(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶等の水上走行体に旋回台を介して積載されたレーザレーダ装置を用いて水上浮遊物を探知・追尾する水上浮遊物の探知・追尾方法において、
水上走行体を走行させながら旋回台を旋回しつつレーザレーダ装置からパルスレーザ光を水上に向けて照射し、その後一定時間シャッタを開き、所定の探知範囲に存在するターゲットである水上浮遊物からの反射光を検出してこの水上浮遊物を探知するとともにモニタ画像に表示し、さらに前記水上浮遊物がモニタ画像の所定の位置にくるようにこの水上浮遊物の位置が移動した方向に自動的に旋回台を旋回してこの水上浮遊物を追尾し、しかも、
ターゲットである水上浮遊物を探知した後、シャッタの開時間を漸減してこの水上浮遊物の水上走行体側の端部を検出するとともに、さらにシャッタの開時間を漸減して前記水上浮遊物がモニタ画像から消える時点を検知することによりこの水上浮遊物の水上走行体と反対側の端部を検出し、これらの両端部に基づき境界を決定して前記水上浮遊物が存在する範囲を絞り込んで探知することを特徴とする水上浮遊物の探知・追尾方法。
【請求項２】
船舶等の水上走行体に旋回台を介して積載されたレーザレーダ装置を有し、このレーザレーダ装置を用いて水上浮遊物を探知・追尾する水上浮遊物の探知・追尾装置において、
レーザレーダ装置のカメラを介して取り込んだ画像情報を処理してターゲットを認識するとともに、認識したターゲットの画像情報中の現在位置と所定位置との差を演算してこの差を表す信号を送出する画像処理手段と、
旋回台を旋回しつつレーザレーダ装置からパルスレーザ光を水上に向けて照射させ、その後一定時間シャッタを開くよう制御する一方、上記水上走行体の走行方向及び走行速度等の航行データとともに上記画像処理手段からの信号を処理して旋回台の姿勢を制御し、水上浮遊物が移動した方向に自動的にレーザレーダ装置を向けることによりこの水上浮遊物を追尾する制御手段とを有し、
上記制御手段は、ターゲットである水上浮遊物を探知した後、シャッタの開時間を漸減してこの水上浮遊物の水上走行体側の端部を検出するとともに、さらにシャッタの開時間を漸減して前記水上浮遊物の水上走行体と反対側の端部を検出し、これらの両端部に基づき探知範囲の境界を決定してこの探知範囲の画像情報を取り込むようシャッタを開くタイミング及び時間を制御する機能も有するようにしたことを特徴とする水上浮遊物の探知・追尾装置。
【請求項３】
請求項２に記載する水上浮遊物の探知・追尾装置において、
水上走行体の揺れを検出し、レーザレーダ装置が常に水平姿勢を保持するよう旋回台を制御する動揺制御手段を有することを特徴とする水上浮遊物の探知・追尾装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載する水上浮遊物の探知・追尾装置において、
上記レーザレーダ装置から照射するレーザ光の波長を６２０ｎｍ以上としたことを特徴とする水上浮遊物の探知・追尾装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載する水上浮遊物の探知・追尾装置において、
上記レーザレーダ装置から照射するレーザ光の波長を７００ｎｍ以上としたことを特徴とする水上浮遊物の探知・追尾装置。
【請求項６】
請求項２または請求項３に記載する水上浮遊物の探知・追尾装置において、
上記レーザレーダ装置から照射するレーザ光の波長を６２０ｎｍ乃至９００ｎｍとしたことを特徴とする水上浮遊物の探知・追尾装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水上浮遊物の探知・追尾方法及びその装置に関し、特に浮遊機雷の探知・追尾に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、掃海艇による浮遊機雷の除去作業においては、ウオッチャーと呼ばれる監視員が船上から双眼鏡で海面を監視して浮遊機雷を発見し、その後この浮遊機雷を追尾して接近し、所定の作業を行うことにより爆発・処理していた。このときの監視員による海面の監視作業は重労働であり、特に、海面からの太陽光の反射により、海面が光る等、広い海上に浮遊する機雷を視認すること自体が容易ではなく、長時間の監視は大きな疲労を伴うものとなっていた。また、これらの点とも相俟って作業効率もあまり良いものとはいえなかった。そこで、かかる探知・追尾作業の可及的な自動化が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、広く水上浮遊物を検出する際に用いる一般的な装置として赤外線カメラが知られている。ところが、この赤外線カメラは検知対象物から放射する赤外線を手掛かりとしてその検知を行うものであるため、検知対象物が水面と同様な温度である場合にはこれを検知することができない。赤外線カメラは、例えば遭難した人を発見する用途に用いる場合には有用であるが、浮遊機雷等、それ自体が発熱体ではなく、時間の経過とともに水温と同様な温度を持つようになる浮遊物の検知には適さない。
