(57)【要約】    【課題】水中の様子を３次元的に容易かつ正確に認識できる水中探知装置を提供する。    【解決手段】水平モードおよび垂直モードでのスキャンにより得られたエコーのデータから３次元のエコー表示データを生成し、このエコー表示データに基づいて、表示画面１７ａ上に３次元の魚群映像３４を立体的に表示する。また、魚群映像３４に加えて、水平モードでの傘形ビームのスキャン領域３２、垂直モードでの扇形ビームのスキャン領域３３、海底地形映像３５、等深度線３６などの３次元映像を立体的に表示する。【選択図】  図３
2006162480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送波器から、超音波信号を傘形ビーム状に水中の広範囲へ送信し、当該広範囲を所定方向へスキャンすることにより受信したエコーに基づいて、スキャン領域内の水中情報の映像を表示する水中探知装置において、
前記スキャンにより得られたエコーのデータから３次元のエコー表示データを生成し、
前記エコー表示データに基づいて、前記スキャン領域内の水中情報を３次元映像として表示画面上に表示することを特徴とする水中探知装置。
【請求項２】
送波器から、超音波信号を傘形ビーム状に水中の広範囲へ送信し、当該広範囲を所定方向へスキャンすることにより受信したエコーに基づいて、スキャン領域内の水中情報の映像を表示する水中探知装置において、
前記スキャンにより得られたエコーのデータから３次元のエコー表示データを生成し、
前記エコー表示データに基づいて、前記スキャン領域内の水中情報を、前記送波器を頂点とする前記傘形ビームに相似の仮想立体映像として表示画面上に表示することを特徴とする水中探知装置。
【請求項３】
超音波信号を水中へ送信し、第１の方向へのスキャンによってエコーを受信する第１のモードと、第２の方向へのスキャンによってエコーを受信する第２のモードとを具備し、受信したエコーに基づいてスキャン領域内の水中情報の映像を表示する水中探知装置において、
第１のモードでのスキャンにより得られたエコーのデータ、および第２のモードでのスキャンにより得られたエコーのデータからそれぞれ３次元のエコー表示データを生成し、
第１のモードにおけるエコー表示データに基づく水中情報の３次元映像と、第２のモードにおけるエコー表示データに基づく水中情報の３次元映像とを、表示画面上で重ねて立体的に表示することを特徴とする水中探知装置。
【請求項４】
超音波信号を水中へ送信し、所定方向へのスキャンにより受信したエコーに基づいて、スキャン領域内の水中情報の映像を表示する水中探知装置において、
前記スキャンにより得られたエコーのデータから３次元のエコー表示データを生成し、
前記エコー表示データをスキャン回数分だけ保存し、
前記保存されたエコー表示データに基づいて、前記スキャン領域内の魚群の３次元映像を履歴表示することを特徴とする水中探知装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の水中探知装置において、
前記スキャン領域の３次元映像を、前記水中情報の３次元映像に重ねて表示画面上に表示することを特徴とする水中探知装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の水中探知装置において、
エコーの信号レベルに閾値を設定するための閾値設定手段を設け、設定された閾値以上の信号レベルを有するエコーについてのみ魚群の３次元映像を履歴表示することを特徴とする水中探知装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の水中探知装置において、
立体表示される映像の透明度を設定するための透明度設定手段を設けたことを特徴とする水中探知装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の水中探知装置において、
立体表示される映像の視点を任意に変更できるようにしたことを特徴とする水中探知装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の水中探知装置において、
前記水中情報の３次元映像とともに水底地形の３次元映像を表示することを特徴とする水中探知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中を広域に探知するために用いられるスキャニングソナー等の水中探知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スキャニングソナーは、水中の広い範囲に超音波ビームを送信し、所定方向へのスキャンによってエコーを受信し、受信したエコーに基づいて魚群等の映像を表示する水中探知装置の一種である。一般に、スキャニングソナーは、傘形の超音波ビームを所定のティルト角で水中へ送信し、水平の全方位にわたるスキャンによってエコーを受信する水平モードと、所定の水平方位における垂直面の扇形領域に超音波ビームを送信し、前記扇形領域のスキャンによってエコーを受信する垂直モードとを具備している。スキャニングソナーに関しては、例えば後掲の特許文献１〜３に記載されている。
