対象物位置推定装置

【課題】過大光の影響による誤誘導を低減することができる対象物位置推定装置を提供す
ることを目的とする。
【解決手段】本発明の対象物位置推定装置は、電磁波画像データを取得する画像データ取
得手段と、前記画像データの輝度情報に対して所定の閾値を超える領域を飽和領域として
抽出する飽和領域抽出手段と、前記飽和領域抽出手段によって得られた各飽和領域におい
て画像座標系に対する傾きベクトルを算出する領域傾斜算出手段と、前記傾きベクトルか
ら対象物の位置を推定する位置推定手段と、を有することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物位置推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の赤外線誘導装置は、中波長赤外線画像を撮像するセンサで画像データを
取得し、輝度の大小によって対象の飛翔体を検出し誘導している。しかし、同方法では対
象の飛翔体からレーザー光などの過大光が照射された場合、輝度情報が飽和してしまい誤
った誘導を行ってしまう。
【０００３】
また、このような場合、誤誘導を防ぐため、過大光が発生した場合、処理系を切り替え
る、また、ハード上で減光し、対象物を検出するなどの手法も提案されているが、装置自
体のサイズが大きくなる（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１８５４９８
【特許文献２】特開平１１−２９５４０８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
装置自体に新たなセンサ機構を追加する必要があるなどのハードウェアの変更が必要で
あったり、装置自体のサイズが大きくなってしまったりなどの問題があった。
【０００６】
例えば、特許文献１にある飛翔体シーカは、レーザー光検出器を設け、レーザー光の強
度によって処理系を切り替えることによって、過大なレーザー光が対象物から発せられた
場合においても飛翔体の姿勢制御を維持させる発明である。ただ、余分なレーザー検出器
を取り付けるなどのハード変更の必要があり、装置全体のサイズが大きくなってしまう。
【０００７】
また、特許文献２にある対象物追跡装置は、受光の強度に応じて、減光フィルタやバン
ドパスフィルタを制御することによって、過大光がセンサへ入射すること防ぎ、処理対象
画像を維持し追跡を継続させる発明である。同装置も、上記フィルタの挿入やフィルタ制
御機構の追加などの必要があり、また装置全体のサイズを大きくしてしまう。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するためのものであり、過大光の影響による誤誘導を低減
する対象物位置推定装置である。本発明では、過大光が発せられた場合、撮像上に現れる
飽和領域の形状および姿勢情報を利用することで対象物の位置が推定される。従来のよう
な輝度閾値処理のみに比べ、過大光が発せられ画像の大部分の輝度情報が飽和してしまっ
ても、対象物位置を正確に推定することができ、正確な誘導が可能となる。また、装置を
構成する場合においても、余分なセンサを追加する必要がなく、装置サイズの肥大化を防
ぐことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する為に請求項１記載の対象物位置推定装置は、電磁波画像データを取
得する画像データ取得手段と、前記画像データの輝度情報に対して所定の閾値を超える領
域を飽和領域として抽出する飽和領域抽出手段と、前記飽和領域抽出手段によって得られ
た各飽和領域において画像座標系に対する傾きベクトルを算出する領域傾斜算出手段と、
前記傾きベクトルから対象物の位置を推定する位置推定手段と、を有することを特徴とす
る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、過大光の影響による誤誘導を低減することができる対象物位置推定装
置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る対象物位置推定装置の構成を示す図。
【図２】本発明の実施の形態１に係る対象物位置推定装置の動作処理を示すフローチャート。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電磁波画像データの一例を示す図。
【図４】本発明の実施の形態１に係る飽和領域の扁平率を説明するための図。
【図５】本発明の実施の形態１に係る飽和領域の傾きベクトルを説明するための図。
【図６】本発明の実施の形態１に係る対象物の位置の推定を説明する図。
【図７】本発明の実施の形態１に係る対象物の位置の推定を説明する図。
