JPH07248370A - 目標角度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 歪曲収差のある光学系を用いた撮像装置を使
用して、歪曲収差を補正して目標の角度が測定できる目
標角度測定装置を得る。 【構成】 回転対称の歪曲をもつ光学系１ａと、それを
取り付けた撮像装置２と、撮像装置により得られた画像
信号から目標のみを検出する目標検出手段３と、光学系
の歪曲中心と目標との画像上の位置関係により目標方向
を測定する角度算出手段Ａ４ａと、算出した角度データ
を出力するデータ出力手段５により構成される。光学系
の歪曲中心を画像データから算出し、これを基準とし
て、目標の水平及び垂直方向の角度を測定する方式をも
つものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、撮像装置を用いて目
標の方向を測定する目標角度測定装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の目標角度測定装置を示す
構成図である。図において、１ｂは歪曲収差のない光学
系、２は撮像装置、３は目標検出手段、４ｂは角度算出
手段Ｂ、５はデータ出力手段である。

【０００３】次に動作について説明する。歪曲収差のな
い光学系１ｂに入射した光は、撮像装置２の素子上に結
像され画像として出力される。ここでいう歪曲収差のな
い光学系とは、図２に示すある基準軸に対して目標のな
す角θと、図３に示す基準軸の画像位置（基準点とい
う）と目標の画像位置との画像上での距離ｒとが線形の
関係を持つ光学系のことである。上記撮像装置２の撮像
センサとして、２次元固体撮像素子またはイメージイン
テンシファイアと２次元固体撮像素子を組み合わせたも
のを用いる。これは、これらの撮像センサは、センサ自
身による歪曲が発生しないためである。上記撮像装置２
の出力画像信号を目標検出手段３により、例えばミサイ
ルの火炎のような画像中の高輝度目標のみを検出する処
理（例えば二値化処理）を行う。二値化処理とは、図４
のように得られた画像をある輝度レベル（しきい値とい
う）以上の輝度レベルを相対的な輝度レベルが１となる
ように、また、しきい値以下の輝度レベルを相対的な輝
度レベルが０となるように変換する処理である。このよ
うにして得られた目標に関して、角度算出手段Ｂ４ｂに
より基準点からの目標点の方向を算出する。この角度算
出手段Ｂ４ｂでは、歪曲のない画像に対して処理するも
のなので、基準点を画像上の任意の点としてこの点から
目標点までの画像上の距離によって基準点に対する目標
の水平及び垂直方向の角度を算出する。図３に、上記の
ような画像上の目標及び基準点の考え方を示す。図３に
おいて、目標点が基準点に対して画像上の（ｘ，ｙ）の
距離にある場合水平及び垂直方向の目標角度は次式によ
り（θｘ，θｙ）となる。

【０００４】

【数１】

【０００５】ここで、目標点は、目標の重心点や最明点
などのような特徴点として一義的に規定する。このよう
にして得られた角度データをデータ出力手段５により表
示・出力する。

【０００６】このような従来の目標角度測定装置は、例
えばミサイルや航空機などの脅威に対して常時警戒し、
その到来方向を測定するために使用される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の目標角度測定装
置は以上のように構成されているので、歪曲収差のある
光学系を使用すると画像上の距離を角度に変換する場
合、”数１”のような１次の換算式では、正確な目標の
角度を測定できない。これは、歪曲収差のある光学系
が、ある基準点に対して目標のなす角と画像上の距離と
が非線形であり、それは多くの場合回転対称であるため
である。一般に光学系は視野角が広くなると歪曲収差が
大きくなるので従来の方式によると広視野角の光学系は
使用できない。したがって、従来の狭視野角の光学系で
広範囲を監視するためには、撮像装置自体を回転させる
などその範囲内で装置の視野を機械的に動かして広視野
を確保する方法があるが、常時同じ視野を監視できない
ため、瞬発的な現象には対応できないという問題点があ
った。

【０００８】また、歪曲収差のある広視野角の光学系を
用いて、正確な角度を測定するためには、角度算出手段
Ｂ４ｂにおいて、二次元撮像素子の１画素毎に角度を対
応させたデータを持つ方法もあるが、全ての画素に対応
する莫大なデータが必要であり、そのデータを測定する
ために莫大な時間と、莫大な処理装置の記憶容量が必要
となるという問題点があった。

【０００９】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、歪曲収差のある光学系を用い広
範囲を常時監視して正確な目標の角度を測定できる装置
を得ることを目的とする。また、そのためのデータ取得
も容易であり、処理装置のデータ記憶容量も少なくて済
む装置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明における目標角
度測定装置は、回転対称の歪曲収差のある光学系を使用
して目標の角度を測定するために光学系の歪曲中心に相
当する画像上の点を基準点として、この点から目標点ま
での画像上の距離（図３におけるｒ）及び基準点と目標
を結ぶ直線の水平面とのなす角度（図３におけるφ）を
画像から得ることにより目標の角度を測定するものであ
る。

【００１１】

【作用】この発明における目標角度測定装置は、光学系
の歪曲中心を基準軸とし、基準軸に対する目標の位置に
より目標の角度を求める方法で、従来の目標角度測定装
置と同様の構成で、歪曲収差のある広視野角の光学系を
使用した目標角度の測定ができる利点を得るものであ
る。

【００１２】

【実施例】

実施例１．図１は、この発明の一実施例を示す構成図で
ある。図において、２，３，５は従来の装置と同一のも
のである。１ａは回転対称の歪曲収差のある光学系、４
ａは歪曲収差の補正処理を含めた角度算出手段Ａであ
る。

