JPH0812056B2 - 相対姿勢測定装置 - Google Patents
相対姿勢測定装置Info
- Publication number
- JPH0812056B2 JPH0812056B2 JP5105795A JP10579593A JPH0812056B2 JP H0812056 B2 JPH0812056 B2 JP H0812056B2 JP 5105795 A JP5105795 A JP 5105795A JP 10579593 A JP10579593 A JP 10579593A JP H0812056 B2 JPH0812056 B2 JP H0812056B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- incident light
- wavelength
- image
- electric signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は目標物とこの目標物を追
跡する目標物追跡体との間の相互の方位角・仰角，即ち
相対姿勢を光信号を用いて測定する相対姿勢測定装置に
関し、特に妨害光があっても上記目標物との間の相対姿
勢を高い精度で測定できる相対姿勢測定装置に関する。
跡する目標物追跡体との間の相互の方位角・仰角，即ち
相対姿勢を光信号を用いて測定する相対姿勢測定装置に
関し、特に妨害光があっても上記目標物との間の相対姿
勢を高い精度で測定できる相対姿勢測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の相対姿勢測定装置が人工
衛星のランデブ・ドッキングにおける目標物であるター
ゲット宇宙機の姿勢標定用に用いるランデブ・レーザ・
レーダとして知られている。この相対姿勢測定装置は、
目標物追跡体であるチェイサ宇宙機と上記ターゲット宇
宙機との間の相互の方位角，仰角等，移動体間の相対姿
勢あるいは固定点から移動体に対する相対姿勢を測定す
る。
衛星のランデブ・ドッキングにおける目標物であるター
ゲット宇宙機の姿勢標定用に用いるランデブ・レーザ・
レーダとして知られている。この相対姿勢測定装置は、
目標物追跡体であるチェイサ宇宙機と上記ターゲット宇
宙機との間の相互の方位角，仰角等，移動体間の相対姿
勢あるいは固定点から移動体に対する相対姿勢を測定す
る。
【０００３】図３は従来の相対姿勢測定装置のブロック
図である。また、図４は図３に示す相対姿勢測定装置に
使用した撮像素子１６ａの結像する２次元像である。
図である。また、図４は図３に示す相対姿勢測定装置に
使用した撮像素子１６ａの結像する２次元像である。
【０００４】図３および図４を参照すると、この相対姿
勢測定装置は、上記チェイサ宇宙機等に固定された測定
部４０と上記ターゲット宇宙機等の目標物１に固定され
たリフレクタ２とを含み、測定部４０において目標物１
と測定部４０との相対姿勢を測定する。
勢測定装置は、上記チェイサ宇宙機等に固定された測定
部４０と上記ターゲット宇宙機等の目標物１に固定され
たリフレクタ２とを含み、測定部４０において目標物１
と測定部４０との相対姿勢を測定する。
【０００５】測定部４０内の光源１３は、レーザ光を発
生するレーザ発振器であり、波長λ０＝約８３０ｎｍの
出射光Ｈ１を発生する。この出射光Ｈ１は、ハーフミラ
ー１２とレンズを含む光学系１１とを介して空間に放射
される。この出射光Ｈ１はリフレクタ２に導かれる。リ
フレクタ２は、コーナーキューブ等で構成され、入射し
た出射光Ｈ１をこの出射光Ｈ１の入射方向に反射して反
射光Ｈ２とする。反射光Ｈ２は、光学系１１を介してハ
ーフミラー１２に再び導入され、さらに、ＣＣＤ等を用
いる２次元の撮像素子１６ａに導かれる。ここで、測定
部４０の光学系１１には、太陽３の放射する太陽光Ｐ１
が目標物１で反射されて反射太陽光Ｐ２とされた妨害光
も導入されている。この反射太陽光Ｐ２も、反射光Ｈ１
と同様に、光学系１１とハーフミラー１２とを介して撮
像素子１６ａに導かれる。なお、太陽光Ｐ１は、波長λ
１＝５００ｎｍ付近を主スペクトラムとし、光源１１か
らの出射光Ｈ１の波長λ０＝８３０ｎｍ付近にもスペク
トラムが広がっている。
生するレーザ発振器であり、波長λ０＝約８３０ｎｍの
出射光Ｈ１を発生する。この出射光Ｈ１は、ハーフミラ
ー１２とレンズを含む光学系１１とを介して空間に放射
される。この出射光Ｈ１はリフレクタ２に導かれる。リ
フレクタ２は、コーナーキューブ等で構成され、入射し
た出射光Ｈ１をこの出射光Ｈ１の入射方向に反射して反
射光Ｈ２とする。反射光Ｈ２は、光学系１１を介してハ
ーフミラー１２に再び導入され、さらに、ＣＣＤ等を用
いる２次元の撮像素子１６ａに導かれる。ここで、測定
部４０の光学系１１には、太陽３の放射する太陽光Ｐ１
が目標物１で反射されて反射太陽光Ｐ２とされた妨害光
も導入されている。この反射太陽光Ｐ２も、反射光Ｈ１
と同様に、光学系１１とハーフミラー１２とを介して撮
像素子１６ａに導かれる。なお、太陽光Ｐ１は、波長λ
１＝５００ｎｍ付近を主スペクトラムとし、光源１１か
らの出射光Ｈ１の波長λ０＝８３０ｎｍ付近にもスペク
トラムが広がっている。
