(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中へ超音波信号を送信し、該超音波信号による水中からのエコー信号を受信する送受信部と、
前記エコー信号に基づいて、水中移動体に対する前記超音波信号の入射角と、該水中移動体からの反射によるエコー信号の反射強度を検出する検出部と、
複数組の前記入射角と前記反射強度との関係から、前記水中移動体の種類を判別する判別部と、
を備え、
前記検出部は、
前記エコー信号の強度から前記水中移動体の存在を検出する水中移動体検出部と、
検出された水中移動体の複数タイミングでの位置から前記入射角を検出する入射角検出部と、
検出された水中移動体の反射強度を算出して、該検出された水中移動体の入射角に関連付けすることで、前記入射角と前記反射強度との組を生成する、判別情報生成部と、を備え、
前記判別部は、
前記入射角軸を、一定の入射角幅からなる複数の入射角ビンに分割し、
前記入射角ビン毎の代表値から、反射強度の分布特性を取得し、該分布特性から前記水中移動体の種類を判別する、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、
前記判別部は、
前記水中移動体の種類毎に分布特性のテンプレートを予め記憶しており、
前記取得した分布特性と、前記水中移動体の種類毎のテンプレートの分布特性との関係から、前記水中移動体の種類を判別する、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、
前記代表値は、前記入射角ビン内に含まれる複数の反射強度の最大値である、水中探知装置。
【請求項４】
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、
前記代表値は、前記入射角ビン内に含まれる複数の反射強度の平均値である、水中探知装置。
【請求項５】
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、
前記代表値は、前記入射角ビン内に含まれる複数の反射強度の中間値である、水中探知装置。
【請求項６】
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、
前記代表値は、前記入射角ビン内に含まれる複数の反射強度の中央値である、水中探知装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の水中探知装置であって、
前記分布特性から画像データを生成する表示制御部と、
前記表示制御部で生成された画像データを表示する表示部と、
を備えた、水中探知装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の水中探知装置であって、
前記水中移動体は、単体魚である、水中探知装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の水中探知装置であって、
前記入射角は、前記水中移動体の進行方向の法線方向を基準とした角度である、水中探知装置。
【請求項１０】
水中へ超音波信号を送信し、該超音波信号による水中からのエコー信号を受信する送受信工程と、
前記エコー信号に基づいて、水中移動体に対する前記超音波信号の入射角と、該水中移動体からの反射によるエコー信号の反射強度を検出する検出工程と、
複数組の前記入射角と前記反射強度との関係から、前記水中移動体の種類を判別する判別工程と、
を有し、
前記検出工程には、
前記エコー信号の強度から前記水中移動体の存在を検出する水中移動体検出工程と、
検出された水中移動体の複数タイミングでの位置から前記入射角を検出する入射角検出工程と、
検出された水中移動体の反射強度を算出して、該検出された水中移動体の入射角に関連付けすることで、前記入射角と前記反射強度との組を生成する、判別情報生成工程と、を有し、
前記判別工程では、
前記入射角軸を、一定の入射角幅からなる複数の入射角ビンに分割し、
前記入射角ビン毎の代表値から、反射強度の分布特性を取得し、該分布特性から前記水中移動体の種類を判別する、水中探知方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の水中探知方法であって、
前記代表値は、前記入射角ビン内に含まれる複数の反射強度の最大値である、水中探知方法。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の水中探知方法であって、
