JP2019117161A - 被検体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ある観測位置から見て被検体が存在する方向を、より高い識別度で検出する被検体検出装置を提供する。【解決手段】被検体検出装置は、移動体に搭載された移動体搭載部１と、撮像部７と、処理・制御部１５とを有する。移動体搭載部は、発光するマーカー２と、マーカーの光にマーカーの背景にある他物体の偏光方向に対して交差する第１の偏光方向の直線偏光特性を付与する偏光板３とを有する。撮像部は、マーカーと他物体を含む視野領域を対象に、第１の偏光方向の成分の第１の画像を撮影する第１のカメラ１３と、視野領域を対象に第１の偏光方向に交差する第２の偏光方向の成分の第２の画像を撮像する第２のカメラ１４とを有する。そして処理・制御部は、第１の画像と前記第２の画像との差分を求め、差分が最大の位置をマーカーの位置として判定し、このマーカーの位置をもとにマーカーの存在方向を算出する画像処理部１８を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ある観測位置から見た特定の被検体が存在する方向を自動で検出する被検体検出装置に関する。

ある観測位置から見た、飛行体、車などの目標移動体が存在する方向を撮像手段を用いて自動で検出する方法には、例えば、次のようなものがある。

（１．マーカー検出）
目標移動体にマーカー（目印）を付加し、観測位置から目標を含む領域を撮影し、マーカーの位置を特定することで、目標移動体の位置を検出する（特許文献１等）。

（２．テンプレートマッチング）
目標移動体の外観画像をテンプレートとして事前に取得し、観測位置から領域を撮影した画像中で、そのテンプレートと形状に相関がある部分に目標が存在すると推定する方法（特許文献２等）。

（３．背景差分法）
目標の存在が予定される領域を、その目標が存在しない状態で観測位置から撮影し、その後、目標が存在する状態での撮影画像との差分を計算することで、目標だけを浮かび上がらせて、その位置を特定する（特許文献３等）。

特開２００４−２２６２２７号公報 特開２０１０−１９１５９３号公報 特許第３０５７００４号

しかしながら、上記１の方式では、マーカーの撮影視野内にある他の物体の光学的特徴（色、明るさ等）が、マーカーのそれと同じ場合は、マーカーと他の物体を区別することが困難となり、目標移動体を検出できない。

上記２の方式では、観測位置と移動体との距離や、観測位置から見た移動体の姿勢が変化するような場合、その外観の形状、大きさも変わることになり、それらに対応するテンプレート画像を全て用意して比較すると、テンプレートが膨大な数になって、比較処理に長い時間が掛かってしまうと予想される。また、夜間の屋外や、照明が無い暗い室内に存在する移動体を検出する場合は、移動体が見えなくなり、検出が困難となってしまう。

上記３の方式では、差分対象の２画像が、それぞれ異なる時刻に取得されることから、これらの時刻で目標以外の物体にも変化が生じる場合は、その変化分も差分結果に表れてしまい、目標と区別することが困難となり、位置特定精度が低下すると予想される。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ある観測位置から見た特定の被検体が存在する方向を、より高い識別度で検出することのできる被検体検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る被検体検出装置は、第１の偏光方向の直線偏光特性を有するマーカーと、前記マーカーと異なる偏光特性を有する他物体とを有する被検体と、前記マーカーと前記他物体を含む視野領域を対象に、前記第１の偏光方向の成分の第１の画像を撮影する第１の撮像部と、前記視野領域を対象に前記第１の偏光方向に交差する第２の偏光方向の成分の第２の画像を撮像する第２の撮像部と、前記第１の画像および前記第２の画像に基づいて、前記マーカーの位置を判定する画像処理部とを有する。

前記被検体検出装置は、前記他物体の偏光方向を認識する他物体偏光測定部と、前記他物体偏光測定部により認識された前記他物体の偏光方向をもとに前記第１の偏光方向を決定する第１の偏光方向決定部とをさらに具備するものであってよい。

