(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響センサを備えた水中音響装置により取得される水平方位，垂直方位，距離の３次元データに基いて海底面を検出する海底面領域検出方法であって、
前記音響センサから前記海底面までの鉛直離間距離を推定するための想定高度パラメータに初期値を設定する初期設定工程と、
前記音響センサの送波ピッチ角および送受指向性と前記想定高度パラメータの現在値とに基いて、前記３次元データから前記想定高度パラメータの現在値に対応する２次元断面上のデータを抽出する２次元断面領域抽出工程と、
前記２次元断面領域抽出工程で抽出されたデータを母集合としてターゲット検出信号の総和を求め前記母集合のデータ数で除して平均値を算出する平均値算出工程と、
前記想定高度パラメータと前記平均値とを対応させて記憶するデータファイル生成工程と、
前記２次元断面領域抽出工程において抽出された２次元断面が前記３次元データの領域を外れているか否かを判定し、該２次元断面が前記３次元データの領域を外れるまでの間、前記想定高度パラメータの値を所定量ずつインクリメントして前記２次元断面領域抽出工程から前記データファイル生成工程に至る処理操作の工程の繰り返しを許容する反復可否判定工程と、
前記反復可否判定工程において前記２次元断面が前記３次元データの領域を外れたと判定された段階で、前記データファイル生成工程で記憶された全ての平均値を評価して他の平均値から突出した値を有する平均値を抽出し、前記突出した値を有する平均値に対応して記憶された想定高度パラメータの値を海底面からの音響センサの高度として判定し、海底面を形成する２次元平面を検出する海底面判定工程とを備えたことを特徴とする海底面領域検出方法。
【請求項２】
音響センサを備えた水中音響装置により取得される水平方位，垂直方位，距離の３次元データに基いて海面を検出する海面領域検出方法であって、
前記音響センサから前記海面までの鉛直離間距離を推定するための想定深度パラメータに初期値を設定する初期設定工程と、
前記音響センサの送波ピッチ角および送受指向性と前記想定深度パラメータの現在値とに基いて、前記３次元データから前記想定深度パラメータの現在値に対応する２次元断面上のデータを抽出する２次元断面領域抽出工程と、
前記２次元断面領域抽出工程で抽出されたデータを母集合としてターゲット検出信号の総和を求め前記母集合のデータ数で除して平均値を算出する平均値算出工程と、
前記想定深度パラメータと前記平均値とを対応させて記憶するデータファイル生成工程と、
前記２次元断面領域抽出工程において抽出された２次元断面が前記３次元データの領域を外れているか否かを判定し、該２次元断面が前記３次元データの領域を外れるまでの間、前記想定深度パラメータの値を所定量ずつインクリメントして前記２次元断面領域抽出工程から前記データファイル生成工程に至る処理操作の工程の繰り返しを許容する反復可否判定工程と、
前記反復可否判定工程において前記２次元断面が前記３次元データの領域を外れたと判定された段階で、前記データファイル生成工程で記憶された全ての平均値を評価して他の平均値から突出した値を有する平均値を抽出し、前記突出した値を有する平均値に対応して記憶された想定深度パラメータの値を海面からの音響センサの深度として判定し、海面を形成する２次元平面を検出する海面判定工程とを備えたことを特徴とする海面領域検出方法。
【請求項３】
音響センサを備えた水中音響装置により取得される水平方位，垂直方位，距離の３次元データに基いて海底面を検出する海底面領域検出装置であって、
前記音響センサから前記海底面までの鉛直離間距離を推定するための想定高度パラメータに初期値を設定する初期設定手段と、
前記音響センサの送波ピッチ角および送受指向性と前記想定高度パラメータの現在値とに基いて、前記３次元データから前記想定高度パラメータの現在値に対応する２次元断面上のデータを抽出する２次元断面領域抽出手段と、
前記２次元断面領域抽出手段で抽出されたデータを母集合としてターゲット検出信号の総和を求め前記母集合のデータ数で除して平均値を算出する平均値算出手段と、
前記想定高度パラメータと前記平均値とを対応させてデータファイルに記憶させるデータファイル生成手段と、
前記２次元断面領域抽出手段によって抽出された２次元断面が前記３次元データの領域を外れているか否かを判定し、該２次元断面が前記３次元データの領域を外れるまでの間、前記想定高度パラメータの値を所定量ずつインクリメントして前記２次元断面領域抽出手段および前記平均値算出手段と前記データファイル生成手段を繰り返し作動させる反復処理実行手段と、
