JP2011002413A - Ultrasonic underwater video capture device - Google Patents
Ultrasonic underwater video capture device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011002413A JP2011002413A JP2009147554A JP2009147554A JP2011002413A JP 2011002413 A JP2011002413 A JP 2011002413A JP 2009147554 A JP2009147554 A JP 2009147554A JP 2009147554 A JP2009147554 A JP 2009147554A JP 2011002413 A JP2011002413 A JP 2011002413A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- image acquisition
- underwater
- acquisition device
- underwater image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 44
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims description 12
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 239000012636 effector Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 3-morpholin-4-yl-1-oxa-3-azonia-2-azanidacyclopent-3-en-5-imine;hydrochloride Chemical compound Cl.[N-]1OC(=N)C=[N+]1N1CCOCC1 NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本発明は、超音波式水中映像取得装置に係り、簡単な装置構成で汚泥等により視界の悪い海中の土木作業を容易且つ安全に行うことを可能とする超音波式水中映像取得装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic underwater image acquisition apparatus, and more particularly to an ultrasonic underwater image acquisition apparatus that can easily and safely perform underwater civil engineering work with a simple apparatus configuration due to sludge and the like.
従来、海中など水中作業においては、地上からバックホウなどを用いて水中の土木作業を行った後、施工状況の確認などは潜水士が水中に潜り、レベル測量や目視により行われていた。しかし、施工距離が長い場合などは、潜水士の作業の安全性の確保や作業の高効率化が望まれていた。また、従来の確認方法では、水中の透明度が低く、潜水士による水中での視認距離が短い場合には、適切な状況判断をすることが困難であるといった問題があった。このような背景から、近年は、潜水士によらずに安全、高効率、水中の濁度に依存しない水中視認の技術が求められていた。また、他の施工状況の確認方法については、広く知られている光学レンズを用いたカメラを用いることが考えられるが、水中の透明度が低い場合には、光学レンズを用いて施工状況の確認をすることが難しいといった問題があった。 Conventionally, in underwater work such as underwater, after underwater civil engineering work was performed from the ground using a backhoe or the like, confirmation of the construction status was performed by a diver underwater, level surveying or visual inspection. However, when the construction distance is long, etc., it has been desired to ensure the safety of divers' work and to improve the work efficiency. Further, in the conventional confirmation method, there is a problem that it is difficult to judge an appropriate situation when the transparency in water is low and the viewing distance in water by a diver is short. Against this background, in recent years, there has been a demand for a technology for underwater visual recognition that is safe, highly efficient, and does not depend on turbidity in water, regardless of divers. As another method for confirming the construction status, it is conceivable to use a camera using a widely known optical lens, but if the transparency in water is low, the construction status can be confirmed using an optical lens. There was a problem that it was difficult to do.
また、特許文献1に記載されているように、周波数により送波方位が異なる送波器を用いて、三次元空間を直接測定することを可能とする計測装置が知られている。
Further, as described in
この計測装置は、図10に示すように、方位方向Xに周波数の異なる超音波120を送波する送波器110と、該超音波120を一次元方向にのみに収束し、扇形超音波ビーム121を対象物131に照射する送波用の円筒型音響レンズ111と、該対象物131からの反射波122をZ軸方向に分割された受波検出面142に物体像として結像する受波音響レンズ141とを備えている。
As shown in FIG. 10, this measuring apparatus includes a
また、受波検出面142は、図11に示すように、方位方向Xに細長く形成された受波素子143をZ方向に配列されることで、Z軸方向に分割された受波検出面142を形成している。
Further, as shown in FIG. 11, the wave
このように従来の計測装置100は、対象物131に照射する扇形超音波ビーム121の周波数が方位方向Xの位置により異なることから、図11に示すように、受波検出面142上の物体像における方位方向Xの位置は、各受波素子143の出力における信号周波数成分強度により知ることが出来るようになっている。一方、Z方向の位置は、信号が現れる受波素子143の位置として知ることができる。従って、これら二つの位置情報により対象物131の二次元形状を知ることができる。
As described above, in the conventional
また、対象物131までの距離は、超音波ビーム121の伝搬速度と送波時間から受波時間までの往復時間から知ることができる。このように、従来の計測装置100は、対象物131の二次元形状に加え、三次元空間内における対象物131の全体形状を知ることができるようになっている。
Further, the distance to the
しかしながら、上述した従来の計測装置100の構成によると、送波器から送波される扇形超音波ビームの送波方向の視点のみの映像が表示されており、施工状況の確認を行う
際には、任意の位置に計測装置を移動して再度計測を行わなければならず、非常に手間のかかる作業が必要であった。
However, according to the configuration of the
また、従来の計測装置100は、一度の送波によって計測を行っているので、扇形超音波ビームの送波、反射、受波といった一連の計測作業において生じるノイズを除去することが難しいといった問題もあった。
In addition, since the
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、土木作業の施工距離が長い場合であっても、作業の安全性の確保や作業の高効率化を実現することができる超音波式水中映像取得装置を提供することを主たる課題とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the object thereof is to realize work safety and high work efficiency even when the construction work distance is long. An object of the present invention is to provide an ultrasonic underwater image acquisition device that can be used.
