JP2011237180A - 探知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要以上に干渉除去を行わず、従来よりも高精度に干渉の検出を行うことができる探知装置を提供する。
【解決手段】基準時間以上連続して強度変化が大きい（しきい値以上である）場合にのみ干渉であると判断する。例えば、魚群探知機であれば、強度変化の大きい箇所が深度方向にある程度連続性を有している場合にのみ干渉であると判断する。例えば、同一物標からのエコーが今回と前回とで離れた深度に検出される場合においても、干渉であると判断することがない。
【選択図】図４

Description

この発明は、音や電磁波を送受信する装置において、エコーや干渉を検出する探知装置に関するものである。

従来、レーダ装置や魚群探知機等、音や電磁波を送受信する装置においては、他装置との干渉を除去するために種々の処理が行われている。例えば、特許文献１には、魚群探知機において、今回の測定における受信信号の振幅と、前回の測定における受信信号の振幅との比が所定値未満であるか否かに基づいて干渉を検出する手法が記載されている。

干渉信号は、複数回続けて同じレベル、同じ深度で検出されることが少ない。そこで、特許文献１の手法では、振幅の比が所定値以上であれば（つまり受信信号の強度変化が大きければ）、今回の受信信号は干渉によるものであると判断し、前回の受信信号を用いて画面表示を行う。

特開２００３−３２２６７８号公報

しかし、特許文献１の手法は、強度変化が大きければ全て干渉であると判断する手法であるため、干渉以外の通常のエコー（魚群等の物標）に相当する受信信号についても干渉であると判断してしまうおそれがあった。例えば物標が深度方向に高速で移動している場合、同一物標からのエコーが今回と前回とで離れた深度に検出される場合がある。この場合、今回の受信信号と前回の受信信号の強度を同じ深度で比較した場合、強度変化が大きいと判断してしまい、干渉であると判断してしまう。そのため、本来表示されるべき通常のエコー画像が小さくなる、あるいは全く表示されなくなってしまうという状況が発生する。

そこで、この発明は、必要以上に干渉除去を行わず、従来よりも高精度に干渉の検出を行うことができる探知装置を提供することを目的とする。

本発明の探知装置は、送信信号に対するエコーの強度に応じた受信信号を所定時間毎に出力する送受信部と、前記受信信号を前記所定時間毎に、複数回の測定分記憶する記憶部と、前記受信信号から、干渉信号を検出する干渉検出部と、を備えている。干渉検出部は、複数回の測定における各受信信号について、１回の測定内において基準時間以上連続して、前回からの強度変化がしきい値以上である受信信号が検出される場合に、当該強度変化がしきい値以上である受信信号を干渉信号であると判断する。

このように、本発明の探知装置では、基準時間以上連続して強度変化が大きい（しきい値以上である）場合にのみ干渉であると判断する。例えば、魚群探知機であれば、強度変化の大きい箇所が深度方向にある程度連続性を有している場合にのみ干渉であると判断する。このため、例えば同一物標からのエコーが今回と前回とで離れた深度に検出される場合において、干渉であると誤判断することがない。

また、本発明の探知装置は、受信信号を強度に応じたエコー画像として出力する映像出力部を備え、干渉検出部は、映像出力部の全体の画素数に基づいて前記基準時間を決定することが望ましい。

レーダ装置や魚群探知機では、干渉であるか物標であるかを、最終的にはユーザがエコー画像から見た目で判断するため、表示される画素単位で干渉検出を行うことが処理負荷的にも精度的にも望ましい。

また、干渉検出部は、干渉信号と判断した受信信号を除去した後の受信信号について、さらに複数回干渉信号であるか否かの判断を行うことが望ましい。例えば、干渉信号が同一深度で偶然重なった場合、強度変化が小さくなるため、１回の検出処理では干渉として検出されない。そこで、干渉除去を行った後のデータについて再度干渉の検出処理を行うことにより、精度を向上させる。なお、干渉除去の手法は、例えば今回の受信信号を用いずに前回の受信信号を出力する態様とする、あるいはリアルタイムに処理を行っていない場合（例えば複数回の測定分だけ余分に蓄積してから処理を行う場合）は、前後の測定における受信信号を平均化した値を出力する態様とする。この出力した値を一旦メモリに保持し、再度干渉の検出を行うことで、高精度に干渉検出を行う。

