(57)【要約】【課題】水中に実在する物体のみを表示すること。【解決手段】雑音低減装置は、複数の送波素子と複数の受波素子とが互いに９０°の関係で交差して直線状のアレイとして実装された、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーからの受信画像を処理して、表示器へ表示するための表示画像を出力する。前記受信画像は、互いに直交する第１方向および第２方向の複数の画素で構成されている。雑音低減装置は、受信画像から、複数の送波素子間の振動、複数の受波素子間の振動、及び複数の送波素子および複数の受波素子と電気回路とを接続する配線に電磁誘導ノイズが漏れ込む場合の少なくとも１つに起因して生起する互いに直交する、第１方向雑音および第２方向雑音を除去して、表示画像を出力する２次元雑音平均処理手段を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送波素子と複数の受波素子とが互いに９０°の関係で交差して直線状のアレイとして実装された、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーからの受信画像を処理して、表示器へ表示するための表示画像を出力する雑音低減装置であって、前記受信画像は、互いに直交する第１方向および第２方向の複数の画素で構成されており、
前記受信画像から、前記複数の送波素子間の振動、前記複数の受波素子間の振動、及び前記複数の送波素子および前記複数の受波素子と電気回路とを接続する配線に電磁誘導ノイズが漏れ込む場合の少なくとも１つに起因して生起する互いに直交する、第１方向雑音および第２方向雑音を除去して、前記表示画像を出力する２次元雑音平均処理手段を有する、
雑音低減装置。
【請求項２】
前記２次元雑音平均処理手段は、
前記受信画像に対して、前記第２方向の解析として、前記第１方向の画素の輝度平均値である第１方向平均値と前記受信画像の全体平均値とを求める第１方向平均値計算手段と、
前記受信画像に対して、前記第１方向の解析として、前記第２方向の画素の輝度平均値である第２方向平均値を求める第２方向平均値計算手段と、
同じ第２方向座標の前記受信画像を前記第１方向平均値で除算して第１の除算した画像を得、該第１の除算した画像に前記全体平均値を乗算して、前記第１方向雑音が除去された画像を出力する第１方向雑音平均処理手段と、
前記第１方向雑音が除去された同じ第１方向座標の画像を前記第２方向平均値で除算して第２の除算した画像を得、該第２の除算した画像に前記全体平均値を乗算して、前記第２方向雑音が除去された、前記表示画像を出力する第２方向雑音平均処理手段と、
から成る、請求項１に記載に雑音低減装置。
【請求項３】
前記第１方向雑音平均処理手段は、前記第１の除算した画像が所定の閾値を超える比率を有する場合には、前記第１の除算した画像に対して信号強調処理を施して得られる画像に前記全体平均値を乗算して、前記第１方向雑音が除去された画像を出力し、
前記第２方向雑音平均処理手段は、前記第２の除算した画像が前記所定の閾値を超える比率を有する場合には、前記第２の除算した画像に対して前記信号強調処理を施して得られる画像に前記全体平均値を乗算して、前記表示画像を出力する、
請求項２に記載の雑音低減装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の雑音低減装置と、
前記クロスファンビーム方式の水中画像ソナーと、
前記表示器と、
を備えるソナー装置。
【請求項５】
複数の送波素子と複数の受波素子とが互いに９０°の関係で交差して直線状のアレイとして実装された、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーからの受信画像を処理して、表示器へ表示するための表示画像を出力する雑音低減方法であって、前記受信画像は、互いに直交する第１方向および第２方向の複数の画素で構成されており、
前記受信画像から、前記複数の送波素子間の振動、前記複数の受波素子間の振動、及び前記複数の送波素子および前記複数の受波素子と電気回路とを接続する配線に電磁誘導ノイズが漏れ込む場合の少なくとも１つに起因して生起する互いに直交する、第１方向雑音および第２方向雑音を除去して、前記表示画像を出力する２次元雑音平均処理ステップを含む、
雑音低減方法。
【請求項６】
前記２次元雑音平均処理ステップは、
前記受信画像に対して、前記第２方向の解析として、前記第１方向の画素の輝度平均値である第１方向平均値と前記受信画像の全体平均値とを求める第１方向平均値計算ステップと、
前記受信画像に対して、前記第１方向の解析として、前記第２方向の画素の輝度平均値である第２方向平均値を求める第２方向平均値計算ステップと、
同じ第２方向座標の前記受信画像を前記第１方向平均値で除算して第１の除算した画像を得、該第１の除算した画像に前記全体平均値を乗算して、前記第１方向雑音が除去された画像を出力する第１方向雑音平均処理ステップと、
前記第１方向雑音が除去された同じ第１方向座標の画像を前記第２方向平均値で除算して第２の除算した画像を得、該第２の除算した画像に前記全体平均値を乗算して、前記第２方向雑音が除去された、前記表示画像を出力する第２方向雑音平均処理ステップと、
から成る、請求項５に記載に雑音低減方法。
【請求項７】
前記第１方向雑音平均処理ステップは、前記第１の除算した画像が所定の閾値を超える比率を有する場合には、前記第１の除算した画像に対して信号強調処理を施して得られる画像に前記全体平均値を乗算して、前記第１方向雑音が除去された画像を出力し、
前記第２方向雑音平均処理ステップは、前記第２の除算した画像が前記所定の閾値を超える比率を有する場合には、前記第２の除算した画像に対して前記信号強調処理を施して得られる画像に前記全体平均値を乗算して、前記表示画像を出力する、
請求項６に記載の雑音低減方法。
【請求項８】
複数の送波素子と複数の受波素子とが互いに９０°の関係で交差して直線状のアレイとして実装された、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーからの受信画像をコンピュータで処理して、表示器へ表示するための表示画像を出力する雑音低減プログラムであって、前記受信画像は、互いに直交する第１方向および第２方向の複数の画素で構成されており、
