JP7724129B2 - レーザ照射システム - Google Patents

Description

本開示は、レーザ照射システムに関する。

背景技術に係るレーザ照射システムが、下記特許文献１に開示されている。当該レーザ照射システムは、ターゲット以外のオブジェクトにレーザが照射されることを防止するために、レーザ照射装置の三次元位置及び動的挙動と、オブジェクトの三次元位置及び動的挙動とに基づいて、オブジェクトをマスクする。

米国特許出願公開第２０２０／０９６２９６号明細書

特許文献１に開示されたレーザ照射システムでは、オブジェクトをマスクするためのマスクデータの生成方法について、具体的に検討されていない。また、ターゲット又はオブジェクトの三次元位置及び動的挙動の情報のみでは、レーザの照射を禁止する禁止領域を適切に設定できない場合もある。

本開示は、レーザの照射を禁止する禁止領域を適切に設定することが可能なレーザ照射システムを得ることを目的とする。

本開示の一局面に係るレーザ照射システムは、目標にレーザを照射するレーザ照射システムであって、レーザを照射する照射装置と、前記照射装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記照射装置の周辺に存在する建造物、可燃物又は生物を特定する特定部と、外部から入力された、前記建造物、前記可燃物又は前記生物に関する付加情報を取得する取得部と、前記特定部によって特定された前記建造物、前記可燃物又は前記生物の外形情報と、前記取得部によって取得された前記付加情報とに基づいて、レーザの照射を禁止する禁止領域を設定する設定部と、を有する。

本開示によれば、照射装置の周辺に存在する建造物、可燃物又は生物の外形情報と、外部から入力された建造物、可燃物又は生物に関する付加情報とに基づいて、レーザの照射を禁止する禁止領域を適切に設定することが可能となる。

本開示の実施形態に係るレーザ照射システムの全体構成を概略的に示す図である。 レーザ照射部及び支持機構の構成を具体的に示す側面図である。 レーザ照射部及び支持機構の構成を具体的に示す斜視図である。 本開示の実施形態に係るレーザ照射システムの機能構成を示すブロック図である。 コントローラによって実行される制御動作の一例を示すフローチャートである。 目標の追尾を説明するための図である。 目標の追尾を説明するための図である。 コントローラによるマスクデータの第１の生成手法を説明するためのフローチャートである。 コントローラによるマスクデータの第２の生成手法を説明するためのフローチャートである。 コントローラによるマスクデータの第３の生成手法を説明するためのフローチャートである。 コントローラによるマスクデータの第４の生成手法を説明するためのフローチャートである。 表示装置に表示されたエッジ画像の一部を簡略化して示す図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。

［システムの全体構成］
図１は、本開示の実施形態に係るレーザ照射システムの全体構成を概略的に示す図である。本実施形態に係るレーザ照射システムは、レーザ照射装置１から目標に対して高出力のレーザを照射することによって当該目標を無力化もしくは当該目標にエネルギーを伝送するためのレーザシステムである。目標は、例えば、推進装置及び固定翼を有する航空機、単一あるいは複数の回転翼を持つ航空機等の飛行体あるいは飛翔体であっても良い。目標である飛行体あるいは飛翔体は、無人航空機を含む航空機であって良い。

本実施形態に係るレーザ照射システムは、移動体としての車両１０１に搭載されている。車両１０１は、動力源であるエンジン１０２と、エンジン１０２により回転駆動される車輪１０３と、運転席を内蔵したキャビン１０４と、キャビン１０４に連結されたフレーム１０５と、フレーム１０５に支持されたコンテナ１０６とを備える。レーザ照射装置１は、コンテナ１０６に配置されている。また、コンテナ１０６には、レーダを用いて目標を探知するレーダ探知機１１０が配置されている。

レーザ照射装置１は、レーザ発振器１１と、レーザ照射部１２と、支持機構１３とを備える。レーザ発振器１１は、レーザＬｂを生成する光源である。レーザ照射部１２は、レーザ発振器１１によって生成されたレーザＬｂを所望の方向に導光しつつ照射する照射器である。支持機構１３は、レーザ照射部１２を旋回可能及び傾動可能に支持する機構である。

レーザ発振器１１はコンテナ１０６の内部に配置され、レーザ照射部１２及び支持機構１３はコンテナ１０６上に配置されている。なお、コンテナ１０６は、レーザ発振器１１を収容する収容室としてだけでなく、例えばオペレータが駐在するオペレータ室として構成されても良い。

レーザ発振器１１によって生成されるレーザＬｂは、高出力レーザであれば特にその種類を問わないが、例えばファイバーレーザが好適である。ファイバーレーザは、レーザ活性元素を添加した光ファイバーによりレーザを発振させる電気駆動型レーザの一種であり、高効率発振及び高ビーム品質等の利点がある。ファイバーレーザを用いる場合、レーザ発振器１１は、例えば、励起光源となる半導体レーザと、半導体レーザの光を媒体となる活性元素を添加した光ファイバーに結合する結合器と、半導体レーザにより励起された状態の光ファイバーからレーザ光を取り出すレーザ共振器とを備えたものとすることができる。

