JP5192881B2

JP5192881B2 - 監視装置

Info

Publication number: JP5192881B2
Application number: JP2008093737A
Authority: JP
Inventors: 利幸山田; 潔俊西村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009244212A

Description

本発明は、例えば、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５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、旋回台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射出し、このパルスレーザ光が周囲に存在する物体（ここでは、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１２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、監視対象Ａが表示部５３に表示される。
このような監視装置では、監視対象が探知された場合には、監視対象までの距離を一定期間毎に計測し、この計測結果に応じてレーザレーダのパラメータを調整することが行われる。
従来、監視対象までの距離の計測は、測距装置をレーザレーダとは別個に設け、この測距装置によって計測された距離情報を用いてレーザレーダにおけるパラメータの調整を行っていた。
特開２００２−１６２４６６号公報（第２−４頁、第１図）

しかしながら、測距装置とレーザレーダとを併設すると、システム全体が大型化するとともにコストも増大し、好ましくない。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、測距装置を併設することなく、監視を続けながら測距を行うことの可能な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、パルス状のレーザ光を所定のパルス周期で射出する送光手段と、シャッタを備え、前記送光手段から射出された前記レーザ光が物体に到達し、前記物体により反射された反射光を、前記シャッタを開閉操作することにより受光し、該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監視画像として表示する表示手段と、前記シャッタの開閉操作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記レーザ光の射出時から監視距離に応じた第１遅延時間で前記シャッタを開閉させる監視制御と、該監視制御の合間に、前記レーザ光の射出時から測定したい距離に応じた第２遅延時間で前記シャッタを開閉させる測距制御とを行い、前記測距制御は、前記監視制御よりも長い周期で行われる監視装置を提供する。

このような構成によれば、監視画像を取得する監視制御中において、測距制御を行うので、監視画像を表示装置に表示させながら、監視対象までの距離を測定することが可能となる。これにより、測距用の装置を別個に設ける必要なく、既存のレーザレーダ装置によって監視と測距とを行うことが可能となる。

上記監視装置において、前記測距制御におけるゲート幅は、前記監視制御におけるゲート幅よりも短く設定されることとしてもよい。
上記監視装置は、前記撮像手段から出力された複数の前記画像信号を重畳させて前記監視画像を作成する画像処理手段を備え、前記制御手段は、１枚の前記監視画像を構成する複数の前記画像信号が取得される期間において、前記測距制御における前記第２遅延時間を一定の値に固定することとしてもよい。
上記監視装置において、前記測距制御は、前記表示手段に表示される監視画像の画質が一定の視認性を満たす頻度で行われることとしてもよい。

例えば、測距制御を行う場合、レジゲートは監視制御における監視画像を取得するためのレンジゲートに比べてかなり短く設定されるとともに、物体によって反射された反射光が戻ってくるタイミングで必ずしもシャッタの開閉が行われるわけではない。このため、測距制御におけるいくつかの取得画像は、真っ暗な画像となる。この測距制御において取得された画像についても監視画像として表示手段に表示されてしまうため、測距制御を頻繁に行ってしまった場合には、監視画像の画質が低下し、監視が十分に行えないおそれがある。このような場合において、監視画像の画質が一定の視認性を満たす範囲で測距制御を行うことにより、きれいな監視画像を提供しながら、対象までの距離情報についても取得することが可能となる。

上記監視装置において、前記測距制御は、一定の周期で行われることとしてもよい。

前記測距制御を一定の周期で行うことにより、監視制御と測距制御とのバランスを適切に保つことが可能となる。これにより、よい画質の監視画像を得ながら、物体の距離情報を取得することが可能となる。

