JP6679372B2 - 物体検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の監視領域内に存在する物体（例えばドローン等の飛行物体）を検知する物体検知装置に関する。

近年、ドローンと呼ばれる小型で無人のマルチコプターが実用化され、農薬散布や施設点検などさまざまな用途に有効利用されている。

一方で、盗撮や危険物運搬などドローンを悪用した犯罪も懸念されつつあり、このようなドローンが監視領域内への侵入を早期に検出するシステムも現れ始めている。

従来、比較的広範囲を監視領域とし、監視領域内に侵入する侵入物体を検知すると警報を出力する物体検知センサとして、例えば下記特許文献１に開示されるようなＦＭ−ＣＷ、２周波ＣＷ等のレーダを利用するものが知られている。

特開２００７−１７８１４０号公報 特開平１０−１４２３２２号公報

このようなレーダでは、アンテナから送信した電波の反射波から物体の有無を判定するが、アンテナの開口部を狭くすることでビーム幅が拡がり広範囲を監視することができる。一方、アンテナの開口部が広いと狭いビーム幅の電波が送信でき、角度分解能が向上する。また、アンテナに回転機構を持たせることで３６０度の監視範囲を実現できる。

ここで、監視領域内に飛行物体が侵入したことを検知するだけであれば、飛行物体の正確な位置を知ることは必ずしも必要とされない。しかし、例えば、侵入した飛行物体を検知して何らかの手段により自動で捕獲等を行うシステムを想定する場合には、監視領域内における飛行物体の位置を精度良く求めることが必要となる。

例えば半球面のような広い監視範囲を対象とする場合は、上述のように仰角のビーム幅が広い（偏波角が広い）アンテナを回転させることで実現できる。その際、方位角方向のビーム幅を狭くすることで方位角方向の分解能を高くすることはできるが、仰角方向の分解能を上げることができず、監視領域内における飛行物体の位置を精度良く求めることができない。

ところで、特許文献２には、ビームを重複させ、各ビームの重複信号の和信号と差信号と方位に一定の関係があることが記載されている。しかし、広域の監視範囲内で十分な仰角の分解能を得るためには多くのアンテナが必要となり、コストや制御負荷等の問題で現実的ではない。

本発明は、上記課題を解決しようとするものであり、監視領域内の物体の位置を精度良く求めることが可能な物体検知装置を提供することを目的としている。

上記した目的を達成するために、本発明に係る物体検知装置は、所定のビーム幅の電波を複数方向に送受信するアンテナを備え、前記アンテナから送信された送信波に対する反射波から監視領域の物体の有無を検知するとともに前記物体の存在する角度範囲を取得する物体検知手段と、
パン・チルト・ズーム機構を有する撮像手段と、
前記撮像手段に入力された画像上の物体位置を特定する画像処理手段と、
を備えた物体検知装置であって、
前記物体検知手段が物体を検知すると、前記角度範囲に対応する画像上の範囲を検査領域として設定し、前記検査領域が画像内に収まるよう前記パン・チルト・ズーム機構を制御する制御手段を備え、
前記画像処理手段は、前記画像上の検査領域内を画像処理して前記物体の存在する角度を特定することを特徴とする。

また、本発明に係る物体検知装置は、前記物体検知手段が、前記アンテナにて方位角方向にビーム幅が狭く仰角方向にビーム幅が広い電波を送受信し、前記アンテナを所定周期で回転させる回転機構を備え、前記アンテナから送信された送信波に対する反射波から監視領域の物体の有無を検知するとともに物体までの距離及び方位角方向、仰角範囲を特定可能であり、
前記画像処理手段が、前記仰角範囲に対応する画像上の範囲を検査領域として設定し、前記検査領域内で、他の領域と有意な差異がある画像位置に基づき仰角を特定し、前記物体検知手段が特定した物体までの距離及び方位角と前記画像処理手段が特定した仰角に基づき前記物体の位置を求めるようにしてもよい。

さらに、本発明に係る物体検知装置は、前記物体検知手段が、仰角方向の送受信範囲が異なる複数のアンテナを備え、前記物体を検知したアンテナの送受信範囲に基づき仰角範囲を特定してもよい。

