(57)【要約】  【課題】  魚群の魚量情報、魚群の概ねの体積または単体魚の後方散乱強度について、漁業者の経験に依ることなく定量的に算出可能な水中探知装置を提供する。【解決手段】  船体７から水中の所定方向に超音波ビームを送信し、魚群ＦＳ内からの反射エコーを受信ビームにより受信するトランスデューサ２と、受信ビームを処理する信号処理部とを備える。トランスデューサ２は、鉛直平面Ｈ２に略沿う方向と、ｘｙ平面及び鉛直平面Ｈ２のいずれにも交差し且つ船体７の周りに形成される傘型面Ｈ１に略沿う方向とに受信ビームを形成可能である。信号処理部５が、受信ビームから得られるデータに基づいて擬似的な三次元データを構築し、魚群ＦＳ内の魚量情報を算出する。また、受信ビームから得られるデータを二値化処理し、これに基づいて擬似的な三次元データを構築して魚群ＦＳの概ねの体積を算出する。【選択図】      図５
2006105700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体から水中に向けて超音波信号を送信することによって三次元方向に送信可能な送信部と、
前記三次元方向に送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを三次元方向の受信ビームにより受信する受信部と、
前記受信ビームの信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部が、前記受信ビームにより得られるデータを前記三次元方向に積分することによって前記魚群の魚量情報を算出することを特徴とする水中探知装置。
【請求項２】
船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信する送信部と、
前記送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを受信ビームにより受信する受信部と、
前記受信ビームの信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記受信部が、船体の前方水平方向に延びる第１軸と前記船体から前記第１軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第２軸とを含む水平面に対して直交する鉛直面に略沿う方向と、前記水平面及び前記鉛直面のいずれに対しても交差し且つ前記船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向と、に受信ビームを形成可能であり、
前記信号処理部が、前記鉛直面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータと、前記傘型面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータとに基づいて擬似的な三次元データを構築することによって前記魚群の魚量情報を算出することを特徴とする水中探知装置。
【請求項３】
前記信号処理部による擬似的な三次元データの構築が、前記鉛直面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータを前記傘型面に沿って拡大又は縮小することによって行われることを特徴とする請求項２に記載の水中探知装置。
【請求項４】
前記信号処理部による擬似的な三次元データの構築が、前記傘型面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータを前記鉛直面に沿って拡大又は縮小することによって行われることを特徴とする請求項２に記載の水中探知装置。
【請求項５】
船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信する送信部と、
前記送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを受信ビームにより受信する受信部と、
前記受信ビームの信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記受信部が、船体の前方水平方向に延びる第１軸と前記船体から前記第１軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第２軸とを含む水平面に対して直交する鉛直面に略沿う方向と、前記水平面及び前記鉛直面のいずれに対しても交差し且つ前記船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向と、に受信ビームを形成可能であり、
前記信号処理部が、前記鉛直面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータ及び前記傘型面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータのそれぞれを二値化処理し、前記二値化処理されたそれぞれのデータに基づいて擬似的な三次元データを構築することによって前記魚群の概ねの体積を算出することを特徴とする水中探知装置。
【請求項６】
前記信号処理部による擬似的な三次元データの構築が、前記鉛直面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータを前記傘型面に沿って拡大又は縮小することによって行われることを特徴とする請求項５に記載の水中探知装置。
【請求項７】
前記信号処理部による擬似的な三次元データの構築が、前記傘型面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータを前記鉛直面に沿って拡大又は縮小することによって行われることを特徴とする請求項５に記載の水中探知装置。
【請求項８】
前記構築された擬似的な三次元データを三次元の直交メッシュデータメモリを構成する各ボクセルに充当して三次元直交モデルを形成し、この直交メッシュモデルに対して所望の位置から眺めた際に視認できる像を二次元平面に投影して表示する表示手段をさらに備えていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の水中探知装置。
【請求項９】
船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信する送信部と、
前記送信された超音波信号に起因する単体魚からの反射エコーを受信ビームにより受信する受信部と、
前記受信ビームの信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部が、前記受信ビームにより得られるデータを前記三次元方向に積分することによって前記単体魚の概ねの後方散乱強度を算出することを特徴とする水中探知装置。
【請求項１０】
船体から水中の三次元方向に向けて超音波ビームを送信するステップと、
前記三次元方向に送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを受信ビームにより受信するステップと、
前記受信した受信ビームにより得られるデータを前記三次元方向に積分することによって前記魚群の魚量情報を算出するステップと、を有することを特徴とする魚群の魚量情報の算出方法。
【請求項１１】
船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信するステップと、
前記船体の前方水平方向に延びる第１軸と前記船体から前記第１軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第２軸とを含む水平面に対して直交する鉛直面に略沿う方向と、前記水平面及び前記鉛直面のいずれに対しても交差し且つ前記船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向と、に受信ビームを形成するステップと、
前記鉛直面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータと、前記傘型面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータと、に基づいて擬似的な三次元データを構築することによって前記魚群の魚量情報を算出するステップと、を有することを特徴とする魚群の魚量情報の算出方法。
【請求項１２】
