JP6922262B2

JP6922262B2 - ソーナー画像処理装置、ソーナー画像処理方法およびソーナー画像処理プログラム

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Publication number: JP6922262B2
Application number: JP2017040794A
Authority: JP
Inventors: 中村　義行; 義行中村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: JP2018146354A

Description

本発明は、ソーナー画像処理技術に関する。

水中の目標物を捜索する技術として、水中曳航体や水中航走体等の移動体に設置されたソーナーから音響ビームを放射し、その音響ビームが目標物によって反射された反射波（エコー）を受信・解析することによって目標物を捜索する技術がある。ソーナーを用いて目標物を捜索する技術は、例えば、特許文献１に開示されている。

例えば、鋭い水平指向性の音響ビームを用いるサイドスキャン方式のソーナー（サイドスキャンソーナー、合成開口ソーナー等）を用いた海底捜索においては、画像中に現れるエコーやシャドウに基づいて海底面近傍の目標物の有無を判定する。

サイドスキャン方式のソーナーにおいては、海底面近傍の目標物に照射された送信音は上下方向に散乱する。よって受波アレイで受信される目標物のエコーは、最短の直線経路で戻ってくる信号のみならず、一旦海面に反射してから戻ってくる信号も存在する。海面反射を経由して到達する信号は、直接受信信号より時間的に遅れて到達するため、画像上では時間方向に遅れた位置に現れるが、両者の信号の特徴には類似性があるため、目標物の有無を判定する際の誤警報の要因となる。

一般的なサイドスキャンソーナー、合成開口ソーナー等では、比較的高い周波数のソーナー音が使用されることから、このような海面反射の影響を低減するために受波アレイに垂直指向性を形成している。すなわち鋭い垂直指向性を形成してビームの主軸方位を海底面（下側）に向けることにより、海面（上側）からくる信号のレベルを抑圧して画像に現れないようにする。これは一般的なサイドスキャンソーナー、合成開口ソーナー等が比較的高い周波数のソーナー音を使用しているため、垂直指向性を有する受波アレイを小型、軽量に製造でき、小型の水中曳航体や水中航走体に搭載しやすいためである。

また別の方法としては、インターフェロメトリ処理により信号到来方向を上下に分離し、上側から到来する信号を誤警報と判定する方法がある。インターフェロメトリ処理では受波アレイを上下２段以上の構成とし、上下の受波アレイ間の位相差に基づいて信号の到来方位または目標物の海底高度を算出する。インターフェロメトリを用いる技術は、例えば、非特許文献１に開示されている。

また特許文献２には、「受波器が直接波及びマルチパス波を合わせて受信すると、直接波のみのときよりも不安定な位相となり、目標物のアスペクト及び方位、全長の推定精度が劣化する。このため、マルチパス波を排除することにより、推定精度を向上させる必要があるが、この場合、同マルチパス波は直接波よりも必ず遅れて到達するので、目標物と水中目標物検出装置との位置関係に基づいて同マルチパス波ｍｆ，ｍｅの伝搬経路を計算
することにより伝搬遅延時間が求められ、この伝搬遅延時間に基づいてマルチパス波が排除される」と記載されている。

特開２０１４−１３２２４８号公報特開２０１２−１０３０５４号公報

筆者海洋音響学会、刊行物の題名海洋音響の基礎と応用（発行者成山堂書店）、発行年月日平成１６年４月２８日、説明ページ１６５〜１６６

なお、上記文献の開示を本書に引用をもって繰り込む。以下に上述した関連技術の分析を与える。

例えば、サイドスキャン方式のソーナーで比較的低い周波数のソーナー音を使用する場合、受波アレイの垂直指向性により海面反射経路の信号を抑圧することが困難である。

その理由は、比較的低い周波数の受波アレイで垂直指向性を形成するためには縦方向にアレイ開口面を大きくする必要があり、その結果受波アレイが大型化し、小型の水中曳航体や水中航走体への搭載が困難となるためである。

また、例えば、サイドスキャン方式のソーナーで比較的低い周波数のソーナー音を使用する場合、インターフェロメトリ処理により海面反射経路信号の自動探知結果を分離・除去することが困難である。

