(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的画像から標的の幾何特性量を演算する特性量演算手段と、上記特性量演算手段により演算された幾何特性量から標的の慣性主軸方向を特定する方向特定手段と、上記方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する推定手段と、上記推定手段により推定された相対位置及び相対姿勢から標的の照準点を算定する照準点算定手段とを備えた飛翔体の画像処理装置。
【請求項２】
推定手段は、方向特定手段により特定された慣性主軸方向から標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定することを特徴とする請求項１記載の飛翔体の画像処理装置。
【請求項３】
推定手段により推定された相対位置及び相対姿勢から標的の推定画像を生成して、その推定画像と標的画像の誤差を計算し、その誤差が減少する方向に標的の全幅値を更新する更新手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の飛翔体の画像処理装置。
【請求項４】
更新手段は、誤差の勾配を計算し、その勾配を用いて標的の全幅値を更新することを特徴とする請求項３記載の飛翔体の画像処理装置。
【請求項５】
更新手段は、標的画像及び推定画像の面積と断面二次モーメントを計算し、その面積と断面二次モーメントを用いて標的の全幅値を更新することを特徴とする請求項３記載の飛翔体の画像処理装置。
【請求項６】
推定手段は、方向特定手段により特定された慣性主軸方向において標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素の輝度値と、標的画像の特徴点における開口率とから標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定することを特徴とする請求項１記載の飛翔体の画像処理装置。
【請求項７】
標的画像から標的の幾何特性量を演算する第１の特性量演算手段と、その標的画像に対して画像面内で水平方向及び垂直方向にそれぞれ０．５画素変位された標的画像から標的の幾何特性量を演算する第２の特性量演算手段と、上記第１の特性量演算手段により演算された幾何特性量から標的の慣性主軸方向を特定する第１の方向特定手段と、上記第２の特性量演算手段により演算された幾何特性量から標的の慣性主軸方向を特定する第２の方向特定手段と、上記第１の方向特定手段により特定された慣性主軸方向と上記第２の方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する推定手段と、上記推定手段により推定された相対位置及び相対姿勢から標的の照準点を算定する照準点算定手段とを備えた飛翔体の画像処理装置。
【請求項８】
推定手段は、第１の方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素を選択するとともに、第２の方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素を選択し、それらの画素の位置関係から標的の相対位置及び相対姿勢を推定することを特徴とする請求項７記載の飛翔体の画像処理装置。
【請求項９】
標的画像から標的の幾何特性量を演算し、その幾何特性量から標的の慣性主軸方向を特定すると、その慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定し、その相対位置及び相対姿勢から標的の照準点を算定する飛翔体の画像処理方法。
【請求項１０】
標的の慣性主軸方向から標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定することを特徴とする請求項９記載の飛翔体の画像処理方法。
【請求項１１】
標的の相対位置及び相対姿勢から標的の推定画像を生成して、その推定画像と標的画像の誤差を計算し、その誤差が減少する方向に標的の全幅値を更新することを特徴とする請求項１０記載の飛翔体の画像処理方法。
【請求項１２】
誤差の勾配を計算し、その勾配を用いて標的の全幅値を更新することを特徴とする請求項１１記載の飛翔体の画像処理方法。
【請求項１３】
標的画像及び推定画像の面積と断面二次モーメントを計算し、その面積と断面二次モーメントを用いて標的の全幅値を更新することを特徴とする請求項１１記載の飛翔体の画像処理方法。
【請求項１４】
標的の慣性主軸方向において標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素の輝度値と、標的画像の特徴点における開口率とから標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定することを特徴とする請求項９記載の飛翔体の画像処理方法。
【請求項１５】
標的画像から標的の幾何特性量を演算し、その幾何特性量から標的の慣性主軸方向を特定する一方、その標的画像に対して画像面内で水平方向及び垂直方向にそれぞれ０．５画素変位された標的画像から標的の幾何特性量を演算し、その幾何特性量から標的の慣性主軸方向を特定すると、それぞれ特定した慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定し、その相対位置及び相対姿勢から標的の照準点を算定する飛翔体の画像処理方法。
【請求項１６】
一方の慣性主軸方向に基づいて標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素を選択するとともに、他方の慣性主軸方向に基づいて標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素を選択し、それらの画素の位置関係から標的の相対位置及び相対姿勢を推定することを特徴とする請求項１５記載の飛翔体の画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、飛来する標的（例えば、ミサイル弾頭）に飛翔体を直撃して、その標的を撃破する際、その標的の照準点に飛翔体を誘導する飛翔体の画像処理装置及び飛翔体の画像処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２５は飛翔体の前方に搭載されたカメラにより撮影された画像を示す画像図であり、図２６〜図２８は例えば特開平６−３２３７８８号公報に示された従来の飛翔体の画像処理装置を説明する説明図である。図において、１は迎撃目標である標的、２は近赤外線波長センサにより取得された近赤外線画像のうち、標的１の排気画像を示す排気画像データセグメント、３は中赤外線波長センサにより取得された中赤外線画像のうち、標的１の本体画像を示す本体画像データセグメント、４は中赤外線波長センサにより取得された中赤外線画像のうち、標的１の排気画像を示す排気画像データセグメントである。
【０００３】
従来の画像処理装置においては、近赤外線波長センサ及び中赤外線波長センサを用いて、排気画像データセグメント２，４と本体画像データセグメント３を取得すると、図２８に示すように、中赤外線波長センサの排気画像データセグメント４に対して、図心Ｏ，慣性主軸ξの傾き角α，主軸方向の長さＬ1 ，直交軸方向の長さＬ2 を求める。
同様にして、近赤外線波長センサの排気画像データセグメント２、及び中赤外線波長センサの本体画像データセグメント３に対しても、同様の諸量を求める。
【０００４】
各画像データセグメント２，３，４に対する諸量を求めると、近赤外線波長センサにより取得された画像と、中赤外線波長センサにより取得された画像に対して、各画像データセグメント２，３，４の位置相関を取ることにより、標的１の排気と、それ以外のものを識別する。