前記反復処理実行手段によって前記２次元断面が前記３次元データの領域を外れたと判定された段階で作動し、前記データファイルに記憶された全ての平均値を評価して他の平均値から突出した値を有する平均値を抽出し、前記突出した値を有する平均値に対応して記憶された想定高度パラメータの値を海底面からの音響センサの高度として判定し、海底面を形成する２次元平面を検出する海底面判定手段とを備えたことを特徴とする海底面領域検出装置。
【請求項４】
音響センサを備えた水中音響装置により取得される水平方位，垂直方位，距離の３次元データに基いて海面を検出する海面領域検出装置であって、
前記音響センサから前記海面までの鉛直離間距離を推定するための想定深度パラメータに初期値を設定する初期設定手段と、
前記音響センサの送波ピッチ角および送受指向性と前記想定深度パラメータの現在値とに基いて、前記３次元データから前記想定深度パラメータの現在値に対応する２次元断面上のデータを抽出する２次元断面領域抽出手段と、
前記２次元断面領域抽出手段で抽出されたデータを母集合としてターゲット検出信号の総和を求め前記母集合のデータ数で除して平均値を算出する平均値算出手段と、
前記想定深度パラメータと前記平均値とを対応させてデータファイルに記憶させるデータファイル生成手段と、
前記２次元断面領域抽出手段によって抽出された２次元断面が前記３次元データの領域を外れているか否かを判定し、該２次元断面が前記３次元データの領域を外れるまでの間、前記想定深度パラメータの値を所定量ずつインクリメントして前記２次元断面領域抽出手段および前記平均値算出手段と前記データファイル生成手段を繰り返し作動させる反復処理実行手段と、
前記反復処理実行手段によって前記２次元断面が前記３次元データの領域を外れたと判定された段階で作動し、前記データファイルに記憶された全ての平均値を評価して他の平均値から突出した値を有する平均値を抽出し、前記突出した値を有する平均値に対応して記憶された想定深度パラメータの値を海面からの音響センサの深度として判定し、海面を形成する２次元平面を検出する海面判定手段とを備えたことを特徴とする海面領域検出装置。
【請求項５】
音響センサを備えた水中音響装置に接続されたコンピュータに、
前記音響センサから前記海底面までの鉛直離間距離を推定するための想定高度パラメータに初期値を設定する初期設定処理と、
前記音響センサの送波ピッチ角および送受指向性と前記想定高度パラメータの現在値とに基き、前記水中音響装置で取得された水平方位，垂直方位，距離の３次元データから前記想定高度パラメータの現在値に対応する２次元断面上のデータを抽出する２次元断面領域抽出処理と、
前記２次元断面領域抽出処理で抽出されたデータを母集合としてターゲット検出信号の総和を求め前記母集合のデータ数で除して平均値を算出する平均値算出処理と、
前記想定高度パラメータと前記平均値とを対応させてデータファイルに記憶させるデータファイル生成処理と、
前記２次元断面領域抽出処理によって抽出された２次元断面が前記３次元データの領域を外れているか否かを判定し、該２次元断面が前記３次元データの領域を外れるまでの間、前記想定高度パラメータの値を所定量ずつインクリメントして前記２次元断面領域抽出処理および前記平均値算出処理と前記データファイル生成処理を繰り返し実行させる反復処理と、
前記反復処理によって前記２次元断面が前記３次元データの領域を外れたと判定された段階で、前記データファイルに記憶された全ての平均値を評価して他の平均値から突出した値を有する平均値を抽出し、前記突出した値を有する平均値に対応して記憶された想定高度パラメータの値を海底面からの音響センサの高度として判定し、海底面を形成する２次元平面を検出する海底面判定処理とを実行させることを特徴とした海底面領域検出プログラム。
【請求項６】
音響センサを備えた水中音響装置に接続されたコンピュータに、
前記音響センサから前記海面までの鉛直離間距離を推定するための想定深度パラメータに初期値を設定する初期設定処理と、
前記音響センサの送波ピッチ角および送受指向性と前記想定深度パラメータの現在値とに基き、前記水中音響装置で取得された水平方位，垂直方位，距離の３次元データから前記想定深度パラメータの現在値に対応する２次元断面上のデータを抽出する２次元断面領域抽出処理と、
