(57)【要約】【課題】  船舶に搭載し、光学的に目標を追尾しながら射出装置により射出物を射出する場合、射出装置から発生する火煙の映像により、画像追尾に影響を受け、継続した画像追尾ができなくなる。【解決手段】  管制装置１において、表示操作盤１０により射出装置から射出物を発射した場合、射出装置位置モニタ装置１１により撮像器４の画面内に目標位置及び射出装置が重畳することを検出して、画像追尾装置の目標信号検出処理を一時的に停止し、目標の角度検出位置を保持して、発射完了後に画像追尾処理を自動で再開することにより、安定した追尾の継続が可能となる。【選択図】      図１
2009133558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像器の映像から目標画像を得て目標を画像追尾し、目標の距離と角度を計測する目標追尾装置と、
上記目標追尾装置により得られた目標の距離と角度から目標位置を求め、求めた目標位置と、上記撮像器と射出装置の装備位置関係に基いて、上記撮像器の撮像画面の視野に射出装置及び射出装置から噴き出る火炎の画像が重畳し、目標追尾が不可となる状態を監視する射出装置位置モニタ装置とを備え、
上記目標追尾装置は、上記射出装置位置モニタ装置により、目標追尾が不可となる状態が予測されると、目標の追尾を一時停止することを特徴とした管制装置。
【請求項２】
船舶の針路、ロール角、ピッチ角を検出し、制御信号を出力するジャイロと、
目標の映像を表示し、表示画面内で目標の追尾領域が設定入力されるとともに、射出装置の発射制御に関する操作を行う表示操作盤と、
船舶に搭載され、目標の映像を撮像する撮像器と目標の距離を計測する測距器を有し、上記ジャイロと表示操作盤からの制御信号を受けて目標方向に指向する監視機と、
上記撮像器により撮像された目標の映像信号を処理して目標の画面内における角度を計算するとともに、上記表示操作盤により設定された追尾領域内で目標を画像追尾する画像追尾処理器と、
上記監視機が現在指向している角度と画像追尾処理器により得られた目標の画面内における角度を基に、上記監視機の目標指向角を指令するとともに、目標の角度を求める追尾制御器と、
上記測距器により計測された目標の距離と、上記追尾制御器により算出された目標の角度と、上記ジャイロからの制御信号から、上記射出装置の指向角度を計算し、上記射出装置に対して指向角度を指令する射出装置制御器と、
上記監視機と射出装置の船体上の占位差情報を保存する占位差テーブルと、
上記測距器により計測された目標の距離と上記追尾制御器により算出された目標の角度から目標位置を求め、求めた目標位置と、占位差テーブルに設定された占位差情報から得られる射出装置装備位置と、ジャイロの制御信号から求められる船体の動揺状態とに基いて、上記撮像器の撮像画面の視野に上記射出装置及び発射時における火炎の画像が重畳するか否かを監視する射出装置位置モニタ装置と、
を備えた管制装置。
【請求項３】
射出装置位置モニタ装置は監視結果を上記画像追尾処理器に出力し、上記画像追尾処理器は上記射出装置位置モニタ装置の監視結果に基いて、上記撮像器の撮像画面の視野に上記射出装置または射出装置から噴き出る火炎の画像が重畳する場合に、所定時間の間、目標画像の追尾を一時停止することを特徴とした請求項２記載の管制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、船舶に搭載して画像信号により目標の追尾を行う管制装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶に搭載される、砲銃を有した射出装置の照準を行う場合、テレビカメラ等により光学的に目標を追尾して、射出装置の指向角を制御する方法が良く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１７４４９５号公報（図７）
【０００４】
従来の管制装置では、一般的に、海上において射出装置から射撃を行う際、射撃を行う対象となる目標の照準を継続して実施することになる。画像追尾を行う際には映像信号より目標の位置を画面中心からの角度として検出し、常に目標が画像の中心に存在するよう撮像器の指向制御を行い、自動追尾を実施する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
管制装置において自動追尾演算を行う場合、射出装置と撮像器の搭載位置関係及び目標の位置等により、目標と射出装置が同一視野内にて映像が重畳して映ることがあり、その状態で発射を行うと、射出装置から発生する火煙により画像が乱れ、画像追尾処理における目標位置検出が誤動作してしまい追尾継続性が損なわれることがある。
【０００６】
