JP2007155572A - 監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な画質の監視画像を得ることのできる監視装置を提供する。
【解決手段】レーザ光を出射する送光部１１と、送光部１１から出射された光が監視対象に到達して反射された反射光を受光し、取り込んだ反射光を画像信号に変換して出力する受光部１２とを備える監視装置であって、受光部１２の監視画角に基づいて、送光部１１の照射領域を調節する送光レンズ制御部２７を具備する監視装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶などにおける障害物などの監視を行う監視装置に関するものである。

従来、船舶等に設置され、広範囲に渡り物体を探知する監視装置として、レーザレーダを使用した監視装置がある（例えば、特許文献１参照）。
このようなレーザレーダを用いた監視装置は、例えば、図１０に示すように、レーザレーダ５１と、レーザレーダ５１を制御するレーザレーダ制御部５２と、レーザレーダ５１により得られた画像信号を表示する表示部５３とを備えている。レーザレーダ５１は、回旋台５４により、その迎角及び回転角が制御される構成となっている。
このような構成において、監視時においては、レーザレーダ５１内のレーザヘッドからパルスレーザ光を船舶の周辺に出射し、このレーザ光が監視対象Ａに到達して反射された反射光をレーザレーダ５１内に設けられた受光部にて撮像し、この画像信号を表示部５３に出力することにより、周囲に存在する物体（ここでは、監視対象Ａ）が表示部５３に表示される。
特開２００２−１６２４６６号公報（第２−４頁、第１図）

しかしながら、上述した監視装置では、監視対象Ａまでの距離が変化しても、その変化に連動して、送光部又は受光部の設定が調節されないため、遠方を監視する場合と、近傍を監視する場合とで、監視画像の画質が大きく異なるなどの問題があった。また、レーザ光を出射する送光部と、レーザ光の反射光を撮像する受光部とが連動していないため、最適な設定にて画像を取得することができない等の問題があった。

本発明は、上記問題を解決する為になされたもので、良好な画質の監視画像を得ることのできる監視装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、レーザ光を出射する送光手段と、前記送光手段から出射された光が監視対象に到達して反射された反射光を受光し、取り込んだ前記反射光を画像信号に変換して出力する受光手段とを備える監視装置であって、前記受光手段の監視画角に基づいて、前記送光手段の照射領域を調節する送光制御手段を具備する監視装置を提供する。

上記構成によれば、送光手段から出射されたレーザ光は、監視対象に到達し反射される。この反射光は、受光手段により受光され、更に、画像信号に変換されて出力される。この場合において、送光制御手段により、受光手段の監視画角に基づいて送光手段の照射領域が調節されるので、監視画角に合わせた好適な領域に光を照射させることが可能となる。これにより、受光手段により得られる画像信号を最適な画質の画像信号とすることができ、この画像信号を表示装置などに表示させることにより、良好な画質の監視画像を得ることが可能となる。

上記監視装置において、前記受光手段が、前記反射光の光路上に設けられ、所定のタイミングで開閉する受光シャッタを有し、前記送光手段が、連続光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射された連続光の光路上に設けられ、前記受光シャッタの開閉に同期して開閉される送光シャッタとを有することとしても良い。

このような構成によれば、送光シャッタと受光シャッタとの開閉タイミングが同期して制御されるので、受光手段により反射光が受光されるタイミングで、レーザ光を送光手段から出射させることが可能となる。これにより、光を効率よく出射させることができる。
上記光源としては、例えば、半導体レーザを採用することができる。半導体レーザを用いることにより、出力の安定化を図りながら、装置の小型化、ならびにコスト低減を実現させることが可能となる。

上記の監視装置は、前記監視対象までの距離に基づいて、前記受光手段の監視画角を調節する受光制御手段を更に備えると良い。

上記構成によれば、受光制御手段により受光手段の監視画角が調節されることにより、監視対象までの距離に対応する好適な監視画角に受光手段の画角を設定することが可能となる。これにより、受光手段により得られる画像信号は、監視対象までの距離に応じて設定された最適な監視画角、更に、その監視画角に合わせて設定された最適な照射領域によって取得されたものとなるので、この画像信号を表示装置などに表示させることにより、好適な画質の監視画像を得ることができる。

