JP6319030B2

JP6319030B2 - 目標検出装置

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Publication number: JP6319030B2
Application number: JP2014206980A
Authority: JP
Inventors: 力古川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2018-05-09
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Description

本発明は、艦船または航空機に搭載され、３６０度の全方位において、移動目標とクラッタをドップラ周波数により周波数軸上で分離するパルスドップラ方式のレーダ装置、及び、赤外線画像を撮像し、撮像した赤外線画像を基にステルス機等の低Ｓ／Ｎ比の目標を検出する目標検出装置に関するものである。

レーダ装置におけるステルス機対処の重要課題として、ステルス目標の探知距離の延伸がある。これは、遠距離で早期に敵の方向を検知し、有利な情勢に持ち込む必要があるからである。
従来のレーダ装置は、パルスドップラレーダ等に代表されるアクティブセンサで構成され、レーダから所定の周波数で放射したエコーの受信電力を用いて、目標とクラッタの速度差によって生じるドップラ周波数を検出することにより目標検出する方式を採っている。本方式によって、ステルス機のような低Ｓ／Ｎ比の目標の探知距離を延伸して目標検出性能向上したい場合、通常、アンテナの送信電力を増大して、目標からのエコーの受信電力を大きくして探知距離の延伸化を図ることができる。
ところが、アンテナの送信電力を増大すると、目標がセンサ搭載機から至近距離かつ、海上等のクラッタ背景下にあるような場合、クラッタからの受信電力の影響によって、アンテナ受信後の受信機にて受信データが飽和することがあり、その際、信号処理器において信号処理的に目標検出できない問題が発生する（例えば特許文献１、２参照）。
特許文献１では、受信機前段にＢＳＦ（バンドストップフィルタ）を備えて、外部に備えた速度センサ及び姿勢角センサからの情報を元にクラッタ周波数を計算し、適合する阻止帯域のＢＳＦ（バンドストップフィルタ）を選択しクラッタ減衰することで上記飽和を防ぐ手法が提案されている。
一方、赤外線画像目標検出装置を用いる場合は、撮像した赤外線画像における目標のＳ／Ｎ比とクラッタのＳ／Ｎ比の値の差を用いて、目標とクラッタを分別するパッシブセンサによる目標検出方式であるため、送信器電力を増大して目標探知距離延伸可能とするパルスドップラレーダ方式と比較すると、目標探知距離の延伸は期待できないものの、センサ搭載機から至近距離にあるクラッタ背景下の目標の、赤外線撮像器におけるクラッタによる受光感度は熱源でない限り、通常撮像素子において飽和するレベルではないため、目標検出を行うことが期待できる。例えば、特許文献２は、全方位の目標をリアルタイムに目標検出可能としている。

しかしながら特許文献１では、アナログ受信機の初段にフィルタを配置すると、雑音指数が劣化するため、上記受信機の飽和が抑えられてもステルス機のような低Ｓ／Ｎ比の目標については目標検出が依然困難となる問題があった。
また、特許文献２の全方位における赤外線画像目標検出装置は、目標測距機能を備えていないため、レーダ装置からの目標検出結果を赤外線画像目標検出装置からの目標検出結果に置換するためには、赤外線画像目標検出装置にレーザ等の光学センサを用いたアクティブ測距を同時に備えなければならず、目標検出装置のコスト高に繋がる問題があった。

特開２０１１−２２６７９６公報（図１）特開２０１３−１４２６３６公報（図１）

このように、低Ｓ／Ｎ比の目標の探知距離延伸探知性能向上と、センサ搭載機から至近距離にあるクラッタ背景下における低Ｓ／Ｎ比の安定した目標探知の実現は相反関係にあり、両立が難しいという課題があった。ステルス目標対処としての目標検出装置では、上記課題を解決する必要があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、近距離にあって、かつ、低Ｓ／Ｎ比の目標に対しても安定して目標を検出できる目標検出装置を提供することを目的とする。

この発明に係る目標検出装置は、艦船又は航空機に搭載され、前記艦船又は前記航空機からみた全方位の領域をＮ個に分割したＮ個の捜索領域毎に設置されたＮ個のアンテナを介して、受信機で受信した受信信号を用い目標を検出するレーダ装置と、前記捜索領域毎に複数台設置される赤外線撮像器で撮像した赤外線画像を用いて目標を抽出する赤外線目標検出装置と、前記レーダ装置の受信機からの出力が飽和している場合は、前記赤外線目標検出装置により抽出した目標を目標検出結果として出力するセレクタとを備える。

本発明に係る目標検出装置によれば、低Ｓ／Ｎ比の目標の探知距離延伸と、搭載機から至近距離にあるクラッタ背景下における低Ｓ／Ｎ比の目標の目標探知を両立できる。
また、至近距離にあるクラッタ背景下における低Ｓ／Ｎ比の目標の目標探知はパッシブセンサによるため、目標からのジャミング等によるＥＣＭ（Electric Counter Measure）の影響を受けずに安定して目標探知できる。

実施の形態１に係る目標検出装置を説明するブロック図である。実施の形態１に係る水平方向における複数のアンテナ／赤外線撮像器の設定例を示す図である。実施の形態１に係る空間安定化処理部による空間安定化処理の原理を説明する図である。実施の形態１に係る目標検出処理部（１／２）を説明するブロック図である。実施の形態１に係る目標検出処理部（２／２）を説明するブロック図である。実施の形態１に係るステレオマッチング処理部の構成を説明するブロック図である。実施の形態１に係る目標検出処理、ステレオマッチング処理の原理を説明する概念図である。実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理概念を説明するブロック図である。実施の形態１に係る目標視線ベクトル生成の概念を説明するブロック図である。実施の形態１に係る赤外線撮像器制御部の制御による、赤外線撮像器、空間安定化処理部および目標検出処理部の処理タイミングの例について説明する図である。実施の形態１に係る空間安定処理部の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係るバイリニア補間について説明する概念図である。実施の形態１に係る画像ピラミッドを使用する位置合わせ処理について説明する概念図である。実施の形態２に係る目標検出装置を説明するブロック図である。実施の形態２に係るＴＶモニタ表示例を示す概念図である。実施の形態３に係る目標検出装置を説明するブロック図である。実施の形態４に係る目標検出装置を説明するブロック図である。

実施の形態１．
図１は実施の形態１による目標検出装置１の構成を示すブロック図である。図２は水平方向における複数のアンテナ／赤外線撮像器の設定例を示す図である。
目標検出装置１は艦船または航空機等に搭載され、レーダ装置２と、赤外線目標検出装置２０から構成される。
レーダ装置２は、捜索空間に対して電波を放射し、目標及びクラッタからの反射波を受信するためのアンテナ３、４、５、６と、送信データをアンテナ３、４、５、６に送信するための送信機１１、１３、１５、１７と、送信機１１、１３、１５、１７からの送信データをアンテナ３、４、５、６に出力し、アンテナ３、４、５、６からの受信波を受信機１２、１４、１６、１８に出力するサーキュレータ７、８、９、１０と、受信機１２、１４、１６、１８からの受信データより、ＭＴＩ(Moving Target Indicator)等のクラッタ抑圧処理及び、ＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate)等の目標検出処理を行う信号処理部１９から構成される。

アンテナ３、４、５、６は図２に示すように水平方向における全方位の捜索領域を、例えば、直交座標系の象限に見立てた４つの象限に分割し、第一象限にアンテナ３、第二象限にアンテナ４、第三象限にアンテナ５、第四象限にアンテナ６が設置される。

