JP3236532B2

JP3236532B2 - 領域抽出方法及び探査装置

Info

Publication number: JP3236532B2
Application number: JP15834997A
Authority: JP
Inventors: 秀樹早川; 雅樹岸
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 2001-12-10
Anticipated expiration: 2017-06-16
Also published as: JPH116877A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】電磁波または音波による波動
信号を媒質中へ放射し、媒質中に存在する物体からの反
射信号を受信して、前記媒質中に存在する物体の位置を
探査する探査装置において、その探査能の限界を導出す
る方法として特願平８−１９７３５７が、本願の発明者
らによって提案されている。

【０００２】

【従来の技術】上述した従来技術では、探査領域内にお
いて土質などが水平方向に均一であることを予定してい
る。しかしながら、このような探査装置は、図１２
（イ）（ロ）に示すように、探査領域が必ずしも一様で
ない領域を対象とする場合もある。図１２（イ）に示す
例は、領域の右半分と左半分とで、表面近傍の状態が異
なっている場合の例であり、表面付近に存するアスファ
ルト層１２０及び砕石層１２１の厚みが左右で異なる。
一方、図１２（ロ）は、領域の右端部及び左端部に特殊
な条件が重なっている場合の例であり、同領域の左端に
は側壁１２２が存在し、右端には空洞１２３が存在す
る。これらの領域に対して得られる２次元画像データ
を、図８（イ）及び図１１（イ）に示した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような探査装置
は、探査領域が必ずしも一様でない領域及び、特殊な条
件が付加されている領域を対象とする必要があるが、こ
のような場合に、領域全体を均一な領域と見なして処理
を進めることは問題がある。即ち、先に説明したよう
に、表面状態が異なる場合、埋め戻しなどで土質が水平
方向で大きく違う場合、道路の端の側壁による反射信号
がある場合、また空洞などにより電波が多重反射を起こ
している場合には、従来のように、探査領域全体を均一
な領域と見なして処理をおこなうと、探査能力の限界が
正確に導出されない。従って、本発明はこのような従来
技術の問題点を解決するために、探査領域中にあって、
均一な領域と見なせる領域を合理的に得て、正確な探査
能力の限界を導出しようとするものであり、さらに具体
的には、土質などが水平方向に均一と見なせる領域を的
確に導出することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの、媒質の表面を移動しながら、電磁波または音波に
よる波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質中に存在
する物体からの反射信号を受信する送受信工程と、受信
信号強度ｓに対する前記媒質表面上の移動距離ｘと反射
時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データｓ
（ｘ，ｔ）を生成する２次元画像データ生成工程とを順
次実行し、前記媒質中に存在する物体の位置を探査する
探査方法における領域抽出方法の特徴手段は、以下のと
おりである。即ち、上記の２次元画像データ生成工程で
生成された２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）に対して、移
動距離ｘ毎に、各画像データの反射時間ｔ方向の各受信
信号強度を所定の計算により処理して移動距離代表強度
Ｓ（ｘ）_tを求め、反射時間ｔ方向に一様化するｘ方向
１次元化工程と、このｘ方向１次元化工程で求まった移
動距離代表強度Ｓ（ｘ）_tが設定した強度の閾値範囲内
である領域を前記２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）から抽
出する範囲抽出工程を備えたことにある。この特徴手段
によれば、先ず、２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）に対し
て移動距離代表強度Ｓ（ｘ）_tが求められる。この処理
は、移動距離ｘ毎に、各画像データの反射時間ｔ方向の
各受信信号強度を所定の計算により処理して移動距離代
表強度Ｓ（ｘ）_tを求め、この値で、各移動距離ｘの位
置の画像データを代表するものである。即ち、ｔ方向で
一様化が終了している。そして、この移動距離代表強度
Ｓ（ｘ）_tが閾値範囲内にある範囲（実質上はｘの範
囲）が、範囲抽出工程で、２次元画像データｓ（ｘ，
ｔ）から抽出される。即ち、移動距離代表強度Ｓ（ｘ）
_tが所定の範囲内にある領域は、この範囲で均一と見な
せ、この手法により、ｘ軸方向で均一な領域を抽出する
ことができる。結果、探査によって得られた前記２次元
画像データをｔ方向に一様化した移動距離代表強度Ｓ
（ｘ）_tを用いることで、土質などが水平方向に均一な
領域を抽出するのに処理するデータ量が大幅に圧縮でき
る。このような処理をおこなう探査装置は、以下のよう
に構築することができる。即ち、媒質の表面を移動しな
がら、電磁波または音波による波動信号を前記媒質中へ
放射し、前記媒質中に存在する物体からの反射信号を受
信する送受信機と、受信信号強度ｓに対する前記媒質表
面上の移動距離ｘと反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする
２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）を生成する２次元画像デ
ータ生成手段とを備え、前記２次元画像データｓ（ｘ，
ｔ）から前記媒質中に存在する物体の位置を探査する探
査装置を構成するに、前記２次元画像データ生成手段で
生成された前記２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）に対し
て、移動距離ｘ毎に、前記各画像データの反射時間ｔ方
向の前記各受信信号強度を所定の計算により処理し移動
距離代表強度Ｓ（ｘ）_tを求め、反射時間ｔ方向に一様
化するｘ方向１次元化手段と、このｘ方向１次元化手段
で求めた前記移動距離代表強度Ｓ（ｘ）_tが設定した強
度閾値範囲内である領域を、前記２次元画像データｓ
（ｘ，ｔ）から抽出する範囲抽出手段を備えるのであ
る。このように構築すると、２次元画像データ生成手段
により、２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）が生成され、こ
の２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）からｘ方向１次元化手
段により移動距離代表強度Ｓ（ｘ）_tが求められ、この
分布と強度閾値の比較による範囲抽出手段により所定の
領域を抽出することができる。