【０００６】撮像素子１６ａは、リフレクタ２からの反
射光Ｈ２を２次元のリフレクタ像Ａ１として結像し（図
４参照）、このリフレクタ像Ａ１に対応するとともに複
数の画素からなる電気信号Ｓ１を生じる。電気信号Ｓ１
はアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１７ａによりデ
ジタル信号Ｓ３に変換され、このデジタル信号Ｓ３は角
演算回路１９に供給される。角度演算回路１９は、マイ
クロプロセッサ（ＣＰＵ）１９２とメモリ１９１とを含
み、デジタル信号Ｓ３に応答してリフレクタ２を固定し
た目標物１と測定部４０との間の相互の方位角および仰
角，即ち相対姿勢を撮像素子１６ａの結像する２次元像
の１フレームごとに算出する。なお、この２次元像のフ
レーム信号は、撮像素子１６ａの画素走査信号から得る
ことができる。
射光Ｈ２を２次元のリフレクタ像Ａ１として結像し（図
４参照）、このリフレクタ像Ａ１に対応するとともに複
数の画素からなる電気信号Ｓ１を生じる。電気信号Ｓ１
はアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１７ａによりデ
ジタル信号Ｓ３に変換され、このデジタル信号Ｓ３は角
演算回路１９に供給される。角度演算回路１９は、マイ
クロプロセッサ（ＣＰＵ）１９２とメモリ１９１とを含
み、デジタル信号Ｓ３に応答してリフレクタ２を固定し
た目標物１と測定部４０との間の相互の方位角および仰
角，即ち相対姿勢を撮像素子１６ａの結像する２次元像
の１フレームごとに算出する。なお、この２次元像のフ
レーム信号は、撮像素子１６ａの画素走査信号から得る
ことができる。
【０００７】ここで、撮像素子１６ａの視野中心の座標
はＦであり、リフレクタ像Ａ１の中心の座標はＦA とな
っている。撮像素子１６ａには、水平方向画素数ＮH が
７１１個，垂直方向画素数ＮV が４８５個の２次元ＣＣ
ＤセンサμＰＤ３５４３（日本電気（株）製）を使用で
きる。いま、反射太陽光Ｐ２が撮像素子１６ａに供給さ
れていない場合には、電気信号Ｓ１はリフレクタ像Ａ１
対応の画素のみを含む。この場合には、角度演算回路１
０８は、この電気信号Ｓ１に従うデジタル信号Ｓ３から
リフレクタ像Ａ１の中心の座標ＦA を求め、さらに、こ
の座標ＦA と視野中心Ｆとのずれを求めて、リフレクタ
２を固定した目標物１と測定部４０との間の相互の方位
角および仰角，即ち相対姿勢を算出する。
はＦであり、リフレクタ像Ａ１の中心の座標はＦA とな
っている。撮像素子１６ａには、水平方向画素数ＮH が
７１１個，垂直方向画素数ＮV が４８５個の２次元ＣＣ
ＤセンサμＰＤ３５４３（日本電気（株）製）を使用で
きる。いま、反射太陽光Ｐ２が撮像素子１６ａに供給さ
れていない場合には、電気信号Ｓ１はリフレクタ像Ａ１
対応の画素のみを含む。この場合には、角度演算回路１
０８は、この電気信号Ｓ１に従うデジタル信号Ｓ３から
リフレクタ像Ａ１の中心の座標ＦA を求め、さらに、こ
の座標ＦA と視野中心Ｆとのずれを求めて、リフレクタ
２を固定した目標物１と測定部４０との間の相互の方位
角および仰角，即ち相対姿勢を算出する。
【０００８】しかし、撮像素子１６ａには、反射太陽光
Ｐ２も供給されており、この反射太陽光Ｐ２に対応する
２次元の太陽像Ｂ１も当然結像する（図４参照）。従っ
て、電気信号Ｓ１はリフレクタ像Ａ１の画素および太陽
像Ｂ１の画素をともに含み、角度演算回路１９は、リフ
レクタ像Ａ１と太陽像Ｂ１との中間をリフレクタ２の像
として認識し、目標物１と測定部４０との相対姿勢を正
確に計算できないことになる。また、太陽像Ｂ１が、後
述のとおり、撮像素子１６ａの視野いっぱいに広がる
と、上記相対姿勢の測定が不能になる。
Ｐ２も供給されており、この反射太陽光Ｐ２に対応する
２次元の太陽像Ｂ１も当然結像する（図４参照）。従っ
て、電気信号Ｓ１はリフレクタ像Ａ１の画素および太陽
像Ｂ１の画素をともに含み、角度演算回路１９は、リフ
レクタ像Ａ１と太陽像Ｂ１との中間をリフレクタ２の像
として認識し、目標物１と測定部４０との相対姿勢を正
確に計算できないことになる。また、太陽像Ｂ１が、後
述のとおり、撮像素子１６ａの視野いっぱいに広がる
と、上記相対姿勢の測定が不能になる。
【０００９】なお、上述の相対姿勢測定装置用ではない
が、撮像素子への妨害光による２次元像の結像があって
も、この妨害光による結像の悪影響を除去する赤外線探
知装置が、公開特許公報（特開昭６１−７６９７０）に
開示されている。この赤外線探知装置では、上記撮像素
子として空間的または時間的に同一の画面を構成する２
種類の光検知素子を用い、上記２種類の光検知素子の各
各が波長３ないし５μｍおよび波長８ないし１２μｍに
感度をそれぞれ有している。そして、これら２種類の光
検知素子の出力による電気信号各各の等価的な画面上の
同一部分の値を比較して探知すべき目標と妨害光とを見
分けている。ここで、この赤外線探知装置では、光検知
素子の分光感度特性を利用して目標と妨害光とを見分け
ていることに注意すべきである。
が、撮像素子への妨害光による２次元像の結像があって
も、この妨害光による結像の悪影響を除去する赤外線探
知装置が、公開特許公報（特開昭６１−７６９７０）に
