JP2006275755A - 超音波送受信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
受信した超音波エコーから物標を確実に検知し、且つこの物標の定量を正確に検出することができる超音波送受信装置を提供する。
【解決手段】
受信部2の物標領域検出部10は、各エコー信号を用いて各ビーム方位の強度データを生成するとともに、物標が存在するアドレスを検出する。この際、物標領域検出部10は方位情報を維持したまま強度データを所定程度飽和させる。受信部2の定量データ検出部20も、前記エコー信号を用いて各ビーム方位の強度データを生成するが、強度データを飽和させない。データ合成部16は、物標領域検出部10からのアドレス情報に基づき、定量データ検出部20からの強度データを積分して魚量を検出して表示器2に出力する。表示器2は、物標領域検出部10で得られる強度データに基づき探知画像を表示するとともに、物標存在領域の魚群に対する定量データ検出部20で得られた魚量を表示する。
【選択図】 図2

Description

この発明は、探知領域へ超音波探知信号を送信し、その超音波エコーを受信して物標の探知を行う超音波送受信装置に関するものである。
従来、水中に存在する魚群等の物標を探知する装置として、超音波パルス信号を水中に送信し、魚群等の物標で反射した超音波エコーを受信することで、魚群等の物標を探知するソナー装置が存在する(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
図21は一般的な従来のソナー装置に用いられる超音波受信装置の概略構成を示したブロック図である。
超音波受信装置は、受信部101、表示器102、I/F103、受波器104a〜104n(nは1以上の自然数)を備える。
受波器104a〜104nは、それぞれ振動子141a〜141n、アンプ142a〜142n、AD変換器143a〜143nを備え、振動子141a〜141nは所定パターンで配列して設置されている。振動子141a〜141nは水中からの超音波エコーを受波して電気信号であるエコー信号に変換し、アンプ142a〜142nはこのエコー信号を所定ゲインで増幅し、AD変換器143a〜143nは増幅されたエコー信号を所定サンプリング周波数でAD変換する。これら受波器104a〜104nがそれぞれ受信チャンネルCH0〜CHn−1に対応する。ディジタル化されたエコー信号はI/F103を介して受信部101に入力される。
受信部101は、プリアンプ111a〜111n、RxBMF112、検波回路113、ポストアンプ114a〜114m(mは1以上の自然数)を備える。プリアンプ111a〜111nは、時間可変ゲインアンプ(TVG)であり、各チャンネルCH1〜CHnのエコー信号を所定ゲインで増幅する。RxBMF112はビームフォーマであり、入力されたnチャンネルのエコー信号の位相とウェイトとを制御して合成することで、予め設定した複数の方位にペンシルビーム型の受信ビームデータBeam1〜BeamM(Mは、M=mである1以上の自然数)を形成する。検波回路113は各受信ビームデータBeam1〜BeamMを検波して、ビーム方位毎の探知データを生成する。ポストアンプ114a〜114mは、各ビーム方位の強度データを所定ゲインでゲインコントロールして表示器102に出力する。
表示器102は、各強度データに基づき画像データを形成して表示画面上に出力する。
特開2001−99914公報 特開2004−347319公報
しかしながら、従来の超音波受信装置は、魚群等の物標を確実に検知するためにエコー信号を飽和させている。この際、図21に示す超音波受信装置では、主としてプリアンプ111a〜111nでゲイン制御を行っている。
図22(A)〜(C)は、プリアンプ111a〜111nにおけるエコー信号のゲイン変化による各ビーム方位の強度データの変化を示した図であり、(A)、(B)、(C)の順でゲインが大きくなる。また、図22(D)、(E)、(F)はそれぞれ図22(A)、(B)、(C)の場合の表示画面を示す概略図である。図22(A)〜(C)のグラフ中における波線は表示閾値を示し、この閾値以上の強度データが表示画面に表示され、図22(D)〜(F)のハッチング部分に相当する。
このように、プリアンプ111a〜111nのゲイン調整を調整することで、目的とする魚群の強度データのレベルを高めながらも、サイドローブすなわち不要成分のレベルの上昇を抑制する。この結果、魚群(物標)とノイズとのレベル差が大きくなり、魚群を確実に検知して表示する。
