JP5577747B2 - 赤外線目標検出装置 - Google Patents
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Description
図1は、この発明に係る実施の形態1による赤外線目標検出装置の構成を示すブロック図である。図1において、赤外線目標検出装置は、光学系2と、2波長赤外線検知器3と、A/D変換回路4aと、A/D変換回路4bと、二値化回路5aと、二値化回路5bと、比較回路6と、優先目標決定回路7と、追尾演算回路8から構成される。
A/D変換回路4aは、2波長赤外線検知器3から出力された3.5〜4.0μm帯の出力画像信号をディジタル信号に変換する。A/D変換回路4bは、2波長赤外線検知器3から出力された4.5〜4.8μm帯の出力画像信号をディジタル信号に変換する。
二値化回路5aは、3.5〜4.0μm帯のディジタル出力画像信号を二値化する。二値化回路5bは、4.5〜4.8μm帯のディジタル出力画像信号を二値化する。二値化回路5a、5bでは、連続した一塊の高輝度領域を像として分別し番号付けを行うクラスタリング処理や、像と背景との境界線(輪郭)をはっきりとした画像に調整する画像微分処理(エッジ処理)などを行う。
目標決定回路7は、比較回路6の比較結果から所定数(2以上の整数N)以下の目標候補を抽出し、抽出した目標候補について、追尾優先度を決定する。ここで、抽出する目標候補数Nは、追尾演算回路8の計算処理能力によって決まり、航空機に搭載可能な小型演算プロセッサを用いる場合は、例えばNは10個〜50個以下となる。また、抽出した目標候補の像を追尾演算回路8に出力する。
例えば、追尾演算回路8は、追尾サンプリング時刻毎に、各目標候補の現在位置と速度を求め、抽出した各目標候補の像と前回の追尾サンプリング時刻における目標候補の像との比較を行い、像の大きさや像の形状や輝度に基いて同一の目標であるか否かの同定を行う。同一の目標であると同定された場合、求めた各目標候補の現在位置と速度から、次の追尾サンプリング時刻までの間に、各目標候補が移動する移動中心位置(重心位置)と、その移動中心位置を中心とした像の存在範囲を、各目標候補の移動位置情報として推定する。
検出対象目標である飛しょう体のロケットモータは、炭化水素化合物と酸化剤からなる燃料を使用する。この燃料が燃焼すると、排気(ロケットプルーム)として高温、高圧の二酸化炭素が放出される。この排気は、波長4.6μm近傍の特定波長帯(例えば、4.5〜4.8μm帯)に特徴的な強い放射スペクトルを示し、その放射される赤外線は波長選択性を有している。
一方、この検出対象目標の主構造体は、空力加熱によって徐々に温度上昇する。主構造体は排気のように波長選択性を有した赤外線を放射することはなく、その放射される赤外線は波長域全域にわたって灰色体としての放射特性を示す。このため、検出対象目標が自機に接近するにともない、波長に関わりなく受信波長帯全域にわたって、徐々に受信強度が強くなってくる。
検出対象目標のロケットモータは、発射直後は急加速するためのブースタロケットが燃焼し、4.5〜4.8μm帯赤外線の強度が強い放射を示すが、数秒で飛しょう速度維持のためのサステナロケットの燃焼に推移する。
サステナロケットの燃焼では、一定の推力が継続するため4.5〜4.8μm帯赤外線の放射量も一定の状態で維持される。その後、自機への接近に伴い、検出対象目標のロケットモータの燃焼が終了するため、4.5〜4.8μm帯の赤外線放射は漸減していく。
したがって、検出対象目標の発射直後は、4.5〜4.8μm帯の赤外線の方が3.5〜4.0μm帯の赤外線よりも強く受信され、その後、ロケットモータの燃焼が終了すると、3.5〜4.0μm帯の赤外線の方が4.5〜4.8μm帯の赤外線よりも強く受信されることになる。
なお、自機に最も接近している目標は追尾優先度が高く、自機から遠くにある目標は追尾優先度が低い。また、自機から遠ざかっていく目標は追尾不要な目標(目標候補対象外)となる。
