(57)【要約】【課題】より簡易な処理で水底面を表示することのできる水中探知装置、および、水中探知方法を提供する。【解決手段】水中探知装置１の受信機８および処理装置５の取得部１７，２４は、水底深度ＷＤを取得する。受信機８および処理装置５の境界設定部１８，２５は、水底深度ＷＤと実質的に等しい深さを有する基準点Ｐ１を通過する境界Ｂ１であって、水平方向と所定の角度θＢ１をなす境界Ｂ１を設定する。受信機８および処理装置５の画像データ生成部１６，２３は、少なくとも受信信号に基づいて水中ターゲットの位置を表す画像データＤ２，Ｄ３であって、色情報を含む画像データＤ２，Ｄ３を生成する。色情報は、少なくとも境界Ｂ１に対する水中ターゲットの位置に基づいている。【選択図】図１
2019200204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波を送信する送信トランスデューサを駆動し、水中ターゲットからの前記送信波の反射を含む反射波に基づいて受信信号を生成する送受信回路と、
水底深度を取得する取得部と、
前記水底深度と実質的に等しい深さを有する基準点を通過する境界であって、水平方向と所定の角度をなす境界を設定する境界設定部と、
少なくとも前記受信信号に基づいて前記水中ターゲットの位置を表す画像データであって色情報を含む画像データを生成する画像データ生成部であって、前記色情報が少なくとも前記境界に対する前記水中ターゲットの位置に基づいて構成された画像データ生成部と、
を備えていることを特徴とする、水中探知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水中探知装置であって、
前記角度は、斜角であることを特徴とする、水中探知装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水中探知装置であって、
前記境界設定部は、前記角度を、前記水中探知装置のユーザの指示によって調整するか、または、前記受信信号を生成するために形成するビームのビーム幅に基づいて設定することを特徴とする、水中探知装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
前記取得部は、前記水底深度を、前記受信信号とは別の外部情報源から得るか、前記受信信号から前記水底深度を測定することで得るか、または、前記水中探知装置のユーザから得ることを特徴とする、水中探知装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
前記画像データ生成部は、前記境界の深度よりも深い深度に位置する前記水中ターゲットの前記色情報を、前記境界の深度よりも浅い深度に位置する前記水中ターゲットの前記色情報とは独立して設定することを特徴とする、水中探知装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
前記画像データ生成部は、前記境界の深度よりも深い深度に位置し且つ前記受信信号の信号レベルが所定のしきい値以上である前記水中ターゲットの前記色情報を、前記受信信号の信号レベルとは独立して設定することを特徴とする、水中探知装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
前記画像データ生成部は、前記境界の位置を表す境界画像データを生成し、前記境界画像データを前記画像データに付加することを特徴とする、水中探知装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
前記境界は、直線を含んでいることを特徴とする、水中探知装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
前記画像データ生成部は、前記受信信号から前記水中ターゲットの３次元データを生成し、前記３次元データを２次元平面に投影することによって前記画像データを生成することを特徴とする、水中探知装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の水中探知装置であって、
前記画像データ生成部は、前記受信信号から前記水中ターゲットの２次元断面データを生成し、前記２次元断面データから２次元断面画像データを生成し、前記境界の位置を表す境界画像データを生成し、前記境界画像データを前記２次元断面画像データに付加し、前記２次元断面画像データを前記画像データに付加することを特徴とする、水中探知装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
前記境界設定部は、前記受信信号とは別の外部情報源から取得した水底地形データに基づいて前記境界を設定することを特徴とする、水中探知装置。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
前記送受信回路は、複数の受波素子を含む受信トランスデューサで前記反射波を受信し、前記複数の受波素子で得られた信号にビームフォーミング処理を行うことで前記受信信号を生成することを特徴とする、水中探知装置。
【請求項１３】
送信波を送信する送信トランスデューサを駆動し、水中ターゲットからの前記送信波の反射を含む反射波に基づいて受信信号を生成し、
水底深度を取得し、
前記水底深度と実質的に等しい深さを有する基準点を通過する境界であって、水平方向と所定の角度をなす境界を設定し、
少なくとも前記受信信号に基づいて前記水中ターゲットの位置を表す画像データであって色情報を含む画像データを生成し、前記色情報が少なくとも前記境界に対する前記水中ターゲットの位置に基づくことを特徴とする、水中探知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中を探知するための水中探知装置、および、水中探知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中探知装置として、３次元ソナーが知られている（例えば、非特許文献１参照）。３次元ソナーは、送信用の素子でビームを送信し、受信用の素子でエコーを受信する。そして、エコーを受信することで得られた受信信号を処理することで、水中の物標を３次元映像で表示する。非特許文献１に記載の構成では、３次元ソナーは、海底面を検出し、検出した海底面をカラー表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】FURUNO OPERATOR'S MANUAL MULTI BEAM SONAR、Page 4-13、［online］、FURUNO DEUTSCHLAND 、［平成３０年３月２１日検索］、インターネット<URL: http://www.furuno.de/Downloads/DFF-3D/Handb%C3%BCcher/OME13520C2_DFF3D.pdf>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の構成では、水中探知装置は、海底面を識別するための処理が必要であり、計算負荷が大きくなってしまう。また、海底付近にある魚群（いわゆる底付き魚群）が、海底と認識されて海底色で表示されてしまい、海底と識別され難くなってしまう場合がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、より簡易な処理で水底面を表示することのできる水中探知装置、および、水中探知方法を提供する。
【０００６】
本発明の別の目的は、海底検出により海底と判断されてしまっていた底付き魚群と海底とをエコー画像上で識別し易くできる水中探知装置、および、水中探知方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る水中探知装置は、送信波を送信する送信トランスデューサを駆動し、水中ターゲットからの前記送信波の反射を含む反射波に基づいて受信信号を生成する送受信回路と、信号処理部であって、水底深度を取得する取得部と、前記水底深度と実質的に等しい深さを有する基準点を通過する境界であって、水平方向と所定の角度をなす境界を設定する境界設定部と、少なくとも前記受信信号に基づいて前記水中ターゲットの位置を表す画像データであって色情報を含む画像データを生成する画像データ生成部であって、前記色情報が少なくとも前記境界に対する前記水中ターゲットの位置に基づいて構成された画像データ生成部と、を備えている、
【０００８】
（２）前記角度は、斜角である場合がある。
【０００９】
