CN113557447A - 物标计测装置及物标计测方法 - Google Patents

物标计测装置及物标计测方法 Download PDF

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CN113557447A CN202080018893.6A CN202080018893A CN113557447A CN 113557447 A CN113557447 A CN 113557447A CN 202080018893 A CN202080018893 A CN 202080018893A CN 113557447 A CN113557447 A CN 113557447A
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Abstract

课题在于，提取能够更准确地估计物标的大小以及/或者重量的物标计测装置及物标计测方法。解决手段在于，物标计测装置(1)具备：收发波器(10)，向水中发送发送波，接收其反射波；物标回波信号提取部(32)，从反射波的接收信号中提取物标的回波信号；峰检测部(33)，对回波信号中包含的多个峰分别进行检测；强度差计算部(35)，计算多个峰之中的第1峰的强度与不同于第1峰的第2峰的强度的强度差；以及物标计测部(37)，基于强度差取得与物标的大小以及/或者重量相关的数据。

Description

物标计测装置及物标计测方法
技术领域
本发明涉及向水中发送发送波并基于其反射波对物标进行计测的物标计测装置及物标计测方法。
背景技术
以往，已知向水中发送发送波并基于其反射波对物标进行计测的物标计测装置。例如，使用声波对鱼槽内的鱼的体长进行计测。从收发波器向水中发送声波。声波的反射波由收发波器接收，基于接收波信号，对鱼的目标强度进行测定。基于目标强度与体长的关系式，估计鱼的大小。在专利文献1中公开了这种物标计测装置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利申请公开第2006/0018197号说明书
发明内容
本发明所要解决的课题
鱼的大小不仅根据体长，而且也可能根据肥胖度而大为变化。即使是体长相同的鱼，根据其肥胖度不同，大小、重量也大为不同。因此，在如上述那样基于目标强度与体长的关系式估计鱼的大小的情况下，估计结果可能包含误差。
鉴于该课题，本发明的目的在于，提供能够更准确地估计物标的大小以及/或者重量的物标计测装置及物标计测方法。
用于解决课题的手段
本发明的第1方式涉及物标计测装置。该方式所涉及的物标计测装置具备：收发波器，向水中发送发送波，接收所述发送波的反射波；物标回波信号提取部，从所述反射波的接收信号中提取物标的回波信号；峰检测部，对所述回波信号中包含的多个峰分别进行检测；强度差计算部，计算所述多个峰之中的第1峰的强度与不同于所述第1峰的第2峰的强度的强度差；以及物标计测部，基于所述强度差取得与所述物标的大小以及/或者重量相关的数据。
在此，所述强度差计算部可以构成为：确定所述回波信号中包含的所述多个峰之中的具有最高强度的最高峰，将所述最高峰作为所述第1峰来计算所述强度差。
另外，物标计测装置可以构成为还具备：时间差计算部，计算所述第1峰与所述第2峰出现的时间的时间差；所述物标计测部基于所述时间差取得与物标的大小以及/或者重量相关的所述数据。
本发明的第2方式涉及物标计测方法。该方式所涉及的物标计测方法向水中发送发送波，接收所述发送波的反射波，从所述反射波的接收信号中提取物标的回波信号，对所述回波信号中包含的多个峰分别进行检测，计算所述多个峰之中的第1峰的强度与不同于所述第1峰的第2峰的强度的强度差，基于所述强度差取得与所述物标的大小以及/或者重量相关的数据。
根据上述方式，基于第1峰与第2峰的强度的差，取得与物标的大小以及/或者重量相关的数据。如随后实施方式所示，强度差依赖于物标的体宽与体长之比。即，强度差能够成为表现物标的肥胖度的指标。因此，根据上述方式，能够更准确地估计物标的大小以及/或者重量。
发明效果
如上所述，根据本发明，能够提供能够更准确地估计物标的大小以及/或者重量的物标计测装置及物标计测方法。
本发明效果和意义通过以下示出的实施方式的说明而更加明确。但是，以下示出的实施方式不过只是实施本发明时的一个例示，本发明完全不限定于以下的实施方式所记载的方式。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的物标计测装置的使用方式的斜视图。
图2是表示实施方式所涉及的物标计测装置1的构成的框图。
图3是表示实施方式所涉及的回波信号的一例的图。
图4的(a)是示意性地表示实施方式所涉及的发送波被鱼的鳔反射的情况下的反射波的状态的图。图4的(b)是示意性地表示实施方式所涉及的发送波被鱼的脊背反射的情况下的反射波的状态的图。图4的(c)是示意性地表示实施方式所涉及的发送波被鱼的腹部反射的情况下的反射波的状态的图。图4的(d)是表示实施方式所涉及的在计算鱼的体宽中使用的参数的图。
图5是表示实施方式所涉及的以强度差和时间差作为2个轴的2维直方图的一例的图。
图6是表示实施方式所涉及的以强度差和时间差作为2个轴的2维直方图的一例的图。
图7是表示实施方式所涉及的以强度差和时间差作为2个轴的2维直方图的一例的图。
图8是表示实施方式所涉及的以强度差和时间差作为2个轴的2维直方图的一例的图。
图9是表示实施方式所涉及的物标计测装置中的处理的流程图。
图10的(a)是表示实施方式的验证例所涉及的在各测定日取得的相对位置的变化的图表。图10的(b)是表示实施方式的验证例所涉及的在各测定日取得的相对电平的变化的图表。图10的(c)是表示实施方式的验证例所涉及的在各测定日取得的基于脊背的反射波的第2峰的数量的图表。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的实施方式中，表示了对被设置于鱼槽的物标计测装置适用本发明的例子。但是，本发明完全不限定于以下的实施方式。
