JP4036020B2 - 海底領域抽出装置及び方法、海底領域抽出プログラム並びに前方監視ソーナー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海中の三次元音響画像から海底領域を抽出する海底領域抽出装置等に関する。本発明に係る海底領域抽出装置は、水中を航行する航走体に装備され水平／垂直／距離方向に解像度を持つ三次元の前方監視ソーナー等に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、三次元音響画像内に存在する海底面や海面を、高度測定装置や水圧感知深度計を用いることなく、二次元平面領域として検出する技術を、既に出願している（特願２００１−２２７３０１号［未公開］）。この技術は、次のようなものである。まず、音響センサの走査領域すなわち三次元音響画像から、センサ高度（想定深度）をパラメータとして、海面に平行な二次元平面領域を所定の刻み幅で順次抽出する。そして、この二次元平面領域上のターゲット検出信号（例えば、ターゲット有りが「１」、ターゲット無しが「０」。）の総和を求めて、これを母集合のデータ数で除すことにより平均値を算出する。この平均値は当該二次元平面領域内におけるターゲットの占有率を示す値である。そこで、最も突出した平均値に対応するセンサ高度（想定深度）を求め、この値を、音響センサと海底面との鉛直離間距離、つまりセンサ高度であると判定する。従って、センサ高度やセンサ深度が不明な場合であっても、海底面や海面を音響センサのみによって容易に検出することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、水中を航行する航走体に装備され、図８［１］に示されるような水平／垂直／距離方向に解像度を持つ三次元の前方監視ソーナーにおいて、海底領域をその三次元画像中から二次元の平面画像として抽出する装置は、上記特願２００１−２２７３０１号を除き、本発明者の知る限り存在しない。ただし、特願２００１−２２７３０１号の技術は、海底が海面と平行すなわち傾斜のないことを前提としている。
【０００４】
そのような水中航走体に装備される前方監視ソーナーの視野に海面が捉えられるのは、海岸線に近い浅海域のみにおいてである。一方、浅海域の海底は、一般に海面とは平行ではなく多少傾斜している。しかしながら、上述した特願２００１−２２７３０１号の技術は海底に傾斜のないことを前提としているので、実際の浅海域においてそのような装置を運用し、抽出した海底領域へ精密な画像処理を施すためには、多少とはいえ傾斜した海底面に対応する必要があった。
【０００５】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、三次元音響画像内に含まれている傾斜した海底領域の深度及び傾斜角を求め、それを利用することにより傾斜した海底面を二次元の平面画像として抽出することのできる、海底領域抽出装置等を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第一の海底領域抽出装置は、音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出するものであり、高度検出手段、第一方向及び第二方向画像抽出手段、並びに海底領域出力手段を備えている。高度検出手段は、海底面のある一点における鉛直方向の座標、すなわち高度を検出する。ここで、高度検出手段で検出された高度で互いに交わる二軸を、それぞれ第一軸及び第二軸とする。第一方向及び第二方向画像抽出手段は、第一軸に対する傾斜角と第二軸に対する傾斜角との組み合わせの異なる複数の二次元画像を、三次元音響画像から抽出する。このとき、第一軸に対する異なる傾斜角をｎ個、第二軸に対する異なる傾斜角をｍ個とすると、これらの組み合わせからなる二次元画像は（ｎ×ｍ）個となる。海底領域出力手段は、第一方向及び第二方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像の中で最も海底画像らしいものを選択し、これを海底領域として出力する。また、本発明に係る第一の海底領域抽出装置は、請求項１又は２に記載した構成を採り得る。
【０００７】
本発明に係る第二の海底領域抽出装置は、音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出するものであり、高度検出手段、第一方向画像抽出手段、第一方向傾斜角出力手段、第二方向画像抽出手段、第二方向傾斜角出力手段、及び海底領域出力手段を備えている。高度検出手段は、海底面のある一点における鉛直方向の座標、すなわち高度を検出する。ここで、高度検出手段で検出された高度で互いに交わる二軸を、それぞれ第一軸及び第二軸とする。第一方向画像抽出手段は、第二軸を含むとともに第一軸に対する傾斜角の異なる複数の二次元画像を、三次元音響画像から抽出する。このとき、第一軸に対する異なる傾斜角をｎ個とすると、抽出する二次元画像もｎ個となる。第一方向傾斜角出力手段は、第一方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像の中で最も海底画像らしいものを選択し、その二次元画像に対応する傾斜角を出力する。第二方向画像抽出手段は、第一軸を含むとともに第二軸に対する傾斜角の異なる複数の二次元画像を、三次元音響画像から抽出する。このとき、第二軸に対する異なる傾斜角をｍ個とすると、抽出する二次元画像もｍ個となる。したがって、抽出する二次元画像は合計で（ｎ＋ｍ）個でよい（第一の海底領域抽出装置ではｎ×ｍ個）。第二方向傾斜角出力手段は、第二方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像の中で最も海底画像らしいものを選択し、その二次元画像に対応する傾斜角を出力する。海底領域出力手段は、高度検出手段で検出された高度における、第一方向傾斜角出力手段から出力された傾斜角及び第二方向傾斜角出力手段から出力された傾斜角を有する平面を、海底領域として出力する。また、本発明に係る第二の海底領域抽出装置は、請求項３又は４に記載した構成を採り得る。
【０００８】
本発明に係る海底領域抽出方法（請求項５乃至８）は本発明に係る海底領域抽出装置に使用されるものであり、本発明に係る海底領域抽出プログラム（請求項９乃至１２）は本発明に係る海底領域抽出装置の各手段としてコンピュータを機能させるものであり、本発明に係る前方監視ソーナー（請求項１３）は本発明に係る海底領域抽出装置を備えたものである。
【０００９】
換言すると、本発明は、水平／垂直／距離方向に解像度を持つ三次元の前方監視ソーナーにおいて傾斜した海底面を抽出する場合、傾斜角が海底面に一致したときに画素間の強度差分が極小となる性質を利用して、海底面傾斜角の判定を行うことを特徴とする。また、本発明は、種々の傾斜角スキャン値から強度差分の極小値を判定する際、強度総和の値が最大となる領域にある極小値を利用し、それ以外の極小値を選択しないことを特徴とする。すなわち、本発明は、三次元音響画像から抽出した二次元の平面領域が海底面と一致している場合において、各画素強度値の総和平均値が最大となり、かつ隣り合う各画素間の強度差の総二乗和平均値が極小となる性質を利用して海底面の傾斜角を求め、その抽出を行うことを特徴とする。
【００１０】
図８［１］において、送受波器の位置を原点とし、レンジ方向にＸ軸（レンジ方向軸）、アジマス方向にＹ軸（アジマス方向軸）をとる。そして、傾斜している海底面をそのまま上側に平行移動して原点が海底面と接したときに、Ｘ軸と海底面とのなす角がレンジ方向傾斜角、Ｙ軸と海底面とのなす角がアジマス方向傾斜角である。これらの関係を図示すると、図９のようになる。
【００１１】
図８［１］に示す視野で構成される三次元音響画像を得る前方監視ソーナーにおいて、航走体の姿勢角、視野角、及び海底面までの高度情報が既知である場合、幾何学的な演算によって海底面を二次元平面画像として抽出することが可能である。しかし、海底面が傾斜している場合、海面と平行に抽出した平面領域と海底面とは正確には一致しない。図８［２］は、三次元音響画像中における海底断面と抽出する平面領域の断面とを、模式的に示したものである。図中の□が一画素である。この画像中における海底断面、すなわち海底からの残響は、通常散乱や海底内部への透過波の影響によって有限の厚みを持っており、その境界も不鮮明である。
【００１２】
図８［２］に示す抽出領域の断面が海底に一致している場合、各画素強度の総和平均値は最大となる。そして、その総和平均値は、傾斜角度のずれが大きくなるに従って小さくなる。傾斜角を求めて抽出面と海底面とを一致させるには、傾斜角を変数として各画素強度の総和平均値を求め、この総和平均値が最大となる傾斜角を求めればよい。しかし、傾斜角に対する総和平均値の変化は模式的に図８［３］に示すように穏やかなものであるため、総和平均値のピーク値を特定することが難しい。
【００１３】
これに対して、隣り合う画素同士の強度差を評価する場合、その二乗平均の値は、模式的に図８［３］に示すように、傾斜角に対して、海底面に一致する個所を極小として急激に変化する。従って、傾斜角を変数として各画素強度の差分平均値が極小となるものを求めればよい。しかし、極小値は必ずしも最小値ではなく、また実際には他にも局所的な極小値が発生すると考えられるため、その検出には工夫が必要である。そこで、前述の総和平均値による指標とこの差分平均値による指標とを組み合わせて、総和平均値が最大に近い領域で差分平均値が極小となる角度を海底の傾斜角とすることにより、信頼性の高い海底傾斜角の検出が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る海底領域抽出装置の第一実施形態を示すブロック図である。図２は、図１の海底領域抽出装置の動作の一部を示すフローチャートである。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１５】
