(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
探知領域を走査して撮像する撮像手段と、
この撮像手段で得られる画像信号の輝度レベルを求める輝度レベル演算手段と、
この輝度レベル演算手段の出力信号から前記探知領域を区分した走査域ごとの撮像条件を求める撮像条件演算手段と、
この撮像条件演算手段で求められた撮像条件に基づいて前記走査域ごとに前記撮像手段の撮像処理に関する制御を行なう撮像制御手段とを具備し、
前記撮像手段は、撮像器をジンバル機構に搭載し、指向方向に応じて前記ジンバル機構を駆動して前記撮像器を指向制御し、
前記撮像条件演算手段は、前記ジンバル機構によって得られる前記撮像器の指向角度に基づいて前記走査域を特定することを特徴とする目標探知処理装置。
【請求項２】
前記撮像条件演算手段は、前記輝度レベル演算手段の出力信号から求めた撮像条件情報を走査域に対応付けて記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶された撮像条件情報と前記輝度レベル演算手段の出力信号とを走査ごとに重ね比較して走査域ごとの撮像条件を求める演算処理手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の目標探知処理装置。
【請求項３】
前記撮像制御手段は、前記ジンバル機構によって得られる前記撮像器の指向角度に基づいて前記走査域を特定することを特徴とする請求項１記載の目標探知処理装置。
【請求項４】
外部からの指定情報に応じて、前記撮像条件演算手段の演算処理の実行・停止を制御する実行・停止制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の目標探知処理装置。
【請求項５】
前記撮像制御手段は、前記撮像条件情報に基づいて、前記撮像器の感光時間、オフセット量の少なくともいずれかを制御することを特徴とする請求項１記載の目標探知処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の目標探知処理装置が搭載される飛行体であって、
自飛行体の姿勢角度を検出する姿勢角度検出手段を備え、
かつ前記撮像制御手段は、前記姿勢角度検出手段により検出された飛行体の姿勢角度を示す情報に基づいて前記走査域を特定することを特徴とする飛行体。
【請求項７】
探知領域を走査して撮像する撮像手段を備える目標探知処理装置に使用される目標探知処理方法であって、
前記撮像手段で得られる画像信号の輝度レベルを求める第１の過程と、
この第１の過程で求められた輝度レベルから前記探知領域を区分した走査域ごとの撮像条件を求める第２の過程と、
この第２の過程で求められた撮像条件に基づいて前記走査域ごとに前記撮像手段の撮像処理に関する制御を行なう第３の過程とを具備し、
前記撮像手段は、撮像器をジンバル機構に搭載し、指向方向に応じて前記ジンバル機構を駆動して前記撮像器を指向制御し、
前記第２の過程は、前記ジンバル機構によって得られる前記撮像器の指向角度に基づいて前記走査域を特定することを特徴とする目標探知処理方法。
【請求項８】
前記第２の過程は、前記目標探知処理装置が撮像条件を走査域に対応付けて記憶したメモリを備える場合に、前記第１の過程で得られた出力結果と前記メモリに記憶された撮像条件とを走査ごとに重ね比較して走査域ごとの撮像条件を求める過程をさらに備えたことを特徴とする請求項７記載の目標探知処理方法。
【請求項９】
外部からの指定情報に応じて、前記第２の過程における撮像条件の演算処理の実行・停止を制御する第４の過程をさらに備えたことを特徴とする請求項７記載の目標探知処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に画像処理を利用して、目標の検出や追尾処理を行なう目標探知処理装置及び目標探知処理方法と、この目標探知処理装置を利用した飛行体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、飛翔体等の目標対象物の検出・追尾処理を行なう目標探知処理装置は、赤外線撮像器により目標を検出する。この場合、赤外線撮像器の感光時間やオフセット量は、撮像前に調整して決定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、撮像器は、周囲からの背景放射による雑音の影響を強く受けるため、輝度変化が大きい背景を撮像すると、ある部分は素子飽和を生じ、また別のある部分はコントラストが低くなってしまう。