前記２次元断面領域抽出処理で抽出されたデータを母集合としてターゲット検出信号の総和を求め前記母集合のデータ数で除して平均値を算出する平均値算出処理と、
前記想定深度パラメータと前記平均値とを対応させてデータファイルに記憶させるデータファイル生成処理と、
前記２次元断面領域抽出処理によって抽出された２次元断面が前記３次元データの領域を外れているか否かを判定し、該２次元断面が前記３次元データの領域を外れるまでの間、前記想定深度パラメータの値を所定量ずつインクリメントして前記２次元断面領域抽出処理および前記平均値算出処理と前記データファイル生成処理を繰り返し実行させる反復処理と、
前記反復処理によって前記２次元断面が前記３次元データの領域を外れたと判定された段階で、前記データファイルに記憶された全ての平均値を評価して他の平均値から突出した値を有する平均値を抽出し、前記突出した値を有する平均値に対応して記憶された想定深度パラメータの値を海面からの音響センサの深度として判定し、海面を形成する２次元平面を検出する海面判定処理とを実行させることを特徴とした海面領域検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中音響装置により取得された水平方位，垂直方位，距離の３次元データに基いて海底領域や海面領域を検出するための海底・海面領域検出方法およびその装置とプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水中の音響を利用した水中音響装置としては、特開平１０−６２５４５号公報や特開平０９−２８８１８１号公報に記載されているとおり、水中に音波を放射し、その受信信号をモニタして閾値を超えた反射波を検出し、その往復伝搬時間から海底までの距離を検出するものがあった。
【０００３】
また、音響センサを備えた水中音響装置から水平方位，垂直方位，距離の３次元データを取得する装置としては、例えば、特開平１０−１３２９３１号公報に開示されるような３次元水中音響画像処理装置が公知であるが、このものは、専ら、ターゲットの形状を立体的に視覚化して表示するものに過ぎず、海面や海底を面領域として検出する機能は備えていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１０−０６２５４５号公報や特開平０９−２８８１８１号公報に示される海底検出方法では、音響センサの送信方向を海底に向けて送信し、海底からの反射波を時間的に分離して検出することで海底までの距離を検出することは可能であるが、海底に対して水平もしくは若干の垂直ピッチで音波を送信する水中音響装置の分野においては、海底からの反射波は一つのエコー信号として時間的に分離されて検出されることはなく、その３次元画素内に２次元平面領域として検出されることとなる。従って、従来の海底検出方法では、３次元画像内に広がる２次元の海底領域を検出することは不可能であった。
【０００５】
また、３次元水中音響装置において、海面領域は音響センサに水圧感知深度計を付与することで容易に深度が計測可能であるため、センサのピッチ角およびロール角からその２次元領域を推定可能であるが、海底面領域に対しては、音響センサの高度を検出する手段がないため、その領域を容易に推定することは不可能である。たとえ、高度検出用に従来の高度測定装置を同時に有したとしても、水中音響装置とは全く別のセンサを必要とすることを意味しており、効率的でないという問題があった。
【０００６】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、３次元音響画像内に存在する海底面を、高度測定装置を用いることなく容易に２次元平面領域として検出することにある。
【０００７】
また、水圧感知深度計を備えない３次元音響装置において、海面を容易に２次元平面領域として検出することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の海底面領域検出方法は、音響センサを備えた水中音響装置により取得される水平方位，垂直方位，距離の３次元データに基いて海底面を検出する海底面領域検出方法であり、前記目的を達成するため、特に、
音響センサから海底面までの鉛直離間距離を推定するための想定高度パラメータに初期値を設定する初期設定工程と、
音響センサの送波ピッチ角および送受指向性と想定高度パラメータの現在値とに基いて、前記３次元データから想定高度パラメータの現在値に対応する２次元断面上のデータを抽出する２次元断面領域抽出工程と、