上記監視装置において、前記測距制御は、例えば、１Ｈｚから数十Ｈｚの周期で行われることとしてもよい。

上記監視装置において、前記制御手段は、前記測距制御によって取得した前記物体の距離情報に応じて前記監視制御における前記第１遅延時間を調整することとしてもよい。

このように、測距制御によって取得した物体の距離情報を監視制御に反映させることにより、物体が移動した場合でも、その移動に追従することができ、常に物体の監視画像を取得することが可能となる。
上記監視装置において、前記制御手段は、前記測距制御における前記第２遅延時間を漸増または漸減させることとしてもよい。

本発明によれば、測距装置を併設することなく、監視を続けながら測距を行うことができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る監視装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一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連続的に射出する半導体レーザ１１１と、半導体レーザ１１１から射出さ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。
上記半導体レーザ１１１は、例えば、ＡｌＧａＡｓレーザ等であり、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連続的に射出する。また、半導体レーザ１１１から射出されるレーザ光は、例えば、８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の周波数帯に属するレーザ光とされる。
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、レーザ光を射出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２５へ出力する。本実施形態においては、受光部１２並びに画像処理装置２５により、撮像装置（撮像手段）が構成されている。
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（制御手段）３は、レーザレーダ１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画像等を表示装置（表示手段）４へ出力する。

具体的には、制御装置３は、半導体レーザ１１１からパルス状のレーザ光が所定の周期で連続的に射出されるように、レーザレーダ制御部２を制御する。
また、制御装置３は、上記半導体レーザ１１１から連続的に射出されるパルス状のレーザ光が所望の監視距離に存在する物体に到達し、該物体により反射された反射光が到達するタイミングにあわせて、高速ゲート装置１２２を開くように、レーザレーダ制御部２を制御する監視制御を行うとともに、この監視制御中の一部の期間において、物体の距離情報を取得する測距用制御を行う。

例えば、上記監視制御中において、撮像装置は、３０Ｈｚの周期（撮像周期）で監視画像を生成する。つまり、１秒間に約３０枚の監視画像を生成し、この監視画像を表示装置４に出力する。これにより、表示装置４には、１秒間に３０枚の監視画像が一定周期（約３３ｍｓ）で切り替えて表示されることとなる。なお、上述した撮像周期については、撮像装置がどのような規格に準じた画像信号を生成するかによって決定されるものであり、採用する規格に応じて任意に設定される。本実施形態では、便宜上、３０Ｈｚを採用するものとして、以下説明する。

そして、上述した監視制御中において、制御装置３は、表示装置４に表示される監視画像の画質が一定の視認性を満たす周期で、測距制御のための画像取得を行う。例えば、人間が動画として画像を認識するためには、１５ｆｐｓ（フレーム／秒）以上であることが好ましい（例えば、「動き知覚と動画の認識」，蘆田宏，映像情報メディア学会誌Ｖｏｌ．５８，１１５１頁乃至１１５８頁参照）。従って、制御装置３は、１秒間に１５枚の監視画像が定期的に取得できるという条件を満たす範囲で、残りの期間を測距制御用の期間に割り当てる。具体的には、制御装置３は、１Ｈｚから数十Ｈｚの周期で、測距用の画像取得を行う。
図２は、３０Ｈｚで監視制御を行うとともに、１０Ｈｚで測距制御を行う場合の各制御の切替タイミングを示した図である。

上記撮像周期に対し、半導体レーザ１１１の射出周期及び高速ゲート装置１２２の開閉周期は、上記撮像周期とは異なる周期に基づいて行われる。例えば、パルスレーザの射出及び高速ゲート装置１２２の開閉は、１０ｋＨｚの周期で行われる。このように、１０ｋＨｚでパルスレーザの射出及び高速ゲート装置１２２の開閉が行われる場合には、図３及び図４に示されるように、１枚の監視画像を取得する間（つまり、３３ｍｓ）に、１０ｋＨｚ／３０Ｈｚ≒３３３回のレーザ光の射出及びシャッタの開閉が行われ、３３３枚に相当する画像信号が画像処理装置２５に供給されることとなる。画像処理装置２５は、１撮像周期において取得された３３３枚分の画像信号を重畳させることにより、１枚の監視画像を作成し、これを制御装置３を介して表示装置４に出力する。このように、複数枚の画像を重畳させて１枚の監視画像を生成することにより、ノイズ成分が低く、輝度の高い鮮明な監視画像を得ることが可能となる。画像処理装置２５によって生成された監視画像は、制御装置３を介して表示装置４に供給される。これにより、表示装置４には、３０Ｈｚの周期で監視画像が順次切り替えられて表示されることとなる。