本実施形態の海底領域抽出装置１は、音響センサ（図示せず）によって得られた海中の三次元音響画像ａから海底面の二次元画像を抽出するものであり、海底面のある一点における鉛直方向の座標すなわち高度を検出する高度検出手段としての高度方向画像抽出手段２及び高度出力手段３と、高度方向画像抽出手段２及び高度出力手段３で検出された高度で互いに交わる二軸をそれぞれ第一軸及び第二軸としたとき、当該第一軸に対する傾斜角と当該第二軸に対する傾斜角との組み合わせの異なる複数の二次元画像を前記三次元音響画像から抽出する第一方向及び第二方向画像抽出手段としてのレンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段４と、レンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段４で抽出された複数の二次元画像の中で最も海底画像らしいものを選択し、これを海底領域として出力する海底領域出力手段５とを備えている。
【００１６】
また、高度方向画像抽出手段２は、三次元音響画像ａを複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する。高度出力手段３は、高度方向画像抽出手段２で抽出された複数の二次元画像の中で最も海底画像らしいものを選択し、その二次元画像に対応する高度ｃを出力する。レンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段４は、高度出力手段３から出力された高度ｃにおいて、レンジ方向傾斜角とアジマス方向傾斜角との複数の組み合わせごとに三次元音響画像ａをスキャンして、複数の二次元画像を抽出する。
【００１７】
更に、高度出力手段３は、高度方向画像抽出手段２で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択する。海底領域出力手段５は、レンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段４で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、信号強度の平均値が一定以上の二次元画像であって、レンジ方向傾斜角をＸ軸、アジマス方向傾斜角をＹ軸、信号強度差の平均値をＺ軸とするグラフを作成したとき、信号強度差の平均値が最も小さい極小値である二次元画像を選択する。
【００１８】
なお、本実施形態の構成及び動作については、以下の第二実施形態に準ずるので、詳しい説明を省略する。
【００１９】
図３は、本発明に係る海底領域抽出装置の第二実施形態を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００２０】
本実施形態の海底領域抽出装置１０は、海底面を含む海中の三次元音響画像ａを複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像ｂを抽出する高度方向画像抽出手段１１と、高度方向画像抽出手段１１で抽出された複数の二次元画像ｂの中で最も海底画像らしいものを選択し、その二次元画像に対応する高度ｃを出力する高度出力手段１２と、高度出力手段１２から出力された高度ｃにおいて、三次元音響画像ａを複数のレンジ方向傾斜角ごとにスキャンして、海面に非平行な複数の二次元画像ｄを抽出するレンジ方向画像抽出手段１３と、レンジ方向画像抽出手段１３で抽出された複数の二次元画像ｄの中で最も海底画像らしいものを選択し、その二次元画像に対応するレンジ方向傾斜角ｅを出力するレンジ方向傾斜角出力手段１４と、高度出力手段１２から出力された高度ｃにおいて、三次元音響画像ａを複数のアジマス方向傾斜角ごとにスキャンして、海面に非平行な複数の二次元画像ｆを抽出するアジマス方向画像抽出手段１５と、アジマス方向画像抽出手段１５で抽出された複数の二次元画像ｆの中で最も海底画像らしいものを選択し、その二次元画像に対応するアジマス方向傾斜角ｇを出力するアジマス方向傾斜角出力手段１６と、高度出力手段１２から出力された高度ｃにおける、レンジ方向傾斜角出力手段１４から出力されたレンジ方向傾斜角ｅ及びアジマス方向傾斜角出力手段１６から出力されたアジマス方向傾斜角ｇを有する平面を海底領域ｈとして出力する海底領域出力手段１７と、を備えたものである。
【００２１】
また、高度出力手段１２は、高度方向画像抽出手段１１で抽出された複数の二次元画像ｂのそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択する。レンジ方向傾斜角出力手段１４は、レンジ方向画像抽出手段１３で抽出された複数の二次元画像ｄのそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上かつ当該信号強度差の平均値が極小値の二次元画像を選択する。アジマス方向傾斜角出力手段１６は、アジマス方向画像抽出手段１５で抽出された複数の二次元画像ｆのそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上かつ当該信号強度差の平均値が極小値の二次元画像を選択する。
【００２２】
換言すると、高度方向画像抽出手段１１、レンジ方向画像抽出手段１３及びアジマス方向画像抽出手段１５は、それぞれ高度スキャン、レンジ方向の傾斜角スキャン及びアジマス方向の傾斜角スキャンを行う範囲を決定し、航走体の姿勢、ビーム視野角、海底までの高度及び海底の傾斜角に基づき、三次元音響画像から二次元の平面画像を抽出する。高度出力手段１２、レンジ方向傾斜角出力手段１４及びアジマス方向傾斜角出力手段１６は、抽出された二次元の音響画像における各画素強度値の総和を算出し、その値を総画素数で割ることにより総和平均値を算出し記憶する。レンジ方向傾斜角出力手段１４及びアジマス方向傾斜角出力手段１６は、抽出された二次元の音響画像における、アジマス方向及びレンジ方向で隣り合う画素同士の強度差分の二乗総和を算出し、それぞれの値を総画素数で割ることにより、アジマス方向及びレンジ各方向における差分平均値を算出し記憶する。
【００２３】
図４は、海底領域抽出装置１０が用いられる前方監視ソーナーの一例を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００２４】
前方監視ソーナー２０は、水中を航行する航走体に装備され、水平／垂直／距離方向に解像度を持つ。前方監視ソーナー２０の視野例は、図８［１］に示すとおりである。また、送受波器部２１、送信回路部２２、受信回路部２３及び三次元画像形成部２４は、音響センサに相当する。
【００２５】
まず、送信回路部２２は、探信波の電気信号を生成及び増幅して送受波器部２１へ出力する。送受波器部２１は、その電気信号を音響信号に変換して海中に放射し、海中の物体から反射して返ってきた音響信号を再び電気信号に変換して受信回路部２３へ出力する。受信回路部２３は、その電気信号に対してフィルタ処理、Ａ／Ｄ変換等を施して、三次元画像形成部２４へ出力する。三次元画像形成部２４は、入力した電気信号をビームフォーミングによって空間分解された画像信号に変換し、これを海底領域抽出装置１０へ出力する。海底領域抽出装置１０は、入力された三次元音響画像から海底面を二次元の音響画像として抽出し、これを海底画像処理部２６へ出力する。海底画像処理部２６は、二次元の海底画像に目標強調等の処理を行い、その結果を海底画像判断部２７へ出力する。海底画像判断部２７は、その結果に基づき最終的な解析処理を行う。
【００２６】
次に、海底領域抽出装置１０の動作を説明する。
【００２７】
図５は、高度方向画像抽出手段１１及び高度出力手段１２の動作の一例を示すフローチャートである。すなわち、図５は、海底から航走体までの高さ、すなわち高度を求めるアルゴリズムのフローを示している。以下、この図面に基づき説明する。
【００２８】
まず、予め設定された運用海域の情報をもとに、高度スキャンする範囲及び刻み幅を算出し、高度の初期値を設定する（ステップ１００，１０１）。続いて、設定された高度、航走体の姿勢情報、及びビーム視野角に基づき、幾何学的な演算によって二次元の平面画像を抽出する（ステップ１０２）。続いて、抽出された二次元画像の画素強度について全ての総和をとり、その値を総画素数で割ることによって総和平均値を算出する（ステップ１０３）。続いて、算出した総和平均値とそのときに用いた高度値とを記憶する（ステップ１０４）。ここで、高度スキャンを終了していない場合（ステップ１０５）、高度値を刻み幅分インクリメントしてステップ１０２へ戻る（ステップ１０６）。一方、高度スキャンを終了している場合（ステップ１０５）、記憶した総和平均値と高度値との組み合わせの中から総和平均値を最大とする高度値を選択し、これを最適化値として出力することにより高度最適化処理を終了する（ステップ１０７，１０８）。なお、この処理を行う時点では、傾斜角はレンジ方向及びアジマス方向ともにゼロと仮定している。
【００２９】
図６は、レンジ方向画像抽出手段１３及びレンジ方向傾斜角出力手段１４の動作の一例を示すフローチャートである。すなわち、図６は、海底のレンジ方向における傾斜角を求めるアルゴリズムのフローを示している。
【００３０】
まず、予め設定された運用海域の情報をもとに、レンジ方向傾斜角スキャンを行う範囲及び刻み幅を算出し、レンジ方向傾斜角の初期値を設定する（ステップ１０９，１１０）。続いて、図５に示すアルゴリズムにて最適化した高度、設定された傾斜角、航走体の姿勢情報及びビーム視野角に基づき、幾何学的な演算によって二次元の平面画像を抽出する（ステップ１１１）。続いて、抽出された二次元画像の画素強度全ての総和をとり、その値を総画素数で割ることにより総和平均値を算出する（ステップ１１２）。このとき、抽出された二次元画像についてレンジ方向に隣り合う画素強度全ての差分の二乗和をとり、その値を総画素数で割ることにより差分平均値も算出する（ステップ１１３）。続いて、算出された総和平均値、差分平均値、及びそのときに用いた傾斜角値を記憶する（ステップ１１４）。続いて、レンジ方向傾斜角スキャンを終了していない場合（ステップ１１５）、傾斜角値を刻み幅分インクリメントしてステップ１１１へ戻る（ステップ１１６）。一方、レンジ方向傾斜角スキャンを終了している場合（ステップ１１５）、記憶した傾斜角値と総和平均値及び差分平均値との組み合わせの中から、総和平均値が最大に近い領域で差分平均値を極小とする傾斜角の値を選択し、これを最適化値として出力することによりレンジ方向傾斜角最適化処理を終了する（ステップ１１７，１１８）。
【００３１】
図７は、アジマス方向画像抽出手段１５及びアジマス方向傾斜角出力手段１６の動作の一例を示すフローチャートである。すなわち、図７は、海底のアジマス方向における傾斜角を求めるアルゴリズムのフローを示している。
【００３２】
