JP3191804B2 - 音響画像処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音響画像処理装置に関
し、特に水中で音波を放射し、高速で移動する目標物体
からの反射信号を受信して目標物体の正面画像を取得す
る水中音響画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、目標物体の正面画像を取得する水
中音響画像処理装置としては、縦に配列した送信用素子
と、横に配列した受信用素子とを有するものがある。こ
の装置では、水平方向に扇状に広がる送波ビームを垂直
方向にビームシストし、そのシフト方位毎に送信周波数
を変更してＮ回のパルス送信を行っている。こうするこ
とで、垂直方位情報は周波数で判定し、水平方位情報は
受信信号を周波数解析した後各周波数毎に水平マルチビ
ームを構成することで取得して、垂直×水平の正面画像
を構成するのである。

【０００３】次に、図面を参照して説明する。図１２及
び図１３に、従来の正面画像を取得する水中音響画像処
理装置の構成を示す。従来の方式では、図１２（ａ）に
示すように、縦方向（Ｙ軸方向）に配列された送波アレ
イ３０１と、横方向（Ｘ軸方向）に配列された受波アレ
イ３０２とを有している。そして、同図（ｂ）に示すよ
うに、縦に配列された送波アレイ３０１で、垂直方向に
は狭く水平方向には扇状に広がるとビーム３０３を構成
し、垂直方向にＶ回ビームシフトして、夫々のシフト角
で同図（ｃ）に示す送信パルス３０４のように周波数を
ｆ１からｆｖまで変えて送信を行う。一方、同図（ｄ）
に示すように、横に配列された受波アレイで、水平方向
には狭く垂直方向には扇状に広がるビーム３０５を構成
し、受波を行う。

【０００４】次に、図１３に示すように、受波アレイを
構成するＭ個の各受波素子３０６−１〜３０６−Ｍで受
信した信号を増幅器３０７−１〜３０７−Ｍで各々増幅
した後、直交変調回路３０８−１〜３０８−Ｍにて複素
信号に分解する。そして、その信号をＡ／Ｄ変換器３０
９−１〜３０９−Ｍでディジタル信号に変換した後ＦＦ
Ｔ処理部３１０−１〜３１０−Ｍにより各々周波数分解
する。ＦＦＴ処理部３１０−１〜３１０−Ｍにて周波数
分解された信号は、各周波数毎に水平ビーム合成処理部
３１１に入力される。水平ビーム合成処理部３１１の出
力３２０は各周波数毎にＨ本の水平ビームを構成する。
これにより、水平方向はＨ本のビーム、垂直方向はＶ個
の周波数Ｆ１〜ＦＶで構成される正面画像（水平×垂直
＝Ｈ×Ｖ）が得られる。

【０００５】また、ドップラ検出を行う画像処理装置と
しては、特開平８−１０７８９７号公報に開示されてい
るように、医療超音波スキャナにおいてドップラ周波数
変調のかかった目標物体の上面画像すなわちＢモード画
像を取得する装置もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の正面画
像を取得する水中音響画像処理装置では、垂直方向に複
数の周波数で送信している。しかし、目標物体までの距
離とその大きさの関係から、送信した全ての周波数が反
射されてくるとは限らない。したがって、目標物体が移
動し受信信号にドップラ周波数変調がかかった場合、そ
の受信周波数がドップラにより変調されたものなのか、
もともとその周波数で送信したものであるのかを判断す
ることができない。このため、移動する標的を正確な画
像として捕捉することは困難であった。

【０００７】さらにこの従来の方式では、送信周波数が
受信時にドップラ変調されないでそのままの周波数で受
信される必要がある。このため、送受地点から目標物体
までの距離に相当する往復音波伝搬時間以上送信間隔を
離す必要があり、１画面を取得するために要する周期が
長くなるという欠点がある。また、垂直方向にビームシ
フトしながら複数のパルスを送信するため、送信時間が
長く、その分近距離の標的を捕らえることができないと
いう欠点もある。