船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信するステップと、
船体の前方水平方向に延びる第１軸と前記船体から前記第１軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第２軸とを含む水平面に対して直交する鉛直面に略沿う方向と、前記水平面及び前記鉛直面のいずれに対しても交差し且つ前記船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向と、に受信ビームを形成するステップと、
前記鉛直面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータ及び前記傘型面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータとのそれぞれを二値化処理するステップと、
前記二値化処理されたそれぞれのデータに基づいて擬似的な三次元データを構築することによって前記魚群の概ねの体積を算出するステップと、を有することを特徴とする魚群の概ねの体積の算出方法。
【請求項１３】
船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信するステップと、
前記送信された超音波信号に起因する単体魚からの反射エコーを受信ビームにより受信するステップと、前記受信ビームにより得られるデータを前記三次元方向に積分することによって前記単体魚の後方散乱強度を算出するステップと、を有することを特徴とする単体魚の概ねの後方散乱強度の算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波信号を送信し、受波ビームを形成して魚群を探知する水中探知装置に関し、とくに、魚群情報、魚群の体積及び単体魚の後方散乱強度を算出する水中探知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中に存在する魚群を探知する手段として、魚群探知機やスキャニングソナー等の音響機器が用いられている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。魚群探知機は船体に設けられ、船体の鉛直下方に向けて超音波のビームを送信することによって船体の下方を走査し、船体の下方に存在する魚群を探知する。スキャニングソナーも同様に船体に設けられるが、船体周囲の水中に向けて超音波のビームを送信することによって船体の周囲を走査し、船体の周囲の水中に存在する魚群を探知する。これらの音響機器による走査で魚群を探知した場合、探知した魚群の所定断面が走査画像として表示される。
【０００３】
ところが、漁業者の立場からみると、魚群の所定断面の走査画面のみでなく魚群をなす単体魚の尾量または魚群の体積等を把握することが操業効率向上の観点から好ましい。そこで、所定のティルト角で全周囲方向に走査を行う水平モードと、略垂直方向の扇形の断面を走査する垂直モードとを備えるスキャニングソナーが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このスキャニングソナーによれば、水平モードの走査画像及び垂直モードの走査画像をそれぞれ表示する。漁業者は、これらの走査画像に基づいて魚群全体の形状を把握し、魚群をなす単体魚の尾量または魚群の体積等を推定している。なお、魚群探知機は、船体の鉛直下方に向けて超音波のビームを送信するので魚群全体の形状を把握することができない。
【０００４】
【特許文献１】特公昭４８−２６２９９号公報
【特許文献２】特開２００３−２０２３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、水平モードの走査画像及び垂直モードの走査画像に基づいて魚群全体の形状等を把握する場合、両画像の対応関係を把握することは容易ではなく、漁業者の経験に依るところが大きい。また、これらの両画像に基づいて魚群情報を推測しても、推測する者が異なれば異なった判断をする可能性が高いため、推測されたデータのバラツキも大きい。さらに、かかる魚群情報等の推測値は定性的な結果しか得られない。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、漁業者の経験に依らず且つばらつきが少ない魚群情報を定量的に算出可能な水中探知装置及びその方法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及び効果】
【０００７】
本発明において、以下の特徴は単独で、若しくは、適宜組合わされて備えられている。前記課題を解決するための本発明に係る水中探知装置は、船体から水中に向けて超音波信号を送信することによって三次元方向に送信可能な送信部と、前記三次元方向に送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを三次元方向の受信ビームにより受信する受信部と、前記受信ビームの信号を処理する信号処理部と、を備え、前記信号処理部が、前記受信ビームにより得られるデータを前記三次元方向に積分することによって前記魚群の魚量情報を算出することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る魚群の魚量情報の算出方法は、船体から水中の三次元方向に向けて超音波ビームを送信するステップと、前記三次元方向に送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを受信ビームにより受信するステップと、前記受信した受信ビームにより得られるデータを前記三次元方向に積分することによって前記魚群の魚量情報を算出するステップと、を有することを特徴とする。
【０００９】
これらによると、水平モードの走査画像及び垂直モードの走査画像の対応関係を把握することなく魚群の魚量情報を定量的且つ容易に算出することができる。また、漁業者の経験に依ることなく魚群の魚量情報を算出できるので、算出された魚量情報のバラツキも小さい。
【００１０】
本発明に係る水中探知装置は、船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信する送信部と、前記送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを受信ビームにより受信する受信部と、前記受信ビームの信号を処理する信号処理部と、を備え、前記受信部が、船体の前方水平方向に延びる第１軸と前記船体から前記第１軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第２軸とを含む水平面に対して直交する鉛直面に略沿う方向と、前記水平面及び前記鉛直面のいずれに対しても交差し且つ前記船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向と、に受信ビームを形成可能であり、前記信号処理部が、前記鉛直面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータと、前記傘型面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータとに基づいて擬似的な三次元データを構築することによって前記魚群の魚量情報を算出することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る魚群の魚量情報の算出方法は、船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信するステップと、前記船体の前方水平方向に延びる第１軸と前記船体から前記第１軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第２軸とを含む水平面に対して直交する鉛直面に略沿う方向と、前記水平面及び前記鉛直面のいずれに対しても交差し且つ前記船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向と、に受信ビームを形成するステップと、前記鉛直面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータと、前記傘型面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータと、に基づいて擬似的な三次元データを構築することによって前記魚群の魚量情報を算出するステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
