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技術 光学センサのシミュレーション方法

出願人 株式会社IHIエアロスペース
発明者 足立忠司
出願日 1995年11月30日 (25年2ヶ月経過) 出願番号 1995-312974
公開日 1997年6月10日 (23年8ヶ月経過) 公開番号 1997-152300
状態 拒絶査定
技術分野 武器;爆破 電気的に作動する教習具 教習、訓練用シュミレータ 爆薬、信管、爆破 閉回路テレビジョンシステム
主要キーワード 照準誤差 可視光線画像 初期条件設定 誘導ミサイル 画角変換 大気透過率 運動計算 着陸地点
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年6月10日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

コンピュータにおいて環境をモデル化するのに多大な労力とコストがかかる等の問題があり、このような問題を解決することが課題であった。

解決手段

目標検知用光学センサを搭載した移動体における光学センサのシミュレーション方法であって、目標を含む実環境を撮像した原画像デジタル画像に変換し、設定した移動体から目標までの距離および移動体の速度に基づいてデジタル画像の画角変換を行い、このデジタル画像に対して光学センサの目標認識処理を行うことにより、データ作成の労力およびコストを削減し、実環境に近い状態での模擬運用を可能にした。

概要

背景

光学センサ性能評価、あるいは光学センサを搭載したミサイル攻撃に対する防御手段の性能評価を行うには、実環境において実物の光学センサを用いるのが最も確実である。ところが、惑星着陸する探査機誘導ミサイル等の移動体に搭載される光学センサは、運用される環境が特異であり、現実には様々な制約を受けることから、全てを実物にして評価することはきわめて困難である。

そこで、シミュレーションによる性能評価を行うことになるが、従来では、光学センサの目標を含む環境をモデル化してコンピュータに入力し、そのモデル化した環境において光学センサの目標認識処理を行うことにより、光学センサの性能評価を行っていた。

概要

コンピュータにおいて環境をモデル化するのに多大な労力とコストがかかる等の問題があり、このような問題を解決することが課題であった。

目標検知用の光学センサを搭載した移動体における光学センサのシミュレーション方法であって、目標を含む実環境を撮像した原画像デジタル画像に変換し、設定した移動体から目標までの距離および移動体の速度に基づいてデジタル画像の画角変換を行い、このデジタル画像に対して光学センサの目標認識処理を行うことにより、データ作成の労力およびコストを削減し、実環境に近い状態での模擬運用を可能にした。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

目標検知用光学センサを搭載した移動体における光学センサのシミュレーション方法であって、目標を含む実環境を撮像した原画像デジタル画像に変換し、設定した移動体から目標までの距離および移動体の速度に基づいてデジタル画像の画角変換を行い、このデジタル画像に対して光学センサの目標認識処理を行うことを特徴とする光学センサのシミュレーション方法。

請求項2

画像変換が、アフィン変換による画角の変換、もしくは光学センサの視野角を変化させることによる画角の変換であることを特徴とする請求項1に記載の光学センサのシミュレーション方法。

請求項3

デジタル画像における目標の特定部位同一座標点にして画角変換を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の光学センサのシミュレーション方法。

請求項4

デジタル画像に別の映像を合成して画像変換を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光学センサのシミュレーション方法。

技術分野

0001

本発明は、惑星着陸する探査機誘導ミサイル等の移動体に搭載する光学センサ性能評価などに利用される光学センサのシミュレーション方法に関するものである。

背景技術

0002

光学センサの性能評価、あるいは光学センサを搭載したミサイル攻撃に対する防御手段の性能評価を行うには、実環境において実物の光学センサを用いるのが最も確実である。ところが、惑星に着陸する探査機や誘導ミサイル等の移動体に搭載される光学センサは、運用される環境が特異であり、現実には様々な制約を受けることから、全てを実物にして評価することはきわめて困難である。

0003

そこで、シミュレーションによる性能評価を行うことになるが、従来では、光学センサの目標を含む環境をモデル化してコンピュータに入力し、そのモデル化した環境において光学センサの目標認識処理を行うことにより、光学センサの性能評価を行っていた。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上記したような従来の光学センサのシミュレーションでは、環境をモデル化するのに多大な労力とコストがかかると共に、例えば煙のような不定形のものを含む場合にはモデル化がより困難になるという問題があり、このような問題を解決することが課題であった。

0005

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、労力およびコストを低減することができると共に、精度の高い模擬運用を行うことができる光学センサのシミュレーション方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0006