【０００８】一方、特開平８−１０７８９７号公報では
対象とする画像が上面画像（Ｂモード画像）であり、正
面画像（Ｃモード画像）を得ることはできない。

【０００９】さらに、同公報では目標物体が静止してい
ることを前提としており、移動目標物体の画像を得るこ
とはできない。

【００１０】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的は高速で水中を
移動する目標物体の正面画像を連続して得ることのでき
る音響画像処理装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による音響画像処
理装置は、単一周波数の音波パルスを移動目標物体に対
して出力する送信手段と、この送信手段によって送信さ
れ前記目標物体から反射された音波パルスを受信する平
面アレイ受信手段と、前記平面アレイ受信手段による受
信結果を周波数解析し周波数軸上での信号レベルを検出
する信号レベル検出手段と、前記信号レベル検出手段に
より検出された信号のうちドップラ変調された周波数を
有する信号部分を検出するドップラゲート手段と、前記
ドップラゲート手段の出力を受け前記移動目標物体の正
面画像を出力する画像合成手段とを具備し、前記ドップ
ラゲート手段の出力を受けて、前記送信手段による次の
音波パルスの送信がなされるとともに、前記画面合成手
段による画面合成が行われることを基本構成とする。

【００１２】本発明による音響画像処理装置は、先の基
本構成において、前記画像合成手段の出力を受け、この
出力を前記目標物体の長さに対応する時間ΔＴ｛＝ΔＬ
／（Ｃ／２）；ただし、ΔＬは目標物体の長さ、Ｃは音
速｝の間蓄積処理をして投影画像を形成する投影処理部
を含むことを特徴とする。

【００１３】更に、本発明の音響画像処理装置において
は、前記送信手段の送信間隔ΔＰｉｎｇは、 ΔＰｉｎｇ＝〔ΔＬ＋｛ΔＬ／（Ｃ／２）｝＊Ｖ〕／
（Ｃ／２）＋α （ただし、ΔＬは目標物体の長さ、Ｖは目標物体の速
度、Ｃは音速、αは送信タイミングマージン）で決めら
れる。

【００１４】単パルスの単周波送信とすることで、水中
を移動する目標物体からのドップラ周波数変調のかかっ
た反射波を受信することで、水平方向及び垂直方向のビ
ーム合成を行い目標物体の正面画像を取得することがで
きる。また、送信周波数と、目標物体からの反射波とを
ドップラ変調で区別できるため、送信と受信とを同時に
行うことができる。そして、ドップラ検出により目標物
体の速度を検出できるため、２ピング分の反射波が一つ
の画像に重畳されない最短の送信間隔を算出すること
で、短時間間隔で目標物体の正面画像を取得することが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１６】図２は本発明による音響画像処理装置の実
施の一形態を示すブロック図の一部分である。同図に示
されているように、本装置は、ＰＣＷ（Ｐａｌｓｅ Ｃ
ｏｎｔｉｎｕａｎｃｅ Ｗａｖｅ）源信号を出力する発
振器１０２と、この出力信号を増幅する増幅器１０３
と、この増幅された信号を水中に送波する送波アレイ１
０４とを含んで構成されている。送波アレイ１０４から
放射される音波は、水平ビーム幅θＨ，垂直ビーム幅θ
Ｖである。

【００１７】また本装置は、Ｎ個×Ｍ個の受波素子から
なる平面受波アレイ１１０と、この出力１１１を増幅す
る増幅器１１２と、この出力について直交変調処理を行
う直交変調処理部１１３と、この出力をディジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換器１１４と、この変換後のディジ
タル信号についてＦＦＴ（Ｆａｓｔ ＦｏｕｒｉｅｒＴ
ｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行うＦＦＴ処理部１１５と、
このＦＦＴ処理後の信号中の目標物体からの反射波を検
出するドップラゲート処理部１１６とを含んで構成され
ている。ドップラゲート処理部１１６の出力は、後述す
るように、水平及び垂直のマルチビーム合成処理後、時
間方向に画素値を投影し、さらに輝度階調値に変換され
る。こうすることにより、目標物体の正面画像が得られ
るのである。

【００１８】さらにまた本装置は、ドップラゲート処理
部１１６の出力を基に目標物体の移動速度を算出する的
速検出処理部１３０と、ドップラゲート処理部１１６の
出力及び的速検出処理部１３０の出力に基づいて送波ア
レイ１０４から放射される音波の送信間隔を制御する送
信間隔制御処理部１０１とを含んで構成されている。