開示されている。この赤外線探知装置では、上記撮像素
子として空間的または時間的に同一の画面を構成する２
種類の光検知素子を用い、上記２種類の光検知素子の各
各が波長３ないし５μｍおよび波長８ないし１２μｍに
感度をそれぞれ有している。そして、これら２種類の光
検知素子の出力による電気信号各各の等価的な画面上の
同一部分の値を比較して探知すべき目標と妨害光とを見
分けている。ここで、この赤外線探知装置では、光検知
素子の分光感度特性を利用して目標と妨害光とを見分け
ていることに注意すべきである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の相対姿勢
測定装置は、測定部の光学系に太陽光のような妨害光が
入射すると、撮像素子に目標物の２次元像であるリフレ
クタ像だけでなく妨害光による偽像も結像するので、角
度演算回路が上記リフレクタ像とこの測定部との正確な
相対姿勢を計算することができなくなり、最悪の場合に
は相対姿勢の測定が不能になるという課題があった。
測定装置は、測定部の光学系に太陽光のような妨害光が
入射すると、撮像素子に目標物の２次元像であるリフレ
クタ像だけでなく妨害光による偽像も結像するので、角
度演算回路が上記リフレクタ像とこの測定部との正確な
相対姿勢を計算することができなくなり、最悪の場合に
は相対姿勢の測定が不能になるという課題があった。
【００１１】また、互いに異なる分光感度特性を有する
２種類の光検知素子によりリフレクタ像と妨害光とを見
分ける上記赤外線探知装置の技術は、所望する分光感度
特性の光検知素子を２種類とも得ることが困難であり、
特にレーザ・ダイオードによる波長８３０ｎｍのレーザ
光あるいはＨｅ・Ｎｅレーザによる波長６６０ｎｍのレ
ーザ光のみに分光感度を有する光検知素子を得ることが
困難であるので、光源回路にレーザ発振器を用いること
の多いこの相対姿勢測定装置には、上記赤外線探知装置
の技術を適用することが困難である。
２種類の光検知素子によりリフレクタ像と妨害光とを見
分ける上記赤外線探知装置の技術は、所望する分光感度
特性の光検知素子を２種類とも得ることが困難であり、
特にレーザ・ダイオードによる波長８３０ｎｍのレーザ
光あるいはＨｅ・Ｎｅレーザによる波長６６０ｎｍのレ
ーザ光のみに分光感度を有する光検知素子を得ることが
困難であるので、光源回路にレーザ発振器を用いること
の多いこの相対姿勢測定装置には、上記赤外線探知装置
の技術を適用することが困難である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の相対姿勢測定装
置は、第１の波長の出射光を生じる光源回路と、前記出
射光を第１の光端子に受けて光入出力端子から空間に放
射し入射光を前記光入出力端子に受けてこの入射光のう
ちの前記第１の波長付近の入射光を第２の光端子に生じ
るとともに前記入射光のうちの前記第１の波長とは互い
に波長の異なる第２の波長付近の入射光を第３の光端子
に生じる光学回路と、前記第２の光端子から前記第１の
波長付近の入射光を受けてこの入射光の２次元像に対応
するとともに複数の画素からなる第１の電気信号を生じ
る第１の撮像素子と、前記第３の光端子から前記第２の
波長付近の入射光を受けてこの入射光の２次元像に対応
するとともに複数の画素からなる第２の電気信号を生じ
る前記第１の撮像素子とほぼ同じ特性の第２の撮像素子
と、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを前記
２次元像の対応する座標の画素ごとに比較し前記第１の
電気信号のみが前記２次元像の存在を示すときの画素を
第３の電気信号とする比較器と、前記第３の電気信号の
示す２次元像の中心を計算しこの２次元像の中心と前記
第１の撮像素子および前記第２の撮像素子のいずれかの
視野中心との相対姿勢を計算する角度演算回路とを備え
ている。
置は、第１の波長の出射光を生じる光源回路と、前記出
射光を第１の光端子に受けて光入出力端子から空間に放
射し入射光を前記光入出力端子に受けてこの入射光のう
ちの前記第１の波長付近の入射光を第２の光端子に生じ
るとともに前記入射光のうちの前記第１の波長とは互い
に波長の異なる第２の波長付近の入射光を第３の光端子
に生じる光学回路と、前記第２の光端子から前記第１の
波長付近の入射光を受けてこの入射光の２次元像に対応
するとともに複数の画素からなる第１の電気信号を生じ
る第１の撮像素子と、前記第３の光端子から前記第２の
波長付近の入射光を受けてこの入射光の２次元像に対応
するとともに複数の画素からなる第２の電気信号を生じ
る前記第１の撮像素子とほぼ同じ特性の第２の撮像素子
と、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを前記
２次元像の対応する座標の画素ごとに比較し前記第１の
電気信号のみが前記２次元像の存在を示すときの画素を
第３の電気信号とする比較器と、前記第３の電気信号の
示す２次元像の中心を計算しこの２次元像の中心と前記
第１の撮像素子および前記第２の撮像素子のいずれかの
視野中心との相対姿勢を計算する角度演算回路とを備え
ている。
【００１３】また、この構成において、この相対姿勢測