前記水中移動体は、単体魚である、水中探知方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の水中探知方法であって、
前記入射角は、前記水中移動体の進行方向の法線方向を基準とした角度である、水中探知方法。
【請求項１４】
水中へ超音波信号を送信し、該超音波信号による水中からのエコー信号を受信する送受信処理と、
前記エコー信号に基づいて、水中移動体に対する前記超音波信号の入射角と、該水中移動体からの反射によるエコー信号の反射強度を検出する検出処理と、
複数組の前記入射角と前記反射強度との関係から、前記水中移動体の種類を判別する判別処理と、をコンピュータに実行させ、
前記検出処理には、
前記エコー信号の強度から前記水中移動体の存在を検出する水中移動体検出処理と、
検出された水中移動体の複数タイミングでの位置から前記入射角を検出する入射角検出処理と、
検出された水中移動体の反射強度を算出して、該検出された水中移動体の入射角に関連付けすることで、前記入射角と前記反射強度との組を生成する、判別情報生成処理と、が含まれ、
前記判別処理では、
前記入射角軸を、一定の入射角幅からなる複数の入射角ビンに分割し、
前記入射角ビン毎の代表値から、反射強度の分布特性を取得し、該分布特性から前記水中移動体の種類を判別する、水中探知プログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の水中探知プログラムであって、
前記代表値は、前記入射角ビン内に含まれる複数の反射強度の最大値である、水中探知プログラム。
【請求項１６】
請求項１４または請求項１５に記載の水中探知プログラムであって、
前記水中移動体は、単体魚である、水中探知プログラム。
【請求項１７】
請求項１４乃至請求項１６のいずれかに記載の水中探知プログラムであって、
前記入射角は、前記水中移動体の進行方向の法線方向を基準とした角度である、水中探知プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に超音波信号を送信し、そのエコー信号から探知対象物である魚の情報を取得する水中探知装置、特に、魚種判別を行う水中探知装置および水中探知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、魚種判別機能を備える水中探知装置が各種考案されている。例えば、特許文献１に記載の水中探知装置では、エコー信号から、検出した魚群の移動速度を算出し、当該移動速度と、当該魚群の反射強度ＴＳ（Ｔａｒｇｅｔ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）とから魚種を判別している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１８６３１号公報
【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、特許文献１に示す水中探知装置では、魚種判別の正解率が高いとは限らず、魚種を誤判定してしまうことがある。
【０００５】
この発明は、従来よりも正確に魚種を判別可能な新たな魚種判別機能を備える水中探知装置を、提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の水中探知装置は、送受信部、検出部および判別部を備える。送受信部は、水中に超音波信号を送信し、当該超音波信号による水中からのエコー信号を受信する。検出部は、エコー信号に基づいて、水中移動体に対する超音波信号の入射角と、該水中移動体からの反射によるエコー信号の反射強度を検出する。判別部は、複数組の入射角と反射強度との関係から、水中移動体の種類を判別する。この発明の水中探知装置の検出部は、水中移動体検出部、入射角検出部、判別情報生成部と、を備える。水中移動体検出部は、エコー信号の強度から水中移動体の存在を検出する。入射角検出部は、検出された水中移動体の複数タイミングでの位置から入射角を検出する。判別情報生成部は、検出された水中移動体の反射強度を算出して、該検出された水中移動体の入射角に関連付けすることで、入射角と反射強度との組を生成する。判別部は、複数の反射強度の入射角軸上での分布から水中移動体の種類を判別する。この発明の水中探知装置の判別部は、入射角軸を一定の入射角幅からなる複数の入射角ビンに分割し、入射角ビン毎の代表値から反射強度の分布特性を取得し、該分布特性から水中移動体の種類を判別する。
【００１３】