また、本発明に係る物体検知装置は、空間上に複数配置されたマイクロホンを有する音響信号入力手段と、
前記マイクロホンに入力された複数の音響信号を遅延和処理して特定の音源方向に指向性を制御する音響信号処理手段と、をさらに備え、
前記物体検知手段にて特定された方位角方向、及び前記画像処理手段にて特定された仰角方向に、前記遅延和処理して生成した遅延和信号が所定以上である場合に警報を出力してもよい。

さらに、本発明に係る物体検知装置は、空間上に複数配置されたマイクロホンを有する音響信号入力手段と、
前記マイクロホンに入力された複数の音響信号を遅延和処理して監視領域内の音源方向を推定する音響信号処理手段と、をさらに備え、
前記検査領域内で他の領域と有意な差異がある画像位置の特定が困難と判定された場合に、前記仰角を音響信号処理手段にて特定してもよい。

本発明の物体検知装置によれば、物体検知手段は、所定のビーム幅の電波を複数方向に送受信するアンテナを備え、アンテナから送信された送信波に対する反射波から監視領域の物体の有無を検知するとともに物体の存在する角度範囲を取得する。撮像手段は、パン・チルト・ズーム機構を有し、監視領域内の物体の検知方向にパン・チルト・ズーム制御されて撮像する。画像処理手段は、撮像手段に入力された画像上の物体位置を特定する。制御手段は、物体検知手段が物体を検知すると、取得した角度範囲に対応する画像上の範囲を検査領域として設定し、検査領域が画像内に収まるようパン・チルト・ズーム機構を制御する。画像処理手段は、画像上の検査領域内を画像処理して物体の存在する角度を特定する。かかる構成により、物体検知手段にて監視領域内の物体の存在範囲を絞り込んで当たりをつけ、撮像手段による画像上の探索範囲を限定することにより低コストな構成で効率的に監視領域内の物体の位置を精度良く特定することができる。

また、本発明の物体検知装置によれば、物体検知手段は、所定周期で回転するアンテナにて方位角方向にビーム幅が狭く仰角方向にビーム幅が広い電波を送受信し、アンテナから送信された送信波に対する反射波から監視領域の物体の有無を検知するとともに物体までの距離及び方位角方向、仰角範囲を特定する。画像処理手段は、仰角範囲に対応する画像上の範囲を検査領域として設定し、検査領域内で、他の領域と有意な差異がある画像位置に基づき仰角を特定し、物体検知手段が特定した物体までの距離及び方位角と画像処理手段が特定した仰角に基づき物体の位置を求める。かかる構成により、監視領域の物体の有無、物体が有るときの物体までの距離及び方位角、仰角に基づいて監視領域内の物体の位置を特定することができる。

さらに、本発明の物体検知装置によれば、物体検知手段は、仰角方向の送受信範囲が異なる複数のアンテナを備え、物体を検知したアンテナの送受信範囲に基づき仰角範囲を特定する。かかる構成により、仰角方向の送受信範囲が異なるアンテナを多段構成とすることで仰角探索範囲を限定することができる。

また、本発明の物体検知装置によれば、音響信号処理手段は、空間上に複数配置されたマイクロホンに入力された複数の音響信号を遅延和処理して特定の音源方向に指向性を制御する。そして、物体検知手段にて特定された方位角方向、及び画像処理手段にて特定された仰角方向に、遅延和処理して生成した遅延和信号が所定以上である場合には警報を出力する。かかる構成により、特定された方位角方向及び仰角方向において、遅延和処理して生成した遅延和信号が所定以上である場合、その位置に検知対象の物体が存在するものとして警報を出力することができる。

さらに、本発明の物体検知装置によれば、音響信号入力手段は、空間上に複数配置されたマイクロホンを有する。音響信号処理手段は、マイクロホンに入力された複数の音響信号を遅延和処理して監視領域内の音源方向を推定する。検査領域内で他の領域と有意な差異がある画像位置の特定が困難と判定された場合には、音響信号処理手段にて仰角を特定する。かかる構成により、画像処理による判定が困難な場合に音響信号入力手段による音響信号を用いて物体位置の特定に対応することができる。