【０００４】
浮遊機雷等、それ自体が発熱体ではない水上浮遊物を検知する用途に供して好適なものとしてレーザレーダ装置が存在する。このレーザレーダ装置は、図８に示すように、レーザ装置１から極短パルスのレーザ光をターゲット２に向けて照射し、高速度で動作するシャッター機能を有する超高速ゲート付ＩＣＣＤカメラ（以下、ＩＣＣＤカメラと称す。）３にてターゲット２からの反射光を観測するものである。すなわち、ターゲット２からの反射光がＩＣＣＤカメラ３に到達する瞬間のみ、シャッタをＯＮ（開）状態にすることにより、ターゲット２の発見とともに、レーザ光の伝搬速度（光速）に基づきターゲット２迄の距離も検知することができる。このときのターゲット２を含む水面の様子はモニター装置４の画像で視認することができる。
【０００５】
かかるレーザレーダを用いれば、レーザ装置１及びＩＣＣＤカメラ３とターゲット２間の外乱（霧、雨、波浪等）の影響を大幅に低減することが可能であるばかりでなく、レーザ光源を用いたアクティブな探知方法であるため昼夜を問わず運用できるという特長も有している。浮遊機雷は、当然、当該レーザレーダ装置のターゲット２となり得る。
【０００６】
ところが、レーザレーダ装置で浮遊機雷の探知はできてもこれを追尾することはできない。すなわち、浮遊機雷の除去作業に供するシステムとしては、検知後の追尾を自動的に行うことができるようにすることが肝要であり、このためのさらなる工夫が要望される。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑み、浮遊機雷をはじめ、一般に水上に浮遊する浮遊物（人も含む。）を検知し、これを追尾することができる水上浮遊物の探知・追尾方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の如き目的を達成する本発明の構成は次の通りである。
【００１０】
船舶等の水上走行体に旋回台を介して積載されたレーザレーダ装置を用いて水上浮遊物を探知・追尾する水上浮遊物の探知・追尾方法において、
水上走行体を走行させながら旋回台を旋回しつつレーザレーダ装置からパルスレーザ光を水上に向けて照射し、その後一定時間シャッタを開き、所定の探知範囲に存在するターゲットである水上浮遊物からの反射光を検出してこの水上浮遊物を探知するとともにモニタ画像に表示し、さらに前記水上浮遊物がモニタ画像の所定の位置にくるようにこの水上浮遊物の位置が移動した方向に自動的に旋回台を旋回してこの水上浮遊物を追尾し、しかも、
ターゲットである水上浮遊物を探知した後、シャッタの開時間を漸減してこの水上浮遊物の水上走行体側の端部を検出するとともに、さらにシャッタの開時間を漸減して前記水上浮遊物がモニタ画像から消える時点を検知することによりこの水上浮遊物の水上走行体と反対側の端部を検出し、これらの両端部に基づき境界を決定して前記水上浮遊物が存在する範囲を絞り込んで探知すること。
本発明によれば、レーザレーダ装置は常に探知したターゲットの方向に向くように制御されるばかりでなく、外乱を可及的に低減して探知したターゲットの鮮明化を図ることができる。
【００１２】
船舶等の水上走行体に旋回台を介して積載されたレーザレーダ装置を有し、このレーザレーダ装置を用いて水上浮遊物を探知・追尾する水上浮遊物の探知・追尾装置において、
レーザレーダ装置のカメラを介して取り込んだ画像情報を処理してターゲットを認識するとともに、認識したターゲットの画像情報中の現在位置と所定位置との差を演算してこの差を表す信号を送出する画像処理手段と、
旋回台を旋回しつつレーザレーダ装置からパルスレーザ光を水上に向けて照射させ、その後一定時間シャッタを開くよう制御する一方、上記水上走行体の走行方向及び走行速度等の航行データとともに上記画像処理手段からの信号を処理して旋回台の姿勢を制御し、水上浮遊物が移動した方向に自動的にレーザレーダ装置を向けることによりこの水上浮遊物を追尾する制御手段とを有し、
上記制御手段は、ターゲットである水上浮遊物を探知した後、シャッタの開時間を漸減してこの水上浮遊物の水上走行体側の端部を検出するとともに、さらにシャッタの開時間を漸減して前記水上浮遊物の水上走行体と反対側の端部を検出し、これらの両端部に基づき探知範囲の境界を決定してこの探知範囲の画像情報を取り込むようシャッタを開くタイミング及び時間を制御する機能も有するようにしたこと。