本発明に係る超音波式水中映像取得装置は、方位方向に周波数の異なる超音波を送波する送波器と、前記送波器から送波された超音波の対象物からの反射波を受波する受波器と、前記対象物からの反射波の情報を三次元測定結果として処理する処理手段と、前記三次元測定結果を映像として表示する表示部を備える超音波式水中映像取得装置において、前記映像を任意の視点から表示することができるように、回転自在に表示することを可能とする映像処理手段を備えることを特徴とする。 An ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention receives a reflected wave from a transmitter that transmits ultrasonic waves having different frequencies in the azimuth direction, and an ultrasonic object transmitted from the transmitter. In an ultrasonic underwater image acquisition apparatus comprising: a wave receiver; a processing unit that processes information of a reflected wave from the object as a three-dimensional measurement result; and a display unit that displays the three-dimensional measurement result as an image The image processing means is characterized in that it comprises a video processing means that can be rotated so that the video can be displayed from an arbitrary viewpoint.
また、本発明に係る超音波式水中映像取得装置において、前記映像が三次元映像として表示されることができる。 In the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention, the image can be displayed as a three-dimensional image.
また、本発明に係る超音波式水中映像取得装置において、前記映像は、水中の水深の方向を前記表示部の上下方向として表示すると好適である。 In the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention, it is preferable that the image is displayed with the direction of the depth of water in the vertical direction of the display unit.
また、本発明に係る超音波式水中映像取得装置において、前記映像は、一次元を時間軸とする、二次元画像を表示すると好適である。 In the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention, it is preferable that the image displays a two-dimensional image having one dimension as a time axis.
また、本発明に係る超音波式水中映像取得装置において、前記超音波式水中映像取得装置は、水中での作業を行う水中作業部を備え、前記表示部に前記水中作業部の位置情報を表示すると好適である。 Further, in the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention, the ultrasonic underwater image acquisition device includes an underwater work unit that performs work in water, and displays position information of the underwater work unit on the display unit. It is preferable.
また、本発明に係る超音波式水中映像取得装置において、前記超音波式水中映像取得装置は、水中での作業に関連する作業情報を出力する作業情報出力部を備え、前記表示部に前記作業情報を表示することができる。 Further, in the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention, the ultrasonic underwater image acquisition device includes a work information output unit that outputs work information related to underwater work, and the display unit includes the work Information can be displayed.
また、本発明に係る超音波式水中映像取得装置において、前記作業情報は、水中の施工対象物の施工前及び施工後の位置及び形状であると好適である。 In the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention, it is preferable that the work information is a position and a shape before and after construction of an underwater construction target.
また、本発明に係る超音波式水中映像取得装置において、前記作業情報は、水中の施工対象物の大きさを計測可能とする球状のマーカーを出力することができる。 In the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention, the work information can output a spherical marker that enables measurement of the size of an underwater construction target.
また、本発明に係る超音波式水中映像取得装置において、前記超音波式水中映像取得装置は、水中の施工対象物近傍に設置した3点以上の音響マーカーを備え、前記音響マーカーの位置情報を基準として前記三次元測定結果の累加処理を行うことで、前記三次元測定結果のノイズを除去することができる。 Moreover, in the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention, the ultrasonic underwater image acquisition device includes three or more acoustic markers installed in the vicinity of an underwater construction target, and position information of the acoustic marker is obtained. By performing cumulative processing of the three-dimensional measurement result as a reference, noise in the three-dimensional measurement result can be removed.
本発明に係る超音波式水中映像取得装置は、取得した三次元測定結果による映像を任意の視点から表示することができるように、回転自在に表示することができるので、超音波式水中映像取得装置を定点に固定した状態で、対象物の形状などを確認することができ、効率的に施工状況の確認を行うことができる。また、本発明に係る超音波式水中映像取得装置は、超音波を用いて三次元測定結果を取得しているので、水中の透明度が低い場合でも水中の汚泥などの影響を受けることなく、施工状況の確認などを行うことができ、潜水士の安全の確保を担保することができる。 Since the ultrasonic underwater image acquisition apparatus according to the present invention can display the image based on the acquired three-dimensional measurement result from an arbitrary viewpoint so as to be rotatable, the ultrasonic underwater image acquisition is possible. With the apparatus fixed at a fixed point, the shape of the object can be confirmed, and the construction status can be confirmed efficiently. In addition, since the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention acquires the three-dimensional measurement result using ultrasonic waves, even if the underwater transparency is low, it is not affected by underwater sludge, etc. The situation can be confirmed and the safety of divers can be ensured.
また、本発明に係る超音波式水中映像取得装置は、一次元を時間軸とする二次元画像を表示することができるので、対象物の施工状況の経過を把握することができる。 Moreover, since the ultrasonic underwater image acquisition apparatus according to the present invention can display a two-dimensional image having one dimension as a time axis, it is possible to grasp the progress of the construction status of the object.