本発明に係る物体検知装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明に係る物体検知装置における監視範囲の概略斜視図である。 本発明に係る物体検知装置における監視用レーダの概略構成を示す図である。 本発明に係る物体検知装置におけるマイクアレイの一例を示す概略図である。 本発明に係る物体検知装置における検査領域の設定例を示す図である。 本発明に係る物体検知装置の動作フローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面の図１〜６を参照しながら詳細に説明する。

［本発明の概要について］
本発明は、所定幅のビームを所定周期で回転させて送受信するレーダを用い、所定の監視領域内に存在する対象物体（例えばドローン等の飛行物体）を検知する物体検知装置に関するものである。

本発明では、方位角方向のビーム幅が狭く、仰角方向のビーム幅が広くなるアンテナをレーダに用いるため、方位角方向の分解能は高く、仰角方向の分解能は低い。このため、対象物体の捕獲などを想定した場合には正確な位置を求めることが必要となる。

そこで、本発明の物体検知装置は、レーダとカメラを備え、レーダで対象物体までの距離、方位角及び仰角範囲を特定した後、レーダで特定された方位角方向にカメラを旋回させ、カメラが撮像した画像上で仰角を特定し、対象物体の位置を求める機能を有する。

［物体検知装置の構成について］
図１に示すように、本実施の形態の物体検知装置１は、物体検知部２、撮像部３、音響信号入力部４、制御部５、表示部６を含んで概略構成される。

物体検知装置１は、図２の点線で示す円ａの中心に設置され、半球面を監視範囲Ｅとしている。物体検知装置１は、物体検知部２により監視範囲Ｅ内の対象物体Ｗを検知したと判定すると、物体検知部２の近傍に設置された撮像部３により対象物体Ｗを含む撮像が行なわれる。以下、対象物体Ｗを飛行物体として説明する。

［物体検知部（監視用レーダ）］
物体検知部２は、監視範囲Ｅ内の飛行物体Ｗを検知する監視用レーダで構成される。監視用レーダ２は、監視領域の所定箇所に固定設置され、複数のレーダを組み合わせて半球面の監視範囲Ｅを監視する構成としている。

監視用レーダ２は、レーダから送信される送受信波として周波数変調された連続波を使用して測距を行うＦＭ−ＣＷ方式を採用し、所定周期（例えば１回転／１秒）で方位角方向に所定の水平ビーム幅（例えば２度）のビームを３６０度回転させ、所定周期（例えば３ｍｓ）ごとに電波を送受信することで、飛行物体Ｗの方位角を検知できる。

また、監視用レーダ２の回転速度は、レーダの最大検知距離（例えば１００ｍ）に応じて決定されるビームの往復時間と比較して、アンテナが停止しているとみなせるほど小さい速度に設定される。

仰角方向は、斜め上方、及び上空方向に水平ビーム幅より広い送信ビーム（例えば６０度）を放射し、斜め上方に送信した領域を上下に分割した領域からの電波を受信する２つの受信アンテナ、及び上空方向からの受信波を受信する２つの受信アンテナ（例えば３０度）を用いて監視領域内に侵入した飛行物体Ｗからの反射波を受信する。

監視用レーダ２は、レーダ方式としてはＦＭ−ＣＷ方式が採用することで、レーダを中心とした飛行物体Ｗの方位角、物体までの距離、速度、受信強度、検知した受信アンテナが監視する仰角範囲の情報が取得できる。

さらに監視用レーダ２の構成について図３を参照しながら説明する。ここでの監視用レーダ２は、斜方監視用レーダと天面監視用レーダによる２つのレーダ装置を組み合わせて半球面の監視範囲Ｅを監視する構成としている。以下、２つのレーダ装置にＦＭ−ＣＷレーダを用いた場合を例にとって説明する。

図３は２つのレーダ装置で構成される監視領域のイメージを示している。固定位置に設置されたＦＭ−ＣＷレーダは、図３に示すように、斜め上方、及び上空方向のそれぞれに送信ビームＴ１，Ｔ２を放射し、斜め上方に送信した領域を上下に分割した領域からの電波Ｒ１を受信する２つの受信アンテナ、及び上空方向からの電波Ｒ２を受信する２つの受信アンテナを用いて監視領域内に存在する飛行物体Ｗからの反射ビームを受信する。

