JP2008128900A - エコー画像の表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ画像を抑制しつつ標的のエコー画像を鮮明に表示する。
【解決手段】水中の深度方向の所定範囲を分割して得られる複数のレイヤーのそれぞれについて、探知領域内の各地点におけるエコーを経時的に測定し、レイヤーごとに各地点のエコーレベルの平均値を算出する。次に、算出された各レイヤーにおける各地点のエコーレベルの平均値のうち、最大値を求める。そして、算出された最大値に基づいて、当該地点におけるエコー画像を表示する。例えば、地点Ｚ１においては、魚群Ｇ１は全てのレイヤー１〜３にまたがって存在するが、エコーレベルの平均値が最も大きくなるのは、全ての深度に魚群Ｇ１が存在するレイヤー２であるから、レイヤー２のエコーレベル平均値に基づいて、地点Ｚ１におけるエコー画像を表示する。
【選択図】図４

Description

本発明は、超音波の送受信による水中探知で得たエコーの画像を表示する表示装置に関する。

スキャニングソナーは、送受波器から水中に超音波ビームを送信し、所定方向へのスキャンによってエコーを受信し、受信したエコーに基づいて魚群等の画像を表示する水中探知装置である。スキャニングソナーに関しては、例えば、下記の特許文献１〜３に記載のものが知られている。特許文献１では、水平モードおよび垂直モードでのスキャンにより得られたエコーのデータから３次元のエコー表示データを生成し、このエコー表示データに基づいて、表示画面上に３次元の魚群画像や海底地形の画像等を立体的に表示するようにしている。特許文献２では、垂直スキャンにより検出した標的の深度に基づいて、水平スキャンのティルト角を制御することで、標的の移動に合わせてティルト角を追従させ、標的を正確に捕捉して自動追尾を行えるようにしている。特許文献３では、親船に装備される表示器の表示画面に自船と子船の航跡を表示し、各船に装備されたスキャニングソナーで探知した魚群等を上記航跡に沿って表示することで、魚群等の水平位置や深度、広がりを容易に把握できるようにしている。

特開２００６−１６２４８０号公報 特開２００３−３１５４５３号公報 特開平１０−９０４１１号公報

特許文献３のように、スキャニングソナーで探知した魚群等のエコー画像を船の移動とともに航跡に沿って表示する場合、従来はピークホールド方式と呼ばれる方式が一般的に採用されている。

ピークホールド方式は、今回測定したエコーのレベル値が前回測定したレベル値より大きい場合に、前回のレベル値を今回のレベル値に更新することで常にレベルのピーク値を保持し、このピーク値に基づいてエコー画像を表示するものである。この方式によれば、エコーレベルの大きい魚群等の標的が検出された場合は、そのエコー画像を鮮明に表示することができるが、水中の浮遊物等によるノイズエコーが信号レベルの大きいものであった場合は、ノイズ画像も強調されて表示されるため、標的の画像がノイズ画像にまぎれて見にくくなるという欠点がある。

そこで、ノイズ画像を低減する方式として、アベレージ方式が考えられる。アベレージ方式は、エコーのレベル値を測定ごとに（または指定回数分）加算してゆき、加算した合計のレベル値を加算回数で除してエコーレベルの平均値を求め、この平均値に基づいてエコー画像を表示するものである。この方式によれば、平均化処理によってノイズ画像を抑制することができるが、深度幅が大きい場合に、画面上の標的のエコー画像が薄くなるという欠点がある。例えば、深度０〜１０００ｍの範囲のエコー画像を表示する場合、深度５０ｍ付近のエコーも深度９００ｍ付近のエコーも全て平均化されるため、深度５０ｍ付近に標的があっても、それより下に全く標的がなければ、エコーレベルの平均値は小さくなり、標的の画像が薄くなって見にくくなる。

本発明は、上述した課題を解決するものであって、その目的とするところは、ノイズ画像を抑制しつつ標的のエコー画像を鮮明に表示することができるエコー画像の表示装置を提供することにある。

本発明に係るエコー画像の表示装置は、超音波の送受信による水中探知で得たエコーの画像を表示する表示装置であって、水中の深度方向の所定範囲を分割して得られる複数のレイヤーのそれぞれについて、探知領域内の各地点におけるエコーを経時的に測定する測定手段と、この測定手段による測定結果に基づき、レイヤーごとに各地点のエコーレベルの平均値を算出する第１の算出手段と、この第１の算出手段で算出された各レイヤーにおける各地点のエコーレベルの平均値のうち、最大値を求める第２の算出手段と、この第２の算出手段で算出された最大値に基づいて、当該地点におけるエコー画像を表示する表示手段とを備える。そして、自船の移動に伴って、各地点におけるエコー画像を更新しながら表示手段に表示するようにしている。

