(57)【要約】【課題】パルスレーザ光の送信経路上に浮遊物が存在する場合でも、目標の視認性が高い画像を生成することができるようにする。【解決手段】信号処理回路８が、画像生成回路７により生成された複数のフレーム間の距離画像又は強度画像を比較して、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているか否かを判定し、浮遊物が存在していれば、距離画像及び強度画像上で上記浮遊物が存在している位置の画素値を補間するように構成する。【選択図】図１
2014109537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ光を発振するとともに、上記パルスレーザ光の発振タイミングを示す発振タイミング信号を出力するパルスレーザ光源と、
走査角度を切り替えながら、上記パルスレーザ光源により発振されたパルスレーザ光を空間に放射する一方、目標に反射されて戻ってきた上記パルスレーザ光の反射光を受信する送受光学系と、
上記パルスレーザ光源から出力された発振タイミング信号に同期してゲートトリガを出力するゲートトリガ出力手段と、
上記ゲートトリガ出力手段からゲートトリガを受けると、上記ゲートトリガの出力タイミングと上記発振タイミング信号の出力タイミングとの時間差を計測するとともに、上記送受光学系により受信された反射光のピーク強度を検出する信号受信処理手段と、
上記信号受信処理手段により計測された時間差を距離値に変換し、上記送受光学系の走査角度を参照して、上記距離値と上記信号受信処理手段により検出されたピーク強度から１フレーム分の距離画像及び強度画像を生成する画像生成手段と、
上記画像生成手段により生成された複数のフレーム間の距離画像又は強度画像を比較して、上記パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているか否かを判定し、上記浮遊物が存在していれば、上記距離画像及び上記強度画像上で上記浮遊物が存在している位置の画素値を補間する画素値補間手段と
を備えたレーザーレーダー装置。
【請求項２】
空間の流速情報を参照して、画素値補間手段により存在していると判定された浮遊物の次フレームにおける移動領域を予測し、上記移動領域と送受光学系の走査角度からゲートトリガの遅延時間を決定する遅延時間決定手段を設け、
ゲートトリガ生成手段は、パルスレーザ光源から発振タイミング信号が出力された時点から、上記遅延時間決定手段により決定された遅延時間だけ経過したタイミングでゲートトリガを出力する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザーレーダー装置。
【請求項３】
遅延時間決定手段は、空間の流速情報を用いて、画素値補間手段により存在していると判定された浮遊物の３次元位置を算出し、上記３次元位置と予め設定された確率密度分布関数を用いて、次フレームにおける上記浮遊物の移動領域を予測することを特徴とする請求項２記載のレーザーレーダー装置。
【請求項４】
送受光学系は、外部からビームの拡がり角を指示する制御信号を入力し、上記制御信号にしたがって空間に放射するパルスレーザ光の拡がり角を調整することを特徴とする請求項１記載のレーザーレーダー装置。
【請求項５】
画素値補間手段により存在していると判定された浮遊物の大きさを予測して、上記浮遊物の大きさからビームの拡がり角を算出し、上記拡がり角を提示する拡がり角算出手段を備えたことを特徴とする請求項４記載のレーザーレーダー装置。
【請求項６】
画素値補間手段により存在していると判定された浮遊物の重心位置の移動量を算出して、上記重心位置の移動量とフレームレートから次フレームにおける上記浮遊物の移動領域を予測し、上記移動領域と送受光学系の走査角度からゲートトリガの遅延時間を決定する遅延時間決定手段を設け、
ゲートトリガ生成手段は、パルスレーザ光源から発振タイミング信号が出力された時点から、上記遅延時間決定手段により決定された遅延時間だけ経過したタイミングでゲートトリガを出力する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザーレーダー装置。
【請求項７】
遅延時間決定手段により予測された次フレームにおける浮遊物の移動領域が、次フレームにおける送受光学系の走査範囲に含まれる場合、上記浮遊物の移動領域が上記送受光学系の走査範囲に含まれない観測位置への案内情報を提示するナビゲート手段を備えたことを特徴とする請求項２または請求項６記載のレーザーレーダー装置。
【請求項８】
遅延時間決定手段により予測された浮遊物の移動領域の履歴を保存し、上記浮遊物が到来してきた方向を示す情報を提示する情報提供手段を備えたことを特徴とする請求項２または請求項６記載のレーザーレーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パルスレーザ光の放射時刻と反射光の受信時刻の時間差から距離値を導出するレーザーレーダー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、以下の特許文献１に開示されているレーザーレーダー装置では、送信するパルスレーザ光の拡がり角を大きくする機能を有している。
パルスレーザ光の拡がり角を大きくすることで、パルスレーザ光の送信点と目標との間に、浮遊物（例えば、陸上であれば、微粒子、ごみや昆虫など、海中であれば、マリンスノーなどが該当する）が通過する可能性がある場合でも、浮遊物による送信光の遮断を避けて、測距を行うことができる可能性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９６９５５号（段落番号［００２９］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のレーザーレーダー装置は以上のように構成されているので、パルスレーザ光の拡がり角を大きくする機能を有しており、パルスレーザ光の拡がり角を大きくすることで、測距を行うことができる可能性を高めることができる。しかし、パルスレーザ光の送信経路上に浮遊物が存在する場合には、そのパルスレーザ光が目標に反射されて戻ってくる他に、浮遊物に反射されて戻ってくることがある。