JP5500617B2 - 対象物検出方法及びライダー装置、環境測定方法 - Google Patents
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Description
本発明の請求項1に係る対象物検出方法は、照明光を水上から水中の対象物に向かって照射し、該対象物が発する光の画像及び前記対象物の深さを検出する対象物検出方法であって、第1のパルス状の前記照明光を前記対象物に照射する照射ステップと、前記対象物側から戻った光を、前記照明光と略同一の波長をもつ光を受光する第1の光検出部と、前記対象物が発する光と略同一の波長をもつ光を受光する第2の光検出部とで検出し、それぞれパルス出力をする受光ステップと、前記第1の光検出部からの第1のパルス出力における二つ目のピークと一つ目のピークとの時間差から前記深さを算出する深さ算出ステップと、前記第2の光検出部からの第2のパルス出力における二つ目のピークに基づいて撮像素子の露光タイミングを設定する露光タイミング設定ステップと、第2のパルス状の前記照明光を再度前記対象物に照射する再照射ステップと、前記露光タイミングで前記対象物が発する光と略同一波長をもつ光を前記撮像素子で撮像する撮像ステップと、を具備することを特徴とする。
この発明においては、水上から発した照明光を用いて水中の対象物が発する光の撮像が行われる。この際、撮像素子とは別に高感度の光検出部を用いる。照明光の照射によって水中の対象物側から戻ってきた光をこの光検出部が検出すると、その出力パルスには、水面に起因するピークと、対象物に起因するピークの二つのピークが現れる。この二つのピークの時間差から対象物の深さを算出する。かつ、その二つ目のピークに基づいて露光タイミングを設定し、照明光の再照射を行った際に、対象物が発する光での撮像をこの露光タイミングで行う。この際、前記の光検出部として、散乱光を検出する第1の光検出部と、対象物が発する光(例えば蛍光)を検出する第2の光検出部が共に用いられる。第1の光検出部の出力における二つのピークの時間差から深さが算出されると共に、第2の光検出部の出力における二つ目のピークに基づいて露光タイミングが設定されることにより、太陽散乱光等の背景光を減少させて、高いシグナル−ノイズ比で撮像が行われる。
この発明においては、照明光を水上から照射するが、前記の再照射ステップは行わず、照射ステップにおいて発せられたパルス状の照明光によって深さの算出と露光開始タイミングが設定される。この露光開始タイミングは、対象物からの散乱光に基づくピークと、
前記対象物が発する光として例えば、蛍光の遅延時間T DL2 に基づいて設定され、照射ステップにおいて発せられたパルス状の照明光によって対象物が発した光の撮像が、この露光開始タイミングで開始される。すなわち、照明光の1回の照射によって深さ算出、露光開始タイミング設定、及び撮像が行われる。
この発明においては、水中から発した照明光を用いて水中の対象物が発する光の撮像が行われる。この際、撮像素子とは別に高感度の光検出部を用いる。照明光の照射によって水中の対象物側から戻ってきた光をこの光検出部が検出すると、その出力パルスにおけるピークに基づいて深さを算出する。かつ、このピークに基づいて露光タイミングも設定し、照明光の再照射を行った際に、対象物が発する光での撮像をこの露光タイミングで行う。
また、本発明の対象物検出方法は、前記受光ステップにおいて、前記照明光と略同一の波長をもつ光を受光する第1の光検出部と、前記対象物が発する光と略同一の波長をもつ光を受光する第2の光検出部とが用いられ、前記深さ算出ステップにおいて、前記第1の光検出部からの第1のパルス出力における前記二つ目のピークと前記一つ目のピークとの時間差に基づいて前記深さを算出し、前記露光タイミング設定ステップにおいて、前記第2の光検出部からの第2のパルス出力における前記対象物が発する光と略同一の波長をもつ光としての蛍光に基づくピークに適合して前記露光タイミングを設定する、ことを特徴とする。
この発明においては、前記の光検出部として、散乱光を検出する第1の光検出部と、対象物が発する光(例えば蛍光)を検出する第2の光検出部が共に用いられる。第1の光検出部の出力における二つのピークの時間差に基づいて深さを算出すると共に、第2の光検出部からの第2のパルス出力におけるピークに適合して露光タイミングが設定されることにより、撮像が行われる。
この発明においては、照明光を水中から照射するが、前記の再照射ステップは行わず、照射ステップにおいて発せられたパルス状の照明光によって深さの算出と露光開始タイミングが設定される。この露光開始タイミングは、対象物からの散乱光に基づくピークと、前記対象物が発する光として例えば、蛍光の遅延時間T DL2 に基づいて設定され、照射ステップにおいて発せられたパルス状の照明光によって対象物が発した光の撮像が、この露光開始タイミングで開始される。すなわち、照明光の1回の照射によって深さ算出、露光開始タイミング設定、及び撮像が行われる。
