JPH10206092A - 目標追随装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造的な配置の容易さにのみ主眼を置いて、
望遠側に赤外光センサを、広角側に可視光センサを配し
た従来の目標追随装置には、夜間の低空侵入や、昼間の
複雑背景を利用した低空侵入に赤外光センサが対応でき
ず、かつ遠距離・高空からの目標に対してより有効な可
視光センサの利点を生かせないといった課題があった。 【解決手段】 カセグレン反射鏡の二次反射鏡の裏側に
近距離・低空目標に対応する広角用の赤外光センサを配
置し、同一軸上にカセグレン反射鏡に基づいた遠距離・
高空目標に対応する望遠用の可視光センサを配置するこ
とにより係る問題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は飛行機、ミサイル
などの飛行目標の地上からの追随時において、目標の面
積、重心及び照度といった特徴量に応じて、可視光のセ
ンサと赤外光のセンサを使い分けることにより目標追随
を行う目標追随装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な目標追随装置については、例え
ば１９９０年１２月１０日に原書房から発行された「ミ
サイル工学事典」のＰ．２０７からＰ．２０９に紹介さ
れているように、センサと、追随回路部と、センサを搭
載した可動の指向部と、サーボ装置及び安定装置によっ
て構成され、特定の遠隔物体つまり目標からの放射を受
け、その方向に指向（追随）する装置であると解説され
ている。図４はこの目標追随装置の運用概念図であっ
て、１は目標とする航空機、２は上記センサに対応する
目標１を観測し追随する撮像部であって、この撮像部２
は可視光及び赤外光に対応できる機能を備える。３は上
記追随回路部に対応する撮像部２によって得られた画像
の信号処理を行う信号処理部、４は撮像部２において得
られた画像を表示する表示部、５は撮像部２と信号処理
部３と表示部４に電力を供給する電源供給部である。次
に動作について説明する。目標１が撮像部２にて捉えら
れると、その画像は信号処理部３に送られ、目標面積、
重心及び照度といった特徴量に変換される。この特徴量
をもとに、画面内の目標位置の判定を行い、撮像部２の
一部である上記可動の指向部、サーボ装置及び安定装置
に対応する部分に対して追随位置誤差信号として与える
ことにより、目標１を画面中央に位置するように動作さ
せ、目標を追随するものである。

【０００３】従来の目標追随装置としては、まず焦点距
離の異なる２種類の可視光のセンサを用いた複合光学セ
ンサにより、長距離目標から近距離目標まで撮像するも
のがある。この目標追随装置は、夜間の運用及び赤外光
の波長特性を利用した画像処理による目標追随を行うこ
とができなかった。これに対して、一方のカメラに赤外
光センサを導入した目標追随装置をシステム的に示すと
図５のようになる。図５において６はカセグレン反射鏡
の１次反射鏡、７はカセグレン反射鏡の２次反射鏡、８
は可視用集光レンズ群、９は可視光センサ、１０は赤外
用集光レンズ群、１１は赤外光センサ、１２は赤外光セ
ンサ１１の冷却をするための冷却部、３は可視光センサ
９及び赤外光センサ１１からの画像データの画像処理を
行う信号処理部、１３はセンサから送られた画像データ
をフィルタリングする前処理部、１４はそのデータの二
値化及び二値化された画像データの解析を行う目標探知
抽出部、１５は目標面積、重心、照度といった特徴量を
数値情報に変換する特徴計測部、１６は数値情報をもと
にして追随位置を決定し追随位置に対する誤差信号を発
生させる目標識別追尾部、４は画像を表示する表示部、
１７は誤差信号によってカメラ本体を目標の方向に指向
させるためのジンバル部、１８はジンバルの指向をカメ
ラに伝達する駆動脚、１９は筺体、２０は筺体１９の一
部である窓、２は撮像部、５は撮像部２と信号処理部３
と表示部４とに電源を供給する電源供給部、２１は発電
部、２２は電力を各部に配分する制御部である。