【００１９】かかる構成において、発振器１０２でＰＣ
Ｗ源信号を発生し、増幅器１０３にて所望レベルに増幅
後、送波アレイ１０４にて水平ビーム幅θＨ、垂直ビー
ム幅θＶで水中に音波を放射する。送波された音波は、
図示せぬ目標物体から反射され、平面受波アレイ１１０
において、Ｎ個×Ｍ個（垂直×水平）の受波素子で受信
される。そして、それぞれ増幅器１１２をとおり、直交
変調処理部１１３にて複素分解され、その後Ａ／Ｄ変換
器１１４でディジタルデータに変換される。ディジタル
データに変換されたＮ×Ｍ個の受信信号はそれぞれＦＥ
Ｔ処理部１１５で周波数分析された後、ドップラゲート
処理部１１６で目標物体からの反射波が検出される。ド
ップラゲート部１１６の出力は、Ｎ×Ｍ個の目標物体か
らの反射信号ｄａｔａ［ｉ］［ｊ］（ｉ＝１〜Ｎ，ｊ＝
１〜Ｍ）であり、水平マルチビーム合成処理部１１７に
渡される。水平マルチビーム合成処理部１１７では、図
３に示すように水平方向のデータ（例えばｄａｔａ
［１］［１］〜ｄａｔａ［１］［Ｍ］）をビーム合成
し、水平方向にＨ本のマルチビームを得る。この時点で
のデータは、垂直方向にはＮ素子分、水平方向にはそれ
ぞれＨ本のマルチビームで構成されており、Ｂｅａｍ
［Ｉ］［ｊ］（Ｉ＝１〜Ｈ，ｊ＝１〜Ｎ）となる。

【００２０】次に、垂直マルチビーム合成処理部１１８
では垂直方向のデータ（例えばＢｅａｍ［１］［１］〜
Ｂｅａｍ［１］［Ｎ］）をビーム合成し、垂直方向にＶ
本のマルチビームを得る。こうすることで、最終的に水
平方向にＨ本のマルチビーム、垂直方向にＶ本のマルチ
ビームで構成される正面画像画素値１１９を取得する。
これは、同図に示されているように、Ｂｅａｍ´［Ｉ］
［Ｊ］（Ｉ＝１〜Ｈ，Ｊ＝１〜Ｖ）となる。

【００２１】次に、時間方向画素値投影処理部１２０に
て、予め設定された目標物体の長さ分だけ、時間方向に
画素値を投影する。このようにして取得した正面画像の
画素値は輝度変換処理１２１にて輝度階調値に変換さ
れ、濃淡表示を行って水中を移動する目標物体の正面画
像が表示部１２２に表示される。

【００２２】また、図２において、ドップラゲート処理
部１１６の出力は、的速検出処理部１３０にも入力され
る。ここでは、送信周波数と検出されたドップラ周波数
との変位量から、目標物体の速度が算出される。次に、
送信間隔制御処理部１０１において、予め設定された目
標物体の長さと的速検出処理部１３０で取得した速度と
から、複数のピング（Ｐｉｎｇ）の反射波が１つの投影
正面画像内に重畳されない最短の送信周期の値が算出さ
れる。これにより、２ピング目以降の送信タイミングを
決定する。

【００２３】なお、ここで「ピング」とはアクティブソ
ーナの送信のことを意味する。

【００２４】次に図１及び図４〜図１１を参照し、本装
置のより具体的に動作を説明する。図１において、図２
及び図３と同等部分は同一符号により示されている。

【００２５】図１に示されているように、長さＬの目標
物体２０１が速度Ｖで近付いてくる場合、まず発振器２
０４において周波数ｆ０のＰＣＷ源信号を発生させ、増
幅器２０３にて増幅後、送波アレイから１ピング目が水
中に送波される。水中に送波された音波は、目標物体２
０１に当たり反射されて平面受波アレイ１１０にてドッ
プラ変調のかかった信号（周波数ｆＶ）としてＮ×Ｍ個
の受波素子夫々で受信される。

