JPH075262A - 宇宙船ドッキングセンサーシステム - Google Patents
宇宙船ドッキングセンサーシステムInfo
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- JPH075262A JPH075262A JP6026755A JP2675594A JPH075262A JP H075262 A JPH075262 A JP H075262A JP 6026755 A JP6026755 A JP 6026755A JP 2675594 A JP2675594 A JP 2675594A JP H075262 A JPH075262 A JP H075262A
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/64—Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
- B64G1/646—Docking or rendezvous systems
- B64G1/6462—Docking or rendezvous systems characterised by the means for engaging other vehicles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/87—Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves
-
- G—PHYSICS
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 反射性ターゲット等から反射された複数の波
長の光をそれぞれに対応して設けたカメラによって受信
するようにして不所望な画像要素を除去する。 【構成】 ドッキング操作が実行されつつある宇宙ビー
クルのような遠隔に存在する対象物上の反射性ターゲッ
トの画像を生成する装置とこれに用いる方法に関する。
２つの別個の波長の放射によってターゲットを照射し、
反射された放射を波長によって分離して、２つの画像を
同時に生成する。ターゲットは１つの波長にのみ応答で
きるようにされているが、他の対象物からの反射も両方
の波長に対して受信される。２つの画像の差し引きは、
ターゲット以外の他の対象物からの反射によって生じた
不所望な画像要素を実質的に除去する。２つの画像を同
時に生成し、２つのカメラを用いることにより、不所望
な画像要素が２つの画像で実質的に同一であることが可
能とされるため、画像処理の間の差し引きによって除去
することができる。
長の光をそれぞれに対応して設けたカメラによって受信
するようにして不所望な画像要素を除去する。 【構成】 ドッキング操作が実行されつつある宇宙ビー
クルのような遠隔に存在する対象物上の反射性ターゲッ
トの画像を生成する装置とこれに用いる方法に関する。
２つの別個の波長の放射によってターゲットを照射し、
反射された放射を波長によって分離して、２つの画像を
同時に生成する。ターゲットは１つの波長にのみ応答で
きるようにされているが、他の対象物からの反射も両方
の波長に対して受信される。２つの画像の差し引きは、
ターゲット以外の他の対象物からの反射によって生じた
不所望な画像要素を実質的に除去する。２つの画像を同
時に生成し、２つのカメラを用いることにより、不所望
な画像要素が２つの画像で実質的に同一であることが可
能とされるため、画像処理の間の差し引きによって除去
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般には光学位置検出装
置、更に言えば、宇宙船のための自動ドッキングシステ
ムに関する。ある宇宙ビークルと他の宇宙ビークルのド
ッキングは、一般には、一方のビークル上の姿勢制御ロ
ケットを制御して３次元空間におけるビークルの位置お
よび姿勢を制御するようなナビゲーションコンピュータ
を用いて達成される。ドッキングは両方のビークルを制
御することによって達成されるが、説明のために他方の
ビークルはドッキング操縦の間中、位置若しくは姿勢に
関して制御されていないものと仮定する。更に、ビーク
ルはスピンしておらず、且つ接近してくる他方のビーク
ルに関してドッキング姿勢であるような姿勢で安定され
ると仮定する。接近してくるビークルのナビゲーション
コンピュータは、もう一方のビークルの位置と相対的な
方向を定義する正確な入力データを有することによって
その動作を行う。本発明は、これらのデータを提供する
新たな解決策に関する。光学センサーシステムは一般
に、接近されるビークルに固着された反射性「ターゲッ
ト」を使用する。反射性対象物のすぐ近くに存在する他
のターゲットから区別するために、そのターゲットは所
定波長の光、例えば青い光、にのみ反応する。不幸に
も、青い光源を用いてターゲットを検出した場合に宇宙
船の他の部分からも反射が生じる。結果として生じた画
像における「クラッタ」の除去は、青い光と他の波長の
光、例えば赤い光、を用いてビークルを代わる代わる照
射することによって影響される。赤い光はターゲットに
よって反射されたものではないが、一般には、ビークル
の他の反射部分が赤い光と青い光を等しく同様に反射す
る。赤い光から得られた画像は、その後、青い光から得
られた画像から差し引いて、これにより少なくとも理論
上はクラッタが除去される。
置、更に言えば、宇宙船のための自動ドッキングシステ
ムに関する。ある宇宙ビークルと他の宇宙ビークルのド
ッキングは、一般には、一方のビークル上の姿勢制御ロ