この構成では、超音波信号が水中移動体（例えば魚体）に当たる角度に相当する入射角によって、反射強度が異なることを利用している。さらに、この反射強度の入射角に依存する特性が水中移動体の種類（例えば魚種）によって異なることを利用している。したがって、エコー信号から水中移動体の入射角と反射強度を複数取得することで、水中移動体の種類による反射強度の特徴を判別でき、水中移動体の種類の判別が可能になる。
【００１６】
また、この発明の水中探知装置の判別部は、水中移動体の種類毎に分布特性のテンプレートを予め記憶しており、取得した分布特性と水中移動体の種類毎のテンプレートの分布特性との関係から、水中移動体の種類を判別する。
【００１８】
また、この水中探知装置では、代表値は、入射角ビン内に含まれる複数の反射強度の最大値である。また、この水中探知装置では、代表値は、入射角ビン内に含まれる複数の反射強度の平均値である。また、この水中探知装置では、代表値は、入射角ビン内に含まれる複数の反射強度の中心値ある。また、この水中探知装置では、代表値は、入射角ビン内に含まれる複数の反射強度の中央値である。
【００１９】
この構成では、入射角ビン毎の代表値の取り方を示している。ここで、代表値として最大値を用いると、他の代表値の取り方よりも魚種の特徴が顕著に現れる。したがって、より正確に魚種を判別することができる。
【００２０】
また、この発明の水中探知装置では、分布および取得した分布特性から画像データを生成する表示制御部を備え、表示部は、表示制御部が生成した画像データを表示する。この構成により、魚種判別に関する情報を、ユーザへ分かりやすく提供できる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、より正確に魚種を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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。
【図２】水中探知装置１の演算処理部１４で行われる魚種判別のための全体処理フローを示す図である。
【図３】姿勢角の検出概念を説明するための図である。
【図４】傾角および入射角の検出概念を説明するための図である。
【図５】入射角の設定概念を示す図である。
【図６】魚種判別フローを示すフローチャートである
【図７】反射強度ＴＳの入射角特性の例を示す図である。
【図８】魚種毎の反射強度ＴＳの姿勢角のテンプレート特性（正規化特性曲線）の例を示す図である。
【図９】表示画像の一例を示す図である。
【図１０】表示画像の別の一例を示す図である。
【図１１】表示画像のさらに別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態に係る水中探知装置および水中探知方法について、図を参照して説明する。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。
【００２４】
水中探知装置１は、送受波器１０、送信部１１、送受切替器１２１，１２２，１２３，１２４、受信部１３、演算処理部１４、記憶部１５、操作部１６、表示器２０を備える。なお、表示器２０は、水中探知装置１に必須の構成ではなく、水中探知装置１の外部接続端子に接続される外部の表示装置であってもよい。
【００２５】
送受波器１０は、船舶の船底等に固定設置されている。送受波器１０は、送受切替器１２１−１２４を介して送信信号生成部１１から与えられた送信信号に基づいて超音波を水中へ送波する。また、送受波器１０は、前記超音波が水中の魚Ｆｉ等の探知対象物に反射して得られるエコーを受波し、エコー信号を出力する。エコー信号は、送受切替器１２１−１２４を介して受信信号生成部１３へ入力される。
【００２６】
送受波器１０は、より具体的には以下の構造を有する。
【００２７】
送受波器１０は、詳細を図示していない所要数の振動子が束状に一体化されてなる。これらの振動子は、各振動子の振動面が同一平面上に所定パターンで配列されるように、配置されている。受波器１０は、送受波面が周方向に４分割されており、各分割面がチャンネルＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４に設定されている。これら、チャンネルＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４は、それぞれ共通の指向特性、特に所定の指向幅、例えば７°の指向幅を有する。
【００２８】