図１、図２を参照し、レーダ装置２の動作を説明する。
まず、信号処理部１９は、＃１送信機１１と、＃２送信機１３と、＃３送信機１５と、＃４送信機１７のそれぞれに対してパルス送信指令を送信する。
具体的には、信号処理部１９は、＃１送信機１１に対して、第一象限における方位角方向に対してパルス送信指令を送信する。信号処理部１９は、＃２送信機１３に対して、第二象限における方位角に対してパルス送信指令を送信する。信号処理部１９は、＃３送信機１５に対して、第三象限における方位角に対してパルス送信指令を送信する。信号処理部１９は、＃４送信機１７に対して、第四象限における方位角に対してパルス送信指令を送信する。
各パルス送信指令を受信すると、アンテナ３は第一象限の方位角方向に対しパルス放射し、アンテナ４は第二象限の方位角方向に対しパルス放射し、アンテナ５は第三象限の方位角方向に対しパルス放射し、アンテナ６は第四象限の方位角方向に対してパルス放射する。これにより、全方位に亘り、漏れなく目標捜索を行う。

目標、クラッタからの反射エコーを、象限毎にアンテナ３、４、５、６で受信後、サーキュレータ７、８、９、１０を各々経由して、＃１受信機１２、＃２受信機１４、＃３受信機１６、＃４受信機１８の各受信機で受信する。
各受信機内部で増幅、位相検波された信号はディジタル信号に変換される。

信号処理部１９は、各受信機からのディジタル信号に対して、ＭＴＩ(Moving Target Indicator)に代表されるクラッタ抑圧処理、ＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate)等の目標検出処理を行い、各象限に対して検出した目標毎に測角、測距を行い、レーダ目標角度、距離を、後述するセレクタ３５出力する。
また、信号処理部１９はセレクタ３５に対して、＃１受信機１２、＃２受信機１４、＃３受信機１６、＃４受信機１８の受信のうち、少なくとも一つの受信機の受信データが受信機のダイナミックレンジの最大値に到達飽和する場合には、＃１-＃４受信機飽和ステータス１１０を有意（＃１-＃４受信機飽和ステータス１１０＝１）にして出力する。

次に、赤外線目標検出装置２０は、８台の赤外線撮像器２１〜２８と、空間安定化処理部２９、目標検出処理部３０、目標測距・測角部３１、赤外線撮像器制御部３２、ステレオマッチング処理部３３から構成される。なお、ここでは赤外線撮像器の台数を８台としているが、８台に限定されるものではない
赤外線目標検出装置２０を構成する上記の各構成要素は、リアルタイムでの演算処理に対応するため、例えば、１００ＭＨｚ以上の動作周波数で同期動作可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の回路素子を備える。

８台の赤外線撮像器２１〜２８の各々は、目標からの赤外線を集光し、集光した赤外線を検出する。
８台の赤外線撮像器２１〜２８は集光した赤外線を信号電荷へ変換し、赤外線画像を撮像する。
赤外線撮像器２１〜２８は、それぞれ＃１赤外線画像２１ａ、＃１−１赤外線画像２２ａ、＃２赤外線画像２３ａ、＃２−１赤外線画像２４ａ、＃３赤外線画像２５ａ、＃３−１赤外線画像２６ａ、＃４赤外線画像２７ａ、＃４−１赤外線画像２８ａを出力する。

赤外線撮像器制御部３２は、赤外線撮像器２１〜２８に対し、それぞれ＃１撮像指令２１ｂ、＃１−１撮像指令２２ｂ、＃２撮像指令２３ｂ、＃２−１撮像指令２４ｂ、＃３撮像指令２５ｂ、＃３−１撮像指令２６ｂ、＃４撮像指令２７ｂ、＃４−１撮像指令２８ｂを出力する。
赤外線撮像器制御部３２は、＃１撮像指令２１ｂ〜＃４−１撮像指令２８ｂにより、８台の赤外線撮像器２１〜２８を各々制御する。
８台の赤外線撮像器２１〜２８はそれぞれ、＃１撮像指令２１ｂ〜＃４−１撮像指令２８ｂの各撮像指令に応じて、赤外線画像を撮像し、＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａを出力する。

赤外線撮像器制御部３２は、空間安定化処理部２９、目標検出処理部３０、ステレオマッチング処理部３３、目標測距・測角部３１に対し、フレーム同期信号３２ｆを出力する。

８台の赤外線撮像器２１〜２８は、赤外線目標検出装置２０が搭載されている艦船や航空機の揺れによって、位置が変化する。
空間安定化処理部２９は、艦船や航空機の揺れによる＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａの各画像のブレを抑制させるために、＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａに対し、空間安定化処理を実施する。
空間安定化処理とは、赤外線撮像器２１〜２８の変位による、フレームごとの＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａの動きを補正するための処理である。
空間安定化処理部２９は、空間安定化処理を経た赤外線画像、＃１空間安定化後画像２１ａｓ〜＃４−１空間安定化処理後画像２８ａｓを、目標検出処理部３０とステレオマッチング処理部３３に出力する。

目標検出処理部３０は、＃１空間安定化後画像２１ａｓ〜＃４−１空間安定化処理後画像２８ａｓを用いて、目標を検出する。
目標検出処理部３０は、＃１空間安定化後画像２１ａｓ〜＃４−１空間安定化処理後画像２８ａｓについて、注目画素の輝度値と、この注目画素の周辺における輝度分布を計測する。
また、目標検出処理部３０は、輝度分布の計測結果を用いて注目画素ごとの二値化閾値を求める。
また、目標検出処理部３０は、画素ごとの輝度値の二値化処理を実施し、＃１空間安定化後画像２１ａｓ〜＃４−１空間安定化処理後画像２８ａｓから目標を検出する。
そして目標検出処理部３０は、二値化処理を経た二値画像である＃１二値画像２１ａｓｎ〜＃４−１二値画像２８ａｓｎを、ステレオマッチング処理部３３に出力する。

ステレオマッチング処理部３３では、同一象限の画像同士である、例えば、＃１空間安定化後画像、＃１−１空間安定化処理後画像に対して、ＮＣＣ（Normalized Cross Correlation、正規化相互相関、以後ＮＣＣと称する）などのパターンマッチング処理を行い、＃１、＃１−１二値化画像を取得する。
更に前記二値化画像より得られる＃１、＃２の目標位置同士を組合せてその際の視軸ベクトル間の距離を計測し、同時刻でステレオ視した目標形状の同一性と、及び、目標の空間的な位置の同一性を評価検証することで真目標を抽出する。
他の同一象限の画像同士である、＃２空間安定化後画像、＃２−１空間安定化処理後画像、＃３空間安定化後画像、＃３−１空間安定化処理後画像、＃４空間安定化後画像、＃４−１空間安定化処理後画像に対しても上記と同じ処理を実施する。

目標測距・測角部３１では、ステレオマッチング処理部３３における目標に対する各視軸ベクトル値２１ｖ〜２８Ｖを用いて搭載機から目標までの距離及び角度を計算する。
そして、目標測距・測角部３１は、計算した搭載機から目標までの距離及び角度を、＃１-＃４赤外線目標距離Ｌ、＃１-＃４赤外線目標角度Ｄとして、セレクタ３５に出力する。