さらに、本発明に係る超音波式水中映像取得装置は、水中での作業を行う水中作業部を備え、表示部に該水中作業部の位置情報を表示することができるので、水中での土木作業の施工状況を実時間で確認することができる。 Furthermore, the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention includes an underwater work unit that performs work underwater, and can display position information of the underwater work unit on the display unit. The construction status can be confirmed in real time.
またさらに、本発明に係る超音波式水中映像取得装置は、水中の施工対象物の施工前及び施工後の位置及び形状を表示することができるので、水中での土木作業の進捗状況を実時間で確認することができる。 Furthermore, since the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention can display the position and shape of the underwater construction object before construction and after construction, the progress of civil engineering work in water can be displayed in real time. Can be confirmed.
また、本発明に係る超音波式水中映像取得装置は、水中の施工対象物の大きさを計測する球状のマーカーを出力することができるので、施工対象物の大きさを容易に把握することができる。 In addition, since the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention can output a spherical marker for measuring the size of an underwater construction object, it is possible to easily grasp the size of the construction object. it can.
さらに、本発明に係る超音波式水中映像取得装置は、水中の施工対象物上に設置した音響マーカーによる位置情報を基準として三次元測定結果の累加処理を行うことで、三次元測定結果のノイズを除去することができるので、高画質な三次元映像を表示することができる。 Furthermore, the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention performs a process of accumulating the three-dimensional measurement result on the basis of the positional information obtained by the acoustic marker installed on the underwater construction object, thereby reducing the noise of the three-dimensional measurement result. Can be removed, so that a high-quality three-dimensional image can be displayed.
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments do not limit the invention according to each claim, and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. .
図1は、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置の構成を説明する概略図であり、図2は、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置を構成する送波器の構成を説明する概略図であり、図3は、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置を構成する送波器から送波される超音波の方向を説明するための図であり、図4は、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置を構成する送波器に印加される駆動信号と送波される超音波との関係を説明するための図であり、図5は、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置を構成する送波器の別形態を説明するための図であり、図6は、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置の一回の計測方法を説明するための図であり、図7は、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置の表示部による表示の状態を説明するための図であり、図8は、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置の表示部に球状マーカーを表示した場合を説明するための図であり、図9は、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置のノイズ除去方法を説明するための図であり、図10は、従来の計測装置の構成を説明するための概略図であり、図11は、従来の計測装置の受波検出面の構成を説明するための図である。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ultrasonic underwater image acquisition apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a configuration of a transmitter configuring the ultrasonic underwater image acquisition apparatus according to the present embodiment. FIG. 3 is a diagram for explaining the direction of ultrasonic waves transmitted from a transmitter constituting the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present embodiment, and FIG. These are the figures for demonstrating the relationship between the drive signal applied to the transmitter which comprises the ultrasonic type underwater image acquisition apparatus which concerns on this embodiment, and the ultrasonic wave transmitted, FIG. It is a figure for demonstrating another form of the transmitter which comprises the ultrasonic type underwater image acquisition apparatus which concerns on embodiment, FIG. 6 is one measurement of the ultrasonic type underwater image acquisition apparatus which concerns on this embodiment. FIG. 7 is a diagram for explaining the method, and FIG. 7 is a display of the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present embodiment. FIG. 8 is a diagram for explaining a case where a spherical marker is displayed on the display unit of the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present embodiment. These are the figures for demonstrating the noise removal method of the ultrasonic type underwater image acquisition apparatus which concerns on this embodiment, FIG. 10 is the schematic for demonstrating the structure of the conventional measuring device, FIG. FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration of a wave detection surface of a conventional measurement device.