前記受信画像から、前記複数の送波素子間の振動、前記複数の受波素子間の振動、及び前記複数の送波素子および前記複数の受波素子と電気回路とを接続する配線に電磁誘導ノイズが漏れ込む場合の少なくとも１つに起因して生起する互いに直交する、第１方向雑音および第２方向雑音を除去して、前記表示画像を出力する２次元雑音平均処理手順を、前記コンピュータに実行させる雑音低減プログラム。
【請求項９】
前記２次元雑音平均処理手順は、前記コンピュータに、
前記受信画像に対して、前記第２方向の解析として、前記第１方向の画素の輝度平均値である第１方向平均値と前記受信画像の全体平均値とを求める第１方向平均値計算手順と、
前記受信画像に対して、前記第１方向の解析として、前記第２方向の画素の輝度平均値である第２方向平均値を求める第２方向平均値計算手順と、
同じ第２方向座標の前記受信画像を前記第１方向平均値で除算して第１の除算した画像を得、該第１の除算した画像に前記全体平均値を乗算して、前記第１方向雑音が除去された画像を出力する第１方向雑音平均処理手順と、
前記第１方向雑音が除去された同じ第１方向座標の画像を前記第２方向平均値で除算して第２の除算した画像を得、該第２の除算した画像に前記全体平均値を乗算して、前記第２方向雑音が除去された、前記表示画像を出力する第２方向雑音平均処理手順と、
を実行させる、請求項８に記載に雑音低減プログラム。
【請求項１０】
前記第１方向雑音平均処理手順は、前記コンピュータに、前記第１の除算した画像が所定の閾値を超える比率を有する場合には、前記第１の除算した画像に対して信号強調処理を施して得られる画像に前記全体平均値を乗算して、前記第１方向雑音が除去された画像を出力させ、
前記第２方向雑音平均処理手順は、前記コンピュータに、前記第２の除算した画像が前記所定の閾値を超える比率を有する場合には、前記第２の除算した画像に対して前記信号強調処理を施して得られる画像に前記全体平均値を乗算して、前記表示画像を出力させる、
請求項９に記載の雑音低減プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中画像ソナーの雑音低減装置に関し、特に、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーの雑音低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この技術分野において周知のように、ソナーとは、水中を伝搬する音波を利用して、水中の物体、海底の状況などを探知する装置の総称である。ソナーは、自ら音波を発するアクティブソナーと、物体が発する音波を捉えるパッシングソナーとに大別される。アクティブソナーは、電波領域のレーダに対応する装置であり、反響定位を用いて物体の情報を得る。一方、パッシブソナーは、ある離れた物体が発する音を分析し、その物体に関する情報を得るための装置である。
【０００３】
ソナーにおいては送受波器が使用される。送受波器は、音響エネルギーと電気エネルギーの相互変換を行う。送波器は、電気エネルギーを音響エネルギーに変換する（音波を発振する）。受波器は、音響エネルギーを電気エネルギーに変換する（聴音する）。これらの変換は、磁歪ないし圧電効果（電歪を含む）によって行われる。
【０００４】
次に、アクティブソナーにおいて使用される、クロスファンビーム方式の基本原理について説明する。
【０００５】
ファンビームとは、扇状の音響ビームを意味する。マルチビームの送波器と受波器は、直交するように船底等に固定される。この送波器から海底面に向かってファンビームを照射する。直交する受波器も扇形のビーム形状で反射を待受ける。それにより、交点それぞれの測定値が得られることから、クロスファンビームと呼ばれている。
【０００６】
クロスファンビーム方式の水中画像ソナーは、種々提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１は、船舶を検出するために、船舶の航行箇所等の水底にクロスファンビームを用いたソナーを固定、配置した船舶検出装置を開示している。特許文献１に開示した船舶検出装置では、水底にソナーの送受波器であるそれぞれがリニアアレイ構成でなる送波素子列と受波素子列とを互いに９０°の関係で交差させ、複数のクロスファンビームが海面方向に形成されるように配置している。
【０００８】
また、特許文献２は、Ｘ（水平）方向およびＹ（垂直）方向に配列された送波素子（Ｘ方向ｘ１〜ｘｉ、Ｙ方向ｙ１〜ｙｊ）を備え、送信波形をそれぞれ音響信号に変換する送波器を開示している。送波器の各配列素子は、Ｘ方向およびＹ方向に送信ビーム方向がそれぞれ制御されることにより、２次元空間において所定の走査手順に基づく送信ビーム方向で送信音（音響信号）を水中に放射する。これら複数の送波素子は、水平／垂直方向の各１列から成るクロスファンビーム方式として構成されている。
【０００９】
特許文献１および２に開示された、送波素子および受波素子の各々としては、例えば、電歪振動子が使用される。
【００１０】
一方、雑音を低減する技術も提案されている。
【００１１】
たとえば、特許文献３は、それぞれの受信部からの周波数領域データに基づいて雑音を平均化処理する雑音平均化処理部を有する信号検出回路を含む、パッシブソナー装置を開示している。
【００１２】
また、特許文献４は、それぞれの周波数分析回路からの周波数領域データに基づいて雑音の平均レベルを計算する雑音平均処理部を有する信号検出回路を備えた、ソノブイ信号処理装置を開示している。
【００１３】
なお、特許文献３および特許文献４において、対象とする雑音は、ソナー装置の外部において、目的とする物体以外の物体が発生する音波であるので、「外因性雑音」と呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−０１２２３７号公報
【特許文献２】特開２００６−０６４５２４号公報
【特許文献３】特開平８−１８４６６２号公報
【特許文献４】特開平１０−０４８３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前述したように、送波素子および受波素子の各々として電歪振動子を使用した場合、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーは、複数の送信用電歪振動子と複数の受信用電歪振動子とが互いに９０°の関係で交差して直線状のアレイとして高密度に実装されることになる。
