(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に超音波を出力してエコーを受信し、受信したエコーの強度に応じた受信信号を出力する送受信部と、
前記受信信号に基づいて海底の底質を判別する底質判別処理部と、
前記底質判別処理部の判別信頼度を算出する信頼度算出部と、
前記底質判別処理部の判別結果および前記判別信頼度を通知する通知手段と、
前記受信信号のレベルに対応するエコーデータを表示する表示器と、
を備えた魚群探知機であって、
前記通知手段は、前記表示器に前記判別結果および前記判別信頼度に対応する画像を、前記エコーデータとともに表示することを特徴とする水中探知機。
【請求項２】
前記信頼度算出部は、前記受信信号に基づいて前記判別信頼度を算出することを特徴とする請求項１に記載の水中探知機。
【請求項３】
前記信頼度算出部は、海底に対応する受信信号のレベルに対するノイズレベルを算出することにより前記判別信頼度を算出することを特徴とする請求項２に記載の水中探知機。
【請求項４】
前記信頼度算出部は、前記海底に対応する受信信号よりも浅い深度に対応する受信信号を複数に区分し、各区分における受信信号のレベルに基づいて前記ノイズレベルを算出することを特徴とする請求項３に記載の水中探知機。
【請求項５】
前記信頼度算出部は、前記ノイズレベルを所定のしきい値と比較することにより前記判別信頼度を算出する請求項３または４に記載の水中探知機。
【請求項６】
前記通知手段は、前記判別結果を複数の底質との類似度として表示する請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の水中探知機。
【請求項７】
前記通知手段は、前記判別信頼度が所定の信頼度よりも低い場合に、前記判別結果を表示しないことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の水中探知機。
【請求項８】
水中に超音波を出力してエコーを受信し、受信したエコーの強度に応じた受信信号を出力するステップと、
前記受信信号に基づいて海底の底質を判別する底質判別ステップと、
前記底質判別ステップの判別信頼度を算出する信頼度算出ステップと、
前記底質判別ステップの判別結果および前記判別信頼度を通知する通知ステップと、
前記受信信号のレベルに対応するエコーデータを表示する表示ステップと、
を備えた水中探知方法であって、
前記表示ステップにおいて、前記判別結果および前記判別信頼度に対応する画像を、前記エコーデータとともに表示することを特徴とする水中探知方法。
【請求項９】
水中に超音波を出力してエコーを受信し、受信したエコーの強度に応じた受信信号を出力するステップと、
前記受信信号に基づいて海底の底質を判別する底質判別ステップと、
前記底質判別ステップの判別信頼度を算出する信頼度算出ステップと、
前記底質判別ステップの判別結果および前記判別信頼度を通知する通知ステップと、
前記受信信号のレベルに対応するエコーデータを表示する表示ステップと、
をコンピュータに実行させる水中探知プログラムであって、
前記表示ステップにおいて、前記判別結果および前記判別信頼度に対応する画像を、前記エコーデータとともに表示することを特徴とする水中探知プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、海底の底質を判別し、画面表示を行う底質判別装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶に用いられる魚群探知機では、海底の底質（岩、石、砂等）を判別し、表示を行うものが知られている（例えば特許文献１を参照）。底質判定は、超音波の送信パルスの海底エコーを解析することによって行われる。例えば、海底が岩や石等のように硬く起伏の大きい場所では、海底エコーの時間幅は長く、砂や泥等のように柔らかく平坦な場所では、海底エコーの時間幅は短くなる。画面上では、各底質との類似度や、各底質の中で最も類似する底質を表示することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７５３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、海面の状況や船体からの振動、他船からのノイズの影響等によって、底質判別の信頼度が低下する場合がある。従来の装置では、フィルタ処理等を用いて種々のノイズ抑制を行っているが、許容範囲を超えたノイズが発生する場合もある。従来の装置は、このような場合であっても、最も類似する底質、あるいは類似度を表示することを行っていた。
