JP5072195B2 - 監視装置 - Google Patents

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、特開２００２−１６２４６６号公報参照）。
このようなレーザレーダを用いた監視装置は、例えば、図９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内のレーザレッドからパルスレーザ光を船舶の周辺に出射し、このレーザ光が対象物Ａに到達して反射された反射光をレーザレーダ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が表示部５３に表示される。
従来においては、上記レーザレーダ５１に内蔵されるレーザ発振器として、例えば、半導体レーザが用いられており、レーザレーダの小型化が図られている。
特開２００２−１６２４６６号公報（第２−４頁、第１図）

しかしながら、上述した半導体レーザは、フラッシュランプ励起による固体レーザなどに比べて出力が低いため、受光部などにて撮像されるレーザ光の光強度が低くなる。これにより、モニタに表示される画像は、輝度が低くなってしまい、対象物の輪郭などを鮮明に映し出すことができないという問題があった。
これに対し、高い出力を得るために、上記半導体レーザに代わってフラッシュランプ励起による固体レーザなどを用いることも考えられるが、このような固体レーザは、上記半導体レーザよりも大型であるため、レーザレーダが大型化するという問題があった。

本発明は、上記問題を解決する為になされたもので、小型の装置により、鮮明な監視画面を得ることのできる監視装置を提供することを目的とする。

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、パルス状の光を出射する送光手段と、前記送光手段から出射された前記光が物体に到達し、前記物体により反射された反射光が到達するタイミングに合わせてシャッタを開き、取り込んだ前記反射光を画像信号に変換して出力する撮像手段と、前記撮像手段から出力される前記画像信号を所定期間に渡って蓄積し、蓄積した複数の前記画像信号を重畳した重畳信号を出力する画像処理手段と、前記画像処理手段から出力された前記重畳信号を表示する表示手段と、前記撮像手段の使用画素数を監視内容に応じて切り替える画素切替手段とを具備する監視装置であって、前記送光手段は、レーザレーダと、前記レーザレーダを制御するレーザレーダ制御部と、前記レーザレーダ制御部内に設けられた光源と、前記レーザレーダ内に設けられた送光レンズと、前記光源から出射された光を前記送光レンズへ導く光伝送路とを備え、前記撮像手段は前記レーザレーダ内に設けられ、前記レーザレーダを軸周りに回転させる旋回台と、前記光伝送路を巻き取って収納する巻取り手段とを備え、前記巻取り手段は、前記旋回台による旋回量に応じて前記光伝送路の巻取り及び送り出しを行う監視装置を提供する。

上記構成によれば、撮像手段は、送光手段から出射されたパルス状の光が物体に到達し、その反射光が戻ってくるタイミングに合わせて、シャッタを開くので、所望の反射光のみを取り込むことができる。そして、取り込まれた反射光は、電気信号である画像信号に変換されて出力される。この画像信号は、画像処理手段により、所定期間に渡って蓄積され、更に、重畳されて出力値の高い重畳信号として表示手段に出力され、表示手段に表示される。
このように、所定期間に蓄積された画像信号を重畳した重畳信号を表示手段に表示させるので、小型で出力レベルの低い光源を送光手段に用いた場合であっても、鮮明な監視画像を表示手段に表示させることが可能となる。
上記画像処理手段は、例えば、前記撮像手段の１フレームの期間に渡って、前記画像信号を蓄積する。
また、上記構成によれば、監視状態に応じて撮像手段の使用画素数が切り替えられるので、監視の内容に応じた最適な画像を得ることが可能となる。
また、上記構成によれば、レーザレーダ制御部に配置された光源から出力された光は、光伝送路を介してレーザレーダ内に配置された送光レンズへ導かれ、この送光レンズを介して外部へ出射される。このように、光源をレーザレーダ制御部に配置することにより、レーザレーダのサイズを小型化することが可能となる。これにより、光源の大きさにかかわらずに、常に、レーザレーダのサイズを小さく保つことができる。この結果、光源として、大出力、且つ、大型の固体レーザを使用することが可能となる。
また、上記構成によれば、レーザレーダは、旋回台により軸周りに回転可能な構成となっている。この場合において、レーザレーダの旋回量に応じて光伝送路の巻取り及び送り出し量が巻取り手段により調整されるため、必要な長さの光伝送路のみが巻き取り手段により送りだされることとなるので、引っ張りや、圧縮、ねじれなどの外力から光伝送路を保護することが可能となる。
上記光伝送路は、例えば、光ファイバである。また、巻取り手段は、旋回台の中に設けられていても良い。