その理由は、インターフェロメトリ用として受波アレイおよび受信器を垂直方向に2段以上の構成とする必要があり、その結果受波アレイおよび受信器が大型化し、小型の水中曳航体や水中航走体への搭載が困難となるためである。

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたものであって、その目的の一つは、装置の肥大化または処理の複雑化を回避しながら目標物を精度よく識別できるソーナー画像処理装置、ソーナー画像処理方法およびソーナー画像処理プログラムを提供することである。その他の目的および効果等は、本開示から当業者に明らかになるであろう。

本発明の一つの視点によれば、ソーナー画像から目標物を現すと推定される複数の部分画像を抽出する探知部と、前記目標物に反射される直接経路信号と前記目標物および海面に反射される海面反射信号との経路差を算出する経路差算出部と、前記複数の部分画像から互いに前記経路差に対応する関係を有する少なくとも一組の前記部分画像を抽出し、抽出された前記少なくとも一組の部分画像間の類似度を計算して前記少なくとも一組の部分画像が同一の前記目標物を現している部分画像であるかどうか判定する類似度判定部と、前記経路差に対応する関係を有する前記少なくとも一組の部分画像から前記類似度の判定に基づいて前記目標物を識別する識別部と、を備えるソーナー画像処理装置が提供される。

本発明の一つの視点によれば、ソーナー画像から目標物を現すと推定される複数の部分画像を抽出し、前記目標物に反射される直接経路信号と前記目標物および海面に反射される海面反射信号との経路差を算出し、前記複数の部分画像から互いに前記経路差に対応する関係を有する少なくとも一組の前記部分画像を抽出し、抽出された前記少なくとも一組の部分画像間の類似度を計算して前記少なくとも一組の部分画像が同一の前記目標物を現している部分画像であるかどうか判定し、前記経路差に対応する関係を有する前記少なくとも一組の部分画像から前記類似度の判定に基づいて前記目標物を識別する、ソーナー画像処理方法が提供される。

本発明の一つの視点によれば、ソーナー画像から目標物を現すと推定される複数の部分画像を抽出する機能と、前記目標物に反射される直接経路信号と前記目標物および海面に反射される海面反射信号との経路差を算出する機能と、前記複数の部分画像から互いに前記経路差に対応する関係を有する少なくとも一組の前記部分画像を抽出し、抽出された前記少なくとも一組の部分画像間の類似度を計算して前記少なくとも一組の部分画像が同一の前記目標物を現している部分画像であるかどうか判定する機能と、前記経路差に対応する関係を有する前記少なくとも一組の部分画像から前記類似度の判定に基づいて前記目標物を識別する機能と、をコンピュータに実行させるソーナー画像処理プログラムが提供される。また、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み出し可能な記録媒体（例えばＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋ）／ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）、半導体ストレージデバイス等のｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙｃｏｍｐｕｔｅｒｒｅａｄａｂｌｅｒｅｃｏｒｄｉｎｇｍｅｄｉｕｍ）が提供される。

本発明の１つの視点によれば、装置の肥大化または処理の複雑化を回避しながら目標物を精度よく識別することができる。

サイドスキャン方式のソーナーによって海底面近傍を捜索する場合の説明図であって、（ａ）は上方から見たソーナーと海底面近傍の目標物との関係を示す図であり、（ｂ）は進行方向後方から見たソーナー、海底面近傍の目標物、海面、直接経路信号および海面反射経路との関係を示す図である。第１実施形態のソーナー画像処理装置の構成図である。第２実施形態のソーナー画像処理装置の構成図である。第２実施形態に係るソーナー画像処理装置の動作を説明する図であって、（ａ）は１つの目標物の直接経路信号および海面反射経路信号がソーナー画像上に現れた場合の自動探知結果と部分画像の関係を示す図であり、（ｂ）は部分画像から抽出される特徴要素を示す図である。一実施形態のソーナー画像処理の基本概念を説明する図である。

一実施形態のソーナー画像処理の基本的なブロック構成および処理の流れを説明する。図５を参照すると、ソーナー画像処理装置は、探知部３、経路差算出部４、類似度判定部５および識別部６を有する。各部３〜６は、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組合せによって、単独または複数組み合わされた状態で構成することができる。