このような場合、浮遊物の反射光も受信してしまうため、その受信信号から生成される距離画像及び強度画像には目標の他に浮遊物も現れてしまって、目標の視認性が低下してしまう課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、パルスレーザ光の送信経路上に浮遊物が存在する場合でも、目標の視認性が高い画像を生成することができるレーザーレーダー装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るレーザーレーダー装置は、パルスレーザ光を発振するとともに、そのパルスレーザ光の発振タイミングを示す発振タイミング信号を出力するパルスレーザ光源と、走査角度を切り替えながら、パルスレーザ光源により発振されたパルスレーザ光を空間に放射する一方、目標に反射されて戻ってきた上記パルスレーザ光の反射光を受信する送受光学系と、パルスレーザ光源から出力された発振タイミング信号に同期してゲートトリガを出力するゲートトリガ出力手段と、ゲートトリガ出力手段からゲートトリガを受けると、そのゲートトリガの出力タイミングと発振タイミング信号の出力タイミングとの時間差を計測するとともに、送受光学系により受信された反射光のピーク強度を検出する信号受信処理手段と、信号受信処理手段により計測された時間差を距離値に変換し、送受光学系の走査角度を参照して、その距離値と信号受信処理手段により検出されたピーク強度から１フレーム分の距離画像及び強度画像を生成する画像生成手段とを設け、画素値補間手段が、画像生成手段により生成された複数のフレーム間の距離画像又は強度画像を比較して、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているか否かを判定し、浮遊物が存在していれば、その距離画像及び強度画像上で上記浮遊物が存在している位置の画素値を補間するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、画素値補間手段が、画像生成手段により生成された複数のフレーム間の距離画像又は強度画像を比較して、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているか否かを判定し、浮遊物が存在していれば、距離画像及び強度画像上で上記浮遊物が存在している位置の画素値を補間するように構成したので、パルスレーザ光の送信経路上に浮遊物が存在する場合でも、目標の視認性が高い距離画像及び強度画像を生成することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザーレーダー装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーザーレーダー装置のゲート遅延回路４を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるレーザーレーダー装置の受信回路６を示す構成図である。
【図４】信号処理回路８の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】浮遊物の移動領域の予測を説明する概念図である。
【図６】浮遊物の移動領域がターゲット面（目標の面）と重複するか否かを判定する方法の概念図である。
【図７】ゲートトリガ信号の遅延時間を決定するためのリスト生成図である。
【図８】この発明の実施の形態２によるレーザーレーダー装置を示す構成図である。
【図９】信号処理回路３２の処理内容を示すフローチャートである。
【図１０】浮遊物信号の大きさ推定方法を説明する概念図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるレーザーレーダー装置を示す構成図である。
【図１２】信号処理回路４０の処理内容を示すフローチャートである。
【図１３】浮遊物の移動予測を説明する概念図である。
【図１４】この発明の実施の形態４によるレーザーレーダー装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザーレーダー装置を示す構成図である。
図１において、パルスレーザ光源１はパルスレーザ光を発振するとともに、そのパルスレーザ光の発振タイミングを示すレーザ光発振タイミング信号を出力する光源である。
送受光学系２は例えばアレーアンテナなどから構成されており、ビームを規定の拡がり角に整形する機能や、パルスレーザ光を所望の走査範囲に走査する機能などを備え、走査角度を切り替えながら、パルスレーザ光源１により発振されたパルスレーザ光を空間に放射する一方、目標や浮遊物に反射されて戻ってきたパルスレーザ光の反射光を受信する処理を実施する。
【００１０】
ゲートトリガ生成回路３はパルスレーザ光源１から出力されたレーザ光発振タイミング信号に同期して、受光素子５のゲート開閉を制御するゲートトリガ信号を生成し、そのゲートトリガ信号をゲート遅延回路４に出力する処理を実施する。
また、ゲートトリガ生成回路３はパルスレーザ光源１から出力されたレーザ光発振タイミング信号を受信回路６に出力する処理を実施する。
ゲート遅延回路４はゲートトリガ生成回路３から出力されたゲートトリガ信号を信号処理回路８により決定された遅延時間だけ保持してから受光素子５に出力する処理を実施する。
なお、ゲートトリガ生成回路３及びゲート遅延回路４からゲートトリガ出力手段が構成れている。
【００１１】
受光素子５は例えばＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、あるいは、光電子増倍管などから構成されており、ゲート遅延回路４からゲートトリガ信号を受けると、ゲートを開放して、送受光学系２により受信された反射光を受光し、その反射光を電気信号（受信信号）に変換する処理を実施する。
受信回路６は受光素子５の受光タイミング（＝ゲート遅延回路４からのゲートトリガ信号の出力タイミング）と、送受光学系２によるパルスレーザ光の放射タイミング（＝ゲートトリガ生成回路３からのレーザ光発振タイミング信号の出力タイミング）との時間差Δｔを計測するとともに、受光素子５から出力された受信信号のアナログ電圧をピークホールドすることで、その反射光のピーク強度（ピークホールド電圧）を検出する処理を実施する。
なお、受光素子５及び受信回路６から信号受信処理手段が構成されている。
【００１２】
画像生成回路７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、受信回路６により計測された時間差Δｔを距離値Ｌに変換し、送受光学系２の走査角度を参照して、その距離値Ｌと受信回路６により検出されたピーク強度（ピークホールド電圧）から１フレーム分の距離画像及び強度画像を生成する処理を実施する。なお、画像生成回路７は画像生成手段を構成している。
【００１３】
信号処理回路８は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、画像生成回路７により生成された複数のフレーム間の距離画像（あるいは、強度画像）を比較して、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているか否かを判定し、浮遊物が存在していれば、距離画像及び強度画像上で浮遊物が存在している位置の画素値を補間する処理を実施する。