送受波器１０は、送受波面の全体から超音波を所定の指向性で送波する。送受波器１０は、魚Ｆｉのエコーを各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４で受波する。
【００２９】
各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４と船舶方位との関係は、チャンネルＣＨ１とＣＨ４とが船首（ｆｏｒｃｅ）側であり、チャンネルＣＨ２とＣＨ３とが船尾（ａｆｔ）側であり、さらに、チャンネルＣＨ１とＣＨ２とが右舷（ｓｔａｒｂｏａｒｄ）側であり、チャンネルＣＨ３とＣＨ４とが左舷（ｐｏｒｔ）側である。これにより、送受波器１０は、チャンネルＣＨ１，ＣＨ４の組とチャンネルＣＨ２，ＣＨ３の組とにより指向幅内において船首−船尾方向のエコーを受波可能にしている。また、送受波器１０は、チャンネルＣＨ１，ＣＨ２の組とチャンネルＣＨ３，ＣＨ４の組とにより、右舷−左舷方向からのエコーを受信可能にしている。
【００３０】
送信部１１は、ＦＭ（周波数変調）の送信信号を生成する。送信信号生成部１１は、所定の送信時間幅（例えば数十μ秒の時間幅）において、周波数を所定の範囲内でチャープさせることで送信信号を生成する。例えば、送信信号生成部１１は、中心周波数が１００ＫＨｚで、最低低周波数が７０ＫＨｚ、最高周波数が１３０ＫＨｚであり、最低周波数から最高周波数に向かってチャープする送信信号を生成する。
【００３１】
送信部１１は、送信信号を送受切替器１２１−１２４のそれぞれに出力する。
【００３２】
送受信部１２１−１２４は、送受波器１０の各チャンネルＣＨ１−ＣＨ４を構成する各振動子に接続するように設置されている。送受切替器１２１−１２４は、送信信号生成部１１からの送信信号を送受波器１０に出力し、送受波器１０の各チャンネルＣＨ１−ＣＨ４のエコー信号を、受信部１３へ出力する。
【００３３】
受信部１３は、ＬＮＡ等を備え、各チャンネルのエコー信号を所定のゲインで増幅して、チャンネル毎のエコー信号を生成する。チャンネル毎のエコー信号は、演算処理部１４へ入力される。
【００３４】
演算処理部１４は、例えばマイクロコンピュータで構成され、記憶部１５に記録されている制御プログラムを実行することによって、単体魚検出部１４１、入射角検出部１４２、魚種判別部１４３、および表示制御部１４４として機能する。図２は演算処理部１４で行われる魚種判別のための全体処理フローを示す図である。
【００３５】
単体魚検出部１４１は、図２のステップＳ１０１の機能を有し、エコー信号から単体魚を検出する。単体魚検出部１４１は、各エコー信号を所定のサンプリング周期でサンプリングすることで、深度方向（時間方向）に離散化された強度データであるエコーデータを取得する。単体魚検出部１４１は、送信タイミング（ＰＩＮＧ毎）に配列したエコーデータにおける、所定閾値以上のエコーデータを魚からの反射エコーと判断する。
【００３６】
単体魚検出部１４１は、既知のスプリットビームを用いたＳＳＢＬ（Ｓｕｐｅｒ  ＳｈｏｒｔＢａｓｅｌｉｎｅ）法を用いて単体魚の位置を検出する。この方法を用いることで、高い分解能で魚Ｆｉを検出できるので、複数の魚が群れて泳ぐ魚群の単位ではなく、当該魚Ｆｉ単体の位置を測定することができる。このような魚Ｆｉの検出および位置検出処理は、所定の観測タイミング毎（例えば、所謂１Ｐｉｎｇ毎）に実行される。
【００３７】
単体魚検出部１４１は、算出した魚Ｆｉの位置を深度方向およびＰＩＮＧ方向および順次記憶する。この際、観測値算出部１４２は、魚Ｆｉ毎に観測位置を連結（関連付け）して記憶する。
【００３８】
具体的には、例えば、単体魚検出部１４１は、同じＰＩＮＧに含まれる深度方向に連続する所定閾値以上のエコーデータを、単一の単体魚から取得したエコーデータ群と判断する。さらに、単体魚検出部１４１は、超音波信号の送信間隔やビーム幅に基づいて所定数分だけ隣り合う複数のＰＩＮＧ間で、閾値以上のエコーデータのつながりが得られた場合には、これらのエコーデータを、単一の単体魚から得られたエコーデータとして記憶する。
【００３９】
単体魚検出部１４１は、単体魚として判断されたエコーデータ群の内、最浅のエコーデータのＰＩＮＧ位置および深度を含む情報を、単体魚情報として記憶する。
【００４０】
入射角検出部１４２は、図２のステップＳ１０２の機能を有し、単体魚検出部１４１で検出した単体魚毎に、入射角を検出する。なお、入射角とは、送受波器１０からの超音波信号が単体魚Ｆｉに入射する角度を意味し、当該単体魚Ｆｉで反射して得られるエコー信号の出射角と同じである。したがって、以下に示すように、エコー信号から入射角を算出することができる。図３は姿勢角の検出概念を説明するための図である。図４は傾角および入射角の検出概念を説明するための図である。図５は入射角の設定概念を示す図である。
