JP4586072B2 - 射撃訓練用模擬対抗装置 - Google Patents

Description

本発明は、カメラから得られる映像データから目標を自動追尾し、目標に射撃を模擬したレーザ光を照射することにより模擬的な対抗射撃訓練を行うことを可能とした射撃訓練用模擬対抗装置に関するものである。

従来、射撃訓練を行う場合は人間の形等を模擬した標的装置を使用するのが一般的であったが、標的部分の隠顕動作を行うために大掛かりな駆動制御機構が必要であり経済性(装置調達性)の面で問題があったとともに、標的装置の構造上訓練者が比較的容易に標的を発見できることから、実戦的な訓練を行うにあたって支障があった。

従来の標的装置では、レーザの打ち返し機構は標的部分に一体化するのが基本であるが照準機能は具備されていないために、遠隔制御により正確に訓練者に対してレーザ光を照射することは困難であった。このため、解決策として射撃(実弾)の特性とは異なる幅の広いレーザビームを照射する必要があり、実戦的訓練の模擬実現に問題があった。

従来の標的装置では、構造上大掛かりな装置となるため、標的装置の設置場所が限定されることと、消費電力の増加によるバッテリーの大型化、展開・撤収の困難さ、経済性(装置調達性)の悪化等をもたらすこととなっていた。

また、一般的な対抗射撃訓練装置では、訓練者が訓練練度を向上させるためには、対抗訓練者を準備する必要があり、運用面でも支障があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、カメラ映像を基に画像処理して目標を自動追尾し、目標に射撃を模擬したレーザ光を照射することにより模擬的な対抗射撃訓練を行うことを可能とすると共に、努めて小型・軽量化・低消費電力化を図ることで、設置の容易性、操用性の向上他、調達時の経済性効果を期待できる射撃訓練用模擬対抗装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の射撃訓練用模擬対抗装置は、撮像した映像データを出力するカメラと、レーザ光を照射するプロジェクタと、前記カメラ及び前記プロジェクタを姿勢制御する駆動モータと、レーザ光を受光してレーザ受信信号を出力する受光器と、射撃と被弾を模擬表示する発光器と、発射模擬音を出力するスピーカと、前記カメラから入力された映像データを基に目標を自動追尾するための画像処理をした駆動信号を前記駆動モータに出力し、且つ前記受光器から入力されたレーザ受信信号による被弾データ及び映像データを無線機を介してパソコンよりなる統制部に送信し、更に、前記統制部から無線機を介して入力された射撃の開始指示と目標の照準位置の制御データを基にレーザコードを発生して前記プロジェクタに出力する制御回路と、前記制御回路に実装され、前記カメラから入力された映像データである画像データが２値化され、２値化された画像データから背景を除去して目標を抽出し、抽出した目標の面積・重心から目標を判定し、目標指示角（方位／高低）を算出し、算出した目標指示角（方位／高低）になるように駆動モータを駆動するアルゴリズム実行回路とを具備することを特徴とするものである。

本発明の射撃訓練用模擬対抗装置は、カメラ映像を基に画像処理して目標を自動追尾し、目標に射撃を模擬したレーザ光を照射することにより、対抗訓練者を準備することなく簡単且つ軽易に模擬的な対抗訓練を実施することが可能となり、訓練効果の短縮化を図ることが可能となるだけでなく、訓練準備の容易性、製品調達時の経済性の効果等を期待することができる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る模擬対抗装置を用いた射撃訓練システムを示す説明図である。図１において、１１は射撃訓練用模擬対抗装置であるレーザ送受信部、１２は統制部であるパソコン、１３は統制部の構成である無線機(通常は無線ＬＡＮ機器)、１４は統制部の構成であるジョイスティック(またはマウス)、１５はディテクタが装着された訓練者である移動目標、１６はプロジェクタが装着された実銃または模擬銃、１７はレーザ光、１８はレーザ光、１９は射撃の開始指示と目標の照準位置の制御データ、２０は映像データ及び被弾データ等、２１は被弾データ等である。

図１に示すように、移動目標（訓練者）１５が所持した実銃または模擬銃１６に搭載されたプロジェクタからレーザ光１７を照射することができる。また、レーザ送受信部１１に搭載されたプロジェクタからレーザ光１８を照射することができる。レーザ送受信部１１に搭載されたカメラで撮像された映像データ２０は、常時無線系を通じて統制部無線機１３によりパソコン１２に表示される。

操作員は、パソコン１２に表示された映像を見てジョイスティック１４の操作により、パソコン１２から無線機１３を介して無線系でレーザ送受信部１１に射撃の開始指示と目標の照準位置の制御データを送信し、レーザ送受信部１１のプロジェクタから射撃を行うことができる。複数のレーザ送受信部１１からの複数の映像データに基づく複数の画面のうちの１画面については、マニュアル操作により目標の照準と射撃の制御を行うことができる。