【０００４】次に動作について説明する。可視光に比べ
て焦点距離の長い大型の反射型光学系と大きな冷却部を
必要とする赤外光センサを遠距離・高空の撮像に用い、
小型の広角光学系と小さなカメラ本体にて構成できる可
視光センサは、近距離・低空の撮像に用いられている。
この遠距離・高空目標の追随に赤外光センサを、近距離
・低空目標の追随に可視光センサを備えた目標追随装置
においては、赤外光に比べて大気中での減衰が少なく、
明るく解像度の高い画像を取得できる可視光センサを近
距離・低空目標に対して用い、一方複雑な背景（山林・
森林・建造物等）が多く、可視光センサによって得られ
る濃淡画像より赤外光センサによる温度探知により目標
追随が有効な近距離・低空に対して、赤外光センサを用
いていないため、可視光センサと赤外光センサの性能が
十分に発揮されていない目標追随装置となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】可視光センサは赤外光
センサと比べて、大気中の減衰が少ないことや解像度が
高いといった遠距離・高空目標に対して優位性がある。
また、赤外光センサは可視光センサと比べて、温度によ
り探知するため、複雑な背景が生じ易い近距離・低空目
標に対して優位性がある。従来のように、可視光のセン
サと赤外光のセンサを持つ目標追随装置において、構造
上の配置を優先させて望遠用に赤外光センサを、広角用
に可視光センサを備えたのでは、遠距離・高空目標に対
する可視光センサの優位性及び近距離・低空目標に対す
る赤外光センサの優位性を生かした運用ができない問題
があり、また、望遠用の大型の反射型光学系を備えた可
視光センサの１次反射鏡の中に、広角用として可視光セ
ンサよりも大型化が避けられない赤外光センサを配置し
たのでは、１次反射鏡の集光面積の減少といった光学的
な性能低下及び構造上の課題があった。

【０００６】この発明はかかる課題を解決するためのも
ので、可視光のセンサと赤外光のセンサの性能を活かし
た効率的配置、すなわち望遠用として焦点距離の長い可
視光センサを、広角用として焦点距離の短い赤外光セン
サを備え、遠距離・高空目標に対しては解像度・Ｓ／Ｎ
比の高い可視画像の利点を活用し、近距離・低空目標に
対しては複雑背景下における赤外画像処理の有効性とを
活用することにより、目標の視認性、抽出・識別能力及
び捕捉・追随能力を向上させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明による目標追
随装置は、焦点距離を伸ばすためにカセグレン反射鏡を
用いた可視光センサと、カセグレン反射鏡の２次反射鏡
の背面部分に赤外光センサを配置することにより、長焦
点距離による遠距離・高空目標の追随に可視光センサを
用い、短焦点距離による近距離・低空目標の追随に赤外
光センサを用いる目標追随装置を実現するものである。

【０００８】また、第２の発明による目標追随装置は、
焦点距離を伸ばすためにカセグレン反射鏡を用いた可視
光センサと、カセグレン反射鏡の２次反射鏡の背面部分
に赤外光センサを配置することにより、長焦点距離によ
る遠距離・高空目標の追随に可視光センサを用い、短焦
点距離による近距離・低空目標の追随に赤外光センサを
用いる目標追随装置を実現し、さらに可視光センサと赤
外光センサの切り換えを追随中の目標面積、重心及び照
度といった特徴量をもとに自動的に行うものである。

