特開 2023-42217 目標検出装置、飛しょう体、飛しょう体誘導システム、および誘導方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023042217

(43)【公開日】2023-03-27

(54)【発明の名称】目標検出装置、飛しょう体、飛しょう体誘導システム、および誘導方法

(51)【国際特許分類】

   F42B 15/08 20060101AFI20230317BHJP

   F41G 7/20 20060101ALI20230317BHJP

   G05D 1/12 20060101ALI20230317BHJP

   G06T 7/00 20170101ALI20230317BHJP

【ＦＩ】

F42B15/08

F41G7/20

G05D1/12 G

G06T7/00 300F

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021149406

(22)【出願日】2021-09-14

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】福井 雄大

【テーマコード（参考）】

2C014

5H301

5L096

【Ｆターム（参考）】

2C014DA07

2C014DD11

5H301AA06

5H301CC04

5H301CC07

5H301CC10

5H301GG07

5H301GG09

5L096AA09

5L096CA04

5L096FA66

5L096GA55

5L096JA11

(57)【要約】

【課題】目標を安定して検出することの可能な目標検出装置を提供すること。
【解決手段】目標検出装置は、飛しょう体に搭載可能な目標検出装置である。この目標検出装置は、位置情報取得部と、相対距離算出部と、撮像部と、フィルタ処理部と、目標決定部とを具備する。位置情報取得部は、飛しょう中の飛しょう体の位置情報と目標の位置情報とを取得する。相対距離算出部は、飛しょう体の位置情報と目標の位置情報とに基づいて、当該飛しょう体と当該目標との相対距離を算出する。撮像部は、飛しょう体の飛しょう中に画像データを取得する。フィルタ処理部は、複数のフィルタから相対距離に基づいて適用すべきフィルタを決定し、当該決定したフィルタにより画像データにフィルタ処理を施す。目標決定部は、フィルタ処理の結果に基づいて画像データに目標を検出する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

飛しょう体に搭載可能な目標検出装置において、
飛しょう中の前記飛しょう体の位置情報と目標の位置情報とを取得する位置情報取得部と、
前記飛しょう体の位置情報と前記目標の位置情報とに基づいて、当該飛しょう体と当該目標との相対距離を算出する相対距離算出部と、
前記飛しょう体の飛しょう中に画像データを取得する撮像部と、
複数のフィルタから前記相対距離に基づいて適用すべきフィルタを決定し、当該決定したフィルタにより前記画像データにフィルタ処理を施すフィルタ処理部と、
前記フィルタ処理の結果に基づいて前記目標を検出する目標決定部とを具備する、目標検出装置。

【請求項2】

前記フィルタ処理部は、前記相対距離に対応して設けられ、検出パターンの異なる複数のフィルタから前記適用すべきフィルタを決定する、請求項１に記載の目標検出装置。

【請求項3】

前記目標決定部は、前記フィルタ処理により得られた特徴量を複数の画像フレームにわたって積算し、当該積算した値が最大となる領域を前記目標として検出する、請求項１または２のいずれか１項に記載の目標検出装置。

【請求項4】

目標を検出する目標検出装置と、前記目標に向け飛しょうするための推進装置とを具備する飛しょう体において、
前記目標検出装置は、
飛しょう中の前記飛しょう体の位置情報と前記目標の位置情報とを取得する位置情報取得部と、
前記飛しょう体の位置情報と前記目標の位置情報とに基づいて、当該飛しょう体と当該目標との相対距離を算出する相対距離算出部と、
前記飛しょう体の飛しょう中に画像データを取得する撮像部と、
複数のフィルタから前記相対距離に基づいて適用すべきフィルタを決定し、当該決定したフィルタにより前記画像データにフィルタ処理を施すフィルタ処理部と、
前記フィルタ処理の結果に基づいて前記目標を検出する目標決定部とを具備する、飛しょう体。