まず、予め設定された運用海域の情報をもとに、アジマス方向傾斜角スキャンを行う範囲及び刻み幅を算出し、アジマス方向傾斜角の初期値を設定する（ステップ１１９，１２０）。続いて、図５に示すアルゴリズムにて最適化した高度、設定された傾斜角、航走体の姿勢情報、及びビーム視野角に基づき、幾何学的な演算によって二次元の平面画像を抽出する（ステップ１２１）。続いて、抽出された二次元画像の画素強度全ての総和をとり、その値を総画素数で割ることによって総和平均値を算出する（ステップ１２２）。このとき、抽出された二次元画像についてアジマス方向に隣り合う画素強度全ての差分の二乗和をとり、その値を総画素数で割ることによって差分平均値を算出する（ステップ１２３）。続いて、算出された総和平均値と差分平均値、及びそのときに用いた傾斜角値を記憶する（ステップ１２４）。続いて、アジマス方向傾斜角スキャンを終了していない場合（ステップ１２５）、傾斜角値を刻み幅分インクリメントしてステップ１２１へ戻る（ステップ１２６）。一方、アジマス方向傾斜角スキャンを終了している場合、記憶した傾斜角値と総和平均値及び差分平均値との組み合わせの中から、総和平均値が最大に近い領域で差分平均値を極小とする傾斜角の値を選択し、これを最適化値として出力することによりアジマス方向傾斜角最適化処理を終了する（ステップ１２７，１２８）。
【００３３】
次に、図３及び図４に基づき説明する。図５乃至図７に示したフローチャートに従って処理することにより、高度とアジマス方向傾斜角及びレンジ方向傾斜角とを求めることが可能となる。海面画像出力手段１７は、これらの最適化された値を用いて三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出し、海底画像処理部２６へ出力する。その海底画像は、海底画像処理部２６でターゲット強調処理等が施され、海底画像判断部２７で最終的に解析処理が行われる。
【００３４】
【発明の他の実施の形態】
上記第一及び第二実施形態において、最適化された傾斜角を用いて高度を再び最適化し、この再び最適化された高度を用いて傾斜角を再び最適化する、これを一回以上繰り返してもよい。高度再最適化処理の動作について、二つの例を図１０及び図１１に示す。この場合は、高度及び傾斜角の検出精度を更に向上できる。
【００３５】
本発明では航走体が高度センサとしての測深儀を搭載していないと仮定したが、もちろん測深儀を搭載している場合でも、図５に示す高度最適化処理を省略するだけで、他は全く同様の機能を実現可能である。
【００３６】
また、本発明では航走体が姿勢角センサを搭載していると仮定したが、搭載していない場合も本発明と同様の処理を行うことにより、正確に海底面を二次元画像として抽出可能である。その理由は、本発明の手法が送受波器と海底面との相対角度を求めることから、航走体のピッチ量及びロール量が姿勢センサによって判明していない場合でも海底面の絶対的な傾斜角が算出できないだけで、本質的に海底面を二次元画像として正確に抽出可能であることには変わりないからである。
【００３７】
更に、姿勢センサや測深儀を搭載している場合でも、例えば探信信号の送信から受信までの時間が長くて、その間に姿勢や高度が変化した場合、その変化に対応した最適値を本アルゴリズムにより導出することが可能である。
【００３８】
他の形態への適用としては、海底探査用マルチナロービームのスキャニングソーナーへの応用が考えられる。これは、本発明において説明に用いた前方監視ソーナーを海底へ向けたアプリケーションであるが、従来は海底の傾斜は考えずに、海底は海面に平行な平面と仮定して縦と横の方向に分解能を持たせた二次元の画像としてしか扱っていなかった。そこで、本発明と同様にレンジ方向、つまり深さ方向にも分解能を持たせて画像を三次元化することにより、傾斜のある海底面でも正確なスキャニングが可能となる。
【００３９】
また、本発明は水中航走体に装備される前方監視ソーナーについて説明しているが、これを水上航走体に装備した場合にも海底面検出用ソーナーとして使用可能である。従来の水上航走体は海底までの水深を測深儀により測定していたが、音波を海面下へ垂直に放射してその反射波を受信する測深儀では、自船の直下にある海底の水深のみを検出することが可能であり、自船前方の水深の変化を検出することが不可能であった。水深が急激に変化する浅海域等では、本発明を用いた前方監視ソーナーによって前もって進路上における水深を計測することができるので、座礁等の危険から余裕をもって回避することが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る第一の海底領域抽出装置等によれば、高度検出手段によって海底面の高度を検出し、その高度における様々な傾斜角を有する複数の二次元画像を第一方向及び第二方向画像抽出手段によって抽出し、これらの中で最も海底画像らしいものを海底領域として海底領域出力手段から出力することにより、三次元音響画像内に含まれている海底面の二次元画像を正確かつ容易に抽出できる。
【００４１】
本発明に係る第二の海底領域抽出装置等によれば、高度検出手段で検出された高度における、第一方向傾斜角出力手段から出力された第一方向傾斜角及び第二方向傾斜角出力手段から出力された第二方向傾斜角を有する平面を、海底領域として海底領域出力手段から出力することにより、三次元音響画像内に含まれている海底面の二次元画像を正確かつ容易に抽出できる。これに加え、三次元音響画像から抽出する二次元画像の個数が、第一の海底領域抽出装置に比べて少なくて済むので、処理速度を向上できる。
【００４２】
高度検出手段が高度方向画像抽出手段及び高度出力手段からなる場合は、三次元音響画像から高度を検出できるので、測深儀等が不要である。
【００４３】
複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択する場合は、最も海底画像らしいものを正確に選択できる。
【００４４】
複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、その信号強度の平均値が一定以上かつその信号強度差の平均値が極小値の二次元画像を選択する場合は、最も海底画像らしいものをより正確に選択できる。
【００４５】
換言すると、本発明は次のような効果を奏する。
【００４６】
第一の効果は、測深儀を装備することなく前方監視ソーナーのみで海底深度を算出可能なことである。その理由は、前方監視ソーナーの三次元音響画像中において、海底深度（高度）をパラメータとして二次元平面画像をスキャンすることにより、その画素強度の総和平均値から海底深度を特定できるからである。
【００４７】
第二の効果は、前方監視ソーナーのみで海底の傾斜角を算出可能なことである。その理由は、前方監視ソーナーの三次元音響画像中において、レンジ方向及びアジマス方向の海底傾斜角をパラメータとして二次元平面画像をスキャンすることにより、その画素強度の総和平均値及び差分平均値から海底面傾斜角を特定できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る海底領域抽出装置の第一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の海底領域抽出装置の動作の一部を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る海底領域抽出装置の第二実施形態を示すブロック図である。
【図４】図３の海底領域抽出装置が用いられた前方監視ソーナーの一例を示すブロック図である。
【図５】図３の海底領域抽出装置における高度方向画像抽出手段及び高度出力手段の動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】図３の海底領域抽出装置におけるレンジ方向画像抽出手段及びレンジ方向傾斜角出力手段の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】図３の海底領域抽出装置におけるアジマス方向画像抽出手段及びアジマス方向傾斜角出力手段の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８［１］は、前方監視ソーナーの視野及び抽出する海底面の模式図である。図８［２］は、海底残響及び抽出する二次元平面における断面の位置関係の模式図である。図８［３］は、画素強度の総和平均値と差分平均値の関係の模式図である。
【図９】図８［１］を更に詳しく示した模式図である。
【図１０】他の実施形態における高度再最適化処理の動作の第一例を示すフローチャートである。
【図１１】他の実施形態における高度再最適化処理の動作の第二例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 海底領域抽出装置
２ 高度方向画像抽出手段
３ 高度出力手段
４ レンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段
５ 海底領域出力手段
１０ 海底領域抽出装置
１１ 高度方向画像抽出手段
１２ 高度出力手段
１３ レンジ方向画像抽出手段
１４ レンジ方向傾斜角出力手段
１５ アジマス方向画像抽出手段
１６ アジマス方向傾斜角出力手段
１７ 海底領域出力手段
２０ 前方監視ソーナー
２１ 送受波器部
２２ 送信回路部
２３ 受信回路部
２４ 三次元画像形成部
２６ 海底画像処理部
２７ 海底画像判断部
【発明の属する技術分野】
本発明は、海中の三次元音響画像から海底領域を抽出する海底領域抽出装置等に関する。本発明に係る海底領域抽出装置は、水中を航行する航走体に装備され水平／垂直／距離方向に解像度を持つ三次元の前方監視ソーナー等に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、三次元音響画像内に存在する海底面や海面を、高度測定装置や水圧感知深度計を用いることなく、二次元平面領域として検出する技術を、既に出願している（特願２００１−２２７３０１号［未公開］）。この技術は、次のようなものである。まず、音響センサの走査領域すなわち三次元音響画像から、センサ高度（想定深度）をパラメータとして、海面に平行な二次元平面領域を所定の刻み幅で順次抽出する。そして、この二次元平面領域上のターゲット検出信号（例えば、ターゲット有りが「１」、ターゲット無しが「０」。）の総和を求めて、これを母集合のデータ数で除すことにより平均値を算出する。この平均値は当該二次元平面領域内におけるターゲットの占有率を示す値である。そこで、最も突出した平均値に対応するセンサ高度（想定深度）を求め、この値を、音響センサと海底面との鉛直離間距離、つまりセンサ高度であると判定する。従って、センサ高度やセンサ深度が不明な場合であっても、海底面や海面を音響センサのみによって容易に検出することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、水中を航行する航走体に装備され、図８［１］に示されるような水平／垂直／距離方向に解像度を持つ三次元の前方監視ソーナーにおいて、海底領域をその三次元画像中から二次元の平面画像として抽出する装置は、上記特願２００１−２２７３０１号を除き、本発明者の知る限り存在しない。ただし、特願２００１−２２７３０１号の技術は、海底が海面と平行すなわち傾斜のないことを前提としている。