上記構成の監視装置は、前記受光手段から出力された画像信号のノイズ評価を行う評価手段を備え、前記送光制御手段及び／又は前記受光制御手段は、前記評価手段によるノイズ評価の結果に応じて、前記送光手段の照射領域及び／又は前記受光手段の監視画角を調節することとしても良い。

上記構成によれば、評価手段により受光手段から出力された画像信号に基づく画像のノイズ評価が行われる。そして、送光制御手段及び／又は前記受光制御手段が、上記ノイズ評価の結果が向上するように、照射領域及び／又は監視画角を調節することにより、監視画像のノイズを低減させることが可能となる。これにより、監視画像の画質を更に向上させることができる。
送光制御手段及び／又は受光制御手段は、例えば、上記評価手段によるノイズ評価の結果、例えば、Ｓ／Ｎ（Signal to Noise ratio）比が予め設定されているＳ／Ｎ比よりも高くなるように、照射領域及び／又は監視画角を調節すると良い。
或いは、送光制御手段及び／又は受光制御手段が、照射領域及び／又は監視画角の設定を段階的に変化させたときのノイズ評価の結果（例えば、Ｓ／Ｎ比）を蓄積し、その中で最もＳ／Ｎ比が高かったときの照射領域及び／又は監視画角を決定し、この照射領域及び／又は監視画角を用いて監視を行うようにしても良い。

本発明の監視装置によれば、良好な画質の監視画像を得ることができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る監視装置の全体構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係る監視装置は、レーザレーダ１、レーザレーダ制御部２、制御装置３、及び表示装置（表示手段）４を備えて構成されている。

レーザレーダ１は、送光部（送光手段）１１、受光部（受光手段）１２を備えて構成されている。
上記送光部１１は、例えば、連続したレーザ光を発するレーザ発振器（レーザ光源）１１１、レーザ発振器１１１から出射されたレーザ光の光路上に設けられた送光シャッタ１１２、レーザ発振器１１１から発せられ、上記送光シャッタ１１２を介して導かれたレーザ光を拡張して外部へ向けて出力する送光レンズ１１３、および送光レンズ１１２の位置を調節するための送光レンズアクチュエータ（図示略）を主な構成要素として備えている。
上記レーザ発振器１１１は、例えば、半導体レーザなどの小型のレーザ光源であり、後述するレーザレーダ制御部２内のレーザ電源２６から電源供給をうけ、連続光であるレーザ光を出射する。
送光シャッタ１１２は、レーザ発振器１１１と送光レンズ１１３との間に設けられ、後述する受光部１２が備える受光シャッタ１２２と同期して開閉制御される。具体的には、後述するレーザレーダ制御部２内のシャッタ制御部２４により開閉制御が行われる。
送光レンズアクチュエータは、後述するレーザレーダ制御部２内の送光レンズ制御部（送光制御手段）２７から供給される制御信号に基づいて、送光レンズ１１２の位置を調節する。これにより、送光レンズ１１２を通過して外部へ放射される光の照射領域を所望の範囲に調節することが可能となる。

受光部１２は、例えば、ズームレンズ１２１、受光シャッタ１２２、及びＩＣＣＤ（イメージインテンシファイアＣＣＤ）カメラヘッド１２３を備えて構成されている。ズームレンズ１２１は、上記送光部１１から発せられ、監視対象により反射された反射光を集光して、受光シャッタ１２２に導く。このズームレンズ１２１は、後述するレーザレーダ制御部２内に設けられたズームレンズ制御部（受光制御手段）２８により供給される制御信号に基づいて向きなどが調節される。受光シャッタ１２２は、例えば、高速で開閉可能な高速ゲート装置等により構成され、後述するレーザレーダ制御部２内に設けられたシャッタ制御部２４により駆動されるものであり、ズームレンズ１２１により導かれた光をＩＣＣＤカメラヘッド１２３に投入／遮断する。ＩＣＣＤカメラヘッド１２３は、取り込んだ光を電気信号に変換して画像信号を生成し、この画像信号をレーザレーダ制御部２内の画像処理装置２５へ出力する。
このようなレーザレーダ１は、旋回台５によりその回転角及び迎角が所望の角度に調節される構造となっている。