前記２次元断面領域抽出工程で抽出されたデータを母集合としてターゲット検出信号の総和を求め前記母集合のデータ数で除して平均値を算出する平均値算出工程と、
前記想定高度パラメータと平均値とを対応させて記憶するデータファイル生成工程と、
前記２次元断面領域抽出工程において抽出された２次元断面が前記３次元データの領域を外れているか否かを判定し、該２次元断面が３次元データの領域を外れるまでの間、前記想定高度パラメータの値を所定量ずつインクリメントして前記２次元断面領域抽出工程から前記データファイル生成工程に至る処理操作の工程の繰り返しを許容する反復可否判定工程と、
該反復可否判定工程において前記２次元断面が前記３次元データの領域を外れたと判定された段階で、前記データファイル生成工程で記憶された全ての平均値を評価して他の平均値から突出した値を有する平均値を抽出し、該突出した値を有する平均値に対応して記憶された想定高度パラメータの値を海底面からの音響センサの高度として判定し、海底面を形成する２次元平面を検出する海底面判定工程とを備えたことを特徴とする構成を有する。
【０００９】
以上の構成において、音響センサの走査対象となる３次元領域は、音響センサの送受指向性に基いて音響センサ自体のセンサ座標系を基準として求めることが可能であり、更に、音響センサの送波ピッチ角を考慮することにより、この３次元領域を、音響センサの位置を原点とする水平・鉛直方向の絶対的な３次元領域に置き換えることができる。
そこで、まず、初期設定工程において、音響センサから海底面までの鉛直離間距離を推定するための想定高度パラメータに初期値を設定し、更に、２次元断面領域抽出工程で、前記作用原理に従って音響センサの送波ピッチ角および送受指向性に基いて、音響センサの走査対象となる３次元領域のデータを音響センサの位置を原点とする水平・鉛直方向の絶対的な３次元領域のデータに置き換え、この絶対的な３次元領域のデータから、想定高度パラメータの現在値に対応する２次元断面上のデータを抽出する。この２次元断面上のデータは、具体的には、音響センサの位置を原点とする水平・鉛直方向の絶対的な３次元領域において、前記音響センサから鉛直下方への離間距離が想定高度パラメータの現在値に一致するデータ群である。
次いで、平均値算出工程では、前記２次元断面領域抽出工程で抽出されたデータを母集合としてターゲット検出信号の総和を求め母集合のデータ数で除して平均値を算出する。単純に、ターゲット検出信号Ｈｉでターゲット検出、また、ターゲット検出信号Ｌｏでターゲット非検出を出力する水中音響装置の場合であれば、平均値＝〔ターゲット検出信号Ｈｉを有するデータの数〕／〔母集合のデータ数〕である。音響センサの走査対象となる３次元領域は水平・鉛直方向の絶対的な３次元領域内に水平方向の断面毎に断面積の異なる立体として存在するが、この平均値算出工程ではデータの平均値を算出するようにしているので、音響センサの走査対象となる３次元領域の断面積に関わりなく、水平な２次元断面上におけるターゲットの占有割合を適切に把握することができる。
次いで、データファイル生成工程において、想定高度パラメータの現在値と前記平均値とを対応させてデータファイルに記憶させる。
そして、反復可否判定工程では、前記２次元断面領域抽出工程において抽出された２次元断面が前記３次元データの領域を外れているか否かを判定し、２次元断面が３次元データの領域を外れるまでの間、想定高度パラメータの値を所定量ずつインクリメントして前記２次元断面領域抽出工程から前記データファイル生成工程に至る処理操作の工程を繰り返す。
最終的に、反復可否判定工程において２次元断面が前記３次元データの領域を外れたと判定されると、海底面判定工程が開始される。この海底面判定工程では、データファイル生成工程で記憶された全ての平均値を評価して他の平均値から突出した値を有する平均値が抽出され、該突出した値を有する平均値に対応して記憶された想定高度パラメータの値が海底面からの音響センサの高度として認識される。
つまり、水平面内におけるターゲットの占有割合が最大となる２次元断面が海底面であり、海底面から音響センサまでの高度は、突出した値を有する平均値に対応してデータファイルに記憶された想定高度パラメータの値で示される。
以上に述べた通り、本発明によれば高度測定装置を用いることなく容易に海底面を検出することができる。
【００１０】
