JPH11109013A - 目標探知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 衛星画像を使用して艦船を探知する装置にお
いて、緯度経度の地理座標値が同時に得られない問題が
あった。また検出艦船の識別に逐一人手による照合を必
要とする問題があった。 【解決手段】 衛星画像の画素座標を地理座標値にコー
ド化し、検出艦船の画素座標値から緯度経度値を算出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は衛星等飛しょう体
により取得した移動目標を含む画像を使用して移動目標
を探知する装置に関するものである。なお、ここでは説
明の便宜上衛星で取得した画像を使用して艦船を探知す
る装置について以下に説明する。

【０００２】

【従来の技術】海上の艦船の航行状況の監視は、違法漁
業や違法入国の取り締まり、また関心国の海軍艦船の活
動状況を把握する上で重要な国家諸機関の監視業務であ
り、広域撮像の特長を有する衛星画像を用いて広大な海
上の艦船を監視する試みが各国でなされつつある。この
場合航行中の艦船をすばやく検出するのみならず、その
地理上の緯度・経度位置、またその艦船がどのような艦
船であるかをあらかじめ衛星画像から迅速に特定できる
ことが、その後の航空機等出動にあたり作戦計画を立案
する上できわめて重要となる。

【０００３】図１１は衛星による艦船撮像の配置関係を
説明する図であって、１は衛星、２は地球表面、３は衛
星軌道、４は線上瞬時視野、５は撮像視野、６は海上艦
船である。衛星１は通常、地球のほぼ全表面を観測する
ため南北の極付近を通過する極軌道を周回しており、図
１１はこの軌道３上から地球表面２を撮像している状況
を表している。衛星１に搭載されている画像センサは近
年では進行方向に垂直な方向に画素並びを有するライン
センサを使用しており、線状瞬時視野４はある１時刻に
おけるラインセンサの地表面撮像部分を表す。衛星１が
軌道３上を飛行しながら線状瞬時視野４を一定時間走査
することにより、ある広がりを有する撮像視野５が撮像
され、海上の艦船６等が撮像されることになる。

【０００４】図１２は衛星画像を入力し、背景である海
面から艦船を抽出することを目的に一般に試みられてい
るこの種装置の構成の一部を示すもので、７は第１の画
像データメモリ、８は２値化手段、９はしきい値設定手
段、１０は位置算出手段、１１はマーカ発生手段、１２
は重ねあわせ手段、１３は表示装置、１４は衛星画像デ
ータ、１５は２値化データ、１６は艦船画素位置デー
タ、１７はマーカ表示データ、１８は画像表示データ、
１９は混合表示データである。図１２において観測海域
の衛星画像データ１４はまず第１の画像データメモリ７
に格納され、その出力は２値化手段８に入力され、しき
い値設定手段９で設定されるしきい値より高輝度の部分
が論理１、そうでない部分が論理０として２値化され
る。論理１部分が目標艦船に相当し、２値化データ１５
として位置算出手段１０に出力される。位置算出手段１
０では２値画像の重心位置が算出され、その画素位置が
艦船画素位置データ１６としてマーカ発生手段１１に入
力される。マーカ発生手段１１は前記重心位置を中心に
囲むマーカ表示データ１７を生成し、重ね合わせ手段１
２で画像表示データ１８と混合することにより混合表示
データ１９を表示装置１３に出力する。