この発明においては、前記の光検出部は散乱光を検出する。その出力におけるピークに基づいて深さが算出されると共に、露光タイミングも設定されることにより、撮像が行われる。すなわち、散乱光を検出する単一の光検出部を用いて深さ算出、露光タイミング設定、及び撮像が行われる。
また、本発明の対象物検出方法において、前記光検出部は、前記対象物が発する光と略同一の波長をもつ光を受光することを特徴とする。
この発明においては、前記の光検出部は、対象物が発する光(例えば蛍光)を検出する。その出力におけるピークに基づいて深さが算出されると共に、露光タイミングも設定されることにより、撮像が行われる。すなわち、対象物が発する光を検出する単一の光検出部を用いて深さ算出、露光タイミング設定、及び撮像が行われる。
また、本発明の対象物検出方法は、前記受光ステップ後に、前記照射ステップから所定時間経過後の前記光検出部からのパルス出力の値に応じて、警告を発する警告ステップを具備することを特徴とする。
この発明においては、特に水中から発した照明光を用いて水中の対象物が発する光の撮像を行なう際に、所定時間経過後の出力から、パルス出力における気泡からの散乱光の影響が確認できる。これを認識することによって、警報を発する。
また、本発明の対象物検出方法は、前記撮像ステップによって得られた画像信号に基づいた画像を表示させる表示ステップを具備することを特徴とする。
この発明においては、撮像された画像が表示ステップにおいて表示される。
また、本発明の対象物検出方法は、複数の波長領域にそれぞれ対応させて前記撮像ステップを行い、前記複数の波長領域に対応する撮像結果から、前記対象物側から戻る光のスペクトルを算出するステップを具備することを特徴とする。
この発明においては、複数の波長における撮像結果が得られる。従って、特に対象物から戻ってくる光のスペクトルが測定される。
また、本発明の対象物検出方法において、前記対象物が発する光は、前記対象物が発する蛍光であり、前記照明光は前記蛍光の励起光であることを特徴とする。
この発明においては、特に対象物が発する蛍光の画像が得られる。
また、本発明の対象物検出方法は、前記深さ算出ステップにおいて算出された深さに基づいて、前記照明光の出射光学系及び前記撮像素子の入射光学系を制御することを特徴とする。
この発明においては、算出された深さに基づいて撮像条件が制御される。
この発明のライダー装置においては、水中にある対象物に対して照射部が照明光を発する。その後、高感度の光検出部が対象物側から戻る光を検出する。制御部は、この光検出部のパルス出力におけるピークに基づいて、対象物の深さを算出する。また、この出力におけるピークからは、蛍光が撮像部において検出されるタイミングも認識できるため、撮像部は、このタイミングで前記対象物側が発する光と略同一の波長の光に対して露光を行う。これにより、この波長で撮像を行うことができる。この際、前記のライダー装置における光検出部として、散乱光を検出する第1の光検出部と、対象物が発する光(例えば蛍光)を検出する第2の光検出部が共に用いられる。第1の光検出部の出力における二つのピークの時間差から深さが算出されると共に、第2の光検出部の出力における二つ目のピークに基づいて露光タイミングが設定されることにより、撮像が行われる。
また、本発明のライダー装置において、前記照射部は、第1のパルス状の照明光を発振してから所定間隔の後に第2のパルス状の照明光を発振し、前記撮像部は、前記第1のパルス状の照明光の発振後に得られた前記パルス出力に基づいて設定された露光タイミングで、前記第2のパルス状の照明光の発振後に露光を行うことを特徴とする。
この発明においては、照射部は、第1のパルス状の照射光を発した後に第2のパルス状の照明光を発する。この際、露光タイミングは、第1のパルス状の照明光を用いて設定され、第2のパルス状の照明光が発せられた後で、この露光タイミングを用いて撮像が行われる。
この発明においては、撮像された画像が表示部によって表示される。
また、本発明のライダー装置は、前記対象物が発する光の波長として、複数の波長が設定され、前記複数の波長に対応する撮像結果から、前記対象物側から戻る光のスペクトルを算出する情報処理部を具備することを特徴とする。
この発明においては、複数の波長における撮像結果が得られる。従って、特に対象物から戻ってくる光のスペクトルが測定される。
また、本発明のライダー装置において、前記複数の波長の中には、水ラマン散乱の波長が含まれることを特徴とする。
この発明においては、水に固有な波長をもつ水ラマン散乱による光が基準として測定される。