しかしながら、魚群の魚量を正確に把握するために、前述のように入力されたエコー信号を飽和させると、各ビーム方位の強度データ間での相対レベルが、受信されたエコー信号の相対レベル差に比例しなくなる。すなわち、定量的に見ればエコー信号のレベルと強度データのレベルとの相関がなくなる。このため、図21に示すような従来の超音波受信装置では、正確に魚量を得ることができない。一方、正確な魚量を得るためプリアンプ111a〜111nのゲインを低下させると、魚群を正確に検知できない。
この解決方法としてポストアンプ114a〜114mのゲインを調整する方法があるが、図23に示すように、ポストアンプ114a〜114mのゲイン調整では魚群とともに不要成分も高レベルとなり、表示画面に表示されてしまう。
図23(A)〜(C)は、ポストアンプ114a〜114mにおけるエコー信号のゲイン変化による各ビーム方位の強度データの変化を示した図であり、(A)、(B)、(C)の順でゲインが大きくなる。また、図23(D)、(E)、(F)はそれぞれ図23(A)、(B)、(C)の場合の表示画面を示す概略図である。図23(A)〜(C)のグラフ中における波線は表示閾値を示す線であり、この線よりも高い強度データが表示画面に表示され、図23(D)〜(F)のハッチング部分に相当する。
したがって、この発明の目的は、受信した超音波エコーから物標を確実に検知し、且つこの物標の定量を正確に検出することができる超音波受信装置、および、この超音波受信装置を備えて高精度に物標検知、定量検出を行うソナー装置を提供することにある。
この発明の超音波送受信装置は、探知領域に送信する超音波探知信号の生成制御を行う送信手段と、超音波探知信号を探知領域に送波し、探知領域からの超音波エコーを受波して電気的なエコー信号に変換する複数の送受波器と、各送受波器からのエコー信号に基づいて探知領域内の物標の存在領域を検出する物標存在領域検出手段と、各受波器からのエコー信号に基づいて各エコー信号の定量関係を維持したまま増幅して探知領域内の物標の定量データを検出する物標定量検出手段と、物標存在領域検出手段で検出した物標存在領域に物標定量検出手段で検出した物標の定量データを合成する定量データ合成手段と、を備えたことを特徴としている。
この構成では、複数の送受波器が探知領域に超音波探知信号を送信して超音波エコーを受波し、エコー信号を生成すると、物標存在領域検出手段はエコー信号から物標の存在領域を検出する。物標定量検出手段は各エコー信号の強度関係をそのまま保持した定量データを検出する。定量データ合成手段は、検出した物標存在領域に対して定量データを適用させて出力する。これにより、物標の確実な検出とこの物標の定量の正確な検出とが同時に行われる。
また、この発明の超音波送受信装置は、物標の存在領域に対応する各定量データを積分して積算定量データを生成する積分処理手段と、積算定量データを用いて探知した物標の所定物理量データを推定演算する物理量演算手段とを、定量データ合成手段に備えたことを特徴としている。
この構成では、積分処理手段は各物標に対する積分により積算定量データを生成し、物理量演算手段は、積算定量データを用いて物標の大きさ(体積)等の物理量データを推定演算する。これにより、物標の正確な物理量、例えば、魚群の魚量等が正確に検出される。
また、この発明の超音波送受信装置は、各エコー信号を所定閾値で2値化する2値化回路を物標存在領域検出手段に備え、2値化回路の演算結果に、物標定量検出手段から出力される定量データを定量データ合成手段で合成することを特徴としている。
この構成では、物標存在領域検出手段の2値化回路が物標の存在領域を2値(例えば、、「0」、「1」)で検出する。定量データ合成手段は、この2値化により得られる物標存在領域に定量データを合成して出力する。これにより、物標の正確な検出とこの物標の定量の正確な検出とが同時に行われる。
また、この発明の超音波送受信装置は、定量データ合成手段で生成される各データを表示する表示手段を備えたことを特徴としている。
この構成では、定量データ合成手段から出力された各データ(総称して「探知データ」とする。)が表示手段により表示される。これにより、オペレータは表示画面を見ることで、物標存在領域とこの物標の定量とを認識する。
この発明によれば、物標の存在領域を確実に検出するとともに、略同時に、検出した物標の定量を正確に検出する超音波受信装置を構成することができる。例えば、所定の海域からの超音波エコーを受信し、魚群の存在領域と、検出した魚群の密度等を正確に検出および表示する超音波送受信装置を構成することができる。