【０００５】図１３は従来の艦船探知装置における表示
の１例を示す図であって、２０は表示装置画面、２１は
検出艦船、２２はマーカ、２３は航跡である。航行中の
艦船から生じる航跡は光学画像で明瞭に観測され、また
合成開口レーダ画像では光学画像以上に長距離にわたり
明瞭に観測することができるので、一般にはこの航跡画
像により、海上の孤島等の擬似物と航行艦船とを判別す
ることができる。この図では海面を背景とする艦船が高
輝度の検出艦船２１として表示されているとともに、検
出した重心位置を囲みマーカ２２が表示される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】衛星による艦船探知は
次に続く航空機等の出動のため、検出艦船の地理上の位
置が迅速かつ正確にわかることが重要であるが、従来の
装置は以上のように画面上の艦船を検出・表示する機能
を主とするものである。沿岸域の監視を主とする例にお
いては、通常沿岸地形が同時に撮像視野に含まれてお
り、この既知の沿岸地形をもとに検出艦船位置を計測し
ている。しかしながら周囲がすべて海で既知地点が撮像
視野にない場合は、衛星の軌道位置と撮像視軸角度から
あらかじめ算出されてある画像の４隅の緯度経度値のみ
をもとに、内挿により個別に検出艦船の位置を算出する
必要があり、処理に時間を要し、迅速な運用が困難とな
るだけでなく位置の標定精度が悪いという難点があっ
た。さらにまた検出した艦船がどのような種類のもので
あるかを判定するには、映像形状と既存艦船の形とを逐
一比較し判断する必要があり、人手による誤差が大きい
だけでなく判断処理に時間を要し、海上を航行する大量
の艦船を所要の時間内に分類処理することが著しく困難
で迅速な運用を阻害するという難点があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明の艦船探知装
置は、艦船画像を保持する第１の画像データメモリから
しきい値処理により背景である海面と艦船とを弁別し艦
船を検出する手段と、検出した艦船の画素位置を計測す
る手段と、衛星画像の４隅の緯度経度値をもとに地球湾
曲等の撮像条件を考慮し衛星画像の個々の画素をこれら
地理座標値でコード化し、検出した艦船画素位置を地理
座標値に変換出力する手段と、これら艦船、検出位置、
緯度経度座標値を表示する手段を備えるものである。

【０００８】第２の発明の艦船探知装置は、艦船を検出
する手段と、検出艦船の画面上の画素位置を計測する手
段と、艦船画像データを記憶する手段と、艦船画像の画
素値を艦船針路方向に直交する方向に加算し針路方向の
輝度分布に変換する手段と、既知艦船の前記針路方向輝
度分布データを記憶する手段と、検出艦船の針路方向輝
度分布データと既知艦船の針路方向輝度分布データとの
相似度を計測する手段と、相似度を表示する手段とを備
えるものである。

【０００９】第３の発明の艦船探知装置は、艦船を検出
する手段と、検出艦船の画面上の画素位置を計測する手
段と、艦船画像データを記憶する手段と、艦船画像の画
素値を艦船針路方向に直交する方向に加算し針路方向の
輝度分布に変換する手段と、検出艦船の針路方向輝度分
布の峰の位置を計測する手段と、既知艦船の針路方向輝
度分布の峰の位置を記憶させておく手段と、検出艦船の
針路方向輝度分布の峰の位置と既知艦船の針路方向輝度
分布の峰の位置との相似度を計測する手段と、前記相似
度を表示する手段とを備えるものである。

【００１０】第４の発明の艦船探知装置は、艦船を検出
する手段と、検出艦船の画面上の画素位置を計測する手
段と、艦船画像データを記憶する手段と、艦船画像の重
心位置を算出する手段と、重心位置周りの艦船画素強度
分布のモーメント量を算出する手段と、既知艦船の前記
モーメント量を記憶する手段と、検出艦船のモーメント
量と既知艦船のモーメント量との相似度を計測する手段
と、相似度を表示する手段とを備えるものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明による艦船探知装置の実
施の形態１の構成の一部を示すもので、２４は地理座標
変換手段、２５は緯度経度値発生手段、２６は地理座標
参照データ、２７は艦船地理座標データ、２８は緯度経
度表示データである。また図２（ａ）は実施の形態１の
表示の１例を示す図であって、２９は緯度経度表示であ
る。

