JPH07244145A - 画像目標検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、飛来してくる航空機やミサイル
等の目標を捜索探知しようとする画像目標検出装置を得
る。 【構成】 中赤外線と遠赤外線の各赤外線画像を前処理
部Ａ４ｂと前処理部Ｃ４ｄで背景ノイズ量を基準に設定
されたしきい値で２値化処理を行い、前処理部Ｂ４ｃと
前処理部Ｄ４ｅではそのしきい値より低いしきい値で２
値化処理を行う。目標検出部５において各２値化処理画
像から目標候補を選択し、画像位置などの特徴量計測を
行う。目標判定部６ｂにおいて４つの２値化画像の同一
画像位置で目標候補の有無を比較し３つまで存在した場
合に目標と判定する。波長帯の異なる画像ごとに２つの
しきい値で検出した計４つの目標の有無を判定するた
め、目標以外のものを誤って検出する確率の低い画像目
標検出装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、飛来してくる航空機
やミサイル等の目標を探知する画像目標検出装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の赤外線の波長領域を使
用した画像目標検出装置の構成図で、図において、１ａ
は視野内の赤外光を集光結像する赤外線光学系、２ａは
赤外線光学系１ａで集光結像された赤外光を光電変換す
る１次元の走査型赤外線検出器と積分処理を実施する積
分回路を具備する赤外線撮像部、３ａは赤外線光学系１
ａと赤外線撮像部２ａからなる赤外線カメラ９ａを旋回
させる回転台、４ａは旋回走査により得られる赤外線画
像の２値化処理を行う前処理部、５は前処理部４ａの２
値化処理画像から目標候補を抽出する目標検出処理部、
６ａは目標検出処理部５の目標候補から目標を判定する
目標判定部、７は表示のための出力を形成する出力デー
タ処理部、８はデータを表示する表示部である。

【０００３】次に図１０を用いて動作について説明す
る。赤外線光学系１ａにより結像された赤外光は赤外線
撮像部２ａの１次元の走査型赤外線検出器に入射し、回
転台３ａによる走査速度にあわせ積分処理され赤外線画
像として出力される。ここで、積分処理は回転台の走査
角度が赤外線カメラ９ａの瞬時視野と一致する間に赤外
線検出器から信号電荷の読みだしをＮ回行い、そのＮ個
の出力電荷を加算することで信号のランダムノイズに対
するＳＮ比を√Ｎ倍に向上させる処理である。ここで、
瞬時視野とは赤外線検出器内の一つの検出素子が物体空
間を見張る角度である。１瞬時視野を移動するのに必要
な時間は“数１”で示されるように１回の信号電荷の読
みだしに要する時間τとその読みだしの回数Ｎの積とな
る。そのため走査速度は角度、角速度、時間との関係か
ら“数２”で決まり、積分処理に要する時間で制限され
る。出力された赤外線画像は、前処理部４ａにおいて背
景ノイズ量を基準に設定されたしきい値で２値化処理を
行う。目標検出処理部５において２値化処理画像から目
標候補を選択し、選択された目標候補に関して画像位
置、画像輝度、ＳＮ比や面積などの特徴量計測を行う。
目標判定部６ａにおいて旋回走査における１周期以上前
の画像間で目標候補の特徴量を比較することにより目標
を決定し、出力データ処理部７で表示部８に出力するデ
ータを形成する。

【０００４】

【数１】

【０００５】

【数２】

【０００６】図１１、図１２に２値化処理の例を示す。
図１１は遠赤外線画像信号の２値化処理を示す例であ
り、目標の信号とショットノイズを２値化している。こ
こで、ショットノイズとは入射光のゆらぎ等により発生
する不規則なノイズである。図１２は中赤外線画像信号
の２値化処理を示す例であり、目標の信号と目標以外の
雲の信号（クラッタ）を２値化している。

【０００７】図１３は旋回走査により全周捜索している
画像目標検出装置を示した図である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の画像目標検出装
置は以上のように構成されているので、中赤外線領域に
おいては遠赤外線領域に比べ太陽等の高温物体に感度が
高いため、太陽光を反射した雲等の目標以外の高輝度物
体がある場合に、これらの目標以外の信号成分を誤って
目標として検出する可能性（以後、誤警報確率という）
が高いという問題があった。一方、ショットノイズ等に
よる誤警報確率を下げるために１周期以上前の画像を使
用した比較する時系列処理をする必要があった。