ここで、目標候補の2値化信号の像の面積の時間変化率は、移動位置情報を元に、今回の追尾サンプリング時刻で検出された目標候補の2値化信号の像の面積と、前回の追尾サンプリング時刻で検出された目標候補の2値化信号の像の面積との差を求め、面積差を追尾サンプリング時間間隔(今回の追尾サンプリング時刻と前回の追尾サンプリング時刻との時間差)で除算することによって算出する。
なお、この優先度の中位の第1の追尾目標は、検出対象目標となるべく、ロケットモータを有した飛しょう体に相当する。この第1の追尾目標は、まだ自機から遠くにある可能性が高い目標である。
なお、この優先度の中高位の第2の追尾目標は、サステナロケット燃焼中の飛しょう体に相当し、かつ自機に近付きつつある可能性が高い目標である。
また、優先度が高位の第3の追尾目標が複数ある場合は、像Aの面積の時間変化率が最も大きい目標が優先度最優先の追尾目標となり、以下像Aの面積の時間変化率が大きいものから順に、優先度が低くなるように優先順位付けが決定される。
この場合、二値化回路5aの出力する2値化信号の像Aの面積が所定値よりも大きく、かつ二値化回路5aの出力する2値化信号の像Aの面積の時間変化率が所定値よりも大きいことが、第3の追尾目標として決定されるための前提となる。
なお、この優先度が高位の第3の追尾目標は、自機に最も接近している可能性が高い目標である。
また、二値化回路5aの出力する2値化信号の像Aの面積が所定値よりも小さい場合、像Aは遠くに所在する優先度の低い追尾目標として判断される。
さらに、目標候補の数がN個に到達した場合、目標決定回路7は、優先度の低い追尾目標の中から、二値化回路5aの出力する2値化信号の像Aの面積の時間変化率が小さいものから順に、目標候補対象外の像に設定して、当該像に関するその後の追尾を停止することとなる。
図2は、この発明に係る実施の形態2による赤外線目標検出装置の構成を示すブロック図である。図2において、実施の形態2による赤外線目標検出装置は、実施の形態1における2波長赤外線検知器の代わりに、第1の赤外線透過フィルタ21と、第2の赤外線透過フィルタ22と、フィルタ切り替え機構部10と、フィルタ切り替え制御回路9と、赤外線検知器11とを備えたことを特徴とする。また、A/D変換回路12と二値化回路13は、それぞれ1個ずつ設けられている。
目標決定回路7は、比較回路6の比較結果から所定数(2以上の整数N)以下の目標候補を抽出し、抽出した目標候補について、追尾優先度を決定する。ここで、抽出する目標候補数Nは、追尾演算回路8の計算処理能力によって決まり、航空機に搭載可能な小型演算プロセッサを用いる場合は、例えばNは10個〜50個以下となる。また、抽出した目標候補の像を追尾演算回路8に出力する。
追尾演算回路8は、抽出された目標候補の画像位置から、各目標候補の位置を追尾サンプリング時刻毎に連続して同定し、各目標候補の画像追尾を行い、追尾した目標候補の中で、優先度の高い目標の画像と位置及び速度の情報を表示装置(図示せず)に出力し、赤外線目標検出装置の利用者に情報を提示する。
その他の構成及び動作については、実施の形態1と同様である。
図3は、この発明に係る実施の形態3による赤外線目標検出装置の構成を示すブロック図である。図3において、実施の形態3による赤外線目標検出装置は、実施の形態1における2波長赤外線検知器3の代わりに、3.5〜4.0μm帯赤外線及び4.5〜4.8μm帯赤外線を分光するために分光透過プリズム14を設け、3.5〜4.0μm帯赤外線の赤外線検知器15aと、4.5〜4.8μm帯赤外線の赤外線検知器15bの2系統の赤外線検知器を設けたことを特徴とする。
Claims (3)
- 目標が放射する赤外線放射を集光結像する光学系と、
上記光学系により集光結像された赤外線放射を、3.5から4.0μm帯及び4.5から4.8μm帯に分離してそれぞれ検出する2波長赤外線検知器と、
上記2波長赤外線検知器にてそれぞれ検出され出力される2波長の出力画像信号を、それぞれA/D変換するA/D変換回路と、
上記A/D変換回路にてそれぞれA/D変換されたディジタル画像信号を、二値化処理する二値化回路と、