上記記載の監視装置において、前記光伝送路を伝送する光の漏れを検知する検知手段を備えると良い。

このように、光伝送路を伝送する光の漏れを検知する検知手段を備えることにより、光伝送路の異常の有無、又は光源の異常の有無を判断することが可能となり、送光部から出力される光強度の低下を防止することが可能となる。

本発明の監視装置によれば、小型の装置により、鮮明な監視画面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（撮像手段）１２を備えて構成されている。
上記送光部１１は、例えば、パルス状のレーザ光を発するレーザ発振器１１１と、レーザ発振器１１１から発せられたレーザ光を目標物へ照射させる送光レンズ１１２、及び送光レンズ１１２の角度を調整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、パルス状のレーザ光を出射する。また、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の位置を調整する。これにより、送光レンズ１１２に入射されるレーザ光の角度を調整し、所望の範囲に、レーザ光を出射させることが可能となる。

受光部１２は、例えば、ズームレンズ１２１、高速ゲート装置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、目標物により反射された反射光を集光して、高速ゲート装置１２２に導く。高速ゲート装置１２２は、後述するレーザレーダ制御部２内に設けられた高速ゲート装置制御部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に取り込むシャッタとして機能する。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（画像処理手段）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、及びレーザレーダ１の回転角などを調整する旋回台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、同期回路２２、制御信号変換装置２３、高速ゲート装置制御部２４、画像処理装置２５、及びレーザ電源２６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。
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、図２を用いて説明する。
まず、監視時において、制御装置３は、レーザ光を所定のタイミングで出射させるために必要となる同期制御信号、所定のタイミングで出射したレーザ光が所定の物体に到達し、反射された反射光のみを受光部１２が備えるＩＣＣＤカメラヘッド１２３に取り込むためのシャッタ駆動信号などを生成し、これらをレーザレーダ制御部２に出力する。

制御装置３から出力された上記同期制御信号及びシャッタ駆動信号は、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、同期回路２２、高速ゲート装置制御部２４へそれぞれ供給される。
同期回路２２は、入力された同期制御信号に基づいて、レーザ光の送光と受光の同期を取るための同期信号を生成し、この同期信号をレーザ電源２６及び高速ゲート装置制御部２４に出力する。
レーザ電源２６は、同期回路２２から供給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内のレーザ発振器１１１の動作信号を生成し、この動作信号に基づいてレーザ発振器１１１を駆動する。これにより、所定のタイミングでレーザ発信器１１１からパルスレーザ光が発せられることとなる。
一方、高速ゲート装置制御部２４は、制御装置３から入力されたシャッタ駆動信号及び同期回路２２から入力された同期信号に基づいて、レーザレーダ１が備える受光部１２の高速ゲート装置１２２を駆動する。

これにより、まず、レーザ電源２６によりレーザ発振器１１１が駆動されることにより、所定のタイミングでパルス状のレーザ光がレーザ発振器１１１から出射される。このレーザ光は、送光レンズ１１２により所定の範囲を有する照射領域に拡張されて、外部へ出射され、更に、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が受光部１２１に導かれることとなる。この場合において、上述の高速ゲート装置制御部２４が上記シャッタ駆動信号に基づいて高速ゲート装置１２２を駆動することにより、物体によって反射されてきたレーザ光のみをＩＣＣＤカメラヘッド１２３に取り込むことが可能となる。