探知部３は、ソーナー画像から目標物を現すと推定される複数の部分画像を抽出する（Ｓ５０１）。

経路差算出部４は、前記目標物に反射される直接経路信号と前記目標物および海面に反射される海面反射信号との経路差を算出する（Ｓ５０２）。

類似度判定部５は、前記複数の部分画像から互いに前記経路差に対応する関係を有する少なくとも一組の前記部分画像を抽出し、抽出された前記少なくとも一組の部分画像間の類似度を計算して前記少なくとも一組の部分画像が同一の前記目標物を現している部分画像であるかどうか判定する（Ｓ５０３）。

識別部６は、前記経路差に対応する関係を有する前記少なくとも一組の部分画像から前記類似度の判定に基づいて前記目標物を識別する（Ｓ５０４）。好ましくは、識別部６は、ソーナー画像中に現れる海面反射経路信号による自動探知結果を誤警報して除去し、直接経路信号による探知結果のみを出力することができる。

このようなソーナー画像処理によれば、海面反射経路信号を用いた類似度判定により、装置の肥大化または処理の複雑化を回避しながら目標物を精度良く捜索できる。例えば、大型の受波アレイやインターフェロメトリ処理を用いることなく、ソーナー画像中に現れる海面反射経路信号の自動探知結果を誤警報して除去し、直接経路の探知結果のみを出力することで、目標物を精度良く捜索できる。

このようなソーナー画像処理装置は、サイドスキャン方式のソーナーに好適に適用され、ソーナー画像に所定の処理を施して目標物と思われる画像領域を自動探知結果として出力することができる。

＜実施形態＞
本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。

図１（ａ）および（ｂ）を参照して、鋭い垂直指向性を持たないサイドスキャン方式のソーナーによって海底面近傍を捜索する場合を説明する。

サイドスキャン方式のソーナーを使用する場合、発明が解決しようとする課題の欄に記載したように、目標物からのエコーが直接経路と海面反射経路の両方から受信器に到来し、エコー画像上には目標物に対応する２つの自動探知結果（部分画像）が現れることがある。

この場合のソーナー画像と自動探知結果の例を図１（ａ）および（ｂ）に示す。図１（ａ）は上方から見たソーナーと海底面近傍の目標物との関係を示す図である。図１（ｂ）は進行方向後方から見たソーナー、海底面近傍の目標物、海面、直接経路信号および海面反射経路との関係を示す図である。

図１（ｂ）中、ソーナーが位置するソーナー水平面を基準とすると、直接経路信号は下側から、海面反射経路信号は上側から到来する。したがって、鋭い垂直指向性を持つ受波アレイを用いる場合、ソーナー水平面上側から到来する信号レベルを抑圧し、画像上に現れないようにすることができる。

また、鋭い垂直指向性を持たない受波アレイを用いた場合でも、インターフェロメトリ処理を用いて、各信号の垂直方向の到来方位を算出し、水平面上側から到来した信号は海面反射経路と判定し、自動探知結果から除外することができる場合もある。

しかし、鋭い垂直指向性とインターフェロメトリ処理機能の両方とも持たないソーナー画像処理装置においては、直接経路信号によるエコーと、海面反射経路信号によるエコーとが混在したソーナー画像から、両者の自動探知結果を分離したり、目標物１，２を識別したりすることが求められる。

＜第１実施形態＞
そこで、第１実施形態等では、自動探知結果のうち任意の２つの探知結果に対して相対距離差と画像類似度とを評価することにより、１対の探知結果が同じ目標物の直接経路・海面反射経路であることを判定し、海面反射経路による探知結果を自動探知結果から除去する。

第１実施形態に係るソーナー画像処理装置のブロック構成図を図２に示す。ソーナー画像処理装置１０は、サイドスキャン方式のソーナーに適用され、ソーナー画像に所定の処理を施して目標物と思われる画像領域を自動探知結果として出力することができる。

ソーナー画像処理装置１０は、画像生成手段２０、自動探知手段３０、水中環境計測手段４０、相対距離差算出手段５０、距離差評価手段６０、および画像類似度評価手段７０を備える。

自動探知手段３０は、図５の探知部３に相当しまたは含まれる。相対距離差算出手段５０および距離差評価手段６０は、図５の経路差算出部４に相当しまたは含まれる。画像類似度評価手段７０は、図５の類似度判定部５および識別部６に相当しまたは含まれる。