本発明によれば、レーザレーダ装置は常に探知したターゲットの方向に向くように制御されるばかりでなく、外乱を可及的に低減して探知したターゲットの鮮明化を図ることができる。
【００１３】
上記水上浮遊物の探知・追尾装置において、水上走行体の揺れを検出し、レーザレーダ装置が常に水平姿勢を保持するよう旋回台を制御する動揺制御手段を有すること。
本発明によれば、レーザレーダ装置を水平に保持した状態でターゲットの探知及び追尾を行うことができる。
【００１４】
上記水上浮遊物の探知・追尾装置において、上記レーザレーダ装置から照射するレーザ光の波長を６２０ｎｍ以上としたこと。
本発明によれば、空気中に霧が発生している状態であっても空中に照射したレーザ光の消散効率を、実用上問題のない程度にまで低く抑えることができる。また、レーザ光の波長は、これを照射する環境の明るさ等の条件によっては、その下限が可視光として認識し得ない程度の光となる。さらに、暗闇であっても良好に認識対象物体を認識し得る。
【００１５】
上記水上浮遊物の探知・追尾装置において、上記レーザレーダ装置から照射するレーザ光の波長を７００ｎｍ以上としたこと。
本発明によれば、空気中に霧が発生している状態であっても空中に照射したレーザ光の消散効率を、実用上問題のない程度にまで低く抑えることができる。また、レーザ光の波長は、その下限が可視光として認識し得ない程度の光となる。さらに、暗闇であっても良好に認識対象物体を認識し得る。
【００１６】
上記水上浮遊物の探知・追尾装置において、上記レーザレーダ装置から照射するレーザ光の波長を６２０ｎｍ乃至９００ｎｍとしたこと。
本発明によれば、空気中に霧が発生している状態であっても空中に照射したレーザ光の消散効率を、実用上問題のない程度にまで低く抑えることができると同時に、認識物体に反射して戻るレーザ光に基づき撮像手段で確実に映像化できる。また、レーザ光の波長は、その下限が可視光として認識し得ない程度の光となる。さらに、暗闇であっても良好に認識対象物体を認識し得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、水上走行体は機雷の掃海艇であり、ターゲットである水上浮遊物は浮遊機雷である。本形態は、この浮遊機雷を探知・追尾するものとして説明するが、水上走行体及び水上浮遊物は、勿論これらに限定するものではない。また、本形態は、浮遊機雷等、自身が発熱体でない物体の探知・追尾方法として特に好適なものではあるが、ターゲットとしては遭難者等の人であっても良い。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る水上浮遊物の探知・追尾方法の原理を示す図で、（ａ）はそのレーザ動作とシャッタ動作のタイミングの関係を示す波形図、（ｂ）及び（ｃ）はターゲットの探知態様を示す説明図である。図１（ａ）に示すように、レーザレーダ装置でターゲットを探知するときは、パルス信号Ｐ0 でレーザ光を照射し、時間ｔ1 後にパルス信号Ｐ1 でカメラのシャッタを開くとともに時間ｔ2 の経過後に閉じる。このことによりレーザレーダ装置から時間ｔ1 に対応する距離だけ離れ、時間ｔ2 に対応する距離の領域の情報をカメラを介して画像情報として取り込むことができる。このときの探知距離Ｌ1 は、Ｌ1 ＝光速／２・時間ｔ1 で求めることができ、また探知範囲Ａ1 は、Ａ1 ＝光速／２・時間ｔ2 で求めることができる。例えば、探知距離Ｌ1 が６００ｍで、探知範囲Ａ1 が１５０ｍのとき、時間ｔ1 、ｔ2 はそれぞれ４μ秒、１μ秒となる。
【００１９】
図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、上述の如き原理を利用して本形態では、浮遊機雷の掃海艇である自船５を走行させながら適宜その前方にレーザ光を照射してターゲット２を探知する。このとき、照射したレーザ光が前方のある程度広い範囲をカバーすることができるように、適宜照射角度を決めている。この場合の照射角度は、例えば２０°である。かかる所定の照射角度で照射するとともに、同時に例えば±４５°乃至６０°左右に振りながらレーザ光を照射する。かくして、自船５を走行させながら所定の探知範囲Ａ1 内にターゲット２が存在するか否かを検知することができる。図１（ａ）及び（ｂ）においては、図中の黒塗り部分が探知範囲Ａ1 であり、図１（ａ）にあった自船５が同図（ｂ）の位置まで移動しながらターゲット２を探知する様子を示している。
【００２０】
上述の如き方法により探知範囲Ａ1 内にターゲット２が検知された場合に、これを追尾しなければならないが、本形態では、その前にターゲット２の画像の鮮明化を図っている。かかる画像の鮮明化処理の手順を図２に基づき説明する。
【００２１】
