JP5995483B2 - 誘導制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像を用いて目標の位置を検出する技術に関する。本発明は更に、検出した目標の位置に基づいて誘導される飛しょう体に関する。

赤外線などの光波を用いたカメラによって画像を撮影し、その画像に基づいて目標の位置を検出する技術が用いられている。特許文献１は、その一例である。この文献では、異なった２波長帯域の赤外線を用いることで、目標の温度及び温度分布を正確に求める技術が記載されている。

特許文献２に記載の技術は、２波長の赤外線画像を用いて目標を抽出する技術の他の例を示す。本願の添付図面の図１は、この特許文献２の図３に相当する参考例である。２波長赤外線カメラ装置は、撮影対象域からのＡ波長の赤外線及びＢ波長の赤外線を受光し、図１の左列に示すＡ波長の元画像とＢ波長の元画像を生成する。

Ａ波長の元画像の画素の中から低い輝度値（特に、最低輝度値）をオフセット値として、Ａ波長のオフセット除去後の画像とする。Ａ波長の元画像も画素の中から低い輝度値をオフセット値として、Ｂ波長のオフセット除去後の画像とする。このときの目標と波（クラッタ）の補正画素値が図１の中列に示されている。このオフセット除去により、非反射海面などの背景が除かれる。

画像差分処理部は、Ａ波長の補正画素値とＢ波長の補正画素値の差分を計算して合成値を算出する。図１の右列は、この画像差分を示す。２波長の赤外線の画像差分処理を行うことにより、波（クラッタ）の輝度値を低減させることができる。

特開２００６−１６２３６９号公報 特開２００８−２４１５６３号公報

検出対象となる目標の赤外線輝度の波長分布は、目標の条件によって異なる。図２は、その一例を示す。分布３は、高高度を弾道軌道で飛しょうする目標のＩＲ（赤外線）輝度分布を示す。分布４は、低高度を飛行する航空機のＩＲ輝度分布を示す。分布５は、弾道軌道の目標が低高度まで落下したときのＩＲ輝度分布を示す。

弾道軌道の目標の場合は、高高度では目標温度が低く、低高度になるにつれて空力加熱により目標温度が上昇する。航空機の場合は低高度だが、弾道軌道の目標より速度が遅いため、目標温度が低い。そのため、分布３、分布４の場合は、波長が比較的長い領域にＩＲ輝度のピークがある。分布５の場合は、波長が比較的短い領域にＩＲ輝度のピークがある。そのため分布３、分布４の場合は、第１波長帯１よりも、それより長い第２波長帯２の方がＩＲ輝度が高い。逆に分布５の場合は、第２波長帯２よりも第１波長帯１の方がＩＲ輝度が高い。そのため、仮に分布３、分布４のような目標を設定すると、分布５のような目標を検出することが困難になるという問題がある。

ＩＲ輝度分布が異なる目標であっても正確に検出できる技術が望まれる。

本発明の一側面において、誘導制御装置は、光波シーカと誘導制御部とを備える。光波シーカは、第１の波長帯で撮影された第１波長帯画像と第２の波長帯で撮影された第２波長帯画像とを生成する２波長カメラを備える。誘導制御部は、目標に関する検知情報を外部から取得し、検知情報に基づいて第１波長帯画像と第２波長帯画像の一方を主画像として選定する波長帯選定部と、主画像の中で目標の候補となる候補位置を選出する目標候補選出部とを備える。

目標に適した波長帯を選択できるため、ＩＲ輝度分布が異なる目標であっても正確に検出できる技術が提供される。

図１は、参考技術の説明図である。 図２は、目標の種類によるＩＲ輝度分布の相違を示す。 図３は、誘導飛しょう体を示す。 図４は、誘導制御装置を示す。 図５Ａは、主画像特徴量を示す。 図５Ｂは、副画像特徴量を示す。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図３は、本実施形態における誘導飛しょう体を示す。誘導飛しょう体１０は、管制部１２と通信を行いつつ、目標１１に向かって誘導飛行を行う。誘導飛しょう体１０は、光波シーカ１３と、誘導制御部１４と、推進部１５とを備える。