このようにすると、平均化処理によって不要なノイズ画像を抑制することができるとともに、各レイヤーのエコーレベル平均値の中から抽出された最大値に基づいてエコー画像が表示されるので、ピークホールド方式とアベレージ方式のそれぞれの長所を生かし、ノイズ画像を少なくして標的のエコー画像を鮮明に表示することができる。

本発明では、自船が移動した場合に、探知領域に含まれている地点については、当該地点のエコー画像を更新しながら表示し、探知領域に含まれなくなった地点については、直前に表示された当該地点のエコー画像を固定的に表示するようにしてもよい。これによると、探知領域内については最新のエコー画像が表示されるとともに、探知領域から外れた地点についても、過去のエコー画像が履歴として表示される。

本発明において、各レイヤーの範囲は、深度方向に隣接するレイヤーの範囲と部分的に重なるように設定されていることが好ましい。このようにすると、魚群等の標的が２つのレイヤーにまたがって存在する場合に、エコーレベルが減少するのを抑制し、鮮明な画像を得ることができる。

本発明において、表示手段は、エコー画像に重ねて、地球座標を表すグリッドを表示するようにしてもよい。従来は、画面上でカーソルを動かし、当該カーソル位置に表示される緯度・経度で場所を確認するようにしていたが、本発明では、カーソルを操作しなくても、地球座標を表すグリッドにより、大まかな位置を知ることができる。

本発明において、表示手段は、最大値に基づく第１のエコー画像に加えて、測定手段で測定されたエコーレベルに基づく第２のエコー画像を表示するようにしてもよい。第１のエコー画像は、最大値演算のたびに更新されるが、エコーレベルの平均値はそれほど急激に変化するものではないので、表示されるエコー画像の変化は見た目に緩やかなものとなる。このため、通常のエコー画像を見慣れているユーザにとって、第１のエコー画像は必ずしも見易いとはいえない場合がある。そこで、最大値に基づく本発明の第１のエコー画像に加えて、測定したエコーレベルに基づく通常のエコー画像をあわせて表示することで、ユーザにとって表示画像が見易いものとなる。

この場合、表示手段は、自船が通り過ぎた部分に第１のエコー画像を表示するとともに、現在の自船位置の部分に第２のエコー画像を表示するようにしてもよい。このようにすると、船が通り過ぎた部分においては、本発明によるエコー画像を表示し、船の現在位置においては、通常のエコー画像を表示することができる。

また、上記に代えて、表示手段は、自船が通り過ぎた部分に第１のエコー画像を表示するとともに、現在の自船位置の部分に、第１のエコー画像と第２のエコー画像とを重ねて表示するようにしてもよい。このようにすると、通常のエコー画像だけでは魚群エコーか否かを判別しにくい場合でも、当該エコー画像の魚群エコーの部分に、本発明による鮮明な魚群エコーが重ねて表示されるので、魚群を容易に判別することができる。

さらに好ましくは、前記第１および第２のエコー画像を、予め設定した透過度で重ね合わせるようにする。このようにすると、透過度を適切に設定することで、例えば、通常のエコー画像に、本発明のエコー画像を半透明状態で重畳することができ、２つの画像を重ね合わせても表示は見易いものとなる。また、海域や魚種に見合った表示で魚群の判定を行なうことができる。

本発明によれば、レイヤーごとのエコーレベル平均値の中から最大値を求め、この最大値に基づいてエコー画像を表示するようにしたので、不要なノイズ画像を抑制できるとともに、標的のエコー画像を鮮明に表示することができる。

図１は、本発明の実施形態を示すシステム構成図である。１は、水中を探知してエコー画像を表示するスキャニングソナー、２はＧＰＳやジャイロ等から構成される航法装置、３は水中の深度を測定する測深装置、４は潮流の流速や方向を測定する潮流計である。

図２は、スキャニングソナーを用いて水中を探知する一般的な原理を示している。図において、１は上述したスキャニングソナーであって、船舶５に搭載されている。６はスキャニングソナー１に備えられた送受波器、７は送受波器６から水中へ送信される超音波の送信ビーム、８は水中の魚群等で反射して帰来するエコーを受信する受信ビームである。９は水面を表している。送信ビーム７は、送受波器６から水中の全方位へ向けて一定の俯角（ティルト角）で一斉に送信され、無指向性の傘形ビームを形成する。受信ビーム８は、送受波器６が円周方向に走査されて形成される指向性をもったビームであって、高速でスパイラル状に３６０°回転する。この受信ビーム８でエコーを受信し、得られた受信信号を解析することによって、広域にわたる魚群の分布状況や動きなどの水中情報を求めることができる。なお、図１で示した航法装置２、測深装置３、潮流計４も、船舶５に搭載されている。