【００２６】受信された信号１１１は、まず増幅器１１
２において所望の信号処理レベルに増幅された後、直交
変調部１１３にて局発周波数ｆＬで帯域変換されると共
に、複素数に分解される。その後、Ａ／Ｄ変換器１１４
においてディジタル信号に変換され、ＦＦＴ処理部１１
５に入力されて周波数分析される。

【００２７】このＦＦＴ処理部１１５では、時間軸上の
波形を周波数軸上の波形に変換する処理が行われる。つ
まり、図４（ａ）に示されている横軸が入力信号の波形
を有するｄａｔａ［Ｎ］（周波数ｆ０）を、同図（ｂ）
に示されているように横軸が周波数［ＢＩＮ］である波
形に変換するのである。この波形が図５に示されてい
る。

【００２８】次に、ドップラゲート処理部１１６では、
ＦＦＴ処理部１１５による周波数分析結果から送信信号
の漏れ込みであるｆ０−ｆＬ以外の周波数における最大
レベルとなる周波数ｆＶ−ｆＬを検出する。すなわち図
５において、周波数ｆ０−ｆＬの部分は送信信号の漏れ
込みであるので、この部分を除いた他の部分において、
そのレベルが一定の閾値ＤＴを越えている信号（周波数
ｆＶ−ｆＬ）を検出するのである。また、閾値ＤＴを越
えている部分が複数箇所存在する場合には、そのうちの
最大レベルとになっている信号を検出する。このように
検出された信号は、目標物体２０１からの反射信号と判
断され、ドップラゲート処理部１１６から出力される。
要するに、ドップラゲート処理部１１６は、周波数ｆ０
−ｆＬを除いたものを処理対象とするため、ノッチフィ
ルタとしての機能を有する。

【００２９】ところで、目標物体２０１からの入力信号
は、ドップラ変調がかかっており、その周波数は直交変
調処理部１１３による直交変調前においてｆＶである。
そして、直交変更処理部１１３による周波数解析時は帯
域変換される結果、周波数はｆＶ−ｆＬとなっている。
したがって、信号対雑音比Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ
Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）及び信号対残響比Ｓ／Ｒ
（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏＲｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ ｒ
ａｔｉｏ）が十分確保されているものとすれば、ドップ
ラゲート処理部１１６では、ｆＶ−ｆＬの周波数ビンが
出力される。なお周波数ビンとは、ＦＦＴ処理によって
出力される周波数スペクトル番号のことである。ＦＦＴ
処理のポイント数をＫ、サンプリング周波数をｆｓとす
ると、周波数＝ビン番号×（ｆｓ／Ｋ）となる。

【００３０】ここで、送信開始後１ピング目の場合は、
ゲートが立った時点（ある閾値を越える信号が検出され
ることによって、目標物体からの反射波を検出したと判
断された時点）で、直ちに送信間隔制御処理部１０１に
対して割込みを発生し、２ピング目の送信を開始する。
それと並行して、ドップラゲート処理部１１６の出力に
ついて、垂直素子方向にＮ回、水平マルチビーム合成処
理を行う。これにより、水平方向にＨ本ずつのマルチビ
ームが構成される。

【００３１】このマルチビームを概念図で示すと図６
（ａ）のようになる。すなわち、同図を参照すると、合
成後のビームは水平方向にＨ本存在し、かつ、そのＨ本
のビームがＮ個存在する。この時点で目標物体２０１の
水平方向の広がりが捕らえられる。

【００３２】さらに図７をも参照し、水平マルチビーム
合成処理について説明する。図７（ａ）に示されている
ように水平方向に配列されたＭ個の受波素子が設けられ
ている場合、水平マルチビーム合成処理は、これらＭ個
の受波素子で受信した受信データの位相を所望方位にそ
ろえることで、ビーム（指向性）を構成するのである。
この場合、同図（ｂ）に示されているように、受波信号
Ｙの到来方向をθとすると、整相面８０に対して各受波
素子で受信したデータには位相遅延量８１が生じる。こ
のため、各受波素子で受信したデータの位相を整相面８
０にそろえることによってθ方向からの受信信号を捕ら
えることができるのである。