また、この発明によれば、検出した物標の定量を積分することにより、より具体的な物標の物理量を検出する超音波送受信装置を構成することができる。例えば、所定の海域からの超音波エコーを受信し、魚群の存在領域と、検出した魚群の魚量等を正確に検出する超音波送受信装置を構成することができる。
また、この発明によれば、検出した物標存在領域、物標の定量や物理量を表示手段に表示することで、これらの情報をオペレータが識別しやすいように、容易に提供する超音波送受信装置を構成することができる。これにより、オペレータは、各情報を容易に認識することができる。
本発明の第1の実施形態に係る超音波送受信装置について図を参照して説明する。
図1は本実施形態の超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。
図2は本実施形態の超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。図3は図2に示すデータ合成部16の概略構成を示すブロック図である。
図4は本実施形態の超音波送受信装置により得られる表示画像の一例を示す図である。
本実施形態の超音波送受信装置は、送信部6、受信部1、I/F3、複数の送受波器4a〜4n(nは1以上の自然数)、表示部2、操作部7、および、これらを含む装置全体を制御する制御部5を備える。
送信部6は、制御部5からの送信命令に従い、所定方向に送信ビームを形成するように、各送受波器4a〜4nに対応する送受信チャンネルCH1〜CHn(図2参照)に対する送信制御データを生成してI/F3に出力する。I/F(インターフェース)3は、入力された送信制御データを送信タイミングにしたがって各送受波器4a〜4nに出力する。送受波器4a〜4nは、与えられた送信制御データに基づいて超音波パルス信号を生成して水中に送信する。
送受波器4a〜4nは、水中に存在する魚群等の物標で反射された超音波エコーを受信タイミングで受信してエコー信号を生成し、I/F3を介して受信部1に出力する。なお、送受波器4a〜4nの構造および受信動作は、図9に示した従来の超音波受信装置と同じであるので説明は省略する。
受信部1は、各送受波器4a〜4nで受信したエコー信号が入力されると、後述する処理により、予め設定した各種の探知データを生成して表示部2に出力する。ここで、探知データとは、魚群の存在するアドレスを示すアドレスデータや、魚群の反射強度を示す強度データ(定量データ)や、該強度データを積分して得られる魚量データ(物理量データ)等が存在する。
表示器2は、受信部1からの各種探知データに基づいて表示画像データを形成して、画面上に情報を表示する。例えば、表示器2は、入力される所定探知領域の強度データに対してレベルコンバージョンを行い、各強度データを色情報に変換する。次に、表示器2は、変換された色情報に基づいてカラールックアップテーブルを読み出し、表示画面上の各アドレスに対してカラー画像データを出力する。これを順次行うことにより、探知データが強度に応じたカラー画像として表示される。
受信部1は、物標領域検出部10、定量データ検出部20、データ合成部16を備える。
物標領域検出部10は、チャンネル数に応じたプリアンプ11a〜11n、RxBMF12、検波回路13、生成ビーム数に応じたポストアンプ14a〜14m(mは1以上の自然数)、物標範囲抽出部15を備える。
プリアンプ11a〜11nは、時間可変ゲインアンプ(TVG)であり、I/F3を介して各送受波器4a〜4nにそれぞれ接続されている。プリアンプ11a〜11nは、各送受波器4a〜4nで生成されたチャンネルCH1〜CHnのエコー信号を入力し、超音波パルスが送信されたタイミングからの経過時間に応じてゲインを増加させながらチャンネルCH1〜CHnのエコー信号を増幅する。この際、プリアンプ11a〜11nは後述するRxBMF12により形成される各ビームBeam1a〜BeamMa(MはM=mとなる1以上の自然数)の各強度データが所定程度飽和するようなゲインでエコー信号を増幅する。ここで、所定程度とは、メインビームが飽和する程度、もしくはサイドローブが表示範囲に係らない程度とする。このゲインとしては、一般的に40dB程度に設定されている。
RxBMF12はビームフォーマであり、入力されたnチャンネルのエコー信号の位相とウェイトとを制御して合成することで、予め設定した複数の方位にペンシルビーム型の受信ビームデータBeam1a〜BeamMaを形成する。