【０００５】上記のｘ方向１次元化工程において、前記
移動距離代表強度Ｓ（ｘ）_tの算出を、移動距離ｘ毎
に、前記各画像データｓ（ｘ，ｔ）の反射時間ｔ方向の
前記各受信信号強度の２乗平均値または２乗メジアン値
を求めることによりおこなうことが好ましい。このよう
にすると、２次元画像データから移動距離代表強度を生
成するｘ方向１次元化工程または手段が、容易に構成で
きる。この手法を取る場合、探査装置に於ける前記ｘ方
向１次元化手段を構成するに、前記移動距離代表強度Ｓ
（ｘ）_tの算出を、移動距離ｘ毎に、前記各画像データ
ｓ（ｘ，ｔ）の反射時間ｔ方向の前記各受信信号強度の
２乗平均値または２乗メジアン値として求める構成とし
ておくことで、実施できる。

【０００６】さらに、前記範囲抽出工程において、別途
指定した指定移動距離ｘ１の前記移動距離代表強度Ｓ
（ｘ１）_tを基準に強度の閾値範囲を設定することが好
ましい。この構成によれば、探査したい位置（例えば指
定移動距離ｘ１）を中心に、土質などが水平方向に均一
な領域を容易に抽出することができる。

【０００７】さらに、前記範囲抽出工程において、前記
移動距離代表強度の平均値を基準に強度の閾値範囲を設
定することが好ましい。この構成によれば、移動距離代
表強度の平均値を基準に強度の閾値範囲を設定するた
め、土質の違いや探査装置の増幅回路の利得設定の違い
により前記移動距離代表強度の値が相対的に変化して
も、土質などが水平方向に均一な領域を容易に抽出する
ことができる。

【０００８】さらに、前記範囲抽出工程において、別途
指定した指定移動距離ｘ１の近傍のみ（ｘ１±ａ）の前
記移動距離代表強度の平均値を基準に強度の閾値範囲を
設定することが好ましい。この構成によれば、探査した
い位置の移動距離ｘの近傍（ｘ１±ａ）の平均強度を基
準に強度の閾値範囲を設定するため、探査したい位置近
傍を中心に、土質などが水平方向に均一な領域を容易に
かつ精度よく抽出することができる。

【０００９】さらに、前記範囲抽出工程において、設定
した強度の許容値範囲内に存する前記移動距離代表強度
の平均値を基準に強度の閾値範囲を設定することが好ま
しい。一般に正常なデータが得られる場合の信号強度の
範囲と、側壁、空洞等の影響により、他の要素が重なっ
ている場合の信号強度の範囲とは、その値に差がでるこ
とが判明している。従って、一例として、このような正
常データの許容値範囲を予め設定しておき、この範囲内
にあるデータを利用して、有意な均一領域を抽出するこ
とができる。即ち、この構成によれば、道路の端の側壁
による反射信号が生じている箇所や、空洞などにより電
波が多重反射を起こしている箇所などの強度を許容値に
より除くことによって、土質などが水平方向に均一な領
域を容易にかつ精度良く抽出することができる。以上の
ようにして強度閾値を設定して所定の領域の抽出をおこ
なうことができるのであるが、この場合、装置的には、
前記範囲抽出手段が、前記ｘ方向１次元化手段によって
求まった前記移動距離代表強度に基づいて強度閾値範囲
を設定し、領域を抽出する構成とすることで、上記の方
法を装置的に実現できる。さらに、前記各工程で得られ
る少なくとも一つの前記移動距離代表強度に対してｘ方
向のスムージング処理を施し、スムージング処理前の原
移動距離代表強度と置換することが好ましい。この構成
によれば、滑らかな変化の移動距離代表強度が得られ、
精度良く土質などが水平方向に均一な領域を容易に抽出
することができる。

