JP7475227B2 - 水中探知装置および水中探知画像の表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、水中に音波を送波し、その反射波に基づいて、水中の状態を探知する水中探知装置、および、上記反射波の信号強度に基づく画像をディスプレイに表示させる水中探知画像の表示方法に関する。

従来、水中に音波を送波し、その反射波に基づいて、水中の状態を探知する水中探知装置が知られている。この種の装置では、たとえば、超音波を送受信するための送波器および受波器が船底に設置され、３次元状の探知範囲について、反射波の信号強度（ボリュームデータ）が取得される。そして、取得されたボリュームデータに基づいて、信号強度の表面画像（３次元画像）が生成され、生成された表面画像が当該探知範囲の探知画像としてモニタ等に表示される。使用者は、表示された探知画像を参照することにより、水中に存在する魚群や沈船等の物標の状況を把握できる。

ここで、ボリュームデータは、種々の方法により取得され得る。たとえば、船底の真下に向けて扁平な扇形の送信ビームを送波して反射波の強度を示すエコーデータを取得し、取得したエコーデータを時系列に集積することにより、ボリュームデータが取得される。この構成では、所定期間において集積されたボリュームデータを用いて水中の状態を３次元表示できる。また、この３次元表示では、互いに接近するボリュームデータをクラスタリングし、最大のクラスタを水中の底面と判定して表示する処理がなされ得る。

以下の特許文献１には、この種の水中探知装置が記載されている。

米国特許出願公開第２０１６／０２５９０５２号明細書

上記のような水中探知装置では、水底に対して斜めに送信ビームが入射する。このため、水底からの反射波のエコーデータの分布範囲は、送信ビームのビーム幅の影響により、送信ビームの円弧の端に向かうに従って広くなる。その結果、水底の３次元画像は、実際の水底の位置よりも両端がＶ字状に持ち上がった状態で表示される。

また、水底の信号強度と魚群等の信号強度とが近似する場合、水底と魚群等に近似した強度レベルの色が付される。このため、表示画像において魚群等が水底に同化し、魚群等の立体的な視認性が悪くなってしまう。

かかる課題に鑑み、本発明は、水底を適正に表示できるとともに、水底と物標の状態を良好に視認することが可能な水中探知装置および水中探知画像の表示方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は水中探知装置に関する。この態様に係る水中探知装置は、反射波の信号強度を示すエコーデータに基づいてチルト角における実際の水底位置を検出する水底位置検出処理部と、水底位置を基準として水底エコーのチルト角におけるエッジ位置を算出するエッジ位置算出処理部と、送波深度位置とエッジ位置との間にあるエコーデータを送波深度位置から水底位置までの範囲に補正した補正データを算出するエコーデータ補正処理部と、補正データの信号強度に応じた表示形態の探知画像と、探知画像とは異なる表示形態の水底画像とを、表示部に表示させる画像表示処理部と、を備える。

本態様に係る水中探知装置によれば、実際の水底位置に対応する適正な位置に水底を表示させることができる。また、水底と物標とが互いに異なる表示形態で表示されるため、水底と物標の状態を良好に視認できる。

本態様に係る水中探知装置において、エコーデータ補正処理部は、送波深度位置とエッジ位置との間にあるエコーデータを送波深度位置から水底位置までの範囲に均等に離散させ、離散後のエコーデータ間の位置に補間処理によりデータを補間することにより、補正データを算出するよう構成され得る。

本態様に係る水中探知装置において、画像表示処理部は、探知画像を信号強度に応じた色で表示させ、水底画像を探知画像とは異なる色で表示させるよう構成され得る。

この構成によれば、使用者は、色の違いにより明瞭に、水底と魚群等の物標とを区別できる。よって、水底と物標の状態を良好に視認できる。

本態様に係る水中探知装置において、エッジ位置算出処理部は、鉛直方向における水底深度と、鉛直方向に対する送信ビームのチルト角と、受信ビームの中心軸の方位と、受信ビームのビーム幅の半角とに基づいて補正量を算出し、水底位置と補正量に基づいて、エッジ位置を算出するよう構成され得る。

この構成において、水中探知装置は、補正量に乗じる係数を受け付ける入力部を備え、エッジ位置算出処理部は、受け付けた係数を補正量に乗じた値を用いて、エッジ位置を算出するよう構成され得る。

この構成によれば、使用者は、係数を調節することによりエッジ位置を任意に変更できる。よって、使用者は、たとえば、係数を調節することにより、水底付近に張り付いた魚群等を円滑に確認できる。

本態様に係る水中探知装置において、エッジ位置算出処理部は、水底位置から送波深度位置に向かって、信号強度が閾値以下となる距離位置を探知し、探知した距離位置に基づいて、エッジ位置を設定するよう構成され得る。

この構成において、水中探知装置は、前記閾値の設定を受け付ける入力部を備え、前記エッジ位置算出処理部は、受け付けた前記閾値に基づいて、前記エッジ位置の設定処理を実行するよう構成され得る。

この構成によれば、使用者は、閾値を調節することによりエッジ位置を任意に変更できる。よって、使用者は、たとえば、閾値を調節することにより、水底付近に張り付いた魚群等を円滑に確認できる。

本態様に係る水中探知装置において、画像表示処理部は、３次元状の探知範囲における補正データおよび水底位置に基づいて、所定の視点から見たときの探知画像および水底画像を生成し、生成した探知画像および水底画像を表示部に表示させるよう構成され得る。

この構成によれば、使用者は、所定の視点から立体的に、水底および物標を確認できる。

本発明の第２の態様は、水中探知画像の表示方法に関する。この態様に係る水中探知画像の表示方法は、反射波の信号強度を示すエコーデータに基づいてチルト角における実際の水底位置を検出し、水底位置を基準として水底エコーのチルト角におけるエッジ位置を算出し、送波深度位置とエッジ位置との間にあるエコーデータを送波深度位置から水底位置までの範囲に補正した補正データを算出し、補正データの信号強度に応じた表示形態の探知画像と、探知画像とは異なる表示形態の水底画像とを、表示部に表示させる。