ここでは、ＦＭ−ＣＷレーダの原理の詳細な説明については省略するが、その概略について説明すると、監視用レーダ２としてのＦＭ−ＣＷレーダは、送信アンテナ、複数の受信アンテナ、送受信装置、Ａ／Ｄ変換器、信号処理装置を含んで構成される。

各部について説明すると、送信アンテナは、送信ビームを前方に放射する。仰角範囲の異なる複数の受信アンテナは、送信ビームの範囲あるいは、送信ビームの範囲を分割した監視領域からの電波を受信する。送受信装置は、ＦＭ−ＣＷ送信波を生成し、また受信ビームを信号処理装置で処理可能な周波数に変換する。Ａ／Ｄ変換器は、送受信装置が出力する受信ビーム強度をデジタル変換する。信号処理装置は、Ａ／Ｄ変換器が出力する受信ビーム強度から監視領域にある飛行物体Ｗの相対距離、相対速度、及び受信ビーム中の飛行物体Ｗからの反射ビーム成分の強度を求める。

さらに説明すると、信号処理装置では、Ａ／Ｄ変換器から入力した反射ビームの信号の周波数分析を行い、各周波数における信号強度を演算する。次に、信号強度が閾値以上となる周波数を求めて、その周波数を飛行物体Ｗからの反射ビーム成分の周波数とする。そして、求めた飛行物体Ｗからの反射ビーム成分の周波数と、送信ビームの周波数の差を演算してビート周波数を算出し、このビート周波数から飛行物体Ｗの相対距離、相対速度を演算して出力する。また、信号処理装置は、回転させているレーダがどの位置で飛行物体Ｗを検知したかに基づいて方位角を出力する。さらに、信号処理装置は、複数ある受信アンテナの内、いずれかで受信したかを出力する。各受信アンテナが監視する仰角範囲は予め記憶されており、これにより、仰角範囲を求めることができる。

尚、監視用レーダ２は、監視領域に存在する飛行物体Ｗの相対距離、相対速度、及び受信ビーム中の飛行物体Ｗからの反射ビーム成分の強度などの飛行物体Ｗに関する各種情報を取得できればよく、図３に示すＦＭ−ＣＷレーダに限定されるものではない。例えば、他のレーダ方式として、２周波ＣＷ、パルスドップラレーダを適用してもよい。

［撮像部］
撮像部３は、パン、チルト、ズーム機能を備えた高解像度、高感度のカメラで構成される。撮像部３は、監視領域を撮像可能な位置に固定設置され、制御部５の制御により、パン、チルト及びズームが可能であり、目標の飛行物体Ｗが画面中央に映し出せるように撮像範囲が可変される。

撮像部３は、監視用レーダ２と連動し、監視用レーダ２で検知した飛行物体Ｗの位置情報に基づく制御部５の制御により、飛行物体Ｗが画像中心になるように旋回台を旋回、上下方向を調整し、監視用レーダ２から取得した飛行物体Ｗが存在する仰角範囲が画角内に入るようにズーム倍率を調整し、撮像画像を制御部５を介して表示部６に送信し、モニタ表示する。

尚、撮像部３、音響信号入力部４は、監視用レーダ２の上部または下部、あるいは監視用レーダ２近傍の別の場所に設置されてもよい。また、監視用レーダ２、撮像部３及び音響信号入力部４の相対位置は、物体検知装置１の不図示の記憶部に記憶されている。

［音響信号入力部］
音響信号入力部４は、空間上に配置された複数のマイクロホンを備えたマイクアレイ、マイクアンプ、多チャンネルＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。

図４はマイクアレイの入力部のイメージ図を示す。マイクアレイのマイクロホンは、音源の３次元的な空間位置を測定するため、３個のマイクロホンと、これら３個のマイクロホンと同一面ない１個のマイクロホンの計４個のマイクロホンを最低限必要とする。図４は三角推の各辺上に複数のマイクロホンＭを所定間隔で配置した例を示している。