【０００９】また、走査速度が積分処理時間に制限され
て一定のため、信号が小さい遠方の目標等を検出するに
は積分処理による加算回数を上げてＳＮ比を向上させる
ために走査速度を遅くしなければならず、信号が大きい
近距離等の目標に対してデータレートを上げられないと
いう問題があった。

【００１０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、誤警報確率を低減できるととも
に、目標検出後も目標の輝度情報の大きさに応じて最適
な走査速度を保つ画像目標検出装置を得ることを目的と
しており、さらにこの装置を１次元の走査型撮像デバイ
スと２次元の凝視型撮像デバイスとで構成する手段を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明における画像目
標検出装置においては、波長帯の異なる画像ごとに従来
の目標候補を検出するためのしきい値と別のしきい値で
検出した複数の目標候補で目標判定を行うものである。

【００１２】また、目標検出後に目標の輝度情報としい
き値を比較し、その比較結果で走査型撮像デバイスから
信号電荷を読みだす回数と積分処理の加算回数を増減
し、それらの回数の増減に応じ走査速度を変化させるも
のである。

【００１３】また、走査速度を変化させる手段として、
光学系と撮像部からなるカメラを旋回させ空間を走査す
る回転台と、目標の輝度情報に応じて回転台の回転速度
を制御する回転制御部から構成される画像目標検出装置
である。

【００１４】また、走査速度を変化させる手段として、
走査型撮像デバイスのための光学系視野内を走査するス
キャナと、目標の輝度情報に応じてスキャナの走査速度
を制御するスキャナ制御部から構成される画像目標検出
装置である。

【００１５】また、凝視型撮像デバイスによる捜索は回
転台により可動と停止を繰り返すステップ走査を行い、
走査型撮像デバイスの走査は回転台が停止している間に
スキャナが行う構成をとる画像目標検出装置である。

【００１６】

【作用】この発明における画像目標検出装置は、波長帯
の異なる画像ごとに複数のしきい値で検出した目標候補
により目標を判定するため、１回の旋回走査でも誤警報
確率を低減でき、目標以外の高輝度物体等に対し誤警報
確率を低減できる。検出しようとする目標は波長帯が異
なっても背景に対して放射パワーをもつため、しきい値
を変えることによって両方の波長帯で検出できる。一
方、ショットノイズやクラッタの特性は波長帯でかわる
ため波長帯の異なる画像を使用することによって誤警報
を低減できる。

【００１７】また、目標検出後も目標の輝度情報から必
要な積分処理の加算回数を求め、その必要な加算回数す
なわち走査型撮像デバイスから信号電荷を読みだす回数
を増減させ、読みだし回数が減った場合は走査速度を速
くし、読みだし回数が増えた場合は走査速度を遅くする
ことで目標の信号レベルに対し最適なデータレートを確
保できる。

【００１８】走査速度を変化させる手段として、光学系
と撮像部からなるカメラを回転台により旋回させ空間を
走査し、目標の輝度情報に応じて回転台の回転速度を制
御する構成をとることにより目標の信号レベルに対し最
適なデータレートを確保できる。

【００１９】また、走査速度を変化させる手段として、
走査型撮像デバイスのための光学系視野内をスキャナに
より走査し、目標の輝度情報に応じてスキャナの走査速
度を制御する構成をとることにより目標の信号レベルに
対し最適なデータレートを確保できる。

【００２０】凝視型撮像デバイスの凝視時間中は回転台
を停止し、その間、走査型撮像デバイスによる撮像のた
めにスキャナが視野内を走査し、凝視時間経過後は凝視
型撮像デバイスによる視野角だけ回転台により回転する
構成をとることにより２次元の凝視型撮像デバイスと１
次元の走査型撮像デバイスを用いた画像目標検出装置を
構成できる。