【００４１】
入射角検出部１４２は、単体魚検出部１４１からの単体魚情報に基づいて、単体魚の位置追尾を行う。具体的には、入射角検出部１４２は、単体魚と判断した最浅のエコーデータのＰＩＮＧ位置および深度の各チャンネルＣＨ１−ＣＨ４のエコーデータに基づいて、魚種判定用タイミングｎでの魚Ｆｉの三次元位置ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）を算出する。ここで用いる三次元座標は、船尾（ａｆｔ）側から船首（ｆｏｒｃｅ）側へ向かう方向を正方向とするｘ軸と、左舷（ｐｏｒｔ）側から右舷（ｓｔａｒｂｏａｒｄ）側ヘ向かう方向を正方向とするｙ軸と、送受波器１０の底面から海底に向かう方向（深度方向）を正方向とするｚ軸とにより定義された座標系である。
【００４２】
入射角検出部１４２は、送受波器１０の底面の中心を始点（原点）として、魚Ｆｉの位置ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）を終点とする単体魚位置ベクトルＶｖｓ（ｎ）＝｛ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ）｝を取得する。
【００４３】
入射角検出部１４２は、単体魚位置ベクトルＶｖｓ（ｎ）を取得する魚種判定用タイミングｎから所定時間前の魚種判定用タイミングｎ−１で、同様の設定で取得した単体魚位置ベクトルＶｖｓ（ｎ−１）と、魚種判定用タイミングｎの単体魚位置ベクトルＶｖｓ（ｎ）とから、単体魚Ｆｉの遊泳ベクトルＶｖｆｉｓｈ（ｎ）を、ベクトル演算式である式１から算出する。なお、魚種判定用タイミングの間隔は、超音波信号の送信間隔（ＰＩＮＧ間の間隔）や、魚種判別対象となる魚の移動速度に応じて、適宜設定されている。
【００４４】
Ｖｖｆｉｓｈ（ｎ）＝Ｖｖｓ（ｎ）−Ｖｖｓ（ｎ−１）      −（式１）
入射角検出部１４２は、単体魚の遊泳ベクトルＶｖｆｉｓｈ（ｎ）に基づいて姿勢角θｐを、ベクトル演算式である式２から算出する。
【００４５】
【数１】
0005812397.tif 000002
【００４６】
この演算処理により得られる姿勢角θｐは、魚種判別の対象となる単体魚または魚群が送受波器１０の真下付近に存在する時に、入射角θｃと同じである。したがって、送受波器１０の真下となる所定範囲内の魚種を識別する場合には、入射角検出部４２は、式２で得られた姿勢角θｐを入射角θｃとして出力する。
【００４７】
しかしながら、魚種判別の対象となる単体魚または魚群の位置が、送受波器１０の真下方向の所定範囲内でなければ、入射角検出部１４２は、次に示す方法により、入射角θｃを算出する。
【００４８】
まず、入射角検出部１４２は、送受波器１０から送信される超音波信号が、対象の単体魚Ｆｉに照射する方向と、単体魚の遊泳方向との成す角である傾角θｔ（図４参照）を算出する。
【００４９】
図４に示すように、傾角θｔは、単体魚位置ベクトルＶｖｓ（ｎ）と、当該単体魚の遊泳ベクトルＶｖｆｉｓｈ（ｎ）との成す角であり、式３から算出することができる。
【００５０】
【数２】
0005812397.tif 000003
【００５１】
なお、式３において、黒のドットマークは、ベクトルの内積を意味する。
【００５２】
このように算出された傾角θｔは、単体魚Ｆｉの遊泳方向を０°（０ｒａｄ）とするものである。一方、入射角θｃは、図５に示すように、単体魚Ｆｉの背中に直交する方向が０°（０ｒａｄ）である。このため、傾角θｔと入射角θｃは、次の関係を有する。
【００５３】
θｃ＝θｔ−π／２  ［ｒａｄ］
したがって、入射角θｃは、次式から算出することができる。
【００５４】
【数３】
0005812397.tif 000004
【００５５】
このように、単体魚Ｆｉの位置が送受波器１０の真下方向の所定範囲内でなくても、入射角検出部１４２は、検出した単体魚Ｆｉの入射角θｃを出力することができる。
【００５６】
また、さらに、上述の式４の方法は、より厳密には、上述のｘｚ平面（船首船尾方向と鉛直方向からできる平面）付近に、単体魚Ｆｉが存在し、且つ単体魚Ｆｉがｙ軸方向（右左舷方向）の運動成分を持たない場合に、高精度な入射角θｃの算出が可能になる。このため、ｙ軸（右左舷方向）に沿って前記ｘｚ平面から離間した位置に単体魚Ｆｉが存在する場合には、誤差を生じてしまう。