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、予め設定されている所定期間、例えば、図２に示されるように、ＩＣＣＤカメラの１フレームの期間において、ＩＣＣＤカメラヘッド１２３から出力される画像信号を蓄積する。そして、蓄積した画像信号を重畳することにより電圧値の高い重畳信号を生成し、この重畳信号を出力する。画像処理装置２５からの重畳信号は、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、入力された重畳信号を表示装置４に出力する。これにより、浮遊物Ｐの輪郭などが可視情報として、表示装置４の表示モニタに鮮明に（輝度が高く）表示されることとなる。この結果、表示モニタに表示された画像を乗組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、レーザレーダ１が備える受光部１２のＩＣＣＤカメラヘッド１２３から出力された画像信号は、画像処理装置２５により、ＩＣＣＤカメラの１フレームの期間にわたって蓄積され、そして、蓄積されたこれら複数の画像信号は、重畳されて制御装置３を介して表示装置４に出力される。
これにより、表示装置４へ出力される信号の出力レベルは、高いものとなるので、送光部１１が備えるレーザ発振器１１１として、半導体レーザなどの低出力のものを用いたとしても、鮮明な画像を表示させることが可能となる。

〔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、上述した第１の実施形態に係る監視装置と略構成を同一にするが、上記レーザレーダ１の送光部１１の構成が異なる。以下、具体的に説明する。
まず、本実施形態に係る監視装置のレーザレーダ１の送光部１１−１は、図３に示すように、複数の波長を含む光を出力するフラッシュライト１３１と、フラッシュライト１３１から出力された光のうち、所定の波長域の光のみを通過させるフィルタ１３２と、このフィルタ１３２を通過した光を外部へ照射させる送光レンズ１１２を備えている。
ここで、図４に、上記フラッシュライト１３１の出力−時間特性の一例を示す。この図からわかるように、フラッシュライト１３１は、数μｓオーダーのパルス状の光を出力することができるものである。

このような構成によれば、フラッシュライト１３１から出力された複数の波長を含むパルス状の光は、フィルタ１３２に入力されることにより、所定の波長域以外の光が除去され、所定の波長域の光のみがフィルタ１３２を通過して出力される。フィルタ１３２を通過した所定の波長域の光は、送光レンズ１１２を介して外部へ向けて照射され、物体によって反射された反射光が上述と同様に受光部１２により取り込まれ、上述した第１の実施形態と同様の処理が行われることとなる。

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、パルス状の光を出射する光源としてフラッシュライトを用いることにより、低コストでレーザレーダを構築することが可能となる。また、このような低出力の光源を用いたとしても、上述した第１の実施形態に係る監視装置と同様の画像処理が行われることにより、鮮明な画像を得ることが可能となる。
上記フラッシュライトとしては、放電灯、例えば、キセノンフラッシュランプなどが一例として挙げられる。また、上記光源としては、フラッシュライトに限られず、図４に示したようなパルス状の出力特性を有し、複数の波長を含む光を出射させる光源であれば、適用可能である。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３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、上述した第２の実施形態に係る監視装置で用いたフラッシュライト１３１を複数用いることにより、レーザレーダ１内の送光部１１−２を構成する。図５は、本実施形態に係る送光部１１−２の構成を示す図である。この図において、上述した第１又は第２の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付している。

図５に示すように、本実施形態に係る送光部１１−２は、複数のフラッシュライト１３１と、各フラッシュライト１３１に対応してそれぞれ設けられ、フラッシュライト１３１から出力されたそれぞれの光が伝送するライトガイド１３３と、ライトガイド１３３の出力側に設けられたフィルタ１３２と、フィルタ１３２を通過した所定の波長域の光が入射される送光レンズ１１２とを備えている。ここで、複数のライトガイド１３３の出力側は、円形状に配置されて束ねられている。