さらに、前記被検体検出装置は、前記マーカーに直線偏光特性を付与する偏光板と、前記第１の偏光方向決定部により決定された前記第１の偏光方向の直線偏光特性を付与するように前記偏光板および前記被検体のいずれか一方を回転させるように構成されてもよい。

また、前記被検体検出装置は、前記第１の撮像部および前記第２の撮像部への入射光の偏光方向を回転させる波長板と、前記第１の偏光方向決定部により決定された前記第１の偏光方向に前記第１の撮像部の偏光方向を一致させるように前記波長板を回転させる波長板制御部とをさらに具備するものであってよい。

本発明によれば、ある観測位置から見た特定の被検体が存在する方向を、より高い識別度で検出することができる。

本発明に係る一実施形態である被検体検出装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態の被検体検出装置の全体的な動作の手順を示すフローチャートである。 マーカー方向検出の参考例において、撮影視野の無偏光撮影画像を示す図である。 マーカー方向検出の参考例において、撮影視野の無偏光撮影画像の１次元画素値分布を示す図である。 本実施形態の被検体検出装置によるマーカー方向検出の第１のケースにおいて、撮影視野の像を示す図である。 上記第１のケースでの２つの画像の差分計算を示す図である。 本実施形態の被検体検出装置によるマーカー方向検出の第２のケースにおいて、撮影視野の像を示す図である。 上記第２のケースでの２つの画像の差分計算を示す図である。 本実施形態の被検体検出装置の実験装置の構成を示す図である。 ２つのカメラによる２つの撮影画像とこれらの差分画像を、マーカーと他物体の偏光方向を平行にした場合と直交させた場合のそれぞれについて示した図である。 移動体搭載部の偏光板回転と撮像部の波長板回転の制御の流れを説明するための図である。 波長板の効果を説明するための図である。 マーカーと第１のカメラとの偏光方向が互いに平行である場合の、波長板の回転角度に対する差分画像の最大画素値を計測した実験結果を示すグラフである。 マーカーと第１のカメラとの偏光方向が互いに直交する場合の、波長板の回転角度に対する差分画像の最大画素値を計測した実験結果を示すグラフである。 他物体の偏光方向の測定方法について説明するための図である。 図１１の撮影視野を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態を説明する。
（被検体検出装置の構成）
図１は、本発明に係る一実施形態である被検体検出装置の構成を示すブロック図である。

この被検体検出装置は、被検体に含まれる移動体に搭載される移動体搭載部１と、撮像部７と、処理・制御部１５とで構成される。

移動体搭載部１は、マーカー２と、偏光板３と、移動体姿勢検出部４と、偏光板回転部５と、無線通信部６などを含む。
マーカー２は、移動体に設けられ、例えばＬＥＤ（light emitting diode）などの光源からなる。偏光板３は、マーカー２の出射光のうち特定の直線偏光成分の光を透過させるものである。すなわち、マーカー２と偏光板３により偏光生成部として機能する。偏光板回転部５は、偏光板３を回転させることによって偏光板３を透過するマーカー光の偏光方向を調整するためのものである。すなわち、偏光板回転部５は、無線通信部６を使って処理・制御部１５より受信したマーカー偏光指示方向と、移動体姿勢検出部４により検出された移動体姿勢をもとに、マーカー偏光方向を適切な方向にするように偏光板３を回転させる。

移動体姿勢検出部４は、移動体の姿勢を検出する。移動体姿勢検出部４は、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ：inertial measurement unit）などを用いて構成され得る。
無線通信部６は、処理・制御部１５との無線通信のためのモジュールである。

撮像部７は、波長板８、波長板回転機９、虹彩絞り１０、レンズ１１、偏光分離器１２、第１のカメラ１３、第２のカメラ１４を備える。虹彩絞り１０は、入射光の光量を調整する光学部品である。レンズ１１は、第１のカメラ１３および第２のカメラ１４の各撮像素子に集光する撮像用のレンズである。偏光分離器１２は、入射光を互いに直交する２つの偏光成分の光に分離して、第１のカメラ１３および第２のカメラ１４にそれぞれ導く。第１のカメラ１３は、偏光分離器１２により分離された一方の偏光成分の第１の画像を撮像する。第２のカメラ１４は、偏光分離器１２により分離された他方の偏光成分の第２の画像を撮像する。波長板８は、偏光分離器１２へ入射させる光の偏光方向を回転させるための光学素子である。波長板回転機９は、波長板８を回転させるためのメカである。波長板回転機９は、後述する波長板回転機制御部２４とともに、波長板制御部として機能する。