また、信号処理回路８は空間の流速ベクトル（流速情報）を参照して、次フレームにおける浮遊物の移動領域を予測し、その移動領域と送受光学系２の走査角度からゲートトリガ信号の遅延時間を決定する処理を実施する。なお、信号処理回路８は画素値補間手段及び遅延時間決定手段を構成している。
画像表示部９は例えば液晶ディスプレイなどから構成されており、信号処理回路８から出力された距離画像及び強度画像を表示する処理を実施する。
【００１４】
図２はこの発明の実施の形態１によるレーザーレーダー装置のゲート遅延回路４を示す構成図である。
図２において、遅延処理部１１は時間遅延量ｔの時間遅延を与える遅延回路（１）〜（Ｎ）を備えており、スイッチング回路１２が接続される遅延回路に応じた遅延時間をゲートトリガ信号に与える処理を実施する。例えば、スイッチング回路１２が遅延回路（ｎ）と接続された場合、ｎ個の遅延回路（１）〜（ｎ）が直列に接続されるため、ｔ×ｎの遅延時間がゲートトリガ信号に与えられる。
スイッチング回路１２はゲートトリガ生成回路３からゲートトリガ信号を受けると、信号処理回路８から出力されるゲート制御信号にしたがって遅延処理部１１の遅延回路に対する接続箇所の切換処理を実施する。
即ち、スイッチング回路１２はゲートトリガ生成回路３からゲートトリガ信号を受けると、ｎ個の遅延回路（１）〜（ｎ）のうち、信号処理回路８により決定された遅延時間に対応する遅延回路と接続する処理を実施する。
【００１５】
図３はこの発明の実施の形態１によるレーザーレーダー装置の受信回路６を示す構成図である。
時間差計測回路２１は受光素子５から出力された受信信号とゲートトリガ生成回路３から出力されたレーザ光発振タイミング信号との到来時間差を計測し、その到来時間差を受光素子５の受光タイミングとパルスレーザ光の放射タイミングとの時間差Δｔとして出力する回路である。
ピーク強度検出回路２２は受光素子５から出力された受信信号のアナログ電圧をピークホールドすることで、反射光のピーク強度（ピークホールド電圧）を検出し、そのピーク強度を示すピーク強度信号を出力する回路である。
データ処理回路２３は時間差計測回路２１から出力された時間差Δｔと、ピーク強度検出回路２２から出力されたピーク強度信号とをディジタル化して、その時間差Δｔ及びピーク強度信号のディジタル信号を画像生成回路７に出力する回路である。
この実施の形態１では、受信回路６が、時間差Δｔ及びピーク強度信号のディジタル信号を画像生成回路７に出力するようにしているが、時間差Δｔのディジタル信号だけを画像生成回路７に出力するようにしてもよい。
【００１６】
次に動作について説明する。
まず、パルスレーザ光源１は、パルスレーザ光を繰り返し発振するとともに、そのパルスレーザ光を発振する毎に、レーザ光発振タイミング信号をゲートトリガ生成回路３に出力する。
送受光学系２は、パルスレーザ光源１がパルスレーザ光を発振すると、ビームの拡がり角を規定の拡がり角に整形し、１フレームの画角に相当する範囲のビーム走査を行いながら（走査角度を切り替えながら）、そのパルスレーザ光を空間に放射する。
空間に放射されたパルスレーザ光の一部は目標や浮遊物に反射され、その反射光が送受光学系２に受信される。
【００１７】
ゲートトリガ生成回路３は、パルスレーザ光源１からレーザ光発振タイミング信号を受けると、そのレーザ光発振タイミング信号をトリガとして、受光素子５のゲート開閉を制御するゲートトリガ信号を生成し、そのゲートトリガ信号をゲート遅延回路４に出力する。
また、ゲートトリガ生成回路３は、パルスレーザ光源１から出力されたレーザ光発振タイミング信号を受信回路６に出力する。
【００１８】
ゲート遅延回路４は、ゲートトリガ生成回路３からゲートトリガ信号を受けると、後述する信号処理回路８により決定された遅延時間だけ、そのゲートトリガ信号に遅延を与えてから、そのゲートトリガ信号を受光素子５に出力する。
即ち、ゲート遅延回路４のスイッチング回路１２は、ゲートトリガ生成回路３からゲートトリガ信号を受けると、ｎ個の遅延回路（１）〜（ｎ）のうち、信号処理回路８により決定された遅延時間に対応する遅延回路と接続する。
例えば、信号処理回路８により決定された遅延時間がｔであれば、遅延回路（１）と接続し、その遅延時間がｔ×ｎであれば、遅延回路（ｎ）と接続する。
ゲート遅延回路４の遅延処理部１１は、スイッチング回路１２が接続される遅延回路に応じた遅延時間をゲートトリガ信号に与えて、そのゲートトリガ信号を受光素子５に出力する。
例えば、スイッチング回路１２が遅延回路（ｎ）と接続された場合、ｎ個の遅延回路（１）〜（ｎ）が直列に接続されるため、ｔ×ｎの遅延時間をゲートトリガ信号に与えて、そのゲートトリガ信号を受光素子５に出力する。
なお、初期撮像時においては、ゲート遅延回路４の遅延量は最小に設定されている。
【００１９】
ここでは、説明の簡単化のため、ゲート遅延回路４が、信号処理回路８により決定された遅延時間だけ、ゲートトリガ信号に遅延を与えるものとして説明しているが、信号処理回路８から出力される情報が遅延時間そのものではなく、後述する図７（ｃ）に示すリスト（パルスレーザ光の放射回数と遅延回路数の対応関係を示すリスト）とビーム走査角度の情報を含むゲート制御信号である場合、そのビーム走査角度の情報に含まれるビーム走査開始信号を起点として、ゲートトリガ生成回路３から出力されるゲートトリガ信号のトリガ数をカウントする。
このカウント値は、図７（ｃ）に示すリストに含まれているパルスレーザ光の放射回数に対応しているため、そのパルスレーザ光の放射回数に対応する遅延回路数を特定し、その遅延回路数だけ遅延処理部１１の遅延回路が直列に接続されるように、スイッチング回路１２を制御する。
【００２０】
受光素子５は、通常、ゲートを閉じているが、ゲート遅延回路４からゲートトリガ信号を受けると、ゲートを開放して、送受光学系２により受信された反射光を受光し、その反射光を電気信号（受信信号）に変換する。
受信回路６は、受光素子５の受光タイミング（＝ゲート遅延回路４からのゲートトリガ信号の出力タイミング）と、送受光学系２によるパルスレーザ光の放射タイミング（＝ゲートトリガ生成回路３からのレーザ光発振タイミング信号の出力タイミング）との時間差Δｔを計測するとともに、受光素子５から出力された受信信号のアナログ電圧をピークホールドすることで、反射光のピーク強度（ピークホールド電圧）を検出する。
【００２１】
即ち、受信回路６の時間差計測回路２１は、受光素子５から出力された受信信号とゲートトリガ生成回路３から出力されたレーザ光発振タイミング信号との到来時間差を計測し、その到来時間差を受光素子５の受光タイミングとパルスレーザ光の放射タイミングとの時間差Δｔとしてデータ処理回路２３に出力する。