【００１２】一般に衛星画像においては１シーン数１０
ｋｍ四方の画像の４隅の緯度・経度値が撮像時の衛星軌
道上位置、姿勢角度、センサの光軸角度からあらかじめ
算出されてあり、撮像画像内の既知の地点の地理座標を
逐一調べなくても一般的には１ｋｍ以内の精度で前記４
隅の地理座標を得ることができる。またこの衛星画像デ
ータは画素の並びでいうと一般には正方形、まれには長
方形の並びをしている。図２（ｂ）は画像の画素の並び
を説明する図であって、３０は任意の画素、３１は西→
東方向を示す方位、３２は北→南方向を示す方位であ
る。いま簡単のため画素数をＮ×Ｎ画素の正方行列と
し、図２（ｂ）に示すように左上（北西）隅を座標
（０，０）、右上（北東）隅を座標（０，Ｎ）、左下
（南西）隅を座標（Ｎ，０）、右下（南東）隅を座標
（Ｎ，Ｎ）で表すことにする。また任意の画素３０の座
標を（ｍ，ｎ）とすると、この画素座標における経度値
Ｘ及び緯度値Ｙは上記４隅の経度値及び緯度値を用いて
高次アフィン変換により一般に数１で示すことができ
る。従来の装置と同様の方法で算出された艦船画素位置
データ１６は地理座標変換手段２４に入力されるが、こ
こには数１に示す座標変換係数であるＡ１１，Ａ１２，
Ａ１３，Ａ２１，Ａ２２，Ａ２３が地理座標参照データ
２６として入力されてあり、地理座標変換手段２４で数
１に示す（Ｘ，Ｙ）が算出され艦船地理座標データ２７
が出力される。艦船地理座標データ２７は緯度経度値発
生手段２５に入力され、図２（ａ）の表示例に示す緯度
経度表示２９を表示するに必要な文字、数値データであ
る緯度経度表示データ２８が生成され、従来の装置と同
様、画像表示データ１８等と混合されて図２に示す表示
が表示装置１３に自動的に表示されることになる。

【００１３】

【数１】

【００１４】実施の形態２．図３はこの発明による艦船
探知装置の実施の形態２の構成の１例を示す図で、３３
は第２の画像データメモリ、３４はゲート発生手段、３
５は幅方向加算圧縮手段、３６は相関演算手段、３７は
既存艦船参照データメモリ、３８は艦船画像データ、３
９は艦船圧縮画像データ、４０は相関演算結果データで
ある。また図４は実施の形態２における画像信号の分布
を示す図、図５は画像信号の加算圧縮後の分布を示す図
であって、４１は艦船画像データ分布、４２は艦船長軸
方位、４３は艦船短軸方位、４４は輝度軸、４５は艦船
圧縮画像データ分布である。

【００１５】図３において画像表示データ１８は第２の
画像データメモリ３３に入力され一時保持されるととも
に、従来の装置と同様の方法で検出された艦船画素位置
データ１６がゲート発生手段３４に入力される。ゲート
発生手段３４では検出艦船位置を中心として、艦船の通
常寸法の数倍のサイズの寸法範囲の画像を有効とするゲ
ート信号が発生され、これが第２のデータメモリ３３に
入力されて、海面を含む艦船画像が艦船画像データ３８
として切り出される。図４の艦船画像データ分布４１は
この艦船画像データ３８の分布の１例を示しており、こ
の例では艦船長軸方位４２の方向に２つの峰が並んでい
る。艦船画像データ３８は演算時間の短縮、また艦船方
位の変化に伴う輝度分布の揺らぎによる影響を緩和させ
る目的で幅方向加算圧縮手段３５に入力し、幅方向の画
素の加算平均化処理を施すことにより、図５の艦船圧縮
画像データ分布４５に示すように艦船長軸方位４２の１
次元分布を有する艦船圧縮画像データ３９に変換する。
艦船圧縮画像データ３９は相関演算手段３６に入力され
る。また既存艦船参照データメモリ３７には既知の艦船
の形状からシミュレータ等で作成された既知艦船の艦船
画像データ分布を元に、上述の軸方向加算圧縮により作
成された圧縮画像データが多数保持されてあり、相関演
算手段３６は艦船圧縮画像データ３９との相似度を算出
しその結果を相関演算結果データ４０として出力し、表
示装置１３で従来の艦船画像とともに表示される。図６
はこの表示の１例を示す図で、検出した艦船の識別番
号、その緯度経度座標値、他の手段で計測される針路・
速力とともに、相似度の高い順に並べられた艦船名称と
その相関係数（高いほど相似度が高い）を示している。
これにより、自動的に艦船の種類、艦船名称の弁別がで
きるとともに、その確度が相関係数として示されるの
で、艦船識別の信頼度を判断の尺度として知ることがで
きる。