処理・制御部１５は、画像取得部１６、トリガー信号発生部１７、画像処理部１８、検出方向角度出力部１９、他物体偏光測定部２０、マーカー偏光方向決定部２１、撮像部姿勢検出部２２、波長板角度計算部２３、波長板回転機制御部２４、無線通信部２５を備える。

トリガー信号発生部１７は、撮像部７の２つのカメラ１３、１４に同時に撮影を行われるように２つのカメラ１３、１４に対して撮影タイミングトリガー信号を送出する。

画像取得部１６は、撮像部７の２つのカメラ１３、１４によって撮影された２つの画像を取得して画像処理部１８に供給する。

画像処理部１８は、画像取得部１６によって取得された２つの画像同士の差分を算出し、求めた差分の値が最も高い領域をマーカー位置として求め、求めたマーカー位置をもとに観測地点から見たマーカー２の検出方向角度を算出する。

検出方向角度出力部１９は、画像処理部１８より算出された移動体検出方向角度を、他の処理に出力する。

他物体偏光測定部２０は、画像中のマーカー２の背景にある他物体の偏光特性を測定する。他物体は、より具体的には空などが挙げられる。他物体の偏光特性の測定方法については後で説明する。

マーカー偏光方向決定部２１は、他物体偏光測定部２０により測定された他物体の偏光特性をもとにマーカー偏光指示方向を決定する。

無線通信部２５は、マーカー偏光方向決定部２１により決定されたマーカー偏光指示方向を移動体搭載部１に無線通信する。

波長板角度計算部２３は、マーカー偏光方向決定部２１により決定されたマーカー偏光指示方向と撮像部姿勢検出部２２により検出された撮像部７の姿勢から波長板８の適切な回転角度を計算する。

波長板回転機制御部２４は、撮像部７の波長板８の回転角度を、波長板角度計算部２３により決定された回転角度に合わせるように、撮像部７の波長板回転機９を制御する。

（被検体検出装置の動作）
図２は、被検体検出装置の全体的な動作の手順を示すフローチャートである。
まず、処理・制御部１５が、他物体偏光測定部２０にて他物体の偏光特性を測定する（ステップＳ０１）。次に、マーカー偏光方向決定部２１にて、他物体の偏光特性をもとにマーカー偏光指示方向を決定し（ステップＳ０２）、決定されたマーカー偏光指示方向の情報を無線通信部２５を使って移動体搭載部１に無線通信する（ステップＳ０３）。

移動体搭載部１は、ステップＳ０３で処理・制御部１５から送信され、無線通信部６にて受信したマーカー偏光指示方向の情報を受信し、偏光板回転部５に供給する。偏光板回転部５は、マーカー偏光指示方向と、移動体姿勢検出部４にて検出された移動体の姿勢との相対関係から偏光板３の適切な回転角度を算出し（ステップＳ０４）、偏光板３を回転させることによって、マーカー２の出射光に例えば他物体の偏光方向に対して直交する方向などの直線偏光特性をもたせる（ステップＳ０５）。

さらに、ステップＳ０２で処理・制御部１５において、マーカー偏光方向決定部２１にて決定されたマーカー偏光指示方向は波長板角度計算部２３にも与えられる。波長板角度計算部２３は、マーカー偏光指示方向をもとに、波長板８の適切な回転角度を算出し（ステップＳ０６）、波長板８をその回転角度まで回転させるように波長板回転機９に制御信号を供給する（ステップＳ０７）。