次に、レーザ光射出タイミングと高速ゲート装置１２２の開閉タイミングについて図３及び図４を参照して説明する。
図３は、監視制御中、つまり、監視画像を撮像するモードにおけるレーザ光射出タイミングと高速ゲート装置１２２の開閉タイミングの一例を示す図である。図３において、半導体レーザ１１１からレーザ光が射出されてから受光部１２の高速ゲート装置１２２が開くまでの第１の期間Δｔ１は、監視距離（物体までの距離）に応じて決定され、高速ゲート装置１２２が開いている第２の期間Δｔ２は、監視幅に応じて決定される。

図４は、測距制御中、つまり、測距情報を取得するモードにおけるレーザ光射出タイミングと高速ゲート装置１２２の開閉タイミングの一例を示す図である。図４において、半導体レーザ１１１からレーザ光が射出されてから受光部１２の高速ゲート装置１２２が開くまでの第３の期間Δｔ３は、監視距離（物体までの距離）に応じて決定され、高速ゲート装置１２２が開いている第４の期間Δｔ４は、測距用ゲート幅に設定される。
測距制御においては、例えば、図４に示した第３の期間Δｔ３に対応する距離に物体が存在した場合には、そのときに得られた監視画像は輝度の高い画像となり、一方、物体が存在しない場合には、そのときに得られた監視画像は輝度の低い、真っ暗な画像となる。従って、輝度の高い画像が得られたときの第３の期間Δｔ３に基づいて、物体までの距離を計測することが可能となる。
なお、本実施形態では、第３の期間Δｔ３を微小時間（例えば、１ｋｍに相当する時間）単位で徐々にずらすという制御を１０秒乃至数十秒周期で行うことにより、監視対象の距離を繰り返し検出する。これにより、監視対象が移動した場合でも確実に距離を計測することが可能となる。ただし、上記撮像周期の１周期（例えば、３３ｍｓ）内において、第３の期間Δｔ３は一定の値に固定されるものとする。

次に、本実施形態に係る監視装置の作用について、図１を用いて説明する。
まず、監視時（監視制御期間）において、制御装置３は、パルス状のレーザ光を所定のパルス周期で連続的に射出させるために必要となる同期制御信号、半導体レーザから連続的に射出されたパルス状のレーザ光が監視距離の位置にある物体に到達し、反射された反射光のみを受光部１２が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内の半導体レーザ１１１の動作信号を生成し、この動作信号に基づいて半導体レーザ１１１を駆動する。
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により半導体レーザ１１１が駆動されることにより、レーザ発信器１１１から所定のパルス周期（例えば、１０ｋＨｚ）で連続的にパルス状のレーザ光が射出される。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、外部へ射出され、更に、照射領域内に存在する監視対象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、所定の監視距離の位置に存在する監視対象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に順次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反射光の情報は、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、入力された画像信号を１フレーム期間蓄積し、蓄積した複数枚（本実施形態においては、３３３枚）の画像信号を重畳することにより１枚の監視画像を作成し、この監視画像を出力する。画像処理装置２５により作成された監視画像は、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、入力された監視画像を表示装置４に出力する。これにより、例えば、監視距離（図３における期間Δｔ１に対応する距離）の位置にあった監視対象が可視情報として、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、レーザ光の照射領域に存在した監視対象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。

