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発明の名称 画像処理システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−57207(P2007−57207A)
公開日 平成19年3月8日(2007.3.8)
出願番号 特願2005−246257(P2005−246257)
出願日 平成17年8月26日(2005.8.26)
代理人 【識別番号】100058479
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦
発明者 中田 豪
要約 課題
ミサイル母機と空対空ミサイルとを識別できるようにし、これにより防空能力の向上を図った画像処理システムを提供すること。

解決手段
赤外線画像上に出力されるミサイル母機プルーム、空対空ミサイルプルームの「面積特徴変化」、および「経路変化」をそれぞれ時系列で差分を取るようにする。そして、ミサイル母機の分離後の軌道は大きく変わることに着目し、赤外線視野内の2つの目標のうち「経路変化」の少ないものをミサイルと識別し、多いものをミサイル母機と識別する。
特許請求の範囲
【請求項1】
目標の画像データを取得する撮像手段と、
前記画像データに含まれる目標画像が分離した場合に、分離した個々の目標画像の軌道ベクトルを算出するベクトル算出手段と、
背景に対する前記軌道ベクトルのそれぞれの時間変化率を算出するベクトル変化率算出手段と、
前記分離した個々の目標画像のベクトル変化率に基づいて追尾すべき目標を選択する目標選択手段とを具備することを特徴とする画像処理システム。
【請求項2】
前記目標選択手段は、前記目標画像が2つに分離した場合には前記ベクトル変化率の小さい目標画像を前記追尾すべき目標として選択することを特徴とする請求項1に記載の画像処理システム。
【請求項3】
前記撮像手段は、飛行体から放射される赤外線プルームの画像データを取得する赤外線カメラであることを特徴とする請求項1に記載の画像処理システム。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、例えば目標検知器などに用いられる画像処理システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年のテロ事件の頻発などにより、航空機の安全な運行への要求が高まってきており、赤外線対抗手段(IRCM:Infra-Red Counter Measure)などに関する技術開発が盛んになってきている。これは赤外線による探知やホーミングを妨害する技術を総称するもので、例えばフレアなどがこれに相当する。近年ではこの種の技術と画像処理技術とを組み合わせ、より効果的なシステムが開発されている(例えば文献1を参照)。
ところで従来のIRCMでは、画像処理モニタの視界にミサイル母機と空対空ミサイルとが存在する場合、両者を識別して処理することが不可能である。このため空対空ミサイルによる攻撃に弱く、何らかの対処が望まれている。
【特許文献1】特開2004−226339号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
以上述べたように既存の技術においては、ミサイル母機と空対空ミサイルとを識別することが困難であり何らかの対処が望まれている。
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、ミサイル母機と空対空ミサイルとを識別できるようにし、これにより防空能力の向上を図った画像処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、目標の画像データを取得する撮像手段と、前記画像データに含まれる目標画像が分離した場合に、分離した個々の目標画像の軌道ベクトルを算出するベクトル算出手段と、背景に対する前記軌道ベクトルのそれぞれの時間変化率を算出するベクトル変化率算出手段と、前記分離した個々の目標画像のベクトル変化率に基づいて追尾すべき目標を選択する目標選択手段とを具備することを特徴とする画像処理システムが提供される。
【0005】
このような手段を講じることにより、撮影画像中において目標が複数に分離した場合、分離した個々の目標の軌道ベクトルが算出され、さらにその時間変化率が算出される。この時間変化率は撮像手段に対する目標の相対移動速度に対応する。すなわち、ミサイルがミサイル母機から分離されると、ミサイル母機の分離後の軌道は大きく変わる。本発明はこのことに着目してなされたものであり、赤外線画像上に出力されるミサイル母機プルーム、空対空ミサイルプルームの経路変化をそれぞれ時系列で差分をとることにより、両者の識別が可能となる。
【発明の効果】
【0006】
この発明によれば、ミサイル母機と空対空ミサイルとを識別できるようになり、これにより防空能力の向上を図った画像処理システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
図1は、本発明に係わる画像処理システムの一実施形態を示すブロック図である。このシステムは、同時に2つの目標の補足および追随が可能なシステムであることを前提とする。
図1において、赤外線カメラ(図示せず)から出力される赤外線画像の輝度データは、平滑処理部1および時間微分処理部4に入力される。時間微分処理部4の出力は時間積分処理部5により積分される。平滑処理部1の出力は額縁平滑処理部2により額縁平滑処理され、その結果は分散処理部3に入力される。時間積分処理部5、平滑処理部1、および分散処理部3の出力は2値化処理部6,7,8によりそれぞれ2値化処理される。各2値化処理部6,7,8の出力はセグメント処理部9によりセグメント処理される。
【0008】
セグメント処理部9の出力は、最大値検出処理部10、最大値検出処理部11、座標検出部12、面積計算/重心計算処理部13、およびセグメント連結処理部14にそれぞれ入力される。このうち座標検出部12の出力はアスペクト比計算処理部15に入力される。セグメント連結処理部14の出力は面積変化計算移動速度計算処理部16に入力される。最大値検出処理部10、最大値検出処理部11、アスペクト比計算処理部15、面積計算/重心計算処理部13、および面積変化計算移動速度計算処理部16の出力は、評価値計算部17に入力される。セグメント連結処理部14の出力は背景セグメント移動方向変化評価部18に入力される。評価値計算部17および背景セグメント移動方向変化評価部18の出力は、目標判別部19に入力される。
【0009】
上記構成において、最大値検出処理部10には時間積分処理部5の出力も与えられ、最大値検出処理部10は時間微分画像およびセグメント画像の時間微分の最大値を算出する。また最大値検出処理部11には分散処理部3の出力も与えられ、最大値検出処理部11は空間微分画像およびセグメント画像の空間微分の最大値を算出する。アスペクト比計算処理部15には面積計算/重心計算処理部13の出力も与えられ、アスペクト比計算処理部15は後述の手順によりアスペクト比を算出する。さらに、面積変化計算移動速度計算処理部16には、面積計算/重心計算処理部13の出力が与えられる。次に、上記構成における作用を説明する。
【0010】
図2は、上記構成のシステムの作用を示すフローチャートである。図2において、2値化処理部6,7,8はそれぞれ2値化画像を生成する(ステップS21)。次に、2値化された画像に対しセグメント処理部9によりセグメントの生成処理を行い(ステップS22)、さらに特徴量算出部20(図1)により各セグメントの特徴量の算出処理を行う(ステップS23)。得られた特徴量に基づいて、評価値計算部17によりセグメント目標評価値の算出を行う(ステップS24)。
【0011】
ステップS24においてセグメント目標の評価値が得られると、ステップS23で算出された各セグメントの特徴量に基づいて、目標判別部19により背景と目標の相対ベクトルの変化を評価する(ステップS25)。ここで、相対ベクトルの変化が大きければミサイル母機の位置であると判断し、変化が小さければ空対空ミサイルの位置であると判断する。最終的には、評価値計算部17で得られたデータと背景セグメント移動方向変化評価部18で得られたデータから、目標判別部19により目標の選択を行う。
【0012】
これらの処理の詳細を次に述べる。赤外線カメラによりミサイル母機およびミサイルを同時に検出した赤外線画像輝度データは、時間微分処理部4と平滑処理部1に入力される。時間微分処理部4は、時間微分処理フィルタにより入力画像とフレーム遅延画像の各画素の値を減算し信号変化を抽出する。出力された時間微分フィルタ画像は次式(1)により絶対値補正を施される。
【数1】