【００１３】角度算出手段Ａ４ａは、図３において光学
系の歪曲中心を画像上の基準点として、そこから目標ま
での画像上の距離ｒ及び基準点と目標点を結ぶ直線が水
平面となす角度φを画像から得ることにより目標の方向
を算出する。

【００１４】まず、光学系の歪曲中心の算出方法につい
て述べる。図５は、歪曲中心を算出するためのデータ取
得時の構成図である。図５において１ａ，２，３は、図
１の構成図と同一である。６は距離算出手段であり、任
意の点から目標までの水平及び垂直方向の画像上の距離
を出力・表示するものである。７は疑似目標であり、取
得画像に目標を含めるための光源である。８は撮像装置
２を取り付け角度を自由に設定できる回転傾斜台であ
る。

【００１５】歪曲中心を算出するためには、図５の設定
において画面の中心付近に原点を仮定し、その点に疑似
目標がくるように設定する。水平及び垂直方向に一定の
角度ステップで目標が動くように回転傾斜台８の角度を
調整して、画像上の目標位置（ｘ’，ｙ’）を測定する
と図６の点線に示すような歪曲特性が得られる。水平あ
るいは垂直方向の角度を一定としたときの（ｘ’，
ｙ’）の値を最小二乗法などで近似し水平方向の角度を
一定とした場合

【００１６】

【数２】

【００１７】垂直方向の角度を一定とした場合

【００１８】

【数３】

【００１９】の近似式を得る。そして、それらの式の極
値を求めると図６の×で示すようになる。”数２”及
び”数３”より算出した極値をそれぞれ図６の一点鎖線
のように一次式に近似してその交点を歪曲の中心とす
る。

【００２０】次に目標角度の測定方法について説明す
る。図５の構成で、上記により算出した歪曲中心に光源
の像が画像上に設定されるように光源１ａ及び撮像装置
２を設定する。歪曲中心を基準として一定の角度ステッ
プで上下左右に回転傾斜台８を動かして画像上の目標の
位置を測定する。歪曲中心からの角度の変化量が、上下
左右方向に同じ場合の歪曲中心からの画像上の距離を比
較しこの４方向の測定結果が一致していることを確認す
る。もし、一致しない場合は、歪曲中心を１〜２画素相
当分ずらして再び上記の測定を行い最も一致する点を探
す。そして、このようにして求めた歪曲中心からの画像
上の距離と角度の関係を最小二乗法などで近似して下式
を得る。

【００２１】

【数４】

【００２２】上記のようにして得られた目標角度θを使
用して目標の方向を算出するために、目標角度を水平
（θａｚ）と垂直（θｅｌ）に分離する。そのために
は、画像上における歪曲中心と目標点の水平軸とのなす
角度φにより下式のように算出する。

【００２３】

【数５】

【００２４】

【数６】

【００２５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、回転
対称の歪曲収差を持つ広視野角の光学系を用いて撮像さ
れた画像から目標を抽出し、歪曲中心と目標との画像上
の位置から目標の到来方向を算出する方法により、広範
囲を常時監視して正確な目標の角度を測定することがで
きる。

【００２６】また、この発明によれば、従来の装置で歪
曲収差のある光学系を使った場合に二次元撮像素子の１
画素毎に角度を対応させたデータを持たせる方法と比較
すると、測定に要する時間も処理に要するデータも少な
くなるため、角度算出手段における処理の負荷が少なく
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】広角系の基準軸と目標との角度を示す図であ
る。

【図３】画像上の目標及び基準点の考え方を示す図であ
る。

【図４】二値化処理の考え方を示す図である。

【図５】歪曲中心を算出する場合の構成図である。

【図６】歪曲中心の算出方法を示す図である。

【図７】従来の目標角度測定装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１ａ 歪曲収差のある光学系 １ｂ 歪曲収差のない光学系 ２ 撮像装置 ３ 目標検出手段 ４ａ 角度算出手段Ａ ４ｂ 角度算出手段Ｂ ５ データ表示処理 ６ 距離算出手段 ７ 疑似目標 ８ 回転傾斜台

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転対称の歪曲をもつ光学系と、二次元
   撮像センサを使用した撮像装置と、上記撮像装置により
   得られた画像信号から目標のみを検出する目標検出手段
   と、上記光学系の歪曲中心と目標との画像上の位置関係
   により目標方向を測定する角度算出手段と、上記角度算
   出手段で算出した角度データを出力するデータ出力手段
   とを具備したことを特徴とする目標角度測定装置。
2. 【請求項２】 上記角度算出手段は、光学系の回転対称
   の歪曲の中心点を算出し、この歪曲中心を基準点とし
   て、目標の実角度と画像上における目標位置との関係を
   測定し最小二乗法などの近似式を用いて上記歪曲中心か
   ら目標までの画像上の距離と画像の水平ラインに対して
   歪曲中心と目標を結ぶ直線がなす画像上の角度から目標
   の水平及び垂直方向の角度を算出することを特徴とする
   請求項１記載の目標角度測定装置。
3. 【請求項３】 画像上の任意の点を基準とし、一定の角
   度ステップで実角度と画像上の距離の関係を測定し、水
   平角度または垂直角度一定の場合の画像位置を最小二乗
   法などにより近似し、その極値をさらに水平一定の場合
   と垂直一定の場合それぞれ一次式に近似しその交点を光
   学系の回転対称の歪曲の中心点として算出することを特
   徴とする請求項１記載の目標角度測定装置。