图1是表示物标计测装置1的使用方式的斜视图。
如图1所示，在本实施方式中，在为了养殖作为一种水生生物的鱼而在海中设置的鱼槽2中，使用物标计测装置1。鱼槽2具备框3、浮体4、网5和栈桥6。
框3形成为俯视为环状。在框3上安装有多个浮体4。通过浮体4的浮力，框3浮在水面上。框3通过未图示的系泊用的绳索与水底的重物连接。
网5的上端部被固定于框3。网5以对水中进行划分而形成封闭空间的方式从框3被悬挂。在该封闭空间的内部饲养鱼。在框3之上，固定了用于在养殖中进行各种作业的栈桥6。
在框3的内侧的大致中央部浮着浮漂7。浮漂7与栈桥6通过绳索相连。在该浮漂7配置有物标计测装置1。
图2是表示物标计测装置1的构成的框图。
物标计测装置1具备收发波器10、收发机20、信号处理单元30和操作单元40。此外，在图1中图示了收发波器10、收发机20、信号处理单元30，而省略了操作单元40。操作单元40用于对物标计测装置1进行操作输入。从未图示的供电部向图2的各部供给电力。供电部例如具备锂离子电池等能够充电的二次电池。
收发波器10具备能够将电信号与超声波振动相互转换的元件。收发波器10利用作为超声波的发送波对水中进行探测。如图1所示，收发波器10被安装在浮漂7的下表面中央。收发波器10被铅直向下配置，从水面附近朝向水中向下发送超声波(发送波)。
收发波器10具备发送波器11和接收波器12。接收波器12具有被分为4个接收信道的多个元件。发送波器11朝向水中发送脉冲状的发送波。为了提高纵深方向的分辨率，优选以尽可能短的脉冲发送发送波。接收波器12的各个接收信道接收从水中的物标反射的反射波。收发波器10将基于接收的反射波的电信号向收发机20发送。
在此，收发波器10基于4个接收信道接收反射波的时间之差、即接收的反射波的相位差，取得物标的位置。由此，实现基于公知的分束方式的3维的探测。此外，收发波器10的构造能够适宜地变更。例如，也可以将收发波器10构成为通过接收波器12的元件进行发送和接收这双方。
收发机20经由电气线缆与收发波器10连接。收发机20将用于使收发波器10发送发送波的电信号经由电气线缆向收发波器10输出。另外，收发机20经由电气线缆取得收发波器10基于反射波取得的电信号。然后，收发机20将从收发波器10取得的电信号转换为作为数字信号的接收信号，并向信号处理单元30发送。在此，收发机20将通过上述4个接收信道取得的电信号分别转换为接收信号，并向信号处理单元30发送。
信号处理单元30构成为公知的计算机。信号处理单元30通过通信线缆与收发机20连接。信号处理单元30经由通信线缆与收发机20进行通信。信号处理单元30通过上述的通信，从收发机20取得接收信号。信号处理单元30针对得到的接收信号进行用于物标计测的处理。
信号处理单元30具备发送控制部31、物标回波信号提取部32、峰检测部33、峰抵达方向计算部34、强度差计算部35、时间差计算部36、物标计测部37和存储控制部38。
信号处理单元30具备CPU(中央处理单元(Central Processing Unit))等运算处理电路、以及ROM(只读存储器(Read Only Memory))、RAM(随机存取存储器(Random AccessMemory))、硬盘等存储介质。在存储介质中存储着用于实现用于物标计测的处理的程序。信号处理单元30通过该程序，执行图2所示的各部的功能。即，在图2中表示了信号处理单元30基于程序而执行的功能模块。
发送控制部31进行用于经由收发机20使发送波器11输出发送波的控制。物标回波信号提取部32针对从收发机20取得的接收信号，提取基于来自鱼的反射波的回波信号。具体而言，物标回波信号提取部32将基于通过接收波器12的4个接收信道分别接收的反射波的接收信号相加来生成相加信号，对生成的相加信号进行包络线检波来生成回波信号。然后，物标回波信号提取部32提取规定的阈值以上的回波信号，作为基于来自鱼的反射波的回波信号。
图3是表示回波信号的一例的图。此外，在图3中，为了容易掌握波形的反射位置，横轴被转换为水深来表示。在此，通过将从发送波的发送到反射波的接收为止的时间与水中的音速相乘而得到的值除以2，从而取得水深。另外，图3的纵轴被设定了基于回波信号的目标强度。目标强度是表示超声波(发送波)抵达物标而散射的反射波的一部分向入射方向返回的程度的参数，与回波信号的强度在实质上是等价的。目标强度以分贝值表现。
返回图2，物标回波信号提取部32提取目标强度的值为图3所示的规定的阈值Th1以上的回波信号，作为鱼的回波信号。其中，为了排除来自网5等的反射波，将从发送到接收为止的时间过长的范围的回波信号从鱼的回波信号的提取对象排除。例如，水深为1～4m的范围被设定为鱼的回波信号的提取范围。物标回波信号提取部32将基于来自鱼的反射波的回波信号向峰检测部33输出。
峰检测部33根据由物标回波信号提取部32提取的鱼的回波信号，检测该回波信号中包含的峰。一般而言，在来源于1条鱼的回波信号中，表示信号电平(level，水平)的时间推移的曲线例如图3所示，成为极大值与极小值交替出现的复杂的形状。峰检测部33对鱼的回波信号中包含的多个峰分别进行检测。峰检测部33将与检测出的各个峰相关的数据向峰抵达方向计算部34输出。
峰抵达方向计算部34基于各接收信道接收反射波的时间的偏差(相位差)，分别计算由峰检测部33检测出的多个峰的抵达方向。抵达方向的计算通过上述的分束方式来进行。峰抵达方向计算部34将计算出的各峰的抵达方向向强度差计算部35和时间差计算部36分别输出。
强度差计算部35及时间差计算部36基于从峰抵达方向计算部34输入的各峰的抵达方向，提取从同一条鱼产生的峰。在此，峰的提取通过以下的方法进行。