本態様に係る水中探知画像の表示方法によれば、上記第１の態様と同様の効果が奏され得る。

以上のとおり、本発明によれば、水底を適正に表示できるとともに、水底と物標の状態を良好に視認することが可能な水中探知装置および水中探知画像の表示方法を提供することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、実施形態に係る、水中探知装置の使用形態を示す図である。 図２は、実施形態に係る、水中探知装置の構成を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係る、水中の画像を表示するための処理を示すフローチャートである。 図４は、実施形態に係る、水底位置算出処理を示すフローチャートである。 図５は、実施形態に係る、所定方位の受信信号と、当該受信信号を微分して得られる微分信号の様子を示すタイムチャートである。 図６は、実施形態に係る、水底エコーのエッジ位置の検出処理において用いられる各種パラメータを示す図である。 図７は、実施形態に係る、方位ごとに、水底位置とエッジ位置が取得された状態を模式的に示す図である。 図８は、実施形態に係る、座標変換処理においてｘ－ｙ座標系が適用された状態を模式的に示す図である。 図９は、実施形態に係る、座標変換処理における水底位置およびエッジ位置の補間処理を示す図である。 図１０は、実施形態に係る、エコーデータ補正処理を示すフローチャートである。 図１１（ａ）は、実施形態に係る、エコーデータが取得された状態を模式的に示す図である。図１１（ｂ）は、実施形態に係る、水底位置検出処理が実行された状態を模式的に示す図である。図１１（ｃ）は、実施形態に係る、水底エコーエッジ位置検出処理が実行された状態を模式的に示す図である。図１１（ｄ）は、実施形態に係る、エコーデータ補正処理が実行された状態を模式的に示す図である。 図１２は、実施形態に係る、画像表示処理を示すフローチャートである。 図１３（ａ）は、比較例に係る、画像の表示例を示す図である。図１３（ｂ）は、実施形態に係る、画像の表示例を示す図である。 図１４は、実施形態に係る、他の画像の表示例を示す図である。 図１５（ａ）は、変更例１に係る、操作項目の構成を示す図である。図１５（ｂ）は、係数が０に設定された場合の画像の表示例を示す図である。 図１６は、変更例２に係る、水底位置算出処理を示すフローチャートである。 図１７は、変更例２に係る、所定方位の受信信号と、当該受信信号を微分して得られる微分信号の様子を示すタイムチャートである。 図１８は、変更例３に係る、水底位置算出処理の一部を示すフローチャートである。 図１９は、変更例３に係る、水底位置算出処理の一部を示すフローチャートである。 図２０は、変更例４に係る、エッジ位置算出処理を示すフローチャートである。 図２１（ａ）、図２１（ｂ）、図２１（ｃ）および図２１（ｄ）は、それぞれ、変更例４に係る、エッジ位置算出過程の一例を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態には、漁船等の船体に設置される水中探知装置に本発明を適用した例が示されている。但し、以下の実施形態は、本発明の一実施形態あって、本発明は、以下の実施形態に何ら制限されるものではない。

図１は、水中探知装置の使用形態を示す図である。

図１に示すように、本実施形態では、船１の船底に送受波ユニット２が設置され、送受波ユニット２から水中に超音波が送波される。送波された超音波のエコーを、送受波ユニット２で受波することにより、水中の探知画像が生成される。本実施形態では、扇型の形状で、超音波の送信ビーム３がパルス状に送波される。扇型の中心角は、たとえば１８０°程度である。図１では、送信ビーム３が紙面に垂直な方向に扇型に広がっている。図１には、送信ビーム３の厚みが示されている。

船１の操舵室等に設置された制御ユニットに対する操作により、送受波ユニット２の向きが水平方向および鉛直方向に変更可能であってもよい。送受波ユニット２の向きを鉛直方向に変えることにより、送信ビーム３の俯角Ａ１が、０～９０°の範囲で変更され得る。また、送受波ユニット２の向きを水平方向に変えることにより、送信ビーム３の中心方位が３６０°の範囲で変更され得る。反射波（エコー）に基づき生成された水中の探知画像は、船の操舵室等に設置された表示器に表示される。これにより、使用者は、所望の方向において、水底４の状態や、魚群５の位置等を確認できる。

本実施形態では、船１の進行に伴って、反射波の受信信号の履歴が蓄積される。これにより、３次元状の探知範囲に受信信号の信号強度が分布するボリュームデータが生成される。ボリュームデータに基づいて、所定の視点方向から探知範囲を見たときの信号強度の分布を示す探知画像と水底画像が表示される。探知画像に魚群５等の物標の強度分布が含まれる。これにより、使用者は、水中に存在する物標の状態を立体的に確認できる。

図２は、水中探知装置１０の構成を示すブロック図である。

水中探知装置１０は、送波器１１と受波器１２とを備える。送波器１１と受波器１２によって、図１の送受波ユニット２が構成される。送波器１１と受波器１２は、所定の俯角で水中に向けられる。

送波器１１および受波器１２は、たとえば、超音波振動子である。たとえば、送波器１１は、複数の超音波振動子が１列に並ぶ構成を備える。各超音波振動子に正弦波状の送信信号が印加される。これにより、各超音波振動子から超音波が送波される。各超音波振動子に印加される送信信号の位相を制御することにより、所定厚みの送信ビーム３が形成される。送信ビーム３は、厚み方向に見て、所定の角度（たとえば、１８０°）の中心角で扇形に広がる。本実施形態では、送信ビーム３は、所定の俯角で送波される。送信ビーム３は、鉛直方向下向きに送波されてもよい。

受波器１２は、たとえば、複数の超音波振動子が１列に並ぶ構成を備える。たとえば、受波器１２の超音波振動子の並び方向は、送波器１１の超音波振動子の並び方向に垂直である。すなわち、受波器１２の超音波振動子は、送信ビーム３の広がり方向（扇形の広がり方向）に並ぶ。送波器１１および受波器１２の超音波振動子の並び方向は、必ずしも垂直でなくてもよく、互いに交差する方向であればよい。

受波器１２の各超音波振動子によって、送波器１１から送波された超音波の反射波が受波される。受波器１２の各超音波振動子は、反射波の強度に応じた大きさの受信信号を出力する。受信信号に対して位相制御（ビームフォーミング）を行うことにより、送信ビーム３の広がり角（扇形の中心角）の方向に並ぶ複数の受信ビームが形成される。これにより、受信ビームごとに、すなわち、送信ビーム３の広がり角（扇形の中心角）の方向において所定の角度ごと（方位ごと）に、反射波の受信信号が生成される。受信ビームのピッチを小さくして受信ビームの数を増加させるほど、送信ビーム３の広がり角（扇形の中心角）の方向における水中探知の分解能が増加する。

駆動部１３は、送波器１１および受波器１２を、俯角方向および鉛直軸を中心とした回転方向に一体的に駆動して、送波器１１および受波器１２の向きを変化させる。駆動部１３による駆動に伴い、上述の送信ビーム３および受信ビームの向きが変更される。駆動部１３は、駆動源となるモータと、駆動機構と、駆動位置を検出するための検出手段（ロータリーエンコーダ等）を備える。駆動位置は、駆動制御部１６に出力され、駆動制御部１６における制御に用いられる。

さらに、水中探知装置１０は、送信制御部１４と、受信ビーム形成部１５と、駆動制御部１６と、信号処理部１７と、入力部１８と、表示部１９とを備える。送信制御部１４、受信ビーム形成部１５、駆動制御部１６、信号処理部１７、入力部１８および表示部１９は、船の操舵室等に設置される。これらの構成要素が、１つの筐体にユニット化されてもよく、あるいは、表示部１９等の一部の構成要素が別体とされてもよい。送信制御部１４、受信ビーム形成部１５および駆動制御部１６は、それぞれ、信号ケーブルによって、送波器１１、受波器１２および駆動制御部１６に通信可能に接続される。

送信制御部１４は、信号処理部１７からの制御により、送波器１１に送信信号を出力する。送信制御部１４は、上記のように、扇形に広がる扁平な送信ビーム３が形成されるように、送波器１１の超音波振動子に送信信号を供給する。

受信ビーム形成部１５は、上記のように、受波器１２の各超音波振動子から入力される受信信号にビームフォーミングの処理を適用して、送信ビーム３の扇型の中心角の角度方向に並ぶ複数の受信ビームを形成する。そして、受信ビーム形成部１５は、受信ビームごとに受信信号を信号処理部１７に出力する。