定装置との距離および姿勢を互いに変化しうる前記空間
上の目標物に配置され前記光源回路からの出射光をこの
出射光の入射方向に反射するリフレクタをさらに備え、
前記光源回路の生じる出射光が、約８３０ｎｍの波長の
レーザ光であり、前記第３の光端子が、５００ｎｍ付近
の波長の入射光のみを生じ、前記第１および第２の撮像
素子が、２次元ＣＣ撮像素子である構成を採ることもで
きる。
定装置との距離および姿勢を互いに変化しうる前記空間
上の目標物に配置され前記光源回路からの出射光をこの
出射光の入射方向に反射するリフレクタをさらに備え、
前記光源回路の生じる出射光が、約８３０ｎｍの波長の
レーザ光であり、前記第３の光端子が、５００ｎｍ付近
の波長の入射光のみを生じ、前記第１および第２の撮像
素子が、２次元ＣＣ撮像素子である構成を採ることもで
きる。
【００１４】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００１５】図１は本発明の一実施例のブロック図であ
る。また、図２は本実施例の動作を説明するための図で
あり、（ａ）は出射光Ｈ１のスペクトラム、（ｂ）は太
陽光Ｐ１のスペクトラム、（ｃ）はバンドパスフィルタ
１５ａの透過特性、（ｄ）はバンドパスフィルタ１５ｂ
の透過特性、（ｅ）は撮像素子１６ａの受信する光の強
度、（ｆ）は撮像素子１６ｂの受信する光の強度、
（ｇ）は撮像素子１６ａの結像する２次元像、（ｈ）は
撮像素子１６ｂの結像する２次元像である。
る。また、図２は本実施例の動作を説明するための図で
あり、（ａ）は出射光Ｈ１のスペクトラム、（ｂ）は太
陽光Ｐ１のスペクトラム、（ｃ）はバンドパスフィルタ
１５ａの透過特性、（ｄ）はバンドパスフィルタ１５ｂ
の透過特性、（ｅ）は撮像素子１６ａの受信する光の強
度、（ｆ）は撮像素子１６ｂの受信する光の強度、
（ｇ）は撮像素子１６ａの結像する２次元像、（ｈ）は
撮像素子１６ｂの結像する２次元像である。
【００１６】図１および図２を併せ参照すると、この相
対姿勢測定装置の測定部４は、図３に示した相対姿勢測
定装置と同様に、ハーフミラー１２と光学系１１とを介
して光源１３からの波長λ０の出射光Ｈ１（図２（ａ）
参照）を目標物１に配置したリフレクタ２の方向に放射
し、また、リフレクタ２からの反射光Ｈ２と太陽３から
の光Ｐ１（図２（ｂ）参照）をリフレクタ２で反射した
反射太陽光Ｐ２とを光学系１１に受け、これら反射光Ｈ
１および反射太陽光Ｐ２をハーフミラー１２にさらに導
く。
対姿勢測定装置の測定部４は、図３に示した相対姿勢測
定装置と同様に、ハーフミラー１２と光学系１１とを介
して光源１３からの波長λ０の出射光Ｈ１（図２（ａ）
参照）を目標物１に配置したリフレクタ２の方向に放射
し、また、リフレクタ２からの反射光Ｈ２と太陽３から
の光Ｐ１（図２（ｂ）参照）をリフレクタ２で反射した
反射太陽光Ｐ２とを光学系１１に受け、これら反射光Ｈ
１および反射太陽光Ｐ２をハーフミラー１２にさらに導
く。
【００１７】ハーフミラー１２は反射光Ｈ２および反射
太陽光Ｐ２をさらにハーフミラー１４に導き、ハーフミ
ラー１４はこれら反射光Ｈ２および反射太陽光Ｐ２を２
分岐する。分岐された反射光Ｈ２および反射太陽光Ｐ２
の一方は、波長λ０付近を通過域とするバンドパスフィ
ルタ１５ａ（図２（ｃ）参照）に導かれる。バンドパス
フィルタ１５ａは、反射光Ｈ２および太陽反射光Ｐ２の
うちの波長λ０付近の成分のみを反射光Ｈ３および反射
太陽光Ｐ３として通過させ（図２（ｅ）参照）、これら
反射光Ｈ３および反射太陽光Ｐ３を撮像素子１６ａに結
像させる。撮像素子１６ａは、反射光Ｈ３からリフレク
タ像Ａ１を結像し、反射太陽光Ｐ３から太陽像Ｂ２を結
像する（図２（ｇ）参照）。撮像素子１６ａに結像する
２次元像は図４に示したとほぼ同じ２次元像であるが、
この実施例の撮像素子１６ａは、図４の太陽像Ｂ１を生
じる反射太陽光Ｐ２より弱い強度の反射太陽光Ｐ３を受
けて太陽像Ｂ２を結像している。
太陽光Ｐ２をさらにハーフミラー１４に導き、ハーフミ
ラー１４はこれら反射光Ｈ２および反射太陽光Ｐ２を２
分岐する。分岐された反射光Ｈ２および反射太陽光Ｐ２
の一方は、波長λ０付近を通過域とするバンドパスフィ
ルタ１５ａ（図２（ｃ）参照）に導かれる。バンドパス
フィルタ１５ａは、反射光Ｈ２および太陽反射光Ｐ２の
うちの波長λ０付近の成分のみを反射光Ｈ３および反射
太陽光Ｐ３として通過させ（図２（ｅ）参照）、これら
反射光Ｈ３および反射太陽光Ｐ３を撮像素子１６ａに結
像させる。撮像素子１６ａは、反射光Ｈ３からリフレク
タ像Ａ１を結像し、反射太陽光Ｐ３から太陽像Ｂ２を結
像する（図２（ｇ）参照）。撮像素子１６ａに結像する
２次元像は図４に示したとほぼ同じ２次元像であるが、
この実施例の撮像素子１６ａは、図４の太陽像Ｂ１を生
じる反射太陽光Ｐ２より弱い強度の反射太陽光Ｐ３を受
けて太陽像Ｂ２を結像している。
【００１８】一方、ハーフミラー１４により分岐された
反射光Ｈ２および反射太陽光Ｐ２の他方は、波長λ１付
近を通過域とするバンドパスフィルタ１５ｂ（図２
（ｄ）参照）に導かれる。バンドパスフィルタ１５ｂ
は、太陽反射光Ｐ２のうちの波長λ１付近の成分のみを