このように、射撃を行いながら画像追尾を継続するためには、発射操作を行う時刻において画像追尾の安定性を確保するような制御が必要であるが、特許文献１に記載されるような従来技術では、発射時刻において画像追尾処理を安定させることができなかった。
【０００７】
すなわち、従来の管制装置では、射出装置の動作状態に関わらず、常に照準を正確に合わせることのみが主体となっており、発射時刻において射出装置から発生する火煙の影響を回避して画像追尾の安定性を確保することができないという問題があった。
【０００８】
この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、目標と射出装置が同一視野内となり、射出装置から発する火煙が目標と重畳して写りこむことが予測される場合であっても、画像追尾による目標の角度検出の位置が大きく変化しないよう制御することで、正確な目標追尾を継続することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明による管制装置は、撮像器の映像から目標画像を得て目標を画像追尾し、目標の距離と角度を計測する目標追尾装置と、上記目標追尾装置により得られた目標の距離と角度から目標位置を求め、求めた目標位置と、上記撮像器と射出装置の装備位置関係に基いて、上記撮像器の撮像画面の視野に射出装置及び射出装置から噴き出る火炎の画像が重畳し、目標追尾が不可となる状態を予測する射出装置位置モニタ装置とを備え、上記目標追尾装置は、上記射出装置位置モニタ装置により、目標追尾が不可となる状態が予測されると、目標の追尾を一時停止することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、目標と射出装置が撮像器の同一視野内となり、射出装置や射出装置から発する火煙が目標と重畳して写りこむことが予測される場合であっても、誤った目標の追尾を防止し、正確な目標追尾を継続することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、図を用いて、この発明に係わる実施の形態１について説明する。
図１は、この発明に係る実施の形態１による管制装置の運用形態を示す図である。図において、船舶１３は射出装置２と目標追尾装置３０を搭載し、海面１７上を航行している。目標追尾装置３０はその撮像器で目標１４を撮影し、目標１４を画像追尾して、射出装置２の砲銃から射出物（例えば弾丸）を射出する。射出装置２の砲銃から射出された射出物は弾道１６に沿って飛翔する。なお、目標追尾装置３０の撮像器は視野角１５を有している。
【００１２】
図２は、この実施の形態１による管制装置の内部構成を示したものである。図において、点線で囲まれた部分が管制装置１であり、射出装置２に対して射撃管制を実施する。すなわち、射出装置２は管制装置により指示される角度に射出装置２の砲を追従させ、射出物を発射できる。以下、管制装置１の構成について説明する。
管制装置１は、船舶に搭載され、監視機３と、画像追尾処理器６と、追尾制御器７と、射出装置制御器８と、ジャイロ９と、表示操作盤１０と、射出装置位置モニタ装置１１と、占位差テーブル１２を備えて構成される。また、ジャイロ９と、監視機３と、画像追尾処理器６と、追尾制御器７は、目標追尾装置３０を構成する。目標追尾装置３０は図の一点鎖線で囲まれた部分である。
【００１３】
監視機３は、目標の映像を撮像するための撮像器４と目標の距離を計測するための測距器５を備える。監視機３は、旋回及び俯仰方向に回転することが可能であり、ジャイロ９と表示操作盤１０からの制御信号を受け、目標方向に指向制御される。画像追尾処理器６は、撮像された目標の映像信号を処理して目標の画面内における角度を計算し、表示操作盤１０により設定された追尾領域内で目標を画像追尾する。ジャイロ９は、船舶の針路、ロール角、ピッチ角を検出し、検出結果から船舶の動揺修正を行うための制御信号を求めて、監視機３及び射出装置制御器８に入力する。表示操作盤１０は、撮像器４により撮影された目標の映像を表示する。また、表示操作盤１０は、監視機３の指向制御と射出装置２の
発射制御に関する操作を行う。
【００１４】
画像追尾処理器６は、撮像器４により撮像された目標の映像信号を処理して、目標の画面内における角度を計算し、表示操作盤１０により設定された追尾領域内で目標を画像追尾する。追尾制御器７は、監視機３が現在指向している角度と画像追尾処理器６により得られた目標の画面内における角度とを基に、監視機３の目標指向角を指令するとともに、目標の角度を求める。占位差テーブル１２は、監視機３と射出装置２の船体上の占位差情報を保存する。
【００１５】