ケットを制御して３次元空間におけるビークルの位置お
よび姿勢を制御するようなナビゲーションコンピュータ
を用いて達成される。ドッキングは両方のビークルを制
御することによって達成されるが、説明のために他方の
ビークルはドッキング操縦の間中、位置若しくは姿勢に
関して制御されていないものと仮定する。更に、ビーク
ルはスピンしておらず、且つ接近してくる他方のビーク
ルに関してドッキング姿勢であるような姿勢で安定され
ると仮定する。接近してくるビークルのナビゲーション
コンピュータは、もう一方のビークルの位置と相対的な
方向を定義する正確な入力データを有することによって
その動作を行う。本発明は、これらのデータを提供する
新たな解決策に関する。光学センサーシステムは一般
に、接近されるビークルに固着された反射性「ターゲッ
ト」を使用する。反射性対象物のすぐ近くに存在する他
のターゲットから区別するために、そのターゲットは所
定波長の光、例えば青い光、にのみ反応する。不幸に
も、青い光源を用いてターゲットを検出した場合に宇宙
船の他の部分からも反射が生じる。結果として生じた画
像における「クラッタ」の除去は、青い光と他の波長の
光、例えば赤い光、を用いてビークルを代わる代わる照
射することによって影響される。赤い光はターゲットに
よって反射されたものではないが、一般には、ビークル
の他の反射部分が赤い光と青い光を等しく同様に反射す
る。赤い光から得られた画像は、その後、青い光から得
られた画像から差し引いて、これにより少なくとも理論
上はクラッタが除去される。
【０００２】この解決策における主な困難性は、ターゲ
ットではない要素がビークルの相対位置によって変化す
るために、２つの画像のクラッタ要素が一般的に同じで
ないことである。この結果、２つの画像を区別した後で
さえ多数のドットが残存することになり、その画像でタ
ーゲットドットを他のドットから区別するため幾つかの
形態の画像処理アルゴリズムが必要とされる。ビークル
同士の間がかなり小さい場合には、この点に関してター
ゲットの形態に何も行なう必要はない。上のことから明
らかなように、自動宇宙船ドッキング手続、特に、位置
及び姿勢データを発生するためにナビゲーションコンピ
ュータに用いる光学センサーシステムには、未だ改善の
必要が残されている。本発明はこの必要を満足する。
ットではない要素がビークルの相対位置によって変化す
るために、２つの画像のクラッタ要素が一般的に同じで
ないことである。この結果、２つの画像を区別した後で
さえ多数のドットが残存することになり、その画像でタ
ーゲットドットを他のドットから区別するため幾つかの
形態の画像処理アルゴリズムが必要とされる。ビークル
同士の間がかなり小さい場合には、この点に関してター
ゲットの形態に何も行なう必要はない。上のことから明
らかなように、自動宇宙船ドッキング手続、特に、位置
及び姿勢データを発生するためにナビゲーションコンピ
ュータに用いる光学センサーシステムには、未だ改善の
必要が残されている。本発明はこの必要を満足する。
【０００３】
【発明の概要】本発明は、ターゲット以外の対象物から
の反射によって生じた不所望な画像要素の影響を差し引
くようにして反射性ターゲットの位置を感知する方法お
よび装置に関する。概略的に言えば、本発明の装置は、
２つの別個の波長を有する電磁放射を発生する手段と、
波長の１つにのみ反応する反射性ターゲットと、正確な
位置と方向が初期的には知られていない反射性ターゲッ
トを照射するために放射を伝送する手段と、受信され反
射された放射を２つの別個の送信波長から成る２つの波
長帯域に分離するフィルタ手段と、受信されフィルタさ
れた放射を、２つの波長帯域の受信画像に対応する２つ
の別個の電子画像に同時に変換するカメラ手段と、２つ
の電子画像を互いに差し引いて、反射性ターゲットの強
化された画像を生成し、これにより他の対象物からの不
所望な反射が差し引きによって消去されるようになって
いる手段を含む画像処理手段と、を備える。更に言え
ば、本発明のより好ましい実施例では、電磁放射を発生
する手段は異なる波長で光を発生する２つの半導体レー
ザダイオードを含み、また、カメラ手段は２つのカメラ
を含む。これらのカメラは、荷電結合型装置（ＣＣＤ）
（charge-coupled-device)カメラであってもよい。フィ
ルタ手段は、受信された放射を２つの別々の受信ビーム
に分割するためのビームスプリッタと、レーザダイオー
ドのそれぞれの波長に対応する波長帯域でのみ光を通過
させる２つの光学フィルタと、フィルタされ受信された
２つの別個のビームをそれぞれのカメラに焦合するため
の光学手段とを含んでいてもよい。
の反射によって生じた不所望な画像要素の影響を差し引
くようにして反射性ターゲットの位置を感知する方法お
よび装置に関する。概略的に言えば、本発明の装置は、
２つの別個の波長を有する電磁放射を発生する手段と、
波長の１つにのみ反応する反射性ターゲットと、正確な
位置と方向が初期的には知られていない反射性ターゲッ
トを照射するために放射を伝送する手段と、受信され反
射された放射を２つの別個の送信波長から成る２つの波
長帯域に分離するフィルタ手段と、受信されフィルタさ
れた放射を、２つの波長帯域の受信画像に対応する２つ
の別個の電子画像に同時に変換するカメラ手段と、２つ
の電子画像を互いに差し引いて、反射性ターゲットの強
化された画像を生成し、これにより他の対象物からの不
所望な反射が差し引きによって消去されるようになって
いる手段を含む画像処理手段と、を備える。更に言え
ば、本発明のより好ましい実施例では、電磁放射を発生
する手段は異なる波長で光を発生する２つの半導体レー