即ち、中赤外線画像における画像データセグメントの中で、その位置が近赤外線画像における画像データセグメントを含み、慣性主軸ξの傾き角αが接近しているものを標的１の排気画像データセグメント４として認識する。
【０００５】
次に、中赤外線波長センサの排気画像データセグメント４の慣性主軸ξの傾き角αから標的１の機軸を検出する。
一般に高温の排気画像データセグメント２が、それより低温の排気画像データセグメント４より、標的１の本体に近い位置にあることを利用して、中赤外線波長センサの排気画像データセグメント４の図心Ｏから近赤外線波長センサの排気画像データセグメント２の図心Ｏに向かう方向を機首方向として検出する。
【０００６】
そして、標的１の先端部である中赤外線波長センサの本体画像データセグメント３の図心Ｏと、中赤外線波長センサの排気画像データセグメント４の図心Ｏとの中点を最適な誘導点とする誘導信号を出力することで、飛翔体を標的１に誘導する。
上記のように、標的１の本体画像情報と排気画像情報の双方に基づいて誘導点を算出しているため、本体画像の図心と排気画像の図心との位置ずれによる誘導点の誤検出を防止することができ、誘導精度を向上させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の飛翔体の画像処理装置は以上のように構成されているので、中赤外線波長センサの本体画像データセグメント３の図心Ｏと、中赤外線波長センサの排気画像データセグメント４の図心Ｏとの中点を誘導点とするが、一般的に標的画像に対する二次元的な図心は、標的１の三次元的な重心の画像面に対する光学的射影点に対応しているとは限らないため（標的１の姿勢により、図心と重心が一致する場合と一致しない場合がある）、標的画像の図心から必ずしも標的１の照準点を正確に求めることができず、標的１の撃破率が低下するなどの課題があった。
ここで、標的１の照準点とは、その点に飛翔体が命中した場合、標的１を撃破できる可能性が最も高いピンポイントであり、それは例えば標的の重心である。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、標的の照準点を正確に算定することができる飛翔体の画像処理装置及び飛翔体の画像処理方法を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る飛翔体の画像処理装置は、方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する推定手段を設けたものである。
【００１０】
この発明に係る飛翔体の画像処理装置は、方向特定手段により特定された慣性主軸方向から標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定する推定手段を設けたものである。
【００１１】
この発明に係る飛翔体の画像処理装置は、推定手段により推定された相対位置及び相対姿勢から標的の推定画像を生成して、その推定画像と標的画像の誤差を計算し、その誤差が減少する方向に標的の全幅値を更新する更新手段を設けたものである。
【００１２】
この発明に係る飛翔体の画像処理装置は、誤差の勾配を計算し、その勾配を用いて標的の全幅値を更新する更新手段を設けたものである。
【００１３】
この発明に係る飛翔体の画像処理装置は、標的画像及び推定画像の面積と断面二次モーメントを計算し、その面積と断面二次モーメントを用いて標的の全幅値を更新する更新手段を設けたものである。
【００１４】
この発明に係る飛翔体の画像処理装置は、方向特定手段により特定された慣性主軸方向において標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素の輝度値と、標的画像の特徴点における開口率とから標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定する推定手段を設けたものである。
【００１５】
この発明に係る飛翔体の画像処理装置は、第１の方向特定手段により特定された慣性主軸方向と第２の方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する推定手段を設けたものである。
【００１６】
この発明に係る飛翔体の画像処理装置は、第１の方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素を選択するとともに、第２の方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素を選択し、それらの画素の位置関係から標的の相対位置及び相対姿勢を推定する推定手段を設けたものである。
【００１７】
この発明に係る飛翔体の画像処理方法は、標的画像から標的の幾何特性量を演算し、その幾何特性量から標的の慣性主軸方向を特定すると、その慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定し、その相対位置及び相対姿勢から標的の照準点を算定するようにしたものである。
【００１８】
この発明に係る飛翔体の画像処理方法は、標的の慣性主軸方向から標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定するようにしたものである。
【００１９】
この発明に係る飛翔体の画像処理方法は、標的の相対位置及び相対姿勢から標的の推定画像を生成して、その推定画像と標的画像の誤差を計算し、その誤差が減少する方向に標的の全幅値を更新するようにしたものである。
【００２０】
この発明に係る飛翔体の画像処理方法は、誤差の勾配を計算し、その勾配を用いて標的の全幅値を更新するようにしたものである。
【００２１】
この発明に係る飛翔体の画像処理方法は、標的画像及び推定画像の面積と断面二次モーメントを計算し、その面積と断面二次モーメントを用いて標的の全幅値を更新するようにしたものである。
【００２２】
この発明に係る飛翔体の画像処理方法は、標的の慣性主軸方向において標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素の輝度値と、標的画像の特徴点における開口率とから標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定するようにしたものである。
【００２３】
この発明に係る飛翔体の画像処理方法は、一方の慣性主軸方向と他方の慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定し、その相対位置及び相対姿勢から標的の照準点を算定するようにしたものである。
【００２４】
この発明に係る飛翔体の画像処理方法は、一方の慣性主軸方向に基づいて標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素を選択するとともに、他方の慣性主軸方向に基づいて標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素を選択し、それらの画素の位置関係から標的の相対位置及び相対姿勢を推定するようにしたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による飛翔体の画像処理装置を示す構成図であり、図において、１１は飛翔体の前方に搭載され、標的を撮影する画像センサ、１２は画像センサ１１により撮影された画像のうち、標的部分と背景部分を識別する前処理装置、１３は前処理装置１２により識別された標的部分（以下、標的画像という）から標的の幾何特性量を算出する幾何特性算出装置（特性量演算手段）、１４は幾何特性算出装置１３により算出された幾何特性量から標的の慣性主軸方向を２個推定する慣性主軸推定装置（方向特定手段）、１５は標的の特徴点における標的先端部を検出する特徴点検出装置（推定手段）である。