【００１０】さらに、前記ｘ方向１次元化工程におい
て、工程の先頭部分に、前記２次元画像データ生成工程
で生成された前記２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）に対し
て、反射時間ｔ毎に、前記各画像データの移動距離ｘ方
向の前記各受信信号強度を所定の計算により処理して反
射時間代表強度Ｓ（ｔ）_xを求め、移動距離ｘ方向に一
様化するｔ方向１次元化工程と、前記２次元画像データ
ｓ（ｘ，ｔ）を、移動距離ｘ毎に、前記ｔ方向１次元化
工程で求めた前記反射時間代表強度Ｓ（ｔ）_xで減算も
しくは除算した正規化２次元画像データを求め、これを
原２次元画像データと置換する工程を追加することが好
ましい。この構成によれば、２次元画像データを反射時
間代表強度Ｓ（ｔ）_xにより正規化することによって、
反射時間軸方向に正規化された正規化２次元画像データ
から移動距離代表強度を計算することができるため、信
号強度が比較的強い浅い部分に大きく影響を受けること
なく、反射時間軸方向に反射信号が連続して生じる道路
の端の側壁の部分や空洞などにより電波が多重反射を起
こしている部分が明確に分離でき、かつ、探査装置の増
幅回路の時間的に可変な利得設定の違いを自動的に補正
することができる。装置的にこの方法を取る構成とする
場合にあっては、前記ｘ方向１次元化手段を構成する
に、手段に於ける処理工程の先頭部分に、前記２次元画
像データ生成手段で生成された前記２次元画像データｓ
（ｘ，ｔ）に対して、反射時間ｔ毎に、前記各画像デー
タの移動距離ｘ方向の前記各受信信号強度を所定の計算
により処理して反射時間代表強度Ｓ（ｔ）_xを求め、移
動距離ｘ方向に一様化された反射時間代表強度を求める
ｔ方向１次元化手段を備え、前記ｔ方向１次元化手段を
使用して、前記２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）を、移動
距離ｘ毎に、前記ｔ方向１次元化手段で求めた前記反射
時間代表強度で減算もしくは除算した正規化２次元画像
データを求め、この正規化２次元画像データで原２次元
画像データを置換する正規化手段とを備えることで、正
規化を行って、一定の基準に基づいた処理をおこなうこ
とができる。

【００１１】このｔ方向１次元化手段においても、反射
時間代表強度の算出を、反射時間ｔ毎に、各画像データ
ｓ（ｘ，ｔ）の移動距離ｘ方向の各受信信号強度の２乗
平均値または２乗メジアン値を求める計算をすること
が、上記と同様の理由から好ましい。この様にすると、
前記２次元画像データから反射時間代表強度を生成する
ｔ方向１次元化手段が、容易に構成できる。この場合、
装置的には、前記ｔ方向１次元化手段が、前記反射時間
代表強度Ｓ（ｔ）_xの計算を、反射時間ｔ毎に、前記各
画像データｓ（ｘ，ｔ）の移動距離ｘ方向の前記各受信
信号代表強度の２乗平均値または２乗メジアン値として
求める構成とすることで、上記の方法を使用した装置を
構築できる。

【００１２】さらに、ｔ方向１次元化手段における反射
時間代表強度に対してｔ方向のスムージング処理を施
し、スムージング処理前の原反射時間代表強度と置換す
ることが好ましい。この構成によれば、滑らかな変化の
反射時間代表強度が得られ、土質などが水平方向に均一
な領域を容易にかつ精度良く抽出することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本願の探査装置３は、図１に示す
ように送受信機１０と、送受信機１０で得られた信号を
処理するデータ解析装置２０とを、主な機器として備え
て構成されている。本願にあっては、データ解析装置２
０に於ける解析処理に、その特徴がある。

【００１４】図１に基づいて、探査装置３の構成につい
て説明する。この図に於ける説明にあたっては、ｘ軸方
向に直交して埋設された物体に例を採って説明する。こ
の物体が、図１に示す管２である。

【００１５】装置の使用にあたっては、媒質である土壌
１にガス等の流体を配送する鋼管などの物体２が埋設さ
れており、送受信手段である送受信機１０とデータ解析
手段であるデータ解析装置２０を備えた探査装置３が地
表面を移動しながら、前記物体２の埋設位置を探査す
る。この移動により、ｘ方向データを逐次、収集する。
送受信機１０は、例えば１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの図２
（１）に例示する単発のパルス信号を送信回路１３で発
生し、送信アンテナ１１より電磁波として土壌１に放射
する。前記送信アンテナ１１より放射された電磁波の中
の土壌に入射した入射波４は物体２表面で反射散乱し、
その中の反射波５が受信アンテナ１２で受信された後、
受信回路１４において、図２（２）に例示するような受
信信号として復調増幅される（この図において単一の線
が一定位置で時間差をおいて受信される複数の受信信号
群に対応する）。前記送信アンテナ１１より放射され、
受信アンテナ１２で受信されるまでの時間差（これが実
質上の反射時間ｔである）は土壌１の表面から物体２ま
での距離と土壌１の比誘電率εまたは電磁波の伝搬速度
より一義的に決定される。図１に示す場合にあっては、
送信アンテナ１１と受信アンテナ１２は一定間隔で地表
面に対向して配置され、ｘ方向移動により物体２を横切
る。