【０００３】
図１６は、スキャニングソナーの原理を説明する図である。図において、５０は船舶５１に搭載されたスキャニングソナー、５２はスキャニングソナー５０に備えられた送受波器、５３、５４は送受波器５２から発射された超音波ビーム、５５は水面である。水平モードにおいては、送受波器５２から水中の全方位へ向けて、所定のティルト角（俯角）δで傘形の超音波ビーム５３が一斉に送信される。そして、ビーム送信後、送受波器５２を円周方向に走査して、矢印Ｃ方向に高速でスパイラル状にスキャンする受信ビームを形成し、魚群や水底で反射したエコーを受信する。また、垂直モードにおいては、送受波器５２から図の斜線に示したような扇形の垂直断面に超音波ビーム５４が送信される。そして、ビーム送信後、送受波器５２を縦方向に走査して、扇形領域を矢印Ｄ方向にスキャンする受信ビームを形成し、魚群や水底で反射したエコーを受信する。スキャニングソナー５０の表示画面には、このようなスキャンによって受信されたエコーの信号強度に応じて、魚群や水底の映像がカラーで表示される。
【０００４】
図１７は、スキャニングソナー５０の表示画面に表示された映像の例を示している。６０は表示画面であって、この画面６０には、水平モードで受信したエコーから得られる水平モード映像Ｈと、垂直モードで受信したエコーから得られる垂直モード映像Ｖとが並べて表示されている。水平モード映像Ｈにおいて、６１は船体のマーク、６２ａ，６２ｂはエコーから得られた魚群の映像、６３はエコーから得られた水底の映像である。垂直モード映像Ｖは、Ｖ１とＶ２の２つの映像からなる。Ｖ１は、水平モード映像Ｈにおける方位Ｖ１での垂直スキャンによる映像であって、６４ａはエコーから得られた魚群の映像、６５ａはエコーから得られた水底の映像である。Ｖ２は、水平モード映像Ｈにおける方位Ｖ２での垂直スキャンによる映像であって、６４ｂはエコーから得られた魚群の映像、６５ｂはエコーから得られた水底の映像である。垂直モード映像Ｖにおける魚群の映像６４ａ，６４ｂは、水平モード映像Ｈにおける魚群の映像６２ａ，６２ｂとそれぞれ対応している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０２３７０号公報
【特許文献２】特開昭５７−１９６１７２号公報
【特許文献３】特開平９−４３３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のスキャニングソナーにあっては、図１７で示したように、エコーデータから得られる魚群の映像を２次元の描画により表示している。しかしながら、このような２次元表示では、水中における魚群やその場所などを立体的にイメージしようと思えば、水平モード映像Ｈと、垂直モード映像Ｖとを頭の中で組み合わせねばならず、これを正確に行うためには経験が必要となる。したがって、経験の浅いユーザが簡単に３次元の映像をイメージすることは困難であった。
【０００７】
これに対して、前掲の特許文献３には、魚群の広がりや厚みを３次元的に認識できるようにした超音波ソナーが記載されている。本文献においては、海中から受波したエコーを３次元直交座標に記憶させたボリュームデータを作成し、このボリュームデータをエコーレベルの閾値を用いて等値面化処理を行い、その結果得られた各等値面を明暗濃度差あるいは色相差をもって半透明にして重ねて映像表示するようにしている。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献３のものは、魚群を３次元的に把握できるといっても、平面的に表示された魚群の映像に濃度や色の差をつけることによって垂直方向の厚みを表現しているにすぎず、このような表示では魚群の様子を直感的に認識することは困難である。また、魚群の表示のみでは、水中の状況を総合的に正確に把握することは不可能である。
【０００９】
本発明は、上述した課題に鑑み、水中の様子を３次元的に容易かつ正確に認識できる水中探知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】
【００１０】
本発明では、送波器から、超音波信号を傘形ビーム状に水中の広範囲へ送信し、当該広範囲を所定方向へスキャンすることにより受信したエコーに基づいて、スキャン領域内の水中情報の映像を表示する水中探知装置において、スキャンにより得られたエコーのデータから３次元のエコー表示データを生成し、このエコー表示データに基づいて、スキャン領域内の水中情報を３次元映像として表示画面上に表示するようにしている。
【００１１】
このように、水中の広範囲をスキャンして得られる水中情報を３次元映像として表示することにより、経験の浅い者であっても、魚群等の水中情報を立体的に容易に認識することができるとともに、スキャン領域内での魚群等の位置なども一目瞭然にわかり、水中の全体状況を正確に把握することができる。
【００１２】