図1に示すように、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、方位方向Xに周波数の異なる超音波を送波する送波器10と、該超音波を一次元方向にのみに収束し、扇形超音波ビーム21を対象物30に照射する送波用の円筒型音響レンズ11と、該対象物30からの反射波22をZ軸方向に分割された受波検出面42に物体像として結像する受波音響レンズ41と、該結像された物体像を三次元測定結果として処理する処理手段50と、該処理手段50により処理された三次元測定結果を映像として表示する表示部51とを備えている。また、この処理手段50は、三次元測定結果による映像を任意の視点から回転自在に表示することができるように映像を回転させる映像処理手段50aを備えている。
As shown in FIG. 1, the ultrasonic underwater
図2に示すように、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1を構成する送波器10は、圧電素子15の分極軸15a,15bを交互に反転して配列されており、そのY軸方向の両端面に夫々、グランド電極12とホット電極13とからなる共通電極を形成した配列送波器として形成されている。このグランド電極12及びホット電極13間に駆動信号14を印加すると、その信号周波数に応じて異なる方向に超音波ビーム21aを送波することができるようになっている。
As shown in FIG. 2, the
次に、図3を参照して、超音波ビーム21aの送波される方向について説明する。
Next, the direction in which the
図3(a)に示すように、グランド電極12及びホット電極13間に駆動信号14を印加すると、配列された各圧電素子15から、図3(a)に示すように円弧に示す駆動信号14の周波数に応じた波長λの波面が形成されて送波される。ここで、図3乃至図5においては、実線と破線とで位相が180度異なる波形が送波されている状態を示している。図3(a)から明らかなように、同時刻の隣り合った波面の位相が反転しているため、波面の法線方向では、送波された波面が相殺され、超音波ビーム21aの放射方向は、圧電素子15の配列方向と直交する方向から放射角θ傾斜した方向に送波される。
When a
ここで、印加される駆動信号14の周波数が高い場合には、波長が短いことから、図6(a)に示すように、正面方向近傍方向へ超音波ビーム21aが放射される一方、駆動信号14の周波数が低い場合には波長λ´が大きくなることから、図6(b)に示すように、放射角がより傾斜した方向へ波面が形成される。ここで、放射角θは、圧電素子15のピッチd,駆動信号14の周波数fおよび駆動信号14の波長λから数1により与えられる。
Here, when the frequency of the applied
(数1)
θ=sin-1(λ/(2d))
(Equation 1)
θ = sin −1 (λ / (2d))
また、このときの遠距離音場指向特性R(θ)は、数2により与えられる。
Further, the long-distance sound field directivity characteristic R (θ) at this time is given by
(数2)
R(θ)=sin(0.5n(φ−γ))/sin(0.5(φ−γ))
φ=π,γ=2πdsin(θ)/λ
(Equation 2)
R (θ) = sin (0.5n (φ−γ)) / sin (0.5 (φ−γ))
φ = π, γ = 2πdsin (θ) / λ
本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1の送波器10は、これらの関係を利用して超音波ビーム21aを方位方向Xに走査するものであり、図4に示すように、単一の信号線により駆動信号14を印加することで周波数掃引を行うことにより、超音波ビーム21aを扇形に走査することができる。なお、図4においては、超音波ビーム21aの放射方向のみを示し、各圧電素子15から放射された円弧の波面は省略して図示した。
The
また、送波器10の送波面全体の空間分解能を実現するためには、全圧電素子からの波面が寄与する必要があり、図4に示すように圧電素子の総数程度(位相が反転するため半分)の波数(図4では5周期)を有する駆動信号14が必要となる。
Further, in order to realize the spatial resolution of the entire transmission surface of the
さらに、図5に示すように、送波器10を部分口径13a,13bとして分割して形成し、時間差Tを有する短い駆動信号14a,14bを該部分口径13a,13bに夫々印加することで、超音波ビーム21aの方向に短い超音波信号を送波し、高い距離分解能を実現することができるように形成しても構わない。
Further, as shown in FIG. 5, the
このように、方位方向に周波数が異なる送波を行うと、方位Xを反射波の周波数により知ることができることから、例えば、時間と共に周波数が変化する波形又は、広帯域雑音を送波することにより、全三次元空間の計測が一回の超音波伝搬時間により可能となる。 In this way, if transmission with different frequencies in the azimuth direction is performed, the azimuth X can be known from the frequency of the reflected wave. For example, by transmitting a waveform whose frequency changes with time or broadband noise, All three-dimensional space can be measured by one ultrasonic propagation time.
次に、図6を参照して、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1の三次元測定結果の取得方法について説明する。
Next, with reference to FIG. 6, the acquisition method of the three-dimensional measurement result of the ultrasonic underwater
図6(a)および(b)に示すように、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、船体2に設置され、船体2の船底から海底の対象物30に向けて超音波ビーム21を送波し、その反射波を受波することで、図6(c)に示すような三次元測定結果を得ることができる。また、超音波ビーム21の送波方向は、上述した方向に限られず、送波器及び受波器を船体2から水中に沈下させて設置し、対象物に対して水平方向に送波しても構わない。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the ultrasonic underwater
ここで、図6(b)に示すように船底からの視野角αを30度程度とすると、図6(c)における計測結果の一辺の長さは、水深の半分となる。例えば、水深100mにおいては、一辺50mの海底状況が凹凸の程度を含め三次元的に描出される三次元測定結果として得ることができる。 Here, when the viewing angle α from the ship bottom is about 30 degrees as shown in FIG. 6B, the length of one side of the measurement result in FIG. 6C is half of the water depth. For example, at a water depth of 100 m, the seabed situation with a side of 50 m can be obtained as a three-dimensional measurement result that is three-dimensionally depicted including the degree of unevenness.