一般而言，从收发波器10发送的发送波(超声波)已知在鱼的各部分(脊背、腹部等各部分)之中对于鳔反射最强。因此，在图3中，鱼的回波信号中包含的多个峰P11、P21～P23之中的信号强度最高的峰P11能够设想为来源于被鳔反射的反射波。在此，该峰P11被设定为第1峰P1。
在第1峰P1的附近的时间出现的其他峰、即鱼的回波信号中包含的剩余的峰之中的抵达方向与第1峰P1大致相同的峰，能够设想为从与取得了第1峰P1的鱼相同的鱼的脊背、腹部等部位得到的峰。即，在第1峰P1的抵达方向与其他峰的抵达方向之差比规定阈值小的情况下，该其他峰能够设想为从与取得了第1峰P1的鱼相同的鱼的脊背、腹部等部位得到的峰。
基于以上的设想，强度差计算部35及时间差计算部36基于从峰抵达方向计算部34输入的各峰的抵达方向，提取抵达方向与第1峰P1之差比规定的阈值小的其他峰作为第2峰P2。强度差计算部35及时间差计算部36将这样提取的第1峰P1及第2峰P2作为来源于同一条鱼的峰，用于强度差及时间差的计算处理。
在图3的例中，在峰P21～P23的抵达方向与第1峰P1的抵达方向的差量比规定阈值小的情况下，这些峰P21～P23被作为第2峰P2提取。在该情况下，峰P21、P22比峰P11近(接收时间早)，因此设想为基于来自鱼的背鳍、脊背等的反射波的峰。另外，峰P23比峰P11远(接收时间晚)，因此设想为基于来自鱼的腹部等的反射波的峰。
强度差计算部35计算通过上述方法提取的第1峰P1与第2峰P2的强度差，将计算出的强度差向物标计测部37发送。例如，在图3的例中，强度差计算部35计算峰P11(第1峰P1)与峰P21(第2峰P2)的强度差L1、峰P11(第1峰P1)与峰P22(第2峰P2)的强度差L2、以及峰P11(第1峰P1)与峰P23(第2峰P2)的强度差L3，将计算出的强度差L1～L3向物标计测部37发送。
时间差计算部36计算通过上述方法提取的第1峰P1与第2峰P2的时间差，并将计算出的时间差向物标计测部37发送。例如，在图3的例中，时间差计算部36计算峰P11(第1峰P1)与峰P21(第2峰P2)的时间差T1、峰P11(第1峰P1)与峰P22(第2峰P2)的时间差T2、以及峰P11(第1峰P1)与峰P23(第2峰P2)的时间差T3，将计算出的时间差T1～T3向物标计测部37发送。
物标计测部37基于从强度差计算部35输入的第1峰P1与第2峰P2的强度差、以及从时间差计算部36输入的第1峰P1与第2峰P2的时间差，取得与鱼的大小以及/或者重量相关的数据。具体而言，物标计测部37基于时间差，取得与鱼的体高相关的数据，基于取得的与体高相关的数据、以及强度差，取得与鱼的重量相关的数据。以下，说明这些数据的取得方法。
图4的(a)～图4的(c)是表示第1峰P1与第2峰P2的时间差和鱼的体高之间的关系的图。
图4的(a)表示发送波(超声波)被鱼的鳔反射的情况下的反射波R1的状态，图4的(b)、(c)分别表示发送波(超声波)被鱼的脊背及腹部反射的情况下的反射波R2、R3的状态。如上述那样，从收发波器10发送的发送波(超声波)已知在鱼的各部分(脊背、腹部等各部分)之中对于鳔反射最强。因此，基于反射波R1的回波信号的峰相当于上述第1峰P1，基于反射波R2、R3的回波信号的峰分别相当于上述第2峰P2。
在此，基于来自鱼的脊背的反射波的第2峰P2与第1峰P1的时间差如图4的(b)所示，对应于从鳔到脊背的距离Ha。即，通过将该时间差与鱼体内的音速相乘并除以2，能够计算距离Ha。另外，基于来自鱼的腹部的反射波的第2峰P2与第1峰P1的时间差如图4的(c)所示，对应于从鳔到腹部的距离Hb。即，通过将该时间差与鱼体内的音速相乘并除以2，能够计算距离Hb。
因此，根据基于来自脊背的反射波R2或者来自腹部的反射波R3的第2峰P2与基于来自鳔的反射波的第1峰P1之间的时间差，能够计算鱼的体高。例如，通过将基于来自鱼的脊背的反射波R2的第2峰P2与基于来自鳔的反射波的第1峰P1之间的时间差适用于规定的关系式(考虑了鱼的体内的音速以及距离Ha与体高之间的关系的关系式)，能够计算鱼的体高。在此，基于来自鱼的脊背的反射波R2的第2峰P2，相当于阈值Th1以上的回波信号的峰之中的最早出现的第2峰P2(在图3中为水深最小的峰P22)。因此，将该第2峰P2与第1峰的时间差(在图3中为时间差T2)用于计算体高即可。
此外，如果将该体高设为H(单位：cm)，则鱼的重量W(单位：g)例如能够通过以下的关系式表现。
W＝a×Hb……(1)
通过针对式(1)的两边取对数，以下的关系式成立。
logW＝loga+b×logH……(2)
因此，通过针对重量W和体高H都取对数，并计算回归直线，能够根据回归直线的截距和斜度来求出系数a、b。通过将求出的系数a、b适用于上述式(1)，能够根据体高H计算鱼的重量W。
但是，考虑鱼的重量W不仅受到体高H而且也受到鱼的体宽D影响。因此，通过使用体宽D(单位：cm)，上述式(1)能够如下式那样修正。
W＝a×Hb×Dc……(3)
但是，无法根据鱼的回波信号直接求出体宽D。
于是，发明人探讨了使用上述第1峰P1与第2峰P2的强度差来计算鱼的体宽D。第2峰P2例如与上述同样，能够使用基于来自鱼的脊背的反射波的回波信号的峰(在图3中为峰P22)。
图4的(d)是表示在计算体宽D中使用的参数的图。
在图4的(d)中，Lb是鱼的体长，Ls是鳔的长度。鳔伴随着鱼的生长而大致同样地生长。即，体长Lb与鳔的长度Ls为比例关系。因此，以下的关系式成立。
Ls＝k×Lb……(4)
通过针对式(4)的两边取对数，以下的关系式成立。
logLs＝logLb+logk……(5)
在此，考虑鳔的宽度由鳔的长度决定，因此鳔的反射强度与鳔的长度Ls的平方(面积)成比例。另外，考虑鱼体的反射强度与体长Lb和体宽D之积(鱼体的面积)成比例。因此，如果将来自鳔的反射波的峰强度设为Ts(P1)，并将来自脊背的反射波的峰强度设为Ts(P2)，则以下的关系式成立。