図２は、先述の通り、水平方向における複数の赤外線撮像器の設置例を示す図である。図２のように、＃１赤外線撮像器２１と＃１−１赤外線撮像器２２は、水平方向における全方位の領域の第一象限の領域を撮像可能とするように配置され、第一象限の領域を撮像可能とするレンズを搭載する。
＃２赤外線撮像器２３と＃２−１赤外線撮像器２４は、第二象限の領域を撮像可能とするように配置され、第二象限の領域を撮像可能とするレンズを搭載する。
＃３赤外線撮像器２５と＃３−１赤外線撮像器２６は、第三象限の領域を撮像可能とするように配置され、第三象限の領域を撮像可能とするレンズを搭載する。
＃４赤外線撮像器２７と＃４−１赤外線撮像器２８は、第四象限の領域を撮像可能とするように配置され、第四象限の領域を撮像可能とするレンズを搭載する。
また、隣り合う象限領域は赤外線撮像器の視野を互いにオーバラップすることで、方位方向に対する目標検出の漏れを抑制させる。

赤外線撮像器制御部３２は、＃１赤外線撮像器２１〜＃４−１赤外線撮像器２８より出力される＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａのフレームレートに同期する同期信号を生成する。
赤外線撮像器制御部３２は、フレームレートに同期する撮像指令である＃１撮像指令２１ｂ〜＃４−１撮像指令２８ｂを、＃１赤外線撮像器２１〜＃４−１赤外線撮像器２８にそれぞれ与える。
＃１赤外線撮像器２１〜＃４−１赤外線撮像器２８の８台の赤外線撮像器は、＃１撮像指令２１ｂ〜＃４−１撮像指令２８ｂの各々に応じて、フレームレートに同期して＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａの赤外線画像を撮像する。

赤外線撮像器制御部３２は、フレームレートに同期するフレーム同期信号３２ｆを空間安定化処理部２９、目標検出処理部３０、目標測距・測角部３１、ステレオマッチング処理部３３に与える。
空間安定化処理部２９、目標検出処理部３０、目標測距・測角部３１、ステレオマッチング処理部３３は、フレーム同期信号３２ｆのフレームレートに同期して動作する。

＃１赤外線撮像器２１〜＃４−１赤外線撮像器２８は、撮像した＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａを、フレーム期間内に収まるように、空間安定化処理部２９へ転送する。

例えば、＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａのフレームレートを３０Ｈｚ（≒３３．３ｍｓ）、＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａの画像サイズをＶＧＡ（６４０×４８０画素）、画像データ長を１６ビットとし、データ転送速度を１Ｇｂｐｓとして赤外線撮像器２１〜２８から空間安定化処理部２９へ＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａをシリアルデータ転送するとする。
この場合、１フレーム当たりのデータ転送時間は、６４０×４８０（画素）×１６（ビット）／１０^９（ｂｐｓ）≒５ｍｓとなる。
赤外線目標検出装置２０は、データ転送におけるオーバヘッドを考慮しても、十分にフレーム期間内に収まるように、＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａを転送することができる。

空間安定化処理部２９は、赤外線目標検出装置２０を搭載する艦船や航空機の振動、揺動による＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａのブレを抑制するための空間安定化処理を実施する。
空間安定化処理部２９は、赤外線撮像器制御部３２からのフレーム同期信号３２ｆに応じて、フレームレートに同期して、フレームごとにおける＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａの動き量を求める。

空間安定化処理部２９は、例えば、反復勾配法を用いて、＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａの動き量を抽出する。
空間安定化処理部２９は、抽出された動き量に応じて動き補正量を算出する。
空間安定化処理部２９は、算出された動き補正量を基に動き補正が施された空間安定化後画像を＃１空間安定化後画像２１ａｓ〜＃４−１空間安定化後画像２８ａｓとして出力する。

図３は、空間安定化処理部２９による空間安定化処理の原理を説明する図である。例えば、赤外線撮像器２１が、＃１赤外線画像２１ａとして、フレームタイミングに応じた時刻ｔ、ｔ＋１、ｔ＋２・・・、ｔ＋ｎにおいて、フレームＩ（ｔ）、Ｉ（ｔ＋１）、Ｉ（ｔ＋２）・・・、Ｉ（ｔ＋ｎ）をそれぞれ撮像したとする。各フレームＩ（ｔ）〜Ｉ（ｔ＋ｎ）は、赤外線目標検出装置２０を搭載する艦船や航空機の揺れに応じて、三次元方向について位置および傾きに変化が生じている。

空間安定化処理部２９は、所定のフレーム、例えば時刻ｔにおけるフレームＩ（ｔ）を基準として、時刻（ｔ＋１）から（ｔ＋ｎ）の各フレームＩ（ｔ＋１）〜（ｔ＋ｎ）について、三次元方向における位置および傾きの変化量を、動き量として抽出する。空間安定化処理部２９は、抽出した動き量に応じた動き補正量を算出する。空間安定化処理部２９は、時刻（ｔ＋１）から（ｔ＋ｎ）の各フレームＩ（ｔ＋１）〜（ｔ＋ｎ）について、動き補正量に基づく動き補正を実施し、空間安定化処理後の赤外線画像として、＃１空間安定化処理後画像２１ａｓを取得する。

空間安定化処理部２９は、他の＃１赤外線撮像器２１〜＃４−１赤外線撮像器２８で撮像した＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａについても同様に動き補正を実施し、空間安定化処理後の赤外線画像、＃１空間安定化後画像２１ａｓ〜＃４−１空間安定化後画像２８ａｓを取得する。
なお、空間安定化処理部２９の詳細な構成については後述する。

次に、目標検出処理部３０は、空間安定化処理部２９から出力された＃１赤外線画像２１ａｓ〜＃４−１赤外線画像２８ａｓに対して、注目画素の輝度値と注目画素周辺領域における輝度ばらつきを計測する。そして、目標検出処理部３０は、注目画素毎に上記の輝度ばらつきの計測値を用いて二値化閾値を求め、二値化処理を行い二値化処理後の二値化画像を出力する。

ステレオマッチング処理部３３は、空間安定化処理部２９からの赤外線画像、＃１赤外線画像〜＃４−１赤外線画像と、目標検出処理部３０からの二値画像、＃１二値画像〜＃４−１二値画像とを用いて、ＮＣＣ（Normalized Cross Correlation、正規化相互相関、以後ＮＣＣと称する）などのパターンマッチング処理を行い、＃１、＃１−１二値化画像を取得し、更に前記二値化画像より得られる＃１、＃１−１の目標位置同士を組合せてその際の視軸ベクトル間の距離を計測し、同時刻でステレオ視した目標形状の同一性と、及び、目標の空間的な位置の同一性を評価検証することで真目標を抽出し、＃1二値化画像、＃１−１二値化画像として出力する。前記二値化画像より得られる＃２、＃２−１、＃３、＃３−１、＃４、＃４−１についても同様にして処理する。

目標測距・測角部３１は、ステレオマッチング処理部３３で得られた目標に対する視線ベクトル値２１ｖ〜２８Ｖから、慣性空間上における真目標を推定し、慣性空間基準で真目標の測距・及び測角を行う。

図４は、本実施の形態に係る目標検出処理部３０の構成の半分を説明するブロック図である。図５は、目標検出処理部３０の他の半分の構成を説明するブロック図である。
目標検出処理部３０は、前記＃１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａ毎に、注目画素ごとに画素周辺の所定のウィンド内における画素データの切り出しを行うウィンド回路４５と、前記領域内の平均輝度を計測する平均輝度演算回路４６と、前記領域内の標準偏差を計測する標準偏差演算回路４７と、前記標準偏差結果から、注目画素周辺領域がクリアスカイ領域かクラッタ領域かを判定するクリアスカイ／クラッタ領域判定４８と、前記判定の結果、平均輝度結果、標準偏差結果によって、二値化しきい値を算出する二値しきい値演算回路４９と、前記＃１赤外線画像、＃２赤外線画像毎の二値化しきい値と前記＃１赤外線画像、＃２赤外線画像の輝度値を用いて二値化計算を行う二値化回路５０を備える。