ここで、上記方法により取得した三次元測定結果は、水平方向及び方位方向から得られる二次元形状のみならず、対象物30までの距離を、超音波ビーム121の伝搬速度と送波時間から受波時間までの往復時間から知ることができるため、対象物30の三次元形状の情報を有している。この三次元測定結果を処理手段50において三次元映像を回転自在に処理する映像処理手段50aにより回転表示させることにより、超音波式水中映像取得装置1を定点に固定して計測した状態で、任意の視点からの三次元映像を表示させることが可能となり、水中での土木作業の施工状況の確認を容易に行うことができる。
Here, the three-dimensional measurement result obtained by the above method receives not only the two-dimensional shape obtained from the horizontal direction and the azimuth direction but also the distance to the
即ち、図6(c)に示すように、対象物の正面視(A視)、側面視(B視),斜視(C視)などといった任意の視点に回転して表示することができるので、水中の対象物の施工状況を容易且つ安全に確認することが可能となる。 That is, as shown in FIG. 6C, the object can be rotated and displayed at an arbitrary viewpoint such as a front view (A view), a side view (B view), and a perspective view (C view). It is possible to easily and safely confirm the construction status of the underwater object.
また、このような海底状況を計測するには、一回の計測に要する時間が0.1秒程度であることから、海底を10cmの精度で計測するためには、500回の超音波ビームの送受信が必要となり、一回の三次元測定結果を得るために50秒の計測時間が必要となる。即ち、水中の土木作業を監視する場合に本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1を用いた場合には、例えば図6に示すように、船体2から水中での作業を行うエンドエフェクタなどの水中作業部31を操作して土木作業を行う際には、水中作業部31の動作と表示部51に表示される映像とに50秒の時間差が生じ、水中作業部31を適切に制御することが困難となり、さらに、船体2の揺動により海底等の周囲構造物に衝突する可能性もある。
In order to measure such a seabed condition, the time required for one measurement is about 0.1 seconds. Therefore, in order to measure the seabed with an accuracy of 10 cm, 500 times of ultrasonic beam Transmission and reception are required, and a measurement time of 50 seconds is required to obtain a single three-dimensional measurement result. That is, when the ultrasonic underwater
ここで、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、水中作業部31の位置情報を同時に取得及び表示することができるようになっている。この位置情報は、作業情報として作業情報出力部51aによって表示され、このように、水中作業部31の位置情報を取得することができれば、水中作業部31を動態として実時間観察することが可能であり、水中の状況と水中作業部31の相互関係を適切に把握するとともに、安全に水中の土木作業を行うことが可能となる。
Here, the ultrasonic underwater
また、このように水中作業部31の位置情報を表示する際には、図7(a)に示すように、表示部での表示を正面視(A視)となるように回転させることで、水中作業部31の操作者が対象物30及び水中作業部31の位置を容易に把握することが可能となる。さらに、この正面視の対象物30の表示において、例えば近部を赤色,遠方を青色として表示し水中作業部31から対象物30までの距離を色相に対応させて表示することにより、さらに容易に対象物30と水中作業部31の位置関係を把握することが可能となる。
Further, when displaying the position information of the underwater working
上述した本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、水中作業部31を船体2から垂下するエンドエフェクタなどである場合について説明したが、水中作業部31はこれらに限られず、例えば船上または陸上から遠隔操作される水中ブルドーザや水中バックホウなどを用いることも可能である。この場合、水中ブルドーザの進行方向と一致するように視点を回転させて映像を表示することにより、操作者が容易に水中ブルドーザの位置を把握し、効率良く水中土木作業を行うことが可能となる。
The ultrasonic underwater
また、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、三次元の座標データを含む三次元測定結果を映像として表示しているので、図7(a)のA−A断面を図7(b)に記載されているように、対象物30の断面形状として二次元表示し、残りの一軸を時間軸として表示することも可能となる。この場合、図7(b)に二点鎖線で示すように施工完了時における対象物30の位置及び形状として目標位置52を表示することにより、対象物30の施工状況を実時間で確認を行うことが可能となる。また、目標位置52は、施工前の対象物30の位置及び形状を表示しても構わない。
Further, since the ultrasonic underwater
さらに、上述した目標位置52の位置に水中作業部31が達したときに、作業情報出力部51aが警報等の作業情報を出力するように構成してもよい。このように、警報等を出力することで、より安全に施工状況の確認を行うことが可能となる。
Furthermore, when the
またさらに、作業情報出力部51aは、図8に示すように、作業情報として対象物30の映像に球状マーカー53を表示させるように構成しても構わない。このような作業情報を出力することで、対象物30がどのような投影面においても球状マーカー53に包含されるように球状マーカー53の直径を調整することで、対象物30の大きさを測定することが可能となり、操作性が向上する。
Furthermore, as shown in FIG. 8, the work
本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、上述したように船体2に設置して使用されるものであるため、船体2の揺動や水中の汚泥等の影響により三次元測定結果には、ノイズが含まれる場合がある。次に、このノイズを除去する方法について説明する。
Since the ultrasonic underwater
図9に示すように、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、対象物30近傍に設置したトランスポンダ等の音響マーカー61a,61b,61cとを有している。この音響マーカー61a,61b,61cは、図9(b)に示すように、例えば、対象物30の頂上に一点と底面に二点といったように配列され、一直線上に並ばないように配列されている。このように、各音響マーカーを一直線上に配列しないのは、後述する累加処理において、各音響マーカー61a,61b,61cの位置関係を明確にするためである。
As shown in FIG. 9, the ultrasonic underwater