【００１６】
しかしながら、個々の電歪振動子間の振動を完全に遮断することが難しい。また、直線状のアレイの小型化により個々の電歪振動子と電気回路とを接続する電線等の間隔が短くなると、電線等の配線において電磁誘導ノイズが信号に漏れ込み重畳することもある。その結果、ソナー装置の表示器には、水中画像である受信画像ＲＩとして、図１に示すような十字形の雑音が表示されることがある。図１において、（Ａ）は実際の水中画像（受信画像）ＲＩの一例を示し、（Ｂ）はその水中画像（受信画像）ＲＩの説明図である。
【００１７】
図１に示す水中画像（受信画像）ＲＩの例において、本来表示するべきなのは第１の水中物体信号３及び第２の水中物体信号４であり、縦方向雑音１及び横方向雑音２は水中に物体が存在しないにも関わらず表示される雑音である。
【００１８】
ここで発生する雑音は、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーの内部において、使用する機器それ自体に起因する雑音であるので、「内因性雑音」と呼ばれる。
【００１９】
この縦横の十字形の雑音１および２は、特許文献２の図２に示すＸ方向の受信用電歪振動子アレイ及びＹ方向の送信用電歪振動子アレイの電歪振動子間の振動を十分に遮断することができない場合等に発生する。
【００２０】
小型のクロスファンビーム方式の水中画像ソナーの場合、電歪振動子の配置間隔が１０ｍｍ以下と非常に短い。このため、電歪振動子間の振動の漏れこみを完全に除去することが難しい。
【００２１】
クロスファンビーム方式の水中画像ソナーにおいて、受信用電歪振動子アレイから入力するアナログ電気信号（受信画像）ＲＩに、実在しない虚像となる内因性雑音が漏れ込むことがある。したがって、その内因性雑音を除去する技術を実現することが、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーにおける課題である。
【００２２】
すなわち、特許文献１や特許文献２に開示されたような、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーを小型化すると、複数の送信用電歪振動子及び複数の受信用電歪振動子が直線状のアレイとして高密度に実装される。このため、個々の電歪振動子間の振動を完全に遮断することが難しいことがある。水中画像ソナーからの受信画像をそのまま（何らの信号処理もせずに）表示画像として表示器に表示した場合、縦方向または横方向の雑音成分（内因性雑音）が表示画像に現れることがある。この縦方向雑音及び横方向雑音（内因性雑音）は、自然の海中雑音（外因性雑音）ではない。このため、信号処理により縦方向雑音及び横方向雑音（内因性雑音）を除去することが非常に難しいという課題がある。
【００２３】
したがって、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーを実用化するにあたっては、水中に実在する物体にて反射した反響音を残したまま、縦方向雑音及び横方向雑音（内因性雑音）を除去する処理装置が必要となる。
【００２４】
一方、特許文献３および特許文献４に開示された雑音平均処理は、入力した周波数領域データに対して、外因性雑音を除去するために、１次元の雑音平均処理を行っているに過ぎない。換言すれば、特許文献３および特許文献４が対象とする雑音（外因性雑音）は、本発明において除去しようとする雑音（内因性雑音）とは種類が全く異なる。
【００２５】
本発明の目的は、上述した課題を解決する、水中画像ソナーの雑音低減装置、雑音低減方法、および雑音低減プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の１つの態様として、雑音低減装置は、複数の送波素子と複数の受波素子とが互いに９０°の関係で交差して直線状のアレイとして実装された、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーからの受信画像を処理して、表示器へ表示するための表示画像を出力する雑音低減装置であって、前記受信画像は、互いに直交する第１方向および第２方向の複数の画素で構成されており、前記受信画像から、前記複数の送波素子間の振動、前記複数の受波素子間の振動、及び前記複数の送波素子および前記複数の受波素子と電気回路とを接続する配線に電磁誘導ノイズが漏れ込む場合の少なくとも１つに起因して生起する互いに直交する、第１方向雑音および第２方向雑音を除去して、前記表示画像を出力する２次元雑音平均処理手段を有する。
【００２７】
本発明の他の態様として、雑音低減方法は、複数の送波素子と複数の受波素子とが互いに９０°の関係で交差して直線状のアレイとして実装された、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーからの受信画像を処理して、表示器へ表示するための表示画像を出力する雑音低減方法であって、前記受信画像は、互いに直交する第１方向および第２方向の複数の画素で構成されており、前記受信画像から、前記複数の送波素子間の振動、前記複数の受波素子間の振動、及び前記複数の送波素子および前記複数の受波素子と電気回路とを接続する配線に電磁誘導ノイズが漏れ込む場合の少なくとも１つに起因して生起する互いに直交する、第１方向雑音および第２方向雑音を除去して、前記表示画像を出力する２次元雑音平均処理ステップを含む。
【００２８】
本発明の他の態様として、雑音低減プログラムは、複数の送波素子と複数の受波素子とが互いに９０°の関係で交差して直線状のアレイとして実装された、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーからの受信画像をコンピュータで処理して、表示器へ表示するための表示画像を出力する雑音低減プログラムであって、前記受信画像は、互いに直交する第１方向および第２方向の複数の画素で構成されており、前記受信画像から、前記複数の送波素子間の振動、前記複数の受波素子間の振動、及び前記複数の送波素子および前記複数の受波素子と電気回路とを接続する配線に電磁誘導ノイズが漏れ込む場合の少なくとも１つに起因して生起する互いに直交する、第１方向雑音および第２方向雑音を除去して、前記表示画像を出力する２次元雑音平均処理手順を、前記コンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、互いに直交する第１方向雑音および第２方向雑音を除去して、水中に実在する物体の信号のみを表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】関連技術のクロスファンビーム方式の水中画像ソナーで受信された水中画像（受信画像）の例を示す図である。