本発明の海底面領域検出装置は、前記と同様の作用原理を達成するための各手段を備えた専用の海底面領域検出装置であり、その作用原理に関しては前記と同様である。
【００１１】
本発明の海底面領域検出プログラムは、音響センサを備えた水中音響装置に接続された汎用のコンピュータを前記の海底面領域検出装置と同等に機能させるためのもので、その作用原理に関しては前記と同様である。
【００１２】
また、本発明の海面領域検出方法は、音響センサを備えた水中音響装置により取得される水平方位，垂直方位，距離の３次元データに基いて海面を検出する海面領域検出方法であり、前記目的を達成するため、特に、
音響センサから海面までの鉛直離間距離を推定するための想定深度パラメータに初期値を設定する初期設定工程と、
音響センサの送波ピッチ角および送受指向性と想定深度パラメータの現在値とに基いて、前記３次元データから想定深度パラメータの現在値に対応する２次元断面上のデータを抽出する２次元断面領域抽出工程と、
前記２次元断面領域抽出工程で抽出されたデータを母集合としてターゲット検出信号の総和を求め前記母集合のデータ数で除して平均値を算出する平均値算出工程と、
前記想定深度パラメータと平均値とを対応させて記憶するデータファイル生成工程と、
前記２次元断面領域抽出工程において抽出された２次元断面が前記３次元データの領域を外れているか否かを判定し、該２次元断面が３次元データの領域を外れるまでの間、前記想定深度パラメータの値を所定量ずつインクリメントして前記２次元断面領域抽出工程から前記データファイル生成工程に至る処理操作の工程の繰り返しを許容する反復可否判定工程と、
該反復可否判定工程において前記２次元断面が前記３次元データの領域を外れたと判定された段階で、前記データファイル生成工程で記憶された全ての平均値を評価して他の平均値から突出した値を有する平均値を抽出し、該突出した値を有する平均値に対応して記憶された想定深度パラメータの値を海面からの音響センサの深度として判定し、海面を形成する２次元平面を検出する海面判定工程とを備えたことを特徴とする構成を有する。
【００１３】
この海面領域検出方法の全体的な作用原理は、前記した海底面領域検出方法と実質的に同一である。但し、反復可否判定工程では想定深度パラメータの値が所定量ずつインクリメントされ、また、海面判定工程では、突出した値を有する平均値に対応して記憶された想定深度パラメータの値が海面からの音響センサの深度として認識されることになる。
つまり、水平面内におけるターゲットの占有割合が最大となる２次元断面が海面であり、海面から音響センサまでの深度は、突出した値を有する平均値に対応してデータファイルに記憶された想定深度パラメータの値で示される。
本発明の海面領域検出方法によれば、水圧感知深度計を用いることなく容易に海面から音響センサまでの深度を検出することができる。
【００１４】
本発明の海面領域検出装置は、前記と同様の作用原理を達成するための各手段を備えた専用の海面領域検出装置であり、その作用原理に関しては前記と同様である。
【００１５】
本発明の海面領域検出プログラムは、音響センサを備えた水中音響装置に接続された汎用のコンピュータを前記の海面領域検出装置と同等に機能させるためのもので、その作用原理に関しては前記と同様である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の海底面領域検出方法を適用した一実施形態の海底面領域検出装置１の構成の概略を示した機能ブロック図である。
【００１７】
この実施形態の海底面領域検出装置１は通常のパーソナルコンピュータを利用して形成され、その主要部を構成する初期設定手段２，２次元断面領域抽出手段３，平均値算出手段４，データファイル生成手段５，反復処理実行手段６、および、海底面判定手段７は、パーソナルコンピュータ内のＣＰＵとアプリケーションプログラムとによって実現され、また、データファイル８はパーソナルコンピュータのＲＡＭ内に設けられる。
【００１８】
水中に音波を出力してターゲットからの反射波を捉える音響センサ１０および水中音響装置１１は、公知の３次元水中音響画像処理装置を利用しており、この水中音響装置１１によって、センサ座標系を基準とする水平方位，垂直方位，距離の３次元データ１２が取得され、水中音響装置１１のモニタ上に表示される。この種の３次元データを取得するためのアルゴリズム等に関しては既に特開平１０−１３２９３１号公報等によって公知となっているので、ここでは説明を省略する。