図４は、誘導制御装置の構成を示す。誘導制御装置は、光波シーカ１３と誘導制御部１４とを備える。光波シーカ１３は、２波長カメラ１６、第１波長帯画像メモリ１９、及び第２波長帯画像メモリ２０を備える。誘導制御部１４は、波長帯選定部２１、目標候補選出部２３、目標候補特徴量演算部２４、及び目標検出処理部２７を備える。

２波長カメラ１６は、通常は赤外線カメラである。２波長カメラ１６は、第１波長帯と第２波長帯との２通りの異なる波長帯で動画を撮影して、第１波長帯画像１７と第２波長帯画像１８とを生成する。第１波長帯画像１７は第１波長帯画像メモリ１９に記憶され、第２波長帯画像１８は第２波長帯画像メモリ２０に記憶される。

誘導飛しょう体１０が発射されるとき、目標１１の位置、速度、高度、軌道などは、レーダなどの機器によって検知されている。波長帯選定部２１は、それらの検知情報を外部（一般的には管制部１２）から取得し、その検知情報に基づいて、主として用いる波長を選定する。

具体的には、管制部１２は、目標の高度及び速度に関する検知情報を目標高度・速度２２として誘導飛しょう体１０に無線送信する。目標高度・速度２２に加えて、目標の軌道の情報と、目標の種類（弾道軌道の目標か、航空機か等）を送信してもよい。波長帯選定部２１は、受信した目標高度・速度２２に基づいて、第１波長帯と第２波長帯とのうち目標を検出するために適切な波長帯を選択する。

波長帯は、例えば次のように選択される。第２波長帯の方が第１波長帯よりも波長が長いものとする。図２を参照して説明したように、弾道軌道を通って低高度まで降りて来た１１の場合は、第１波長帯１の方が第２波長帯２よりもＩＲ輝度が大きい分布５となる。従って、第１波長帯画像１７を主として検出に用いる。一方、弾道軌道を通る高高度の目標１１の場合（分布３）又は低高度の航空機の場合（分布４）は、第２波長帯２の方が第１波長帯１よりもＩＲ輝度が大きい。従って、第２波長帯画像１８を主として検出に用いる。

このような選択方法の具体例を幾つか挙げる。単純な方法では、波長帯選定部２１は、基準となる速度を記憶する。管制部１２から受信した目標の速度が基準速度よりも速ければ、短波長の赤外線にピークがあると判断し、第１波長帯画像１７を主画像に選択する。目標の速度が基準速度よりも遅ければ、長波長の赤外線にピークがあると判断し、第２波長帯画像１８を主画像に選択する。

あるいは波長帯選定部２１は、目標１１の種類ごとに、目標の速度をＸ軸とし、高度をＹ軸とする基準マップを予め記憶する。その基準マップ上に、第１基準領域と第２基準領域とが登録される。まず管制部１２から受信した目標の種類に応じて、使用する基準マップが選択される。更に、目標の速度と高度をプロットした点が基準マップ上の第１基準領域と第２基準領域のいずれに属するかを判定する。その判定結果に基づいて、第１波長帯画像１７と第２波長帯画像１８のいずれかが主画像として選択される。

１１の運動に伴って、主画像として選択すべき波長帯が変化する可能性がある。例えば弾道軌道を描く高高度の目標１１の高度が下がってくると、図２の分布３が分布５に徐々に変化する。そのため、管制部１２は継続的に目標高度・速度２２（軌道情報や目標の種類情報を含んでいてもよい）を誘導飛しょう体１０に送信する。波長帯選定部２１は、その目標高度・速度２２に基づいて、選択する波長帯を動的に変更する。

以上に説明した画像の選択動作は、管制部１２にて行ってもよい。その場合、管制部１２は、第１波長帯画像１７と第２波長帯画像１８とのどちらを主画像として選択するかを指令する選択指令信号を誘導飛しょう体１０に送信する。波長帯選定部２１は、目標高度・速度２２に替えて選択指令信号を受信し、その選択指令信号に基づいて波長帯の選択を行う。

目標候補選出部２３は、選択された主画像に対して、エッジ処理や２値化処理などの、目標を検出するための画像処理を行う。目標候補選出部２３は更に、その画像の中で輝度が所定の基準よりも大きい領域を、目標候補として選出する。各目標候補は、主画像の中の閉曲線で囲まれた画素領域で示される。