【請求項5】

飛しょう体を目標に向け誘導する飛しょう体誘導システムにおいて、
前記飛しょう体を射出する管制装置と、
飛しょう体に搭載可能な目標検出装置とを具備し、
前記管制装置は、
前記目標の位置情報を取得するセンサと、
前記目標の位置情報を前記目標検出装置に送信する送信部とを備え、
前記目標検出装置は、
前記管制装置から送信された前記目標の位置情報を受信する受信部と、
飛しょう中の前記飛しょう体の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記飛しょう体の位置情報と前記目標の位置情報とに基づいて、当該飛しょう体と当該目標との相対距離を算出する相対距離算出部と、
前記飛しょう体の飛しょう中に画像データを取得する撮像部と、
複数のフィルタから前記相対距離に基づいて適用すべきフィルタを決定し、当該決定したフィルタにより前記画像データにフィルタ処理を施すフィルタ処理部と、
前記フィルタ処理の結果に基づいて前記目標を検出する目標決定部とを具備する、飛しょう体誘導システム。

【請求項6】

飛しょう体に搭載可能な目標検出装置による誘導方法において、
前記目標検出装置が、飛しょう中の前記飛しょう体の位置情報と目標の位置情報とを取得することと、
前記目標検出装置が、前記飛しょう体の位置情報と前記目標の位置情報とに基づいて、当該飛しょう体と当該目標との相対距離を算出することと、
前記目標検出装置が、前記飛しょう体の飛しょう中に画像データを取得することと、
前記目標検出装置が、複数のフィルタから前記相対距離に基づいて適用すべきフィルタを決定し、当該決定したフィルタにより前記画像データにフィルタ処理を施すことと、
前記目標検出装置が、前記フィルタ処理の結果に基づいて前記目標を検出することとを具備する、誘導方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実態形態は、目標検出装置、飛しょう体、飛しょう体誘導システム、および誘導方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地上から射出されたのち、目標に向かって飛しょうする誘導飛しょう体が知られている。この種の飛しょう体は、目標検出装置を備え、撮像装置（可視光カメラ、赤外カメラなど）で取得した撮像画像をテンプレートマッチング等の手法で解析して、目標を検出する。テンプレートマッチングには、予め用意された複数のフィルタ（カーネルとも称する）が用いられる。

【0003】

撮像画像に結像される目標のサイズはフレーム毎に変化するので、目標サイズの変動に応じてフィルタを切り替える必要がある。既存の技術では、目標のサイズを示すフィルタの出力値に基づくタイミングでフィルタを切り替えるようにしていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４７１９１２７号公報

【特許文献2】特許第５７１３９３９号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、目標と似たサイズの物体が多数存在する複雑な背景のもとでは、フィルタの出力値が目標と背景とで同等になったり、あるいは目標より背景の方が大きくなる場合がある。このため、フィルタの出力値だけに頼ってフィルタを切り替えると、目標を安定して検出し続けることが難しく、甚だしい場合には目標を見失う（ロストする）恐れがあった。
そこで、目的は、目標を安定して検出することの可能な目標検出装置、飛しょう体、飛しょう体誘導システム、および誘導方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態によれば、目標検出装置は、飛しょう体に搭載可能な目標検出装置である。この目標検出装置は、位置情報取得部と、相対距離算出部と、撮像部と、フィルタ処理部と、目標決定部とを具備する。位置情報取得部は、飛しょう中の飛しょう体の位置情報と目標の位置情報とを取得する。相対距離算出部は、飛しょう体の位置情報と目標の位置情報とに基づいて、当該飛しょう体と当該目標との相対距離を算出する。撮像部は、飛しょう体の飛しょう中に画像データを取得する。フィルタ処理部は、複数のフィルタから相対距離に基づいて適用すべきフィルタを決定し、当該決定したフィルタにより画像データにフィルタ処理を施す。目標決定部は、フィルタ処理の結果に基づいて画像データに目標を検出する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係わる飛しょう体誘導システムの一例を示す機能ブロック図である。