【０００９】また、第３の発明による目標追随装置は、
焦点距離を伸ばすためにカセグレン反射鏡を用いた可視
光センサと、カセグレン反射鏡の２次反射鏡の背面部分
に赤外光センサを配置することにより、長焦点距離によ
る遠距離・高空目標の追随に可視光センサを用い、短焦
点距離による近距離・低空目標の追随に赤外光センサを
用いる目標追随装置を実現し、さらに追随中の目標に対
して電波を照射し、反射波に基づき目標までの距離を算
出し、その距離がある一定の値に達したとき可視光セン
サ赤外光センサの切り換えを自動的に行うものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す目
標追随装置の全体構成図であり、図において１０は赤外
用集光レンズ群、１１は赤外光センサ、１２は冷却部、
６は１次反射鏡、７は２次反射鏡、８は可視用集光レン
ズ群、９は可視光センサである。３は赤外光センサ１１
及び可視光センサ９からの画像データの画像処理を行う
信号処理部、１３はセンサから送られた画像データをフ
ィルタリングする前処理部、１４はそのデータの二値化
及び二値化された画像データの解析を行う目標探知抽出
部、１５は目標面積、重心、照度といった特徴量を数値
情報に変換する特徴計測部、１６は数値情報をもとにし
て追随位置を決定し追随位置に対する誤差信号を発生さ
せる目標識別追尾部、４は画像を表示する表示部、１７
は誤差信号によってカメラ本体を目標の方向に指向させ
るためのジンバル部、１８はジンバルの指向をカメラに
伝達する駆動脚、１９は筺体、２０は筺体１９の一部で
ある窓、２は撮像部、５は撮像部２と信号処理部３と表
示部４とに電源を供給する電源供給部、２１は発電部、
２２は電力を各部に配分する制御部、２３は画像処理に
用いるセンサを選択するスイッチを具備する操作部、２
４は操作部２３からの画像処理に用いるセンサの切り換
えを行った場合の切り換え信号発生部である。

【００１１】次に動作について説明する。例えば、目標
が遠距離・高空から進入してきた場合、まず長焦点距離
によって遠距離・高空の目標追随に対応している可視光
のセンサを用いて、画像データを取り込む。画像データ
は信号処理部に送られて、画像処理が行われる。信号処
理部では、画像の二値化処理を行い、二値化した画像デ
ータの解析により目標面積、重心、照度といった特徴量
に変換される。この特徴量をもとにして追随位置の決定
を行い、追随位置に対する誤差信号を発生させ、誤差信
号をジンバル部に送り、カメラ本体を目標の方向に指向
させる。そして、近距離に目標が接近してくると、手動
によってセンサの切り換えを行い、短焦点距離によって
近距離・低空に対応している赤外光センサを用いて、画
像データを取り込む。このとき、可視光のセンサと赤外
光のセンサが共通の軸上でない場合は、座標の変換等の
補正を行う必要があるが、本発明においては共通の軸上
に配置されているので、座標の変換が不要であることか
ら、座標の変換のための回路を必要としない分、小型化
が実現している。また、近距離の目標追随には温度の探
知による赤外光のセンサを用いることで、可視光のセン
サでは目標同定が困難であった背景に建造物や樹林が存
在する複雑な背景下に対しても、追随を維持することが
できる。画像データは可視光のセンサの信号処理部との
共用である信号処理部に送られて、画像処理が行われ
る。

【００１２】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示す目標追随装置の全体構成図であり、図におい
て１０は赤外用集光レンズ群、１１は赤外光センサ、１
２は冷却部、６は１次反射鏡、７は２次反射鏡、８は可
視用集光レンズ群、９は可視光センサである。３は赤外
光センサ１１及び可視光センサ９からの画像データの画
像処理を行う信号処理部、１３はセンサから送られた画
像データをフィルタリングする前処理部、１４はそのデ
ータの二値化及び二値化された画像データの解析を行う
目標探知抽出部、１５は目標面積、重心、照度といった
特徴量を数値情報に変換する特徴計測部、１６は数値情
報をもとにして追随位置を決定し追随位置に対する誤差
信号を発生させる目標識別追尾部、４は画像を表示する
表示部、１７は誤差信号によってカメラ本体を目標の方
向に指向させるためのジンバル部、１８はジンバルの指
向をカメラに伝達する駆動脚、１９は筺体、２０は筺体
１９の一部である窓、２は撮像部、５は撮像部２と信号
処理部３と表示部４とに電源を供給する電源供給部、２
１は発電部、２２は電力を各部に配分する制御部、２３
は画像処理に用いるセンサを選択するスイッチを具備す
る操作部、２４は操作部２３からの画像処理に用いるセ
ンサの切り換えを行った場合と画像処理部３から画像処
理に用いるセンサの切り換え指令が出た場合と切り換え
信号発生部である。