本発明の典型的な実施形態では、送波器から超音波信号を傘形ビーム状に水中の広範囲へ送信し、当該広範囲を所定方向へスキャンすることにより受信したエコーに基づいて、スキャン領域内の水中情報の映像を表示する水中探知装置において、スキャンにより得られたエコーのデータから３次元のエコー表示データを生成し、このエコー表示データに基づいて、スキャン領域内の水中情報を、送波器を頂点とする傘形ビームに相似の仮想立体映像として表示画面上に表示する。これによると、水中情報は円錐形の立体映像として表示される。
【００１３】
本発明は、超音波信号を水中へ送信し、第１の方向へのスキャンによってエコーを受信する第１のモードと、第２の方向へのスキャンによってエコーを受信する第２のモードとを具備し、受信したエコーに基づいてスキャン領域内の水中情報の映像を表示する水中探知装置に適用することができる。この場合、第１のモードでのスキャンにより得られたエコーのデータ、および第２のモードでのスキャンにより得られたエコーのデータからそれぞれ３次元のエコー表示データを生成し、第１のモードにおけるエコー表示データに基づく水中情報の３次元映像と、第２のモードにおけるエコー表示データに基づく水中情報の３次元映像とを、表示画面上で重ねて立体的に表示する。これによると、異なるスキャン領域における水中情報が重ねられて立体表示されるので、魚群等の映像を多面的に認識することができ、水中情報をより正確に把握することができる。
【００１４】
典型的な実施形態においては、上記第１のモードは、水平の全方位にわたるスキャンによってエコーを受信する水平モードであり、上記第２のモードは、所定の水平方位における垂直面の扇形領域をスキャンすることによってエコーを受信する垂直モードである。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のモードの１つとして、例えば、水面から斜め下方に向かう半円状の傾斜面領域に超音波ビームを送信してスキャンを行うスラントモードなども考えられる。
【００１５】
本発明では、超音波信号を水中へ送信し、所定方向へのスキャンにより受信したエコーに基づいて、スキャン領域内の水中情報の映像を表示する水中探知装置において、スキャンにより得られたエコーのデータから３次元のエコー表示データを生成し、このエコー表示データをスキャン回数分だけ保存し、保存されたエコー表示データに基づいて、スキャン領域内の魚群の３次元映像を履歴表示することができる。これによると、魚群の複数断面が履歴の数だけ同時に表示されるため、魚群の形状や規模を容易に把握することができ、また、魚群の移動状況や移動場所なども容易に把握することができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい実施形態においては、スキャン領域の３次元映像を、水中情報の３次元映像に重ねて表示画面上に表示する。これによると、スキャンによる探知領域を立体的に明瞭に認識できるので、水中情報をより正確に把握することができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい実施形態においては、エコーの信号レベルに閾値を設定するための閾値設定手段が設けられ、設定された閾値以上の信号レベルを有するエコーについてのみ魚群の３次元映像を履歴表示する。これによると、履歴表示される魚群映像は、ノイズによる映像が除去された鮮明なものとなるため、魚群の状態をより一層容易に把握することができる。
【００１８】
また、本発明の好ましい実施形態においては、立体表示される映像の透明度を設定するための透明度設定手段が設けられる。これによると、透明度を高くするほど、重なり部分の映像が鮮明に表示され、魚群やスキャン領域等の立体イメージをより一層認識しやすくなる。また、透明度を低くすれば、重なり部分の後方にある映像を隠すことができる。
【００１９】
また、本発明の好ましい実施形態においては、立体表示される映像の視点を任意に変更できるようにする。これによると、同じ映像を様々な角度から見ることによって、魚群のボリューム等をより正確に把握することができる。
【００２０】
また、本発明の好ましい実施形態においては、水中情報の３次元映像とともに水底地形の３次元映像が表示される。これによると、水底地形が立体映像として表示されるので、水底の様子や魚群の位置などを立体的に認識することができ、水中の状態をより一層正確に把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、経験の浅いユーザであっても、水中の状況を立体映像によって３次元的に容易かつ正確に把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明に係るスキャニングソナー１００のブロック図である。図において、１０は送受波器であって、送信時には送信信号を音響変換して水中へ超音波ビームを送信し、受信時には水中の標的で反射して帰来するエコーを受信して電気信号に変換する。送受波器１０としては、例えば円筒形や球形の送受波器が用いられる。本発明における送波器は、送受波器１０のように送波と受波の両方を行うものでもよいし、送波のみを行うものでもよい。後者の場合は、送波器と別に受波器が設けられる。１１はスキャン部であって、送受波器１０へ与える送信信号を生成する送信回路、送受波器１０で受信したエコーを増幅しフィルタにて所定の周波数成分の信号を取り出す受信回路、送信動作と受信動作とを切り替える送受切替部、水平および垂直スキャンによりエコーを受信するための受信ビームを形成するビーム形成部などから構成されている。