【図2】図２は、目標検出装置１０の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図3】図３は、飛しょう体２０と目標との相対距離に応じたフィルタの切り替えについて説明するための図である。

【図4】図４は、図３に示されるフィルタの、目標領域に対する出力強度の一例を示す図である。

【図5】図５は、単一フレーム特徴マップ、および積算フレーム特徴マップについて説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明に係わる目標検出装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。
＜構成＞
図１は、実施形態に係わる飛しょう体誘導システムの一例を示す機能ブロック図である。この飛しょう体誘導システムは、飛しょう体２０に搭載される目標検出装置１０と、飛しょう体２０を射出する管制装置３０とを具備する。管制装置３０は、飛しょう体２０の射出に関する制御を行う。

【0009】

管制装置３０は、目標の位置情報を取得するセンサ４０に接続されるとともに、送信部３１とを備える。送信部３１は、センサ４０で取得された目標の位置情報を飛しょう体２０に送信する。

【0010】

飛しょう体２０は、目標検出装置１０に加えて、目標検出装置１０で検出された目標に向け飛しょうするための推進装置１１を備える。
目標検出装置１０は、位置情報取得部１００、相対距離算出部１０１、撮像部１０２、フィルタ処理部１０３、および、目標決定部１０４を備える。

【0011】

位置情報取得部１００は、管制装置３０から目標の位置情報を、例えば無線リンクを介して取得する。また、位置情報取得部１００は、運動量センサ（例えば加速度センサ）、あるいは位置センサ（例えばＧＰＳ（Global positioning system））を備え、そのセンサデータから、飛しょう中の飛しょう体２０の位置を算出する。すなわち位置情報取得部１００は、飛しょう中の飛しょう体２０の位置情報と、目標の位置情報とを取得する。

【0012】

相対距離算出部１０１は、位置情報取得部１００で取得した飛しょう体２０の位置情報と目標の位置情報とに基づいて、目標と目標検出装置１０の相対距離を算出する。
撮像部１０２は、例えば赤外線カメラ等の撮像機器であり、飛しょう体２０の飛しょう中に視野内に捉えた目標を含む画像を撮像して、画像データを取得する。

【0013】

フィルタ処理部１０３は、画像処理のための複数のフィルタを記憶する。このフィルタは１種類でなく、目標と飛しょう体２０との相対距離に対応する数にわたって複数、設けられる。つまり相対距離ごとにフィルタが設定される。例えば長距離、中距離、単距離の３ランクに分類した相対距離ごとにフィルタを設定しても良いし、ランクをさらに細分化して、相対距離ごとにフィルタを連続的に設定しても良い。

【0014】

また、検知対象（検出パターン：例えば棒状の目標を抽出するフィルタ、航空機の形状を抽出するフィルタなど）に応じて異なるフィルタが用いられる。つまり実施形態では、相対距離ごとに、複数のフィルタが設けられる。

【0015】

そしてフィルタ処理部１０３は、相対距離算出部１０１で算出した相対距離に基づいて、複数のフィルタから適用すべきフィルタを決定し、このフィルタを用いて、上記画像データにフィルタ処理を施す。これにより単一フレーム特徴マップが生成される。

【0016】

目標決定部１０４は、フィルタ処理部１０３で得られた単一フレーム特徴マップと、この単一フレーム特徴マップを複数フレームにわたって積算した積算フレーム特徴マップとに基づいて目標を決定する。すなわち目標決定部１０４は、フィルタ処理部１０３のフィルタ処理の結果に基づいて目標を検出する。