レーザレーダ制御部２は、制御装置３から供給される各種制御信号に基づいて、上記レーザレーダ１の送光部１１、受光部１２、及び旋回台５を制御する。レーザレーダ制御部２は、例えば、旋回台駆動部２１、制御信号変換装置２３、シャッタ制御部２４、画像処理装置２５、レーザ電源２６、送光レンズ制御部２７、及びズームレンズ制御部２８などを備えている。
制御装置３は、レーザレーダ２を制御するための各種制御信号を生成し、生成した各種制御信号をレーザレーダ制御部２に出力するとともに、レーザレーダ制御部２から供給される監視結果を表示装置４へ出力する。また、制御装置３は、図示しない入力装置と接続されており、この入力装置から入力された情報をレーザレーダ制御部２へ供給する。
表示装置４は、制御装置３から入力される監視結果を表示する表示モニタ（図示略）を備えている。

上述したレーザレーダ制御部２及び制御装置３は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＨＤ（Hard
Disc）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えるコンピュータシステムを内蔵している。後述の各種機能を実現するための一連の処理過程は、プログラムの形式でＨＤ又はＲＯＭ等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能を実現させる。

次に、本実施形態に係る監視装置の作用について、説明する。
まず、監視時において、制御装置３は、図示しない入力装置から監視画角が入力されると、その監視画角の情報をレーザレーダ制御部２へ供給する。更に、制御装置３は、同期信号を生成し、これをレーザレーダ制御部２に出力する。

制御装置３から出力された監視画角の情報は、レーザレーダ制御部２内の送光レンズ制御部２７及びズームレンズ制御部２８に供給される。
送光レンズ制御部２７は、入力情報として取得した監視画角に適した照射領域を設定し、設定した照射領域に光が照射されるように、送光部１１の送光レンズ１１２の位置を調節する。具体的には、送光レンズ制御部２７は、監視画角に対して最適な照射領域が得られるような位置に送光レンズ１１２を移動させるための駆動信号を生成し、この駆動信号を図示しない送光レンズアクチュエータに出力する。これにより、監視画角に対して最適な照射領域となるように、送光レンズ１１２の位置が調節される。

上記監視画角に適した照射領域の設定については、例えば、送光レンズ制御部２７が、監視画角とそれに適した照射領域とを対応付けたテーブルを保有しており、このテーブルを参照することにより、監視画角に適した照射領域を設定するようにしても良い。或いは、上述のテーブルに代えて、監視画角と送光レンズ１１２の位置とを直接的に対応付けたテーブルを保有しており、このテーブルから送光レンズ１１２の位置を直接的に取得するような構成としても良い。この監視画角と送光レンズ１１２とを対応付けたテーブルの一例を図２に示す。図２において、縦軸は、送光レンズ１１２の位置、横軸は監視画角である。この図に示すように、監視画角が決定されれば、送光レンズの位置が一意的に決定されることとなる。

一方、ズームレンズ制御部２８は、受光部１２の監視画角が、入力情報として取得した監視画角となるようにレーザレーダ１内に配置されたズームレンズ１２１を駆動する駆動信号を生成し、この駆動信号を図示しないズームレンズアクチュエータに出力する。これにより、ズームレンズ１２１が監視画角に応じた位置まで移動される。