【００２６】
１６は標的の形状及び照準点に関するモデルデータを格納する標的データベース（推定手段）、１７は慣性主軸推定装置１４により推定された２個の慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する相対状態量推定装置（推定手段）、１８は特徴点検出装置１５により検出された標的先端部等を参照して、２個の慣性主軸方向から機軸を選択する機軸選択装置、１９は２個の慣性主軸方向から標的の全幅値を計算する全幅算出装置、２０は全幅算出装置１９により計算された全幅値と標的データベース１６に格納されている標的の形状に関するモデルデータとを照合して、標的の相対位置及び相対姿勢を推定する照合処理装置、２１は相対状態量推定装置１７により推定された相対位置及び相対姿勢と標的の照準点に関するモデルデータから標的の照準点を算定する照準点算定装置（照準点算定手段）である。
なお、図２はこの発明の実施の形態１による飛翔体の画像処理方法を示すフローチャートである。
【００２７】
次に動作について説明する。
この実施の形態１では、標的として例えばミサイル弾頭を想定し、その形状を図３に示すような円錐３１で近似する。
以下の二つの座標系を定義する。
【００２８】
・カメラ座標系（ＸC ，ＹC ，ＺC ）
カメラ座標系は、飛翔体の前方に搭載された画像センサ１１におけるカメラ光学中心に原点ＯC を持ち、ＺC 軸を光軸方向に定める。また、ＸC 軸を画像面３２の水平方向に定め、ＹC 軸をＸC 軸及びＺC 軸と垂直方向に定める。
・標的固定座標系（ＸB ，ＹB ，ＺB ）
標的固定座標系は、円錐３１の底面中心に原点ＯB を持ち、底面内にＸB ，ＹB 軸、対称軸方向にＺB 軸を定める。
【００２９】
この時、飛翔体に搭載された画像センサ１１は、飛翔体の前方に位置する標的を含む画像を取得する（ステップＳＴ１）。
前処理装置１２は、画像センサ１１が標的を含む画像を取得すると、その画像を構成する画素のうち、標的部分を構成する画素と背景部分を構成する画素を識別し、各画素を二値化処理する（ステップＳＴ２）。
具体的には、画像センサ１１により取得された画像を構成する画素のうち、標的部分を構成する画素の画素値は、背景部分を構成する画素の画素値と比べて大きい性質があるので、その画像を構成する各画素の画素値を閾値と比較し、その閾値より大きい画素値を有する画素を、標的部分を構成する画素と認識し、その閾値より小さい画素値を有する画素を、背景部分を構成する画素と認識する。
ここで、画像センサ１１の画像サイズをＩW ×ＩH 、前処理後の画像における（ｉ，ｊ）番目の画素値をＩ（ｉ，ｊ）で記述すると、下記のように表すことができる。
【００３０】
【数１】
0004034003.tif 000002
【００３１】
幾何特性算出装置１３は、前処理装置１２が標的部分を構成する画素と背景部分を構成する画素を識別すると、標的部分の幾何特性量、即ち、標的の面積Ｓ，図心（ｘc ，ｙc ），断面二次モーメントＪxx，Ｊxy，Ｊyyを下記に示すように計算する（ステップＳＴ３）。
【００３２】
【数２】
0004034003.tif 000003
【００３３】
慣性主軸推定装置１４は、幾何特性算出装置１３が幾何特性量を計算すると、標的の断面二次モーメントＪxx，Ｊxy，Ｊyyに基づいて、標的画像における慣性主軸方向を推定する（ステップＳＴ４）。
一般に慣性主軸は、図４の３３，３４に示すように、標的画像内において２個存在し(最大，最小慣性主軸に対応)、その各々は直交関係を有しているが、そのいずれかと画像面水平方向３６とのなす角度をαとすれば、下記の関係を満足する。なお、図４において、３５は図心、３７は画像面の垂直方向である。
ｔａｎ２α＝２Ｊxy／（Ｊyy−Ｊxx）
０≦α≦π
【００３４】
また、特徴点検出装置１５は、幾何特性算出装置１３が幾何特性量を計算すると、標的の特徴点である標的先端部を検出する（ステップＳＴ５）。
図５に示すように、飛翔体に対する標的の姿勢によって、標的先端部３９が可視な場合(右)と、可視でない場合(左)が存在する。なお、図５において、３８は標的機軸、４０は最小慣性主軸である。
そこで、標的先端部３９が可視な場合には、例えば文献（徐、辻、"３次元ビジョン"、共立出版、ｐｐ．３６−３７、１９９８）等で紹介されているＳＵＳＡＮオペレータ等のコーナ検出器を用いて、標的先端部３９の位置（ｘv ，ｙv ）を検出する。
【００３５】
ＳＵＳＡＮオペレータでは、図６に示すように、例えば、円形のマスクａ〜ｄを画像に対してそれぞれ重ね合わせると、そのマスクａ〜ｄ内の画素の中で、マスク中心の画素の輝度値と同じ輝度値を持つ画素の個数を数え上げる処理を実行する。
例えば、背景４２内にある画素Ｐ1 を中心とするマスクａ、並びに、標的４１内にある画素Ｐ2 を中心とするマスクｂでは、その個数がマスク面積と等しくなる。一方、直線輪郭上の画素Ｐ3 を中心とするマスクｃでは、その個数がマスク面積の半分となり、また、コーナ画素Ｐ4 を中心とするマスクｄでは、その個数がマスク面積の１／４となる。
【００３６】
標的画像における各画素に対して、上記のような処理を実施し、その個数が最小となる画素、即ち、画素Ｐ4 を標的先端部３９として検出する。
なお、個数に対する閾値を設けることで、標的先端部３９が可視か否かも判別することができるので、図５における左右どちらの場合かを判別することができる。
【００３７】
次に、相対状態量推定装置１７は、飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する。
具体的には、まず、機軸選択装置１８が、慣性主軸推定装置１４により推定された２個の慣性主軸のうち、どちらが標的の機軸に対応するのかを判別する。
図５に示すように、飛翔体に対する標的の姿勢によって二種類の画像が存在するが、右図のような場合には、特徴点検出装置１５により標的先端部３９が検出されるため、その標的先端部３９と２個の慣性主軸との間の距離を計算し、小さい方を標的機軸３８として選択する（ステップＳＴ６）。
一方、左図のような場合には、特徴点検出装置１５により標的先端部３９が検出されないため、慣性主軸回りの慣性モーメントが大きい方（最大慣性主軸）を標的機軸３８として選択する（ステップＳＴ６）。
【００３８】
そして、全幅算出装置１９は、機軸選択装置１８が標的機軸３８を選択すると、図７に示すように、標的画像における２個の慣性主軸方向の全幅値を算出する（ステップＳＴ７）。機軸方向の全幅値をｈ、機軸方向と直交する方向の全幅値をｄとする。
なお、全幅値の算出方法としては、例えば、慣性主軸を平行移動しながら、慣性主軸上に存在する画素の画素値（前処理装置１２による前処理後の画素値）をスキャンし、“１”の画素値が最も連続する線分の長さを標的の全幅値とする。
【００３９】
そして、照合処理装置２０は、全幅算出装置１９が標的の全幅値ｈ，ｄを算出すると、標的データベース１６には、図８に示すように、標的であるミサイル弾頭の形状に関するデータ（高さＨ、底面直径Ｄ）が格納されているので、これらのデータと全幅値ｈ，ｄを照合して、標的の相対位置及び相対姿勢を推定する（ステップＳＴ８）。
【００４０】
例えば、図５の左図に示すような標的画像の場合、標的の相対姿勢は、カメラ座標系から標的固定座標系に対する３−２−１オイラー角を用いて表すと下記のように与えられる。
θx ＝±ｃｏｓ-1（ｈ／ｄ）
θy ＝π
θz ＝αmin −π
また、標的の相対位置は下記のように与えられる。
ｘC （ｒB ）＝Ｄ［ｘc −ＩW ／２］／ｄ