【0013】
ここで、Data1は時間微分フィルタ画像であり、Data2は、絶対値補正された時間微分フィルタ画像である。
【0014】
次に、時間積分処理部5は、時間微分フィルタにより次式(2)のように信号変化を積分し画像データを強調する。ゲインは1/(1−時間積分係数)となる。
【数2】


【0015】
ここで、Data3は時間微分画像であり、Data4は、時間微分フィルタ画像であり、Data5は時間微分画像である。すなわち、Data4の絶対値に前フレームのData3にゲインを掛けて加算することによりData5が得られる。
【0016】
平滑処理部1は、空間平滑フィルタによりノイズを低減しSN比を改善する。すなわち、図3に示すように4つの画素a,b,c,dがあるとすると、次式(3)に示すように処理して空間平滑画像を得る。式(3)においてa,b,c,dは各画素の輝度値である。
【数3】


【0017】
ここでData6は原画像であり、Data7は得られる空間平滑画像である。
【0018】
額縁平滑処理部2は、平滑処理部1の出力に対して2次微分フィルタにより輪郭を強調する。例えば図4に示すように、a,b,c,d,e,f,g,h,iの画素があるとすると、次式(4)により画素eの位置のData9が得られる。
【数4】


【0019】
ここで、Data8は空間平滑画像であり、Data9は空間微分フィルタ画像である。
【0020】
分散処理部3は、額縁平滑処理部2の出力に対して分散フィルタにより揺らぎを低減する。例えば、図5に示すように、画素a,b,c,d,e,f,g,h,iがあるとすると、dの位置における空間微分画像Data11は次式(5)により得られる。なお空間微分との組み合わせにより出力値が小さくなる場合、ハードウェア処理などにより値を4倍すると良い。
【数5】