図２（ａ）は探知範囲Ａ1 内にターゲット２を捉えた状態を示している。かかる状態では、図２（ｂ）に示すように、図１（ａ）と同様のタイミング、すなわちパルス信号Ｐ0 でレーザ光を照射するとともに、このパルス信号Ｐ0 の立ち下がりから時間ｔ1 後にパルス信号Ｐ1 により時間ｔ2 だけシャッタを開く場合を示している。
【００２２】
かかる状態から図２（ｄ）に示すように、シャッタの動作タイミングをスキャンしてターゲット２の自船５側の端部と、自船５と反対側の端部との位置を検出する。具体的には、時間ｔ3 を漸増するとともにその分時間t4を漸減する。すなわち、シャッタを動作させるためのパルス信号Ｐ2 の立ち上がりのタイミングを徐々に遅延させる。このとき、パルス信号Ｐ2 の立ち下がりのタイミング（探知範囲Ａ1 の自船５と反対側の境界）は固定しておく。かかるスキャニングの途中で、例えばモニタ画像の最下部にターゲット２の自船５側の端部が位置する時点を検出することにより、この端部位置を特定でき、さらに同様のスキャニングを行い、例えばモニタ画像からターゲット２が消える時点を検出することによりターゲット２の自船５と反対側の端部の位置を特定することができる。このときの探知範囲Ａ2 及び探知距離Ｌ2 を図２（ｃ）に示す。
【００２３】
上述の如き絞り込み処理でターゲット２が存在する範囲を特定できた場合には、ターゲット２が含まれる可及的に狭い範囲の情報を取り込むようにする。具体的には、図１（ｆ）に示すように、上記絞り込み処理で検出したターゲット２の自船５側の端部の位置に対応する位置の直前の時間t5で、シャタを動作させるパルス信号Ｐ3 を立ち上げ、時間ｔ6 の経過後に立ち下げる。このときのパルス信号Ｐ3 の立ち下がりを、ターゲット２の自船５と反対側の端部の位置に対応する位置の直後の時間に対応させておく。かくして、図２（ｅ）に探知距離Ｌ3 とともに探知範囲Ａ3 として絞り込んだ範囲の情報を取り込むことができる。この情報はターゲット２を含む最小の範囲のものであり、この結果外乱を可及的に除去して必要な情報成分を強調したＳ／Ｎ比が極めて良好な信号となる。また、探知範囲Ａ1 が広い図２（ａ）の場合よりも、より正確にターゲット２迄の距離を知ることができる。なお、図２（ｅ）では、時間t5と探知距離Ｌ3 が対応しており、また時間ｔ6 と探知範囲Ａ3 とが対応している。
【００２４】
上述の如き、鮮明化処理が終了した後、追尾モードに入る。追尾モードでは、例えばカメラを介して取り込んだ画像情報を再生するモニタ画像の中央部等の所定の位置にターゲット２がくるようにカメラを移動させる。これは、モニタ画像の所定位置からターゲット２が移動した距離を演算し、その差の距離の分だけカメラを水平方向及び垂直方向に移動することにより実現し得る。かくして、ターゲット２が、常にモニタ画像の所定位置のくるようにカメラの方向をターゲット２に向けながら、自船５が進んだ距離に対応する分だけシャッタを動作するパルス信号Ｐ3 の立ち上がり迄の時間ｔ5 を漸減し、このパルス信号Ｐ3 でシャッタを介して探知範囲Ａ3 の画像情報を取り込んでいく。かくして、ターゲット（浮遊機雷）２に自船５が十分近接した時点で追尾を終了する。その後、浮遊機雷の爆破処理等、所定の処理作業を行う。
【００２５】
なお、上記実施の形態では、追尾モードに入るときに、同時にターゲット２の画像の鮮明化処理をしたが、この鮮明化処理は必ずしもこのタイミングで行う必要はない。例えば、自船５がターゲット２である浮遊機雷に十分近接した状態、すなわち追尾終了間際で行っても良い。
【００２６】
上述の如き水上浮遊物の探知・追尾方法は次の様な装置構成で実現し得る。図３は本発明の実施の形態に係る水上浮遊物の探知・追尾装置を構成する各装置の関係を示す全体構成図である。同図に示すように、レーザレーダ装置Ｉはレーザ装置１とＩＣＣＤカメラ（以下、単にカメラと称す。）３とからなり、旋回台６を介して自船５（図２参照。以下同じ。）に装備してしある。この旋回台６の移動によりレーザレーダ装置Ｉを垂直軸回り（パン）及び水平軸回り（ティルト）に回動し得るように構成してある。モニタ装置４はカメラ３で取り込んだ画像情報を可視情報として再生するものであり、例えば船橋の指揮官が視認するためのものとして配置してある。パン／ティルト操作部７は監視員がこれを操作することにより追従して旋回台６が移動する。すなわち、監視員はパン／ティルト操作部７の表示画面７ａを見ながら旋回台６の制御を介してレーザレーダ装置Ｉの向きを制御しつつレーザ光の照射等、所定の作業を行いながら海上の監視を行う。表示画面７ａにはカメラ３を介して取り込んだ、モニター装置４と同様の画像が再生・表示される。制御部８は当該装置全体の制御を行い、電源９は各部に必要な電力を供給する。
【００２７】