また、受信回路６のピーク強度検出回路２２は、受光素子５から出力された受信信号のアナログ電圧をピークホールドすることで、反射光のピーク強度（ピークホールド電圧）を検出し、そのピーク強度を示すピーク強度信号をデータ処理回路２３に出力する。
受信回路６のデータ処理回路２３は、時間差計測回路２１から出力された時間差Δｔと、ピーク強度検出回路２２から出力されたピーク強度信号とをディジタル化して、その時間差Δｔ及びピーク強度信号のディジタル信号を画像生成回路７に出力する。
【００２２】
画像生成回路７は、受信回路６から時間差Δｔ及びピーク強度信号のディジタル信号を受けると、下記の式（１）に示すように、その時間差Δｔを距離値Ｌに変換する。
Ｌ＝ｎ・ｃ／Δｔ                                              （１）
式（１）において、ｎは空間の屈折率、ｃは光速である。
また、画像生成回路７は、送受光学系２の走査角度を参照して、その距離値Ｌと受信回路６により検出されたピーク強度（ピークホールド電圧）を１フレーム分の各画素に対応する配列情報として格納することにより、１フレーム分の距離画像及び強度画像を生成する。
なお、１フレーム分の距離画像を構成している各画素の値は、当該画素に対応する位置の距離値Ｌであり、１フレーム分の強度画像を構成している各画素の値は、当該画素に対応する位置のピーク強度（ピークホールド電圧）である。
【００２３】
画像生成回路７は、１フレーム分の距離画像及び強度画像を生成すると、その距離画像及び強度画像を信号処理回路８に出力する。
また、画像生成回路７は、送受光学系２の走査角度と距離値Ｌから、距離画像を構成している各画素の３次元座標を算出し、各画素の３次元座標を信号処理回路８に出力する。
【００２４】
信号処理回路８は、画像生成回路７から１フレーム分の距離画像及び強度画像を受けると、複数フレーム分の距離画像及び強度画像を保存する。
信号処理回路８は、例えば、最新のフレームの距離画像（あるいは、強度画像）と、１フレーム前の距離画像（あるいは、強度画像）とを比較して、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているか否かを判定し、浮遊物が存在していれば、距離画像及び強度画像上で浮遊物が存在している位置の画素値を補間する。
また、信号処理回路８は、上位システムから与えられる測定環境の風速や流速情報を参照して、次フレームにおける浮遊物の移動領域を予測し、その移動領域と送受光学系２の走査角度からゲートトリガ信号の遅延時間を決定する。
【００２５】
ここで、図４は信号処理回路８の処理内容を示すフローチャートである。
以下、図４を参照しながら、信号処理回路８の処理内容を具体的に説明する。
信号処理回路８は、画像生成回路７から１フレーム分の距離画像及び強度画像を取得し（ステップＳＴ１）、複数フレーム分の距離画像及び強度画像を保存する。
次に、信号処理回路８は、例えば、最新のフレームの距離画像と、１フレーム前の距離画像又は参照画像との差分を求め、差分画像を生成する（ステップＳＴ２，ＳＴ３）。
参照画像を使用する場合には、動作開始時点からユーザにより設定されたフレーム数で逐次移動平均を取った結果を参照画像として使用する。なお、初期動作の際は、１フレーム前の距離画像や参照画像が存在しないため、浮遊物が存在しているか否かの判定処理を行わず、最新のフレームの距離画像及び強度画像を画像表示部９に出力する。
ここでは、最新のフレームの距離画像と、１フレーム前の距離画像との差分画像を生成しているが、最新のフレームの強度画像と、１フレーム前の強度画像との差分画像を生成するようにしてもよい。
【００２６】
信号処理回路８は、差分画像を生成すると、その差分画像を構成している各画素の画素値である差分値と、予め設定されている閾値とを比較し（ステップＳＴ４）、その差分値が閾値以上であれば、その差分値に係る画素の信号は浮遊物に反射された信号であると判断する。
一方、その差分値が閾値未満であれば、その差分値に係る画素の信号は浮遊物に反射された信号ではないと判断する。
【００２７】
信号処理回路８は、差分値が閾値以上の画素がなければ、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在していないため、画像生成回路７から出力された最新のフレームの距離画像及び強度画像をそのまま画像表示部９に出力する。
一方、差分値が閾値以上の画素がある場合、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているため、最新のフレームの距離画像及び強度画像において、差分値が閾値以上の画素（補間対象の画素）の画素値を補間する（ステップＳＴ５）。
画素値の補間方法としては、例えば、１フレーム前の距離画像（強度画像）又は参照画像において、補間対象の画素と同一の座標に位置している画素の画素値を補間対象の画素の画素値として使用する方法でもよいし、補間対象の画素の周辺に位置している複数の画素の平均値を求め、その平均値を補間対象の画素の画素値として使用する方法でもよい。
信号処理回路８は、画素値補間後の距離画像及び強度画像を画像表示部９に出力する。
【００２８】
画像表示部９は、信号処理回路８から距離画像及び強度画像を受けると、その距離画像及び強度画像を表示する（ステップＳＴ６）。
【００２９】
また、信号処理回路８は、差分値が閾値以上の画素がある場合、上位システムから流速情報である流速ベクトルＶ（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を取得する。
信号処理回路８は、流速ベクトルＶ（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を取得すると、その流速ベクトルＶ（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を用いて、パルスレーザ光の伝搬経路上に存在している浮遊物の次フレームにおける移動領域を予測する（ステップＳＴ７）。
【００３０】
ここで、図５は浮遊物の移動領域の予測を説明する概念図である。
以下、次フレームにおける浮遊物の移動領域の予測処理を具体的に説明する。
図５の例では、下記の式（２）を用いて、次フレームにおける浮遊物の移動領域の予測中心座標（Ｘｎ＋１，Ｙｎ＋１，Ｚｎ＋１）を算出している。
Ｘｎ＋１＝Ｘｎ＋Ｖｘ／ｆ
Ｙｎ＋１＝Ｙｎ＋Ｖｙ／ｆ                                  （２）
Ｚｎ＋１＝Ｚｎ＋Ｖｚ／ｆ
式（２）において、（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）は浮遊物が現在存在している座標であり、ｆはフレームレートである。
【００３１】