駆動制御部１６は、信号処理部１７からの制御により、駆動部１３を制御する。これにより、上記のように、送波器１１と受波器１２が一体的に駆動され、これに伴い、送信ビーム３と受信ビームの向きが変更される。

信号処理部１７は、予め保持したプログラムに従って各部を制御する。また、信号処理部１７は、受信ビーム形成部１５から入力される受信信号を処理して、探知範囲の画像を生成し、表示部１９に表示させる。信号処理部１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路と、ＲＯＭ（ReadOnly Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）や、ハードディスク等の記憶媒体とを備える。記憶媒体に上記ブログラムが保持されている。信号処理部１７が、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の集積回路で構成されてもよい。

なお、信号処理部１７は、必ずしも、１つの集積回路で構成されなくてもよく、複数の集積回路や演算処理回路が組み合わされて構成されてもよい。たとえば、信号処理部１７は、送波器１１および駆動部１３を制御するための演算処理回路と、受信ビーム形成部１５から入力される受信信号を処理して探知画像を生成するための演算処理回路とを、個別に備えていてもよい。

信号処理部１７は、上記プログラムによる付与される機能部として、水底位置検出処理部１７ａと、エッジ位置算出処理部１７ｂと、座標変換処理部１７ｃと、エコーデータ補正処理部１７ｄと、画像表示処理部１７ｅと、を備える。各機能部の処理内容については、追って、図３を参照して説明する。

入力部１８は、使用者からの入力を受け付けるユーザインタフェースである。入力部１８は、マウスやキーボード等の入力手段を備える。入力部１８が、表示部１９に一体化されたタッチパネルを備えていてもよい。

表示部１９は、信号処理部１７によって生成された画像を表示する。表示部１９はモニタや液晶パネル等の表示器を備える。後述のように、表示部１９には、探知画像や水底画像が表示される。この他、水中探知装置１０は、方位および位置を検出するための構成、たとえば、ＧＰＳ（Global Positioning System）等を備える。

信号処理部１７は、船１の進行に伴い送信ビーム３が移動する３次元状の探知範囲について、反射波の信号強度（ボリュームデータ）を取得する。具体的には、信号処理部１７は、扇形形状の送信ビーム３を中心角の角度方向に所定の分解能で区分した角度範囲（受信ビーム形成部１５で形成される各受信ビームの角度範囲）ごとに、受信信号を参照する。ここで、送信ビーム３を送波したタイミングから反射波を受波するタイミングまでの時間差の半分の時間が、当該反射波を反射した物標までの距離に相当する。信号処理部１７は、送信ビーム３を送波したタイミングからの経過時間と、受信信号の強度とを、受信ビームごとに対応づける。すなわち、信号処理部１７は、送信ビーム３を送波したタイミングから一定の時間間隔で受信信号の強度を取得する。この時間軸は、受波器１２からの距離に対応する。

こうして、各受信ビームの角度範囲ごとに、経過時間（距離）と受信信号の強度とを対応づけたデータ群が取得される。信号処理部１７は、船１の進行に伴い送信ビーム３が移動する間に、所定の時間間隔で上記処理を繰り返し実行する。これにより、送信ビーム３が移動する探知範囲全体について、経過時間（距離）と受信信号の強度とを対応づけたデータ群が取得される。このデータ群が、探知範囲のボリュームデータを構成する。

信号処理部１７は、上記の処理により取得したボリュームデータに基づいて、探知画像を生成し、表示部１９に表示させる。たとえば、信号処理部１７は、ボリュームデータにサーフェスレンダリングやボリュームレンダリングの処理を施して、所定の視点方向から探知範囲を参照したときの信号強度の分布を示す３次元画像（探知画像）を生成する。探知画像は、反射波の信号強度に応じて色付けされる。入力部１８に対する入力によって、探知画像の視点方向が変更可能であってもよい。

ところで、上記構成の水中探知装置１０では、水底４に対して斜めに送信ビーム３が入射する。このため、水底４からの反射波の強度を示すエコーデータの分布範囲は、送信ビーム３のビーム幅の影響により、送信ビーム３の円弧の端に向かうに従って広くなる。その結果、水底４の３次元画像は、実際の水底４の位置よりも両端がＶ字状に持ち上がった状態で表示されてしまう。

また、水底４の信号強度と魚群５等の信号強度とが近似する場合、水底４と魚群５等に近似した強度レベルの色が付される。このため、表示画像において魚群５等が水底４に同化し、魚群５等の立体的な視認性が悪くなってしまう。

このような問題を解消するため、本実施形態では、水底を適正に表示し、且つ、水底と物標の状態を良好に視認することが可能となるように、表示画像が構成される。以下、この処理について説明する。

図３は、水中の画像を表示するための処理を示すフローチャートである。

信号処理部１７は、１回の送信ビーム３の送波において取得される各方位（受信ビームに対応する方位）の反射波のエコーデータに基づいて、水底位置を検出する（Ｓ１１）。ステップＳ１１の処理は、図２に示した水底位置検出処理部１７ａの機能により行われる。次に、信号処理部１７は、ステップＳ１１で検出した水底位置を基準として、水底４のエコーデータのエッジ位置（以下、「エッジ位置」という）を算出する（Ｓ１２）。ステップＳ１２の処理は、図２に示したエッジ位置算出処理部１７ｂの機能により行われる。これにより、送信ビーム３の扇型の中心角の方向に受信ビームの分解能で区分される方位ごとに、水底位置とエッジ位置が検出される。

そして、信号処理部１７は、上記処理において方位ごとに取得した水底位置およびエッジ位置を、送信ビーム３の扇型の平面と同一平面に展開されるｘ－ｙ座標系の座標位置に変換する処理を行う（Ｓ１３）。ステップＳ１３の処理は、図２に示した座標変換処理部１７ｃの機能により行われる。さらに、信号処理部１７は、送波器１１の水深位置である送波深度位置とエッジ位置との間にあるエコーデータに基づいて送波深度位置から水底位置までの範囲の補正データを算出する（Ｓ１４）。ステップＳ１４の処理は、図２に示したエコーデータ補正処理部１７ｄの機能により行われる。そして、信号処理部１７は、船１の進行に伴い蓄積される補正データ（ボリュームデータ）に基づいて、補正データの信号強度に応じた色の探知画像を生成し、さらに、水底位置に基づいて、探知画像とは異なる色の水底画像を生成し、生成した探知画像および水底画像を表示部１９に表示させる（Ｓ１５）。ステップＳ１５の処理は、図２に示した画像表示処理部１７ｅの機能により行われる。

以下、図３の各ステップの処理について説明する。

図４は、図３のステップＳ１１における水底位置算出処理を示すフローチャートである。図４の処理は、各回の送信ビーム３の送波に応じて方位ごとに取得される受信ビームに対して実行される。

信号処理部１７は、各方位の受信信号に対して平滑化およびノイズ除去等の調整処理を実行し（Ｓ１０１）、調整処理後の受信信号に対して、距離方向（時間軸方向）の微分を行う（Ｓ１０２）。そして、信号処理部１７は、各方位の微分信号から極大点を抽出する（Ｓ１０３）。