【０００５】
そのため、例えば、判別結果が変化したとき、ユーザは、本当に底質が変化したのか、ノイズによる影響により変化したのか、把握することができない状況となっていた。
【０００６】
そこで、この発明は、底質判別の信頼度の低下が発生した状況を的確に把握することができる底質判別装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の底質判別装置は、水中に超音波を出力してエコーを受信し、受信したエコーの強度に応じた受信信号を出力する送受信部と、前記受信信号に基づいて海底の底質を判別する底質判別処理部と、前記底質判別処理部の判別信頼度を算出する信頼度算出部と、前記底質判別処理部の判別結果および前記判別信頼度を通知する通知手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
信頼度算出部は、受信信号に基づいて底質の判別信頼度を算出する。例えば、海底に対応する受信信号を判別し、海面から海底までの受信信号のノイズレベルから判別信頼度を算出する。具体的には、海底に対応する受信信号よりも浅い深度に対応する受信信号を複数に区分し、各区分における受信信号の最大値を求め、さらに各最大値の中から最も小さい値を選び、ノイズレベルとする。このノイズレベルがしきい値を超えた場合、信頼度が低下した旨の表示を行う。
【０００９】
特に、判別結果を各底質との類似度として表示している場合において、例えば砂と岩の類似度がそれぞれ５０％程度として表示された場合、従来の装置では、本当に底質が砂と岩の入り交じった状態であるのか、ノイズによる影響により正しく判別できていないのかの判断が困難であったが、本発明によれば、底質判別の結果とは別にその判別信頼度が表示されるため、判別結果が変化したとき、ユーザは、本当に底質が変化したのか、ノイズによる影響により変化したのか、的確に把握することができる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、底質判別の信頼度が低下した状況を的確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】魚群探知機の構成を示すブロック図である。
【図２】信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】受信信号の時間軸波形を示した図である。
【図４】受信信号の時間軸波形を示した図である。
【図５】表示画面の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の海底検出装置の実施形態に係る魚群探知機の構成を示すブロック図である。魚群探知機は、操作部１０、送受波器１１、送受切替部１２、送信回路１３、制御部１４、受信回路１５、Ａ／Ｄ変換器１６、信号処理部１７、表示部１８、およびセンサ部１９を備えている。
【００１３】
制御部１４は、魚群探知機を統括的に制御するものであ。制御部１４は、操作部１０からの各種操作（探知レンジの設定等の指示入力等）に応じて、送信回路１３の送信周期、探知レンジ等を設定し、対応するＡ／Ｄ変換器１６のサンプリング周期設定、信号処理部１７への各種処理の実行指示を行うものである。表示部１８は、画面上の縦軸を深度方向とし、横軸を時間方向としたエコーデータの表示を行うものである。
【００１４】
送信回路１３は、トラップ回路を内蔵した送受切替部１２を介して、送受信部である送受波器１１にパルス状の信号を入力する。信号の入力タイミングやレベル、パルス幅等は、制御部１４により制御される。送受波器１１は、船底等に取り付けられる振動子であり、送信回路１３から入力されるパルス状の信号に応じて水中に超音波を出力する。
【００１５】
送受波器１１が出力した超音波は、魚群や海底等の物標に反射し、エコー信号として受信される。送受波器１１は、受信したエコー信号の強度に応じた受信信号を、送受切替部１２を介して受信回路１５に出力する。受信回路１５は、入力された受信信号を増幅してＡ／Ｄ変換器１６に出力する。Ａ／Ｄ変換器１６は、受信信号を所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換し、信号処理部１７に出力する。信号処理部１７は、デジタル化された受信信号をメモリ（不図示）に順次記録する。