尚、マイクロホンの数は、多ければノイズ抑圧性能、方向検出精度が向上し、監視用レーダ２との監視距離に応じて適宜設定される。

また、マイクロホンの入力部は、図４の形状に限定されることはなく、例えば球面状とし、この球面にマイクロホンを配置するようにしてもよい。

監視領域内の音響信号取得手段であるマイクロホンは、無指向性のコンデンサマイクを採用することができる。

また、マイクロホンの間隔は、飛行物体Ｗが発生する音響信号の主要周波数帯域（波長）との関係で十分に方向推定が可能な値（位相差が生じ易い）に設定される。

音響信号入力部４は、マイクロホンが取得した音響信号をマイクアンプで増幅した後にＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換して制御部５に出力する。

［制御部］
制御部５は、監視用レーダ２の出力（各レーダ出力）、音響信号入力部４の出力（マイクアレイの出力）を信号処理して飛行物体Ｗ（例えばドローン）と判定すると、撮像部３が撮像したカメラ画像を表示部６へ出力するものであり、レーダ信号処理部５ａ、画像処理部５ｂ、音響信号処理部５ｃ、判定部５ｄを含んで構成される。

（レーダ信号処理部）
レーダ信号処理部５ａは、監視用レーダ２が出力した情報からノイズ除去処理等を行い、監視用レーダ２が出力した信号の強度、大きさ、速度などから飛行物体Ｗである可能性があるか否かの判定を行う。

（画像処理部）
画像処理部５ｂは、撮像部３が撮像したカメラ画像上で飛行物体Ｗの仰角を特定する。さらに説明すると、画像処理部５ｂは、図５に示すように、監視用レーダ２が検知した飛行物体Ｗの方位角、及び検知した受信アンテナの監視範囲に相当する画像上の仰角範囲（及びその周辺画素を含む領域）を検査範囲として設定する。監視用レーダ２から取得した仰角範囲の情報に基づき、当該検査範囲が画角内に入るように制御部５により調整される。そして、画像処理部５ｂは、設定した検査範囲内において画像処理を行い、画像上の飛行物体Ｗの位置を特定し、仰角を特定する。具体的には、例えば検査領域内の平均輝度値を求め、この平均輝度値に対して所定以上の差がある領域を飛行物体位置として特定することができる。あるいは、検査領域内でエッジ検出を行い、エッジ強度が所定以上の位置を飛行物体位置として特定するようにしてもよい。ズーム倍率と画角の関係は既知（補正値を含め）であるため、撮像部３が撮像したカメラ画像の画角情報と撮像部３のチルト角（上下方向への回転角）、そしてカメラ画像上で特定した飛行物体位置から飛行物体Ｗの仰角が精度良く特定できる。

尚、上記差のある領域が存在しない場合は、例えば逆光、霧等により画像上で飛行物体Ｗが視認できない場合である可能性があるので、このような場合は、音響信号処理部５ｃによる仰角の特定を行う。

（音響信号処理部）
音響信号処理部５ｃは、音響信号入力部４のマイクアレイの出力信号を処理して音源方向の特定を行う。この音源方向の特定を行うための音源方向特定処理は、相関関数、遅延和アレイ、高分解能法などが知られている（大賀、山崎、金田共著”音響システムとディジタル処理”電子情報通信学会、1995年、pp.199-200）。

ここでは遅延和アレイを用いた場合を例にとって、その原理について説明する。説明を簡単にするため、間隔ｄで直線上に配置されたマイクロホンＭ₁ 〜Ｍ_m に対し、音源がθ_L の方向から到来すると、基準となるマイクロホンＭ₁ で受音される信号と他のマイクロホンで受音される信号の間には（ｍ−１）（ｄｓｉｎθ_L ）／ｃの遅延が発生する。

各マイクロホンから受音した信号に各々遅延を付加すると、各マイクロホンから受音した信号が同相化され、この同相化された信号を加算すると、音源方向θ_L から到来する信号が強調される。一方でθ_L 以外から到来する信号は、同相化されないため加算しても強調されない。これにより、指向性を音源方向に向けるように制御できる。直線ではなく三次元的に配置されたマイクアレイの場合もマイクロホン位置が既知であるため、幾何学的に特定方向から到来する信号を同相化することができる。