信号処理回路８は、次フレームにおける浮遊物の移動領域の予測中心座標（Ｘｎ＋１，Ｙｎ＋１，Ｚｎ＋１）を算出すると、その予測中心座標（Ｘｎ＋１，Ｙｎ＋１，Ｚｎ＋１）と予め設定された確率密度分布関数Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を用いて、次フレームにおける浮遊物の移動領域を予測する。
確率密度分布関数としては、例えば、下記の式（３）に示すように、流速に依存しているトップハット型の関数を用いることができる。この確率密度分布関数は正規分布などを設定するようにしてもよい。
2014109537.tif 000003
式（３）は、Ｘ座標成分の確率密度分布に注目して展開している式であり、その他の座標成分も同一の式で記述される。また、式（３）中のＶｘｎはｎフレーム目に計測された流速である。
この場合、確率密度分布関数の値が０でない領域は、全て移動予測領域となる。
【００３２】
信号処理回路８は、次フレームにおける浮遊物の移動領域を予測すると、その移動領域と送受光学系２の走査角度からゲートトリガ信号の遅延時間を決定する。
ここで、図６は浮遊物の移動領域がターゲット面（目標の面）と重複するか否かを判定する方法の概念図である。図６の座標系は、空間をシステム俯瞰方向から見た座標系である。
以下、ゲートトリガ信号の遅延時間の決定処理を具体的に説明する。
【００３３】
まず、信号処理回路８は、初期動作として、浮遊物の移動領域がターゲット面と重複するか否かを判定する。
判定基準となる情報として、画像生成回路７により算出された１フレーム前の距離画像又は参照画像を構成している各画素の３次元座標を使用する。
信号処理回路８は、各画素の３次元座標の中から、移動領域の予測中心座標（Ｘｎ＋１，Ｙｎ＋１，Ｚｎ＋１）と最も近い座標を抽出し、下記の式（４）に示す不等式によって、浮遊物の移動領域内にターゲット座標が存在するか否かを判定する。
Xn+1−|(2Vxn−Vxn-1)/f|≦X*≦Xn+1+|(2Vxn−Vxn-1)/f|
Yn+1−|(2Vyn−Vyn-1)/f|≦Y*≦Yn+1+|(2Vyn−Vyn-1)/f|        （４）
Zn+1−|(2Vzn−Vzn-1)/f|≦Z*≦Zn+1+|(2Vzn−Vzn-1)/f|
【００３４】
信号処理回路８は、式（４）による真偽判定の結果、真であれば、浮遊物の移動領域がターゲット面と重複すると判断し、偽であれば、浮遊物の移動領域がターゲット面と重複しないと判断する。
【００３５】
信号処理回路８は、浮遊物の移動領域がターゲット面と重複しないと判断すると、浮遊物の移動領域を示す直方体の面上座標点を直交座標系から球座標系に変換する。
このとき演算する座標点として、直交座標系の中の整数座標点だけを演算することで計算量を低減することができる。
信号処理回路８は、浮遊物の移動領域を示す直方体の面上座標点を直交座標系から球座標系に変換すると、図７に示すように、面上座標点を浮遊物の移動領域の座標リストとしてデータ化し（図７（ａ）のリストを生成する）、球座標系の面上座標点のリスト（図７（ａ）のリスト）と、予め用意されているパルスレーザ光の放射回数に対するビーム走査角度のリスト（図７（ｂ）のリスト）を照合して、各々のビーム走査角度に対応する球座標系の面上座標点の遅延時間Ｔａを選択する。ａ＝１，２，・・・，ｎである。
ただし、球座標系の面上座標点とビーム走査角度を照合する際、面上座標点のリストの中に、ビーム走査角度と完全に一致している角度を含んでいる球座標系の面上座標点が存在しない場合、そのビーム走査角度と最も近い角度を含んでいる球座標系の面上座標点を選択し、その面上座標点に対応する遅延時間Ｔａを選択する。
また、複数の面上座標点を選択した場合には、複数の面上座標点の遅延時間の中で、最も大きい遅延時間を選択する。
【００３６】
信号処理回路８は、各々のビーム走査角度に対応する球座標系の面上座標点の遅延時間Ｔａを選択すると、ゲート遅延回路４における各遅延回路が有する時間遅延量ｔに応じて、下記の式（５）を満たす最大遅延回路数Ｎａに変換してリスト化する（図７（ｃ）のリストを生成する）。
Ｔａ＞ｔ×Ｎａ                                              （５）
ａ＝１，２，・・・，ｎ
信号処理回路８は、照合により生成した図７（ｃ）のリスト（パルスレーザ光の放射回数と遅延回路数の対応関係を示すリスト）と走査角度情報をゲート制御信号として、ゲート遅延回路４に出力する。
ここでは、信号処理回路８が、図７（ｃ）のリストと走査角度情報をゲート制御信号として、ゲート遅延回路４に出力するものを示したが、選択した遅延時間Ｔａをゲート遅延回路４に出力するようにしてもよい。
【００３７】
なお、信号処理回路８は、浮遊物の移動領域がターゲット面と重複すると判断すると、遅延時間を決定する処理を行わず、代替として初期設定の遅延時間をゲート遅延回路４に出力する。
【００３８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、信号処理回路８が、画像生成回路７により生成された複数のフレーム間の距離画像又は強度画像を比較して、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているか否かを判定し、浮遊物が存在していれば、距離画像及び強度画像上で上記浮遊物が存在している位置の画素値を補間するように構成したので、パルスレーザ光の送信経路上に浮遊物が存在する場合でも、目標の視認性が高い距離画像及び強度画像を生成することができる効果を奏する。
【００３９】
また、この実施の形態１によれば、空間の流速ベクトルを参照して、パルスレーザ光の伝搬経路上に存在している浮遊物の次フレームにおける移動領域を予測し、その移動領域と送受光学系の走査角度からゲートトリガ信号の遅延時間を決定するように構成したので、次フレームにおいて、浮遊物に反射された信号を受信する可能性を低減することができる効果を奏する。
なお、浮遊物の移動領域がターゲット面と重複するか否かを判定するようにしているので、ターゲット面が複雑な構造をしている場合でも、パルスレーザ光のビーム方向に合わせて、浮遊物を除去するのに最適なゲート開放時間を設定することが可能になる。
【００４０】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２によるレーザーレーダー装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
送受光学系３１は図１の送受光学系２と同様に、走査角度を切り替えながら、パルスレーザ光源１により発振されたパルスレーザ光を空間に放射する一方、目標や浮遊物に反射されて戻ってきたパルスレーザ光の反射光を受信する処理を実施するものであるが、図１の送受光学系２と異なり、外部からビームの拡がり角を指示する制御信号を入力し、その制御信号にしたがって空間に放射するパルスレーザ光の拡がり角を調整する機能を備えている。