図５は、所定方位の受信信号と、当該受信信号を微分して得られる微分信号の様子を示すタイムチャートである。

図５の上段に示すように、所定方位の受信信号には、当該方位に存在する物標や水底の距離位置において、反射波の強度に応じた振幅の波形Ｓ１１が生じる。したがって、受信信号を微分した微分信号においても、波形Ｓ１１と同じ位置にＳ字状の波形Ｓ２１が生じる。信号処理部１７は、図４のステップＳ１０３において、微分信号に生じる波形Ｓ２１の極大点Ｐ２１を抽出する。当該方位に魚群と水底が存在する場合、波形Ｓ１１、Ｓ２１は複数の距離位置において生じる。したがって、この場合、極大点Ｐ２１も複数抽出される。

図４に戻り、信号処理部１７は、ステップＳ１０３で抽出した極大点群を、受信信号および微分信号の立ち上がり位置に近づけるために、これら極大点群の距離位置を、送信ビーム３のパルス状の送波期間の半分の期間に対応する距離幅だけ手前に移動させる前処理を実行する（Ｓ１０４）。これにより、図５の下段に示すように、極大点Ｐ２１の距離Ｌ１’より距離幅ΔＬ（送波期間の半分の期間に対応する距離幅）だけ手前の距離Ｌ１に、検出点群が得られる。

信号処理部１７は、これら検出点群が水底４であることを規定する所定の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１０５）。検出点群が水底の条件を満たす場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、信号処理部１７は、当該検出点群の距離Ｌ１を各方位の水底の位置を規定する距離として検出する（Ｓ１０６）。

そして、信号処理部１７は、これら検出点群に対して検出後処理を実行して、検出点群の距離のバラツキを抑制する（Ｓ１０７）。具体的には、信号処理部１７は、当該送波タイミングよりも前の複数の送波タイミングで取得された検出点群との間で移動平均等の処理を実行し、当該検出点群の距離のバラツキを抑制する。信号処理部１７は、こうして取得した検出点群の各距離Ｌ１を、水底の距離として取得する。これにより、信号処理部１７は、水底位置検出処理を終了する。

次に、図６を参照して、図３のステップＳ１２におけるエッジ位置の検出処理について説明する。

図６は、エッジ位置の検出処理において用いられる各種パラメータを示す図である。

図６において、ＰＢは、図４のステップＳ１０７で取得された所定方位の水底４の検出点である。また、Ｌ１は、上記処理により取得された送受波ユニット２から当該検出点ＰＢまでの距離であり、Ｌ２は、送受波ユニット２から水底４のエコーデータのエッジ位置、すなわち、エッジ位置までの距離である。図３のステップＳ１３において、信号処理部１７は、図６に示した各種パラメータに基づいて、エッジ位置までの距離Ｌ２を算出する。

なお、図６には、送信ビーム３の送波領域ＴＡと、水底４に対して取得されるエコーデータの距離範囲ＢＥとが、水平面に投影された状態で模式的に示されている。また、送信ビーム３のうち、当該方位の受信ビームにより抽出される送信ビーム３の断片部分３ａが示されている。Ｂ１は、Ｘ－Ｙ平面に平行な長方形の平面である。平面Ｂ１の１つの頂点は検出点ＰＢに一致し、他の２つの頂点は、それぞれ、距離範囲ＢＥの中心からＺ軸正方向に向かう垂線および送受波ユニット２からＺ軸正方向に向かう垂線と交わる。

図６において、Ｄは、水底深度（ｍ）であり、θｔは、鉛直方向に対する送信ビーム３のチルト角（ｄｅｇ）である。また、θ０は、受信ビームの中心軸の方位（ｄｅｇ）であり、θｂは、受信ビームのビーム幅の半角（ｄｅｇ）である。半角θｂは、水平方向成分θｈと垂直方向成分θｖ（何れも図６には図示せず）とに分解され得る。これらのパラメータを用いることにより、距離Ｌ１、Ｌ２の差分Ｌは、以下の式（１）により算出される。

ここで、θｂは、以下の式（２）で算出される。

信号処理部１７は、上記式（１）、（２）に各種パラメータの値を代入することにより差分Ｌを算出する。ここで、各種パラメータの値は、受信ビームの形成状態に基づいて信号処理部１７において把握され得る。信号処理部１７は、こうして取得した差分Ｌだけ距離Ｌ１を減算することにより、エッジ位置までの距離を算出する。これにより、ステップＳ１２の処理が終了する。

次に、図７～図９を参照して、図３のステップＳ１３における座標変換処理について説明する。

図７は、図３のステップＳ１１、Ｓ１２により、方位Ｄｓごとに、水底位置２０１とエッジ位置２０２が取得された状態を模式的に示している。図７において、ＰＯは、送受波ユニット２の位置、すなわち、方位Ｄｓの基準位置である。また、ＢＥは、水底４から反射されたエコーが分布する距離範囲であり、ＢＰ０およびＥＧ０は、それぞれ、水底位置２０１で規定される水底位置およびエッジ位置２０２で規定される距離範囲ＢＥのエッジである。図６の距離Ｌ１は、基準位置ＰＯから水底位置２０１までの距離に相当し、図６の距離Ｌ２は、基準位置ＰＯからエッジ位置２０２までの距離に相当する。なお、図７では、便宜上、方位Ｄｓの角度ピッチが実際の角度ピッチに比べて粗く示されている。実際の方位Ｄｓの角度ピッチは、１°程度である。

図３のステップＳ１３では、送信ビーム３の扇型の平面と同一平面にｘ－ｙ座標系が展開される。

図８は、図７の座標系に対してｘ－ｙ座標系２０５が適用された状態を模式的に示している。ｘ－ｙ座標系２０５では、ｘ軸とｙ軸が互いに直交する。ｙ軸正方向と、船１の進行方向との関係は、送受波器ユニット２の向きを水平方向に変えることにより変動する。また、座標平面がｘ軸方向およびｙ軸方向にそれぞれ一定ピッチで格子状に区画され、格子の交点に多数の座標点が設定される。

信号処理部１７は、図７の水底位置２０１およびエッジ位置２０２を、それぞれ、図８の座標点のうち最も近い座標点にシフトさせる。これにより、図８に示すように、ｘ－ｙ座標系２０５において、水底位置２０３およびエッジ位置２０４が設定される。これに応じて、図７の水底位置ＢＰ０が、水底位置ＢＰ１にシフトする。

その後、信号処理部１７は、水底位置２０３間の隙間の座標点およびエッジ位置２０４間の隙間の座標点に、線形補間等の補間処理により、水底位置２０３およびエッジ位置２０４を補間する。図９は、補間後の水底位置２０３およびエッジ位置２０４を示している。これにより、図３のステップＳ１３における座標変換処理が終了する。