また、本発明のライダー装置は、前記照射部における前記照明光の出射口、前記第1及び第2の光検出部における光の入射口、及び前記撮像部における光の入射口が水面と空間を介して設けられたことを特徴とする。
この発明においては、ライダー装置における照射部、光検出部、及び撮像部からなるヘッド部が、水上に設けられて水中の対象物に対する測定が行われる。例えば、このライダー装置のヘッド部を船体における水上に配した場合に対応する。
また、本発明のライダー装置は、前記照射部における前記照明光の出射口、前記第1及び第2の光検出部における光の入射口、及び前記撮像部における光の入射口が水中に設けられたことを特徴とする。
この発明においては、ヘッド部が水中に設けられて水中の対象物に対する測定が行われる。例えば、このライダー装置のヘッド部を水中に配した場合に対応する。
この発明においては、特に水中の珊瑚を測定の対象とすることによって、海中環境の測定を行う。
また、本発明の環境測定方法は、特定の前記対象物に対して、複数の移動体から前記対象物検出方法を行うことを特徴とする。
この発明においては、特に複数の移動体から前記環境測定が行われる。
また、本発明の環境測定方法において、前記複数の移動体の中には、人工衛星、航空機、船舶のうち少なくとも1種以上が含まれることを特徴とする。
この発明においては、人工衛星、航空機、船舶等を用いて前記環境測定が行われる。
また、本発明の環境測定方法は、基点を定め、該基点を含む領域において前記対象物の測定を経時的に行うことを特徴とする。
この発明においては、環境の経時変化が測定される。
この際、異なる波長に対応する二つの光検出部を用いる場合には、特に、距離の算出、露光タイミングの設定を正確に行うことができる。この際、光検出部に光が入射してから出力が得られるまでの遅れがあっても、距離の算出におけるその影響を除去することができる。
あるいは、照明光と略同一の波長、あるいは対象物が発する光と略同一の波長を検出する単一の光検出部を用いて、同様の動作を行うこともできる。この場合には、より単純な構成で同様の効果を得ることができる。
更に、照明光を照射する際に、照射ステップと再照射ステップの2回の照射を行い、照射ステップを用いて露光タイミングを設定し、再照射ステップ後にこの露光タイミングで撮像を行えば、より適正な撮像を行うことができる。
あるいは、再照射ステップを用いずに、照射ステップ後に撮像までを行えば、より早く撮像結果が得られる。この方法は特に対象物が照明光を吸収してから蛍光を発するまでの時間が長い場合や、蛍光を発している時間が長い場合、あるいは測定地点の水深が予めわかっている場合に有効である。
また、特に水中から照明光を発する場合においては、警告ステップを用いて測定に与える水中の気泡の影響等、測定環境が適正か否かを測定者に知らせることができるため、より正確な測定を行うことができる。
また、水上から水中の対象物に照明光を発する場合に、光検出部の出力には、水面と対象物に起因する二つのピークが現れる。これらのピークを解析することによって、深さの算出や露光タイミングの設定を適正に行うことができる。また、水中から水中の対象物に照明光を発する場合においても、ヘッド部直下の気泡や海水等によって散乱光や蛍光が発生するため、二つのピークが現れるため、同様に深さの算出や露光タイミングの設定を行うことができる。これらの二つのピークが見られなかった場合には、測定が適切に行われていない旨の警告を発することもできる。
また、対象物から戻ってくる光のスペクトルを測定することにより、対象物に関するより詳細な情報を得ることができる。
また、対象物から戻ってくる光として、蛍光を検出する構成とすることにより、蛍光を発する物質の同定ができ、対象物の同定が可能となる。
また、深さをフィードバックして撮像を行えば、より適正な画像を得ることができ、最適な条件での撮像が可能となる。
また、本発明のライダー装置において、ヘッド部を水上に設けた構成とすれば、例えばこれを船体に設置した場合、ヘッド部が船体の移動に与える影響や、ヘッド部によって発生する気泡が測定に与える影響を低減することができる。
一方、ヘッド部を水中に設けた構成とすれば、水面あるいは水面に存在する浮遊物等が測定に与える影響を低減することができる。
この際、珊瑚を対象物とすれば、珊瑚の生死を指標として環境の評価を容易に行うことができる。
また、この測定を複数の移動体から行えば、広範な環境測定を更に精密に行うことができる。特に、移動体として人工衛星、航空機、船舶等を用いれば、広い範囲かつ詳細な環境測定が可能である。更に、この測定を経時的に行えば、環境の経時変化が測定可能である。
11 制御部
12 レーザー電源部
13 レーザーヘッド(照射部)
14 遅延信号発生器