図３は、スキャニングソナー１の電気的構成を示したブロック図である。１０は前述の送受波器６を構成する素子（超音波振動子）であって、１つの素子１０ごとに１つの送受信チャンネルＣｈ（Ｃｈ１，Ｃｈ２，Ｃｈ３…）が設けられている。各送受信チャンネルの構成は同じなので、以下では送受信チャンネルＣｈ１について説明する。送受信チャンネルＣｈ１において、１１は送信と受信の動作を切り替える送受切替回路、１２はパルス幅変調された送信信号を素子１０に与える送信回路、１４は素子１０が受信した信号に対して増幅やノイズ除去等の処理を行なう受信回路、１５は受信回路１４から出力される受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１６，１７は後段の回路との間で信号の授受を行うためのインターフェースである。

１８は送信ビーム形成部であって、送信周期ごとに、各チャンネルの遅延量、ウェイト値および方位角を計算し、チャンネルごとの送信ビームを形成する。１９は操作部であって、この操作部１９に設けられたキーを操作してティルト角の入力や、表示メニューの選択や、後述する各種の設定などを行う。２０はスキャニングソナー１の全体の動作を制御する制御部としてのホストＣＰＵである。２１は受信ビーム形成部であって、各素子１０から出力された受信信号の位相およびウエイトを計算し、各信号を合成することにより合成受信信号を得る。２２は画像処理部であって、受信ビーム形成部２１から出力される受信信号を検波しサンプリングして得られたエコーのデータに基づいて、後述する描画処理を行う。

２３は例えば液晶ディスプレイから構成される表示部であって、画像処理部２２で生成された画像データに基づき、探知領域内の魚群等の水中情報をエコー画像として表示する。２４は記憶部を構成するメモリであって、エコー画像表示用の表示プログラム２５が格納されている。また、メモリ２４には、後述するＬ／Ｌメッシュのデータ領域２６が設けられている。メモリ２４にはこの他にも、各種のプログラムや制御パラメータ等の格納領域が設けられているが、本発明とは直接関係しないので、図示は省略してある。

以上において、スキャニングソナー１は、本発明におけるエコー画像の表示装置の一実施形態を構成し、図３における画像処理部２２と表示部２３を除くブロックは本発明における測定手段の一実施形態を構成し、画像処理部２２は、本発明における第１の算出手段および第２の算出手段の一実施形態を構成し、表示部２３は、本発明における表示手段の一実施形態を構成する。

なお、図３には図示されていないが、スキャニングソナー１には、図１で示した航法装置２、測深装置３、潮流計４が接続される。また、船の動揺を検出して送受信ビームが常に所定方位を向くように制御するための動揺センサなども接続される。これらの各装置には公知のものを用いることができる。

図４は、本発明の原理を説明する図である。本発明では、まず、水中の深度範囲（またはレンジ範囲）を分割して複数のレイヤーを設定する。ここでは、一例として、深度範囲０ｍ〜１００ｍを２５ｍごとに分割し、深度０ｍ〜５０ｍをレイヤー１、深度２５ｍ〜７５ｍをレイヤー２、深度５０ｍ〜１００ｍをレイヤー３として設定する。レイヤー２の範囲は、隣接するレイヤー１およびレイヤー３の範囲と部分的に重なっているが、その理由については後述する。

次に、複数のレイヤーのそれぞれについて、探知領域内の各地点におけるエコーを経時的に測定し、レイヤーごとに各地点のエコーレベルの平均値を算出する。図４のＧ１〜Ｇ３は魚群を表しており、Ｚ１〜Ｚ３はこれらの魚群が存在する探知領域内の地点を表している。地点Ｚ１〜Ｚ３は、実際には地球座標の緯度・経度で表される。今、例えば地点Ｚ１に存在する魚群Ｇ１について考えると、この魚群Ｇ１に対する所定深度ごとのエコー信号のレベル（以下、エコーレベルという。）を測定し、得られたエコーレベルの値を各深度の属するレイヤーに割り振る。例えば、深度２０ｍのエコーレベル値はレイヤー１に割り振られ、深度３０ｍのエコーレベル値はレイヤー１とレイヤー２に割り振られ、深度６０ｍのエコーレベル値はレイヤー２とレイヤー３に割り振られ、深度８０ｍのエコーレベル値はレイヤー３に割り振られる。そして、測定ごと（１回のスキャンごと）に、各レイヤーについて、地点Ｚ１のエコーレベル値を前回までのレベル値（合計値）に加算し、その時点でのエコーレベルの平均値を、エコーレベル値の合計値を加算回数で除して算出する。