画像生成手段２０は、サイドスキャン方式で取得したソーナー受信信号から、一般的な信号処理、画像処理を用いてソーナー画像を生成する。例えばサイドスキャンソーナーの場合、１回の送受信で得られる受信信号で鋭い水平指向性を持つビームを形成することで、進行方向１ビン分の画素情報を生成する。これを送受信回数だけ繰り返して、進行方向に並べることによりソーナー画像を得る。

自動探知手段３０は、ソーナー画像中から目標物のエコーまたはシャドウと思われる部分領域を自動的に抽出する。抽出結果は自動探知結果８０として出力される。自動探知結果は画像１枚に対して１つとは限らず、一般的には１枚の画像から多数の探知結果（=D1,D2,...Dn）が得られる。

本実施形態では、１つの目標物に関して２つの探知結果（DT1,DT2）が抽出されることを想定する。なお、目標物以外の物体より得られる探知結果や、海底残響、雑音等の環境要因により発生する誤警報も、自動探知結果８０（=D1,D2,...Dn）に含まれる。

自動探知手段３０は、一般的なソーナー画像処理装置で使用される自動探知手段を用いて画像中の部分領域を抽出することができる。例えば、サイドスキャンソーナーおよび合成開口ソーナーでは、目標物の遠レンジ側に生じるシャドウの強さや形状に基づいて、その領域に目標物があるか否かを判定する場合が多い。またシャドウだけに限らず、明るく光ったエコー部分の強度や形状を参照する場合もある。

水中環境計測手段４０は、一般的なサイドスキャンソーナー等で用いられる海底高度計、深度計および水温計のような水中センサを有する。水中環境計測手段４０は、水中センサから得られた計測結果を相対距離差算出手段５０へ逐次出力する。ここで、逐次出力とは、ソーナーの運用中に連続的に計測して結果を出力することであり、その出力周期はおよそソーナーの送受信周期と同等であれば十分である。

相対距離差算出手段５０では、画像の進行方向位置（アジマス位置）に最も近い位置で取得された海底高度、深度および水中音速を用いて、アジマス位置ごとに相対距離差（経路差）の計算を行う。

画像上のレンジ・アジマス位置（座標R、X）ごとに、直接経路信号と海面反射経路信号の相対距離差ΔRは、以下のように算出することができる。

GR = sqrt{(c・ΔT/2)² - h²}
ΔR = sqrt{GR²+(h+2d)²}-sqrt(GR²+h²)
GR : グランドレンジ距離
ΔT : グランドレンジ距離GRの目標物の直接経路往復伝搬時間
c : アジマス位置Xに最も近い時刻に計測された水中音速
h : アジマス位置Xに最も近い時刻に計測された海底高度
d : アジマス位置Xに最も近い時刻に計測された深度

距離差評価手段６０は、自動探知結果８０に含まれるｎ個の探知結果のうちの１つ探知結果（Di）が直接経路信号によるものと仮定して、そのレンジ・アジマス位置（座標R_i,X_i）における海面反射経路信号の予測位置（座標R_i+ΔR,X_i）を計算し、また他の探知結果（D₁,D₂,...D_i-1,D_i+1,...D_n）のレンジ・アジマス位置との相対距離差L_ij(j=1,2,...i-1,j+1,...n)を全て計算する。

探知結果D_iの予測位置と、探知結果D_j（レンジ・アジマス位置座標＝R_j,X_j）との相対距離差L_ijは以下のように表される。

L_ij = sqrt{(R_i+ΔR-R_j)²+(X_i-X_j)²}

距離差評価手段６０は、計算されたL_ijと、予め設定された距離差判定閾値L_thを比較して、L_ij < L_thである場合には、探知結果D_iと探知結果D_jは、同じ目標物に関する直接経路信号と海面反射経路信号（一対の信号）である可能性が高いと判断し、２つの探知結果を画像類似度評価手段７０に出力する。L_ij ≧ L_thである場合、距離差評価手段６０は、次の探知結果D_i+1について距離差判定を実行する。

