(57)【要約】【課題】自動追尾スキャニングソナーにおいて、魚群等の標的のサイズ、速度が刻々変化し、或いは、予測値と観測映像との間に誤差が発生している状況でも、最適な抽出領域（位置、サイズ）を決定できるスキャニングソナーを提供する。【解決手段】  魚群等の標的の、見掛け上のサイズの変化、加速度の変化、予測値と実測値の誤差（差分）等を、過去の複数フレーム分のデータも加味して比較・分析することで、標的の最適な抽出領域（位置、サイズ）を決定する。【選択図】図１３
2009047558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
魚群等の標的の位置、サイズ、速度、移動方向を検出し、処理結果にもとづき標的を自動追尾するスキャニングソナーにおいて、
現在追尾中の標的の過去の複数フレーム分のサイズを記憶する部位と、記憶された複数フレーム分のサイズから特異値を除外した後の一番大きなサイズを抽出し現在の標的のサイズとを比較する部位と、を有し、比較の結果、大きいと判定されたサイズと、次の探索時に標的が存在するであろうと位置予測部が算出した予測位置とにもとづき、次の抽出領域を決定することを特徴とするスキャニングソナー。
【請求項２】
魚群等の標的の位置、サイズ、速度、移動方向を検出し、処理結果にもとづき標的を自動追尾するスキャニングソナーにおいて、
現在追尾中の標的の一つ前のフレームの速度と現在のフレームの速度とから加速度を検出する部位を有し、次の探索時に標的が存在するであろうと位置予測部が算出した予測位置と、加速度と、にもとづいて、次の抽出領域を決定することを特徴とするスキャニングソナー。
【請求項３】
魚群等の標的の位置、サイズ、速度、移動方向を検出し、処理結果にもとづき標的を自動追尾するスキャニングソナーにおいて、
現在追尾中の標的の一つ前のフレームにおいて予測した予測位置と現在の標的の実測位置との誤差を検出する部位を有し、前記誤差の大きさをサイズ補正処理に組み入れた上で次の抽出領域を決定することを特徴とするスキャニングソナー。
【請求項４】
魚群等の標的の位置、サイズ、速度、移動方向を検出し、処理結果にもとづき標的を自動追尾するスキャニングソナーにおいて、
請求項１と請求項２と請求項３の全て、または、請求項１と請求項２と請求項３の内の何れか二つを組合せたことを特徴とする、スキャニングソナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、魚群等の標的を自動追尾できるスキャニングソナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
漁労では、魚群等の標的の位置、移動方向、速度ならびにサイズを知り、僚船に情報を提供し、或いは、自らが的確な位置に網や釣り糸を投入することが水揚げを大きく左右する。このため、魚群等を標的として自動追尾するスキャニングソナーでは、全方位へ音波を送信し、全方位から受信される受信エコーの中から、標的と定めた魚群等からのエコーに着目し、分析処理を行い、的確に標的を追尾できるよう、標的の抽出領域を設定する機能が実用化されている。
スキャニングソナーは、図１に示すように、船舶１０１の下部から円錐面状の送信ビーム１０２を全方位へ送信し、あわせて、指向性が鋭いペンシル状の探索領域１０３を回転走査させる。そして、この受信ビームを介して魚群等１０４のエコーを受信し、受信したエコーに基づいて魚群等の画像をモニタに表示するものである。
【０００３】
このようなスキャニングソナーには、使用者が追尾対象として定めた魚群等の標的を自動的に追尾する機能を備えた自動追尾スキャニングソナーが知られている。図１の『画面表示のイメージ』は自動追尾スキャニングソナーの画面表示例であり、中心に自船マーク１０６（以降の図では自船マークの参照番号を省略）と、右前方に魚群等の標的１０７が表示されている。自動追尾スキャニングソナーでは、追尾対象とする標的１０７
にカーソル１０８（×印）を合わせる。このカーソルを中心とする一定の大きさの抽出領域１０９が設定される。この抽出領域１０９は、受信したエコーを解析する抽出領域である。すなわち、エコーを受信したすべての領域を対象として解析を行うと、標的が移動し得ない他の領域の魚群等を誤認識したり、不要な雑音を収集したり、或いは、膨大な処理時間を要したりすることなどがあるため、解析を要すると考えられる領域を限定して設定するものである。そして、標的１０７が移動すると標的１０７の中心位置（重心）が解析され、受信ビームの中心が標的に向かうように調整されると共に、移動した標的を中心とする新たな抽出領域が設定されてゆく。このようにして、標的の移動に伴って抽出領域を調整することで、標的を自動的に追尾するものである。
図２は、このような自動追尾を行なうスキャニングソナーの機能ブロック図である。位置検出部１１１が標的の位置を特定し、移動方向算出部１１２が位置の変化に基づき移動方向を算出し、速度算出部１１３が位置の変化に基づき速度を算出し、位置予測部１１４が特定した位置情報に標的の移動方向や速度を加味して次の位置を予測する。同時に、サイズ検出部１１５が標的のサイズを算出する。そして、予測位置と予測サイズとに基づき、領域決定部１１６が次の抽出領域を決定する。
図３の『探査のイメージ』は船舶１２１が魚群等１２４を追跡して移動し、図１の右手前方よりも右手方向に抽出領域を変化させ、『画面表示のイメージ』では標的１２７を抽出領域１２９のほぼ中央付近に追尾している様子を示す。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５７７９６
【特許文献２】特開平１１−３１６２７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、魚群等の標的は、位置、サイズ、速度、移動方向は勿論のこと、その形状が変化し、同一標的といえども、反射エコーは、音波の照射面の違いや、標的の前面・中央部・最背面などからの複数の反射面からの反射波のマルチパスによる位相変化や、反射波がビーム幅を持つことなどがあり、認識されるエコー分布に偏りを生じ、また、その分布は時間変化する。このため、直前の標的情報（位置、サイズ、移動方向、速度）のみに基づいて抽出領域を設定すると、標的のサイズや速度などの変化に充分に対応できず、抽出領域から標的を見失ったり、抽出領域内に標的を収容しきれなくなったりすることがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
魚群等の標的の位置、サイズ、速度、移動方向を検出し、処理結果にもとづき標的を自動追尾するスキャニングソナーにおいて、現在追尾中の標的の過去の複数フレーム分のサイズを記憶する部位と、記憶された複数フレーム分のサイズから特異値を除外した後の一番大きなサイズを抽出し現在の標的のサイズとを比較する部位と、を有し、比較の結果、大きいと判定されたサイズと、次の探索時に標的が存在するであろうと位置予測部が算出した予測位置とにもとづき、次の抽出領域を決定することを特徴とする。
【０００７】
魚群等の標的の位置、サイズ、速度、移動方向を検出し、処理結果にもとづき標的を自動追尾するスキャニングソナーにおいて、現在追尾中の標的の一つ前のフレームの速度と現在のフレームの速度とから加速度を検出する部位を有し、次の探索時に標的が存在するであろうと位置予測部が算出した予測位置と、加速度とにもとづいて、次の抽出領域を決定することを特徴とする。
【０００８】
魚群等の標的の位置、サイズ、速度、移動方向を検出し、処理結果にもとづき標的を自動追尾するスキャニングソナーにおいて、現在追尾中の標的の一つ前のフレームにおいて予測した予測位置と現在の標的の実測位置との誤差を検出する機能を有し、前記誤差の大きさをサイズ補正処理に組み入れた上で次の抽出領域を決定することを特徴とする。
【０００９】
魚群等の標的の位置、サイズ、速度、移動方向を検出し、処理結果にもとづき標的を自動追尾するスキャニングソナーにおいて、請求項１と請求項２と請求項３の全て、または、請求項１と請求項２と請求項３の内の何れか二つを組合せたこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明により、標的の過去の複数フレームのサイズを記憶しておき、過去の複数フレーム分のサイズの最大値（ただし、明らかに実態に即さないと判定される特異値を除外する）と現在のサイズとを比較し、最大のものを次の抽出領域のサイズに反映させることにより、標的が抽出領域からはみ出すことを回避し、併せて、探索を標的が移動し得る領域に限定することにより、処理量や処理時間の低減を図り、他の領域の魚群等を誤認識したり不要な雑音を収集したりすることを回避することが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明により、標的の一つ前のフレームの速度と現在の速度とから加速度を算出し、位置予測部の予測位置に反映させることで、標的の速度が変化するような状況においても、標的を見失うことなく追尾し、併せて、探索を標的が移動し得る領域に限定することにより、処理量や処理時間の低減を図り、他の領域の魚群等を誤認識したり不要な雑音を収集したりすることを回避することが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明により、標的の予測位置と実測値との間に誤差（差分）が発生している場合でも、標的を見失うことなく追尾し、併せて、探索を標的が移動し得る領域に限定することにより、処理量や処理時間の低減を図り、他の領域の魚群等を誤認識したり不要な雑音を収集したりすることを回避することが可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明により、請求項１、請求項２、請求項３の全部または一部の組合せにより、標的の見掛け上のサイズが変化したり、速度が変化したり、あるいは予測値と実測位置との間に誤差（差分）が発生している場合でも、標的を見失うことなく追尾し、併せて、探索を標的が移動し得る領域に限定することにより、処理量や処理時間の低減を図り、他の領域の魚群等を誤認識したり不要な雑音を収集したりすることを回避することが可能となる。
【実施例１】
【００１４】
図４は、現在の自動追尾スキャニングソナーによる標的追尾の例で、標的の見掛け上のサイズが想定した値を超えて大きくなったことにより、標的が抽出領域からはみ出してしまった様子を示したものである。『前の画面』では、自船の左前方に表示された抽出領域１５２のほぼ中央に実体よりも見掛け上、小さく観測された標的１５３が追尾されている。『前の画面』の標的の映像１５３の大きさに基づき、抽出領域１５５を抽出領域１５３と同じ大きさに設定したところ、標的のサイズが実体に近い大きさで観測されたため、標的が映像１５６として表示されている。これは、標的の映像が揺らぎの影響などで実際よりも小さく観測される場合があり、ここでは直前の映像が実際の映像よりも小さく観測され、小さく観測されたサイズ情報にもとづき、次の抽出領域のサイズを設定したために、標的の映像が実態に近いサイズで観測された『現在の画面』で、標的の映像１５６が抽出領域に収まりきれなくなったものである。
図５は標的の見掛け上のサイズが不規則に変化しても、最適な抽出領域を決定できる自動追尾スキャニングソナーの機能ブロック図を示す。本装置は、位置検出部１７０、移動方向算出部１７１、速度算出部１７２の分析結果にもとづき位置予測部１７３が次の位置を予測すると共に、サイズ算出部１７４が算出した現在追尾中の標的の過去の複数フレーム分の標的サイズをメモリー部１７５に蓄積しておき、比較部１７６で過去の複数フレーム分の標的サイズの最大値（ただし、特異値を除く）と現在の標的サイズの大小比較をおこない、現在の標的サイズが大きい場合は現在の標的サイズを、過去の複数フレーム分の標的サイズの最大値が大きい場合は、過去の最大値を標的の実態に近いサイズとして想定して、領域決定部１７５が次の抽出領域を決定するものである。
図６は、図５の操作と処理の流れをフローチャートで示したものである。
図７は、標的の直前のサイズとそれ以前の複数フレームのサイズ情報の最大値（ただし、特異値を除く）を次のサイズと見做して領域を決定した例であり、『前の画面』の標的１８２のように、映像の揺らぎなどの影響で実態よりも小さく観測されていたサイズが、『現在の画面』の標的の映像１８５のような、実体に近い大きさの映像として観測されても、予測した抽出領域内に収容されている。
【実施例２】
【００１５】
図８は、現在の自動追尾スキャニングソナーによる標的追尾で、標的の速度が予測を超えて速くなったことにより追尾を失敗した様子を示したものである。『前の画面』では、自船の左前方に表示された抽出領域２０１のほぼ中央に標的２０２が追尾されている。この時点での標的２０２の速度はv1と算出され、『現在の画面』では、速度v1にもとづく抽出領域的２０４を設定したが、標的の速度が予測を超えて大きくなり、標的２０５は抽出領域から外れてしまっている。
図９は標的の速度が不規則に変化している場合でも、最適な抽出領域を決定できる自動追尾スキャニングソナーの機能ブロック図を示す。本装置は、位置検出部２２０、移動方向算出部２２１、速度算出部２２２の分析結果にもとづき位置予測部２２３が標的の次の位置を予測し、サイズ算出部２２４が算出したサイズにもとづき標的の次のサイズを予測し、併せて、加速度検出部２２５が標的の現在の速度と一つ前のフレームの速度を比較することで標的の加速度を検出し、加算器２２６で加速度を加味し、領域決定部２２７が次の抽出領域を決定するものである。
図１０は、図９の操作と処理の流れをフローチャートで示したものである。
図１１は、直前の速度v1と、それよりも１フレーム分前の速度v0（図中では表示していない）とから標的の加速度を算出し、算出された加速度を加味して次の抽出領域を設定した例である。『前の画面』では、自船の左前方に表示された抽出領域２３２のほぼ中央に標的２３３が追尾されており、『現在の画面』では、標的の速度が『前の画面』のv1からv2に増大しているが、予め加速度を加味して拡大した抽出領域２３５を設定したことで、標的２３６を見失うことなく、確実に追尾できていることが分かる。
【実施例３】
【００１６】
図１２は、現在の自動追尾スキャニングソナーによる標的追尾の失敗を示したものである。『二つ前の画面』では、自船の左前方に抽出領域２５１が設定され、ほぼ中央部に標的２５２が追尾されている。標的の映像２５２に基づき『前の画面』で抽出領域２５４を設定したところ、予測よりも右側に標的の映像２５５が観測されている。更に『現在の画面』では、『前の画面』の実測位置２５５に基づき、抽出領域２５７を設定したにも拘らず、標的２５８が抽出領域２５７から外れ追尾に失敗している。
図１３は、予測値と観測値の誤差（差分）も加味することで、最適な抽出領域を設定できる本装置の機能ブロック図を示している。位置検出部２６５、移動方向算出部２６６、速度算出部２６７の分析結果にもとづき位置予測部２６８が次の位置を予測し、サイズ算出部２６９の分析結果にもとづき標的の現在のサイズを算出し、併せて、位置予測部の１フレーム分前の予測値と、位置検出部による現在の位置情報とから、予測誤差算出部２７０が誤差（差分）を算出し、加算器２７１が誤差の大きさを位置予測精度の不確実さをも考慮した抽出領域を決定する。例えば、１フレーム分前の予測値と現在の観測値の誤差（差分）を算出し、誤差（差分）が予め設定した値よりも大きい場合は抽出領域を拡大し、誤差（差分）が予め設定した値よりも小さい場合は、直前と同じ大きさの抽出領域を設定する、という具合である。
図１４はこれをフローチャートで示したものである。
図１５は、『二つ前の画面』では、自船の左前方に抽出領域２７６が設定され、ほぼ中央部に標的の映像２７７が追尾できている。標的の映像２７７に基づき抽出領域２７８を設定したところ、『前の画面』では予測した位置から、予め設定した許容値を超える誤差（差分）を持つ位置に標的の映像２７９が観測されたため、『現行の画面』では拡大した抽出領域２８１を設定し、標的の映像２８２が抽出領域を外れることなく、確実に追尾できていることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】探査と画面表示
【図２】現行装置の機能ブロック図
【図３】探査と画面表示
【図４】画面表示
【図５】発明装置の機能ブロック図
【図６】発明装置のフローチャート
【図７】画面表示
【図８】画面表示
【図９】発明装置の機能ブロック図
【図１０】発明装置のフローチャート
【図１１】画面表示
【図１２】画面表示
【図１３】発明装置の機能ブロック図
【図１４】発明装置のフローチャート
【図１５】画面表示
【符号の説明】
【００１８】
１０１・・・船舶、１０２・・・送信ビーム、１０３・・・探索領域、１０４・・・魚群、１０６・・・自船、１０７・・・標的、１０８・・・ターゲットマーク、１０９・・・抽出領域、１１１・・・位置検出部、１１２・・・移動方向算出部、１１３・・・速度算出部、１１４・・・位置予測部、１１５・・・サイズ検出部、１１６・・・領域決定部、１２１・・・船舶、１２２・・・送信ビーム、１２３・・・探索領域、１２４・・・魚群、１２７・・・標的、１２９・・・抽出領域、１３７・・・標的、１３８・・・抽出領域、１４０・・・船舶、１４１・・・送信ビーム、１４２・・・探索領域、１４３・・・魚群、１４６・・・抽出領域、１４７・・・標的、１５２・・・抽出領域、１５３・・・標的映像、１５５・・・抽出領域、１５６・・・標的映像、１７０・・・位置検出部、１７１・・・移動方向算出部、１７２・・・速度算出部、１７３・・・位置予測部、１７４・・・サイズ検出部、１７５・・・メモリー、１７６・・・比較器、１７７・・・領域決定部、１８１・・・抽出領域、１８２・・・標的映像、１８４・・・抽出領域、１８５・・・標的映像、２０１・・・抽出領域、２０２・・・標的映像、２０４・・・抽出領域、２０５・・・標的映像、２２０・・・位置検出部、２２１・・・移動方向算出部、２２２・・・速度算出部、２２３・・・位置予測部、２２４・・・サイズ算出部、２２５・・・加速度検出部、２２６・・・加算器、２２７・・・領域決定部、２３２・・・抽出領域、２３３・・・標的映像、２３５・・・抽出領域、２３６・・・標的映像、２５１・・・抽出領域、２５２・・・標的映像、２５４・・・抽出領域、２５５・・・標的映像、２５７・・・抽出領域、２５８・・・標的映像、２６５・・・位置検出部、２６６・・・移動方向算出部、２６７・・・速度算出部、２６８・・・位置予測部、２６９・・・サイズ検出部、２７０・・・誤差検出部、２７１・・・加算器、２７２・・・領域決定部、２７６・・・抽出領域、２７７・・・標的映像、２７８・・・抽出領域、２７９・・・標的映像、２８１・・・抽出領域、２８２・・・標的映像、
【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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