この音響マーカー61a,61b,61cが配置された対象物30に対して超音波ビームを送波すると、その反射波による三次元測定結果は、音響マーカー61a,61b,61cの各位置情報を有することとなる。この三次元測定を複数回行って得た各三次元測定結果を処理手段50において、音響マーカー61a,61b,61cの位置情報を基準として各三次元測定結果を加算平均して累加処理を行うと、全ての三次元測定結果に含まれる位置情報を対象物30の位置情報として抽出することができ、残余の位置情報は抑圧されてノイズとして除去することができる。このような累加処理を行うことにより、対象物30の形状をより詳細に把握することができる。ただし、累加処理は、上述したように、複数回の三次元測定を行う必要があるため、実時間による測定を行うことは難しい。従って、累加処理を行う場合を高画質モード、累加処理を行わない場合を通常モードと切替可能とすることで、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1を使用態様に応じて使用することが可能となり、その操作性を格段に向上させることができる。
When an ultrasonic beam is transmitted to the
このように構成された超音波式水中映像取得装置1は、取得した三次元測定結果による映像を任意の視点から表示することができるように、回転自在に表示することができるので、超音波式水中映像取得装置1を定点に固定した状態であっても、対象物30の形状などを確認することができ、効率的に施工状況の確認を行うことができる。
The ultrasonic underwater
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係る超音波式水中映像取得装置は、上述したように、水中土木作業の施工状況の確認のみならず、種々の態様に利用可能である。 As described above, the preferred embodiment of the present invention has been described. However, as described above, the ultrasonic underwater image acquisition device according to the present invention can be used not only for confirming the construction status of underwater civil engineering work but also for various aspects. It is.
例えば、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、漁労における探知機として使用することができる。この場合、表示部51に表示する映像を、魚網の口を見込む方向に回転することで、魚群或いは岩礁等の三次元位置を実時間で把握することが可能となり、作業効率が飛躍的に向上する。
For example, the ultrasonic underwater
また、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、沈底機雷の掃討に使用することができる。従来、鉄製の沈底機雷の有無は、磁気探知により探知する方法が用いられているが、磁気探知による探知では、対象物の形状を把握することができないことから、海底に沈んだ機雷以外の物を探知してしまい、沈底機雷との選別を行うことはできないといった問題があった。そこで、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1を併用することで、探知した対象物の形状を把握することができ、対象物の形状を形態観測することにより沈底機雷の判別が可能となる。この場合、超音波式水中映像取得装置1は、磁気探知機と併用することを考慮して、非磁性材料で構成することで、併用する磁気探知機の磁気探査に影響を与えることなく有効な沈底機雷の探査作業を行うことが可能となる。
Moreover, the ultrasonic underwater
さらに、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、水中移動体の航法支援に用いることができる。本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、上述したように、超音波ビームを使用することから、超音波信号のドップラーシフトによる周波数変化を計測することができる構成を付加することにより、水中移動体である対象物との相対速度を計測することができる。この相対速度を水中移動体の形状と共に表示部51に表示させることで、水中移動体の航法支援に用いることが可能となる。
Furthermore, the ultrasonic underwater
さらにまた、本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、実時間で三次元映像を取得することが可能であるから、水中から警備対象物に接近し、水上に浮上する不審者の保安対策に用いることができる。本実施形態に係る超音波式水中映像取得装置1は、上述したように、超音波ビームを用いて測定を行っているので、水面において、鏡面反射が生じ、水面による鏡面反射偽像が生じる。この鏡面反射偽像は、対象物が水上に浮上すると、対象物と鏡面反射偽像との距離は徐々に接近し、水面に達すると一致する。その後、対象物が上陸すると、鏡面反射偽像は、消滅する。この一連の過程を検知することで、水中から上陸しようとする不審者を検知することができ、保安効率を向上させることができる。
Furthermore, since the ultrasonic underwater
1 超音波式水中映像取得装置、 2 船体、 10 送波器、 11 送波用音響レンズ、 12 グランド電極、 13 ホット電極、 14 駆動信号、 15 圧電素子、 15a,15b 分極軸、 21 超音波ビーム、 22 反射波、 30 対象物、 31 水中作業部、 41 受波音響レンズ、 42 受波検出面、 50 処理手段、 50a 映像処理手段、 51 表示部、 51a 作業情報出力部、 52 目標位置、 53 球状マーカー、 θ 放射角、 d 圧電素子ピッチ、 f 駆動周波数、 λ 波長、 T 信号時間差、 α 視野角。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記送波器から送波された超音波の対象物からの反射波を受波する受波器と、
前記対象物からの反射波の情報を三次元測定結果として処理する処理手段と、
前記三次元測定結果を映像として表示する表示部を備える超音波式水中映像取得装置において、
前記映像を任意の視点から表示することができるように、回転自在に表示することを可能とする映像処理手段を備えることを特徴とする超音波式水中映像取得装置。 A transmitter for transmitting ultrasonic waves having different frequencies in the azimuth direction;
A receiver that receives a reflected wave from an object of ultrasonic waves transmitted from the transmitter; and
Processing means for processing reflected wave information from the object as a three-dimensional measurement result;
In the ultrasonic underwater image acquisition device including a display unit that displays the three-dimensional measurement result as an image,
An ultrasonic underwater image acquisition apparatus, comprising: an image processing means capable of rotating the image so that the image can be displayed from an arbitrary viewpoint.