【0017】

＜作用＞
次に、上記構成における作用を説明する。
図２は、目標検出装置１０の処理手順の一例を示すフローチャートである。
（ステップＳ１０１）
ステップＳ１０１において、位置情報取得部１００は、目標の位置情報を取得する。
（ステップＳ１０２）
ステップＳ１０２において、位置情報取得部１００は、飛しょう体２０の位置情報を算出する。
（ステップＳ１０３）
ステップＳ１０３において、相対距離算出部１０１は、目標の位置情報と飛しょう体２０の位置情報とに基づいて、相対距離を算出する。
（ステップＳ１０４）
ステップＳ１０４において、フィルタ処理部１０３は、予め記憶した複数のフィルタから、ステップＳ１０３で算出された相対距離に応じたフィルタを選択する。

【0018】

ここで、ステップＳ１０４における処理について詳しく説明する。
図３は、飛しょう体２０と目標との相対距離に応じたフィルタの切り替えについて説明するための図である。図３において、ｔフレーム目の撮像画像３０１、ｔ＋ｎ０フレーム目の撮像画像３０２、ｔ＋ｎ１フレーム目の撮像画像３０３、および、ｔ＋ｎ２フレーム目の撮像画像３０４が、時間の経過とともにこの順に取得されたとする。飛しょう体２０が目標に近づくにつれ、目標と飛しょう体２０との相対距離は大から小へ、つまり長距離から短距離へと変化する。これに伴って撮像部１０２（図２）の視野内に結像する目標のサイズが大きくなる。そこで実施形態では、目標の結像するサイズの変化に対して、既定の範囲のサイズごとに適用すべきフィルタを予め設定しておく。

【0019】

図３においては、撮像画像３０１～撮像画像３０２までにＡフィルタ２０１を、撮像画像３０２～撮像画像３０３までにＢフィルタ２０２を、撮像画像３０３～撮像画像３０４までにＣフィルタ２０３をそれぞれ適用し、さらに撮像画像３０４から目標と会合するまでにＤフィルタ２０４を適用する例が示される。

【0020】

図４は、図３に示されるフィルタの、目標領域に対する出力強度の一例を示す図である。また図４は、フィルタの切り替えタイミングの一例を示す。Ａフィルタは、結像する目標のサイズが小さい時に、目標を中心とする目標領域との相関がとれ、フィルタ処理後の出力強度４０１が最大になる。Ｂフィルタは、結像する目標のサイズがＡフィルタよりも大きい場合に、目標を中心とする目標領域との相関がとれ、フィルタ処理後の出力強度４０２が最大になる。同様に、Ｃフィルタ、Ｄフィルタもそれぞれフィルタ処理後の出力強度４０３，４０４が最大になる結像サイズがある。実施形態では、例えば、隣り合うフィルタ同士のフィルタ処理後の出力強度の交点において、適用すべきフィルタを切り替えるようにする。

【0021】

再び図２のフローチャートに戻って説明を続ける。
（ステップＳ１０５）
ステップＳ１０５において、撮像部１０２は撮像画像を取得し、画像データを生成する。
（ステップＳ１０６）
ステップＳ１０６において、フィルタ処理部１０３は、撮像部１０２からの画像データに対し、ステップＳ１０４で選択したパターンのフィルタを用いてフィルタ処理を施し、単一フレーム特徴マップを算出する。
（ステップＳ１０７）
ステップＳ１０７において、目標決定部１０４は、前回の処理で算出し保持していた積算フレーム特徴マップに、ステップＳ１０６で算出した単一フレーム特徴マップを加算し、積算フレーム特徴マップを更新する。

【0022】

（ステップＳ１０８）
ステップＳ１０８において、目標決定部１０４は、ステップＳ１０７で算出された積算フレーム特徴マップの結果に基づいて、特徴量が最大の領域を目標と決定する。この目標の検出の結果は、推進装置１１（図１）に与えられ、これにより飛しょう体２０は目標に向かって飛しょうすることとなる。

【0023】

図５は、単一フレーム特徴マップ、および積算フレーム特徴マップについて説明するための図である。単一フレーム特徴マップは、フィルタ処理部１０３から出力される。積算フレーム特徴マップは、目標決定部１０４により処理される。