【００２１】

【実施例】

実施例１．図１は、この発明の一実施例を示すブロック
図である。図において、５，７，８は従来の装置と同一
のものである。１ｂは中赤外を集光結像する中赤外線光
学系、１ｃは遠赤外を集光結像する遠赤外線光学系、２
ｂは中赤外線光学系１ｂで集光結像された赤外光を光電
変換する中赤外線領域に感度を持つ１次元の走査型赤外
線検出器と積分処理を実施する積分回路を具備する中赤
外線撮像部Ｂ、２ｃは遠赤外線光学系１ｃで集光結像さ
れた赤外光を光電変換する遠赤外線領域に感度を持つ１
次元の走査型赤外線検出器と積分処理を実施する積分回
路を具備する遠赤外線撮像部、３ｂは中赤外線光学系１
ｂと中赤外線撮像部２ｂと遠赤外線光学系１ｃと遠赤外
線撮像部２ｃからなる赤外線カメラ９ｂを旋回させる回
転台Ｂ、４ｂ〜４ｅは旋回走査により得られる各赤外線
画像の２値化処理を行う前処理部Ａ〜Ｄ、６ｂは各目標
検出部５の目標候補を比較し目標を判定する目標判定部
Ｂである。ここで、光学系は中赤外と遠赤外の両方で使
用できる１つの２波長共用光学系でも良い。

【００２２】次に図１の動作について説明する。回転台
Ｂ３ｂの旋回走査により得られた中赤外線撮像部２ｂ及
び中赤外線撮像部２ｃの赤外線画像は、前処理部Ａ４ｂ
と前処理部Ｃ４ｄで各赤外線画像を背景ノイズ量を基準
に設定された従来通りのしきい値で２値化処理を行う。
前処理部Ｂ４ｃでは前処理部Ａ４ｂより低いしきい値で
２値化処理を行い、前処理部Ｄ４ｅでは前処理部Ｃ４ｄ
より低いしきい値で２値化処理を行う。目標検出部５に
おいて各２値化処理画像から目標候補を選択し、選択さ
れた目標候補に関して画像位置、画像輝度、ＳＮ比や面
積などの特徴量計測を行う。目標判定部６ｂにおいて４
つの画像の同一画像位置で目標候補の有無を比較し３つ
以上存在した場合に目標と判定する。

【００２３】図２は実施例１による目標判定を示した例
で、赤外線画像内にショットノイズと目標がある場合
に、目標はしきい値１，２，４の３つの２値化画像で残
っているがショットノイズはしきい値１，２による２値
化画像のみのため目標のみを抽出することができる。

【００２４】図３は実施例１による目標判定を示した例
で、中赤外線画像内に海面を目標背景として高輝度の雲
と目標がある場合に、遠赤外線画像では雲が低輝度であ
るため目標はしきい値２，３，４の３つの２値化画像で
残っているが雲はしきい値３，４による２値化画像のみ
のため目標のみを抽出することができる。

【００２５】実施例２．図４は、この発明の他の実施例
を示すブロック図で、１ａ，２ａ，４ａ，５，６ａ，
７，８，９ａは従来の装置と同一のものである。１０ａ
は目標判定部６ａで判定された目標のＳＮ比により回転
台Ｃ３ｃの回転速度を制御する回転制御部Ａ、１１は回
転制御部Ａ１０ａからの回転台Ｃ３ｃの回転速度により
赤外線検出器の駆動信号を制御する駆動信号制御部であ
る。

【００２６】

【数３】

【００２７】次に図４の動作について説明する。ここ
で、“数３”は目標画像に対する背景画像のノイズがラ
ンダムノイズの時、画像信号をＮ回（Ｎは１以上の整
数）の積分処理を行うことによりＳＮ比は√Ｎ倍になる
ことから導いた、積分処理後のＳＮ比と積分処理による
加算回数Ｎと２値化処理のしきい値との関係式である。
図４における回転制御部１０ａは、目標判定部６ａで判
定された目標の特徴量のＳＮ比が２値化処理のしきい値
以上になるために必要な積分処理の加算回数Ｎを“数
３”を満たす最小値Ｎとして求め、その最小値Ｎを用い
て赤外線検出器の読みだし回数をＮ回とするために必要
な走査速度ωを“数２”で算出し、回転台Ｃ３ｃの回転
速度をωにする。駆動信号制御部１１は赤外線撮像部２
ａにある赤外線検出器の信号電荷の読みだし回数及び積
分回路の加算回数をＮ回に変更するように駆動信号を制
御することにより、目標の２値化処理を維持しつつ走査
速度を最大にとることができる。