次に、算出された各レイヤーにおけるエコーレベル平均値の中から最大値を求める。図４においては、魚群Ｇ１は全てのレイヤー１〜３にまたがって存在するが、レイヤー１とレイヤー３では、魚群Ｇ１の存在しない範囲があるのに対し、レイヤー２では、全ての深度に魚群Ｇ１が存在する。したがって、各深度ごとのエコーレベル値をレイヤーに割り振った場合、エコーレベルの平均値が最も大きくなるのはレイヤー２である。そこで、レイヤー２のエコーレベル平均値を最大値として抽出し、この最大値に基づいて、地点Ｚ１におけるエコー画像を表示する。

図４で、地点Ｚ２、Ｚ３に存在する魚群Ｇ２、Ｇ３についても同様の処理が行われる。魚群Ｇ２の場合は、レイヤー３のエコーレベル平均値が最大となるので、この最大値に基づいて、地点Ｚ２におけるエコー画像を表示する。魚群Ｇ３の場合は、レイヤー１のエコーレベル平均値が最大となるので、この最大値に基づいて、地点Ｚ３におけるエコー画像を表示する。

このように、レイヤーごとのエコーレベル平均値の中から最大値を求め、この最大値に基づいてエコー画像を表示すると、平均化処理によって不要なノイズ画像を抑制することができる。例えば、図４の例で、地点Ｚ１の深度１０ｍ付近に魚群以外の浮遊物があって、これによるノイズエコーが検出されたとしても、エコーレベル平均値の小さいレイヤー１のデータは採用されないので、ノイズエコーは画面上に現われない。また、一方で、平均値のうちの最大値を用いてエコー画像を表示することで、魚群をくっきりと鮮明に表示することができる。例えば、図４の魚群Ｇ１は、レイヤー２の全範囲にわたるので、レイヤー２のエコーレベル平均値（最大値）が大きくなって、鮮明な魚群画像が得られる。ここで、レイヤー２をレイヤー１、３とオーバーラップさせない場合（レイヤー３をレイヤー２とした場合）は、２つのレイヤーにまたがる魚群Ｇ１に対して、各レイヤーのエコーレベル平均値の最大値が低下してエコー画像が薄くなるが、図４のように、レイヤー１〜３をオーバーラップさせることで、この問題を回避することができる。

各地点におけるエコーレベル平均値の最大値を求めるにあたって、測定したエコーのレベル値を各レイヤーに割り振るためのメッシュが設けられる。図５は、そのようなメッシュの例を示している。メッシュ４０は、緯度（Latitude）と経度（Longitude）の地球座標を構成しており、このメッシュ４０を、以下ではＬ／Ｌメッシュと呼ぶ。Ｌ／Ｌメッシュ４０は各レイヤーごとに設けられ、前述のようにメモリ２４（図３）にそのデータ領域２６が確保されている。このデータ領域２６には、エコーレベルの加算結果（合計値）と加算回数が記憶される。エコーレベルは、決められた深度範囲における所定の深度ステップごとに、受信したエコー信号の強度に基づいて決定される。

図５のＬ／Ｌメッシュ４０は、レイヤーＮのメッシュであって、白丸で示すａ〜ｅは、レイヤーＮのある深度において測定されたエコーレベル値のデータを表している。これらのデータに基づいて、緯度線Ｌａｔと経度線Ｌｏｎの交点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…におけるエコーレベル値を算出し、Ｌ／Ｌメッシュ４０上にマッピングする。例えば、Ｐ１は三角形△ａｂｃに属しているので、ａ，ｂ，ｃの各データ（エコーレベル値）からＰ１のエコーレベル値を線形的に求める。また、Ｐ２は三角形△ａｃｄに属しているので、ａ，ｃ，ｄの各データからＰ２のエコーレベル値を線形的に求める。同様に、Ｐ３は三角形△ｃｄｅに属しているので、ｃ，ｄ，ｅの各データからＰ３のエコーレベル値を線形的に求める。

こうして、エコーの測定のたびに、各レイヤーについて、Ｌ／Ｌメッシュ４０上の各地点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…のエコーレベル値を求め、今回のレベル値を前回までのレベル値（合計値）に加算してゆく。そして、加算の都度、各レイヤーの各地点ごとにエコーレベル値の合計値を加算回数で除して、平均値を算出する。この平均値をレイヤー間で比較し、同一地点についての平均値のうちで最大のものを抽出する。抽出された各地点の最大値は、別に用意された描画用メッシュにマッピングされる。画像処理部２２では、このマッピングされた最大値に対してレベルに応じた着色処理が施され、表示部２３にエコー画像がカラー表示される。

上記のようにして得られる各地点のエコー画像は、自船の移動に伴って、最大値の算出ごと（測定ごと）に、更新されながら表示される。図６は、自船の移動とエコー画像の更新との関係を説明する図である。