射出装置位置モニタ装置１１は、測距器５により計測された目標の距離と追尾制御器７により計測された目標の角度が入力され、目標の距離と角度に基いて目標位置を算出する。また、射出装置位置モニタ装置１１は、占位差テーブル１２に設定された占位差情報から射出装置装備位置を求める。射出装置位置モニタ装置１１は、このようにして得られた目標位置および射出装置装備位置と、ジャイロ９の制御信号から求められる船体の動揺状態等を考慮して、撮像器４の撮像画面の視野に射出装置及び発射時における火炎の画像が重畳するか否かを監視し、目標追尾が不可となる状態を監視する。この監視結果は画像追尾処理器６に出力される。画像追尾処理器６は、射出装置位置モニタ装置１１の監視結果を得て、撮像器４の撮像画面の視野に射出装置２または射出装置２から噴き出る火炎の画像が重畳し、目標追尾が不可となる状態が発生し得るか否かを予測する。このように、目標追尾が不可となる状態が予想される場合に、目標画像の追尾を一時停止する。実施の形態１による管制装置は、上記の各装置により目標を追尾し、追尾諸元をもとに射出装置２の射撃を正確に行う。
【００１６】
次に、管制装置１の動作について説明する。
監視機３は旋回及び俯仰方向に回転することが可能であり、表示操作盤１０および追尾制御器７により指示された方向に対して指向制御される。ジャイロ９は船舶の動揺角を検出して監視機３に出力し、動揺を打ち消す方向で監視機３を制御する。監視機３は、取り付けられた撮像器４により目標の映像を撮像し、また測距器５により目標までの距離を計測する。
【００１７】
画像追尾処理器６では、撮像器４により得られた画像をもとに背景と区別された目標信号を検出する。目標の信号を背景から区別するための範囲が光学追尾ゲートであり、画像信号の振幅の変化により目標の存在を検出する。画像追尾処理器６は、目標の追尾領域として光学追尾ゲートを設定すると、検出された光学追尾ゲート内に存在する目標の位置を、画面中心からの上下及び左右の角度として求める。
射出装置位置モニタ装置１１では、船舶の動揺諸元及び撮像器４、射出装置２の甲板上の装備位置、射出装置２の指向角をもとに、撮像器４の視野内に射出装置２の砲や砲から発出する火煙が写りこむ可能性があるかどうかを監視する。
撮像器４の視野内に砲が重畳する状態において、表示操作盤１０より発射信号が入力された場合は、火煙により目標画像が乱れる可能性があるため、画像追尾処理器６が画像信号から計測される目標の角度を一時的に保持する。
追尾制御器７では、監視機３の旋回及び仰角の指向角度と、画像追尾処理器６により求められた画面中心からの上下及び左右の角度より目標の存在する旋回及び俯仰角を求め、監視機３に対して指向角を指令し、常に目標が画面中心に存在するよう制御する。
また、画像追尾処理器６が画像信号から計測される目標の角度を一時的に保持した場合は、火煙が収まる所定時刻を経過するまでの間、追尾制御器７は保持された目標角度方向を追尾し続ける。
そして、射出装置位置モニタ装置１１により、火煙が収まる時刻を経過した後に、画像追尾処理器６は一時的に保持された目標の角度を追尾開始点として画像追尾を再開し、光学追尾ゲート内に存在する目標の位置を再捕捉して、再捕捉した目標の位置を、画面中心からの上下及び左右の角度として求める。
【００１８】
表示操作盤１０では、撮像器４による目標の画像を表示するほか、監視機３の指向制御のための操作を行い、射出装置２に対する指向開始及び解除、発射の操作を実施する発射制御操作を行う。
【００１９】
また、射出装置制御器８では、測距器５により計測された目標距離と、追尾制御器７により求められた目標角度をもとに射出装置２に対する指向角を求めるほか、ジャイロ９により検出された船舶の動揺角にもとづいて射出装置２に対する動揺修正角を求め、射出装置２が空間上において安定した指向が可能となるよう制御する。
【００２０】
ここで、画像追尾処理器６における画像の状態を示す例を、図３及び図４に示す。図３は画像追尾処理器６における目標の画像例を示す図である。図４は画像追尾処理器６における目標及び射出装置２からの発射の画像例を示す図である。
【００２１】
図３、図４において、符号１４は射出装置２から射出される射出物を会合させる対象目標、符号１８は画像追尾処理における光学追尾ゲートであり、符号１９は船首等の船舶の一部を示す。また、図４において、符号２０が射出装置２の砲身と射出物の発射による火煙である。このように、射出装置２と目標１４が、撮像器４の視野内に入るような状態で発射を行う場合、発射による火煙の映像が目標の映像と重畳するために画像追尾の外乱となりうる。
【００２２】
このような状態に対処するため、射出装置位置モニタ装置１１では、管制装置１が射出装置２に発射を指令する時点において、撮像器４の視野内にて目標の映像と射出装置の火煙が重畳することを、以下の数１〜数６に示す式により予測する。
【００２３】
【数１】
2009133558.tif 000003
【００２４】
【数２】
2009133558.tif 000004