【００２８】実施例３．図５は、この発明の他の実施例
を示すブロック図で、１ａ，２ａ，４ａ，５，６ａ，
７，８は従来の装置と同一のものである。１２は光学系
の視野内を走査するスキャナ、９ｃは赤外線光学系１ａ
と赤外線撮像部２ａとスキャナ１２で構成される赤外線
カメラ、１３は目標判定部６ａで判定された目標のＳＮ
比によりスキャナ１２の走査速度を制御するスキャナ制
御部、１１はスキャナ制御部１３からのスキャナの走査
速度により赤外線検出器の駆動信号を制御する駆動信号
制御部である。

【００２９】次に図５の動作について説明する。図５に
おいてスキャナ制御部１３は、目標判定部６ａで判定さ
れた目標の特徴量のＳＮ比が２値化処理のしきい値以上
になるために必要な積分処理の加算回数Ｎ（Ｎは１以上
の整数）を“数３”を満たす最小値Ｎとして求め、その
最小値Ｎを用いて赤外線検出器の読みだし回数をＮ回と
するために必要な走査速度ωを“数２”で算出し、スキ
ャナ１２の走査速度をωにする。駆動信号制御部１１は
赤外線撮像部２ａにある赤外線検出器の信号電荷の読み
だし回数及び積分回路の加算回数をＮ回に変更するよう
に駆動信号を制御することにより、目標の２値化処理を
維持しつつ走査速度を最大にとることができる。

【００３０】図６はスキャナ走査による撮像原理を示す
概略図で、１４は赤外線光学系１ａで集光結像された赤
外光を光電変換する１次元の走査型赤外線撮像デバイ
ス、１５は１次元の走査型赤外線撮像デバイス１４によ
る撮像領域、１６はスキャナにより走査される走査領域
である。反射鏡等で構成されるスキャナ１２の角度を周
期的に振ることにより１次元の走査型撮像デバイス１４
の撮像領域１５を移動させ、２次元の走査領域１６を撮
像することができる。

【００３１】実施例４．図７は、この発明の他の実施例
を示すブロック図で、１ｂ，１ｃ，２ｃ，４ｂ〜４ｅ，
５，６ｂ，７，８は実施例１の装置と同一のものであ
る。２ｄは中赤外線領域に感度をもつ２次元の凝視型赤
外線検出器をもつ中赤外線撮像部Ｂ、１２は遠赤外線光
学系の視野内を走査するスキャナ、９ｄは中赤外線光学
系１ｂと中赤外線撮像部Ｂ２ｄと遠赤外線光学系１ｃと
遠赤外線撮像部２ｃとスキャナ１２と同期信号発生器１
７で構成される赤外線カメラ、３ｄは赤外線カメラ９ｄ
を回転させる回転台Ｄ、１０ｂはスキャナ１２と回転台
Ｄ３ｄを制御する回転制御部Ｂである。

【００３２】次に図７の動作について説明する。回転制
御部Ｂ１０ｂは中赤外線撮像部Ｂ２ｄの視野角と同じ回
転角で回転台を旋回させた後、凝視型赤外線検出器をも
つ中赤外線撮像部Ｂ２ｄに必要な凝視時間だけ回転台Ｄ
３ｄを静止させ、スキャナ１２が静止時間内に遠赤外線
撮像部２ｃの視野内を走査するように制御する。凝視時
間経過後、同様に中赤外線撮像部Ｂ２ｄの視野角と同じ
回転角で回転台Ｄ３ｄを回転させ、ステップ状の走査を
行い、同期信号発生器１７は中赤外線撮像部Ｂ２ｄと遠
赤外線撮像部２ｃの各２次元画像の同期を一致させるこ
とにより、２次元の凝視型赤外線検出器と１次元の走査
型赤外線検出器を用いて旋回捜索と同じ捜索範囲が確保
できる画像目標検出装置を構成できる。

