JPH0943350A - 超音波ソナー - Google Patents
超音波ソナーInfo
- Publication number
- JPH0943350A JPH0943350A JP21305795A JP21305795A JPH0943350A JP H0943350 A JPH0943350 A JP H0943350A JP 21305795 A JP21305795 A JP 21305795A JP 21305795 A JP21305795 A JP 21305795A JP H0943350 A JPH0943350 A JP H0943350A
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 映像表示を見るだけで物標の位置，広がり，
厚み等が把握でき、映像表示を見るだけで魚群の正確な
探知や海底域の形状等の正確な探知が可能な超音波ソナ
ーを得る。 【解決手段】 海中の三次元範囲から受波した反射エコ
ーを三次元直交座標に記憶させたボリュームデータを作
成し、このボリュームデータを複数の反射エコーレベル
のしきい値を用いてそれぞれのしきい値で等値面化処理
を行い、得られる各等値面をそれぞれ明暗濃度差あるい
は色相差を持って半透明にして重ねて映像表示する。
厚み等が把握でき、映像表示を見るだけで魚群の正確な
探知や海底域の形状等の正確な探知が可能な超音波ソナ
ーを得る。 【解決手段】 海中の三次元範囲から受波した反射エコ
ーを三次元直交座標に記憶させたボリュームデータを作
成し、このボリュームデータを複数の反射エコーレベル
のしきい値を用いてそれぞれのしきい値で等値面化処理
を行い、得られる各等値面をそれぞれ明暗濃度差あるい
は色相差を持って半透明にして重ねて映像表示する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波ビームを送
受波して得られるエコーデータを映像表示する超音波ソ
ナーに関する。
受波して得られるエコーデータを映像表示する超音波ソ
ナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の超音波ソナーとして代表
的な垂直魚群探知器の映像表示例を示す図であり、この
例は１つの送受波器を垂直方向（図面ではＹ軸方向）に
設置して船舶の航行（Ｘ軸方向）に合わせて所定時間間
隔で超音波を送受波して行き、船舶の進路（Ｘ軸方向）
と一致した海中断面映像（ＸＹ断面映像）を映像表示す
るものであるが、この海中断面表示映像だけでは海底域
の形状や魚群の水平方向の広がり（Ｚ軸方向の広がり）
等を把握したりすることは困難である。従ってこのよう
な従来の超音波ソナーを用いて海底域の形状や魚群の広
がり等を把握しようとする場合には、所定間隔（Δｚ間
隔）ごとのＸＹ断面映像を複数取得して、これらの断面
映像を総合して解析して把握する方法も行われている。
的な垂直魚群探知器の映像表示例を示す図であり、この
例は１つの送受波器を垂直方向（図面ではＹ軸方向）に
設置して船舶の航行（Ｘ軸方向）に合わせて所定時間間
隔で超音波を送受波して行き、船舶の進路（Ｘ軸方向）
と一致した海中断面映像（ＸＹ断面映像）を映像表示す
るものであるが、この海中断面表示映像だけでは海底域
の形状や魚群の水平方向の広がり（Ｚ軸方向の広がり）
等を把握したりすることは困難である。従ってこのよう
な従来の超音波ソナーを用いて海底域の形状や魚群の広
がり等を把握しようとする場合には、所定間隔（Δｚ間
隔）ごとのＸＹ断面映像を複数取得して、これらの断面
映像を総合して解析して把握する方法も行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の超
音波ソナーは、原則として２次元の断面映像しか表示で
きないため、これで海底域の形状や魚群の広がりを三次
元的に把握するためには、長年の経験や勘が必要にな
る。また、断面映像を複数取得して総合して解析する場
合でも、解析作業に経験が必要になり、作業量も多く容
易でないという問題点があった。
音波ソナーは、原則として２次元の断面映像しか表示で
きないため、これで海底域の形状や魚群の広がりを三次
元的に把握するためには、長年の経験や勘が必要にな
る。また、断面映像を複数取得して総合して解析する場
合でも、解析作業に経験が必要になり、作業量も多く容
易でないという問題点があった。
【０００４】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、三次元的な探査映像データを表示で
き、映像表示を見るだけで海底域の形状や魚群の広が
り，厚み等を三次元的に容易に把握できる超音波ソナー
を得ることを目的としている。
されたものであり、三次元的な探査映像データを表示で
き、映像表示を見るだけで海底域の形状や魚群の広が
り，厚み等を三次元的に容易に把握できる超音波ソナー
を得ることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる超音波ソ
ナーは、水平面をＸＺ平面，水深方向をＹ軸とするＸＹ
Ｚ三次元範囲を想定した場合、海中の三次元範囲から受
波した反射エコーを三次元直交座標に記憶させたボリュ
