(57)【要約】      （修正有）【課題】ソナー画像から目標物を正確に識別する。【解決手段】水上または水面下に位置する目標物の検出用ソナーが、送出した音信号の進行方向に沿って前記反射音レベルの分布解析を行うことにより得られた、前記進行方向の距離に対する反射音レベルの下がった割合が、予め設定された値より大きい領域をエッジ領域として検出するエッジ検出手段と、エッジ領域を端部として含み、且つ反射音レベルが２次元画像データに基づき算出された平均残響レベルより低い領域をシャドウ領域として検出する音圧レベル解析手段とを備えた。【選択図】図１
2010256162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水上または水面下に位置する目標物の検出用に音信号を送出し当該送出された音信号の反射音を捕捉するソナー部と、当該反射音に基づき２次元画像データを作成する画像データ作成手段と、前記２次元画像データ内で検出されたシャドウ領域に基づき前記目標物の位置を検出する目標物検出手段とを備えた画像ソナー用解析システムであって、
前記２次元画像データ内における平均残響レベルを算出する平均残響算出手段と、
前記送出された音信号の進行方向に沿った距離を基準として前記反射音レベルの分布解析を行う反射音分布解析手段と、この分布解析により得られた前記反射音レベルの下がった割合が予め設定された値より大きい領域をエッジ領域として検出するエッジ検出手段と、
前記検出されたエッジ領域を端部として含み、且つ前記反射音レベルが前記レベルより低い領域を前記シャドウ領域として検出するシャドウ検出手段とを備えたことを特徴とする画像ソナー用解析システム。
【請求項２】
前記請求項１に記載の画像ソナー用解析システムにおいて、
予め設定された前記目標物のサイズを示す目標物サイズ情報を記憶する目標物情報記憶部を備え、
前記シャドウ検出手段により検出された前記シャドウ領域のサイズと前記記憶された目標物サイズ情報とを比較して、前記検出されたシャドウが前記目的物のシャドウであるか否かの判定を行うシャドウサイズ判定手段を備えたことを特徴とする画像ソナー用解析システム。
【請求項３】
前記請求項２に記載の画像ソナー用解析システムにおいて、
前記目標物情報記憶部に対して前記目標物サイズ情報を可変に登録するサイズ情報登録手段を備えたことを特徴とする画像ソナー用解析システム。
【請求項４】
水上または水面下に位置する目標物の検出用に送出された音信号の反射音に基づき作成された２次元画像データ内で、前記目標物の位置を前記２次元画像データ内で検出されたシャドウ領域に基づき検出する音響解析装置であって、
前記２次元画像データ内における平均残響レベルを算出する平均残響算出手段と、
前記送出された音信号の進行方向に沿った距離を基準として前記反射音レベルの分布解析を行う反射音分布解析手段と、
この分布解析に得られた前記反射音レベルの下がった割合が予め設定された値より大きい領域をエッジ領域として検出するエッジ検出手段と、
前記検出されたエッジ領域を端部として含み、且つ前記反射音レベルが前記平均残響レベルより低い領域を前記シャドウ領域として検出するシャドウ検出手段とを備えたことを特徴とする音響解析装置。
【請求項５】
水上または水面下に位置する目標物の検出用に音信号を送出と共に当該送音信号の反射音を捕捉するソナー部と、当該反射音に基づき２次元画像データを作成する画像データ作成手段とを備え、前記２次元画像データ内で検出されたシャドウ領域に基づき前記目標物の位置を検出する画像ソナー用解析方法であって、
前記２次元画像データ内における平均残響レベルを算出する平均残響算出手段と、
前記送出された音信号の進行方向に沿って前記反射音レベルの分布解析を行い、
前記送出された音信号の進行方向に沿った距離を基準として前記反射音レベルの分布解析を行い、
前記分布解析により得られた前記反射音レベルの下がった割合が予め設定された値より大きい領域をエッジ領域として検出し、前記２次元画像データ内で前記検出されたエッジ領域を端部として含み且つ前記反射音レベルが前記平均残響レベルより低い領域を前記シャドウ領域として検出し、当該検出されたシャドウ領域に基づき前記目標物の位置を検出することを特徴とする画像ソナー用解析方法。
【請求項６】
水上または水面下に位置する目標物の検出用に音信号を送出と共に当該送音信号の反射音を捕捉するソナー部と、当該反射音に基づき２次元画像データを作成する画像データ作成手段とを備え、前記２次元画像データ内で検出されたシャドウ領域に基づき前記目標物の位置を検出するための画像ソナー用解析プログラムであって、
前記送出された音信号の進行方向に沿った距離を基準として前記反射音レベルの分布解析を行う反射音分布解析機能と、