検波回路13は各受信ビームデータBeam1a〜BeamMaを検波して、ビーム方位毎の強度データを生成する。
ポストアンプ14a〜14mは、各ビーム方位の強度データを所定ゲインでゲインコントロールして物標範囲抽出部15に出力する。
物標範囲抽出部15は、入力される各ビーム方位における距離方向アドレス毎の強度データに基づき、表示器2のレベルコンバージョンの表示閾値データを参照して、物標の存在するアドレスを検出する。すなわち、物標範囲抽出部15は、レベルコンバージョンで物標が存在すると表示するように設定された強度データの最低値(閾値)を基準にして、入力された強度データが閾値以上であるアドレスを検出する。そして、物標範囲抽出部15は、このアドレスにより指定される領域に基づき、物標存在領域データを、データ合成部16のエコー積分部161に出力する。
定量データ検出部20は、チャンネル数に応じたプリアンプ21a〜21n、RxBMF22、検波回路23、生成ビーム数に応じたポストアンプ24a〜24mを備える。
プリアンプ21a〜21nは、時間可変ゲインアンプ(TVG)であり、I/F3を介して各送受波器4a〜4nにそれぞれ接続されている。プリアンプ21a〜21nは、各送受波器4a〜4nで生成されたチャンネルCH1〜CHnのエコー信号を入力し、超音波パルスが送信されたタイミングからの経過時間に応じてゲインを増加させながらチャンネルCH1〜CHnのエコー信号を増幅する。この際、プリアンプ21a〜21nは後述するRxBMF12によりビーム形成され、ポストアンプ24a〜24mで増幅される各ビームBeam1b〜BeamMbの各強度データが飽和しない(不飽和になる)ようなゲインでエコー信号を増幅する。このゲインとしては、一般的に20dB程度以下に設定されている。
RxBMF22はビームフォーマであり、RxBMF12と同様に、入力されたnチャンネルのエコー信号の位相とウェイトとを制御して合成することで、予め設定した複数の方位にペンシルビーム型の受信ビームデータBeam1b〜BeamMbを形成する。なお、これらRxBMF12,22は全く同じ動作を行う。
検波回路23は各受信ビームデータBeam1b〜BeamMbを検波して、ビーム方位毎の強度データを生成する。この際、検波回路23は、検波設定レベルが異ならせるだけで、基本的な検波処理は検波回路13と同じである。
ポストアンプ24a〜24mは、各ビーム方位の強度データを飽和させないように所定ゲインでゲインコントロールして、定量データとしてデータ合成部16のエコー積分部161に出力する。
データ合成部16は、エコー積分部161、魚量算出部162を備える。
エコー積分部161は、物標範囲抽出部15から得られるアドレスデータに基づき、指定アドレスに対応する各アドレスの定量データを既知の方法で3次元積分して積分定量データを生成し、魚量算出部162に出力する。魚量算出部162は、入力された積分定量データから既知の方法で魚量データや、魚群の大きさや体積を表すデータを算出して表示器2に出力する。なお、データ合成部16は、探知領域内に複数の物標存在領域が検出されていれば、それぞれに対してエコー積分部161および魚量算出部162で処理演算を行い、魚群の存在位置や魚量等の詳細な数値データを算出する。
また、データ合成部16は、物標領域検出部10で得られた各ビーム方位における距離方向のアドレス毎の強度データを表示器2に出力する。
表示器2は、表示画面上に探知データを表示する探知情報表示エリア201と、魚量等の数値データを表示する詳細情報表示エリア202とを表示する構成からなる。表示器2は、受信部1のデータ合成部16から、各ビーム方位における距離方向のアドレス毎の強度データが入力されると、前述のようにレベルコンバージョンとカラールックアップテーブルとを用いて表示画像を形成して探知情報表示エリア201に表示する。このような処理を行うことで、図4に示すように魚群が表示される。同時に、表示器2は、データ合成部16の魚量算出部162から入力された魚量データ等の数値データを詳細情報表示エリア202に表示する。この際、表示器2は、検出された魚群が複数あれば、それぞれを探知情報表示エリア201、詳細情報表示エリア202に表示する。そして、操作部7により、図4の指定枠210のように特定の魚群が指定されると、指定された領域の数値データのみを表示したり、強調表示する等の処理を行う。