画像類似度評価手段７０は、距離差評価手段６０から入力された２つの探知結果D_i、D_jの部分画像を参照して、両部分画像の相互相関係数C_ijを計算する。画像類似度評価手段７０は、計算された相互相関係数C_ijと、予め設定された相関判定閾値C_thを比較する。画像類似度評価手段７０は、C_ij > C_th である場合、探知結果D_iと探知結果D_jは同じ目標物Ｔからの直接経路信号および海面反射経路信号によるものと判定し、探知結果D_jを自動探知結果８０から除去し、探知結果D_iを自動探知結果８１として登録する。C_ij ≦ C_th である場合、画像類似度評価手段７０は、探知結果の他の組合せについて類似度を評価する。

このように構成されたソーナー画像処理装置１０は、自動探知結果８０(=D₁,D₂,...D_n)に含まれる同一目標物に関する直接経路信号による探知結果、および海面反射経路信号による探知結果のうち、海面反射経路信号による探知結果を抽出して除外することができる。距離差評価手段６０および画像類似度評価手段７０による処理が自動探知結果８０の全てに適用されることにより、最終的には直接経路信号による探知結果から構成される自動探知結果８１が登録される。

したがって、ソーナー画像処理装置１０は、鋭い垂直指向性の受波アレイおよびインターフェロメトリ処理を用いなくても、目標物および海面の両方を経由した海面反射経路信号による自動探知結果を誤警報として除去して、目標物Ｔからの直接経路信号による自動探知結果を得ることができる。

なお、本実施形態において、類似度は２つの画像の相互相関係数に基づいて判定されたが、これ以外の方法で２つの画像の類似度を判定してもよい。本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、目標物が海底面上に置かれている場合について説明したが、ソーナーの捜索対象である目標物は必ずしも海底面上になくてもよく、海底面から少し浮上して水中にあったりしてもよく、海底面の下に浅く埋没した状態で置かれていてもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態を図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係るソーナー画像処理装置１００のブロック構成図を示す。

図３を参照して、ソーナー画像処理装置１００は、画像生成手段２００、自動探知手段３００、水中環境計測手段４００、相対距離差算出手段５００、距離差評価手段６００、および画像類似度評価手段７００を備える。

自動探知手段３００は、図５の探知部３に相当しまたは含まれる。相対距離差算出手段５００および距離差評価手段６００は、図５の経路差算出部４に相当しまたは含まれる。画像類似度評価手段７００は、図５の類似度判定部５および識別部６に相当しまたは含まれる。

画像生成手段２００は、第１実施形態と同様に、サイドスキャン方式で取得したソーナー受信信号から、一般的な信号処理、画像処理を用いてソーナー画像を生成する。また、航法演算手段２１０により算出される緯度・軽度情報に基づいて、ソーナー画像のレンジ・アジマス座標系（R,X）を緯度・経度座標(x,y)に変換して出力する。

航法演算手段２１０は、ソーナーの航走の軌跡に対応する時々刻々の緯度・経度を計算し、画像生成手段２００に出力する。航法演算の具体的な方法としては、一般的なサイドスキャンソーナー、合成開口ソーナー等に用いられる方法を用いることができる。例えば、水中航走体では、慣性航法装置を内蔵して航走体のX-Y-Z方向それぞれの加速度を計測し、時間積分することで時々刻々の航走体位置を算出することができる。また水中曳航体では、水上の曳航船にGPSを搭載して緯度・経度を計測し、さらに水中曳航体と曳航船の相対位置を計測する水中測位装置等を用いることで、時々刻々の曳航体位置を算出することができる。

自動探知手段３００は、第１実施形態と同様に、ソーナー画像中から目標物のエコーまたはシャドウと思われる部分領域を自動的に抽出する。抽出結果は自動探知結果８００として出力される。自動探知手段３００が第１実施形態の自動探知手段３０と異なる点は、探知結果の位置情報がレンジ・アジマス座標（R,X）ではなく、緯度・経度座標(x,y)で表現される点である。

水中環境計測手段４００は、第１実施形態と同様に、一般的なサイドスキャンソーナー等で用いられる深度計および水中音速計を有し、その計測結果を相対距離差算出手段５００へ逐次出力する。水中環境計測手段４００が第１実施形態の水中環境計測手段４０と異なる点は、海底高度情報をセンサにより計測せず、海底地形参照手段４１０により代替している点である。

海底地形参照手段４１０は、ソーナーが運用される海域の詳細な深度情報を緯度・経度マップ形式で保持し、指定された緯度・経度位置における海域深度を出力する。海域深度の緯度・経度マップは、海洋調査等で広く用いられている一般的な海図のデータベース形式でよいが、これに限定されるものではない。