（３）前記境界設定部は、前記角度を、前記水中探知装置のユーザの指示によって調整するか、または、前記受信信号を生成するために形成するビームのビーム幅に基づいて設定する場合がある。
【００１０】
（４）前記取得部は、前記水底深度を、前記受信信号とは別の外部情報源から得るか、前記受信信号から前記水底深度を測定することで得るか、または、前記水中探知装置のユーザから得る場合がある。
【００１１】
（５）前記画像データ生成部は、前記境界の深度よりも深い深度に位置する前記水中ターゲットの前記色情報を、前記境界の深度よりも浅い深度に位置する前記水中ターゲットの前記色情報とは独立して設定する場合がある。
【００１２】
（６）前記画像データ生成部は、前記境界の深度よりも深い深度に位置し且つ前記受信信号の信号レベルが所定のしきい値以上である前記水中ターゲットの前記色情報を、前記受信信号の信号レベルとは独立して設定する場合がある。
【００１３】
（７）前記画像データ生成部は、前記境界の位置を表す境界画像データを生成し、前記境界画像データを前記画像データに付加する場合がある。
【００１４】
（８）前記境界は、直線を含んでいる場合がある。
【００１５】
（９）前記画像データ生成部は、前記受信信号から前記水中ターゲットの３次元データを生成し、前記３次元データを２次元平面に投影することによって前記画像データを生成する場合がある。
【００１６】
（１０）前記画像データ生成部は、前記受信信号から前記水中ターゲットの２次元断面データを生成し、前記２次元断面データから２次元断面画像データを生成し、前記境界の位置を表す境界画像データを生成し、前記境界画像データを前記２次元断面画像データに付加し、前記２次元断面画像データを前記画像データに付加する場合がある。
【００１７】
（１１）前記境界設定部は、前記受信信号とは別の外部情報源から取得した水底地形データに基づいて前記境界を設定する場合がある。
【００１８】
（１２）前記送受信回路は、複数の受波素子を含む受信トランスデューサで前記反射波を受信し、前記複数の受波素子で得られた信号にビームフォーミング処理を行うことで前記受信信号を生成する場合がある。
【００１９】
（１３）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る水中探知方法は、送信波を送信する送信トランスデューサを駆動し、水中ターゲットからの前記送信波の反射を含む反射波に基づいて受信信号を生成し、水底深度を取得し、前記水底深度と実質的に等しい深さを有する基準点を通過する境界であって、水平方向と所定の角度をなす境界を設定し、少なくとも前記受信信号に基づいて前記水中ターゲットの位置を表す画像データであって色情報を含む画像データを生成し、前記色情報が少なくとも前記境界に対する前記水中ターゲットの位置に基づく。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、より簡易な処理で水底面を表示することができる。また、海底検出により海底と判断されてしまっていた底付き魚群と海底とをエコー画像上で識別し易くできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】送受波器から送波される第１送信波の送波範囲を模式的に示す図である。
【図３】送受波器から送波される第２送信波の送波範囲を模式的に示す図である。
【図４】受信機の構成を示すブロック図である。
【図５】第１表示装置に表示される２次元断面画像の一例を模式的に示す図であり、境界処理が施される前の状態を示している。
【図６】処理装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図７の下側の図は、第２画像データ生成部で形成される３次元画像データで特定される３次元画像を示す模式図であり、境界処理が施される前の状態を示しており、図７の上側の図は、３次元画像を水平方向に沿って一側面から見た画像である側面画像であり、境界処理が施される前の状態を示している。
【図８】第１表示装置に表示される２次元断面画像の一例を模式的に示す図であり、境界処理が施された後の状態を示している。
【図９】図９の下側の図は、第２画像データ生成部で形成される３次元画像を示す模式図であり、境界処理が施された後の状態を示しており、図９の上側の図は、３次元画像を水平方向に沿って一側面から見た画像である側面画像であり、境界処理が施された後の状態を示している。
【図１０】魚群探知機の送受波器から送波される送信波を模式的に示す図である。
【図１１】各画像データ生成部における画像処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１２（Ａ）は、送受波器の変形例を示す図であり、図１２（Ｂ）は、送受波器の別の変形例を示す図であり、図１２（Ｃ）は、送受波器のさらに別の変形例を示す図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、海底面に起伏部が存在している状態を示す模式図であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示す海底面に対応する２次元断面画像の主要部を示している。
【図１４】図１３（Ａ）に示す海底面に対応する３次元画像の主要部および側面画像の主要部を示している。
【図１５】本発明のさらなる別の変形例の主要部を示す図である。
【図１６】図１５に示す送受波器によって形成される送信ビームおよび受信ビームを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係る水中探知装置１について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
［水中探知システムの構成］
図１は、本発明の実施形態に係る水中探知装置１の構成を示すブロック図である。本実施形態の水中探知装置１は、例えば、漁船などの船舶に設けられている。以下では、水中探知装置１を備えている船舶を「自船」という。なお、図１では、受信機８および処理装置５が有する構成要素のうちの一部のみを図示している。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態に係る水中探知装置１は、スキャニングソナー１０と、処理装置５と、第２表示装置６とを備えている。水中探知装置１は、一般的に知られているスキャニングソナー１０に、処理装置５、第２表示装置６、および、キーボードおよびマウス等からなる第２操作部２９が外付けされた構成となっている。
【００２５】
スキャニングソナー１０は、送受波器２（送信トランスデューサ、または、受信トランスデューサとも呼ばれる）と、送受信装置３（送受信回路とも呼ばれる）と、第１表示装置４と、第１操作部２８と、を備えている。
【００２６】
送受波器２は、超音波を送受信する機能を有し、自船の船底に取り付けられている。例えば、送受波器２は、略円筒形状であって、その軸方向が鉛直方向に沿い、半径方向が水平方向に沿うように配置されている。
【００２７】
詳細には、送受波器２は、略円筒形状の筐体と、この筐体の外周面に取り付けられた複数の送受波素子としての超音波振動子２ａと、を有している。超音波振動子２ａは、超音波を水中に送信するとともに、エコーを受信し、このエコーを電気信号に変換して受信機８へ出力する。なお、本実施形態において、送受波器２は、筐体が円筒形の場合を示したが、形状は特に限定されるものではなく、例えば、球形等のように他の形状とすることもできる。
【００２８】
図２は、送受波器２から送波される第１送信波の送波範囲を模式的に示す図である。また、図３は、送受波器２から送波される第２送信波の送波範囲を模式的に示す図である。図２および図３では、自船Ｓに搭載された送受波器２から送波される送信波の送波範囲が、ドットハッチングが施された箇所によって模式的に表されている。
【００２９】
本実施形態では、送受波器２からは、２種類の送信波、具体的には図２に示すような第１送信波、および、図３に示すような第２送信波が送波される。送受波器２は、自船Ｓを中心とする水平方向の全方位へ送信波を送波する。
【００３０】
第１送信波は、鉛直方向におけるビーム幅θ１が比較的狭い送信波である。第１送信波のビーム幅θ１は、例えば数度〜数十度である。第１送信波が送波される領域を、以下では２次元的領域Ｚ１と称する。このように、第１送信波が送波される領域を２次元的領域Ｚ１と称する理由は、以下の通りである。すなわち、第１送信波の鉛直方向におけるビーム幅θ１は、送受波器２で実現可能な最小の鉛直方向のビーム幅、或いはそれに近い値である。よって、第１送信波が送波される領域は、空間的な拡がりが比較的狭い領域であるため、本明細書では、その領域を、２次元的領域Ｚ１と称する。