【００１６】
信号処理部１７は、記録した受信信号に基づいて、海底検出処理、底質判別処理および判別信頼度算出処理を行う。海底検出処理の結果、底質判別の結果および判別信頼度を示す情報は、表示部１８に画面表示される。
【００１７】
以下、信号処理部１７の処理について詳細に説明する。図２は、信号処理部１７の構成を示すブロック図である。信号処理部１７は、底質判別処理部１７１、ノイズ検出部１７２、信頼度算出部１７３、および表示処理部１７４を備えている。
【００１８】
底質判別処理部１７１、ノイズ検出部１７２、および表示処理部１７４には、Ａ／Ｄ変換器１６から受信信号が入力される。底質判別処理部１７１、ノイズ検出部１７２、および表示処理部１７４は、１回の測定分（１ｐｉｎｇ分）の受信信号をメモリ（不図示）に記録し、以下に示す処理を１ｐｉｎｇ分の受信信号を記録する度に行う。
【００１９】
底質判別処理部１７１は、入力された受信信号に基づいて海底の底質を判別する処理を行う。底質の判別手法は、どの様な態様であってもよいが、例えば、受信信号とリファレンスデータとのマッチング度（類似度）によって判別される。すなわち、底質判別処理部１７１は、受信信号から海底深度を求め、この海底深度から所定時間範囲の（所定しきい値以上のレベルを有する）受信信号を海底エコーとし、リファレンスデータとパターンマッチングを行うことにより、類似度を算出する。マッチングの手法として、ファジィ推論やニューラルネットワーク等を用いてもよい。リファレンスデータは、泥、砂、石、岩等の複数種類のデータを用意しておく。
【００２０】
例えば、図３（Ａ）に示すように、岩や石等のように硬く起伏の大きい場所では、反射率が高いため、海底エコーの最初のピーク（１次エコー）に対して２度目のピーク（海底に反射した音波がさらに反射して受信される２次エコー）のレベルが高くなる傾向がある。また、１次エコーに対する尾引（初期残響音に対応する高レベル信号）が長く、受信信号の積分値が大きくなる傾向にある。
【００２１】
逆に、同図（Ｂ）に示すように、砂や泥等のように柔らかく平坦な場所では、１次エコーに対する２次エコーのレベルが低く、かつ、１次エコーの尾引が短く、受信信号の積分値が小さくなる傾向にある。
【００２２】
底質判別処理部１７１は、以上のような各底質に特徴的な時間軸波形を有するリファレンスデータを用意しておき、入力した受信信号と各リファレンスデータとのマッチングを行うことにより類似度を算出する。算出した類似度は、表示処理部１７４に出力される。
【００２３】
なお、海底深度の検出手法は、所定レベル以上のエコーを受信したタイミングを基準とする手法や、微分値が最も高くなるタイミングを基準とする手法、あるいは、出力した超音波のパルス幅に等しい波形をリファレンス信号として、受信信号との相関を求め、相関値が最も高くなるタイミングを基準とする手法等、種々の手法を用いることができる。
【００２４】
次に、ノイズ検出部１７２は、受信信号のノイズレベルを検出する処理を行う。ノイズレベルの検出手法もどの様なものであってもよいが、例えば以下の様にして行う。
【００２５】
ノイズ検出部１７２は、図４（Ａ）および同図（Ｂ）に示すように、まず海底深度を検出し、この海底深度よりも浅い深度に対応する受信信号を複数の区分（Ｔ１，Ｔ２，．．．，ＴＮ）に分割する。区分の数は、固定（例えば１０程度）にし、海底深度に応じて各区分の時間長を可変とするようにしてもよいし、各区分の時間長を固定にし、海底深度に応じて区分の数を可変とするようにしてもよい。
【００２６】
そして、ノイズ検出部１７２は、各区間における受信信号の最大値（Ｔ１ｍａｘ，Ｔ２ｍａｘ，．．．，ＴＮｍａｘ）を求め、さらにこれら最大値の中から最も小さい値を示す受信信号をノイズレベルとして検出する。ノイズ検出部１７２は、検出したノイズレベルを信頼度算出部１７３に出力する。
【００２７】
このように、ノイズ検出部１７２は、ある区間毎に最大値を求め、さらに各区間の最大値の中から最も小さいものをノイズレベルとすることで、突発的に低いレベルの信号が含まれていた場合にノイズレベルを低く誤認識してしまうこともなく、高レベル信号の魚群等の物標のエコーをノイズであると誤認することもない。
【００２８】