反射太陽光Ｐ４として通過させ（図２（ｆ）参照）、こ
の反射太陽光Ｐ４を撮像素子１６ａとほぼ同一特性の撮
像素子１６ｂに結像させる。撮像素子１６ｂは太陽像Ｂ
３を結像する（図２（ｈ）参照）。なお、バンドパスフ
ィルタ１５ａおよび１５ｂは、ガラス（ＳｉＯ2 ）の基
板上にゲルマニウム（Ｇｅ）などの薄い層を何層かコー
ティングすることにより形成でき、上述の動作を実現さ
せる所要特性，つまり透過率を１０％にする波長域１％
程度と互いに異なる波長λ０および波長λ１における減
衰量３０ｄＢ程度との両者を容易に実現できる。
反射光Ｈ２および反射太陽光Ｐ２の他方は、波長λ１付
近を通過域とするバンドパスフィルタ１５ｂ（図２
（ｄ）参照）に導かれる。バンドパスフィルタ１５ｂ
は、太陽反射光Ｐ２のうちの波長λ１付近の成分のみを
反射太陽光Ｐ４として通過させ（図２（ｆ）参照）、こ
の反射太陽光Ｐ４を撮像素子１６ａとほぼ同一特性の撮
像素子１６ｂに結像させる。撮像素子１６ｂは太陽像Ｂ
３を結像する（図２（ｈ）参照）。なお、バンドパスフ
ィルタ１５ａおよび１５ｂは、ガラス（ＳｉＯ2 ）の基
板上にゲルマニウム（Ｇｅ）などの薄い層を何層かコー
ティングすることにより形成でき、上述の動作を実現さ
せる所要特性，つまり透過率を１０％にする波長域１％
程度と互いに異なる波長λ０および波長λ１における減
衰量３０ｄＢ程度との両者を容易に実現できる。
【００１９】ここで、撮像素子１６ａおよび１６ｂに結
像する太陽像Ｂ２およびＢ３の大きさは、太陽反射光Ｐ
２を生じる目標物１が鏡面反射体であったり、太陽光Ｐ
１が目標物１に当らずに直接光学系１１に入射される場
合には、ほぼ太陽３の視度に比例する。この場合には、
撮像素子１６ａ上のリフレクタ像Ａ１と太陽像Ｂ２とが
重なることは殆ど考えられない。一方、目標物１が太陽
光Ｐ１を乱反射する場合には、反射太陽光Ｐ３およびＰ
４の２次元像は撮像素子１６ａおよび１６ｂの視野いっ
ぱいに広がることがある。しかし、この場合にも、リフ
レクタ２が入射光の入射方向にのみ光を反射する性質が
あるところから、リフレクタ像Ａ１の範囲内に太陽反射
光Ｐ３による太陽像Ｂ２およびＢ３を結ぶことはない。
像する太陽像Ｂ２およびＢ３の大きさは、太陽反射光Ｐ
２を生じる目標物１が鏡面反射体であったり、太陽光Ｐ
１が目標物１に当らずに直接光学系１１に入射される場
合には、ほぼ太陽３の視度に比例する。この場合には、
撮像素子１６ａ上のリフレクタ像Ａ１と太陽像Ｂ２とが
重なることは殆ど考えられない。一方、目標物１が太陽
光Ｐ１を乱反射する場合には、反射太陽光Ｐ３およびＰ
４の２次元像は撮像素子１６ａおよび１６ｂの視野いっ
ぱいに広がることがある。しかし、この場合にも、リフ
レクタ２が入射光の入射方向にのみ光を反射する性質が
あるところから、リフレクタ像Ａ１の範囲内に太陽反射
光Ｐ３による太陽像Ｂ２およびＢ３を結ぶことはない。
【００２０】さて、撮像素子１６ａは２次元のリフレク
タ像Ａ１および太陽像Ｂ２に対応するとともに複数の画
素からなる電気信号Ｓ１を生じる。電気信号Ｓ１はアナ
ログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１７ａによりデジタル
信号Ｓ３に変換される。一方、撮像素子１６ｂは２次元
の太陽像Ｂ３に対応するとともに複数の画素からなる電
気信号Ｓ２を生じる。電気信号Ｓ２はアナログ・デジタ
ル変換器（Ａ／Ｄ）１７ｂによりデジタル信号Ｓ３に変
換される。デジタル信号Ｓ３とＳ４とは、比較器１８に
より、上記撮像素子１６ａおよび１６ｂの２次元像の１
フレームごとにしかも対応する座標の画素ごとに比較さ
れる。即ち、比較器１８は、撮像素子１６ａに像の存在
を示すとともに撮像素子１６ｂに像の存在を示さない画
素をデジタル信号Ｓ５として生じる。つまり、撮像素子
１６ａには図２（ｇ）に示すとおりリフレクタ像Ａ１と
太陽像Ｂ２があり、撮像素子１６ｂには図２（ｈ）に示
すとおり太陽像Ｂ２と同じ座標に太陽像Ｂ３があるの
で、デジタル信号Ｓ５としては、撮像素子１６ａ上の太
陽像Ｂ２が消去され、リフレクタ像Ａ１を示す画素のみ
が出力される。上述のとおり、比較器１８からのデジタ
ル信号Ｓ５は、太陽反射光Ｐ２に起因する偽像（太陽像
Ｂ２）が除去され、目標とするリフレクタ像Ａ１に対応
する画素のみを有する。なお、比較器１８は、出力する
デジタル信号Ｓ５に下限のしきい値を設け、また画素の
有無のみを識別する信号とすると、上記リフレクタ像Ａ
１の存在する座標が一層明確になる。
タ像Ａ１および太陽像Ｂ２に対応するとともに複数の画
素からなる電気信号Ｓ１を生じる。電気信号Ｓ１はアナ
ログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１７ａによりデジタル
信号Ｓ３に変換される。一方、撮像素子１６ｂは２次元
の太陽像Ｂ３に対応するとともに複数の画素からなる電
気信号Ｓ２を生じる。電気信号Ｓ２はアナログ・デジタ
ル変換器（Ａ／Ｄ）１７ｂによりデジタル信号Ｓ３に変
換される。デジタル信号Ｓ３とＳ４とは、比較器１８に
より、上記撮像素子１６ａおよび１６ｂの２次元像の１
フレームごとにしかも対応する座標の画素ごとに比較さ
れる。即ち、比較器１８は、撮像素子１６ａに像の存在