【００５７】
しかしながら、例えば、上述の単体魚位置ベクトルＶｖｓと、当該単体魚の遊泳ベクトルＶｖｆｉｓｈとを、ｘｚ平面に射影して平面ベクトルに変換し、当該平面ベクトル同士で、式４の演算を行えば、入射角θｃを算出することができる。
【００５８】
また、同様に、上述の式４の方法は、より厳密には、上述のｙｚ平面（右左舷方向と鉛直方向からできる平面）付近に、単体魚Ｆｉが存在し、且つ単体魚Ｆｉがｘ軸方向(船首船尾方向）の運動成分を持たない場合に、高精度な入射角θｃの算出が可能になる。このため、ｘ軸（船首船尾方向）に沿って前記ｙｚ平面から離間した位置に単体魚Ｆｉが存在する場合には、誤差を生じてしまう。
【００５９】
しかしながら、例えば、上述の単体魚位置ベクトルＶｖｓと、当該単体魚の遊泳ベクトルＶｖｆｉｓｈとを、ｙｚ平面に射影して平面ベクトルに変換し、当該平面ベクトル同士で、式４の演算を行えば、入射角θｃを算出することができる。
【００６０】
このようにして算出された入射角θｃは、図５に示すように、単体魚Ｆｉの背中側鉛直方向を０°とし、頭の方向へ傾斜する角度が−方向の角度になり、尾の方向へ傾斜する角度が＋方向の角度になるように定義されている。
【００６１】
なお、上述の入射角θｃの算出方法は、状況に応じていずれの方法を用いてもよく、必要に応じて、複数の方法を組み合わせてもよい。例えば、送受波器１０の鉛直下方向の狭い範囲で魚種判別を行う場合には、式２から得られる姿勢角θｐを入射角θｃとする方法を用いれば、演算処理を簡素化できる。また、送受波器１０の鉛直下方向の広い範囲で魚種判別を行う場合には、式４から得られる入射角θｃを用いれば、より精度の高い魚種判別が可能になる。
【００６２】
さらに、送受波器１０の鉛直下方向の広い範囲で魚種判別を行う場合に、送受波器１０の鉛直下方向の狭い範囲では式２を用い、当該狭い範囲を除く範囲では式４を用いる方法を適用してもよい。
【００６３】
このような入射角θｃの検出は、取得した単体魚のそれぞれに対して実行する。
【００６４】
魚種判別部１４３は、図２のステップＳ１０３、Ｓ１０４の機能を有し、入射角検出部１４２で単体魚毎に算出した入射角θｃを用いて、魚種判別を行う。
【００６５】
魚種判別部１４３は、単体魚の反射強度ＴＳ（Ｔａｒｇｅｔ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を既知の方法で算出する。この際、魚種判別部１４３は、単体魚を構成するエコーデータの内、代表となる特定のエコーデータを用いて、反射強度ＴＳを算出する。例えば、魚種判別部１４３は、単体魚のエコー振幅波形の最大値を用いて反射強度ＴＳを算出する。魚種判別部１４３は、検出された単体魚毎に反射強度ＴＳを算出する。なお、反射強度ＴＳの算出は、単体魚検出以降であればいずれのタイミングに行ってもよい。すなわち、入射角検出前であってもよい。
【００６６】
魚種判別部１４３は、単体魚毎の反射強度ＴＳと入射角θｃに基づいて、魚種判別を行う。図６は魚種判別フローを示すフローチャートである。図７は反射強度ＴＳの入射角特性の例を示す図である。図７において、図中の○印は各入射角ビンの最大値を示し、図中の×印は、最大値を除く反射強度ＴＳを示す。なお、入射角ビンの最大値は全てを○で示しているものではなく、本願発明の特徴を分かりやすくするために、図示を省略しているものもある。
【００６７】
魚種判別部１４３は、魚種判定用の入射角範囲（図７の例では、−３０°から＋３０°まで）を設定し、当該入射角範囲を複数の入射角ビンに分割して設定する。例えば、魚種判別部１４３は、２°の角度幅からなる入射角ビンで、−３０°から＋３０°までの入射角範囲を分割して設定する。
【００６８】
魚種判別部１４３は、取得した各単体魚の反射強度ＴＳを、入射角ビン毎に分類する（Ｓ４０１）。魚種判別部１４３は、入射角ビン毎に、反射強度ＴＳの最大値を検出する（Ｓ４０２）。
【００６９】
魚種判別部１４３は、各入射角ビンの最大値から、図７の太実線に示すような反射強度の入射角特性曲線を推定算出する（Ｓ４０３）。この際、例えば、魚種判別部１４３は、所定の関数で各入射角ビンの最大値をフィッティング処理することで、入射角特性曲線を推定算出すればよい。
【００７０】
魚種判別部１４３は、推定算出した入射角特性曲線と、図８に示すような魚種毎の反射強度ＴＳの入射角のテンプレート特性曲線とを比較する。図８は、魚種毎の反射強度ＴＳの入射角のテンプレート特性曲線（正規化特性曲線）の例を示す図である。
【００７１】