【００２３】
１２はティルト角や水平方位角などの各種パラメータの設定および調整を行うためのキーやダイアル等を備えた操作部であって、本発明における閾値設定手段および透明度設定手段を構成する。１３はスキャニングソナー１００の動作を制御する制御部、１４は受信したエコーの信号に基づいて魚群等の水中映像を生成する画像処理部である。ここでは、制御部１３と画像処理部１４とが１チップのマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）１５として構成されているが、制御部１３と画像処理部１４とは独立して設けてもよい。１６は画像処理部１４で生成された水中映像のデータが格納されるＶＲＡＭ（Video RAM）、１７はＶＲＡＭ１６のデータに基づいて水中映像をカラー表示する表示部である。表示部１７は、ＣＲＴや液晶ディスプレイ等から構成される。
【００２４】
１８はＲＯＭやＲＡＭ等からなるメモリ、１９は海底マップデータベースである。メモリ１８には、ティルト角θや水平方位角φのほか、後述する履歴閾値Ｚ、履歴回数Ｎ、透明度αなどのパラメータが設定される領域が設けられている。また、図示は省略するが、受信したエコーのデータや３次元描画用のデータなどが一時的に格納される領域が確保されている。海底マップデータベース１９は、各地点における海底地形の立体表示データを緯度および経度に対応させて蓄積したものであり、市販の電子チャート（例えば国土地理院発行）を利用することができる。２０は地球座標を取得するためのＧＰＳ（Global Positioning System）受信機であって、スキャニングソナー１００とは別のユニットとして船舶に搭載される。
【００２５】
図２は、スキャニングソナー１００における水平モードでのスキャン（以下「水平スキャン」という。）と、垂直モードでのスキャン（以下「垂直スキャン」という。）の様子を示した図である。水平スキャン時には、所定のティルト角θで傘形の超音波ビーム２１を水平の全方位へ送信した後、矢印Ａ方向へのスキャンにより受信ビーム２２を形成してエコーを受信する。また、垂直スキャン時には、所定の水平方位角φにおける垂直面上で、超音波ビーム２３を略９０°の扇形領域へ送信した後、矢印Ｂ方向へのスキャンにより受信ビーム２４を形成してエコーを受信する。水平スキャンと垂直スキャンとは、交互に行ってもよいし、同時に並行して行ってもよい。２５はスキャニングソナー１００を搭載した船舶、２６は水中の魚群、２７は海底をそれぞれ表している。
【００２６】
図３は、表示部１７に表示される水中映像の例を示した図である。１７ａは表示部１７の表示画面である。この表示画面１７ａには、船舶３１、水平モードにおける傘形の超音波ビーム（以下「傘形ビーム」という。）のスキャン領域３２、垂直モードにおける扇形の超音波ビーム（以下「扇形ビーム」という。）のスキャン領域３３、魚群映像３４、海底地形映像３５が３次元映像として立体的に表示されている。傘形ビームのスキャン領域３２は円錐体（中実円錐）のイメージで表示されているが、実際のスキャン領域３２は受信ビームにより形成される円錐体の表面である（厳密には、受信ビームが一定の厚みを有するため、スキャン領域３２には円錐体の表面とその近傍とが含まれる）。３６は上記円錐体の表面における等深度線、３７は傘形ビームのスキャン領域３２と扇形ビームのスキャン領域３３との交差線、３８は上記円錐体と扇形ビームのスキャン領域３３との交差面である。３９は、ＧＰＳ受信機２０から取得した船舶３１の現在位置（緯度および経度）と、当該位置における水深値などを表示するデータ表示欄である。水深は、船舶に搭載された測深機、あるいは測深機能を備えたスキャニングソナー１００によって測定される。なお、水深値の表示は省略してもよい。
【００２７】
傘形ビームのスキャン領域３２および扇形ビームのスキャン領域３３は、操作部１２で設定したティルト角θや水平方位角φなどのデータに基づいて表示される。魚群映像３４は、水平スキャンにより得られたエコーのデータ、および垂直スキャンにより得られたエコーのデータから生成された３次元のエコー表示データに基づいて、スキャン領域３２および３３の交差線３７上に表示される。海底地形映像３５は、海底マップデータベース１９から取得した現在位置の海底地形データに基づいて表示される。等深度線３６は、データのレンジ、ティルト角θ等から計算により求められ、表示される。
【００２８】
