JPH06194165A - 海面状況測定装置及び飛しょう体高度設定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像処理に要する処理時間の短縮化、ハード
ウェアの規模縮小化、システム設計の容易化、及び海面
状況推定の高精度化。 【構成】 飛しょう体１に設置した画像シーカ２からの
画像データから画像処理部５により画像全体について上
下方向位置の輝度パターン又は２値化画素パターンを生
成し、また、水平線位置算出部１０により飛しょう体１
の高度及び姿勢角から水平線位置を算出し、この水平線
位置を基準にして海面状況演算部７により輝度パターン
又は２値化画素パターンと記憶部６のデータベースとを
比較照合して海面状況を推定し、この推定結果により高
度設定部８にて飛しょう高度の指令値を設定して操舵翼
９を制御し、飛しょう体１を海面上に波と接触すること
なく且つ充分低い最適高度で飛しょうさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は海面状況測定装置及び飛
しょう体高度設定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】飛しょう体には、海面上を波に接触する
ことなく、充分低い高度で飛しょうするものがある。そ
のためには、海面状況即ち波の状態を把握して飛しょう
体の高度を設定する必要がある。

【０００３】図５を参照して従来の技術を説明する。飛
しょう体１には海面状況測定装置として、画像シーカ２
と、画像処理部１６と、記憶部１７と、波高演算部１８
からなるものが設置されており、この装置で海面状況の
データとして波の高さ即ち波高を推論し、高度設定部１
９に波高の推論値を与える。高度設定部１９では、与え
られた波高推論値と、電波高度計の送受各アンテナ２
０，２１で得られた現在の飛しょう高度とから、海面の
波に接触することがない範囲で充分に低い飛しょう高度
を指令値として設定する。飛しょう体１では操舵翼９を
駆動することにより、指令値として与えられた最適な設
定高度で飛しょうする。

【０００４】海面状況測定装置においては、飛しょう体
１の前方に画像シーカ２が設置されており、これで得ら
れた画像データが画像処理部１６へ送られて２値化処理
された後、記憶部１７に送られる。記憶部１７には予
め、画像中の明るい部分１つ１つの面積の大きさ，分
布，輪郭の明確さ等の組合わせと、波高との相関関係が
データベース化して記憶されており、このデータベース
を利用して波高演算部１８にて波高を推論する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術には、
次のような問題がある。

【０００６】第１には、海面状況のデータを得るため
に、画像中の明るい部分の面積１つ１つを抽出する必要
があり、この処理が下記問題点をもたらしている。 （１）あらゆる海面状況即ち波の状態において、波の１
つ１つを正確に画像から抽出するような２値化処理を行
うことは、技術的に困難である。例えば図６（ａ）に示
すように高い波２０１が多く発生する状況では、複数の
波を１つの領域として２値化してしまう場合が少なから
ず存在する。このように複数の波２０１が１つの領域と
して２値化された場合、２値化処理された画像上では、
図６（ｂ）に示すような波高が低く周期の長いうねり２
０２がある海面状況と区別することができない。なお、
図６（ａ），（ｂ）において、２０３は水平線、２０４
は海、２０５は空を示す。 （２）波２０１の１つ１つを正しく２値化した場合で
も、２値化した個々の領域の面積，分布等を求めようと
すると、個々の領域をラベリング処理する必要がある。
しかし、ラベリング処理は、２値化された領域の１つ１
つに異なる番号を付けることにより領域を区別する手法
であり、具体的には、まず２値化された領域の外周をト
レースして領域の境界を求めた後、領域内部の画素（画
像の最小構成単位）に番号を付け、１つの領域内の全画
素に同一番号を付け終ったら、次の別の領域に同様な方
法で別の番号を付ける。これを領域の数だけ順次繰り返
す。従って、ラベリング処理では処理時間が長くかか
り、その長さは領域の個数、つまり波の個数に依存する
という欠点がある。また、処理時間を短かくするには、
ハードウェアの規模を大きくすることが必要になる。 （３）以上のように、従来は画像処理部１６が画像中の
明るい部分を波２０１，２０２として１つ１つ２値化す
る必要があるため、海面状況に対する画像処理の対応力
が低いといった性能上の問題に加え、処理時間が長くか
かりその長さも一定しないのでシステム設計が行い難い
といった設計上の問題、更に処理時間を短くするにはハ
ードウェアの規模を大きくしなければならないといった
製作上の問題がある。

【０００７】第２には、画像処理部１６で得た画像デー
タと、記憶部１７に収められたデータベースとを比較す
る際の問題であり、これにより波高演算の誤差が大きい
という欠点が生じている。即ち、画像シーカ２で海面を
見た場合、図６（ｃ）に示すように、画面の上下方向の
中心付近の水平線２０６近傍は、飛しょう体１から遠方
にある海面を見るため、波は小さく見え、その明るさの
変化（以下、輝度コントラストと称す）も小さい。これ
に対して、画面下端２０７に近づくほど、飛しょう体１
から近距離の海面を見ることになるため、波も大きく見
え、その輝度コントラストも大きい。従って、画像処理
部１６からの画像データと記憶部１７のデータベース
（画像データ）とを比較する際には、水平線２０６を基
準にする等により画像の上下方向を正しく合わせるか、
あるいは個々の領域が基準から上下方向どれ位の位置に
存在しているかを認識した上で比較を行わないと、比較
により得られる結果の信頼性が低下するはずである。し
かし、従来の技術では画像上での基準位置を認識してい
ない。そのため、画像の上下のずれは飛しょう体１の姿
勢角や高度の変化によって容易に起り得るので、波高演
算時の誤差が大きいという欠点が生じている。なお、図
６（ｃ）において、２０８は画像シーカ２の中心方向、
２０９は地球表面（海面）、２１０は画面上端である。

【０００８】本発明は上記従来技術の問題点を解消した
海面状況測定装置及び飛しょう体高度設定装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項１の発明の海面状況測定装置は、飛しょう体に限らず
船舶に搭載しても良く、画像シーカと、この画像シーカ
で得られた画像から、画像上下方向の位置対画素の明る
さ又は２値化された画素数のパターンを生成する画像処
理手段と、予め前記パターンと海面状況との相関関係を
示すデータベースを記憶した記憶手段と、前記画像シー
カの姿勢角と高度から、画像シーカで得られた画像上の
海面基準位置を算出する海面基準位置演算手段と、前記
画像処理手段で得られたパターンにより、前記海面基準
位置を基準として前記記憶手段のデータベースを参照
し、海面状況を推定する海面状況演算手段とを具備する
ことを特徴とするものである。

【００１０】上記目的を達成する請求項２の発明の飛し
ょう体高度設定装置は、飛しょう高度の指令値に従って
海面上を飛しょうする飛しょう体に上述した請求項１記
載の海面状況測定装置と、この海面状況測定装置の海面
状況演算手段で推定された海面状況により前記指令値と
しての飛しょう高度を設定する高度設定手段とを搭載す
ること、並びに前記画像シーカが飛しょう体の前部に設
置されて飛しょう方向前方を撮像するものであることを
特徴とするものである。

【００１１】

【作用】請求項１の海面状況測定装置は海面状況を自動
的に把握するものであり、飛しょう体に限らず船舶に搭
載することができる。画像処理手段は画像シーカで得ら
れた画像の全体について、画像上下方向の位置対画素の
明るさのパターン（以下、輝度パターンと称す）、ある
いは画像上下方向の位置対２値化された画素数のパター
ン（以下、２値化画素パターンと称す）を生成し、海面
状況演算手段に渡す。記憶手段には各輝度パターン又は
各２値化画素パターンと海面状況との相関関係を予めデ
ータベース化して記憶してある。海面基準位置演算手段
は画像シーカの姿勢角と高度から、例えば画像上の水平
線位置を海面基準位置として算出し、海面状況演算手段
に渡す。海面状況演算手段は、輝度パターン又は２値化
画素パターンとデータベースとを、例えば水平線位置を
基準として照合して、海面状況例えば波高を推定する。

【００１２】（１）ここで、上述の輝度パターン又は２
値化画素パターンの生成は、画素の輝度又は２値化され
た画素数の単純な加減乗除算で得られ、しかも処理時間
も一定化する。従って、従来の波を１つ１つ抽出する画
像処理と比べると、本発明では、処理時間の短縮化及び
ハードウェアの縮小化を図ることができる。更に、処理
時間も一定と見積ることができるから、システム設計が
容易になる。 （２）また、従来では波の１つ１つを正確に抽出しない
と波高演算に誤差を生じるため、事実、海面状況によっ
ては波の２値化、抽出が正確に行えず波高演算に誤差が
生じる可能性があったのに対し、本発明では画像全体の
輝度パターン又は２値化画素パターンを用いてデータベ
ースとの照合により海面状況を推定するため、推定結果
が抽出された波の形、即ち海面の波の状況により悪影響
を受ける度合が少ない。 （３）更に、本発明は画像から得た輝度パターン又は２
値化画素パターンと予め記憶されているデータベースと
を比較する際に、水平線位置等の画面上の海面基準位置
を一致させるため、姿勢角や高度が変動したり、その設
定値が変化しても、海面状況の推定を正確に実行するこ
とができる。

【００１３】請求項２の飛しょう体高度設定装置では、
画像シーカは飛しょう体の前部にて飛しょう方向前方を
撮像し、高度設定手段は上述の如く海面状況測定装置で
得られた海面状況の推定結果から、飛しょう体に対する
指令値としての最適な飛しょう高度を設定する。その結
果、飛しょう体は海面上を波と接触することなく充分低
い最適の飛しょう高度で飛しょうすることが可能とな
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例とともに説
明する。図１は本発明の一実施例の構成を示し、飛しょ
う高度設定装置は海面状況測定装置と、高度設定部８と
からなっている。また海面状況測定装置は画像シーカ２
と、画像処理部５と、記憶部６と、海面状況演算部７
と、水平線位置算出部１０とからなり、更に、水平線位
置算出部１０に姿勢角及び高度の各情報を与えるため
に、高度計３と姿勢角検出装置４とを備えている。

【００１５】画像シーカ２は飛しょう方向前方を撮像す
るために飛しょう体１の前部に設置され、得られた画像
データを画像処理部５へ送る。画像処理部５は画像シー
カ２からの画像データを、海面状況を良く示すために、
画像全体について輝度パターン（画像の上下方向の位置
対画像上の画素の明るさのパターン）、又は２値化画素
パターン（画像の上下方向の位置対画像上の２値化した
画素数のパターン）に変換し、得られたパターンを海面
状況演算部７に送る。記憶部６には、輝度パターン及び
／又は２値化画素パターンと海面状況との相関関係を実
験等で求めて予めデータベース化して記憶してある。水
平線位置算出部１０は、高度計３で得られる飛しょう高
度即ち画像シーカ２の高度と、姿勢角検出装置４で得ら
れる飛しょう体１の姿勢角即ち画像シーカ２の姿勢角と
から、海面基準位置として画像上の水平線位置を算出す
る。海面状況演算部７は、画像処理部５からの輝度パタ
ーン又は２値化画素パターンと記憶部６のデータベース
とを、水平線位置算出部１０で算出した水平線位置を基
準にして、即ち水平線位置どうしを一致させて比較照合
し、海面状況例えば波高を推定する。

【００１６】高度設定部８は、現在の設定高度と海面状
況演算部７で得られた海面状況とにより、波に接触せず
且つ目標物等の他者からは発見され難い充分低い最適飛
しょう高度を必要に応じて再設定し、この飛しょう最適
高度に応じて操舵翼９を駆動制御して飛しょう体１を設
定高度通りに飛しょうさせる。

【００１７】図２は水平線位置算出部１０の処理内容を
示す。ここでは、画像シーカ２の光学的中心であるシー
カ軸１１が飛しょう体１の機軸と一致している場合での
処理を考える。図２（ａ）に示すように、飛しょう体機
軸１１が水平面１０１となす上下方向の角度である機体
姿勢角ピッチをθとし、水平面１０１と水平線方向１０
２とのなす角をθ_H とすると、図２（ｂ）に示すよう
に、画像上の水平線１０３の位置は画像の上下方向（以
下、アジマス方向と称す）の中心１０４からθ＋θ_H だ
けずれた所に位置する。θ_H は、飛しょう高度をｈ、地
球半径をＲ_E とすると、次式（１）で求められる。

【数１】 θ_H ＝ｃｏｓ^-1｛Ｒ_E ／（Ｒ_E ＋ｈ）｝ … 式（１） つまり水平線位置算出部１０は、画像シーカ２が画像デ
ータを取得したタイミングにおける機体姿勢角ピッチθ
と飛しょう高度ｈを姿勢角検出装置４と高度計３から取
り込み、これらから画像上での水平線位置θ＋θ_H を算
出した後、このθ＋θ_H を、同じ画像データから画像処
理部５が変換した輝度パターン又は２値化画素パターン
における水平線位置を示す情報として、海面状況演算部
７に出力する。なお、図２（ｂ）において、１０５は画
像シーカのアジマス画角、１０６は海、１０７は空を示
す。

【００１８】次に、図３、図４を参照して画像処理部５
の処理内容について、２つの例を説明する。

【００１９】図３は画像処理部５の第一例として輝度パ
ターンを生成する場合を示し、本例では、海面を画像シ
ーカ２で見ると、海が荒れている場合は画像上の輝度変
化量が大きく、海が穏やかな場合は輝度変化量が小さい
という性質を利用している。具体的には、図３（ａ）に
示すように、まず画像を上下方向に第１ブロック、第２
ブロック、第３ブロック…という如く複数のブロック１
０８に分割し、ブロック１０８毎の輝度統計量を求め
る。輝度統計量としては、輝度の標準偏差や、ブロック
内輝度の「最大値−最終値」（最大変化量）を用いるこ
とができる。そして、画像の横方向ラインＡ，Ｂ…にお
けるライン輝度は、図３（ｂ）に示すように画像の下方
になるほど輝度振幅が大きくなり、従って、輝度統計量
も大きくなる。これは、画像下方ほど、飛しょう体即ち
画像シーカ２近くの海面部分を見るためである。上述し
た理由により、ブロック１０８毎の輝度統計量をグラフ
化すると図３（ｃ）に示すようになり、これが輝度パタ
ーンとして画像処理部５により得られる。１０９は海が
荒れている時の輝度パターン、１１０は穏やかな時の輝
度パターンを示す。

【００２０】図３（ｃ）から判るように、輝度パターン
は空１０７の部分では海面状況による差異はないが、水
平線位置１０３以下の部分では海面状況により異なる様
相を呈するため、海面状況の判定に有効である。そこ
で、この輝度パターンが画像処理部５から海面状況演算
部７へ送られ、記憶部６に予め記憶されているデータベ
ースと比較照合されて、海面状況が推定される。この
時、データベースと輝度パターンとを正確に照合するた
めに、水平線位置算出部１０で得た水平線位置１０３等
の基準を用いる。なお、図３（ａ）中、１１１は波を示
す。

【００２１】図４は画像処理部５の第二例として２値化
画素パターンを生成する場合を示す。本例においては、
海面状況の差異を輝度変化量の大小によって識別すると
いう点で第一例と原理は同じであるが、輝度変化量の大
小を２値化画素数の多少によって求めることとしてい
る。このため、従来に比べると、２値化された波の形が
処理に影響することはない。具体的には図４（ａ）に示
すように、画像シーカ２から送られてくる画像データ
を、まず、ブロック平均フィルタ部１２に通して、平均
成分を除去する。これは、画像シーカ２からの画像デー
タにはどのブロックでも図４（ｂ）に示すように、輝度
の変化成分１１２のみならず平均成分１１３が含まれて
いるので、そのまま２値化すると２値化画素数が輝度変
化量に依存しなくなるからである。そこでブロック平均
フィルタ部１２においては、各ブロック（図３（ａ）の
１０８参照）の輝度平均値を算出し、各ブロック毎に輝
度平均値を画像データから除去して図４（ｃ）に示すよ
うな輝度の変化成分のみの画像データ１１４をしきい値
算出部１３及び２値化処理部１４に与える。しきい値算
出部１３では、画像中の空１０７の部分では輝度変化量
が海面状況にかかわらず略一定となることに着目し、海
１０６の部分のみを２値化できるようなしきい値１１５
を算出する。２値化処理部１４はこのしきい値１１５を
用いて、ブロック平均フィルタ部１２からの画像データ
１１４を２値化することにより、海面の輝度変化量に応
じた２値化画像を生成する。この２値化画像を２値化画
素パターン算出部１５において画像上下方向の各ブロッ
ク対２値化画素数のパターン即ち２値化画素パターンに
変換する。この２値化画素パターンは図３（ｃ）に示し
た輝度パターンとほぼ同様なパターンとなり、図３
（ｃ）の横軸を輝度統計量から２値化画素数に読み替え
て理解することができる。

【００２２】従って、２値化画素パターンも空１０７の
部分では海面状況による差異はないが、水平線位置１０
３以下の部分では海面状況により異なる様相を呈するた
め、海面状況の判定に有効である。そこで、この２値化
画素パターンが画像処理部５から海面状況演算部７へ送
られ、記憶部６に予め記憶されているデータベースと比
較照合されて、海面状況が推定される。この時、データ
ベースと２値化画素パターンとを正確に照合するため
に、水平線位置算出部１０で得た水平線位置１０３等の
基準を用いる。

【００２３】図７は船舶１Ａに海面状況測定装置を搭載
した実施例を示す。図１に示した実施例と同様、海面状
況測定装置は画像シーカ２と、画像処理部５と、記憶部
６と、海面状況演算部７と、水平線位置算出部１０とか
らなり、更に、水平線位置算出部１０に姿勢角及び高度
の各情報を与えるために、高度計３と姿勢角検出装置４
とを備えている。

【００２４】画像シーカ２は船舶前方を撮像するために
船舶１Ａの高所に設置され、得られた画像データを画像
処理部５へ送る。画像処理部５は画像シーカ２からの画
像データを、海面状況を良く示すために、画像全体につ
いて輝度パターン又は２値化画素パターンに変換し、得
られたパターンを海面状況演算部７に送る。記憶部６に
は、輝度パターン及び／又は２値化画素パターンと海面
状況との相関関係を実験等で求めて予めデータベース化
して記憶してある。水平線位置算出部１０は、高度計３
で得られる画像シーカ２の高度と、姿勢角検出装置４で
得られる画像シーカ２の姿勢角とから、海面基準位置と
して画像上の水平線位置を算出する。海面状況演算部７
は、画像処理部５からの輝度パターン又は２値化画素パ
ターンと記憶部６のデータベースとを、水平線位置算出
部１０で算出した水平線位置を基準にして、即ち水平線
位置どうしを一致させて比較照合し、海面状況例を推定
する。なお、各部の詳細については、図２〜図４により
説明したと同様である。

【００２５】このように、本発明による海面状況測定装
置を船舶１Ａ等の海上物体に搭載することにより、自動
的に、波高や海の荒れ都合など各種の海面状況を把握す
ることができ、便利である。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から判るように、本発明には
下記の効果がある。 （１）本発明では、画像シーカで得られた画像から画像
処理により海面状況を表わすデータを生成する際、個々
の波を抽出せず、画像全体の輝度パターン又は２値化画
素パターンを生成するため、処理時間の短縮化及びハー
ドウェアの規模縮小化が可能になり、また、処理時間は
海面状況に依存されず一定であるため装置あるいはシス
テムの設計が容易になり、更には個々の波を抽出しない
ことから海面状況に対する対応力が大きいという効果を
有する。 （２）本発明では画像処理で得られた輝度パターン又は
２値化画素パターンを予め記憶されているデータベース
と比較照合する際、画像シーカの高度と姿勢角から算出
した水平線位置等の海面基準位置を基準にして比較照合
を行うため、正確な比較演算が可能となり、結果的に海
面状況の推定精度が極めて高いという効果がある。 （３）また、海面状況を精度良く推定できるから、飛し
ょう高度設定装置では、飛しょう体に対する飛しょう高
度の指令値として、飛しょう体が海面上を波と接触する
ことなく充分低い飛しょう高度で飛しょうするための最
適高度を設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の飛しょう高度設定装置の一実施例を示
す図。

【図２】水平線位置算出部の処理内容を説明する図。

【図３】画像処理部の第一例を示す図。

【図４】画像処理部の第二例を示す図。

【図５】従来例を示す図。

【図６】従来例の問題点を示す図。

【図７】本発明の海面状況測定装置として船舶に搭載し
た実施例を示す図。

【符号の説明】

１ 飛しょう体 １Ａ 船舶 ２ 画像シーカ ３ 高度計 ４ 姿勢角検出装置 ５ 画像処理部 ６ 記憶部 ７ 海面状況演算部 ８ 高度設定部 ９ 操作翼 １０ 水平線位置算出部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像シーカと、この画像シーカで得られ
   た画像から、画像上下方向の位置対画素の明るさ又は２
   値化された画素数のパターンを生成する画像処理手段
   と、予め前記パターンと海面状況との相関関係を示すデ
   ータベースを記憶した記憶手段と、前記画像シーカの姿
   勢角と高度から、画像シーカで得られた画像上の海面基
   準位置を算出する海面基準位置演算手段と、前記画像処
   理手段で得られたパターンにより、前記海面基準位置を
   基準として前記記憶手段のデータベースを参照し、海面
   状況を推定する海面状況演算手段とを具備することを特
   徴とする海面状況測定装置。
2. 【請求項２】 飛しょう高度の指令値に従って海面上を
   飛しょうする飛しょう体に搭載された飛しょう体高度設
   定装置において、請求項１記載の海面状況測定装置と、
   この海面状況測定装置の海面状況演算手段で推定された
   海面状況により前記指令値としての飛しょう高度を設定
   する高度設定手段とを具備すること、並びに前記画像シ
   ーカが飛しょう体の前部に設置されて飛しょう方向前方
   を撮像するものであることを特徴とする飛しょう体高度
   設定装置。