【００１６】前記送受信機１０には、前記受信回路１４
の増幅部の利得を前記時間差ｔに応じて変調する信号強
度変調手段１５が設けられており、前記時間差ｔが長く
なるにつれて土壌１を伝搬する前記パルス信号の損失が
大きくなり、受信信号強度が減衰するのを振幅補正し、
前記時間差ｔ、つまりは反射時間ｔの増加に対して急激
に減衰しない受信信号を得る構成とされている。従っ
て、後の信号処理に必要な信号強度を確保できる。

【００１７】次に、図１、図３に基づいて、受信信号が
送られるデータ解析装置２０について説明する。データ
解析装置２０はマイクロコンピュータや半導体メモリ等
によって構成されるデータ処理部２１と、外部からの操
作指示を入力するキーボード等の入力部２２と、各処理
段階での画像データや出力結果を表示する陰極線管ディ
スプレイや液晶ディスプレイ等の表示部２３を備えて構
成されている。さらに、各処理段階でのデータや出力結
果等を保管格納する磁気ディスク等の外部補助記憶部２
４を備えている。このデータ処理部２１には、２次元画
像データ生成手段３１、１次元化手段３２、正規化手段
３４、スムージング手段３５が備えられている。

【００１８】２次元画像データ生成手段３１は、以降の
処理で使用される２次元画像データを生成するためのも
のであり、受信信号強度ｓがそのまま移動距離ｘと時間
ｔとの関数とされた２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）を生
成する。この画像データは、先に説明した振幅補正がな
された状態のものである。この画像データにおける均一
領域の抽出が本願の目的である。１次元化手段３２は、
画像データｓ（ｘ，ｔ）を、設定された軸方向で、所定
の算定方式に従って一次元化する。この１次元化手段３
２は、本願の場合、２乗平均化手段３３ａもしくは２乗
メジアン手段３３ｂを使用する構成とされている。ここ
で、前者の２乗平均化手段３３ａは、ｘ，ｔに関して２
次元データとして得られているデータを、いずれか設定
される軸方向（ｘもしくはｔ軸方向）に沿って処理し、
それらの２乗平均を求めるものである。一方、後者の２
乗メジアン手段３３ｂも、ｘ，ｔに関して２次元データ
として得られているデータを、いずれか設定される軸方
向（ｘもしくはｔ軸方向）に沿って処理し、それらの２
乗メジアンを求めるものである。ｔ軸方向に沿って一様
化処理を行った場合は移動距離代表強度を得ることがで
き（この場合、１次元化手段はｘ方向１次元化手段とな
る）、ｘ軸方向に沿って一様化処理を行った場合は反射
時間代表強度を得ることができる（この場合、１次元化
手段はｔ方向１次元化手段となる）。例えば、２乗平均
化手段３３ａにおける具体的な処理は、以下のように記
載することができる。

【００１９】

【数１】

【００２０】正規化手段３４は、各時間ｔに関して、例
えば、ｘ軸方向の２乗平均もしくは２乗メジアンとして
求まる反射時間代表強度Ｓ（ｔ）_x（正規化基準値）に
基づいて、この正規化基準値により２次元画像データｓ
（ｘ，ｔ）を変換し、以降の処理の対象となる正規化２
次元画像データを生成するものである。さらに具体的に
は、２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）に対して、反射時間
ｔ毎に、前記各画像データの移動距離ｘ方向の前記各受
信信号強度を所定の計算により処理し反射時間代表強度
Ｓ（ｔ）_xを求め、移動距離ｘ方向に一様化し、反射時
間代表強度の分布を求めるｔ方向１次元化処理をおこな
い、予め求まっている原２次元画像データを、移動距離
ｘ毎に、前記ｔ方向１次元化工程で求めた反射時間代表
強度で減算もしくは除算し、正規化２次元画像データを
得、これで原２次元画像データと置換する。ここで、こ
のような反射時間代表強度Ｓ（ｔ）_xの計算にあたって
は、例えば、先に説明した２乗平均化手段３３ａがｔ方
向１次元化手段を介して使用され、このｔ方向１次元化
手段によって各時間ｔについて反射時間代表強度Ｓ
（ｔ）_xが求められる。前記正規化手段は、具体的な処
理を、例えば、以下のように記載することができる。