【００３１】
第２送信波は、鉛直方向におけるビーム幅θ２が第１送信波のビーム幅θ１よりも広い送信波である。第２送信波のビーム幅θ２は、例えば数十度である。第２送信波が送波される領域を、以下では３次元的領域Ｚ２と称する。このように、第２送信波が送波される領域を３次元的領域Ｚ２と称する理由は、以下の通りである。すなわち、第１送信波の鉛直方向におけるビーム幅θ１は、上述のように比較的狭いビーム幅であるのに対し、２０度以上のビーム幅θ２を有する第２送信波は、第１送信波と比べて十分にビーム幅が広いと考えることができる。よって、本明細書では、このように十分にビーム幅が広い第２送信波が送波される３次元的な拡がりが比較的大きい領域を、３次元的領域Ｚ２と称する。
【００３２】
送受波器２は、例えば、第１送信波の送信および当該第１送信波の反射波の受信が行われる送受信を複数回行う。その後、送受波器２は、第２送信波の送信および当該第２送信波の反射波の受信が行われる送受信を１回、行う。
【００３３】
送受信装置３は、送信波を送信する送受波器２を駆動し、魚群および海底等の水中ターゲットからの送信波の反射を含む反射波に基づいて受信信号を生成する。
【００３４】
図４は、受信機８の構成を示すブロック図である。図１〜図４を参照して、送受信装置３は、送受切替部３ａと、送信機７と、受信機８（処理回路とも呼ばれる）とを備えている。送受信装置３は、ハードウェア・プロセッサ９（例えば、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ等）、アナログ回路、および不揮発性メモリ等のデバイスで構成される。ハードウェア・プロセッサ９は、以下で詳しく説明する第１制御部７ｂ、直交検波部１３、第１ビーム形成部１４、フィルタ部１５、第１画像データ生成部１６、第１取得部１７、および、第１境界設定部１８として機能する。例えば、ＣＰＵが不揮発性メモリからプログラムを読み出して実行することにより、ハードウェア・プロセッサ９が、第１制御部７ｂ、直交検波部１３、第１ビーム形成部１４、フィルタ部１５、第１画像データ生成部１６、第１取得部１７、および、第１境界設定部１８として機能する。これら第１制御部７ｂ、直交検波部１３、第１ビーム形成部１４、フィルタ部１５、第１画像データ生成部１６、第１取得部１７、および、第１境界設定部１８は、第１信号処理部１９に含まれている。
【００３５】
送受切替部３ａは、送受波器２に対する信号の送信と受信とを切り替えるためのものである。具体的には、送受切替部３ａは、送受波器２を駆動させるための駆動信号を送受波器２へ送信するときは、送信機７が出力する駆動信号を送受波器２へ出力する。一方、送受切替部３ａは、受信信号を送受波器２から受信するときは、送受波器２が受信した受信信号を受信機８へ出力する。
【００３６】
送信機７は、送受波器２から送波される送信波の基となる駆動信号を生成するためのものである。送信機７は、送信回路部７ａと、第１制御部７ｂとを有している。
【００３７】
送信回路部７ａは、第１制御部７ｂ、および詳しくは後述する処理装置５の第２制御部２０によって制御されることにより、駆動信号を生成する。具体的には、送信回路部７ａは、各超音波振動子２ａに対応して設けられている送信回路（図示省略）を有し、各送信回路が第１制御部７ｂによって適宜、制御されることにより、第１駆動信号を生成する。第１駆動信号とは、送受波器２から送波される第１送信波の基となる信号である。また、送信回路部７ａは、各送信回路が第２制御部２０によって制御されることにより、第２駆動信号を生成する。第２駆動信号とは、送受波器２から送波される第２送信波の基となる信号である。
【００３８】
第１制御部７ｂは、送信回路部７ａが有する複数の送信回路のそれぞれを適宜、制御することにより、送信回路部７ａに第１駆動信号を生成させる。
【００３９】
受信機８は、アナログ部１１と、Ａ／Ｄ変換部１２と、第１信号処理部１９と、を有している。第１信号処理部１９は、直交検波部１３と、第１ビーム形成部１４と、フィルタ部１５と、第１画像データ生成部１６と、第１取得部１７と、第１境界設定部１８と、を有している。アナログ部１１およびＡ／Ｄ変換部１２は、送信波の反射波に基づいて受信信号を生成する受信回路部として設けられている。
【００４０】
アナログ部１１は、送受波器２からの電気信号を増幅するとともに、その帯域を制限することで不要な周波数成分を除去する。アナログ部１１は、第１送信波の反射波から得られた電気信号、および第２送信波の反射波から得られた電気信号、の双方に対して処理を行う。
【００４１】
Ａ／Ｄ変換部１２は、アナログ部１１で生成された電気信号を、デジタル信号としての受信信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１２は、第１送信波の反射波から得られた電気信号を処理して第１受信信号を生成し、第２受信波の反射波から得られた電気信号を処理して第２受信信号を生成する。
【００４２】
直交検波部１３は、各超音波振動子２ａから得られた第１受信信号および第２受信信号に直交検波処理を適用して、Ｉ信号およびＱ信号を生成する。これらの信号は、Ｉ信号を実部、Ｑ信号を虚部とする複素信号として処理される。直交検波部１３は、Ａ／Ｄ変換部１２から出力される受信信号が第１受信信号である場合、生成した複素信号を、第１複素信号として第１ビーム形成部１４へ出力する。一方、直交検波部１３は、Ａ／Ｄ変換部１２から出力される受信信号が第２受信信号である場合、生成した複素信号を、第２複素信号として処理装置５へ出力する。なお、直交検波部１３から処理装置５への第２複素信号の出力は、第２複素信号が、送受信装置３が有する記憶部（図示省略）に一旦記憶された後に行われてもよい。
【００４３】
本実施形態では、直交検波部１３で第２複素信号を生成した後、その第２複素信号を処理装置５へ出力する例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、Ａ／Ｄ変換部１２で生成された第２受信信号が処理装置５へ出力された後、処理装置５内で直交検波処理が行われてもよい。
【００４４】
第１ビーム形成部１４は、特定の複数の超音波振動子２ａから得られた第１複素信号にビームフォーミング処理（具体的には、整相加算、または、適応ビームフォーミング処理）を行って、特定の方向に鋭い指向性を有する単一の超音波振動子によって得られるものと等価な信号である第１ビーム信号を生成する。第１ビーム形成部１４は、ビーム形成処理を行う対象となる超音波振動子２ａの組合せを変えながらこの処理を繰り返し行うことによって、各方位に指向性を有する多数の第１ビーム信号を生成する。第１ビーム形成部１４は、図２を参照して、鉛直方向に比較的狭いビーム幅θ１（例えば８度程度）を有する第１ビーム信号を生成する。
【００４５】
フィルタ部１５は、第１ビーム形成部１４が形成した第１ビーム信号に、帯域制限フィルタ、或いはパルス圧縮フィルタの処理を施すことにより、後述する２次元断面画像ＩＭ２を生成するための２次元的な位置及びエコー強度を生成する。
【００４６】
第１画像データ生成部１６は、フィルタ部１５でフィルタ処理された第１ビーム信号の振幅（具体的には、複素信号の絶対値）に基づいて、自船周囲における水中ターゲットの分布を示す２次元断面データを生成する。そして、第１画像データ生成部１６は、２次元断面データから２次元断面画像データＤ２を生成する。具体的には、第１画像データ生成部１６は、自船Ｓの送受波器２の位置を頂点とした円錐面上の分布を上方から視た画像（以下、水平モード画像Ｈ１と称する場合もある）、或いは、送受波器２を含む鉛直面上の分布を示す画像（以下、垂直モード画像Ｖ１と称する場合もある）の画像データを生成する。第１画像データ生成部１６で生成される画像のデータは、ビーム幅が比較的狭い第１送信波から得られる信号に基づいて生成される画像のデータであり、空間的な拡がりのない２次元的な面状の領域から得られた画像のデータである。水平モード画像Ｈ１が得られる領域は、図２におけるドットハッチングが施された領域である。
【００４７】