【図２】本発明の原理を説明するために、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーの信号処理に使用される正方形の受信画像の例を示す図である。
【図３】図１に示した受信画像を、本発明による信号処理によって雑音を除去して得られた表示画像の例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る雑音低減装置を含むソナー装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示した雑音低減装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る雑音低減装置を含むソナー装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示した雑音低減装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
［発明の原理］
本発明の理解を容易するために、最初に本発明の原理について説明する。
【００３２】
本発明では、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーから得られた受信画像に対する信号処理に雑音平均処理を追加する。この雑音平均処理によって、クロスファンビーム方式の水中画像ソナー特有の縦方向及び横方向の雑音を低減して、水中の物体のみを表示する。ここでは、縦方向を第１方向とも呼び、横方向を第２方向とも呼ぶ。
【００３３】
具体的に、図２に示すＸ軸（横方向）５及びＹ軸（縦方向）６に並んだ画素で構成する正方形の受信画像ＲＩを例に挙げて説明する。
【００３４】
図２に示す受信画像は、Ｘ軸方向５に１２１画素、Ｙ軸方向６に１２１画素があり、全体で１２１の２乗の１４，６４１画素で構成された受信画像ＲＩである。
【００３５】
最初に、雑音低減装置は、受信画像ＲＩのＸ軸方向５の解析として、Ｘ軸の値毎にＹ軸方向６の画素の輝度値の縦方向平均値（AX（0〜120））を計算する。
【００３６】
次に、雑音低減装置は、受信画像ＲＩのＸ軸方向５の平均値（AX（0〜120））の平均値を計算し、受信画像ＲＩ全体の輝度の全体平均値（AVE）を計算する。
【００３７】
次に、雑音低減装置は、受信画像ＲＩのＹ軸方向６の解析として、Ｙ軸の値毎にＸ軸方向５の画素の輝度値の横方向平均値（AY（0〜120））を計算する。
【００３８】
次に、雑音低減装置は、受信画像ＲＩからＹ軸方向６の縦方向雑音１を除去するため、任意の座標の画素（x,y）について、縦方向平均値AX（x）で割り算する。すると、画素（x,y）とＹ軸方向６の平均値の比率XSN（x,y）が算出される。この計算により、図１の縦方向雑音１のようなＹ軸方向６の画素の輝度が大きい画素データのＹ軸方向平均値AX（x）の平均値が大きくなるので、平均値との比率XSN（x,y）の値は１に近い値になる。
【００３９】
雑音低減装置は、この計算を全画素に対して行い、図１の第１の水中物体信号音３及び第２の水中物体信号音４を残したまま縦方向雑音１を除去する。
【００４０】
次に、雑音低減装置は、受信画像ＲＩからＸ軸方向５の横方向雑音２を除去するため、任意の座標の画素（x,y）の輝度値XSN（x,y）について、横方向平均値AY（y）で割り算する。すると、画素（x,y）とＸ軸方向５の平均値の比率YSN（x,y）が算出される。この計算により、図１の横方向雑音２のようなＸ軸方向５の画素の輝度が大きい画素データのＸ軸方向平均値AY（y）の平均値が大きくなるので、平均値との比率YSN（x,y）の値は１に近い値になる。
【００４１】
雑音低減装置は、この計算を全画素に対して行い、図１の第１の水中物体信号音３及び第２の水中物体信号音４を残したまま横方向雑音２を除去する。
【００４２】
このようにして、雑音低減装置は、任意の座標の画素（x,y）の輝度値に対して、Ｙ軸方向（縦方向）平均値で除算した後、Ｘ軸方向（横方向）の平均値で除算する。これにより、雑音低減装置は、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、縦方向雑音１及び横方向雑音２が除去され、第１の水中物体信号３及び第２の水中物体信号４が残る、表示画像ＤＩを表示器上に表示することができる。
【００４３】
尚、前述したように、雑音平均処理については、上記特許文献３および４において使用例がある。
【００４４】
上記特許文献３および４における雑音平均処理は、パッシブソナーにおいて、入力した周波数領域データに対して、外因性雑音を除くために、１次元の雑音平均処理を行っている。
【００４５】
これに対して、本発明における雑音平均処理は、入力した画像データに対して、内因性雑音を除くために、縦方向及び横方向の２次元の雑音平均処理を行っている。これにより、アクティブソナーにおける雑音平均処理の応用範囲を拡大している。
【００４６】
以下、本発明を実施する形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の各実施形態に記載されている構成は単なる例示であり、本発明の技術範囲はそれらには限定されない。
【００４７】
［実施形態１］
図４を参照して、本発明の第１の実施形態に係る雑音低減装置８について説明する。
【００４８】
雑音低減装置８は、水中画像ソナー７と表示器１３との間に設けられる。
【００４９】
水中画像ソナー７は、例えば、上記特許文献１に開示されているように、複数の送波素子と複数の受波素子とが互いに９０°の関係で交差して直線状のアレイとして実装された、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーから成る。複数の送波素子および複数の受波素子の各々は、電歪振動子から成る。電歪振動子の配置間隔は１０ｍｍ以下である。