【００２１】

【数２】

【００２２】スムージング手段３５は、データを所定の
軸方向でスムージングする。

【００２３】さらに、図３に示すように、データ処理部
２１には、近傍平均値導出手段３６、許容範囲内データ
処理手段３７、範囲抽出手段３８、出力処理手段３９が
備えられている。近傍平均値導出手段３６は、別途、外
部入力等により入力される特定位置の近傍（たとえばｘ
１の近傍ｘ１±ａのみ）を対象として、その範囲内にあ
るデータの平均値Ｓｍを導出するものである。この手段
３６は、２乗平均もしくは２乗メジアンを求める場合、
適宜、２乗平均化手段３３ａもしくは２乗メジアン手段
３３ｂを使用する。２乗平均を利用する場合の具体的な
処理は、以下のように記載することができる。

【００２４】

【数３】

【００２５】許容範囲内データ処理手段３７は、別途、
外部入力により入力される許容データ範囲内に属するデ
ータのみを、一旦抽出し、この抽出されたデータのみを
対象として、その処理（例えば２乗平均、もしくは、２
乗メジアンを求める）を行うものである。この場合、所
定範囲内のデータの抽出後は、先に説明した２乗平均化
手段３３ａ、２乗メジアン手段３３ｂが、抽出後のデー
タのみを対象として使用される。２乗平均を利用する場
合の具体的な処理は、以下のように記載することができ
る。

【００２６】

【数４】

【００２７】範囲抽出手段３８は、図８（イ）のような
２次元データとして得られるデータにおいて、この手段
内で別途設定される閾値に基づいて、この閾値を満足す
る画像領域を抽出する働きをする。さらに、出力処理手
段３９は、範囲抽出手段３８により抽出された領域を画
像状態で表示出力する。以上が装置の主要な構成であ
る。

【００２８】本願の探査装置３の特徴は、データ処理部
２１に於けるデータ処理に特徴があるが、図４に、装置
におけるデータ処理手順の基本的なフローチャートを示
した。同図に示すように、このフローは、２次元画像デ
ータ生成工程（ＳＴ１）、ｘ方向１次元化工程（ＳＴ
２）、範囲抽出工程（ＳＴ３）を、順に備えて構成され
ており、この範囲抽出工程を完了した後、出力処理（Ｓ
Ｔ４）が行われる。

【００２９】以下、このフローに沿って、先に説明した
図８（イ）に示す原２次元画像データの処理結果を示し
ながら説明する。ここで、図８（イ）の探査対象は、図
１２（イ）に対応するものである。

【００３０】以後、工程に沿って説明する。１２次元画像データ生成工程この工程にあっては、２次元画像データ生成手段３１の
働きにより、受信回路からの入力に基づいて、先に説明
した２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）が生成される。この
２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）が、均一領域抽出の対象
となる。２ｘ方向１次元化工程この工程にあっては、先に説明した一次元化手段３２に
より、ｘ方向の一次元化が行われる。この一次元化は、
２乗平均をおこなう場合、２乗平均化手段３３ａによ
り、各ｘ値に関してｔ軸方向のデータの２乗平均を求め
るものである。即ち、この工程において、前記１次元化
手段３２がメモリに格納された前記２次元画像データｓ
（ｘ，ｔ）の各画像データ（受信信号強度ｓ）に対し
て、２乗平均化手段３３ａを働かせて、移動距離ｘ毎に
反射時間ｔ方向の２乗平均値である移動距離代表強度Ｓ
（ｘ）_tを計算することで反射時間ｔ方向に一様化し
て、この分布を求める。図８（イ）に示す前記２次元画
像データｓ（ｘ，ｔ）を、前記ｘ方向１次元化工程ＳＴ
２において１次元化した前記移動距離代表強度を図５に
示す。同図において、横軸はｘ軸、縦軸は信号強度であ
る。同図において、３本の線があるのは、図８（イ）の
探査画像と同じ場所ｘを対象とした状態で、時間的に変
化する利得が異なる設定で前記信号強度変調手段１５に
より処理された３枚の探査画像から移動距離代表強度
を、それぞれ求めているためである。

【００３１】基本的には、一次元化はこの処理で完了す
るのであるが、上記のように、異なった利得処理（振幅
補正処理）でデータが生成されている場合に、これが規
格化（正規化）されていることが好ましい。このような
正規化は、反射時間ｔ毎に、移動距離ｘ方向の２乗平均
値または２乗メジアン値を計算し、反射時間代表強度と
して、その分布を求め、さらに、前記反射時間代表強度
にスムージング処理を施し、原反射時間代表強度と置換
し、前記２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）を移動距離ｘ毎
に反射時間代表強度（スムージング処理後のもの）で除
算し、得られた値（正規化２次元画像データ）を、原２
次元画像データと置換することでおこなうことができ
る。これは正規化手段３４により、２乗平均化手段３３
ａ，２乗メジアン手段３３ｂを適宜使用するｔ方向１次
元化手段を使用しながら実行される。