以上のようにして偏光板３および波長板８の調整が完了した後、撮像部７が、処理・制御部１５のトリガー信号発生部１７から与えられる撮影タイミングトリガー信号に従って、移動体に設けられたマーカー２を含む同一視野の２つの画像を、撮影対象の偏光方向が互いに直交する第１のカメラ１３と第２のカメラ１４で同時に撮影する（ステップＳ０８）。第１のカメラ１３と第２のカメラ１４でそれぞれ撮影された２つの画像は処理・制御部１５に供給される。処理・制御部１５は、画像取得部１６にて２つの画像を取得し、画像処理部１８で、２つの画像の差分画像からマーカー２の位置を算出し（ステップＳ０９）、マーカー２の位置をもとに、観測地点から見てマーカー２が存在する方向を算出し（ステップＳ１０）、その結果を検出方向角度出力部１９に出力する（ステップＳ１１）。

（マーカー方向検出原理）
次に、本実施形態の被検体検出装置によるマーカー方向検出原理を説明する。
図３Ａおよび図３Ｂはマーカー方向検出の参考例を示す図である。

この参考例では、図３Ａに示すように、撮影視野３１の中に、それぞれ無偏光の特性をもつマーカー３２とその背景の他物体３３が存在することとする。この撮影視野３１を無偏光のカメラで撮影して得られた画像３４には無偏光の特性を有するマーカー３２と他物体３３の各像がそのまま写る。いま、他物体３３の像と比較してマーカー３２の像の方がやや明るい場合を想定したとき、図３Ｂの１次元画素値分布３５に示すように、他物体３３の画素値３７よりマーカー３２の画素値３６の方が高くなる。よって、画像中で最も高い画素値の位置を抽出することでマーカー位置を特定できる。なお、符号３８は、このときの他物体３３の画素値３７とマーカー３２の画素値３６との差である。

次に、本実施形態の被検体検出装置によるマーカー方向検出の第１のケースを説明する。
図４Ａに示すように、撮影視野４０の中に縦偏光の特性が与えられたマーカー４１と無偏光の他物体４２が存在するものとする。この撮影視野４０を、縦偏光の光のみが画像として生成される第１のカメラ１３で撮影すると、図４Ｂに示すように、撮影された画像４３にマーカー４１と他物体４２の両方が写り、同時に横偏光の光のみが画像として生成される第２のカメラ１４で撮影すると、その画像４４には無偏光である他物体４２のみが画像として生成される。この２つの画像４３、４４を画像処理する（例えば、縦偏光画像から横偏光画像を引いて差分値を算出する）と、差分画像４５には縦横偏光画像の両方に写った他物体４２の像やノイズは打ち消し合って無くなり、マーカー４１の像のみが残る。よって、この差分画像４５中の画素値が最大になる位置を抽出することでマーカー位置を特定できる。

このとき、参考例と比較して、マーカー２に直線偏光成分を持たせたことでその光放射量が低下するため、マーカー４１の像の画素値も低下すると予想されるが、２つの画像４３、４４の差分がとられることによって画像４３、４４中の他物体４２の像は互いに打ち消されるので、図４Ｂに示すように、マーカー４１の像の画素値と他物体４２の像の画素値との差４８は参考例のそれ（符号３８）よりも充分大きくなり、この結果、マーカー２の識別度が向上する。

なお、２つの画像４３、４４からマーカー位置を特定する画像処理方法は、縦偏光画像と横偏光画像との差分をとる方法のみならず、２つの画像４３、４４から結果的にマーカー４１の像のみを生成することができれば、どのような方法を用いてもよい。

次に、本実施形態の被検体検出装置によるマーカー方向検出の第２のケースを説明する。
第２のケースでは、図５Ａに示すように、撮影視野５０の中に横偏光の特性を有する他物体５２と、縦偏光の特性を有するマーカー５１が存在する。この撮影視野５０を、縦偏光の光のみが画像として生成される第１のカメラ１３で撮影すると、図５Ｂに示すように、撮影された画像５３に縦偏光の特性を有するマーカー５１が写り、同時に横偏光の光のみが画像として生成される第２のカメラ１４で撮影すると、その画像５４には横偏光の特性を有する他物体５２のみが画像として生成される。この２つの画像５３、５４の差分（縦偏光画像から横偏光画像を引く）を計算すると、差分画像５５には縦偏光の特性を有するマーカー５１と横偏光の特性を有する他物体５２の両方が画像として生成される。