【０００４】
そのような水中航走体に装備される前方監視ソーナーの視野に海面が捉えられるのは、海岸線に近い浅海域のみにおいてである。一方、浅海域の海底は、一般に海面とは平行ではなく多少傾斜している。しかしながら、上述した特願２００１−２２７３０１号の技術は海底に傾斜のないことを前提としているので、実際の浅海域においてそのような装置を運用し、抽出した海底領域へ精密な画像処理を施すためには、多少とはいえ傾斜した海底面に対応する必要があった。
【０００５】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、三次元音響画像内に含まれている傾斜した海底領域の深度及び傾斜角を求め、それを利用することにより傾斜した海底面を二次元の平面画像として抽出することのできる、海底領域抽出装置等を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第一の海底領域抽出装置は、音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出するものであり、高度検出手段、第一方向及び第二方向画像抽出手段、並びに海底領域出力手段を備えている。高度検出手段は、海底面のある一点における鉛直方向の座標、すなわち高度を検出する。ここで、高度検出手段で検出された高度で互いに交わる二軸を、それぞれ第一軸及び第二軸とする。第一方向及び第二方向画像抽出手段は、第一軸に対する傾斜角と第二軸に対する傾斜角との組み合わせの異なる複数の二次元画像を、三次元音響画像から抽出する。このとき、第一軸に対する異なる傾斜角をｎ個、第二軸に対する異なる傾斜角をｍ個とすると、これらの組み合わせからなる二次元画像は（ｎ×ｍ）個となる。海底領域出力手段は、第一方向及び第二方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像の中で最も海底画像らしいものを選択し、これを海底領域として出力する。また、本発明に係る第一の海底領域抽出装置は、請求項１又は２に記載した構成を採り得る。
【０００７】
本発明に係る第二の海底領域抽出装置は、音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出するものであり、高度検出手段、第一方向画像抽出手段、第一方向傾斜角出力手段、第二方向画像抽出手段、第二方向傾斜角出力手段、及び海底領域出力手段を備えている。高度検出手段は、海底面のある一点における鉛直方向の座標、すなわち高度を検出する。ここで、高度検出手段で検出された高度で互いに交わる二軸を、それぞれ第一軸及び第二軸とする。第一方向画像抽出手段は、第二軸を含むとともに第一軸に対する傾斜角の異なる複数の二次元画像を、三次元音響画像から抽出する。このとき、第一軸に対する異なる傾斜角をｎ個とすると、抽出する二次元画像もｎ個となる。第一方向傾斜角出力手段は、第一方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像の中で最も海底画像らしいものを選択し、その二次元画像に対応する傾斜角を出力する。第二方向画像抽出手段は、第一軸を含むとともに第二軸に対する傾斜角の異なる複数の二次元画像を、三次元音響画像から抽出する。このとき、第二軸に対する異なる傾斜角をｍ個とすると、抽出する二次元画像もｍ個となる。したがって、抽出する二次元画像は合計で（ｎ＋ｍ）個でよい（第一の海底領域抽出装置ではｎ×ｍ個）。第二方向傾斜角出力手段は、第二方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像の中で最も海底画像らしいものを選択し、その二次元画像に対応する傾斜角を出力する。海底領域出力手段は、高度検出手段で検出された高度における、第一方向傾斜角出力手段から出力された傾斜角及び第二方向傾斜角出力手段から出力された傾斜角を有する平面を、海底領域として出力する。また、本発明に係る第二の海底領域抽出装置は、請求項３又は４に記載した構成を採り得る。
【０００８】
本発明に係る海底領域抽出方法（請求項５乃至８）は本発明に係る海底領域抽出装置に使用されるものであり、本発明に係る海底領域抽出プログラム（請求項９乃至１２）は本発明に係る海底領域抽出装置の各手段としてコンピュータを機能させるものであり、本発明に係る前方監視ソーナー（請求項１３）は本発明に係る海底領域抽出装置を備えたものである。
【０００９】
換言すると、本発明は、水平／垂直／距離方向に解像度を持つ三次元の前方監視ソーナーにおいて傾斜した海底面を抽出する場合、傾斜角が海底面に一致したときに画素間の強度差分が極小となる性質を利用して、海底面傾斜角の判定を行うことを特徴とする。また、本発明は、種々の傾斜角スキャン値から強度差分の極小値を判定する際、強度総和の値が最大となる領域にある極小値を利用し、それ以外の極小値を選択しないことを特徴とする。すなわち、本発明は、三次元音響画像から抽出した二次元の平面領域が海底面と一致している場合において、各画素強度値の総和平均値が最大となり、かつ隣り合う各画素間の強度差の総二乗和平均値が極小となる性質を利用して海底面の傾斜角を求め、その抽出を行うことを特徴とする。
【００１０】
図８［１］において、送受波器の位置を原点とし、レンジ方向にＸ軸（レンジ方向軸）、アジマス方向にＹ軸（アジマス方向軸）をとる。そして、傾斜している海底面をそのまま上側に平行移動して原点が海底面と接したときに、Ｘ軸と海底面とのなす角がレンジ方向傾斜角、Ｙ軸と海底面とのなす角がアジマス方向傾斜角である。これらの関係を図示すると、図９のようになる。
【００１１】
図８［１］に示す視野で構成される三次元音響画像を得る前方監視ソーナーにおいて、航走体の姿勢角、視野角、及び海底面までの高度情報が既知である場合、幾何学的な演算によって海底面を二次元平面画像として抽出することが可能である。しかし、海底面が傾斜している場合、海面と平行に抽出した平面領域と海底面とは正確には一致しない。図８［２］は、三次元音響画像中における海底断面と抽出する平面領域の断面とを、模式的に示したものである。図中の□が一画素である。この画像中における海底断面、すなわち海底からの残響は、通常散乱や海底内部への透過波の影響によって有限の厚みを持っており、その境界も不鮮明である。
【００１２】
図８［２］に示す抽出領域の断面が海底に一致している場合、各画素強度の総和平均値は最大となる。そして、その総和平均値は、傾斜角度のずれが大きくなるに従って小さくなる。傾斜角を求めて抽出面と海底面とを一致させるには、傾斜角を変数として各画素強度の総和平均値を求め、この総和平均値が最大となる傾斜角を求めればよい。しかし、傾斜角に対する総和平均値の変化は模式的に図８［３］に示すように穏やかなものであるため、総和平均値のピーク値を特定することが難しい。
【００１３】
これに対して、隣り合う画素同士の強度差を評価する場合、その二乗平均の値は、模式的に図８［３］に示すように、傾斜角に対して、海底面に一致する個所を極小として急激に変化する。従って、傾斜角を変数として各画素強度の差分平均値が極小となるものを求めればよい。しかし、極小値は必ずしも最小値ではなく、また実際には他にも局所的な極小値が発生すると考えられるため、その検出には工夫が必要である。そこで、前述の総和平均値による指標とこの差分平均値による指標とを組み合わせて、総和平均値が最大に近い領域で差分平均値が極小となる角度を海底の傾斜角とすることにより、信頼性の高い海底傾斜角の検出が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る海底領域抽出装置の第一実施形態を示すブロック図である。図２は、図１の海底領域抽出装置の動作の一部を示すフローチャートである。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１５】
本実施形態の海底領域抽出装置１は、音響センサ（図示せず）によって得られた海中の三次元音響画像ａから海底面の二次元画像を抽出するものであり、海底面のある一点における鉛直方向の座標すなわち高度を検出する高度検出手段としての高度方向画像抽出手段２及び高度出力手段３と、高度方向画像抽出手段２及び高度出力手段３で検出された高度で互いに交わる二軸をそれぞれ第一軸及び第二軸としたとき、当該第一軸に対する傾斜角と当該第二軸に対する傾斜角との組み合わせの異なる複数の二次元画像を前記三次元音響画像から抽出する第一方向及び第二方向画像抽出手段としてのレンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段４と、レンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段４で抽出された複数の二次元画像の中で最も海底画像らしいものを選択し、これを海底領域として出力する海底領域出力手段５とを備えている。
【００１６】
また、高度方向画像抽出手段２は、三次元音響画像ａを複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する。高度出力手段３は、高度方向画像抽出手段２で抽出された複数の二次元画像の中で最も海底画像らしいものを選択し、その二次元画像に対応する高度ｃを出力する。レンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段４は、高度出力手段３から出力された高度ｃにおいて、レンジ方向傾斜角とアジマス方向傾斜角との複数の組み合わせごとに三次元音響画像ａをスキャンして、複数の二次元画像を抽出する。
【００１７】