また、制御装置３から出力された同期制御信号は、レーザレーダ制御部２内の制御信号変換装置２３を経由して、レーザ電源２６およびシャッタ制御部２４へそれぞれ供給される。
レーザ電源２６は、同期信号が入力されると、レーザレーダ１が備える送光部１１内のレーザ発振器１１１に対して電源を供給する。これにより、レーザ発信器１１１から連続的にレーザ光が発せられることとなる。
一方、シャッタ制御部２４は、制御装置３から入力された同期信号に基づいて、レーザレーダ１が備える送光部１１の送光シャッタ１１２および受光部１２の受光シャッタ１２２を同期して駆動する。

これにより、まず、レーザ電源２６からの電力供給によりレーザ発振器１１１から連続光であるレーザ光が出射される。このレーザ光は、一定の間隔で開閉制御される送光シャッタ１１２に導かれることにより、一定の時間間隔で通過／遮断され、断続的なレーザ光に変換される。断続的なレーザ光は、送光レンズ制御部２７にて位置が調節された送光レンズ１１２を通過することにより、監視画角に適した照射領域が得られるよう拡張されて、外部へ出射される。
照射領域内に存在する物体により反射された上記レーザ光は、所定の監視画角に設定された受光部１２のズームレンズ１２１を介して、上記送光シャッタ１１２と同期して開閉制御されている受光シャッタ１２２を介してＩＣＣＤカメラヘッド１２３に取り込まれる。この場合において、送光シャッタ１１２と受光シャッタ１１２とは、互いに同期して開閉制御されているので、図３に示すように、反射光をＩＣＣＤカメラヘッド１２３に取り込むタイミングで、レーザ光を送光部１１から出射させることが可能となる。これにより、送光部１１から出射されたレーザ光を有効に活用することができる。

そして、ＩＣＣＤカメラヘッド１２３により取り込まれた光の情報は、電気信号である画像信号に変換されて、レーザレーダ制御部２内の画像処理装置２５に出力される。画像処理装置２５は、所定の画像処理を画像信号に施し、この画像信号を出力する。画像処理装置２５からの画像信号は、制御信号変換装置２３を経由して制御装置３へ入力される。制御装置３は、入力された画像信号を表示装置４に出力する。これにより、物体の輪郭などが可視情報として、表示装置４の表示モニタに表示されることとなる。そして、表示モニタに表示された画像を監視員等が確認することにより、照射領域に存在した物体の形状や大きさなどの情報を取得することが可能となる。

以上、述べてきたように、本実施形態に係る監視装置によれば、図示しない入力装置から指定された監視画角に基づいて、送光部１１から出射されるレーザ光の照射領域が調節されるので、図４及び図５に示すように監視画角に連動して照射領域を変化させることが可能となる。つまり、図４に示すように、監視画角が大きいときには、照射領域も監視画角に合わせて大きくなるように調節され、図５に示すように、監視画角が小さい場合には、照射領域も連動して小さくなるように調節される。そして、照射領域は、常に、監視画角による領域よりも小さな範囲に調節されるので、無駄な光の照射を防止することができ、効率よく監視を行うことが可能となる。このように、監視画角に合わせた好適な範囲に光を照射させることが可能となるので、受光手段により得られる画像信号を最適な画質の画像信号とすることができ、この画像信号を表示装置４などに表示させることにより、最適な画質の監視画像を得ることが可能となる。
更に、本実施形態に係る監視装置によれば、受光シャッタ１２２の開閉タイミングに同期させて、送光シャッタ１１２を開閉させるので、照射されるレーザ光を最小限にとどめることが可能となる。これにより、レーザ光の照射エネルギーを有効に活用することが可能となる。
また、レーザ発振器１１１として半導体レーザを用いることにより、安定したレーザ出力を担保しながら、装置全体の小型化及びコストの軽減を図ることができる。