【００３２】図８（イ）に示す前記２次元画像データを
正規化した後、正規化後のデータに対して前記ｘ方向１
次元化工程ＳＴ２を経て得られた移動距離代表強度を図
６に示す。加えて、ｘ方向１次元化工程ＳＴ２におい
て、工程の最終部分にスムージング処理を施した場合の
移動距離代表強度を図７に示す。このようにして、正規
化されたデータに対する移動距離代表強度を得ることが
できる。

【００３３】３範囲抽出工程この工程は、先の工程で得られた移動距離代表強度から
得られる所定の閾値に対応して、２次元画像データから
条件を満足する画像領域を抽出する工程である。このよ
うな強度の閾値範囲を設定する方法としては、以下の５
手法があり、これらの手法に基づいて閾値を設定する手
段が、範囲抽出手段３８に格納されている。手法１別途指定した移動距離ｘ１の移動距離代表強度（この移
動距離位置における移動距離代表強度）を基準に強度の
閾値範囲を設定する。手法２移動距離代表強度の平均値を基準に強度の閾値範囲を設
定する。手法３別途指定した移動距離ｘ１の近傍（ｘ１±ａの範囲内、
ここでａは近傍を規定する距離）のみの前記移動距離代
表強度の平均値を基準に強度の閾値範囲を設定する。手法４移動距離代表強度の平均値を求める際に、一定の許容値
範囲内にある移動距離代表強度のみを用いて、この範囲
内の平均値を求め、得られた平均値を基準に強度の閾値
範囲を設定する。手法５別途指定した移動距離ｘ１の近傍のみの移動距離代表強
度の平均値を求める際に、一定の許容値範囲内にある強
度分布のみ（移動距離代表強度が一定の許容値範囲内に
あるもの）を用いて計算を行ない、得られた平均値を基
準に強度の閾値範囲を設定する。

【００３４】範囲抽出手段３８にあっては、各手法に適
合して、先に説明した近傍平均値導出手段３６、許容範
囲内データ処理手段３７を適宜使用して、閾値を設定
し、この設定された閾値より、条件を満足する領域を抽
出する。従って、この手段３８は、ｘ方向１次元化手段
によって求まった移動距離代表強度に基づいて強度閾値
範囲を設定し、領域を抽出するものとなる。

【００３５】図８（イ）に示すような土質が、画面左右
で大きく異なる場所を探査した探査画像を処理した場合
について、以下説明する。この場合、探査は、所定の移
動距離ｘ１として前記探査画像の右端から４分の１の位
置を明確に捕らえることを目的としている（作業者は特
にこの付近の探査をおこないたい）。この場合、移動距
離ｘとして前記探査画像の右端から４分の１の位置（ｘ
＝ｘ１＝２２５）を指定し、指定した移動距離ｘの近傍
（ｘ＝ｘ１±ａ、ａ＝１０）のみの前記移動距離代表強
度の平均値を求め、得られた平均値を基準に強度の閾値
範囲を設定した（先に説明した手法３を採用するもの
で、近傍平均値導出手段３６が働く）。図示する例にあ
っては、平均値は−２．２ｄＢとなり、閾値の設定は、
これを−２．２＋２ｄＢとし、この値以下の領域を抽出
した。図８（イ）に示す図面右側に上述の一連の処理を
施した結果、図８（ロ）に示すように画像の真中を境に
右半分が均一な領域として抽出された。抽出された領域
に対応して、一方、特願平８−１９７３５７の方法によ
り探査能力を導出した結果を水平方向の白線で示した。
図８（ハ）は、従来手法により全体をまとめて処理した
ものである。結果、図面右側が良好に抽出されている。

【００３６】以上は、図８（イ）に対応する例を示すも
のであるが、図１１（イ）に関して以下、説明する。図
１１（イ）の探査対象は図１２（ロ）に対応したもので
ある。この例は、先にも説明したように、探査画像の左
端に道路の端の側壁１２２による反射信号、右寄りに空
洞１２３により電波が多重反射を起こしている探査画像
の例である。この信号の処理にあたっても、先と同様に
移動距離代表強度を求める。このようにして求まったも
のが、図９に示す分布であり、先と同様、振幅補正の状
態により、異なった３本の分布を得ることとなってい
る。このような３本の分布に対して先に説明したのと同
様に、別途正規化を伴った処理を行ったものが、図１０
である。この図においては、画面中央に近い部位に、比
較的強度の小さい、均一な部位があるとともに、この部
位に対する両端側に反射等の影響と考えられる比較的強
度の高い部位がある。この画像データに関しては、先
ず、一定の許容値範囲内にある強度のみを抽出し（この
範囲は０±３ｄＢとした、この許容値の設定は、一般に
正常な反射信号にあっては、反射信号強度がこの範囲内
にあることが予め判明していることによる）、抽出され
たこの範囲内のデータに基づいてその平均値を求めた
（先に説明した手法４を採用して、許容範囲内データ処
理手段３７で実行）。求まった平均値は−１．７ｄＢで
あった。そして、閾値を−１．７±３ｄＢとして、範囲
抽出を行った。この範囲抽出は、トータル的に範囲抽出
手段３８によって実行された。結果、図１１（ロ）に示
すように、探査画像に対して上述の一連の処理を施した
結果、道路の端の側壁部分（画像左端部近傍）および空
洞により電波が多重反射を起こしている部分（画像右端
部近傍）が良好に除かれた、画像中央側に位置する領域
が抽出されていることが分かる。