図６において、実線で示す円Ａは、測定開始時の探知領域を表している。今、例えばレイヤーＮの地点Ｐに着目し、今回（初回）の測定で得られた地点Ｐにおけるエコーレベル値がＬａであったとすると、このときの地点Ｐにおけるエコーレベル平均値は、Ｌａ／１＝Ｌａとなる。その後、自船の移動に伴って、２回目の測定における探知領域がＢのようにシフトしたとする。この２回目の測定で得られた地点Ｐにおけるエコーレベル値がＬｂであったとすると、この時点での地点Ｐのエコーレベル平均値は、（Ｌａ＋Ｌｂ）／２となる。さらに、自船の移動により３回目の測定における探知領域がＣのようにシフトした場合、３回目の測定で得られた地点Ｐにおけるエコーレベル値がＬｃであったとすると、この時点での地点Ｐのエコーレベル平均値は、（Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ）／３となる。他のレイヤーにおいても同様の演算が行われる。こうして、各レイヤーにおける同一地点についてのエコーレベルの平均値は、自船の移動に伴って、測定の都度、順次更新されてゆく。したがって、各平均値に基づいて算出される最大値も同様に更新され、その結果として、最大値に基づくエコー画像は測定のたびに更新されることになる。

船がさらに移動して探知領域がＤのようにシフトすると、地点Ｐは探知領域から外れるので、地点Ｐに関するエコーデータは得られなくなる。したがって、地点Ｐのエコーレベル平均値は更新されなくなり、当該地点におけるエコー画像は、直前に（前回の測定時に）得られたエコー画像に固定されて、以後は変化しなくなる。

このようにして、本実施形態においては、自船が移動した場合、探知領域に含まれている地点については、当該地点のエコー画像が更新されながら表示され、探知領域に含まれなくなった地点については、直前に表示された当該地点のエコー画像が固定的に表示されるようになっている。したがって、探知領域内については最新のエコー画像が表示されるとともに、探知領域から外れた地点についても、過去のエコー画像が履歴として表示される。測定ごとに算出される最大値をメモリ２４に順次保持しておくことで、過去のエコー画像を表示することができる。なお、上記の例では、毎回の測定ごとに最大値を算出してエコー画像を更新するようにしたが、毎回ではなく、例えば１回おきにエコー画像を更新したり、所定回数を置いて更新したりすることも可能である。

図７は、スキャニングソナー１の表示部２３に表示されるエコー画像の例である。ここでは、本発明のアベレージ−ピーク方式により得られたエコー画像５０が、矢印方向への自船の移動に追従して表示されている。また、このエコー画像５０に重ねて、船の航跡５１と、緯度・経度を表すグリッド５２が表示されている。船の位置や船首方位は、航法装置２から取得される。点在する黒色の部分は、魚群のエコー５３を表している。本発明によるエコー画像５０は、ノイズが少なく魚群のエコー５３が鮮明に表示されるので、自船の移動に追従して表示した場合でも見易いものとなる。また、従来は、画面上のある地点の緯度・経度を確認する場合、当該地点へカーソルを動かして、カーソル位置に表示される緯度・経度で場所を確認していたが、図７のように地球座標を表すグリッド５２を表示することで、カーソルを操作しなくても、おおよその位置を知ることができる。

図８〜図１０は、本発明の方式で得られるエコー画像と、他の方式で得られるエコー画像との比較例である。ここでは、簡単のために、１回の測定で得られるエコー画像だけを示してある。図８は、従来のピークホールド方式によるエコー画像であり、前述のように、魚群のエコー画像３１は鮮明に表示されるが、その反面、ノイズ画像３２も多くなり、魚群がノイズにまぎれて見にくくなっている。図９は、アベレージ方式によるエコー画像であり、図８に比べてノイズ画像３２は大幅に少なくなるが、その代わり、魚群のエコー画像３１が薄くなって見にくくなる。図１０は、本発明のアベレージ−ピーク方式によるエコー画像であり、前述の原理により、アベレージ方式とピークホールド方式のそれぞれの長所を生かし、ノイズ画像３２を抑制しつつ、魚群のエコー画像３１を鮮明に表示することができる。

図１１〜図１３は、表示部２３の画面に表示される実際のエコー画像であって、実測により得られた画像を表している。図１１は本発明によるエコー画像、図１２はアベレージ方式によるエコー画像、図１３はピークホールド方式によるエコー画像である。図１２では魚群の画像が薄く、図１３ではノイズが多くなっているのがわかる。