前記映像が三次元映像として表示されることを特徴とする超音波式水中映像取得装置。 The ultrasonic underwater image acquisition device according to claim 1,
An ultrasonic underwater image acquisition apparatus, wherein the image is displayed as a three-dimensional image.
前記映像は、水中の水深の方向を前記表示部の上下方向として表示することを特徴とする超音波式水中映像取得装置。 The ultrasonic underwater image acquisition device according to claim 2,
The ultrasonic video underwater image acquisition device, wherein the video displays the direction of water depth in water as the vertical direction of the display unit.
前記映像は、一次元を時間軸とする、二次元画像を表示することを特徴とする超音波式水中映像取得装置。 The ultrasonic underwater image acquisition device according to claim 2,
2. The ultrasonic underwater image acquisition apparatus according to claim 1, wherein the image is a two-dimensional image having a one-dimensional time axis.
前記超音波式水中映像取得装置は、水中での作業を行う水中作業部を備え、前記表示部に前記水中作業部の位置情報を表示することを特徴とする超音波式水中映像取得装置。 The ultrasonic underwater image acquisition device according to any one of claims 1 to 4,
The ultrasonic underwater image acquisition device includes an underwater operation unit that performs underwater work, and displays position information of the underwater operation unit on the display unit.
前記超音波式水中映像取得装置は、水中での作業に関連する作業情報を出力する作業情報出力部を備え、
前記表示部に前記作業情報を表示することを特徴とする超音波式水中映像取得装置。 The ultrasonic underwater image acquisition device according to any one of claims 1 to 5,
The ultrasonic underwater image acquisition device includes a work information output unit that outputs work information related to underwater work,
An ultrasonic underwater image acquisition apparatus, wherein the work information is displayed on the display unit.
前記作業情報は、水中の施工対象物の施工前及び施工後の位置及び形状であることを特徴とする超音波式水中映像取得装置。 The ultrasonic underwater image acquisition device according to claim 6,
The said work information is the position and shape before construction of a construction target object under water, and after construction, The ultrasonic type underwater image acquisition apparatus characterized by the above-mentioned.
前記作業情報は、水中の施工対象物の大きさを計測可能とする球状のマーカーを出力することを特徴とする超音波式水中映像取得装置。 The ultrasonic underwater image acquisition device according to claim 6,
The ultrasonic wave underwater image acquisition apparatus characterized in that the work information outputs a spherical marker that enables measurement of the size of a construction object in water.
前記超音波式水中映像取得装置は、水中の施工対象物近傍に設置した3点以上の音響マーカーを備え、
前記音響マーカーの位置情報を基準として前記三次元測定結果の累加処理を行うことで、前記三次元測定結果のノイズを除去することを特徴とする超音波式水中映像取得装置。 The ultrasonic underwater image acquisition device according to claim 6,
The ultrasonic underwater image acquisition device includes three or more acoustic markers installed in the vicinity of an underwater construction target,
An ultrasonic underwater image acquisition apparatus, wherein noise of the three-dimensional measurement result is removed by performing cumulative processing of the three-dimensional measurement result with reference to position information of the acoustic marker.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009147554A JP5911004B2 (en) | 2009-06-22 | 2009-06-22 | Ultrasonic imaging and weighing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009147554A JP5911004B2 (en) | 2009-06-22 | 2009-06-22 | Ultrasonic imaging and weighing method |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011002413A true JP2011002413A (en) | 2011-01-06 |
JP2011002413A5 JP2011002413A5 (en) | 2013-03-14 |
JP5911004B2 JP5911004B2 (en) | 2016-04-27 |
Family
ID=43560468
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009147554A Active JP5911004B2 (en) | 2009-06-22 | 2009-06-22 | Ultrasonic imaging and weighing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5911004B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013029416A (en) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Port & Airport Research Institute | Video acquisition apparatus |
JP2014016292A (en) * | 2012-07-10 | 2014-01-30 | Honmagumi:Kk | Underwater construction device and constructing method of the same |
CN116953711A (en) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 国家深海基地管理中心 | Long time sequence automatic monitoring device and method for underwater target |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5033855A (en) * | 1973-07-25 | 1975-04-01 | ||
JPS6050471A (en) * | 1983-08-31 | 1985-03-20 | Unyusho Kowan Gijutsu Kenkyusho | Ultrasonic detecting and measuring apparatus of constructed surface |
JPS61292081A (en) * | 1985-06-19 | 1986-12-22 | Furuno Electric Co Ltd | Detecting and displaying device |
JPS62206478A (en) * | 1986-03-07 | 1987-09-10 | Hitachi Ltd | Underwater target detection system |
JPH02290577A (en) * | 1989-02-07 | 1990-11-30 | Furuno Electric Co Ltd | Set area display device of detecting device |
JPH10123247A (en) * | 1996-10-17 | 1998-05-15 | Toa Harbor Works Co Ltd | Real-time underwater execution control method |
JPH10132930A (en) * | 1996-10-31 | 1998-05-22 | Nec Corp | Underwater imaging sonar |
JPH11139390A (en) * | 1997-11-10 | 1999-05-25 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Submerged object searching device |