ザダイオードを含み、また、カメラ手段は２つのカメラ
を含む。これらのカメラは、荷電結合型装置（ＣＣＤ）
（charge-coupled-device)カメラであってもよい。フィ
ルタ手段は、受信された放射を２つの別々の受信ビーム
に分割するためのビームスプリッタと、レーザダイオー
ドのそれぞれの波長に対応する波長帯域でのみ光を通過
させる２つの光学フィルタと、フィルタされ受信された
２つの別個のビームをそれぞれのカメラに焦合するため
の光学手段とを含んでいてもよい。
【０００４】より詳しく言えば、本装置は第１の宇宙ビ
ークルを第２の宇宙ビークルにドッキングするために使
用されるものであって、第１の宇宙ビークル上にあっ
て、２つの別個の波長を有する電磁放射を発生する手段
と、第２の宇宙ビークル上に配置されて、波長の１つに
だけ反応する反射性ターゲットと、第１の宇宙ビークル
上にあって、放射を伝送して正確な位置と方向が初期的
には知られていない反射性ターゲットを照射する手段
と、第１の宇宙ビークル上にあって、受信され反射され
た放射を２つの別個の送信波長から成る２つの波長帯域
に分離するフィルタ手段と、第１の宇宙ビークル上にあ
って、受信されフィルタされた放射を、２つの波長帯域
の受信画像に対応する２つの別個の電子画像に同時に変
換するカメラ手段と、２つの電子画像を互いに差し引い
て、反射性ターゲットの強化された画像を生成し、これ
によって第２の宇宙ビークルからの不所望な反射が差し
引きによって消去されるようにした手段と、を含む。方
法に関して、本発明は、２つの別個の波長を有する電磁
放射を発生する段階と、放射を伝送して、波長の１つに
のみ反応しその正確な位置と方向は初期的には知られて
いない反射性ターゲットを照射する段階と、受信され反
射された放射を２つの別個の送信波長から成る２つの波
長帯域に分離する段階と、受信されフィルタされた放射
を、２つの波長帯域で受信された画像に対応するような
２つの別個の電子画像に同時に変換する段階と、２つの
電子画像を互いに差し引いて反射性ターゲットの強化さ
れた画像を生成し、これによって他の対象物からの不所
望な反射がの差し引きによって消去されるようにする段
階と、を備える。
ークルを第２の宇宙ビークルにドッキングするために使
用されるものであって、第１の宇宙ビークル上にあっ
て、２つの別個の波長を有する電磁放射を発生する手段
と、第２の宇宙ビークル上に配置されて、波長の１つに
だけ反応する反射性ターゲットと、第１の宇宙ビークル
上にあって、放射を伝送して正確な位置と方向が初期的
には知られていない反射性ターゲットを照射する手段
と、第１の宇宙ビークル上にあって、受信され反射され
た放射を２つの別個の送信波長から成る２つの波長帯域
に分離するフィルタ手段と、第１の宇宙ビークル上にあ
って、受信されフィルタされた放射を、２つの波長帯域
の受信画像に対応する２つの別個の電子画像に同時に変
換するカメラ手段と、２つの電子画像を互いに差し引い
て、反射性ターゲットの強化された画像を生成し、これ
によって第２の宇宙ビークルからの不所望な反射が差し
引きによって消去されるようにした手段と、を含む。方
法に関して、本発明は、２つの別個の波長を有する電磁
放射を発生する段階と、放射を伝送して、波長の１つに
のみ反応しその正確な位置と方向は初期的には知られて
いない反射性ターゲットを照射する段階と、受信され反
射された放射を２つの別個の送信波長から成る２つの波
長帯域に分離する段階と、受信されフィルタされた放射
を、２つの波長帯域で受信された画像に対応するような
２つの別個の電子画像に同時に変換する段階と、２つの
電子画像を互いに差し引いて反射性ターゲットの強化さ
れた画像を生成し、これによって他の対象物からの不所
望な反射がの差し引きによって消去されるようにする段
階と、を備える。
【０００５】更に詳細に言えば、電磁放射を発生する段
階は、２つの異なる波長で動作する２つの半導体レーザ
ダイオードで光を発生することを含み、受信された放射
を２つのビームに分離する段階は、受信された放射をビ
ームスプリッタにおいて２つの別個の受信ビームに分割
する段階と、ビームスプリッタからの２つの受信ビーム
をフィルタして、レーザダイオードのそれぞれの波長に
対応する波長帯域だけの光を含んだ２つのフィルタされ
たビームを生成する段階と、２つの別個にフィルタされ
受信されたビームを、ビームを電子画像に変換する段階
で使用される２つのカメラに焦合する段階と、を含む。
本発明はまた、第１宇宙ビークルと第２宇宙ビークルの
ドッキングの間に宇宙ビークルの位置と方向を感知する
方法としても規定されている。本発明は、第１の宇宙ビ
ークル上にあって、２つの別個の波長を有する電磁放射
を発生する段階と、第１の宇宙ビークルから、放射を伝
送して、波長の１つにのみ反応しその正確な位置と方向
は初期的には知られていないような反射性ターゲットを
照射する段階と、第１の宇宙ビークル上にあって、受信
され反射された放射を２つの別個の送信波長から成る２
つの波長帯域に分離する段階と、第１の宇宙ビークル上
にあって、受信されフィルタされた放射を、２つの波長
帯域の受信画像に対応する２つの別個の電子画像に同時
に変換する段階と、２つの電子画像を互いに差し引い
て、反射性ターゲットの強化された画像を生成し、第２
の宇宙ビークルからの不所望な反射がの差し引きによっ
て消去されるようにする段階と、を備える。
階は、２つの異なる波長で動作する２つの半導体レーザ
ダイオードで光を発生することを含み、受信された放射
を２つのビームに分離する段階は、受信された放射をビ
ームスプリッタにおいて２つの別個の受信ビームに分割