図３においては、スキャン領域３２内の水中情報が、船舶３１に装備された送受波器（図示省略）を頂点とする傘形ビームに相似の仮想立体（円錐体）映像として、表示画面１７ａ上に表示される。水中情報の映像には、魚群映像３４のほかに水中の浮遊物や海底で反射したエコーによる映像も含まれているが、図３では簡略化のためにこれらの図示を省略してある。また、図３では船舶３１、傘形ビームのスキャン領域３２、扇形ビームのスキャン領域３３、魚群映像３４、海底地形映像３５および等深度線３６の各３次元映像が、同一の表示画面１７ａ上で重ねて立体的に表示されている。このため、船舶３１からみて、どの方向の、どの位の深度の所に、どの程度のボリュームの魚群が存在しているかを、３次元のイメージによって一目瞭然に把握することができる。特に、異なるスキャン領域３２、３３における水中情報が重ねられて立体表示されるので、魚群映像３４を多面的に認識することができ、水中情報をより正確に把握することができる。また、スキャン領域３２、３３が立体表示されるので、探知領域を立体的に明瞭に認識することができる。さらに、海底地形映像３５が３次元映像として表示されるので、海底の様子や魚群の位置などを立体的に認識することができ、水中の状態を正確に把握することが可能となる。なお、前述した海底のエコー映像が表示される場合でも、立体的な海底地形映像３５がエコー映像と重なるため、海底面が容易に分かり、ヒラメのような底付き魚の判別が容易となる。
【００２９】
この場合、映像の透明度を操作部１２で設定できるようにしてもよい。ここでいう透明度とは、映像が重なり合った場合に、重なった部分の映像がどの程度鮮明に見えるかを表すファクターであって、透明度を高くするほど、重なり部分の映像が鮮明に表示され、透明度を低くするほど、重なり部分の映像が見えにくくなる。例えば、図３において透明度が高い場合は、傘形ビームのスキャン領域３２の奥にある海底地形（図３には表れていない）が鮮明に表示され、傘形ビームのスキャン領域３２と扇形ビームのスキャン領域３３との重なり部分にある魚群映像３４や等深度線３６なども鮮明に表れる。これによって、スキャン領域、魚群、海底地形などの立体イメージをより一層認識しやすくなる。また、重なり部分の奥にある映像を隠して手前にある映像のみを強調したいときは、透明度を低く設定すればよい。
【００３０】
図３は、立体表示される水中映像をある定まった方向から見た場合の表示例であるが、水中映像を見る視点を任意に変更できるようにしてもよい。図４はその場合の表示例であって、図３における船舶３１を右方向から見た場合の立体映像を示している。視点の可変操作は操作部１２において行われ、例えば視点の方向を設定したり切り替えたりすることで、任意の視点からみた水中映像を表示することができる。これによって、魚群のボリュームや水中の状態をより一層正確に把握することが可能となる。
【００３１】
図５は、本発明の他の実施形態である履歴表示モードを説明する原理図である。図５（ａ）は、方位角は固定とし、ティルト角を変えることによって履歴表示を行う場合であって、１つの垂直モード映像Ｖ１と、２つの水平モード映像Ｈ１、Ｈ２とを重ねて立体的に表示する例である。水平モード映像のＨ１とＨ２とは時間差を有するので、これが履歴となる。また、図５（ｂ）は、ティルト角は固定とし、方位角を変えることによって履歴表示を行う場合であって、１つの水平モード映像Ｈ１と、２つの垂直モード映像Ｖ１、Ｖ２とを重ねて立体的に表示する例である。垂直モード映像のＶ１とＶ２とは時間差を有するので、これが履歴となる。図５（ｃ）および（ｄ）は、一方のモードのみの映像を複数用いて履歴表示を行う例であって、図５（ｃ）では２つの水平モード映像Ｈ１、Ｈ２により履歴表示がされ、図５（ｄ）では２つの垂直モード映像Ｖ１、Ｖ２により履歴表示がされる。なお、履歴表示モードは、操作部１２（図１）の操作により設定される。
【００３２】
このような履歴表示によると、魚群の複数断面を履歴の数だけ同時に表示して魚群の形状を立体的に把握できるので、１つの魚群の骨格がわかり、魚群の規模などを容易に推定することができる。例えば、図６に示すように、比較的規模が大きい魚群２６に対して、図５（ａ）の原理に基づきティルト角をθ１，θ２，θ３と順次変化させて、それぞれのティルト角においてスキャンを行うと、魚群２６から得られたエコーのデータがスキャン回数分だけメモリ１８に保存される。このときのスキャン回数が履歴の数となる。この結果、メモリ１８に保存されたエコーの履歴データに基づいて、図７に示したような３次元の魚群映像３４が立体表示され、魚群の形状や、魚群の規模が比較的大きいことが容易に把握できる。図７においては、図５（ａ）のように、水平モード映像と垂直モード映像とが重ねて表示されるため、魚群を多面的に認識することができ、これによって魚群の形状や規模をより正確に把握することが可能となる。
【００３３】
なお、図５において、Ｈ１とＨ２の映像、およびＶ１とＶ２の映像は、それぞれ異なった時刻でスキャンして得られるが、前掲の特許文献１の方法を用いて異なった周波数でスキャンするようにすれば、Ｈ１とＨ２の映像、およびＶ１とＶ２の映像をそれぞれ同時に得ることができる。また、図５で示した以外に、複数の水平モード映像Ｈ１、Ｈ２と、複数の垂直モード映像Ｖ１、Ｖ２とを同時に表示することで履歴表示を行うこともできる。さらに、航行中の船の場合は、船の進行に伴ってスキャン領域が変化することを利用して履歴表示を行うこともできる。
【００３４】