JP2004347319A (en) * | 2003-05-09 | 2004-12-09 | Furuno Electric Co Ltd | Ultrasonic transmitting and receiving apparatus |
-
2009
- 2009-06-22 JP JP2009147554A patent/JP5911004B2/en active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5033855A (en) * | 1973-07-25 | 1975-04-01 | ||
JPS6050471A (en) * | 1983-08-31 | 1985-03-20 | Unyusho Kowan Gijutsu Kenkyusho | Ultrasonic detecting and measuring apparatus of constructed surface |
JPS61292081A (en) * | 1985-06-19 | 1986-12-22 | Furuno Electric Co Ltd | Detecting and displaying device |
JPS62206478A (en) * | 1986-03-07 | 1987-09-10 | Hitachi Ltd | Underwater target detection system |
JPH02290577A (en) * | 1989-02-07 | 1990-11-30 | Furuno Electric Co Ltd | Set area display device of detecting device |
JPH10123247A (en) * | 1996-10-17 | 1998-05-15 | Toa Harbor Works Co Ltd | Real-time underwater execution control method |
JPH10132930A (en) * | 1996-10-31 | 1998-05-22 | Nec Corp | Underwater imaging sonar |
JPH11139390A (en) * | 1997-11-10 | 1999-05-25 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Submerged object searching device |
JP2004347319A (en) * | 2003-05-09 | 2004-12-09 | Furuno Electric Co Ltd | Ultrasonic transmitting and receiving apparatus |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013029416A (en) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Port & Airport Research Institute | Video acquisition apparatus |
JP2014016292A (en) * | 2012-07-10 | 2014-01-30 | Honmagumi:Kk | Underwater construction device and constructing method of the same |
CN116953711A (en) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 国家深海基地管理中心 | Long time sequence automatic monitoring device and method for underwater target |
CN116953711B (en) * | 2023-09-20 | 2023-12-15 | 国家深海基地管理中心 | Long time sequence automatic monitoring device and method for underwater target |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5911004B2 (en) | 2016-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4415192B2 (en) | Riverbed measuring device | |
US7898902B2 (en) | Method of representation of sonar images | |
JP6509873B2 (en) | System and associated method for detecting and locating a neutral buoyant underwater object such as anchored mines | |
Kargl et al. | Acoustic response of unexploded ordnance (UXO) and cylindrical targets | |
US20040027919A1 (en) | Acoustical imaging interferometer for detection of buried underwater objects | |
JP5780218B2 (en) | Underwater construction equipment and its construction method | |
CN104656089B (en) | A kind of sonar sensor | |
US20220171056A1 (en) | Techniques for sonar data processing | |
CA2016373A1 (en) | Subsea subsurface objects anticollision sonar | |
US20210141072A1 (en) | Method of recording sonar data | |
JP2007248293A (en) | Ocean radar device | |
JP5911004B2 (en) | Ultrasonic imaging and weighing method | |
US10359508B2 (en) | System and method for calibration of echo sounding systems and improved seafloor imaging using such systems | |
JP2009264965A (en) | Underwater sailing body and obstacle detection apparatus | |
Rajapan et al. | Importance of underwater acoustic imaging technologies for oceanographic applications–a brief review | |
JPH10123247A (en) | Real-time underwater execution control method | |
Wawrzyniak et al. | Detecting small moving underwater objects using scanning sonar in waterside surveillance and complex security solutions | |
JP5144005B2 (en) | Underwater detector | |
JP7021025B2 (en) | Echo signal processing device, echo signal processing system, and echo signal processing method | |
Sato et al. | Development of the hand held dual sensor ALIS and its evaluation | |
JP2011002413A5 (en) | Ultrasonic imaging and weighing method | |
JP2008076294A (en) | Under-bottom-of-water survey method and instrument | |
Violante | Acoustic remote sensing for seabed archaeology | |
Liu et al. | Research on detection operation of submarine cable inspection robot based on side scan sonar | |
Grelowska et al. | Acoustic imaging of selected areas of gdansk bay with the aid of parametric echosounder and side-scan sonar |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120411 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20120411 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130620 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130820 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131017 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140729 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141002 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20141106 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20150130 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150729 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151019 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160322 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5911004 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |