JP2567887B2

JP2567887B2 - 車両の侵入検出・確認装置

Info

Publication number: JP2567887B2
Application number: JP62321598A
Authority: JP
Inventors: セルジュ・パチュレル; フランソワ・マニュ
Original assignee: TOMUSON TEII AARU TEII DEIFUENSU
Current assignee: TOMUSON TEII AARU TEII DEIFUENSU
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1987-12-21
Publication date: 1996-12-25
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: DE3774423D1; FR2608777A1; US5012099A; EP0276513A1; FR2608777B1; EP0276513B1; JPS63172398A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、車両（land vehicle）が基準面（referenc
e plane）を横切ったとき、その侵入を検出し、該車両
を確認する装置であって、受動（passive）赤外線輻射
の細い検出用ビームを上記基準面に沿って収束させる光
学系（optical system）と、スペクトル分析帯域の選定
を可能にさせるフィルタと、上記光学系の焦点面に位置
する少なくとも１個の検出器とを有し、各検出器は、そ
の後位に信号を増幅及び瀘波するための１番目のアナロ
グ処理回路を設け、更にその後位に、標本化のためのサ
ンプリング手段と標本を保持する手段とを含む２番目の
ディジタル信号処理回路を設けて成る車両の侵入検出・
確認装置に関する。

この装置は民生用にも軍事用にも適するものである。
もう少し詳しく云えば、自動車の一般的形状、特に車両
に固有の典型的な特徴を表すエレメント間の寸法の比率
（プロポーション）をそれと確認できるように設計され
ており、速度や移動する方向等には関係がない。例え
ば、駐車場に出入りする車両の型式を把握したり、通常
は所定の道路上又は工場の特定を区域内等を通行する筈
のない車両を確認したりするのに使用される。軍事目的
の用途では、別の補則（pick−up）装置又は感知器と共
に使用され、或いは対戦車罠（anti−tank trap）の自
動点灯指令の処理に使用される。

受動赤外線輻射検出器を用いて、更に特定すればピエ
ゾ電気検出器を用いて、対象物、人や車両、を検出する
原理は既知であり、例えばドアの自動開閉のトリガとし
て、受動赤外線輻射（IR−Ｐ−passive infrared radia
tion）が細い検出ビームとして対象から送られて来る。
特にヨーロッパ特許第0 065 159号は、ある空間を監視
するために動きの検出器を開示しており、これは該空間
に入って来た権限の無い人の赤外熱輻射を利用し、該輻
射の受信機はピエゾ電気エレメントである。IR−Ｐ検出
器は、最近ドップラー・レーダ装置よりもますます好適
とされるようになっている。ドップラー・レーダ装置は
誤警報に感応し易く、自身の発する電磁輻射により検知
されてしまうので、軍事用には不都合である。ピロ電気
検出器（pyro−electric detector）は、冷却装置を必
要としないから使い方が簡単である、そしてそれは最大
数十メートルの範囲の検出に適しており、その範囲を超
えると探知すべき有用な信号に対して検出器の熱雑音が
優勢になってしまう。

以上の説明は、暖かい対象物が存在するか存在しない
かということ以外は何らの情報も含まない単純な検出に
関するものである。これに対して、赤外サーモグラフィ
ー方式（infrared thermographical systems）が既知で
あり、これは熱線カメラ（thermal camera）とテレビモ
ニタを使って視野の中の数キロメートル先までの受動赤
外線輻射の映像を数十段階のコントラストで求めること
のできるものである。しかしこのシステムは検出器を常
時冷却していなければならないので、複雑且つ高価であ
る。

本発明の目的は、簡易な熱線画像化デバイスを用い
て、自動車その他ある種の車両の同定識別を受動赤外線
輻射検出器により実現することである。

この目的は、冒頭に記載の車両の侵入検出・確認装置
において、上記検出器及び上記１番目のアナログ処理回
路により構成されるアセンブリは、検出用ビームの直流
コンポネント（direct current component）に感応しな
いものであり、標本の処理を実行するやり方は、上記２
番目のディジタル信号処理回路手段が車両の走行装置
（running gear）の標本化された検出用ビームを再編成
して時間の関数であるところの曲線の形に表すというや
り方であって、その曲線によって走行装置の回転エレメ
ント（rotary element）の各々を同定できる特徴的なパ
ルス形を具体的に表現することを特徴とすることにより
達成される。

本発明は、車両が走行中には車両の走行装置の回転部
分は摩擦や弾性変形によって温度が上昇して熱くなって
いるという事実を利用する。

車両の速度及び車両の方向が基準面に対して傾いてい
る確度は、車両が基準面を横切るのに要する時間には関
係する、換言すれば時間の関数として曲線を考えるとき
横軸のスケールに影響する。しかし曲線の表す種々のパ
ルスが持つ固有の特性の間の相対的な変動は、その比率
が相似形として保存される。そしてこれらの比率はその
大きさと併せ考えることにより、ある特定の車両の形状
を表すものとなり、所期の識別が可能となる。

更にまた、検出ビームの方位角の解像度（azimuthal
resolution）を物理的に最小値に限定して置けば、極め
て小さい車両のためには不十分なことは明らかであっ
て、従ってそのような小さい車両や人間を識別すべき対
象から除外することが可能である。

それに関連して好適な実施例においては、設定された
最大観測距離での、上記基準面に関連し上記車両がすべ
て表示できると期待される確度に対し、上記受動赤外線
ビームの方位角の口径（aperture）は、走行装置の隣接
している回転エレメントの間の距離が、各検出器により
解像できるものであることを特徴とする車両の侵入検出
・確認装置が示される。

規模の大きい監視地域に対して本発明の装置を使用す
る場合は、数メートルないし数十メートルに亙るレンジ
・ウィンドウ（range window）内で機能するように設計
しなければならない；この条件の下での好適な実施例に
おいては、複数（ｎ個）のピロ電気検出器を有して成
り、これらの検出器は垂直に且つ相互に隣接して配置さ
れ、その配列の仕方は、それぞれが数度程度の視角θ_s/
nを持つｎ本の隣接する検出サブビームを基準面内で検
出器が規定するものであり、またビームの視角θ_ｓは、
高さが約１メートルの位置に在る基準面の水平線から下
向きに測ったものであることを特徴とする車両の侵入検
出・確認装置が与えられる。

車両が基準面を通過するときの測定装置からの距離に
依存して、走行装置は１本又は複数本の検出用サブビー
ムにより検出される。そしてそれによって走行装置の全
体が検出できると同時に車両までの距離も併せて求めら
れるのである。

〔実施例〕

第１図は本発明による検出・監視装置を示す。この装
置201はサイト202内の固定した場所に設置され、第2a図
に示すような１つの光学系208を有し、この光学系は、
受動赤外線輻射（IR−Ｐ）を検出するために細い検出用
ビームを、検出器の少なくとも１つに収束することが、
それを用いて出来るものである。横から見た場合に、検
出用ビーム203は約1mの高さにある点02から発する；そ
の視角θ_ｓは１度ないし30〜40度程度であって、ほぼ水
平な線204と下向きの斜線205との間にその範囲が限定さ
れており、またビーム203の対称軸206は数メートルない
し数十メートルのところで大地に交差する斜線である。
方位角θ_ｇは図示されていないが、それは１度ないし10
分の数度程度である。

次に、第2a図及び第2b図を引用して、装置201を含む
受動赤外線検出器により検出が実行される侵入検出シス
テムを説明する。ビーム203は、次のエレメントすなわ
ち：焦点距離がｆで口径と光学軸が206である光学系208
及び、該光学系208の焦点面に設けられた検出器IR−Ｐ
のネットワーク209から得られる。ネットワーク209は、
赤外分析帯域で用いられる輻射線に感応し易い赤外線検
出器211,212,213,214のアレイにより構成されており、
その寸法、及び光学系208の焦点距離ｆとも組み合わせ
た相対的配置が、検出ビーム203の構成する分析フィー
ルドとなる。その意味では、209は唯１個の検出器を使
用するということも可能である。検出器は、波長１μｍ
ないし15μｍの電磁帯域の輻射に感応し易いピロ電気
（pyro−electric）検出器が好適である。例えば、大き
さが約1mm×2mmの、英国Mullard社製の検出器RPY94又は
RPY98が適当であろう。例えば３μｍないし14μｍの、
好適には８μｍないし12μｍのスペクトル分析帯域を選
定するのに、フィルタ210が用いられる。