なお、上述した第１の実施形態では、レーザ発振器１１１と送光レンズ１１３との間に送光シャッタ１１２を設け、この送光シャッタ１１２を受光部１２が備える受光シャッタ１２２と同期して開閉制御することにより、送光部１１から出射されるレーザ光の照射タイミングを制御していたが、これに代えて、例えば、レーザ発振器１１１のレーザ光出射タイミングを受光シャッタ１２２と同期した電気信号により制御することとしても良い。このように、レーザ発振器１１１によるレーザ光出射タイミングを制御することにより、送光シャッタ１１２を不要とし、装置の簡素化を図ることが可能となる。なお、後述する第２の実施形態においても、レーザ発振器１１１によるレーザ光出射タイミングを制御することにより、送光シャッタ１１２を不要とすることが可能である。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る監視装置について説明する。本実施形態に係る監視装置は、その構成を第１の実施形態に係る監視装置の構成と略同じくするが、上述した第１の実施形態に係る監視装置では、入力装置（図示略）から監視画角が入力されるのに対し、本実施形態に係る監視装置では、入力装置（図示略）から監視対象までの距離が入力される点で異なる。
本実施形態では、監視対象までの距離に基づいて、最適な監視画角及びレーザ光の最適な照射領域を設定し、監視を行う。以下、本実施形態に係る監視装置について図１を参照して説明する。

まず、図示しない入力装置から監視対象までの距離が入力されると、この距離は、制御装置３からレーザレーダ制御部２内のズームレンズ制御部２８へ供給される。ズームレンズ制御部２８は、監視対象までの距離に基づいて、その距離に適した監視画角を設定する。例えば、ズームレンズ制御部２８は、監視対象までの距離とその距離に適した監視画角とを対応付けたテーブルを保有しており、このテーブルを参照することにより、入力情報として得た距離に対応する最適な監視画角を設定する。

図６に、監視対象までの距離と監視画角とを対応付けたテーブルの一例を示す。この図に示すように、監視対象までの距離が長いほど、監視画角が狭く設定されるようになっている。これは、遠距離の監視においては、ＩＣＣＤカメラヘッド１２３に入射するレーザ光の反射成分が減少するため、近距離を監視する場合に比べて、画角を狭めて、カメラ入射光量を保持する必要があるからである。
ズームレンズ制御部２８は、このようなテーブルを参照することにより、監視画角を設定すると、この監視画角に応じた位置にズームレンズ１２１を移動させるための駆動信号を生成し、これをズームレンズアクチュエータに供給する。これにより、ズームレンズ１２１が監視画角に応じた位置に移動されることとなる。

一方、ズームレンズ制御部２８は、設定した上記監視画角の情報を送光レンズ制御部２７へ出力する。これにより、送光レンズ制御部２７は、送光部１１による照射領域がこの監視画角に適した領域となるように、送光部１１を制御する。なお、送光レンズ制御部２７の処理については、上述と同様である。
そして、上述したように、監視対象までの距離に基づいて監視画角が設定され、この監視画角に適した照射領域が設定されることにより、図７に示すように、監視対象Ａまでの距離が長いほど、監視画角が狭く設定され、これに連動して照射領域が狭い範囲に設定されることとなる。

以上説明してきたように、本実施形態に係る監視装置によれば、監視対象までの距離に基づいて最適な監視画角が得られるよう受光部１２を調節し、更に、その監視画角に適した照射領域が得られるよう送光部１１を調節するので、監視対象までの距離に応じた最適な監視を行うことが可能となる。これにより、監視結果として表示された画像の画質を最適なものにすることができる。

なお、上述した第２の本実施形態に係る監視装置において、受光部１２にて取得された画像信号のノイズ評価をするノイズ評価機能（ノイズ評価手段）を画像処理装置２５に付加し、このノイズ評価機能の評価結果に基づいて、上述の監視画角及び照射領域を微調節するようにしても良い。
具体的には、上述した監視装置において、設定された監視画角及び照射領域を段階的に少しずつ変化させながら、受光部１２にて取得された画像信号のノイズ評価を画像処理装置２５にて行う。このノイズ評価は、例えば、Ｓ／Ｎ（Signal to Noise ratio）比を求めることにより行われる。
そして、ノイズ評価の結果得られた上記Ｓ／Ｎ比が予め設定されているノイズ許容値を上回った場合に、そのときの、監視画角及び照射領域を採用して、当該距離に係る監視を行うこととする。或いは、監視画角及び照射領域を段階的に変化させたときのＳ／Ｎ比を蓄積し、その中で最もＳ／Ｎ比が高かったときの照射領域及び監視画角を採用して、当該距離に係る監視を行うこととする。
このように、監視画角及び照射領域をノイズの評価結果に基づいて調節することにより、監視画像のノイズを低減させることが可能となり、画質の高い監視画像を得ることができる。

また、上述した第１または第２の監視装置により監視を行う際、例えば、図８に示すように、レーザ光の照射範囲に雨や霧などが発生していると、これらの影響により光が散乱し、監視対象の情報を正確に得ることができないという問題が生ずる。
そこで、図９に示すように、レーザ光の照射範囲に散乱光を発生させる領域が存在する場合には、その領域が受光部１２の監視画角に含まれないように、送光部１１と受光部１２との配置を調節するようにしても良い。このようにすることで、雨や霧などによる散乱光の影響を回避し、監視対象Ａからの反射光を容易に取り込むことが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した第１または第２の実施形態に係る監視装置において、レーザレーダ１または旋回台５に、動揺補正機能を付加しても良い。このように、動揺補正機能を付加することにより、例えば、風などの影響によりレーザレーダ１が振動して、受光部１２にて取得さる画像のピントがずれるなどの不具合を防止することが可能となり、高い画質の監視画像を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る監視装置の概略構成を示したブロック図である。 監視画角と送光レンズ位置とを対応付けたテーブルの一例を示す図である。 受光シャッタと送光シャッタの開閉タイミングについて説明するための図である。 監視画角が広い場合におけるレーザ光の照射領域の一例を示した図である。 監視画角が狭い場合におけるレーザ光の照射領域の一例を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る監視装置において、監視対象までの距離と監視画角とを対応付けたテーブルの一例を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る監視装置において、監視対象までの距離を変化させた場合の監視画角とレーザ光の照射領域との変化を示した図である。 雨や霧に起因する散乱光について示した説明図である。 レーザ光の照射範囲に散乱光を生じさせる領域がある場合の送光部と受光部との配置の位置関係の一例を示した図である。 従来の監視装置について示した説明図である。

符号の説明

１ レーザレーダ装置
２ レーザレーダ制御部
３ 制御装置
４ 表示装置
５ 旋回台
１１ 送光部
１２ 受光部
２１ 旋回台駆動部
２３ 制御信号変換装置
２４ シャッタ制御部
２５ 画像処理装置
２６ レーザ電源
２７ 送光レンズ制御部
２８ ズームレンズ制御部
１１１ レーザ発振器
１１２ 送光シャッタ
１１３ 送光レンズ
１２１ ズームレンズ
１２２ 受光シャッタ
１２３ ＩＣＣＤカメラヘッド

Claims (4)

1. レーザ光を出射する送光手段と、前記送光手段から出射された光が監視対象に到達して反射された反射光を受光し、取り込んだ前記反射光を画像信号に変換して出力する受光手段とを備える監視装置であって、
   前記受光手段の監視画角に基づいて、前記送光手段の照射領域を調節する送光制御手段を具備する監視装置。
2. 前記受光手段が、前記反射光の光路上に設けられ、所定のタイミングで開閉する受光シャッタを有し、
   前記送光手段が、
   連続光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射された連続光の光路上に設けられ、前記受光シャッタの開閉に同期して開閉される送光シャッタと
   を有する請求項１に記載の監視装置。
3. 前記監視対象までの距離に基づいて前記受光手段の監視画角を調節する受光制御手段を備える請求項１または請求項２に記載の監視装置。
4. 前記受光手段から出力された画像信号のノイズ評価を行う評価手段を備え、
   前記送光制御手段及び／又は前記受光制御手段は、前記評価手段によるノイズ評価の結果に応じて、前記送光手段の照射領域及び／又は前記受光手段の監視画角を調節する請求項３に記載の監視装置。

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