このことは、赤外線撮像器において顕著である。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、画像状況変化、雑音等に影響を受けることなく、目標を容易にかつ確実に検出することが可能な目標探知処理装置及び目標探知処理方法を提供し、さらにこの目標探知処理装置を用いて目標を検出することが可能な飛行体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するために、以下のように構成される。
（１）探知領域を繰り返し走査して撮像する走査型撮像手段と、この走査型撮像手段で得られる画像信号の輝度レベルを求める輝度レベル演算手段と、この輝度レベル演算手段の出力信号から探知領域を区分した走査域ごとの撮像条件を求める撮像条件演算手段と、この撮像条件演算手段で求められた撮像条件に基づいて走査域ごとに走査型撮像手段の撮像処理に関する制御を行なう撮像制御手段とを備えるようにしたものである。
【０００６】
（１）の発明では、探知領域内で、目標の検出を行なう場合に、走査型撮像手段の撮像器により探知領域を繰り返し走査して撮像することで得られる画像信号を利用して目標を検出するようにしている。このとき、輝度変化が大きい背景を撮像すると、目標が見えなくなることになる。そこで、画像信号の輝度レベルを演算し、この演算結果から探知領域を区分した走査域ごとの撮像条件を求め、この撮像条件に基づいて走査域ごとに撮像器の感光時間及びオフセット量の少なくとも一方を制御して、目標を明確にした良好な捜索画像が得られるようにした。
【０００７】
（２）撮像条件演算手段は、輝度レベル演算手段の出力信号から求めた撮像条件情報を走査域に対応付けて記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された撮像条件情報と輝度レベル演算手段の出力信号とを繰り返し走査ごとに重ね比較して走査域ごとの撮像条件を求める演算処理手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
（２）の発明によれば、走査域と求めた撮像条件とを対応付けて記憶しておくことにより、次回において各走査域ごとに得られた輝度レベルを含む演算結果と前回求めた撮像条件とを比較して、各走査域ごとの画像状況変化、雑音等を特定することができ、これにより次回における最適な撮像条件を求めることができる。このため、各走査域ごとに撮像器の感光時間及びオフセット量の少なくとも一方を設定することができ、これにより目標を明確にした良好な捜索画像が得られる。
（３）走査型撮像手段は、撮像器をジンバル機構に搭載し、指向方向に応じて前記ジンバル機構を駆動して撮像器を指向制御し、そして、撮像条件演算手段は、ジンバル機構によって得られる撮像器の指向角度に基づいて走査域を特定する。さらに撮像制御手段は、ジンバル機構によって得られる撮像器の指向角度に基づいて走査域を特定する。
【０００９】
（３）の発明によれば、ジンバル機構の可動範囲で、撮像器の指向角度と求めた撮像条件とを対応付けて記憶しておくことにより、次回において各指向角度ごとに得られた輝度レベルと前回求めた撮像条件とを比較して、各指向角度ごとの画像状況変化、雑音等を特定することができ、これにより探知領域を広めることができる。
【００１０】
（４）外部からの指定情報に応じて、撮像条件演算手段の演算処理の実行・停止を制御する実行・停止制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
（４）の発明によれば、例えば走査域ごとに撮像条件を演算するか否かを判断することで、ある走査域については撮像条件を求め、一方別の走査域については妨害が入っても影響を受けないように撮像条件を演算しないというように、走査域ごとに最適な撮像条件の演算を行なうことができる。また、時間帯等に応じて撮像条件を演算するか否かを判断するようにしてもよい。
【００１２】
（５）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の目標探知処理装置を飛行体に搭載した場合に、自飛行体の姿勢角度を検出する姿勢角度検出手段を備え、かつ撮像制御手段は、姿勢角度検出手段により検出された飛行体の姿勢角度を示す情報に基づいて走査域を特定することを特徴とする。