図５は本発明の実施形態に係る統制部であるパソコン上の表示・操作画面例を示す説明図である。

また、移動目標（訓練者）１５から照射されたレーザ光１７がレーザ送受信部１１に命中した場合は、レーザ送受信部１１からの被弾データ２０が無線機１３を介して無線系でパソコン１２に送信され、パソコン１２上の画面に結果が表示される。

一方、レーザ送受信部１１のプロジェクタからのレーザ光１８が移動目標（訓練者）１５に搭載されたディテクタの受光器に命中した場合は、移動目標（訓練者）１５に搭載されたディテクタからの被弾データ２１が無線機１３を介して無線系でパソコン１２に送信され、パソコン１２上の画面に結果が表示される。

図２（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態に係るレーザ送受信部を示す構成説明図及び斜視図である。図２（ａ），（ｂ）において、３０は無線機、３１は制御回路、３２は駆動モータ、３３はプロジェクタ、３４はカメラ、３５は射撃・損耗現示ＬＥＤ（発光器）、３６はスピーカ、３７は受光器、３８はバッテリー、３９はＡＣ／ＤＣ変換器、４０は映像データ、４１はレーザコード、４２は駆動信号、４３は表示信号、４４は発射模擬音声信号、４５はレーザ受信信号、４６は制御データ、４７は映像データまたは被弾データである。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、カメラ３４で撮像した映像データ４０は常時制御回路３１に出力される。制御回路３１にはカメラ３４から入力された映像データ４０を基に目標を自動追尾するための画像処理用のアルゴリズム実行回路が実装されている。制御回路３１はリアルタイムにカメラ３４から入力された映像データ４０を基に目標を自動追尾するための画像処理した駆動信号４２を駆動モータ３２に出力する。駆動モータ３２は駆動信号４２が入力され、駆動部分と一体化したプロジェクタ３３及びカメラ３４を目標方向に旋回して姿勢制御する。

制御回路３１はカメラ３４で撮像した映像データ４７を無線機３０から無線系で統制部であるパソコン１２に送信する。無線機３０は無線系でパソコン１２から射撃の開始指示と目標の照準位置の制御データ４６を受信して制御回路３１に出力する。制御回路３１は無線機３０から入力された射撃の開始指示と目標の照準位置の制御データ４６を基にレーザコード４１を生成してプロジェクタ３３に出力する。プロジェクタ３３はレーザコード４１に基づいて実弾を模擬したレーザ光を照射する。

制御回路３１は、プロジェクタ３３からのレーザ光の照射と同時に表示信号４３を射撃・損耗現示ＬＥＤ（発光器）３５に出力すると共に発射模擬音声信号４４をスピーカ３６に出力する。射撃・損耗現示ＬＥＤ（発光器）３５は射撃動作を現示するために発光(点滅動作)して模擬表示すると共にスピーカ３６は射撃音を模擬した発射模擬音を出力する。

一方、移動目標（訓練者）１５から照射されたレーザ光１７がレーザ送受信部１１の受光部３７に命中した場合は、受光部３７からレーザ受信信号４５が制御回路３１に出力される。制御回路３１は内部の受信回路において受光部３７から入力されたレーザ受信信号４５のうち一定の閾値を超えた信号を抽出し命中の判定を行って即座に被弾データ４７を無線機３０を介して無線系で統制部であるパソコン１２に送信する。

制御回路３１は被弾と同時に表示信号４３を射撃・損耗現示ＬＥＤ（発光器）３５に出力し、被弾現示のために点灯(常時点灯)して模擬表示する。

レーザ送受信部１１の内部で使用する電源は、バッテリー３８または商用電源をＡＣ／ＤＣ変換器３９で変換した電源から供給される。

図６は本発明の実施形態に係る目標を自動追尾するための画像処理用のアルゴリズムを示すフローチャートである。図６に示すように、ステップＳ１で制御回路３１のアルゴリズム実行回路に画像データ（映像データ）が入力される。ステップＳ２で画像データが２値化される。ステップＳ３で２値化された画像データから背景を除去し、ステップＳ４で目標を抽出する。この場合、ステップＳ５の前フレームデータを用いて背景を除去する。ステップＳ６で抽出した目標の面積・重心を算出する。ステップＳ７で算出した目標の面積・重心から目標を判定し、ステップＳ８で目標を検出しない場合にはステップ１に戻る。ステップＳ８で目標を検出した場合には、ステップＳ９で目標指示角（方位／高低）を算出し、ステップＳ１０で算出した目標指示角（方位／高低）になるように駆動モータを駆動する。ステップＳ１１で駆動した駆動モータの現在の指向角（方位／高低）を検出し、ステップＳ１２で駆動モータの現在指向角（方位／高低）が目標指示角（方位／高低）になっていない場合はステップＳ１０に戻り、駆動モータの現在指向角（方位／高低）が目標指示角（方位／高低）になっている場合はステップＳ１に戻る。

図３（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態に係るプロジェクタを示す構成説明図及び斜視図である。図３（ａ），（ｂ）において、５１はプロジェクタ、５２はレーザ駆動回路、５３は引金センサ、５４はレーザダイオード、５５は光学系、５６はバッテリーである。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、プロジェクタ５１は移動目標（訓練者）１５が所持した実銃または模擬銃１６に装着され、プロジェクタ５１の引金センサ５３を操作することによりレーザ光１７を照射することができる。