【図８】本発明の実施の形態２に係る対象物位置推定装置の構成を示す図。
【図９】本発明の実施の形態３に係る対象物位置推定装置の構成を示す図。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る領域分割を説明するための図。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る対象物位置推定装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る対象物位置推定装置の構成を示すブロック図であ
る。対象物位置推定装置は、電磁波画像データを取得する画像データ取得部１００、画像
データ取得部１００で取得された電磁波画像データの輝度情報に対して輝度閾値を超える
領域を飽和領域として抽出する飽和領域抽出部１０１、飽和領域抽出部１０１により抽出
された各飽和領域において画像座標系に対する飽和領域の傾きを算出する領域傾斜算出部
１０２と、領域傾斜算出部１０２で算出された飽和領域の傾きから対象物の位置を推定す
る位置推定部１０３から構成される。
【００１４】
続いて、本発明の実施の形態１に係る対象物位置推定装置の動作処理について図２を参
照して説明する。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態１に係る対象物位置推定装置の動作処理を示すフローチャ
ートである。
【００１６】
画像データ取得部１００によって電磁波画像データが取得される（Ｓ１）。図３は、画
像データ取得部１００により電磁波画像データとして得られた赤外線画像データの一例を
示している。
【００１７】
ここで、対象物から過大な赤外線レーザー光が発せられた場合、赤外線画像中における
対象物の像３０１の位置によって撮像結果が異なり、対象物の像３０１が画像中心付近に
ある場合の撮像結果は図３（ａ）、（ｂ）のようになる。
【００１８】
また、対象物から過大な赤外線レーザー光が発せられると画像中心を含む大部分の輝度
情報が飽和してしまい、さらに画像の周辺部分に円弧状の小領域として飽和領域３０２が
現れる。
【００１９】
一方、対象物の像３０１が画像の端付近にとらえられた場合の撮像は図３（ｃ）、（ｄ
）のようになる。
【００２０】
この場合、対象物の像３０１の位置から放射状に飽和領域３０２が広がる傾向にある。
これらの事象は、一般的に撮像系の機構および光学特性により生じる。
【００２１】
次に、画像データ取得部１００により取得された赤外線画像データは飽和領域抽出部１
０１において飽和領域３０２が抽出される（Ｓ２）。
【００２２】
ここで飽和領域３０２の抽出は、任意の輝度閾値を設定し輝度閾値よりも高い輝度値を
有する画素部分を飽和領域３０２として抽出する。
【００２３】
また、飽和領域３０２の抽出において、任意に設定した面積閾値に対して面積閾値より
も大きい領域のみを抽出し、小さい領域は除外することによりランダムノイズ等の除去を
行うことができる。
【００２４】
さらに、各飽和領域３０２の扁平率ｆが算出され、任意に設定した扁平率閾値に対して
扁平率閾値よりも扁平率の高い飽和領域３０２のみを抽出することにより、後述する傾き
ベクトル３０３（図５、図６、及び図７参照）の算出精度向上を図ることが出来る。
【００２５】
なお、扁平率ｆは下式（１）によって算出することが出来る。
【数１】

【００２６】
ここで、図４に示すようにａは飽和領域３０２の長軸の長さ、ｂは短軸の長さを示す。
【００２７】
飽和領域抽出部１０１において抽出された飽和領域３０２は、領域傾斜算出部１０２へ
入力され、画像座標系における各飽和領域３０２の傾きが傾きベクトル３０３として算出
される（Ｓ３）。
【００２８】
図５に示すように傾きベクトル３０３は、飽和領域３０２内の各画素の座標データ３０
４を一次元空間へ投影したとき、同一次元空間内におけるデータの分散を最大とする軸方
向を傾きベクトル３０３として決定する。
【００２９】
領域傾斜算出部１０２において算出された傾きベクトル３０３は、位置推定部１０３へ
入力され、対象物位置３０６が推定される（Ｓ４）。
【００３０】
ここで、図６に示すように各飽和領域３０２における重心３０５を通り傾きベクトル３
０３の方向へ直線を延ばした際の交点が対象物位置３０６として推定される。
【００３１】
また、位置推定部１０３は、複数の飽和領域３０２のうち最大面積を持つ飽和領域の重
心位置に伴い、傾きベクトル３０３の方向もしくは傾きベクトル３０３の直交方向のどち
らかの方向を選択し位置を推定する機能を持たせることも可能である。
【００３２】
つまり、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように重心が画像の端部付近に現れる場合は、上述