ｙC （ｒB ）＝Ｄ［ｙc −ＩH ／２］／ｄ
ｚC （ｒB ）＝Ｄ・ｆ／ｄ
ここで、αmin は画像面水平方向からの最小慣性主軸４０の傾き角、ｆはカメラ焦点距離である。
【００４１】
一方、図５の右図に示すような標的画像の場合、標的の相対姿勢は、下記のように与えられる。
0004034003.tif 000004
また、標的の相対位置は下記のように与えられる。
ｘC （ｒB ）＝Ｄ［ｘv −ＩW ／２］／ｄ−Ｈ・ｓｉｎθx ・ｓｉｎθz
ｙC （ｒB ）＝Ｄ［ｙv −ＩH ／２］／ｄ＋Ｈ・ｓｉｎθx ・ｃｏｓθz
ｚC （ｒB ）＝Ｄ・ｆ／ｄ
ここで、αsym は画像面水平方向からの標的機軸３８の傾き角である。
【００４２】
最後に、照準点算定装置２１は、相対状態量推定装置１７が標的の相対位置及び相対姿勢を推定すると、下記に示すように、標的データベース１６に格納されている照準点４３の位置情報を参照して、その相対位置及び相対姿勢から標的の照準点を算定する（ステップＳＴ９）。
【００４３】
【数３】
0004034003.tif 000005
【００４４】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、標的画像から標的の幾何特性量を演算し、その幾何特性量から標的の慣性主軸方向を特定すると、その慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定し、その相対位置及び相対姿勢から標的の照準点を算定するように構成したので、飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢が変化しても、標的の照準点を正確に算定することができる効果を奏する。
【００４５】
実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２による飛翔体の画像処理装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２２は相対状態量推定装置１７により推定された相対位置及び相対姿勢から標的の推定画像（二値化画像）を生成する推定画像生成装置（更新手段）、２３は推定画像生成装置２２により生成された推定画像と前処理装置１２により前処理された標的画像の誤差である推定誤差を計算する推定誤差算出装置（更新手段）、２４は推定誤差算出装置２３により計算された推定誤差の勾配を計算する勾配計算装置（更新手段）、２５は勾配計算装置２４により計算された勾配に基づいて推定誤差が減少する方向に標的の全幅値ｄ，ｈを更新する高次全幅更新装置（更新手段）である。
【００４６】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、相対状態量推定装置１７が標的の相対位置と相対姿勢を推定すると、その相対位置と相対姿勢から直ちに標的の照準点を算定するものについて示したが、その相対位置と相対姿勢から推定画像を生成して、その推定画像と標的画像の誤差を求め、その誤差が最小化するように標的の全幅値ｄ，ｈを更新してから、標的の照準点を算定するようにしてもよい。
【００４７】
上記実施の形態１の場合、慣性主軸方向の全幅値ｄ，ｈをピクセル精度で算出して、標的の相対位置及び相対姿勢を推定するので、飛翔体に対する標的の相対位置が比較的近距離にあり、標的画像に対する画像センサ分解能が十分に確保されている場合には問題ないが、飛翔体に対する標的の相対位置が遠距離にあり、標的画像に対する画像センサ分解能が十分に確保されない場合には、相対位置及び相対姿勢の推定精度が劣化する。
【００４８】
そこで、この実施の形態２では、標的画像に対する画像センサ分解能が十分に確保されない場合でも、相対位置及び相対姿勢の推定精度を高めるため以下に示す処理を実行する。
【００４９】
例えば、標的の相対位置が比較的遠距離にあり、図１０に示すような画像が取得されたものとする。この場合には、標的の慣性主軸方向の最大幅ｈ’，ｄ’は、図中×印が付された４個の画素の中心を基準として測定される。
この最大幅ｈ’，ｄ’は、実際に測定されるべきｄ，ｈに対し、常に画像センサ１１における量子化分の誤差が含まれる。
この量子化誤差が、照合処理装置２０における標的の相対位置及び相対姿勢の推定値に対する推定誤差として現れ、その結果、照準点の算定精度を低下させることになる。
【００５０】
同様な状況を図１１及び図１２を用いて説明する。両図には仮想的に標的の輪郭が実線で描かれている。このような２つの画像においては、どちらの場合においても、図中斜線で示された４個の画素の中心を基準として全幅値が算出されるため、照合処理装置２０において推定される相対位置及び相対姿勢の値には、両者の間で差が生じない。
【００５１】
しかしながら、それぞれの画像を領域全体で眺めれば、図中黒く塗りつぶされた画素４４，４５が輝度値を持つか否かの差が存在する。
即ち、図１１の場合には、画素４４，４５が輝度値を持ち、図１２の場合には、画素４４，４５が輝度値を持たない。
したがって、慣性主軸方向の最大幅といった一次元直線上の特徴量ではなく、画像全体に渡る更に高次の特徴量を利用すれば、両者の差異を推定量に反映することが可能であり、画像センサ１１における量子化誤差の影響を低減することができる。
【００５２】
推定画像生成装置２２は、相対状態量推定装置１７が相対位置及び相対姿勢を推定すると、その相対位置及び相対姿勢から標的の推定画像（二値化画像）を生成する。
そして、推定誤差算出装置２３は、推定画像生成装置２２が標的の推定画像を生成すると、その推定画像と前処理装置１２により前処理された標的画像（二値化画像）の誤差である推定誤差ｅを計算する。
即ち、推定画像と標的画像における画素間の輝度の二乗誤差、あるいは、等価的に輝度差の絶対値の総和を次のように定義して、推定誤差ｅを計算する。なお、二値化画像のため、両画像間における画素値の二乗誤差の総和と絶対値の総和は同じ値となる。
【００５３】
【数４】
0004034003.tif 000006
【００５４】
勾配計算装置２４は、推定誤差算出装置２３が推定誤差ｅを計算すると、その推定誤差ｅを全幅値ｄ，ｈで遍微分して、その推定誤差ｅの勾配∂ｅ／∂ｄ，∂ｅ／∂ｈを計算する。
【００５５】
そして、高次全幅更新装置２５は、勾配計算装置２４が推定誤差ｅの勾配∂ｅ／∂ｄ，∂ｅ／∂ｈを計算すると、その勾配∂ｅ／∂ｄ，∂ｅ／∂ｈを用いて、その推定誤差ｅが減少する方向に慣性主軸方向の全幅値ｄ，ｈを更新する。
即ち、前回の全幅値（ここでは説明の便宜上、前回の全幅値をｄold ，ｈold で表す）から（∂ｅ／∂ｄ）・Δｄ，（∂ｅ／∂ｈ）・Δｈを減算することにより、慣性主軸方向の全幅値ｄ，ｈを更新する（ここでは説明の便宜上、更新後の全幅値をｄnew ，ｈnew で表す）。
ｄnew ＝ｄold −（∂ｅ／∂ｄ）・Δｄ
ｈnew ＝ｈold −（∂ｅ／∂ｈ）・Δｈ
ただし、Δｄ，Δｈは推定誤差ｅを減少させるように決定される刻み幅である。
【００５６】
照合処理装置２０は、高次全幅更新装置２５が慣性主軸方向の全幅値ｄ，ｈを更新すると、上記実施の形態１と同様にして、更新後の全幅値に基づいて相対位置及び相対姿勢の候補値を算出する。
このようにして、照合処理装置２０が相対位置と相対姿勢の候補値を算出すると、今度は、その相対位置と相対姿勢の候補値から標的の推定画像を生成して、上記の処理を繰り返し、更に相対位置及び相対姿勢の候補値を算出する。
【００５７】
そして、推定誤差算出装置２３は、上記の処理が複数回繰り返された後、推定誤差ｅが停留値を取るところで、標的の相対位置及び相対姿勢の候補値を確定値として、照準点算定装置２１に出力する。
照準点算定装置２１は、推定誤差算出装置２３が標的の相対位置及び相対姿勢を出力すると、上記実施の形態１と同様にして、飛翔体に対する標的の照準点を算出する。
【００５８】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、標的の相対位置及び相対姿勢から標的の推定画像を生成して、その推定画像と標的画像の誤差を計算し、その誤差が減少する方向に標的の全幅値を更新するように構成したので、全幅値をサブピクセル精度で算出可能となり、飛翔体に対する標的の相対距離が比較的遠距離の場合においても、画像センサ１１の量子化誤差の影響が抑えられるようになり、その結果、標的の相対位置及び相対姿勢を精度よく推定することができる効果を奏する。
【００５９】
また、二つの慣性主軸方向の全幅値ｄ，ｈをパラメータとする２変数に対する勾配計算を実施して全幅値ｄ，ｈを更新し、その全幅値ｄ，ｈを用いて照合処理装置２０から間接的に標的の相対位置と相対姿勢を推定するように構成したので、標的の相対位置及び相対姿勢の６変数をパラメータとして直接的に勾配計算を実施するよりも、効率的に相対位置と相対姿勢を推定することができる効果を奏する。
【００６０】
実施の形態３．
図１３はこの発明の実施の形態３による飛翔体の画像処理装置を示す構成図であり、図において、図９と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２６は標的画像及び推定画像の面積と断面二次モーメントを算出する高次特徴量算出装置（更新手段）、２７は高次特徴量算出装置２６により算出された面積と断面二次モーメントを用いて標的の全幅値を更新する高次全幅更新装置（更新手段）である。
【００６１】
次に動作について説明する。
上記実施の形態２では、推定誤差ｅの勾配を計算し、その勾配を用いて慣性主軸方向の全幅値ｄ，ｈを更新するものについて示したが、標的画像及び推定画像の面積と断面二次モーメントを算出し、その面積と断面二次モーメントを用いて標的の全幅値ｄ，ｈを更新するようにしてもよい。
【００６２】
具体的には、高次特徴量算出装置２６は、推定画像生成装置２２より生成された標的の推定画像の面積と、機軸に垂直な慣性主軸回りの断面二次モーメントを算出する。
ここで、断面二次モーメントに関しては、標的画像が図１４の左図のような場合には、図心３５を通る標的機軸３８に垂直な慣性主軸４０回りの値を計算する。
一方、図１４の右図のような場合には、標的先端部３９を通る標的機軸３８に垂直な軸４６回りの値を計算する。
【００６３】
高次全幅更新装置２７は、高次特徴量算出装置２６が高次特徴量（面積及び断面二次モーメント）を算出すると、その高次特徴量と、幾何特性算出装置１３により算出された幾何特性量（面積及び断面二次モーメント）を用いて、両者間の差を評価関数とする。
即ち、標的面積の差を第１の評価関数とし、断面二次モーメントの差を第２の評価関数とする。
【００６４】
そして、高次全幅更新装置２７は、第１の評価関数が減少する方向に、標的機軸３８に垂直な慣性主軸４０方向の全幅値を更新し、第２の評価関数が減少する方向に、機軸方向の全幅値を更新する。
即ち、図１４の左図のような画像の場合には、原画像である標的画像と推定画像に対して算出された標的面積を用いて、標的機軸３８に垂直な慣性主軸４０の方向の全幅値ｄを次のように更新する。
ｄnew ＝ｄold ×（Ｓorg ／Ｓest ）1/2
ここで、Ｓorg は標的画像における標的面積であり、Ｓest は推定画像における標的面積である。
【００６５】
標的機軸３８の方向の全幅値ｈは、標的機軸３８に垂直な慣性主軸回りの断面二次モーメントに基づいて次のように更新する。
ｈnew ＝ｈold ×（Ｊξξorg ／Ｊξξest ）1/3
Ｊξξ＝Ｊyy・ｓｉｎ2 α＋Ｊxx・ｃｏｓ2 α−Ｊxy・ｓｉｎ２α
ここで、Ｊξξorg は標的画像における標的機軸３８に垂直な慣性主軸４０回りの断面二次モーメント、Ｊξξest は推定画像における標的機軸３８に垂直な慣性主軸４０回りの断面二次モーメントである。
【００６６】
一方、図１４の右図のような画像の場合には、原画像である標的画像と推定画像に対して算出された標的面積を用いて、標的機軸３８に垂直な慣性主軸４０の方向の全幅値ｄを、図１４の左図の場合と同様に更新する。
標的機軸３８の方向の全幅値ｈは、標的機軸３８に垂直な慣性主軸回りの断面二次モーメントに基づいて次のように更新する。
ｈnew ＝ｈold ×（Ｊξ’ξ’org ／Ｊξ’ξ’est ）1/3
ここで、Ｊξ’ξ’org は標的画像における標的先端部３９を通る標的機軸３８に垂直な慣性主軸４６回りの断面二次モーメント、Ｊξ’ξ’est は推定画像における標的先端部３９を通る標的機軸３８に垂直な慣性主軸４６回りの断面二次モーメントである。
【００６７】
その他は上記実施の形態２と同様であるため説明を省略する。
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、標的画像及び推定画像の面積と断面二次モーメントを計算し、その面積と断面二次モーメントを用いて標的の全幅値を更新するように構成したので、全幅値をサブピクセル精度で算出可能となり、飛翔体に対する標的の相対距離が比較的遠距離の場合においても、画像センサ１１の量子化誤差の影響が抑えられるようになり、その結果、標的の相対位置及び相対姿勢を精度よく推定することができる効果を奏する。
【００６８】
また、標的の相対位置と相対姿勢を推定する際、比較的簡単に算出することが可能な標的画像の面積や断面二次モーメントに基づいて推定することができるので、勾配計算等の複雑な演算処理が不要になり、その結果、上記実施の形態２よりも、飛翔体に対する標的の相対位置や相対姿勢を効率的に推定することができる効果を奏する。
【００６９】
実施の形態４．
図１５はこの発明の実施の形態４による飛翔体の画像処理装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
６１は多値化処理を実施して標的部分と背景部分を識別する前処理装置、６２は前処理装置６１により識別された標的部分（以下、標的画像という）から標的の幾何特性量を算出する幾何特性算出装置（特性量演算手段）、６３は標的の特徴点における標的先端部を検出する特徴点検出装置（推定手段）、６４は標的画像の特徴点における開口率を算出する開口率算出装置（推定手段）である。
【００７０】
６５は慣性主軸方向において標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素の輝度値と、標的画像の特徴点における開口率とから標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するモデルデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定する相対状態量推定装置（推定手段）、６６は慣性主軸方向において標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素の輝度値と、標的画像の特徴点における開口率とから標的の全幅値を計算する高次全幅算出装置である。
【００７１】
次に動作について説明する。
前処理装置６１は、画像センサ１１が標的を含む画像を取得すると、その画像を構成する画素のうち、標的部分を構成する画素と背景部分を構成する画素を識別し、各画素を多値化処理する。
即ち、背景部分を構成する画素の画素値を零とする一方、標的領域では、その領域における最大輝度値で、標的部分を構成する画素の画素値を正規化し、標的領域において階調を持った画像を生成する。
【００７２】
幾何特性算出装置６２は、前処理装置６１が各画素の多値化処理を実施すると、標的部分の幾何特性量、即ち、標的の面積Ｓ，図心（ｘc ，ｙc ），断面二次モーメントＪxx，Ｊxy，Ｊyyを計算する。
幾何特性算出装置６２の計算は、計算対象となる画像が多値化画像になるだけで、基本的には上記実施の形態１における幾何特性算出装置１３と同様の計算である（計算においては、標的部分を構成する画素の輝度値を全て１に置き換えればよい)。
【００７３】
慣性主軸推定装置１４は、幾何特性算出装置１３が幾何特性量を計算すると、上記実施の形態１と同様に、標的の断面二次モーメントＪxx，Ｊxy，Ｊyyに基づいて、標的画像における慣性主軸方向を推定する。
また、特徴点検出装置６３は、幾何特性算出装置６２が幾何特性量を計算すると、上記実施の形態１と同様に、標的の特徴点である標的先端部を検出する。
【００７４】
なお、ＳＵＳＡＮオペレータ等のコーナ検出器を用いて標的先端部を検出する場合、多値化画像に対しても二値化画像の場合と同様に円形のマスクを作用させ、そのマスク内の画素の中で、マスク中心の画素の輝度値と近い輝度値を持つ画素数を数え上げる。標的画像における各画素に対してこの処理を実施し、その個数が最小となる画素を標的先端部として検出する。
【００７５】
そして、開口率算出装置６４は、特徴点検出装置６３により標的の特徴点である標的先端部が検出された場合には、その標的先端部における開口率を算出する。
即ち、標的先端部の近傍領域における画素値に基づいて標的先端部の開口率を算出する。
【００７６】
図１６に示すように、特徴点検出装置６３により検出された標的先端部３９を中心とする円形マスク４７を標的画像に重ね合わせて、マスク内領域において、その中心の画素の輝度と近い輝度値を有する画素の個数Ｎ（ｘv ，ｙv ）を数える。
そして、画素の個数Ｎ（ｘv ，ｙv ）を数えると、マスク面積Ｍで除算して、開口率φを算出する。
φ＝Ｎ（ｘv ，ｙv ）／Ｍ
なお、Ｎ（ｘv ，ｙv ）に関しては、仮に、特徴点検出装置６３において、ＳＵＳＡＮオペレータを用いるのであれば、これは既に計算された値である。従って、開口率の算出処理は、ＳＵＳＡＮオペレータに対する付加的な処理として済ませることができる。
【００７７】
次に、相対状態量推定装置６５は、飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する。
具体的には、まず、機軸選択装置１８が上記実施の形態１と同様に、慣性主軸推定装置１４により推定された２個の慣性主軸のうち、どちらが標的の機軸に対応するのかを判別する。
【００７８】
そして、高次全幅算出装置６６は、開口率算出装置６４により算出された標的先端部における開口率、並びに、二つの慣性主軸方向それぞれにおいて標的の最大幅を与える線分の両端点に対応する画素の輝度値に基づいて、慣性主軸方向それぞれにおける標的の全幅値をサブピクセル精度で算出する。
【００７９】
一例として、図１７のような標的画像について考える。
図１７において、慣主軸方向の最大幅を与える線分４８，４９の両端点に対応する画素は、図中斜線で示されるＰ1 〜Ｐ4 である。
標的先端部を示す画素Ｐ1 を拡大したのが図１８である。
【００８０】
標的領域における各画素の輝度値は、近似的にその画素を占める標的領域の面積に比例するものと考えられる。
即ち、標的領域内部では画素値が一様に１であり、標的輪郭部における画素値は各画素に占める標的領域の割合（面積比率）で与えられるものと、近似的に見なすことができる。
【００８１】
そこで、図１８に示すように画素Ｐ1 を、開口率算出装置６４で求めた開口率φを用いて、二つの領域（図中斜線で示された領域５０とそれ以外の領域５１)に分割する。
即ち、図１８に示すように、標的画像の図心３５を通る機軸３８上の１点を頂点Ｖ1 とし、頂点Ｖ1 から標的機軸３８に対して、対称に角度ψ＝２πφをなす直線５２，５３を描いて、画素を二つの領域５０，５１に分割する。
そして、画素Ｐ1 の面積に対する図中斜線で示された領域５０の面積比率が、画素Ｐ1 の持つ輝度値と等しくなるように画素Ｐ1 内における頂点Ｖ1 の位置を決定する。
【００８２】
また、図１７における特徴点以外の画素Ｐ2 〜Ｐ4 においては、例えば、Ｐ2 において、図１９に示すように画素Ｐ2 を通る標的機軸３８に垂直な慣性主軸５４ａ上の１点をＶ2 とし、頂点Ｖ2 を通り慣性主軸５４ａに垂直な直線５４ｂで画素を二つの領域（図中斜線で示された領域５５とそれ以外の領域５６）に分割する。
そして、画素Ｐ2 の面積に対する図中斜線で示された領域５５の面積比率が、画素Ｐ2 の持つ輝度値と等しくなるように点Ｖ2 の位置を決定する。画素Ｐ3 ，Ｐ4 においても同様な手法で点Ｖ3 ，Ｖ4 を決定する。
【００８３】
こうして決定された点Ｖ1 〜Ｖ4 の位置から、二つの慣性主軸方向それぞれにおける標的最大幅をサブピクセル精度で算出し、機軸方向の全幅をｈ、それと直交する方向の全幅をｄとする。
【００８４】
そして、照合処理装置２０は、全幅算出装置１９が標的の全幅値ｄ，ｈを算出すると、上記実施の形態１と同様に、標的の相対位置及び相対姿勢を推定する。
最後に、照準点算定装置２１は、相対状態量推定装置６５が標的の相対位置及び相対姿勢を推定すると、上記実施の形態１と同様に、標的の照準点を算定する。
【００８５】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、標的の慣性主軸方向において標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素の輝度値と、標的画像の特徴点における開口率とから標的の全幅値をサブピクセル精度で計算し、その全幅値と標的の形状に関するモデルデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定するように構成したので、飛翔体に対する標的の相対距離が比較的遠距離の場合においても、画像センサ１１の量子化誤差の影響が抑えられるようになり、その結果、標的の相対位置及び相対姿勢を精度よく推定することができる効果を奏する。
【００８６】
また、標的の相対位置と相対姿勢を推定する際、勾配計算等の複雑な繰り返し演算処理を必要としないため、飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢に関して、効率的な推定を行なうことができる効果を奏する。
【００８７】
実施の形態５．
図２０はこの発明の実施の形態５による飛翔体の画像処理装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
６７は前方三次元世界を画像センサ６８，６９に出力するハーフミラー、６８は画像センサ１１と同様の画像センサ、６９は画像センサ６８が撮影する標的画像に対して画像面内で水平方向及び垂直方向にそれぞれ０．５画素変位する位置に配置された画像センサ、７０は画像センサ６８側の標的画像に係る慣性主軸方向と画像センサ６９側の標的画像に係る慣性主軸方向とに基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する相対状態量推定装置（推定手段）、７１は二つの慣性主軸方向における標的の最大幅を与える線分の両端点に対応する画素を選択する主軸両端点選択装置、７２は主軸両端点選択装置７１により選択された各画素の位置関係から標的の全幅値をサブピクセル精度で算出する高次全幅算出装置である。
【００８８】
次に動作について説明する。
まず、ハーフミラー６７は、飛翔体前方の標的を含む三次元世界を画像センサ６８，６９に出力する。
画像センサ６８，６９は、一方の画像センサで取得される画像が他方の画像センサで取得される画像に対し、画像面内水平方向で０．５画素、画像面内垂直方向に０．５画素並進変位したものとなるように配置されている。
このような配置は図２１に示すように、一方の画像センサ、例えば、画像センサ６８を光軸ａに対して固定した状態で、画像センサ６９を光軸ａ，ｂが形成する平面内の光軸ｂに垂直な矢印ｃ、並びに、上記平面に垂直な方向の矢印ｄ方向に並進変位させることによって実現することができる。
【００８９】
画像センサ６８で取得された飛翔体前方の標的を含む第一画像、並びに、画像センサ６９で取得された飛翔体前方の標的を含む第二画像に対してそれぞれ、上記実施の形態１と同様に、前処理装置１２，幾何特性算出装置１３，慣性主軸推定装置１４及び特徴点検出装置１５が動作する。
【００９０】
次に、相対状態量推定装置７０は、飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する。
まず、前処理後の第一画像、並びに、第二画像のそれぞれに対して、機軸選択装置１８が、慣性主軸推定装置１４により推定された二つの慣性主軸のうち、どちらが標的の機軸に対応するのかを判別する。
【００９１】
次に、第一画像、並びに、第二画像のそれぞれに対して、主軸両端点選択装置７１，７１が、二つの慣性主軸方向それぞれにおける標的の最大幅を与える線分４８，４９の両端点に対応する画素を選択して、その位置を出力する。
例えば、図２２においては、第一画像に対する場合を示したものであり、図中斜線で示された画素Ｐ1 〜Ｐ4 を選択するとともに、第一画像におけるそれぞれの位置を出力する。
第二画像に対しても同様な処理を実施し、慣性主軸方向の最大幅を与える線分の両端点に対応する画素Ｑ1 〜Ｑ4 を選択し、第二画像におけるそれぞれの位置を出力する。
【００９２】
高次全幅算出装置７２は、主軸両端点選択装置７１によりそれぞれ選択された第一画像に対する画素Ｐ1 〜Ｐ4 、並びに、第二画像に対する画素Ｑ1 〜Ｑ4 の相対的な位置関係に基づいて、標的画像における主軸方向の最大幅をサブピクセル精度で算出する。
例えば、画像センサ６９では、画像センサ６８で得られた画像を画像面内水平方向に＋０．５画素、垂直方向に＋０．５画素だけ平行移動したものが得られるものとする。
【００９３】
この時、両画像において標的先端部３９に対応する特徴点を画素Ｐ1 ，Ｑ1 とすれば、図２３の左図に示すように、実際の標的先端部３９が画素Ｐ1 において、画素内を水平、垂直方向に４分割した時の第３象限８４にある場合、第二画像における実際の標的先端部３９は右図に示すように同じ画素内の第１象限８５にあるため、両画像において検出される画素Ｐ1 とＱ1 の位置に差異は生じない。
【００９４】
しかるに、例えば、実際の標的先端部３９が、図２４の左図に示すように第１象限８６にある場合、第二画像における実際の標的先端部３９は右図に示すように画像面内水平方向に＋１画素、垂直方向に＋１画素だけ並進変位した画素Ｑ1 における第３象限８７にあるため、両画像において検出される画素Ｐ1 と画素Ｑ1 の間の位置関係は、画素Ｑ1 は画素Ｐ1 に対して画像面内水平方向に＋１画素、垂直方向に＋１画素だけ並進変位している。
【００９５】
同様に、実際の標的先端部３９が第二象限にある場合には、画素Ｑ1 は画素Ｐ1 に対して画像面内垂直方向にのみ＋１画素並進変位したものとなり、実際の標的先端部３９が第４象限にある場合には、画素Ｑ1 は画素Ｐ1 に対して画像面内水平方向にのみ＋１画素並進変位したものとなる。
【００９６】
即ち、各画素Ｐi とＱi （ｉ＝１，２，３，４）の画像面における相対的な位置関係を調べることによって、実際の標的主軸方向両端点が第一画像における画素Ｐi 内のどの象限にいるのかを判別することができる。
標的の二つの慣性主軸方向における最大幅は、この象限の中心点、例えば図２３及び図２４では×印で示した点Ｃ1 を基準として、サブピクセル精度で、その値を算出する。
【００９７】
そして、照合処理装置２０は、高次全幅算出装置６６が標的の全幅値ｈ，ｄを算出すると、上記実施の形態１と同様に、標的の相対位置及び相対姿勢を推定する。
最後に、照準点算定装置２１は、相対状態量推定装置１７が標的の相対位置及び相対姿勢を推定すると、上記実施の形態１と同様に、標的の照準点を算定する。
【００９８】
以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、画像センサ６８側の標的画像に係る慣性主軸方向と画像センサ６９側の標的画像に係る慣性主軸方向とに基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定するように構成したので、見かけ上、画像センサの分解能を水平方向、垂直方向ともに２倍にすることができるようになり、その結果、飛翔体に対する標的の相対距離が比較的遠距離の場合においても、画像センサの量子化誤差の影響が抑えられるため、標的の相対位置及び相対姿勢を精度よく推定し、それを用いて標的の照準点を精度よく算定することができる効果を奏する。
【００９９】
また、標的の相対位置と相対姿勢を推定する際、勾配計算等の複雑な繰り返し演算処理を必要としないため、飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢に関して、効率的な推定を行なうことができる効果を奏する。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する推定手段を設けるように構成したので、飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢が変化しても、標的の照準点を正確に算定することができる効果がある。
【０１０１】
この発明によれば、方向特定手段により特定された慣性主軸方向から標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定する推定手段を設けるように構成したので、簡単に標的の相対位置と相対姿勢を推定することができる効果がある。
【０１０２】
この発明によれば、推定手段により推定された相対位置及び相対姿勢から標的の推定画像を生成して、その推定画像と標的画像の誤差を計算し、その誤差が減少する方向に標的の全幅値を更新する更新手段を設けるように構成したので、飛翔体に対する標的の相対距離が比較的遠距離の場合においても、画像センサの量子化誤差の影響が抑えられるようになり、その結果、標的の相対位置及び相対姿勢を精度よく推定することができる効果がある。
【０１０３】
この発明によれば、誤差の勾配を計算し、その勾配を用いて標的の全幅値を更新する更新手段を設けるように構成したので、飛翔体に対する標的の相対位置や相対姿勢を精度よく推定することができる効果がある。
【０１０４】
この発明によれば、標的画像及び推定画像の面積と断面二次モーメントを計算し、その面積と断面二次モーメントを用いて標的の全幅値を更新する更新手段を設けるように構成したので、飛翔体に対する標的の相対位置や相対姿勢を効率的に推定することができる効果がある。
【０１０５】
この発明によれば、方向特定手段により特定された慣性主軸方向において標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素の輝度値と、標的画像の特徴点における開口率とから標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定する推定手段を設けるように構成したので、飛翔体に対する標的の相対距離が比較的遠距離の場合においても、画像センサの量子化誤差の影響が抑えられるようになり、その結果、標的の相対位置及び相対姿勢を精度よく推定することができる効果がある。
【０１０６】