【００５０】
雑音低減装置８は、水中画像ソナー７からの受信画像ＲＩを処理して、表示器１３へ表示するための表示画像を出力する。受信画像ＲＩは、図２に示されるように、互いに直交する第１方向（縦方向）６および第２方向（横方向）５の複数の画素で構成されている。
【００５１】
雑音低減装置８は、受信画像ＲＩから、複数の送波素子間の振動、複数の受波素子間の振動、及び複数の送波素子および複数の受波素子と電気回路とを接続する配線に電磁誘導ノイズが漏れ込む場合の少なくとも１つに起因して生起する互いに直交する、第１方向雑音（縦方向雑音）１および第２方向雑音（横方向雑音）２を除去して、表示画像Ｄ１（図３参照）を出力する２次元雑音平均処理手段（後述する）を有する。
【００５２】
雑音低減装置８は、縦方向平均値計算処理部９と、横方向平均値計算処理部１０と、縦方向雑音平均処理部１１と、横方向雑音平均処理部１２と、から成る。
【００５３】
縦方向平均値計算処理部９は、第１方向平均値計算部とも呼ばれる。縦方向平均値計算処理部９は、受信画像ＲＩに対して、第２方向（Ｘ軸方向）５の解析として、第１方向（Ｙ軸方向）６の画素の輝度平均値である第１方向平均値（Ｙ軸方向平均値）と受信画像ＲＩの全体平均値とを求める。
【００５４】
横方向平均値計算処理部１０は、第２方向平均値計算部とも呼ばれる。横方向平均値計算処理部１０は、受信画像ＲＩに対して、第１方向（Ｙ軸方向）６の解析として、第２方向（Ｘ軸方向）Ｘの画素の輝度平均値である第２方向平均値（Ｘ軸方向平均値）を求める。
【００５５】
縦方向雑音平均処理部１１は、第１方向雑音平均処理部とも呼ばれる。縦方向雑音平均処理部１１は、同じ第２方向座標の受信画像ＲＩを第１方向平均値（Ｙ軸方向平均値）で除算して第１の除算した画像を得、この第１の除算した画像に全体平均値を乗算して、第１方向雑音（縦方向雑音）１が除去された画像を出力する。
【００５６】
横方向雑音平均処理部１２は、第２方向雑音平均処理部とも呼ばれる。横方向雑音平均処理部１２は、上記第１方向雑音が除去された同じ第１方向座標の画像を第２方向平均値（Ｘ軸方向平均値）で除算して第２の除算した画像を得、この第２の除算した画像に全体平均値を乗算して、第２方向雑音（横方向雑音）が除去された、上記表示画像を出力する。
【００５７】
したがって、縦方向平均値計算処理部９と、横方向平均値計算処理部１０と、縦方向雑音平均処理部１１と、横方向雑音平均処理部１２との組み合わせは、上記２次元雑音平均処理手段として働く。
【００５８】
［実施形態１の動作の説明］
次に、図５を参照して、アクティブソナー用の雑音低減装置８の動作について説明する。
【００５９】
図５は、水中画像ソナー７が出力する画像データ（受信画像）ＲＩに対して、内因性雑音である縦方向雑音１及び横方向雑音２を除去する動作を示すフローチャートである。
【００６０】
水中画像ソナー７の動作については、上記特許文献１及び特許文献２において既に述べられているので、説明を省略する。
【００６１】
雑音低減装置８は、水中画像ソナー７から、例えば図２に示す画素で構成された画像データ（x,y）である受信画像ＲＩを入力する（ステップＳ１０１）。入力した画像データを表示器１３にそのまま表示すると、受信画像ＲＩは、図１に示すような縦方向雑音１、横方向雑音２、第１の水中物体信号３及び第２の水中物体信号４を含む画像データであるとする。
【００６２】
引き続いて、縦方向平均値計算処理部９は、入力した画像データ（x,y）である受信画像ＲＩに対して、縦方向平均値計算処理として、Ｘ座標毎の縦方向１の画素の輝度の縦方向平均値を計算する（ステップＳ１０２）。例えば、受信画像ＲＩが図２に示す画像データの場合、Ｘ軸方向５には“０”から“１２０”までの１２１個のＸ軸データがある。これに対して、縦方向平均値計算処理部９は、下記の数１により、Ｘ軸方向５の１２１個の座標毎の縦方向平均値AX（x）を算出する。
【数１】
2019203699.tif 000003
【００６３】
更に、縦方向平均値計算処理部９は、下記の数２により、画像データ全体の全体平均値AVEを計算する。
【数２】
2019203699.tif 000004
【００６４】
引き続いて、横方向平均値計算処理部１０は、入力した画像データ（x,y）に対して、横方向平均値計算処理として、Ｙ座標毎の横方向の画素の輝度の横方向平均値を計算する（ステップＳ１０３）。例えば、受信画像ＲＩが図２に示す画像データの場合、Ｙ軸方向６には“０”から“１２０”までの１２１個のＹ軸データがある。これに対して、横方向平均値計算処理部１０は、下記の数３により、Ｙ軸方向６の１２１個の座標毎の横方向平均値AY（y）を算出する。
【数３】
2019203699.tif 000005
【００６５】
引き続いて、縦方向雑音平均処理部１１は、入力した画像データ（x,y）に対して、縦方向雑音平均処理として、下記の数４により、同じＸ座標の画像データ（x,y）を縦方向平均値AX（x）で除算して第１の除算した画像を得、更にこの第１の除算した画像に画像データ全体の全体平均値（AVE）を乗算して、画像データXSN（x,y）を算出する（ステップＳ１０４）。この計算により、画像データXSN（x,y）は、縦方向の平均値との比率に画像データ全体の平均値を乗算した値となり、縦方向の平均値が大きくなる縦方向雑音１が除去された画像となる。
【数４】
2019203699.tif 000006
【００６６】
引き続いて、横方向雑音平均処理部１２は、画像データ（縦方向雑音１が除去された画像）XSN（x,y）に対して、横方向雑音平均処理として、下記の数５により、同じＹ座標の画像データXSN（x,y）を横方向平均値AY（y）で除算して第２の除算した画像を得、更にこの第２の除算した画像に画像データ全体の全体平均値（AVE）を乗算して、画像データYSN（x,y）を算出する（ステップＳ１０５）。この計算により、画像データYSN（x,y）は、横方向の平均値との比率に画像データ全体の平均値を乗算した値となり、横方向の平均値が大きくなる横方向雑音２が除去された画像（すなわち、表示画像）ＤＩとなる。
【数５】
2019203699.tif 000007
【００６７】
最後に、雑音低減装置８は、縦方向雑音平均処理部１１により縦方向雑音１が除去され、横方向雑音平均処理部１２により横方向雑音２が除去された、画像データYSN（x,y）である表示画像ＤＩを表示器１３に表示する（ステップＳ１０６）。