次に、図１０を参照して、図３のステップＳ１４におけるエコーデータ補正処理について説明する。

図３のステップＳ１４において、信号処理部１７は、送波深度位置とエッジ位置２０４との間にあるエコーデータＥＤ０に基づいて送波深度位置から水底位置２０３までの範囲の補正データを算出する。ここで、水底位置２０３が存在する範囲Ｗ１のエコーデータＥＤ０は、ｙ軸方向の補間処理により水底位置２０３まで拡張される。すなわち、信号処理部１７は、ｙ軸方向に並ぶ各座標点のエコーデータＥＤ０を、水底位置２０３までの座標点に均等に離散させ、この離散によりエコーデータＥＤ０が設定されない座標点にｙ軸方向の補間処理によりエコーデータを補間する。ここで、補間処理として、たとえば、線形補間が用いられる。ただし、補間の方法は線形補間に限らず、他の補間方法が用いられてもよい。

また、水底位置２０３が存在しない範囲Ｗ２のエコーデータＥＤ０は、ｙ軸方向の補間処理により、探知範囲の上限距離の位置（図１０の半円の位置）まで拡張される。すなわち、信号処理部１７は、ｙ軸方向に並ぶ各座標点のエコーデータＥＤ０を、探知範囲の上限距離の位置（図１０の半円の位置）までの座標点に均等に離散させ、この離散によりエコーデータＥＤ０が設定されない座標点にｙ軸方向の補間処理（たとえば、線形補間）によりエコーデータを補間する。

こうして、範囲Ｗ１、Ｗ２のエコーデータにｙ軸方向の補間処理を行うことにより、送波深度位置と水底位置２０３との間の範囲について、補正データＥＤ１が算出される。これにより、図３のステップＳ１４におけるエコーデータ補正処理が終了する。

図１１（ａ）～（ｄ）は、図３のステップＳ１１～Ｓ１４の処理を模式的に示す図である。

船１の船底に設置された送受波ユニット２から１回の送信ビーム３が送波されると、図１１（ａ）のようなエコーデータが取得される。ここでは、エコーデータに、水底のエコーデータＢＤと魚群のエコーデータＦＤとが含まれている。上記のように、送信ビーム３が斜め方向に送波されることの影響により、水底のエコーデータＢＤは左右の端に向かうほど幅が広くなる。

次に、図１１（ａ）のエコーデータに対して、図３のステップＳ１１の水底検出処理が行われ、図１１（ｂ）のように、水底位置ＢＰ０（水底位置２０１）が算出される。さらに、図３のステップＳ１２の処理が行われ、図１１（ｃ）のように、水底エコーのエッジＥＧ０（エッジ位置２０２）が算出される。その後、図３のステップＳ１３の座標変換処理が行われ、さらに、ステップＳ１４のエコーデータ補正処理が行われる。これにより、図１１（ｃ）において水底エコーのエッジＥＧ０と送波深度位置との間に存在するエコーデータＥＤ０が、図１１（ｄ）のように、補間処理により拡張され、補正データＥＤ１が取得される。こうして、水底位置ＢＰ１が規定され、補正後の魚群のエコーデータＦＤを含む補正データＥＤ１が取得される。

次に、図１２を参照して、図３のステップＳ１５における画像表示処理について説明する。

信号処理部１７は、上記処理により補正データＥＤ１を算出すると、今回の処理から所定回数前までの処理により算出した補正データＥＤ１を集積してボリュームデータを構成し、構成したボリュームデータにボリュームレンダリングまたはサーフェスレンダリング等の処理を行って、当該ボリュームデータを所定の視点から見たときの信号強度の分布を示す探知画像を生成する（Ｓ２０１）。ここで、探知画像には、信号強度に応じた色が付される。

また、信号処理部１７は、今回の処理から所定回数前までの処理により算出した水底位置２０３を集積して水底を規定し、規定した水底に探知画像とは異なる色を付して水底画像を生成する（Ｓ２０２）。そして、信号処理部１７は、生成した探知画像と水底画像を表示部１９に表示させる（Ｓ２０３）。これにより、今回の処理フローにおける画像表示処理が終了する。

次に、上記の処理により表示される画像の表示例を、従前の処理により表示される画像の表示例（比較例）と対比して説明する。

図１３（ａ）は、比較例に係る画像の表示例を示す図であり、図１３（ｂ）は、実施形態に係る画像の表示例を示す図である。

比較例では、図３のステップＳ１１～Ｓ１４の処理が行われず、今回の処理から所定回数前までの処理により取得されたエコーデータをそのまま集積することにより、ボリュームデータが構成されている。また、比較例では、魚群等の物標と水底とを区別することなく一様に、信号強度に応じた色が表示画像に付されている。

図１３（ａ）に示すように、比較例の表示画像３００では、水底３０１の厚みが、水底３０１の左右の端に向かうにつれて大きくなっている。このため、使用者は、比較例の表示画像３００からは、水底の位置を正しく把握できない。また、比較例の表示画像３００では、魚群３０２および魚礁３０３と水底３０１とに、それぞれ、近似する強度レベルの色が付される。このため、表示画像３００において、魚群３０２および魚礁３０３が水底３０１に同化し、魚群３０２および魚礁３０３の立体的な視認性が悪くなっている。

これに対し、実施形態の表示画像３１０では、図１３（ｂ）に示すように、上述の水底位置検出処理により水底位置が適正に検出された状態で水底３１１が表示される。このため、表示画像３１０では、水底３１１の厚みは略一定であり、比較例のように水底３１１の左右の端に向かうにつれて水底の厚みが大きくなることはない。このため、使用者は、実施形態の表示画像３１０を参照することにより、水底の位置を正しく把握できる。

また、実施形態の表示画像３１０では、魚群３１２および魚礁３１３と異なる色が水底３１１に付される。このため、表示画像３１０において魚群３１２および魚礁３１３が水底３１１に同化することが抑制される。これにより、表示画像３１０では、魚群３１２および魚礁３１３の立体的な視認性を顕著に高めることができる。

なお、図１３（ａ）、（ｂ）の表示画像３００、３１０には、それぞれ、船画像３０４、３１４が含まれている。これにより、使用者は、船と魚群、魚礁および水底との相対的な位置関係を直感的に把握できる。

図１４は、図３のステップＳ１１～Ｓ１３の処理により算出される水底位置２０３およびエッジ位置２０４を示す破線３３２、３３３がエコーデータの表示画像３３０に表示された場合の他の表示例を示す図である。

ここでは、１回の送波により取得されたエコーデータがそのまま表示されている。このため、水底画像３３１は、左右の端に向かうにつれて幅が広がっている。水底画像３３１の幅方向の中心付近に、水底位置２０３を示す破線３３２が表示されている。また、水底画像３３１の幅方向のエッジ付近に、エッジ位置２０４を示す破線３３３が表示されている。

図１４の表示例から、図３のステップＳ１１～Ｓ１３の処理により、水底位置２０３およびエッジ位置２０４が、実際の水底に対応するように適正に算出されていることが分かる。使用者は、表示画像３３０において、破線３３２を参照することにより、実際の水底の位置を的確に把握することができる。

＜実施形態の効果＞
上記実施形態によれば、以下の効果が奏され得る。

図３の処理が行われることにより、図１３（ｂ）に示したように、実際の水底の位置に対応する適正な位置に水底３１１を表示させることができる。また、水底３１１と物標（魚群３１２、魚礁３１３）とが互いに異なる表示形態（異なる色）で表示されるため、使用者は、水底と物標（魚群３１２、魚礁３１３）とを区別して良好に視認できる。