15 第1の光電子増倍管(第1の光検出部)
16 第2の光電子増倍管(第2の光検出部)
17 オシロスコープ
18 画像表示装置(表示部)
20 撮像部
21 検出光学系
22 カメラ
23 光学フィルタ
24 光学フィルタ選択機
30 ヘッド部
31 光入出射口
50 対象物
60 船体
70 海面(水面)
Claims (21)
- 照明光を水上から水中の対象物に向かって照射し、該対象物が発する光の画像及び前記対象物の深さを検出する対象物検出方法であって、
第1のパルス状の前記照明光を前記対象物に照射する照射ステップと、
前記対象物側から戻った光を、前記照明光と略同一の波長をもつ光を受光する第1の光検出部と、前記対象物が発する光と略同一の波長をもつ光を受光する第2の光検出部とで検出し、それぞれパルス出力をする受光ステップと、
前記第1の光検出部からの第1のパルス出力における二つ目のピークと一つ目のピークとの時間差から前記深さを算出する深さ算出ステップと、
前記第2の光検出部からの第2のパルス出力における二つ目のピークに基づいて撮像素子の露光タイミングを設定する露光タイミング設定ステップと、
第2のパルス状の前記照明光を再度前記対象物に照射する再照射ステップと、
前記露光タイミングで前記対象物が発する光と略同一波長をもつ光を前記撮像素子で撮像する撮像ステップと、
を具備することを特徴とする対象物検出方法。 - 照明光を水上から水中の対象物に向かって照射し、該対象物が発する光の画像及び前記対象物の深さを検出する対象物検出方法であって、
パルス状の前記照明光を前記対象物に照射する照射ステップと、
前記対象物側から戻った光を光検出部で検出し、パルス出力をする受光ステップと、
前記パルス出力における前記対象物からの散乱に基づく前記照明光と略同一の波長をもつ光の二つ目のピークと水面からの散乱に基づく前記照明光と略同一の波長をもつ光の一つ目のピークとの時間差から前記深さを算出する深さ算出ステップと、
前記パルス出力における前記対象物からの散乱に基づく前記照明光と略同一の波長をもつ光の二つ目のピークを元に、前記対象物からの散乱に基づく前記照明光と略同一の波長をもつ光からの前記対象物が発する光の遅延時間を考慮して、前記対象物が発する光と略同一波長をもつ光における撮像を撮像素子で開始する撮像ステップと、
を具備することを特徴とする対象物検出方法。 - 照明光を水中から水中の対象物に向かって照射し、該対象物が発する光の画像及び前記対象物の深さを検出する対象物検出方法であって、
第1のパルス状の前記照明光を前記対象物に照射する照射ステップと、
前記対象物側から戻った光を光検出部で検出し、パルス出力をする受光ステップと、
前記パルス出力における前記対象物からの散乱に基づく前記照明光と略同一の波長をもつ光の二つ目のピークと、気泡又は水からの散乱に基づく前記照明光と略同一の波長をもつ光の一つ目のピークに基づいて前記深さを算出する深さ算出ステップと、
前記パルス出力における前記対象物が発する光と略同一の波長をもつ光のピークに基づいて撮像素子の露光タイミングを設定する露光タイミング設定ステップと、
第2のパルス状の前記照明光を再度前記対象物に照射する再照射ステップと、
前記露光タイミングで前記対象物が発する光と略同一波長をもつ光を前記撮像素子で撮像する撮像ステップと、
を具備することを特徴とする対象物検出方法。 - 前記受光ステップにおいて、前記照明光と略同一の波長をもつ光を受光する第1の光検出部と、前記対象物が発する光と略同一の波長をもつ光を受光する第2の光検出部とが用いられ、
前記深さ算出ステップにおいて、前記第1の光検出部からの第1のパルス出力における前記二つ目のピークと前記一つ目のピークとの時間差に基づいて前記深さを算出し、
前記露光タイミング設定ステップにおいて、前記第2の光検出部からの第2のパルス出力における前記対象物が発する光と略同一の波長をもつ光としての蛍光に基づくピークに適合して前記露光タイミングを設定する、
ことを特徴とする請求項3に記載の対象物検出方法。 - 照明光を水中から水中の対象物に向かって照射し、該対象物が発する光の画像及び前記対象物の深さを検出する対象物検出方法であって、
パルス状の前記照明光を前記対象物に照射する照射ステップと、
前記対象物側から戻った光を光検出部で検出し、パルス出力をする受光ステップと、
前記パルス出力における前記対象物からの散乱に基づく前記照明光と略同一の波長をもつ光の二つ目のピークと、気泡又は水からの散乱に基づく前記照明光と略同一の波長をもつ光の一つ目のピークとの時間差に基づいて前記深さを算出する深さ算出ステップと、
前記パルス出力における前記対象物からの散乱に基づく前記照明光と略同一の波長をもつ光の二つ目のピークを元に、前記対象物からの散乱に基づく前記照明光と略同一の波長をもつ光からの前記対象物が発する光の遅延時間を考慮して、前記対象物が発する光と略同一波長をもつ光における撮像を撮像素子で開始する撮像ステップと、