相対距離差算出手段５００は、自動探知結果８００に含まれるｎ個の探知結果のうち、ある１つの探知結果（D_i）が直接経路信号によるものと仮定して、その緯度・経度位置（x_i,y_i）における海面反射経路信号の予測位置（x'_i,y'_i）を計算し、結果を距離差評価手段６００に出力する。

画像上の海面反射経路信号の予測位置の算出方法としては、第１実施形態の相対距離差算出手段５０と同様に、一旦レンジ・アジマス座標系(R_i+ΔR,X_i)で相対位置を求め、その後、画像生成手段２００と同様に緯度・経度座標に変換する方法を用いることができるが、これに限定されるものではない。

距離差評価手段６００は、相対距離差算出手段５００が選択した探知結果（D_i）の海面反射経路信号の予測位置（x'_i,y'_i）と、自動探知結果８００に含まれる他のｎ-1個の探知結果（D₁,D₂,...D_i-1,D_i+1,...D_n）の緯度・経度位置を参照し、それらの相対距離L_ij(j=1,2,...i-1,j+1,...n)を全て計算する。

探知結果D_iの予測位置と、探知結果D_j（緯度・経度位置座標＝x_j,y_j）との相対距離差L_ijは以下のように表される。

L_ij = sqrt{(x'_i-x_j)²+(y'_i-y_j)²}

距離差評価手段６００は、L_ijと、予め設定した距離差判定閾値L_thを比較し、L_ij < L_thの場合には、探知結果D_iと探知結果D_jは同じ目標物に関する直接経路信号と海面反射経路信号による探知結果から構成される一対の探知結果である可能性が高いと判断し、２つの（一対）探知結果を画像類似度評価手段７００に出力する。

画像類似度評価手段７００は、距離差評価手段６００から入力された一対の探知結果D_i,D_jの部分画像を参照し、両画像から所定のk個の特徴素（F1,F2,...Fk）を算出する。ここで、探知結果Diの部分画像から得られる特徴素をF1_i,F2_i,...Fk_i、探知結果D_jの部分画像から得られる特徴素をF1_j,F2_j,...Fk_j、と表記する。

画像の特徴素としては様々な方式があり、例えば、画像中の目標物のエコーやシャドウと思われる部分のレベル、寸法、形状といった諸情報や、予め取得した目標物画像で機械学習させた画像パターンとの一致度、等も特徴素として挙げられる。

ここでは比較的単純な例として、目標物がある長さの線分として画像上に現れる場合について、図４を用いて説明する。この例における具体的な特徴素としては、線分の長さおよび傾きの２つである。

図４（ａ）は、目標物の直接経路信号による探知結果がレンジR_i、海面反射経路信号による探知決がレンジR_j近傍に現れ、それぞれ探知結果D_i、D_jとして部分画像P_i、P_jが抽出されている例を示す。

図４（ｂ）は、探知結果D_i、D_jの部分画像P_i、P_jと特徴素の例を説明するもので、具体的な特徴素として線分長さF1と傾きF2の２つが抽出されている。すなわち、探知結果D_iの線分長さはF1_i、傾きはF2_i、探知結果D_jの線分長さはF1_j、傾きはF2_jであり、部分画像からそれぞれ具体的な値が読み取られる。

画像類似度評価手段７００は、探知結果D_i、D_jのそれぞれの特徴素の差を計算し、予め設定した特徴差閾値と比較することで、両者の類似度を判定する。この例では、画像類似度評価手段７００は、線分長さF1および傾きF2に関して、下式が満たされる場合、両者の類似度が高いと判定する。

(|F1_i-F1_j| < F1_th) & (|F2_i-F2_j| < F2_th)
F1_th : 線分長さF1に関する閾値
F2_th : 傾きF2に関する閾値

探知結果D_i、D_jの類似度が高いと判定される場合、画像類似度評価手段７００は、自動探知結果８００から探知結果D_jを削除する。

自動探知手段３００が出力した自動探知結果８００に対して、水中環境計測手段４００、海底地形参照手段４１０、相対距離差算出手段５００、距離差評価手段６００、および画像類似度評価手段７００は、上述の一連の処理を繰り返し適用することにより、海面反射経路信号による探知結果が全て除外された自動探知結果８１０を得ることができる。