図４は図３に示す装置をさらに詳細に示すブロック線図である。同図に示すように、送受光部を形成するレーザレーダ装置Ｉは旋回台６上に設置してあり、そのレーザ装置１はレーザヘッド１ａ及び送光レンズアクチュエータ１ｂからなり、またカメラ３はカメラヘッド３ａ、高速ゲート装置３ｂ、電動ズームレンズ３ｃからなる。これらのうちレーザヘッド１ａはレーザ電源１０から電力を供給されてパルス状のレーザ光を送光レンズを介して前方に照射する。このときのレーザ光の照射角度は、制御部１１からの制御信号により動作する送光レンズアクチュエータ１ｂで調節する。高速ゲート装置３ｂは高速ゲート装置コントローラ１２が送出するシャッタ動作信号により動作してレーザ光による反射光をカメラヘッド３ｃに取り込むシャッタとして機能する。このときのカメラ３の画角は制御部１１からの制御信号により動作する電動ズームレンズ３ｃで調節する。
【００２８】
同期回路１３は制御部１１からの制御信号に基づき同期信号を形成し、レーザ電源１０を介してレーザヘッド１ａの動作信号を形成するとともに、高速ゲート装置コントローラ１２を介して高速ゲート装置３ｂのシャッタ動作信号を形成する。すなわち、この同期回路１３から出力する信号により、図２に示すレーザ光のパルス幅、並びにレーザ光の立ち下がりからシャッタ動作信号の立ち上がり迄の時間ｔ1 、ｔ3 、ｔ5及びこの立ち上がりから立ち下がり迄の時間ｔ2 、ｔ4 、ｔ6 が決定される。
【００２９】
旋回台６は、旋回台動作処理回路１４で制御されてレーザレーダ装置Ｉを常に水平位置に保持するとともに、レーザレーダ装置Ｉの所定の方向へのパン動作を行う。水平位置の保持は、光ファイバジャイロを利用した動揺検出用センサ１５の出力信号を処理して自船５の姿勢を検出し、水平を保持するためのティルト角を演算してこのティルト角になるよう旋回台６を水平軸回りに回動することにより行う。この動揺検出用センサ１５の出力信号に基づく姿勢の補正により自船５の大きな揺れ（ローリング及びピッチング）に対処している。また、旋回台動作処理回路１４は、パン／ティルト操作部７及び制御部１１からの制御信号によっても旋回台６を制御する。すなわち、監視員がパン／ティルト操作部７を操作してこれを動かした場合、この動きに追従するよう旋回台６をティルト乃至パンさせるとともに、船舶航行信号及びＧＰＳ信号を処理して出力される制御部１１の制御信号によっても同様に旋回台６をティルト乃至パンさせる。パン／ティルト操作部７及び制御部１１を介してのティルト動作は、動揺検出用センサ１５の出力信号を利用した場合のそれに対し、微調整の意味合いを有するものである。船舶航行信号は船舶航行データ検出部１６で検出する自船５の航行速度と方向に関する信号であり、ＧＰＳ信号はＧＰＳ信号受信部１７が出力する絶対位置信号である。両信号は制御部１１で所定の処理を行った後、レーザレーダ装置Ｉを所定の方向に向けるべく旋回台６の姿勢を制御する制御信号として出力される。ここで、ＧＰＳ信号は船舶航行データ検出部１６で検出する航行速度と方向に関する信号を積算する結果発生する誤差を補正するために用いる。
【００３０】
画像処理装置１８はカメラヘッド３ａからの画像信号を所定の手順で処理し、制御部１１を介してモニタ装置４及びパン／ティルト操作部７の表示画面７ａにこのときの画像データを再生するとともに、データ収録装置１９に所定のデータを送出する。
【００３１】
画像処理装置１８は制御部１１からの制御信号によりターゲット２の自動探知及び自動追尾のための画像処理も行う。
【００３２】
ターゲット２の自動探知は、取り込んだ画像信号の２値化処理、膨張／圧縮処理又はパターンマッチングにより実現し得る。２値化処理とは、画像信号を２値化して、あるスレッショルド以上の部分をターゲット２と認識するものである。膨張／圧縮処理とは、２値化処理ではノイズが大きいという欠点を解消したもので、画像信号を膨張／圧縮処理して、ある程度以上乃至以下の領域を有するものを真のターゲット２として認識するものである。パターンマッチングとは、ターゲット２の形状情報を予めモデルデータとして保持しておき、このモデルデータとカメラ３で取り込んだ画像データとを比較することにより両者の相関によりターゲット２を認識するものである。かかる自動探知によりターゲット２が発見された場合には、その信号を受けた制御部１１が自動追尾モードに移行する。
【００３３】
ただ、かかる探知は、パン／ティルト操作部７を操作する監視員が行うようにしても勿論良い。この場合、監視員がパン／ティルト操作部７の表示画像面７ａを視認しながらターゲット２を探知し、ターゲット２を発見した時点でロックオンするようにする。このロックオン信号により制御部１１が自動追尾モードに移行する。
【００３４】