を示すとともに撮像素子１６ｂに像の存在を示さない画
素をデジタル信号Ｓ５として生じる。つまり、撮像素子
１６ａには図２（ｇ）に示すとおりリフレクタ像Ａ１と
太陽像Ｂ２があり、撮像素子１６ｂには図２（ｈ）に示
すとおり太陽像Ｂ２と同じ座標に太陽像Ｂ３があるの
で、デジタル信号Ｓ５としては、撮像素子１６ａ上の太
陽像Ｂ２が消去され、リフレクタ像Ａ１を示す画素のみ
が出力される。上述のとおり、比較器１８からのデジタ
ル信号Ｓ５は、太陽反射光Ｐ２に起因する偽像（太陽像
Ｂ２）が除去され、目標とするリフレクタ像Ａ１に対応
する画素のみを有する。なお、比較器１８は、出力する
デジタル信号Ｓ５に下限のしきい値を設け、また画素の
有無のみを識別する信号とすると、上記リフレクタ像Ａ
１の存在する座標が一層明確になる。
【００２１】デジタル信号Ｓ５は、マイクロプロセッサ
（ＣＰＵ）１９２とメモリ１９１とを含む角度演算回路
１９に供給され、従来技術によると同様に、デジタル信
号Ｓ５に応答してリフレクタ２を固定した目標物１と測
定部４０との間の相互の方位角および仰角，即ち相対姿
勢を撮像素子１６ａの結像する２次元像の１フレームご
とに算出する。即ち、撮像素子１６ａの視野中心の座標
Ｆ（図２（ｇ）参照）とリフレクタ像Ａ１の中心座標Ｆ
A とのずれを求めて、リフレクタ２を固定した目標物１
と測定部４０との間の相互の方位角および仰角，即ち相
対姿勢を算出する。
（ＣＰＵ）１９２とメモリ１９１とを含む角度演算回路
１９に供給され、従来技術によると同様に、デジタル信
号Ｓ５に応答してリフレクタ２を固定した目標物１と測
定部４０との間の相互の方位角および仰角，即ち相対姿
勢を撮像素子１６ａの結像する２次元像の１フレームご
とに算出する。即ち、撮像素子１６ａの視野中心の座標
Ｆ（図２（ｇ）参照）とリフレクタ像Ａ１の中心座標Ｆ
A とのずれを求めて、リフレクタ２を固定した目標物１
と測定部４０との間の相互の方位角および仰角，即ち相
対姿勢を算出する。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の相対姿勢測
定装置は、光学回路によって、妨害光および目標物から
の反射光を含む入射光のうちの上記反射光の波長付近成
分のみを上記入射光の２次元像として第１の撮像素子に
結像させるとともに、上記妨害光の主スペクトラム付近
のみを上記入射光の２次元像として上記第１の撮像素子
とほぼ同じ特性の第２の撮像素子に結像させ、上記第１
の撮像素子の出力と上記第２の撮像素子の出力とを対応
する座標の画素ごとに比較し、上記第１の撮像素子の出
力が２次元像の存在を示すとともに上記第２の撮像素子
の出力が２次元像の存在を示さない画素を上記目標物の
２次元像とするので、上記妨害光によって生じる偽像を
除去でき、上記目標物とこの測定部との間の相対姿勢を
測定精度の低下や測定不能を回避できるいう効果があ
る。
定装置は、光学回路によって、妨害光および目標物から
の反射光を含む入射光のうちの上記反射光の波長付近成
分のみを上記入射光の２次元像として第１の撮像素子に
結像させるとともに、上記妨害光の主スペクトラム付近
のみを上記入射光の２次元像として上記第１の撮像素子
とほぼ同じ特性の第２の撮像素子に結像させ、上記第１
の撮像素子の出力と上記第２の撮像素子の出力とを対応
する座標の画素ごとに比較し、上記第１の撮像素子の出
力が２次元像の存在を示すとともに上記第２の撮像素子
の出力が２次元像の存在を示さない画素を上記目標物の
２次元像とするので、上記妨害光によって生じる偽像を
除去でき、上記目標物とこの測定部との間の相対姿勢を
測定精度の低下や測定不能を回避できるいう効果があ
る。
【００２３】また、この発明は、入手しやすい同一種類
の撮像素子を用いるので、構成が簡単でしかも安価にな
るという効果も有する。
の撮像素子を用いるので、構成が簡単でしかも安価にな
るという効果も有する。
【図１】本発明の一実施例のブロック図である。
【図２】本実施例の動作を説明するための図であり、
（ａ）は出射光Ｈ１のスペクトラム、（ｂ）は太陽光Ｐ
１のスペクトラム、（ｃ）はバンドパスフィルタ１５ａ
の透過特性、（ｄ）はバンドパスフィルタ１５ｂの透過
特性、（ｅ）は撮像素子１６ａの受信する光の強度、
（ｆ）は撮像素子１６ｂの受信する光の強度、（ｇ）は
撮像素子１６ａの結像する２次元像、（ｈ）は撮像素子
１６ｂの結像する２次元像である。
（ａ）は出射光Ｈ１のスペクトラム、（ｂ）は太陽光Ｐ
１のスペクトラム、（ｃ）はバンドパスフィルタ１５ａ
の透過特性、（ｄ）はバンドパスフィルタ１５ｂの透過
特性、（ｅ）は撮像素子１６ａの受信する光の強度、
（ｆ）は撮像素子１６ｂの受信する光の強度、（ｇ）は
撮像素子１６ａの結像する２次元像、（ｈ）は撮像素子
１６ｂの結像する２次元像である。
【図３】従来の相対姿勢測定装置のブロック図である。
【図４】図３に示す相対姿勢測定装置に使用した撮像素
子１６ａの結像する２次元像である。
子１６ａの結像する２次元像である。
１ 目標物 ２ リフレクタ ３ 太陽 ４ 測定部 １１ 光学系 １２，１４ ハーフミラー １３ 光源 １５ａ，１５ｂ バンドパスフィルタ １６ａ，１６ｂ 撮像素子 １７ａ，１７ｂ アナログ・デジタル変換器（Ａ／