なお、本実施形態では、画像類似度評価手段７００において、線分長さおよび傾きを特徴素として類似度を判定しているが、これら以外の特徴素を用いて判定してもよい。また特徴素の個数は、２個に限定されず、１個あるいは３個以上の特徴素を用いて判定してもよい。

本実施形態では、自動探知手段３００で得られた自動探知結果８００に対して画像類似度評価手段７００が特徴素の抽出を行っているが、自動探知手段３００の自動探知方法の中に特徴素抽出を組み込んでもよい。自動探知結果８００は、所定の特徴素情報の抽出結果を含んだ形態で出力される。よって画像類似度評価手段７００は、改めて特徴素を抽出せずに、探知結果D_i、D_j間の特徴素の閾値判定のみを行うことができる。

本実施形態では、航法演算手段２１０を用いてソーナー画像を緯度・経度座標で定義しているが、それ以外の他の座標系で定義してもよい。例えば、ソーナーの運用開始時点の位置を原点とし、真北方向をX軸、真東方向をY軸と定義してもよい。

第１および第２実施形態では、水中環境計測手段４０，４００で計測した水中音速をレンジ距離計算に使用しているが、別の手段で予め計測された水中音速を用いてもよい。この場合、実環境における真の水中音速とは必ずしも一致しない可能性があり、レンジ距離計算結果に含まれる誤差が大きくなる。

なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ乃至選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

特に制限されないが、実施形態及び変形例等は以下のように付記される。
（付記１）
生成したソーナー画像を参照して目標物と思われる画像領域を自動的に抽出する自動探知手段と、ソーナーの海底高度、深度および水中音速等を正確に計測するセンサと、上記センサによるソーナーの海底高度、深度および水中音速等の計測結果に基づいて、直接経路と海面反射経路との時間差を算出し、ソーナー画像上に現れる直接経路信号と海面反射経路信号との相対距離差を求める手段と、ソーナー画像から得られた自動探知結果を参照して、任意の２つの探知結果の位置関係が前記相対距離差に一致するかを判定する距離差評価手段と、位置関係が前記相対距離差に一致する任意の２つ探知結果の部分画像の類似度を計算する類似度評価手段と、前記距離差評価手段と類似度評価手段により得られた相対距離差および類似度に基づいて同一と判定された探知結果のうち、海面反射経路に相当する一方を誤警報として自動探知結果から削除する手段と、を備えるソーナー画像処理装置。
（付記２）
生成したソーナー画像を参照して目標物と思われる画像領域を自動的に抽出した自動探知結果の中から、海面反射経路信号による探知結果のみを除去する方法であって、ソーナーの海底高度、深度および水中音速等の計測結果に基づいて、直接経路と海面反射経路との時間差を算出し、ソーナー画像上に現れる直接経路信号と海面反射経路信号との相対距離差を求め、自動探知結果のうち相対位置関係が前記相対距離差に一致する一対の探知結果を抽出し、前記一対の探知結果の部分画像の類似度を計算して同一性を判定し、同一と認められた場合は海面反射経路に相当する一方を誤警報として自動探知結果から削除した後に自動探知結果を出力するソーナー画像処理方法。
（付記３）
生成したソーナー画像を参照して目標物と思われる画像領域を自動的に抽出するソーナー画像処理装置のコンピュータが実行可能なソーナー画像処理プログラムであって、ソーナーの海底高度、深度および水中音速等の計測結果に基づいて、直接経路と海面反射経路との時間差を算出し、ソーナー画像上に現れる直接経路信号と海面反射経路信号との相対距離差を求める機能、自動探知結果のうち相対位置関係が前記相対距離差に一致する一対の探知結果を抽出する機能、前記一対の探知結果の部分画像の類似度を計算して同一性を判定する機能、同一と認められた場合は海面反射経路に相当する一方を誤警報として自動探知結果から削除した後に自動探知結果を出力する機能、をコンピュータに実行させるソーナー画像処理プログラム。