図２及び図３は、レーザ照射部１２及び支持機構１３の構成を具体的に示す側面図及び斜視図である。なお、本実施形態においては、便宜上、図２等に示す支持機構１３の回転軸である後述のＺ軸の延在方向を上下方向、Ｙ軸の延在方向を左右方向とし、レーザ照射装置１から見て車両１０１のコンテナ１０６が存在する方向をＺ軸の下方向、レーザ照射部１２がレーザを照射する方向を前方向とする。但し、この方向定義はレーザ照射装置１の車両１０１への搭載姿勢によって適宜変更が可能である。レーザ照射部１２は、筐体２１と、光学モジュール２２と、照射ウィンドウ２３と、追尾カメラ２４と、撮影ウィンドウ２５とを備える。筐体２１は、光学モジュール２２及び追尾カメラ２４を内部に収容する略角筒状のハウジングである。光学モジュール２２は、レーザ発振器１１から出力されたレーザＬｂを集光しつつ所望の方向に指向させる光学部品群であり、透過光学素子又は反射光学素子等を含む光学素子から構成される。透過光学素子の一例としては集光レンズあるいは屈折レンズがあり、反射光学素子の一例としては凹面鏡あるいは凸面鏡がある。照射ウィンドウ２３は、光学モジュール２２から出力されたレーザＬｂを透過可能なガラス板等からなる透明部材であり、レーザＬｂの出口となる筐体２１の前端面２１ａに取り付けられている。追尾カメラ２４は、目標を捕捉及び追尾するために目標を撮影する撮影装置である。撮影ウィンドウ２５は、追尾カメラ２４に映像を取り込むために筐体２１の前端面２１ａに取り付けられたガラス板等からなる透明部材である。

レーザ照射部１２は、追尾カメラ２４により捕捉された目標を指向するように姿勢制御された状態で、光学モジュール２２から照射ウィンドウ２３を通じてレーザＬｂを照射する。

照射ウィンドウ２３及び撮影ウィンドウ２５は、筐体２１の前端面２１ａに気密に取り付けられている。つまり、筐体２１の内部は密閉されている。この密閉された筐体２１の内部には、乾燥ガスが封入されている。乾燥ガスは、筐体２１の内部を満たして空気を排除することで、筐体２１の内部に残存する水蒸気又は不純物の量を低減する役割を果たす。これにより、筐体２１内を通過するレーザＬｂを水蒸気が吸収すること、ひいては当該レーザの吸収に伴う温度上昇によりレーザＬｂの屈折率が変化することが防止される。

支持機構１３は、いわゆる２軸のジンバル機構である。この支持機構１３に支持されることによって、レーザ照射部１２は、図２に矢印Ａ１で示すように、Ｚ軸回りの回転である旋回が可能であり、また、図２に矢印Ａ２で示すように、Ｚ軸と直交するＹ軸回りの回転である傾動が可能である。

具体的に、支持機構１３は、ベース３１と、旋回体３２と、左右一対の支持脚３３と、図４に示すＺ軸モータ３４及びＹ軸モータ３５とを備える。本実施形態におけるベース３１は、コンテナ１０６に固定された円板状の台である。旋回体３２は、ベース３１上に同軸に配置された円板状の回転体であり、Ｚ軸方向に延びる旋回軸３１ａを介してベース３１に軸支されている。一対の支持脚３３は、旋回体３２から上方に突出する部材であり、レーザ照射部１２をＹ軸方向の両側から挟むように配置されている。各支持脚３３は、Ｙ軸方向に延びる傾動軸３３ａを介してレーザ照射部１２を軸支している。Ｚ軸モータ３４は、旋回体３２を矢印Ａ１のようにＺ軸回りに回転させる電動モータである。Ｙ軸モータ３５は、レーザ照射部１２を矢印Ａ２のようにＹ軸回りに回転させる電動モータである。

Ｚ軸モータ３４による旋回体３２の回転駆動に応じて、レーザ照射部１２が支持脚３３と共にＺ軸回りに旋回する。また、Ｙ軸モータ３５の駆動に応じて、支持脚３３に対しレーザ照射部１２がＹ軸回りに傾動する。レーザ照射部１２は、このような旋回及び傾動が可能な状態で支持機構１３に支持されることにより、照射ウィンドウ２３及び撮影ウィンドウ２５のある前端面２１ａを全方位に向けることが可能とされている。

レーザ照射部１２とレーザ発振器１１とは、図３に簡易的に示す導光路１８を介して接続されている。導光路１８は、レーザ発振器１１から出力されたレーザＬｂを、レーザ照射部１２の内部の光学モジュール２２に導入するための経路である。目標にレーザＬｂを照射する際には、レーザ発振器１１から導光路１８を通じて光学モジュール２２にレーザＬｂが導入される。光学モジュール２２に導入されたレーザＬｂは、照射ウィンドウ２３を通じて外部に導出される。

図４は、本実施形態に係るレーザ照射システムの機能構成を示すブロック図である。レーザ照射システムは、制御装置としてのコントローラ７０を備えている。また、レーザ照射システムは、いずれもコントローラ７０に電気的に接続された、レーザ照射装置１、レーダ探知機１１０、入力装置５１、表示装置５２、距離測定装置６１、及び視程測定装置６２を備えている。但し、入力装置５１、表示装置５２、距離測定装置６１、及び視程測定装置６２は、必ずしもその全てが必要というわけではなく、後述する第１～第４の生成手法のいずれが採用されるかによって、不要なものは省略可能である。入力装置５１は、オペレータによって操作可能な操作ボタン、キーボード、マウス、又はタッチパネル等を含む。また、入力装置５１は、外部の通信装置から受信したデータをコントローラ７０に入力するための通信モジュール、又は、外部の記憶媒体から読み出したデータをコントローラ７０に入力するためのデータ読み出し装置等を含む。表示装置５２は、ＬＣＤ又は有機ＥＬディスプレイ等を含む。入力装置５１及び表示装置５２は、例えばコンテナ１０６の内部のオペレータ室に配置されている。距離測定装置６１は、レーザ照射装置１から測定対象物までの距離を測定するための任意の測距計を用いて構成される。視程測定装置６２は、レーザ照射装置１の周辺環境の視程を測定するための任意の視程計を用いて構成される。距離測定装置６１及び視程測定装置６２は、レーザ照射装置１に実装されても良い。コントローラ７０は、特定部４１、取得部４２、設定部４３、及び算出部４４を備えている。各処理部の機能の詳細については後述する。コントローラ７０は、レーザ照射装置１のレーザ発振器１１、追尾カメラ２４、Ｚ軸モータ３４、及びＹ軸モータ３５の駆動を制御する。

［動作例］
図５は、コントローラ７０によって実行される、レーザ照射装置１による目標へのレーザ照射の制御動作の一例を示すフローチャートである。まずステップＳ１においてコントローラ７０は、レーダ探知機１１０を作動する。例えば、目標が接近する可能性を示す警戒情報等を受けたオペレータが、レーダ探知機１１０の作動命令を入力装置５１からコントローラ７０に入力する。これにより、コントローラ７０はレーダ探知機１１０を作動する。

レーダ探知機１１０が作動すると、次にステップＳ２においてコントローラ７０は、レーダ探知機１１０によって目標が探知されたか否かを判定する。目標が探知されない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、コントローラ７０は、ステップＳ２の処理を繰り返し実行する。

目標が探知された場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、次にステップＳ３においてコントローラ７０は、追尾カメラ２４によって目標の追尾を実行する。すなわち、コントローラ７０は、レーダ探知機１１０によって探知された目標が追尾カメラ２４の撮影画角内に入るように、Ｚ軸モータ３４及びＹ軸モータ３５を用いてレーザ照射部１２の姿勢を制御するとともに、追尾カメラ２４に継続的な目標の撮影を行わせる。なお、レーダ探知機１１０が目標を探知した際、レーダ探知機１１０はこれと同時に、目標とレーザ照射装置１との距離情報、及び、レーザ照射装置１から見た目標の方向情報を入手してコントローラ７０に送信しても良い。本実施形態では、コントローラ７０は、目標の位置を、レーダ探知機１１０及び追尾カメラ２４から得られる情報に基づいて推定している。

次にステップＳ４においてコントローラ７０は、目標の追尾が収束したか否かを判定する。

図６Ａ及び図６Ｂは、目標の追尾を説明するための図であり、追尾カメラ２４による撮影画像を示している。図６Ａにおいて、点Ｘ１は追尾点を示し、点Ｘ２はレーザ照準を示している。追尾点Ｘ１は、目標の画像に含まれる基準点であり、レーザ照準Ｘ２は、レーザ照射部１２から照射されたレーザＬｂの到達点である。コントローラ７０は、追尾点Ｘ１がレーザ照準Ｘ２に一致するように、すなわち図６Ａの状態から図６Ｂの状態となるようにレーザ照射部１２の姿勢を制御する。そして、追尾点Ｘ１がレーザ照準Ｘ２に略一致する状態が安定して得られた時点で、追尾が収束したと判定する。

追尾が収束したと判定した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、次にステップＳ５においてコントローラ７０は、目標に対してレーザＬｂを照射する。すなわち、コントローラ７０は、レーザ発振器１１からレーザ照射部１２にレーザＬｂが入力されるようにレーザ発振器１１を制御する。これにより、光学モジュール２２にレーザＬｂが導入されるとともに、光学モジュール２２から照射ウィンドウ２３を通じてレーザＬｂが照射される。

追尾が収束していないと判定した場合（ステップＳ４：ＮＯ）、コントローラ７０は、ステップＳ３，Ｓ４の処理を繰り返し実行する。

次にステップＳ６においてコントローラ７０は、目標への対処が完了したか否かを判定する。具体的な判定はレーザ照射の目的によって異なるが、飛行又は飛翔する目標の無力化を目的とする場合、コントローラ７０は、レーザ照射部１２から照射されたレーザＬｂが目標に命中し、その状態が一定時間以上継続したことにより、目標が無力化されたか否かを判定する。無力化の例としては、目標の一部あるいは全部に損傷が発生して墜落したこと、又は目標の安定飛行が不能となったこと等である。この場合、コントローラ７０は、追尾カメラ２４による撮影画像を解析すること等によって、目標に損傷が発生したか否か、もしくは目標が安定飛行できているか否か等を判定しても良い。飛行又は飛翔する目標へのエネルギー伝送を目的とする場合、コントローラ７０は、レーザ照射部１２から照射されたレーザＬｂが目標に命中し、その状態が予め定められた一定時間以上継続したことにより、目標へのエネルギー伝送が完了したか否かを判定する。予め目標側に充電量を判定するセンサと充電が十分か否かを判定する制御装置とこれを無線発信する無線装置を搭載し、レーザ照射装置１に目標の充電状況を送信することで、目標へのエネルギー伝送が完了したか否かを判定しても良い。目標への対処が完了していないと判定した場合（ステップＳ６：ＮＯ）、コントローラ７０は、ステップＳ５，Ｓ６の処理を繰り返し実行する。

目標への対処が完了したと判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、次にステップＳ７においてコントローラ７０は、他の目標が存在するか否かを判定する。すなわち、コントローラ７０は、既に対処が完了した目標の他に、レーダ探知機１１０によって探知されている目標が存在するか否かを判定する。

他の目標が存在すると判定した場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、コントローラ７０は、ステップＳ３以降の処理を繰り返し実行することにより、当該他の目標に対して追尾及び対処を行う。

他の目標が存在しないと判定した場合（ステップＳ７：ＮＯ）、コントローラ７０は、処理を終了する。

上記のように、本実施形態に係るレーザ照射システムは、目標に対してレーザＬｂを照射することによって目標を無力化、もしくは目標にエネルギーを伝送するものであるが、レーザＬｂは強い指向性を有するため、レーザＬｂが目標から外れた場合、目標の周辺に存在する物体にレーザＬｂが照射される可能性がある。目標の周辺が空あるいは海などレーザＬｂが生物に照射される確率が極めて低い領域又は可燃物が存在しない領域である場合には、目標の周辺にレーザＬｂが照射されたとしても、住民や動物等の生物が負傷し又は火災等が発生する心配はほとんど無い。しかし、目標の周辺に建造物、特に住宅、公共施設、商業施設、あるいは動物園等の生物が存在する可能性がある建造物、又は、プラスチック、山、あるいは木等の可燃物、又は、生物（以下「建造物等」と称す）が存在している場合には、目標の周辺にレーザＬｂが照射されると、生物が負傷し又は火災等が発生する可能性がある。このため、目標の周辺に建造物等が存在する場合には、安全性を考慮してレーザＬｂの照射を禁止することが好ましい。

そこで本実施形態に係るレーザ照射システムでは、所定位置への車両１０１の配備が完了した後、目標に対するレーザ照射を開始するより前に、コントローラ７０は、レーザＬｂの照射を禁止する禁止領域が設定されたマスクデータを生成する。図４を参照して、特定部４１は、レーザ照射装置１の周辺に存在する建造物等を特定し、取得部４２は、入力装置５１、距離測定装置６１、視程測定装置６２、追尾カメラ２４又は他のカメラを用いて外部から入力された、建造物等に関する付加情報を取得し、設定部４３は、特定部４１によって特定された建造物等の外形情報と、取得部４２によって取得された付加情報とに基づいて、禁止領域を設定する。以下、マスクデータの様々な生成手法について詳細に説明する。以下に述べる複数の生成手法は、任意に組み合わせて適用することが可能である。

［第１の生成手法］
図７は、コントローラ７０によるマスクデータの第１の生成手法を説明するためのフローチャートである。

まずステップＳ１１において取得部４２は、レーザ照射装置１の周辺の状況を示す周辺画像の画像データを取得する。当該画像データは、追尾カメラ２４又は他のカメラによってレーザ照射装置１の周囲を撮影した撮影画像のデータであり、当該画像データは、追尾カメラ２４又は他のカメラからコントローラ７０に入力される。当該画像データは、レーザ照射装置１の周囲の全方向を撮像した撮影画像のデータであっても良いし、追尾カメラ２４で撮影している範囲の撮影画像のデータであっても良い。あるいは、当該画像データは、予め作成された三次元マップの地図データであっても良く、当該画像データは、ＧＰＳ座標等の車両１０１の位置情報とともに、入力装置５１からコントローラ７０に入力される。

次にステップＳ１２において特定部４１は、ステップＳ１１で入力された周辺画像に含まれている建造物等を１つ特定し、さらに、その特定した建造物等が建造物であるか可燃物であるか生物であるかを特定する。建造物等の特定、および建造物であるか可燃物であるか生物であるかの特定は、一般的に知られている画像認識技術であればどのような方法を用いても良いが、例えばテンプレートマッチング技術、又は機械学習による学習済みの予測モデルを用いた画像認識技術がある。

次にステップＳ１３において取得部４２は、ステップＳ１２で特定した建造物等が建造物である場合、当該建造物内に生物が存在しているか否かを示す存在情報を、上記付加情報として取得する。例えば、閉鎖され利用されていない建造物内又は未完成の建造物内には人物が存在していないため、閉鎖され利用されていない建造物又は未完成の建造物等を示す地図情報が、存在情報として予め作成されてデータベース化されている。携帯電話またはペットの首輪等、ＧＰＳが搭載されたものの位置情報を入手して存在情報を取得しても良い。当該存在情報を示すデータは、入力装置５１からコントローラ７０に入力される。

次にステップＳ１４において設定部４３は、ステップＳ１２で特定した建造物内に生物が存在しているか否かを、ステップＳ１３で取得した存在情報に基づいて判定する。なお、設定部４３は、ＧＰＳ座標等の車両１０１の位置情報を用いることにより、ステップＳ１２で特定した建造物と、ステップＳ１３で取得した存在情報で示される建造物とを対応付けることができる。

建造物内に生物が存在していると判定した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）は、次にステップＳ１５において設定部４３は、ステップＳ１２で特定した建造物を禁止領域として設定する。当該禁止領域は仮想的な三次元空間上に設定されても良いし、二次元平面上に設定されても良い。

建造物内に生物が存在していないと判定した場合（ステップＳ１４：ＮＯ）は、次にステップＳ１６において設定部４３は、ステップＳ１２で特定した建造物を禁止領域として設定しない。

次にステップＳ１７において設定部４３は、ステップＳ１１で入力された周辺画像に他の建造物等が含まれているか否かを判定する。

他の建造物等が含まれていると判定した場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）は、コントローラ７０は、当該他の建造物等に対してステップＳ１２以降の処理を繰り返し実行する。

他の建造物等が含まれていないと判定した場合（ステップＳ１７：ＮＯ）は、次にステップＳ１８において設定部４３は、ステップＳ１５で設定された禁止領域を含むマスクデータを生成し、処理を終了する。

第１の生成方法では、建造物等を特定した後に存在情報の取得を行っているが、存在情報の取得を行った後に建造物等を特定しても良い。存在情報の取得はステップＳ１４より前であるならばどのタイミングでも良い。

ステップＳ１２で特定した建造物等が建造物ではなく可燃物又は生物である場合、ステップ１４は実施しなくても良い。この場合、設定部４３は、ステップＳ１２で特定した建造物等を禁止領域として設定する。

第１の生成方法では、ステップＳ１２において特定部４１は、ステップＳ１１で入力された周辺画像に含まれている建造物等を１つ特定しているが、画像データに含まれる建造物等を全て特定しても良い。この場合、ステップＳ１７において、設定部４３はステップＳ１１で入力された周辺画像に他の建造物等が含まれているか否かを判定し、他の建造物等が含まれていると判定した場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）は、コントローラ７０は、当該他の建造物等に対してステップＳ１４以降の処理を繰り返し実行する。

［第２の生成手法］
図８は、コントローラ７０によるマスクデータの第２の生成手法を説明するためのフローチャートである。

まずステップＳ２１において取得部４２は、レーザ照射装置１の周辺環境の視程を示す視程情報を、上記付加情報として視程測定装置６２から取得する。

次にステップＳ２２において算出部４４は、ステップＳ２１で取得した視程情報に基づいて、レーザ照射装置１から照射されたレーザＬｂの到達距離を算出する。パワー密度等のレーザ強度が安全基準から定まるしきい値以下となるまでの距離がレーザＬｂの到達距離である。視程が長いと大気中でのエアロゾル濃度などが低くレーザＬｂの散乱が少ないため、視程が長いほど到達距離も長くなる。

次にステップＳ２３において取得部４２は、上記のステップＳ１１と同様に、レーザ照射装置１の周辺画像の画像データを取得する。

次にステップＳ２４において特定部４１は、上記のステップＳ１２と同様に、ステップＳ２３で入力された周辺画像に含まれている建造物等を１つ特定する。

次にステップＳ２５において取得部４２は、レーザ照射装置１からステップＳ２４で特定した建造物等までの距離を示す距離情報を、上記付加情報として取得する。レーザ照射装置１から当該建造物等までの距離は距離測定装置６１によって測定され、当該距離情報は距離測定装置６１からコントローラ７０に入力される。

次にステップＳ２６において設定部４３は、ステップＳ２５で取得された距離情報で示される建造物等までの距離が、ステップＳ２２で算出されたレーザＬｂの到達距離以下であるか否かを判定する。

建造物等までの距離が到達距離以下であると判定した場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）は、次にステップＳ２７において設定部４３は、ステップＳ２４で特定した建造物等を禁止領域として設定する。当該禁止領域は仮想的な三次元空間上に設定されても良いし、二次元平面上に設定されても良い。

建造物等までの距離が到達距離より大きいと判定した場合（ステップＳ２６：ＮＯ）は、次にステップＳ２８において設定部４３は、ステップＳ２４で特定した建造物等を禁止領域として設定しない。

次にステップＳ２９において設定部４３は、ステップＳ２３で入力された周辺画像に他の建造物等が含まれているか否かを判定する。

他の建造物等が含まれていると判定した場合（ステップＳ２９：ＹＥＳ）は、コントローラ７０は、当該他の建造物等に対してステップＳ２４以降の処理を繰り返し実行する。

他の建造物等が含まれていないと判定した場合（ステップＳ２９：ＮＯ）は、次にステップＳ３０において設定部４３は、ステップＳ２７で設定された禁止領域を含むマスクデータを生成し、処理を終了する。

第２の生成方法では、視程情報の取得及びレーザの到達距離の算出の後に画像データの入力、建造物等の特定、及び距離情報の取得を行っているが、画像データの入力、建造物等の特定、及び距離情報の取得の後に視程情報の取得及びレーザの到達距離の算出を行っても良い。また、距離情報の取得は建造物等の特定の後に行っているが、ステップＳ２６より前であるならばどのタイミングでも良い。

第２の生成方法では、ステップＳ２４において、特定部４１はステップＳ２３で入力された周辺画像に含まれている建造物等を１つ特定しているが、画像データに含まれる建造物等を全て特定しても良い。この場合、ステップＳ２９において、設定部４３はステップＳ２３で入力された周辺画像に他の建造物等が含まれているか否かを判定し、他の建造物等が含まれていると判定した場合（ステップＳ２９：ＹＥＳ）は、コントローラ７０は、当該他の建造物等に対してステップＳ２５以降の処理を繰り返し実行する。

［第３の生成手法］
図９は、コントローラ７０によるマスクデータの第３の生成手法を説明するためのフローチャートである。

まずステップＳ３１において取得部４２は、上記のステップＳ１１と同様に、レーザ照射装置１の周辺画像の画像データを取得する。

次にステップＳ３２において特定部４１は、上記のステップＳ１２と同様に、ステップＳ３１で入力された周辺画像に含まれている建造物等を全て特定する。また、特定部４１は、目標の背景に建造物等が存在している場合、その建造物等を特定する。目標の背景に建造物等が存在していない場合、設定部４３は禁止領域を設定せずにマスクデータを生成し、処理を終了する。

次にステップＳ３３において取得部４２は、レーザ照射装置１から目標までの距離である第１距離を示す第１距離情報を、上記付加情報として取得する。レーザ照射装置１から目標までの第１距離は距離測定装置６１によって測定され、当該第１距離情報は距離測定装置６１からコントローラ７０に入力される。

次にステップＳ３４において取得部４２は、レーザ照射装置１から目標の背景に存在する建造物等までの距離である第２距離を示す第２距離情報を、上記付加情報として取得する。レーザ照射装置１から当該建造物等までの第２距離は距離測定装置６１によって測定され、当該第２距離情報は距離測定装置６１からコントローラ７０に入力される。

次にステップＳ３５において算出部４４は、ステップＳ３４で取得された第１距離情報で示される第１距離と、ステップＳ３５で取得された第２距離情報で示される第２距離とに基づいて、レーザ照射装置１から目標に向けて照射されたレーザＬｂが目標に命中しない場合において、目標の背景の建造物等に照射されるレーザＬｂのレーザ強度を算出する。レーザ照射装置１から照射されるレーザＬｂは、目標までの第１距離でレーザ強度が最大となるよう、レーザ照射部１２によって焦点距離が制御されている。従って、第１距離と第２距離との差が大きいほど、レーザＬｂが目標に命中しない場合に目標の背景の建造物等に照射されるレーザＬｂのレーザ強度は小さくなる。

次にステップＳ３６において設定部４３は、ステップＳ３５で算出されたレーザ強度が、安全基準から定まるしきい値以上であるか否かを判定する。

レーザ強度がしきい値以上であると判定した場合（ステップＳ３６：ＹＥＳ）は、次にステップＳ３７において設定部４３は、目標の背景に存在する建造物等を禁止領域として設定する。当該禁止領域は仮想的な三次元空間上に設定されても良いし、二次元平面上に設定されても良い。

レーザ強度がしきい値未満であると判定した場合（ステップＳ３６：ＮＯ）は、次にステップＳ３８において設定部４３は、目標の背景に存在する建造物等を禁止領域として設定しない。

次にステップＳ３９において設定部４３は、ステップＳ３７で設定された禁止領域を含むマスクデータを生成し、処理を終了する。コントローラ７０は、目標の移動に伴って背景の建造物等が変更される毎に、上記と同様の処理を実行することによって新たなマスクデータを生成する。

第３の生成方法では、第１距離情報を取得した後に第２距離情報を取得したが、第２距離情報を取得した後に第１距離情報を取得しても良い。

［第４の生成手法］
図１０は、コントローラ７０によるマスクデータの第４の生成手法を説明するためのフローチャートである。

まずステップＳ４１においてコントローラ７０は、上記のステップＳ１２と同様に、追尾カメラ２４又は他のカメラによってレーザ照射装置１の周囲を撮影した周辺画像を取得する。

次にステップＳ４２においてコントローラ７０は、ステップＳ４１で取得した周辺画像に含まれている建造物等を、テンプレートマッチング技術等の周知の画像処理技術又は機械学習による学習済みの予測モデル等を用いた画像認識技術によって特定する。

次にステップＳ４３においてコントローラ７０は、二値化処理及びエッジ抽出処理等によって建造物等の外形を検出することにより、建造物等の外形に沿った境界線を示すエッジ画像を作成する。二値化処理及びエッジ抽出処理等はパラメータを変更しつつ複数回行われ、建造物等の外形に沿った境界線を示すエッジ画像を複数枚作成する。エッジ画像は、確定した境界線と、境界線の端点Ｐに繋がる複数の境界候補とを含む。コントローラ７０は、この複数枚のエッジ画像を比較し、建造物等の外形のうちエッジ抽出処理によって明確な境界線として特定できなかった箇所に対して、複数の境界候補を設定する。

次にステップＳ４４においてコントローラ７０は、作成したエッジ画像の画像データを出力する。当該画像データは表示装置５２に入力され、表示装置５２はエッジ画像を表示する。

図１１は、表示装置５２に表示されたエッジ画像の一部を簡略化して示す図である。エッジ画像は、確定した境界線Ｋ１と、境界線Ｋ１の端点Ｐに繋がる複数の境界候補Ｋ２Ａ，Ｋ２Ｂとを含む。コントローラ７０は、それが確定した境界線ではなく曖昧境界線としての境界候補であることをオペレータが容易に認識可能な表示態様で、境界候補Ｋ２Ａ，Ｋ２Ｂを表示する。図１１に示した例では、確定した境界線Ｋ１は実線で表示され、境界候補Ｋ２Ａ，Ｋ２Ｂは破線又は一点鎖線で表示されている。確定した境界線Ｋ１及び境界候補Ｋ２Ａ，Ｋ２Ｂは仮想的な三次元空間上に表示されても良いし、図１１に示した例のように二次元平面として表示されても良い。

オペレータは、マウス操作又はタッチパネルへのタッチ操作等によって、複数の境界候補Ｋ２Ａ，Ｋ２Ｂの中から一の境界候補を選択する。オペレータによる境界候補の選択情報は、曖昧境界線を補正するための補正情報として、入力装置５１からコントローラ７０に入力される。

次にステップＳ４５において取得部４２は、入力装置５１から入力された選択情報を上記付加情報として取得する。

次にステップＳ４６において設定部４３は、取得された選択情報に基づいて建造物等の境界線を確定し、それによって外形が確定した建造物等を禁止領域として設定する。また、設定部４３は、当該禁止領域を含むマスクデータを生成し、処理を終了する。

第４の生成方法では、曖昧境界線として複数の境界候補Ｋ２Ａ，Ｋ２Ｂを表示してオペレータがそのうちの一つを選択したが、未確定の境界線であることをオペレータが容易に認識可能な表示態様で曖昧境界線を表示し、オペレータがマウス又はタッチペン等を用いた操作によって曖昧境界線を引き直しても良い。

上記実施形態では、レーザ照射システムが車両１０１に搭載された例について説明したが、レーザ照射システムは、船舶又は航空機等、車両以外の移動体に搭載されても良い。また、レーザ照射システムは、移動体に限らず、建築物等の施設に固定的に据え付けられても良い。

上記実施形態では、レーダ探知機１１０が備えられている例について説明したが、備えられていなくても良い。

上記実施形態では、特定部４１によって特定された建造物等の外形情報と、取得部４２によって取得された付加情報とに基づいて、禁止領域を設定する例について説明したが、特定部４１によって特定された建造物等の外形情報に基づき禁止領域を一度設定した後に、取得部４２によって取得された付加情報に基づき当該禁止領域の設定を修正しても良い。

なお、本開示にて開示するコントローラ７０をはじめとする各要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、および／または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウエアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウエアである。ハードウエアは、本明細書に開示されているハードウエアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウエアであってもよい。ハードウエアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウエアとソフトウエアの組み合わせであり、ソフトウエアはハードウエアおよび／またはプロセッサの構成に使用される。

［作用効果］
本実施形態に係るレーザ照射システムによれば、特定部４１は、レーザ照射装置１の周辺に存在する建造物、可燃物又は生物を特定し、取得部４２は、入力装置５１を用いて外部から入力された、建造物、可燃物又は生物に関する付加情報を取得し、設定部４３は、特定部４１によって特定された建造物、可燃物又は生物の外形情報と、取得部４２によって取得された付加情報とに基づいて、禁止領域を設定する。このように、レーザ照射装置１の周辺に存在する建造物、可燃物又は生物の外形情報及び付加情報に基づいて禁止領域を設定することにより、禁止領域を適切に設定でき、その結果、適切なマスクデータを生成することが可能となる。

［本開示のまとめ］
以上説明した本開示の実施形態をまとめると、以下のとおりである。

本開示の一態様に係るレーザ照射システムは、目標にレーザを照射するレーザ照射システムであって、レーザを照射する照射装置と、前記照射装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記照射装置の周辺に存在する建造物、可燃物又は生物を特定する特定部と、外部から入力された、前記建造物、前記可燃物又は前記生物に関する付加情報を取得する取得部と、前記特定部によって特定された前記建造物、前記可燃物又は前記生物の外形情報と、前記取得部によって取得された前記付加情報とに基づいて、レーザの照射を禁止する禁止領域を設定する設定部と、を有する。

本態様によれば、建造物、可燃物又は生物の外形情報及び建造物、可燃物又は生物に関する付加情報に基づいて禁止領域を設定することにより、レーザの照射を禁止する禁止領域を適切に設定でき、その結果、適切なマスクデータを生成することが可能となる。

上記態様において、前記付加情報は、前記建造物内に生物が存在しているか否かを示す存在情報を含み、前記設定部は、前記建造物内に生物が存在している場合、当該建造物を前記禁止領域として設定し、前記建造物内に生物が存在していない場合、当該建造物を前記禁止領域から除外する。

本態様によれば、内部に生物が存在している建造物を禁止領域として設定することにより、禁止領域を適切に設定することが可能となる。

上記態様において、前記照射装置から測定対象物までの距離を測定する距離測定装置と、前記照射装置の周辺環境の視程を測定する視程測定装置と、をさらに備え、前記付加情報は、前記距離測定装置によって測定された、前記照射装置から前記建造物、前記可燃物又は前記生物までの距離を示す距離情報と、前記視程測定装置によって測定された、前記照射装置の周辺環境の視程を示す視程情報とを含み、前記制御装置は、前記視程情報に基づいてレーザの到達距離を算出する算出部をさらに有し、前記設定部は、前記照射装置から前記建造物、前記可燃物又は前記生物までの距離が前記到達距離以下である場合、当該建造物、当該可燃物又は当該生物を前記禁止領域として設定し、前記照射装置から前記建造物、前記可燃物又は前記生物までの距離が前記到達距離より大きい場合、当該建造物、当該可燃物又は当該生物を前記禁止領域から除外する。

本態様によれば、照射装置からの距離が視程に基づくレーザの到達距離以下である建造物、可燃物又は生物を禁止領域として設定することにより、禁止領域を適切に設定することが可能となる。

上記態様において、前記照射装置から測定対象物までの距離を測定する距離測定装置をさらに備え、前記付加情報は、前記距離測定装置によって測定された、前記照射装置から前記目標までの距離を示す第１距離情報と、前記照射装置から前記建造物、前記可燃物又は前記生物までの距離を示す第２距離情報と、を含み、前記制御装置は、前記第１距離情報と前記第２距離情報とに基づいて、前記建造物、前記可燃物又は前記生物に到達した位置でのレーザ強度を算出する算出部をさらに有し、前記設定部は、前記レーザ強度がしきい値以上となる場合、当該建造物、当該可燃物又は当該生物を前記禁止領域として設定し、前記レーザ強度が前記しきい値未満となる場合、当該建造物、当該可燃物又は当該生物を前記禁止領域から除外する。

本態様によれば、照射されるレーザのレーザ強度がしきい値以上となる建造物、可燃物又は生物を禁止領域として設定することにより、禁止領域を適切に設定することが可能となる。