【００３３】ここで、各受波素子による受信データをｄ
ａｔａ［ｉ］（ｉ＝１〜Ｍ）とし、各受波素子の配列位
置と周波数及び整相面の角度とから決定される位相遅延
量をｐｈａｓｅ［ｉ］（ｉ＝１〜Ｍ）とすると、１つの
ビームは次の式（１）によって得られる。 Ｂｅａｍ（θ）＝Σｄａｔａ［ｉ］＊Ｐｈａｓｅ［ｉ］…（１） なお、式（１）において、Σはｉ＝１〜Ｍまでの合計を
示すものとする。

【００３４】この式（１）を用い、整相面を変えて様々
な方位のビームを得ることによって、マルチビームが得
られる。ここでは、同図（ｃ）に示されているように、
Ｈ本のビームからなるマルチビームを得ている。

【００３５】次に、垂直方向の広がりを捕らえるため
に、水平方位ビーム方向にＨ回、垂直マルチビーム合成
処理を行う。これにより、垂直方向にＶ本ずつのマルチ
ビームが構成される。

【００３６】このマルチビームを概念図で示すと図６
（ｂ）のようになる。すなわち、同図を参照すると、合
成後のビームは垂直方向にＶ本存在する。この垂直マル
チビーム合成処理は、上述した水平マルチビーム合成処
理と同様に、整相面を変えて様々な方位のビームを得る
ものである。

【００３７】ここで、水平素子数と水平ビーム数との関
係について説明する。１本のビームを合成する受波素子
データ数がＭであるので、ビーム合成は次の式（２）の
ように行われる。 Ｂｅａｍ［Ｈ］＝Σｄａｔａ［ｉ］＊Ｐｈａｓｅ［ｉ］［Ｈ］…（２） つまり、位相遅延係数Ｐｈａｓｅ［Ｈ］でビーム方位が
決定され、Ｈ本の所望方位に向けたビームが構成される
のである。なお、式（２）において、Σはｉ＝１〜Ｍま
での合計を示すものとする。

【００３８】同様に、垂直素子数と垂直ビーム数との関
係は以下のようになる。すなわち、１本のビームを合成
する受波素子データ数がＮであるので、ビーム合成は次
の式（３）のように行われる。 Ｂｅａｍ´［Ｖ］＝Σｄａｔａ［ｊ］＊Ｐｈａｓｅ［Ｊ］［Ｖ］…（３） つまり、位相遅延係数Ｐｈａｓｅ［Ｖ］でビーム方位が
決定され、Ｖ本の所望方位に向けたビームが構成される
のである。なお、式（２）において、ΣはＪ＝１〜Ｈま
での合計を示すものとする。

【００３９】要するに、受波素子データ数はもともと受
波素子数分存在し、ｄａｔａ［ｉ］［ｊ］（ｉ＝１〜
Ｍ，ｊ＝１〜Ｎ）である。このデータｄａｔａ［ｉ］
［ｊ］について水平マルチビーム合成処理をＮ回行うと
「Ｍ」が「Ｈ」になり、Ｂｅａｍ［Ｉ］［ｊ］（Ｉ＝１
〜Ｈ，ｊ＝１〜Ｎ）となる。このデータＢｅａｍ［Ｉ］
［ｊ］について垂直マルチビーム合成処理をＨ回行うと
「Ｎ」が「Ｖ」になり、Ｂｅａｍ´［Ｉ］［Ｊ］（Ｉ＝
１〜Ｈ，Ｊ＝１〜Ｖ）となる。これにより、あるサンプ
ル時間における一枚の正面画像（Ｈ×Ｖ）を取得できる
のである。

【００４０】さらに、目標物体の長さ方向の情報を正面
画像に反映するために、距離方向に少なくとも目標物体
２０１の長さＬに相当する音波伝搬時間ΔＴ相当分の正
面画像を時間方向投影処理部１２０において蓄積する。
この蓄積した画像を、輝度変換処理部１２１で輝度変換
して表示部１２２に表示する。

【００４１】以上の時間方向投影処理部１２０及び輝度
変換処理部１２１における動作が図８に示されている。
同図（ａ）に示されているように、目標物体２０１の長
さＬに相当する音波伝搬時間ΔＴ相当分の正面画像が時
間方向投影処理部１２０に蓄積される。