した図６に示すように傾きベクトル３０３の方向を利用することで対象物位置３０６を求
めることができる。
【００３３】
また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように重心が画像の中心付近に現れる場合は、図７に
示すように傾きベクトル３０３の方向に対する法線方向３０７へ直線を伸ばした際の交点
を対象物位置３０６として求めることができる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態１によれば、対象物から過大な赤外線レーザー光が発せら
れ画像の大部分の輝度情報が飽和してしまっても、対象物位置を正確に推定することがで
き、正確な誘導が可能となる。また、余分なセンサを追加する必要がなく、装置サイズの
肥大化を防ぐことができる。
【００３５】
（実施の形態２）
続いて、本発明の実施の形態２について説明する。本発明の実施の形態２では、画像デ
ータ取得部１００に、長波長赤外線画像データと中波長赤外線画像データとを同じ視野で
取得する機能を付与することによって、異なる幅広い帯域のデータを観察することが出来
る。
【００３６】
同じ視野の２波長帯の画像データを取得する対象物位置推定装置の構成としては、例え
ば、図８に示すものが考えられる。対象物が存在すると思われる方向に向けられた画像デ
ータ取得部１００は、その対象物の像をレンズ２００およびダイクロイックミラー２０１
により長波長赤外線センサ２０２および中波長赤外線センサ２０３に案内する。レンズ２
００の後部にダイクロイックミラー２０１を配置し、ダイクロイックミラー２０１は、長
波長赤外線を透過し、中波長赤外線を反射するものとする。
【００３７】
その透過方向には長波長赤外線センサ２０２が配置され、反射方向には中波長赤外線セ
ンサ２０３が配置される。また、両センサへの対象物像の案内方法については多焦点レン
ズを利用してもよい。
【００３８】
二波長帯以上の波長帯の画像を観測することで、ある波長帯のみの過大光であった場合
、過大光の影響を受けていない波長帯の画像を選択して処理することにより誤誘導を回避
することができる。また、両波長帯に渡る過大光が発せられた場合においても、統計的に
情報量が増えるため、位置推定の性能が向上する。
【００３９】
（実施の形態３）
続いて、本発明の実施の形態３について説明する。図９および図１０を用いて実施の形
態３を説明する。
【００４０】
図９は、本発明の実施の形態３に係る対象物位置推定装置の構成を示している。本実施
の形態では、実施の形態１に係る対象物位置推定装置に輝度勾配算出部１０４と、領域分
割部１０５が加わる。
【００４１】
実施の形態１と同一構成については同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００４２】
次に本発明の実施の形態３に係る対象物位置推定装置の動作処理について説明する。
【００４３】
画像データ取得部１００により得られた画像データは、輝度勾配算出部１０４に入力さ
れ、各画素に対して輝度勾配ベクトルを算出する。ここで、輝度勾配ベクトルの算出は下
式（２）による。
【数２】

【００４４】
ここで、Ｉ（ｉ，ｊ）は座標（ｉ，ｊ）における輝度を示している。
【００４５】
輝度勾配算出部１０４において算出された輝度勾配ベクトルは、輝度勾配情報として領
域分割部１０５へ入力され、入力された輝度勾配情報を元に画像全体が領域分割される。
【００４６】
ここで、上式（２）で示した輝度勾配ベクトルに直交するベクトル（以下、回転ベクト
ルｒ（ｉ，ｊ）とする。下式（３））を考える。
【数３】

【００４７】
図１０に示すように、画像データ４００上において、回転ベクトル４０１の大きさが大
きい部分にはエッジが存在し、回転ベクトル４０１の方向はエッジに沿う。
【００４８】
この回転ベクトル４０１の情報を用いて、その大きさが局所的に極大となるものを選び
その方向を辿ることにより領域を分割する分割線４０２を描くことができる。
【００４９】
領域分割部１０５で分割された領域情報は、飽和領域抽出部１０１へ入力され、分割さ
れた領域ごとに飽和領域であるか否かが判断される。その後の動作処理は実施の形態１と
同様であるため説明は省略する。
【００５０】
本発明の実施の形態３によれば、輝度勾配ベクトルを利用することにより、領域の抽出
が絶対値の評価から相対値の評価で実施されるため、輝度の強弱の変動に対してロバスト
に位置推定が行うことができ、誘導性能を向上させることができる。
【００５１】
（実施の形態４）
続いて、本発明の実施の形態４について説明する。図１１は、本発明の実施の形態４に