このとき、マーカー５１の像の画素値は正の値であり、他物体５２の像の画素値は負の値であるから、差分画像５５の中の最大画素値の領域をマーカー位置として特定することができる。また、図５Ｂに示すように、マーカー４１の像の画素値と他物体４２の像の画素値との差５７は第１のケースのそれ（符号４８）よりも充分大きくなるため、マーカー２の識別度がさらに向上する。

次に、本実施形態のマーカー方向検出による識別度向上を実験装置において確認した結果について説明する。
図６は実験装置の構成を示す図である。この実験装置６０では、移動体１２１の地上面側にマーカー２と偏光板３を配置した。偏光板３の偏光方向を回転させるために、移動体１２１は回転ステージ１２２を介して飛行体支持構造体１２３に支持した。他物体として、空を模擬する液晶モニター１２４が使用され、これを撮影視野内の背景としている。撮像部７は移動体１２１を下から観測可能な位置に配置される。

図７は、上記の実験装置６０において、２つのカメラ１３、１４による２つの撮影画像とこれらの差分画像を、マーカーと他物体の偏光方向を平行にした場合と直交させた場合のそれぞれについて示した図である。
図７において、上段はマーカーの偏光方向と背景の偏光方向が互いに一致（平行）する場合、下段はマーカーの偏光方向と背景の偏光方向が互いに直交する場合を示し、各々の段について、左側から、第１のカメラ１３の偏光方向を背景の偏光方向に対して直交させた場合の撮影画像、第２のカメラ１４の偏光方向を背景像の偏光方向と一致（平行）させた場合の撮影画像、および各画像の差分画像を示している。

上段の条件では、第１のカメラ１３の偏光方向がマーカーおよび背景の偏光方向に対して直交するため、この第１のカメラ１３の撮影画像７０にはマーカーおよび背景はいずれも写らない。一方、第２のカメラ１４の偏光方向はマーカーおよび背景の偏光方向と一致しているため、第２のカメラ１４の撮影画像７１にはマーカー７６が写り、背景７８も明るく写っており、移動体構造物の一部が影７７として現れている。そして、第２のカメラ１４による撮影画像７１から第１のカメラ１３の撮影画像７０を差し引いた差分画像７２では、マーカー７９の位置の画素値が最大となっている。

下段の条件では、第１のカメラ１３の撮影画像７３にマーカー８０が現れており、第２のカメラ１４の撮影画像７４には明るい背景８１と移動体構造体の一部の影が映っている。そして第１のカメラ１３の撮影画像７３から第２のカメラ１４による撮影画像７４を差し引いた差分画像７５では、マーカー８２の位置の画素値が最大となる。

上記２つの差分画像７２、７５を比較すると、マーカー７９、８２の画素値はほぼ同じであるのに対して、背景８３の画素値については、下段の条件の差分画像７５の方が低い（暗い）ことがわかる。これは、差分画像７５における背景８３は負の画素値として現れたためである。したがって、差分画像７５において、背景８３の画素値とマーカー８２の画素値との差が大きくなることから、マーカー８２と背景８３との識別度がより向上する。要するに、マーカーの偏光方向と背景の偏光方向とが互いに一致（平行）する場合よりもマーカーの偏光方向と背景の偏光方向とが互いに直交する場合の方が、マーカーの識別度が高くなる。

（移動体搭載部１の偏光板回転と撮像部７の波長板回転の制御の流れ）
本実施形態の被検体検出装置では、移動体搭載部１において、処理・制御部１５から通信されたマーカー偏光指示方向と移動体の姿勢との相対関係から、マーカー２の偏光方向をその背景にある他物体の偏光方向に対して直交するように偏光板３を回転させる制御と、そのマーカー２の偏光方向に第１のカメラ１３の偏光方向を合わせるように撮像部７の波長板８を回転させる制御が行われる。この一連の制御の流れを、図８および図２を参照して次に説明する。

