JPH06273505A - 目標探知追尾装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 雲等のクラッタ背景下でも安定に探知追尾で
きるようにすることを目的とする。 【構成】 入力光を二つの異なる波長帯で映像化する二
つの撮像装置２，２０、これらの映像をデジタル化する
Ａ／Ｄ変換回路４，２２、一方の画像からコントラスト
フィルタ等で微小領域を強調する前処理回路６、二値化
により有意画素を抽出する二値化回路８、二波長の信号
から雲の分布領域に含まれる画素を判別するマスク画像
生成回路２４、前記二値画像をマスクすることにより雲
のクラッタによる影響を除去するマスク回路２６、残っ
た有意画素の連結領域を判別するラベル付け回路１０、
領域毎の各特徴量を求める領域特徴量計測回路１３、特
徴量から目標を判定し、追尾を行う目標判定追尾回路１
５を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、視野内に雲クラッタ
が存在する環境下で、航空機などの微小目標のみを自動
的に探知し、追尾するための画像による目標探知追尾装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の画像による目標探知追尾
装置の構成の一例を示す図であって、１は入力光、２は
撮像装置、３はアナログ画像信号、４はＡ／Ｄ変換回
路、５はデジタル画像信号、６は前処理回路、７は前処
理画像、８は画像二値化回路、９は二値化画像、１０は
ラベル付け回路、１１はラベル情報、１２は連結情報、
１３は領域特徴量計測回路、１４は領域毎特徴量、１５
は目標判定追尾回路である。

【０００３】外界からの入力光１は、特定の波長域の光
を光電変換する撮像装置２によって撮像され、アナログ
画像信号３に変換される。アナログ画像信号３はＡ／Ｄ
変換回路４によってデジタル化され、デジタル画像信号
５として出力される。

【０００４】前処理回路６はデジタル画像信号５を受け
て、コントラストフィルタ等の画像の前処理を行い、前
処理画像７として出力する。例えばコントラストフィル
タ処理は、画像中の座標（Ｘ，Ｙ）の各画素毎に、その
画素を中心画素としたＭ×Ｎ（Ｍ、Ｎは任意）の近傍領
域の代表輝度Ｇ（Ｘ，Ｙ）と中心画素の輝度Ｉ（Ｘ，
Ｙ）との差分値を“数１”に従って、コントラスト値Ｃ
（Ｘ，Ｙ）として出力する処理である。コントラストフ
ィルタにより微小目標が強調された前処理画像７が得ら
れる。

【０００５】

【数１】

【０００６】画像二値化回路８は、前処理画像７を閾値
により二値化し、二値化画像９を生成する。二値化画像
９は、二値化の閾値を上回る輝度を持つ画素を“１”、
それ以外の画素を“０”とした二値の値をとる画像であ
る。

【０００７】ラベル付け回路１０は二値化画像９を受け
値が“１”の有意画素の連結を判定し、連結した画素の
集合を領域とみなして、連結領域毎にラベル付けを行
い、ラベル情報１１および連結情報１２を出力する。

【０００８】領域特徴量計測回路１３はラベル情報１
１、連結情報１２、および前処理画像７を受け、連結領
域毎に重心（Ｘｉ，Ｙｉ）（ｉはラベル）、最大輝度
（Ｂｉ）（ｉはラベル）、面積（Ｓｉ）（ｉはラベル）
等の領域毎特徴量１４を計測する。目標判定追尾回路１
５は、“数２”に従って、領域の特徴量から各領域ごと
の評価値Ｉｉ（ｉはラベル）を演算し、評価値が最も高
い領域を目標と判定し追尾する。

【０００９】

【数２】

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の目標探知追尾装
置においては、コントラストフィルタに代表されるよう
な前処理回路のみにより、雲等のクラッタを抑圧しよう
としていた。従って、雲のエッジ部分のようにコントラ
ストが強く複雑な形状を持つ場合、エッジ部分の形状に
よっては、雲クラッタが前処理回路によって強調され、
誤警報が増大するという問題点があった。