【００６８】
例えば元の画像データ（x,y）が図１に示すような縦方向雑音１及び横方向雑音２を含む画像データ（受信画像ＲＩ）であっても、図３に示すように縦方向雑音１及び横方向雑音２が除去された、画像データYSN（x,y）（表示画像ＤＩ）を表示器１３に表示することができる。
【００６９】
［実施形態１の効果の説明］
次に、本第１の実施形態の効果について説明する。
【００７０】
以上説明した本発明の第１の実施形態では、以下に記載するとおりの効果を奏する。
【００７１】
第１の効果は、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーの表示において、内因性雑音である縦方向雑音及び横方向雑音を除去し、水中に実在する物体の信号のみを表示できることである。
【００７２】
第２の効果は、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーの表示において、背景の輝度階調レベルを画面全体の平均値で正規化し、水中雑音レベルが変化しても一定の輝度階調で表示できることである。
【００７３】
本第１の実施形態に係る雑音低減装置８の各部は、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを用いて実現すればよい。ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせた形態では、たとえば、ＲＯＭ（read only memory）に記憶された雑音低減プログラムに基づいて、ＣＰＵ（central processing unit）のような制御部等のハードウェアを動作させることによって、各部を各種手段として実現する。また、該雑音低減プログラムは、記録媒体に記録されて頒布されてもよい。当該記録媒体に記録された雑音低減プログラムは、有線、無線、又は記録媒体そのものを介して、メモリに読み込まれ、制御部等を動作させる。尚、記録媒体を例示すれば、ハードディスクなどの磁気ディスク、ＣＤ-ＲＯＭ（compact disc read only memory）、ＤＶＤ（digital versatile disc）などの光ディスク、光磁気ディスク（ＭＯ；magneto-optical disc）、半導体メモリ装置などが挙げられる。
【００７４】
上記第１の実施形態を別の表現で説明すれば、雑音低減装置８として動作させるコンピュータを、ＲＯＭに記憶された雑音低減プログラムに基づき、縦方向平均値計算処理部９、横方向平均値計算処理部１０、縦方向雑音平均処理部１１、および横方向雑音平均処理部１２として動作させることで実現することが可能である。
【００７５】
[実施形態２]
図６を参照して、本発明の第２の実施形態に係る雑音低減装置８Ａについて説明する。
【００７６】
図示の雑音低減装置８Ａは、縦方向雑音平均処理部および横方向雑音平均処理部での処理動作が、後述するように相違する点を除いて、図４に示した雑音低減装置８と同様の構成を有し、動作をする。したがって、縦方向雑音平均処理部および横方向雑音平均処理部に、それぞれ、１１Ａおよび１２Ａの参照符号を付してある。
【００７７】
第２の実施形態に係る雑音低減装置８Ａは、単純な雑音平均処理により縦方向雑音１及び横方向雑音２を除去するだけでなく、第１の水中物体信号３及び第２の水中物体信号４のような画像データの中で部分的に輝度が高い信号を強調する処理を追加する。
【００７８】
［実施形態２の動作の説明］
具体的には、図７に示されるように、図５のステップＳ１０４の縦方向雑音平均処理及びステップＳ１０５の横方向雑音平均処理において、次の処理を追加する。
【００７９】
縦方向雑音平均処理部１１Ａは、先ず、入力した画像データ（x,y）に対して、縦方向雑音平均処理として、次式により、同じＸ座標の画像データ（x,y）を縦方向平均値AX（x）で除算し、第１の除算した画像XSN（x,y）を算出する（ステップＳ２０１）。この計算により画像データXSN（x,y）は、縦方向の平均値との比率の値となり、縦方向の平均値が大きくなる縦方向雑音１が除去された画像となる。
【数６】
2019203699.tif 000008
【００８０】
次に、第１の除算した画像XSN（x,y）が一定の閾値（例えば1.1）を越える比率を有する場合（ステップＳ２０２の「＞閾値」）、縦方向雑音平均処理部１１Ａは、比率を強調するため信号強調処理を行い、画面全体の全体平均値（AVE）を乗算する（ステップＳ２０３）。信号強調処理としては、下記の数７のような比率XSN（x,y）を２乗する方法、または下記の数８のような予め決められた係数Kを乗算する方法が考えられる。
【数７】
2019203699.tif 000009
【数８】
2019203699.tif 000010
【００８１】
次に第１の除算した画像XSN（x,y）が閾値を越えるか超えないに関わらず、縦方向雑音平均処理部１１Ａは、下記の数９のように、XSN（x,y）の値に画面全体の平均値（AVE）を乗算し、XSN（x,y）を比率から輝度値に変換する（ステップＳ２０４）。
【数９】
2019203699.tif 000011
【００８２】
横方向雑音平均処理部１２Ａは、入力した画像データ（x,y）に対して、横方向雑音平均処理として、下記の数１０のように、同じY座標の画像データXSN（x,y）を横方向平均値AY（y）で除算し、第２の除算した画像YSN（x,y）を算出する（ステップＳ２０５）。この計算により、画像データYSN（x,y）は横方向の平均値との比率の値となり、横方向の平均値が大きくなる横方向雑音２が除去された画像となる。
【数１０】
2019203699.tif 000012
【００８３】
次に、第２の除算した画像YSN（x,y）が一定の閾値（例えば1.1）を越える比率を有する場合（ステップＳ２０６の「＞閾値」）、横方向雑音平均処理部１２Ａは、比率を強調するため信号強調処理を行い、画面全体の平均値（AVE）を乗算する（ステップＳ２０７）。信号強調処理としては、下記の数１１のように比率YSN（x,y）を２乗する方法、または下記数１２のように比率に予め決められた係数Kを乗算する方法が考えられる。
【数１１】
2019203699.tif 000013
【数１２】
2019203699.tif 000014
【００８４】