図８の（ａ）において、１０１は図２のステップＳ０１で処理・制御部１５の他物体偏光測定部２０により測定された他物体の偏光方向を示す。処理・制御部１５は、測定された他物体の偏光方向をもとにマーカー偏光方向決定部２１によってマーカー偏光指示方向を決定し（ステップＳ０２）、これを無線通信部２５を用いて移動体搭載部１に送信する（ステップＳ０３）。

移動体搭載部１の無線通信部６は、処理・制御部１５より送信されたマーカー偏光指示方向の情報を受信し、これを偏光板回転部５に供給する。図８の（ｂ）に示すように、偏光板回転部５は、移動体姿勢検出部４により検出された移動体軸方向１０２から特定される現在の偏光板３の偏光方向１０３を算出し、図８（ｃ）に示すように、現在の偏光板３の偏光方向１０３からマーカー偏光指示方向１０４までの回転角度θ１を算出し（ステップＳ０４）、偏光板３をこの回転角度θ１だけ回転させて、マーカー２の偏光方向をマーカー偏光指示方向１０４に一致させる（ステップＳ０５）。

次に、処理・制御部１５は、撮像部姿勢検出部２２にて第１のカメラ１３の偏光方向１０５を検出し、この第１のカメラ１３の偏光方向１０５がマーカー偏光指示方向１０４と平行となるように波長板８の回転角度θ２を波長板角度計算部２３で計算する（ステップＳ０６）。この計算結果は波長板回転機制御部２４に供給される。波長板回転機制御部２４は、算出された回転角度θ２だけ波長板８を回転させることによって、第１のカメラ１３の偏光方向１０５をマーカー偏光指示方向１０４に一致させる（ステップＳ０７）。

（波長板利用の効果）
次に、波長板８を用いた場合の効果について図９を用いて説明する。
移動体自体が回転した場合、マーカー２の偏光方向が回転することで、マーカー２の偏光方向と各カメラ１３、１４で撮影すべき偏光方向との関係も変化する。これにより、撮像部７の２つのカメラ１３、１４への入射光量が変化し、マーカー２の識別度が低下するおそれがある。

本実施形態では、撮像部７に、波長板８とこの波長板８の回転角度を調整する波長板回転機９を設け、マーカー偏光指示方向と撮像部７の姿勢から波長板８を適切な回転角度に回転させることによって、マーカー２の偏光方向と各カメラ１３、１４の偏光方向との関係を維持することとした。特に、本実施形態では第１のカメラ１３に、より多くの光を入射させて、第１のカメラ１３で撮影された像が差分画像で高い画素値となるように、第１のカメラ１３に入射する光の偏光方向を波長板８を利用して調整する。

波長板８としては、例えば半波長タイプのものなどが用いられる。これらは位相差板とも呼ばれており、ある方向に直線偏光を持つ光が波長板８を透過すると、波長板８の軸方向との相対角度によって、偏光方向を任意に回転させることができる光学素子である。

図９において、符号９０は、処理・制御部１５のマーカー偏光方向決定部２１により決定された第１のカメラ１３から見たマーカーの偏光方向とする。ケース（ア）は波長板８を使用しない場合、ケース（イ）は波長板８を使用して入射光の偏光方向の角度を調整した場合を示している。

波長板８を使用しないケース（ア）では、第１のカメラ１３に入射する光の偏光方向９１は、第１のカメラ１３から見たマーカー偏光方向９０と同一となる。このため第１のカメラ１３に入射する光の振幅９２が減少するだけではなく、第２のカメラ１４に入射する光の振幅成分の方が大きくなってしまう。一方、波長板８を使用するケース（イ）では、波長板８を適切な角度９３に設定することで、第１のカメラ１３に入射する光の偏光方向を、縦方向９４に一致させることができる。このため、第１のカメラ１３に入射する光の偏光方向９５も縦方向となって、全ての振幅９６の成分を第１のカメラ１３に取り込むことができる。この結果、第１のカメラ１３で撮影された像の画素値が高くなる。