を具備することを特徴とする対象物検出方法。 - 前記受光ステップ後に、
前記照射ステップから所定時間経過後の前記光検出部からのパルス出力の値に応じて、警告を発する警告ステップを具備することを特徴とする請求項3から請求項5までのいずれか1項に記載の対象物検出方法。 - 前記撮像ステップによって得られた画像信号に基づいた画像を表示させる表示ステップを具備することを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の対象物検出方法。
- 複数の波長領域にそれぞれ対応させて前記撮像ステップを行い、
前記複数の波長領域に対応する撮像結果から、前記対象物側から戻る光のスペクトルを算出するステップを具備することを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の対象物検出方法。 - 前記対象物が発する光は、前記対象物が発する蛍光であり、前記照明光は前記蛍光の励起光であることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の対象物検出方法。
- 前記深さ算出ステップにおいて算出された深さに基づいて、前記照明光の出射光学系及び前記撮像素子の入射光学系を制御することを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の対象物検出方法。
- 照明光を水中の対象物に向かって照射し、該対象物が発する光の画像及び前記対象物の深さを検出するライダー装置であって、
前記照明光をパルス状に発振して前記対象物に向けて照射する照射部と、
前記対象物側から戻る光を、前記照明光と略同一の波長をもつ光を受光する第1の光検出部と、前記対象物が発する光と略同一の波長をもつ光を受光する第2の光検出部とで検出してそれぞれパルス出力をする光検出部と、
前記第1の光検出部からの第1のパルス出力における二つ目のピークと一つ目のピークとの時間差から前記対象物の水面からの深さを算出する制御部と、
前記第2の光検出部からの第2のパルス出力における二つ目のピークに基づいて、前記対象物側が発する光と略同一の波長の光に対して露光を行い画像を得る撮像部と、
を具備することを特徴とするライダー装置。 - 前記照射部は、第1のパルス状の照明光を発振してから所定間隔の後に第2のパルス状の照明光を発振し、
前記撮像部は、前記第1のパルス状の照明光の発振後に得られた前記パルス出力に基づいて設定された露光タイミングで、前記第2のパルス状の照明光の発振後に露光を行うことを特徴とする請求項11に記載のライダー装置。 - 前記撮像部から出力された画像信号に基づいた画像を表示させる表示部を具備することを特徴とする請求項11又は12に記載のライダー装置。
- 前記対象物が発する光の波長として、複数の波長が設定され、
前記複数の波長に対応する撮像結果から、前記対象物側から戻る光のスペクトルを算出する情報処理部を具備することを特徴とする請求項11から請求項13までのいずれか1項に記載のライダー装置。 - 前記複数の波長の中には、水ラマン散乱の波長が含まれることを特徴とする請求項14に記載のライダー装置。
- 前記照射部における前記照明光の出射口、前記第1及び第2の光検出部における光の入射口、及び前記撮像部における光の入射口が水面と空間を介して設けられたことを特徴とする請求項11から請求項15までのいずれか1項に記載のライダー装置。
- 前記照射部における前記照明光の出射口、前記第1及び第2の光検出部における光の入射口、及び前記撮像部における光の入射口が水中に設けられたことを特徴とする請求項11から請求項15までのいずれか1項に記載のライダー装置。
- 前記対象物を珊瑚として請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の対象物検出方法を行い、前記珊瑚の生死を判定することを特徴とする環境測定方法。
- 特定の前記対象物に対して、複数の移動体から請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の対象物検出方法を行うことを特徴とする環境測定方法。
- 前記複数の移動体の中には、人工衛星、航空機、船舶のうち少なくとも1種以上が含まれることを特徴とする請求項19に記載の環境測定方法。
- 基点を定め、該基点を含む領域において前記対象物の測定を経時的に行うことを特徴とする請求項18から請求項20までのいずれか1項に記載の環境測定方法。
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