【００３７】〔別実施形態〕上記の実施の形態例にあっ
ては、閾値の設定にあたって、手法３、４を使用した例
を示したが、手法１、２及び５を使用してもよい。上記
の実施の形態例にあっては、２乗平均、２乗メジアン手
法を採用したが、一次元化において、所定軸方向の代表
値を得る所定の計算手法として、絶対値平均、絶対値メ
ジアン等も採用できる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、従来
技術で問題となっていた、埋め戻しなどで土質が大きく
違う場所や、道路の端の側壁による反射信号がある場
合、また空洞などにより電波が多重反射を起こしている
場合を自動的にかつ良好に判定し、土質などが水平方向
に均一な領域を的確に抽出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】探査装置のブロック構成図

【図２】送信信号と受信信号の形態図

【図３】データ解析装置の機能ブロック図

【図４】本発明のデータ処理手順を示すフローチャート

【図５】本発明の移動距離代表強度の一例を示すサンプ
ル図

【図６】本発明の移動距離代表強度の一例を示すサンプ
ル図

【図７】本発明の移動距離代表強度の一例を示すサンプ
ル図

【図８】本発明のデータ処理手順に使用した探査画像と
処理結果を示す説明図

【図９】本発明の移動距離代表強度の一例を示すサンプ
ル図

【図１０】本発明の移動距離代表強度の一例を示すサン
プル図

【図１１】本発明のデータ処理手順に適用した探査画像
と処理結果を示す説明図

【図１２】地中断面構造の模式図

【符号の説明】

３探査装置１０送受信機２０データ解析装置２１データ処理部３１２次元画像データ生成手段３２１次元化手段３４正規化手段３６近傍平均値導出手段３７許容範囲内データ処理手段３８範囲抽出手段３９出力処理手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０６Ｔ 1/00 Ｇ０６Ｆ 15/62 ３８０ (56)参考文献特開平10−39041（ＪＰ，Ａ) 特開平７−270528（ＪＰ，Ａ) 特開平４−204080（ＪＰ，Ａ) 特開平８−43539（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01V 1/00 G01S 13/88 G01S 15/89 G01V 3/12 G06T 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】媒質の表面を移動しながら、電磁波また
は音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質
中に存在する物体からの反射信号を受信する送受信工程
と、受信信号強度ｓに対する前記媒質表面上の移動距離
ｘと反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像デー
タｓ（ｘ，ｔ）を生成する２次元画像データ生成工程と
を順次実行し、前記媒質中に存在する物体の位置を探査
する探査方法における領域抽出方法であって、前記２次元画像データ生成工程で生成された前記２次元
画像データｓ（ｘ，ｔ）に対して、移動距離ｘ毎に、前
記各画像データの反射時間ｔ方向の前記各受信信号強度
を所定の計算により処理して移動距離代表強度Ｓ（ｘ）
_tを求め、反射時間ｔ方向に一様化するｘ方向１次元化
工程と、前記ｘ方向１次元化工程で求めた前記移動距離代表強度
Ｓ（ｘ）_tが設定した強度閾値範囲内である領域を、前
記２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）から抽出する範囲抽出
工程を備えた領域抽出方法。
【請求項２】前記ｘ方向１次元化工程において、前記
移動距離代表強度Ｓ（ｘ）_tの算出を、移動距離ｘ毎
に、前記各画像データｓ（ｘ，ｔ）の反射時間ｔ方向の
前記各受信信号強度の２乗平均値または２乗メジアン値
を求めることにより行う請求項１記載の領域抽出方法。
【請求項３】前記範囲抽出工程において、別途指定し
た指定移動距離ｘ１の前記移動距離代表強度Ｓ（ｘ１）
_tを基準に、強度の閾値範囲を設定する請求項１または
２記載の領域抽出方法。
【請求項４】前記範囲抽出工程において、前記移動距
離代表強度Ｓ（ｘ） _tの平均値を基準に、強度の閾値範
囲を設定する請求項１または２記載の領域抽出方法。
【請求項５】前記範囲抽出工程において、別途指定し
た指定移動距離ｘ１の近傍（ｘ１±ａ）のみの前記移動
距離代表強度の平均値を基準に、強度の閾値範囲を設定
する請求項１または２記載の領域抽出方法。