【００１６】実施の形態３．図７はこの発明による艦船
探知装置の実施の形態３の構成の１例を示す図で、４６
はピーク点位置計測手段、４７はピーク点位置座標デー
タである。また図８（ａ）は実施の形態３の信号処理を
説明する図で、４８は第１のピーク点位置、４９は第２
のピーク点位置である。実施の形態２と同様の方法で得
られた艦船圧縮画像データ３９はピーク点位置計測手段
４６に入力される。図８（ａ）に示すように艦船圧縮画
像データ分布４５には一般に艦船の種類ごとに異なる輝
度の峰分布があり、合成開口レーダ画像の例をあげる
と、タンカーでは図８（ｂ）に示す船尾に位置する艦橋
部位に固有の輝度分布４８ａがあり、また護衛艦等の戦
闘艦船では図８（ｃ）に示すように艦上搭載物による固
有の輝度分布４８ｂがある。したがってこの固有の輝度
分布の峰の位置を計測し既知艦船のそれらと比較するこ
とにより艦船の種類を識別することが可能となる。図８
（ａ）の例でいうと艦船長軸方位４２の第１のピーク点
位置４８、第２のピーク点位置４９の座標値に相当する
ピーク点位置座標データ４７がピーク点位置計測手段４
６で計測出力され、相関演算手段３６で既知艦船参照デ
ータメモリ３７に保持されている既知艦船の輝度ピーク
位置座標データとの相似度が計測される。ピーク位置座
標データとの相似度の計算は画像の相似度の計算に比べ
少ない演算量ですむので、演算時間の短縮化をはかるこ
とができる。得られた相関演算結果データ４０は実施の
形態２と同様の方法で表示装置１３に入力され、図６に
示すように検出艦船の識別データ等が自動的に表示さ
れ、相関係数が高いほど高い確度で艦船の種類または艦
船名称を識別することができる。

【００１７】実施の形態４．図９はこの発明による艦船
探知装置の実施の形態４を示す図、図１０は実施の形態
４における信号処理を説明する図であって、５０は重心
点演算手段、５１はモーメント量演算手段、５２はモー
メント量データ、５３は重心位置である。図９において
実施の形態２と同様の方法で切り出された艦船画像デー
タ３８は重心点演算手段５０に入力される。艦船の輝度
分布は一般に艦船ごとに異なっており、その差異は艦船
画像の重心位置を中心とする画素輝度のモーメント量を
演算することにより、艦船方位に依存しない、すなわち
回転不変な量として把握することができる。この回転不
変な量として把握することにより、海上波浪が激しく航
跡の観測が困難となって艦船針路、艦船方位の特定が難
しくなる場合においても、艦船方位と無関係に艦船特徴
量が得られ、既知艦船との相似度を求めることができ
る。重心点演算手段５０は艦船の２値画像等の重心の位
置座標（Ｘｃ，Ｙｃ）を算出し、モーメント量演算手段
５１に入力しモーメント量算出の中心座標とする。モー
メント量演算手段５１では数２に示す演算が実施され、
モーメント量Ｍｎが算出される。このモーメント量は、
一般に艦船寸法が同一であれば艦船輝度分布が艦船の中
から非対象であるほど大きく、例えばタンカーの合成開
口レーダ画像では図８（ｂ）に示したように中心から離
れた後方の艦橋付近に強い輝度が生じるため大きなモー
メント値を持ち、一方戦闘艦船では中心付近に集中する
艦上搭載物のため、図８（ｃ）に示したように中央付近
に強い輝度分布をもって、そのモーメント量は中心から
の距離が小であるため、タンカーと比べ小さい値とな
る。このように艦船の種類ごとに異なるモーメント量デ
ータ５２は相関演算手段３６に入力され、既存艦船参照
データメモリ３７に保持されている既知艦船のモーメン
ト量との相似度が計算され、相関演算結果データ４０と
して出力し、実施の形態２と同様の艦船識別が表示装置
１３で表示される。