目標検出処理部３０による目標検出方式は、＃１赤外線画像２１ａと＃２赤外線画像２３ａにおける目標Ｓ／Ｎ比が背景Ｓ／Ｎ比に対して大きく、二値化しきい値による二値化によって目標と背景を分離するという基本原理を利用したものである。
以下、目標検出処理部３０の動作を説明する。
ここで、クリアスカイ領域／クラッタ領域判定４８と二値化回路５０以外の構成についての動作は、特許文献２に記載の動作と同じである。
このため、ここでは、クリアスカイ領域／クラッタ領域判定４８と二値化回路５０に特化して動作を説明する。

クリアスカイ領域／クラッタ領域判定４８は、ウィンド回路４５で切り出した注目画素の周辺領域における標準偏差演算回路４７による標準偏差演算結果を用い、対象の領域がクリアスカイ領域であるか、クラッタ領域であるかの判定を行う。
具体的には、クリアスカイ領域／クラッタ領域判定４８は、標準偏差演算回路４７による標準偏差値が所定の値より小さい場合は、輝度ばらつきが少ないため、対象領域をクリアスカイ領域とみなし、標準偏差値が所定の値より大きい場合は、輝度ばらつきが大きく複雑であるため、対象領域をクラッタ領域とみなす判定を行う。

二値化回路５０は、クリアスカイ領域／クラッタ領域判定４８の結果に基づき、対応する二値化係数を用いて、二値化しきい値を以下の式（１）に基づき、二値化しきい値を算出する。
この際、注目画素領域がクラッタ領域にみなされた場合、特許文献２における二値化係数に対して、目標検出性能がクリアスカイ領域相当と同じになるように二値化係数
Ｋｃを低く設定する。
二値化回路５０は、式（２）に基づいて、二値化しきい値より大きい輝度の注目画素を“１”に二値化した画素を目標とみなすことで、目標検出結果として二値画像を出力する。

図６は、ステレオマッチング処理部３３の構成を説明するブロック図である。また、ステレオマッチング処理部３３の動作イメージを図７に示す。
ステレオマッチング処理部３３は、図６に示すように、８台の目標のテンプレート５３、８台のテンプレートマッチング回路５４、８台のしきい値５５、８台の二値化回路５６、８台の目標視線ベクトル生成回路５７、４台の視線ベクトル間最短距離５８、４台のステレオ視マッチング回路５９から構成される。
以下では、＃１赤外線画像２１ａ、＃１二値画像２１ａｓｎ、＃１−１二値画像２２ａｓｎを例に、説明する。
まず、＃１赤外線画像２１ａ、＃１−１二値画像２２ａｓｎより抽出した目標位置座標を中心とした＃１赤外線画像２１ａ、＃１−１赤外線画像２２のゲート領域内に対して、目標のテンプレートを設定し、ゲート内設定画素における式（３）の演算を行う。動作イメージを図８に示す。

しきい値５５は、前記テンプレートマッチング回路５４で算出したＲＮＣＣ値より、＃１二値画像２１ａｓｎ、＃１−１二値画像２２ａｓｎとして出力するためのしきい値を設定するものである。
二値化回路５６は、しきい値５５によって、式（４）に従い、＃１二値画像２１ａｓｎ、＃１−１二値画像２２ａｓｎとして出力する。

目標視線ベクトル生成回路５７は、＃１二値画像２１ａｓｎ、＃１−１二値画像２２ａｓｎにより各々抽出された目標同士を組合せて、目標の空間位置の同一性を検証するものであり、以下の動作により実施される。

図９は、目標視線ベクトル生成の概念を説明する図である。
図９に示すように、艦船、航空機等に搭載される赤外線目標検出装置の原点を基準にした３軸直交慣性空間座標系Ｐ=（Ｘ，Ｙ，Ｚ）^T、＃１,＃１−１の赤外線撮像器の上記慣性空間座標の原点に対する赤外線撮像軸の仮想原点（以降取付位置と称する）をそれぞれＯ１=（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）^T,Ｏ２=（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）^T、及び前記赤外線撮像軸を基準にした画像座標系をそれぞれ、ｐ１=(u１，ｖ１，ｗ１) ^T，ｐ２=(u２，ｖ２，ｗ２) ^Tと定義する。
慣性空間座標Ｐ=（Ｘ，Ｙ，Ｚ）^Tに対する＃１、＃１−１の赤外線撮像器の赤外線撮像軸の姿勢角度（以降赤外線撮像器の取付角度と称する）をそれぞれ、ω1,ω2, φ1,φ2, κ1,κ2とすると、画像座標系ｐ１,ｐ２は、慣性空間座標におけるＰ1、Ｐ２を基準した慣性空間座標、すわなち、Ｐ１Ｏ１＝(Ｘ-Ｘ１,Ｙ-Ｙ１,Ｚ-Ｚ１）^T ,Ｐ２Ｏ２＝(Ｘ-Ｘ２,Ｙ-Ｙ２,Ｚ-Ｚ２）^T をＸ軸に対してそれぞれ、ω1、ω2、Ｙ軸に対してφ1、φ2、Ｚ軸に対してそれぞれ、κ1、κ2回転後の空間座標であり（式５）で示される。Ｆ^TはＦの転置行列を示す。

式（５）をＰ１Ｐ、Ｐ２Ｐについて求めると式（６）のようになる。なお、上付きの記号^−１は逆行列を示す。

＃１二値画像２１ａｓｎ、＃１−１二値画像２２ａｓｎにより抽出された座標位置p1’、p2’は＃１赤外線撮像器２１、＃１−１赤外線撮像器２２の焦点距離をそれぞれｃ２，ｃ３とすると、それぞれp1’= (u1,v1,c1) ^T、 p2’=(u2,v2,c2) ^Tで示される。ここに、u1,v1, u2,v2は＃１、＃１−１赤外線撮像器での目標位置の画素から画素寸法より実際の位置に変換して得られる値である。
このとき、＃１赤外線撮像器２１、＃１−１赤外線撮像器２２からテンプレートマッチング回路５４で検出した目標に対する慣性空間上における視線のベクトルＬ１、Ｌ２は式（７）で示される。

このようにして、目標視線ベクトル生成回路５７では、＃１赤外線撮像器２１、＃１−１赤外線撮像器２２からテンプレートマッチング回路５４で検出した各目標に対する慣性空間上における視線のベクトルを得ることができる。

ステレオ視マッチング回路５９の動作について説明する。
ステレオ視マッチング回路５９では前記目標視線ベクトル生成回路５７から出力する＃１、＃１−１目標に対する慣性空間上における視線ベクトルより、目標の空間位置の同一性を演算評価し、同一と判定された目標についてのみ、＃１及び＃１−１目標検出処理後の二値画像より、真の目標を取り出して、＃１及び＃１−１の二値画像を出力するものである。目標位置の同一性は以下のように行う。
前記視線ベクトル間の差分ベクトルＤＩＦＦは式（８）で定義する。

このとき、前記p1’、p2’で捉えた目標が慣性空間座標系で同一位置に近いとは、幾何学的にＬ１、Ｌ２の距離の最短値が小さいこと（ゼロであれば交差）は明らかである。したがって、Ｌ１、Ｌ２の距離はＬ１、ＤＩＦＦかつ、Ｌ２、ＤＩＦＦが直交することから、式（９）を満足するs,t値を求め、その際のＤＩＦＦの絶対値を求めることでＬ１、Ｌ２間の最短距離を求める。