図５は、第１表示装置４に表示される２次元断面画像ＩＭ２の一例を模式的に示す図であり、境界処理が施される前の状態を示している。図１、図４および図５を参照して、第１表示装置４は、第１画像データ生成部１６で生成された水平モード画像Ｈ１および垂直モード画像Ｖ１を表示することが可能である。図５では、一例として、ある時点での垂直モード画像Ｖ１である２次元断面画像ＩＭ２が示されている。一例として、キーボードまたはタッチパネル等の第１操作部２８をユーザが適宜操作することにより、第１表示装置４に、水平モード画像Ｈ１と垂直モード画像Ｖ１とを切り替えて表示したり、或いはこれらの画像Ｈ１，Ｖ１を同時に表示することができる。第１操作部２８は、送受信装置３に接続されており、ユーザが第１操作部２８を例えば押操作することで、所定の指令信号を生成し、この指令信号を送受信装置３へ出力する。
【００４８】
２次元断面画像ＩＭ２では、比較的浅い深度に対応する浅深度領域ＩＭ２５と、海底深度に対応する海底深度領域ＩＭ２６のそれぞれに高強度エコー像ＩＭ２７が存在している。特に、浅深度領域ＩＭ２５における高強度エコー像ＩＭ２７の数と比べて、海底深度領域ＩＭ２６における高強度エコー像ＩＭ２７の数が多い。本実施形態では、浅深度領域ＩＭ２５における高強度エコー像ＩＭ２７は、魚群エコー像ＩＭ２１であり、海底深度領域ＩＭ２６における高強度エコー像ＩＭ２７は、海底エコー像ＩＭ２２である。
【００４９】
２次元断面画像ＩＭ２では、エコー強度に応じて、エコー画像に多段階の階調（色）が与えられる。しかしながら、図において、２次元断面画像ＩＭ２では、説明の便宜上、エコー強度に応じて、エコー画像に２段階の濃さが与えられている。本実施形態では、エコー強度が最も高いエコー像がクロスハッチングで示され、エコー強度が２番目に高いエコー像が一方向の斜線のハッチングで示されている。以下では、クロスハッチングが付されたエコー像を高強度エコー像と称し、一方向の斜線のハッチングが付されたエコーを中強度エコー像と称する。なお、実際の第１表示装置４では、高強度エコー像は濃い赤色で示され、中強度エコー像は薄い赤色で示される。エコー像の色は、この例示の色に限らず、他の色でもよい。
【００５０】
上述のように、第１画像データ生成部１６は、少なくとも第１受信信号に基づいて水中ターゲットの位置を示す２次元断面画像データＤ２であって、色情報を含むデータＤ２を生成する。
【００５１】
処理装置５は、スキャニングソナー１０の送受信装置３とケーブル等により接続された機器であって、一例としてＰＣ（パーソナルコンピュータ）で構成されている。処理装置５は、詳しくは後述するが、送受信装置３で処理された受信信号のうちの一部を処理する。
【００５２】
本実施形態に係る水中探知装置１は、スキャニングソナー１０によって自船付近の２次元的領域Ｚ１（図２参照）に含まれる物標が投影された画像（具体的には、水平モード画像Ｈ１および垂直モード画像Ｖ１）を生成できるだけでなく、処理装置５によって、自船Ｓ付近の３次元状の領域である３次元的領域Ｚ２（図３参照）に含まれる水中ターゲットが投影された画像も生成することができる。本水中探知装置１では、キーボードまたはタッチパネル等の第２操作部２９を介したユーザからの所定指示がない限りは、スキャニングソナー１０によって、２次元断面画像ＩＭ２が生成される。一方、本実施形態に係る水中探知装置１は、ユーザから第２操作部２９を介して所定指示があった場合、処理装置５およびスキャニングソナー１０等が以下で説明するような動作を行うことにより、自船付近の３次元的領域Ｚ２に含まれる水中ターゲットが投影された３次元画像ＩＭ３および３次元画像ＩＭ３を水平方向に沿って一側面から見た画像である側面画像ＩＭ４を生成する。なお、ここで説明したユーザの所定指示とは、図３のドットハッチングで示されるような３次元的領域Ｚ２に含まれる物標が投影された画像を生成させる指示である。以下では、この所定指示を、３次元領域画像生成指示と称する。
【００５３】
図６は、処理装置５の構成を示すブロック図である。図１および図６を参照して、処理装置５（第２信号処理部とも呼ばれる）は、第２制御部２０と、第２ビーム形成部２１と、フィルタ部２２と、第２画像データ生成部２３と、第２取得部２４と、第２境界設定部２５と、を有している。
【００５４】
処理装置５は、ハードウェア・プロセッサ３０（例えば、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ等）、アナログ回路、および不揮発性メモリ等のデバイスで構成される。ハードウェア・プロセッサ３０は、以下で詳しく説明する第２制御部２０、第２ビーム形成部２１、フィルタ部２２、第２画像データ生成部２３、第２取得部２４、および、第２境界設定部２５として機能する。例えば、ＣＰＵが不揮発性メモリからプログラムを読み出して実行することにより、ハードウェア・プロセッサ３０が、第２制御部２０、第２ビーム形成部２１、フィルタ部２２、第２画像データ生成部２３、第２取得部２４、および、第２境界設定部２５として機能する。
【００５５】
第２制御部２０は、ユーザによる３次元領域画像生成指示を受けて、送信回路部７ａが有する複数の送信回路のそれぞれを適宜、制御することにより、送信回路部７ａに第２駆動信号を生成させる。第２制御部２０は、例えば送受波器２の形状が円筒形である場合には、鉛直方向のシェーディング係数の関数がシンク関数になるように、駆動信号の振幅と位相とを制御する。
【００５６】
第２ビーム形成部２１には、受信機８の直交検波部１３からの第２複素信号が入力される。第２ビーム形成部２１は、特定の複数の超音波振動子２ａから得られた第２複素信号にビーム形成処理（具体的には、整相加算または適応ビームフォーミング処理）を行って、特定の方向に鋭い指向性を有する単一の超音波振動子によって得られるものと等価な信号である第２ビーム信号を生成する。第２ビーム形成部２１は、ビーム形成処理を行う対象となる超音波振動子２ａの組合せを変えながらこの処理を繰り返し行うことによって、各方位に指向性を有する多数の第２ビーム信号を生成する。第２ビーム形成部２１は、第２送信波のビーム幅θ２よりも狭いビーム幅を有する第２ビーム信号を生成し、そのチルト角を徐々に変えることにより、第２送信波が送波された範囲をスキャンする。なお、これらのビーム信号に基づいて生成される各３次元データ（詳しくは後述する）の位置情報は、第２送信波が送波されてから受波されるまでの時間から得られる送受波器２から反射対象までの距離、および、第２ビーム信号の方位に基づいて算出される。
【００５７】
フィルタ部２２は、第２ビーム形成部が形成した第２ビーム信号に、帯域制限フィルタ、或いはパルス圧縮フィルタの処理を施す。フィルタ部２２で処理された第２ビーム信号は、３次元的領域Ｚ２に含まれる各位置から得られた信号であって、各信号が得られた３次元的な位置及びエコー強度を情報として有している。
【００５８】
第２画像データ生成部２３は、フィルタ部２２でフィルタ処理された第２ビーム信号の振幅（具体的には、複素信号の絶対値）に基づいて、自船周囲における水中ターゲットの分布を示す３次元データを生成する。具体的には、第２画像データ生成部２３は、３次元的領域Ｚ２（図３参照）から得られる信号に基づいて、３次元データを生成する。そして、第２画像データ生成部２３は、この３次元データを２次元平面に投影することによって、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４の画像データである３次元画像データＤ３を生成する。
【００５９】
上述のように、第２画像データ生成部２３は、少なくとも第２受信信号に基づいて水中ターゲットの位置を示す３次元画像データＤ３であって、色情報を含む３次元画像データＤ３を生成する。
【００６０】
図７の下側の図は、第２画像データ生成部２３で形成される３次元画像データＤ３で特定される３次元画像ＩＭ３を示す模式図であり、境界処理が施される前の状態を示しており、図７の上側の図は、３次元画像ＩＭ３を水平方向に沿って一側面から見た画像である模式的な側面画像ＩＭ４であり、境界処理が施される前の状態を示している。図１および図６〜図７を参照して、第２画像データ生成部２３で生成された３次元画像データＤ３は、第２表示装置６へ出力される。第２表示装置６は、与えられた３次元画像データＤ３で特定される画像を、第２表示装置６の画面に表示する。
【００６１】
第２表示装置６には、例えば、３次元画像ＩＭ３、および、３次元画像ＩＭ３の側面画像ＩＭ４等が適宜表示される。３次元画像ＩＭ３と側面画像ＩＭ４とは、択一的に表示されてもよいし、同時に表示されてもよい。３次元画像ＩＭ３と側面画像ＩＭ４とが同時に表示されるときは、例えば、３次元画像ＩＭ３の上方に側面画像ＩＭ４が表示される。
【００６２】
３次元画像ＩＭ３は、自船位置マーカＩＭ３０を基準として、水平方向および水深方向に拡がる３次元空間を画像で表示している。３次元画像ＩＭ３において、ｘ軸およびｙ軸が水平方向であり、ｚ軸が水深方向となっている。
【００６３】