１目標物
２目標物
３探知部
４経路差算出部
５類似度判定部
６識別部
１０ソーナー画像処理装置
２０画像生成手段
３０自動探知手段
４０水中環境計測手段
５０相対距離差算出手段
６０距離差評価手段
７０画像類似度評価手段
８０自動探知結果（海面反射経路信号による誤警報を含む）
８１自動探知結果（海面反射経路信号による誤警報を含まない）
１００ソーナー画像処理装置
２００画像生成手段
２１０航法演算手段
３００自動探知手段
４００水中環境計測手段
４１０海底地形参照手段
５００相対距離差算出手段
６００距離差評価手段
７００画像類似度評価手段
８００自動探知結果（海面反射経路信号による誤警報を含む）
８１０自動探知結果（海面反射経路信号による誤警報を含まない）

Claims

ソーナー画像から目標物を現すと推定される複数の部分画像を抽出する探知部と、
前記目標物に反射される直接経路信号と前記目標物および海面に反射される海面反射信号との経路差を算出する経路差算出部と、
前記複数の部分画像から互いに前記経路差に対応する関係を有する少なくとも一組の前記部分画像を抽出し、抽出された前記少なくとも一組の部分画像間の類似度を計算して前記少なくとも一組の部分画像が同一の前記目標物を現している部分画像であるかどうか判定する類似度判定部と、
前記経路差に対応する関係を有する前記少なくとも一組の部分画像から前記類似度の判定に基づいて前記目標物を識別する識別部と、を備えることを特徴とするソーナー画像処理装置。
前記識別部は、ソーナーによる探知結果から前記海面反射信号を除去するように構成されることを特徴とする請求項１記載のソーナー画像処理装置。
前記識別部は、前記経路差に対応する関係を有する少なくとも一組の前記部分画像から、少なくとも前記類似度に基づいて、前記海面反射信号による少なくとも１つの部分画像を削除するよう構成されることを特徴とする請求項１または２記載のソーナー画像処理装置。
前記経路差に対応する関係を有する少なくとも一組の前記部分画像を抽出するために、少なくとも２つの前記部分画像の位置関係が、前記直接経路信号と前記海面反射信号との経路差に対応するかどうか判定する距離差評価手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一記載のソーナー画像処理装置。
前記経路差算出部は、海底高度、深度、水中音速の少なくとも１つを含む水中環境条件に基づいて前記経路差を算出するように構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一記載のソーナー画像処理装置。
前記経路差算出部は、ソーナー運用海域の海底高度情報をマップ形式で備え、少なくとも前記海底高度情報に基づいて前記経路差を算出するように構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一記載のソーナー画像処理装置。
前記類似度判定部は、少なくとも一組の前記部分画像間の相関係数を計算し、前記相関係数と予め定められた所定の相関判定閾値との大小関係に基づいて前記類似度の判定を行うよう構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一記載のソーナー画像処理装置。
前記類似度判定部は、少なくとも一組の前記部分画像の特徴要素を抽出し、抽出した特徴要素間の差と予め設定した所定の特徴差閾値との大小関係に基づいて前記類似度の判定を行うよう構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一記載のソーナー画像処理装置。
ソーナー画像から目標物を現すと推定される複数の部分画像を抽出し、
前記目標物に反射される直接経路信号と前記目標物および海面に反射される海面反射信号との経路差を算出し、
前記複数の部分画像から互いに前記経路差に対応する関係を有する少なくとも一組の前記部分画像を抽出し、抽出された前記少なくとも一組の部分画像間の類似度を計算して前記少なくとも一組の部分画像が同一の前記目標物を現している部分画像であるかどうか判定し、
前記経路差に対応する関係を有する前記少なくとも一組の部分画像から前記類似度の判定に基づいて前記目標物を識別する、ことを特徴とするソーナー画像処理方法。
ソーナー画像から目標物を現すと推定される複数の部分画像を抽出する機能と、
前記目標物に反射される直接経路信号と前記目標物および海面に反射される海面反射信号との経路差を算出する機能と、
前記複数の部分画像から互いに前記経路差に対応する関係を有する少なくとも一組の前記部分画像を抽出し、抽出された前記少なくとも一組の部分画像間の類似度を計算して前記少なくとも一組の部分画像が同一の前記目標物を現している部分画像であるかどうか判定する機能と、
前記経路差に対応する関係を有する前記少なくとも一組の部分画像から前記類似度の判定に基づいて前記目標物を識別する機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とするソーナー画像処理プログラム。