これらによると、水平モードと垂直モードとを有する仮想の鉛直面に略沿う二次元方向及び仮想の傘型面に略沿う二次元方向に受信ビームが形成され、かかる受信ビームから得られるデータに基づいて魚群の魚量情報を定量的且つ容易に算出する。従って、水平モードの走査画像及び垂直モードの走査画像の対応関係を把握することなく定量的な魚群の魚量情報を容易に算出することができる。また、漁業者の経験に依ることなく魚群の魚量情報を算出できるので、算出された魚量情報のバラツキも小さい。
【００１３】
本発明に係る水中探知装置において、前記信号処理部による擬似的な三次元データの構築が、前記鉛直面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータを前記傘型面に沿って拡大又は縮小することによって行われることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る水中探知装置において、前記信号処理部による擬似的な三次元データの構築が、前記傘型面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータを前記鉛直面に沿って拡大又は縮小することによって行われることが好ましい。
【００１５】
これらによると、魚群の魚量情報及び魚群の概ねの体積を算出するための具体的な構成を実現することができる。
【００１６】
本発明に係る水中探知装置は、船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信する送信部と、前記送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを受信ビームにより受信する受信部と、前記受信ビームの信号を処理する信号処理部と、を備え、前記受信部が、船体の前方水平方向に延びる第１軸と前記船体から前記第１軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第２軸とを含む水平面に対して直交する鉛直面に略沿う方向と、前記水平面及び前記鉛直面のいずれに対しても交差し且つ前記船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向と、に受信ビームを形成可能であり、前記信号処理部が、前記鉛直面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータ及び前記傘型面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータのそれぞれを二値化処理し、前記二値化処理されたそれぞれのデータに基づいて擬似的な三次元データを構築することによって前記魚群の概ねの体積を算出することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る魚群の概ねの体積の算出方法は、船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信するステップと、船体の前方水平方向に延びる第１軸と前記船体から前記第１軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第２軸とを含む水平面に対して直交する鉛直面に略沿う方向と、前記水平面及び前記鉛直面のいずれに対しても交差し且つ前記船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向と、に受信ビームを形成するステップと、前記鉛直面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータ及び前記傘型面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータとのそれぞれを二値化処理するステップと、前記二値化処理されたそれぞれのデータに基づいて擬似的な三次元データを構築することによって前記魚群の概ねの体積を算出するステップと、を有することを特徴とする。
【００１８】
これらによると、水平モードと垂直モードとを有する仮想の鉛直面に略沿う二次元方向及び仮想の傘型面に略沿う二次元方向に受信ビームが形成され、かかる受信ビームから得られるデータに基づいて魚群の概ねの体積を算出する。従って、水平モードの走査画像及び垂直モードの走査画像の対応関係を把握することなく魚群の概ねの体積を容易に算出することができる。また、漁業者の経験に依ることなく魚群の概ねの体積を算出できるので、算出された魚群の概ねの体積のバラツキも小さい。
【００１９】
本発明に係る水中探知装置において、前記信号処理部による擬似的な三次元データの構築が、前記鉛直面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータを前記傘型面に沿って拡大又は縮小することによって行われることを特徴とするが好ましい。
【００２０】
本発明に係る水中探知装置において、前記信号処理部による擬似的な三次元データの構築が、前記傘型面に略沿う方向に形成された受信ビームから得られるデータを前記鉛直面に沿って拡大又は縮小することによって行われることが好ましい。
【００２１】
これらによると、魚群の魚量情報及び魚群の概ねの体積を算出するための具体的な構成を実現することができる。
【００２２】
本発明に係る水中探知装置において、前記構築された擬似的な三次元データを三次元の直交メッシュデータメモリを構成する各ボクセルに充当して三次元直交モデルを形成し、この直交メッシュモデルに対して所望の位置から眺めた際に視認できる像を二次元平面に投影して表示する表示手段をさらに備えていることが好ましい。
【００２３】
これによると、魚群からの反射エコーを受信ビームにより受信した場合に得られるデータに基づいて、魚群の擬似的な三次元データを表示部で視認することができる。従って、水平モードの走査画像及び垂直モードの両走査画像からイメージすることなく、容易に魚群全体の形状を把握することが可能となる。
【００２４】
本発明に係る水中探知装置は、船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信する送信部と、前記送信された超音波信号に起因する単体魚からの反射エコーを受信ビームにより受信する受信部と、前記受信ビームの信号を処理する信号処理部と、を備え、前記信号処理部が、前記受信ビームにより得られるデータを前記三次元方向に積分することによって前記単体魚の概ねの後方散乱強度を算出することを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る単体魚の概ねの後方散乱強度の算出方法は、船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信するステップと、前記送信された超音波信号に起因する単体魚からの反射エコーを受信ビームにより受信するステップと、前記受信ビームにより得られるデータを前記三次元方向に積分することによって前記単体魚の後方散乱強度を算出するステップと、を有することを特徴とする。
【００２６】
これらによると、水平モードの走査画像及び垂直モードの走査画像の対応関係を把握することなく定量的な単体魚の後方散乱強度を容易に算出することができる。また、漁業者の経験に依ることなく単体魚の後方散乱強度を算出できるので、算出された単体魚の後方散乱強度のバラツキも少ない。さらに、魚群の魚量情報を算出するためには、かかる魚群をなす単体魚の後方散乱強度を予め知っておく必要がある。しかしながら、魚群をなす単体魚の後方散乱強度が不明な場合もあり、かかる場合には魚群の魚量情報を算出することができない。このような場合であっても、魚群をなす単体魚の後方散乱強度を容易に算出することができるので有効である。
【００２７】