【００１３】次に動作について説明する。例えば遠距離
・高空から目標が進入してきたとき、まず可視光のセン
サによって目標追随を行い、目標が接近してきて、信号
処理部８における目標特徴量の評価の結果、目標面積が
画面上で一定値に達した場合や、照度が十分でなく可視
による識別が困難であるといった、ある条件を満たすと
自動的に赤外光のセンサによる追随に切り換わるという
ものである。

【００１４】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３を示す目標追随装置の全体構成図であり、図におい
て１０は赤外用集光レンズ群、１１は赤外光センサ、１
２は冷却部、６は１次反射鏡、７は２次反射鏡、８は可
視用集光レンズ群、９は可視光センサである。３は赤外
光センサ１１及び可視光センサ９からの画像データの画
像処理を行う信号処理部、１３はセンサから送られた画
像データをフィルタリングする前処理部、１４はそのデ
ータの二値化及び二値化された画像データの解析を行う
目標探知抽出部、１５は目標面積、重心、照度といった
特徴量を数値情報に変換する特徴計測部、１６は数値情
報をもとにして追随位置を決定し追随位置に対する誤差
信号を発生させる目標識別追尾部、４は画像を表示する
表示部、１７は誤差信号によってカメラ本体を目標の方
向に指向させるためのジンバル部、１８はジンバルの指
向をカメラに伝達する駆動脚、１９は筺体、２０は筺体
１９の一部である窓、２は撮像部、５は撮像部２と信号
処理部３と表示部４とに電源を供給する電源供給部、２
１は発電部、２２は電力を各部に配分する制御部、２３
は画像処理に用いるセンサを選択するスイッチを具備す
る操作部、２４は操作部２３からの画像処理に用いるセ
ンサの切り換えを行った場合と電波照射部２４からの切
り換え指令が出た場合の切り換え信号発生部、２５は目
標の距離を計算するために目標に対して電波を照射する
電波照射部である。

【００１５】次に動作について説明する。例えば遠距離
・高空から目標が進入してきたとき、まず可視光のセン
サによって目標追随を行い、目標が接近してきて、電波
照射部からの距離データがある一定の値に達すると自動
的に赤外光のセンサによる追随に切り換わるというもの
である。

【００１６】

【発明の効果】第１の発明によれば、可視光のセンサに
よって遠距離・高空目標の追随を実現することができ、
赤外光のセンサによって夜間及び近距離・低空目標に対
して追随を行うことができる。

【００１７】また、可視光のセンサと赤外光のセンサを
手動によって切り換えることができるので、任意のセン
サの画像データによって、目標追随を行うことができ
る。

【００１８】また、二つのセンサを同軸上に配置したこ
とにより、二つのセンサは必ず中心点が同一になり、一
方のセンサでの目標追随時に目標が中心にあれば、もう
一方に切り換えても必ず目標が中心にいることになり、
円滑な切り換えが実現できる。

【００１９】また、二つのセンサを同軸上に配置したこ
とにより、二つのセンサは必ず中心点が同一になり、一
方のセンサでの目標追随時に目標が中心にあれば、もう
一方に切り換えても必ず目標が中心にいることになり、
切り換え時の目標を再捜索するための機構を省略するこ
とができるとともに、目標追随装置の小型化を図ること
ができる。

