(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中よりのエコー信号のレベル強度から標的の中心を検出し、その標的中心に送波ビームを定めることにより、標的を自動追尾するようにしたスキャニングソナーにおいて、
検出した標的中心が中央に位置するように所定サイズのメインエリアを設定し、その後に検出される標的中心が前記メインエリア内に存在する限り、前記メインエリアの位置は固定され、前記標的中心がメインエリアから外れたと判定されたとき、改めて、前記標的中心が中央に位置するように前記メインエリアを移動し、このとき、標的中心が、メインエリアの中央からメインエリア外へ移動した時の２点間の移動データから標的の移動軌跡を表示することを特徴とする自動魚群追尾スキャニングソナー。
【請求項２】
標的中心の移動速度もしくは移動方位を、所望の時間間隔で表示する請求項１記載の自動魚群追尾スキャニングソナー。
【請求項３】
上記メインエリアのサイズを、自船よりの距離に比例して変化させる請求項２記載のスキャニングソナー。
【請求項４】
上記標的中心として魚群の中心を求めるに際し、上記メインエリア内のデータをユーザーが選択できるレベルで２値化し、'１'のデータ群を魚群エコーに対応する塊になるよう膨張処理を施し、魚群エコーが複数存在した場合は、魚群エコーの面積、前回の標的中心からの距離、強度、縦横比を算出しそれぞれユーザーが設定できる重みを掛けたものの和を特徴量とし、最大のものを抽出する、という特徴抽出により一つを選択し、選ばれた魚群エコーつまり'１'のデータ群の重心を魚群中心とする請求項１〜３のいずれかに記載の自動魚群追尾スキャニングソナー。
【請求項５】
標的の重心を演算し、その重心を上記標的中心とする請求項１〜４のいずれかに記載の自動魚群追尾スキャニングソナー。
【請求項６】
前記標的中心を求めるに際し、前記メインエリアとは別に標的追尾用のサブエリアを設定し、そして魚群の規模を数値化するために、前記サブエリア内で検出した総ドット数をＳとし、各ドットのレベルをＬ1〜Ｌxに分類し、レベルＬxのドット数をnxとして、
魚量値＝(ｎ1Ｌ1＋ｎ2Ｌ2＋…＋ｎxＬx)／Ｓを求める請求項１〜５のいずれかに記載の自動魚群追尾スキャニングソナー。
【請求項７】
水中よりのエコー信号のレベル強度から魚群の中心を検出し、その魚群中心に送波ビームを定めることにより、魚群を自動追尾するようにしたスキャニングソナーにおいて、
検出した魚群中心が中央に位置するように所定サイズのメインエリアを設定し、その後に検出される魚群中心が前記メインエリア内に存在する限り、前記メインエリアの位置は固定され、前記魚群中心がメインエリアから外れたと判定されたとき、改めて、前記魚群中心が中央に位置するように前記メインエリアを移動し、このとき、魚群中心が、メインエリアの中央からメインエリア外へ移動した時の２点間の移動データから魚群の移動軌跡を表示し、
上記魚群中心を求めるに際し、上記メインエリア内のデータをユーザーが選択できるレベルで２値化し、'１'のデータ群を魚群エコーに対応する塊になるよう膨張処理を施し、魚群エコーが複数存在した場合は、魚群エコーの面積、前回の魚群中心からの距離、強度、縦横比を算出しそれぞれユーザーが設定できる重みを掛けたものの和を特徴量とし、最大のものを抽出する、という特徴抽出により一つを選択し、選ばれた魚群エコーつまり'１'のデータ群の重心を魚群中心とすることを特徴とする自動魚群追尾スキャニングソナー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スキャニングソナーに関し、特に標的を自動追尾できる機能を有する自動魚群追尾スキャニングソナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
漁撈では魚群の位置を知るだけでなく、網を仕掛けるためにその魚群がどの方向にどれだけの速度で移動しているかを知ることが肝要であり、そのためには標的と定めた魚群を自動追尾する機能を備えた装置が必要である。その種のものとして例えば実公平7-19020号の「標的追尾方式のスキャニングソナー」があり、その概要を次に述べる。
【０００３】
