JP2013162261A - 探知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 目標探知を行う場合、明るい目標の近傍にある目標は探知しにくい。また、光を電気信号に変換する２次元光学素子に欠陥画素が生じ、欠陥画素を補正できない場合、この画素を目標として誤探知するという問題があった。
【解決手段】 探知した目標候補について誤探知判定処理を施し、真の目標、誤探知した目標候補を弁別した後、目標の探知ＳＮ比に応じて目標候補が含まれる領域の画素出力の信号強度を低減し、明るい目標や欠陥画素の探知性能の劣化を低減する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、カメラによって得られた画像の中から目標を自動的に検出する、探知装置に関する。

探知装置は、カメラによって撮像された画像を解析し、所定の特徴を有する領域を目標として自動的に検出して、その位置や大きさなどを算出し出力する装置であり、このうち目標を自動的に検出する処理を探知処理という（例えば特許文献１、２、３参照）。

特許第4134869号公報 特開平9-163228号公報 特開平9-79798号公報

ここで、典型的な探知装置について説明する。図５は典型的な探知装置の構成例を示すブロック図である。図５において、探知装置は、景色を撮像するカメラ１と、カメラ１が出力する補正後画像２を解析する信号処理ユニット３からなる。

カメラ１は、カメラの画素平面であるＦＰＡ（Focal Plane Array）５、ＡＤ変換器６、補正処理部７、補正データ更新処理部９を備えている。また、カメラ１は図示しないFLASH ROMを有しており、補正データ８が記録されている。
信号処理ユニット３は、座標変換処理部１２と、フレーム積分処理部１３と、探知処理部１４と、可視化処理部２４と、誤探知判定処理部２１と、追尾処理部２２と、コントローラ１０を備えている。

次に典型的な探知装置の動作について、まずは画像を得るまでのカメラ１の一連の処理について説明する。
カメラ１では、光を光学系４で集光し、結像位置に置かれたＦＰＡ５によって電気的に画像を得る。航空機に搭載する探知装置の場合、光学系開口部の機外突出部をできるだけ小さくするため、光学系を途中で回転させ、撮像方向を変えられるようにしたものがある。このような装置の場合、撮像方向を変化させると結像位置での画像が回転するので、画像を表示装置に出力してオペレータに見せるには都合が悪い。この画像の回転を防止するため、光学系の可動や画像処理によって回転した像を逆回転させることが行われている（例えば特許文献１参照）。

ＦＰＡ５は、光を電気信号に変換する素子を１次元、あるいは２次元的に配列させたものである。ＦＰＡ５の各素子はカメラ画像における画素に相当する。各画素の出力信号は、ＡＤ変換器６でデジタル信号に変換され、補正処理部７にて補正処理がかけられる。

ここでの補正処理とは、均一な面を撮影したときに均一な画像が得られるように各画素の特性差を補正する処理である。具体的には、各画素の出力におけるＤＣ的なオフセット成分、及び異なる明るさの面を見た時の信号差（ゲイン）を揃える処理を行う。また、画素表面にごみがついていたり画素自体の問題によりその信号強度が異常で装置の目的のために用をなさない画素（以下、「欠陥画素」と呼ぶ）について、その画素の出力を周囲の正常画素の出力で置き換えるなどしてマスクする処理を行う（例えば、特許文献２参照）。

欠陥画素には、その出力信号の強度が入射光量によらずまったく感度のない完全なる欠陥画素から、感度はあるのだが補正をしても装置の目的に叶う性能を満たせないために欠陥と見なすものまで、様々なレベルがある。常に欠陥性を示している欠陥画素については、予めFLASH ROMによりその位置を記録している。また、各画素のオフセット成分、ゲインについても、予め計測し、FLASH ROMに記録している。図５において、カメラ１のFLASH ROMに記録されたこれらのデータを、補正データ８として示している。

欠陥画素は、経時劣化により新たに発生することもあるので、こういった欠陥画素を補正するため、装置によっては図５に示す補正データ更新処理部９を有している。補正データ更新処理部９は、電源投入後に光学系の途中にリファレンス用の均一面を一時的に挟むなどして均一面を撮影し、その分析結果から補正データ８に記録されているオフセット成分を再設定するとともに、欠陥画素位置の追加・更新などを行う。

ところが、動作中に健常な画素が欠陥画素化することがある。この場合、再度補正データ８を作り直せば補正可能であったとしても、現実的には動作中に補正データを変更できないために欠陥画素が発現してしまう。このような欠陥画素は多くの場合、一旦電源を落として再電源投入する、しばらく放置するなどして回復する。このような欠陥画素が問題になる場合は、補正データ更新処理を動作中に適宜行って対処する。しかしこの方法では、補正データの更新のために短時間だが探知処理を行えない時間帯が発生する。また、欠陥画素が発生してから次に行われる補正データ更新処理までの期間は誤探知を発生させてしまうという問題を生じることとなる。

次に、信号処理ユニット３の処理について説明する。
カメラ１が出力する補正後画像２は、信号処理ユニット３で解析される。高感度な探知装置では、連続する複数の補正後画像２をフレーム積分し、画像のＳＮ比（信号対ノイズ比）を改善する。カメラの撮影方向が固定されている場合は、撮像した画像をそのままフレーム積分することが可能である。しかし、カメラの撮影方向が変化する場合、あるいは捜索を目的として意図的に撮影方向を変化させる場合は、正しくフレーム積分を行うために、コントローラ１０から与えられる視軸方向及び姿勢角関連情報１１を用いて、画像の回転や歪みを補正する必要がある。また、前述のように光学系の都合により視軸方向を変えると画像が回転してしまうような場合は、フレーム積分の有無に関わらず、画像の上下を保つために画像を回転させる必要がある。これを画像変換処理部１２にて行う。画像変換を施した画像はフレーム積分処理部１３へ入力され、高いＳＮ比の画像が得られる。

こうして得られた画像は探知処理部１４へ渡され、所定の特徴を有する領域が目標候補として検出される。
例えば遠方の目標を探知することを目的とした探知装置の場合、目標の特徴は周辺画素よりも信号強度が突出した少数の画素群となるので、周辺画素の平均信号強度よりも一定以上大きな値を有している画素群が目標候補として検出される。

図６は、典型的な探知装置のフレーム積分処理部１３により得られる画像の例として、可視化処理部２４の出力する赤外線による画像イメージを示す図である。
図６の例では、画像中には雲１５と目標１６、目標１７の像が映っており、実際の景色にはない欠陥画素１８の輝点も映っている。

探知処理部１４は、フレーム積分処理部１３によって得られる、目標１６や目標１７のような特徴を持つ領域を目標候補として探知するが、欠陥画素１８や雲のエッジ部分１９も時として目標候補として探知されてしまう。こういった目標以外の探知結果を誤探知と呼び、探知装置ではこういった誤探知を抑圧することが重要である。そのため、探知処理部１４の出力である探知結果２０を誤探知判定処理部２１において再精査し、目標候補を絞り込む。探知処理部１４は広い領域の画像を高速に処理しなければならないため、ある程度、処理を単純化して行う。誤探知判定処理部２１は、探知処理部１４が抽出した領域のみを処理対象とするため、形状的特徴を細かく分析する、連続するフレーム間での探知結果の動きを見るなどして複雑な判定を行う。

例えば、雲エッジ部分１９による誤探知であれば、目標候補とされた輝点領域が背景信号強度の稜線部分に乗っていたり、輪郭が明確でないとか、そのような形状的特徴を精査すれば雲エッジ部分かどうかを高い蓋然性で推定することができる。

また、欠陥画素に関しては、その位置の変化がカメラ１の視軸方向の変化に伴う背景景色とは異なった動きをするため、これにより欠陥画素であることを推定することが可能である。前述の航空機に搭載する探知装置の場合であれば、ＦＰＡ５で撮影した画像は画像変換処理１２の中で回転させられるため、欠陥画素は回転中心である画面中央からの距離が常に一定になる。そのため、カメラ１の視軸方向の変化によって画面中心からの距離が変化しなければそれは欠陥画素と推定できる。欠陥画素は背景条件により探知されない場合もあるため、この推定は統計的判断を必要とする。なお、画像変換処理１２を含まない場合は、欠陥画素の位置はまったく変化しないため、例えば特許文献３に示されているように簡単に判定することもできる。このようにして目標候補を目標と誤探知に弁別し、目標の情報のみを追尾処理部２２に出力する。

追尾処理部２２では、探知結果２０、視軸方向及び姿勢角関連情報１１から慣性空間における目標方向を算出し、その時系列的な関係から慣性空間における目標方向の慣性空間における軌道（航跡）を推定し、航跡情報２３を後段処理に出力する。なお、航跡情報２３の出力以降の処理については本発明に関係ないため、ここでは述べない。

さらに、このような探知処理部１４、追尾処理部２２の動作処理とは別に、フレーム積分処理された画像は可視化処理部２４により人間にとって見やすい映像に変換され、映像信号２５として出力される。出力された映像信号２５には、必要に応じて航跡情報２３などに基づくシンボルが重畳され、図示しない表示デバイスにより映像化されてオペレータに供される。

以上が典型的な探知装置の概要であるが、従来の探知装置の探知処理には以下のような問題があった。

一つ目は、明るい目標の近傍にある目標が探知されにくくなるという問題である。図７は信号強度の大きい目標付近にある比較的信号強度の小さい目標が、探知できなくなることを説明するための図である。

ここでは、目標信号２６と目標信号２７が近接している状況を１次元的に示した。破線は周辺画素の信号強度から算出した探知しきい値２８であり、ある画素の信号強度が探知しきい値２８を超えると当該画素は探知されたということになる。探知しきい値２８は判定対象画素の周囲の複数の画素の信号強度から計算されるため、図７に示すように特に明るい目標信号２６があると、これを挟むようにして探知しきい値２８が盛り上がる。そのため、目標信号２６の近傍にある目標信号２７は探知できなくなってしまうという問題があった。

二つ目は、信号強度が大きい目標、比較的信号強度が大きい欠陥画素、雲エッジなどにしばしば見られる局所的に信号強度が大きい部分は、映像信号２５を表示した際の映像において目立つこととなる。このため、オペレータに不必要な注意を喚起してしまうという問題があった。特に欠陥画素については、実際の景色の中にはない虚像であるから、こういったものが映像に写りこむと、目標と見間違えることが多い。

また、画像中に非常に明るい輝点があると、その付近にある輝度の低い目標は探知されにくくなるだけでなく、映像上でも見えにくくなくなってしまうという問題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、明るい目標の近傍にある目標の探知能力を向上させ、また欠陥画素を見え難くすることを目的とする。

この発明による探知装置は、カメラにより撮影された画像から特定の特徴を有する像を含む領域を探知し、当該探知した領域の位置と像の信号強度に基づいて、上記カメラにより撮影された画像における上記探知した領域の位置を含む近傍の画像のコントラストを変化させる信号処理部を備えたものである。

この発明によれば、探知した領域の位置を含む近傍の画像のコントラストまたは信号強度を変化させることで、ノイズに対し信号を識別するための信号しきい値や特定の画素の信号強度を可変することができる。

これによって、例えば目標を探知するための信号しきい値を下げることで、明るい目標の近傍に存在する信号強度の小さい目標の探知能力を向上させる効果がある。
また、例えば欠陥画素の信号強度を抑圧して目立たなくする効果がある。

実施の形態１による探知装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１による、信号強度の大きい目標付近にある比較的信号強度の小さい目標の探知例を説明するための図である。 実施の形態１による、欠陥画素の誤探知を抑制する効果を説明するための図である。 実施の形態１による、赤外線画像の探知効果を説明するための図である。 典型的な探知装置の構成を示すブロック図である。 赤外線を用いた探知装置における赤外線画像の典型例を示す図である。 信号強度の大きい目標付近にある比較的信号強度の小さい目標が、探知できなくなることを説明するための図である。

実施の形態１．
以下に、この発明に係る実施の形態１による探知装置について、捜索、探知及び追尾処理の動作を例に説明する。図１は、実施の形態１による探知装置の構成を示すブロック図である。図１において、図５で説明した典型的な探知装置と同一符号のものは、図５で説明したものと同一のものである。以下の説明では、図５と構成及び動作の異なる部分を中心に説明し、図５と同一符号で同一の動作を行うところについては、適宜その詳細な説明を省く。

図１において、探知装置は、景色を撮像するカメラ１と、カメラ１が出力する補正後画像２を解析する信号処理ユニット３からなる。カメラ１は、ＦＰＡ５、ＡＤ変換器６、補正処理部７Ｂ、補正データ更新処理部９を備えている。また、カメラ１は図示しないFLASH ROMを有しており、補正データ８が記録されている。
なお、図１のカメラ１は、図５で説明した典型的な探知装置のカメラ１において、補正処理部７の代わりに補正処理部７Ｂを用い、補正データ８の代りに補正データ８Ｂを用いている。

信号処理ユニット３は、座標変換処理部１２と、フレーム積分処理部１３と、探知処理部１４と、可視化処理部２４と、誤探知判定処理部２１Ｂと、追尾処理部２２Ｂと、抑圧制御処理部３０と、座標変換処理部３２と、コントローラ１０を備えている。カメラ１が出力する補正後画像２は、信号処理ユニット３で解析される。

なお、図１の信号処理ユニット３は、図５で説明した典型的な探知装置の信号処理ユニット３において、誤探知判定処理部２１の代りに誤探知判定処理部２１Ｂを用い、追尾処理部２２の代わりに追尾処理部２２Ｂを用いるとともに、抑圧制御処理部３０と座標変換処理部３２を更に備えたことを特徴としている。
また、補正処理部７Ｂ、補正データ更新処理部９、座標変換処理部１２と、フレーム積分処理部１３と、探知処理部１４、誤探知判定処理部２１Ｂ、追尾処理部２２Ｂ、抑圧制御処理部３０、座標変換処理部３２、及びコントローラ１０は、目標候補を探知した領域内の画素を含む近傍の画像のコントラストを変化させるための信号処理部を構成する。

次に、カメラ１の動作について説明する。
カメラ１では、光を光学系４で集光し、結像位置に置かれたＦＰＡ５（Focal Plane Array）によって電気的に画像を得る。ＦＰＡ５の各素子はカメラ画像における画素に相当する。各画素の出力信号は、ＡＤ変換器６でデジタル信号に変換され、補正処理部７Ｂにて補正処理がかけられる。
補正処理部７Ｂは、均一な面を撮影したときに均一な画像が得られるように各画素の特性差を補正する処理を行う。具体的には、各画素の出力におけるＤＣ的なオフセット成分、及び異なる明るさの面を見た時の信号差（ゲイン）を揃える処理を行う。また、画素表面へのごみの付着、画素自体の問題などによりその信号強度が異常で装置の目的のために用をなさない欠陥画素について、その画素の出力を周囲の正常画素の出力で置き換えるなどしてマスクする処理を行う。

カメラ１に設けられた図示しないFLASH ROMには、常に欠陥性を示している欠陥画素の位置を記録している。また、各画素のオフセット成分、ゲインについても、予め計測し、このFLASH ROMに記録している。カメラ１のFLASH ROMに記録されたこれらのデータは、補正データ８Ｂとして与えられる。

補正データ更新処理部９は、電源投入後に光学系の途中にリファレンス用の均一面を一時的に挟むなどして均一面を撮影し、その分析結果から補正データ８Ｂに記録されているオフセット成分を再設定するとともに、欠陥画素位置の追加・更新などを行う。

次に、信号処理ユニット３の処理について説明する。
フレーム積分処理部１３は、連続する複数の補正後画像２をフレーム積分し、画像のＳＮ比を改善する。コントローラ１０は、図示しない慣性センサやＧＰＳセンサを用いて、カメラ１の視軸方向及び角速度を含む姿勢角関連情報１１を検出し、検出した視軸方向及び角速度を含む姿勢角関連情報１１を画像変換処理部１２、座標変換処理部３２、誤探知処理部２１Ｂ、追尾処理部２２Ｂに出力する。

ここで、カメラの撮影方向が固定されている場合は、フレーム積分処理部１３にて撮像した画像がそのままフレーム積分される。
また、カメラの撮影方向が変化する場合、あるいは捜索を目的として意図的に撮影方向を変化させる場合は、正しくフレーム積分を行うために、コントローラ１０から与えられる視軸方向及び姿勢角関連情報１１を用いて、画像変換処理部１２が画像の回転や歪みを補正する。また、光学系の都合により視軸方向を変えると画像が回転してしまうような場合についても、フレーム積分の有無に関わらず、画像変換処理部１２が画像の上下を保つために画像を回転させる。画像変換処理部１２が画像変換を施した画像は、フレーム積分処理部１３へ入力され、高いＳＮ比の画像が得られる。

フレーム積分処理部１３にてフレーム積分処理された画像は、可視化処理部２４に出力される。可視化処理部２４は、フレーム積分処理された画像をより人間にとって見やすい映像に変換し、映像信号２５として出力する。この出力された映像信号２５は、必要に応じて航跡情報２３などに基づくシンボルが重畳され、図示しない表示デバイスにより映像化されてオペレータに提供される。

また、フレーム積分処理部１３にてフレーム積分処理され、ＳＮ比を改善した画像は、探知処理部１４へ渡される。探知処理部１４は、フレーム積分処理部１３から渡された広い領域の画像を高速に処理して、周辺画素の平均信号強度よりも一定以上大きな値を有している画素群のように、特定の特徴を有する領域を目標候補として検出し、探知結果２０として出力する。
なお、探知処理部１４の出力する探知結果２０には、目標の像が含まれるほか、欠陥画素や雲のエッジ部分などの像を目標候補として誤探知したものも含まれている。

誤探知判定処理部２１Ｂは、探知処理部１４の出力した探知結果２０について、視軸方向及び姿勢角関連情報１１に基いて形状的特徴を細かく分析する、連続するフレーム間での探知結果の動きを見るなどの判定処理を行って再精査し、目標候補を絞り込み、真の目標と誤探知した目標候補を弁別する。また、誤探知判定処理部２１Ｂは、誤探知と判定した探知結果２０について誤探知要因を推定し、推定した誤探知要因を属性情報として、探知結果２０の中で真の目標と判定された探知結果と属性情報を合わせて探知情報を生成し、生成した探知情報を追尾処理部２２Ｂへ送る。

誤探知判定処理部２１Ｂは、例えば目標候補とされた輝点領域について、背景信号強度の稜線部分に乗っている、輪郭が明確でない、などの形状的特徴を精査することで、目標候補とされた輝点領域が「雲エッジ部分の誤探知によるものであると推定した」場合に、属性情報を「雲エッジ部分と推定した誤探知」とする。

また、誤探知判定処理部２１Ｂは、例えば目標候補とされた輝点領域について、視軸方向及び姿勢角関連情報１１から得たカメラ１の視軸方向の変化に伴う背景景色の変化を計算する。次いで、誤探知判定処理部２１Ｂは、目標候補とされた輝点領域の位置の変化が、カメラ１の視軸方向の変化に伴う背景景色の変化とは異なった動きを取る場合に、欠陥画素と推定されることを判別する。この際、目標候補とされた輝点領域が「欠陥画素によるものであると推定した」場合に、属性情報を「欠陥画素と推定した誤探知」とする。例えば、回転中心である画面中央からの距離が常に一定となり、カメラ１の視軸方向の変化によって画面中心からの距離が変化しなければ、欠陥画素と推定する判別を行う。また、統計的な処理により、画素の位置がまったく変化しなければ、欠陥画素と推定する判別を行う。

追尾処理部２２Ｂは、誤探知判定処理部２１Ｂにて属性情報の付加された探知情報を用いて、視軸方向及び姿勢角関連情報１１から慣性空間における目標方向を算出し、その時系列的な関係から慣性空間における目標方向の慣性空間における軌道（航跡）を推定して航跡情報２３を求め、求めた航跡情報２３を後段処理に出力する。

また、追尾処理２２Ｂは、探知情報の属性情報が「欠陥画素と推定した誤探知」であるものを除き、それ以外の目標候補（欠陥画素以外による目標候補）について、視軸方向及び姿勢角関連情報１１から慣性空間における目標方向を算出し、その時系列的な関係から慣性空間における目標方向の慣性空間における軌道（航跡）を推定し、航跡を求める。追尾処理２２Ｂは、この求めた航跡のうち、真の目標の航跡のみを航跡情報２３として、後段の処理へ送る。

また、追尾処理２２Ｂは、真の目標と判定した航跡のうち、ＳＮ比が一定以上の大きさを持つ目標の航跡と「欠陥画素と推定した誤探知」以外の誤探知した航跡について、その航跡番号、予測目標方向、角速度、画素数、最もＳＮ比が大きい画素のＳＮ比、及び属性に関する目標情報２９を、抑圧制御処理部３０に送る。

ここで、追尾処理２２Ｂが捜索を行いながら目標の探知を行う場合、各探知間の時間的間隔が長くなるため、その探知と探知の間に存在する目標候補の方向は航跡情報から外挿補間によって予測し、当該予測した目標候補の方向を予測目標方向として出力する。また、追尾処理２２Ｂは、「欠陥画素と推定した誤探知」であると判定した目標候補について航跡の算出を行わず、欠陥画素の存在する方向を予測目標方向に設定し、角速度としては０を設定し、画素数としては１画素を設定し、ＳＮ比、属性情報（「欠陥画素と推定した誤探知」）を設定することで目標情報２９を構成して、当該目標情報２９を抑圧制御処理部３０に送る。

抑圧制御処理部３０は、視軸方向及び姿勢角関連情報１１から得られる角速度とＳＮ比から、信号強度の抑圧の対象となる画像内の領域の信号強度の抑圧量を設定し、予測目標方向、範囲、抑圧量、及び属性に関する抑圧情報３１を座標変換処理部３２へ送る。抑圧制御処理部３０は、角速度が小さい場合は信号強度の抑圧の対象となる領域の範囲を目標情報２９の画素数程度の小さいものとし、角速度が大きい場合は予測目標方向の誤差が大きいと考えられるため、抑圧の対象となる領域の範囲を、目標情報２９の画素数Ｎ（Ｎは整数）に対して角速度に応じたマージンｍ（ｍは整数）分を加算したＮ＋ｍ個の画素数分の大きさになるように、領域の範囲を広くとるようにする。

さらに、一定以上角速度が大きい場合は、予測目標方向の正確さが低いと判断されるため抑圧を行わないこととし、信号強度の抑圧を行う目標についてのみその予測目標方向、範囲、抑圧量、属性に関する抑圧情報３１を座標変換処理部３２へ送るようにする。また、設定した抑圧量については、その目標番号と合わせた抑圧量情報３３を追尾処理２２Ｂに返す。

座標変換処理部３２は、コントローラ１０から渡される視軸方向、及び姿勢角関連情報１１に基づき、抑圧情報３１の予測目標方向をＦＰＡ５上の画素位置に座標変換し、当該画素位置、範囲、抑圧量、及び属性に関する補正情報３４を、カメラ１のFLASH ROMの補正データ８Ｂに設定する。

補正処理７Ｂは、各画素の特性差を補正する処理を行う際に、画素位置、範囲、抑圧量、属性に関する補正情報３４を用いて処理を行う。
具体的には、欠陥画素以外による目標候補の場合は、画素位置と範囲で指定される領域内の各画素について、当該領域の周辺画素の平均信号強度と当該領域内の信号強度との差を算出する。次いで、この算出した差に抑圧量を比として乗じ、再び周辺画素の平均信号強度に加算して、新しい当該画素の信号強度を生成する。

図２は、信号強度の大きい目標付近にある比較的信号強度の小さい目標の探知例を説明するための図であり、明るい目標の近傍にある目標の信号強度の抑圧効果を示している。ここで、図２（ａ）は図５に示した典型的な従来の探知装置による目標の検出信号の例を示し、図２（ｂ）は実施の形態１の図１に示す探知装置により抑圧した目標の検出信号の例を示す。

前述の通り、図２（ａ）において目標信号２６は探知に十分なＳＮ比を持っており、これにより探知しきい値２８が持ち上がってしまい、目標信号２７が探知できない状況にある。
そこで、実施の形態１による探知装置は、探知処理部１４で検出した目標候補について、その目標候補を含む周囲の画素（図２の例では灰色で塗りつぶした３画素分の領域）の信号強度を安定探知可能な範囲でできるだけ小さくし、図２（ｂ）の目標信号３５に示すように抑圧する。
これに伴って、抑圧制御処理部３０、座標変換処理部３２及び補正処理部７Ｂでの処理以降に、フレーム積分処理部１３の処理後に得られる画像は、新しい探知しきい値２８Ｂは従来の探知しきい値２８よりも下がり、目標信号２７が探知しきい値２８Ｂを超えるようになるため、探知可能となる。

このとき、座標変換処理部３２は、探知処理部１４で検出した目標信号２６を含む目標候補について、その座標位置を抑圧情報３１の予測目標方向からＦＰＡ５上の画素位置に座標変換する処理を行っている。これによって、補正処理部７Ｂは、ＡＤ変換器６の出力信号について、探知処理部１４で検出した目標信号２６を含む目標候補の画面内での目標位置を保持したまま、「目標信号２６を含む目標候補」を「抑圧した目標信号３５を含む目標候補」に置き換えて補正後画像２を生成し、生成した補正後画像２を信号処理ユニット３に戻す処理が行われる。
より端的に言うと、探知処理部１４で検出した目標位置を座標変換処理部３２にてＦＰＡ５上の座標に戻すことで、目標を含む周囲の画素の信号強度を抑圧することができる。

かくして、探知した領域の位置を含む近傍の画像のコントラストまたは信号強度を変化させることで、ノイズに対し信号を識別するための信号しきい値や特定の画素の信号強度を可変することができる。例えば、探知された目標候補のうち、探知に必要なＳＮ比よりも十分に大きな信号強度を持った画素の信号強度を下げることにより、その画素の周辺にいる他の目標を探知できるようになる。これによって、目標を探知するための信号しきい値を下げることで、明るい目標の近傍に存在する信号強度の小さい目標の探知能力を向上させる効果がある。

なお、上記の処理では欠陥画素以外による目標候補を除去して処理を行う例について説明したが、欠陥画素により誤探知と推定された目標候補の場合についても、同様の処理を行っても良い。
この場合、欠陥画素については事実上、画素位置と範囲で指定される領域内で最大の信号強度にある１画素であることが期待できるので、抑圧制御処理部３０が、「欠陥画素であると推定した」領域内の最大の信号強度にある１画素に対してのみ前記の抑圧処理を行い、領域内の最大の信号強度にある１画素の周囲の画素については抑圧しなくても良い。これにより、不要な画素の抑圧を避けることができる。

また、「欠陥画素であると推定した」画素の出力信号について、抑圧制御処理部３０が、追尾処理部２２Ｂから抑圧制御処理部３０に送られるＳＮ比の情報をＳ値（探知した画素における信号強度から周辺画素における平均信号強度を引いたもの）に置き換える処理を行い、このＳ値を抑圧量として座標変換処理部３２に出力する。また、座標変換処理部３２は、この抑圧量を画素データへ送り、補正処理部７Ｂでは領域内の最大の信号強度にある１画素に対してのみ、このＳ値を引くように補正処理する。

通常、動作中に発生する欠陥画素はオフセット成分が加算されることによって発生していることが多く、それ以外には特に問題がないことが多いので、このように減算による補正処理を行うことで、欠陥画素の信号をマスクしてしまうのではなく、生かしたまま欠陥画素の出力信号を抑圧することができる。これによって、欠陥画素の信号強度を抑圧して目立たなくする効果がある。

図３は、実施の形態１による欠陥画素の誤探知を抑制する効果を示したものである。図３（ａ）は図５の典型的な従来の探知装置におけるフレーム積分処理部１３処理後の欠陥画素の画素信号の例を示す。図３（ｂ）は実施の形態１の図１の探知装置におけるフレーム積分処理部１３処理後の欠陥画素の画素信号を抑圧した信号の例を示す。
図３（ａ）において、欠陥画素信号３６は欠陥画素によるものと推定された目標候補の画素信号である。欠陥画素信号３６は通常１画素だけ突出している。欠陥画素位置を座標変換処理部３２にてＦＰＡ５上の座標に戻すと、完全に正確な座標に戻すことはできないものの、その座標を中心とする数画素の領域内には欠陥画素が存在する。

そこで、補正処理部７Ｂは、当該領域内で最も信号が大きな画素についてのみ信号強度を十分に抑圧し、当該画素の信号強度を探知しきい値３７より低くなるようにする。こうして抑圧されたフレーム積分処理部１３処理後の欠陥画素信号３８は探知しきい値３７Ｂを下回り、以後は探知されなくなるとともに、映像信号２５においても目立ちにくくなる。

図４は、実施の形態１の探知装置の映像における誤探知の抑圧効果を説明するものである。図４（ａ）は図５の典型的な従来の探知装置による可視化処理分２４の出力映像の例を示し、図６の映像に対応している。図４（ｂ）は実施の形態１の図１の探知装置による可視化処理分２４の出力映像の例を示す。

図において、被探知領域３９、４０、４１は、図６に示した目標１６、欠陥画素１８、雲エッジ部分１９の像を含む領域であり、ここでは矩形で示した。被探知領域３９は、真の目標と判定され、そのＳＮ比が探知に必要な値を大きく上回っているものである。被探知領域３９は、抑圧制御処理部３０、座標変換処理部３２、補正処理部７Ｂ、補正データ８Ｂ、フレーム積分処理部１３などの処理動作によって、安定探知できる範囲でできるだけ信号が抑圧された結果、目標１６Ｂに示すように薄暗くなり、これにより目標１７が探知されるようになるとともに、映像上でも目標１７が見えやすくなる。このように、図１の探知装置の信号処理部が、目標候補を探知した領域内の画素を含む近傍の画像のコントラストを変化させる。

また、図６に示した欠陥画素１８は、画像を一瞥すると目標のように見えてしまう輝点であるが、これは誤探知判定処理部２１Ｂで欠陥画素によるものと判定される。抑圧制御処理部３０は、被探知領域４０の内部、あるいはその中で最大の信号強度を持つ画素（これがほとんどの場合欠陥画素である）のみについて信号強度を抑圧することで、フレーム積分処理部１３処理後の像は、結果として図４の欠陥画素１８Ｂに示すようにほとんど見えなくなる。被探知領域４１は雲エッジ部分１９が探知条件に叶ったものであり、こういった部分は映像中でも明るく見え、一見すると目標のように見えたりする。これについても、抑圧制御処理部３０によって領域内の信号が抑圧されることで、フレーム積分処理部１３処理後の像は雲エッジ部分１９Ｂのように目立たなくなる。

なお、補正処理部７Ｂにおいて、画素信号を抑圧した目標については、探知処理部１４で再度探知された際に抑圧した分だけ低いＳＮ比が検出されるので、そのままでは追尾処理部以降の処理において実態を正しく反映していないＳＮ比が送られることになってしまう。これを防ぐため、実施の形態１の追尾処理部２２Ｂは、目標番号・抑圧量に関する情報３３に基づき、抑圧された目標の画素の出力信号に対して、抑圧分の効果を逆算することによって回復させ（抑圧した目標の信号強度に対し、抑圧した量を加算して目標の信号強度を元のレベルに戻し）、正しいＳＮ比を得られるようにする。

以上説明した通り、実施の形態１による探知装置は、カメラ１により撮影された画像から特定の特徴を有する像（目標の像）を含む領域を探知し、当該探知した領域の位置と像の信号強度に基づいて、上記カメラ１により撮影された画像における上記探知した領域の位置を含む近傍の画像のコントラストを変化させる信号処理部を備えたことを特徴とする。例えば、明るい目標の像の信号強度を小さくするように設定すると良い。

また、上記信号処理部は、上記探知した領域内の画像の特徴量に基いて、上記探知した領域が真の目標と誤探知を弁別する誤探知判定処理部２１Ｂと、上記誤探知判定処理部２１Ｂの判定結果に基づいて、真の目標の画像について上記探知した領域の画像のコントラストを変化させる補正処理を行う補正処理部７Ｂと、を更に備えている。

また、上記信号処理部は、上記カメラ１の画素平面（ＦＰＡ５）で、上記探知した領域内で位置が変化しない画素を欠陥画素と判定する誤探知判定処理部２１Ｂと、上記誤探知判定処理部２１Ｂの判定結果に基づいて、欠陥画素と判定された画像について上記探知した領域の画像のコントラストを変化させる補正処理を行う補正処理部７Ｂと、を更に備えている。例えば、欠陥画素の信号強度を探知しきい値よりも小さくなるように設定すると良い。

また、上記信号処理部は、上記探知した領域内の画像の特徴量に基いて、上記探知した領域が真の目標と誤探知した像を弁別するとともに、当該誤探知した像について、上記カメラ１の画素平面で上記探知した領域内で位置が変化しない画素を欠陥画素と判定する誤探知判定処理部２１Ｂと、上記誤探知判定処理部２１Ｂの判定結果に基づいて、欠陥画素以外であると判定された誤探知した像を含む領域について、所定のＳＮ比が得られる範囲内で当該誤探知した像を含む領域の画像のコントラストを変化させる補正処理を行う補正処理部７Ｂと、を更に備えても良い。

また、上記信号処理部は、上記探知した領域内の画像の特徴量に基いて、上記探知した領域が真の目標と誤探知した像を弁別する誤探知判定処理部２１Ｂと、上記誤探知判定処理部の判定結果に基づいて、特定の真の目標の航跡を推定し、推定した航跡に基づき特定の真の目標の最新の探知方向を予測する追尾処理部２２Ｂと、上記追尾処理部２２Ｂで予測した探知方向に基いて、上記カメラ１の画素平面上の上記探知した領域の位置を求める座標変換処理部３２と、を更に備えても良い。

また、上記信号処理部は、上記探知した領域内の画像の特徴量に基いて、上記探知した領域が真の目標と誤探知した像を弁別するとともに、当該誤探知した像について、上記カメラ１の画素平面で上記探知した領域内で位置が変化しない画素を欠陥画素と判定する誤探知判定処理部２１Ｂと、上記誤探知判定処理部２１Ｂの判定結果に基づいて、欠陥画素以外であると判定された誤探知した像を含む領域内で、特定の誤探知した像の航跡を推定し、推定した航跡に基づき特定の誤探知した像の最新の探知方向を予測する追尾処理部２２と、上記追尾処理部で予測した探知方向に基いて、上記カメラ１の画素平面上の上記探知した領域の位置を求める座標変換処理部３２と、を更に備えても良い。

このように、探知された目標候補のうち、探知に必要なＳＮ比よりも十分に大きな信号強度を持った明るい目標の画素の信号強度を下げることにより、その画素の周辺にいる他の目標を探知できるようになる。

また、これにより映像における輝点が目立ちにくくなるため、映像を一瞬で見て状況を判断しなければならないオペレータに不必要な注意を喚起することがなくなる。

さらに、欠陥画素を原因とする誤探知については再探知されにくくなるため、本来的に処理負荷の大きい誤探知判定処理において不必要な探知判定を継続的に行う必要がなくなり、処理数の飽和を防止できるとともに、設計上も最大処理数を低く設定できることで製品の小型化、コストダウン、低消費電力・発熱抑制に効果がある。

なお、実施の形態１による探知装置は、一般的に最も普及している２次元の光電変換デバイスによるカメラ１を用いた探知装置において有効であり、このような探知装置としては、航空機、船等に搭載し、赤外線を用いて遠方の他の航空機、船等を捜索・探知・追尾するための装置や、飛しょう体の接近を監視するための装置があり、本発明はこのような装置の性能向上に活用できる。

１ カメラ、３ 信号処理ユニット、４ 光学系、５ ＦＰＡ、６ ＡＤ変換器、７ 補正処理部、７Ｂ 補正処理部、８ 補正データ、８Ｂ 補正データ、９ 補正データ更新処理部、１０ コントローラ、１２ 画像変換処理部、１３ フレーム積分処理部、１４ 探知処理部、２１ 誤探知判定処理部、２１Ｂ 誤探知判定処理部、２２ 追尾処理部、２２Ｂ 追尾処理部、２４ 可視化処理部、３０ 抑圧制御処理部、３２ 座標変換処理部。

Claims (6)

1. カメラにより撮影された画像から特定の特徴を有する像を含む領域を探知し、当該探知した領域の位置と像の信号強度に基づいて、上記カメラにより撮影された画像における上記探知した領域の位置を含む近傍の画像のコントラストを変化させる信号処理部を備えた探知装置。
2. 上記信号処理部は、
   上記探知した領域内の画像の特徴量に基いて、上記探知した領域が真の目標と誤探知を弁別する誤探知判定処理部と、
   上記誤探知判定処理部の判定結果に基づいて、真の目標の画像について上記探知した領域の画像のコントラストを変化させる補正処理を行う補正処理部と、
   を更に備えた請求項１記載の探知装置。
3. 上記信号処理部は、
   上記カメラの画素平面で、上記探知した領域内で位置が変化しない画素を欠陥画素と判定する誤探知判定処理部と、
   上記誤探知判定処理部の判定結果に基づいて、欠陥画素と判定された画像について上記探知した領域の画像のコントラストを変化させる補正処理を行う補正処理部と、
   を更に備えた請求項１記載の探知装置。
4. 上記信号処理部は、
   上記探知した領域内の画像の特徴量に基いて、上記探知した領域が真の目標と誤探知した像を弁別するとともに、当該誤探知した像について、上記カメラの画素平面で上記探知した領域内で位置が変化しない画素を欠陥画素と判定する誤探知判定処理部と、
   上記誤探知判定処理部の判定結果に基づいて、欠陥画素以外であると判定された誤探知した像を含む領域について、所定のＳＮ比が得られる範囲内で当該誤探知した像を含む領域の画像のコントラストを変化させる補正処理を行う補正処理部と、
   を更に備えた請求項１記載の探知装置。
5. 上記信号処理部は、
   上記探知した領域内の画像の特徴量に基いて、上記探知した領域が真の目標と誤探知した像を弁別する誤探知判定処理部と、
   上記誤探知判定処理部の判定結果に基づいて、特定の真の目標の航跡を推定し、推定した航跡に基づき特定の真の目標の最新の探知方向を予測する追尾処理部と、
   上記追尾処理部で予測した探知方向に基いて、上記カメラの画素平面上の上記探知した領域の位置を求める座標変換処理部と、
   を更に備えた請求項１記載の探知装置。
6. 上記信号処理部は、
   上記探知した領域内の画像の特徴量に基いて、上記探知した領域が真の目標と誤探知した像を弁別するとともに、当該誤探知した像について、上記カメラの画素平面で上記探知した領域内で位置が変化しない画素を欠陥画素と判定する誤探知判定処理部と、
   上記誤探知判定処理部の判定結果に基づいて、欠陥画素以外であると判定された誤探知した像を含む領域内で、特定の誤探知した像の航跡を推定し、推定した航跡に基づき特定の誤探知した像の最新の探知方向を予測する追尾処理部と、
   上記追尾処理部で予測した探知方向に基いて、上記カメラの画素平面上の上記探知した領域の位置を求める座標変換処理部と、
   を更に備えた請求項１記載の探知装置。

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