図８に示すように、反射強度ＴＳの入射角特性は、魚種毎に特徴を有する。例えば、アジの場合、入射角０°よりも負の入射角側に、緩やかな極大を有する特性となる。また、サバの場合、入射角０°に近い負の入射角側に、急峻な極大を有する特性となる。さらに、タイの場合、入射角−３０°から＋３０°の間に若干の極大はあるものの、アジ、サバと比較して全体的に平坦な特性となる。なお、これらアジ、サバ、タイの反射強度ＴＳの入射角特性は、アジ、サバ、タイの生け簀に、上述の超音波信号を送信し、単体魚検出、入射角検出、反射強度ＴＳ算出を行い、入射角毎の反射強度ＴＳの最大値を得て、算出した特性である。
【００７２】
魚種判別部１４３は、推定算出した入射角特性曲線を正規化し、正規化した入射角特性曲線と、図８に示すテンプレート特性曲線との類似度を算出して魚種判定を行う（Ｓ４０４）。例えば、魚種判別部１４３は、推定算出した入射角特性曲線と、図８に示すテンプレート特性曲線とのユークリッド距離を算出する。
【００７３】
より具体的には、魚種判別部１４３は、各入射角ビンｊの中心角における推定算出した反射強度ＴＳの値ＴＳｊと、テンプレート特性曲線の反射強度の値ＴＳＴｊとを用いて、ユークリッド距離ｄ（ＴＳ，ＴＳＴ）を次式から算出する。なお、ｊは、魚種判別に利用する入射角ビンを、角度が大きくなる方向にしたがって順次並べた場合の番号であり、ｊ＝１〜Ｎ（Ｎは魚種判別に利用する入射角ビンの数）である。
【００７４】
【数４】
0005812397.tif 000005
【００７５】
魚種判別部１４３は、最もユークリッド距離が近い（小さい）テンプレート特性曲線が、推定算出した入射角特性曲線に最も類似していると判断し、最もユークリッド距離が近い（小さい）テンプレート特性曲線に対応する魚種を選択する。
【００７６】
そして、魚種判別部１４３は、選択した魚種を、探知した単体魚およびこれを含む魚群の魚種として判定する。例えば、図７の入射角特性曲線を得た場合に、探知した単体魚およびこれを含む魚群を、「アジ」と判定する。
【００７７】
以上のように、本実施形態の構成および処理を用いることで、魚種を正確に判定することができる。
【００７８】
演算処理部１４の表示制御部１４４は、取得した魚種名と、上述の図７に示すような反射強度ＴＳの入射角特性とを、画像データ化して、表示器２０へ出力する。この際、表示制御部１４４は、詳細を図示していないが、既知の方法で得られるＰＩＮＧおよび深度の二次元座標からなる探知画像に、上述の魚種名と反射強度ＴＳの入射角特性とを重ね合わせて画像データを形成してもよい。表示器２０は、表示制御部１４４からの画像データを、画面上に表示する。
【００７９】
図９は表示画像の一例を示す図である。図９に示すように、画像２００には、エコー信号から取得した反射強度ＴＳの入射角分布が、特定マーク（図９では×印と○印）で表示される。また、画像２００には、推定算出した入射角特性曲線と、魚種毎のテンプレート特性曲線とが表示される。さらに、画像２００には、推定した魚種が強調表示される。このような画像２００を表示することで、ユーザは検出した魚群や単体魚の魚種を、容易に識別することができる。
【００８０】
なお、図９では、魚種判別用の画像のみを表示する例を示したが、通常のエコー画像、すなわちＰＩＮＧ方向と深度方向の二次元座標からなるエコー画像と、魚種判別用の画像とを同時に表示してもよい。
【００８１】
なお、上述の説明では、多数の単体魚の反射強度ＴＳから魚種判別を行う例を示したが、入射角θｃと反射強度ＴＳとの組が少なくとも二組検出できれば、魚種判別は可能である。この場合、同じ魚群内に含まれる複数の単体魚から、入射角θｃと反射強度ＴＳとの組を複数取得してもよいし、単一の単体魚から、所定時間間隔をおいて、入射角θｃと反射強度ＴＳとの組を複数取得してもよい。特に、後者の場合には、単体魚が魚群を形成せず、単体で遊泳している場合にも、魚種判別を行うことができる。
【００８２】
また、上述の説明では、特性曲線の類似の度合いから魚種を判定する例を示したが、他の方法で類似度を検出してもよい。
【００８３】
例えば、特性曲線の半値全幅を用いて、類似の度合いを検出してもよい。すなわち、算出した反射強度ＴＳの入射角特性の半値全幅に最も近い半値全幅からなるテンプレート特性に対応する魚種を、探知した単体魚およびこれを含む魚群の魚種と判断する。
【００８４】