このような構成とすることで、表示画面上には、探知領域内の他の部分と明確に識別されて魚群が表示されるとともに、同時にこの魚群の魚量等の詳細な情報が表示される。これにより、オペレータは確実に魚群を認識することができるとともに、この魚群の詳細な情報を正確に把握することができる。
ここで、前述のエコー積分について、より具体的に複数の実施例を用いて説明する。
図5〜図14はエコー積分の実施例を示す各種説明図である。
まず、エコー積分の第1実施例について図5を参照して説明する。
図5は超音波のビームが船体80の周囲に形成される二次元の仮想傘型面H1上とxy平面に対して直交する仮想の鉛直平面H2上とを走査した場合のモデル図である。
図5に図示されるように、超音波のビームは、トランスデューサ2から海水中の2方向に向けて送信される。即ち、船体7の周囲に形成される二次元の仮想傘型面H1上を走査しつつxz平面に対する角度φを変化させる方向、及びxy平面に対して直交する仮想の鉛直平面H2上を走査しつつxy平面に対する角度θを変化させる方向である。
超音波のビームが二次元の仮想傘型面H1及び仮想の鉛直平面H2上を走査して受信ビームの入力換算音響強度PM2が得られた場合、尾量算出原理及び疑似積層法に基づいて魚群内の尾量の概数を算出することができる。
ここで、疑似積層法について、図6(a)及び図6(b)を参照しつつ説明する。
図6(a)は、船体80の周囲に形成される二次元の仮想傘型面H1上とxy平面に対して直交する仮想の鉛直平面H2上とにおける魚群FSの断面を示した図である。超音波ビームは、この傘型面H1及びxy平面に対して直交する鉛直平面H2に沿う方向に送受信される。また、図6(b)は、疑似積層法を示す概念図である。
図6(a)に図示されるように、仮想傘型面H1及び仮想鉛直平面H2の両方における魚群FSの断面をトレースし、各面における非楕円モデルSH,SVを作成する。次に、仮想鉛直平面H2における非楕円モデルSVを、仮想傘型面H1に沿って拡大/縮小コピーすることによって、非楕円モデルSV1,SV2・・・を作成し、擬似的な三次元データを構築する。コピーする際の尺度は、非楕円モデルであるSHとSVとが交差する線Lに沿った入力音響強度PM 2の積分値と、この線Lを傘型面H1上において原点O(図5参照)を中心として角度φの大小方向(即ち、j方向)に移動させた非楕円モデルSH上の線L1(L2・・・)に沿った入力換算音響強度PM 2の積分値との比によって決められる(図8(b)参照)。即ち、図6(b)において、非楕円モデルSV1は、非楕円モデルSVを非楕円モデルSHに沿って原点Oを中心として移動させ、非楕円モデルSHと移動させた非楕円モデルSVとが交差する線に沿った入力換算音響強度PM 2の積分値がL1に沿った入力換算音響強度PM 2の積分値となるように、非楕円モデルSVが縮小されたモデルである。同様にして、非楕円モデルSV2が作成される。
次に、エコー積分の第2実施例について図7を参照して説明する。
図7は垂直円筒座標系のモデル図である。図7において、船体80は、yz平面上に超音波のビームを走査させつつx軸の正方向に向けて走行している。
このモデルにおいて、1つのビームから得られる入力換算音響強度PM 2は、ビームの方向θ、距離r,xから得られる。この入力換算音響強度PM 2に対してr方向、θ方向、x方向に連続的に取得して予め設定した定数条件を用い積分を行うことで、円筒モデルのエコー積分が行われる。
次に、エコー積分の第3実施例について図8を参照して説明する。
図8は、上下斜め円筒座標系のモデル図である。図8において、船体80は、スラント面H1上に超音波のビームを走査させつつx軸の正方向に向けて走行している。なお、「スラント面H1」とは、y軸とz軸に対してx軸の正方向に向けて所定の角度qで交差するxz平面上のw軸(下方軸)とを含む仮想の平面をいう。このモデルでは、上下斜め方向に円筒座標系を取るので、第2実施例の垂直円筒モデルの座標系をこのモデルの座標系に応用することで、円筒モデルとしてエコー積分が行われる。
次に、エコー積分の第4実施例について図9を参照して説明する。
図9は左右斜め円筒座標系のモデル図である。図9において、船体80は、斜め垂直面H2上に超音波のビームを走査させつつx軸の正方向に向けて走行している。このモデルでは、左右斜め方向に円筒座標系を取るので、第3実施例と同様に第2実施例の垂直円筒モデルの座標系をこのモデルの座標系に応用することで、円筒モデルとしてエコー積分が行われる。
次に、エコー積分の第5実施例について図10を参照して説明する。