また、本実施形態では、表示画像３１０において、水底画像（水底３１１）と、水底３１１から水面までの領域の探知画像（魚群３１２、魚礁３１３）とが互いに異なる色で表示される。これにより、使用者は、色の違いによって明瞭に、水底画像（水底３１１）と物標（魚群３１２、魚礁３１３）とを区別できる。よって、水底画像（水底３１１）と物標（魚群３１２、魚礁３１３）の状態を良好に視認できる。

また、信号処理部１７は、上記式（１）、（２）の演算に基づいて、水底位置２０１とエッジ位置２０２との間の差分Ｌを補正量として算出し、算出した補正量に基づいて、エッジ位置２０４を算出する。これにより、エッジ位置２０４を適正に設定できる。

また、図１３（ｂ）に示したように、信号処理部１７は、３次元状の探知範囲における補正データＥＤ１および水底位置２０３に基づいて、所定の視点から見たときの探知画像（魚群３１２、魚礁３１３）および水底画像（水底３１１）を生成し、生成した探知画像（魚群３１２、魚礁３１３）および水底画像（水底３１１）を表示部１９に表示させる。これにより、使用者は、所定の視点から立体的に、水底および物標（魚群、魚礁）を確認できる。

＜変更例＞
本発明は、上記実施形態に制限されるものではない。また、本発明の実施形態は、上記構成の他に種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施形態では、送信ビーム３の送波ごとに補正データＥＤ１が算出されたが、補正データＥＤ１の算出を行うタイミングはこれに限られるものではない。たとえば、連続する所定回数の処理により取得されるエコーデータを時系列に記憶しておき、記憶した各エコーデータに対してそれぞれ、図３のステップＳ１１～１４の処理を行って補正データを算出し、算出した補正データ群からなるボリュームデータに対して図３のステップＳ１５の表示処理を行ってもよい。

あるいは、送信ビーム３の送波ごとに図３のステップＳ１１～Ｓ１３の処理を実行して、エコーデータに水底位置２０３およびエッジ位置２０４のフラグを付加しておき、連続する所定回数の処理により取得されるエコーデータおよび上記フラグを時系列に記憶し、記憶した各エコーデータに対してそれぞれ、上記フラグを用いて図３のステップＳ１４の処理を実行して補正データを算出し、算出した補正データ群からなるボリュームデータに対して図３のステップＳ１５の表示処理を行ってもよい。

また、水底位置の検出方法は、図４に示した方法に限られるものではなく、他の方法が用いられてもよい。また、補正データの算出処理も、図３のステップＳ１４において説明した処理に限られるものではなく、送波深度位置とエッジ位置との間にあるエコーデータを送波深度位置から水底位置までの範囲に適用して当該範囲の各座標位置のデータを設定する他の手法が用いられてもよい。

また、上記実施形態では、上記式（１）、（２）の演算により算出された差分Ｌ（補正量）をそのまま用いて、エッジ位置２０２が算出されたが、差分Ｌ（補正量）に所定の係数を乗じた値を用いて、エッジ位置２０２が算出されてもよい。たとえば、信号処理部１７は、入力部１８を介して、差分Ｌ（補正量）に乗じる係数を受け付け、受け付けた係数を差分Ｌ（補正量）に乗じた値を用いて、エッジ位置２０４を求め、求めたエッジ位置２０４と送波深度位置との間にあるエコーデータに基づいて、送波深度位置から水底位置２０３までの範囲の補正データを算出してもよい。

図１５（ａ）は、変更例１に係る、操作項目の構成を示す図である。

信号処理部１７は、たとえば、表示部１９に図１５（ａ）の操作項目４００を表示させることにより、係数の設定を受け付ける。操作項目４００には、係数を表示する領域４０１と、係数を変更するための操作子４０２とが含まれる。使用者が入力部１８を介して操作子４０２をクリックすると、領域４０１の直下に、係数の選択候補がプルダウン表示される。たとえば、係数の選択候補は、１～０までの範囲において０．１刻みで設定される。係数の選択候補が１より大きい係数を含んでいてもよい。使用者は、プルダウン表示された選択候補から所望の係数を選択できる。選択候補が多い場合、プルダウン領域にスクロールバーが設定されてもよい。

係数が１未満に設定されると、図１０において、水底位置２０３とエッジ位置２０４との間の幅が狭くなる。上記のように、図３のステップＳ１４の処理では、水底位置２０３とエッジ位置２０４との間の幅に含まれるエコーデータは除外されて、エッジ位置２０４から送波深度位置までのエコーデータが水底位置２０３まで拡張される。このため、係数が１の場合は、水底位置２０３とエッジ位置２０４との間に水底付近に張り付く魚群のエコーデータが存在する場合、このエコーデータに基づく画像は、探知画像に含まれなくなることが起こり得る。

これに対し、係数が１未満に設定されると、水底位置２０３とエッジ位置２０４との間の幅が狭くなるため、この幅に、水底付近に張り付く魚群のエコーデータが含まれにくくなる。よって、使用者は、係数を１未満に設定することにより、水底付近に張り付く魚群を表示画像に表示させやすくなり、当該魚群を円滑に確認できる。

図１５（ｂ）は、係数を０に設定した場合の表示画像３１０の表示例を示す図である。この表示画像３１０では、係数が０であるため、水底３１１の上に、水底からの不要なエコーデータに基づくＶ字状の画像が残ってしまう。このため、魚群３１２や魚礁３１３と水底３１１との間の分離が、図１３（ｂ）の場合に比べて低下する。しかし、その反面、係数を０に設定することにより、上記のように、水底付近に張り付く魚群のエコーデータを表示させ得る可能性が高まる。このため、使用者は、図１５（ｂ）の表示画像３１０からこの魚群の存在を確認できることも想定され得る。

また、図４に示した水底位置算出処理は、以下のように変更されてもよい。

図１６は、変更例２に係る、水底位置算出処理を示すフローチャートである。

図１６のフローチャートは、図４のフローチャートに対して、ステップＳ１１１、Ｓ１１２が追加されている。その他のステップは、上記図４の対応するステップと同様である。

信号処理部１７は、ステップＳ１０６において各方位について水底位置（水底までの距離）を検出すると、全ての水底位置の水深の平均値を算出して記憶する（Ｓ１１２）。そして、信号処理部１７は、ステップＳ１１１において、過去複数回の送信ビーム３の送波における処理、すなわち、複数ｐｉｎｇ前までの処理においてステップＳ１１２で記憶されている水深の平均値をさらに平均化した水深に対応する距離位置を、基準距離位置として方位ごとに算出し、この基準距離位置を中心とする所定の距離幅の範囲を、極大点の抽出範囲に設定する。

たとえば、図１７に示す距離位置Ｄ１が、所定方位における基準距離位置である場合、この距離位置Ｄ１を中心とする所定の距離幅ΔＷの範囲Ｗ１が、極大点の抽出範囲に設定される。距離幅ΔＷは、予め、水底が存在し得ると想定される距離幅に設定される。

こうして、図１６のステップＳ１１１で抽出範囲を設定した後、信号処理部１７は、続くステップＳ１０３において、この抽出範囲に含まれる極大点を抽出する。そして、信号処理部１７は、抽出した極大点に対してステップＳ１０４以降の処理を行って、水底位置の検出を行う。ステップＳ１０４以降の処理は、ステップＳ１１２を除いて上記実施形態と同様である。