また、履歴表示モードを用いると、上述した魚群形状の立体的な把握以外に、例えば、魚群の移動状況を把握することもできる。すなわち、図８に示したように、ティルト角をθ１，θ２，θ３と順次変化させて、それぞれのティルト角においてスキャンを行うと、Ｘ方向へ移動している魚群２６から得られたエコーのデータがスキャン回数分だけメモリ１８に保存される。このときのスキャン回数が履歴の数となる。この結果、メモリ１８に保存されたエコーの履歴データに基づいて、図９に示したような３次元の魚群映像３４ａ，３４ｂ，３４ｃが履歴表示される。一方、魚群２６が移動しておらず同じ場所にとどまっている場合は、履歴表示モードであっても、表示画面１７ａに表示される魚群の映像は、図３に示したような変化のない３次元の魚群映像３４となる。
【００３５】
図９においては、魚群映像３４ａ，３４ｂ，３４ｃが、船舶３１、海底地形映像３５、スキャン領域３２，３３とともに、同一の表示画面１７ａ上で重ねて立体的に表示されるので、船舶３１からみて、魚群がどの方向に移動中であるかを３次元のイメージによって一目瞭然に把握することができる。
【００３６】
履歴表示モードにおいても、先の例と同様に、映像の透明度を操作部１２で設定できるようにしたり、映像を見る視点を任意に変更できるようにしてもよい。また、受信したエコーの信号レベルに閾値を設定し、設定された閾値以上の信号レベルを有するエコーについてのみ履歴表示を行うようにすれば、ノイズによる映像を除去して鮮明な履歴を残すことができる。このときの閾値を、以下では「履歴閾値」と呼ぶ。履歴閾値の設定は、操作部１２において行われる。
【００３７】
また、操作部１２において、履歴表示を詳細モードと簡易モードとに切り替えられるようにし、詳細モードでは例えば図９のような立体映像を画面上に表示し、簡易モードでは、例えば図１０に示したような単純化した履歴表示がされるようにしてもよい。図１０では、図９における扇形ビームのスキャン領域３３や海底地形映像３５などの表示が省略されている。
【００３８】
図１１は、水中映像を表示する場合の手順を示したフローチャートである。この手順は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）１５の制御部１３によって実行される。以下、図１１を参照しながら、映像表示の手順について説明する。最初に、操作部１２において履歴閾値Ｚと、履歴回数Ｎと、透明度αとが設定される（ステップＳ１〜Ｓ３）。履歴閾値Ｚは、前述したように、履歴表示される魚群映像のエコー信号レベルを弁別する閾値である。履歴回数Ｎは、魚群映像を履歴として残す回数である（例えば、図９では履歴回数はN＝３）。透明度αは、前述したように、重なり合った映像がどの程度鮮明に見えるかを表すファクターである。これらの各設定値は、図１に示したメモリ１８の所定領域に記憶される。
【００３９】
次に、スキャン部１１による水平スキャンまたは垂直スキャンが行われ、１スキャン分のエコーのデータが取得される（ステップＳ４）。水平スキャンの場合、１スキャン分のデータとは、図２において、受信ビーム２２がＡ方向に１回転（３６０°）する間に受信したエコーのデータ（信号レベル）のことである。また、垂直スキャンの場合、１スキャン分のデータとは、図２において、受信ビーム２４がＢ方向に略９０°回転する間に受信したエコー信号のデータ（信号レベル）のことである。こうして１スキャンにより得られたエコーのデータは、メモリ１８の所定領域に一時的に格納される。
【００４０】
次に、スキャン回数と履歴回数Ｎとが比較される（ステップＳ５）。比較の結果、スキャン回数が履歴回数Ｎを超えてなければ（ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ７へ進み、スキャン回数が履歴回数Ｎを超えておれば（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ステップＳ６へ進む。初回は、スキャン回数が１であるので、ステップＳ５での判定はＮＯとなり、ステップＳ６を実行することなく、ステップＳ７へ進む。
【００４１】
ステップＳ７では、ステップＳ４で得られたエコーのデータに基づいて、ポリゴン（多角形面）のデータを取得する。ここでは、図１２に示したような三角形ポリゴンＰを対象としている。図１２において、２２は水平スキャンにおける受信ビーム、ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，…は、受信ビーム２２のサンプリング点、矢印Ａはスキャン方向を表している。三角形ポリゴンＰは、３つのサンプリング点を結んで形成される単位三角形である。図１２では、一部の三角形ポリゴンＰのみを図示してある。各サンプリング点ごとにエコーの信号レベルが測定され、そのデータがメモリ１８に保持される。したがって、各三角形ポリゴンＰは、頂点となる３つのサンプリング点における信号レベルのデータを保有している。また、各サンプリング点において得られた個々のデータは、緯度と経度より決まるＸ座標値とＹ座標値、およびティルト角より決まるＺ座標値からなる３次元データ（地球座標）を保有している。なお、図１２では、水平スキャンによって形成される三角形ポリゴンＰを示しているが、垂直スキャンによって形成される三角形ポリゴンについても、原理は同じである。ステップＳ７においては、１スキャンで形成された三角形ポリゴンＰの１つにつき、３つの頂点におけるエコーの信号レベルがメモリ１８から読み出される。