図10は上下左右斜め円筒座標系のモデル図である。図10において、船体80は、斜めスラント面H3上に超音波のビームを走査させつつx軸の正方向に向けて走行している。このモデルでは、上下左右斜め方向に円筒座標系を取るので、第3、第4実施例と同様に第2実施例の垂直円筒モデルの座標系をこのモデルの座標系に応用することで、円筒モデルとしてエコー積分が行われる。
次に、エコー積分の第6実施例について図11を参照して説明する。
図11は傘型面水平移動座標系のモデル図である。図11において、船体80は、船体80の周囲に形成される仮想の傘型面H4上に超音波のビームを走査させつつx軸の正方向に向けて走行している。このモデルでも、第3、第4、第5実施例と同様に第2実施例の垂直円筒モデルの座標系をこのモデルの座標系に応用することで、円筒モデルとしてエコー積分が行われる。
なお、前述のエコー積分の各実施例では、楕円モデルおよび円筒モデルを例に説明したが、図12〜図14に示すような第7実施例〜第9実施例のモデルでもエコー積分を行うことができる。
図12は超音波のビームがx軸とz軸とを含む仮想の鉛直平面H5上を走査しつつ、走査面である鉛直平面H5がy軸を中心として反時計回りに回転するように、超音波ビームの送信方位が変更されるモデルを示した図である。図12において、超音波のビームは、鉛直平面H5上でx軸に対する角度(xy平面に対する角度)θを変化させながら海水中の深さ方向に向けて送信される。そして、z軸を中心として鉛直平面H5が回転するように(即ちxz平面に対する角度φが変化するように)、超音波ビームの送信方位が変更されている。
図13は超音波のビームが船体80の周囲に形成される仮想の傘型面H6上を走査しつつ、走査面である傘型面H6がxy平面に対する角度θを変えるように、超音波ビームの送信方位が変更されるモデルを示す図である。
図14は超音波のビームがスラント面H7上を走査しつつ、走査面であるスラント面H7がy軸を中心として揺動するように、超音波ビームの送信方位が変更されるモデルを示した図である。なお、「スラント面H7」とは、第3実施例で説明したスラント面H1と同義であって、y軸とz軸に対してx軸の正方向に向けて所定の角度qで交差するxz平面上のw軸とを含む仮想の平面をいう。なお、トランスデューサの形状は球形とする。図14において、超音波のビームは、スラント面H7上でy軸に対する角度θ4を変化させながら海水中の深さ方向に向けて送信される。そして、y軸を中心としてスラント面H7が揺動するように(即ち、z軸に対してx軸の正方向に向けて交差する角度qが変化するように)、超音波ビームの送信方位が変更されている。
このような方法でもエコー積分を行うことができる。
なお、前述のエコー積分の各実施例は、主に3次元積分について説明したが、3次元積分のみならず、水平面、垂直面等の2次元積分を用いて魚量等を算出することもできる。
また、前述のエコー積分の各実施例では、送受波器が配置されるトランスデューサの形状は、仕様に応じて球形または円筒形を選択することができる。
次に、第2の実施形態に係る超音波送受信装置について図を参照して説明する。
図15は本実施形態の超音波送受信装置の受信部1の概略構成を示すブロック図である。図16は本実施形態の超音波送受信装置のデータ合成部16の概略構成を示すブロック図である。
また、図17(A)は、受信部1の物標領域検出部10から出力される2値化データを表示器2の表示画面に出力した場合の画面を示す図であり、図17(B)は受信部1の定量データ検出部20から出力される定量データを表示器2の表示画面に出力した場合の画面を示す図である。そして、図18は、本実施形態の超音波送受信装置の表示画面を示した図である。
なお、本実施形態に示す超音波送受信装置は、受信部2の物標領域検出部10およびデータ合成部16、表示器2を除き、第1の実施形態に示した超音波受信装置と同じであり、同じ部分の説明は省略する。
物標領域検出部10は、チャンネル数に応じたプリアンプ11a〜11n(nは1以上の自然数)、RxBMF12、検波回路13、生成ビーム数に応じたポストアンプ14a〜14m(mは1以上の自然数)、2値化回路17を備える。プリアンプ11a〜11n、RxBMF12、検波回路13、生成ビーム数に応じたポストアンプ14a〜14m、は第1の実施形態と同じ構成および動作であるので説明は省略する。