この分布解析により得られた前記反射音レベルの下がった割合が、予め設定された値より大きい領域をエッジ領域として検出するエッジ検出機能と、
前記２次元画像データ内で前記検出されたエッジ領域を端部として含み、且つ前記反射音レベルが前記２次元画像データに基づき算出された平均残響レベルより低い領域を前記シャドウ領域として検出するシャドウ検出機能と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする画像ソナー用解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響ソナーシステムにおける音響解析処理に関し、特に画像ソナーにおける画像処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
海上における水上艦などの船体や水中の潜水艦を検出するための技術として、画像ソナーが利用されている。
この画像ソナーにかかる画像ソナー用解析システムは、反射信号に基づき画像情報を生成し、この画像情報を解析することにより、水上艦や潜水艦などを検知(認識)するのに利用される。
【０００３】
この画像ソナー用解析システムでは、送波信号(音波信号)を送信すると共に、反射信号を受信して、この反射信号に基づき、画像データ(ソナー画像)を生成する。
例えば、図５に示すように、水上艦はエコーとして画像形成され、その背後には、送波信号が到達しない、つまり反射信号がないシャドウ領域が形成される。
【０００４】
しかしながら、送波信号に対しては、海中（水中）においては、音波信号が乱反射し、また、海面からも音（反射信号）が返ってくるため、どの音波が海面からのものなのか、目標物からの反射音なのかが不明瞭になってしまう。
また、海面には波があるため、海面上の波によって、反射信号のフラクチュエーションが発生してしまい、生成される画像が不明瞭になってしまい、これにより、画像内における明暗だけでは、船体や水上艦、潜水艦の識別が困難となってしまう不都合があった。
【０００５】
更に、例えば、画像ソナーにより生成された画像上の暗いところを、シャドウ(影：シャドー)として検出して、このシャドウを補助情報として、水上艦などの船体を識別しようとした場合、図６に示すように、シャドウではない画像上暗い領域が生じてしまい、誤検出が発生してしまうという不都合がある。
【０００６】
これに対する関連技術として、複数のディジタルイメージのシーケンスにおける移動物体の影（シャドウ）のエッジを検出及び分離を行うことにより、移動物体の追従を行う手法が開示されている(特許文献１)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表平８−５０３３１６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に開示された関連技術では、影の検出を行うことにより、移動物体（目標物）の検出を行っている。
しかしながら、水面上または水面下の音響ソナーに適用することは困難であり、また、上述のように、水面上または水面下の目標物に対して利用される画像ソナーによって生成された画像は、熟練したソナー技術者による目視によってしか、目標物が識別できないような、不明瞭な画像となってしまうため、正確に目標物を識別することができないという不都合があった。
【０００９】
［発明の目的］
本発明は、上記関連技術の有する不都合を改善し、画像ソナーにより生成された画像中の目標物をより正確に識別し得る画像ソナー用解析システム、画像ソナー用解析方法、画像ソナー用解析プログラムを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る画像ソナー用解析システムは、水上または水面下に位置する目標物の検出用に音信号を送出し当該送出された音信号の反射音を捕捉するソナー部と、当該反射音に基づき２次元画像データを作成する画像データ作成手段と、前記２次元画像データ内で検出されたシャドウ領域に基づき前記目標物の位置を検出する目標物検出手段とを備えた画像ソナー用解析システムであって、前記２次元画像データ内における平均残響レベルを算出する平均残響算出手段と、前記送出された音信号の進行方向に沿った距離を基準として前記反射音レベルの分布解析を行う反射音分布解析手段と、この分布解析により得られた前記反射音レベルの下がった割合が予め設定された値より大きい領域をエッジ領域として検出するエッジ検出手段と、前記検出されたエッジ領域を端部として含み、且つ前記反射音レベルが前記平均残響レベルより低い領域を前記シャドウ領域として検出するシャドウ検出手段とを備えた構成をとっている。
【００１１】