【００４２】
次に、取得した三角形ポリゴンＰの３点の信号レベルが、全て閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。この閾値は、ステップＳ１であらかじめ設定された履歴閾値Ｚである。魚群の存在する場所では、エコーの信号レベルが大きくなるから、３点の信号レベルが全て閾値以上の三角形ポリゴンＰが抽出される割合が高くなる。判定の結果、三角形ポリゴンＰの３点の信号レベルのうち１つでも閾値未満のものがあれば（ステップＳ８：ＮＯ）、その三角形ポリゴンＰは無視してステップＳ７へ戻り、次の三角形ポリゴンＰについて判定を行う。一方、三角形ポリゴンＰの３点の信号レベルが全て閾値以上であれば（ステップＳ８：ＹＥＳ）、その三角形ポリゴンＰの各頂点の３次元データ（地球座標）をメモリ１８に記憶する（ステップＳ９）。この３次元データは、本発明における３次元のエコー表示データを構成する。その後、全ての三角形ポリゴンＰについて処理が終了したか否かを判定し（ステップＳ１０）、処理が終了してなければ（ステップＳ１０：ＮＯ）、ステップＳ７へ戻って、次の三角形ポリゴンＰに対して上述したステップＳ８、Ｓ９の処理を行う。
【００４３】
ステップＳ１０において、全ての三角形ポリゴンＰについて処理が終了したと判定されると（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１１へ移って、海底マップの描画を行う。ステップＳ１１においては、現在位置の情報（緯度および経度）をＧＰＳ受信機２０から取得し、その現在位置に相当する海底地形のデータを海底マップデータベース１９から抽出する。そして、抽出したデータに基づき、表示部１７の表示画面１７ａに、図３で示したような海底地形映像３５を立体表示する。
【００４４】
次に、ステップＳ９で記憶した三角形ポリゴンの３次元データを用いて、魚群映像の描画を行う（ステップＳ１２）。このとき用いられる三角形ポリゴンは、３点の信号レベルが全て閾値以上であって、魚群に対応したものであるので、当該三角形ポリゴンの集合体から得られる３次元映像は、そのまま魚群の３次元映像を表している。ステップＳ１２での処理により、表示部１７の表示画面１７ａには、図３で示したような魚群映像３４が立体的に表示される。続いて、船舶、スキャン領域、等深度線などを描画する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３での処理により、表示画面１７ａには、図３で示したような船舶３１、傘形ビームのスキャン領域３２、扇形ビームのスキャン領域３３、等深度線３６などが立体的に表示される。このときデータ表示欄３９にもデータ値が表示される。なお、上述したステップＳ１１〜Ｓ１３の順序は入れ替わってもよい。
【００４５】
次に、描画を終了するか否かを判定し（ステップＳ１４）、操作部１２において描画終了の操作がされれば（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、処理を終了する。描画終了の操作がされなければ（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ４へ戻って、次の１スキャン分のデータを取得する。ステップＳ４において、前回のスキャンが水平スキャンであった場合は、今回のスキャンは垂直スキャンとなる。そして、垂直スキャンによって得られたエコーのデータに基づいて、ステップＳ５〜Ｓ１４が実行される。ステップＳ１４から再びステップＳ４へ戻ると、今度は水平スキャンが行われ、水平スキャンによって得られたエコーのデータに基づいて、ステップＳ５〜Ｓ１４が実行される。以後、同様にして、水平スキャンと垂直スキャンとが交互に行われる。但し、水平および垂直スキャンを交互に行うことは本発明にとって必須ではなく、水平スキャンと垂直スキャンとを同時に並行して行ってもよい。
【００４６】
スキャンごとに取得したエコーのデータをメモリ１８に保存してゆくことにより、保存したデータを読み出して、図７や図９のように魚群映像を履歴表示することができる。ここで、スキャンを何回か繰り返すうちに、ステップＳ５においてスキャン回数が履歴回数Ｎを超えると（ステップＳ５：ＹＥＳ）、メモリ１８に保存されている一番古いデータを消去し（ステップＳ６）、データ履歴を最新のものに更新する。これによって、図７や図９の表示画面１７ａには、常に最新の魚群映像が履歴表示される。
【００４７】
図３においては、水平モードにおける傘形ビームのスキャン領域３２の映像と、垂直モードにおける扇形ビームのスキャン領域３３の映像と、両スキャン領域における魚群映像３４とを表示したが、水平モードと垂直モードのいずれか一方におけるスキャン領域の映像と、当該領域における魚群映像とを表示してもよい。図１３はその一例であって、水平モードでのスキャン領域３２の映像と、当該スキャン領域３２における魚群映像３４とが立体表示されている。また、これらとともに、船舶３１、海底地形映像３５、等深度線３６の各映像も立体表示されている。図１３の映像は、図３の映像から垂直モードのスキャン領域３３と当該領域内の魚群映像とを除いたものに相当し、魚群映像３４は、水平モードのスキャン領域３２をなす円錐体表面付近にいる魚群の３次元映像を表している。