2値化回路17は、表示器2のレベルコンバージョンで設定される物標の存在を示す閾値に基づき、入力される各強度データが、この閾値よりも高いか低いかを検出する。そして、2値化回路17は、強度データが閾値以上であれば、物標の存在を意味するHiレベルデータ「1」を出力する。一方、2値化回路17は、強度データが閾値よりも低ければ、物標の存在が無いことを意味するLowレベルデータ「0」を出力する。これらのレベルデータを用いて表示器2に表示した場合、図17(A)に示すように、表示画面200には、物標存在エリア211が他の領域と明確に識別された画像が表示される。しかしながらこの画像では物標(魚群)の定量、物理量(魚量等)は識別できない。
一方、定量データ検出部20から出力される定量データを用いて表示器2に表示した場合、図17(B)に示すように、表示画面200には、各超音波エコーの強度差に準じた定量的な画像からなる物標存在エリア212が表示される。しかしながら、この画像では物標(魚群)の境界は識別できない。
データ合成部16は、各ビームに対応する数の乗算器163a〜163m(mは1以上の自然数)を備える。
各乗算器163a〜163mは、2値化回路17から入力されるレベルデータと、定量データ検出部20から入力される定量データとを乗算する。この際、データ合成部16は、乗算されるレベルデータと定量データとでアドレスが一致するように整合する。このような処理を行うことで、データが存在するHiレベルデータのアドレスには定量データが与えられ、データ存在しないLowレベルデータのアドレスには定量データが与えられない。すなわち、物標領域検出部10により物標が検出されたアドレスにのみ定量データが与えられる。そして、データ合成部16はこのような演算処理を行ったデータを探知データとして表示器2に出力する。
表示器2は、入力された探知データを用いて、前述のようにレベルコンバージョンで色情報に変換し、カラールックアップテーブルを参照してカラー画像を出力する。この際、データ合成部16からは物標存在領域(アドレス)のみ定量データが入力されるので、図18に示すように、物標存在エリア213のみを定量データに基づきグラデーションさせながら、他部と区別して表示することができる。これにより、オペレータは1つの表示で物標の存在領域と、該当する存在領域に存在する物標の量、例えば、魚群の存在領域と魚量と同時に認識することができる。
なお、図18では、魚群が1つの場合を示したが、探知領域に複数の魚群が存在する場合には、それぞれの魚群の位置と魚量とが表示される。これにより、オペレータは、1つの探知画像表示を見れば、複数の魚群の位置と、各魚群の大小関係を即座に且つ確実に認識することができる。
また、前述の各実施形態では、探知領域に対して所定角下方の水平方向の探知画像を表示する例を示したが、垂直方向の探知画像を表示する超音波送受信装置や、水平方向と垂直方向とを同時に表示する超音波送受信装置についても前述の構成を適用することができる。
次に、第3の実施形態に係る超音波送受信装置について図を参照して説明する。
図19は本実施形態の超音波受信装置の受信部1の構成を示すブロック図である。また、図20は図19に示す受信部から出力されるデータを用いたデータ処理装置の構成を示すブロック図である。
本実施形態の超音波送受信装置の受信部1は、第1の実施形態に示した受信部1から物標範囲抽出部15およびデータ合成部16を取り除き、新たにデータ通信制御部18を備えたものであり、ポストアンプ14a〜14mから出力された強度データおよび、ポストアンプ24a〜24mから出力された定量データがデータ通信制御部18に入力され、データ通信制御部18から外部に出力される。
超音波送受信装置の受信部1のデータ通信制御部18から出力された各データは、例えばハードディスク(HD)からなるデータ記憶部8に記憶される。この記憶された各データはPC等から成るデータ処理装置9に読み出され、データ処理装置9は、この読み出したデータを用いて各種のデータ処理を行う。このデータ処理装置9の行う処理により得られるデータとしては、海底底質や魚量等であり、超音波探知信号により得られる情報であれば処理することができる。
このような構成とすることで、多量の強度データおよび定量データを一時記憶しておき、各種の探知情報を処理演算して取得することができる。
なお、前述の各実施形態は超音波送受信装置を例に説明したが、探知信号を用いて探知領域内の物標を探知する装置であれば、前述の構成を適用することができる。
第1の実施形態の超音波送受信装置の構成を示すブロック図 第1の実施形態の超音波送受信装置の構成を示すブロック図 図2に示すデータ合成部16の概略構成を示すブロック図 第1の実施形態の超音波送受信装置により得られる表示画像の一例を示す図 エコー積分の第1実施例の説明図 疑似積層法の説明図 エコー積分の第2実施例の説明図 エコー積分の第3実施例の説明図 エコー積分の第4実施例の説明図 エコー積分の第5実施例の説明図 エコー積分の第6実施例の説明図 エコー積分の第7実施例の説明図 エコー積分の第8実施例の説明図 エコー積分の第9実施例の説明図 第2の実施形態の超音波送受信装置の受信部1の概略構成を示すブロック図 第2の実施形態の超音波送受信装置のデータ合成部16の概略構成を示すブロック図 受信部1の物標領域検出部10から出力される2値化データを表示器2の表示画面に出力した場合の画面を示す図、および、受信部1の定量データ検出部20から出力される定量データを表示器2の表示画面に出力した場合の画面を示す図 第2の実施形態の超音波送受信装置の表示画面を示した図 第3の実施形態の超音波受信装置の受信部1の構成を示すブロック図 図19に示す受信部から出力されるデータを用いたデータ処理装置の構成を示すブロック図 一般的な従来の超音波送受信装置の概略構成を示したブロック図 プリアンプ111a〜111nにおけるエコー信号のゲイン変化による各ビーム方位の強度データの変化を示した図、および、それぞれ図10(A)、(B)、(C)の場合の表示画面を示す概略図 ポストアンプ114a〜114mにおけるエコー信号のゲイン変化による各ビーム方位の強度データの変化を示した図、および、それぞれ図11(A)、(B)、(C)の場合の表示画面を示す概略図
符号の説明
1−受信部、10−物標領域検出部、11a〜11n−プリアンプ、12−RxBMF、13−検波回路、14a〜14m−ポストアンプ、15−物標範囲抽出部、16−データ合成部、161−エコー積分部、162−魚量算出部、163a〜163m−乗算器、17−2値化回路、18−データ通信制御部、20−定量データ検出部、21a〜21n−プリアンプ、22−RxBMF、23−検波回路、24a〜24m−ポストアンプ、2−表示部、3−I/F、4a〜4n−送受波器、41a〜41n−振動子、42a〜42n−アンプ、43a〜43n−AD変換器、5−制御部、6−送信部、7−操作部、8−データ記憶部、9−データ処理部、101−受信部、111a〜111n−プリアンプ、112−RxBMF、113−検波回路、114a〜114m−ポストアンプ、102−表示器、103−I/F、104a〜104n−受波器、141a〜141n−振動子、142a〜142n−アンプ、143a〜143n−AD変換器、200−表示画面、201−探知情報表示エリア、202−詳細情報表示エリア、210−指定枠、211−物標存在エリア、212−物標存在エリア、213−物標存在エリア

Claims (4)

  1. 探知領域に送信する超音波探知信号の生成制御を行う送信手段と、
    前記超音波探知信号を探知領域に送波し、該探知領域からの超音波エコーを受波して電気的なエコー信号に変換する複数の送受波器と、
    各送受波器からのエコー信号に基づいて前記探知領域内の物標の存在領域を検出する物標存在領域検出手段と、
    各受波器からのエコー信号に基づいて各エコー信号の定量関係を維持したまま増幅し、前記探知領域内の物標の定量データを検出する物標定量検出手段と、
    前記物標存在領域検出手段で検出した物標存在領域に、物標定量検出手段で検出した物標の定量データを合成する定量データ合成手段と、
    を備えたことを特徴とする超音波送受信装置。
  2. 前記定量データ合成手段は、前記物標の存在領域に対応する各定量データを積分して積算定量データを生成する積分処理手段と、
    前記積算定量データを用いて探知した物標の所定物理量データを推定演算する物理量演算手段と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の超音波送受信装置。
  3. 前記物標存在領域検出手段は各エコー信号を所定閾値で2値化する2値化回路を備え、
    前記定量データ合成手段は、前記2値化回路の演算結果に、前記定量データ増幅手段から出力される定量データを合成する請求項1に記載の超音波送受信装置。
  4. 前記定量データ合成手段で生成される各データを表示する表示手段を備えた請求項1〜請求項3のいずれかに記載の超音波送受信装置。
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