次に、信頼度算出部１７３は、ノイズ検出部１７２の検出したノイズレベルに基づいて、底質判別処理部１７１の判別信頼度を算出する処理を行う。信頼度算出部１７３は、ノイズレベルが所定のしきい値以上であるか否かによって判別信頼度を算出する。例えば、ノイズレベルが第１しきい値ＮＬ１未満であれば信頼度「高」を算出し、ノイズレベルが第１しきい値ＮＬ１以上、かつ第２しきい値ＮＬ２未満であれば信頼度「中」を算出し、ノイズレベルが第２しきい値以上ＮＬ２以上であれば信頼度「低」を算出する。
【００２９】
なお、信頼度算出部１７３は、ノイズ検出部１７２から海底深度の受信信号のレベル（海底深度レベル）を入力し、この海底深度レベルに対するノイズレベルの値を求め（いわゆるＳＮ比を求め）、このＳＮ比が所定のしきい値以上であるか否かによって判別信頼度を算出してもよい。また、ノイズ検出部１７２から海底の１次エコーのピークレベルを入力し、この１次エコーのピークレベルに対するノイズレベルの値を求め、１次エコーのピーレベルとの比が所定のしきい値以上であるか否かによって判別信頼度を算出してもよい。
【００３０】
また、判別信頼度は、「高」、「中」、「低」の３段階に限らず、さらに複数段階に分けてもよい。また、最も信頼度の高い状態を１００％、最低を０％とする相対的な値（連続データ）を算出してもよい。
【００３１】
以上のようにして算出された判別信頼度を示す情報は、表示処理部１７４に出力される。
【００３２】
表示処理部１７４は、Ａ／Ｄ変換器１６、底質判別処理部１７１および信頼度算出部１７３から入力された各種情報を可視化する処理を行う。すなわち、表示処理部７１４は、入力される受信信号を、超音波を出力してからの経過時間に応じて、深度に対応したエコーデータとして表示部１８に表示する処理を行う。さらに、表示処理部１７４は、底質判別の結果および信頼度に対応する画像を表示部１８に表示する。
【００３３】
図５は、表示部１８に表示される表示画面の例を示す図である。同図（Ａ）は、最も類似度の高い底質をテクスチャ画像として表示する態様であり、同図（Ｂ）は、類似度の算出結果をそのままグラフ表示する態様である。同図（Ａ）および同図（Ｂ）の画面は、送信超音波の周波数の異なる２つの画面を左右に並べる例を表示しているが、以下の説明においては、代表して右画面に表示している画像について説明する（特に、右画面中心付近の区間Ａ〜Ｄについて説明する）。
【００３４】
同図（Ａ）および同図（Ｂ）に示すように、表示処理部１７４は、深度に対応したエコーデータが表示されるエコー表示エリア３０と、底質判別結果画像表示エリア４０（または類似度グラフ表示エリア４１）と、信頼度表示エリア５０と、を表示部１８に表示する。エコー表示エリア３０は、海底や物標のエコーを表示する最も重要な画像であるため、画面上部から画面下部まで、７〜８割程度の割合の表示エリアが確保されている。底質判別結果画像表示エリア４０は、画面下部に３割程度の割合の表示エリアが確保されている。
【００３５】
底質判別結果画像表示エリア４０は、ｐｉｎｇ毎に縦に十数画素数のテクスチャ画像を表示する。例えば、同図（Ａ）に示す区間Ａおよび区間Ｂにおいては、底質判別処理部１７１から入力される類似度のうち、岩の底質との類似度が最も高い区間であるため、岩のテクスチャ画像を表示している。一方で、類似度グラフ表示エリア４１は、ｐｉｎｇ毎に縦にさらに数十画素のグラフ画像を表示する。例えば、同図（Ｂ）に示す区間Ａおよび区間Ｂにおいては、底質判別処理部１７１から砂の底質と岩の底質が入り交じった状態の情報（砂との類似度と岩との類似度がそれぞれ２０〜８０％程度）が入力されており、入力された類似度をそのままグラフ表示している。
【００３６】
ここで、表示処理部１７４は、エコー表示エリア３０と底質判別結果画像表示エリア４０との間に、縦数画素程度の信頼度表示エリア５０を画面表示する。例えば、区間Ａにおいては、ノイズレベルが第１しきい値ＮＬ１未満であり、信頼度「高」を入力しているため、高信頼度画像（同図の例では白無地画像）５１を表示する。一方、区間Ｂおよび区間Ｄにおいては、ノイズレベルが第１しきい値ＮＬ１以上、第２しきい値未満であり、信頼度「中」を入力しているため、注意画像（同図の例ではドットパターン画像）５２を表示する。また、区間Ｃにおいては、ノイズレベルが第２閾値以上であり、信頼度「低」を入力しているため、判別不能画像（同図の例ではハッチング画像）５３を表示する。特に、この例において、判別不能画像５３は、信頼度表示エリア５０だけでなく、底質判別結果画像表示エリア４０も覆うように表示され、底質判別結果を表示されないようにしている。
【００３７】