【００４８】
また、以上の実施形態では、水平モードと垂直モードの両方を備えているスキャニングソナーを例に挙げたが、本発明は、いずれか一方のモードのみを備えているスキャニングソナーにも適用することができる。例えば、水平モードのみを備えたスキャニングソナーの場合は、上述した図１３のような映像が表示される。さらに、本発明は、３つ以上のモード（例えば水平モード、垂直モード、および後述のスラントモード）を備えているスキャニングソナーにも適用することができる。また、本発明は、スキャニングソナーに限らず、ＰＰＩソナーや魚群探知機のような水中探知装置にも適用することができる。
【００４９】
本発明の実施形態としては、上記以外にも種々のものが考えられる。例えば、上記実施形態では、スキャンモードとして水平モードと垂直モードを例に挙げたが、スラント（Slant）モードと垂直モードでスキャンを行う場合にも、本発明を適用することができる。図１４は、スラントモードの概念図であって、本モードでは、水面４１から斜め下方へ向う半円状の傾斜面４２の領域に超音波ビームが送信され、当該領域にわたってスキャンが行われる。４３は船舶、４４は魚群をそれぞれ表している。
【００５０】
また、３次元表示モード（３Ｄモード）と２次元表示モード（２Ｄモード）とを操作部１２において切替可能とし、３次元表示モードに設定された場合は、図３、図４、図７、図９等で示したような立体的な映像が表示され、２次元表示モードに設定された場合は、図１７で示したような平面的な映像が表示されるようにしてもよい。
【００５１】
また、上述した実施形態では、海底地形映像３５を表示するのに海底マップデータベース１９を利用したが、海底マップデータベース１９を用いずに、スキャンによって得たエコーのデータに処理を加えることによって、海底地形を立体的に表示するようにしてもよい。
【００５２】
また、上述した実施形態では、図７や図９で示した履歴表示の場合にエコーの信号レベルに閾値を設定したが、図３や図１３で示した通常表示の場合にも閾値を設定するようにしてもよい。
【００５３】
また、本発明は、魚群の移動に合わせてティルト角を可変することで自動追尾を行う自動追尾式のスキャニングソナーに適用することもできる。この場合は、本発明の履歴表示を採用することにより、魚群が不規則に移動する場合であっても、自動追尾の機能により、魚群映像を正確に履歴表示することができる。このような自動追尾機能を備えたスキャニングソナーは、例えば特開２００３−３１５４５３号公報に記載されている。
【００５４】
さらに、本発明における履歴表示を応用して、図１５に示すように、船舶の移動履歴３１ａ〜３１ｃとともに魚群の移動履歴３４ａ〜３４ｃを表示することも可能である。３２ａ〜３２ｃは傘型ビームの移動履歴、３６ａ〜３６ｃは等深度線の移動履歴である。図１５では、扇形ビームのスキャン領域や海底地形映像は表示されていないが、これらを表示するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るスキャニングソナーのブロック図である。
【図２】水平スキャンと垂直スキャンの様子を示した図である。
【図３】表示部に表示される水中映像の例を示した図である。
【図４】視点を変えた場合の水中映像を示した図である。
【図５】履歴表示モードを説明する原理図である。
【図６】履歴表示モードにおけるティルト角の変化を説明する図である。
【図７】履歴表示モードにおける水中映像の表示例を示した図である。
【図８】履歴表示モードにおけるティルト角の変化を説明する図である。
【図９】履歴表示モードにおける水中映像の他の表示例を示した図である。
【図１０】単純化した履歴表示の例である。
【図１１】水中映像を表示する場合の手順を示したフローチャートである。
【図１２】ポリゴンを説明する図である。
【図１３】表示部に表示される水中映像の他の例を示した図である。
【図１４】スラントモードの概念図である。
【図１５】履歴表示の応用例である。
【図１６】スキャニングソナーの原理を説明する図である。
【図１７】スキャニングソナーの表示画面に表示された映像の例である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  送受波器
１１  スキャン部
１２  操作部
１３  制御部
１４  画像処理部
１７  表示部
１７ａ  表示画面
１８  メモリ
１９  海底マップデータベース
２１  超音波ビーム
２３  超音波ビーム
２５  船舶
２６  魚群
２７  海底
３１  船舶
３２  傘形ビームのスキャン領域
３３  扇形ビームのスキャン領域
３４  魚群映像
３４ａ〜３４ｃ  魚群映像
３５  海底地形映像
３６  等深度線
１００  スキャニングソナー
θ  ティルト角
φ  水平方位角
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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