更に、高度出力手段３は、高度方向画像抽出手段２で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択する。海底領域出力手段５は、レンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段４で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、信号強度の平均値が一定以上の二次元画像であって、レンジ方向傾斜角をＸ軸、アジマス方向傾斜角をＹ軸、信号強度差の平均値をＺ軸とするグラフを作成したとき、信号強度差の平均値が最も小さい極小値である二次元画像を選択する。
【００１８】
なお、本実施形態の構成及び動作については、以下の第二実施形態に準ずるので、詳しい説明を省略する。
【００１９】
図３は、本発明に係る海底領域抽出装置の第二実施形態を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００２０】
本実施形態の海底領域抽出装置１０は、海底面を含む海中の三次元音響画像ａを複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像ｂを抽出する高度方向画像抽出手段１１と、高度方向画像抽出手段１１で抽出された複数の二次元画像ｂの中で最も海底画像らしいものを選択し、その二次元画像に対応する高度ｃを出力する高度出力手段１２と、高度出力手段１２から出力された高度ｃにおいて、三次元音響画像ａを複数のレンジ方向傾斜角ごとにスキャンして、海面に非平行な複数の二次元画像ｄを抽出するレンジ方向画像抽出手段１３と、レンジ方向画像抽出手段１３で抽出された複数の二次元画像ｄの中で最も海底画像らしいものを選択し、その二次元画像に対応するレンジ方向傾斜角ｅを出力するレンジ方向傾斜角出力手段１４と、高度出力手段１２から出力された高度ｃにおいて、三次元音響画像ａを複数のアジマス方向傾斜角ごとにスキャンして、海面に非平行な複数の二次元画像ｆを抽出するアジマス方向画像抽出手段１５と、アジマス方向画像抽出手段１５で抽出された複数の二次元画像ｆの中で最も海底画像らしいものを選択し、その二次元画像に対応するアジマス方向傾斜角ｇを出力するアジマス方向傾斜角出力手段１６と、高度出力手段１２から出力された高度ｃにおける、レンジ方向傾斜角出力手段１４から出力されたレンジ方向傾斜角ｅ及びアジマス方向傾斜角出力手段１６から出力されたアジマス方向傾斜角ｇを有する平面を海底領域ｈとして出力する海底領域出力手段１７と、を備えたものである。
【００２１】
また、高度出力手段１２は、高度方向画像抽出手段１１で抽出された複数の二次元画像ｂのそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択する。レンジ方向傾斜角出力手段１４は、レンジ方向画像抽出手段１３で抽出された複数の二次元画像ｄのそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上かつ当該信号強度差の平均値が極小値の二次元画像を選択する。アジマス方向傾斜角出力手段１６は、アジマス方向画像抽出手段１５で抽出された複数の二次元画像ｆのそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上かつ当該信号強度差の平均値が極小値の二次元画像を選択する。
【００２２】
換言すると、高度方向画像抽出手段１１、レンジ方向画像抽出手段１３及びアジマス方向画像抽出手段１５は、それぞれ高度スキャン、レンジ方向の傾斜角スキャン及びアジマス方向の傾斜角スキャンを行う範囲を決定し、航走体の姿勢、ビーム視野角、海底までの高度及び海底の傾斜角に基づき、三次元音響画像から二次元の平面画像を抽出する。高度出力手段１２、レンジ方向傾斜角出力手段１４及びアジマス方向傾斜角出力手段１６は、抽出された二次元の音響画像における各画素強度値の総和を算出し、その値を総画素数で割ることにより総和平均値を算出し記憶する。レンジ方向傾斜角出力手段１４及びアジマス方向傾斜角出力手段１６は、抽出された二次元の音響画像における、アジマス方向及びレンジ方向で隣り合う画素同士の強度差分の二乗総和を算出し、それぞれの値を総画素数で割ることにより、アジマス方向及びレンジ各方向における差分平均値を算出し記憶する。
【００２３】
図４は、海底領域抽出装置１０が用いられる前方監視ソーナーの一例を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００２４】
前方監視ソーナー２０は、水中を航行する航走体に装備され、水平／垂直／距離方向に解像度を持つ。前方監視ソーナー２０の視野例は、図８［１］に示すとおりである。また、送受波器部２１、送信回路部２２、受信回路部２３及び三次元画像形成部２４は、音響センサに相当する。
【００２５】
まず、送信回路部２２は、探信波の電気信号を生成及び増幅して送受波器部２１へ出力する。送受波器部２１は、その電気信号を音響信号に変換して海中に放射し、海中の物体から反射して返ってきた音響信号を再び電気信号に変換して受信回路部２３へ出力する。受信回路部２３は、その電気信号に対してフィルタ処理、Ａ／Ｄ変換等を施して、三次元画像形成部２４へ出力する。三次元画像形成部２４は、入力した電気信号をビームフォーミングによって空間分解された画像信号に変換し、これを海底領域抽出装置１０へ出力する。海底領域抽出装置１０は、入力された三次元音響画像から海底面を二次元の音響画像として抽出し、これを海底画像処理部２６へ出力する。海底画像処理部２６は、二次元の海底画像に目標強調等の処理を行い、その結果を海底画像判断部２７へ出力する。海底画像判断部２７は、その結果に基づき最終的な解析処理を行う。
【００２６】
次に、海底領域抽出装置１０の動作を説明する。
【００２７】
図５は、高度方向画像抽出手段１１及び高度出力手段１２の動作の一例を示すフローチャートである。すなわち、図５は、海底から航走体までの高さ、すなわち高度を求めるアルゴリズムのフローを示している。以下、この図面に基づき説明する。
【００２８】
まず、予め設定された運用海域の情報をもとに、高度スキャンする範囲及び刻み幅を算出し、高度の初期値を設定する（ステップ１００，１０１）。続いて、設定された高度、航走体の姿勢情報、及びビーム視野角に基づき、幾何学的な演算によって二次元の平面画像を抽出する（ステップ１０２）。続いて、抽出された二次元画像の画素強度について全ての総和をとり、その値を総画素数で割ることによって総和平均値を算出する（ステップ１０３）。続いて、算出した総和平均値とそのときに用いた高度値とを記憶する（ステップ１０４）。ここで、高度スキャンを終了していない場合（ステップ１０５）、高度値を刻み幅分インクリメントしてステップ１０２へ戻る（ステップ１０６）。一方、高度スキャンを終了している場合（ステップ１０５）、記憶した総和平均値と高度値との組み合わせの中から総和平均値を最大とする高度値を選択し、これを最適化値として出力することにより高度最適化処理を終了する（ステップ１０７，１０８）。なお、この処理を行う時点では、傾斜角はレンジ方向及びアジマス方向ともにゼロと仮定している。
【００２９】
図６は、レンジ方向画像抽出手段１３及びレンジ方向傾斜角出力手段１４の動作の一例を示すフローチャートである。すなわち、図６は、海底のレンジ方向における傾斜角を求めるアルゴリズムのフローを示している。
【００３０】
まず、予め設定された運用海域の情報をもとに、レンジ方向傾斜角スキャンを行う範囲及び刻み幅を算出し、レンジ方向傾斜角の初期値を設定する（ステップ１０９，１１０）。続いて、図５に示すアルゴリズムにて最適化した高度、設定された傾斜角、航走体の姿勢情報及びビーム視野角に基づき、幾何学的な演算によって二次元の平面画像を抽出する（ステップ１１１）。続いて、抽出された二次元画像の画素強度全ての総和をとり、その値を総画素数で割ることにより総和平均値を算出する（ステップ１１２）。このとき、抽出された二次元画像についてレンジ方向に隣り合う画素強度全ての差分の二乗和をとり、その値を総画素数で割ることにより差分平均値も算出する（ステップ１１３）。続いて、算出された総和平均値、差分平均値、及びそのときに用いた傾斜角値を記憶する（ステップ１１４）。続いて、レンジ方向傾斜角スキャンを終了していない場合（ステップ１１５）、傾斜角値を刻み幅分インクリメントしてステップ１１１へ戻る（ステップ１１６）。一方、レンジ方向傾斜角スキャンを終了している場合（ステップ１１５）、記憶した傾斜角値と総和平均値及び差分平均値との組み合わせの中から、総和平均値が最大に近い領域で差分平均値を極小とする傾斜角の値を選択し、これを最適化値として出力することによりレンジ方向傾斜角最適化処理を終了する（ステップ１１７，１１８）。
【００３１】
図７は、アジマス方向画像抽出手段１５及びアジマス方向傾斜角出力手段１６の動作の一例を示すフローチャートである。すなわち、図７は、海底のアジマス方向における傾斜角を求めるアルゴリズムのフローを示している。
【００３２】
まず、予め設定された運用海域の情報をもとに、アジマス方向傾斜角スキャンを行う範囲及び刻み幅を算出し、アジマス方向傾斜角の初期値を設定する（ステップ１１９，１２０）。続いて、図５に示すアルゴリズムにて最適化した高度、設定された傾斜角、航走体の姿勢情報、及びビーム視野角に基づき、幾何学的な演算によって二次元の平面画像を抽出する（ステップ１２１）。続いて、抽出された二次元画像の画素強度全ての総和をとり、その値を総画素数で割ることによって総和平均値を算出する（ステップ１２２）。このとき、抽出された二次元画像についてアジマス方向に隣り合う画素強度全ての差分の二乗和をとり、その値を総画素数で割ることによって差分平均値を算出する（ステップ１２３）。続いて、算出された総和平均値と差分平均値、及びそのときに用いた傾斜角値を記憶する（ステップ１２４）。続いて、アジマス方向傾斜角スキャンを終了していない場合（ステップ１２５）、傾斜角値を刻み幅分インクリメントしてステップ１２１へ戻る（ステップ１２６）。一方、アジマス方向傾斜角スキャンを終了している場合、記憶した傾斜角値と総和平均値及び差分平均値との組み合わせの中から、総和平均値が最大に近い領域で差分平均値を極小とする傾斜角の値を選択し、これを最適化値として出力することによりアジマス方向傾斜角最適化処理を終了する（ステップ１２７，１２８）。
【００３３】