ここで、目的の方向θ_L を走査して、マイクアレイの出力信号を監視し、出力信号が最大となった角度が音源方向と推定できる。

本発明においては、飛行物体Ｗの検知情報をレーダ信号処理部５ａから取得し、画像処理部５ｂで画像上から特定した物体位置を飛行物体Ｗの方向を示す方位角及び仰角方向を取得し、飛行物体Ｗの方向にマイクアレイの指向性を制御して音響信号の有無を判定する。

そして、所定レベル以上の音響信号が検出されると、検知対象である飛行物体Ｗと判定する。通常のマイクアレイ処理では、上述の音源方向θ_L を三次元的に全ての角度について走査して音源方向を特定する必要があるが、監視用レーダ２から取得した方位角と、画像処理部５ｂから取得した仰角の方向に指向性を制御すればよいので、処理の負荷低減になるとともに、他の騒音源方向に誤って飛行物体Ｗが存在すると誤現地することを防止できる。

また、音響信号処理部５ｃは、画像処理部５ｂの補助手段としての機能を有する。すなわち、音響信号処理部５ｃは、逆光や霧等により検知手段である飛行物体Ｗが背景に埋もれていて、画像処理部５ｂが画像上の検査領域内で他の領域と有意な差異がなく飛行物体Ｗの特定が困難と判定した場合は、仰角範囲で角度を走査して遅延和アレイの出力が最大となる角度を仰角として特定することができる。

尚、逆光については、撮像部４から得られる画像全体或いは画像上の飛行物体映像を含む所定範囲（ズーム倍率に応じて決定される）における輝度値が所定以上の画素の割合を示す輝度分布を逆光度合いとして算出し、算出した輝度分布が所定基準値以上であれば、逆光の状態と判定する。また、飛行物体Ｗが背景に埋もれている場合については、切り替え前後の撮像部４の画像の輝度分布を比較し、切り替え後は切り替え前より所定基準以上の輝度差があれば（切り替え後の方が輝度分布が大きくなる）、飛行物体Ｗが背景に埋もれている状態と判定する。さらに、撮像部４の切り替え前後で撮像角度の変更により背景が変わり、飛行物体Ｗが背景に埋もれて見えにくくなる場合がある。この場合、例えば、切り替えが想定される撮像部４において、切り替え直前の飛行物体Ｗを含む撮像画像の数フレームのフレーム間差分の変化が所定以下であれば、飛行物体Ｗが背景に埋もれている状態と判定する。

（判定部）
判定部５ｄは、レーダ信号処理部５ａ、画像処理部５ｂで検知した飛行物体Ｗの方向に、音響信号入力部４のマイクアレイの出力信号である遅延和信号が所定値以上であれば対象である飛行物体Ｗを検知したとして警報出力する。

また、判定部５ｄは、レーダ信号処理部５ａで飛行物体Ｗを検知した位置に応じて飛行物体Ｗまでの距離、方位角を特定し、画像処理部５ｂ又は音響信号処理部５ｃで仰角を特定することで、飛行物体Ｗの位置を算出する。

［表示部］
表示部６は、制御部５と接続されて監視卓に設置され、監視用レーダ２によるレーダ画像及び監視用レーダ２で検知した付近のカメラ画像を表示するモニタである。

表示部６は、監視用レーダ２が監視領域内で飛行物体Ｗを検知すると、制御部５の制御により、監視用レーダ２近傍の撮像部３が撮像したカメラ画像を表示させる。その際、制御部５は、監視用レーダ２から取得した飛行物体Ｗの位置情報に基づき撮像部３のパン・チルト・ズーム制御（以下、ＰＴＺ制御と言う）を行い、検知した飛行物体Ｗが画面中央に映し出せるようにする。