Ts(P1)＝ks×Ls2……(6)
Ts(P2)＝kb×Lb×D……(7)
通过针对式(6)、(7)的两边取对数并换算为分贝，以下的关系式成立。
TS(P1)＝20logLs+10logks……(8)
TS(P2)＝10logLb+10logD+10logkb……(9)
在上述式(8)、(9)中，在将式(6)、(7)的左边换算为分贝时，TS(P1)、TS(P2)通过下式被置换。
TS(P1)＝10logTs(P1)……(10)
TS(P2)＝10logTs(P2)……(11)
TS(P1)相当于上述第1峰P1(基于鳔的回波信号的峰)的强度，TS(P2)相当于上述第2峰P2(基于脊背的回波信号的峰)。
在此，如果计算式(10)、(11)之差，则如下关系式成立。
TS(P2)-TS(P1)＝10logLb+10logD-20logLs+TScmb-TScms……(12)
其中，TScmb、TScms通过下式表现。
TScmb＝10logkb……(13)
TScms＝10logks……(14)
如果将式(5)适用于上述式(12)，则得到以下的关系式。
TS(P2)-TS(P1)＝-10logLb+10logD+α＝10log(D/Lb)+α……(15)
其中，常数α通过下式表现。
α＝TScmb-TScms-20logk……(16)
根据关系式(15)，可知第1峰P1与第2峰P2的强度差依赖于鱼的体宽D和体长Lb。即，考虑第1峰P1与第2峰P2的强度差成为表现鱼的肥胖度的指标。通过使用关系式(15)，能够根据第1峰P1与第2峰P2的强度差计算鱼的体宽D。这样，能够取得上述关系式(3)的体宽D。
在此，如果设为体长Lb与体高H为比例关系，则关系式(3)变形为下式。
W＝a×Hb×Lbc×(D/Lb)c……(17)
在此，如果将上述关系式(15)适用于对关系式(17)的两边取对数而得到的关系式，并对系数及指数进行整理，则得到下式。
logW＝a'+b'logH+c'ΔTS……(18)
在此，ΔTS是第1峰P1与第2峰P2的强度差(单位：dB)。
因此，通过根据logW、logH、ΔTS进行多元回归分析，求出系数a'、b'、c'，能够通过下式计算鱼的重量W。
W＝10a'×Hb'×10c'ΔTS……(19)
在关系式(19)中，ΔTS是第1峰P1与第2峰P2的强度差，体高H能够通过第1峰P1与第2峰P2的时间差计算。由此，根据由图2的强度差计算部35计算出的强度差、以及由时间差计算部36计算出的时间差，能够取得鱼的重量W。
此外，在本实施方式中，不进行取得每条鱼的重量W的处理，而进行取得鱼槽2中收容的鱼的平均的重量的处理。其中，也可以替代取得鱼的平均的重量的处理，或者与该处理一起，进行取得每条鱼的重量W的处理。以下，说明取得鱼的平均的重量的处理。
物标计测部37基于从多条鱼得到的强度差及时间差，生成以强度差和时间差作为2个轴的2维直方图。在生成2维直方图中，利用通过持续某种程度的时间(几小时～几十小时)观测回波信号而得到的多个回波信号。
图5～图8是表示以强度差和时间差作为2个轴的2维直方图的一例的图。在图5～图8中，纵轴是强度差(相对电平)，横轴是时间差(相对位置)。在此，时间差被转换为取得了第2峰P2的水深相对于取得了第1峰P1的水深的相对位置并被规定在横轴上。
图5～图8的2维直方图基于将具备上述构成的物标计测装置1实际设置于鱼槽2而得到的接收信号被生成。图5及图6分别是从鰤鱼得到的2维直方图，图7及图8分别是从真鲷得到的2维直方图。图6的直方图基于与图5的直方图相比鰤鱼进一步生长的阶段中取得的数据，图8的直方图基于与图7的直方图相比真鲷进一步生长的阶段中取得的数据。
物标计测部37例如从2维直方图分别取得基于从鱼的鳔反射的反射波的第1峰P1与基于从鱼的脊背反射的反射波的第2峰P2之间的强度差及时间差的代表值。在图5～图8中，在由一点划线围住的区域中，包含第1峰P1(鳔)与第2峰P2(脊背)的强度差及时间差的数据群。物标计测部37针对2维直方图，设定可能存在这些数据群的提取范围。在此，作为提取范围，可以使用按鱼的每个种类预先决定的范围。物标计测部37在提取范围中取得频数集中的位置的强度差和时间差作为代表值。
例如，物标计测部37在2维直方图中设定矩形的提取范围，针对该提取范围中包含的数据群，按纵轴(强度差)及横轴(时间差)各自适用核密度估计的处理。由此，物标计测部37针对提取范围中包含的数据群，关于纵轴(强度差)和横轴(时间差)各自取得被平滑化的频数分布曲线。然后，物标计测部37在取得的各频数分布曲线中，取得频数最大的强度差及时间差，将取得的强度差及时间差设定为与该鱼槽2中收容的鱼群相对应的强度差及时间差的代表值。
此外，代表值的取得方法不限于此，只要将平均的强度差及时间差设定为代表值，也可以使用其他方法。例如，物标计测部37也可以不针对提取范围适用核密度估计，而根据提取范围中包含的数据，取得强度差及时间差的模式(最高频数的强度差及时间差)，将取得的模式设定为与该鱼槽2中收容的鱼群相对应的强度差及时间差的代表值。或者，物标计测部37也可以求出提取范围中的频数分布的重心位置，将与该重心位置对应的强度差及时间差设定为与该鱼槽2中收容的鱼群相对应的强度差及时间差的代表值。另外，提取范围中的强度差及时间差的平均值或中间值等也可以被设定为与该鱼槽2中收容的鱼群相对应的强度差及时间差的代表值。
在图5及图6的例子(鰤鱼)中，分别取得-18分贝附近的值和-14分贝附近的值作为强度差(相对电平)的代表值，取得-0.05m附近的值和-0.06m附近的值作为时间差(相对位置)的代表值。另外，在图7及图8的例子(真鲷)中，分别取得-21分贝附近的值和-19分贝附近的值作为强度差(相对电平)的代表值，取得-0.03m附近的值和-0.05m附近的值作为时间差(相对位置)的代表值。这些代表值均伴随着物标(鰤鱼、真鲷)的生长而变化。