する段階と、ビームスプリッタからの２つの受信ビーム
をフィルタして、レーザダイオードのそれぞれの波長に
対応する波長帯域だけの光を含んだ２つのフィルタされ
たビームを生成する段階と、２つの別個にフィルタされ
受信されたビームを、ビームを電子画像に変換する段階
で使用される２つのカメラに焦合する段階と、を含む。
本発明はまた、第１宇宙ビークルと第２宇宙ビークルの
ドッキングの間に宇宙ビークルの位置と方向を感知する
方法としても規定されている。本発明は、第１の宇宙ビ
ークル上にあって、２つの別個の波長を有する電磁放射
を発生する段階と、第１の宇宙ビークルから、放射を伝
送して、波長の１つにのみ反応しその正確な位置と方向
は初期的には知られていないような反射性ターゲットを
照射する段階と、第１の宇宙ビークル上にあって、受信
され反射された放射を２つの別個の送信波長から成る２
つの波長帯域に分離する段階と、第１の宇宙ビークル上
にあって、受信されフィルタされた放射を、２つの波長
帯域の受信画像に対応する２つの別個の電子画像に同時
に変換する段階と、２つの電子画像を互いに差し引い
て、反射性ターゲットの強化された画像を生成し、第２
の宇宙ビークルからの不所望な反射がの差し引きによっ
て消去されるようにする段階と、を備える。
【０００６】上述のことから、本発明が画像感知および
画像処理に分野、特に、宇宙ビークルのドッキング技術
に用いられるときに、重要な発展を示すものであること
は明らかであろう。取り分け、本発明は、反射性ターゲ
ットの画像に改良をもたらすものであり、ターゲット以
外の対象物からの反射による不所望な画像要素を除去す
る。異なる波長で同時に２重の画像を得ることによっ
て、不所望な画像要素が画像の差し引きによって後続的
に除去できることを確実にする。本発明の他の特徴は、
以下の詳細な記述から明らかになるだろう。
画像処理に分野、特に、宇宙ビークルのドッキング技術
に用いられるときに、重要な発展を示すものであること
は明らかであろう。取り分け、本発明は、反射性ターゲ
ットの画像に改良をもたらすものであり、ターゲット以
外の対象物からの反射による不所望な画像要素を除去す
る。異なる波長で同時に２重の画像を得ることによっ
て、不所望な画像要素が画像の差し引きによって後続的
に除去できることを確実にする。本発明の他の特徴は、
以下の詳細な記述から明らかになるだろう。
【０００７】
【実施例】説明のために図示されているように、本発明
は、遠隔に位置付けられた反射性ターゲットの位置を決
定することができる光学感知システムに関する。従来
は、異なる２つの波長で代わる代わる照射した際にター
ゲットを感知するため、単一のカメラが使用されてき
た。ターゲットは１つの波長の光だけを反射するが、他
の周囲の対象物は両方の波長の光を反射する。連続的に
形成される画像を互いに差し引くことにより、理論的に
はターゲットのみを含む画像が生じる。本発明によれ
ば、２つのカメラを用いることにより、不所望の反射の
結果生じたクラッタを大幅に減少させて２つの波長の光
から同時に生じた画像を記録する。図１は照射ビームを
示し、この照射ビームは参照番号１０によって表示され
ており、一方は７７８ナノメータ（ｎｍ）の波長を有
し、他方は８２９ｎｍの波長を有するような２つのレー
ザーダイオード１２、１４からの光によって形成され
る。レーザ１２、１４からの光は、レンズ１６、１８の
ぞれぞれを通じて、レーザ光を照射ビーム１０の共通経
路に沿って反射するような四角形の反射体２０の上に方
向付けされる。また、半導体レーザ１２、１４からの光
は、光学ファイバ（図示していない）中へ方向付けされ
てもよい。これらの光ファイバは、適当なレンズの焦点
位置で互いに近接して位置づけられて照射ビーム１０を
形成していてもよい。
は、遠隔に位置付けられた反射性ターゲットの位置を決
定することができる光学感知システムに関する。従来
は、異なる２つの波長で代わる代わる照射した際にター
ゲットを感知するため、単一のカメラが使用されてき
た。ターゲットは１つの波長の光だけを反射するが、他
の周囲の対象物は両方の波長の光を反射する。連続的に
形成される画像を互いに差し引くことにより、理論的に
はターゲットのみを含む画像が生じる。本発明によれ
ば、２つのカメラを用いることにより、不所望の反射の
結果生じたクラッタを大幅に減少させて２つの波長の光
から同時に生じた画像を記録する。図１は照射ビームを
示し、この照射ビームは参照番号１０によって表示され
ており、一方は７７８ナノメータ（ｎｍ）の波長を有
し、他方は８２９ｎｍの波長を有するような２つのレー
ザーダイオード１２、１４からの光によって形成され
る。レーザ１２、１４からの光は、レンズ１６、１８の
ぞれぞれを通じて、レーザ光を照射ビーム１０の共通経
路に沿って反射するような四角形の反射体２０の上に方
向付けされる。また、半導体レーザ１２、１４からの光
は、光学ファイバ（図示していない）中へ方向付けされ
てもよい。これらの光ファイバは、適当なレンズの焦点
位置で互いに近接して位置づけられて照射ビーム１０を
形成していてもよい。
【０００８】照射ビーム１０は反射性ターゲット２２に
衝突し、ドッキングシステムの場合には他の宇宙船ビー
クル（図示していない）上に配置される。ターゲットが
配置される宇宙船ビークルの他の対象物若しくは位置
は、センサーシステムに戻された光も反射して戻す。タ
ーゲット２２は、反射性物質２２ａの層と、ほぼ７７８
ｎｍの波長の光だけを通す光学フィルタ２２ｂを含む。
故に、ターゲット２２は７７８ｎｍの波長を有する光だ
けを反射する。反射された光を経路２４によって表示す