また、上述した監視画像を取得する監視制御の合間に、制御装置３は所定の周期、例えば、１Ｈｚから数十Ｈｚの周期で測距用制御を行う。この測距用制御では、測定したい距離に応じて受光部１２の高速ゲート装置１２２が開閉されるとともに、そのレンジゲートが測距用ゲート幅に設定される。また、測距制御においては、第３の期間Δｔ３を１秒或いは数十秒周期で少しずつずらすことにより、監視対象が動いた場合でも監視対象までの距離を正確に計測することが可能となる。

また、制御装置３は、測距制御を行うことにより得られた監視対象までの距離を監視制御に反映させる。つまり、監視対象までの距離が変化した場合には、新たに計測された距離に応じて監視制御の時間Δｔ１を変化させる。これにより、監視対象が移動した場合でも、その移動に追従することができ、常に監視対象の監視画像を取得することができる。

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、監視画像を取得する監視制御中において、測距制御を行うので、監視画像を表示装置４に表示させながら、監視対象までの距離を測定することが可能となる。これにより、測距用の装置を別個に設ける必要なく、既存のレーザレーダ１によって監視と測距とを行うことが可能となる。更に、測距制御は、表示装置４に表示される監視画像の画質が一定の視認性を満たす頻度で行われるので、表示装置４に表示されている監視装置の画質を一定に保ちながら、物体までの正確な距離情報を取得することが可能となる。これにより、監視対象が移動する場合でも、その移動を追跡して一定の画質を保った監視画像を表示装置４に表示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。

本発明の一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。３０Ｈｚで監視制御を行うとともに、１０Ｈｚで測距制御を行う場合の各制御の切替タイミングを示した図である。監視制御中における高速ゲート装置の開閉タイミングの一例を示した図である。測距制御中における高速ゲート装置の開閉タイミングの一例を示した図である。従来の監視装置の全体構成を示した図である。

符号の説明

１レーザレーダ
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
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
１１１半導体レーザ
１１２送光レンズ
１２１ズームレンズ
１２２高速ゲート装置
１２３ＩＣＣＤカメラヘッド

Claims

パルス状のレーザ光を所定のパルス周期で射出する送光手段と、
シャッタを備え、前記送光手段から射出された前記レーザ光が物体に到達し、前記物体により反射された反射光を、前記シャッタを開閉操作することにより受光し、該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監視画像として表示する表示手段と、
前記シャッタの開閉操作を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記レーザ光の射出時から監視距離に応じた第１遅延時間で前記シャッタを開閉させる監視制御と、
該監視制御の合間に、前記レーザ光の射出時から測定したい距離に応じた第２遅延時間で前記シャッタを開閉させる測距制御と
を行い、
前記測距制御は、前記監視制御よりも長い周期で行われる監視装置。
前記測距制御におけるゲート幅は、前記監視制御におけるゲート幅よりも短く設定される請求項１に記載の監視装置。
前記撮像手段から出力された複数の前記画像信号を重畳させて前記監視画像を作成する画像処理手段を備え、
前記制御手段は、１枚の前記監視画像を構成する複数の前記画像信号が取得される期間において、前記測距制御における前記第２遅延時間を一定の値に固定する請求項１または請求項２に記載の監視装置。
前記測距制御は、前記表示手段に表示される監視画像の画質が一定の視認性を満たす頻度で行われる請求項１から請求項３のいずれかに記載の監視装置。
前記測距制御は、一定の周期で行われる請求項１から請求項４のいずれかに記載の監視装置。
前記測距制御は、１Ｈｚから数十Ｈｚの周期で行われる請求項１から請求項５のいずれかに記載の監視装置。
前記制御手段は、前記測距制御によって取得した前記物体の距離情報に応じて前記監視制御における前記第１遅延時間を調整する請求項１から請求項６のいずれかに記載の監視装置。
前記制御手段は、前記測距制御における前記第２遅延時間を漸増または漸減させる請求項１から請求項７のいずれかに記載の監視装置。