【００４２】ここで、正面画像（Ｃモード画像）の奥行
き方向は経過時間に相当する。したがって、上面図が図
９（ａ）、側面図が同図（ｂ）のようになり、奥行き方
向に長さのある物体をＣモード画像で見る場合、奥行き
方向に画像を投影して１枚のＣモード画像を取得する。
つまり、同図（ｃ）のように、送受地点９からＣモード
の視線Ｓの方向に見ると、斜線で示されている目標物体
に対して時間ｔ方向に画像を投影することになる。この
時間方向投影処理によれば、同図（ｄ）に示されている
ようなＣモード画像が得られ、目標物体の突起部分をも
捕らえることができるのである。

【００４３】図８に戻り、輝度変換処理部１２１は、画
像を構成する各画素の画素値レベル（音圧レベル）を画
像としてディスプレイ上に表示する場合に、複数階調の
濃淡表示を行う。例えば、１２８階調の場合には、各画
素の画素値レベルを「０」〜「１２７」の整数値に変換
する。このとき「０」〜「１２７」は、夫々がカラーマ
ップのテーブルと対応し、例えば「０」が一番暗く、数
字が高くなる程明るくなるような輝度を示す。このよう
に画像を構成する各画素（Ｈ×Ｖ）の画素値レベルを整
数値に変換した状態が同図（ｂ）に示されている。この
整数値に変換した画素値レベルを表示すると、同図
（ｃ）に示されているようになる。

【００４４】なお、時間方向投影処理部１２０と輝度変
換処理部１２１との位置を入れ替えて、両処理部による
処理の順序を逆にしても良い。

【００４５】３ピング目以降の送信は以下のようにして
行われる。すなわち、ドップラゲート処理によって得た
周波数と送信周波数との差異から的速検出処理部１３０
において目標速度を算出する。

【００４６】この目標速度の算出方法について説明す
る。通常、水中を移動する目標物体からの反射波はドッ
プラ効果によって周波数変調されている。アクティブソ
ーナにおいては、送信信号の周波数が既知であるため、
受信信号（反射波）を周波数解析すれば、ドップラ効果
による周波数変調量を検出することができる。

【００４７】ここで、ドップラ効果による周波数変調量
をΔｆ、送信信号の周波数をｆ０、目標物体の移動速度
をＶ０、音速をＣ（１５００［ｍ／ｓ］）とすると、 ｆ０＋Δｆ＝｛（Ｃ＋Ｖ０）／（Ｃ−Ｖ０）｝×ｆ０…（４） という関係がある。したがって、式（４）を変形するこ
とにより、目標物体の移動速度Ｖ０は、次の式（５）に
よって得られる。

【００４８】 Ｖ０＝ΔｆＣ／（２ｆ０＋Δｆ）…（５） 以上のよう
に、的速検出処理部１３０は、目標物体の移動速度を検
出するのである。

【００４９】さらに送信間隔制御処理部１０１において
は、的速検出処理部１３０で検出した速度と目標物体２
０１の長さとから送信間隔を決定する。そして、この決
定した送信間隔にしたがって３ピング目以降の送信が行
われる。

【００５０】送信間隔は、送信間隔制御処理部１０１に
おいて、次の式（６）によって算出される。

【００５１】 ΔＰｉｎｇ＝〔ΔＬ＋｛ΔＬ／（Ｃ／２）｝＊Ｖ〕／（Ｃ／２）＋α…（６） なお、式（６）において、ΔＬは目標物体の長さ、Ｖは
目標物体の速度、Ｃは音速、αは送信タイミングマージ
ンである。全ての処理を完全にリアルタイムを行えるプ
ロセッサを有するシステムがあれば、マージンαは零で
も良いことになる。しかし、実際には処理による遅延が
必ず生じるので、その遅延を吸収するためにマージンα
を加えている。したがって、処理を行うプロセッサの能
力や処理量によってαの値を決定することになる。

【００５２】次に、図１０を参照して送信タイミングと
処理のタイミングとの関係を説明する。同図には、送信
タイミング２５０，ドップラゲート処理タイミング２５
１，時間方向投影処理タイミング２５２及び画像表示タ
イミング２５３の各波形が示されている。なお、同図中
の各波形において、同一の丸数字〜が付されている
部分は同一のピングによる部分であるものとする。