また、干渉信号と判断した受信信号の数が基準値以上である場合にのみ、さらに複数回干渉信号であるか否かの判断を行うようにしてもよい。つまり、ある程度干渉除去がされた状態では、必要以上の干渉除去を行わない態様とする。

この発明によれば、必要以上に干渉除去を行わず、従来よりも高精度に干渉の検出を行うことができる。

魚群探知機の構成を示すブロック図である。 メモリ１８に記録される受信信号を示した図である。 エコーデータと画像メモリを示した図である。 表示部１９の画面表示例を示した図である。 自動調整を行う場合のフローチャートである。 表示部１９の画面表示例を示した図である。

図１は、本発明の探知装置の実施形態に係る魚群探知機の構成を示すブロック図である。魚群探知機は、操作部１０、送受波器１１、送受切替部１２、送信回路１３、制御部１４、受信回路１５、Ａ／Ｄ変換器１６、メモリ１７、信号処理部１８、表示処理部１９、および表示部２０を備えている。

制御部１４は、魚群探知機を統括的に制御するものであり、操作部１０からの探知レンジの設定等の指示入力等に応答して、送信回路１３の送信周期、探知レンジ等を設定し、対応するＡＤ変換器１６へのサンプリングパルスの周期設定、メモリ１７への書込、読出クロックやアドレス等の生成処理、信号処理部１８、表示処理部１９への各種処理信号の生成、演算処理の実行指示を行うものである。表示部２０は、画面の縦軸を深度方向とし、横軸を時間方向として、表示用の受信データの表示を行うものである。

送信回路１３は、トラップ回路を内蔵した送受切替部１２を介して、送受信部である送受波器１１にパルス状の信号を入力する。送受波器１１は、船底等に取り付けられる振動子であり、送信回路１３から入力されるパルス状の信号に応じて水中に超音波（送信信号）を出力する。

送受波器１１が出力した超音波は、魚群や海底等の物標に反射し、エコーとして受信される。送受波器１１は、受信したエコーの強度に応じた受信信号を、送受切替部１２を介して受信回路１５に出力する。受信回路１５は、入力された受信信号を増幅してＡ／Ｄ変換器１６に出力する。Ａ／Ｄ変換器１６は、受信信号を所定のサンプリングレートでデジタル信号に変換し、メモリ１７に順次記録する。

図２は、メモリ１７に記録される受信信号を示した図である。メモリ１７には、１回の測定で得られる受信信号のデータが深度方向に所定分解能で（超音波の送信から所定時間経過毎に）順次記録されており、複数回の測定に対応するデータ列が記録されている。例えば最新の（今回の）測定においては、送信から受信までの時間差が最も小さい（最も深度の浅い）データがＭ（０，０）として記録され、深度方向の分解能に応じて、順にＭ（０，１）〜Ｍ（０，ｎ）として記録される。同様に、前回の測定については、最も深度の浅いデータがＭ（１，０）として記録され、深度方向の分解能に応じて、順にＭ（１，１）〜Ｍ（１，ｎ）として記録される。同様に、前々回の測定については、最も深度の浅いデータがＭ（２，０）として記録され、深度方向の分解能に応じて、順にＭ（２，１）〜Ｍ（２，ｎ）として記録される。なお、同図の例では、今回、前回、前々回の３回分の測定のデータ列を記録する例を示しているが、記録するデータ列の数はメモリの容量に応じて順次設定すればよい。記録するデータ列の数以上に測定を行う場合は、最も古いデータ列から順に捨てられ、最新のデータ列が順次更新される。

次に、信号処理部１８は、メモリ１７に記録された受信信号を表示部２０に表示するためのデータに変換する処理を行う。すなわち、信号処理部１８は、メモリ１７に順次記録された各受信信号を、超音波を出力してからの経過時間に応じて、深度に対応したエコーデータとして表示処理部１９に出力する処理を行う。