ビーム203の立体分析角（solid analysing angle）は
θ_ｓ・θ_ｇであって、第2a図に示す例では、このビーム
203は、軸206と、方位ビーム口径θ_ｇと、視角口径θ_s/
nとを含む垂直基準面Ｕ内のｎ個の隣接するサブビーム
（第2a図においてはｎ＝４である）で形成されているこ
とに注意されたい。

ネットワーク209の各検出器の後には第2b図に示す一
連のアナログ信号処理回路が設けられる。この縦つなぎ
に配置された一連の回路とは、検出器216（これは実は
検出器211,212,213,214のうちのどれか１つを表してい
る），前置増幅器217,増幅器218,及び帯域通過フィルタ
219である。フィルタ219は電圧V₂₁₆（これも実はV₂₁₁,V
₂₁₂,V₂₁₃又はV₂₁₄）を供給する。この処理回路の全通過
帯域は、直流コンポネントには不感応とするため10分の
数ヘルツから数十ヘルツまで（典型的には0.5Hz〜50H
z）の間に含まれる、これは基準面Ｕを横切る車両を識
別するのに必要な最大変調周波数に対応する。光学系20
8,フィルタ210,検出器216,及び一連の増幅器並びにフィ
ルタで構成されるデバイス集合体は、その雑音等価温度
差（NETD:−Noise−Equivalent Temperature Differenc
e）が1Kより小さい。

本発明の目的であり且つ本発明により実現した簡易赤
外分析というのは、昼夜を問わず検出ビーム203を横切
った１台（又は数台）の車両の特色を幾つか把握して、
その身元を確認することであるか、若しくは軍事用とし
て利用するときには、それを破壊すべき対象に分類し、
又は破壊すべき対象に分類しないことである。後者の場
合には、車両の通り抜ける距離及び速度を確認する試験
をした後で（すなわち車両が遠過ぎも近過ぎもせず適当
な距離に在り、速度も発砲するのに速過ぎない丁度よい
速度であることをチェックしてから）分析を行う。

装置201を設計するに当たって考慮すべき判定基準は
次の通りである： − この装置に接近して来る車両は自動車であって、本
装置にその正面を向けることは殆ど有り得ない。ビーム
（又は隣接するサブビーム）203は固定されている細い
ビームであるけれども、車両の動きを巧く利用して信号
分析はすべて車両の側面に沿って行う； − 基準面Ｕに到達する車両は既に長時間運行されてお
り、該車両がキャタピラを持つときもタイヤを持つとき
も、その走行装置の温度は高くなっているものとする； − 装置201の位置は地表にかなり接近させて置き、車
両が通過する間は常に車体の下部がビーム203の中にあ
るようにし、それは車両の経路と基準面Ｕとのなす角の
値εとは無関係なものとする。なおこの角の値εは45゜
と135゜との間に在るものと仮定する； − 分析すべきビームを検出する検出器（又はセンサ
ー）は、直流コンポネントに対しては不感応とする、そ
の結果として、或る種の赤外線現象、例えば地球と太陽
の相互移動から生じるような赤外線現象は何ら有害な雑
音を起こさないことになる。車両のうち温度が等しい場
所、その場所の別々の点での温度差が無いときには何ら
の信号も生成しない。過渡現象のみが信号を生成する。
車両の走行装置の間の過渡現象が車両の特性を示す。

第３図に示すようなタイヤを装着した車両の場合は、
タイヤ221,222が摩擦と変形によって加熱される。これ
らのタイヤ（トラックには、普通は片側に３本ずつあ
る）は車両の固定部分により覆い隠されるということが
殆ど無い。前にあるとは舵取り用の車輪221である。そ
れらは車両を誘導するのに向きを変えなければならない
ので、そのための余地が必要だから車体の中に取り込む
ことはできない。また、後輪222はたやすく近づくこと
ができるように覆いをしていない。