次に、図３及び図４に基づき説明する。図５乃至図７に示したフローチャートに従って処理することにより、高度とアジマス方向傾斜角及びレンジ方向傾斜角とを求めることが可能となる。海面画像出力手段１７は、これらの最適化された値を用いて三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出し、海底画像処理部２６へ出力する。その海底画像は、海底画像処理部２６でターゲット強調処理等が施され、海底画像判断部２７で最終的に解析処理が行われる。
【００３４】
【発明の他の実施の形態】
上記第一及び第二実施形態において、最適化された傾斜角を用いて高度を再び最適化し、この再び最適化された高度を用いて傾斜角を再び最適化する、これを一回以上繰り返してもよい。高度再最適化処理の動作について、二つの例を図１０及び図１１に示す。この場合は、高度及び傾斜角の検出精度を更に向上できる。
【００３５】
本発明では航走体が高度センサとしての測深儀を搭載していないと仮定したが、もちろん測深儀を搭載している場合でも、図５に示す高度最適化処理を省略するだけで、他は全く同様の機能を実現可能である。
【００３６】
また、本発明では航走体が姿勢角センサを搭載していると仮定したが、搭載していない場合も本発明と同様の処理を行うことにより、正確に海底面を二次元画像として抽出可能である。その理由は、本発明の手法が送受波器と海底面との相対角度を求めることから、航走体のピッチ量及びロール量が姿勢センサによって判明していない場合でも海底面の絶対的な傾斜角が算出できないだけで、本質的に海底面を二次元画像として正確に抽出可能であることには変わりないからである。
【００３７】
更に、姿勢センサや測深儀を搭載している場合でも、例えば探信信号の送信から受信までの時間が長くて、その間に姿勢や高度が変化した場合、その変化に対応した最適値を本アルゴリズムにより導出することが可能である。
【００３８】
他の形態への適用としては、海底探査用マルチナロービームのスキャニングソーナーへの応用が考えられる。これは、本発明において説明に用いた前方監視ソーナーを海底へ向けたアプリケーションであるが、従来は海底の傾斜は考えずに、海底は海面に平行な平面と仮定して縦と横の方向に分解能を持たせた二次元の画像としてしか扱っていなかった。そこで、本発明と同様にレンジ方向、つまり深さ方向にも分解能を持たせて画像を三次元化することにより、傾斜のある海底面でも正確なスキャニングが可能となる。
【００３９】
また、本発明は水中航走体に装備される前方監視ソーナーについて説明しているが、これを水上航走体に装備した場合にも海底面検出用ソーナーとして使用可能である。従来の水上航走体は海底までの水深を測深儀により測定していたが、音波を海面下へ垂直に放射してその反射波を受信する測深儀では、自船の直下にある海底の水深のみを検出することが可能であり、自船前方の水深の変化を検出することが不可能であった。水深が急激に変化する浅海域等では、本発明を用いた前方監視ソーナーによって前もって進路上における水深を計測することができるので、座礁等の危険から余裕をもって回避することが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る第一の海底領域抽出装置等によれば、高度検出手段によって海底面の高度を検出し、その高度における様々な傾斜角を有する複数の二次元画像を第一方向及び第二方向画像抽出手段によって抽出し、これらの中で最も海底画像らしいものを海底領域として海底領域出力手段から出力することにより、三次元音響画像内に含まれている海底面の二次元画像を正確かつ容易に抽出できる。
【００４１】
本発明に係る第二の海底領域抽出装置等によれば、高度検出手段で検出された高度における、第一方向傾斜角出力手段から出力された第一方向傾斜角及び第二方向傾斜角出力手段から出力された第二方向傾斜角を有する平面を、海底領域として海底領域出力手段から出力することにより、三次元音響画像内に含まれている海底面の二次元画像を正確かつ容易に抽出できる。これに加え、三次元音響画像から抽出する二次元画像の個数が、第一の海底領域抽出装置に比べて少なくて済むので、処理速度を向上できる。
【００４２】
高度検出手段が高度方向画像抽出手段及び高度出力手段からなる場合は、三次元音響画像から高度を検出できるので、測深儀等が不要である。
【００４３】
複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択する場合は、最も海底画像らしいものを正確に選択できる。
【００４４】
複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、その信号強度の平均値が一定以上かつその信号強度差の平均値が極小値の二次元画像を選択する場合は、最も海底画像らしいものをより正確に選択できる。
【００４５】
換言すると、本発明は次のような効果を奏する。
【００４６】
第一の効果は、測深儀を装備することなく前方監視ソーナーのみで海底深度を算出可能なことである。その理由は、前方監視ソーナーの三次元音響画像中において、海底深度（高度）をパラメータとして二次元平面画像をスキャンすることにより、その画素強度の総和平均値から海底深度を特定できるからである。
【００４７】
第二の効果は、前方監視ソーナーのみで海底の傾斜角を算出可能なことである。その理由は、前方監視ソーナーの三次元音響画像中において、レンジ方向及びアジマス方向の海底傾斜角をパラメータとして二次元平面画像をスキャンすることにより、その画素強度の総和平均値及び差分平均値から海底面傾斜角を特定できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る海底領域抽出装置の第一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の海底領域抽出装置の動作の一部を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る海底領域抽出装置の第二実施形態を示すブロック図である。
【図４】図３の海底領域抽出装置が用いられた前方監視ソーナーの一例を示すブロック図である。
【図５】図３の海底領域抽出装置における高度方向画像抽出手段及び高度出力手段の動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】図３の海底領域抽出装置におけるレンジ方向画像抽出手段及びレンジ方向傾斜角出力手段の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】図３の海底領域抽出装置におけるアジマス方向画像抽出手段及びアジマス方向傾斜角出力手段の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８［１］は、前方監視ソーナーの視野及び抽出する海底面の模式図である。図８［２］は、海底残響及び抽出する二次元平面における断面の位置関係の模式図である。図８［３］は、画素強度の総和平均値と差分平均値の関係の模式図である。
【図９】図８［１］を更に詳しく示した模式図である。
【図１０】他の実施形態における高度再最適化処理の動作の第一例を示すフローチャートである。
【図１１】他の実施形態における高度再最適化処理の動作の第二例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 海底領域抽出装置
２ 高度方向画像抽出手段
３ 高度出力手段
４ レンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段
５ 海底領域出力手段
１０ 海底領域抽出装置
１１ 高度方向画像抽出手段
１２ 高度出力手段
１３ レンジ方向画像抽出手段
１４ レンジ方向傾斜角出力手段
１５ アジマス方向画像抽出手段
１６ アジマス方向傾斜角出力手段
１７ 海底領域出力手段
２０ 前方監視ソーナー
２１ 送受波器部
２２ 送信回路部
２３ 受信回路部
２４ 三次元画像形成部
２６ 海底画像処理部
２７ 海底画像判断部
Claims (13)
- 音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する海底領域抽出装置であって、
前記海底面のある一点における鉛直方向の座標を高度としたとき、前記三次元音響画像を複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する高度方向画像抽出手段と、
この高度方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応する高度を出力する高度出力手段と、
この高度出力手段から出力された高度において、前記三次元音響画像をレンジ方向傾斜角とアジマス方向傾斜角との複数の組み合わせごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するレンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段と、
このレンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、これを海底領域として出力する海底領域出力手段と、
を備えことを特徴とする海底領域抽出装置。 - 音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する海底領域抽出装置であって、
前記海底面のある一点における鉛直方向の座標を高度としたとき、前記三次元音響画像を複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する高度方向画像抽出手段と、
この高度方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応する高度を出力する高度出力手段と、
この高度出力手段から出力された高度において、前記三次元音響画像をレンジ方向傾斜角とアジマス方向傾斜角との複数の組み合わせごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するレンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段と、
このレンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上の二次元画像であって、前記レンジ方向傾斜角をＸ軸、前記アジマス方向傾斜角をＹ軸、前記信号強度差の平均値をＺ軸とするグラフを作成したとき、当該信号強度差の平均値が最も小さい極小値である二次元画像を選択し、これを海底領域として出力する海底領域出力手段と、
を備えことを特徴とする海底領域抽出装置。 - 音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する海底領域抽出装置であって、
前記海底面のある一点における鉛直方向の座標を高度としたとき、前記三次元音響画像を複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する高度方向画像抽出手段と、
この高度方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応する高度を出力する高度出力手段と、
この高度出力手段から出力された高度において、前記三次元音響画像を複数のレンジ方向傾斜角ごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するレンジ方向画像抽出手段と、
このレンジ方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応するレンジ方向傾斜角を出力するレンジ方向傾斜角出力手段と、
前記高度出力手段から出力された高度において、前記三次元音響画像を複数のアジマス方向傾斜角ごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するアジマス方向画像抽出手段と、
このアジマス方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応するアジマス方向傾斜角を出力するアジマス方向傾斜角出力手段と、
前記高度検出手段で検出された高度における、前記レンジ方向傾斜角出力手段から出力されたレンジ方向傾斜角及び前記アジマス方向傾斜角出力手段から出力されたアジマス方向傾斜角を有する平面を、海底領域として出力する海底領域出力手段と、
を備えたことを特徴とする海底領域抽出装置。 - 音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する海底領域抽出装置であって、
前記海底面のある一点における鉛直方向の座標を高度としたとき、前記三次元音響画像を複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する高度方向画像抽出手段と、
この高度方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応する高度を出力する高度出力手段と、
この高度出力手段から出力された高度において、前記三次元音響画像を複数のレンジ方向傾斜角ごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するレンジ方向画像抽出手段と、
このレンジ方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上の二次元画像であって、前記レンジ方向傾斜角をＸ軸、前記信号強度差の平均値をＹ軸とするグラフを作成したとき、当該信号強度差の平均値が極小値である二次元画像を選択し、その二次元画像に対応するレンジ方向傾斜角を出力するレンジ方向傾斜角出力手段と、
前記高度出力手段から出力された高度において、前記三次元音響画像を複数のアジマス方向傾斜角ごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するアジマス方向画像抽出手段と、
このアジマス方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上の二次元画像であって、前記アジマス方向傾斜角をＸ軸、前記信号強度差の平均値をＹ軸とするグラフを作成したとき、当該信号強度差の平均値が極小値である二次元画像を選択し、その二次元画像に対応するアジマス方向傾斜角を出力するアジマス方向傾斜角出力手段と、
前記高度検出手段で検出された高度における、前記レンジ方向傾斜角出力手段から出力されたレンジ方向傾斜角及び前記アジマス方向傾斜角出力手段から出力されたアジマス方向傾斜角を有する平面を、海底領域として出力する海底領域出力手段と、
を備えたことを特徴とする海底領域抽出装置。 - 音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する海底領域抽出方法であって、
前記海底面のある一点における鉛直方向の座標を高度としたとき、前記三次元音響画像を複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する高度方向画像抽出ステップと、
この高度方向画像抽出ステップで抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応する高度を出力する高度出力ステップと、
この高度出力ステップで出力された高度において、前記三次元音響画像をレンジ方向傾斜角とアジマス方向傾斜角との複数の組み合わせごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するレンジ方向及びアジマス方向画像抽出ステップと、
このレンジ方向及びアジマス方向画像抽出ステップで抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、これを海底領域として出力する海底領域出力ステップと、
を備えことを特徴とする海底領域抽出方法。 - 音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する海底領域抽出方法であって、
前記海底面のある一点における鉛直方向の座標を高度としたとき、前記三次元音響画像を複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する高度方向画像抽出ステップと、
この高度方向画像抽出ステップで抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応する高度を出力する高度出力ステップと、
この高度出力ステップで出力された高度において、前記三次元音響画像をレンジ方向傾斜角とアジマス方向傾斜角との複数の組み合わせごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するレンジ方向及びアジマス方向画像抽出ステップと、
このレンジ方向及びアジマス方向画像抽出ステップで抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上の二次元画像であって、前記レンジ方向傾斜角をＸ軸、前記アジマス方向傾斜角をＹ軸、前記信号強度差の平均値をＺ軸とするグラフを作成したとき、当該信号強度差の平均値が最も小さい極小値である二次元画像を選択し、これを海底領域として出力する海底領域出力ステップと、
を備えことを特徴とする海底領域抽出方法。 - 音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する海底領域抽出方法であって、
前記海底面のある一点における鉛直方向の座標を高度としたとき、前記三次元音響画像を複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する高度方向画像抽出ステップと、
この高度方向画像抽出ステップで抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応する高度を出力する高度出力ステップと、
この高度出力ステップで出力された高度において、前記三次元音響画像を複数のレンジ方向傾斜角ごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するレンジ方向画像抽出ステップと、
このレンジ方向画像抽出ステップで抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応するレンジ方向傾斜角を出力するレンジ方向傾斜角出力ステップと、
前記高度出力ステップで出力された高度において、前記三次元音響画像を複数のアジマス方向傾斜角ごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するアジマス方向画像抽出ステップと、
このアジマス方向画像抽出ステップで抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応するアジマス方向傾斜角を出力するアジマス方向傾斜角出力ステップと、
前記高度検出ステップで検出された高度における、前記レンジ方向傾斜角出力ステップで出力されたレンジ方向傾斜角及び前記アジマス方向傾斜角出力ステップで出力されたアジマス方向傾斜角を有する平面を、海底領域として出力する海底領域出力ステップと、
を備えたことを特徴とする海底領域抽出方法。 - 音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する海底領域抽出方法であって、
前記海底面のある一点における鉛直方向の座標を高度としたとき、前記三次元音響画像を複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する高度方向画像抽出ステップと、
この高度方向画像抽出ステップで抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元 画像に対応する高度を出力する高度出力ステップと、
この高度出力ステップで出力された高度において、前記三次元音響画像を複数のレンジ方向傾斜角ごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するレンジ方向画像抽出ステップと、
このレンジ方向画像抽出ステップで抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上の二次元画像であって、前記レンジ方向傾斜角をＸ軸、前記信号強度差の平均値をＹ軸とするグラフを作成したとき、当該信号強度差の平均値が極小値である二次元画像を選択し、その二次元画像に対応するレンジ方向傾斜角を出力するレンジ方向傾斜角出力ステップと、
前記高度出力ステップで出力された高度において、前記三次元音響画像を複数のアジマス方向傾斜角ごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するアジマス方向画像抽出ステップと、