【００１９】
また、本実施形態においては、音響センサ１０の送波ピッチ角（図５に示されるような水平面に対するセンサ軸の傾き）は任意に調整可能であり、この送波ピッチ角の値が水中音響装置１１から海底面領域検出装置１のＣＰＵに入力されるようになっている。音響センサ１０および水中音響装置１１の送受指向性に関連するデータ１３は、予め、海底面領域検出装置１側の不揮発性メモリに保存されている。
【００２０】
音響センサ１０から海底面までの鉛直離間距離を推定するための想定高度パラメータ９としては、ＣＰＵのレジスタが利用される。
【００２１】
図２〜図３は海底面領域検出装置１のＣＰＵによって実行される海底面領域検出処理の概略を示したフローチャートであり、以下、これらのフローチャートを参照して、前記各手段を構成するＣＰＵの処理動作について詳細に説明する。
【００２２】
初期設定手段２としてのＣＰＵは、まず、想定高度パラメータ９に想定高度の初期値を設定し（ステップｓ１，初期設定工程）、データファイル検索指標ｉの値を０に初期化する（ステップｓ２）。
【００２３】
次いで、２次元断面領域抽出手段３としてのＣＰＵが、水中音響装置１１によって得られたセンサ座標系を基準とする水平方位，垂直方位，距離の３次元データ１２を読み込み、水中音響装置１１から入力されている音響センサ１０の送波ピッチ角と、底面領域検出装置１の不揮発性メモリに保存されている送受指向性に関連するデータ１３、および、想定高度パラメータ９の現在値とに基いて、センサ座標系を基準とする３次元データ１２から想定高度パラメータ９の現在値に対応する２次元断面上のデータを抽出する（ステップｓ３，２次元断面領域抽出工程）。
【００２４】
この２次元断面領域抽出工程は、センサ座標系を基準とする３次元データ１２を座標変換の処理によって音響センサ１０の位置を原点とする水平・鉛直方向の絶対的な３次元領域のデータ（図５に示される四角錐の領域）に置き換え、この絶対的な３次元領域のデータから、想定高度パラメータ９の現在値に対応する水平な２次元断面上のデータを抽出するものであり、例えば、想定高度パラメータ９に想定高度の初期値が設定されている場合では、図５に示されるように、３次元データ１２から２次元断面Ｘ１上のデータが抽出されることになる。つまり、音響センサ１０の位置を原点とする水平・鉛直方向の絶対的な３次元領域において、音響センサ１０から鉛直下方への離間距離が想定高度パラメータ９の現在値に一致するデータ群が抽出されるのである。
【００２５】
次いで、反復処理実行手段６としてのＣＰＵは、座標変換された水平・鉛直方向の絶対的な３次元データ１２の領域（図５に示される四角錐の領域）からステップｓ３の処理で抽出された２次元断面が外れているか否かを判定し（ステップｓ４）、２次元断面が３次元データ１２の領域内にあれば、平均値算出手段４としてのＣＰＵが、ステップｓ３の処理で抽出された２次元断面上のデータを母集合としてターゲット検出信号の総和を求め、その値を母集合のデータ数で除して平均値を算出する（ステップｓ５，平均値算出工程）。
【００２６】
従って、仮に、ターゲット検出信号Ｈｉ（＝１）でターゲット検出、また、ターゲット検出信号Ｌｏ（＝０）でターゲット非検出を識別し、水平方位，垂直方位，距離の３次元配列の各ビットに１または０を記憶して３次元データ１２を生成する水中音響装置１１の場合であれば、平均値＝〔抽出された断面内でターゲット検出信号Ｈｉを有するデータの数〕／〔抽出された断面内の全データ数〕である。この平均値の値が小さければ、これに対応する２次元水平断面はターゲットが殆ど存在しない海中内に存在する可能性が高く、また、この平均値の値が著しく大きければこれに対応する２次元水平断面が海底面である可能性が高い。
【００２７】
次いで、データファイル生成手段５としてのＣＰＵは、データファイル検索指標ｉの値を１インクリメントし（ステップｓ６）、データファイル検索指標ｉの現在値に基いて、ＲＡＭ内におけるデータファイル８の想定高度記憶フィールドＬ（ｉ）に２次元断面領域の鉛直方向の座標値に相当する想定高度パラメータ９の現在値を記憶させ、また、データファイル８の平均値記憶フィールドＡ（ｉ）にステップｓ５の処理で求めた平均値を記憶させる（ステップｓ７，データファイル生成工程）。
【００２８】