第４図に示すようなキャタピラを装着した車両の場合
は、車体の下部は多数のローラー223で形成される、ロ
ーラーの数は一般に６個より多い。これらのキャタピラ
がローラー上で動くときには摩擦が生じ、その結果とし
てキャタピラの周辺部分はかなりの高温にまで加熱され
る。これらのローラーには公差の範囲が大きい懸架装置
を設けてあるので側覆によって完全に被うことはできな
い。

第３図及び第４図には、便宜上映画的反転（cinemati
c inversion）が施してあるので、それによって検出器
の虚像（virtual image）は、地表202と第１図に示した
水平線204の載っている水平面PHとの間を、車両の下部
に沿って矢印226の方向に移動するものと仮定する、実
際の動きはその反対方向である。この動きは直線に沿っ
てなされる。アナログ処理回路の出力信号V₂₁₆として、
時間ｔの関数である曲線227及び228が得られる。これら
の曲線のそれぞれに、真ん中が僅かに凹んだパルス229
及び231があり、その時間ｔに対する間隔比は車両の走
行装置に属する回転エレメントの直線間隔比と同じであ
る。曲線227及び228は標本化されディジタル形で処理さ
れる。ディジタル化については、第７図を用いて後で説
明する。

曲線227及び228の有用な特性はパルスである。各パル
スが走行装置の回転エレメントと関係付けられるように
するには、これらのパルスの振幅のみで十分である。

パルスの数は走行装置の回転エレメントの数に等し
い。そうするとパルスの数やその持続時間、２つの継起
パルス間の間隔等を計数すれば、車両がどのカテゴリー
に属するかを表す曲線のタイプと比較できるようにな
る。

車両と装置201との間の距離は、車両の先端から後尾
までが基準面Ｕを通り抜けるのに必要な時間には影響し
ない、ということに注意されたい。その必要な時間とい
うのは車両の速度及び車両の向きと基準面Ｕとの確度に
関係する。但し車両と装置201との間の距離は検出ビー
ム203の方位角θ_ｇには関係する。

装置201との距離が数メートルから数十メートルの範
囲に亙る走行装置を正しく分析するためには、方位角θ
_ｇ及び視覚θ_ｓ又はθ_s/nの値を、次の判定基準の関数
として選定しなければならない： − 第５図を参照して、（水平方向の）方位ビーム口径
θ_ｇは、通常監視しているルートの距離である最大観測
距離D_maxにおける観測する部分が見えるすべての確度
（45゜＜ε＜135゜）に対して、走行装置の隣接する回
転エレメント間の最小距離D_minが検出器によって解像で
きるように選定しなければならない。例えば、D_max＝75
m,D_min＝30cmという組合せに対してθ_ｇ＝0.2゜とな
る； − 視角ビーム口径（上向き方向の）θ_ｓ又はθ_s/nに
対しては、第３図及び第４図に関連して前述した通り、
タイヤ又はキャタピラを装着した車両のローラーを見る
ことができるように、ということを基礎にして計算す
る。

身元確認すべき車両が道路上を走っていると考えられ
るならば、検出器216は単一のもので十分である。他
方、数メートルないし数十メートルという比較的広い幅
に亙っている場合は、複数（ｎ個）のピロ電気検出器が
使用される、例えば第６図に示すように４個の検出器が
４本の隣接する検出サブビーム233,234,235,236を設け
て、その各々の視角はθ_s/4である。このようにする
と、車両が最小観測距離D_minに在るときには、走行装置
はｎ（ｎ＝４）個の検出器の垂直フィールドをすべて占
有する。それに対して車両が最大観測距離D_maxに在ると
きには、走行装置は唯一つの検出器のフィールド内にあ
り、その検出器は一番上のサブビーム236に対応するも
のである。θ_s/nの値はこうして定めることができる。
更にまた、この設計の構造によって車両が基準面を横切
ったときの距離もおおむね把握できる。例えば第６図
で、４個の検出器が使われているときには車両が装置20
1から12〜20mの場所にいる;3個の検出器が使われている
ときには車両が装置201から20〜29mの場所にいる;2個の
検出器が使われているときには車両が装置201から29〜5
7mの場所にいる;1個の検出器が使われているときには車
両が装置201から57〜75mの場所にいる；ということが分
かる。