説明の便宜上、３次元画像ＩＭ３では、エコー強度が所定値以上のエコー像を表示している。本実施形態では、エコー強度が所定値以上のエコー像が一方向の斜線のハッチングで示されている。以下では、エコー強度が所定値以上でありハッチングが付されたエコー像を高強度エコー像と称する。なお、実際の第１表示装置４では、高強度エコー像は赤色で示されるけれども、他の色で表示されてもよい。
【００６４】
３次元画像ＩＭ３では、比較的浅い深度に対応する浅深度領域ＩＭ３５と、海底深度に対応する海底深度領域ＩＭ３６のそれぞれに高強度エコー像ＩＭ３７が存在している。図７で一例として示す３次元画像ＩＭ３では、浅深度領域ＩＭ３５における高強度エコー像ＩＭ３７の数と比べて、海底深度領域ＩＭ３６における高強度エコー像ＩＭ３７の数が多い場合が示されている。また、自船Ｓを中心とする自船Ｓ回りの方位方向Ｒ１（方位方向Ｒ１は、図２、図３にて図示）に関して、浅深度領域ＩＭ３５では、高強度エコー像ＩＭ３７が比較的偏って配置されているのに対して、海底深度領域ＩＭ３６では、高強度エコー像ＩＭ３７が偏り無く配置されている。本実施形態では、浅深度領域ＩＭ３５における高強度エコー像ＩＭ３７は、魚群エコー像ＩＭ３１であり、海底深度領域ＩＭ３６における高強度エコー像ＩＭ３７は、海底を示すエコー像ＩＭ３２である。
【００６５】
３次元画像ＩＭ３と同様に、側面画像ＩＭ４では、比較的浅い深度に対応する浅深度領域ＩＭ４５と、海底深度に対応する海底深度領域ＩＭ４６のそれぞれに高強度エコー像ＩＭ４７が存在している。図７で一例として示す側面画像ＩＭ４では、浅深度領域ＩＭ４５における高強度エコー像ＩＭ４７の数と比べて、海底深度領域ＩＭ４６における高強度エコー像ＩＭ４７の数が多い。本実施形態では、浅深度領域ＩＭ４５における高強度エコー像ＩＭ４７は、魚群エコー像ＩＭ４１であり、海底深度領域ＩＭ４６における高強度エコー像ＩＭ４７は、海底エコー像ＩＭ４２である。
【００６６】
３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４では、浅深度領域ＩＭ３５，ＩＭ４５における高強度エコー像ＩＭ３７，ＩＭ４７と、海底深度領域ＩＭ３６，ＩＭ４６における高強度エコー像ＩＭ３７，ＩＭ４７とは、同様のエコー形状およびエコー強度で示されており、見分けが付きにくい。また、図５を参照して、２次元断面画像ＩＭ２においても、浅深度領域ＩＭ２５における高強度エコー像ＩＭ２７と、海底深度領域ＩＭ２６における高強度エコー像ＩＭ２７をより明確に識別できるようにすることが好ましい。このため、本実施形態では、海底深度領域ＩＭ２６，ＩＭ３６，ＩＭ４６における高強度エコー像ＩＭ２７，ＩＭ３７，ＩＭ４７と、海底深度領域ＩＭ２６，ＩＭ３６，ＩＭ４６以外における高強度エコー像ＩＭ２７，ＩＭ３７，ＩＭ４７とを視覚的に識別し易くするための構成として、境界処理を行う。
【００６７】
図８は、第１表示装置４に表示される２次元断面画像ＩＭ２の一例を模式的に示す図であり、境界処理が施された後の状態を示している。図９の下側の図は、第２画像データ生成部２３で形成される３次元画像ＩＭ３を示す模式図であり、境界処理が施された後の状態を示しており、図９の上側の図は、３次元画像ＩＭ３を水平方向に沿って一側面から見た画像である模式的な側面画像ＩＭ４であり、境界処理が施された後の状態を示している。
【００６８】
図１、図２、および、図４〜図９を参照して、次に、境界処理について具体的に説明する。本実施形態では、受信機８の第１取得部１７、および、処理装置５の第２取得部２４が、それぞれ、自船Ｓの直下の水底深度ＷＤ（すなわち水深データ）を取得可能に構成されている。そして、受信機８の第１境界設定部１８、および、処理装置５の第２境界設定部２５は、それぞれ、取得した水底深度ＷＤと実質的に等しい深さを有する基準点Ｐ１を通過する境界Ｂ１であって、水平方向と所定の角度θＢ１をなす境界Ｂ１を設定する。
【００６９】
次に、第１画像データ生成部１６は、２次元断面画像データＤ２で特定される２次元断面画像ＩＭ２における色情報が少なくとも境界Ｂ１に対する水中ターゲットＴ１，Ｔ２の位置に基づくように、２次元断面画像データＤ２を処理する。同様に、第２画像データ生成部２３は、３次元画像データＤ３で特定される３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４における色情報が少なくとも境界Ｂ１に対する水中ターゲットＴ１，Ｔ２の位置に基づくように、３次元画像データＤ３を処理する。
【００７０】
水底深度ＷＤは、自船Ｓから真下の位置における海底Ｔ２の表面（海底面）と自船Ｓ（海表面）との距離をいう。厳密には、送受波器２が海表面より所定深さ下に位置するため、後述する魚群探知機３１等から得られた水底深度から、上記所定深さを差し引いた値を水底深度ＷＤとして用いる。しかしながら、本実施形態では、説明の簡略化のため、魚群探知機３１等から得られた水底深度ＷＤを、水中探知装置１における水底深度ＷＤとして用いる。本実施形態では、取得部１７，２４は、水底深度情報を、送受波器２からの受信信号（すなわち、第１受信信号および第２受信信号）とは別の外部情報源としての魚群探知機３１から得るか、または、ユーザが第１操作部２８もしくは第２操作部２９を操作することによる手入力操作を受けて得る。
【００７１】
例えば、ユーザが第１表示装置４に表示される２次元断面画像ＩＭ２を見て、水底深度ＷＤを第１操作部２８経由で入力することができる。ユーザが第１操作部２８または第２操作部２９を操作することによる手入力操作を受けて各取得部１７，２４が水底深度ＷＤを得る場合、自船Ｓの直下の水底深度ＷＤが、第１操作部２８または第２操作部２９から各画像データ生成部１６，２３へ与えられる。
【００７２】
次に、各取得部１７，２４が、魚群探知機３１から水底深度ＷＤを得る構成を説明する。
【００７３】
図１０は、魚群探知機３１の送受波器３２から送波される送信波ＵＳを模式的に示す図である。図１０を参照して、魚群探知機３１は、送受波器３２および信号処理部（図示せず）を有している。
【００７４】
送受波器３２は、電気信号を超音波としての送信波ＵＳに変換して、所定のタイミング毎に（すなわち、所定の周期で）水中へ送信波ＵＳを送信するとともに、受波した超音波を電気信号に変換する。送受波器３２は、自船Ｓから鉛直方向下方に向けて超音波を送信する。超音波は、例えば、円錐状の領域に送信される。
【００７５】
魚群探知機３１の信号処理部は、送信波ＵＳの発射後に送受波器３２で受信された受信波を処理することで、水底深度ＷＤを算出する。この信号処理部は、例えば、所定値以上のエコー強度が水平に一様に拡がる箇所から自船Ｓ（送受波器３２）までの距離を、水底深度ＷＤとして算出する。魚群探知機３１の信号処理部は、水底深度ＷＤを、第１境界設定部１８および第２境界設定部２５へ出力する。
【００７６】
再び図１、図２、図４〜図９を参照して、第１画像データ生成部１６は、ユーザによる第１操作部２８の操作によって、第１操作部２８から、境界Ｂ１に対する水中ターゲットの位置に基づいて色情報を設定する指令を受けたとき、境界処理を行う。なお、以下では、第１画像データ生成部１６が行う境界処理を、第１境界処理ともいう。
【００７７】
また、第２画像データ生成部２３は、ユーザによる第２操作部２９の操作によって、第２操作部２９から、境界Ｂ１に対する水中ターゲットの位置に基づいて色情報を設定する指令を受けたとき、境界処理を行う。なお、以下では、第２画像データ生成部２３が行う境界処理を、第２境界処理ともいう。
【００７８】
第１境界処理においては、まず、第１境界設定部１８が、境界Ｂ１を設定する。同様に、第２境界処理においては、まず、第２境界設定部２５が、境界Ｂ１を設定する。境界Ｂ１は、円錐面であって直線を含んだ形状を有している。
【００７９】
境界Ｂ１は、水平方向と所定の角度θＢ１をなしている。この角度θＢ１は、斜角である。このように角度θＢ１がつけられている理由は、以下の通りである。すなわち、２次元断面画像ＩＭ２によく示されているように、実際の海底が平坦であっても、スキャニングソナー１０の解像度等に起因して、自船直下の海底から距離方向に遠ざかるに従い海底エコー像ＩＭ２２の上端位置が上方に位置してしまうためである。
【００８０】
図８および図９によく示されているように、２次元断面画像ＩＭ２、３次元画像ＩＭ３、および、側面画像ＩＭ４に、基準点Ｐ１に対応する基準点像Ｐ２，Ｐ３が表示され、境界Ｂ１に対応する境界像Ｂ２，Ｂ３が表示されていることが好ましい。境界像Ｂ２は、２次元断面画像ＩＭ２において設定される境界であり、例えば、直線である。一方、境界像Ｂ３は、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４において設定される境界であり、３次元画像ＩＭ３においては円錐面であって直線を含んだ形状を有しており、側面画像ＩＭ４においては直線を含む略Ｖ字形状として表示される。