る。この経路は、まず最初にビームスプリッタ２６に衝
突し、受信光を２つのほぼ等しい部分に分割する。一方
の部分はビームスプリッタ２６を直線的に通過して、７
７８ｎｍ波長の光だけを通すフィルタ２８を通過し、レ
ンズ３０を通り、荷電結合型デバイス（ＣＣＤ）カメラ
３２中に至る。受信光のもう一方の部分は、ビームスプ
リッタ２６に反射されて、８２０ｎｍ波長の光だけを通
す第２のフィルタ３４を通過し、その後、鏡３６から反
射され、他のレンズ３８を通じて第２のＣＣＤカメラ４
０中に至る。４１で示された光を通さないスクリーン若
しくはストップは、他の源からの光がビームスプリッタ
２６によって第１のカメラ３２中へ反射されないことを
確実にする。
衝突し、ドッキングシステムの場合には他の宇宙船ビー
クル（図示していない）上に配置される。ターゲットが
配置される宇宙船ビークルの他の対象物若しくは位置
は、センサーシステムに戻された光も反射して戻す。タ
ーゲット２２は、反射性物質２２ａの層と、ほぼ７７８
ｎｍの波長の光だけを通す光学フィルタ２２ｂを含む。
故に、ターゲット２２は７７８ｎｍの波長を有する光だ
けを反射する。反射された光を経路２４によって表示す
る。この経路は、まず最初にビームスプリッタ２６に衝
突し、受信光を２つのほぼ等しい部分に分割する。一方
の部分はビームスプリッタ２６を直線的に通過して、７
７８ｎｍ波長の光だけを通すフィルタ２８を通過し、レ
ンズ３０を通り、荷電結合型デバイス（ＣＣＤ）カメラ
３２中に至る。受信光のもう一方の部分は、ビームスプ
リッタ２６に反射されて、８２０ｎｍ波長の光だけを通
す第２のフィルタ３４を通過し、その後、鏡３６から反
射され、他のレンズ３８を通じて第２のＣＣＤカメラ４
０中に至る。４１で示された光を通さないスクリーン若
しくはストップは、他の源からの光がビームスプリッタ
２６によって第１のカメラ３２中へ反射されないことを
確実にする。
【０００９】第１のカメラ３２は、波長７７８ｎｍの
光、即ち、ターゲット２２を含む照射ビーム１０の経路
の反射対象物のそれぞれから反射された光からだけの画
像を記録する。第２のカメラ４０は、波長８２０ｎｍの
光、即ち、ターゲット２２以外の全ての反射対象物から
受け取った光からだけの画像を記録する。２つのカメラ
画像に対応する電気信号がライン４２，４４を通じて画
像処理コンピュータ４６にそれぞれ伝達される。コンピ
ュータ４６は、フレーム差し引き機能（frame subtract
ion function) を実行し、不所望な反射によるクラッタ
が実質的に存在しないターゲット画像を生成する。更
に、ターゲット画像の処理は、位置及び姿勢データを引
き出すための従来のアルゴリズムを用いて、画像処理コ
ンピュータ４６、若しくはナビゲーションコンピュータ
で実行されてもよい。例えば、一般的なターゲット２２
は、実際的には、３つの別々のターゲットドットのパタ
ーンを備える。ターゲットまでの距離が充分に小さい場
合には、ターゲットドットのパターンの相対的な間隔と
方向を用いて、接近されつつあるビークルの範囲及び姿
勢を決定することができる。しかしながら、これらのア
ルゴリズムの詳細は本発明の一部ではなく、ターゲット
画像において不所望なクラッタを減少させることのみに
関する。
光、即ち、ターゲット２２を含む照射ビーム１０の経路
の反射対象物のそれぞれから反射された光からだけの画
像を記録する。第２のカメラ４０は、波長８２０ｎｍの
光、即ち、ターゲット２２以外の全ての反射対象物から
受け取った光からだけの画像を記録する。２つのカメラ
画像に対応する電気信号がライン４２，４４を通じて画
像処理コンピュータ４６にそれぞれ伝達される。コンピ
ュータ４６は、フレーム差し引き機能（frame subtract
ion function) を実行し、不所望な反射によるクラッタ
が実質的に存在しないターゲット画像を生成する。更
に、ターゲット画像の処理は、位置及び姿勢データを引
き出すための従来のアルゴリズムを用いて、画像処理コ
ンピュータ４６、若しくはナビゲーションコンピュータ
で実行されてもよい。例えば、一般的なターゲット２２
は、実際的には、３つの別々のターゲットドットのパタ
ーンを備える。ターゲットまでの距離が充分に小さい場
合には、ターゲットドットのパターンの相対的な間隔と
方向を用いて、接近されつつあるビークルの範囲及び姿
勢を決定することができる。しかしながら、これらのア
ルゴリズムの詳細は本発明の一部ではなく、ターゲット
画像において不所望なクラッタを減少させることのみに
関する。
【００１０】上記から、本発明は画像感知および処理の
分野、特に、宇宙ビークルの自動ドッキングシステムに
用いられる場合に重大な進展を示すものであることは明
らかであろう。しかしながら、本発明の特別な実施例は
説明上詳細に記述されているが、本発明の範囲及び意図
を逸脱することなく様々な変更を加えることが可能であ
ることも明らかだろう。例えば、本発明の原理を自動ブ
レーキング、加速、若しくは操舵システムを必要とする
ような地上ビークルにおける「電子高速道路」への適用
のために使用することもできる。更に、本発明は、電磁
スペクトルの可視部分における光ビームの使用を記述し
ているが、本発明の原理を赤外線や紫外線、あるいは無
線周波数放射のような可視不可能な放射を使用する装置
にも等しく良好に適用されるであろうことは明白であ
る。故に、本発明は特許請求の範囲以外に限定されるも
のではない。
分野、特に、宇宙ビークルの自動ドッキングシステムに
用いられる場合に重大な進展を示すものであることは明
らかであろう。しかしながら、本発明の特別な実施例は
説明上詳細に記述されているが、本発明の範囲及び意図
を逸脱することなく様々な変更を加えることが可能であ
ることも明らかだろう。例えば、本発明の原理を自動ブ
レーキング、加速、若しくは操舵システムを必要とする
ような地上ビークルにおける「電子高速道路」への適用
のために使用することもできる。更に、本発明は、電磁
スペクトルの可視部分における光ビームの使用を記述し
ているが、本発明の原理を赤外線や紫外線、あるいは無
線周波数放射のような可視不可能な放射を使用する装置
にも等しく良好に適用されるであろうことは明白であ
る。故に、本発明は特許請求の範囲以外に限定されるも
のではない。
【図１】本発明のセンサーシステムを示す。
１０ 照射ビーム １２ レーザ １４ レーザ １６ レンズ １８ レンズ ２２ 反射性ターゲット ２２ａ 反射性物質 ２２ｂ 光学フィルタ ２６ ビームスプリッタ ２８ フィルタ ３０ レンズ ３２ カメラ ３４ フィルタ ３６ 鏡 ４０ カメラ ４６ コンピュータ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年４月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
Claims (15)
- 【請求項１】 反射性ターゲットの画像を形成する装置
において、 ２つの別個の波長を有する電磁放射を発生する手段と、 前記波長の１つにのみ反応する反射性ターゲットと、 正確な位置と方向が初期的には知られていない前記反射
性ターゲットを照射するために前記放射を伝送する手段
と、 受信され反射された放射を２つの別個の送信波長から成
る２つの波長帯域に分離するフィルタ手段と、 受信されフィルタされた放射を、２つの波長帯域の受信
画像に対応する２つの別個の電子画像に同時に変換する
カメラ手段と、 ２つの電子画像を互いに差し引いて、反射性ターゲット
の強化された画像を生成し、これにより他の対象物から
の不所望な反射が前記差し引きによって消去されるよう
になっている手段を含む画像処理手段と、を備えること
を特徴とする装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の装置において、電磁放射
を発生する前記手段は、異なる波長で光を発生する２つ
の半導体レーザダイオードを含む装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の装置において、前記カメ
ラ手段は２つの別個のカメラを含む手段。 - 【請求項４】 請求項３記載の装置において、前記フィ
ルタ手段は、 受信された放射を２つの別個の受信ビームに分割するビ
ームスプリッタと、 レーザダイオードの各波長に対応する波長バンドでのみ
光を通過させる２つの光学フィルタと、 フィルタされ受信された２つの別個のビームを各カメラ
に焦合する光学手段と、を含む装置。 - 【請求項５】 第１の宇宙ビークルと第２の宇宙ビーク
ルをドッキングするのに用いるセンサー装置において、 前記第１の宇宙ビークル上にあって、２つの別個の波長
を有する電磁放射を発生する手段と、 前記第２の宇宙ビークル上に配置されて、前記波長の１
つにだけ反応する反射性ターゲットと、 前記第１の宇宙ビークル上にあって、前記放射を伝送し
て正確な位置と方向が初期的には知られていない反射性
ターゲットを照射する手段と、 前記第１の宇宙ビークル上にあって、受信され反射され
た放射を２つの別個の送信波長から成る２つの波長帯域
に分離するフィルタ手段と、 前記第１の宇宙ビークル上にあって、受信されフィルタ
された放射を、２つの波長帯域の受信画像に対応する２
つの別個の電子画像に同時に変換するカメラ手段と、 ２つの電子画像を互いに差し引いて、反射性ターゲット
の強化された画像を生成し、これによって前記第２の宇
宙ビークルからの不所望な反射が前記差し引きによって
消去されるようにした手段を含む画像処理手段と、を備
えることを特徴とする装置。 - 【請求項６】 請求項５記載の装置において、電磁放射
を発生する手段は、異なる波長で光を発生する２つの半
導体レーザダイオードを有する装置。 - 【請求項７】 請求項６記載の装置において、前記カメ
ラ手段は２つの別個のカメラを有する装置。 - 【請求項８】 請求項７記載の装置において、前記フィ
ルタ手段は、 受信された放射を２つの別個の受信ビームに分割するビ
ームスプリッタと、 レーザダイオードの各波長に対応するような波長バンド
でのみ光を通過させる２つの光学フィルタと、 フィルタされ受信された２つの別個のビームをそれぞれ
のカメラに焦合する光学手段と、を含む装置。 - 【請求項９】 反射性ターゲットの画像を形成する方法
において、 ２つの別個の波長を有する電磁放射を発生する段階と、 前記放射を伝送して、前記波長の１つにのみ反応しその
正確な位置と方向は初期的には知られていない反射性タ
ーゲットを照射する段階と、 受信され反射された放射を２つの別個の送信波長から成
る２つの波長帯域に分離する段階と、 受信されフィルタされた放射を、２つの波長帯域で受信
された画像に対応するような２つの別個の電子画像に同
時に変換する段階と、 ２つの電子画像を互いに差し引いて反射性ターゲットの
強化された画像を生成し、これによって他の対象物から
の不所望な反射が前記の差し引きによって消去されるよ
うにする段階と、を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 請求項９記載の方法において、電磁放
射を発生する段階は、２つの異なる波長で動作する２つ
の半導体レーザダイオードで光を発生する方法。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の方法において、前記
受信された放射を２つのビームに分離する段階は、 受信された放射をビームスプリッタにおいて２つの別個
の受信ビームに分割する段階と、 ビームスプリッタからの２つの受信ビームをフィルタし
て、レーザダイオードのそれぞれの波長に対応する波長
帯域だけの光を含んだ２つのフィルタされたビームを生
成する段階と、 ２つの別個にフィルタされ受信されたビームを、ビーム
を電子画像に変換する段階で使用される２つのカメラに
焦合する段階と、を備える方法。 - 【請求項１２】 第１の宇宙ビークルと第２の宇宙ビー
クルをドッキングする間に宇宙船ビークルの位置と方向
を感知する方法において、 前記第１の宇宙ビークル上にあって、２つの別個の波長
を有する電磁放射を発生する段階と、 前記第１の宇宙ビークルから、前記放射を伝送して、前
記波長の１つにのみ反応しその正確な位置と方向は初期
的には知られていないような反射性ターゲットを照射す
る段階と、 前記第１の宇宙ビークル上にあって、受信され反射され
た放射を２つの別個の送信波長から成る２つの波長帯域
に分離する段階と、 前記第１の宇宙ビークル上にあって、受信されフィルタ
された放射を、２つの波長帯域の受信画像に対応する２
つの別個の電子画像に同時に変換する段階と、 ２つの電子画像を互いに差し引いて、反射性ターゲット
の強化された画像を生成し、前記第２の宇宙ビークルか
らの不所望な反射が前記の差し引きによって消去される
ようにする段階と、を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項１３】 請求項１２記載の方法において、電磁
放射を発生する段階は、２つの半導体レーザダイオード
で２つの異なる波長で光を発生する段階を含む方法。 - 【請求項１４】 請求項１３記載の方法において、前記
変換段階は２つの別個のカメラで実行される方法。 - 【請求項１５】 請求項１４記載の方法において、前記
分離段階は、 受信された放射をビームスプリッタにおいて２つの別個
の受信ビームに分割する段階と、 ビームスプリッタからの２つの受信ビームをフィルタし
て、レーザダイオードのそれぞれの波長に対応する波長
帯域だけの光を含んだ２つのフィルタされたビームを生
成する段階と、 ２つの別個にフィルタされ受信されたビームを、ビーム
を電子画像に変換する段階で使用される２つのカメラに
焦合する段階と、を備える方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/047,127 US5334848A (en) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | Spacecraft docking sensor system |
| US047127 | 1993-04-09 | ||
| US08/047127 | 1993-04-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH075262A true JPH075262A (ja) | 1995-01-10 |
| JP2931518B2 JP2931518B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=21947208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6026755A Expired - Lifetime JP2931518B2 (ja) | 1993-04-09 | 1994-02-24 | 光学位置検出装置及び方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5334848A (ja) |
| EP (1) | EP0624806B1 (ja) |
| JP (1) | JP2931518B2 (ja) |
| DE (1) | DE69400147T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020139953A (ja) * | 2019-02-27 | 2020-09-03 | イェーナ・オプトロニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＪｅｎａ−Ｏｐｔｒｏｎｉｋ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｉｔ ｂｅｓｃｈｒａｅｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ | 宇宙飛行体において入射レーザビームを検出する方法および装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0820511B2 (ja) * | 1993-04-19 | 1996-03-04 | 日本電気株式会社 | 相対方位測定装置 |
| US5734736A (en) * | 1994-06-17 | 1998-03-31 | Trw Inc. | Autonomous rendezvous and docking system and method therefor |
| US5490075A (en) * | 1994-08-01 | 1996-02-06 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Global positioning system synchronized active light autonomous docking system |