また、本発明にかかる音響解析装置は、水上および水面下に位置する目標物の検出用に送出された音信号の反射音に基づき作成された２次元画像データ内で、前記目標物の位置を前記２次元画像データ内で検出されたシャドウ領域に基づき検出する音響解析装置であって、前記２次元画像データ内における平均残響レベルを算出する平均残響算出手段と、前記送出された音信号の進行方向に沿った距離を基準として前記反射音レベルの分布解析を行う反射音分布解析手段と、この分布解析に得られた前記反射音レベルの下がった割合が予め設定された値より大きい領域をエッジ領域として検出するエッジ検出手段と、前記検出されたエッジ領域を端部として含み、且つ前記反射音レベルが前記平均残響レベルより低い領域を前記シャドウ領域として検出するシャドウ検出手段とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
又、本発明にかかる画像ソナー方法は、水上または水面下に位置する目標物の検出用に音信号を送出と共に当該送音信号の反射音を捕捉するソナー部と、当該反射音に基づき２次元画像データを作成する画像データ作成手段とを備え、前記２次元画像データ内で検出されたシャドウ領域に基づき前記目標物の位置を検出する画像ソナー用解析方法であって、前記２次元画像データ内における平均残響レベルを算出する平均残響算出手段と、前記送出された音信号の進行方向に沿って前記反射音レベルの分布解析を行い、前記送出された音信号の進行方向に沿った距離を基準として前記反射音レベルの分布解析を行い、前記分布解析により得られた前記反射音レベルの下がった割合が予め設定された値より大きい領域をエッジ領域として検出し、前記２次元画像データ内で前記検出されたエッジ領域を端部として含み且つ前記反射音レベルが前記平均残響レベルより低い領域を前記シャドウ領域として検出し、当該検出されたシャドウ領域に基づき前記目標物の位置を検出することを特徴としている。
【００１３】
又、本発明にかかる画像ソナー用解析プログラムは、水上または水面下に位置する目標物の検出用に音信号を送出と共に当該送音信号の反射音を捕捉するソナー部と、当該反射音に基づき２次元画像データを作成する画像データ作成手段とを備え、前記２次元画像データ内で検出されたシャドウ領域に基づき前記目標物の位置を検出するための画像ソナー用解析プログラムであって、前記送出された音信号の進行方向に沿った距離を基準として前記反射音レベルの分布解析を行う反射音分布解析機能と、この分布解析により得られた前記反射音レベルの下がった割合が、予め設定された値より大きい領域をエッジ領域として検出するエッジ検出機能と、前記２次元画像データ内で前記検出されたエッジ領域を端部として含み、且つ前記反射音レベルが前記２次元画像データに基づき算出された平均残響レベルより低い領域を前記シャドウ領域として検出するシャドウ検出機能と、をコンピュータに実行させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、画像ソナーにより生成された画像中の目標物をより正確に識別し得る画像ソナー用解析システム、画像ソナー用解析方法、画像ソナー用解析プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による画像ソナー用解析システムにおける一実施形態を示す概略ブロック図である。
【図２】図１に開示した画像ソナー用解析システムにおける音響解析部の内部構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図３】図１に開示した画像ソナー用解析システムにおける音圧レベルグラフの一例を示した説明図である。
【図４】図１に開示した画像ソナー用解析システムにおける全体の動作処理ステップを示すフローチャートである。
【図５】図１に開示した画像ソナー用解析システムにより検出されたエコー(水上艦)およびシャドウ(シャドー)の一例を示した説明図である。
【図６】画像ソナー用解析システムにより検出されたシャドウ(シャドー)の誤検出の一例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施形態］
次に、本発明の実施形態について、その基本的構成内容を説明する。
【００１７】
本実施形態は、図１に示すような、画像ソナー用解析システムであって、予め海中（水中）に設けられ、海中に向けて音波を発するスピーカと当該発せられた音波が反射してきた音波（反射音）を捕捉する捕捉手段とを含む送受波部(ソナー部)１と、送受波部１から発せられる音波の生成を行うと共に、送受波部１により捕捉された反射音をデジタル化する送受信部２と、送受信部２でデジタル化された音声信号(以下「音響データ」という)を解析すると共に目標物の検出を行う音響解析部（目標物検出手段）３と、検出された目標物の位置を出力表示する検出結果出力部４を備えた構成となっている。
【００１８】