【００８１】
なお、２次元断面画像ＩＭ２、３次元画像ＩＭ３、および、側面画像ＩＭ４のうちの２次元断面画像ＩＭ２にのみ、基準点Ｐ１に対応する基準点像Ｐ２が表示されるとともに、境界Ｂ１に対応する境界像Ｂ２が表示されてもよい。
【００８２】
境界像Ｂ２，Ｂ３は、それぞれ、対応する２次元断面画像ＩＭ２、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４において、水平方向に対して所定の角度θＢ１をなしている。この角度θＢ１は、斜角である。
【００８３】
角度θＢ１は、例えば、海底エコー像ＩＭ２２，ＩＭ３２，ＩＭ４２の上端位置に沿って延びるように設定されていることが好ましい。第１境界設定部１８は、第１受信信号を生成するために形成する受信ビームのビーム幅に基づいて、角度θＢ１を設定する。同様に、第２境界設定部２５は、第２受信信号を生成するために形成する受信ビームのビーム幅に基づいて、角度θＢ１を設定する。
【００８４】
なお、角度θＢ１は、第１操作部２８が操作されることでユーザの指示によって手入力で設定または微調整されてもよい。同様に、角度θＢ１は、第２操作部２９が操作されることでユーザの指示によって手入力で設定または微調整されてもよい。角度θＢ１がユーザの手入力によって設定される場合、ユーザによって操作部２８，２９の数値キーが操作されることで設定されてもよい。また、ユーザのマウス操作による基準点像Ｐ２のドラッグ＆ドロップ操作により水底深度ＷＤが合わされ，境界像Ｂ２のドラッグ＆ドロップ操作により，角度θＢ１が設定されてもよい。また、表示装置４，６にタッチパネル機能を設け、このタッチパネルが操作部２８，２９として用いられることでユーザの指操作によって角度θＢ１が設定されてもよい。タッチパネル式の入力方法であれば、角度θＢ１の変更操作を直ぐに表示装置４，６の表示内容に反映させることができ、調整作業をより容易にできる。なお、水底深度ＷＤがユーザの手入力で入力される場合も、上述したタッチパネル操作による入力が行われてもよい。
【００８５】
第１画像データ生成部１６は、境界Ｂ１の深度よりも深い深度に位置する水中ターゲットとしての海底Ｔ２の色情報を、境界Ｂ１の深度よりも浅い深度に位置する水中ターゲットとしての魚群Ｔ１等の色情報とは独立して設定する。また、第１画像データ生成部１６は、境界Ｂ１の深度よりも深い深度に位置し且つ第１受信信号の信号レベルが所定のしきい値以上（例えば、中強度エコー像の信号レベル以上）である水中ターゲットとしての海底Ｔ２の色情報を、第１受信信号の信号レベルとは独立して設定する。
【００８６】
本実施形態では、第１画像データ生成部１６は、２次元断面画像ＩＭ２において、境界像Ｂ２の下方に位置する海底エコー像ＩＭ２２の色を、境界像Ｂ２の上方に位置する魚群エコー像ＩＭ２１の色とは異なる色に設定する。第１画像データ生成部１６は、境界像Ｂ２の下方に位置する海底エコー像ＩＭ２２の色を、例えば薄い灰色等の単一色に設定する。図８では、便宜上、第１画像データ生成部１６が、境界像Ｂ２の下方に位置する海底エコー像ＩＭ２２を、ハッチング表示から薄い輪郭線表示に変更したことを示している。なお、境界像Ｂ２の下方に位置する海底エコー像ＩＭ２２は、グラデーション表示されてもよい。
【００８７】
第１画像データ生成部１６、第１取得部１７、および、第１境界設定部１８は、第１操作部２８から第１境界処理を行う指令を受けた場合、上述の処理を第１境界処理として行う。そして、第１画像データ生成部１６は、境界像Ｂ２の位置を示す境界画像データを生成し、この境界画像データを第１画像データとしての２次元断面画像データＤ２に付加する。この２次元断面画像データＤ２は、本発明の「画像データ」の一例である。
【００８８】
上記と同様に、第２画像データ生成部２３は、境界Ｂ１の深度よりも深い深度に位置する水中ターゲットとしての海底Ｔ２の色情報を、境界Ｂ１の深度よりも浅い深度に位置する水中ターゲットとしての魚群Ｔ１等の色情報とは独立して設定する。また、第２画像データ生成部２３は、境界Ｂ１の深度よりも深い深度に位置し且つ第２受信信号の信号レベルが所定のしきい値以上（例えば、高強度エコー像の信号レベル以上）である水中ターゲットとしての海底Ｔ２の色情報を、第２受信信号の信号レベルとは独立して設定する。
【００８９】
本実施形態では、第２画像データ生成部２３は、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４において、境界像Ｂ３の下方に位置するエコー像ＩＭ３７，ＩＭ４７（海底エコー像ＩＭ３２，ＩＭ４２）の色を、境界像Ｂ３の上方に位置するエコー像ＩＭ３７，ＩＭ４７（魚群エコー像ＩＭ３１，ＩＭ４１）の色とは異なる色に設定する。第２画像データ生成部２３は、境界像Ｂ３の下方に位置するエコー像ＩＭ３７，ＩＭ４７（海底エコー像ＩＭ３２，ＩＭ４２）の色を、例えば薄い灰色等の単一色に設定する。図９では、便宜上、第２画像データ生成部２３が、境界像Ｂ３の下方に位置するエコー像ＩＭ３７，ＩＭ４７（海底エコー像ＩＭ３２，ＩＭ４２）を、ハッチング表示から薄い輪郭線表示に変更したことを示している。なお、境界像Ｂ３の下方に位置する海底エコー像ＩＭ３２，ＩＭ４２は、グラデーション表示されてもよい。
【００９０】
なお、本実施形態において、２次元断面画像ＩＭ２では境界像Ｂ２の上下でエコー画像の色を変えず，３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４においてのみ、境界像Ｂ３の上下でエコー画像の色を変えてもよい。
【００９１】
第２画像データ生成部２３、第２取得部２４、および、第２境界設定部２５は、第２操作部２９から第２境界処理を行う指令を受けた場合、上述の処理を第２境界処理として行う。そして、第２画像データ生成部２３は、境界像Ｂ３の位置を示す境界画像データを生成し、この境界画像データを第２画像データとしての３次元画像データＤ３に付加する。このとき、上記３次元画像データＤ３は、側面画像ＩＭ４に境界像Ｂ３を示す線のデータを含んでいる。すなわち、第２画像データ生成部２３は、３次元画像データＤ３に、３次元画像ＩＭ３の一側面を示す側面画像ＩＭ４を特定する画像データであって、境界像Ｂ３を示す線のデータが含まれている画像データを含ませる。なお、２次元断面画像ＩＭ２には境界像Ｂ２を表示させる一方で、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４には境界像Ｂ３を表示させないようにしてもよい。
【００９２】
また、本実施形態では、第２画像データ生成部２３は、３次元画像ＩＭ３と、側面画像ＩＭ４とを第２表示装置６で並列表示させるように３次元画像データＤ３を生成する。なお、第２画像データ生成部２３は、３次元画像ＩＭ３と、側面画像ＩＭ４とを第２表示装置６で択一的に表示させるように３次元画像データＤ３を生成してもよい。
【００９３】
次に、第１画像データ生成部１６における画像処理および第２画像データ生成部２３における画像処理の流れの一例を説明する。図１１は、各画像データ生成部１６，２３における画像処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。なお、以下では、フローチャートを参照して説明するときは、フローチャート以外の図も適宜参照しながら説明する。このフローチャートの説明の前提として、各画像データ生成部１６，２３が、境界処理を施されていない２次元断面画像データＤ２および３次元画像データＤ３（すなわち、図５に示す２次元断面画像ＩＭ２と、図７に示す３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４を示すデータ）を生成した段階からの処理を説明している。
【００９４】
図１１を参照して、各画像データ生成部１６，２３は、ユーザから対応する操作部２８，２９を介して境界処理指令を与えられたか否かを判定する（ステップＳ１）。
【００９５】
各画像データ生成部１６，２３は、対応する操作部２８，２９から境界処理指令を与えられていない場合（ステップＳ１でＮＯ）、境界処理を施されていない、対応する２次元断面画像データＤ２および３次元画像データＤ３を、対応する表示装置４，６へ出力する（ステップＳ２）。これにより、第１表示装置４には、例えば図５に示す２次元断面画像ＩＭ２が表示され、第２表示装置６には、例えば図７に示す３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４が表示される。