図１４は、本発明の他の実施形態によるエコー画像の例である。ここでは、船が通り過ぎた部分においては、本発明によるエコー画像５０（第１のエコー画像）が表示され、船の現在位置すなわち自船位置部分には、測定したエコーレベルに基づく通常のエコー画像６０（第２のエコー画像）が表示されている。６０ａは魚群のエコーを表している。本発明によるエコー画像５０は、毎回の最大値演算のたびに更新されるが、エコーレベルの平均値はそれほど急激に変化するものではないので、表示されるエコー画像５０の変化は見た目に緩やかなものとなる。このため、従来の通常のエコー画像を見慣れているユーザにとって、エコー画像５０は必ずしも見易いものでない場合がある。そこで、通常のエコー画像６０を合わせて表示することにより、ユーザにとって表示画像が見易いものとなる。なお、ここではエコー画像６０として、水平全方位を探知する水平モードの画像を例に挙げたが、これ以外に、半円状傾斜面を探知領域とするスラントモードの画像であってもよく、また旋回式の送受波器を備えたＰＰＩソナーにより得られるエコー画像であってもよい。また、ここでは通常のエコー画像６０を自船位置部分に表示したが、自船位置部分には図７のように本発明のエコー画像を表示し、これとは別の場所に通常のエコー画像６０を表示してもよい。

図１５は、他の実施形態によるエコー画像の例であって、自船位置部分に、本発明によるエコー画像５０と、通常のエコー画像６０とを重ねて表示したものである。このようにすると、魚群の判別が容易となる。例えば、通常のエコー画像６０に魚群らしきエコー６０ａが表示されているが、それが本当に魚群かどうか確信が得られない場合でも、このエコー６０ａの部分に、本発明のエコー画像５０における鮮明なエコー５３が重ねて表示されるので、エコー６０ａが魚群であることを即座に判別することができる。

図１５のように２つのエコー画像５０，６０を重ねて表示する場合、重ね合わせる画像の透過度を、操作部１９（図３）で予め設定できるようにしておき、設定した透過度で両画像を重畳表示するのが好ましい。このようにすると、透過度を適切に設定することで、例えば、通常のエコー画像６０の上に、本発明のエコー画像５０を半透明状態で重畳することができ、２つの画像を重ね合わせても表示は見易いものとなる。また、海域や魚種に応じて透過度を選定することにより、それらに見合った画像が表示されるので、魚群等の判定を容易かつ正確に行なうことができる。なお、重ねる順番は任意であり、本発明のエコー画像５０の上に、通常のエコー画像６０を重畳してもよい。

図１６は、本発明によるエコー画像の表示手順を示したフローチャートである。ステップＳ１では、所定の深度範囲（またはレンジ範囲）に対して、複数のレイヤーを設定する。レイヤーの設定は、メモリ２４のＬ／Ｌメッシュ領域２６において、レイヤーごとにエコーレベルのデータ領域を確保することを意味する。次に、ステップＳ２において、各レイヤーのエコーレベル合計値ＬｅｖｅｌＳｕｍおよび加算回数ｎを初期化し、ＬｅｖｅｌＳｕｍ＝０，ｎ＝０とする。ステップＳ３では、エコーの切り出し範囲が設定されているかどうかをチェックする。エコーの切り出しとは、描画処理において重畳するエコーの範囲を限定することをいう。図１７は、切り出しの一例であって、斜線で示したＲ１の領域が切り出されたエコーの領域である。Ｒ２は船底付近の発振線の影響を受ける領域、Ｒ３は海底のエコーが検出される領域、Ｒ４は船尾のプロペラノイズの影響を受ける領域である。このように切り出し範囲を設定した場合は、Ｒ２〜Ｒ４の領域のエコーは表示されない。切り出し範囲は、操作部１９において、深度（またはレンジ）範囲や角度範囲（図１７のθ）を設定することにより決定される。そして、設定された範囲で、測深装置３から取得した水深データ等に基づき、エコーの自動切り出しが行われる。なお、切り出し範囲は、自動にかぎらず手動でも設定することができる。その場合は、水深データを必要とせず測深装置３は不要となる。

切り出し範囲が設定されている場合は（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ステップＳ４へ進み、設定された範囲でエコーの切り出しを行う。切り出し範囲が設定されていない場合は（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ４は省略される。次のステップＳ５では、レベル変換処理等が設定されているか否かをチェックする。レベル変換処理とは、海底エコーを重畳しないようにするために、海底検出に基づいて、海底からのエコー信号に対しそのレベルを下げる処理をいう。また、レベル変換処理に代えて、ノイズを除去するためのフィルタ処理を行ってもよい。これらの処理の設定は、操作部１９において行う。レベル変換処理等が設定されている場合は（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ステップＳ６へ進み、上述した処理を行う。レベル変換処理等が設定されていない場合は（ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ６は省略される。次のステップＳ７では、エコー座標の変換を行う。すなわち、通常のエコー表示に用いるＸＹＺ座標からＬａｔ／Ｌｏｔ／Ｄｅｐｔｈ座標（以下、Ｌ／Ｌ／Ｄ座標と記す。）へ変換する。Ｌ／Ｌ／Ｄ座標は、緯度・経度を表すＬ／Ｌ座標に、深度（Ｄｅｐｔｈ）を加えた３次元座標である。