なお、上記発明に係る全ての水中探知装置において、「送信部」及び「受信部」は、それぞれが送信又は受信の機能を有する別体の装置のみでなく、送信及び受信のいずれの機能も有する一体の装置をも含むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明では、魚群情報を推定するためのアルゴリズムが構築された水中探知装置を提案する。本発明における水中探知装置は、球座標系を用いた算出原理に基づいて魚群情報を推定することができる。とくに、魚群ＦＳをなす単体魚の後方散乱強度Ｔｓが分かれば、魚群ＦＳ内の魚量Ｎをも推定することができる。
【００２９】
なお、「単体魚の後方散乱強度Ｔｓ」とは、単体魚に向けて超音波信号を送信したとき、この単体魚からの反射エコーから得られる指標であり、魚体長のおおよそ２乗に比例することが明らかとなっている。
【００３０】
また、本発明における「魚群ＦＳの魚量情報」とは、ターゲットである魚群ＦＳ内の尾量Ｎの概数及びこの尾量Ｎとこの魚群ＦＳをなす単体魚の後方散乱強度Ｔｓとを乗じた値（Ｎ×Ｔｓ）を意味し、これらのうちいずれか一方及び両方を含む概念である。即ち、本発明に係る水中探知装置は、魚群ＦＳ内の尾量Ｎのみを算出可能なもの、魚群ＦＳ内の（Ｎ×Ｔｓ）のみを算出可能なもの並びにＮ及び（Ｎ×Ｔｓ）のいずれも算出可能なもののうちいずれであっても良い。
【００３１】
以下、第１実施形態において球座標系を用いた魚量算出原理及びこの原理を用いた魚群ＦＳ内の魚量情報の算出方法を、第２実施形態において魚群ＦＳの体積の算出方法を、第３実施形態において単体魚の後方散乱強度Ｔｓの算出方法を、それぞれ、説明する。
【００３２】
なお、本発明の水中探知装置として、スキャニングソナー（マルチビームソナー）が用いられ、スキャニングソナーは、図１の制御ブロック図に図示される構成を備えている。
【００３３】
図１において、スキャニングソナー１は、トランスデューサ２と送信部３と受信部４と信号処理部５と表示部６とを有している。トランスデューサ２は、後述する船体７の底部に設けられる送受波器である。送信部３は、トランスデューサ２から超音波信号をビーム状に送信させる（以下、この超音波信号を「超音波ビーム」と称する）。受信部４は、所定の方向に受信ビームを形成し、魚群ＦＳまたは単体魚などの物標から反射した反射エコーを受信ビームにより受信する。信号処理部５は、受信ビームの信号を処理し、魚群の魚量情報、魚群の概ねの体積及び魚群をなす単体魚の後方散乱強度を算出する。信号処理部５における処理については、第１実施形態〜第３実施形態において詳しく説明する。信号処理部５で処理される信号としては、入力換算音響信号などが該当する。表示部６は、通常のソナーのエコー画像を表示すると共に受信ビームの入力換算音響強度ＰM2、及び信号処理部５で算出された魚群情報、魚群の概ねの体積及び魚群の立体画像、並びに単体魚の後方散乱強度Ｔｓなどを表示する。
【００３４】
なお、各実施形態について説明する前提として、後述する船体７の底部に設けられたトランスデューサ２の位置を各座標系の原点Ｏ、船体７の前方水平方向（即ち、走行中の船体７であれば船体７の進行方向）に延びる仮想軸をｘ軸（第１軸）、船体７からｘ軸に対して水平方向に直交する仮想軸をｙ軸（第２軸）、原点Ｏから鉛直下方に向けて延びる仮想の鉛直軸をｚ軸（第３軸）とする。
【００３５】
さらに、ｘ軸とｙ軸とを含む仮想の平面をｘｙ平面（水平面）、ｘ軸とｙ軸とを含む仮想の平面をｘｙ平面、及びｘ軸とｚ軸とを含む平面をｘｚ平面と称する。ここで、また、超音波ビームの送信方向をｒ方向とする。ここで、ｒ方向は、ｘｙ平面に対して角度θを成すと共にｘｙ平面への正射影がｘ軸に対して時計回りに角度φを成す方向である。
【００３６】
（第１実施形態）
本発明において、魚群ＦＳ内の魚量情報は、球座標系を用いた魚量情報の算出原理に基づいて推定することができる。以下に、球座標系を用いた魚量情報の算出原理と、この原理を利用した第１実施例及び第２実施例とについて、各図を参照しつつ説明する。
【００３７】
球座標系を用いた魚量情報の算出原理
先ず、球座標系を用いた魚量情報の算出原理について、図２を参照しつつ説明する。ここで、図２は球座標系のモデル図である。なお、トランスデューサ２の形状は球形とする。即ち、これは、送信信号強度Ｐ02及び等価ビーム幅Ψについて、ｒ方向がｘｙ平面に対して成す角度θの依存性を考慮しないことを意味する。
【００３８】
図２において、トランスデューサ２（原点Ｏ）から海水中に向けて送信された超音波のビームが魚群ＦＳ内から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合について考える。このとき、超音波のビームは、ｘｙ平面に対する海水中の深さ方向の角度θとｘｚ平面に対する時計回りの角度φとを有する方向に向けて送信されることとなる。ここで、角度θの範囲は、０≦θ≦π／２〔ｒａｄ〕であり、角度φの範囲は、０≦φ≦２π〔ｒａｄ〕である。ここで、魚群ＦＳの密度をｎ（ｒ，θ，φ）とすると、魚群ＦＳ内の総尾量Ｎは、以下の数１で表すことができる。
〔数１〕Ｎ＝∫ｎ（ｒ，θ，φ）・ｒ2ｃｏｓθ・ｄｒｄθｄφ
【００３９】
トランスデューサ２から（ｒ，θ，φ）方向に向けて送信された送信ビームが魚群ＦＳから反射した場合、この反射エコーを受信ビームより受信した場合に得られる入力換算音響強度ＰM2は、信号処理部５で演算処理される。以下に、信号処理部５における一連の処理について説明する。
【００４０】
入力換算音響強度ＰM2（ｒ，θ，φ）は、ｘｙ平面に対するビーム角度θ，ｘ軸に対するビーム角度φ、時刻の換算距離をｒとして、以下の数２で表すことができる。
【数２】
2006105700.tif 000003
なお、ここで、Ｐ02は送信信号強度、αは吸収減衰係数、ｈは点広がり関数である。
【００４１】
ここで、点広がり関数について、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照しつつ説明する。ここで、図３（ａ）は、（θ，φ）方向に超音波ビームを２次元連続走査した場合の座標系を、図３（ｂ）は、点ターゲットを２次元連続スキャンした場合のイメージング結果を表している。一つの超音波ビームの送受積指向性関数をｂ（θ，φ；θ''，φ''）と表現する。これは、（θ，φ）方向に送受信された超音波ビームの（θ''，φ''）方向の規格化された感度を表している。また、超音波ビームにより２次元連続スキャンを行うことは、超音波ビームの送受信方向（θ，φ）が異なる多数の超音波ビームで３次元空間を探知することと等価である。
【００４２】
図３（ａ）において、パルス幅τの超音波ビームを用いて点ターゲット（位置；（ｒ'，θ'，φ'）、反射率１）を探知し、（θ，φ）方向の超音波ビームで得られた規格化受波強度データ時系列Ｐ2（ｒ，θ，φ）を点（ｒ，θ，φ）にプロットし、３次元画像化する。その結果、超音波ビームは、図３（ｂ）に図示されるようにビーム幅とパルス幅に応じた広がり（残響体積）を持つ。この広がりを点広がり関数と呼び、ｈ（ｒ'，θ'，φ'；ｒ，θ，φ）と表現する。なお、規格化受波強度とは、受波強度信号にＴＶＧ及び送信音圧を補正する（ｒ4Ｐ02（ｅ2αr）2を乗ずる）ことによって、ターゲットの反射強度に変換された量である。また、最大値を１で規格化した点ターゲットからの３次元レスポンスと考えることもできる。
【００４３】
点広がり関数ｈ（ｒ'，θ'，φ'；ｒ，θ，φ）は、送受積指向性関数ｂ（θ，φ；θ''，φ''）と送信エンベロープ関数Ｒ（ｒ）とを用いて以下の数３のように表せる。なお、エンベロープ関数Ｒ（ｒ）は以下の数４である。
【数３】
2006105700.tif 000004
【数４】
2006105700.tif 000005
即ち、（ｒ'，θ'，φ'）に存在する点ターゲットの広がりは、距離ｒ方向にはパルス幅で広がり、ｒ及び仮想の鉛直面の方向には、ｂ（θ，φ；θ'，φ'）で広がる。
【００４４】
点広がり関数を体積積分すると、ｃτ／２×ｒ2×Ψとなる。Ψは等価ビーム幅とよばれ、ｂ（θ，φ；θ'，φ'）の二次元関数で定義される。円筒座標系を用いた場合の点広がり関数の体積積分値も同じ値となると考えて良い。
【００４５】
そして、マルチビームソナーで、体積要素毎に求めた入力換算音響強度ＰM2をr，θ，φ方向に連続的に取得して積分する。ここで、数２にｒ4（ｅ2αr）2及び体積要素（ｒ2ｃｏｓθｄｒｄθｄφ）を乗じてｒ，θ，φ方向に積分すると以下の数５が導かれる。
【数５】
2006105700.tif 000006
ここで、数５中の[]内の積分は、以下の数６のように展開できる。
【数６】
2006105700.tif 000007
【００４６】