【００５３】同図に示されているように、１ピング目
（）が送信された後、目標物体からの反射波が受信さ
れ、時間Ｌ経過してドップラゲート処理部１１６でゲ
ートが立った時点（ドップラゲート処理タイミング２５
１の波形がローレベルからハイレベルに遷移したタイミ
ング）で直ちに２ピング目（）が送信される。それと
同時に、時間方向投影処理部１２０においては、画素値
の時間方向の投影処理が開始される。この場合、物体長
に相当する時間ΔＴ（ΔＴはΔＬ／（Ｃ／２））の間、
時間方向に正面画像が投影され、投影終了後、１ピング
目の正面画像として画像表示される。これが画像表示タ
イミング２５３の波形中の時刻である。

【００５４】また、１ピング目のドップラゲート情報を
用いて的速検出処理部１３０では、その時点での目標速
度を算出し、さらに送信間隔制御処理部１０１で２ピン
グ目（）と３ピング目（）との送信間隔を上記の式
（６）によって算出する。

【００５５】以降の３ピング目（），４ピング目
（）及び５ピング目（）の各送信間隔は、前述の処
理を繰返して行われ、各ピング毎に決定されることにな
る。したがって、２ピング目（）が送信されて時間Ｌ
経過するとドップラゲート処理タイミング２５１の波
形がローレベルからハイレベルに遷移し、時間投影処理
の後、画像表示される。同様に、３ピング目（）が
送信されて時間Ｌ経過するとドップラゲート処理タイ
ミング２５１の波形がローレベルからハイレベルに遷移
し、時間投影処理の後、画像表示される。４ピング目
（）及び５ピング目（）についても同様である。

【００５６】ここで、式（６）より、送信間隔は（画像
投影処理に要する時間に相当する距離＋投影時間内に目
標物体が移動する距離）を音速で除算した値に余裕時間
αを加算した値になる。

【００５７】以上のように送信間隔を設定することによ
って、１つの投影正面画像内に２つ以上のピングにまた
がる反射波が重畳されることはなく、目標物体の正確な
正面画像を取得できる。

【００５８】ここで、目標物体が高速で近付いてくる場
合、送信間隔が短いと、反射波同士が重なりあうことが
ある。例えば、送信してから反射波が戻ってくるまでの
時間が、１ピング目の場合よりも２ピング目の場合のほ
うが短いと、１ピング目の送信によるエコーと２ピング
目の送信によるエコーとが重なる危険がある。

【００５９】すなわち、図１１に示されているように送
信してから反射波が戻ってくるまでの時間が、１ピング
目（）の場合にΔＴで、２ピング目（）の場合にΔ
Ｔ´であるとき、１ピング目の送信によるエコー´と
２ピング目の送信によるエコー´とが重なってしま
う。

【００６０】これに対し、上述したように各ピングの送
信間隔を調整すれば、重なる危険がなくなるのである。
このように本装置によれば、送信時間間隔を制御できる
ので、高速で近付いてくる目標物体についても、正面画
像を得ることができるのである。

【００６１】以上のように本発明では、単パルスの単周
波送信とすることで、水中を移動する目標物体からのド
ップラ周波数変調のかかった反射波を検出することがで
き、さらに平面アレイで反射波を受信して水平方向及び
垂直方向のビーム合成を行うことにより、目標物体の正
面画像を取得することができるのである。

【００６２】また、互いに独立した送波系と受波系とを
設け、目標物体に音波が到達するまでの往復音波伝搬時
間よりも短い周期で送信を行い、送波中でも絶えず受信
を行って受信信号に重畳される送信周波数とドップラ変
調のかかった反射波を分離することで、水中を移動する
目標物体の正面画像を短い周期で連続的に取得できるの
である。

【００６３】さらに、目標物体の移動速度に応じて送信
周期を設定することにより、１つの出力画像内に２ピン
グにわたって情報が重なることはなく、正確な目標物体
の正面画像を取得できるのである。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、単一周波
数の音波パルスを所定周期で出力し、目標物体から反射
された音波パルスを平面アレイで受信した結果を合成す
ることにより、目標物体が高速で移動する場合でもその
正面画像を得ることができるいう効果がある。また、音
波パルスの出力周期を、自装置から目標物体までの距離
を測定した結果に応じて設定することにより、反射波同
士が重なることがなく、移動する目標物体の正面画像を
短い周期で連続して取得できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態による音響画像処理装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】図１の音響画像処理装置による処理の一部分を
示す図である。