プロジェクタ５１のレーザ駆動回路５２において、内部スイッチまたは外部からの通信(光または電波)に基づく初期設定信号により、個別番号（ＩＤ）の初期設定を行う。ＩＤデータは、レーザ駆動回路５２で生成されるレーザコードに付与される。

引金センサ５３により引金を引いたことを検出すると、検出信号がレーザ駆動回路５２に出力される。

レーザ駆動回路５２において生成されたレーザコードはレーザ駆動信号としてレーザダイオード５４に出力される。レーザ駆動信号が入力されてレーザダイオード５４より出力されるレーザ出力光は光学系５５の光学レンズにより集光され外部に放射される。プロジェクタ５１の内部回路に必要な電源はバッテリー５６より供給される。

図４（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態に係るディテクタを示す構成説明図、前面図及び後面図である。図４（ａ），（ｂ）において、６１は受光器、６２はレーザ受光回路、６３は制御回路、６４は無線機、６５はブザー、６６は発光器、６７はバッテリー、６８は初期設定データである。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、受光器６１は移動目標（訓練者）１５の胴体に着用された訓練用衣服の前面及び後面にそれぞれ複数個取付けられると共に、頭部のヘルメットの前部及び後部にそれぞれ取付けられる。移動目標（訓練者）１５の胴体に着用された訓練用衣服にはレーザ受光回路６２、制御回路６３、無線機６４、ブザー６５、発光器６６、バッテリー６７が装着される。

受光器６１はレーザ送受信部１１より照射されたレーザ光を受信する。受光器６１は受信されたレーザ光に基づいてレーザ受光信号をレーザ受光回路６２に出力する。レーザ受光回路６２は入力されるレーザ受光信号に対して一定の閾値を超えた信号を抽出し命中の判定を行う。命中の結果は制御回路６３に出力される。

制御回路６３において命中結果の被弾データ２１を即座に無線機６４を介して無線系で統制部であるパソコン１２に送信すると共に、命中現示のためブザー６５に対してブザー鳴動信号を出力して鳴動し、同時に、発光(点灯)信号を発光器６６に出力して発光する。ディテクタの内部回路に必要な電源はバッテリー６７により供給される。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の実施形態に係る模擬対抗装置を用いた射撃訓練システムを示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の実施形態に係るレーザ送受信部を示す構成説明図及び斜視図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の実施形態に係るプロジェクタを示す構成説明図及び斜視図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の実施形態に係るディテクタを示す構成説明図、前面図及び後面図である。 本発明の実施形態に係る統制部であるパソコン上の表示・操作画面例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る目標を自動追尾するための画像処理用のアルゴリズムを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…射撃訓練用模擬対抗装置であるレーザ送受信部、１２…統制部であるパソコン、１３…統制部の構成である無線機(通常は無線ＬＡＮ機器)、１４…統制部の構成であるジョイスティック(またはマウス)、１５…ディテクタが装着された訓練者である移動目標、１６…プロジェクタが装着された実銃または模擬銃、１７…レーザ光、１８…レーザ光、３０…無線機、３１…制御回路、３２…駆動モータ、３３…プロジェクタ、３４…カメラ、３５…射撃・損耗現示ＬＥＤ（発光器）、３６…スピーカ、３７…受光器、３８…バッテリー、３９…ＡＣ／ＤＣ変換器、５１…プロジェクタ、５２…レーザ駆動回路、５３…引金センサ、５４…レーザダイオード、５５…光学系、５６…バッテリー、６１…受光器、６２…レーザ受光回路、６３…制御回路、６４…無線機、６５…ブザー、６６…発光器、６７…バッテリー。

Claims (1)

1. 撮像した映像データを出力するカメラと、
   レーザ光を照射するプロジェクタと、
   前記カメラ及び前記プロジェクタを姿勢制御する駆動モータと、
   レーザ光を受光してレーザ受信信号を出力する受光器と、
   射撃と被弾を模擬表示する発光器と、
   発射模擬音を出力するスピーカと、
   前記カメラから入力された映像データを基に目標を自動追尾するための画像処理をした駆動信号を前記駆動モータに出力し、且つ前記受光器から入力されたレーザ受信信号による被弾データ及び映像データを無線機を介してパソコンよりなる統制部に送信し、更に、前記統制部から無線機を介して入力された射撃の開始指示と目標の照準位置の制御データを基にレーザコードを発生して前記プロジェクタに出力する制御回路と、
   前記制御回路に実装され、前記カメラから入力された映像データである画像データが２値化され、２値化された画像データから背景を除去して目標を抽出し、抽出した目標の面積・重心から目標を判定し、目標指示角（方位／高低）を算出し、算出した目標指示角（方位／高低）になるように駆動モータを駆動するアルゴリズム実行回路と
   を具備することを特徴とする射撃訓練用模擬対抗装置。

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