図１６に示した処理によれば、前回までの処理結果により検出された水底付近の距離範囲に、極大点の抽出範囲が設定されるため、水底以外のエコーに基づく受信信号によって水底位置が誤検出されることを抑制できる。よって、水底位置の検出精度を高めることができる。

さらに、図１６のステップＳ１０５以降の処理ステップは、図１８および図１９のように変更され得る。

図１８および図１９は、変更例３に係る、水底位置算出処理の一部を示すフローチャートである。図１８は、図１６のステップＳ１０５の判定がＹＥＳであった場合の処理を示すフローチャートであり、図１９は、図１６のステップＳ１０５の判定がＮＯであった場合の処理を示すフローチャートである。

図１８を参照して、信号処理部１７は、ステップＳ１０６、Ｓ１１２、Ｓ１０７の処理を行った後、今回の処理を含めて過去Ｎ１回の送波処理（ｐｉｎｇ）において、水底が連続して検出されたか否か（ステップＳ１０５の判定がＮ１回連続してＹＥＳであったか否か）を判定する。ステップＳ１２１の判定がＹＥＳの場合、信号処理部１７は、水底検出の検出状態として、水底が安定して検出されたことを示すフラグＡを設定し（Ｓ１２２）、今回取得した水底を、水底画像として描画する処理を行う（Ｓ１２３）。これにより、図１２のステップＳ２０２、Ｓ２０３において水底画像が表示される。

他方、ステップＳ１２１の判定がＮＯの場合、信号処理部１７は、水底検出の検出状態として、水底の検出が不安定であることを示すフラグＢを設定し（Ｓ１２４）、さらに、水底の検出状態が不安定な状態（フラグＢ）となる直前の検出状態が、水底検出が安定である状態（フラグＡ）であったか否かを判定する（Ｓ１２５）。信号処理部１７は、ステップＳ１２５の判定がＹＥＳの場合は、今回取得した水底を、水底画像として描画する処理を行い（Ｓ１２３）、ステップＳ１２５の判定がＮＯの場合は、水底の描画を中止する（Ｓ１２６）。

ここで、ステップＳ１２５は、現在の状態が、水底の検出が安定な状態から不安定な状態へと変化して間もない状態にあるか否かを判定する処理である。水底の検出が安定な状態から不安定な状態へと変化して間もない状態にある場合、何らかの事象により偶発的に、水底検出が途切れたことが想定され得る。このことから、信号処理部１７は、ステップＳ１２５の判定がＹＥＳとなって、現在の状態がこのような状態遷移の過程にあると想定される場合に、今回取得した水底は、ある程度信頼性の高いものであると推定して、ステップＳ１２３において、今回取得した水底を描画させる処理を行う。

他方、ステップＳ１２５の判定がＮＯの場合、現在の状態は、このような状態遷移の過程にないことになる。この場合、現在の状態は、図１９のステップＳ１２２においてフラグＣが設定された状態（水底が検出されないことが継続した状態）からフラグＢの状態（水底検出が不安定な状態）に遷移する過程にある。このため、今回取得された水底は、信頼性が低いと想定され得る。このことから、信号処理部１７は、ステップＳ１２５の判定がＮＯである場合、ステップＳ１２３において、今回取得した水底の描画を中止する。この場合、図１２のステップＳ２０２、Ｓ２０３において、水底画像は表示されないことになる。

図１９を参照して、図１６のステップＳ１０５の判定がＮＯであった場合、信号処理部１７は、今回の処理を含めて過去Ｎ２回の送波処理（ｐｉｎｇ）において、各方位の水底が連続して検出されなかったか否か（ステップＳ１０５の判定がＮ２回連続してＮＯであったか否か）を判定する（Ｓ１３１）。ステップＳ１３１の判定がＹＥＳの場合、信号処理部１７は、水底検出の検出状態として、水底が検出されないことが継続した（水底非検出の状態で安定した）ことを示すフラグＣを設定し（Ｓ１３２）、今回取得した水底の描画を中止する処理を行う（Ｓ１３３）。この場合、図１２のステップＳ２０２、Ｓ２０３において、水底画像は表示されない。

他方、ステップＳ１３１の判定がＮＯの場合、信号処理部１７は、水底検出の検出状態として、水底検出が不安定であることを示すフラグＢを設定し（Ｓ１３４）、さらに、水底の検出状態が不安定な状態（フラグＢ）となる直前の検出状態が、水底検出が安定である状態（フラグＡ）であったか否かを判定する（Ｓ１２５）。信号処理部１７は、ステップＳ１３５の判定がＹＥＳの場合は、前回の送波処理（ｐｉｎｇ）で表示した水底を、引き続き水底画像として描画する処理を行い（Ｓ１３６）、ステップＳ１３５の判定がＮＯの場合は、水底の描画を中止する（Ｓ１３３）。

図１８および図１９の処理によれば、水底の検出状態が不安定である場合に、水底以外のエコーに基づく水底の検出結果が誤って表示されることを抑制できる（Ｓ１２５：ＮＯ、Ｓ１２６）。また、水底の検出状態が不安定である場合も、水底の検出結果の信頼性が高い場合は、検出結果に基づく水底画像を途切れなく表示させることができる（Ｓ１２５：ＹＥＳ、Ｓ１２３）。さらに、水底が検出されなかった場合においても、水底の検出状態が非検出の状態で安定しておらず、且つ、直前の送波処理（ｐｉｎｇ）で表示された水底の信頼性が高ければ、直前の送波処理（ｐｉｎｇ）で表示された水底に基づく水底画像を表示させることができる（Ｓ１３４～Ｓ１３６）。よって、図１８および図１９の処理によれば、水底画像の表示が途切れることを抑止しつつ、より適正に、水底画像を表示させることができる。

また、エッジ位置は、図６に示した検出方法とは別の方法で検出されてもよい。

図２０は、変更例４に係る、エッジ位置の検出処理を示すフローチャートである。

信号処理部１７は、図３のステップＳ１１で検出した各方位の水底位置から距離が近づく方向（送波深度位置に向かう方向）に、各方位の受信信号を参照しつつ（Ｓ３０１）、各距離位置の受信信号の強度が所定の閾値Ｅｔｈ以下となる距離位置を探知する（Ｓ３０２）。ここで、閾値Ｅｔｈは、水底からのエコーに基づく信号の強度として想定され得る範囲の下限値付近に設定される。

所定の距離位置において信号強度が閾値Ｅｔｈ以下になると（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、信号処理部１７は、当該距離位置を、当該方位における暫定的なエッジ位置（暫定エッジ位置）として抽出する（Ｓ３０３）。信号処理部１７は、ステップＳ３０１～Ｓ３０３の処理を、全ての方位について行う（Ｓ３０４）。これにより、水底位置が検出されている全ての方位に対して、暫定エッジ位置が抽出される。たとえば、図２１（ａ）のように、各方位の水底位置２０１に基づいて、暫定エッジ位置２１１が抽出される。