本発明に係わる光学センサのシミュレーション方法は、請求項1として、目標検知用の光学センサを搭載した移動体における光学センサのシミュレーション方法であって、目標を含む実環境を撮像した原画像デジタル画像に変換し、設定した移動体から目標までの距離および移動体の速度に基づいてデジタル画像の画角変換を行い、このデジタル画像に対して光学センサの目標認識処理を行う構成とし、請求項2として、画像変換が、アフィン変換による画角の変換、もしくは光学センサの視野角を変化させることによる画角の変換である構成とし、請求項3として、デジタル画像における目標の特定部位同一座標点にして画角変換を行う構成とし、請求項4として、デジタル画像に別の映像を合成して画像変換を行う構成としており、上記の構成を課題を解決するための手段としている。

0007

上記構成において、対象となる光学センサとしては可視光線もしくは赤外線を検知する光学センサがあり、これに対応して、原画像としては可視光線画像もしくは赤外線画像が用いられる。これらの原画像は、一定の距離から目標を撮像したものでよい。そして、可視光線画像の場合にはデジタル画像において目標の形状や高さなどが表され、赤外線画像の場合にはデジタル画像において赤外線の放射輝度強弱が表される。

0008

なお、より具体的には、様々な実環境を撮像した原画像を連続したデジタル画像にしてファイル化しておき、ファイル化されたデジタル画像を選択して用いることとなり、時間経過に対する画像の変化あるいは移動体の速度などに応じて画像を間引くようにしてもよい。

0009

また、請求項1に記載の画角変換は、実環境を撮像したときの目標に対する距離および画角と、シミュレーションで想定する距離および画角が異なるため、その差を修正してシミュレーション上で設定した移動体の位置に対応した画像を作るものであり、移動体が目標に接近する状態として時間経過に伴って目標までの距離および画角が小さくなるように処理を行い、この処理に請求項2に記載のアフィン変換もしくは光学センサの視野角変更が用いられる。

0010

さらに、光学センサの目標認識処理の方式としては、例えば、四象限方式、レティクル方式、あるいはイメージ方式などがある。

0011

本発明の請求項1係わる光学センサのシミュレーション方法では、実環境を撮像した原画像をデジタル画像にし、設定した移動体の条件に基づいて、請求項2に記載したようなアフィン変換による画角変換もしくは光学センサの視野角を変化させる画角変換を行い、この画角変換されたデジタル画像に対して光学センサの目標認識処理を行うことから、環境をモデル化する必要がなく、実環境にきわめて近い環境での模擬運用が行われることとなる。

0012

本発明の請求項3係わる光学センサのシミュレーション方法では、デジタル画像における目標の特定部位を同一座標点に設定することにより、原画像における目標の位置が不安定である場合あるいは目標が移動している場合に、これを定位置に修正し得ることとなる。

0013

本発明の請求項4係わる光学センサのシミュレーション方法では、デジタル画像に別の映像を合成して画像変換を行うことにより、実環境に様々な環境変化を与えた状態にして模擬運用が可能となる。

0014

以下、図面に基づいて本発明に係わる光学センサのシミュレーション方法を説明する。この実施例では、図2に示すように、目標Tに接近する赤外線誘導ミサイル(移動体)Mに搭載した光学センサのシミュレーションを示しており、目標Tからは欺瞞用の赤外線デコイ弾Dが発射される。

0015

光学センサのシミュレーション方法は、図1に示すように、ステップS1において初期条件を設定する。初期条件設定においては、ミサイルの機種および光学センサ方式などのミサイル条件や、目標に対する初期方位、距離および速度等の攻撃条件を設定する。こののち、シミュレーションを開始(ステップS2)し、ステップS3においてミサイルの運動を計算する一方で、ステップS4で赤外線画像を入力する。

0016

ステップS4において入力される赤外線画像は、目標Tを含む実環境を定位置から撮像し、これを連続するデジタル画像に変換したものであって、図2に符号Fで示すようにファイル化されており、例えば、ミサイルMが高速である場合あるいは時間経過に対して画像の変化が少ない場合には間引きして用いられる。なお、図2の画像(F)は実環境の状態で示してあるが、実際には赤外線の放射輝度の強弱が表される。

0017

次に、上記の赤外線画像(デジタル画像)にミサイルMの運動を入力し、ステップS5において画角変換を行う。この画角変換は、実環境を撮像したときの目標Tに対する距離および画角と、シミュレーションで想定する距離および画角が異なるため、その差を修正してシミュレーション上で設定したミサイルMの位置に対応した画像を作るものである。この場合、アフィン変換もしくは光学センサの視野角変更により画角変換が行われ、図2の符号A1〜A7に示すように、時間経過に伴って目標Tまでの距離および画角が小さくなるように処理を行う。