図１０Ａ、図１０Ｂに波長板８の回転角度に対する差分画像の最大画素値を計測した実験結果を示す。図１０Ａはマーカー２と第１のカメラ１３との偏光方向が互いに平行である条件の場合、図１０Ｂは直交する場合である。波長板８の角度はその軸角度が第１のカメラ１３の偏光方向と一致するときに０°としている。

図１０Ａのように、マーカー２と第１のカメラ１３との偏光方向が互いに平行の場合、波長板８の角度が０°のときに差分画素の最大値が最も高くなっている。図１０Ｂのように、直交する場合は約４５°のときに差分画素の最大値が最も高い値になっている。これは、第１のカメラ１３の偏光方向に対してマーカー２の偏光方向がどの角度であっても、波長板８の回転角度を調整することで、差分画像におけるマーカー位置の画素値を最大化できることを意味している。

（他物体の偏光特性測定）
次に、他物体偏光測定部２０による他物体の偏光方向の測定方法について、図１１および図１２を参照して説明する。
ここでは他物体が空である場合について説明する。太陽光が大気で散乱して地上に光が届く際、光の波長よりも小さい大気分子での散乱（レイリー散乱）が起こる。この散乱には偏光特性があり、その偏光方向１３０は太陽を中心とする同心円状となる。他物体偏光測定部２０は、例えば、移動体１２１と太陽との位置関係などから撮影視野１３２内の空の偏光方向１３０を認識し、この空の偏光方向１３０に対して直交する方向をマーカー偏光指示方向１３１として算出する。

太陽の位置を計測する方法としては、例えば、観測地点から見た太陽の方向をカメラ映像などから計測する方法などを用いることができる。あるいは、年月日と時刻と装置設置位置の緯度経度から算出してもよい。その際、装置がどの方向を向いているかという情報が必要であるため、３軸地磁気センサーを用いてもよい。

＜その他の変形例＞
上記の実施形態では、移動体搭載部１の偏光板３の向きを背景の偏光方向に対して直交させるように回転させる第１の制御と、その偏光板３の偏光方向に第１のカメラ１３の偏光方向を合わせるように波長板８を回転させる第２の制御が行われるが、それぞれの制御は、単独に採用してもかまわない。例えば、移動体の向きが固定される場合には、第１の制御を行わずに、単に偏光板３の偏光方向に第１のカメラ１３の偏光方向を合わせるように波長板８を回転させるようにしてもよい。

上記の実施形態では、処理・制御部１５の他物体偏光測定部２０にて、他物体の偏光特性を測定して、マーカー偏光指示方向を決定することとしたが、移動体搭載部１の移動体姿勢検出部４（慣性計測装置（ＩＭＵ：inertial measurement unit）など）によって検出された移動体の姿勢情報を無線通信によって処理・制御部１５が取得することによってマーカー偏光指示方向を決定してもよい。

以上、マーカー２の偏光方向と他物体の偏光方向との関係を直交させることとしたが、本発明は、これらの方向の関係を完全に直交させない場合も含む。すなわち、マーカー２の偏光方向と他物体の偏光方向との関係は交差であってもよい。同様に、２つの光の偏光方向を平行（一致）させる場合も、本発明は、これらの方向の関係を完全に平行（一致）にはしない場合も含む。

上記の実施形態では、第１のカメラ１３の撮影画像から第２のカメラ１４の撮影画像を差し引いて差分画像を生成したが、逆に、第２のカメラ１４の撮影画像から第１のカメラ１３の撮影画像を差し引いて差分画像を生成してもよい。この際、２つの撮影画像からマーカーの像を生成することができれば、差分以外の方法を用いてもよい。

上記の実施形態では、移動体搭載部１の偏光板３を回転させてマーカー２の偏光方向を回転させることとしたが、移動体自体の姿勢を回転させてマーカー２の偏光方向を回転させてもよい。