【００４１】
信号処理回路３２は図１の信号処理回路８と同様に、画像生成回路７により生成された複数のフレーム間の距離画像（あるいは、強度画像）を比較して、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているか否かを判定し、浮遊物が存在していれば、距離画像及び強度画像上で浮遊物が存在している位置の画素値を補間する処理を実施する。
信号処理回路３２は図１の信号処理回路８と異なり、パルスレーザ光の伝搬経路上に存在している浮遊物の大きさを予測して、その浮遊物の大きさからビームの拡がり角を算出し、その拡がり角をユーザに提示する処理を実施する。
なお、信号処理回路３２は画素値補間手段及び拡がり角算出手段を構成している。
【００４２】
次に動作について説明する。
パルスレーザ光源１は、上記実施の形態１と同様に、パルスレーザ光を繰り返し発振するとともに、そのパルスレーザ光を発振する毎に、レーザ光発振タイミング信号をゲートトリガ生成回路３に出力する。
送受光学系３１は、パルスレーザ光源１がパルスレーザ光を発振すると、ビームの拡がり角を設定可能な最大のビーム拡がり角θｍａｘに整形し、１フレームの画角に相当する範囲のビーム走査を行いながら（走査角度を切り替えながら）、そのパルスレーザ光を空間に放射する。
空間に放射されたパルスレーザ光の一部は目標や浮遊物に反射され、その反射光が送受光学系３１に受信される。
【００４３】
ゲートトリガ生成回路３は、パルスレーザ光源１からレーザ光発振タイミング信号を受けると、上記実施の形態１と同様に、そのレーザ光発振タイミング信号をトリガとして、受光素子５のゲート開閉を制御するゲートトリガ信号を生成し、そのゲートトリガ信号を受光素子５に出力する。
また、ゲートトリガ生成回路３は、上記実施の形態１と同様に、パルスレーザ光源１から出力されたレーザ光発振タイミング信号を受信回路６に出力する。
【００４４】
受光素子５は、通常、ゲートを閉じているが、ゲートトリガ生成回路３からゲートトリガ信号を受けると、ゲートを開放して、送受光学系３１により受信された反射光を受光し、その反射光を電気信号（受信信号）に変換する。
受信回路６は、上記実施の形態１と同様に、受光素子５の受光タイミング（＝ゲートトリガ生成回路３からのゲートトリガ信号の出力タイミング）と、送受光学系３１によるパルスレーザ光の放射タイミング（＝ゲートトリガ生成回路３からのレーザ光発振タイミング信号の出力タイミング）との時間差Δｔを計測するとともに、受光素子５から出力された受信信号のアナログ電圧をピークホールドすることで、反射光のピーク強度（ピークホールド電圧）を検出する。
【００４５】
画像生成回路７は、受信回路６から時間差Δｔ及びピーク強度信号のディジタル信号を受けると、上記実施の形態１と同様に、式（１）を用いて、その時間差Δｔを距離値Ｌに変換する。
また、画像生成回路７は、送受光学系３１の走査角度を参照して、その距離値Ｌと受信回路６により検出されたピーク強度（ピークホールド電圧）を１フレーム分の各画素に対応する配列情報として格納することにより、１フレーム分の距離画像及び強度画像を生成する。
画像生成回路７は、１フレーム分の距離画像及び強度画像を生成すると、その距離画像及び強度画像を信号処理回路３２に出力する。
また、画像生成回路７は、上記実施の形態１と同様に、送受光学系３１の走査角度と距離値Ｌから、距離画像を構成している各画素の３次元座標を算出し、各画素の３次元座標を信号処理回路３２に出力する。
【００４６】
信号処理回路３２は、画像生成回路７から１フレーム分の距離画像及び強度画像を受けると、図１の信号処理回路８と同様に、複数フレーム分の距離画像及び強度画像を保存する。
信号処理回路３２は、図１の信号処理回路８と同様に、例えば、最新のフレームの距離画像（あるいは、強度画像）と、１フレーム前の距離画像（あるいは、強度画像）とを比較して、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているか否かを判定し、浮遊物が存在していれば、距離画像及び強度画像上で浮遊物が存在している位置の画素値を補間する。
また、信号処理回路３２は、パルスレーザ光の伝搬経路上に存在している浮遊物の大きさを予測して、その浮遊物の大きさからビームの拡がり角を算出し、その拡がり角をユーザに提示する。
【００４７】
ここで、図９は信号処理回路３２の処理内容を示すフローチャートである。
以下、図９を参照しながら、信号処理回路３２の処理内容を具体的に説明する。
信号処理回路３２は、画像生成回路７から１フレーム分の距離画像及び強度画像を取得し（ステップＳＴ１）、複数フレーム分の距離画像及び強度画像を保存する。
次に、信号処理回路３２は、例えば、最新のフレームの距離画像と、１フレーム前の距離画像又は参照画像との差分を求め、差分画像を生成する（ステップＳＴ２，ＳＴ３）。
参照画像を使用する場合には、動作開始時点からユーザにより設定されたフレーム数で逐次移動平均を取った結果を参照画像として使用する。なお、初期動作の際は、１フレーム前の距離画像や参照画像が存在しないため、浮遊物が存在しているか否かの判定処理を行わず、最新のフレームの距離画像及び強度画像を画像表示部９に出力する。
【００４８】
信号処理回路３２は、差分画像を生成すると、その差分画像を構成している各画素の画素値である差分値と、予め設定されている閾値とを比較し（ステップＳＴ４）、その差分値が閾値以上であれば、その差分値に係る画素の信号は浮遊物に反射された信号であると判断する。
一方、その差分値が閾値未満であれば、その差分値に係る画素の信号は浮遊物に反射された信号でないと判断する。
【００４９】
信号処理回路３２は、差分値が閾値以上の画素がなければ、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在していないため、画像生成回路７から出力された最新のフレームの距離画像及び強度画像をそのまま画像表示部９に出力する。
一方、差分値が閾値以上の画素がある場合、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているため、最新のフレームの距離画像及び強度画像において、差分値が閾値以上の画素（補間対象の画素）の画素値を補間する（ステップＳＴ５）。
画素値の補間方法としては、上記実施の形態１で示した方法を用いることができる。
画像表示部９は、信号処理回路３２から距離画像及び強度画像を受けると、その距離画像及び強度画像を表示する（ステップＳＴ６）。
【００５０】