上記最短距離が視線ベクトル間最短距離５８で設定した値よりも小さい場合は、真の目標として、該当する＃１目標座標、＃１−１目標座標における二値画像を“１”として出力する。
一方、上記最短距離が視線ベクトル間最短距離５８で設定した値よりも小さくない場合は誤目標として、二値画像を“０”でマスクして、＃１二値画像２１ａｓｎ、＃１−１二値画像２２ａｓｎとして出力する。
このとき、上記二値画像を“１”に対応するＬ１、Ｌ２をＬ１_target、Ｌ２_targetとする。

次に、図１に示した目標測距・測角部３１の動作を説明する。
目標測距・測角部３１は、前記＃１目標、＃１−１目標に対して、（式７）に基づいて得られる慣性空間上における視線ベクトル値を用いて、前記Ｌ１，Ｌ２間の最短距離が小さいことを利用して、式（１０）に基づいた中点ベクトルＴ=(tx,ty,tz)を真目標として算出し、Ｔの絶対値を真目標の測距値として、目標の方位角は水平面に目標を投影した際の原点に対する目標の角度、仰角は水平面の原点に対する目標角度として式（１１）で定義し、式（１１）に基づいて角度算出し、これらをセレクタ３５に出力する。上記の操作を＃２、＃２−１〜＃４、〜＃４−１についても上記と同様に行う。

図１０は、赤外線撮像器制御部３２の制御による、赤外線撮像器２１〜２８、空間安定化処理部２９および目標検出処理部３０の処理タイミングについて説明する図である。
赤外線撮像器２１〜２８は、＃１撮像指令２１ｂ〜＃４−１撮像指令２８ｂに応じて、フレームレートに同期して＃１−１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａを撮像する。
赤外線撮像器２１〜２８は＃１−１赤外線画像２１ａ〜＃４−１赤外線画像２８として、時刻ｔ、ｔ＋１、ｔ＋２、ｔ＋３・・・において、フレームＩ（ｔ）、Ｉ（ｔ＋１）、Ｉ（ｔ＋２）、Ｉ（ｔ＋３）・・・をそれぞれ撮像する。
赤外線撮像器２１〜２８は、各フレームＩ（ｔ）、Ｉ（ｔ＋１）、Ｉ（ｔ＋２）、Ｉ（ｔ＋３）・・・を、例えば、フレーム期間３３．３ｍｓより短い期間５ｍｓにおいて出力する。

空間安定化処理部２９は、フレーム同期信号に応じて、フレームレートに同期して＃１−１赤外線画像２２〜＃４−１赤外線画像２８の空間安定化処理を実施する。
空間安定化処理部２９は、例えば、時刻ｔ＋１のフレーム同期信号に応じて、フレームＩ（ｔ）についての空間安定化処理を実施する。空間安定化処理部２９は、時刻ｔ＋１、ｔ＋２、ｔ＋３・・・において、フレームＩ（ｔ）、Ｉ（ｔ＋１）、Ｉ（ｔ＋２）・・・についての空間安定化処理をそれぞれ実施する。
空間安定化処理部２９は、＃１−１赤外線画像２２〜＃４−１赤外線画像２８として各フレームＩ（ｔ）、Ｉ（ｔ＋１）、Ｉ（ｔ＋２）、Ｉ（ｔ＋３）・・・を、フレーム期間より短い期間において出力する。

次に、空間安定化処理部２９の構成の詳細について説明する。
図１１は、空間安定化処理部２９の構成を示すブロック図である。空間安定化処理部２９は、画像格納用メモリ４０、粗精位置合わせ処理部４１、補間処理部４２を有する。

画像格納用メモリ４０は、赤外線撮像器２１〜２８より入力される＃１赤外線画像２１ａ、＃２赤外線画像２３ａ、＃３赤外線画像２５ａ、＃４赤外線画像２７ａ、＃１−１赤外線画像２２ａ、＃２−１赤外線画像２４ａ、＃３−１赤外線画像２６ａ、＃４−１赤外線画像２８ａを、それぞれ格納する。
画像格納用メモリ４０は、上記の＃１赤外線画像２１ａ〜＃４赤外線画像２７ａ、＃１−１赤外線画像２２ａ〜＃４−１赤外線画像２８ａについて、赤外線撮像器制御部３２からの最新のフレーム同期信号に応じたフレームと、前回のフレーム同期信号に応じたフレームの二つのフレームを格納可能とされたダブルバッファ方式を採用する。二つのフレームを格納可能とする理由については後述する。

次に、粗精位置合わせ処理部４１は、各画像格納用メモリ４０から読み出した画像を基に、フレーム間における画像のブレを抑制する空間安定化のための位置合わせ処理を実施する。
粗精位置合わせ処理部４１は、赤外線撮像器制御部６からのフレーム同期信号が入力されるごとに、各画像格納用メモリ４０から画像ピラミッドを抽出する。
公知の技術において、画像ピラミッドは、高解像度から低解像度まで、解像度を異ならせた複数の画像（適宜、ピラミッド画像と称する）を要素とする階層構造とされている。

粗精位置合わせ処理部４１は、フレームごとの画像の空間安定化のための補正係数を推定する。粗精位置合わせ処理部４１は、推定された補正係数を用いて、幾何学的な画像補正を行う。

補間処理部４２には、粗精位置合わせ処理部４１での位置合わせ処理を経た画像と、画像格納用メモリ４０の各々から読み出した画像とが入力される。
補間処理部４２は、粗精位置合わせ処理部４１での位置合わせ処理を経た画像に対し、画質向上のための補間処理を実施する。

例えば、各粗精位置合わせ処理部４１は、アフィン変換と称される公知の手法を用いて、幾何学的な画像補正を行う。
アフィン変換は、画像データにおける画素ごとの座標を変換することで、画像を幾何学的に移動、変形させる方式の一つである。
粗精位置合わせ処理部４１は、例えば次の式（１２）を基に、アフィン変換を実施する。

画像データにおいて、画素を単位とする座標を定義した場合、座標は整数のみにより表されるのに対し、アフィン変換後の座標は、通常、小数点を伴う。
アフィン変換により小数点を伴う座標で指定される位置には濃度値が存在しないこととなるため、変換前に対する解像度の劣化が問題となる。そこで、各補間処理部４２は、アフィン変換後の座標における濃度値を補間処理により算出する。

補間処理部４２は、例えば、バイリニア補間と称される公知の手法を用いて、アフィン変換後の画像データに対し補間処理を実施する。バイリニア補間では、アフィン変換後の座標軸上の各位置の濃度値を、元の画像にて対応する位置の周囲に位置する四つの画素からの距離に応じた線形補間により求める。

図１２は、バイリニア補間について説明する概念図である。
座標変換後の、ある座標に対応する原画像の位置が、図１２に示すように、画素間の位置Ｐ＝（ｕ，ｖ）であった場合、原画像上では、かかる位置の輝度値は存在しない。このため、各補間処理部４２は、位置Ｐの周囲の四つの画素Ｐ１＝（ｉ，ｊ）、Ｐ２＝（ｉ，ｊ＋１）、Ｐ３＝（ｉ＋１，ｊ）およびＰ４＝（ｉ＋１，ｊ＋１）の輝度値を、各画素から位置Ｐまでの距離に応じた比率で加算し、位置Ｐにおける輝度値とする。なお、ｉ＝［ｕ］、ｊ＝［ｖ］（［］はガウス記号）、とする。