物标计测部37将取得的强度差及时间差的代表值适用于上述关系式(19)，计算该鱼槽2中收容的鱼的平均的重量W。这样，取得鱼的平均的重量W。
图9是表示物标计测装置1中的处理的流程图。
如果处理开始，则首先发送控制部31使收发机20执行发送波的发送(S11)。由此，从收发波器10以规定周期发送脉冲状的发送波。与该发送波相应地，收发机20按每个周期，基于从收发波器10的各接收信道输入的接收波信号生成接收信号，并将生成的接收信号向物标回波信号提取部32发送(S12)。
物标回波信号提取部32将各接收信道的接收信号相加来生成回波信号，提取阈值Th1以上的范围的回波信号作为鱼的回波信号(S13)。物标回波信号提取部32将提取的鱼的回波信号向峰检测部33发送。峰检测部33对鱼的回波信号中包含的多个峰进行检测，并将检测结果向峰抵达方向计算部34发送(S14)。峰抵达方向计算部34基于收发波器10的4个接收信道的接收时间之差(相位差)，计算各峰的抵达方向，并将计算结果向强度差计算部35及时间差计算部36发送(S15)。
强度差计算部35将由峰检测部33检测出的多个峰之中的最高强度的峰设定为第1峰P1，将抵达方向相对于该第1峰P1之差比规定阈值小的峰设定为第2峰P2。然后，强度差计算部35计算第1峰P1与第2峰P2的强度差，并将计算出的强度差向物标计测部37发送(S16)。
时间差计算部36通过与强度差计算部35同样的处理，设定第1峰P1和第2峰P2。然后，时间差计算部36计算第1峰P1与第2峰P2的时间差，并将计算出的时间差向物标计测部37发送(S17)。
物标计测部37汇集从强度差计算部35及时间差计算部36输入的强度差及时间差，根据汇集的强度差及时间差，如上述那样生成以强度差及时间差作为2个轴的2维直方图。然后，物标计测部37基于生成的2维直方图，如上述那样取得强度差及时间差的代表值，将取得的代表值适用于上述关系式(19)来计算该鱼槽2中收容的鱼的平均的重量W(S18)。物标计测部37将计算出的重量W向存储控制部38发送。
存储控制部38使接收的重量W存储于自身的存储介质，并且存储于以能够拆装的方式安装于物标计测装置1的外部存储器50(S19)。由此，物标计测装置1中的处理结束。使用者通过将外部存储器50从物标计测装置1拆卸，并安装至外部的计算机等，能够参照鱼的平均的重量W。由此，使用者能够掌握鱼槽2内的鱼的生长状况。
＜验证例＞
发明人在实际上针对鱼槽中养殖的鰤鱼进行上述实施方式中的处理，对鰤鱼的平均的重量进行了计测。数据的测定在2018年的7月末～11月末的期间中实施了4次。
(1)第1次：7月30日、31日、8月1日
(2)第2次：10月1日、2日
(3)第3次：10月30日、31日、11月1日
(4)第4次：11月28日、29日、30日
在每次的计测中，也进行了鰤鱼的体重的实测。实测值(平均值)如下。
(1)第1次：370g
(2)第2次：1040g
(3)第3次：1290g
(4)第4次：1650g
图10的(a)是表示在各测定日取得的相对位置(将第1峰P1与第2峰P2的时间差转换为两者的水深之差而得到的相对位置)的变化的图表。另外，图10的(b)是表示在各测定日取得的相对电平(第1峰P1与第2峰P2的强度差)的变化的图表。在此，作为第2峰P2，与上述实施方式同样使用了基于来自鱼(鰤鱼)的脊背的反射波的峰。
图10的(c)是表示基于在各测定日取得的脊背的反射波的第2峰P2的数量的图表。测定时间按每个测定日而不同，因此第2峰P2的检测数量不同。最短的测定时间是11月28日的3个半小时，最长的测定时间是8月1日的24小时。
基于通过上述计测而取得的数据，通过上述的回归直线的计算，求出上述关系式(1)的系数a、b，此时系数a是2.93，系数b是4.35。使用这些值，基于上述关系式(1)求出每次测定中的鱼(鰤鱼)的平均的重量W，此时重量W相对于实测值的误差率的平均值是5.8％。尤其是，如果将测定时间短而无法确保充分的数据量的11月28日排除，则误差率的平均值是4.5％。因此，通过上述关系式(1)，也以低误差率取得了鱼(鰤鱼)的平均的重量。
接下来，基于通过上述计测而取得的数据，通过上述的多元回归分析，求出上述关系式(19)的系数a'、b'、c'，此时系数a'是1.38，系数b'是3.30，系数c'是0.0146。使用这些值，基于上述关系式(19)求出每次测定中的鱼(鰤鱼)的平均的重量W，此时重量W相对于实测值的误差率的平均值是4.9％。尤其是，如果将测定时间短而无法确保充分的数据量的11月28日排除，则误差率的平均值是3.4％。像这样，通过使用上述关系式(19)，能够显著抑制鱼(鰤鱼)的平均的重量的误差率，另外，与使用上述关系式(1)的情况相比大幅改善了误差率。由此，确认了上述实施方式的处理的效果。
＜实施方式的效果＞
根据实施方式，能够得到以下的效果。
基于第1峰P1与第2峰P2的强度差，取得与物标(鱼)的重量相关的数据。如上述关系式(15)所示，强度差依赖于物标(鱼)的体宽D与体长Lb之比。即，强度差能够成为表现物标(鱼)的肥胖度的指标。因此，通过使用第1峰P1与第2峰P2的强度差，能够更准确地估计物标(鱼)的重量。
另外，物标计测部37还使用第1峰P1与第2峰P2的时间差取得与物标(鱼)的重量相关的数据。具体而言，物标计测部37基于第1峰P1与第2峰P2的时间差计算物标(鱼)的体高H，将计算出的体高H和强度差适用于关系式(19)，来计算物标(鱼)的重量。由此，能够以高精度取得与物标(鱼)的重量相关的数据。