Ｄ） １８ 比較器 １９ 角度演算回路 １９１ メモリ １９２ マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）
Ｄ） １８ 比較器 １９ 角度演算回路 １９１ メモリ １９２ マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｓ 17/06 9108−2Ｆ
Claims (4)
- 【請求項１】 第１の波長の出射光を生じる光源回路
と、前記出射光を第１の光端子に受けて光入出力端子か
ら空間に放射し入射光を前記光入出力端子に受けてこの
入射光のうちの前記第１の波長付近の入射光を第２の光
端子に生じるとともに前記入射光のうちの前記第１の波
長とは互いに波長の異なる第２の波長付近の入射光を第
３の光端子に生じる光学回路と、前記第２の光端子から
前記第１の波長付近の入射光を受けてこの入射光の２次
元像に対応するとともに複数の画素からなる第１の電気
信号を生じる第１の撮像素子と、前記第３の光端子から
前記第２の波長付近の入射光を受けてこの入射光の２次
元像に対応するとともに複数の画素からなる第２の電気
信号を生じる前記第１の撮像素子とほぼ同じ特性の第２
の撮像素子と、前記第１の電気信号と前記第２の電気信
号とを前記２次元像の対応する座標の画素ごとに比較し
前記第１の電気信号が前記２次元像の存在を示すととも
に前記第２の電気信号が前記２次元像の存在を示さない
画素の集合を第３の電気信号とする比較器と、前記第３
の電気信号の示す２次元像の中心を計算しこの２次元像
の中心と前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子
のいずれかの視野中心との相対姿勢を計算する角度演算
回路とを備えることを特徴とする相対姿勢測定装置。 - 【請求項２】 この相対姿勢測定装置との距離および姿
勢を互いに変化しうる前記空間上の目標物に配置され前
記光源回路からの前記出射光をこの出射光の入射方向に
反射するリフレクタをさらに備えることを特徴とする請
求項１記載の相対姿勢測定装置。 - 【請求項３】 前記光源回路の生じる出射光が、約８３
０ｎｍの波長のレーザ光であり、 前記第３の光端子が、５００ｎｍ付近の波長の入射光の
みを生じ、 前記第１および第２の撮像素子が、２次元ＣＣＤ撮像素
子であることを特徴とする請求項２記載の相対姿勢測定
装置。 - 【請求項４】 入射された光をその入射方向に反射光と
して生じるリフレクタを有する空間上の目標物との距離
および姿勢を互いに変化しうる目標物追跡体に設けら
れ、 第１の波長のレーザ光を生じる光源回路と、前記レーザ
光を第１の光端子に受けてこのレーザ光を光入出力端子
から前記目標物の方向に放射し入射光を前記光入出力端
子に受けてこの入射光のうちの前記第１の波長付近の入
射光を第２の光端子に生じるとともに前記入射光のうち
の前記第１の波長とは互いに波長の異なる第２の波長付
近の入射光を第３の光端子に生じる光学回路と、前記第
２の光端子から前記第１の波長付近の入射光を受けてこ
の入射光の２次元像に対応するとともに複数の画素から
なる第１の電気信号を生じる第１の撮像素子と、前記第
３の光端子から前記第２の波長付近の入射光を受けてこ
の入射光の２次元像に対応するとともに複数の画素から
なる第２の電気信号を生じる前記第２の撮像素子とほぼ
同じ特性の第２の撮像素子と、前記第１の電気信号と前
記第２の電気信号とを前記２次元像の対応する座標の画
素ごとに比較し前記第１の電気信号のみが前記２次元像
の存在を示す画素を第３の電気信号とする比較器と、前
記第３の電気信号の示す２次元像の中心を計算しこの２
次元像の中心と前記第１の撮像素子および前記第２の撮
像素子のいずれかの視野中心との相対姿勢を計算する角
度演算回路とを備えることを特徴とする相対姿勢測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5105795A JPH0812056B2 (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 相対姿勢測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5105795A JPH0812056B2 (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 相対姿勢測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06317416A JPH06317416A (ja) | 1994-11-15 |