まず、モニターに表示されている探知画像を見て、標的とする魚群で表示密度の最も高い箇所を標的中心としてイベントマークを付す。これにより、そのイベントマークを中心とする追尾検出用のエリアが設定され、そのイベントマークにビーム中心が向くようにしてビームスキャンが行われる。このビームスキャンで得られた検出信号に対し、前記エリアの中でレベルの最も高い箇所が選出され、その箇所にイベントマークが付け替えられ、そのイベントマークに対して新たに追尾検出領域が設定される。そして新たに決定したイベントマークに向けてビームスキャンする動作を繰り返すことにより、標的中心を自動追尾している。
【０００４】
尚、スキャニングソナーとは、図１に示すように、船底に取り付けた送受波器１より海底に向け、全方位方向に超音波を送波し、それによるエコーを送受波器１で受波する際、図示したような指向角の鋭い受波ビームＲを形成し、その受波ビームを海面に対してθの角度(この角度をチルト角という)を保ちながら旋回(水平スキャン)すれば、受波ビームＲは円錐体表面Ｕに沿ってスキャンする。これにより、円錐体表面上に位置していた魚群等よりのエコーが近い物から順に検出される。ここでチルト角θを標的の向きにロックすれば標的を追尾できる。
【０００５】
この公報のスキャニングソナーでは、標的の軌跡表示や移動速度については述べられていないが、一定時刻毎に標的の位置をプロットすることにより、軌跡表示、移動方向および移動速度を知ることが可能であり、既にそのようなシステムが実用化されている。図２はそのようなシステムの軌跡表示例を示している。画面中央が自船位置となり、Ｘが標的に定めた魚群の像である。Ｌはその魚群Ｘの軌跡である。魚群Ｘの中央に描いた魚マークＰの向きが現在の魚群Ｘの移動方向を示す。画面右下には、魚群Ｘの移動速度と移動方位が示される。この軌跡Ｌを見ると魚群Ｘはさまよっているかのように移動しているが、実際にそのような動きをしているのではなく、このように表示される原因は自船の船体動揺によるものである。この軌跡Ｌからわかるように、マークＰの向きも刻々と変わる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように紛らわしい表示がなされるため、魚群Ｘの真の移動軌跡や移動方向を知ることはできない。船体の動揺を検出し、検出したエコー信号を補正して動揺を排除することも可能であるが、船体における３方向の動揺を検出してエコー信号を補正することは技術的に困難であり、又、ビーム角度の少しの変化でエコーが微妙にゆらぐため仮に完全な補正が行えたとしても動揺に伴う影響を完全に排除することはできない。
【０００７】
更に前記の公報では、魚群Ｘの中心を検出する際に、信号レベルの最大箇所としていたが、検出信号が異常に強く、信号が飽和してしまったような場合には、魚群Ｘの中心を正確に検出できなくなり、そのために適確な標的追尾が行えなくなる。例えば、図３において、Ｊは自船、Ｗは上述したエリアを示し、このエリアＷ内で追尾していた魚群Ｘ1を見失うと、標的対象が魚群Ｘ2へ突然移行してしまい、図４に示すように、魚群Ｘ2を追尾対象にしてしまう。その場合、図５に示すように、標的をＸ2からＸ1に再指定する必要があり、その場合、それまでの軌跡Ｌがクリアされてしまい、最初からやり直す必要があった。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、標的の移動速度、移動方向並びに移動軌跡を適確に知ることができ、かつ、標的の追尾能力の高いスキャニングソナーを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した従来のシステムでは、検出結果をそのまま軌跡として表示するために紛らわしい表示が出力される。船体の動揺周期は一般に数秒程度で短い。従って所定時間が経過する毎に、もしくは魚群が所定距離を移動する毎に、画面に出力するようにすれば、つまり、検出データを出力しない不感帯を設ければ短時間内で生じるような動揺に伴う偽りの検出データを排除することができる。
【００１０】
不感帯として固定の時間を設定すると、魚群の移動速度が小さいとき、その時間が経過する毎に、魚群の位置はほぼ正確に表示されるが、データ検出時に船体が動揺しておれば、やはり魚群の移動方向が定まらず、正確な移動方向が表示されない。そこで、本発明では、請求項２で示したように、標的中心が一定の時間を経過する毎に、標的中心の最初と最後の位置データから標的の移動速度もしくは移動方位のいずれか一つを表示している。
【００１１】
標的移動速度は、移動距離と移動に要した時間で算出されるが、距離と時間が短い程つまり、瞬時の速度は変化が激しく安定した結果が得られない。そこで、瞬時速度を所定時間で平均化した速度を用いれば安定し見やすい結果となる。ここでは、移動に要した時間を所定時間以上に確保することにより平均化の効果を持たせた。移動方位に関してもこれと同様の手段を用いた。