図３は、エコーデータを示した図である。まず、信号処理部１８は、メモリ１７から読み出した各受信信号を、表示部２０の画素数（縦方向の画面解像度）に応じて丸め込む処理を行う。この丸め込んだデータが１回の測定（１ｐｉｎｇ）分のエコーデータとなる。例えば、同図（Ａ）に示すように、最新の測定に係る受信信号Ｍ（０，０）〜Ｍ（０，ｎ）のうち、Ｍ（０，０）およびＭ（０，１）を平均化し、最も深度の浅い位置に対応する画素のエコーデータｆ（０，０）とする。信号処理部１８は、順に複数の受信信号を平均化して、各画素のエコーデータｆ（０，０）〜ｆ（０，ｍ）を生成する。このようにして生成したエコーデータが最新の１ｐｉｎｇ分のエコーデータとなる。なお、丸め込むデータの数は同図の例に限るものではなく、また、丸め込みの態様としては平均化する例に限らず、例えば深度に応じて重み付け等を行ってもよい。

信号処理部１８は、上記のようにして丸め込んだ最新のエコーデータを用いて後述の干渉除去処理を行った後に、表示処理部１９に出力して当該表示処理部１９の画像メモリ（ＲＡＭ：不図示）の内容を更新する。表示処理部１９は、更新された干渉除去処理後の画像メモリに記録されたエコーデータを表示部２０に出力する。その結果、複数回分のｐｉｎｇのエコーデータが表示部２０に表示される（例えば図４を参照）。なお、上記丸め込みの処理は必須ではなく、例えば表示部２０の縦方向の画面解像度が受信信号の分解能に近い場合、あるいは同一である場合、受信信号をそのまま各画素に対応するエコーデータとしてもよい。

図３（Ｂ）は、画面全体に対応するエコーデータを示す図である。表示処理部１９の画像メモリには、表示部２０の全画素分のエコーデータが記録されており、信号処理部１８によって、１ｐｉｎｇ毎に順次更新される。最新のエコーデータが右端のデータであり、ｆ（０，０）〜ｆ（０，ｊ）〜ｆ（０，ｍ）で記録されている。順に、前回のｐｉｎｇに係るエコーデータがｆ（１，０）〜ｆ（１，ｊ）〜ｆ（１，ｍ）で記録され、ｉ回前のｐｉｎｇに係るエコーデータがｆ（ｉ，０）〜ｆ（ｉ，ｊ）〜ｆ（ｉ，ｍ）で記録され、表示部２０の画素数（横方向の画面解像度）に応じて、ｆ（ｌ，０）〜ｆ（ｌ，ｊ）〜ｆ（ｌ，ｍ）まで記録される。なお、初期動作時（起動時）は、画像メモリには各エコーデータが何も記録されていない状態であり、画面上には背景色（例えば黒色）が表示されるものであり、時間経過とともに、ｉ＝０〜ｉ＝ｌまで順次更新されるものである。エコーデータが横方向の最大画素数以上に更新された場合、最も古いものから順に捨てられる。

ここで、信号処理部１８は、干渉判断部１８１および表示信号作成部１８２を備えており、干渉検出処理および干渉除去処理を行う。干渉検出処理は、以下のようにして行う。

まず、干渉判断部１８１は、画像メモリに記憶されているエコーデータについて、エッジ抽出処理を行う。エッジ抽出処理は、複数回の測定における各ｐｉｎｇのエコーデータについて、前回の測定からの強度変化を抽出する処理である。例えば、以下の数式１で表される差分演算を行う。

図４（Ａ）は、画像メモリに記憶されているエコーデータｆ（ｉ，ｊ）をそのまま出力した場合の画像例を示した図である、図４（Ｂ）は、エッジ抽出処理を行った後のエコーデータｇ（ｉ，ｊ）を出力した場合の画像例を示した図である。なお、エッジ抽出処理は、上記例のように信号強度の差に限らず、例えば信号強度の比でもよいし、微分成分を抽出するものであってもよい。