【００１３】
（５）の発明によれば、飛行体に搭載した状態で、飛行体から目標を探知する場合にも、飛行体の姿勢角度を利用することで、地上で目標を探知するのと同様に、探知領域を区分した走査域を特定でき、これにより各走査域ごとに撮像器の感光時間及びオフセット量を設定することができ、目標を明確にした良好な捜索画像が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、この発明の一実施形態に係わる目標探知処理装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
目標探知処理装置は、例えば航空機やヘリコプタ等の飛行体に搭載されており、同図に示すように、赤外線撮像器１１と、ジンバル機構部１２と、ジンバル駆動制御部１３と、画像輝度レベル計算部１４と、エリア別撮像条件計算部１５と、エリア判定撮像条件設定部１６と、機体姿勢角度検出部１７と、計算制御部１８とを備えている。
【００１７】
赤外線撮像器１１は、ジンバル機構部１２によって高低（アジマス）方向及び方位（エレベーション）方向に回動自在に支持される。この赤外線撮像器１１で撮像されたビデオ信号は、図示しない目標処理部へ出力される。
【００１８】
ジンバル機構部１２は、アジマス、エレベーションの２つのジンバル軸を備え、それぞれのジンバル軸の回転はジンバル駆動制御部１３によって制御される。ジンバル駆動制御部１３は、別途提供される目標情報もしくは所定の走査順序を表す情報に基づいて、各ジンバル軸の角度を制御する。
【００１９】
画像輝度レベル計算部１４は、赤外線撮像器１１から出力されるビデオ信号を入力し、画像輝度レベルの代表値を計算する。
【００２０】
エリア別撮像条件計算部１５は、図２に示すように、メモリ１５１と、計算処理部１５２とを備えている。メモリ１５１は、求められた撮像条件情報をジンバル機構部１２から与えられるジンバル指向角度情報に対応付けて記憶する。計算処理部１５２は、メモリ１５１に記憶された撮像条件情報と画像輝度レベル計算部１４から与えられる画像輝度情報とを繰り返し走査ごとに重ね比較して走査エリアごとの撮像条件を計算する。
【００２１】
エリア判定撮像条件設定部１６は、エリア別撮像条件計算部１５から与えられる撮像条件情報、ジンバル機構部１２から与えられるジンバル指向角度情報及び機体姿勢角度検出部１３で検出される飛行体の姿勢角度情報に基づいて、赤外線撮像器１１の感光時間、オフセット量を走査エリアごとに制御する。
【００２２】
機体姿勢角度検出部１７は、水平面を基準として、自装置を搭載した飛行体の姿勢角度を検出する。この検出結果は、ジンバル駆動制御部１３及びエリア判定撮像条件設定部１６にそれぞれ供給される。ジンバル駆動制御部１３は、供給された飛行体の姿勢角度を基準とした指向方向に応じて、ジンバル機構部１２を駆動して赤外線撮像器１１を指向制御する。エリア判定撮像条件設定部１６は、供給された飛行体の姿勢角度を基準としたジンバル指向角度に基づいて、走査エリアを特定する。
【００２３】
計算制御部１８は、例えば監視者により設定された指令情報に応じて、エリア別撮像条件計算部１５の計算処理の実行・停止を制御する。
【００２４】
上記構成において、以下にその処理動作について図３乃至図５を参照して説明する。
【００２５】
目標の探知追尾処理を開始すると、初期設定により赤外線撮像器１１で得られたビデオ信号が画像輝度レベル計算部１４によりその画像輝度レベルが求められ、この画像輝度レベルに基づいて、図３に示すように、目標が探知されることになる。なお、図３において、図中破線で囲んだ四角形の１つ１つは、ある瞬間に赤外線撮像器１１が撮像する視野範囲を示している。すなわち、空間を走査することで、赤外線撮像器１１の視野範囲が移動することになる。
【００２６】
このとき、赤外線撮像器１１の感光時間及びオフセット量を一定に設定していると、輝度変化の大きい背景を撮像した場合に、走査範囲の図中左側のように赤外線撮像器１１の飽和を生じて目標が見えない状態となってしまうことになる。すなわち、感光時間及びオフセット量が適正ならば、図４に示すように、目標の輝度レベルが検出できるが、撮像素子が飽和状態になると、図５に示すように、画像上では目標が見えなくなってしまう。
【００２７】