自動追尾モードに移行した場合、先ず図２に基づき説明したターゲット２の鮮明化処理を行う。これは船舶航行データ検出部１６の検出データとＧＰＳ信号とに基づいて制御部１１が所定の処理をして得る制御信号により旋回台動作処理回路１４を介して旋回台６の姿勢を制御しつつ、高速ゲート装置コントローラ１２を介して高速ゲート装置３ｂの動作タイミングを制御することにより行う。かかる鮮明化処理は、図２に基づく探知・追尾方法でも説明した通り、必ずしも自動追尾モードの最初に行う必要はない。
【００３５】
自動追尾は、画像処理装置１８における画像処理においてターゲット２に対応する画像成分が、例えば画面の中央等、所定の位置にくるように、所定位置に対する現在位置の座標データ（ＸＹデータ）を演算し、かかるデータを制御部１１に送出することにより行う。かかるデータを処理した制御部１１はレーザレーダ装置Ｉがターゲット２を追尾するよう旋回台動作処理回路１４を介して旋回台６の姿勢を制御する。
【００３６】
上記実施の形態はターゲット２として浮遊機雷を想定しているので、レーザ光は可視光であっても良いが、ターゲット２が例えば密輸船や密航船である場合等、レーザ光が可視光であることが不都合な場合がある。可視光である場合には、捜査を行っていることを相手に気づかれてしまうからである。夜間の捜査では、レーザ光が明瞭に認識されるため特に不都合が大きい。本発明の水上浮遊物の探知・追尾装置をかかる用途に供する場合には、隠密裡にターゲット２を探知・追尾しなければならない。また、特に夜間であれば霧等の外乱要素の発生も考慮しなければならない。このため、隠密裡にターゲット２を探知・追尾する場合を含め、暗視装置として有効に機能させるべくレーザレーダ装置Ｉから照射するレーザ光の波長を特定した実施の形態を次に説明しておく。
【００３７】
本形態に係る実施の形態を開発するに当たり、本発明者等は、レーザ光を空気中に照射した場合の霧の影響（吸収・散乱）を定量的に把握すべく、その影響の理論計算を行った。この理論計算は次式（１）に基づくもので、自然界に存在すると言われている１μｍの粒径の霧を対象としている。ちなみに、空気中にレーザ光を照射した場合、このレーザ光を吸収・散乱させ、これを利用した装置の精度に悪影響を与える要因としては、霧の発生が最も大きく関与する。したがって、霧の影響を定量的に評価できれば当該レーザレーダ装置Ｉの波長をどの程度にすれば良いかを知ることができるものと考えられる。
【数１】
0004008179.tif 000002
【００３８】
式（１）のαfog は次式（２）に示すＭｉｅの散乱理論により導出した。
【数２】
0004008179.tif 000003
【００３９】
上述の如き理論計算の結果の結果、図５に示すような特性が得られた。同図において横軸はレーザ光の波長（ｎｍ）、縦軸は消散効率（相対値）である。この消散効率とは、霧が発生している空気中に照射したレーザ光が霧によって吸収・散乱される程度を表したもので、その値が小さい程、その影響が小さいことを表しており、当該特性図によれば、６００ｎｍ以上の領域では、実用上十分小さな消散効率が得られると評価することができる。
【００４０】
次に、この種のレーザレーダ装置Ｉのレーザ光波長を決定する場合には、認識対象物体から反射して戻ってくるレーザ光を撮影するカメラ３の撮像素子の特性を考慮しなければならない。図６は、現状の２種類のカメラについてそれぞれの撮像素子の感度を調べたものてある。同図において横軸はレーザ光の波長（ｎｍ）、縦軸は１Ｗの入力に対して何ｍＡの電流が発生するかを示した放射感度（ｍＡ／Ｗ）である。当該特性図において、一点鎖線で示す特性が、現在一般に用いられている高速ゲート装置付きＩＣＣＤカメラのものである。このカメラ（以下、第１のカメラという。）の特性と、図５の特性を比較した場合、図５の特性で良好な特性が得られる６００ｎｍ以上の領域における当該第１のカメラの撮像素子の感度は漸減しており８００ｎｍを越えた時点で急激に垂下している。これに対し、図６に実線で示す特性を示すカメラ（以下、第２のカメラという。）が現状で入手可能なものとして存在する。これは撮像素子をブルーエンハンスメントＧａＡｓで形成したものである。当該撮像素子を有する第２のカメラによれば６００ｎｍ以上の領域で第１のカメラよりもより優れた感度を有している。そこで、第２のカメラ３を用いるとして、当該第２のカメラの特性に着目した場合の好適な波長領域は５００ｎｍ乃至９００ｎｍとなる。なお、９００ｎｍ以上の波長領域で実用的な感度を有する撮像素子を作ることは、現状の理論では、困難であると考えられている。
【００４１】
さらに、本形態はレーザ光の波長が可視光でないことが条件となる場合があるので、人間の目の比視感度特性を考慮した。図７は人間の目の比視感度曲線である。同図において横軸は光の波長（ｎｍ）、縦軸はＣＩＥ（国際照明委員会）が定める標準的な観測者の比視感度である。当該特性図において、周囲が暗い環境である暗所視の場合を一点鎖線で、周囲が明るい環境である明所視の場合を実線でそれぞれ示している。図７の特性図は、暗所視（一定鎖線の特性）の場合には、６２０ｎｍ近傍を限界としてそれ以上は視認できない波長領域となり、明所視（実線の特性）の場合には６９０ｎｍ近傍を限界としてそれ以上は視認できない波長領域となることが分かる。