尚、音響解析部３は、プロセッサを備えたコンピュータであって、予め設定されたプログラムに基づく実行処理を行うことにより、以下に示す各手段の動作機能を実現するものとする。
【００１９】
また、音響解析部３は、図２に示すように、送受信部２からデジタル化された音響データを入力データとして受信する音響データ受信手段３１と、音響データ(入力データ)から反射してきた音圧値を輝度値に変換してピクセル化した２次元画像を作成する２次元画像データ作成手段（画像データ作成手段）３２と、生成された２次元画像(ピクセルデータ)に基づき最大音圧レベルと最低音圧レベルのレベル差が大きいアジマス方向を検出する音圧分布解析手段３３と、検出されたアジマス方向からエッジの検出を行うエッジ検出手段３４と、検出されたエッジにかかる音圧レベルの解析を行う音圧レベル解析手段３５と、解析された音圧レベルからシャドウの面積を算出するシャドウ面積解析手段３６と、算出されたデータから目的物のシャドウを検出するシャドウ検出手段３７とを備えた構成となっている。
【００２０】
ここで、上記音響解析部３の解析により、図５に示すように、送受波部１から送出された送波信号が、目標物である水上艦に当たった場合に、この水上艦からの反射信号をエコーとして示すと共に、その背後に音が到達しないシャドウ領域が形成されたことを示す画像データが生成されるものとする。
これにより、目標物を迅速に検出することができると共に、目標物までの距離(レンジ：ｒａｎｇｅ)、目標物の高さ、大きさを検知することができる。
【００２１】
２次元画像データ作成手段３２は、音響データ受信手段３１から受信した音響データに基づき、２次元画像データの作成を行う。
ここで、本実施形態の２次元画像データ作成手段３２は、例えば、クロスファンビーム方式により、２次元画像データを生成ものとする。
まず、２次元画像データ作成手段３２は、受信した音響データからセンサ座標系を基準とする水平方位（ｍ）、垂直方位（ｎ）、距離（Ｒ）の３次元データを抽出する。
また、２次元画像データ作成手段３２は、例えば、垂直方向（ｎ）における最大反射波（音圧）レベルを抽出することにより、２次元画像データの作成を行う。
【００２２】
音圧分布解析手段３３は、２次元画像データ作成手段３２で作成された２次元画像データ(ピクセルデータ)に基づき、同じアジマス方向内で反射波（音圧）レベルの高い点と低い点のレベル差が大きいアジマス方向を検出する。
尚、この段階では、特定の閾値を設定せずに、特定の値の範囲で、概算により検出する設定としてもよい。
これにより、検出にかかる処理負荷を軽減することができ、更には、検出されるまでの時間を短縮することができる。
【００２３】
エッジ検出手段３４は、上記音圧分布解析手段３３で、２次元画像データ上で検出された反射波レベルの高い地点のうち、送波方向に沿って反射波レベルの落差が、予め設定された一定の値より大きい地点を、エッジとして検出する(エッジ検出機能)。
【００２４】
音圧レベル解析手段３５は、特定のアジマス方向においてレンジ方向に沿って反射波レベルの解析を行うと共に、図３に示すように、反射波レベルおよび距離により表された音圧レベルグラフを生成する。
【００２５】
シャドウ面積解析手段３６は、この音圧レベルグラフに基づき、予め算出された海面残響平均値（平均残響）より反射波(音圧)レベルの低い部分の距離方向の長さを算出する。
また、シャドウ面積解析手段３６は、隣接するアジマス方向のレンジ方向に沿って上記距離方向の長さを算出し、その総和としてのシャドウ領域の面積を算出する。
【００２６】
シャドウ面積判定部３７（シャドウ認識部）は、目標物の大きさに関する情報を示す目標物サイズ情報を記憶する目標物サイズ情報記憶手段を有する。
また、シャドウ面積判定部３７は、シャドウ面積解析手段３６により算出された面積が予め目標物サイズ情報記憶手段に設定された目標物のシャドウであるか否かを判定する面積判定機能を備えている。
【００２７】
これにより、シャドウ認識部３７は、算出されたシャドウの面積と予め記憶された候補シャドウ面積とを比較し、シャドウ間の面積の違いが予め設定された誤差以内であれば、面積が算出されたシャドウは目標物のシャドウであると判定する。
これにより、シャドウの検出の精度をより向上させることができる。
【００２８】
尚、シャドウ認識部３７に対しては、目標物の大きさに関する情報の入力を行う目標物情報入力手段が併設された構成であってもよい。
【００２９】
［実施形態の動作説明］
次に、本実施形態の動作について、その概略を説明する。