なお、画像の表示態様は、上記の例に限るものではなく、例えば高信頼度画像を緑色で表示し、注意画像を黄色表示する等、信頼度に応じて色を変化させてもよい。
【００３８】
以上の様な表示を行うことにより、本実施形態の魚群探知機では、底質判別の結果が変化したとき、底質判別の信頼度が低下しのか、底質が実際に変化したのか、を的確に把握することができる。例えば、区間Ａおよび区間Ｂにおいては、底質判別処理部１７１から砂の底質と岩の底質が入り交じった情報が入力されている状態であり、ユーザは、本当に底質が砂と岩の入り交じった状態であるのか、ノイズの影響により正しく判別できていないのかの判断が困難であったが、本実施形態の魚群探知機では、底質判別の結果の上部に判別信頼度が表示されるため、区間Ａにおいては、判別信頼度が高く、実際に砂と岩の入り交じった底質であると判断することができ、区間Ｂにおいては、判別信頼度が低く、ノイズにより正しく判別できていないと判断することができる。また、区間Ｄのように、実際には岩の状態であるにも関わらず、ノイズの影響によりほぼ１００％泥の状態である旨が表示されている場合もある。従来の装置では、本当に岩の底質であるかどうかを判断することができず、１００％泥の状態である旨が表示されているため、誤って網を投下してしまい、投下した網が岩にかかって破れてしまうこともあった。しかし、本実施形態の魚群探知機では、１００％泥の状態である旨を表示したとしても、注意画像５２が表示されている（あるいは区間Ｃのように判別不能画像５３が底質判別結果画像表示エリア４０も覆うように表示されている）ため、実際には泥の底質ではないと判断することができる。このように、本実施形態の魚群探知機では、底質判別結果が変化したとき、ユーザは、本当に底質が変化したのか、ノイズによる影響により変化したのか、的確に把握することができる。
【００３９】
なお、上述の例では、ノイズレベルに基づいて判別信頼度を算出する手法を示したが、例えば海底深度に基づいて判別信頼度を算出する態様であってもよい。海底深度が深くなるにつれ、受信信号にはノイズが多く含まれるようになるため、海底深度に所定のしきい値を設定し、上述の様な信頼度「高」、信頼度「中」、信頼度「低」を表示する態様とすることも可能である。
【００４０】
また、１次エコーのピークレベルに基づいて信頼度を算出してもよい。例えば、送受波器１１と海中との間に船底等の障害物があった場合、ノイズレベルは低いが、エコーのレベルも低くなるため、１次エコーのピークレベルが低い場合も信頼度が低いものとして表示する態様とする。
【００４１】
また、図２に示すように、信頼度算出部１７３にセンサ部１９から各種情報を入力し、判別信頼度を算出してもよい。信頼度算出部１７３は、センサ部１９から、船速情報、ロール角、ピッチ角、等の船体の状態を示す各種情報が入力される。例えば船速が速い場合には、船体の揺れも大きくなり、ノイズが大きくなるため、船速が速い場合には、信頼度が低いものとして表示する態様とする。
【００４２】
また、底質判別結果の連続性に応じて判別信頼度を算出してもよい。例えば、連続して同じ判別結果が算出される場合、ノイズの影響が少ないものとして、信頼度が高い表示を行う態様とする。
【００４３】
さらに、上述の各種の信頼度算出手法は、いずれか１つの手法を用いてもよいし、複数の手法を組み合わせてもよい（無論、全ての手法を組み合わせることも可能である）。複数の手法を組み合わせる場合、重み付けを行ってもよい。例えば、ノイズレベルによる信頼度算出結果の重み付けを大きくし、他の算出結果の重み付けを小さくし、総合的な信頼度を算出する。
【００４４】
なお、本実施形態においては、エコーデータや底質判別結果を表示する画面上に数画素程度のライン表示を行う態様としたが、別の表示器（ＬＥＤ等）を用いてユーザに判別信頼度の通知を行ってもよい。例えば、信頼度が「低」となったときに赤色ＬＥＤを点灯させる態様とすることも可能であるし、音声で警告を発する態様とすることも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…操作部
１１…送受波器
１２…送受切替部
１３…送信回路
１４…制御部
１５…受信回路
１６…Ａ／Ｄ変換器
１７…信号処理部
１８…表示部
１９…センサ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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