【００４２】
本形態は、かかる知見を基礎として照射するレーザ光の波長の最適化を達成したもので、その具体的な構成は次の通りである。すなわち、カメラ３は図６に実線で示す特性を有するブルーエンハンスメンハトＧａＡｓで形成した撮像素子を有するものを用いており、当該撮像素子の特性及び図５に示すレーザ光の消散効率並びに図６に示す比視感度等を考慮して照射するレーザ光の波長を好適なものに特定したものである。すなわち、本形態における波長は、６２０ｎｍ乃至９００ｎｍの何れでも良いが、レーザレーダ装置Ｉのレーザ発振素子の特性及びコスト等を総合的に考慮した場合、８５０ｎｍ乃至８６０ｎｍが好適である。また、密航船の暗視等、監視している事実を知られたくないような状況で秘密裡に暗視を行う必要がある場合には、十分に非可視域の波長を選定する必要がある。この意味でも、前記８５０ｎｍ乃至８６０ｎｍの波長域は好適である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は、船舶等の水上走行体に旋回台を介して積載されたレーザレーダ装置を用いて水上浮遊物を探知・追尾する水上浮遊物の探知・追尾方法において、水上走行体を走行させながら旋回台を旋回しつつレーザレーダ装置からパルスレーザ光を水上に向けて照射し、その後一定時間シャッタを開き、所定の探知範囲に存在するターゲットである水上浮遊物からの反射光を検出してこの水上浮遊物を探知するとともにモニタ画像に表示し、さらに前記水上浮遊物がモニタ画像の所定の位置にくるようにこの水上浮遊物の位置が移動した方向に自動的に旋回台を旋回してこの水上浮遊物を追尾し、しかもターゲットである水上浮遊物を探知した後、シャッタの開時間を漸減してこの水上浮遊物の水上走行体側の端部を検出するとともに、さらにシャッタの開時間を漸減して前記水上浮遊物がモニタ画像から消える時点を検知することによりこの水上浮遊物の水上走行体と反対側の端部を検出し、これらの両端部に基づき境界を決定して前記水上浮遊物が存在する範囲を絞り込んで探知するので、レーザレーダ装置は常に探知したターゲットの方向に向くように制御されるばかりでなく、外乱を可及的に低減して探知したターゲットの鮮明化を図ることができる。この結果、本発明によれば、ターゲットを探知した後、これを自動的に追尾することができるばかりでなく、この自動追尾が容易・確実なものとなるという効果を奏する。
【００４６】
本発明は、船舶等の水上走行体に旋回台を介して積載されたレーザレーダ装置を有し、このレーザレーダ装置を用いて水上浮遊物を探知・追尾する水上浮遊物の探知・追尾装置において、レーザレーダ装置のカメラを介して取り込んだ画像情報を処理してターゲットを認識するとともに、認識したターゲットの画像情報中の現在位置と所定位置との差を演算してこの差を表す信号を送出する画像処理手段と、旋回台を旋回しつつレーザレーダ装置からパルスレーザ光を水上に向けて照射させ、その後一定時間シャッタを開くよう制御する一方、上記水上走行体の走行方向及び走行速度等の航行データとともに上記画像処理手段からの信号を処理して旋回台の姿勢を制御し、水上浮遊物が移動した方向に自動的にレーザレーダ装置を向けることによりこの水上浮遊物を追尾する制御手段とを有し、上記制御手段は、ターゲットである水上浮遊物を探知した後、シャッタの開時間を漸減してこの水上浮遊物の水上走行体側の端部を検出するとともに、さらにシャッタの開時間を漸減して前記水上浮遊物の水上走行体と反対側の端部を検出し、これらの両端部に基づき探知範囲の境界を決定してこの探知範囲の画像情報を取り込むようシャッタを開くタイミング及び時間を制御する機能も有するようにしたので、レーザレーダ装置は常に探知したターゲットの方向に向くように制御されるばかりでなく、外乱を可及的に低減して探知したターゲットの鮮明化を図ることができる。この結果、本発明によれば、ターゲットを探知した後、これを自動的に追尾することができるばかりでなく、この自動追尾が容易・確実なものとなるという効果を奏する。
【００４７】
本発明は上記水上浮遊物の探知・追尾装置において、水上走行体の揺れを検出し、レーザレーダ装置が常に水平姿勢を保持するよう旋回台を制御する動揺制御手段を有するので、レーザレーダ装置を水平に保持した状態でターゲットの探知及び追尾を行うことができる。この結果、ターゲットの探知及び自動追尾がさらに容易・確実なものとなるという効果を奏する。
【００４８】