【0024】

図５において、Ｃフィルタによる単一フレーム特徴マップ５０３ａだけは、相関のとれたイメージがただ１つ得られており、これを目標と決定することができる。しかしこれ以外の単一フレーム特徴マップ（５０１ａ、５０２ａ、５０４ａ）では、目標とは別に、フィルタと相関の取れた背景が出力されている。この場合、単一フレーム特徴マップだけでは、目標と背景の判別がつかない状態である。

【0025】

そこで実施形態では、目標決定部１０４により、複数の単一フレーム特徴マップの値を順次積算して積算フレーム特徴マップ５０１ｂ～５０４ｂを算出し、積算フレーム特徴マップ５０１ｂ～５０４ｂにおける相関値の高いイメージを目標として決定する。すなわち目標決定部１０４は、フィルタ処理部１０３により得られた特徴量を複数の画像フレームにわたって積算し、当該積算した値が最大となる領域を目標として検出する。つまり目標決定部１０４は、フィルタ処理した複数の単一フレームの特徴量を積算するか、複数の単一フレームの特徴量と過去に積算したフレームの特徴量とを積算する。そして目標決定部１０４は、積算したフレームにおける特徴量が最大となる領域を、目標と決定する。

【0026】

実施形態では、飛しょう体２０と目標との相対距離に基づいて、目標のサイズに整合するフィルタに切り替えながら単一フレーム特徴マップを算出する。よって、仮に、あるフィルタと相関がとれる背景が存在しても、時々刻々と目標と同一の変化が生じない限り、その後のフィルタでは相関が解消される。このように、積算処理を繰り返すにつれて、積算フレーム特徴マップでは目標領域の特徴量が大きくなってゆくので、目標を安定して継続的に検出し続けることが可能となる。

【0027】

なお、積算フレーム特徴マップの算出方法は、検出処理期間での単一フレーム特徴マップの全てを積算してもよいし、または、移動平均のように一定枚数の単一フレーム特徴マップを順次加減算してもよい。あるいは、ＩＩＲ（Infinite impulse response）フィルタのように、１フレーム前の積算フレーム特徴マップに減衰係数を乗算させたものに最新の単一フレーム特徴マップを加算させる方法でもよい。

【0028】

＜効果＞
以上述べたように、実施形態によれば、飛しょう体２０に搭載される赤外線カメラ等の撮像機器によって取得された画像データに対して、画像フィルタ処理することによって目標を決定し、その目標の検出を維持し続ける。また、目標と飛しょう体２０との相対距離に応じて、相対距離と、結像する目標のサイズとに整合する複数のフィルタを備える。そして、目標と飛しょう体２０との相対距離を算出し、目標検出にかかるフィルタ処理に適用するフィルタを、相対距離に対応付けて決定する。このようにしたので、目標が結像するサイズに合わせたフィルタを適用することができ、従って、複雑な背景から、常に目標のみを検出し続けることが可能となる。

【0029】

これらのことから実施形態によれば、目標を安定して検出することの可能な目標検出装置、飛しょう体、飛しょう体誘導システム、および誘導方法を提供することが可能になる。
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。

【0030】

例えば実施形態では、目標の位置情報を飛しょう体２０の外部（例えば管制装置３０）から取得したが、これに代えて、目標の位置情報を取得する機能を飛しょう体２０に搭載しても良い。

【0031】

また、実施形態では目標の結像するサイズに対して４種類のフィルタを用意した場合を示すが、使用するフィルタの数量を限定するものではない。フィルタの数を増やして、１フィルタ当たりの適用フレーム数を少なくすれば、目標の微小な変化により対応する性能を高めることが可能である。

【0032】

実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0033】

１０…目標検出装置、１１…推進装置、２０…飛しょう体、３０…管制装置、３１…送信部、４０…センサ、１００…位置情報取得部、１０１…相対距離算出部、１０２…撮像部、１０３…フィルタ処理部、１０４…目標決定部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】