另外，物标计测部37基于针对多个回波信号计算出的强度差及时间差的直方图，取得与物标(鱼)的重量相关的数据。更详细而言，物标计测部37在该直方图中取得强度差及时间差的代表值，基于取得的代表值，取得物标(鱼)的平均的重量。由此，如上述验证例中所示，能够取得显著抑制了误差率的物标(鱼)的平均的重量。由此，能够以高精度取得与物标(鱼)的平均的重量相关的数据。
此外，为了以更高的精度取得与物标(鱼)的重量相关的数据，如上述实施方式所示，优选针对回波信号中包含的多个峰之中的比第1峰P1的时间早出现的第2峰P2，取得强度差及时间差，并取得与物标(鱼)的重量相关的数据。
即，如上述实施方式那样，在发送波被向下发送的情况下，在比第1峰P1的时间晚的范围中，可能出现基于来自鳔的2次回波或3次回波的峰。因此，这些峰与基于来自腹部等的反射波的峰容易重合，难以以高精度取得基于来自腹部等的反射波的峰作为第2峰P2。
相对于此，在比第1峰P1的时间早的范围中，不存在基于来自鳔的2次回波或3次回波的峰，因此能够以高精度取得基于来自脊背等的反射波的第2峰P2。由此，通过使用根据比第1峰P1的时间早出现的第2峰P2取得的强度差及时间差，能够以更高的精度取得与物标(鱼)的重量相关的数据。
此外，如上述实施方式那样，在发送波被向下发送的情况下，基于来自脊背的反射波的峰通常是图3的阈值Th1以上的回波信号中包含的多个峰之中的最早出现的峰。因此，这多个峰之中的最早出现的峰能够大致没有错误地设想为基于物标(鱼)的脊背的峰。由此，如上述实施方式那样，通过将最早出现的峰设定为在鱼的重量的取得处理中使用的第2峰P2，能够以更高的精度取得与物标(鱼)的重量相关的数据。
另外，在上述实施方式中，由峰抵达方向计算部34计算第1峰P1与其他峰的抵达方向，抵达方向相对于第1峰P1的抵达方向之差比规定阈值小的其他峰被设定为第2峰P2。由此，来自同一物标(鱼)的第1峰P1及第2峰P2在鱼的重量的取得处理中被使用，基于来自其他鱼的回波的峰或基于突发性的噪声等的峰被从处理对象排除。因此，能够以更高的精度取得与物标(鱼)的重量相关的数据。
在此，峰抵达方向计算部34基于收发波器10的4个接收信道接收反射波的时间之差(相位差)，计算各峰的抵达方向。由此，能够基于分束方式顺利而且以高精度计算各峰的抵达方向。
＜变更例＞
本发明不限定于上述实施方式。另外，本发明的实施方式除了上述构成之外能够进行各种变更。
例如，在图9的步骤S18中，也可以不一定计算鱼的平均的重量W。例如也可以是，在步骤S18中，基于上述关系式(15)，计算鱼的平均的体宽D或者平均的体宽D与体长Lb的比例(D/Lb)作为与鱼的大小以及/或者重量相关的数据。根据这些数据，也能够掌握物标(鱼)的大小、肥胖度。在该情况下，在步骤S19中，计算出的平均的体宽D或者比例(D/Lb)、以及基于时间差计算出的鱼的体高H被存储于外部存储器50。在求取鱼的平均的重量的情况下，例如，在安装了外部存储器50的外部的计算机中，基于这些数据计算重量即可。在该情况下，也与上述实施方式同样，能够以高精度取得鱼的平均的重量。
另外，步骤S18的处理也可以由外部的计算机进行。在该情况下，从图9的流程图中省略步骤S18。另外，在步骤S19中，在步骤S16、S17中计算出的强度差及时间差的数据群被存储于外部存储器50。然后，在安装了外部存储器50的外部的计算机中，从外部存储器50读出数据群，进行与步骤S18同样的处理。由此，计算鱼的平均的重量。在该情况下，也与上述实施方式同样，能够以高精度取得鱼的平均的重量W。
另外，收发波器10的接收信道不限于4个，也可以设置5个以上。在该情况下，也能够通过基于分束方式的处理计算各峰的抵达方向。
另外，收发波器10的接收信道也可以是2个。在该情况下，该收发波器10能够置换为公知的双束方式的收发波器。收发波器10具备发送波器11、以及具有2个接收信道的接收波器12。发送波器11与上述实施方式同样，朝向水中发送发送波。接收波器12的2个接收信道是指向性相互不同的接收信道，各自接收从水中的物标反射的反射波。然后，收发波器10将与接收的反射波相关的数据转换为电信号。
在使用双束方式的情况下，峰抵达方向计算部34基于2个接收信道接收的回波强度之差，求出反射波的抵达方向与发送波的中心轴的方向所成的角度。由此，能够判定第1峰P1与第2峰P2是否来源于同一条鱼。
为了实现指向性不同的2个接收信道，例如通过将尺寸不同的2个元件配置于接收波器12，并由各个元件进行接收，能够形成2个接收信道。不限定于此，例如也能够使用1个元件，以低频和高频的2个频率进行接收，形成2个接收信道。此外，收发波器10的构造能够适宜地变更。例如，作为发送波器11，也可以使用接收波器12的元件，构成为由相同的元件发送波和接收波。
另外，在上述实施方式中，通过被换算为分贝的回波信号(目标强度)进行处理，因此如图3所示，作为第1峰P1的强度与第2峰P2的强度的差量取得了强度差。但是，在以被转换为分贝之前的值(线性值)进行处理的情况下，作为第1峰P1的强度与第2峰P2的强度之比取得强度差即可。在该情况下，通过使用作为比的强度差进行与上述实施方式同样的处理，也能够取得与物标(鱼)的大小以及/或者重量相关的数据。
另外，信号处理单元30也可以生成用于显示与物标的大小、重量相关的数据的显示数据。在该情况下，信号处理单元30也可以向与该信号处理单元30连接的显示装置输出该显示数据。
另外，在上述实施方式中，基于第1峰P1与第2峰P2的强度差及时间差，取得与物标的重量相关的数据，但也可以取得物标的体宽D相对于体高H或体长Lb的比例(D/Lb)等、与物标的大小相关的数据。物标的体高H如参照图4的(a)～(c)说明的那样，基于第1峰P1与第2峰P2的时间差得到，物标的体宽D相对于体高H或体长Lb的比例(D/Lb)能够通过将第1峰P1与第2峰P2的强度差适用于上述关系式(15)而取得。另外，物标的体宽D也可以作为与物标的大小相关的数据被取得。