次に、第２の除算した画像YSN（x,y）が閾値を越えるか超えないに関わらず、横方向雑音平均処理部１２Ａは、下記の数１３のように、YSN（x,y）の値に画面全体の平均値（AVE）を乗算し、YSN（x,y）を比率から輝度値に変換する（ステップＳ２０８）。
【数１３】
2019203699.tif 000015
【００８５】
［実施形態２の効果の説明］
次に、本第２の実施形態の効果について説明する。
【００８６】
以上説明した本発明の第２の実施形態では、以下に記載するとおりの効果を奏する。
【００８７】
第１の効果は、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーの表示において、内因性雑音である縦方向雑音及び横方向雑音を除去し、水中に実在する物体の信号のみを表示できることである。
【００８８】
第２の効果は、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーの表示において、背景の輝度階調レベルを画面全体の平均値で正規化し、水中雑音レベルが変化しても画像の一部の輝度が高い部分を強調して表示できることである。
【００８９】
本第２の実施形態に係る雑音低減装置８Ａの各部は、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを用いて実現すればよい。ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせた形態では、たとえば、ＲＯＭ（read only memory）に記憶された雑音低減プログラムに基づいて、ＣＰＵ（central processing unit）のような制御部等のハードウェアを動作させることによって、各部を各種手段として実現する。また、該雑音低減プログラムは、記録媒体に記録されて頒布されてもよい。当該記録媒体に記録された雑音低減プログラムは、有線、無線、又は記録媒体そのものを介して、メモリに読み込まれ、制御部等を動作させる。尚、記録媒体を例示すれば、ハードディスクなどの磁気ディスク、ＣＤ-ＲＯＭ（compact disc read only memory）、ＤＶＤ（digital versatile disc）などの光ディスク、光磁気ディスク（ＭＯ；magneto-optical disc）、半導体メモリ装置などが挙げられる。
【００９０】
上記第２の実施形態を別の表現で説明すれば、雑音低減装置８Ａとして動作させるコンピュータを、ＲＯＭに記憶された雑音低減プログラムに基づき、縦方向平均値計算処理部９、横方向平均値計算処理部１０、縦方向雑音平均処理部１１Ａ、および横方向雑音平均処理部１２Ａとして動作させることで実現することが可能である。
【００９１】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
【００９２】
例えば、上記実施形態では、複数の送波素子および複数の受波素子の各々が、電歪振動子から成る場合を例に挙げて説明しているが、本発明では、振動子は電歪振動子に限定されない。すなわち、本発明は、電歪振動子以外にも、複数の送信用振動子間の振動、複数の受信用振動子間の振動、及び複数の送波素子および複数の受波素子と電気回路とを接続する配線に電磁誘導ノイズが漏れ込む場合の少なくとも１つに起因して雑音（内因性雑音）が発生する場合にも適用可能である。また、上記実施形態では、電歪振動子の配置間隔が１０ｍｍ以下の場合を例に挙げて説明しているが、本発明は、振動子間の振動の漏れこみ、並びに複数の送波素子および複数の受波素子と電気回路とを接続する配線における電磁誘導ノイズの漏れ込みを完全に除去できない配置間隔の振動子を有する水中画像ソナーに適用可能である。
【００９３】
以上、実施の形態を参照し本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００９４】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００９５】
（付記１）
複数の送波素子と複数の受波素子とが互いに９０°の関係で交差して直線状のアレイとして実装された、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーからの受信画像を処理して、表示器へ表示するための表示画像を出力する雑音低減装置であって、前記受信画像は、互いに直交する第１方向および第２方向の複数の画素で構成されており、
前記受信画像から、前記複数の送波素子間の振動、前記複数の受波素子間の振動、及び前記複数の送波素子および前記複数の受波素子と電気回路とを接続する配線に電磁誘導ノイズが漏れ込む場合の少なくとも１つに起因して生起する互いに直交する、第１方向雑音および第２方向雑音を除去して、前記表示画像を出力する２次元雑音平均処理手段を有する、
雑音低減装置。
【００９６】
（付記２）
前記複数の送波素子および前記複数の受波素子の各々は、電歪振動子から成る、付記１に記載の雑音低減装置。
【００９７】
（付記３）
前記複数の送波素子および前記複数の受波素子の配置間隔が１０ｍｍ以下である、付記１又は２に記載の雑音低減装置。
【００９８】
（付記４）
前記２次元雑音平均処理手段は、
前記受信画像に対して、前記第２方向の解析として、前記第１方向の画素の輝度平均値である第１方向平均値と前記受信画像の全体平均値とを求める第１方向平均値計算手段と、
前記受信画像に対して、前記第１方向の解析として、前記第２方向の画素の輝度平均値である第２方向平均値を求める第２方向平均値計算手段と、
同じ第２方向座標の前記受信画像を前記第１方向平均値で除算して第１の除算した画像を得、該第１の除算した画像に前記全体平均値を乗算して、前記第１方向雑音が除去された画像を出力する第１方向雑音平均処理手段と、
前記第１方向雑音が除去された同じ第１方向座標の画像を前記第２方向平均値で除算して第２の除算した画像を得、該第２の除算した画像に前記全体平均値を乗算して、前記第２方向雑音が除去された、前記表示画像を出力する第２方向雑音平均処理手段と、
から成る、付記１乃至３のいずれか１つに記載に雑音低減装置。
【００９９】
（付記５）
前記第１方向雑音平均処理手段は、前記第１の除算した画像が所定の閾値を超える比率を有する場合には、前記第１の除算した画像に対して信号強調処理を施して得られる画像に前記全体平均値を乗算して、前記第１方向雑音が除去された画像を出力し、