【請求項６】前記範囲抽出工程において、設定した強
度の許容値範囲内に存する前記移動距離代表強度の平均
値を基準に、強度の閾値範囲を設定する請求項４または
５記載の領域抽出方法。
【請求項７】前記各工程に存在する少なくとも一つの
前記移動距離代表強度Ｓ（ｘ）_tに対してｘ方向のスム
ージング処理を施し、スムージング処理前の原移動距離
代表強度Ｓ（ｘ）_tと置換する請求項１，２，３，４，
５または６記載の領域抽出方法。
【請求項８】前記ｘ方向１次元化工程において、工程
の先頭部分に、前記２次元画像データ生成工程で生成さ
れた前記２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）に対して、反射
時間ｔ毎に、前記各画像データの移動距離ｘ方向の前記
各受信信号強度を所定の計算により処理して反射時間代
表強度Ｓ（ｔ）_xを求め、移動距離ｘ方向に一様化する
ｔ方向１次元化工程と、前記２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）を、移動距離ｘ毎
に、前記ｔ方向１次元化工程で求めた前記反射時間代表
強度Ｓ（ｔ）_xで減算もしくは除算した正規化２次元画
像データを求め、前記正規化２次元画像データで原２次
元画像データを置換する工程を追加した請求項１，２，
３，４，５，６または７記載の領域抽出方法。
【請求項９】前記ｔ方向１次元化工程において、前記
反射時間代表強度Ｓ（ｔ）_xの算出を、反射時間ｔ毎
に、前記各画像データｓ（ｘ，ｔ）の移動距離ｘ方向の
前記各受信信号強度の２乗平均値または２乗メジアン値
を求めることにより行う請求項８記載の領域抽出方法。
【請求項１０】前記ｔ方向１次元化工程に存在する前
記反射時間代表強度に対してｔ方向のスムージング処理
を施し、スムージング処理前の原反射時間代表強度と置
換する請求項８または９記載の領域抽出方法。
【請求項１１】媒質の表面を移動しながら、電磁波ま
たは音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒
質中に存在する物体からの反射信号を受信する送受信機
と、受信信号強度ｓに対する前記媒質表面上の移動距離
ｘと反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像デー
タｓ（ｘ，ｔ）を生成する２次元画像データ生成手段と
を備え、前記２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）から前記媒
質中に存在する物体の位置を探査する探査装置であっ
て、前記２次元画像データ生成手段で生成された前記２次元
画像データｓ（ｘ，ｔ）に対して、移動距離ｘ毎に、前
記各画像データの反射時間ｔ方向の前記各受信信号強度
を所定の計算により処理して移動距離代表強度Ｓ（ｘ）
_tを求め、反射時間ｔ方向に一様化するｘ方向１次元化
手段と、前記ｘ方向１次元化手段で求めた前記移動距離代表強度
Ｓ（ｘ）_tが設定した強度閾値範囲内である領域を、前
記２次元画像データｓ（ｘ，ｔ）から抽出する範囲抽出
手段を備えた探査装置。
【請求項１２】前記ｘ方向１次元化手段が、前記移動
距離代表強度Ｓ（ｘ）_tの算出を、移動距離ｘ毎に、前
記各画像データｓ（ｘ，ｔ）の反射時間ｔ方向の前記各
受信信号強度の２乗平均値または２乗メジアン値として
求める請求項１１記載の探査装置。
【請求項１３】前記範囲抽出手段が、前記ｘ方向１次
元化手段によって求まった前記移動距離代表強度Ｓ
（ｘ）_tに基づいて強度閾値範囲を設定し、領域を抽出
する請求項１１または１２記載の探査装置。
【請求項１４】前記ｘ方向１次元化手段を構成する
に、手段に於ける処理工程の先頭部分に、前記２次元画像デ
ータ生成手段で生成された前記２次元画像データｓ
（ｘ，ｔ）に対して、反射時間ｔ毎に、前記各画像デー
タの移動距離ｘ方向の前記各受信信号強度を所定の計算
により処理して反射時間代表強度Ｓ（ｔ）_xを求め、移
動距離ｘ方向に一様化するｔ方向１次元化手段を備える
とともに、前記ｔ方向１次元化手段を使用して、前記２次元画像デ
ータｓ（ｘ，ｔ）を、移動距離ｘ毎に、前記ｔ方向１次
元化手段で求めた前記反射時間代表強度Ｓ（ｔ）_xで減
算もしくは除算した正規化２次元画像データを求め、前
記正規化２次元画像データで原２次元画像データを置換
する正規化手段が備えられている請求項１１，１２，１
３記載の探査装置。
【請求項１５】前記ｔ方向１次元化手段が、前記反射
時間代表強度Ｓ（ｔ）_xの計算を、反射時間ｔ毎に、前
記各画像データｓ（ｘ，ｔ）の移動距離ｘ方向の前記各
受信信号強度の２乗平均値または２乗メジアン値を求め
ることにより行う請求項１４記載の探査装置。