次いで、反復処理実行手段６としてのＣＰＵは、想定高度パラメータ９の値を所定量インクリメントし（ステップｓ８）、座標変換された水平・鉛直方向の絶対的な３次元領域（図５に示される四角錐の領域）からステップｓ３の処理で求められる２次元断面が外れるまでの間、前記と同様にして、ステップｓ３〜ステップｓ８の処理を繰り返し実行する。これが、本実施形態における反復可否判定工程である。
【００２９】
一例として、想定高度パラメータ９の値を１回だけインクリメントしたときに抽出される２次元断面領域の例をＸ２として図５に示す。
【００３０】
このような処理が繰り返し実行される結果、データファイル８の想定高度記憶フィールドＬ（ｉ）および平均値記憶フィールドＡ（ｉ）には、前述したインクリメント量を刻み幅とする想定高度パラメータ９の値とこれに対応する２次元断面のデータの平均値が図４に示されるようにして多数記憶されることになる。図６は図４のデータの対応関係の一例をグラフ化した概念図であり、横軸を想定高度、また、縦軸を平均値にとって示している。
【００３１】
そして、このような処理が繰り返される間に、ステップｓ４の判定処理において、座標変換された水平・鉛直方向の絶対的な３次元領域からステップｓ３の処理で抽出された２次元断面が外れたことが確認されると、反復処理実行手段６としてのＣＰＵは、前述した反復可否判定工程（ステップｓ３〜ステップｓ８のループ処理）を終了し、データファイル検索指標ｉの現在値をデータ数記憶レジスタＮに格納する（ステップｓ９）。
【００３２】
次いで、海底面判定手段７としてのＣＰＵは、データファイル８に記憶された全ての２次元断面のデータの平均値、つまり、平均値Ａ（１）から平均値Ａ（Ｎ）を加算し、その値を総データ数Ｎで除して２次元断面のデータの中立値Ｓを求め（ステップｓ１０）、改めて、データファイル検索指標ｉの値を１に初期化する（ステップｓ１１）。
【００３３】
次いで、海底面判定手段７としてのＣＰＵは、データファイル検索指標ｉの現在値に対応する２次元断面のデータの平均値Ａ（ｉ）を読み込み、この値から中立値Ｓを減じて偏差を求め、この偏差が海底面検出の閾値を超えているか否か、つまり、この平均値Ａ（ｉ）が他の平均値と比較して突出した値を有するものであるか否かを判定する（ステップｓ１２）。
【００３４】
そして、ステップｓ１２の判定結果が偽となった場合には、ＣＰＵは、データファイル検索指標ｉの値を１インクリメントした後（ステップｓ１３）、該指標ｉの現在値が総データ数Ｎを越えているか否かを判定し（ステップｓ１４）、越えていなければ、データファイル検索指標ｉの現在値に対応する２次元断面のデータの平均値Ａ（ｉ）を改めて読み込み、前記と同様にしてステップｓ１２以降の処理を繰り返し実行する。
【００３５】
このようにしてステップｓ１２〜ステップｓ１４の処理を繰り返す間に海底面検出の閾値を超える偏差を有する平均値Ａ（ｉ）が検出されてステップｓ１２の判定結果が真となった場合には、海底面判定手段７としてのＣＰＵは、突出した値を有する平均値Ａ（ｉ）に対応してデータファイル８の想定高度記憶フィールドＬ（ｉ）に記憶された想定高度の値が音響センサ１０と海底面との鉛直離間距離、つまり、センサ高度であると判定し、その値を水中音響装置１１のモニタに出力する（ステップｓ１６）。
【００３６】
一方、ステップｓ１２〜ステップｓ１４の処理を繰り返す間にステップｓ１４の判定結果が真となった場合には、データファイル８に記憶された全ての平均値Ａ（１）〜Ａ（Ｎ）を評価したにも関わらず、突出した値を有する平均値Ａ（ｉ）が検出されなかったことを意味するので、海底面判定手段７としてのＣＰＵは、海底面が検出されなかったとの判定を下すことになる（ステップｓ１５）。この場合、音響センサ１０の走査限界距離を越えて更に深い位置に海底面が存在することになる。
【００３７】
つまり、本実施形態における海底面判定工程は、ステップｓ９〜ステップｓ１６の処理によって構成されていることになる。
【００３８】
一例として、海底面が検出される場合の想定高度と２次元断面のデータの平均値との対応関係を図６に、また、海底面が検出されない場合の想定高度と２次元断面のデータの平均値との対応関係を図７に示す。
【００３９】
この実施形態では、データファイル８に記憶された平均値Ａ（１）〜Ａ（Ｎ）を全て加算して全データ数Ｎで除すことによって中立値Ｓを求めるようにしたが、データファイル８に記憶された平均値から最大値あるいは所定値以上の値を予め間引いて平均を求めて中立値Ｓとすることで、海底面の検出精度を更に向上させることができる。２次元断面の抽出回数Ｎが少ないような場合、特定の２次元断面のデータに外乱による変動等があると中立値Ｓの演算結果に大きな誤差が生じる可能性があるが、最大値あるいは所定値以上の値、つまり、誤差の影響を大きく反映した平均値を除去することにより、２次元断面の抽出回数Ｎが少ない場合であっても実質的な中立値Ｓの値を正確に求めることができるようになる。