なお、数６の３行目において、ｈの有限性（ｒ方向にはｃτ／２の広がり）を考慮し、ｈの実行積分範囲においてｒは一定値ｒ’とみなし積分の外に出した。また、ｒがｃτ／２よりも十分に大きいと仮定する。なお、ｃは音速、τはパルス幅、Ψは等価ビーム幅を示している。数５に、数１及び数６を代入すると、以下の数７が導かれる。
【数７】
2006105700.tif 000008
数７を変形すると、以下の数８が導かれる。
【数８】
2006105700.tif 000009
【００４７】
数８より、球座標系を用いた魚量情報の算出原理に基づいて、魚群ＦＳをなす単体魚の後方散乱強度Ｔｓとかかる魚群ＦＳ内の尾量Ｎとの積が導かれる。また、魚群ＦＳをなす単体魚の後方散乱強度Ｔｓが分かれば、魚群ＦＳ内の尾量Ｎが導かれる。このようにして、魚群ＦＳ内の尾量Ｎの概数が把握できる。
【００４８】
なお、上記算出原理の説明において、トランスデューサ２の形状が球形の場合について説明したが、これに限られず、円筒形であっても良い。この場合、送信信号強度Ｐ02及び等価ビーム幅Ψについて、ｒ方向がｘｙ平面に対して成す角度θの依存性を考慮する必要がある。この場合、送信信号強度をＰ02（θ）、等価ビーム幅をΨ（θ）とし、マルチビームソナーで、各体積要素毎に求めた入力換算音響強度ＰM2をｒ，θ，φ方向に連続的に取得して積分すると、以下の数９が導かれる。
【数９】
2006105700.tif 000010
ここで、数９にｒ4（ｅ2αr）2・ｃｏｓθ／（Ｐ02（θ）Ψ（θ））を乗じて積分すると、以下の数１０が導かれる。
【数１０】
2006105700.tif 000011
【００４９】
なお、数１０において、積分の中の１／ｒ2及びΨ（θ）の項をそれぞれ、１／ｒ2＝１／ｒ'2、Ψ（θ）＝Ψ（θ’）と近似し、ｒ，θ，φの積分外に出している。数１０を変形すると数１１が導かれる。
【数１１】
2006105700.tif 000012
【００５０】
実際のマルチビームソナーから送信した超音波ビームが魚群ＦＳ内から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合におけるデータは、（θ，φ）方向のビーム方向ｒに沿って得られる。ここで、θ方向のビームピッチをΔθ、φ方向のビームピッチをΔφとし、θ方向ｉ番目φ方向ｊ番目の超音波ビームの出力をＰMi,j(r)とすると、数１１は、以下の数１２となる。
【数１２】
2006105700.tif 000013
【００５１】
ここで、数１２の右辺はエコー積分を表している。数１２より、r4（ｅ2αr）2及び角度θを補正した後の積分値を求めることができ、さらにＴｓが既知の場合は、エコー積分値より総尾量Ｎを求めることができる。また、距離ｒ方向の離散化を導入すると、数１２は、以下の数１３で表せる。
【数１３】
2006105700.tif 000014
【００５２】
数１３より、球座標系を用いた魚量情報の算出原理に基づいて、魚群ＦＳをなす単体魚の後方散乱強度Ｔｓとかかる魚群ＦＳ内の尾量Ｎとの積が導かれる。また、魚群Ｆｓをなす単体魚の後方散乱強度Ｔｓが分かれば、魚群ＦＳ内の尾量が導かれる。このようにして、魚群ＦＳ内の尾量Ｎの概数が把握できる。
第１実施例
【００５３】
球座標系を用いた魚量情報の算出原理を用いた第１の実施例について、図４を参照しつつ説明する。ここで、図４は、超音波ビームを１回送受信した場合における三次元走査のイメージ図である。なお、第１の実施例におけるスキャニングソナー１は、１回の送受信により三次元走査できるものである。
【００５４】
超音波のビームが１回送受信されることによって三次元走査し、これによって三次元方向の反射ビームの入力換算音響強度ＰM2が得られた場合、球座標系を用いた尾量算出原理に基づいて魚群ＦＳ内の尾量の概数を算出することができる。以下に、魚群の魚量情報を算出するアルゴリズムについて説明する。
【００５５】
先ず、マルチビームソナーによる測定領域、即ち、超音波ビームの受信方向を設定する。ここで、受信方向を、θ（ｉ），φ（ｊ），ｒ（ｋ）で表すこととする。なお、θ方向の測定範囲は０≦θ≦π／２〔ｒａｄ〕、φ方向の測定範囲は０≦φ≦２π〔ｒａｄ〕、ｒ方向の測定範囲は０≦ｒ≦超音波ビームの探知距離〔ｍ〕である。
【００５６】
次に、三次元方向に向けて送信された超音波ビームに起因する魚群ＦＳ内からの反射エコーを受信ビームにより受信した場合、受信ビームの方向（θ，φ）毎及びｒ方向（深度方向）毎の入力換算音響強度（即ち、各体積要素毎の入力換算音響強度）ＰMi,j,k2を体積積分する。このとき、送信信号強度をＰ02とすると、数１３が導かれる。従って、トランスデューサ２の形状が円筒形の場合であっても、魚体の後方散乱強度Ｔｓが分かれば魚群ＦＳ内の尾量Ｎの概数を算出することができる。なお、このようにして算出された魚群ＦＳ内の尾量Ｎの概数は、表示部６に表示される。
【００５７】
以上のように、第１実施例におけるスキャニングソナー１は、船体７から水中の三次元方向に向けて超音波ビームを１回送信し、送信された超音波ビームに起因する魚群ＦＳ内からの反射エコーを三次元方向の受信ビームにより受信するトランスデューサ２と、受信ビームの信号を処理する信号処理部５とを備える。そして、この信号処理部５が、受信ビームにより得られる入力音響換算信号を三次元方向に積分することによって魚群内の尾量の概数を算出している。従って、水平モードの走査画像及び垂直モードの走査画像の対応関係を把握することなく、定量的な魚群ＦＳ内の尾量Ｎの概数を容易に算出することができる。しかも、漁業者の経験に依ることもないので、算出された魚群ＦＳ内の尾量Ｎの概数のバラツキも小さい。
第２実施例
【００５８】
次に、第２の実施例について、図５、図６及び図７を参照しつつ説明する。ここで、図５は、超音波のビームが船体７の周囲に形成される二次元の仮想傘型面Ｈ１上とｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面Ｈ２上とを走査した場合のモデル図、図６は、超音波のビームが二次元の仮想傘型面Ｈ１上を走査した場合における受信ビームのデータ図、図７は、超音波のビームがｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面Ｈ２上を走査した場合における受信ビームのデータ図である。図６及び図７に図示されるデータは、受信ビームの入力換算音響強度ＰM2を示しており、受信ビームの入力換算音響強度ＰM2が大きいほど、図６及び図７に図示される濃度が大きくなる。トランスデューサ２の形状は球形とする。
【００５９】
図５に図示されるように、超音波のビームは、トランスデューサ２から海水中の２方向に向けて送信される。即ち、船体７の周囲に形成される二次元の仮想傘型面Ｈ１上を走査しつつｘｚ平面に対する角度φを変化させる方向、及びｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面Ｈ２上を走査しつつｘｙ平面に対する角度θを変化させる方向である。なお、上述のとおり、ｘｚ平面に対する角度φの範囲は、０≦φ≦２π〔ｒａｄ〕であり、ｘｙ平面に対する角度θの範囲は、０≦θ≦π／２〔ｒａｄ〕である。
【００６０】
超音波のビームが二次元の仮想傘型面Ｈ１及び仮想の鉛直平面Ｈ２上を走査して受信ビームの入力換算音響強度ＰM2が得られた場合、尾量算出原理及び疑似積層法に基づいて魚群内の尾量の概数を算出することができる。ここで、疑似積層法について、図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照しつつ説明する。
【００６１】
図８（ａ）は、船体７の周囲に形成される二次元の仮想傘型面Ｈ１上とｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面Ｈ２上とにおける魚群ＦＳの断面を示した図である。超音波ビームは、この傘型面Ｈ１及びｘｙ平面に対して直交する鉛直平面Ｈ２に沿う方向に送受信される。また、図８（ｂ）は、疑似積層法を示す概念図である。
【００６２】