検出器216の出力信号を利用するためには、第７図に
示すディジタル信号処理回路を使うのが好適である。第
７図の回路には、複数の検出器が用いられており、それ
により信号V₂₁₁ないしV₂₁₄が、マルチプレクサ238及び
それに続くサンプル・ホールド回路239に与えられる場
合に適している。マルチプレクサ238の目的は、信号V
₂₁₁ないしV₂₁₄を順次それぞれ固有の符号化経路（encod
ing path）に持って来ることである。マルチプレクサの
導体241上の制御信号は、データ管理プロセッサ242から
発しており、該データ管理プロセッサ242は装置全体の
動作モードを監視している。検出器が唯１個しかないと
きは、その唯１つの信号V₂₁₆が直接サンプル・ホールド
回路239に与えられ、其処ではプロセッサ242から導体24
3上に発する周波数f_EIRのサンプリング信号の制御の下
に信号V₂₁₆のアナログ値を取る。

第７図のディジタル信号処理回路は、アナログ・ディ
ジタル変換器244及びサンプルのディジタル値を記憶す
るメモリ245を含む。プロセッサ242及びそれに付帯する
プログラム記憶部246で構成されるデータ処理回路は、
濾波されたディジタル信号と車両の特徴的な属性を復原
するアルゴリズムとを使用する。サンプル・ホールド回
路239における信号のサンプリング間隔T_EIRはパルス229
又は231の継続時間より短くなるように設定しなければ
ならない。

サンプリング間隔T_EIRは、予め定められた値の範囲内
での視角ε及び車両の見掛け上の最大速度v_maxとは無関
係に、車両までの所期の最小距離rhにおける解像度から
定められる。すなわちT_EIRの値は次式： T_EIR＝rh/v_max から得られる。もっと多くのセンサーを組み込んだ更に
複雑な検出システムでは、車両までの距離Ｄ及び見掛け
上の角速度ｄγ/dtが既知の場合があり、そのときにはT
_EIRの値は次式： T_EIR＝rh/（Ｄ（ｄγ/dt））から得られる。後者の場合は、長さの固定した車両に対
しては距離に無関係にサンプル数を同一にして計算する
ことができる。

識別すべき車両の分類は、走行装置の特徴的な属性を
探索することに基づいて実現する、ということは前に述
べた。このことはメモリ245に記憶するサンプルに所定
数のディジタル処理演算を施すことにより実行される、
更に詳しくいえば、これらのサンプルを１個ないし数個
のしきい値と比較し、それによってパルス229及びパル
ス231を同定識別することができるのである。

処理演算を実行する前に、通り抜ける車両までの距離
を考慮に入れることも可能であり、それは次のような考
え方である： − もし通り抜ける車両までの距離が小さいならば、走
行装置の一部分の特徴的な属性が各信号V₂₁₁,V₂₁₂,
V₂₁₃,V₂₁₄のレベルでは現れず、それらの分が現れる
（４個の検出器がすべて走行装置をカバーする）； − 通り抜ける車両までの距離が増大するのに比例し
て、探索すべき属性は３個の信号の和にのみ現れ、次い
で２個の信号の和にのみ現れ、最後には１個の信号にの
み現れるようになる。

データ管理プロセッサ242は例えばモトローラ社製の
マルチプレクサー6809が好適であり、それをプログラム
して本発明を具体化するのに必要なアルゴリズムは、当
業者すなわちこの場合には平均的なデータ処理の専門家
にとって十分把握されてい事柄である。