この発明によれば、第１の方向特定手段により特定された慣性主軸方向と第２の方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定する推定手段を設けるように構成したので、飛翔体に対する標的の相対距離が比較的遠距離の場合においても、画像センサの量子化誤差の影響が抑えられるようになり、その結果、標的の相対位置及び相対姿勢を精度よく推定し、それを用いて標的の照準点を精度よく算定することができる効果がある。
【０１０７】
この発明によれば、第１の方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素を選択するとともに、第２の方向特定手段により特定された慣性主軸方向に基づいて標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素を選択し、それらの画素の位置関係から標的の相対位置及び相対姿勢を推定する推定手段を設けるように構成したので、飛翔体に対する標的の相対位置や相対姿勢を精度よく推定することができる効果がある。
【０１０８】
この発明によれば、標的画像から標的の幾何特性量を演算し、その幾何特性量から標的の慣性主軸方向を特定すると、その慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定し、その相対位置及び相対姿勢から標的の照準点を算定するように構成したので、飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢が変化しても、標的の照準点を正確に算定することができる効果がある。
【０１０９】
この発明によれば、標的の慣性主軸方向から標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定するように構成したので、簡単に標的の相対位置と相対姿勢を推定することができる効果がある。
【０１１０】
この発明によれば、標的の相対位置及び相対姿勢から標的の推定画像を生成して、その推定画像と標的画像の誤差を計算し、その誤差が減少する方向に標的の全幅値を更新するように構成したので、飛翔体に対する標的の相対距離が比較的遠距離の場合においても、画像センサの量子化誤差の影響が抑えられるようになり、その結果、標的の相対位置及び相対姿勢を精度よく推定することができる効果がある。
【０１１１】
この発明によれば、誤差の勾配を計算し、その勾配を用いて標的の全幅値を更新するように構成したので、飛翔体に対する標的の相対位置や相対姿勢を精度よく推定することができる効果がある。
【０１１２】
この発明によれば、標的画像及び推定画像の面積と断面二次モーメントを計算し、その面積と断面二次モーメントを用いて標的の全幅値を更新するように構成したので、飛翔体に対する標的の相対位置や相対姿勢を効率的に推定することができる効果がある。
【０１１３】
この発明によれば、標的の慣性主軸方向において標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素の輝度値と、標的画像の特徴点における開口率とから標的の全幅値を計算し、その全幅値と標的の形状に関するデータから標的の相対位置及び相対姿勢を推定するように構成したので、飛翔体に対する標的の相対距離が比較的遠距離の場合においても、画像センサの量子化誤差の影響が抑えられるようになり、その結果、標的の相対位置及び相対姿勢を精度よく推定することができる効果がある。
【０１１４】
この発明によれば、一方の慣性主軸方向と他方の慣性主軸方向に基づいて飛翔体に対する標的の相対位置及び相対姿勢を推定し、その相対位置及び相対姿勢から標的の照準点を算定するように構成したので、飛翔体に対する標的の相対距離が比較的遠距離の場合においても、画像センサの量子化誤差の影響が抑えられるようになり、その結果、標的の相対位置及び相対姿勢を精度よく推定し、それを用いて標的の照準点を精度よく算定することができる効果がある。
【０１１５】
この発明によれば、一方の慣性主軸方向に基づいて標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素を選択するとともに、他方の慣性主軸方向に基づいて標的の最大幅を与える線分の両端点に位置する画素を選択し、それらの画素の位置関係から標的の相対位置及び相対姿勢を推定するように構成したので、飛翔体に対する標的の相対位置や相対姿勢を精度よく算定することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による飛翔体の画像処理装置を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による飛翔体の画像処理方法を示すフローチャートである。
【図３】  カメラ座標系及び標的固定座標系を示す説明図である。
【図４】  標的画像の慣性主軸方向を示す説明図である。
【図５】  飛翔体に対する標的の姿勢によって画像（標的形状）が異なることを示す説明図である。
【図６】  コーナ検出器の一例を示すＳＵＳＡＮオペレータの原理を説明する説明図である。
【図７】  二つの慣性主軸方向における最大幅を示す説明図である。
【図８】  標的データベースに蓄えられたデータを示す説明図である。
【図９】  この発明の実施の形態２による飛翔体の画像処理装置を示す構成図である。
【図１０】  画像センサにおける量子化誤差の影響を説明する説明図である。
【図１１】  画像センサにおける量子化誤差の影響を説明する説明図である。
【図１２】  画像センサにおける量子化誤差の影響を説明する説明図である。
【図１３】  この発明の実施の形態３による飛翔体の画像処理装置を示す構成図である。
【図１４】  慣性主軸方向における全幅値の更新を説明する説明図である。
【図１５】  この発明の実施の形態４による飛翔体の画像処理装置を示す構成図である。
【図１６】  標的先端部における画像開口率の算出を説明する説明図である。
【図１７】  慣性主軸方向の最大幅を与える線分と、その両端点に対応する画素を示す説明図である。
【図１８】  画素Ｐ1 における端点Ｖ1 の決定を説明する説明図である。
【図１９】  画素Ｐ2 における端点Ｖ2 の決定を説明する説明図である。
【図２０】  この発明の実施の形態５による飛翔体の画像処理装置を示す構成図である。
【図２１】  画像センサ６８，６９の配置を説明する説明図である。
【図２２】  慣性主軸方向の最大幅を与える線分の両端点に対応する画素を示す説明図である。
【図２３】  標的先端部の第一画像と第二画像の相対的な位置関係（相対位置誤差なし）を示す説明図である。
【図２４】  標的先端部の第一画像と第二画像の相対的な位置関係（相対位置誤差あり）を示す説明図である。
【図２５】  飛翔体の前方に搭載されたカメラにより撮影された画像を示す画像図である。
【図２６】  従来の飛翔体の画像処理装置を説明する説明図である。
【図２７】  従来の飛翔体の画像処理装置を説明する説明図である。
【図２８】  従来の飛翔体の画像処理装置を説明する説明図である。
【符号の説明】
１３，６２  幾何特性算出装置（特性量演算手段）、１４  慣性主軸推定装置（方向特定手段）、１５，６３  特徴点検出装置（推定手段）、１６  標的データベース（推定手段）、１７，６５，７０  相対状態量推定装置（推定手段）、２１  照準点算定装置（照準点算定手段）、２２  推定画像生成装置（更新手段）、２３  推定誤差算出装置（更新手段）、２４  勾配計算装置（更新手段）、２５，２７  高次全幅更新装置（更新手段）、２６  高次特徴量算出装置（更新手段）、６４  開口率算出装置（推定手段）。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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