図８（ａ）に図示されるように、仮想傘型面Ｈ１及び仮想鉛直平面Ｈ２の両方における魚群ＦＳの断面をトレースし、各面における非楕円モデルＳH，ＳVを作成する。次に、仮想鉛直平面Ｈ２における非楕円モデルＳVを、仮想傘型面Ｈ１に沿って拡大／縮小コピーすることによって、非楕円モデルＳV１，ＳV２・・・を作成し、擬似的な三次元データを構築する。コピーする際の尺度は、非楕円モデルであるＳHとＳVとが交差する線Ｌに沿った入力音響強度ＰM2の積分値と、この線Ｌを傘型面Ｈ１上において原点Ｏ（図５参照）を中心として角度φの大小方向（即ち、ｊ方向）に移動させた非楕円モデルＳH上の線Ｌ１（Ｌ２・・・）に沿った入力換算音響強度ＰM2の積分値との比によって決められる（図８（ｂ）参照）。即ち、図８（ｂ）において、非楕円モデルＳV１は、非楕円モデルＳVを非楕円モデルＳHに沿って原点Ｏを中心としてに移動させ、非楕円モデルＳHと移動させた非楕円モデルＳVとが交差する線に沿った入力換算音響強度ＰM2の積分値がＬ１に沿った入力換算音響強度ＰM2の積分値となるように、非楕円モデルＳVが縮小されたモデルである。同様にして、非楕円モデルＳV２が作成される。
【００６３】
なお、コピーする際の尺度は、上記に限られるものではなく、非楕円モデルであるＳHとＳVとが交差する線Ｌに沿った長さと、この線Ｌを傘型面Ｈ１上において原点Ｏ（図５参照）を中心として角度φの大小方向（即ち、ｊ方向）に移動させた非楕円モデルＳH上の線Ｌ１（Ｌ２・・・）に沿った長さとの比によって決められても良い。
【００６４】
また、擬似的な三次元データの構築は、仮想鉛直平面Ｈ２における非楕円モデルＳVを，仮想傘型面Ｈ１に沿って拡大／縮小コピーすることによって非楕円モデルＳV１，ＳV２・・・を作成するものに限られず、仮想傘型面Ｈ１における非楕円モデルＳHを、仮想鉛直平面Ｈ２に沿って拡大／縮小コピーすることによって非楕円モデルＳH１，ＳH２・・・を作成するものであっても良い。
【００６５】
以下、この疑似積層法を用いて魚群内の尾量の概数を算出するアルゴリズムについて説明する。
【００６６】
先ず、マルチビームソナーによる測定領域、即ち、超音波ビームの送受信方向の範囲を設定する。ここで、送受信方向は、θ（ｉ），φ（ｊ），r（ｋ）で表される。なお、θ方向の測定範囲は０≦θ≦π／２〔ｒａｄ〕、φ方向の測定範囲は０≦φ≦２π〔ｒａｄ〕、ｒ方向の測定範囲は０≦ｒ≦超音波ビームの探知距離〔ｍ〕である。
【００６７】
ここで、二次元の仮想傘型面Ｈ１上及び仮想鉛直平面Ｈ２に沿って形成された受信ビームの入力換算音響強度ＰM2は、それぞれ、図６及び図７に図示されるように濃淡で表されたデータとして表示部６に表示される。
【００６８】
次に、傘型面Ｈ１に沿う方向に形成された受信ビームについて、ビーム毎に深度方向に入力換算音響強度ＰM2を一次元エコー積分する。ここで、トランスデューサ２が円筒形なので、この積分値は以下の数１４で表される。また、鉛直平面Ｈ２に沿う方向に形成された受信ビームについての入力換算音響強度ＰM2を二次元エコー積分し、単位要素を乗算する。この積分値は以下の数１５で表される。
【数１４】
2006105700.tif 000015
【数１５】
2006105700.tif 000016
なお、ＰMi,j,k2は各体積要素（θ，φ，ｒ）毎の入力換算音響強度、Ｐ02は送信信号強度を示している。
【００６９】
そして、疑似積層法により、これらの積分値を用いて擬似的な三次元データを構築する。このとき、構築された擬似的な三次元データは、以下の数１６で表される。また、尾量算出原理を応用することによって数１７が導かれる。
【数１６】
2006105700.tif 000017
【数１７】
2006105700.tif 000018
【００７０】
従って、魚体のＴｓが分かれば、魚群内の尾量の概数Ｎを算出することができる。なお、第１実施例同様、算出された魚群ＦＳ内の尾量Ｎの概数は、第１実施例と同様、表示部６に表示される。
【００７１】
以上、魚群の魚量情報を算出するための好適な実施の形態について説明したが、本発明は第１実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。例えば、トランスデューサ２から送受信される超音波が１回の送受信によって各面Ｈ１，Ｈ２を走査するものに限られず、連続して複数回送受信される超音波によって各面Ｈ１，Ｈ２を走査するものであってもよい。
【００７２】
また、上述の第１実施形態では、魚群ＦＳの魚量情報として魚群ＦＳ内の尾量Ｎを算出しているが、これに限られず、「Ｎ×Ｔｓ」を算出するものであっても良い。
【００７３】
また、上述の第１実施形態では、一つの受信ビームを各面Ｈ１，Ｈ２の多方位に向けて順次形成させているが、これに限られず、一次元的に絞った多数の受信ビームを各面Ｈ１、Ｈ２上の多方位に向けて同時に形成させても良い。
【００７４】
また、超音波ビームの送受信方向を、ｘｙ平面に対する角度θが０≦θ≦π／２の範囲内、ｘｚ平面に対する角度φが０≦φ≦２πの範囲内としているがこれに限られず、それぞれ、０≦θ≦π／２〔ｒａｄ〕、０≦φ≦２π〔ｒａｄ〕の範囲内において任意の範囲（例えば、π／４≦θ≦３π／４〔ｒａｄ〕、０≦φ≦π〔ｒａｄ〕など）で変化させるものであってもよい。
【００７５】
また、本実施例において、トランスデューサ２が円筒形の場合について説明したが、これに限られず、球形であっても良い。この場合、送信信号強度Ｐ02及び等価ビーム幅Ψについて、ｒ方向がｘｙ平面に対して成す角度θの依存性を考慮する必要がある。従って、数１４はこれに代えて数１８で、数１５はこれに代えて数１９で、数１６はこれに代えて数２０で、それぞれ、表される。ただし、数送信信号強度をＰ02、等価ビーム幅をΨとする。
【数１８】
2006105700.tif 000019
【数１９】
2006105700.tif 000020
【数２０】
2006105700.tif 000021
【００７６】
以上のように、第２実施例におけるスキャニングソナー１は、船体７から水中の所定の方向に超音波ビームを送信し、送信された超音波ビームに起因する魚群ＦＳ内からの反射エコーを受信ビームにより受信するトランスデューサ２と、受信ビームの信号を処理する信号処理部５とを備える。ここで、このトランスデューサ２は、ｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面Ｈ２に沿う方向と、ｘｙ平面及び仮想の鉛直平面Ｈ２のいずれに対しても交差し且つ船体７の周りに形成される仮想の傘型面Ｈ１に沿う方向とに受信ビームの形成が可能である。そして、信号処理部５が、仮想の鉛直平面Ｈ２に沿う方向に形成された受信ビームから得られる入力換算音響強度ＰM2と、仮想の傘型面Ｈ１に沿う方向に形成された受信ビームから得られる入力換算音響強度ＰM2と、に基づいて擬似的な三次元データを構築し、魚群ＦＳ内の尾量Ｎの概数を算出している。従って、水平モードの走査画像及び垂直モードの走査画像の対応関係を把握することなく、魚群ＦＳ内の尾量Ｎの概数を定量的且つ容易に算出することができる。しかも、漁業者の経験に依ることもないので、算出された魚群ＦＳ内の尾量Ｎの概数がばらつくことも少ない。
【００７７】
（第２実施形態）
本発明において、魚群の概ねの体積は、第１実施形態で説明した疑似積層法を用いて推定することができる。以下、第２実施形態について、図５、図９及び図１０を参照しつつ説明する。ここで、図９は、超音波のビームが図５に図示される傘型面Ｈ１上を走査した場合における受信ビームのデータ図、図１０は、超音波のビームが図５に図示される鉛直平面Ｈ２上を走査した場合における受信ビームのデータ図である。なお、図９及び図１０に図示されるデータは、受信ビームの入力換算音響強度ＰM2を示している。
【００７８】
本発明において、図５に図示される傘型面Ｈ１及び鉛直平面Ｈ２は、φ（０）とθ（０）とで交差する。このとき、魚群ＦＳが、境界が明瞭な体積散乱体であって且つ残響体積よりも十分に広がりが大きいと仮定すると、以下の魚群体積推定アルゴリズムによって、魚群ＦＳの体積を近似できる。
【００７９】
先ず、ｒ，θ，φの各方向について、超音波ビームの送受信方向の範囲を設定する。ここで、送受信方向は、θ（ｉ），φ（ｊ），ｒ（ｋ）で表される。なお、θ方向の測定範囲は０≦θ≦π／２〔ｒａｄ〕、φ方向の測定範囲は０≦φ≦２π〔ｒａｄ〕、ｒ方向の測定範囲は０≦ｒ≦超音波ビームの探知距離〔ｍ〕である。
【００８０】
ここで、二次元の仮想傘型面Ｈ１上及び仮想鉛直平面Ｈ２に形成された受信ビームについての入力換算音響強度ＰM2は、それぞれ、図９及び図１０に図示されるように濃淡で表されたデータとして表示部６に表示される。なお、入力換算音響強度ＰM2は、トランスデューサ２の形状が球形であれば数２によって、トランスデューサ２の形状が円筒形であれば数９によって、それぞれ、求められる。