このアジマス方向画像抽出ステップで抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上の二次元画像であって、前記アジマス方向傾斜角をＸ軸、前記信号強度差の平均値をＹ軸とするグラフを作成したとき、当該信号強度差の平均値が極小値である二次元画像を選択し、その二次元画像に対応するアジマス方向傾斜角を出力するアジマス方向傾斜角出力ステップと、
前記高度検出ステップで検出された高度における、前記レンジ方向傾斜角出力ステップで出力されたレンジ方向傾斜角及び前記アジマス方向傾斜角出力ステップで出力されたアジマス方向傾斜角を有する平面を、海底領域として出力する海底領域出力ステップと、
を備えたことを特徴とする海底領域抽出方法。 - 音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する海底領域抽出装置として、コンピュータを機能させるための海底領域抽出プログラムであって、
前記海底面のある一点における鉛直方向の座標を高度としたとき、前記三次元音響画像を複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する高度方向画像抽出手段、
この高度方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応する高度を出力する高度出力手段、
この高度出力手段から出力された高度において、前記三次元音響画像をレンジ方向傾斜角とアジマス方向傾斜角との複数の組み合わせごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するレンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段、
及び、このレンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、これを海底領域として出力する海底領域出力手段として、
コンピュータを機能させることを特徴とする海底領域抽出プログラム。 - 音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する海底領域抽出装置として、コンピュータを機能させるための海底領域抽出プログラムであって、
前記海底面のある一点における鉛直方向の座標を高度としたとき、前記三次元音響画像を複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する高度方向画像抽出手段、
この高度方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応する高度を出力する高度出力手段、
この高度出力手段から出力された高度において、前記三次元音響画像をレンジ方向傾斜角とアジマス方向傾斜角との複数の組み合わせごとにスキャンして、複数の二次元画像を 抽出するレンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段、
及び、このレンジ方向及びアジマス方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上の二次元画像であって、前記レンジ方向傾斜角をＸ軸、前記アジマス方向傾斜角をＹ軸、前記信号強度差の平均値をＺ軸とするグラフを作成したとき、当該信号強度差の平均値が最も小さい極小値である二次元画像を選択し、これを海底領域として出力する海底領域出力手段として、
コンピュータを機能させることを特徴とする海底領域抽出プログラム。 - 音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する海底領域抽出装置として、コンピュータを機能させるための海底領域抽出プログラムであって、
前記海底面のある一点における鉛直方向の座標を高度としたとき、前記三次元音響画像を複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する高度方向画像抽出手段、
この高度方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応する高度を出力する高度出力手段、
この高度出力手段から出力された高度において、前記三次元音響画像を複数のレンジ方向傾斜角ごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するレンジ方向画像抽出手段、
このレンジ方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応するレンジ方向傾斜角を出力するレンジ方向傾斜角出力手段、
前記高度出力手段から出力された高度において、前記三次元音響画像を複数のアジマス方向傾斜角ごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するアジマス方向画像抽出手段、
このアジマス方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応するアジマス方向傾斜角を出力するアジマス方向傾斜角出力手段、
及び、前記高度検出手段で検出された高度における、前記レンジ方向傾斜角出力手段から出力されたレンジ方向傾斜角及び前記アジマス方向傾斜角出力手段から出力されたアジマス方向傾斜角を有する平面を、海底領域として出力する海底領域出力手段として、
コンピュータを機能させることを特徴とする海底領域抽出プログラム。 - 音響センサによって得られた海中の三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する海底領域抽出装置として、コンピュータを機能させるための海底領域抽出プログラムであって、
前記海底面のある一点における鉛直方向の座標を高度としたとき、前記三次元音響画像を複数の高度ごとにスキャンして、海面に平行な複数の二次元画像を抽出する高度方向画像抽出手段、
この高度方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値を求め、その平均値の最も大きい二次元画像を選択し、その二次元画像に対応する高度を出力する高度出力手段、
この高度出力手段から出力された高度において、前記三次元音響画像を複数のレンジ方向傾斜角ごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するレンジ方向画像抽出手段、
このレンジ方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上の二次元画像であって、前記レンジ方向傾斜角をＸ軸、前記信号強度差の平均値をＹ軸とするグラフを作成したとき、当該信号強度差の平均値が極小値である二次元画像を選択し、その二次元画像に対応するレンジ方向傾斜角を出力するレンジ方向傾斜角出力手段、
前記高度出力手段から出力された高度において、前記三次元音響画像を複数のアジマス 方向傾斜角ごとにスキャンして、複数の二次元画像を抽出するアジマス方向画像抽出手段、
このアジマス方向画像抽出手段で抽出された複数の二次元画像のそれぞれについて全画素の信号強度の平均値及び隣接する各画素間の信号強度差の平均値を求め、当該信号強度の平均値が一定以上の二次元画像であって、前記アジマス方向傾斜角をＸ軸、前記信号強度差の平均値をＹ軸とするグラフを作成したとき、当該信号強度差の平均値が極小値である二次元画像を選択し、その二次元画像に対応するアジマス方向傾斜角を出力するアジマス方向傾斜角出力手段、
及び、前記高度検出手段で検出された高度における、前記レンジ方向傾斜角出力手段から出力されたレンジ方向傾斜角及び前記アジマス方向傾斜角出力手段から出力されたアジマス方向傾斜角を有する平面を、海底領域として出力する海底領域出力手段として、
コンピュータを機能させることを特徴とする海底領域抽出プログラム。 - 海中の三次元音響画像を得る音響センサと、この音響センサによって得られた三次元音響画像から海底面の二次元画像を抽出する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の海底領域抽出装置と、
を備えた前方監視ソーナー。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002111501A JP4036020B2 (ja) | 2002-04-15 | 2002-04-15 | 海底領域抽出装置及び方法、海底領域抽出プログラム並びに前方監視ソーナー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002111501A JP4036020B2 (ja) | 2002-04-15 | 2002-04-15 | 海底領域抽出装置及び方法、海底領域抽出プログラム並びに前方監視ソーナー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP4036020B2 true JP4036020B2 (ja) | 2008-01-23 |
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ID=29394270
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002111501A Expired - Lifetime JP4036020B2 (ja) | 2002-04-15 | 2002-04-15 | 海底領域抽出装置及び方法、海底領域抽出プログラム並びに前方監視ソーナー |
Country Status (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP5369412B2 (ja) * | 2007-09-13 | 2013-12-18 | 日本電気株式会社 | アクティブソーナー装置およびアクティブソーナー装置による残響除去方法 |
-
2002
- 2002-04-15 JP JP2002111501A patent/JP4036020B2/ja not_active Expired - Lifetime
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