另外，在上述实施方式中，通过以强度差及时间差作为2个轴的2维直方图，取得了鱼槽2中收容的鱼的平均的重量，但也可以基于按每条鱼取得的强度差及时间差，按每1条取得与鱼的重量、大小相关的数据。
另外，在上述实施方式中，以从水面侧朝向水中向下发送发送波(超声波)的方式将收发波器10铅直向下设置，但也可以将收发波器10配置于网5的底部，并朝向上方的水面铅直向上发送发送波(超声波)。在该情况下，基于来自鱼的脊背的反射波的第2峰P2比第1峰P1晚出现，基于来自腹部的反射波的第2峰P2比第1峰P1早出现。在该情况下，也优选为了避免来自鳔的2次回波或3次回波的影响，使用比第1峰P1早出现的基于来自腹部的反射波的第2峰P2，作为用于取得物标的大小以及/或者重量的第2峰P2。
此外，在上述实施方式中，为了便于说明，在图5～图8中表示了以强度差和时间差作为2个轴的2维直方图，但也可以不一定生成这样的2维直方图，也可以通过针对数据群的数据处理，进行与参照图5～图8说明的处理同样的处理。例如，上述实施方式中，也可以仅提取用于取得强度差及时间差的代表值的提取范围(强度差的范围和时间差的范围)中包含的数据群，针对提取的数据群按强度差及时间差各自适用核密度估计的处理来求出频数分布曲线，取得在求出的频数分布曲线中频数最高的强度差及时间差，作为强度差及时间差的代表值。或者，也可以针对提取的数据群，按强度差及时间差各自求出出现频度最大的强度差及时间差，取得求出的强度差及时间差作为强度差及时间差的代表值。
另外，也可以不生成作为图表的直方图，而通过数据处理进行基于直方图的处理即可。技术方案4、5的构成不限定为生成作为图表的直方图，而包含通过数据处理进行设想了直方图的处理。
另外，如上所述，收发波器10优选为了提高纵深方向的分辨率，而以尽可能短的脉冲发送发送波(超声波)。但是，也可以替代使用短脉冲，而使用被称为线性调频脉冲信号的使频率以时间性变化的脉冲，针对接收信号适用脉冲压缩。
另外，作为数据取得对象的物标不限定于养殖场(例如鱼槽2)中养殖的鱼。例如，也可以将收发波器10安装于渔船，针对在海中游动的大致相同大小、重量的鱼群，对重量、大小进行计测。
另外，本发明的实施方式能够在权利要求书所记载的范围中适宜地进行各种变更。
附图标记说明：
1 物标计测装置
10 收发波器
32 物标回波信号提取部
33 峰检测部
34 峰抵达方向计算部
35 强度差计算部
36 时间差计算部
37 物标计测部
用语：
不一定是全部的目的或者效果/优点都能够依照本说明书中记载的任意的特定实施方式达成。因此，例如本领域技术人员能够想到：特定实施方式能够构成为以达成或优化如本说明书中教导的1个或者多个效果/优点的方式动作，而不一定能够达成如本说明书中教导或者启示的其他目的或者效果/优点。
本说明书中记载的全部处理能够通过由包含1个或者多个计算机或者处理器的计算系统执行的软件代码模块具体实现，并完全自动化。代码模块能够存储于任意类型的非易失性的计算机可读介质或者其他计算机存储装置。一部分或者全部方法能够利用专用的计算机硬件具体实现。
除了本说明书中记载的方式以外，还有很多其他变形例，这根据本公开是显然的。例如，按照实施方式，本说明书中记载的算法的任一个特定动作、事件或者功能能够以不同的时序执行，能够追加、合并或者完全排除(例如，不是说所描述的全部行为或者事象都是算法的执行所必须的)。进而，在特定实施方式中，动作或者事件例如通过多线程处理、中断处理或者多个处理器或者处理器核心，或者在其他并列体系结构上，能够不是逐次(顺序)地而是并列(并行)地执行。进而，不同的任务或者进程也能够通过可一起发挥功能的不同机器以及/或者计算系统执行。
与本说明书中公开的实施方式相关联地说明的各种例示性逻辑模块及模组能够由处理器等机器实施或者执行。处理器可以是微处理器，但也可以替代于此，处理器是控制器、微控制器或状态机、或者它们的组合等。处理器能够包含以处理计算机可执行命令的方式构成的电气电路。在别的实施方式中，处理器包含专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、或者不处理计算机可执行命令而执行逻辑运算的其他可编程设备。处理器另外还能够作为计算设备的组合、例如数字信号处理器(数字信号处理装置)与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心组合的1个以上的微处理器、或者任意的其他这样的构成来安装。在本说明书中，主要关于数字技术进行说明，但处理器也能够主要包含模拟元件。例如，本说明书中记载的信号处理算法的一部分或者全部能够通过模拟电路或者模拟与数字的混合电路安装。计算环境包含基于微处理器、主机架计算机、数字信号处理器、便携式计算设备、设备控制器或者装置内的计算引擎的计算机系统，但能够包含不限定于此的任意类型的计算机系统。
只要没有特别注明，“能够”、“能做成”、“可能”或者“有可能性”等带条件的词语应理解为：为了传达“特定实施方式包含特定的特征、要素以及/或者步骤，但其他实施方式不包含”而一般使用的上下文内的含义。因此，这样的带条件的词语一般并不表示：特征、要素以及/或者步骤在1个以上的实施方式中被作为必须的任意的方法、或者1个以上的实施方式必然包含用于决定这些特征、要素以及/或者步骤是否被包含在任意的特定实施方式中或者是否被执行的逻辑。
如词语“X、Y、Z中的至少1个”那样的选择性语言只要没有特别记载，应该在为了表示项目、用语等可以是X、Y、Z中的任一个或者其任意的组合而一般使用的上下文中理解(例：X、Y、Z)。因此，这样的选择性词语一般不表示：特定实施方式需要分别存在的X的至少1个、Y的至少1个或者Z的至少1个中的各个。