【００４０】
また、上述の実施形態では音響センサ１０の送受指向性と送波ピッチ角のみを考慮しているが、これに加え、２次元断面の抽出過程（座標の変換処理）で、音響センサ１０のロール角を考慮して水平面を求める補正を行うことも可能である。
【００４１】
以上、海底面領域検出装置１の機能と、汎用のコンピュータを海底面領域検出装置１として利用するための実質的なプログラムのアルゴリズム、および、これによって実現される海底面領域検出方法について説明したが、海面を検出する場合の処理操作および装置とプログラムも前述したものと実質的に同一である。
但し、海面を検出する場合には、想定高度バラメータ９に代わる想定深度パラメータの初期値を音響センサ１０の位置よりも鉛直上方に設定し、抽出する２次元断面は徐々に上方へと移動させて行くことになる。この場合、突出した値を有する平均値Ａ（ｉ）に対応してデータファイル８の想定深度記憶フィールドＬ（ｉ）に記憶された想定深度の値が音響センサ１０と海面との鉛直離間距離、つまり、センサ深度である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、センサ高度やセンサ深度をパラメータとして音響センサの走査領域における水平な２次元平面領域を所定の刻み幅で順次領域走査し、ターゲットを最も多く検出している２次元平面領域を海底面や海面として判定するようにしたので、センサ高度やセンサ深度が不明な場合であっても海底面や海面を音響センサのみによって容易に検出することができる。
【００４３】
この結果、センサ高度を測定する高度測定装置やセンサ深度を測定する水圧感知深度計を用いる必要はなくなり、ソナー装置等の構成が簡略され、また、小型軽量化されると共に、装置の製造コストの低減化が達成される。
【００４４】
更に、海底面や海面の情報を３次元画像から排除することが可能となるので、３次元音響画像における海中存在目標の検出精度を向上させることができるようになる。
【００４５】
また、検出した海底面や海面は２次元情報となっており、３次元画像から情報が絞り込まれていることに等価しており、一種のフィルタ効果を有することになる。その結果、海底もしくは海面に存在するターゲットを検出する上で、３次元画像全体の情報を使用して検出する場合よりも、より検出精度を向上させることが可能となる。たとえば、海面や海底に目標物体が存在することで音波が遮られる位置に生じるシャドウ検出において、その検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の海底面領域検出方法を適用した一実施形態の海底面領域検出装置の構成の概略を示した機能ブロック図である。
【図２】海底面領域検出装置のＣＰＵによって実行される海底面領域検出処理の概略を示したフローチャートである。
【図３】海底面領域検出装置のＣＰＵによって実行される海底面領域検出処理の概略を示したフローチャートの続きである。
【図４】想定高度パラメータと２次元断面のデータの平均値とを対応させて記憶するデータファイルについて示した概念図である。
【図５】２次元断面領域抽出手段によって抽出される２次元断面を例示した概念図である。
【図６】データファイルに記憶されたデータの一例をグラフ化した概念図である（海底面が検出される場合）。
【図７】データファイルに記憶されたデータの一例をグラフ化した概念図である（海底面が検出されない場合）。
【符号の説明】
１  海底面領域検出装置（パーソナルコンピュータ）
２  初期設定手段（ＣＰＵ）
３  ２次元断面領域抽出手段（ＣＰＵ）
４  平均値算出手段（ＣＰＵ）
５  データファイル生成手段（ＣＰＵ）
６  反復処理実行手段（ＣＰＵ）
７  海底面判定手段（ＣＰＵ）
８  データファイル（ＲＡＭ）
９  想定高度パラメータ（レジスタ）
１０  音響センサ
１１  水中音響装置
１２  ３次元データ
１３  送受指向性に関連するデータ
【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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