0018

ここで、画角変換では、原画像における目標Tの位置が不安定である場合あるいは目標Tが移動している場合には、連続したデジタル画像における目標Tの特定部位を同一座標点にすることによって前後の画像を関係づけるようにしており、これにより光学センサがとらえた画像となるように目標Tを定位置に修正する。このほか、画像変換には、大気透過率などを考慮した修正も行われる。

0019

そして、ステップS6において、画角変換されたデジタル画像に対して光学センサの目標認識処理を行う。この実施例では、例えば四象限方式の赤外線光学センサを想定しており、同ステップS6において光学センサ視野内の赤外線強度重心計算を行っている。これにより、デジタル画像に対して光学センサがどの様に反応しているかが把握される。

0020

ステップS6で得られたデータは、ステップS3のミサイル運動計算フィードバックされると共に、照準誤差としてジンバルコントローラへ送ることによって姿勢制御用のデータなどに用いられ、さらに、ステップS7において光学センサ画像パラメータを算出したのち、ステップS8においてモニタに光学センサ画面を表示する。

0021

こののち、ステップS9において目標Tまでの距離を判断し、距離がゼロではない場合(No)にはステップS3に戻って上記の処理を繰り返し行い、距離がゼロである場合(Yes)には、ステップS10において最終ミスディスタンスを算出し、シミュレーションを終了(ステップS11)する。

0022

このようにして、上記シミュレーションでは、実環境を原画像として用いているので、例えばデコイ弾Dの煙のように不定形の映像もそのまま表現され、実環境にきわめて近い状態で模擬運用が行われることとなり、図2の画像A4,A5に示すようにミサイルMが目標Tに向かったか、あるいは画像A6,A7に示すようにデコイ弾Dに向かったかが確認され、ステップS10において最終的なミサイルMと目標Tとの距離が確認され、光学センサの性能評価が成されることとなる。

0023

図3は、データ運用の例を説明するブロック図であって、ブロックB1〜B4に示す上述のシミュレーションのほか、ブロックB5に示す目標Tの画像とブロックB6に示すデコイ弾の画像を合成(ブロックB7)して用いることが可能であり、この場合、コンピュータグラフィックによって別の映像を合成することができる。さらには、赤外線のほかに電波による検知機能を備えた複合光センサを設定することも可能であり、ブロックB1およびB8〜B10に示すように移動体(ミサイル)や目標Tを選択したり、実環境に様々な環境変化を与えた状態にしたりして模擬運用が行われることとなる。

0024

また、上記実施例のようにミサイルMと目標(艦艇)Tのシミュレーションを行う場合、光学センサの性能評価のほかに、デコイ弾の性能あるいは運用の要領などを評価することも可能である。

0025

さらに、当該シミュレーション方法では、可視光線を検知する光学センサの模擬運用も可能であり、具体的には、惑星に着陸する探査機において着陸地点を検知する光学センサの目標認識処理機能を評価する場合に適用でき、この場合には、既に撮像されている映像を原画像とし、地形の高度などを表すデジタル画像が使用されることとなる。

発明の効果

0026

以上説明してきたように、本発明の請求項1および2に係わる光学センサのシミュレーション方法によれば、実環境を撮像した原画像を用いることから、環境をモデル化する必要がなく、実環境にきわめて近い環境での模擬運用を行うことができ、例えば、煙のような不定形のものを含む場合であってもデータ作成が容易であって、データ作成の労力やコストを大幅に削減することができると共に、精度が著しく高い模擬運用を行うことができ、且つ信頼性の高い結果を得ることができ、さらに、移動体側の光学センサの性能評価だけではなく目標側の応答手段の性能評価なども精度良く行うことが可能であって、汎用性の高いシミュレーションシステムを実現することができる。

0027

本発明の請求項3に係わる光学センサのシミュレーション方法によれば、請求項1および2による効果に加えて、原画像における目標の位置が不安定である場合あるいは目標が移動している場合に、光学センサの視野として目標を定位置に修正することができ、精度のさらなる向上を実現することができる。

0028

本発明の請求項4に係わる光学センサのシミュレーション方法によれば、請求項1〜3による効果に加えて、実環境に様々な環境変化を与えた状態にして模擬運用を行うことができ、シミュレーションシステムの汎用性などをより一層高めることができる。

図面の簡単な説明

0029

図1本発明に係わる光学センサのシミュレーション方法を説明するフローチャートである。
図2設定された移動体および目標の一例と移動体が接近する過程における画像を示す説明図である。
図3データ運用の例を説明するブロック図である。

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