【００２０】また、近距離・低空目標の追随に赤外光の
センサを用いることにより、低空に多い複雑な背景によ
って可視画像では認識困難な場合でも、追随を継続する
ことができる。

【００２１】また、第２の発明によれば、目標追随中の
画像処理によって得られた目標の面積、重心及び照度と
いった特徴量をもとにして、画像処理に用いるセンサを
自動的に切り換えることによって、操作性の向上を図る
ことができるだけでなく、人間の誤操作を防ぐこともで
き、また常に適切な方のセンサで目標追随ができる。

【００２２】また、第３の発明によれば、目標追随中に
電波照射によって、目標からの反射波を基にして、追随
目標の距離を算出し、ある一定の距離に達したとき、画
像処理に用いるセンサを自動的に切り換えることによっ
て、操作性の向上を図ることができるだけでなく、人間
の誤操作を防ぐこともでき、また常に適切な方のセンサ
で目標追随ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による目標追随装置の実施の形態１
を示す全体構成図である。

【図２】 この発明による目標追随装置の実施の形態２
を示す全体構成図である。

【図３】 この発明による目標追随装置の実施の形態３
を示す全体構成図である。

【図４】 従来の目標追随装置の運用を示す概念図。

【図５】 従来の目標追随装置の一例を示す全体構成図
である。

【符号の説明】

１ 目標、２ 撮像部、３ 信号処理部、４ 表示部、
５ 電源供給部、６１次反射鏡、７ ２次反射鏡、８
可視用集光レンズ群、９ 可視光センサ、１０ 赤外用
集光レンズ群、１１ 赤外光センサ、１２ 冷却部、１
３ 前処理部、１４ 目標探知抽出部、１５ 特徴計測
部、１６ 目標識別追尾部、１７ ジンバル部、１８
駆動脚、１９ 筺体、２０ 窓、２１ 発電部、２２
制御部、２３ 操作部、２４ 切り換え信号発生部、２
５ 電波照射部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可視光あるいは赤外光を用いて目標を追
   随する目標追随装置において、外部より入射する可視光
   を反射させる１次反射鏡と、この１次反射鏡で反射され
   た可視光を受ける２次反射鏡と、上記１次反射鏡と２次
   反射鏡によって形成されるカセグレン反射鏡を通して可
   視光を集光させる第１の集光レンズ群と、この第１の集
   光レンズ群からの可視光を感知する第１のセンサと、上
   記カセグレン反射鏡の２次反射鏡の背面に設けられ、外
   部より入射する赤外光を集光させる第２の集光レンズ群
   と、この第２の集光レンズ群からの赤外光を感知する第
   ２のセンサと、上記第１のセンサ及び第２のセンサによ
   って得られた画像データの信号処理を行う信号処理部
   と、この信号処理部からの情報をフィードバックしカメ
   ラを目標の方向に指向させるサーボ装置と、上記第１の
   センサ及び第２のセンサの画像データを表示する表示部
   と、上記第１のセンサ及び第２のセンサの画像データの
   どちらを信号処理に用いるかの選択を手動によって行う
   操作部と、上記各部に電力を供給する電源供給部とを具
   備したことを特徴とする目標追随装置。
2. 【請求項２】 可視光あるいは赤外光を用いて目標を追
   随する目標追随装置において、目標追随時に画像データ
   の信号処理結果から得られた目標の面積、重心及び照度
   といった特徴量がある一定の値に達したとき、自動的に
   第１のセンサと第２のセンサとの切り換えを行う機能を
   具備したことを特徴とする請求項１記載の目標追随装
   置。
3. 【請求項３】 可視光あるいは赤外光を用いて目標を追
   随する目標追随装置において、目標追随時に目標に対し
   て、電波照射することによって、目標からの反射波を基
   に目標との距離を算出し、その距離がある一定の値に達
   したとき、自動的に第１のセンサと第２のセンサとの切
   り換えを行う機能を具備したことを特徴とする請求項１
   記載の目標追随装置。