また、別の方法としては、例えば、特性曲線の半値全幅と最大値を算出し、これらから取得した反射強度ＴＳ群の入射角軸上の広がりを表す指標値を算出する。例えば、半値全幅を最大値で除算する等の算出処理を行う。そして、同様の算出方法で得られる基準指標値を予め魚種毎に取得しておき、魚種毎に取り得る基準指標値範囲を設定しておく。次に、エコー信号から取得した指標値が、いずれの魚種の基準指標値範囲内にあるかを判断する。エコー信号から取得した指標値が含まれる基準指標値範囲に該当する魚種を、エコー信号で検出した魚群や単体魚の魚種と判断する。
【００８５】
なお、上述の説明では、入射角ビン毎に反射強度ＴＳの最大値を検出して、入射角ビン毎の代表値に設定する例を示したが、入射角ビン毎に他の代表値を算出し、魚種判別に利用してもよい。例えば、代表値として、平均値、中央値、中心値等を用いてもよい。
【００８６】
平均値の場合、入射角ビンに含まれる全て反射強度ＴＳを加算し、取得した反射強度ＴＳの個数で除算する。
【００８７】
中央値の場合、入射角ビンに含まれる全ての反射強度ＴＳを強度順にならべ、真ん中の順番となる反射強度ＴＳを用いる。例えば、入射角ビンに含まれる反射強度ＴＳの全数が５であれば、強度順に並ぶ３番目の反射強度を用いる。
【００８８】
中間値の場合、入射角ビンに含まれる全ての反射強度ＴＳから最大値と最小値を算出し、最大値と最小値を加算して２で除算する。
【００８９】
また、上述の説明では、スプリットビームを用いたＳＳＢＬ法を用いて単体魚の位置を検出したが、三次元位置を検出できる方法であれば、ソナー等を用いた他の方法を用いてもよい。
【００９０】
また、上述の説明では、魚種判別までを行う水中探知装置を例に示したが、魚種判別に有用な情報を表示する装置としても利用することができる。この場合、魚種判別部１４３を省略し、入射角θｃと反射強度ＴＳとの関係のみを表示制御部１４４へ入力すればよい。図１０は、表示画像の別の一例を示す図である。また、図１１は、表示画像のさらに別の一例を示す図である。
【００９１】
図１０に示す画像２００Ａは、異なる複数の時刻ｔ１，ｔ２で同じ単体魚から反射強度ＴＳと入射角θｃとの関係を取得した場合に生成する画像である。画像２００Ａでは、時刻ｔ１，ｔ２毎の反射強度ＴＳが棒グラフで表示されている。さらに、時刻ｔ１，ｔ２毎の入射角θｃも模式的且つ数値で表示されている。なお、図１０の画像２００Ａでは、分かりやすいように、各時刻ｔ１，ｔ２での単体魚の遊泳ベクトル（遊泳方向）も表示しているが、省略してもよい。また、この表示方法は一例であり、異なる複数の時刻に得られる反射強度ＴＳと入射角θｃとの関係が図示されていれば、他の態様でもよい。
【００９２】
図１１に示す画像２００Ｂは、同一時刻で複数の単体魚を検出し、これら複数の単体魚毎に反射強度ＴＳと入射角θｃとの関係を取得した場合に生成する画像である。画像２００Ｂでは、入射角θｃを横軸とし、反射強度ＴＳを縦軸として、分散図が表示されている。図中の×印が、検出した入射角θｃと反射強度ＴＳの組の位置を示す。なお、この表示方法も一例であり、同一時刻で得られた複数の単体魚毎の反射強度ＴＳと入射角θｃとの関係が図示されていれば、他の態様でもよい。
【００９３】
また、上述の説明では、反射強度をエコー信号の最大値から算出する例を示したが、具体的には、次に示す各方法で反射強度を算出すればよい。
【００９４】
・検出した単体魚Ｆｉのエコー信号の値を所定時間長積分した積分値から反射強度を算出する。
【００９５】
・検出した単体魚Ｆｉのエコー信号の周波数スペクトルを取得し、当該周波数スペクトルの最大値から反射強度を算出する。
【００９６】
・検出した単体魚Ｆｉのエコー信号の周波数スペクトルを取得し、当該周波数スペクトルの平均値から反射強度を算出する。
【００９７】
また、上述の説明では、単体魚を対象として検出する例を示したが、他の水中移動体に対して、上述の構成および処理を適用することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１：水中探知装置、１０：送受波器、１１：送信信号生成部、１２１，１２２，１２３，１２４：送受切替器、１３：受信信号生成部、１４：演算処理部、１４１：単体魚検出部、１４２：姿勢角検出部、１４３：魚種判別部、１４４：表示制御部、１５：記憶部、２０：表示器、２００，２００Ａ，２００Ｂ：画像
【図１】
0005812397.tif 000006
【図２】
0005812397.tif 000007
【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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