干渉判断部１８１は、さらに、急激な立ち上がり部分のみを検出すべく、以下の数式２で表される２値化処理を行う。

上記数式２は、強度変化が所定のしきい値ｔｈより大きい部分である画素のみを抽出することで、エッジ立ち上がり部分のみを検出するとともに、強度変化が緩やかな部分を排除する演算処理である。干渉は、同一深度では同じような強度が検出されることが少ないため、強度変化が緩やかな部分は干渉以外の物標からのエコーであると判断する処理である。なお、しきい値ｔｈは、エッジ抽出処理の内容によって適宜変更すればよい。また、干渉除去の強さをユーザが手動で指定し、指定した強さによって変更するようにしてもよい。例えば、３段階に「強、中、弱」と設定し、「干渉除去強」にユーザが設定した場合、しきい値ｔｈを低く変更する。

干渉判断部１８１は、さらに干渉以外のエッジ成分を取り除くため、深度方向に連続性を有する部分のみ抽出する。まず、干渉判断部１８１は、次の数式３による演算を行い、基準となる深度方向の長さ以内のエッジ立ち上がり部分の数の合計値を算出する。

ここで、ｗｉｄｔｈは、連続性の有無を判断する基準となる深度方向の長さ（本発明の基準時間に相当するもの）であり、ｎ＝０〜ｗｉｄｔｈ−１までのｇ’（ｉ，ｊ）＝１となる箇所の総数を算出する。そして、干渉判断部１８１は、基準値以上の深度方向の長さを有する箇所のみ抽出する処理を行う。すなわち、エッジ立ち上がり部分の数の合計値ｓｕｍ（ｉ，ｊ）がしきい値以上である箇所をｇ’’（ｉ＋ｎ，ｊ）＝１とし、合計値がしきい値未満である箇所をｇ’’（ｉ＋ｎ，ｊ）＝０とする処理を行う。

ただし、ある程度の誤差を考慮し、１画素だけしきい値ｔｈ未満である場合（１点抜け）は連続であるとし、初期値ｇ’’（ｉ，ｊ）＝０とし、２値化処理を行った後のエコーデータがしきい値ｔｈ以上である箇所の総数ｓｕｍ（ｉ，ｊ）がｗｉｄｔｈ−１以上である場合にｇ’’（ｉ＋ｎ，ｊ）＝１とする。なお、連続であるとする抜け点数は、深度方向の分解能の最低単位（１点抜け）に限らず、複数分の画素に対応する所定の基準点数を定め、所望とする精度に応じて適宜設定する。

そして、干渉判断部１８１は、ｇ’’（ｉ＋ｎ，ｊ）＝１となる箇所が干渉であると判断し、それ以外のｇ’’（ｉ＋ｎ，ｊ）＝０となる箇所は干渉ではないと判断する。図４（Ｃ）は、干渉検出処理を行った後のエコーデータｇ’’（ｉ，ｊ）を出力した場合の画像例を示した図である。本実施形態の干渉検出処理は、深度方向に連続性を有する成分のみを干渉であると検出する態様であるため、同図（Ｂ）に示したエッジ抽出処理のみに比べて、必要以上に干渉であると判定せず、高精度に干渉の検出を行うことができている。

そして、表示信号作成部１８２は、干渉判断部１８１で検出した干渉箇所を除去するべく、以下の数式４に示す干渉除去処理を行う。

すなわち、干渉ではない箇所はエコーデータをそのままにし、干渉であると判断した箇所はその前後のエコーデータで平均化した値に置き換える処理を行う。この干渉除去処理後のエコーデータｆ’（ｉ，ｊ）が表示処理部１９に出力され、画像として表示される。図４（Ｄ）は、干渉除去処理を行った後のエコーデータｆ’（ｉ，ｊ）を出力した場合の画像例を示した図である。同図（Ｄ）の干渉除去処理後の画像は、同図（Ａ）の干渉除去処理前の画像と比較すると、干渉のエコー画像のみが除去され、物標のエコー画像はほとんど除去されていない。