また、撮像部７において、波長板８を回転させる構成したが、撮像部７自体を回転させてもよい。

マーカー２と偏光板３に代えて、偏光生成部として、コヒーレント光を生成する光源（例えば、低出力レーザー光源）を使用することができる。この場合移動体搭載部１は、偏光板回転部３に代えて、光源そのものを回転させる光源回転部を有することになる。

本実施の形態では、被検体は移動体とし、処理・制御部１５で移動体搭載部１に設けられたマーカー２の位置を検出するものとしたが、処理・制御部１５を移動体に載置して、非移動に固定されたマーカー２の担持体を被検体とすることも可能である。また、処理・制御部１５を移動体に載置して、被検体である他の移動体に搭載されたマーカー２の位置を検出することもできる。

本実施形態の本実施形態の被検体検出装置は、既に述べた効果の他、先行文献に挙げた各技術に対して、次のような優位性を有している。
（１）特許文献１の技術に対比して、マーカーよりも明るい他物体が存在しても、偏光差分処理を行うことによりその影響を抑えてマーカーを特定することができる。
（２）特許文献２の技術に対比して、大量のテンプレート画像を使用する必要がないため、処理が速く、移動体を追従する場合などにも充分高い速度で対応できる。
（３）特許文献３の技術は、異なる時刻の画像を撮影してその差をとるため、目標以外にも動きが生じる場合は、目標を誤認識してしまう可能性があるが、本実施形態の装置では同時刻で撮影された２画像の差をとるので、その影響を受けない。

（その他）
本実施形態の被検体検出装置は、例えば地上から飛行体への無線給電を行う装置において、飛行体の位置を高い識別度で検出し、その飛行体に高い指向性での無線給電を実現するための手段として利用可能である。例えば、火星探査用の飛行体に無線給電を行うために、その火星探査用の飛行体の位置を検出する場合にも利用可能である。

１…移動体搭載部
２…マーカー
３…偏光板
４…移動体姿勢検出部
５…偏光板回転部
６…無線通信部
７…撮像部
８…波長板
９…波長板回転機
１１…レンズ
１２…偏光分離器
１３…第１のカメラ
１４…第２のカメラ
１５…処理・制御部
１６…画像取得部
１７…トリガー信号発生部
１８…画像処理部
１９…検出方向角度出力部
２０…他物体偏光測定部
２１…マーカー偏光方向決定部
２２…撮像部姿勢検出部
２３…波長板角度計算部
２４…波長板回転機制御部
２５…無線通信部

Claims (4)

1. 第１の偏光方向の直線偏光特性を有するマーカーと、前記マーカーと異なる偏光特性を有する他物体とを有する被検体と、
   前記マーカーと前記他物体を含む視野領域を対象に、前記第１の偏光方向の成分の第１の画像を撮影する第１の撮像部と、
   前記視野領域を対象に前記第１の偏光方向に交差する第２の偏光方向の成分の第２の画像を撮像する第２の撮像部と、
   前記第１の画像および前記第２の画像に基づいて、前記マーカーの位置を判定する画像処理部とを有する
   被検体検出装置。
2. 請求項１に記載の被検体検出装置であって、
   前記他物体の偏光方向を認識する他物体偏光測定部と、
   前記他物体偏光測定部により認識された前記他物体の偏光方向をもとに前記第１の偏光方向を決定する第１の偏光方向決定部とをさらに具備する
   被検体検出装置。
3. 請求項２に記載の被検体検出装置であって、
   前記マーカーに直線偏光特性を付与する偏光板と、
   前記第１の偏光方向決定部により決定された前記第１の偏光方向の直線偏光特性を付与するように前記偏光板および前記被検体のいずれか一方を回転させるように構成された
   被検体検出装置。
4. 請求項２に記載の被検体検出装置であって、
   前記第１の撮像部および前記第２の撮像部への入射光の偏光方向を回転させる波長板と、
   前記第１の偏光方向決定部により決定された前記第１の偏光方向に前記第１の撮像部の偏光方向を一致させるように前記波長板を回転させる波長板制御部とをさらに具備する
   被検体検出装置。