このような構成に係る送光部１１−２においては、各フラッシュライト１３１から出力された複数の波長を含む光は、それぞれに対応して設けられたライトガイド１３３内を伝送し、出力される。ライトガイド１３３から出力された複数の波長を含む光は、フィルタ１３２により所定の波長域以外の光が除去され、所定の波長域の光のみが送光レンズ１２２に導かれ、外部へ出力される。ここで、ライトガイド１３３の出力側は、円形状に配置されて束ねられているため、ライトガイド１３３から出力される光を円形状にすることが可能となり、円形状の照射領域１４０を形成することが可能となる。

以上説明してきたように、本実施形態の監視装置によれば、複数のフラッシュライト１３１を用いて送光部１１−２を構成するので、送光部１１−２から出力する光強度を高くすることが可能となる。これにより、より鮮明な画像を得ることが可能となる。
なお、本実施形態において、複数のフラッシュライト１３１を設けることにより、従来用いられていた固体レーザと同等の出力レベルが得られるようであれば、上述した第１又は第２の実施形態のように、画像処理装置２５において、複数の画像信号を重畳させる処理を省略し、従来どおりに、ＩＣＣＤカメラヘッド１２３から出力される画像信号を随時、表示装置４へ出力するようにしても良い。これにより、画像処理装置２５の処理負担を軽減させることが可能となる。

〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態に係る監視装置について説明する。
図６は、本実施形態に係る監視装置の構成を示すブロック図、図７は、図６に示した構成のうち、要部のみを抽出して示した図である。
図６に示すように、本実施形態に係る監視装置は、上述した第１の実施形態に係る監視装置において、レーザレーダ１内に配置されていたレーザ発振器１１１をレーザレーダ制御部２内に配置することにより、レーザレーダ１の更なる小型化を図るものである。
ここで、図７に示すように、レーザレーダ制御部２内に配置されたレーザ発振器１１１から出射されたパルス状のレーザ光は、光伝送路、例えば、光ファイバ１００によりレーザレーダ１内に配置された送光レンズ１１２へ導かれる。

更に、本実施形態では、図７に示すように、光ファイバ１００を巻き取り、レーザレーダの旋回量に応じて光伝送路の巻取り及び送り出し量を調節する巻取り器（巻取り手段）５１を旋回台５内に設けている。これにより、光ファイバ１００を破損させる原因となる引っ張り、圧縮、ねじれなどの外力から光ファイバ１００を保護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、レーザレーダ制御部２に配置されたレーザ発振器１１１から出力された光は、光ファイバ１００を介してレーザレーダ１内に配置された送光レンズ１１２へ導かれ、この送光レンズ１１２を介して外部へ出射される。このように、レーザ発振器１１１をレーザレーダ制御部２に配置することにより、レーザレーダ１のサイズを小型化することが可能となる。これにより、レーザレーダ発振器１１１の大きさにかかわらず、常に、レーザレーダ１のサイズを小さく保つことができる。

なお、本実施形態に係る監視装置においては、レーザレーダ発振器１１１として、フラッシュランプ励起による固体レーザ等のように、大出力、且つ、大型のレーザ装置を使用しても、レーザレーダ１のサイズを小さく保つことができる。従って、このような高出力のレーザを用いた場合には、１パルス分の画像信号であっても十分な輝度を有するため、上述した第１の実施形態に係る監視装置のように、画像信号の処理を行うことなく、ＩＣＣＤカメラヘッド１２３から出力された画像信号を重畳させずに表示装置４へ出力することができる。

更に、レーザレーダ１の旋回量に応じて光ファイバ１００の巻取り及び送り出し量を調整する巻取り機５１を備えるため、必要な長さの光ファイバのみを送り出すことが可能となり、引っ張り、圧縮、又は、ねじれなどの外力から光ファイバを保護することが可能となる。

なお、上述した実施形態において、光ファイバ１００の周囲に、光ファイバ１００からの光漏れを検知するセンサを設けても良い。このように、光ファイバ１００からの光漏れを検知するセンサを設けることにより、光ファイバの異常の有無を判断することが可能となり、レーザレーダ１の送光部１１から出力される光強度の低下を防止することができる。なお、上記センサの取り付け位置及び設置数については、特に限定されないが、例えば、レーザ発振器１１１と光ファイバ１００との接続点近く、また、光ファイバ１００と送光レンズ１１２との接続点近くに設けることが一例として挙げられる。

〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５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、上述した第１乃至第４の実施形態に係る監視装置において、受光部１２に、高い有効画素数（例えば、１００万画素）を有するＩＣＣＤカメラヘッド１２３を採用し、監視の内容に応じて、撮像に使用する画素数を切り替える画素数切替機能（画素切替手段）を付加したものである。
例えば、ＩＣＣＤカメラヘッド１２３として、例えば、１００万画素のものを採用した場合、通常の監視時においては、図８の（Ａ）に示すように、その１部の画素、例えば、４０万画素で動画撮像を行う。一方、通常の監視時において検知された物体について、更なる情報を取得するために、高精細な画像取得が必要となる場合には、図８の（Ｂ）又は（Ｃ）に示すように、撮像に使用する画素数を増加させる。このとき、画素数を増加させることにより、情報量が増加するので、フレームレートを低下させることにより、高精細な動画若しくは静止画を無理なく出力することが可能となる。
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、監視の内容に応じて、撮像に使用する画素数を切り替えるので、適切な画質の画像を得ることが可能となるとともに、画像処理装置２５などの処理負担を低減させることが可能となる。

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。

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。 図１に示した画像処理装置において行われる処理内容を示した説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る監視装置の送光部を示したブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る監視装置の送光部に用いたフラッシュライトの出力−時間特性の一例を示した図である。 本発明の第３の実施形態に係る監視装置の送光部を示したブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る監視装置の概略構成を示すブロック図である。 図６に示した構成のうち、要部のみを抽出して示した図である。 本発明の第５の実施形態に係る監視装置について、監視の内容に応じてＩＣＣＤカメラヘッドの使用画素数を切り替える場合の一例について示した図である。 従来の監視装置について示した図である。

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、１１−１、１１−２ 送光部
１２ 受光部
２１ 旋回台駆動部
２２ 同期回路
２３ 制御信号変換装置
２４ 高速ゲート装置制御部
２５ 画像処理装置
２６ レーザ電源
１００ 光ファイバ
１１１ レーザ発振器
１１２ 送光レンズ
１２１ ズームレンズ
１２２ 高速ゲート装置
１２３ ＩＣＣＤカメラヘッド
１３１ フラッシュライト
１３２ フィルタ
１３３ ライトガイド

Claims (2)

1. パルス状の光を出射する送光手段と、
   前記送光手段から出射された前記光が物体に到達し、前記物体により反射された反射光が到達するタイミングに合わせてシャッタを開き、取り込んだ前記反射光を画像信号に変換して出力する撮像手段と、
   前記撮像手段から出力される前記画像信号を所定期間に渡って蓄積し、蓄積した複数の前記画像信号を重畳した重畳信号を出力する画像処理手段と、
   前記画像処理手段から出力された前記重畳信号を表示する表示手段と、
   前記撮像手段の使用画素数を監視内容に応じて切り替える画素切替手段と
   を具備する監視装置であって、
   前記送光手段は、
   レーザレーダと、
   前記レーザレーダを制御するレーザレーダ制御部と、
   前記レーザレーダ制御部内に設けられた光源と、
   前記レーザレーダ内に設けられた送光レンズと、
   前記光源から出射された光を前記送光レンズへ導く光伝送路と
   を備え、
   前記撮像手段は前記レーザレーダ内に設けられ、
   前記レーザレーダを軸周りに回転させる旋回台と、
   前記光伝送路を巻き取って収納する巻取り手段と
   を備え、
   前記巻取り手段は、前記旋回台による旋回量に応じて前記光伝送路の巻取り及び送り出しを行う監視装置。
2. 前記光伝送路を伝送する光の漏れを検知する検知手段を備える請求項１に記載の監視装置。

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