補間処理部４２は、例えば式（１３）を用いたバイリニア補間により、位置Ｐにおける輝度値を求める。

なお、式（１３）において、「Ｐ」、「Ｐ１」、「Ｐ２」、「Ｐ３」および「Ｐ４」の各項は、それぞれ、上述の位置Ｐ、画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４における輝度値とする。また、Δｉ＝ｕ−ｉ、Δｊ＝ｖ−ｊ、とする。

補間処理部４２におけるこのような補間処理により、空間安定化処理部２９はアフィン変換前と同程度の解像度を持つ赤外線画像、＃１空間安定化後画像２１ａｓ〜＃４−１空間安定化後画像２８ａｓを得る。

次に、空間安定化処理部２９の動作について説明する。
赤外線撮像器２１〜２８から入力される赤外線画像は、各々対応する画像格納用メモリ４０に一旦格納される。
粗精位置合わせ処理部４１は、例えば、反復勾配法と称される公知の手法を用いて、各画像の空間安定化のためのアフィン変換係数を算出する。

反復勾配法によると、粗精位置合わせ処理部４１は、連続する二つのフレームにつき、それぞれ画像ピラミッドを作成し、比較する。粗精位置合わせ処理部４１は、低い解像度のピラミッド画像同士の相関からアフィン変換係数を求め、解像度が高いピラミッド画像同士の相関を順次評価することでアフィン変換係数を修正していく。

図１３は、画像ピラミッドを使用する位置合わせ処理について説明する概念図である。ピラミッド画像は、例えば、画像サイズ（解像度）を段階的にレベル０から４（レベル０：６４０×４８０、レベル１：３２０×４８０、レベル２：１６０×２４０、レベル３：８０×１２０、レベル４：４０×６０）として異ならせて生成される。粗精位置合わせ処理部４１は、例えば、レベル２から４におけるピラミッド画像を順次生成し、フレーム間における動き検出を行う。

粗精位置合わせ処理部４１は、画像格納用メモリ４０の各々に格納されている赤外線画像赤外線画像から、各解像度のレベルに応じて画素を間引いた上で画像データを読み出し、画像ピラミッドを生成する。
上述のように、画像格納用メモリ４０は赤外線画像について二つのフレームを格納する。粗精位置合わせ処理部４１は、画像格納用メモリ４０に格納された双方のフレームについて、画像ピラミッドを生成する。ここでは、フレームＩ（ｔ−１）及びＩ（ｔ）についての画像ピラミッドを生成し、動き抽出を行う場合を例とする。

粗精位置合わせ処理部４１は、例えば、オプティカルフローと称される公知の手法において、拘束方程式である式（１４）から求められる誤差Ｅｃが最小となるような相関関係を基に、フレーム間の画像の動きを推定する。

Ｉ_ｘおよびＩ_ｙは空間微分であって、Ｉ_ｘは画像のＸ方向において隣接する画素同士の輝度値の差分、Ｉ_ｙは画像のＹ方向において隣接する画素間における輝度値の差分を表す。Ｉ_ｔは時間微分であって、画像のフレーム間における輝度値の差分を表す。

粗精位置合わせ処理部４１は、例えば、式（１５）の方程式を解くことにより、アフィン変換係数を算出し、動き検出結果に見合ったアフィン変換を行う。これにより、空間安定化処理部２９は、フレーム間の画像のブレを抑制させ、空間安定化を図ることができる。

画像ピラミッドの階層構造において、画像サイズが小さくなるにしたがって、画像上の動きも小さくなる。低解像度である所定のピラミッド画像（例えばレベル３）の特徴点同士をオプティカルフローで推定し、求めたアフィン変換係数を初期値ｐ０とする。次の階層（レベル２）では、アフィン変換係数を初期値ｐ０としたアフィン変換及び動き抽出を経て、アフィン変換係数の補正量Δｐ１を得る。

次の階層（レベル１）では、初期値ｐ０に補正量Δｐ１が加算された値ｐ１を適用したアフィン変換及び動き抽出を経て、アフィン変換係数の補正量Δｐ２を得る。最後に、レベル０では、値ｐ１に補正量Δｐ２が加算された値ｐ２を適用したアフィン変換及び動き抽出を経て、アフィン変換係数ｐ３を得る。

このように、粗精位置合わせ処理部４１は、アフィン変換係数を算出する当初において、解像度が低い画像同士の演算によりアフィン変換係数の初期値を求めてから、漸次解像度を高めながらアフィン変換係数を修正する。原画像のサイズであるレベル０まで処理を繰り返すことで、フローの急激な変化に対する信頼性を向上させる。これにより、粗精位置合わせ処理部４１は、高精度かつ高速な位置合わせ処理を実現することが可能となる。なお、各レベルについて処理を繰り返す回数の上限は、例えば、相関値の収束までの応答における挙動等を考慮し、４回としている。

次に、空間安定化処理部２９の処理がフレーム期間（例えば、３３．３ｍｓ）に収まる理由を説明する。
上述の式（１５）において、アフィン変換係数は、行列の各要素における１８種類の積和演算により得られる。積和演算回路は、乗算器および加算器を用いて構成できる。例えば、空間安定化処理部２９を構成するＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）の動作周波数を１００ＭＨｚとすれば、乗算器および加算器による処理は動作周期内に収まる。

このとき、１画素のデータを１クロック周期で処理することから、アフィン変換係数の推定にかかる時間は、（各レベルのピラミッド画像のサイズ）×（繰り返し回数）÷（動作周波数）を計算して求められる。

例えば、上述のレベル２のピラミッド画像に対しては、
１６０×２４０（画素）×４（回）÷（１００×１０^−６）（ｓ^−１）≒１．５４ｍｓ
となり、レベル３のピラミッド画像に対しては、
８０×１２０（画素）×４（回）÷（１００×１０^−６）（ｓ^−１）≒０．３８ｍｓ
となり、レベル４のピラミッド画像に対しては、
４０×６０（画素）×４（回）÷（１００×１０^−６）（ｓ^−１）≒０．０９６ｍｓ、
となる。
これらを合計すると、アフィン変換係数の推定に要する時間は、およそ２．０２ｍｓとなる。同様にして、アフィン変換に要する時間は、
６４０×４８０（画素）÷（１００×１０^−６）（ｓ^−１）≒３．０７ｍｓ
となる。

空間安定化処理部２９の処理時間は、アフィン変換係数の推定にかかる時間とアフィン変換にかかる時間との和であることから、この例ではおよそ５．１ｍｓとなる。
以上により、空間安定化処理部２９での処理は、オーバヘッドを考慮しても、フレーム期間である３３．３ｍｓに十分収めることができる。これにより、空間安定化処理部２９は、空間安定化処理をリアルタイムで実施することができる。赤外線目標検出装置２０は、リアルタイムでの目標検出及び、目標測距、測角が可能となる。

セレクタ３５は、信号処理部１９より出力する＃１-＃４レーダ目標角度・距離１９ＬＤと、前記目標測距・測角部３１より出力する＃１-＃４赤外線目標角度・距離３１ＬＤの両者をリアルタイムにモニタする。

そして、先の＃１-＃４受信機飽和ステータス１１０が有意（＃１-＃４受信機飽和ステータス１１０＝１）の時には、赤外線目標検出装置２０の目標測距・測角部３１から得られる＃１-＃４赤外線目標角度・距離３１ＬＤを、目標検出装置１の＃１-＃４目標角度、距離として出力する。
一方、＃１-＃４受信機飽和ステータス１１０が有意でない時には、信号処理部１９から得られる＃１-＃４レーダ目標角度・距離１９ＬＤを、目標検出装置１の＃１-＃４目標角度、距離として出力する。