【００３３】図８は２次元の凝視型赤外線撮像デバイス
による撮像原理を示す概略図で、１ｂは図７のものと同
一である。１８は２次元の凝視型赤外線撮像デバイスで
ある。中赤外線光学系１ｂで集光結像された赤外光を２
次元の凝視型赤外線撮像デバイス１８により光電変換す
ることによってスキャナによる走査なしに物体空間の２
次元領域１９を撮像できる。

【００３４】図９は回転台による走査とスキャナによる
走査の物体空間における走査領域を示した図である。図
において、１５，１６は実施例３と同じ１次元の走査型
赤外線検出器とスキャナによる撮像領域、１９は図８で
示した２次元の凝視型赤外線検出器による視野である。
凝視型赤外線検出器に必要となる回転台Ｄ３ｄの静止時
間内に、スキャナにより走査領域１６内を走査して凝視
型赤外線検出器の視野１９と同一の２次元領域を撮像
し、凝視時間経過後、凝視型赤外線検出器の視野角と同
じ回転角で回転台Ｄ３ｄを回転させ、これを繰り返すス
テップ状の走査を行うことにより、２次元の凝視型赤外
線検出器と１次元の走査型赤外線検出器を用いて旋回捜
索と同じ全周捜索できる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、波長
帯の異なる画像ごとに複数のしきい値で検出した目標候
補により目標を判定するため、１回の旋回走査でも誤警
報確率を低減でき、目標以外の高輝度物体等に対し誤警
報確率を低減できる。

【００３６】また、目標検出後に目標の輝度情報から必
要な積分処理の加算回数を求め、その必要な加算回数に
応じた走査速度に制御することにより、遠距離の信号レ
ベル及び角速度の小さい目標から近距離の信号レベル及
び角速度の大きい目標まで目標検出が可能な最大のデー
タレートを確保できる。

【００３７】また、走査速度を変化させる手段として、
光学系と撮像部からなるカメラを回転台により旋回させ
空間を走査し、目標の輝度情報に応じて回転台の回転速
度を制御する構成をとることにより目標の信号レベルに
対し最適なデータレートを確保できる。

【００３８】また、走査速度を変化させる手段として、
走査型撮像デバイスのための光学系視野内をスキャナに
より走査し、目標の輝度情報に応じてスキャナの走査速
度を制御する構成をとることにより目標の信号レベルに
対し最適なデータレートを確保できる。

【００３９】また、凝視型撮像デバイスの凝視時間中は
回転台を停止し、その間、走査型撮像デバイスによる撮
像のためにスキャナが視野内を走査し、凝視時間経過後
は凝視型撮像デバイスの視野角だけ回転台により回転す
る構成をとることにより２次元の凝視型撮像デバイスと
１次元の走査型撮像デバイスを用いて旋回捜索と同じ捜
索範囲が確保できる画像目標検出装置を構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による画像目標検出装置を
示すブロック図である。