まず、送出された音信号の進行方向に沿って前記反射音レベルの分布解析を行い、この分布解析により得られる、前記進行方向の距離に対する反射音レベルの下がった割合が、予め設定された値より大きい領域をエッジ領域として検出し(エッジ検出工程)、２次元画像データ内で検出されたエッジ領域を端部として含み、且つ反射音レベルが２次元画像データ内のデータに基づき算出された平均残響レベルより低い領域をシャドウ領域として検出し(シャドウ検出工程)、検出されたシャドウ領域に基づき目標物の位置を検出する。
ここで、上記エッジ検出工程、およびシャドウ検出工程については、その実行内容をプログラム化し、コンピュータに実行させるように構成してもよい。
【００３０】
次に、本実施形態である画像ソナー用解析システムの動作について、図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００３１】
まず、海中（水中）に設けられた送受波部１のスピーカから音波を送出すると共に、送受波部１の捕捉手段が反射音(反射波)を捕捉する(ステップＳ１)。次に、送受信部２が、捕捉された反射音をデジタル化する信号処理を行い(ステップＳ２)、音響データ(反射波信号)を生成する。
【００３２】
次いで、音響解析部３の音響データ受信手段３１が、この音響データを受信する(ステップＳ３)。
次に、２次元画像データ作成手段３２が、音響データ受信手段３１から受信した音響データに基づき、クロスファンビーム方式により、２次元画像データを生成する(ステップＳ４)。
【００３３】
次いで、音圧分布解析手段(平均残響算出手段)３３が、２次元画像データ作成手段３２で生成された２次元画像データ(ピクセルデータ)に基づき、反射波（音圧）レベルの高い地点と低い地点のレベル差が大きいアジマス方向を検出する(ステップＳ５)。
ここで、音圧分布解析手段３３が２次元画像データにおける海面残響平均値を算出する処理を行う設定としてもよい。
【００３４】
次に、エッジ検出手段３４が、上記音圧分布解析手段３３で検出されたエコーのうち、レンジ方向に従って反射波レベルの落ち込み(落差)が一定の値より大きい部分を、エッジとして検出する(ステップＳ６)。
【００３５】
次いで、音圧レベル解析手段（反射音分布解析手段）３５が、上記検出されたアジマス方向のレンジ方向に沿って反射波レベルの解析を行うことにより、反射波レベルおよび距離により表され、図３に示すように、反射波レベル分布を示す音圧レベルグラフを生成する(ステップＳ７)。
【００３６】
ここで、シャドウ面積解析手段（シャドウ検出手段）３６が、この音圧レベルグラフに基づき、予め算出された海面残響平均値より反射波(音圧)レベルが低い部分の距離方向の長さを算出する。
また、シャドウ面積解析手段３６は、隣接するアジマス方向においてレンジ方向に沿って上記距離方向の長さを算出し、その総和としてのシャドウ領域の面積を算出する(ステップＳ８)。
【００３７】
シャドウ面積判定部３７は、予め記憶した、目標物の大きさに関する情報を示す目標物サイズ情報に基づいて、シャドウ面積解析手段３６により算出された面積が予め目標物サイズ情報記憶手段に設定された目標物のシャドウであるか否かを判定する(ステップＳ９)。
最後に、検出結果出力部４が、解析結果として、検出されたエコーやシャドウを強調表示した２次元画像データを出力する。
【００３８】
以上のように、本実施形態では、検出されたエコー以降にレンジ方向に沿って現れる反射波レベルの落ち込み(エッジ)を検出し、このエッジに基づいて、エコー背後(後方)の反射レベルが平均残響レベルよりも低い部分をシャドウとして検出する。
これにより、本来シャドウではないソナー画像上の暗い領域を誤ってシャドウとして検出してしまう誤検出を軽減することができ、更には、検出されたシャドウに基づき、より正確に目標物を検知することができる。
【００３９】
また、予め登録された目標物の大きさと検出されたシャドウの面積とを比較することにより、算出されたシャドウが目標物のシャドウであるか否かをより正確に判定することができる。これにより、目標物にかかるシャドウの検出精度をより向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、デジタル画像の解析を行うことにより、デジタル画像内の対象物、移動物の検出、および識別を行うシステムに対して有用に適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  送受波部
２  送受信部
３  音響解析部
４  検出結果出力部
３１  音響データ受信手段
３２  ２次元画像データ作成手段
３３  音圧分布解析手段
３４  エッジ検出手段
３５  音圧レベル解析手段
３６  シャドウ面積解析手段
【図１】
2010256162.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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