係る対象物位置推定装置の構成を示している。本実施の形態では、実施の形態１に係る対
象物位置推定装置の構成において、推定位置記憶部１０６が加わる。なお、実施の形態１
と同一構成については同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００５２】
次に本発明の実施の形態４に係る対象物位置推定装置の動作処理について説明する。
【００５３】
まず、実施の形態１と同様に、位置推定部１０３において対象物位置が推定されるが、
その推定された対象物の位置情報は推定位置記憶部１０６へ入力され、記録される。ここ
での、記録量はユーザーが任意に設定することができ、たとえば、Ｍフレーム分の記録を
設定しておけば、直前のＭフレーム分の対象物の推定位置の履歴を蓄積することができる
。そして、位置推定部１０３では、推定位置記憶部１０６に記録されているＭフレーム分
の推定結果の時間変化を総合して、対象物位置が推定される。
【００５４】
この実施の形態４によれば、推定結果を一定時間観察することにより、時間変化をひと
つの特徴量として評価することができ、白色ランダムノイズ等の影響による誤推定を低減
することができる。実際に、対象飛翔体から過大光が発せられている場合、撮像は安定し
ないため、時間的、統計的に位置を推定することによって推定値が安定する。
【００５５】
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその
要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具現化できる。また、上述の実施の形態に開
示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例え
ば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。さらに
異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１００画像データ部
１０１飽和領域抽出部
１０２領域傾斜算出部
１０３位置推定部
１０４輝度勾配算出部
１０５領域分割部
１０６推定位置記憶部
２０２長波長赤外線センサ
２０３中波長赤外線センサ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記画像データの輝度情報に対して所定の閾値を超える領域を飽和領域として抽出する飽
和領域抽出手段と、
前記飽和領域抽出手段によって得られた各飽和領域において画像座標系に対する傾きベク
トルを算出する領域傾斜算出手段と、
前記傾きベクトルから対象物の位置を推定する位置推定手段と、
を有することを特徴とする対象物位置推定装置。
【請求項２】
前記位置推定手段は、
前記各飽和領域の重心から前記傾きベクトル方向へ直線を延ばした際、それら複数の直線
の交差点を対象物の位置として推定することを特徴とする請求項１記載の対象物位置推定
装置。
【請求項３】
前記飽和領域抽出手段は、
前記各飽和領域のうち、所定の閾値よりも大きい面積の飽和領域のみ抽出することを特徴
とする請求項１又は請求項２記載の対象物位置推定装置。
【請求項４】
前記飽和領域抽出手段は、
前記各飽和領域のうち、所定の閾値よりも高い扁平率の飽和領域のみを抽出することを特
徴とする請求項１乃至請求項３記載の対象物位置推定装置。
【請求項５】
前記領域傾斜算出手段は、
前記各飽和領域内の各画素の座標データを一次元空間へ投影したとき分散を最大とする一
次元空間の軸方向を傾きベクトルとして算出ことを特徴とする請求項１乃至請求項４記載
の対象物位置推定装置。
【請求項６】
前記位置推定手段は、
前記各飽和領域のうち、最大面積を有する飽和領域の重心位置に伴い前記ベクトル方向或
いは前記傾きベクトルの直交方向の何れかの方向を選択して対象物の位置を推定すること
を特徴とする請求項１乃至請求項５記載の対象物位置推定装置。
【請求項７】
前記電磁波画像データから輝度勾配情報を算出する輝度勾配情報算出手段と、
前記輝度勾配情報から勾配変曲位置に基づいて前記電磁波画像データを領域分割する領域
分割手段と、
を更に有し、
前記飽和領域抽出手段は、
前記領域分割手段によって領域分割された電磁波画像データから飽和領域を抽出すること
を特徴とする請求項１乃至請求項６記載の対象物位置推定装置。
【請求項８】
前記画像データ取得手段は、
第１の波長帯の電磁波画像データと第２の波長帯の電磁波画像データを同じ視野で取得す
ることを特徴とする請求項１乃至請求項７記載の対象物位置推定装置。
【請求項９】
前記位置推定手段は、
予め設定した時間内の推定値の変化に基づいて対象物の位置を推定することを特徴とする
請求項１乃至請求項８記載の対象物位置推定装置。

【図１】