上記二値化回路にて二値化されたそれぞれの二値化信号について各像を検出し、同じ位置でそれぞれ検出された目標候補の2値化信号の像の2波長それぞれにおける像の面積、および像の面積の時間変化率を比較する比較回路と、
上記比較回路の比較結果に基いて、二値化回路の出力する二値化信号の3.5から4.0μm帯の像の面積が4.5から4.8μm帯の像の面積より大きく、かつ二値化回路の出力する二値化信号の3.5から4.0μm帯の像の面積の時間変化率が4.5から4.8μm帯の像の面積の時間変化率よりも大きい場合、像の面積の時間変化率が大きい目標から順に、当該時間変化率が小さくなるに従い優先度が低くなるように優先順位付けを決定して、追尾目標を決定する目標決定回路と、
上記目標決定回路にて決定された目標候補の現在位置から目標の将来位置を推定して、優先度の高い目標から順に目標を追尾する追尾演算回路と、
を備えた赤外線目標検出装置。 - 目標が放射する赤外線放射を集光結像する光学系と、
上記光学系により集光結像された赤外線放射うち、3.5から4.0μm帯のみを透過する第1の赤外線透過フィルタと、
上記光学系により集光結像された赤外線放射うち、4.5から4.8μm帯のみを透過する第2の赤外線透過フィルタと、
上記各フィルタを交互に切り替えるフィルタ切り替え機構部と、
上記第1、第2の赤外線透過フィルタを透過したそれぞれの赤外線放射を検出可能な赤外線検知器と、
上記赤外線検知器から出力される出力画像信号をA/D変換するA/D変換回路と、
上記A/D変換回路によりA/D変換されたディジタル画像信号を二値化処理する二値化回路と、
上記二値化回路にて、各フィルタの切り替えタイミングに同期して、交互に二値化された二値化信号について各像を検出し、同じ位置でそれぞれ検出された目標候補の2値化信号の像の面積、および像の面積の時間変化率を比較する比較回路と、
上記比較回路の比較結果に基いて、二値化回路の出力する二値化信号の3.5から4.0μm帯の像の面積が4.5から4.8μm帯の像の面積より大きく、かつ二値化回路の出力する二値化信号の3.5から4.0μm帯の像の面積の時間変化率が4.5から4.8μm帯の像の面積の時間変化率よりも大きい場合、像の面積の時間変化率が大きい目標から順に、当該時間変化率が小さくなるに従い優先度が低くなるように優先順位付けを決定して、追尾目標を決定する目標決定回路と、
上記目標決定回路にて決定された目標候補の現在位置から目標の将来位置を推定して、優先度の高い目標から順に目標を追尾する追尾演算回路と、
を備えた赤外線目標検出装置。 - 目標が放射する赤外線放射を集光結像する光学系と、
上記光学系により集光結像された赤外線放射のうち、3.5から4.0μm帯及び4.5μmから4.8μm帯に分離する分光透過プリズムと、
上記分光透過プリズムにより各々分けられた赤外線放射を検出可能な第1の赤外線検知器及び第2の赤外線検知器と、
上記第1、第2の赤外線検知器にてそれぞれ検出される画像信号を、それぞれA/D変換するA/D変換回路と、
上記A/D変換回路にてそれぞれA/D変換されたディジタル画像信号を、二値化処理する二値化回路と、
上記二値化回路にて二値化されたそれぞれの二値化信号について各像を検出し、同じ位置でそれぞれ検出された目標候補の2値化信号の像の面積、および像の面積の時間変化率を比較する比較回路と、
上記比較回路の比較結果に基いて、二値化回路の出力する二値化信号の3.5から4.0μm帯の像の面積が4.5から4.8μm帯の像の面積より大きく、かつ二値化回路の出力する二値化信号の3.5から4.0μm帯の像の面積の時間変化率が4.5から4.8μm帯の像の面積の時間変化率よりも大きい場合、像の面積の時間変化率が大きい目標から順に、当該時間変化率が小さくなるに従い優先度が低くなるように優先順位付けを決定して、追尾目標を決定する目標決定回路と、
上記目標決定回路にて決定された目標候補の現在位置から目標の将来位置を推定して、優先度の高い目標から順に目標を追尾する追尾演算回路と、
を備えた赤外線目標検出装置。
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