また、信号処理回路３２は、差分値が閾値以上の画素がある場合、パルスレーザ光の伝搬経路上に存在している浮遊物の大きさを予測する（ステップＳＴ１１）。
ここで、図１０は浮遊物の大きさを予測する方法を説明する概念図である。
以下、信号処理回路３２による浮遊物の大きさの予測処理を具体的に説明する。
まず、信号処理回路３２は、差分値が閾値以上の画素の配列番号を抽出し、行番号あるいは列番号が連続する配列要素と、連続しない配列要素とに分ける。
ここで、浮遊物の水平方向あるいは垂直方向に相当する画素数をＮｈ，Ｎｖとすると、連続する配列要素については、連続した行の数がＮｈ、列の数がＮｖとなり、連続していない場合には、画素数が１であるとする。
【００５１】
次に、信号処理回路３２は、浮遊物から反射される信号の測距値Ｒ、ビーム走査全角θ、水平方向全画素数Ｎｈ＿ａｌｌ及び垂直方向全画素数Ｎｖ＿ａｌｌから、浮遊物の水平方向長Ｌｈ及び垂直方向長Ｌｖを下記の式（６）のように推定する。
Ｌｈ＝Ｎｈ／Ｎｈ＿ａｌｌ×Ｒθ
Ｌｖ＝Ｎｖ／Ｎｖ＿ａｌｌ×Ｒθ                          （６）
【００５２】
信号処理回路３２は、浮遊物の形状が球形状であると仮定し、水平方向長Ｌｈと垂直方向長Ｌｖを比較して、大きい方の数値が浮遊物の大きさであると仮定する。
信号処理回路３２は、最新のフレームの距離画像に存在している全ての浮遊物について同様の計算を実施し、その計算で得られた浮遊物の大きさの平均値を算出する。
そして、ユーザにより設定されたフレーム数分だけ上記の計算を繰り返して、そのフレーム数分の平均値を更に算出し、そのフレーム数分の平均値をパルスレーザ光の伝搬経路上に存在している浮遊物の大きさと予測する。
【００５３】
信号処理回路３２は、パルスレーザ光の伝搬経路上に存在している浮遊物の大きさを予測すると、下記の式（７）に示すように、所望の測距性能が得られるＳＮ比の範囲で、最大の空間分解能を得ることが可能なビーム拡がり角θを算出する（ステップＳＴ１２）。
ＳＮＲmin＝ＳＮＲ0・（θ／θmax）2・（１−（Ｄf／Ｒminθ）2）    （７）
式（７）において、ＳＮＲminは所望の最大測距離及び測距精度を得るのに必要なＳＮ比、ＳＮＲ0は最大測距離で設定可能な最大ビーム拡がり角θmaxで得られるＳＮ比、Ｄfは浮遊物の直径、Ｒminは最小測距値、θはビーム拡がり角である。
信号処理回路３２は、最大の空間分解能を得ることが可能なビーム拡がり角θが、設定可能な最大ビーム拡がり角θmaxより小さい場合、空間分解能を高める計測が可能である旨を示す認知信号と、そのビーム拡がり角θとを外部出力する。
【００５４】
ユーザは、空間分解能を高める計測が可能である旨を示す認知信号と、ビーム拡がり角θとを確認すると、設定可能な範囲の中で、所望のビーム拡がり角を指示する制御信号を送受光学系３１に与える。
これにより、送受光学系３１は、外部から与えられた制御信号にしたがって空間に放射するパルスレーザ光の拡がり角を調整して、ビーム走査を継続する。
【００５５】
この実施の形態２によれば、浮遊物に反射された信号を受信した場合でも、画像の視認性を高めることができるとともに、ユーザ側で測定状況に応じた所望の空間分解能を選択することが可能になる。
また、測定環境の浮遊物の種類が変化して、浮遊物の大きさが変化した場合でも、これらの変化に追従して所望の測距性能で計測可能なビーム拡がり角を算出することが可能になる。
【００５６】
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３によるレーザーレーダー装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
信号処理回路４０は図１の信号処理回路８と同様に、画像生成回路７により生成された複数のフレーム間の距離画像（あるいは、強度画像）を比較して、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているか否かを判定し、浮遊物が存在していれば、距離画像及び強度画像上で浮遊物が存在している位置の画素値を補間する処理を実施する。
また、信号処理回路４０はパルスレーザ光の伝搬経路上に存在している浮遊物の重心位置の移動量を算出して、その移動量とフレームレートから次フレームにおける浮遊物の移動領域を予測し、その移動領域と送受光学系２の走査角度からゲートトリガの遅延時間を決定する処理を実施する。
なお、信号処理回路４０は画素値補間手段及び遅延時間決定手段を構成している。
【００５７】
次に動作について説明する。
ただし、上記実施の形態１と比べて、信号処理回路８の代わりに、信号処理回路４０が設けられている点以外は同一であるため、ここでは、信号処理回路４０の処理内容だけを説明する。
図１２は信号処理回路４０の処理内容を示すフローチャートである。また、図１３は浮遊物の移動予測を説明する概念図である。
【００５８】
信号処理回路４０は、画像生成回路７から１フレーム分の距離画像及び強度画像を取得し（ステップＳＴ１）、複数フレーム分の距離画像及び強度画像を保存する。
次に、信号処理回路４０は、例えば、最新のフレームの距離画像と、１フレーム前の距離画像又は参照画像との差分を求め、差分画像を生成する（ステップＳＴ２，ＳＴ３）。
信号処理回路４０は、差分画像を生成すると、その差分画像を構成している各画素の画素値である差分値と、予め設定されている閾値とを比較し（ステップＳＴ４）、その差分値が閾値以上であれば、その差分値に係る画素の信号は浮遊物に反射された信号であると判断する。
一方、その差分値が閾値未満であれば、その差分値に係る画素の信号は浮遊物に反射された信号でないと判断する。
【００５９】
信号処理回路４０は、差分値が閾値以上の画素がなければ、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在していないため、画像生成回路７から出力された最新のフレームの距離画像及び強度画像をそのまま画像表示部９に出力する。また、前のフレームで浮遊物が存在している場合には、その浮遊物の重心点座標をリセットする（ステップＳＴ２１）。
一方、差分値が閾値以上の画素がある場合、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているため、最新のフレームの距離画像及び強度画像において、差分値が閾値以上の画素（補間対象の画素）の画素値を補間する（ステップＳＴ５）。
画素値の補間方法としては、上記実施の形態１で示した方法を用いることができる。
画像表示部９は、信号処理回路３２から距離画像及び強度画像を受けると、その距離画像及び強度画像を表示する（ステップＳＴ６）。
【００６０】
信号処理回路４０は、差分値が閾値以上の画素がある場合、最新のフレームの距離画像に存在している全ての浮遊物を構成している画素についての重心点座標を算出し、その重心点座標を保存する（ステップＳＴ２２）。