そこで、本実施形態では、１回目で画像輝度レベル計算部１４で求められた画像輝度レベルを含む画像輝度情報を、エリア別撮像条件計算部１５によりメモリ１５１に予め記憶された基準値と比較して、赤外線撮像器１１に設定すべき撮像条件、つまり感光時間及びオフセット量を求め、この求められた感光時間及びオフセット量をエリア判定撮像条件設定部１６にて赤外線撮像器１１に設定する。
【００２８】
また、エリア別撮像条件計算部１５は、求めた撮像条件を赤外線撮像器１１のジンバル指向角度に対応付けてメモリ１５１に記憶するようにし、次回において、計算処理部１５２により、画像輝度レベル計算部１４で求められた画像輝度レベルを含む画像輝度情報とメモリ１５１に記憶された過去の撮像条件とを走査エリアごとに比較する。これにより、各走査エリアごとの画像状況変化、雑音等を特定でき、各走査エリアごとの最適な撮像条件を求めることができる。そして、この求めた撮像条件情報をエリア判定撮像条件設定部１６に供給することにより、エリア判定撮像条件設定部１６にて赤外線撮像器１１の感光時間、オフセット量を走査エリア別に制御することができる。
【００２９】
但し、飛行中の際には、飛行体の姿勢角度も考慮する必要があるので、エリア判定撮像条件設定部１６にて機体姿勢角度検出部１７で検出される飛行体の姿勢角度情報を利用して、ジンバル指向角度を補正した上で、目標の探知及び追尾処理を行なうようにする。
【００３０】
かくして、上記制御処理により、赤外線撮像器１１の出力から目標を明確にした良好な捜索画像が得られる。
【００３１】
さらに、画像輝度レベルが最適となった場合に、計算制御部１８は、外部からの指示情報に応じて、エリア別撮像条件計算部１５の演算処理を停止するようにしている。
【００３２】
以上のように上記実施形態では、探知領域内で、目標の検出を行なう場合に、赤外線撮像器１１により探知領域を繰り返し走査して撮像することで得られる画像信号を利用して目標を検出するようにし、輝度変化が大きい背景を撮像した場合も考慮して、画像輝度レベル計算部１４により画像信号の輝度レベルを演算し、エリア別撮像条件計算部１５にて演算結果から探知領域を区分した走査域ごとの撮像条件を求め、エリア判定撮像条件設定部１６により撮像条件に基づいて走査域ごとに赤外線撮像器１１の感光時間及びオフセット量の少なくとも一方を制御するようにしているので、走査エリア別に、赤外線撮像器１１の感光時間及びオフセット量の少なくとも一方を任意に設定することができ、良好な捜索画像が得られる。
【００３３】
また、エリア別撮像条件計算部１５は、メモリ１５１にジンバル指向角度と求めた撮像条件とを対応付けて記憶しておくことにより、次回において各走査エリアごとに得られた画像輝度レベルを含む画像輝度情報と前回求めた撮像条件とを比較して、各走査エリアごとの画像状況変化、雑音等を特定することができ、最適な撮像条件を求めることができる。このため、求めた撮像条件に基づいて、エリア判定撮像条件設定部１６により各走査エリアごとに赤外線撮像器１１の感光時間及びオフセット量を設定することができ、これにより目標を明確にした良好な捜索画像が得られる。
【００３４】
また、上記実施形態によれば、計算制御部１７において、例えば走査エリアごとに撮像条件を演算するか否かを判断してエリア別撮像条件計算部１５の計算処理の実行・停止を制御することで、ある走査エリアについては撮像条件を求め、一方別の走査エリアについては妨害が入っても影響を受けないように撮像条件を演算しないというように、走査エリアごとに最適な撮像条件の演算を行なうことができる。また、時間帯等に応じて撮像条件を演算するか否かを判断するようにもできる。
【００３５】
なお、この発明は上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば画像輝度レベル計算部１４、エリア別撮像条件計算部１５及びエリア判定撮像条件設定部１６をソフトウェアで構成するようにしてもよい。図６は画像輝度レベル計算機能、エリア別撮像条件計算機能及びエリア判定撮像条件設定機能を有するマイクロコンピュータとしてのシステム制御部２１を備えた目標探知処理装置のブロック図である。なお、図６において、図１と同一部分には同一符号を付して示す。
【００３６】
すなわち、電源供給が開始されることで、システム制御部２１が図７に示すような制御処理を開始する。
【００３７】