【００９６】
一方、各画像データ生成部１６，２３は、対応する操作部２８，２９から境界処理指令を与えられた場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、対応する取得部１７，２４および境界設定部１８，２５と協働して上述した境界処理を行う（ステップＳ３）。これにより、第１画像データ生成部１６は、２次元断面画像ＩＭ２において境界像Ｂ２が表示されるとともに境界像Ｂ２の下方の海底エコー像ＩＭ２２が境界像Ｂ２の上方の魚群エコー像ＩＭ２１と異なる色となるように、２次元断面画像データＤ２を加工する。また、第２画像データ生成部２３は、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４において境界像Ｂ３が表示されるとともに境界像Ｂ３の下方のエコー画像ＩＭ３７，ＩＭ４７（海底エコー像ＩＭ３２，ＩＭ４２）が境界像Ｂ３の上方のエコー画像ＩＭ３７，ＩＭ４７（魚群エコー像ＩＭ３１，ＩＭ４１）と異なる色となるように、３次元画像データＤ３を加工する。
【００９７】
次に、各画像データ生成部１６，２３は、境界処理を施された対応する２次元断面画像データＤ２および３次元画像データＤ３を、対応する表示装置４，６へ出力する（ステップＳ４）。これにより、第１表示装置４には、例えば図８に示す２次元断面画像ＩＭ２が表示され、第２表示装置６には、例えば図９に示す３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４が表示される。
【００９８】
なお、第１画像データ生成部１６および第２画像データ生成部２３の何れか一方のみに境界処理指令が与えられた場合、境界処理指令を与えられた画像データ生成部は、ステップＳ３，Ｓ４の処理を行う。このとき、境界処理指令を与えられなかった画像データ生成部は、ステップＳ２の処理を行う。
【００９９】
［効果］
以上説明したように、本実施形態によると、各画像データ生成部１６，２３は、境界処理指令を受けたときに、水中ターゲットの位置を表す２次元断面画像データＤ２および３次元画像データＤ３であって、色情報を含む画像データＤ２，Ｄ３を生成する。この色情報は、境界Ｂ１に対する水中ターゲットＴ１，Ｔ２の位置に基づくように設定される。この構成によると、各画像データ生成部１６，２３は、境界Ｂ１を水底深度情報に基づく簡易な処理で設定することで、海底Ｔ２と海底Ｔ２の上方の領域とを識別するための複雑な処理（すなわち海底識別処理）が不要である。このように、各画像データ生成部１６，２３は、水底深度ＷＤという、少ないデータ量を用いて境界Ｂ１を設定するので、計算負荷を少なくでき、より簡易な処理で水底面を対応する表示装置４，６に示すことができる。また、従来、海底検出処理により海底と判断されてしまっていた底付き魚群（海底エコー像ＩＭ２２，ＩＭ３２，ＩＭ４２付近の魚群エコー像ＩＭ２１，ＩＭ３１，ＩＭ４１）を、エコー画像ＩＭ２，ＩＭ３，ＩＭ４上で、海底エコー像ＩＭ２２，ＩＭ３２，ＩＭ４２と異なった色で表示される可能性をより高くできる。
【０１００】
また、本実施形態によると、境界Ｂ１の角度θＢ１が斜角である。これにより、２次元断面画像ＩＭ２、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４のそれぞれにおいて、送信波の反射波を受信する際の受信ビームにビーム幅があることで生じる見かけ上の海底面の傾斜を、補正することができる。
【０１０１】
また、本実施形態によると、角度θＢ１が送信波の反射波を受信する際の受信ビームのビーム幅に基づいて設定される場合、当該ビーム幅に起因する、２次元断面画像ＩＭ２、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４における見かけ上の海底Ｔ２の傾斜を、精度よく補正できる。また、境界Ｂ１の角度θＢ１が、ユーザの指示によって調整される場合、２次元断面画像ＩＭ２、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４における見かけ上の海底Ｔ２の傾斜を、ユーザの好みに合わせて補正できる。
【０１０２】
また、本実施形態によると、各取得部１７，２４は、水底深度ＷＤを、スキャニングソナー１０とは別の外部情報源である魚群探知機３１、または、ユーザから得る。この構成によると、自船Ｓの直下に送信波を出力することのできないスキャニングソナー１０が用いられる場合でも、各取得部１７，２４は、自船Ｓの直下の水底深度情報をより正確に知ることができる。
【０１０３】
また、本実施形態によると、各画像データ生成部１６，２３は、対応する２次元断面画像ＩＭ２、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４において、対応する境界像Ｂ２，Ｂ３より下方のエコー像（海底エコー像ＩＭ２２，ＩＭ３２，ＩＭ４２）と対応する境界像Ｂ２，Ｂ３より上方のエコー像（魚群エコー像ＩＭ２１，ＩＭ３１，ＩＭ４１）とで色情報を異ならせることができる。これにより、２次元断面画像ＩＭ２、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４において、海底エコー像ＩＭ２２，ＩＭ３２，ＩＭ４２とそれ以外の魚群エコー像ＩＭ２１，ＩＭ３１，ＩＭ４１とをより識別し易くできる。
【０１０４】
また、本実施形態によると、第１画像データ生成部１６および第２画像データ生成部２３は、境界処理によって、２次元断面画像データＤ２および３次元画像データＤ３に、境界Ｂ１に対応する境界像Ｂ２，Ｂ３の位置を示すデータを付加する。この構成によると、２次元断面画像ＩＭ２、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４に、対応する境界像Ｂ２，Ｂ３が表示される。これにより、ユーザは、より明確に海底Ｔ２を識別できる。
【０１０５】
また、本実施形態によると、境界Ｂ１は、直線を含んでいる。この構成によると、２次元断面画像ＩＭ２、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４における境界像Ｂ２，Ｂ３の設定をより簡易に行うことができる。
【０１０６】
本発明は、上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、以下のような構成が採用されてもよい。
【０１０７】
（１）上述の実施形態では、各取得部１７，２４は、水底深度ＷＤを、魚群探知機３１から得るか、または、水中探知装置１のユーザから得ていた。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、送受波器２に代えて、図１２（Ａ）に示す送受波器２Ａが用いられてもよいし、図１２（Ｂ）に示す送受波器２Ｂが用いられてもよいし、図１２（Ｃ）に示す送受波器２Ｃが用いられてもよい。
【０１０８】
送受波器２Ａは、略円筒形状に形成されるとともに下部が半球状に形成された筐体を有している。そして、この筐体の外周面および半球面に複数の超音波振動子２ａが取り付けられている。送受波器２Ｂは、下向きの半球状に形成された筐体を有している。そして、この筐体の半球面に複数の超音波振動子２ａが取り付けられている。送受波器２Ｃは、球状の筐体を有している。そして、この筐体の表面全体に複数の超音波振動子２ａが取り付けられている。このような構成であれば、各送受波器２Ａ〜２Ｃは、自船Ｓの直下に向けて送信波を出力できる。これにより、スキャニングソナー１０の第１取得部１７は、第１受信信号および第２受信信号の少なくとも一方から水底深度ＷＤを測定することができる。
【０１０９】
この構成であれば、水中探知装置１は、魚群探知機３１を用いることなく、水底深度情報を得ることができる。
【０１１０】
（２）また、上述の実施形態および変形例では、水中探知装置１は、水底深度ＷＤを、魚群探知機３１から得るか、水中探知装置１が受信した第１受信信号または第２受信信号から得るか、または、水中探知装置１のユーザから得ていた。しかしながら、この通りでなくてもよい。各境界設定部１８，２５は、水中探知装置１とは別の外部情報源、すなわち、第１受信信号および第２受信信号とは別の情報源から取得した水底地形データに基づいて、境界Ｂ１を設定してもよい。この水底地形データは、地図作成会社等の第三者が水底地形を予め測量することで得られた水底地形データであってもよい。また、上記水底地形データは、自船Ｓの進行中に魚群探知機３１を動作させることで得られた複数の水中断面画像データを、各画像データ生成部１６，２３が組み合わせることで生成されてもよい。