前記第２方向雑音平均処理手段は、前記第２の除算した画像が前記所定の閾値を超える比率を有する場合には、前記第２の除算した画像に対して前記信号強調処理を施して得られる画像に前記全体平均値を乗算して、前記表示画像を出力する、
付記４に記載の雑音低減装置。
【０１００】
（付記６）
付記１乃至５のいずれか１つに記載の雑音低減装置と、
前記クロスファンビーム方式の水中画像ソナーと、
前記表示器と、
を備えるソナー装置。
【０１０１】
（付記７）
複数の送波素子と複数の受波素子とが互いに９０°の関係で交差して直線状のアレイとして実装された、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーからの受信画像を処理して、表示器へ表示するための表示画像を出力する雑音低減方法であって、前記受信画像は、互いに直交する第１方向および第２方向の複数の画素で構成されており、
前記受信画像から、前記複数の送波素子間の振動、前記複数の受波素子間の振動、及び前記複数の送波素子および前記複数の受波素子と電気回路とを接続する配線に電磁誘導ノイズが漏れ込む場合の少なくとも１つに起因して生起する互いに直交する、第１方向雑音および第２方向雑音を除去して、前記表示画像を出力する２次元雑音平均処理ステップを含む、
雑音低減方法。
【０１０２】
（付記８）
前記２次元雑音平均処理ステップは、
前記受信画像に対して、前記第２方向の解析として、前記第１方向の画素の輝度平均値である第１方向平均値と前記受信画像の全体平均値とを求める第１方向平均値計算ステップと、
前記受信画像に対して、前記第１方向の解析として、前記第２方向の画素の輝度平均値である第２方向平均値を求める第２方向平均値計算ステップと、
同じ第２方向座標の前記受信画像を前記第１方向平均値で除算して第１の除算した画像を得、該第１の除算した画像に前記全体平均値を乗算して、前記第１方向雑音が除去された画像を出力する第１方向雑音平均処理ステップと、
前記第１方向雑音が除去された同じ第１方向座標の画像を前記第２方向平均値で除算して第２の除算した画像を得、該第２の除算した画像に前記全体平均値を乗算して、前記第２方向雑音が除去された、前記表示画像を出力する第２方向雑音平均処理ステップと、
から成る、付記７に記載に雑音低減方法。
【０１０３】
（付記９）
前記第１方向雑音平均処理ステップは、前記第１の除算した画像が所定の閾値を超える比率を有する場合には、前記第１の除算した画像に対して信号強調処理を施して得られる画像に前記全体平均値を乗算して、前記第１方向雑音が除去された画像を出力し、
前記第２方向雑音平均処理ステップは、前記第２の除算した画像が前記所定の閾値を超える比率を有する場合には、前記第２の除算した画像に対して前記信号強調処理を施して得られる画像に前記全体平均値を乗算して、前記表示画像を出力する、
付記８に記載の雑音低減方法。
【０１０４】
（付記１０）
複数の送波素子と複数の受波素子とが互いに９０°の関係で交差して直線状のアレイとして実装された、クロスファンビーム方式の水中画像ソナーからの受信画像をコンピュータで処理して、表示器へ表示するための表示画像を出力する雑音低減プログラムであって、前記受信画像は、互いに直交する第１方向および第２方向の複数の画素で構成されており、
前記受信画像から、前記複数の送波素子間の振動、前記複数の受波素子間の振動、及び前記複数の送波素子および前記複数の受波素子と電気回路とを接続する配線に電磁誘導ノイズが漏れ込む場合の少なくとも１つに起因して生起する互いに直交する、第１方向雑音および第２方向雑音を除去して、前記表示画像を出力する２次元雑音平均処理手順を、前記コンピュータに実行させる雑音低減プログラム。
【０１０５】
（付記１１）
前記２次元雑音平均処理手順は、前記コンピュータに、
前記受信画像に対して、前記第２方向の解析として、前記第１方向の画素の輝度平均値である第１方向平均値と前記受信画像の全体平均値とを求める第１方向平均値計算手順と、
前記受信画像に対して、前記第１方向の解析として、前記第２方向の画素の輝度平均値である第２方向平均値を求める第２方向平均値計算手順と、
同じ第２方向座標の前記受信画像を前記第１方向平均値で除算して第１の除算した画像を得、該第１の除算した画像に前記全体平均値を乗算して、前記第１方向雑音が除去された画像を出力する第１方向雑音平均処理手順と、
前記第１方向雑音が除去された同じ第１方向座標の画像を前記第２方向平均値で除算して第２の除算した画像を得、該第２の除算した画像に前記全体平均値を乗算して、前記第２方向雑音が除去された、前記表示画像を出力する第２方向雑音平均処理手順と、
を実行させる、付記１０に記載に雑音低減プログラム。
【０１０６】
（付記１２）
前記第１方向雑音平均処理手順は、前記コンピュータに、前記第１の除算した画像が所定の閾値を超える比率を有する場合には、前記第１の除算した画像に対して信号強調処理を施して得られる画像に前記全体平均値を乗算して、前記第１方向雑音が除去された画像を出力させ、
前記第２方向雑音平均処理手順は、前記コンピュータに、前記第２の除算した画像が前記所定の閾値を超える比率を有する場合には、前記第２の除算した画像に対して前記信号強調処理を施して得られる画像に前記全体平均値を乗算して、前記表示画像を出力させる、
付記１１に記載の雑音低減プログラム。
【符号の説明】
【０１０７】
１    縦方向雑音
２    横方向雑音
３    第１の水中物体信号
４    第２の水中物体信号
５    Ｘ軸（横方向）
６    Ｙ軸（縦方向）
７    水中画像ソナー
８、８Ａ    雑音低減装置
９    縦方向平均値計算処理部
１０    横方向平均値計算処理部
１１、１１Ａ    縦方向雑音平均処理部
１２、１２Ａ    横方向雑音平均処理部
１３    表示器
ＲＩ    受信画像
ＤＩ    表示画像
【図１】
2019203699.tif 000016
【図２】
2019203699.tif 000017
【図３】
2019203699.tif 000018
【図４】
2019203699.tif 000019
【図５】
2019203699.tif 000020
【図６】
2019203699.tif 000021
【図７】
2019203699.tif 000022