本装置の光学系の部分は、例えばゲルマニウムで作っ
た光学エレメントを用いて、透過モードとすることもで
きるし、或いはプラスティック素材を成形して金属層を
被せた反射凹面鏡を用いて、反射モードとすることもで
きることにも留意されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、予め定められた設置場所に設けた本発明によ
る車両の侵入検出・確認装置を側面から見た概略図であ
り、第2a図は、本発明により受動赤外線技術を用いて検出を
実行する装置の構造を説明する概略図であり、第2b図は、本発明の装置中のアナログ信号処理回路のブ
ロック図であり、第３図は、タイヤを装着した車両の場合の走行装置の特
徴的な属性を表す曲線を示す図であり、第４図は、キャタピラを装着した車両の場合の走行装置
の特徴的な属性を表す曲線を示す図であり、第５図は、検出器の水平ビーム口径の定め方を説明する
図であり、第６図は、第１図と類似の視点で、遠い距離に在るウィ
ンドウ中で数個の検出器を使用する場合の装置を表す図
であり、第７図は、本発明の装置中のディジタル信号処理回路の
ブロック図である。 201……本発明による検出・監視装置 202……設置場所 203……検出用ビーム 208……光学系 209……検出器IR−Ｐのネットワーク 210……スペクトル分析帯域選定用フィルタ 211〜214……検出器 217……前置増幅器 218……増幅器 219……帯域通過フィルタ 221,222……タイヤ 223……ローラー 224……キャタピラ 227,228……走行装置の特徴的な属性を表す曲線 229,231……曲線上のパルス 238……マルチプレクサ 239……サンプル・ホールド回路 242……データ管理プロセッサ 244……アナログ・ディジタル変換器 245……メモリ 246……プログラム記憶部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両が基準面（Ｕ）を横切ったとき、その
侵入を検出し、該車両を確認する装置（201）であっ
て、受動赤外線輻射の細い検出用ビーム（203）を上記基準
面に沿って収束させる光学系（208）と、スペクトル分
析帯域の選定を可能にさせるフィルタ（210）と、上記
光学系の焦点面（209）に位置する少なくとも１個の検
出器とを有し、各検出器は、その後位に信号を増幅し瀘波するための１
番目のアナログ処理回路を設け、更にその後位に、標本
化のためのサンプリング手段（239）と、標本保持手段
（245）と、標本プロセシング手段とを含む２番目のデ
ィジタル信号処理回路を設けて成る車両の侵入検出・確
認装置において、上記検出器及び上記１番目のアナログ処理回路により構
成されるアセンブリは、検出用ビームの直流コンポネン
トに感応しないものであること、及び、上記標本プロセ
シング手段は、プログラムメモリ（246）を伴うデータ
管理回路（242）を有し、この回路は上記標本保持手段
（245）中に記憶されている車両の走行装置の特徴を表
す属性のディジタル化を瀘波した信号及び復元アルゴリ
ズムを利用し、走行装置の回転エレメントの各々が特徴
を同定できるパルスの形を具体的に表現することを特徴
とする車両の侵入検出・確認装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の車両の侵入
検出・確認装置において、上記標本プロセシング手段は
マイクロプロセッサにより構成されることを特徴とする
車両の侵入検出・確認装置。
【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
車両の侵入検出・確認装置において、上記検出器及び上
記１番目のアナログ処理回路により構成されるアセンブ
リは、10分の数ヘルツないし数十ヘルツの範囲にある通
過帯域を持ち、また、上記アセンブリに上記光学系を付
け加えたものは、その雑音等価温度差が１゜Kよりも小
さいことを特徴とする車両の侵入検出・確認装置。
【請求項４】特許請求の範囲第１項ないし第３項のうち
のいずれか１項に記載の車両の侵入検出・確認装置にお
いて、設定された最大観測距離での、上記基準面に関し
上記車両が表示できると期待されるすべての角度に対
し、光学系（208）は、走行装置の隣接している回転エ
レメント（221及び222）の間の距離が各検出器により解
像されるような、上記受動赤外線ビームの相対的方角に
在る開口部を設けてあることを特徴とする車両の侵入検
出・確認装置。
【請求項５】数メートルないし数十メートルの距離に在
るウィンドウ内に設置された特許請求の範囲第１項ない
し第４項のうちのいずれか１項に記載の車両の侵入検出
・確認装置において、該装置は複数であるｎ個のピロ電
気検出器を有して成り、これらの検出器は垂直に且つ交
互に隣接して配置され、その配列の仕方は、それぞれが
数度程度の視角θ_s/nを持つｎ本の隣接する検出サブビ
ーム（233ないし236）を、検出器が基準面内で規定する
ものであることを特徴とする車両の侵入検出・確認装
置。