| US6057909A (en) * | 1995-06-22 | 2000-05-02 | 3Dv Systems Ltd. | Optical ranging camera |
| US6445884B1 (en) | 1995-06-22 | 2002-09-03 | 3Dv Systems, Ltd. | Camera with through-the-lens lighting |
| IL114278A (en) * | 1995-06-22 | 2010-06-16 | Microsoft Internat Holdings B | Camera and method |
| US6145784A (en) | 1997-08-27 | 2000-11-14 | Trw Inc. | Shared aperture dichroic active tracker with background subtraction |
| EP1031047A1 (en) * | 1997-11-13 | 2000-08-30 | 3DV Systems Ltd. | Three dimension imaging by dual wavelength triangulation |
| US6091345A (en) * | 1998-12-10 | 2000-07-18 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Synchronized target subsystem for automated docking systems |
| DE10011890C2 (de) * | 2000-03-03 | 2003-04-24 | Jena Optronik Gmbh | Verfahren zur Bestimmung der Zustandsgrössen eines sich bewegenden starren Körpers im Raum |
| EP1273928A1 (de) * | 2001-07-06 | 2003-01-08 | Leica Geosystems AG | Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung elektromagnetischer Hintergrundstrahlung in einem Bild |
| US6866232B1 (en) | 2002-10-18 | 2005-03-15 | Lockheed Martin Corporation | Automated docking of space vehicle |
| DE10302545A1 (de) * | 2003-01-23 | 2004-07-29 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Automatisches Ankuppel bzw. Andocken mittels 2D- und 3D-Bildsensorik |
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| US8976340B2 (en) | 2011-04-15 | 2015-03-10 | Advanced Scientific Concepts, Inc. | Ladar sensor for landing, docking and approach |
| CN102661746B (zh) * | 2012-05-23 | 2015-04-08 | 北京科技大学 | 一种敏感器主安装盒和被动式光学敏感器 |
| CN105329457B (zh) * | 2014-08-01 | 2017-09-22 | 深圳中集天达空港设备有限公司 | 一种基于激光扫描的飞机入坞引导系统及方法 |
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1993
- 1993-04-09 US US08/047,127 patent/US5334848A/en not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-01-25 DE DE69400147T patent/DE69400147T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-01-25 EP EP94300520A patent/EP0624806B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-02-24 JP JP6026755A patent/JP2931518B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69400147T2 (de) | 1996-08-14 |
| DE69400147D1 (de) | 1996-05-23 |
| JP2931518B2 (ja) | 1999-08-09 |
| US5334848A (en) | 1994-08-02 |
| EP0624806B1 (en) | 1996-04-17 |
| EP0624806A1 (en) | 1994-11-17 |
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