［物体検知装置の動作について］
次に、上記のように構成される物体検知装置１における制御部５の動作について図６のフローチャートを参照しながら説明する。

尚、ここでは、監視領域内に進入した人工的な飛行物体であって、有人無人を問わず、自律的或いは人が操作するものであり、飛行時に音響信号を発生させる飛行物体を対象物体Ｗとする。具体的な対象物体Ｗとしては、例えばドローン等のマルチコプター、ヘリコプター、ラジコン飛行機等が上げられる。

まず、制御部５は、監視用レーダ２が監視領域内の飛行物体Ｗを監視範囲Ｅで検知しているか否かを判定する（Ｓ１０１）。

制御部５は、監視用レーダ２が反射波より飛行物体Ｗを検知し、監視用レーダ２が監視領域内の飛行物体Ｗを監視範囲Ｅで検知していると判定すると、レーダ信号処理部５ａが監視用レーダ２からのレーダ信号に対してノイズ除去処理を行い、対象物体である飛行物体Ｗの可能性があるか否かを判定する（Ｓ１０２）。

レーダ信号処理部５ａでは、監視用レーダ２から検知信号を取得すると、飛行物体Ｗの速度、大きさ等から単なる飛来物やノイズを除去し、上述の対象物体である飛行物体Ｗの可能性がある場合に次ステップへ進む。

制御部５は、上述の対象物体である飛行物体Ｗの可能性があると判定すると、検知した飛行物体Ｗの距離情報、方位角、複数ある受信アンテナのいずれが受信したかの情報をレーダ信号処理部５ａから取得し、飛行物体Ｗを検知した方位角へ撮像部３のカメラを旋回制御し（Ｓ１０３）、飛行物体Ｗを検知した受信アンテナが検知範囲に応じてチルト角を制御する。また、制御部５は、検知距離に応じて撮像部３の画角に収まるようにカメラのズーム倍率を制御する。

制御部５は、撮像部３のカメラを旋回後、画像処理部５ｂにて、撮像画像上で飛行物体Ｗを監視用レーダ２が検知した仰角範囲内を検査領域として設置し、当該検査領域内で有意な差異がある領域を飛行物体Ｗの位置として特定する（Ｓ１０４）。

そして、監視用レーダ２を原点とした監視用レーダ２から取得した物体までの距離、方位角の情報と、カメラ画像上の位置及び、チルト角、撮像部３の画角の情報から特定した仰角の３つの情報により飛行物体Ｗの位置が求められる。

制御部５は、音響信号処理部５ｃにて、監視用レーダ２から取得した方位角、画像処理結果から特定した仰角の情報を用いて、当該方位角、仰角の方向に音響信号入力部４のマイクアレイの指向性を制御する（Ｓ１０５）。

制御部５は、Ｓ１０５で求めた方向において、音響信号入力部４のマイクアレイの出力である遅延和信号が所定以上であるか否か判定する（Ｓ１０６）。尚、画像処理部５ｂにて、検査領域内で他の領域と有意な差異がある画像領域のサイズが所定サイズ以上である場合に検知対象である可能性があるとして、後段の処理に進み、所定サイズ未満である場合は非検知対象と判定するようにしてもよい。当該所定サイズは、ズーム倍率に応じて定められる値であり、対象物体である飛行物体Ｗの大きさに応じて定められる。

制御部５は、遅延和信号が所定以上で、対象物体の飛行物体Ｗであると判定すると、警報を出力するとともに、表示部６に撮像画像を表示する（Ｓ１０７）。

制御部５は、対象物体の飛行物体Ｗであると判定した飛行物体Ｗが監視用レーダ２上から消失するまで、監視用レーダ２から取得した位置情報に基づいて撮像部３を旋回制御する（Ｓ１０８）。

制御部５は、飛行物体Ｗが消失すると、監視領域内に他の飛行物体Ｗがあるか否かを判定する（Ｓ１０９）。監視領域内に他の飛行物体が有る場合はＳ１０２へ戻り、監視領域内に他の飛行物体がない場合はＳ１０１へ戻る。

