(57)【要約】【課題】適切に浮遊物を検出することができる浮遊物検出装置および浮遊物検出方法を提供する。【解決手段】浮遊物検出装置は、水面を撮像する受光部と、受光部により撮像された水面の画像の中から浮遊物の抽出条件に合致する領域を抽出する領域抽出部４８と、浮遊物を検出するためのテンプレート画像を記憶する記憶部４５と、抽出された領域の浮遊物の周囲の波の状況による影響を受けにくい上部領域と、記憶されたテンプレート画像の類似度を算出する類似度算出部４４と、算出された類似度が所定値よりも高い場合に領域抽出部４８により抽出された領域を浮遊物が存在する領域として検出する浮遊物検出部４６と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水上に浮遊する浮遊物を検出する浮遊物検出装置であって、
水面を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された水面の画像の中から前記浮遊物の抽出条件に合致する領域を抽出する抽出手段と、
前記浮遊物を検出するためのテンプレート画像を記憶する記憶手段と、
前記抽出手段により抽出された領域の前記浮遊物の周囲の波の状況による影響を受けにくい上部領域と、前記記憶手段に記憶された前記テンプレート画像との類似度を算出する類似度算出手段と、
前記類似度算出手段により算出された類似度が所定値よりも高い場合に前記抽出手段により抽出された領域を前記浮遊物が存在する領域として検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする浮遊物検出装置。
【請求項２】
前記記憶手段が、複数の波高にそれぞれ対応する複数のテンプレート画像を記憶し、
前記浮遊物検出装置が、
前記水面の波高を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された波高に応じたテンプレート画像を前記記憶手段に記憶された複数のテンプレート画像の中から選択する選択手段を備え、
前記類似度算出手段が、前記抽出手段により抽出された領域の前記上部領域と、前記選択手段により選択されたテンプレート画像との類似度を算出することを特徴とする請求項１に記載の浮遊物検出装置。
【請求項３】
前記類似度算出手段が、前記抽出手段により抽出された領域の重心位置より上部の前記上部領域と、前記記憶手段に記憶された前記テンプレート画像との類似度を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の浮遊物検出装置。
【請求項４】
前記検出手段により検出された領域の前記撮像手段からの相対位置を、前記抽出手段により抽出された領域の前記水面の画像中の位置に基づいて特定する位置特定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の浮遊物検出装置。
【請求項５】
前記浮遊物検出装置の位置を認識する認識手段と、
前記検出手段により検出された領域の位置を、前記抽出手段により抽出された領域の前記水面の画像中の位置と前記認識手段が認識する前記浮遊物検出装置の位置とに基づいて特定する位置特定手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の浮遊物検出装置。
【請求項６】
前記水面の画像の中から所定輝度より輝度の高い領域を特定する領域特定手段と、
前記領域特定手段により特定された領域の面積を算出する面積算出手段と、を備え、
前記抽出手段が、前記領域特定手段により特定された領域の中から、前記面積算出手段により算出された面積が所定の面積条件に合致する領域を抽出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の浮遊物検出装置。
【請求項７】
前記面積条件に合致する領域として抽出された領域の周囲長を算出する周囲長算出手段を備え、
前記抽出手段が、前記面積条件に合致する領域として抽出された領域の中から、前記周囲長算出手段により算出された周囲長が所定の周囲長条件に合致する領域を抽出することを特徴とする請求項６に記載の浮遊物検出装置。
【請求項８】
レーザ光を照射するレーザ光源を有し、
前記撮像手段は、前記レーザ光源の反射光を画像として撮像し、
前記レーザ光源が照射するレーザ光の波長が、１４００ｎｍ以上かつ２６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の浮遊物検出装置。
【請求項９】
水上に浮遊する浮遊物を検出する浮遊物検出方法であって、
水面を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程により撮像された水面の画像の中から前記浮遊物の抽出条件に合致する領域を抽出する抽出工程と、
前記抽出工程により抽出された領域の前記浮遊物の周囲の波の状況による影響を受けにくい上部領域と、前記浮遊物を検出するためのテンプレート画像との類似度を算出する類似度算出工程と、
前記類似度算出工程により算出された類似度が所定値よりも高い場合に前記抽出工程により抽出された領域を前記浮遊物が存在する領域として検出する検出工程と、
を備えることを特徴とする浮遊物検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊物検出装置および浮遊物検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、船舶等に設置され、水面上の浮遊物を検出する監視装置として、レーザレーダを使用した監視装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このようなレーザレーダを用いた監視装置は、レーザレーダからレーザ光を船舶の周辺に照射し、このレーザ光が水面に到達して反射され、反射された反射光を受光部にて撮像し、撮像した画像信号を表示部に表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４４２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パルスレーザ光の反射光を撮像して得た画像に基づいて水面上の浮遊物を検出する方法として、例えば、予め浮遊物の形状をテンプレート画像として記憶しておき、撮像した画像とテンプレート画像を比較して類似度を算出し、算出した類似度に基づいて浮遊物を検出する方法が考えられる。
しかしながら、浮遊物の周囲の波の状況等により画像として撮像される浮遊物の形状は変化する。したがって、予め浮遊物の形状をテンプレート画像として記憶しておいても、浮遊物の周囲の波の状況等によっては浮遊物を適切に検出できないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、浮遊物の周囲の波の状況等により画像として撮像される浮遊物の形状が変化する場合であっても、適切に浮遊物を検出することができる浮遊物検出装置および浮遊物検出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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明に係る浮遊物検出装置は、水上に浮遊する浮遊物を検出する浮遊物検出装置であって、水面を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された水面の画像の中から前記浮遊物の抽出条件に合致する領域を抽出する抽出手段と、前記浮遊物を検出するためのテンプレート画像を記憶する記憶手段と、前記抽出手段により抽出された領域の前記浮遊物の周囲の波の状況による影響を受けにくい上部領域と、前記記憶手段に記憶された前記テンプレート画像との類似度を算出する類似度算出手段と、前記類似度算出手段により算出された類似度が所定値よりも高い場合に前記抽出手段により抽出された領域を前記浮遊物が存在する領域として検出する検出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る浮遊物検出装置によれば、撮像された水面の画像の中から浮遊物の抽出条件に合致する領域を抽出し、抽出された領域の浮遊物の周囲の波の状況による影響を受けにくい上部領域とテンプレート画像との類似度を算出し、算出された類似度が所定値よりも高い場合に抽出された領域を浮遊物が存在する領域として検出する。このようにすることで、浮遊物の抽出条件に合致する領域として抽出された領域の中から、浮遊物の周囲の波の状況等による影響を受けやすい下部領域を除いた上部領域をテンプレート画像との類似度の算出の対象とすることができる。したがって、浮遊物の周囲の波の状況等により画像として撮像される浮遊物の形状が変化する場合であっても、適切に浮遊物を検出することができる。
【０００８】
本発明の第１態様の浮遊物検出装置は、前記記憶手段が、複数の波高にそれぞれ対応する複数のテンプレート画像を記憶し、前記浮遊物検出装置が、前記水面の波高を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された波高に応じたテンプレート画像を前記記憶手段に記憶された複数のテンプレート画像の中から選択する選択手段を備え、前記類似度算出手段が、前記抽出手段により抽出された領域の上部領域と、前記選択手段により選択されたテンプレート画像との類似度を算出することを特徴とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第１態様の浮遊物検出装置は、複数の波高のそれぞれに対応する複数のテンプレート画像を記憶しておき、入力された波高に応じたテンプレート画像を選択して、選択されたテンプレート画像を類似度の算出の対象とする。このようにすることで、波高に応じた適切な浮遊物の検出をすることができる。
【００１０】
本発明の第２態様の浮遊物検出装置は、前記類似度算出手段が、前記抽出手段により抽出された領域の重心位置より上部の前記上部領域と、前記記憶手段に記憶された前記テンプレート画像との類似度を算出することを特徴とする。このようにすることで、抽出された領域の重心位置より上部の領域をテンプレート画像との類似度の算出対象とし、浮遊物の周囲の波の状況等により画像として撮像される浮遊物の形状が変化する場合であっても、適切に浮遊物を検出することができる。
【００１１】
本発明の第３態様の浮遊物検出装置は、前記検出手段により検出された領域の前記撮像手段からの相対位置を、前記抽出手段により抽出された領域の前記水面の画像中の位置に基づいて特定する位置特定手段と、を備えることを特徴とする。このようにすることで、検出手段により検出された領域の位置を、撮像手段からの相対位置として特定することができる。
【００１２】
本発明の第４態様の浮遊物検出装置は、前記浮遊物検出装置の位置を認識する認識手段と、前記検出手段により検出された領域の位置を、前記抽出手段により抽出された領域の前記水面の画像中の位置と前記認識手段が認識する前記浮遊物検出装置の位置とに基づいて特定する位置特定手段を備えることを特徴とする。このようにすることで、検出手段により検出された領域の位置を、絶対位置として特定することができる。
【００１３】
本発明の第５態様の浮遊物検出装置は、前記水面の画像の中から所定輝度より輝度の高い領域を特定する領域特定手段と、前記領域特定手段により特定された領域の面積を算出する面積算出手段と、を備え、前記抽出手段が、前記領域特定手段により特定された領域の中から、前記面積算出手段により算出された面積が所定の面積条件に合致する領域を抽出することを特徴とする。このようにすることで、所定の面積条件に合致する面積となる領域を、浮遊物が存在する領域の候補として抽出することができる。
【００１４】
前述した第５態様の浮遊物検出装置においては、前記面積条件に合致する領域として抽出された領域の周囲長を算出する周囲長算出手段を備え、前記抽出手段が、前記面積条件に合致する領域として抽出された領域の中から、前記周囲長算出手段により算出された周囲長が所定の周囲長条件に合致する領域を抽出する構成としてもよい。このようにすることで、所定の面積条件に合致し、かつ所定の周囲長条件に合致する周囲長となる領域を、浮遊物が存在する領域の候補として抽出することができる。
【００１５】
本発明の第６態様の浮遊物検出装置は、レーザ光を照射するレーザ光源を有し、前記撮像手段は、前記レーザ光源の反射光を画像として撮像し、前記レーザ光源が照射するレーザ光の波長が、１４００ｎｍ以上かつ２６００ｎｍ以下であることを特徴とする。このような波長のレーザ光を用いることで、水面からのレーザ光の反射が抑えられ、水上に浮遊する浮遊物からの反射光をより鮮明に撮像することができる。したがって、水上に浮遊する浮遊物の検出精度を向上させることができる。
【００１６】
本発明に係る浮遊物検出方法は、水上に浮遊する浮遊物を検出する浮遊物検出方法であって、水面を撮像する撮像工程と、前記撮像工程により撮像された水面の画像の中から前記浮遊物の抽出条件に合致する領域を抽出する抽出工程と、前記抽出工程により抽出された領域の前記浮遊物の周囲の波の状況による影響を受けにくい上部領域と、前記浮遊物を検出するためのテンプレート画像との類似度を算出する類似度算出工程と、前記類似度算出工程により算出された類似度が所定値よりも高い場合に前記抽出工程により抽出された領域を前記浮遊物が存在する領域として検出する検出工程と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る浮遊物検出方法によれば、撮像された水面の画像の中から浮遊物の抽出条件に合致する領域を抽出し、抽出された領域の浮遊物の周囲の波の状況による影響を受けにくい上部領域とテンプレート画像との類似度を算出し、算出された類似度が所定値よりも高い場合に抽出された領域を浮遊物が存在する領域として検出する。このようにすることで、浮遊物の抽出条件に合致する領域として抽出された領域の中から、浮遊物の周囲の波の状況等による影響を受けやすい下部領域を除いた上部領域をテンプレート画像との類似度の算出の対象とすることができる。したがって、浮遊物の周囲の波の状況等により画像として撮像される浮遊物の形状が変化する場合であっても、適切に浮遊物を検出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、浮遊物の周囲の波の状況等により画像として撮像される浮遊物の形状が変化する場合であっても、適切に浮遊物を検出することができる浮遊物検出装置および浮遊物検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態の浮遊物検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の浮遊物検出装置を水面上方から観た平面図である。
【図３】第１実施形態の浮遊物検出装置を側面から観た側面図である。
【図４】第１実施形態の画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態の画像処理装置が実行する処理を示すフローチャートである。
【図６】図５の撮像処理により撮像された画像の一例を示す図である。
【図７】図５の平均化処理により平均化された画像の一例を示す図である。
【図８】図５の２値化処理により２値化された画像の一例を示す図である。
【図９】図５のステップＳ５０６の領域抽出処理により抽出された領域の一例を示す図である。
【図１０】図５のステップＳ５０８の領域抽出処理により抽出された領域の一例を示す図である。
【図１１】図５の浮遊物検出処理により検出された浮遊物の一例を示す図である。
【図１２】記憶部に記憶されるテンプレート画像の一例を示す図である。
【図１３】類似度の算出対象となる領域（上部領域）を示す図である。
【図１４】受光部により撮像される画像と、目標物を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態の浮遊物検出装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の浮遊物検出装置の全体構成を示すブロック図である。
図１に示すように、浮遊物検出装置は、レーザレーダ１と、レーザレーダ制御部２と、制御装置３と、表示装置４とを備える。レーザレーダ１は、送光部１１と、受光部１２とを備える。
【００２１】
送光部１１は、レーザ光を射出する半導体レーザ１１１と、半導体レーザ１１１から射出されたレーザ光を目標物へ照射させる送光レンズ１１２と、送光レンズ１１２の角度を調整するための送光レンズアクチュエータ（図示略）を備える。
半導体レーザ１１１は、水への吸収度が高い波長１４００ｎｍ以上、かつ２６００ｎｍ以下（例えば、１５５０ｎｍ）のレーザであり、後述するレーザレーダ制御部２内のレーザ電源２６から電源供給をうけ、レーザ光を射出する。送光レンズアクチュエータは、後述するレーザレーダ制御部２から供給される制御信号に基づいて、送光レンズ１１２の位置を調整する。これにより、送光レンズ１１２に入射されるレーザ光の角度を調整し、所望の範囲に、レーザ光を照射することが可能となる。なお、半導体レーザ１１１の波長を前述した範囲としたのは、波長１４００ｎｍ未満、もしくは、波長２６００ｎｍを超えるレーザを用いた場合、レーザ光の水への吸収度が低く水に反射する波長帯もあり、撮像目標である浮遊物の周囲の水面に対して、浮遊物の検出が困難になるためである。
【００２２】
受光部１２は、ズームレンズ１２１と、ＩＣＣＤ（イメージインテンシファイアＣＣＤ）カメラヘッド１２３を備える。ズームレンズ１２１は、送光部１１から照射され、水面および水面に浮かぶ浮遊物により反射された反射光を集光する。ＩＣＣＤカメラヘッド１２３は、ズームレンズ１２１により集光された光を電気信号に変換して画像信号を生成し、この画像信号をレーザレーダ制御部２内の画像処理装置２５へ出力する。第１実施形態においては、受光部１２と画像処理装置２５により、撮像装置（撮像手段）が構成されている。このようなレーザレーダ１は、旋回台５によりその回転角及び迎角が所望の角度に調節される構造となっている。
【００２３】
レーザレーダ制御部２は、制御装置３から供給される各種制御信号に基づいて、レーザレーダ１の送光部１１、受光部１２、及びレーザレーダ１の回転角などを調整する旋回台５を制御する。レーザレーダ制御部２は、旋回台駆動部２１、同期回路２２、制御信号変換装置２３、画像処理装置２５、及びレーザ電源２６を備える。
【００２４】
制御装置３は、レーザレーダ１を制御するための各種制御信号を生成し、生成した各種制御信号をレーザレーダ制御部２に出力するとともに、レーザレーダ制御部２から供給される画像を表示装置４へ出力する。具体的には、制御装置３は、半導体レーザ１１１からレーザ光が射出されるように、レーザレーダ制御部２を制御する。制御装置３は、レーザ光を射出させるために必要となる同期制御信号をレーザレーダ制御部２に出力する。
【００２５】
制御装置３から出力された同期制御信号は、レーザレーダ制御部２内の制御信号変換装置２３を経由して、同期回路２２へ供給される。同期回路２２は、入力された同期制御信号に基づいて、レーザ光の送光と受光の同期を取るための同期信号を生成し、この同期信号をレーザ電源２６に出力する。レーザ電源２６は、同期回路２２から供給された同期信号に基づいて、レーザレーダ１が備える送光部１１内の半導体レーザ１１１の動作信号を生成し、この動作信号に基づいて半導体レーザ１１１を駆動する。
【００２６】
レーザ電源２６により半導体レーザ１１１が駆動されることにより、半導体レーザ１１１からレーザ光が射出される。このレーザ光は、送光レンズ１１２により所定の範囲を有する照射領域に拡張されて外部へ射出され、レーザ光の照射領域となる水面および水面に浮遊する浮遊物により反射されたレーザ光が受光部１２１に導かれる。そして、受光部１２に導かれた反射光がＩＣＣＤカメラヘッド１２３により撮像される。そして、ＩＣＣＤカメラヘッド１２３により撮像された反射光は、画像信号としてレーザレーダ制御部２内の画像処理装置２５に出力される。
【００２７】
次に、図２および図３を用いて、第１実施形態の浮遊物検出装置の撮像装置（受光部１２および画像処理装置２５）の配置と、撮像装置により撮像される水面の領域について説明する。図２は浮遊物検出装置を水面上方から観た平面図であり、図３は浮遊物検出装置を側面から観た側面図である。
【００２８】
図２および図３に示すように、第１実施形態の浮遊物検出装置は、船舶本体１００にレーザレーダ１が搭載された構成となっている。レーザレーダ１は横方向の視野角がθ１、縦方向の視野角がθ２であり、撮像領域３０を画像信号として撮像する。レーザレーダ１の位置をＬ０とした場合、Ｌ２の位置が撮像範囲で最もレーザレーダ１から近接した位置となり、Ｌ１の位置が撮像範囲で最もレーザレーダ１から離れた位置となる。なお、画像処理装置２５に出力される画像信号では、Ｌ２側が画像の下部領域となり、Ｌ１側が画像の上部領域となる。
【００２９】
図３に示されるように、レーザレーダ１のレーザ光の照射位置が水面から高さＨの位置となるように、レーザレーダ１が船舶本体１００に設置されている。レーザレーダ１のレーザ光の照射位置から撮像領域の中心に至る軸は、照射位置を通過する水平線からの角度がφとなっている。この角度φがＩＣＣＤカメラヘッド１２３を含む受光部１２の俯角（カメラ俯角）となる。
【００３０】
また、受光部１２により撮像される撮像領域３０における目標物（浮遊物等）をＴとした場合、図２の平面図における目標物Ｔの方位角は、γｔとなる。また、図３の側面図における目標物Ｔの水平線からの角度（目標物の俯角）がθｔとなる。
【００３１】
次に、第１実施形態の画像処理部２５が実行する処理について図４から図１４を用いて説明する。
図４は、画像処理装置２５の構成を示すブロック図である。図５は、第１実施形態の画像処理装置２５が実行する処理を示すフローチャートである。図６は、図５の撮像処理により撮像された画像の一例を示す図である。図７は、図５の平均化処理により平均化された画像の一例を示す図である。図８は、図５の２値化処理により２値化された画像の一例を示す図である。図９は、図５のステップＳ５０６の領域抽出処理により抽出された領域の一例を示す図である。図１０は、図５のステップＳ５０８の領域抽出処理により抽出された領域の一例を示す図である。図１１は、図５の浮遊物検出処理により検出された浮遊物の一例を示す図である。図１２は、記憶部に記憶されるテンプレート画像の一例を示す図である。図１３は、類似度の算出の対象となる領域（上部領域）を示す図である。
【００３２】
図４は、画像処理装置２５の構成を示すブロック図である。第１実施形態の画像処理装置２５は、平均化フィルタ４０と、２値化フィルタ（領域特定手段）４１と、面積算出部（面積算出手段）４２と、周囲長算出部（周囲長算出手段）４３と、類似度算出部（類似度算出手段）４４と、記憶部（記憶手段）４５と、浮遊物検出部（検出手段）４６と、波高入力部（入力手段）４７と、領域抽出部（抽出手段）４８と、テンプレート選択部（選択手段）４９と、位置特定部（位置特定手段）５０を備える。記憶部４５、波高入力部４７、およびテンプレート選択部４９を除く各部は、入力される画像を処理する画像処理部として機能するものである。記憶部４５、波高入力部４７、およびテンプレート選択部４９を除く各部は、それぞれの処理を実行する複数のハードウェアモジュールとして構成されていても良いし、ＣＰＵ等の１つのハードウェアモジュールが実行する複数のソフトウェアモジュールとして構成されていても良い。なお、各部が実行する処理の詳細については、後述する。
【００３３】
図５は、画像処理装置２５が実行する処理を示すフローチャートである。
ステップＳ５０１で、画像処理装置２５は、波高入力部４７にて浮遊物検出装置の操作者により波高が入力されたかどうかを判定し、波高が入力されたと判定した場合に処理をステップＳ５０２に進める。波高入力部４７は、キーボード等の入力デバイスを介して浮遊物検出装置の操作者により入力される数値を波高として入力する。浮遊物検出装置の操作者は、水面の状況を目視等にて確認し、波高を入力する。
【００３４】
ステップＳ５０２で、画像処理装置２５は、ＩＣＣＤカメラヘッド１２３により撮像された反射光を画像信号として取得することにより、撮像処理を実行する。ステップＳ５０２の撮像処理により撮像された画像の一例は、図６に示すような画像となる。
ステップＳ５０３で、平均化フィルタ４０は、ステップＳ５０２にて取得された画像を平均化処理し、平均化処理された画像を生成する。ステップＳ５０３の平均化処理により平均化された画像の一例は、図７に示すような画像となる。図７の画像では、図６の画像に存在していた微小サイズの白色領域（スパイクノイズ）が除去されている。
【００３５】
なお、平均化フィルタ４０は、注目画素の周囲画素（例えば、注目画素の周囲の８画素）の輝度の平均値を算出し、算出した輝度の平均値を注目画素の輝度として置き換える処理を実行する。この注目画素に対する処理を、注目画素を１画素ずつ切り替えながら画像のすべての画素について実行する。平均化フィルタ４０が実行する平均化処理により周囲の画素と輝度が大きく異なった画素があっても、その周囲の輝度と平均化され、輝度の変化がゆるやかな画像が出力される。
【００３６】
ステップＳ５０４で、２値化フィルタ４１は、ステップＳ５０３にて平均化された画像に対して２値化処理を実行し、２値化された画像を生成する。ステップＳ５０４の２値化処理により２値化された画像の一例は、図８に示すような画像となる。図８の画像では、図７の画像に含まれる画素のうち、所定の輝度より輝度の高い領域が特定される。なお、図８では、２値化処理により所定の輝度より高い領域として特定された部分を黒色で示してある。
【００３７】
ステップＳ５０５で、面積算出部４２は、ステップＳ５０４の２値化処理により抽出された領域の面積を算出する。ここでいう面積とは、画像上の各領域の面積そのものではなく、各領域の水面上での実際の面積に対応するものである。図３に示したように、レーザレーダ１は、水面から高さＨがレーザ光の照射位置となるように配置されているとともに、受光部１２のカメラ俯角がφとされている。従って、画像の上部領域と画像の下部領域とでは、画像上の面積が同一の領域であっても水面上の実際の面積に換算すると面積が異なったものとなる。具体的には、画像の上部に存在する領域Ａと画像の下部に存在する領域Ｂとで画像上の面積が同一となる場合、水面上での面積は、領域Ａの方が大きくなる。したがって、面積算出部４２は、ステップＳ５０４の２値化処理により抽出された画像上の領域の面積と、各領域の画像上での位置を考慮して、水面上での面積を算出する。
【００３８】
ステップＳ５０６で、領域抽出部４８は、ステップＳ５０５の面積算出処理により算出された面積が所定の面積条件に合致しているかどうかを判定し、所定の面積条件に合致している領域を抽出する。ここで所定の面積条件とは、浮遊物検出装置が検出対象とする浮遊物を考慮して予め記憶部４５に記憶させておく条件のことをいう。例えば、面積として検出対象とする浮遊物に適したある範囲の面積を設定しておくものとする。図８に示す例では、領域８ａと領域８ｂが、所定の面積条件に合致しないと判定され、領域８ａと領域８ｂ以外の他の領域が、領域抽出部４８により抽出される。ステップＳ５０６の領域抽出処理により抽出された領域の一例が図９に示されている。図９では、図８にて抽出されていた複数の領域の中から領域８ａと領域８ｂが除去されている。
【００３９】
ステップＳ５０７で、周囲長算出部４３は、ステップＳ５０６の領域抽出処理により抽出された領域の周囲長を算出する。ここでいう周囲長とは、画像上の各領域の周囲長そのものではなく、各領域の水面上での実際の周囲長に対応するものである。図３に示したように、レーザレーダ１は、水面から高さＨがレーザ光の照射位置となるように配置されているとともに、受光部１２の俯角がφとされている。従って、画像の上部領域と画像の下部領域とでは、画像上の周囲長が同一の長さであっても水面上の実際の周囲長に換算すると周囲長が異なったものとなる。具体的には、画像の上部に存在する領域Ａと画像の下部に存在する領域Ｂとで画像上の周囲長が同一なる場合、水面上での周囲長は、領域Ａの方が長くなる。したがって、周囲長算出部４３は、ステップＳ５０６の領域抽出処理により抽出された画像上の領域の周囲長と、各領域の画像上での位置を考慮して、水面上での周囲長を算出する。
【００４０】
ステップＳ５０８で、領域抽出部４８は、ステップＳ５０７の周囲長算出処理により算出された周囲長が所定の周囲長条件に合致しているかどうかを判定し、所定の周囲長条件に合致している領域を抽出する。ここで所定の周囲長条件とは、浮遊物検出装置が検出対象とする浮遊物を考慮して予め記憶部４５に記憶させておく条件のことをいう。例えば、周囲長として検出対象とする浮遊物に適したある範囲の周囲長を設定しておくものとする。図９に示す例では、領域９ａと領域９ｂと領域９ｃが、所定の周囲長条件に合致しないと判定され、領域９ａと領域９ｂと領域９ｃ以外の他の領域が、領域抽出部４８により抽出される。ステップＳ５０８の領域抽出処理により抽出された領域の一例が図１０に示されている。図１０では、図９にて抽出されていた複数の領域の中から領域９ａと領域９ｂと領域９ｃが除去されている。
【００４１】
ステップＳ５０９で、テンプレート選択部４９は、ステップＳ５０１にて入力された波高に基づいて記憶部４５に記憶された複数のテンプレート画像の中から、入力された波高に対応するテンプレート画像を選択する。ここで、記憶部４５に記憶されているテンプレート画像の例を図１２に示す。図１２で、（ａ）は波高がＨ２より高い場合に選択されるテンプレート画像を示し、（ｂ）は波高がＨ１より高くＨ２以下である場合に選択されるテンプレート画像を示し、（ｃ）は波高がＨ１以下である場合に選択されるテンプレート画像を示す。波高が高い場合、浮遊物が水面から大きく浮き出る場合があるが、波高が低い場合は浮遊物が水面から大きく浮き出ることはない。従って、波高がＨ２より高い場合には、水面から大きく浮き出ても浮遊物を検出可能な（ａ）のテンプレート画像を選択する。一方で、波高がＨ１以下である場合には、水面から大きく浮き出ない場合の浮遊物を検出可能な（ｃ）のテンプレート画像を選択する。また、波高がＨ１より高くＨ２以下である場合には、（ｂ）のテンプレート画像を選択する。
【００４２】
ステップＳ５１０で、類似度算出部４４は、ステップＳ５０８抽出した領域と、ステップＳ５０９で選択したテンプレート画像の類似度を算出する。類似度算出部４４は、類似度を算出するにあたって、ステップＳ５０８抽出した領域の全領域を類似度の算出対象とはしない。類似度算出部４４は、ステップＳ５０８で抽出した領域のうち、領域の上部の領域を類似度の算出対象として用いる。上部の領域を類似度の算出対象としているのは、浮遊物の周囲の波の状況による影響を受けにくいからである。言い換えれば、浮遊物の周囲の波の状況等による影響を受けやすい下部領域を除いた方が、類似度の計算に適しているからである。下部領域は、浮遊物の周囲の波の状況により影響を受けて画像が変化しやすいので、この下部領域を除き、上部領域を類似度の算出対象とすることで、浮遊物の周囲の波の状況等により画像として撮像される浮遊物の形状が変化する場合であっても、適切に浮遊物を検出するため類似度を算出することができる。
【００４３】
図１０には、ステップＳ５０８にて抽出された領域として、領域１０ａ、領域１０ｂ、領域１０ｃの３つの領域が示されている。そして、類似度算出部４４は、類似度の算出対象となる画像の上部領域として、領域１０ａについては図１３（ａ）の点線で囲まれた領域を特定する。また、類似度算出部４４は、類似度の算出対象となる画像の上部領域として、領域１０ｂについては図１３（ｂ）の点線で囲まれた領域を特定する。また、類似度算出部４４は、類似度の算出対象となる画像の上部領域として、領域１０ｃについては図１３（ｃ）の点線で囲まれた領域を特定する。
【００４４】
ステップＳ５０８抽出した領域の中から上部の領域を特定する方法としては、種々の方法を用いることができる。例えば、ステップＳ５０８にて抽出された領域の重心位置より上方の領域を特定する方法を用いることができる。また、例えば、ステップＳ５０８にて抽出された領域の上部から高さ方向の一定の割合の領域（例えば、領域の高さの５０％の領域）を特定する方法を用いることができる。
【００４５】
なお、類似度算出部４４は、類似度を算出するにあたって、類似度の算出対象となるステップＳ５０８抽出した領域の位置に応じてテンプレート画像の大きさを拡大あるいは縮小して用いる。例えば、画像の中心位置に適した大きさのテンプレート画像を記憶部４５に記憶しておく場合、ステップＳ５０８抽出した領域が画像の上部に存在する領域である場合は、テンプレート画像を縮小した上で類似度の算出に用いる。また、ステップＳ５０８抽出した領域が画像の下部に存在する領域である場合は、テンプレート画像を拡大した上で類似度の算出に用いる。このようにすることで、ステップＳ５０８抽出した領域の画像上の位置に応じて、適切な類似度の算出をすることができる。
【００４６】
さらに、類似度算出部４４は、類似度を算出するにあたって、テンプレート画像の角度を変えながら複数回の類似度の算出を行い、複数回の算出の中で一番類似度の高い結果がでた場合の類似度を出力結果とする。このようにすることで、テンプレート画像における浮遊物の角度と実際に撮像された浮遊物の角度が異なっている場合であっても、適切に類似度を算出することができる。
【００４７】
ステップＳ５１１で、浮遊物検出部４６は、ステップＳ５１０で算出された類似度が所定値よりも高いかどうかを判定し、所定値より高いと判定した場合に、類似度が所定値よりも高いと判定された領域を浮遊物が存在する領域として検出する。なお、ステップＳ５１０で算出された類似度が所定値よりも低い場合には、浮遊物が存在する領域が検出されなかったものする。なお、所定値は、検出対象とする浮遊物を考慮して、予め記憶部４５に記憶させておくものとする。
図１１では、図１０の３つの領域の中から、領域１０ａが、浮遊物が存在する領域として検出されたことが示されている。
【００４８】
ステップＳ５１２で、画像処理装置２５は、ステップＳ５１１にて浮遊物が存在する領域が検出されたかどうかを判定し、浮遊物が存在する領域が検出されたと判定された場合にステップＳ５１３に処理を進める。
一方、浮遊物が存在する領域が検出されたと判定されない場合には、ステップＳ５０２の撮像処理以降の処理が再び実行される。
【００４９】
ステップＳ５１３で、位置特定部５０は、ステップＳ５１１にて浮遊物が存在する領域として検出された領域の画像上での位置に基づいて、浮遊物のレーザレーダ１からの相対位置を特定し、図５のフローチャートの各処理を終了させる。
【００５０】
次に、ステップＳ５０５において面積算出部４２が面積を算出する処理、ステップＳ５１３で位置特定部５０が位置を特定する処理について、図１４を用いてより詳細に説明する。図１４は、受光部１２により撮像される画像と、画像上の目標物を示す領域（以下、目標物Ｔ）を示す図である。受光部１２により撮像される画像は、横方向がＸｍａｘ画素、縦方向がＹｍａｘ画素からなる画像である。図１４は、左上をＸ座標およびＹ座標の原点としており、原点から座標（Ｘｍａｘ、Ｙｍａｘ）の範囲が図２の撮像領域３０に対応する画像となる。
【００５１】
図１４中の目標物Ｔは、図５のステップＳ５０４で抽出された領域に対応するものであり、横方向（Ｘ軸方向）の幅がＸｗ画素、縦方向（Ｙ軸方向）の長さもＸｗ画素の領域である。この目標物Ｔの中心位置のＸ軸上の座標はＸｔとなり、Ｙ軸条の座標はＹｔとなる。そして、受光部１２により撮像される画像上の目標物Ｔと実際の目標物に関して、下記の条件式が成り立つ。
【００５２】
Ｓｐｉｘ／（Ｘｗ）２＝Ｓｔ／（Ｔｗ）２                （１）
Ｔｗ／Ｗ＝Ｘｗ／Ｘｍａｘ                            （２）
Ｗ＝２・Ｌｔ・ｔａｎ（θ１／２）                  （３）
Ｌｔ＝Ｈ／ｔａｎ（θｔ）                          （４）
θｔ＝φ＋θ２・（Ｙｔ−Ｙｍａｘ／２）／Ｙｍａｘ        （５）
γｔ＝θ１・（Ｘｔ−Ｘｍａｘ／２）／Ｘｍａｘ            （６）
ここで、Ｓｐｉｘ：画像上の目標物Ｔの面積［画素］、Ｓｔ：目標物Ｔの実際の面積［ｍ２］、Ｘｗ：画像上での目標物Ｔの幅［画素］、Ｔｗ：目標物Ｔの実際の幅［ｍ］、Ｗ：目標物Ｔの位置における撮像領域３０の幅［ｍ］、Ｌｔ：受光部１２と目標物Ｔの距離［ｍ］、θ１：受光部１２の横方向の視野角［度］、θ２：受光部１２の縦方向の視野角［度］、θｔ：目標物Ｔの俯角［度］、γｔ：目標物の方位角［度］、φ：レーザレーダ１のカメラ俯角［度］、Ｘｔ：目標物Ｔの画像上のＸ座標、Ｙｔ：目標物Ｔの画像上のＹ座標、Ｘｍａｘ：画像の横方向の画素数［画素］、Ｙｍａｘ：画像の縦方向の画素数［画素］、Ｈ：レーザレーダ１のレーザ光の照射位置の水面からの高さ［ｍ］である。
【００５３】
前述した図５のステップＳ５０５で、面積算出部４２は、以上の条件式（１）から（６）に基づいて目標物Ｔの実際の面積Ｓｔを算出する。また、前述した図５のステップＳ５１３で、位置特定部５０は、以上の条件式（１）から（６）に基づいて目標物の方位角γｔとレーザレーダ１と目標物Ｔの距離Ｌｔを算出し、目標物Ｔ（浮遊物）のレーザレーダ１からの相対位置を特定する。
【００５４】
以上説明したように、第１実施形態の浮遊物検出装置は、撮像された水面の画像の中から浮遊物の抽出条件に合致する領域を抽出し、抽出された領域の浮遊物の周囲の波の状況による影響を受けにくい上部領域とテンプレート画像との類似度を算出し、算出された類似度が所定値よりも高い場合に抽出された領域を浮遊物が存在する領域として検出する。このようにすることで、浮遊物の抽出条件に合致する領域として抽出された領域の中から、浮遊物の周囲の波の状況等による影響を受けやすい下部領域を除いた上部領域をテンプレート画像との類似度の算出の対象とすることができる。したがって、浮遊物の周囲の波の状況等により画像として撮像される浮遊物の形状が変化する場合であっても、適切に浮遊物を検出することができる。
【００５５】
また、第１実施形態の浮遊物検出装置は、複数の波高のそれぞれに対応する複数のテンプレート画像を記憶部４５に記憶しておき、入力された波高に応じたテンプレート画像を選択して、選択されたテンプレート画像を類似度の算出の対象とする。このようにすることで、波高に応じた適切な浮遊物の検出をすることができる。
また、第１実施形態の浮遊物検出装置は、浮遊物検出部４６により検出された領域のレーザレーダ１からの相対位置を、領域抽出部４８により抽出された領域の水面の画像中の位置に基づいて特定する。このようにすることで、浮遊物検出部４６により検出された領域の位置を、レーザレーダ１からの相対位置として特定することができる。
【００５６】
また、第１実施形態の浮遊物検出装置は、水面の画像の中から所定輝度より輝度の高い領域を特定する２値化フィルタ４１と、２値化フィルタ４１により特定された領域の面積を算出する面積算出部４２と、を備え、領域抽出部４８が、２値化フィルタ４１により特定された領域の中から、面積算出部４２により算出された面積が所定の面積条件に合致する領域を抽出する。このようにすることで、所定の面積条件に合致する面積となる領域を、浮遊物が存在する領域の候補として抽出することができる。
