求を減少でき、有利である。
着弾位置インジケータ４
着弾位置インジケータ４は、射手に直前の発砲の結果を与えるものである。インジケータは、着弾位置、すなわち照準ミスのサイズと方向以外に、ターゲットの追従がどのように行われたかとともに、視覚のラインとターゲットとの相対速度など、測定された射撃距離についての情報も与えることができる。着弾位置インジケータ４は、別々の物理的ユニットであってもよいし、評価ユニット１３と結合されてもよい。インジケータの設計にはたくさんの代替例が考えられる。
＊評価ユニット１３に組み込まれたＬＣＤタイプなどのインジケータ上の図形／数値の表示；
＊合成音声によって着弾位置を示す音響表示；
＊照準時に射手がターゲット領域に重ねられたインジケータからの映像を見ることができるように設置されたインジケータ。このインジケータは、射手が実際のターゲットに関して着弾の瞬間に散弾の絞りの方向を見ることができるように着弾位置を示す。後者の場合、映像は射手の視覚のラインに設けられた照準手段（図示しないが、ヘッドアップディスプレイ分野における当業者に周知である）における半透明のミラーを介してインジケータから反射される。ヒットの瞬間またはターゲットを通過した際に、散弾の絞りの位置を示すインジケータ上の映像は、ターゲット領域からの視覚的印象と重ねられ、実弾を使用した際に受ける視覚的印象と似た印象を射手に与える。
照準ミスのサイズの測定の形態で示された弾丸の結果に加えて、着弾位置インジケータは弾丸がヒットまたはミスしたかについて可能性を計算することができる。この場合、この計算を制御するパラメータ、中でも武器の銃身のボアが、実際の状態を正確に反映するためにユーザーによって変えることができる設計が好ましい。
ヒット信号ジェネレータ
カメラから受けた映像の分析が引き続き行われる。そのような分析から受けた結果には、映像が露光された場合に関して発砲がある所定の時点で行われた場合に達成される着弾位置の測定値で含まれる。ターゲットの位置を推定することによって、発射された弾丸の着弾位置が有効となるように将来所定の時間間隔で計算される。時間間隔が射手の反応時間を正確に補正するように選択された場合、弾丸の方向がターゲットの経路と算出された着弾時間で交差するようターゲットを追従し、信号を聞いたちょうどその時に発砲する場合、弾丸は確実にヒットする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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