【００１２】
魚群が移動元点から直線で一定の距離を移動したことを知る手段として、請求項１では、後で詳しく参照する図１５に示すように、標的Ｘａの中心が中央に位置するように所定サイズのエリアＷ1を設定し、そのエリアＷ1から標的中央が外れたかを検出している。
【００１３】
図６に示したように、自船Ｊから魚群Ｘが大きさを変えずに離れていく場合、受波ビームＲのビーム径も広がっていくため、同一の魚群Ｘであってもその像Ｈは、自船Ｊから離れるに従い大きく表示される。従って、一定の距離を移動したことを知る手段として設けたエリアＷのサイズも請求項３に示したように大きくする必要がある。
【００１４】
図１５に示したエリアＷ1は、魚群Ｘａの移動距離を知るためのものであるから、魚群Ｘａが移動してもエリアは移動しない。従って、そのエリアＷ1内でＸｂで示した魚群を追尾するには、その移動に追随して移動する追尾用のサブエリアｗを設けている。これと区別するために先のエリアＷ1をメインエリアと称す。
【００１５】
メインエリアＷ1にある魚群エコーを、得られたレベルで２値化する。２値化されたデータの塊を膨張し(欠落している箇所を穴埋め)、標的候補つまりデータの塊が複数個存在する場合は、特徴抽出により、データの塊を１個に絞る。データの塊を１個に絞った後は、そのデータの塊の重心を求め、標的の中心とする。
【００１６】
ここで標的エコー選択と誤認追尾防止の手段について述べる。
（標的エコー選択）
魚群エコーを識別する為のパラメータとして以下を設定する。
面積：Ａ、距離：Ｌ、強度：Ｓ、縦横比：Ｒ
重みを付けて加算したものを特徴量として定義する。
特徴量Ｐ＝αＡ＋βＬ＋ηＳ＋γＲ
例えば重みを以下の通り設定し、
判定式１では、α：β：η：γ＝１：４：２：１
判定式２では、α：β：η：γ＝４：３：２：１
標的に適した判定式を選択し、特徴量Ｐを得る。
特徴量の最も高い値を選択する。
（誤認追尾防止）
標的エコーは時に受信されず途切れる場合も存在する。この場合、他の標的を誤認追尾させないためのフィルタを設けた。
１．速度制限フィルタ
標的を見失い他の標的を誤認追尾すると、移った瞬間速度は大きな値を示す。限界速度を設けることにより、誤認追尾を防ぐことができる。
２．加速度制限フィルタ
標的なら一定の速度で移動しているのが常であり、速度の変化つまり加速度は一定以下になるのが通常である。従って限界加速度を設けることにより誤認追尾を防ぐことができる。
【００１７】
本発明では、魚群の規模を数値化するために、魚量値を求めており、その算出法については後で数式を用いて詳しく説明する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図７は、本発明のスキャニングソナーの１実施形態を示した制御ブロック図である。１は、多数の超音波振動子を円筒状に配列してなる送受波器であり、２は送受波器１の送波器を励振する駆動回路である。３は、縦方向の超音波振動子列で受波された各信号に対してそれぞれ所定の遅延を設定することにより、所望のチルト角を有する受波ビームを形成する垂直ビーム合成回路である。４は、垂直ビーム合成回路３で形成されたビームから所望の方位のビームを得るために、横方向の超音波振動子列で得られた信号に対して所定の遅延を設定する水平ビーム形成回路である。この垂直ビーム合成および水平ビーム合成により図１に示した鋭い指向角の受波ビームＲが形成される。
【００１９】
５は、水平ビーム形成回路４より得られた受波ビームの信号を極座標系から直交座標系に変換する座標変換回路であり、６は、前記信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ器であり、そのＡ／Ｄ変換された信号は画面記憶メモリ７に格納される。その画面記憶メモリ７の信号は、信号加算器８を通じてモニター９に送出され、画面表示される。以上の回路構成は一般のスキャニングソナーの構成である。
【００２０】
１０は、前記構成に対して本発明の機能を実施させるためのＣＰＵである。信号加算器８においては、画面記憶メモリ７からの１画面のデータに対して後述するメインエリアの枠が重ねて表示され、そのデータはモニター９に送出されると共に魚群認識部１１に送出される。この魚群認識部１１では後述するように、魚群を認識する。１２は、認識された魚群が複数個ある場合、その中から標的としている魚群を選出する魚群選択部である。標的とした魚群のデータが標的中心検出部１３に送出されることにより、この標的中心検出部１３では前述したように魚群の中心が重心位置から求められる。１４は、自船位置から魚群の中心までの距離を演算する距離演算部である。１５は、前記の距離からサブエリアのサイズを決めると共に、魚群の中心位置からサブエリアの位置を決めるサブエリアサイズ・位置設定部であり、カーソルにより、随意の位置に設定することも可能である。１６は、現在の魚群中心の位置データから次回の受波ビーム形成時のチルト角を演算するチルト角演算部であり、求められたチルト角は垂直ビーム合成回路３に送出される。
【００２１】
１７は、その魚群中心がメインエリア外にあるかを判定するメインエリア外判定部である。１８は、魚群中心がメインエリア外にあるとき、サブエリアサイズ・位置設定部１５で設定されたデータに基づき新たにメインエリアを設定するメインエリア設定部であり、カーソルによりサブエリアが設定されたとは、それと同サイズのメインエリアを設定する。
【００２２】
１９は、標的中心の移動から魚群の移動速度を演算する標的速度演算部である。２０は、求められた移動速度を、外部から入力される船速および自船の進行方位で補正し、魚群の真の移動速度(対地速度)を演算する速度補正部である。２１は、選択された魚群の魚量値を演算する魚量値演算部であり、２２は、魚群中心の移動からその軌跡を求める軌跡作成部であり、これらのデータはモニター９に供給される。
【００２３】
以上の構成からなる本装置の制御動作を図８のフローチャートに従って説明する。ステップＳ１にて、送受波器１より、全方位に超音波が送波され、そのエコーは形成した受波ビームにより受波され、画面記憶メモリ７に記憶されると共に、図９のごとくモニター９にエコーが魚群Ｘ1、Ｘ2として表示される。中心に位置するのは自船位置Ｊを示す。
【００２４】
ステップＳ２ではそのモニター画面を見て、標的とする魚群Ｘ1を定め、モニター上でその魚群Ｘ1の中心部Ｏをカーソルで指示すると、ステップＳ３において、その魚群Ｘ1を中心とするメインエリアＷ1とそれと同サイズのサブエリアｗが設定される。但しモニターにはメインエリアＷ1のみが表示される。そのメインエリアＷ1のサイズは自船Ｊから魚群Ｘ1までの距離に比例して変化する。
【００２５】
次の送波タイミングになれば、ステップＳ４からステップＳ５に進み、受波ビームが魚群Ｘ1に向かうように、チルト角が設定される。図１０において、自船がＪに示した位置のとき、受波ビームＲ1はチルト角Ｔ1(もしくはＴ1を挟む範囲で垂直スキャン)に設定され、自船がＪ'に示した位置まで進んだときは、受波ビームＲ2はチルト角Ｔ2にされる。図１０中のＺは、図９において指定した魚群中心Ｏを確認するために表示されるマークであり、後述するように魚群Ｘ1の移動が検出されると魚マークに変わる。
【００２６】
ステップＳ６では、再度、送波が行われ、それによるエコーが受波され記憶、表示される。このときの表示を図１１に示す。ここでは自船Ｊより前方のみを拡大して示した。メインエリアＷ1に対して魚群Ｘ1が右上に移動しているのは、魚群Ｘ1の移動もしくは自船Ｊの動揺あるいは双方の要因による。次のステップＳ７ではサブエリアｗ内で存在する魚群が認識される。
【００２７】
ステップＳ８では、認識した魚群が複数個ある場合、その中から標的とした魚群が選出される。
【００２８】
次のステップＳ９では、標的とした魚群Ｘ1の中心が上述したように重心の検出により行われる。図１２は魚群中心の別の検出方法を示している。図１２の(Ａ)は、メインエリアＷ1にある魚群Ｘ1を示し、この魚群Ｘ1の中心を求めるに際し、魚群Ｘ1の各画素における平均レベルを演算し、(Ｂ)に示すように、その平均レベルを上回るドットのデータのみを抽出し、そして、(Ｃ)に示すように、それらのデータを囲む最小の四辺形をあてがい、その四辺形の中心Ｏを魚群Ｘ1の中心としている。
【００２９】
次のステップＳ１０では図１３に示すように、魚群中心Ｏが中央に位置するようにサブエリアｗを移動させ、かつ、そのサブエリアｗのサイズは、自船Ｊから魚群中心Ｏまで距離に比例して変化させる。
【００３０】
ステップＳ１１では、魚群Ｘ1の規模を数値化するために魚量値Ｑが演算され、後で示すようにモニターに表示される。その魚量値Ｑの求め方を図１４を用いて説明する。サブエリアｗ内にある総ドット数をＳとし、各ドットのレベルを１６段階(Ｌ1〜Ｌ16)とし、レベルＬxのドット数をｎxとして、
魚量値Ｑ＝(ｎ1Ｌ1＋ｎ2Ｌ2＋…＋ｎ16Ｌ16)／Ｓ
を求める。
【００３１】
ステップＳ１２では魚群中心ＯがメインエリアＷ1外かが判定される。図１５において、Ｘａの位置にあった魚群がＸｂの位置に移動していたとき(このときサブエリアｗは位置▲１▼から位置▲２▼に移動している)、魚群はメインエリアＷ1内にあるのでステップＳ１２からステップＳ１５に進む。
【００３２】
一方、魚群がＸｃの位置まで移動したとき(サブエリアｗは位置▲３▼に移動)、メインエリアＷ1外となるのでステップＳ１２からステップＳ１３に進み、位置▲１▼のメインエリアＷ1は、位置▲３▼へ移動し、そのサイズもサブエリアｗと同一にされるため、再び、メインエリアとサブエリアが合致する。このようにサブエリアｗは魚群中心Ｏの移動に追随して移動するがメインエリアＷ1は魚群中心Ｏがエリア外となったときに初めて移動する。
【００３３】
ステップＳ１４では、前記の２点間の移動から魚群Ｘ1の軌跡が表示される。図１６は、魚群Ｘ1の軌跡Ｌを示しており、Ｌ1、Ｌ2、…が２点間の移動を示す。又、魚群Ｘ1の移動方向は魚のマークＰの向きでも表示される。図２の軌跡と表示してわかるように、船体の動揺等に伴う魚群Ｘ1の不可解な移動軌跡が表示されていない。
【００３４】
ステップＳ１５では、速度および方位の表示タイミングになったかが判定され、例えば、３０秒、４５秒あるいは６０秒が経過する毎にステップＳ１６に進み図１７に示すように、メインエリアの２点間の移動距離ｄとその方位θから移動速度Ｖおよび移動方位Ｄがモニター９に表示される。
【００３５】
本発明では魚群の中心検出に、最高レベル(１点)で捕えるのではなく、図７で示したように、領域で捕えるため、中心検出の精度が高く、それ故、図３、図４で示したように、標的としていた魚群を見失うといったことは少ない。仮に見失うことがあっても、図１８に示したように、標的をＸ2からＸ1に戻したとき、魚群Ｘ1のこれまでの軌跡Ｌがそのまま表示されるので使い勝手がよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、検出結果をそのまま表示するのではなく、例えば魚群が一定距離を移動する毎に、画面に出力するようにしたので、船体の動揺等に起因する短時間の変化データは排除され、魚群の移動軌跡や移動方位を正確に表示できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  スキャニングソナーにおける受波ビームの形成を示した図
【図２】  従来の装置で表示される魚群の移動軌跡を示した図
【図３】  従来の装置で標的としていた魚群Ｘ1を見失ったときの状況を示した図
【図４】  別の魚群Ｘ2を標的とした様子を示した図
【図５】  標的を再指定するときの様子を示した図
【図６】  自船から魚群までの距離に応じてメインエリアＷのサイズが変わる様子を示した図
【図７】  魚群中心の検出を示した図
【図８】  本発明の１実施形態を示した制御ブロック図
【図９】  図８の装置の制御動作を示したフローチャート
【図１０】  本発明の装置で魚群中心を指示した様子を示した図
【図１１】  チルト角の設定を示した図
【図１２】  メインエリア内で魚群が移動した様子を示した図
【図１３】  魚群の移動に追随してサブエリアが移動する様子を示した図
【図１４】  魚量値の演算の説明に用いた図
【図１５】  メインエリアＷ1から魚群が移動した時の様子を示した図
【図１６】  メインエリアの移動から軌跡や移動方位を求める様子を示した図
【図１７】  本発明の装置で表示された軌跡を示した図
【図１８】  本発明の装置で元の標的に変更したときの様子を示した図
【符号の説明】
１  送受波器
３  垂直ビーム合成回路
４  水平ビーム合成回路
７  画面記憶メモリ
９  モニター
１０  ＣＰＵ
１１  魚群認識部
１２  魚群選択部
１３  標的中心検出部
１４  距離演算部
１５  サブエリアサイズ・位置設定部
１６  チルト角演算部
１７  メインエリア外判定部
１８  メインエリア設定部
１９  標的速度演算部
２０  速度補正部
２１  魚量値演算部
Ｒ  受波ビーム
Ｘ  魚群
Ｊ  自船
Ｗ  メインエリア
ｗ  サブエリア
【図１】
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【図２】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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