信号処理部１７は、こうして、各方位の暫定エッジ位置を抽出した後、図７に示した方位と距離との座標系において、暫定エッジ位置群の近似直線を算出する（Ｓ３０５）。ここで、近似直線は、当該座標系の中心方位から右側の範囲と左側の範囲とに対してそれぞれ算出される。たとえば、図２１（ａ）のように暫定エッジ位置２１１が抽出された場合、図２１（ｂ）のように近似直線Ｌ１ａ、Ｌ１ｂが算出される。

そして、信号処理部１７は、各方位において、近似直線よりも送波深度位置に近い暫定エッジ位置を方位ごとに抽出し、抽出した暫定エッジ位置を、水底以外のエコーに基づくエッジ位置であるとして、エッジ位置の算定対象から除外する（Ｓ３０６）。

その後、信号処理部１７は、ステップＳ３０６において除外されずに残った暫定エッジ位置群について、再度、近似直線を算出する（Ｓ３０７）。この場合も、信号処理部１７は、図７に示した座標系の中心方位から右側の範囲と左側の範囲とに対してそれぞれ、近似直線を算出する。たとえば、図２１（ｂ）の場合、図２１（ｃ）のように近似直線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが算出される。ここでは、図２１（ｂ）に示した暫定エッジ位置２１１のうち２つが除外されて、近似直線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが算出されている。

そして、信号処理部１７は、図７に示した座標系において、ステップＳ３０７で算出した近似直線と各方位との交点の距離位置を、各方位のエッジ位置として検出する（Ｓ３０８）。たとえば、図２１（ｃ）のように近似直線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが算出された場合、図２１（ｄ）のように、エッジ位置２１２が検出される。

図２０の処理によれば、各方位の信号強度に基づいてエッジ位置が検出されるため、図６に示した幾何学的な処理によりエッジ位置を検出する手法に比べ、底質や水深、送信ビームのチルト角および水底検出位置によって、エッジの検出位置が正規の位置から変動することを抑制できる。よって、水底エコーの形状に応じたエッジ位置をより正確に検出することができる。

なお、図２０の処理では、閾値Ｅｔｈを変化させることにより、図１５（ａ）および図１５（ｂ）を参照して説明した処理と同様の処理を実現できる。すなわち、閾値Ｅｔｈを高めるほど、各方位のエッジ位置を水底位置に近づけることができ、水底付近に張り付く魚群を表示画像に表示させやすくできる。本変更例では、図１５（ａ）の操作項目４００に含まれる領域４０１の補正レベルを下げるほど、閾値Ｅｔｈが初期値から高まるように、閾値Ｅｔｈが制御されればよい。これにより、使用者は、適宜、領域４０１を操作することにより、水底付近に張り付く魚群を表示画像に表示させて確認することができる。

また、上記実施形態では、水底３１１が、探知画像（魚群３１２、魚礁３１３）と異なる色で表示されたが、色以外の方法により、水底３１１および探知画像の表示形態を異ならせてもよい。たとえば、探知画像（魚群３１２、魚礁３１３）と水底３１１とに異なるハッチングを付与して、両者を区別可能に表示させてもよい。

また、各画面のレイアウトは、上記実施形態において示したレイアウトに限られるものではなく、探知画像と水底画像が適正に表示される限りにおいて、他のレイアウトが用いられてもよい。

また、ボリュームデータを取得する方法も、上記実施形態の方法に限られるものではなく、他の方法が用いられてもよい。たとえば、扁平かつ扇形形状の送信ビームを俯角方向にスキャンさせることにより、ボリュームデータが取得されてもよい。あるいは、傘状の送信ビームを船の全周に亘って送波して、ボリュームデータが取得されてもよい。

この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に記載の範囲で適宜種々の変更可能である。

１０ 水中探知装置
１７ 信号処理部
１８ 入力部
１９ 表示部
２０１、２０３ 水底位置
２０２、２０４、２１２ エッジ位置
３１１ 水底（水底画像）
３１２ 魚群（探知画像）
３１３ 魚礁（探知画像）
ＥＤ１ 補正データ

Claims (9)

1. 反射波の信号強度を示すエコーデータに基づいてチルト角における実際の水底位置を検出する水底位置検出処理部と、
   前記水底位置を基準として水底エコーのチルト角におけるエッジ位置を算出するエッジ位置算出処理部と、
   送波深度位置と前記エッジ位置との間にある前記エコーデータを前記送波深度位置から前記水底位置までの範囲に補正した補正データを算出するエコーデータ補正処理部と、
   前記補正データの信号強度に応じた表示形態の探知画像と、前記探知画像とは異なる表示形態の水底画像とを、表示部に表示させる画像表示処理部と、を備える、
   ことを特徴とする水中探知装置。
2. 請求項１に記載の水中探知装置において、
   前記エコーデータ補正処理部は、前記送波深度位置と前記エッジ位置との間にある前記エコーデータを前記送波深度位置から前記水底位置までの前記範囲に均等に離散させ、離散後の前記エコーデータ間の位置に補間処理によりデータを補間することにより、前記補正データを算出する、水中探知装置。
3. 請求項１または２に記載の水中探知装置において、
   前記画像表示処理部は、前記探知画像を前記信号強度に応じた色で表示させ、前記水底画像を前記探知画像とは異なる色で表示させる、水中探知装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の水中探知装置において、
   前記エッジ位置算出処理部は、鉛直方向における水底深度と、鉛直方向に対する送信ビームのチルト角と、受信ビームの中心軸の方位と、受信ビームのビーム幅の半角とに基づいて補正量を算出し、前記水底位置と前記補正量に基づいて、前記エッジ位置を算出する、水中探知装置。
5. 請求項４に記載の水中探知装置において、
   前記補正量に乗じる係数を受け付ける入力部を備え、
   前記エッジ位置算出処理部は、受け付けた前記係数を前記補正量に乗じた値を用いて、前記エッジ位置を算出する、水中探知装置。
6. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の水中探知装置において、
   前記エッジ位置算出処理部は、前記水底位置から前記送波深度位置に向かって、前記信号強度が閾値以下となる距離位置を探知し、前記距離位置に基づいて、前記エッジ位置を設定する、水中探知装置。
7. 請求項６に記載の水中探知装置において、
   前記閾値の設定を受け付ける入力部を備え、
   前記エッジ位置算出処理部は、受け付けた前記閾値に基づいて、前記エッジ位置の設定処理を実行する、水中探知装置。
8. 請求項１ないし７の何れか一項に記載の水中探知装置において、
   前記画像表示処理部は、３次元状の探知範囲における前記補正データおよび前記水底位置に基づいて、所定の視点から見たときの前記探知画像および前記水底画像を生成し、生成した前記探知画像および前記水底画像を表示部に表示させる、水中探知装置。
9. 反射波の信号強度を示すエコーデータに基づいてチルト角における実際の水底位置を検出し、
   前記水底位置を基準として水底エコーのチルト角におけるエッジ位置を算出し、
   送波深度位置と前記エッジ位置との間にある前記エコーデータを前記送波深度位置から前記水底位置までの範囲に補正した補正データを算出し、
   前記補正データの信号強度に応じた表示形態の探知画像と、前記探知画像とは異なる表示形態の水底画像とを、表示部に表示させる、水中探知画像の表示方法。

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