この制御処理を開始するとシステム制御部２１はまず、所定の初期処理を行ない（ステップＳＴ７ａ）、外部から与えられる制御情報に基づいて停止指示があるか否かの判断を行なう（ステップＳＴ７ｂ）。
【００３８】
ここで、停止指示がないならば（Ｎｏ）、システム制御部２１は、赤外線撮像器１１から得られるビデオ信号から画像輝度レベルを求め（ステップＳＴ７ｃ）、この画像輝度レベルとメモリ２２に記憶されている前回の撮像条件とを比較して、今回の撮像条件を求める（ステップＳＴ７ｄ）。なお、初期起動時においては、予めメモリ２２に記憶された基準値と比較して、今回の撮像条件を求める。
【００３９】
続いてシステム制御部２１は、求めた撮像条件に基づいて赤外線撮像器１１に対する感光時間、オフセット量の設定を行ない（ステップＳＴ７ｅ）、同時に求めた撮像条件をその撮像時にジンバル機構部１２により得られたジンバル指向角度に対応付けてメモリ２２に記憶する（ステップＳＴ７ｆ）。
【００４０】
続いてシステム制御部２１は、全探知領域について走査が完了したか否かの判断を行ない（ステップＳＴ７ｇ）、全探知領域の走査が完了するまで次の走査エリアについての処理に移行して（ステップＳＴ７ｈ）、上記ステップＳＴ７ｂ乃至ステップＳＴ７ｇの処理を繰り返し実行する。
【００４１】
そしてシステム制御部２１は、全探知領域について走査が完了したならば、次回の目標探知追尾処理の設定を行ない（ステップＳＴ７ｉ）、（ｉ＋１）回目の走査について上記ステップＳＴ７ｂ乃至ステップＳＴ７ｇの処理を繰り返し実行する。
【００４２】
一方、上記ステップＳＴ７ｂにおいて停止指示があった場合に、システム制御部２１は、撮像条件の演算処理を停止し（ステップＳＴ７ｊ）、上記ステップＳＴ７ｇの処理に移行する。このとき、赤外線撮像器１１に対する感光時間及びオフセット量の設定には、前回の撮像条件が使用される。
【００４３】
以上のように上記他の実施形態によってもこの発明を実施することができる。特に、各処理がソフトウェアにより実現できるので、構成が簡単になり、小型化に寄与することができる。
【００４４】
また、前記実施形態では、赤外線撮像器１１を飛行体に搭載した場合を例にとって説明した。しかし、それに限るものではなく、例えば赤外線撮像器１１を地上に設置して目標の探知を行なうようにしてもよい。
【００４５】
さらに前記実施形態では、赤外線撮像器１１を使用する例について説明したが、赤外線以外の撮像器にも同様に適用可能である。
【００４６】
その他、目標探知処理装置の構成、この目標探知処理装置を搭載する飛行体の種類、探知及び追尾すべき目標の種類、撮像条件の内容、赤外線撮像器に対する制御手順や制御内容等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、画像状況変化、雑音等に影響を受けることなく、目標を容易にかつ確実に検出することが可能な目標探知処理装置及び目標探知処理方法を提供し、さらにこの目標探知処理装置を用いて目標を検出することが可能な飛行体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る目標探知処理装置の一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示したエリア別撮像条件計算部の構成を示すブロック図。
【図３】同実施形態において、画像処理により目標を探知する様子を示すタイミング図。
【図４】同実施形態において、赤外線撮像器で撮像された目標の輝度レベルを説明するための特性図。
【図５】同実施形態において、赤外線撮像器で撮像された目標を画像処理した場合の輝度レベルを説明するための特性図。
【図６】この発明の他の実施形態に係わる目標探知処理装置の構成を示すブロック図。
【図７】図６に示したシステム制御部の動作を説明するために示すフローチャート。
【符号の説明】
１１…赤外線撮像器、
１２…ジンバル機構部、
１３…ジンバル駆動制御部、
１４…画像輝度レベル計算部、
１５…エリア別撮像条件計算部、
１６…エリア判定撮像条件設定部、
１７…機体姿勢角検出部、
１８…計算制御部、
２１…システム制御部、
２２、１５１…メモリ、
１５２…計算処理部。
【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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