| JPH0812056B2 true JPH0812056B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=14417067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5105795A Expired - Lifetime JPH0812056B2 (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 相対姿勢測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812056B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9157734B2 (en) | 2012-06-15 | 2015-10-13 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Optical automatic attitude measurement for lightweight portable optical systems |
-
1993
- 1993-05-07 JP JP5105795A patent/JPH0812056B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06317416A (ja) | 1994-11-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2198283C (en) | Three dimensional color imaging | |
| US7701592B2 (en) | Method and apparatus for combining a targetless optical measurement function and optical projection of information | |
| US6683675B2 (en) | Distance measuring apparatus and distance measuring method | |
| US5889582A (en) | Image-directed active range finding system | |
| CA2297611A1 (en) | Virtual multiple aperture 3-d range sensor | |
| Blais et al. | Range error analysis of an integrated time-of-flight, triangulation, and photogrammetric 3D laser scanning system | |
| JPH04115108A (ja) | 三次元スキャナ | |
| EP0882211B1 (en) | A method and apparatus for reducing the unwanted effects of noise present in a three-dimensional color imaging system | |
| JP2006322853A (ja) | 距離計測装置、距離計測方法および距離計測プログラム | |
| US5600123A (en) | High-resolution extended field-of-view tracking apparatus and method | |
| JPH0812056B2 (ja) | 相対姿勢測定装置 | |
| CN207515908U (zh) | 一种多光路自定标偏振探测装置及系统 | |
| EP1202074A2 (en) | Distance measuring apparatus and distance measuring method | |
| JP4266286B2 (ja) | 距離情報取得装置、および距離情報取得方法 | |
| Alant’ev et al. | Optical-electronic system for detecting light reflecting objects based on probing by pulsed laser radiation | |
| JPH09145319A (ja) | ３次元計測方法及び装置 | |
| WO2021059428A1 (ja) | スペクトル測定装置 | |
| JPH09145321A (ja) | ３次元計測のための投光装置及び撮像装置 | |
| JPH0278906A (ja) | 電子光学機器 | |
| US4533828A (en) | Arrangement for increasing the dynamic range of optical inspection devices to accommodate varying surface reflectivity characteristics | |
| JPH0483132A (ja) | 三次元スキャナ | |
| EP0318288B1 (en) | Electro-optic imaging system | |
| JP3116086B2 (ja) | 光検出器を用いた物体の運動測定方法 | |
| JPH04258712A (ja) | 撮像装置 | |
| JP2006322856A (ja) | 距離計測装置、距離計測方法および距離計測プログラム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960723 |