なお、干渉除去処理は、上記のような前後のエコーデータを平均化する処理に限らず、例えば単に前回の測定におけるエコーデータに置き換える処理であってもよい。特に、測定毎にリアルタイムに干渉検出、除去処理を行う場合、干渉除去の処理は、前後の平均値に置き換えるのではなく、前回の測定におけるエコーデータに置き換える態様とする。つまり、上記例においては、複数回の測定分だけ余分にエコーデータを蓄積してから干渉検出、除去処理を行っており、表示部２０に表示する全ての画素について干渉検出、除去処理を行っているが、リアルタイムに処理を行う場合、今回の測定のエコーデータと、前回の測定のエコーデータを用いて干渉検出処理を行い、干渉である箇所は前回の測定のエコーデータに置き換える処理とする。

なお、干渉検出、除去処理は１回に限らず、干渉除去後のエコーデータについて、さらに複数回の干渉検出、除去処理を行うようにしてもよい。あるいは、複数回の測定データ（例えば今回、前回、前々回、等）を用いて干渉検出を行い、複数回の干渉検出処理を行ったことと同等の処理を行ってもよい。例えば、干渉信号が同一深度で偶然重なった場合、同一深度での強度変化が小さくなるため、１回の検出処理ではエッジとして検出されない場合がある。そこで、干渉除去を行った後のデータについて再度干渉の検出処理を行う、あるいは、複数回の測定データ（例えば今回、前回、前々回等）を用いて干渉検出を行って複数回の干渉検出処理を行ったことと同等の処理を行うことにより、精度を向上させることができる。なお、干渉検出、除去処理を複数回行ったとしても、本発明の干渉検出の方式では、深度方向にある程度の連続性を有するエッジ箇所のみ干渉として検出する態様であるため、２回目以降の干渉検出では１回目で検出された干渉の数以上の干渉が検出されることは極めて低く、物標のエコーまで除去しすぎるおそれは極めて低い。

さらに、干渉除去の強さをユーザが手動で指定する場合、指定した強さによって干渉検出、除去を繰り返す回数を変更するようにしてもよい。例えば、３段階に「強、中、弱」と設定し、「干渉除去強」にユーザが設定すると干渉検出、干渉除去を３回繰り返し、「干渉除去中」にユーザが設定すると干渉検出、干渉除去を２回繰り返し、「干渉除去弱」にユーザが設定すると干渉検出、干渉除去を１回だけ行う態様とする。

また、干渉検出、除去を行う回数を自動調整することも可能である。図５は、自動調整を行う場合のフローチャートである。信号処理部１８の干渉判断部１８１は、まず上記数式１〜４の干渉検出処理を行う（ｓ１１）。その後、干渉判断部１８１は、検出した干渉の数が基準値未満であるか否かを判断する（ｓ１２）。干渉の数は、干渉であると判断した画素の総数であってもよいし、連続する干渉の箇所を全体として１つの干渉（グループ）であるとして、グループ数を算出する態様であってもよい。信号処理部１８は、干渉判断部１８１で検出した干渉の数が基準値未満であれば表示信号作成部１８２における干渉除去処理を行わず、表示処理部１９にエコーデータを出力する。

一方で、信号処理部１８は、干渉判断部１８１で検出した干渉の数が基準値以上であれば、表示信号作成部１８２において数式４に示した干渉除去処理を行い（ｓ１３）、その後、干渉判断部１８１において干渉除去の回数が上限回数であるか否かを判断する（ｓ１４）。上限回数は、例えば３回とする。信号処理部１８は、３回の干渉除去を行った場合、それ以上の干渉検出、除去処理をせずに表示処理部１９にエコーデータを出力する。一方で、信号処理部１８は、干渉除去の回数が上限に達していなければ、干渉除去後のエコーデータについて、再度干渉検出から処理を繰り返す。なお、上限回数の設定は必須ではないが、信号処理部１８の処理能力や処理負荷によって画像が出力されるまでの時間が多大にかかるおそれも有るため、上限回数を設けることが望ましい。