本说明书中记载而且/或者在附图中示出的流程图中的任意的进程描述、要素或者模块，应该理解为包含用于安装进程中的特定的逻辑功能或者要素的1个以上可执行命令在内的、潜在地表示模组、段或者代码的一部分的对象。替代的实施方式被包含在本说明书中记载的实施方式的范围内，在此，要素或者功能如本领域技术人员理解的那样，按照所关联的功能性，能够在实质上同时或者以相反的顺序，从图示或者说明的内容中删除、或者以不同顺序执行。
只要没有特别明示，如“一个”这样的数词一般应该解释为：包含1个以上的被描述的项目。因此，“以……方式被设定的一个设备”等语句，意味着包含1个以上的被列举的设备。这样的1个或者多个被列举的设备也能够以执行所记载的引用内容的方式集合性地构成。例如，“以执行以下的A、B及C的方式构成的处理器”，能够包含以执行A的方式构成的第1处理器、以及以执行B及C的方式构成的第2处理器。而且，即使被导入的实施例的具体的数字被明示地列举，本领域技术人员也应该解释为：这样的列举典型地至少意味着被列举的数字(例如，未使用其他修饰语的“列举2个”这样的简单列举通常意味着列举至少2个、或者列举2个以上)。
一般而言，本说明书中使用的用语一般由本领域技术人员判断为意味着“非限定”用语(例如，“包含……”这样的用语应该解释为“不止于此，至少包含……”，“具有……”这样的用语应该解释为“至少具有……”，“包含”这样的用语应该解释为“包含以下，但不限定于此”等)。
为了说明的目的，本说明书中使用的“水平”这样的用语与其方向无关，作为说明的系统被使用的区域的底面的平面或者与表面平行的平面、或者说明的方法被实施的平面来定义。“底面”这样的用语能够与“地面”或者“水面”这样的用语置换。“垂直/铅直”这样的用语指的是与被定义的水平线垂直/铅直的方向。“上侧”、“下侧”、“下”、“上”、“侧面”、“更高”、“更低”、“在上方”、“越过……”“下的”等用语相对于水平面被定义。
本说明书中使用的用语中“附着”、“连接”、“成对”及其他关联用语只要没有特别注释，应该解释为包含可拆卸、可移动、固定、可调节、及/或可拆卸的连接或者连结。连接/连结包含直接连接以及/或者具有所说明的2个构成要素之间的中间构造的连接。
只要没有特别明示，本说明书中使用的像“大约”、“大致”及“实质上”这样的用语之后的数字包含被列举的数字，另外，进而表示与执行所期望的功能或者达成所期望的结果的被记载的量相近的量。例如，“大约”、“大致”及“实质上”只要没有特别明示，指的是小于被记载的数值的10％的值。如本说明书中使用的那样，“大约”、“大致”及“实质上”等用语之后公开的实施方式的特征，进而表示执行所期望的功能或者达成关于该特征所期望的结果的若干个具有可变性的特征。
在上述的实施方式中，能够追加很多变形例及修正例，这些要素应该理解为包含在其他能够允许的例子之中。像这样的全部修正及变形都意图包含在本公开的范围内，通过以下的权利要求书保护。

Claims (12)

1.一种物标计测装置，其特征在于，具备：
收发波器，向水中发送发送波，接收所述发送波的反射波；
物标回波信号提取部，从所述反射波的接收信号中提取物标的回波信号；
峰检测部，对所述回波信号中包含的多个峰分别进行检测；
强度差计算部，计算所述多个峰之中的第1峰的强度与不同于所述第1峰的第2峰的强度的强度差；以及
物标计测部，基于所述强度差取得与所述物标的大小以及/或者重量相关的数据。
2.如权利要求1所述的物标计测装置，其特征在于，
所述强度差计算部，
确定所述回波信号中包含的所述多个峰之中的具有最高强度的最高峰，
将所述最高峰作为所述第1峰来计算所述强度差。
3.如权利要求1或者2所述的物标计测装置，还具备：
时间差计算部，计算所述第1峰与所述第2峰出现的时间的时间差，
所述物标计测部基于所述时间差，取得与所述物标的大小以及/或者重量相关的所述数据。
4.如权利要求3所述的物标计测装置，其特征在于，
所述物标计测部基于针对多个回波信号计算出的所述强度差及所述时间差的直方图，取得与所述物标的大小以及/或者重量相关的所述数据。
5.如权利要求4所述的物标计测装置，其特征在于，
所述物标计测部取得所述直方图中所述强度差及所述时间差的代表值，基于所述代表值，取得与所述物标的大小以及/或者重量相关的所述数据。
6.如权利要求1至5中任一项所述的物标计测装置，其特征在于，
所述收发波器将所述发送波在实质上向下发送，
所述第2峰是所述回波信号中包含的所述多个峰之中的比所述第1峰的时间早出现的峰。
7.如权利要求1至6中任一项所述的物标计测装置，其特征在于，还具备：
峰抵达方向计算部，基于所述反射波，计算所述回波信号中包含的所述多个峰各自的抵达方向，
所述第2峰是所述多个峰之中的抵达方向相对于所述第1峰之差比规定阈值小的峰。
8.如权利要求7所述的物标计测装置，其特征在于，
所述收发波器具有4个以上的接收所述反射波的接收信道，
所述峰抵达方向计算部基于各个所述接收信道接收所述反射波的时间之差，计算所述抵达方向。
9.如权利要求7所述的物标计测装置，其特征在于，
所述收发波器具有2个接收所述反射波的接收信道，
所述峰抵达方向计算部基于各个所述接收信道接收的所述反射波的强度之差，计算所述抵达方向。
10.如权利要求1至9中任一项所述的物标计测装置，其特征在于，
所述物标是在养鱼场中饲养的鱼。
11.如权利要求10所述的物标计测装置，其特征在于，
所述收发波器将所述发送波在实质上沿着铅直方向发送，
所述物标计测部取得鱼体宽作为与物标的大小以及/或者重量相关的所述数据。
12.一种物标计测方法，其特征在于，
向水中发送发送波，
接收所述发送波的反射波，
从所述反射波的接收信号中提取物标的回波信号，
对所述回波信号中包含的多个峰分别进行检测，
计算所述多个峰之中的第1峰的强度与不同于所述第1峰的第2峰的强度的强度差，
基于所述强度差，取得与所述物标的大小以及/或者重量相关的数据。
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