本発明は上記水上浮遊物の探知・追尾装置において、上記レーザレーダ装置から照射するレーザ光の波長を６２０ｎｍ以上としたので、空気中に霧が発生している状態であっても空中に照射したレーザ光の消散効率を、実用上問題のない程度にまで低く抑えることができる。また、レーザ光の波長は、これを照射する環境の明るさ等の条件によっては、その下限が可視光として認識し得ない程度の光となる。さらに、暗闇であっても良好に認識対象物体を認識し得る。この結果、水上浮遊物であるターゲットを探知、追尾するレーザレーダとして有効に機能させることができる。また、このとき照射しているレーザ光は人間の目では、感知し得ないか、感知し得たとしても殆ど気にならない程度であるので、特にレーザ光を照射して監視している事実を知られても良いような状況、例えば障害物の暗視等に用いて有用なものとなる。
【００４９】
本発明は上記水上浮遊物の探知・追尾装置において、上記レーザレーダ装置から照射するレーザ光の波長を７００ｎｍ以上としたので、空気中に霧が発生している状態であっても空中に照射したレーザ光の消散効率を、実用上問題のない程度にまで低く抑えることができる。また、レーザ光の波長は、その下限が可視光として認識し得ない程度の光となる。さらに、暗闇であっても良好にターゲットを認識し得る。この結果、水上浮遊物であるターゲットを探知、追尾するレーザレーダとして有効に機能させることができる。また、このとき空中に照射しているレーザ光は人間の目では、感知し得ないので、特に探知、追尾している事実を知られたくないような状況、例えば密航船の監視等、秘密裡に監視を行う必要がある場合のターゲットの暗視等に用いて有用なものとなる。
【００５０】
本発明は上記水上浮遊物の探知・追尾装置において、上記レーザレーダ装置から照射するレーザ光の波長を６２０ｎｍ乃至９００ｎｍとしたので、空気中に霧が発生している状態であっても照射したレーザ光の消散効率を、実用上問題のない程度にまで低く抑えることができると同時に、ターゲットに反射して戻るレーザ光に基づきカメラで確実に映像化できる。また、レーザ光の波長は、その下限が可視光として認識し得ない程度の光となる。さらに、暗闇であっても良好に認識対象物体を認識し得る。この結果、水上浮遊物であるターゲットを認識するとともに、その映像を得るレーザレーダとして有効に機能させることができる。また、このとき照射しているレーザ光は人間の目では、感知し得ないか、感知し得たとしても殆ど気にならない程度から、全く感知し得ない領域の波長を任意に選択できるようにしたので、レーザ光を照射して監視している事実を知られても良いような状況、例えば障害物の暗視等から、監視している事実を知られたくないような状況、例えば密航船の監視等、秘密裡に暗視を行う必要がある場合のターゲットの暗視等まで、水上における広い用途で好適な監視装置として機能し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る水上浮遊物の探知・追尾方法の原理を示す図で、（ａ）はそのレーザ動作とシャッタ動作のタイミングの関係を示す波形図、（ｂ）及び（ｃ）はターゲットの探知態様を示す説明図である。
【図２】図１に示す実施の形態においてターゲットの像を鮮明化するための原理を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る水上浮遊物の探知・追尾装置を構成する各装置の関係を示す全体構成図である。
【図４】図３に示す装置のブロック線図である。
【図５】霧が発生している空気中にレーザ光を照射した場合における、レーザ光の波長と、これに対応するレーザ光の消散効率の理論値との関係を示す特性図である。
【図６】レーザ光を受光するカメラの撮像素子の感度を、レーザ光の波長に対して示す特性図である。
【図７】光の波長に対する人間の目の比視感度を示す特性図である。
【図８】従来技術に係るレーザレーダ装置の原理を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｉ        レーザレーダ装置
１        レーザ装置
１ａ        レーザヘッド
２        ターゲット
３        カメラ
３ｂ        高速ゲート装置
４        モニター装置
５        自船
６        旋回台
７        パン／ティルト操作部
１１        制御部
１２        高速ゲート装置コントローラ
１４        旋回台動作処理回路
１５        動揺検出用センサ
１６        船舶航行データ検出部
１７        ＧＰＳ信号受信部
１８        画像処理装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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