【０１１１】
上述のように、海底地形データが得られる場合、各境界設定部１８，２５は、境界Ｂ１を、海底地形に応じた形状に設定することができる。例えば、図１３（Ａ）に示すように、海底Ｔ２（海底面）に起伏部Ｔ２ａが存在する場合、第１画像データ生成部１６は、図１３（Ｂ）に示すように、２次元断面画像ＩＭ２の境界像Ｂ２において、起伏部Ｔ２ａに対応する箇所に、起伏部Ｔ２ａの起伏形状に対応する形状の起伏部Ｂ２ａを設けることができる。この場合、第２画像データ生成部２３は、図１４に示すように、３次元画像ＩＭ３において円錐面状の境界像Ｂ３に、起伏部Ｔ２ａに対応する箇所に、起伏部Ｔ２ａの起伏形状に対応する形状の起伏部Ｂ３ａを設定し、また、側面画像ＩＭ４において線状の境界像Ｂ３に、起伏部Ｔ２ａに対応する箇所に、起伏部Ｔ２ａの起伏形状に対応する形状の起伏部Ｂ３ａを設定することができる。
【０１１２】
このような構成であれば、海底Ｔ２の形状に合わせて境界Ｂ１をより的確に設定できる。
【０１１３】
（３）また、上述の実施形態および変形例において、境界処理に際して、境界像Ｂ２，Ｂ３の下方における海底エコー像ＩＭ２２，ＩＭ３２，ＩＭ４２は、灰色以外の色に設定されてもよいし、対応する２次元断面画像ＩＭ２、３次元画像ＩＭ３および側面画像ＩＭ４から削除されてもよい。
【０１１４】
（４）また、上述の実施形態および変形例では、第１送信波を利用して２次元断面画像データＤ２を生成し、第２送信波を利用して３次元画像データＤ３を生成する構成を説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、１種類の送信波を利用して、２次元断面画像データＤ２および３次元画像データＤ３を生成してもよい。
【０１１５】
（５）また、上述の実施形態および変形例では、処理装置５がパーソナルコンピュータであり、送受信装置３とは別個に形成された例を説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、送受信装置３に、処理装置５に備えられた構成の一部または全部を含ませてもよい。この場合、第２表示装置６を省略し、第２表示装置６で表示されていた内容を第１表示装置４で表示させてもよい。また、第２操作部２９で行われる操作を第１操作部２８で行われるようにしてもよい。
【０１１６】
（６）また、上述の実施形態および変形例では、画像データ生成部１６，２３は、信号強度が同じ箇所であるエコーの集合を等値面で表示する形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、ボリュームレンダリングによってエコー像が表示されてもよい。このとき，境界像Ｂ２，Ｂ３より上の部分（例えば魚群エコー像ＩＭ２１，ＩＭ３１，ＩＭ４１）をボリュームレンダリングで表示し、境界像Ｂ２，Ｂ３より下の部分(海底エコー像ＩＭ２２，ＩＭ３２，ＩＭ４２)を等値面表示というように、等値面表示とボリュームレンダリングとを組み合わせてもよい。
【０１１７】
（７）また、上述の実施形態および変形例では、送受波器２が自船Ｓに対して静止状態で信号を送受信する、スキャニングソナーを例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、図１５に示す、可動式の送受波器２Ｄを送受波器として用いてもよい。
【０１１８】
送受波器２Ｄは、送波部４１（送信トランスデューサとも呼ばれる）と、受波部４２（受信トランスデューサとも呼ばれる）と、これら送波部４１および受波部４２を回転させる回転駆動部としてのモータ４３と、回転角度検出部４４と、を有している。
【０１１９】
図１６は、送波部４１によって形成される送信ビームおよび受波部４２によって受信される受信ビームを模式的に示す図である。図１５および図１６を参照して、送波部４１は、第１送信波および第２送信波を水中に送波するために設けられている。送波部４１は、筐体に超音波振動子としての送波素子４１ａが１または複数取り付けられた構成を有している。本実施形態では、送波素子４１ａは、直線状に複数配列されている。すなわち、送波部４１は、リニアアレイである。
【０１２０】
受波部４２は、筐体に超音波振動子としての受波素子４２ａが１または複数取り付けられた構成を有している。受波部４２は、送波部４１から送波された超音波である各送信パルス波の反射波を受信波として受波し、電気信号としてのエコー信号に変換する。本実施形態では、受波素子４２ａは、直線状に複数配列されている。すなわち、受波部４２は、リニアアレイである。
【０１２１】
送波部４１および受波部４２は、モータ４３によって一体回転される。モータ４３は、本実施形態では、鉛直方向に延びる中心軸線を回転軸線として、送波部４１および受波部４２を回転駆動させる。
【０１２２】
モータ４３には、回転角度検出部４４が取り付けられている。この変形例では、回転角度検出部４４によって検出されたモータ４３の回転角度に基づいて、送波部４１および受波部４２の角度位置が算出される。
【０１２３】
送波部４１は、図１６に示すような３次元状の送信ビームを出力する領域である送信扇状領域ＴＴ１を形成する。送信扇状領域ＴＴ１は、略扇形状のファンビーム領域である。
【０１２４】
受波部４２は、図１６に示すような３次元状の受信ビーム領域としての受信扇状領域ＲＴ１の信号を受信するように構成されている。受信扇状領域ＲＴ１は、略扇形状である。
【０１２５】
モータ４３は、当該モータ４３の回転軸線回りにおいて、送信扇状領域ＴＴ１および受信扇状領域ＲＴ１を回転させる。具体的には、モータ４３は、送波部４１と受波部４２を回転させることで、送信扇状領域ＴＴ１および受信扇状領域ＲＴ１を回転させる。
【０１２６】
モータ４３の回転軸線回りの全域に亘って送波部４１と受波部４２が回転することによって、すなわち、方位方向の全域に亘って送信扇状領域ＴＴ１の形成と受信扇状領域ＲＴ１での信号受信動作が行われることで、各画像データ生成部１６，２３において画像データＤ２，Ｄ３の生成に必要な受信信号が得られる。すなわち、送受信装置３は、複数の受波素子４２ａで得られた信号にビームフォーミング処理を行うことで、画像データＤ２，Ｄ３の生成に必要な受信信号を生成する。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明は、水中探知装置および水中探知方法として広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
１  水中探知装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ  送受波器（送信トランスデューサ）
３  送受信装置（送受信回路）
５  処理装置（信号処理部）
８  受信機（信号処理部）
１６  第１画像データ生成部（画像データ生成部）
１７  第１取得部（取得部）
１８  第１境界設定部（境界設定部）
２３  第２画像データ生成部（画像データ生成部）
２４  第２取得部（取得部）
２５  第２境界設定部（境界設定部）
３１  魚群探知機（外部情報源）
４１  送波部（送信トランスデューサ）
４２ａ  受波素子
Ｂ１  境界
Ｄ２  ２次元断面画像データ（画像データ）
Ｄ３  ３次元画像データ（画像データ）
Ｐ１  基準点
Ｔ１  海底（水中ターゲット）
Ｔ２  魚群（水中ターゲット）
ＷＤ  水底深度
θＢ１  角度
【図１】
2019200204.tif 000003
【図２】
2019200204.tif 000004
【図３】
2019200204.tif 000005
【図４】
2019200204.tif 000006
【図５】
2019200204.tif 000007
【図６】
2019200204.tif 000008
【図７】
2019200204.tif 000009
【図８】
2019200204.tif 000010
【図９】
2019200204.tif 000011
【図１０】
2019200204.tif 000012
【図１１】
2019200204.tif 000013
【図１２】
2019200204.tif 000014
【図１３】
2019200204.tif 000015
【図１４】
2019200204.tif 000016
【図１５】
2019200204.tif 000017
【図１６】
2019200204.tif 000018