【００８１】
次に、信号処理部５は、傘型面Ｈ１に沿う方向に形成された受信ビームについて、ｒ，φ方向の体積要素毎の入力換算音響強度ＰM2を所定の閾値と対比することによって二値化処理を行う。具体的には、入力換算音響強度ＰM2が所定の閾値以上である場合をＤi0,j,k＝１、所定の値よりも小さい場合をＤi0,j,k＝０を各体積要素毎に設定する。
【００８２】
また、同様にして、鉛直平面Ｈ２に沿う方向に形成された受信ビームについて、ｒ，θ方向の体積要素毎の入力換算音響強度ＰM2を所定の閾値と対比することによって二値化処理を行う。このとき、入力換算音響強度ＰM2が所定の閾値以上である場合をＤi,j0,k＝１、所定の値よりも小さい場合をＤi,j0,k＝０を各体積要素毎に設定する。
【００８３】
図９において、φ方向の各超音波ビーム毎について深度方向にＤi0,j,k＝１に設定された領域を一次元積分する。なお、この積分値Ｒj'は以下の数２１で表される。
【数２１】
2006105700.tif 000022
【００８４】
図１０において、仮想鉛直平面Ｈ２内でＤi,j0,k＝１に設定された領域を二次元積分し、体積要素の数を乗ずる。なお、この積分値Ｖ0は、以下の数２２で表される。
【数２２】
2006105700.tif 000023
このようにして求めたＲj'及びＶ0を用いて、疑似積層法により擬似的な三次元データを構築し、魚群ＦＳの概ねの体積Ｖを算出する。以下の数２３に、魚群ＦＳの概ねの体積Ｖを算出する式を示す。
【数２３】
2006105700.tif 000024
従って、魚群ＦＳから反射した反射エコーを受信ビームにより受信した場合に得られる入力換算音響強度ＰM2から魚群ＦＳの概ねの体積Ｖを算出することができる。
【００８５】
次に、このようにして構成された疑似三次元データに対して、ボリュームレンダリングの手法を用いることにより、抽出した魚群エコーの疑似三次元表示を表示部６で行う。
【００８６】
ここで、ボリュームレンダリング表示とは、不透明度の採用により魚群の表面のみならず内部までも表示するものであり、図１１及び図１２を参照しつつ説明する。図１１は、二次元の投影面に三次元の直交メッシュモデル８を投影する状況を示した図であり、図１２は、視点９からの視線１０上に位置する各ボクセルＢ１〜Ｂｎを示した図である。なお、二次元画像の各画素の呼び名「ピクセル」に対して三次元の各メッシュを「ボクセル」と呼ぶ。
【００８７】
図１１に図示されるように、視点９から投影面１１を通じて魚群データを含有する直交メッシュモデル８を眺めたとき、図１２に図示されるように、その視線が交差するボクセルＢ１〜Ｂｎに対して色データＣｖを積算する。この色データＣｖの積算値をピクセル１２に与えられる色データ(投影色データＣと呼ぶ)としている。そのために、走査のスタート点として、視点９から投影面１１上の上端のピクセル１２を通る視線１０が指定され、その視線１０の方位が演算される。その視線１０上にて読出しポイント(視点よりの直線距離)が更新される。そして、その読出しポイントに該当するボクセルのボリュームレンダリングデータが読み出される。
【００８８】
投影色データＣの計算は、次のようにして色データＣｖが積算されて行われる。今、その視線にボクセルＢ１（色データＣｖ(１)、不透明度α(１)）のみがあったとき、この場合に視点９から見える投影色データＣは、数２４で表される。
〔数２４〕Ｃ＝Ｃv(１)・α(１)
【００８９】
また、視線上にボクセルＢ１とＢ２（色データＣv(２)、不透明度α(２)）のみが位置した場合における投影色データＣは、数２５で表される。
〔数２５〕Ｃ←Ｃ＋Ｃv(２)・α(２)・(１−α(１))
【００９０】
上記数２５の右辺において、Ｃは、数２４で得たボクセルＢ１の投影色データであり、Ｃｖ(２)・(１−α(１))は、透明度が(１−α(１))のボクセルＢ１を通して色データＣＣｖ(２)のボクセルＢ２を見た時の投影色データである。これより、ボクセルＢ１からボクセルＢｎまでの投影色データＣは、数２６の漸化式で与えられる。
〔数２６〕Ｃ←Ｃ＋(１−α(ｔ−１))・Ｃｖ(ｔ)・α(ｔ)
【００９１】
このようにして、投影色データの積算に並行して不透明度α(ｎ)の積算をも行い、不透明度が１に達するまで色データＣｖの積算が継続される。また、不透明度が１に達したか(不透明度が１を越えればそれより背後のボクセルは見えなくなるため)、視線上の全ボクセルの色データの積算が終了すれば、以後の色データＣｖの積算を中止して、その積算された投影色データＣを当該ピクセルに対するデータとして格納する。そして、次のピクセルを通る視線に更新(走査)され、その視線の方位が演算されて同様の処理が行われる。
【００９２】
このようにして、投影面１１の各ピクセル１２に投影色データＣが充当されることで、魚群に対するボリュームレンダリング表示のためのデータが完成する。
【００９３】
なお、ボリュームレンダリング表示するための処理は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備える図示しない制御部で行われる。この制御部は、スキャニングソナー１全体を制御するものであってもよく、表示部６のみを制御するものであっても良い。
【００９４】
以上、魚群の概ねの体積を算出するための好適な実施の形態について説明したが、本発明は本実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。例えば、超音波ビームの送受信方向を、ｘｙ平面に対する角度θが０≦θ≦π／２の範囲内、ｘｚ平面に対する角度φが０≦φ≦２πの範囲内としているがこれに限られず、それぞれ、０≦θ≦π／２〔ｒａｄ〕、０≦φ≦２π〔ｒａｄ〕の範囲内において任意の範囲（例えば、π／４≦θ≦π／２〔ｒａｄ〕、０≦φ≦π〔ｒａｄ〕など）で変化させるものであってもよい。
【００９５】
以上のように、本実施形態におけるスキャニングソナー１は、船体７から水中に所定の方向に超音波ビームを送信し、送信された超音波ビームに起因する魚群ＦＳ内からの反射エコーを受信ビームにより受信するトランスデューサ２と、受信ビームの信号を処理する信号処理部５とを備える。ここで、このトランスデューサ２は、ｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面Ｈ２に沿う方向と、ｘｙ平面及び仮想の鉛直平面Ｈ２のいずれに対しても交差し且つ船体７の周りに形成される仮想の傘型面Ｈ１に沿う方向とに受信ビームの形成が可能である。そして、信号処理部５が、仮想の鉛直平面Ｈ２に形成された受信ビームから得られる入力換算音響強度ＰM2及び仮想の傘型面Ｈ１に沿う方向に形成された受信ビームから得られる入力換算音響強度ＰM2のそれぞれを、所定値を基準として二値化処理し、擬似的な三次元データを構築している。これによって魚群ＦＳの概ねの体積Ｖを算出している。従って、水平モードの走査画像及び垂直モードの走査画像の対応関係を把握することなく魚群の概ねの体積を容易に把握することができる。また、漁業者の経験に依ることなく魚群の概ねの体積を算出できるので、算出された魚群ＦＳの概ねの体積Ｖのバラツキも小さい。それに加え、魚群ＦＳの三次元データが画像として表示部６に表示されるので、魚群ＦＳの形状を容易に把握することが可能となる。
【００９６】
なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態における説明では、超音波ビームが二次元の仮想傘型面Ｈ１及びｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面Ｈ２に添って送信されることを前提としているが、実際には各面Ｈ１，Ｈ２に略沿った方向を走査することとなる。
【００９７】
（第３実施形態）
次に、魚群ＦＳをなす魚体のＴｓを算出する原理について、図３を参照しつつ説明する。第１実施形態では、魚群ＦＳをなす魚体のＴｓが既知であることを前提として説明している。しかしながら、魚群ＦＳをなす単体魚のＴｓが不明な場合もある。本実施形態は、このような場合であっても、魚群ＦＳをなす魚体のＴｓを算出できる点において有効である。なお、トランスデューサ２の形状は球形とする。
【００９８】