上記態様において、オペレータによって操作可能な入力装置をさらに備え、前記外形情報は、前記建造物、前記可燃物又は前記生物の外形が確定されていない曖昧境界線を含み、前記付加情報は、前記入力装置から入力された、前記曖昧境界線を補正するための補正情報を含む。

本態様によれば、曖昧境界線を補正するための補正情報に基づいて建造物の外形を確定することにより、禁止領域を適切に設定することが可能となる。

上記態様において、レーザ照射システムは移動体に搭載される。

本態様によれば、レーザ照射システムが移動体に搭載されることにより、移動体が移動配備される場所毎に適切なマスクデータを生成することが可能となる。

１ レーザ照射装置
４１ 特定部
４２ 取得部
４３ 設定部
４４ 算出部
５１ 入力装置
６１ 距離測定装置
６２ 視程測定装置
７０ コントローラ

Claims (5)

1. 目標にレーザを照射するレーザ照射システムであって、
   レーザを照射する照射装置と、
   前記照射装置を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記照射装置の周辺に存在する建造物、可燃物又は生物を特定する特定部と、
   外部から入力された、前記建造物、前記可燃物又は前記生物に関する付加情報を取得する取得部と、
   前記特定部によって特定された前記建造物、前記可燃物又は前記生物の外形情報と、前記取得部によって取得された前記付加情報とに基づいて、レーザの照射を禁止する禁止領域を設定する設定部と、
   を有し、
   かつ、
   前記付加情報が、前記建造物内に前記生物が存在しているか否かを示す存在情報を含み、
   前記設定部は、前記建造物内に前記生物が存在している場合、当該建造物を前記禁止領域として設定し、前記建造物内に前記生物が存在していない場合、当該建造物を前記禁止領域から除外する、レーザ照射システム。
2. 目標にレーザを照射するレーザ照射システムであって、
   レーザを照射する照射装置と、
   前記照射装置を制御する制御装置と、
   前記照射装置から測定対象物までの距離を測定する距離測定装置と、
   前記照射装置の周辺環境の視程を測定する視程測定装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記照射装置の周辺に存在する建造物、可燃物又は生物を特定する特定部と、
   外部から入力された、前記建造物、前記可燃物又は前記生物に関する付加情報を取得する取得部と、
   前記特定部によって特定された前記建造物、前記可燃物又は前記生物の外形情報と、前記取得部によって取得された前記付加情報とに基づいて、レーザの照射を禁止する禁止領域を設定する設定部と、
   を有し、
   かつ、
   前記付加情報が、前記距離測定装置によって測定された、前記照射装置から前記建造物、前記可燃物又は前記生物までの距離を示す距離情報と、前記視程測定装置によって測定された、前記照射装置の周辺環境の視程を示す視程情報とを含み、
   前記制御装置は、前記視程情報に基づいてレーザの到達距離を算出する算出部をさらに有し、
   前記設定部は、前記照射装置から前記建造物、前記可燃物又は前記生物までの距離が前記到達距離以下である場合、当該建造物、当該可燃物又は当該生物を前記禁止領域として設定し、前記照射装置から前記建造物、前記可燃物又は前記生物までの距離が前記到達距離より大きい場合、当該建造物、当該可燃物又は当該生物を前記禁止領域から除外する、レーザ照射システム。
3. 目標にレーザを照射するレーザ照射システムであって、
   レーザを照射する照射装置と、
   前記照射装置を制御する制御装置と、
   前記照射装置から測定対象物までの距離を測定する距離測定装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記照射装置の周辺に存在する建造物、可燃物又は生物を特定する特定部と、
   外部から入力された、前記建造物、前記可燃物又は前記生物に関する付加情報を取得する取得部と、
   前記特定部によって特定された前記建造物、前記可燃物又は前記生物の外形情報と、前記取得部によって取得された前記付加情報とに基づいて、レーザの照射を禁止する禁止領域を設定する設定部と、
   を有し、
   かつ、
   前記付加情報が、前記距離測定装置によって測定された、前記照射装置から前記目標までの距離を示す第１距離情報と、前記照射装置から前記建造物、前記可燃物又は前記生物までの距離を示す第２距離情報と、を含み、
   前記制御装置は、前記第１距離情報と前記第２距離情報とに基づいて、前記建造物、前記可燃物又は前記生物に到達した位置でのレーザ強度を算出する算出部をさらに有し、
   前記設定部は、前記レーザ強度がしきい値以上となる場合、当該建造物、当該可燃物又は当該生物を前記禁止領域として設定し、前記レーザ強度が前記しきい値未満となる場合、当該建造物、当該可燃物又は当該生物を前記禁止領域から除外する、レーザ照射システム。
4. 目標にレーザを照射するレーザ照射システムであって、
   レーザを照射する照射装置と、
   前記照射装置を制御する制御装置と、
   オペレータによって操作可能な入力装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記照射装置の周辺に存在する建造物、可燃物又は生物を特定する特定部と、
   外部から入力された、前記建造物、前記可燃物又は前記生物に関する付加情報を取得する取得部と、
   前記特定部によって特定された前記建造物、前記可燃物又は前記生物の外形情報と、前記取得部によって取得された前記付加情報とに基づいて、レーザの照射を禁止する禁止領域を設定する設定部と、
   を有し、
   かつ、
   前記外形情報が、前記建造物、前記可燃物又は前記生物の外形が確定されていない曖昧境界線を含み、
   前記付加情報が、前記入力装置から入力された、前記曖昧境界線を補正するための補正情報を含む、レーザ照射システム。
5. 移動体に搭載される、請求項１～４のいずれか一つに記載のレーザ照射システム。