【００２５】
【数３】
2009133558.tif 000005
【００２６】
【数４】
2009133558.tif 000006
【００２７】
【数５】
2009133558.tif 000007
【００２８】
【数６】
2009133558.tif 000008
【００２９】
図５は、船体上における監視機３と射出装置２との位置関係を示す図である。図において、Ｃは船舶の針路を示し、ここでは船体ｚ軸を中心とした真北からの船体の回転角となる。Ｅは船舶のピッチ角で、図において船体ｚ軸を中心とした水平面からの回転角となる。Ｚは船舶のロール角で、図において船体ｙ軸を中心とした水平面からの回転角となる。
【００３０】
また、上記の式におけるxd、yd、zdは監視機３の位置を基準とした船体上の射出装置２の装備位置を示す占位差であり、船首尾線をy軸とし、甲板面がx−y平面となる座標系における数値である。占位差の情報は、占位差テーブル１２により射出装置位置モニタ装置１１に出力される。
【００３１】
以上の式により、監視機３から見える射出装置の位置として、真方位BRG(gun)、府仰角ELV(gun)を求めることができる。
図６は、監視機３と射出装置２の水平面における位置関係例を示す参考図である。図６においてx、y、zは、監視機３の位置を基準とした、安定化された空間上における射出装置２の位置を示しており、南北線をｙ軸とし、水平面がx-y平面となる座標系における数値である。
【００３２】
さらに、監視機３により追尾している目標の真方位をBRG(tgt)、府仰角EL(tgt)とすると、以下の式（数７）を満たす場合、目標を追尾する視野内に射出装置の画像が重畳するため、発射による火煙が目標画像を乱す要因になり得ると判定することができる。
【００３３】
【数７】
2009133558.tif 000009
【００３４】
なお、上の式においては、追尾中の目標は撮像器の視野のほぼ中心に存在するものとしており、φは視野の中心から画像追尾に影響する範囲を示すしきい値となっている。
【００３５】
このように、射出装置位置モニタ装置１１は、上記数７に基いて、目標を追尾する視野内に射出装置の画像が重畳するか否かを判定する。画像追尾処理器６は、射出装置位置モニタ装置１１からの判定結果を受けると、弾丸が射出装置２より発射される時点において自動で目標の画像追尾を一時中断し、火煙が収まる所定時刻を経過するまでの間、目標の位置を保持する。これにより、画像追尾処理器６において追尾角度が大きく変動することを防ぎ、火煙が収まる時刻を経過した後に画像追尾を再開することができる。
【００３６】
以上説明した通り実施の形態１によれば、撮像器４の映像から目標画像を得て目標を画像追尾し目標の距離と角度を計測する目標追尾装置３０と、目標追尾装置３０により得られた目標の距離と角度から目標位置を求め、求めた目標位置と、撮像器４と射出装置２の装備位置関係に基いて、撮像器４の撮像画面の視野に射出装置２及び射出装置２から噴き出る火炎の画像が重畳し、目標追尾が不可となる状態を監視する射出装置位置モニタ装置１１を備えて、目標追尾装置３０が、射出装置位置モニタ装置１１により、目標追尾が不可となる状態が予測されると、目標の追尾を一時停止するように構成することにより、目標と射出装置が撮像器の同一視野内となり、射出装置２や射出装置２から発する火煙が目標と重畳して写りこむことが予測される場合であっても、誤った目標の追尾を防止し、正確な目標追尾を継続することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の実施の形態１による運用状態を示すための図である。
【図２】この発明の実施の形態１による構成を示すための図である。
【図３】画像追尾処理器６における目標の画像を示す例である。
【図４】画像追尾処理器６における目標及び射出装置からの発射の画像を示す例である。
【図５】船体における射出装置と監視機の位置関係を示す図である。
【図６】水平面における射出装置と監視機の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  管制装置、２  射出装置、３  監視機、４  撮像器、５  測距器、６  画像追尾処理器、７  追尾制御器、８  射出装置制御器、９  ジャイロ、１０  表示操作盤、１１  射出装置位置モニタ装置、１２  占位差テーブル、１３  船舶、１８  光学追尾ゲート、３０  目標追尾装置。
【図１】
2009133558.tif 000010
【図２】
2009133558.tif 000011
【図３】
2009133558.tif 000012
【図４】
2009133558.tif 000013
【図５】
2009133558.tif 000014
【図６】
2009133558.tif 000015