【0021】
ここで、μ=Data10(a+b+c+d)/4であり、Data10は空間微分フィルタ画像である。
【0022】
次に、2値化処理部6,7,8は入力信号を2値化スレショルドにより(白)または(黒)に2値化する。セグメント処理部9は2値化処理部6,7,8の出力に対して8連結の連結調査を行い、素セグメント画像と、セグメント修正情報とをセグメントテーブルに出力する。なお、素セグメント数の最大数は511とし、512以上の場合は素セグメントオーバとなる。セグメント連結処理部14は、素セグメント画像と前フレームのセグメント画像の2つの画像からセグメントの連結調査を行い、その結果をセグメント連結テーブルに出力する。
【0023】
最大値検出部10、最大値検出部11は、それぞれ時間微分画像、空間微分画像についての最大値を検出する。座標検出部12はセグメント処理部9の出力からセグメント長を算出する。面積計算/重心計算処理部13は、セグメント処理部9の出力から2値化面積および重心座標を以下の手順により算出する。
【0024】
まず、重心座標は各セグメントの面積と座標総和から算出する。重心の座標H,Vは次式(6)、(7)により算出される。
【数6】


【0025】
アスペクト比計算処理部15は、面積計算/重心計算処理部13の出力および座標検出部12の出力に基づいて次式(8)〜(12)によりアスペクト比を算出する。
【数7】


【0026】
重心座標とセグメント連結データは、面積変化計算/移動速度計算処理部16において面積変化計算/移動速度計算を行うことにより算出される。面積変化、およびセグメント移動速度は評価値計算部17により各要素に重み付けを行うことで目標らしさを評価する。評価値計算部17は、面積変化計算処理、および移動速度計算を行う。面積変化は各セグメントの面積と連結情報から次式(13)により算出される。
【数8】


【0027】
ここで、nは面積変化計算フレーム数である。
【0028】
また、移動速度ベクトルは各セグメントの重心座標から、次式(14),(15)により求められる移動速度H,V、すなわち、移動速度ベクトルを計算する。
【数9】


【0029】
ここで、nは移動速度計算フレーム数である。
【0030】
背景セグメント移動方向変化評価部18は、背景・目標相対移動ベクトルの向きを算出する。すなわち背景セグメント移動方向変化評価部18は、追随中における背景と目標の相対的な移動ベクトル向きの変化を積分処理する。ここでミサイルを発射した後のミサイル母機の経路は発射後のミサイル経路に比べ、発射前経路から大きく変化することに着目する。
【0031】
背景セグメントの移動速度から平均値を計算し、次式(16)、(17)により背景の移動速度成分を算出する。
【数10】


【0032】
次に、背景の移動速度成分から、次式(18)、(19)により背景移動ベクトルの方向変化積分処理を行う。
【数11】


【0033】
ここで、nは背景ベクトル変化累積計算フレームである。
【0034】
目標判別部19には、評価値計算部17の出力と背景セグメント移動方向変化評価部18の出力とが与えられる。目標判別部19は、ミサイル母機に対する背景相対ベクトル変化積分量とミサイルに対する背景相対べクトル変化積分量とを比較する。そして、ミサイル母機に対する背景相対ベクトル変化積分変化量と、ミサイルに対する背景相対べクトル変化積分量とのうち、少ない方を目標(ミサイル)と識別し、多い方をミサイル母機と識別する。
【0035】
以上説明したようにこの実施形態では、赤外線画像上に出力されるミサイル母機プルーム、空対空ミサイルプルームの「面積特徴変化」、および「経路変化」をそれぞれ時系列で差分を取るようにする。そして、ミサイル母機の分離後の軌道は大きく変わることに着目し、赤外線視野内の2つの目標のうち「経路変化」の少ないものをミサイルと識別し、多いものをミサイル母機と識別するようにしている。これによりミサイル母機と空対空ミサイルとを確実に識別することとが可能になり、防空能力の向上を図った画像処理システムを提供することが可能となる。
【0036】
なお、この発明は上記実施形態そのまま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体化できる。また、上記実施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、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明に係わる画像処理システムの一実施形態を示すブロック図。
【図2】図1の画像処理システムにおける処理手順を示すフローチャート。
【図3】空間平滑処理に使用されるテンプレート図。
【図4】空間微分処理に使用されるテンプレート図。
【図5】分散処理に使用されるテンプレート図。
【符号の説明】
【0038】
1…平滑処理部、2…額縁平滑処理部、3…分散処理、4…時間微分部、5…時間積分処理部、6…2値化処理部、7…2値化処理部、8…2値化処理部、9…セグメント処理部、10…最大値検出処理部、11…最大値検出処理部、12…座標検出部、13…面積計算処理/重心計算処理部、14…セグメント連結処理部、15…アスペクト比計算処理部、16…面積変化計算移動速度計算処理部、17…評価値計算部、18…背景セグメント移動方向変化評価部、19…目標判別部




 

 


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