後方散乱強度Ｔｓは、送信された超音波ビームに起因する単体魚からの反射エコーを受信ビームにより受信することによって求めることができる。ただし、ビーム内のターゲットと音軸との位置関係から、ターゲット位置の感度ｈ（ｒ'，θ',φ'；ｒ，θ，φ）を知る必要がある。なお、垂直魚群探知機では、船体７の鉛直下方のビーム信号しか受信できないので、θ，φ方向のターゲット位置の感度を知ることができない。一方、スキャニングソナーであれば、船体７の鉛直下方へのビーム以外に（θ，φ）方向に十分な数のマルチビームを用意することができるので、ターゲットが存在するビームの体積積分を求めることによってＴｓを算出することができる。
【００９９】
図３（ａ）において、点ターゲットを（θ，φ）方向に連続スキャンを行うと、図３（ｂ）のように体積を持った受信データが出力される。この場合において、（ｒ'，θ'，φ'）に存在する単体魚を探知した場合の入力換算音響強度ＰM2は、以下の数２７で表される。
【数２７】
2006105700.tif 000025
ここで、数２７にｒ4（ｅ2αr）2を乗じて積分を行うと、以下の数２８が導かれる。
【数２８】
2006105700.tif 000026
従って、単体魚からの反射ビームの入力換算音響強度ＰM2から後方散乱強度Ｔｓを算出することができる。このような処理は信号処理部５で行われ、算出された後方散乱強度Ｔｓは表示部６に表示される。
【０１００】
以上、魚群ＦＳをなす魚体のＴｓを算出する原理の実施形態について説明したが、本発明は第３実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。例えば、本実施形態において、トランスデューサ２が球形の場合について説明したが、これに限られず、円筒形であっても良い。この場合、送信信号強度Ｐ02及び等価ビーム幅Ψについて、ｒ方向がｘｙ平面に対して成す角度θの依存性を考慮する必要がある。従って、数２７はこれに代えて数２９で、数２８はこれに代えて数３０で、それぞれ、表される。ただし、数送信信号強度をＰ02（θ）、等価ビーム幅をΨ（θ）とする。
【数２９】
2006105700.tif 000027
【数３０】
2006105700.tif 000028
【０１０１】
以上のように、本実施形態におけるスキャニングソナー１は、船体７から水中の所定の方向に向けて超音波ビームを送信し、送信された超音波ビームに起因する単体魚からの反射エコーを受信ビームにより受信するトランスデューサ２と、受信ビームの信号を処理する信号処理部６とを備える。ここで、信号処理部６は、上述のＴｓ算出原理を用いることによって、受信ビームより得られる力換算音響強度ＰM2を三次元方向に積分し、魚群をなす単体魚の概ねの後方散乱強度を算出している。従って、魚群ＦＳをなす単体魚のＴｓを容易に把握することができる。さらに、魚群ＦＳをなす単体魚の後方散乱強度Ｔｓが不明な場合であってもこれを算出することができるので、これに基づいて、魚群ＦＳ内の尾量Ｎの概数を算出することが可能となる。
【０１０２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の各実施形態及び実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。例えば、水中探知装置はスキャニングソナーに限られるものではなく、セクタースキャニングソナーやサーチライトソナーであっても良い。セクタースキャニングソナーを用いた場合、送信信号強度Ｐ02及び等価ビーム幅Ψについて、角度θではなく角度φへの依存性を考慮する必要がある。セクタースキャニングソナーでは、送受波器の周囲に所定の中心角および俯角を有する扇形の送信ビームが形成される。そして、扇形の送信ビーム内をペンシル状の受信ビームで走査することにより、送信ビーム内の各方位の水中情報の探知が行われる。尚、１回の超音波の送信で探知できるのは扇形の範囲だけであるので、送受波器を機械的に回転させることで全周の探知が行われる。また、送信ビームの俯角の制御も機械的に行われる。サーチライトソナーを用いた場合、送信信号強度Ｐ02及び等価ビーム幅Ψのいずれも、角度θ及び角度φへの依存性を考慮する必要はない。サーチライトソナーでは、送受波器の振動子から１つの方位へ所定の俯角でペンシル状の超音波が送信される。そして、振動子で受信された受信信号に基づいて当該方位の水中情報の探知が行われる。尚、１回の超音波の送信で探知できるのはペンシル状の狭い範囲だけであるので、送受波器を機械的に回転させることで全周の探知が行われる。また、超音波が送信される俯角の制御も機械的に行われる。
【０１０３】
また、本発明に適用される水中探知装置は、上記の第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態の全てを実施できる水中探知装置であることが好ましいが、それだけに限られず、いずれか一つの実施形態のみを実施可能な水中探知装置またはいずれかニつの実施形態を実施可能な水中探知装置であっても良い。また、第１の実施形態については、第１実施例及び第２実施例のいずれをも実施可能であっても、いずれか一の実施例のみを実施可能であっても良い。
【０１０４】
また、本発明に適用される水中探知装置は、トランスデューサ２から送受信される超音波が１回の送受信によって各面Ｈ１及びＨ２を走査するものであってもよく、連続して複数回送受信される超音波によって各面Ｈ１及びＨ２を走査するものであってもよい。
【０１０５】
尚、本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】スキャニングソナーの制御ブロック図である。
【図２】球座標系のモデル図である。
【図３】（ａ）が（θ，φ）方向に超音波ビームを２次元連続走査した場合の座標系、（ｂ）が点ターゲットを２次元連続スキャンした場合のイメージング結果を示す図である。
【図４】超音波ビームを１回送受信した場合における三次元走査のイメージ図である。
【図５】超音波のビームが船体の周囲に形成される二次元の仮想傘型面上とｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面上とを走査した場合のモデル図である。
【図６】超音波のビームが二次元の仮想傘型面上を走査した場合における反射ビームのデータ図である。
【図７】超音波のビームがｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面上を走査した場合における反射ビームのデータ図である。
【図８】（ａ）が船体の周囲に形成される二次元の仮想傘型面上とｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面上とを示した図、（ｂ）が疑似積層法を示す概念図である。
【図９】超音波のビームが二次元の仮想傘型面上を走査した場合における反射ビームのデータ図である。
【図１０】超音波のビームがｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面上を走査した場合における反射ビームのデータ図である。
【図１１】二次元の投影面に三次元の直交メッシュモデルを投影する状況を示した図である。
【図１２】視点からの視線上に位置する各ボクセルを示した図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  スキャニングソナー（マルチビームソナー）
２  トランスデューサ
３  送信部
４  受信部
５  信号処理部
６  表示部
７  船体
８  メッシュモデル
９  視点
１０  視線
１１  投影面
１２  ピクセル
Ｈ１  船体の周囲に形成される二次元の仮想傘型面
Ｈ２  ｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面
ＦＳ  魚群
【図１】
2006105700.tif 000029
【図２】
2006105700.tif 000030
【図３】
2006105700.tif 000031
【図４】
2006105700.tif 000032
【図５】
2006105700.tif 000033
【図６】
2006105700.tif 000034
【図７】
2006105700.tif 000035
【図８】
2006105700.tif 000036
【図９】
2006105700.tif 000037
【図１０】
2006105700.tif 000038
【図１１】
2006105700.tif 000039
【図１２】
2006105700.tif 000040