さらに、第１実施形態の浮遊物検出装置は、面積条件に合致する領域として抽出された領域の周囲長を算出する周囲長算出部４３を備え、領域抽出部４８が、面積条件に合致する領域として抽出された領域の中から、周囲長算出部４３により算出された周囲長が所定の周囲長条件に合致する領域を抽出する。このようにすることで、所定の面積条件に合致し、かつ所定の周囲長条件に合致する周囲長となる領域を、浮遊物が存在する領域の候補として抽出することができる。
【００５７】
また、第１実施形態の浮遊物検出装置は、受光部１２がレーザ光源の反射光を画像として撮像し、レーザ光源が照射するレーザ光の波長が、１４００ｎｍ以上かつ２６００ｎｍ以下である。このような波長のレーザ光を用いることで、水面からのレーザ光の反射が抑えられ、水上に浮遊する浮遊物からの反射光をより鮮明に撮像することができる。したがって、水上に浮遊する浮遊物の検出精度を向上させることができる。
【００５８】
〔第２実施形態〕
第１実施形態の浮遊物検出装置は、図５のステップＳ５０１で入力された波高に基づいて、記憶部４５に記憶された複数のテンプレート画像の中から、入力された波高に対応する１つのテンプレート画像を選択する。そして、第１実施形態は、その選択された１つのテンプレート画像を類似度の算出の対象とするものであった。
それに対して、第２実施形態は、波高が高い場合には、記憶部４５に記憶された複数のテンプレート画像の中から複数のテンプレート画像を選択するものである。
【００５９】
例えば、波高がＨ２より高い場合には、図１２（ａ）に示すテンプレート画像だけでなく、図１２（ｂ）および図１２（ｃ）に示すテンプレート画像を含め、３つのテンプレート画像を選択する。この場合、類似度算出部４４は、ステップＳ５０８にて抽出した領域と、３つのテンプレート画像との類似度をそれぞれ算出する。そして、３つのテンプレート画像を対象にして算出した３つの類似度のうち、いずれか一番数値の高い類似度を用いて、ステップＳ５１２の処理を実行する。
【００６０】
波高がＨ２より高い場合に、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す３つのテンプレート画像を選択しているのは、波高がＨ２より高い場合には、浮遊物が水面から大きく浮き出る状態と、そうでない状態とが時間経過に従って変化するからである。第１実施形態に比べて類似度を算出する対象とするテンプレート画像が増加することで、画像処理装置２５の処理負荷が増えるが、その分、浮遊物の検出精度を向上させることができる。
【００６１】
なお、波高がＨ１より高くＨ２以下である場合には、ステップＳ５０９で、図１２（ｂ）と図１２（ｃ）の２つのテンプレート画像を選択する。図１２（ａ）のテンプレート画像を選択しないのは、波高がＨ２以下であるので図１２（ａ）のテンプレート画像に合致するような浮遊物がレーザレーダ１により撮像されないからである。
【００６２】
また、波高がＨ１以下である場合には、ステップＳ５０９で、図１２（ｃ）の１つのテンプレート画像を選択する。図１２（ａ）と図１２（ｂ）のテンプレート画像を選択しないのは、波高がＨ１以下であるので図１２（ａ）と図１２（ｂ）のテンプレート画像に合致するような浮遊物がレーザレーダ１により撮像されないからである。
【００６３】
〔他の実施形態〕
第１実施形態では、図５のステップＳ５１３で、浮遊物のレーザレーダ１からの相対位置を特定したが、他の態様であっても良い。例えば、浮遊物の絶対位置を緯度および経度にて特定するようにしても良い。
この場合、浮遊物検出装置は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の自装置の緯度および経度を認識できる認識装置（認識手段）を備えるものとする。
そして、第２実施形態の浮遊物検出装置は、認識装置により認識した絶対位置（緯度および経度）と、第１実施形態の図５のステップＳ５１１にて浮遊物が存在する領域として検出された領域の画像上での位置とに基づいて、浮遊物検出装置の絶対位置（緯度および経度）を特定する。
【００６４】
他の実施形態の浮遊物検出装置は、浮遊物検出装置の位置を認識する認識装置と、浮遊物検出部４６により検出された領域の位置を、領域抽出部４８により抽出された領域の水面の画像中の位置と認識装置が認識する浮遊物検出装置の位置とに基づいて特定する。このようにすることで、浮遊物検出部４６により検出された領域の位置を、絶対位置（緯度および経度）として特定することができる。
【００６５】
第１実施形態では、受光部１２がＩＣＣカメラヘッド１２３を用いて画像を撮像するものであったが、他の態様であってもよい。例えば、受光部１２は、赤外線（Ｉｎｆｒａｒｅｄ（ＩＲ））カメラを用いて撮像するものであってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１    レーザレーダ
２５  画像処理装置
４０  平均化フィルタ
４１  ２値化フィルタ
４２  面積算出部
４３  周囲長算出部
４４  類似度算出部
４５  記憶部
４６  浮遊物検出部
４７  波高入力部
４８  領域検出部
４９  テンプレート選択部
５０  位置特定部
【図１】
2013181795.tif 000003
【図２】
2013181795.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013181795.tif 000008
【図７】
2013181795.tif 000009
【図８】
2013181795.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2013181795.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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