【００１８】

【数２】

【００１９】なお上記実施の形態１〜４においては衛星
で取得した画像を用いて艦船を探知する装置について説
明したが、この発明は衛星、航空機、飛行船等の飛しょ
う体で取得した画像を用いて艦船、客船、貨物船、車両
（戦車、トレーラー、バス、トラック等）等の移動目標
を探知する装置にも適用できることは言うまでもない。

【００２０】

【発明の効果】第１の発明によれば、移動目標を自動検
出するとともに緯度・経度で示す位置座標を自動的に得
ることができるので、後に続く航空機出動等の行動に迅
速に移行することができる効果がある。

【００２１】第２の発明によれば、検出した移動目標の
種類、あるいは移動目標の名称をその確度とともに知る
ことができ、後に続く航空機出動等の行動を決める上で
の判断に資することができる効果がある。

【００２２】第３の発明によれば、少ない演算量のため
より短時間に検出移動目標の種類、あるいは移動目標の
名称をその確度とともに知ることができ、後に続く航空
機出動等の行動を決める上での判断の迅速化に資するこ
とができる効果がある。

【００２３】第４の発明によれば、航跡の検出が困難と
なり、移動目標の方位の判断が不可の状況下においても
検出移動目標の種類、あるいは移動目標の名称をその確
度とともに知ることができ、後に続く航空機出動等の行
動を決める上での判断の迅速化に資することができる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による艦船探知装置の実施の形態１
を示す図である。