目標候補特徴量演算部２４は、各目標候補の特徴量を演算する。具体的には、例えば以下のように特徴量が演算される。目標候補選出部２３で選出した各目標候補について、第１波長帯画像１７と第２波長帯画像１８とのそれぞれの対応する画素領域の輝度値が、主画像目標候補２５と、副画像目標候補２６として読み出される（仮に第１波長帯画像１７が主画像であるとする）。主画像目標候補２５と、副画像目標候補２６の各々について、特徴量が計算される。特徴量としては、例えば各目標候補内の輝度値の平均値や、各目標候補内の輝度値のピーク値を用いることができる。その結果、各目標候補について、主画像特徴量と、副画像特徴量が計算される。

目標検出処理部２７は、各目標候補の主画像特徴量と副画像特徴量を用いて、目標候補の中から、目標として判定する対象を選択する。その選択は、例えば次のように実行できる。図５Ａは、２つの目標候補の主画像特徴量を示す。図５Ｂは、その２つの目標候補の副画像特徴量を示す。図５Ａの場合は、目標を検出するために適した波長で撮影した画像に基づいているため、目標の特徴量がクラッタ等の特徴量よりも大きい。図５Ｂの場合は、目標を検出するために適さない方の画像に基づいているため、目標の特徴量が比較的小さい。

目標検出処理部２７は、例えば各目標候補について、主画像特徴量の副画像特徴量に対する比を求めて、検出用特徴量とする。図５Ａ、図５Ｂに示した例では、このような比を取る（主画像特徴量を副画像特徴量で割る）ことにより、目標の特徴量をクラッタ等の特徴量に比べて強調することができる。このような検出用特徴量の値が最も目標に近い目標候補が、推定目標として選出される。目標検出処理部２７は、選出された推定目標の画像上の位置に基づいて目標方位を推定する。

誘導制御部１４は、目標検出処理部２７が推定した目標方位に基づき、推進部１５を制御する。

以上の制御により、目標の状態に応じて適切な波長帯を選択して目標を検出することができる。更に、従来の２波長赤外線検出においては、第１波長画像と第２波長画像の両方について、目標候補の検出が行われる。それに比べて本実施形態では、選択された波長の画像のみに基づいて目標候補の検出が行われる。そのため、演算速度を向上することができる。

１ 第１波長帯
２ 第２波長帯
３〜５ 分布
１０ 誘導飛しょう体
１１ 目標
１２ 管制部
１３ 光波シーカ
１４ 誘導制御部
１５ 推進部
１６ ２波長カメラ
１７ 第１波長帯画像
１８ 第２波長帯画像
１９ 第１波長帯画像メモリ
２０ 第２波長帯画像メモリ
２１ 波長帯選定部
２２ 目標高度・速度
２３ 目標候補選出部
２４ 目標候補特徴量演算部
２５ 主画像目標候補
２６ 副画像目標候補
２７ 目標検出処理部

Claims (3)

1. 第１の波長帯で撮影された第１波長帯画像と第２の波長帯で撮影された第２波長帯画像とを生成する２波長カメラを具備する光波シーカと、
   誘導制御部とを具備し、
   前記誘導制御部は、
   目標に関する検知情報を外部から取得し、前記検知情報に基づいて前記第１波長帯画像と前記第２波長帯画像の一方を主画像として選定する波長帯選定部と、
   前記主画像の中で前記目標の候補となる候補位置を選出する目標候補選出部と
   を具備し、
   前記検知情報は、前記目標の速度又は高度の情報を含む
   誘導制御装置。
2. 請求項１に記載された誘導制御装置であって、
   前記誘導制御部は更に、前記候補位置における前記主画像の特徴量である主画像特徴量と、前記候補位置における前記第１波長帯画像と前記第２波長帯画像のうち前記主画像と異なる方である副画像の特徴量である副画像特徴量とを算出する目標候補特徴量演算部と、
   前記主画像特徴量と前記副画像特徴量とに基づいて、前記候補の中から推定目標を選出し、前記推定目標の画像上の位置から目標方位を推定する目標検出処理部と
   を具備する誘導制御装置。
3. 請求項２に記載された誘導制御装置が推定した前記目標方位に基づいて推進方位が制御される
   誘導飛しょう体。
   

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