信号処理回路４０は、浮遊物を構成している画素についての重心点座標を算出すると、その重心点座標と１フレーム前の処理で保存している重心点座標から、各座標成分の移動量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）を算出する。
信号処理回路４０は、各座標成分の移動量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）を算出すると、下記の式（８）に示すように、各座標成分の移動量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）とフレームレートｆから各座標成分の速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を算出する。
Ｖｘ＝ΔＸ／ｆ
Ｖｙ＝ΔＹ／ｆ                                            （８）
Ｖｚ＝ΔＺ／ｆ
【００６１】
信号処理回路４０は、各座標成分の速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を算出すると、各座標成分の速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）が流速ベクトルＶ（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）に相当するものとし、図１の信号処理回路８と同様の方法で、パルスレーザ光の伝搬経路上に存在している浮遊物の次フレームにおける移動領域を予測する（ステップＳＴ２３）。
信号処理回路４０は、次フレームにおける浮遊物の移動領域を予測すると、図１の信号処理回路８と同様に、その移動領域と送受光学系２の走査角度からゲートトリガの遅延時間を決定する（ステップＳＴ２４）。
【００６２】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、信号処理回路４０が、パルスレーザ光の伝搬経路上に存在している浮遊物の重心位置の移動量を算出して、その移動量とフレームレートから次フレームにおける浮遊物の移動領域を予測し、その移動領域と送受光学系２の走査角度からゲートトリガの遅延時間を決定するように構成したので、システム側から測定環境の風や潮流などの周辺流体の流速が得られない状況下でも、浮遊物の移動予測を行うことが可能になる。また、周辺流体の流れに依存しない挙動を示す浮遊物（昆虫や小動物等）についても移動予測を行うことが可能になる。
【００６３】
実施の形態４．
図１４はこの発明の実施の形態４によるレーザーレーダー装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
信号処理回路５０は図１，１１の信号処理回路８，４０と同様に、画像生成回路７により生成された複数のフレーム間の距離画像（あるいは、強度画像）を比較して、パルスレーザ光の伝搬経路上に浮遊物が存在しているか否かを判定し、浮遊物が存在していれば、その距離画像及び強度画像上で浮遊物が存在している位置の画素値を補間する処理を実施する。
また、信号処理回路５０は図１，１１の信号処理回路８，４０と同様に、次フレームにおける浮遊物の移動領域を予測し、その移動領域と送受光学系２の走査角度からゲートトリガ信号の遅延時間を決定する処理を実施する。
【００６４】
さらに、信号処理回路５０は次フレームにおける浮遊物の移動領域が、次フレームにおける送受光学系２の走査範囲に含まれる場合、その浮遊物の移動領域が送受光学系２の走査範囲に含まれない観測位置への案内情報（システムナビゲート情報）を出力する処理を実施する。
また、信号処理回路５０は次フレームにおける浮遊物の移動領域の履歴を保存し、その浮遊物が到来してきた方向を示す情報（システムナビゲート情報）を出力する処理を実施する。
なお、信号処理回路５０は画素値補間手段、遅延時間決定手段、ナビゲート手段及び情報提供手段を構成している。
【００６５】
この実施の形態４では、信号処理回路５０がシステムナビゲート情報を出力する点で、上記実施の形態１〜３と相違している。
即ち、信号処理回路５０は、次フレームにおける浮遊物の移動領域を予測すると、次フレームにおける浮遊物の移動領域が、次フレームにおける送受光学系２の走査範囲に含まれるか否かを判定する。
信号処理回路５０は、次フレームにおける浮遊物の移動領域が送受光学系２の走査範囲に含まれる場合、浮遊物の影響によって画像の視認性が劣化する可能性があるため、その浮遊物の移動領域が送受光学系２の走査範囲に含まれない観測位置への案内情報として、次フレームにおける浮遊物の移動領域が送受光学系２の走査範囲に含まれない方向を示すシステムナビゲート情報を外部に出力する。
これにより、ユーザは、観測位置を移動するか否かの判断が可能になり、移動すると判断すれば、移動先の指示をシステムに出力することが可能になる。浮遊物の影響が少ない場所に移動すれば、画像の視認性が向上する。
【００６６】
また、信号処理回路５０は、次フレームにおける浮遊物の移動領域を予測すると、その浮遊物の移動領域の履歴を保存する。
信号処理回路５０は、保存している履歴の中から、複数のフレームにおける浮遊物の移動領域を抽出すれば、その浮遊物が到来してきた方向を特定することができ、その方向を示す情報をシステムナビゲート情報として外部に出力する。
これにより、例えば、海中の気泡の発生源の探索のように、浮遊物の到来元を探索する用途に応用することも可能になる。
【００６７】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１  パルスレーザ光源、２  送受光学系、３  ゲートトリガ生成回路（ゲートトリガ出力手段）、４  ゲート遅延回路（ゲートトリガ出力手段）、５  受光素子（信号受信処理手段）、６  受信回路（信号受信処理手段）、７  画像生成回路（画像生成手段）、８  信号処理回路（画素値補間手段、遅延時間決定手段）、９  画像表示部、１１  遅延処理部、１２  スイッチング回路、２１  時間差計測回路、２２  ピーク強度検出回路、２３  データ処理回路、３１  送受光学系、３２  信号処理回路（画素値補間手段、拡がり角算出手段）、４０  信号処理回路（画素値補間手段、遅延時間決定手段）、５０  信号処理回路（画素値補間手段、遅延時間決定手段、ナビゲート手段、情報提供手段）。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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