【図２】この発明の実施例１に示す目標判定部の目標判
定例を示す図である。

【図３】この発明の実施例１に示す目標判定部の目標判
定例を示す図である。

【図４】この発明の実施例２による画像目標検出装置を
示すブロック図である。

【図５】この発明の実施例３による画像目標検出装置を
示すブロック図である。

【図６】この発明の実施例３による画像目標検出装置中
のスキャナ走査による撮像原理を示す概略図である。

【図７】この発明の実施例４による画像目標検出装置を
示すブロック図である。

【図８】この発明の実施例４による画像目標検出装置中
の凝視型撮像デバイスによる撮像原理を示す概略図であ
る。

【図９】この発明の実施例４による画像目標検出装置の
回転台によるステップ走査とスキャナによる走査の走査
領域を示した図である。

【図１０】従来の赤外線波長領域を使用した画像目標検
出装置を示すブロック図である。

【図１１】従来の画像目標検出装置の２値化処理の例を
示した図である。

【図１２】従来の画像目標検出装置の２値化処理の例を
示した図である。

【図１３】従来の画像目標検出装置の旋回走査による走
査領域を示した図である。

【符号の説明】

１ａ 赤外線光学系 １ｂ 中赤外線光学系 １ｃ 遠赤外線光学系 ２ａ 赤外線撮像部 ２ｂ 中赤外線撮像部Ａ（１次元走査型） ２ｃ 遠赤外線撮像部 ２ｄ 中赤外線撮像部Ｂ（２次元凝視型） ３ａ 回転台Ａ ３ｂ 回転台Ｂ ３ｃ 回転台Ｃ ３ｄ 回転台Ｄ ４ａ 前処理部 ４ｂ 前処理部Ａ ４ｃ 前処理部Ｂ ４ｄ 前処理部Ｃ ４ｅ 前処理部Ｄ ５ 目標検出処理部 ６ａ 目標検判定部Ａ ６ｂ 目標検判定部Ｂ ７ 出力データ処理部 ８ 表示部 ９ａ 赤外線カメラ ９ｂ 赤外線カメラ ９ｃ 赤外線カメラ ９ｄ 赤外線カメラ １０ａ 回転制御部Ａ １０ｂ 回転制御部Ｂ １１ 駆動信号制御部 １２ スキャナ １３ スキャナ制御部 １４ １次元の走査型赤外線撮像デバイス １５ 走査型赤外線撮像デバイスによる撮像領域 １６ スキャナによる物体空間の走査領域 １７ 同期信号発生器 １８ ２次元の凝視型赤外線撮像デバイス １９ ２次元の凝視型赤外線撮像デバイスの視野 ２０ 回転台によるステップ走査の走査領域

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学系と検出波長帯の異なる複数の撮像
   部からなるカメラと、前記撮像部から得られる各画像そ
   れぞれに対して複数の異なるしきい値で２値化処理を行
   う前処理部と、これらの波長帯及びしきい値の異なる複
   数の２値化処理画像各々から目標候補を抽出する目標検
   出処理部と、前記複数の２値化処理画像各々から抽出し
   た目標候補間の位置により目標の有無を判定する目標判
   定部とを具備したことを特徴とする画像目標検出装置。
2. 【請求項２】 光学系と、１次元の走査型撮像デバイス
   と積分処理を実施する手段を具備した撮像部と、前記撮
   像部によって空間を走査する走査手段と、走査により前
   記撮像部で得られる画像の２値化処理を行う前処理部
   と、前記２値化処理画像から目標候補を抽出する目標検
   出処理部と、前記目標検出処理部で抽出した目標候補の
   輝度情報等の特徴量から目標を判定する目標判定部とを
   備えた画像目標検出装置において、目標の輝度情報に応
   じて走査手段の走査速度を制御する走査制御手段と、前
   記走査手段の走査速度に応じて前記撮像デバイス及び積
   分処理の駆動信号を制御する駆動信号制御部を具備した
   ことを特徴とする画像目標検出装置。
3. 【請求項３】 走査手段として光学系と撮像部からなる
   カメラを旋回させ空間を走査する回転台と、走査制御手
   段として目標の輝度情報に応じて回転台の回転速度を制
   御する回転制御部から構成されることを特徴とする請求
   項２記載の画像目標検出装置。
4. 【請求項４】 走査手段として走査型撮像デバイスのた
   めの光学系視野内を走査するスキャナと、走査制御手段
   として目標の輝度情報に応じてスキャナの走査速度を制
   御するスキャナ制御部から構成されることを特徴とする
   請求項２記載の画像目標検出装置。
5. 【請求項５】 光学系と、１次元の走査型撮像デバイス
   を有する走査型撮像部と、前記走査型撮像デバイスのた
   めの光学系視野内を走査するスキャナと、２次元の凝視
   型撮像デバイスを有する凝視型撮像部と、これらの光学
   系とスキャナと撮像部からなるカメラを回転させる回転
   台と、前記スキャナの走査角度範囲と回転台の回転角を
   一致させる回転制御部と、各撮像部からの画像の２値化
   処理を行う前処理部と、前記２値化処理画像から目標候
   補を抽出する目標検出処理部と、前記目標検出処理部の
   目標候補の特徴量から目標を判定する目標判定部と、前
   記走査型撮像部と凝視型撮像部の出力画像の同期を一致
   させるための同期信号発生器とを具備したことを特徴と
   する画像目標検出装置。