以上のようにして自動調整を行った場合の画像を図６に示す。図６（Ａ）は、干渉検出処理前のエコーデータを出力した場合の画像例を示した図である。同図（Ｂ）は、最初の干渉検出処理後のエコーデータｇ’’（ｉ，ｊ）を出力した場合の画像例を示した図であり、同図（Ｃ）は、２回目の干渉検出処理後のエコーデータｇ’’（ｉ，ｊ）を出力した場合の画像例を示した図であり、同図（Ｄ）は、３回目の干渉検出処理後のエコーデータｇ’’（ｉ，ｊ）を出力した場合の画像例を示した図である。同図（Ｅ）は、２回目の干渉除去処理を行った後のエコーデータｆ’（ｉ，ｊ）を出力した場合の画像例を示した図である。同図（Ｆ）は、３回目の干渉除去処理を行った後のエコーデータｆ’（ｉ，ｊ）を出力した場合の画像例を示した図である。

同図（Ｂ）〜同図（Ｄ）に示すように、１回目の干渉検出に比べ、２回目、３回目の干渉検出処理は、干渉信号が同一深度で偶然重り、前回の処理で除去しきれなかった干渉のみを検出、除去する態様となっており、必要以上に干渉除去をしない態様を維持しながら、さらに精度を向上することができるものである。なお、同図（Ｄ）に示す程度の干渉の数であれば、図５のｓ１２における基準値の設定を変更し、３回目は干渉検出、除去処理を行わない態様としてもよい。図６（Ｅ）および同図（Ｆ）に示すように、２回目と３回目で見た目上大きく変わらない場合、処理負荷を低減するために有用である。

なお、本実施形態では、メモリ１７に記録した受信信号を表示用のエコーデータとして丸め込んだ後に干渉検出、除去処理を行っているが、メモリ１７に記録した受信信号をそのまま用いて干渉検出、除去処理を行ってもよい。ただし、魚群探知機では、干渉であるか物標であるかを、最終的にはユーザが表示部のエコー画像から見た目で判断するため、表示される画素単位で干渉検出、除去処理を行うことが処理負荷的にも精度的にも望ましいものである。

なお、本実施形態では、信号処理部１８にて干渉検出、除去処理を行う例を示したが、干渉検出、除去処理は、制御部１４にて行ってもよいし、別途、専用の干渉検出部としてのハードウェアを用意してもよい。

また、本実施形態においては、魚群探知機について説明したが、レーダ装置等の干渉が発生するおそれのある他の装置においても、本発明の適用は可能である。

１１…送受波器
１２…送受切替部
１３…送信回路
１４…制御部
１５…受信回路
１６…Ａ／Ｄ変換器
１７…メモリ
１８…信号処理部
１９…表示処理部
２０…表示部

Claims (4)

1. 送信信号に対するエコーの強度に応じた受信信号を出力する送受信部と、
   前記受信信号を複数回の測定分記憶する記憶部と、
   前記受信信号から、干渉信号を検出する干渉検出部と、を備え、
   前記干渉検出部は、複数回の測定における各受信信号について、１回の測定内において基準時間以上連続して、前回からの強度変化が所定のしきい値以上である受信信号が検出される場合に、当該強度変化がしきい値以上である受信信号を干渉信号であると判断する探知装置。
2. 前記受信信号を強度に応じたエコー画像として出力する映像出力部を備え、
   前記干渉検出部は、前記映像出力部の全体の画素数に基づいて前記基準時間を決定する請求項１に記載の探知装置。
3. 前記干渉検出部は、干渉信号と判断した受信信号を除去した後の受信信号について、さらに干渉信号であるか否かの判断を繰り返し行う請求項１または２に記載の探知装置。
4. 前記干渉検出部は、干渉信号と判断した受信信号の数が基準値以上である場合、さらに干渉信号であるか否かの判断を繰り返し行う請求項３に記載の探知装置。