【図３】図１の音響画像処理装置による処理の他の部分
を示す図である。

【図４】（ａ）はＦＦＴ処理前の波形を示す図、（ｂ）
はＦＦＴ処理後の波形を示す図である。

【図５】ドップラゲート処理を示す図である。

【図６】（ａ）は水平マルチビームを示す図、（ｂ）は
垂直マルチビームを示す図である。

【図７】（ａ）は受波素子の配列を示す図、（ｂ）は受
波信号の到来方向と整相面との関係を示す図、（ｃ）は
水平マルチビームを示す図である。

【図８】（ａ）は時間方向投影処理を示す図、（ｂ）は
輝度変換処理を示す図、（ｃ）は表示画面の表示内容を
示す図である。

【図９】（ａ）は目標物体の上面図、（ｂ）は目標物体
の側面図、（ｃ）は目標物体に対する時間方向投影処理
を示す図、（ｄ）は表示画面の表示内容を示す図であ
る。

【図１０】図１の装置における送信タイミングと処理タ
イミングとの関係を示す図である。

【図１１】送信タイミングと反射波との関係を示す図で
ある。

【図１２】従来の音響画像処理装置における送受信処理
を示す図である。

【図１３】従来の音響画像処理装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１０１ 送信間隔制御処理部 １０２ 発振器 １０３，１１２ 増幅器 １０４ 送波アレイ １１０ 平面受波アレイ １１３ 直交変調処理部 １１４ Ａ／Ｄ変換処理部 １１５ ＦＦＴ処理部 １１６ ドップラゲート処理都 １１７ 水平マルチビーム合成処理部 １１８ 垂直マルチビーム合成処理部 １２０ 時間方向投影処理部 １２１ 輝度変換処理部 １２２ 表示部 １３０ 的速検出処理部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 3/80 - 3/86 G01S 5/18 - 5/30 G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一周波数の音波パルスを移動目標物体
   に対して出力する送信手段と、この送信手段によって送
   信され前記目標物体から反射された音波パルスを受信す
   る平面アレイ受信手段と、前記平面アレイ受信手段によ
   る受信結果を周波数解析し周波数軸上での信号レベルを
   検出する信号レベル検出手段と、前記信号レベル検出手
   段により検出された信号のうちドップラ変調された周波
   数を有する信号部分を検出するドップラゲート手段と、
   前記ドップラゲート手段の出力を受け前記移動目標物体
   の正面画像を出力する画像合成手段とを具備し、前記ド
   ップラゲート手段の出力を受けて、前記送信手段による
   次の音波パルスの送信がなされるとともに、前記画面合
   成手段による画面合成が行われる音響画像処理装置にお
   いて、 前記画像合成手段の出力を受け、この出力を前記目標物
   体の長さに対応する時間だけ蓄積処理をして投影画像を
   形成する投影処理部を具備することを特徴とする音響画
   像処理装置。
2. 【請求項２】 前記目標物体の長さに対応する時間ΔＴ
   は、 ΔＴ＝ΔＬ／（Ｃ／２） ただし、ΔＬは目標物体の長さ、Ｃは音速、であること
   を特徴とする請求項１記載の音響画像処理装置。
3. 【請求項３】 前記画面合成手段による画面合成が行わ
   れた後、前記送信手段の送信を目標物体からの反射波が
   戻る前に行うことを特徴とする請求項１又は２記載の記
   載の音響画像処理装置。
4. 【請求項４】 前記画面合成手段による画面合成が行わ
   れた後の前記送信手段の送信間隔ΔＰｉｎｇは、 ΔＰｉｎｇ＝〔ΔＬ＋｛ΔＬ／（Ｃ／２）｝＊Ｖ〕／（Ｃ／２）＋α ただし、ΔＬは目標物体の長さ、Ｖは目標物体の速度、
   Ｃは音速、αは送信タイミングマージンで決められるこ
   とを特徴とする請求項３の記載の音響画像処理装置。