【００１１】図８は従来の目標探知追尾装置では安定し
て目標を探知追尾できない場合の例を示す図であって、
図８（ａ）はデジタル画像信号５の一例、図８（ｂ）は
二値化画像９の一例を示す図である。１６は目標の領
域、１７は雲等の領域、１８は目標に対応する二値化画
像９の“１”領域、１９は雲等のエッジ部分の強いコン
トラストに起因する二値化画像９の“１”領域である。

【００１２】画面内に雲等のクラッタが存在しても、そ
のエッジ強度が小さい場合には、これらは微小目標を強
調するコントラストフィルタ等の前処理によって抑圧さ
れ、目標を弁別することが可能である。

【００１３】しかし、図８（ａ）に示すように、雲のエ
ッジ部分のコントラストが強く複雑な形状を持つ場合、
雲クラッタの一部がコントラストフィルタ等の前処理に
よって強調され、その結果、図８（ｂ）に示すように雲
クラッタが誤警報として検出されてしまい、目標との弁
別が困難となり、探知追尾が安定しなくなるという問題
があった。

【００１４】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたもので、外界の画像を二つの波長で同時に撮
像し、一方の波長帯の信号をＳ１、もう一方の波長帯の
信号をＳ２とした時、目標の分布Ｔ（Ｓ１、Ｓ２）と雲
クラッタの分布Ｃ（Ｓ１、Ｓ２）とが二次元的に分離可
能であることを利用して、雲に起因するクラッタをマス
クするようにした。これにより、従来の装置では安定し
て探知追尾できなかった、コントラストが強く複雑な形
状をもつ雲等が存在する場合でも、目標を正確に判定
し、探知追尾することが可能な目標探知追尾装置を得る
ことを目的とする。

【００１５】また、外界を同時に撮像する二つの撮像装
置の走査方式が異なる場合においても、二波長の信号Ｓ
１とＳ２とを用いて、目標の分布Ｔ（Ｓ１、Ｓ２）と雲
クラッタの分布Ｃ（Ｓ１、Ｓ２）との弁別を可能にし、
従来の装置では安定して探知追尾できなかった、雲等の
クラッタ環境下の目標の正確な識別が可能な目標探知追
尾装置を得ることを目的とする。

【００１６】さらに、外界を同時に撮像する二つの撮像
装置の幾何学的歪みが光学系等の要因により異なる場合
においても、二波長の信号Ｓ１とＳ２とを用いて、目標
の分布Ｔ（Ｓ１、Ｓ２）と雲クラッタの分布Ｃ（Ｓ１、
Ｓ２）との弁別を可能にし、従来の装置では安定して探
知追尾できなかった、雲等のクラッタ環境下の目標の正
確な識別が可能な目標探知追尾装置を得ることを目的と
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明は、微小目標を
強調する前処理回路の出力を二値化した二値化画像に対
し、二つの波長帯の撮像装置が出力する信号Ｓ１とＳ２
とを用いて、ある画素の信号ベクトル（Ｓ１、Ｓ２）が
雲クラッタの分布領域Ｃ（Ｓ１、Ｓ２）に含まれる場合
に前記二値化画像をマスク処理する手段を用いる。

【００１８】またこの発明においては、二つの波長帯の
撮像装置の走査方式が異なった場合にも、ある画素の信
号ベクトル（Ｓ１、Ｓ２）が同時に読みだせるように、
走査変換を行う手段を用いたものである。

【００１９】さらにこの発明においては、二つの波長帯
の撮像装置の幾何学歪みが異なった場合にも、ある画素
の信号ベクトル（Ｓ１、Ｓ２）が同時に読みだせるよう
に、幾何学歪み補正を行う手段を用いたものである。

【００２０】

【作用】この発明に係る目標探知追尾装置においては、
二つの波長帯の撮像装置の出力を各画素の信号ベクトル
とみなし、二次元的に各画素が雲クラッタの分布内にあ
るか否かを判定し、前処理フィルタの出力を二値化した
画像に対しマスクをかけることによって、雲等によるク
ラッタの影響を除去する。したがって、コントラストが
強く複雑な形状をもつ雲等が存在し、通常の前処理フィ
ルタのみでは十分クラッタ抑圧ができない場合でも、雲
の影響を抑圧することによって、目標を正確に判定し、
探知追尾することができる。

【００２１】また、二つの撮像装置の走査方式が異なっ
ている場合でも走査変換回路を用いて、同一位置の二つ
の撮像装置のデータを同時に読みだすことを可能にし、
上記発明と同等の効果を得ることができる。

【００２２】さらに、光学系等の影響により二つの撮像
装置の幾何学的歪みが異なっていても、幾何歪補正回路
を用いてデジタル的に画像の位置合わせを行うことによ
り、上記発明と同等の効果を得ることができる。

【００２３】

【実施例】

実施例１ 図１は、この発明の１実施例の構成を示すものであっ
て、２０は第２の撮像装置、２１は第２のアナログ画像
信号、２２は第２のＡ／Ｄ変換回路、２３は第２のデジ
タル画像信号、２４はマスク画像生成回路、２５はマス
ク画像、２６はマスク回路、２７はクラッタ除去二値化
画像である。

【００２４】図１において、第１の撮像装置２、第２の
Ａ／Ｄ変換回路４、前処理回路６、画像二値化回路８、
ラベル付け回路１０、領域特徴量計測回路１３、目標判
定追尾回路１５の動作は、「従来の技術」の項で説明し
た図７に於けるものと同等であるので説明を省略する。

【００２５】外界の入力光１のうち、第１の撮像装置２
と異なる波長帯の光が、第２の撮像装置２０によって光
電変換され、第２のアナログ画像信号２１として出力さ
れる。第２のアナログ画像信号２１は第２のＡ／Ｄ変換
回路２２によってデジタル化され、第２のデジタル画像
信号２３に変換される。

【００２６】マスク画像生成回路２４は、第１のデジタ
ル画像信号５と第２のデジタル画像信号２３とを受け、
各画素（Ｘ，Ｙ）毎に第１のデジタル画像信号５の値Ｓ
１（Ｘ，Ｙ）と第２のデジタル画像信号２３の値Ｓ２
（Ｘ，Ｙ）とから“数３”に従ってｒ（Ｘ，Ｙ）及びｐ
（Ｘ，Ｙ）を演算し、更に“数４”に従ってマスク画像
２５を出力する。ここでＳ（Ｘ，Ｙ）はマスク画像２
５、ｒ１、ｒ２、ｐ１、ｐ２は分布に基づく閾値であ
る。

【００２７】

【数３】

【００２８】

【数４】

【００２９】図２は第１のデジタル画像信号５の値Ｓ１
を横軸に、第２のデジタル画像信号２３の値Ｓ２を縦軸
に取った場合の目標の分布Ｔ（Ｓ１、Ｓ２）と雲の分布
Ｃ（Ｓ１、Ｓ２）の一例を示したものであって、ｒは原
点からの距離、ｐはＳ１軸からの傾きに対応する。マス
ク画像生成回路２４は、雲の分布Ｃ（Ｓ１、Ｓ２）を
“数１”と“数２”の演算により近似し、雲に対応する
画素は“１”、それ以外は“０”であるマスク画像２５
を求めていることになる。“数３”及び“数４”は、必
ずしもこの関数である必要は無く、他のより一般的な関
数（例えば楕円等）で近似することも可能である。

【００３０】マスク回路２６は、二値化画像９とマスク
画像２５とを受け、“数５”に示す演算を行い、クラッ
タ除去二値化画像２７として出力する。ここでＢ（Ｘ，
Ｙ）は二値化画像９の座標（Ｘ，Ｙ）の画素値、Ｓ
（Ｘ，Ｙ）はマスク画像２５の座標（Ｘ，Ｙ）の画素
値、ＥＤ（Ｘ，Ｙ）はクラッタ除去二値化画像２７の座
標（Ｘ，Ｙ）の画素値である。このマスク処理により、
二値化画像９において検出されている“１”画素から、
マスク画像２５に含まれる雲のクラッタ領域に基づく
“１”画素をマスクしたクラッタ除去二値化画像２７が
生成され、ラベル付け回路１０に送出される。

【００３１】

【数５】

【００３２】ラベル付け回路１０は、雲によるクラッタ
に起因する“１”画素が除去されたクラッタ除去二値化
画像２７から“１”画素（有意画素）の連結を判定し、
連結した画素の集合を領域として領域毎にラベル付けを
行う。領域特徴量計測回路１３はラベル情報１１、連結
情報１２、および前処理画像７から領域毎に重心（Ｘ
ｉ，Ｙｉ）（ｉ：ラベル）、最大輝度（Ｂｉ）（ｉ：ラ
ベル）、面積（Ｓｉ）（ｉ：ラベル）等の領域毎特徴量
１４を計測し、目標判定追尾回路１５で領域の特徴量か
ら評価値Ｉｉ（ｉ：ラベル）を演算し、評価値が最も高
い領域を目標と判定する。

【００３３】ところで、前述の構成によれば、マスク画
像生成回路２４は、各画素毎に“数３”及び“数４”の
演算を行い、マスク画像データ２５を出力する必要が有
る。従ってマスク画像生成回路２４は第１の撮像装置２
と第２の撮像装置２０の対応する画素の信号の値Ｓ１
（Ｘ，Ｙ）及びＳ２（Ｘ，Ｙ）とを同時に得る必要があ
る。従って第１の撮像装置２と第２の撮像装置２０とが
異なった走査方式を採用している場合には対処できない
という問題がある。

【００３４】実施例２ 図３はこのような問題を解決するための実施例２の構成
を示す図であって、２８は走査変換回路、２９は走査変
換デジタル画像信号である。また図４は、撮像装置の走
査方式の違いを説明する図であって、（ａ）は通常のイ
ンタレース型横方向ラスター走査の例、（ｂ）はノンイ
ンタレース型縦方向ラスター走査の例である。

【００３５】図３において第１の撮像装置２と第２の撮
像装置２０の撮像走査方式が同一であり、従って、第１
のデジタル画像信号５と第２のデジタル画像信号２３と
が同一のタイミングで各画素の画像データＳ１及びＳ２
を出力することが可能であれば、マスク画像生成回路２
４は同一時刻にＳ１及びＳ２のデータを受け取ることが
でき、実施例１において説明した演算を実行することが
可能である。しかし、異なる波長帯の映像を得る撮像装
置間で撮像走査方式が異なる場合も多い。例えば、第１
の撮像装置２が図４（ａ）に示すような走査方式をと
り、第２の撮像装置２０が図４（ｂ）に示すような走査
方式をとる場合がある。

【００３６】この発明はこのような場合にも対応できる
様になされたもので、走査変換回路２８は第２のデジタ
ル画像信号２３を受け、一旦画像メモリに格納し、第１
のデジタル画像信号の読みだし位置及びタイミングに合
わせて画像メモリから読みだし、走査変換デジタル画像
信号２９として出力する。これによりマスク画像生成回
路２４は、同一画素の値を同時に読み込むことが可能と
なる。

【００３７】さらに、前述の構成によれば、光学系の歪
みの差異等により二つの撮像装置の画像の幾何学的歪み
が異なる場合、マスク画像生成回路２４は同一画素の値
を同一タイミングで読み込むことができず、有効なマス
ク画像２５を生成できないという問題がある。

【００３８】実施例３ 図５はこのような問題を解決するための実施例３の構成
を示す図であって、３０は幾何歪補正回路、３１は幾何
変換デジタル画像信号である。また図６は幾何学的歪み
の説明図であって、（ａ）は一方の撮像装置で撮像した
格子図形の例、（ｂ）はもう一方の撮像装置で撮像した
格子図形の例である。

【００３９】図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、波
長の異なる二つの撮像装置では、画像の歪みが異なる場
合がある。従って、画素（Ｘ，Ｙ）が雲の分布に含まれ
るか否かは、第１のデジタル画像信号５の画素値Ｓ１
（Ｘ，Ｙ）と第２のデジタル画像信号２３の画素値Ｓ２
（Ｘ，Ｙ）とを直接用いて判断できない。両撮像装置間
の歪み関数でマッピングした位置のＳ２（Ｘ，Ｙ）を用
いる必要がある。幾何歪補正回路３０は、第２のデジタ
ル画像信号２３を受け、一旦メモリに格納し、“数６”
に従って画像データを読みだし、幾何変換デジタル画像
信号３１として出力する。ここでＴ及びＵは、幾何歪み
関数の係数であり、それぞれ（２×２）及び（２×１）
行列である。幾何変換デジタル画像信号３１が表す画像
は、“数６”により第１のデジタル画像信号５に画素位
置が合致する様にリサンプリングされるため、マスク画
像生成回路２４は、同一位置のデータを読み込むことが
可能となる。

【００４０】

【数６】

【００４１】

【発明の効果】このようにこの発明によれば、従来の目
標探知追尾装置では雲等のクラッタによって目標の探知
追尾が困難な場合においても、雲等に起因するクラッタ
領域を二つの波長帯の撮像装置から得られる二波長分布
によりマスクすることにより、クラッタ成分を効果的に
除去することができる。従って、雲等の高コントラスト
クラッタ環境下でも、それに影響されることなく、目標
を判別することができ、安定な探知追尾を行うことが可
能となる。

【００４２】また、二つの撮像装置の走査方式が異なる
場合でも、二波長の分布の差異による目標と雲クラッタ
との弁別が可能となり、雲等の高コントラストクラッタ
環境下でも、それに影響されることなく、安定な探知追
尾を実現することが可能となる。

【００４３】さらに、光学系の波長による歪みの差異に
より二つの撮像装置の画像の幾何学的歪みが異なる場合
でも、一方の撮像装置の画像の歪みを他方の撮像装置の
画像の歪みにデジタル的に合わせることにより、二波長
の分布の差異による目標と雲クラッタとの弁別が可能と
なり、雲等の高コントラストクラッタ環境下でも、それ
に影響されることなく、安定な探知追尾を実現すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例の構成を示す図である。

【図２】二つの波長帯での目標及び雲の分布の説明図で
ある。

【図３】この発明の実施例２の構成を示す図である。

【図４】撮像装置の走査方式の説明図である。

【図５】この発明の実施例３の構成を示す図である。

【図６】画像の幾何学的歪の説明図である。

【図７】従来の目標探知追尾装置の１例を示す図であ
る。

【図８】従来の目標探知追尾装置の問題点の説明図であ
る。

【符号の説明】

２ 第一の撮像装置 ４ 第一のＡ／Ｄ変換回路 ６ 前処理回路 ８ 画像二値化回路 １０ ラベル付け回路 １３ 領域特徴量計測回路 １５ 目標判定追尾回路 ２０ 第二の撮像装置 ２２ 第二のＡ／Ｄ変換回路 ２４ マスク画像生成回路 ２６ マスク回路 ２８ 走査変換回路 ３０ 幾何歪補正回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力した特定の波長帯の光を映像化し第
   １のアナログ画像信号に変換する第１の撮像装置と、前
   記第１のアナログ画像信号を第１のデジタル画像信号に
   変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、前記第１のデジタル
   画像信号について微小領域を強調するコントラストフィ
   ルタ等の画像の前処理を行う前処理回路と、前記前処理
   された画像を二値化し二値化画像を出力する画像二値化
   回路と、前記第１の撮像装置とは異なる波長帯の光を映
   像化し第２のアナログ画像信号に変換する第２の撮像装
   置と、前記第２のアナログ画像信号を第２のデジタル画
   像信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、前記第１の
   デジタル画像信号と前記第２のデジタル画像信号とを受
   けて前記二値化画像をマスクするためのマスク画像を生
   成するマスク画像生成回路と、前記のマスク画像で前記
   の二値化画像の有意領域をマスクしクラッタの影響を除
   去したクラッタ除去二値化画像を出力するマスク回路
   と、前記クラッタ除去二値化画像から画素間の連結判定
   を行い連結した領域毎にラベル付けを行うラベル付け回
   路と、前記ラベル付けされた領域毎にその領域の重心座
   標と面積と最大輝度等の領域毎特徴量を演算する領域特
   徴量計測回路と、前記演算した各領域特徴量から有意目
   標を判定し探知追尾を行う目標判定追尾回路とを備えた
   ことを特徴とする目標探知追尾装置。
2. 【請求項２】 入力した特定の波長帯の光を映像化し第
   １のアナログ画像信号に変換する第１の撮像装置と、前
   記第１のアナログ画像信号を第１のデジタル画像信号に
   変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、前記第１のデジタル
   画像信号について微小領域を強調するコントラストフィ
   ルタ等の画像の前処理を行う前処理回路と、前記前処理
   された画像を二値化し二値化画像を出力する画像二値化
   回路と、前記第１の撮像装置とは異なる波長帯の光を映
   像化し第２のアナログ画像信号に変換する第２の撮像装
   置と、前記第２のアナログ画像信号を第２のデジタル画
   像信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、前記第２の
   デジタル画像信号を受け前記第１のデジタル画像信号の
   走査方式に合致するように画素データの出力順序を変換
   する走査変換回路と、前記第１のデジタル画像信号と走
   査変換回路が出力する走査変換デジタル画像信号とを受
   けて前記二値化画像をマスクするためのマスク画像を生
   成するマスク画像生成回路と、前記マスク画像で前記の
   二値化画像の有意領域をマスクしクラッタの影響を除去
   したクラッタ除去二値化画像を出力するマスク回路と、
   前記クラッタ除去二値化画像から画素間の連結判定を行
   い連結した領域毎にラベル付けを行うラベル付け回路
   と、前記ラベル付けされた領域毎にその領域の重心座標
   と面積と最大輝度等の領域毎特徴量を演算する領域特徴
   量計測回路と、前記演算した各領域特徴量から有意目標
   を判定し探知追尾を行う目標判定追尾回路とを備えたこ
   とを特徴とする目標探知追尾装置。
3. 【請求項３】 入力した特定の波長帯の光を映像化し第
   １のアナログ画像信号に変換する第１の撮像装置と、前
   記第１のアナログ画像信号を第１のデジタル画像信号に
   変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、前記第１のデジタル
   画像信号について微小領域を強調するコントラストフィ
   ルタ等の画像の前処理を行う前処理回路と、前記前処理
   された画像を二値化し二値化画像を出力する画像二値化
   回路と、前記第１の撮像装置とは異なる波長帯の光を映
   像化し第２のアナログ画像信号に変換する第２の撮像装
   置と、前記第２のアナログ画像信号を第２のデジタル画
   像信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、前記第２の
   デジタル画像信号を受け前記第１の撮像装置と前記第２
   の撮像装置との対応する画素が幾何学的に合致するよう
   に画像の幾何学変換を行う幾何歪補正回路と、前記第１
   のデジタル画像信号と幾何歪補正回路が出力する幾何変
   換デジタル画像信号とを受けて前記二値化画像をマスク
   するためのマスク画像を生成するマスク画像生成回路
   と、前記マスク画像で前記の二値化画像の有意領域をマ
   スクしクラッタの影響を除去したクラッタ除去二値化画
   像を出力するマスク回路と、前記クラッタ除去二値化画
   像から画素間の連結判定を行い連結した領域毎にラベル
   付けを行うラベル付け回路と、前記ラベル付けされた領
   域毎にその領域の重心座標と面積と最大輝度等の領域毎
   特徴量を演算する領域特徴量計測回路と、前記演算した
   各領域特徴量から有意目標を判定し探知追尾を行う目標
   判定追尾回路とを備えたことを特徴とする目標探知追尾
   装置。