【図２】 この発明による艦船探知装置の実施の形態１
における表示の１例と画像の画素の並びを説明する図で
ある。

【図３】 この発明による艦船探知装置の実施の形態２
を示す図である。

【図４】 この発明による艦船探知装置の実施の形態２
における画像信号の分布を示す図である。

【図５】 この発明による艦船探知装置の実施の形態２
における画像信号の加算圧縮後の分布を示す図である。

【図６】 この発明による艦船探知装置の実施の形態２
における表示の一部を示す図である。

【図７】 この発明による艦船探知装置の実施の形態３
を示す図である。

【図８】 この発明による艦船探知装置の実施の形態３
の信号処理を説明する図である。

【図９】 この発明による艦船探知装置の実施の形態４
を示す図である。

【図１０】 この発明による艦船探知装置の実施の形態
４における信号処理を説明する図である。

【図１１】 衛星による艦船撮像の配置関係を説明する
図である。

【図１２】 従来の艦船探知装置の構成の一部を示す図
である。

【図１３】 従来の艦船探知装置における表示の１例を
示す図である。

【符号の説明】

１ 衛星、２ 地球表面、３ 衛星軌道、４ 線上瞬時
視野、５ 撮像視野、６ 海上艦船、７ 第１の画像デ
ータメモリ、８ ２値化手段、９ しきい値設定手段、
１０ 位置算出手段、１１ マーカ発生手段、１２ 重
ねあわせ手段、１３ 表示装置、１４ 衛星画像デー
タ、１５ ２値化データ、１６ 艦船画素位置データ、
１７ マーカ表示データ、１８ 画像表示データ、１９
混合表示データ、２０ 表示装置画面、２１ 検出艦
船、２２ マーカ、２３ 航跡、２４ 地理座標変換手
段、２５ 緯度経度値発生手段、２６ 地理座標参照デ
ータ、２７ 艦船地理座標データ、２８ 緯度経度表示
データ、２９ 緯度経度表示、３０ 画素、３１ 西→
東方向方位、３２ 北→南方向方位、３３ 第２の画像
データメモリ、３４ ゲート発生手段、３５ 幅方向加
算圧縮手段、３６ 相関演算手段、３７ 既存艦船参照
データメモリ、３８ 艦船画像データ、３９艦船圧縮画
像データ、４０ 相関演算結果データ、４３ 艦船短軸
方位、４４輝度軸、４５ 艦船圧縮画像データ分布、４
６ ピーク点位置計測手段、４７ピーク点位置座標デー
タ、４８ 第１のピーク点位置、４８ａ タンカー固有
の輝度分布、４８ｂ 戦闘艦船固有の輝度分布、４９
第２のピーク点位置、５０重心点演算手段、５１ モー
メント量演算手段、５２ モーメント量データ、５３
重心位置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 衛星等の飛しょう体により取得した画像
   を使用して移動目標を探知する装置において、飛しょう
   体により取得された移動目標を含む画像を保持する第１
   の画像データメモリからしきい値処理により背景と移動
   目標とを弁別し移動目標を検出する手段と、前記検出さ
   れた移動目標の画面上の画素位置を計測する手段と、前
   記画素位置を緯度経度座標に変換する手段と、これら移
   動目標、検出位置、緯度経度座標値を表示する手段を備
   えたことを特徴とする目標探知装置。
2. 【請求項２】 衛星等の飛しょう体により取得された画
   像を使用して移動目標を探知する装置において、飛しょ
   う体により取得された移動目標を含む画像データから移
   動目標を検出する手段と、前記検出された移動目標の画
   面上の画素位置を計測する手段と、前記画像データを用
   いて、移動目標画像の画素値を艦船針路方向に直交する
   方向に加算し針路方向の輝度分布に変換する手段と、既
   知移動目標の前記針路方向輝度分布データが記憶された
   記憶手段と、検出された移動目標の前記針路方向輝度分
   布データと既知移動目標の前記針路方向輝度分布データ
   との相似度を計測する手段と、前記相似度を表示する手
   段とを備えたことを特徴とする目標探知装置。
3. 【請求項３】 衛星等の飛しょう体により取得した画像
   を使用して移動目標を探知する装置において、飛しょう
   体により取得された移動目標を含む画像データから移動
   目標を検出する手段と、前記検出された移動目標の画面
   上の画素位置を計測する手段と、前記画像データを用い
   て、移動目標画像の画素値を艦船針路方向に直交する方
   向に加算し針路方向の輝度分布に変換する手段と、検出
   された移動目標の前記針路方向輝度分布の峰の位置を計
   測する手段と、既知移動目標の前記針路方向輝度分布の
   峰の位置が記憶された記憶手段と、検出された移動目標
   の前記針路方向輝度分布の峰の位置と既知移動目標の前
   記針路方向輝度分布の峰の位置との相似度を計測する手
   段と、前記相似度を表示する手段とを備えたことを特徴
   とする目標探知装置。
4. 【請求項４】 衛星等の飛しょう体により取得された画
   像を使用して移動目標を探知する装置において、飛しょ
   う体により取得された移動目標を含む画像データから移
   動目標を検出する手段と、前記検出された移動目標の画
   面上の画素位置を計測する手段と、前記画像データを用
   いて、前記移動目標画像の重心位置を算出する手段と、
   前記重心位置周りの移動目標画素強度分布のモーメント
   量を算出する手段と、既知移動目標の前記モーメント量
   が記憶された記憶手段と、検出された移動目標の前記モ
   ーメント量と既知移動目標の前記モーメント量との相似
   度を計測する手段と、前記相似度を表示する手段とを備
   えたことを特徴とする目標探知装置。