以上のように、実施の形態１に係る目標検出装置は、レーダ装置２の信号処理部１９の目標検出測角、測距機能に加えて、全方位に対して赤外線撮像器２１〜２８を搭載し、赤外線撮像検出装置２０において、全方位赤外線撮像器撮像画像によるリアルタイム目標検出測角、測距機能を付加した。
これにより、搭載機より至近距離にあって、クラッタ電力が大きくアンテナの受信器からの出力が飽和してレーダ装置によって目標検出できない場合は、赤外線撮像検出装置２０による目標検出結果を用いることが可能であり、低Ｓ／Ｎ比の目標の探知距離延伸と、搭載機から至近距離にあるクラッタ背景下における低Ｓ／Ｎ比の目標の目標探知を両立できる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る目標検出装置について説明する。
図１４は本実施の形態における目標検出装置１aの構成を示すブロック図である。実施の形態２では、実施の形態１における赤外線目標検出装置２０に対して、更に、画像合成・シンボル重畳部３６を追加し構成される。

画像合成・シンボル重畳部３６は、赤外線画像、＃１空間安定化後画像、＃１−１空間安定化後画像、＃２空間安定化後画像、＃２−１空間安定化後画像、＃３空間安定化後画像、＃３−１空間安定化後画像、＃４空間安定化後画像、＃４−１空間安定化後画像に対し、全方位の捜索領域における各象限領域（＃１、＃２、＃３、＃４）において検出されるレーダ装置２からのレーダ目標角度、距離と、赤外線目標検出装置２０aにおいて検出される赤外線目標角度、距離を、シンボルとして重畳するものである。

次に、画像合成・シンボル重畳部３６の動作について説明する。
空間安定化後画像、＃１空間安定化後画像、＃１−１空間安定化後画像、＃２空間安定化後画像、＃２−１空間安定化後画像、＃３空間安定化後画像、＃３−１空間安定化後画像、＃４空間安定化後画像、＃４−１空間安定化後画像は、同一象限同士の画像、例えば、＃１空間安定化後画像、＃１−１空間安定化後画像を一つの赤外線表示画像としてまとめた上で、表示画像の象限に対応させて、レーダ装置２からのレーダ目標角度、距離と、赤外線目標検出装置２０aにおいて検出される赤外線目標角度、距離を可読できるシンボルにして、赤外線表示画像上に表示する。

図１５は、実施の形態２に係るＴＶモニタ表示例を示す概念図であり、象限＃１の赤外線表示画像の例を示す。
“ACTIVE DETNUM:1”は、アクティブ目標検出、目標検出数が１個であることを示す。また、“PASSIVE DETNUM:1”は、パッシブ目標検出、目標検出数が１個であることを示す。
“RANGE:”は目標の測距値、“AZ:”、“EL:”はそれぞれ目標の方位角、仰角を示す。
ピンクの枠は赤外線目標検出装置２０aにおいてリアルタイム検出した目標を示している。他の象限＃２、＃３、＃４についても図１５と同じ様に表示させる。

このように、本実施の形態に係る目標検出装置は、表示画像の象限に対応させて、レーダ装置２からのレーダ目標角度、距離と、赤外線目標検出装置２０aにおいて検出される赤外線目標角度、距離を可読できるシンボルにして、赤外線表示画像上に表示することができるので、より安定して目標を検出することができる。

実施の形態３．
図１６は、実施の形態３に目標検出装置１bの構成を示すブロック図である。
実施の形態３では、実施の形態２における赤外線目標検出装置２０aに対して、オペレータの操作する目標検出結果の出力モードを入力して、入力した出力モードに応じて、目標検出結果を出力するセレクタ３９aを追加し構成される。

オペレータが設定する出力モード設定内容は、以下の３種類とする。１つは、「レーダ装置による＃１、＃２、＃３、＃４レーダ目標角度、距離出力」であり、他の１つは、「赤外線目標検出装置による＃１、＃２、＃３、＃４赤外線目標角度、距離出力」であり、残りの１つは、「＃１、＃２、＃３、＃４受信機飽和ステータスが有意時に赤外線目標検出装置による＃１、＃２、＃３、＃４赤外線目標角度、距離出力、それ以外はレーダ装置による＃１、＃２、＃３、＃４レーダ目標角度、距離出力」である。

このように、実施の形態３では、オペレータの操作する目標検出結果の出力モードを入力して、入力した出力モードに応じて、目標検出結果を出力することができるので、より安定して目標を検出することができる。

実施の形態４．
図１７は、実施の形態４における目標検出装置１cの構成を示すブロック図である。
実施の形態４では、実施の形態３における赤外線目標検出装置２０bに対して、赤外線撮像器校正部３４、赤外線目標検出装置２０cの前に模擬目標発生装置３７を追加し構成される。

同一象限を撮像する赤外線画像、＃１赤外線画像、＃１−１赤外線画像を例とすると、赤外線目標検出装置２０cは、実施の形態１における式（５）で示した慣性空間座標系から画像座標系への変換にあたって、＃１赤外線撮像器２１、＃１−１赤外線撮像器２２の取付位置Ｏ１=（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）^T、Ｏ２=（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）^T、及びその姿勢角（ω1,φ1,κ1）、（ω2,φ2,κ2）を、模擬目標発生装置３７から擬似熱源を持つ目標を発生し、慣性空間における位置を設定し、この模擬目標を#１赤外線撮像器２１、#１−１赤外線撮像器２２からの#１赤外線画像、＃１−１赤外線画像における座標を観測取得し、これらの組合せを#１赤外線撮像器２１、#１−１赤外線撮像器２２について、それぞれ３組観測取得する。
これにより、上記＃１赤外線撮像器２１，＃１−１赤外線撮像器２２の取付位置Ｏ１=（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）^T、Ｏ２=（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）^T、及びその姿勢角（ω1,φ1,κ1）, （ω2,φ2,κ2）を算出するものである。

＃２赤外線画像、＃２−１赤外線画像、＃３赤外線画像、＃３−１赤外線画像、＃４赤外線画像、＃４−１赤外線画像についても同様実施する。

赤外線撮像器校正部３４の動作を説明する。
実施の形態１における目標視線ベクトル生成回路４４の式（５）の３組の行列積を一まとまりにし、模擬目標発生装置１８から発生する模擬目標の慣性空間座標をＴ= （Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ）^T、前記Ｔに対応する前記#１赤外線撮像器２、#２赤外線撮像器３からの赤外線画像から＃１,＃２テンプレートマッチング処理部９後の二値画像により抽出された模擬目標の座標位置をそれぞれ、t1= (tu1, tv1,-c1) ^T、t2=(tu2, tv2,-c2) ^Tとすると、前記T1、t1、T2、t2は式（１６）及び式（１７）を満足する。
なお、c1, c2はそれぞれ＃１赤外線撮像器２１、＃１−１赤外線撮像器２２の焦点距離であり既知である。

式（１６）と式（１７）より式（１８）が得られる。
式（１８）において、前記Ｔ1、t1、Ｔ2、t2の既知の組合せをそれぞれ＃１，＃１−１において複数用いて、＃１，＃１−１についてそれぞれＡ、Ｔ１、Ｂ、Ｔ２についての連立方程式の解として求めることで、Ａ、Ｔ１、Ｂ、Ｔ２が求められる。

ただし、連立方程式は非線形であるため、非線形最適化手法を用いて、Ａ、Ｔ１、Ｂ、Ｔ２を求める。
例えば式（１８）から得られる式（１９）の関数をテイラー展開して、それぞれの未知変数について１次項までを抽出することで、各未知数について線形３元１次方程式に近似して、線形関数の最小二乗法を用いることで、Fu1、Fv1、Fu2、Fv2が最小になる場合のＡ、Ｔ１、Ｂ、Ｔ２を解として求めればよい。