次に、ステップＳ８において、各レイヤーの該当するＬ／Ｌ座標のエコーレベル合計値ＬｅｖｅｌＳｕｍに、取得したエコーのレベル値Ｌｉを加算して、合計値ＬｅｖｅｌＳｕｍを更新する。すなわち、
ＬｅｖｅｌＳｕｍ＝ＬｅｖｅｌＳｕｍ＋Ｌｉ
また、加算回数ｎをインクリメントする。すなわち、
ｎ＝ｎ＋１
続いて、ステップＳ９において、ステップＳ８で算出したエコーレベル合計値ＬｅｖｅｌＳｕｍと加算回数ｎから、各地点におけるエコーレベル値の平均値Ａｖｅｒａｇｅを次式により算出する。
Ａｖｅｒａｇｅ＝ＬｅｖｅｌＳｕｍ／ｎ （ｎ≠１の場合）
Ａｖｅｒａｇｅ＝０ （ｎ＝０の場合）
これらのステップＳ８，Ｓ９での処理が、アベレージ処理（平均化処理）となる。

アベレージ処理が終了すると、次に、ステップＳ１０へ移行して、ピークホールド処理を行う。ステップＳ１０では、全てのレイヤーの同一Ｌ／Ｌ座標（同一地点）について、アベレージ処理で求めたエコーレベル値の平均値のうちの最大値を求める。続いて、ステップＳ１１で通常のエコー画像を表示するか否かをチェックする。通常のエコー画像の表示有無は、操作部１９において予め設定しておくことができる。通常のエコー画像を表示する場合は（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２へ進み、従来から行われている通常のエコー描画処理を実行する。通常のエコー画像を表示しない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）は、ステップＳ１２は省略される。

次のステップＳ１３では、ステップＳ１０のピークホールド処理で求めた最大値に基づいて、エコー画像を描画する（図７）。このとき、ステップＳ１２で、通常のエコー描画処理が実行されておれば、通常のエコー画像の上に、ステップＳ１３で得られる本発明のエコー画像が重ねて表示される（図１４、図１５）。なお、ステップＳ１３はステップＳ１１の前に実行してもよい。この場合は、本発明によるエコー画像の上に、通常のエコー画像が重ねて表示される。最後に、ステップＳ１４において、グリッドなどの付加情報を表示して、一連の処理を終了する。

なお、グリッドを表示するにあたっては、正距方位図法を用いることが推奨される。正距方位図法によると、正確な距離と方位を把握でき、高緯度でもひずみが少なく、魚群の場所が見た目にもわかりやすいという利点がある。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、正積方位図法を採用することも可能である。この場合でも、スキャンにより表示される範囲は、広域表示したとしても地球全体からみると極めて小さな領域なので、正距方位図法の場合とほぼ同じ結果が得られる。

図１８は、表示されるエコーとグリッドとの関係を説明する図である。（ａ）はティルト角が０°の場合のエコー、（ｂ）はティルト角が４５°の場合のエコーであり、ティルト角が大きくなるとエコーの表示サイズは小さくなるが、（ｂ）ではグリッドの間隔は（ａ）と変わっていない。すなわち、（ｂ）の場合は、グリッドに合わせてエコーを表示している。これに対して、（ｃ）はティルト角が４５°の場合のエコーであるが、エコーのサイズは（ａ）と同じであり、グリッドの間隔は（ａ）より大きくなっている。すなわち、（ｃ）の場合は、エコーに合わせてグリッドを表示している。このように、表示方法としては、グリッドの間隔を一定に保ってエコーのサイズを変えてもよいし、エコーのサイズを一定に保ってグリッドの間隔を変えてもよい。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、前記実施形態では、スキャニングソナー１の表示部２３にエコー画像を表示する場合について述べたが、図１９に示すように、スキャニングソナー１にＰＣ（パーソナルコンピュータ）を接続し、このＰＣのモニタにエコー画像を表示するようにしてもよい。また、図１９のようなオンライン方式に代えて、船内のスキャニングソナー１で収集したデータを光ディスク等の記録媒体に記録し、この記録媒体を例えば研究所に設置されているＰＣに装着して、ＰＣのモニタにエコー画像を表示することにより解析等を行うようにしてもよい。

また、潮流計４から取得した潮流データに基づいて、今までのエコーデータをシフトさせてから、アベレージ処理、ピークホールド処理を行うことによって、潮流で流されている魚群に対しても、現在位置を正確に知ることができる。