尚、Ｓ１０４にて、逆光、濃霧、豪雨、背景に飛行物体が埋もれてしまう場合、背景に構造物が多く含まれる場合など画像上の上述の検査領域内で他の領域と有意な差異がある画像領域の検出が困難であり、結果的に飛行物体位置の特定が困難である場合は、音響信号入力部４のマイクアレイにて監視用レーダ２から取得した仰角範囲内で角度を走査して遅延和処理を行い、仰角を特定するようにしてもよい。

このように、本実施の形態の物体検知装置１は、監視用レーダ２にて検知した飛行物体Ｗの方位角及び仰角範囲をレーダ信号処理部５ａにて特定した後、特定した仰角範囲に対応する画像上の範囲を検査領域として設定し、検査領域が画角内に収まるように撮像部３をＰＴＺ制御し、画像上の検査領域内を画像処理して物体の存在する仰角を特定し、特定した方位角と仰角を監視領域内における飛行物体Ｗの位置として特定する。これにより、監視用レーダ２で飛行物体Ｗの存在範囲を絞り込んで当たりをつけ、撮像部３の画像上の探索範囲を限定することで効率的に監視領域内の飛行物体Ｗの位置を低コストな構成で精度良く特定することができる。

以上、本発明に係る物体検知装置の最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

１ 物体検知装置
２ 物体検知部（監視用レーダ）
３ 撮像部
４ 音響信号入力部
５ 制御部
５ａ レーダ信号処理部
５ｂ 画像処理部
５ｃ 音響信号処理部
６ 表示部
Ｅ 監視範囲
Ｍ マイクロホン
Ｗ 対象物体（飛行物体）

Claims (5)

1. 所定のビーム幅の電波を複数方向に送受信するアンテナを備え、前記アンテナから送信された送信波に対する反射波から監視領域の物体の有無を検知するとともに前記物体の存在する角度範囲を取得する物体検知手段と、
   パン・チルト・ズーム機構を有する撮像手段と、
   前記撮像手段に入力された画像上の物体位置を特定する画像処理手段と、
   を備えた物体検知装置であって、
   前記物体検知手段が物体を検知すると、前記角度範囲に対応する画像上の範囲を検査領域として設定し、前記検査領域が画像内に収まるよう前記パン・チルト・ズーム機構を制御する制御手段を備え、
   前記画像処理手段は、前記画像上の検査領域内を画像処理して前記物体の存在する角度を特定することを特徴とする物体検知装置。
2. 前記物体検知手段は、前記アンテナにて方位角方向にビーム幅が狭く仰角方向にビーム幅が広い電波を送受信し、前記アンテナを所定周期で回転させる回転機構を備え、前記アンテナから送信された送信波に対する反射波から監視領域の物体の有無を検知するとともに物体までの距離及び方位角方向、仰角範囲を特定可能であり、
   前記画像処理手段は、前記仰角範囲に対応する画像上の範囲を検査領域として設定し、前記検査領域内で、他の領域と有意な差異がある画像位置に基づき仰角を特定し、前記物体検知手段が特定した物体までの距離及び方位角と前記画像処理手段が特定した仰角に基づき前記物体の位置を求める請求項１の物体検知装置。
3. 前記物体検知手段は、仰角方向の送受信範囲が異なる複数のアンテナを備え、前記物体を検知したアンテナの送受信範囲に基づき仰角範囲を特定する請求項２に記載の物体検知装置。
4. 空間上に複数配置されたマイクロホンを有する音響信号入力手段と、
   前記マイクロホンに入力された複数の音響信号を遅延和処理して特定の音源方向に指向性を制御する音響信号処理手段と、をさらに備え、
   前記物体検知手段にて特定された方位角方向、及び前記画像処理手段にて特定された仰角方向に、前記遅延和処理して生成した遅延和信号が所定以上である場合に警報を出力する請求項２又は３に記載の物体検知装置。
5. 空間上に複数配置されたマイクロホンを有する音響信号入力手段と、
   前記マイクロホンに入力された複数の音響信号を遅延和処理して監視領域内の音源方向を推定する音響信号処理手段と、をさらに備え、
   前記検査領域内で他の領域と有意な差異がある画像位置の特定が困難と判定された場合に、前記仰角を音響信号処理手段にて特定する請求項２又は３に記載の物体検知装置。

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