以上、模擬目標発生装置３７から擬似熱源を持つ目標を発生し、慣性空間における位置を設定し、この目標を#１赤外線撮像器２１、#１−１赤外線撮像器２２からの#１、＃１−１赤外線画像における座標を観測取得し、これらの組合せを#１赤外線撮像器２１、#１−１赤外線撮像器２２について、それぞれ３組取得することで、上記＃１，＃１−１赤外線撮像器の取付位置Ｏ１=（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）^T、Ｏ２=（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）^T、及びその姿勢角（ω1,φ1,κ1）, （ω2,φ2,κ2）を算出することができる。
上記の手順を＃２、＃２−１、＃３、＃３−１、＃４、＃４−１に適用することで、全ての赤外線撮像器２１〜２８の取付位置Ｏ１=（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）^T、Ｏ２=（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）^T、及び姿勢角（ω1,φ1,κ1）, （ω2,φ2,κ2）を算出することができる。

このようにして得た、赤外線撮像器２１〜２８の取付位置Ｏ１=（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）^T、Ｏ２=（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）^T、及び姿勢角（ω1,φ1,κ1）, （ω2,φ2,κ2）は、式（５）における赤外線撮像器２１〜２８の取付位置Ｏ１=（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）^T、Ｏ２=（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）^T、及び姿勢角（ω1,φ1,κ1）、（ω2,φ2,κ2）に適用することで、式（５）より精度よく目標の視線ベクトル値を算出することができ、この結果、目標測距、測角を精度よく行うことができる。

１目標検出装置、２レーダ装置、２０赤外線目標検出装置、３、４、５、６アンテナ、７、８、９、１０サーキュレータ、１１＃１送信機、１２＃１受信機、１３＃２送信機、１４＃２受信機、１５＃３送信機、１６＃３受信機、１７＃４送信機、１８＃４受信機、１９信号処理部、２１＃１赤外線撮像器、２２＃１−１赤外線撮像器、２３＃２赤外線撮像器、２４＃２−１赤外線撮像器、２５＃３赤外線撮像器、２６＃３−１赤外線撮像器、２７＃４赤外線撮像器、２８＃４−１赤外線撮像器、２９空間安定化処理部、３０目標検出処理部、３１目標測距・測角部、３２赤外線撮像器制御部、３３ステレオマッチング処理部、３５セレクタ、１１０＃１-＃４受信機飽和ステータス、２１ａ＃１赤外線画像、２２ａ＃１−１赤外線画像、２３ａ＃２赤外線画像、２４ａ＃２−１赤外線画像、２５ａ＃３赤外線画像、２６ａ＃３−１赤外線画像、２７ａ＃４赤外線画像、２８ａ＃４−１赤外線画像、２１ｂ＃１撮像指令、２２ｂ＃１−１撮像指令、２３ｂ＃２撮像指令、２４ｂ＃２−１撮像指令、２５ｂ＃３撮像指令、２６ｂ＃３−１撮像指令、２７ｂ＃４撮像指令、２８ｂ＃４−１撮像指令、３２ｆフレーム同期信号、２１ａｓ＃１空間安定化後画像、２２ａｓ＃１−１空間安定化後画像、２３ａｓ＃２空間安定化後画像、２４ａｓ＃２−１空間安定化後画像、２５ａｓ＃３空間安定化後画像、２６ａｓ＃３−１空間安定化後画像、２７ａｓ＃４空間安定化後画像、２８ａｓ＃４−１空間安定化後画像、２１ａｓｎ＃１二値画像、２２ａｓｎ＃１−１二値画像、２３ａｓｎ＃２二値画像、２４ａｓｎ＃２−１二値画像、２５ａｓｎ＃３二値画像、２６ａｓｎ＃３−１二値画像、２７ａｓｎ＃４二値画像、２８ａｓｎ＃４−１二値画像、２１ｖ視軸ベクトル値、２２ｖ視軸ベクトル値、２３ｖ視軸ベクトル値、２４ｖ視軸ベクトル値、２５ｖ視軸ベクトル値、２６ｖ視軸ベクトル値、２７ｖ視軸ベクトル値、２８ｖ視軸ベクトル値、Ｌ＃１-＃４赤外線目標距離、Ｄ＃１-＃４赤外線目標角度、１９ＬＤ信号処理部１９より出力する＃１-＃４レーダ目標角度・距離、３１ＬＤ目標測距・測角部３１より出力する＃１-＃４赤外線目標角度・距離。

Claims

艦船又は航空機に搭載され、
前記艦船又は前記航空機からみた全方位の領域をＮ個に分割したＮ個の捜索領域毎に設置されたＮ個のアンテナを介して、受信機で受信した受信信号を用い目標を検出するレーダ装置と、
前記捜索領域毎に複数台設置される赤外線撮像器で撮像した赤外線画像を用いて目標を抽出する赤外線目標検出装置と、
前記レーダ装置の受信機からの出力が飽和している場合は、前記赤外線目標検出装置により抽出した目標を目標検出結果として出力するセレクタと、
を備えることを特徴とする目標検出装置。
前記赤外線目標検出装置は、
前記捜索領域毎に設置される受光感度波長帯の異なる２台の赤外線撮像器と、
前記赤外線撮像器が撮像した赤外線画像のフレームごとのブレを補正するための空間安定化処理部と、
前記空間安定化処理部により前記ブレが補正された赤外線画像に対し、画素ごとの輝度値を用いた二値化処理を行い、二値化処理後の赤外線画像から目標を検出する目標検出処理部と、
前記２台の赤外線撮像器により同一視野を撮像した赤外線画像に対して前記空間安定化処理部で補正をした補正後の赤外線画像を用いて、目標の形状、前記目標の空間的な位置の同一性を評価し、前記評価の結果、同一性が高いと判断した目標について二値画像を出力するステレオマッチング処理部と、
前記ステレオマッチング処理部から得られる目標に対する視線ベクトル値を用いて、目標までの距離、角度を算出する目標測距部・測角部と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の目標検出装置。
前記赤外線目標検出装置は、
全方位における視野領域を直交座標系の象限に対応した４つの視野領域に分割し、各象限領域に対して、各々受光感度波長帯の異なる２台の赤外線撮像器を設け、
前記２台の赤外線撮像器は、同一視野を撮像するように設置されることを特徴とする請求項２記載の目標検出装置。
前記赤外線目標検出装置は、
前記レーダ装置からのレーダ目標検出結果と、前記赤外線目標検出装置からの赤外線目標検出結果とを赤外線表示画像重畳シンボルとして発生し、赤外線表示画像に重畳出力してモニタに出力する画像合成・シンボル重畳部を備えることを特徴とする請求項３記載の目標検出装置。
目標検出の用途に応じて目標検出出力モードを設定し、前記設定内容に応じた目標検出結果を出力することを特徴とする請求項４に記載の目標検出装置。
赤外線目標を模擬するターゲット模擬装置を予め慣性空間基準における既知の位置に設定し、
前記ターゲット模擬装置からの模擬ターゲットを前記赤外線撮像器により撮像し、
前記慣性空間基準と撮像画像基準における模擬ターゲットの観測位置の組合せより、慣性空間座標系における前記赤外線撮像器の取付位置、姿勢角度を算出する赤外線撮像器パラメータ校正部を備え、
前記赤外線撮像器パラメータ校正部で求めた、前記赤外線撮像器の慣性空間座標系における取付位置、姿勢角度を前記目標測距部・測角部に出力し、目標までの距離、角度を算出することを特徴とする請求項５記載の目標検出装置。