また、前記実施形態では、エコーの切り出しを、深度（またはレンジ）と角度の範囲設定により行ったが、船が大幅に旋回した場合は、単純に角度だけではプロペラノイズを排除できない。そこで、プロペラノイズが船の航跡上に現れることに鑑み、航跡に対して切り出し幅を決めることにより、切り出しを行ってもよい。

また、前記実施形態では、各レイヤーの深度（またはレンジ）範囲を等間隔に設定したが、必ずしも等間隔である必要はない。また、レイヤーの重なり部分も、任意に設定することができる。さらに、図４では、各地点に対して横断的に共通のレイヤーが設けられているが、本発明のレイヤーは、各地点ごとに個別に設定されたものであってもよい。

また、前記実施形態では、深度測定用に測深装置３を設けているが、これに代えて魚群探知機を設け、魚群探知機から取得される深度データを利用するようにしてもよい。

本発明の実施形態を示すシステム構成図である。 スキャニングソナーによる水中探知の一般的原理を示した図である。 スキャニングソナーの電気的構成を示したブロック図である。 本発明の原理を説明する図である。 メッシュの例である。 自船の移動とエコー画像の更新との関係を説明する図である。 本発明によるエコー画像の例である。 ピークホールド方式によるエコー画像の例である。 アベレージ方式によるエコー画像の例である。 本発明によるエコー画像の例である。 シミュレーションにより得られた本発明によるエコー画像の例である。 シミュレーションにより得られたアベレージ方式によるエコー画像の例である。 シミュレーションにより得られたピークホールド方式によるエコー画像の例である。 本発明の他の実施形態によるエコー画像の例である。 本発明の他の実施形態によるエコー画像の例である。 本発明によるエコー画像の表示手順を示したフローチャートである。 エコーの切り出しの一例を示す図である。 表示されるエコーとグリッドとの関係を説明する図である。 本発明の他の実施形態を示すシステム構成図である。

符号の説明

１ スキャニングソナー
６ 送受波器
７ 送信ビーム
８ 受信ビーム
２０ ホストＣＰＵ
２２ 画像処理部
２３ 表示部
２４ メモリ
２５ 表示プログラム
５０，６０，７０ エコー画像
５２ グリッド

Claims (8)

1. 超音波の送受信による水中探知で得たエコーの画像を表示する表示装置であって、
   水中の深度方向の所定範囲を分割して得られる複数のレイヤーのそれぞれについて、探知領域内の各地点におけるエコーを経時的に測定する測定手段と、
   前記測定手段による測定結果に基づき、レイヤーごとに各地点のエコーレベルの平均値を算出する第１の算出手段と、
   前記第１の算出手段で算出された各レイヤーにおける各地点のエコーレベルの平均値のうち、最大値を求める第２の算出手段と、
   前記第２の算出手段で算出された最大値に基づいて、当該地点におけるエコー画像を表示する表示手段とを備え、
   自船の移動に伴って、各地点におけるエコー画像を更新しながら前記表示手段に表示することを特徴とするエコー画像の表示装置。
2. 請求項１に記載のエコー画像の表示装置において、
   自船が移動した場合に、探知領域に含まれている地点については、当該地点のエコー画像を更新しながら表示し、探知領域に含まれなくなった地点については、直前に表示された当該地点のエコー画像を固定的に表示することを特徴とするエコー画像の表示装置。
3. 請求項１に記載のエコー画像の表示装置において、
   前記各レイヤーの範囲は、深度方向に隣接するレイヤーの範囲と部分的に重なるように設定されていることを特徴とするエコー画像の表示装置。
4. 請求項１に記載のエコー画像の表示装置において、
   前記表示手段は、前記エコー画像に重ねて、地球座標を表すグリッドを表示することを特徴とするエコー画像の表示装置。
5. 請求項１に記載のエコー画像の表示装置において、
   前記表示手段は、前記最大値に基づく第１のエコー画像に加えて、前記測定手段で測定されたエコーレベルに基づく第２のエコー画像を表示することを特徴とするエコー画像の表示装置。
6. 請求項５に記載のエコー画像の表示装置において、
   前記表示手段は、自船が通り過ぎた部分に前記第１のエコー画像を表示するとともに、現在の自船位置の部分に前記第２のエコー画像を表示することを特徴とするエコー画像の表示装置。
7. 請求項５に記載のエコー画像の表示装置において、
   前記表示手段は、自船が通り過ぎた部分に前記第１のエコー画像を表示するとともに、現在の自船位置の部分に、前記第１のエコー画像と前記第２のエコー画像とを重ねて表示することを特徴とするエコー画像の表示装置。
8. 請求項７に記載のエコー画像の表示装置において、
   前記第１および第２のエコー画像を、予め設定した透過度で重ね合わせることを特徴とするエコー画像の表示装置。

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