ームデータを作成し、このボリュームデータを複数の反
射エコーレベルしきい値を用いて、それぞれのしきい値
で等値面化処理を行い、得られる各等値面をそれぞれ明
暗濃度差あるいは色相差を持って半透明にして重ねて映
像表示することとしたので、映像表示を見るだけで物標
の位置関係，厚み，広がり等が容易に把握できるように
なる。
ナーは、水平面をＸＺ平面，水深方向をＹ軸とするＸＹ
Ｚ三次元範囲を想定した場合、海中の三次元範囲から受
波した反射エコーを三次元直交座標に記憶させたボリュ
ームデータを作成し、このボリュームデータを複数の反
射エコーレベルしきい値を用いて、それぞれのしきい値
で等値面化処理を行い、得られる各等値面をそれぞれ明
暗濃度差あるいは色相差を持って半透明にして重ねて映
像表示することとしたので、映像表示を見るだけで物標
の位置関係，厚み，広がり等が容易に把握できるように
なる。
【０００６】また、ボリュームデータの直交座標位置を
座標変換して任意の視線から見た映像表示を行うことが
できるので、自由な視点での把握が可能となる。
座標変換して任意の視線から見た映像表示を行うことが
できるので、自由な視点での把握が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は反射エコーを三次元ボリュー
ムデータとして取得する動作の一例を説明するための図
である。図１（Ａ）の断面図に示すように、船舶２１か
ら超音波を送波し、海中のＸＹ断面で船舶２１を中心と
する１８０度方向からの反射エコー１ａ面を受波するた
めには、送波器から超音波を送波し、受波器の俯角を電
気的にあるいは機械的に可変して行えば良いことは良く
知られている。本発明では、図１（Ｂ）の平面図（船上
から見た平面図）に示すように、ＸＺ水平面で船舶２１
を中心として所定間隔Θごとにこの動作を行い、反射エ
コー１ａ面，反射エコー１ｂ面，・・・というように受
波断面を移動させてＸＹＺの三次元範囲からの反射エコ
ーを受波し、これを三次元直交座標で記憶させる。この
受波器を移動させながら複数の受波断面からの反射エコ
ーを受信する動作も受波器を電気的にあるいは機械的に
動かすことによって行える。
を用いて説明する。図１は反射エコーを三次元ボリュー
ムデータとして取得する動作の一例を説明するための図
である。図１（Ａ）の断面図に示すように、船舶２１か
ら超音波を送波し、海中のＸＹ断面で船舶２１を中心と
する１８０度方向からの反射エコー１ａ面を受波するた
めには、送波器から超音波を送波し、受波器の俯角を電
気的にあるいは機械的に可変して行えば良いことは良く
知られている。本発明では、図１（Ｂ）の平面図（船上
から見た平面図）に示すように、ＸＺ水平面で船舶２１
を中心として所定間隔Θごとにこの動作を行い、反射エ
コー１ａ面，反射エコー１ｂ面，・・・というように受
波断面を移動させてＸＹＺの三次元範囲からの反射エコ
ーを受波し、これを三次元直交座標で記憶させる。この
受波器を移動させながら複数の受波断面からの反射エコ
ーを受信する動作も受波器を電気的にあるいは機械的に
動かすことによって行える。
【０００８】記憶させたデータをボリュームデータと仮
称するが、これにより反射エコーは、ボリュームデータ
内での三次元の位置および強度を特定できるデータとな
る。なお、ボリュームデータの作成は、上述の方法に限
定されるものではなく、例えば水平魚群探知器を使用し
て、図２（Ａ）の平面図に示すように、船舶２１から超
音波を送波し、海面上のＸＺ平面で船舶２１を中心とす
る１８０度方向からの反射エコー２ａを受波する。そし
て図２（Ｂ）の断面図に示すように、ＸＹ垂直面で船舶
２１を中心として所定角度間隔Φごとにこの動作を行
い、反射エコー２ｂ面，反射エコー２ｃ面，・・・とい
うように受波断面を移動させてＸＹＺの三次元範囲から
の反射エコーを受波し、これを三次元直交座標に記憶し
てボリュームデータを作成する方法でも良く、また従来
の技術で説明したように、Δｚ間隔ごとのＸＹ断面映像
（垂直魚探映像）を複数取得して、これでボリュームデ
ータを作成する方法でも良い。
称するが、これにより反射エコーは、ボリュームデータ
内での三次元の位置および強度を特定できるデータとな
る。なお、ボリュームデータの作成は、上述の方法に限
定されるものではなく、例えば水平魚群探知器を使用し
て、図２（Ａ）の平面図に示すように、船舶２１から超
音波を送波し、海面上のＸＺ平面で船舶２１を中心とす
る１８０度方向からの反射エコー２ａを受波する。そし
て図２（Ｂ）の断面図に示すように、ＸＹ垂直面で船舶
２１を中心として所定角度間隔Φごとにこの動作を行
い、反射エコー２ｂ面，反射エコー２ｃ面，・・・とい
うように受波断面を移動させてＸＹＺの三次元範囲から
の反射エコーを受波し、これを三次元直交座標に記憶し
てボリュームデータを作成する方法でも良く、また従来
の技術で説明したように、Δｚ間隔ごとのＸＹ断面映像
（垂直魚探映像）を複数取得して、これでボリュームデ
ータを作成する方法でも良い。
【０００９】次に反射エコーの強度の相違による等値面
化処理について説明する。上述のようにして得られたボ
リュームデータは、言わば断面映像の集合体であり、こ
れを船上から海中を見た場合の映像表示とする等、任意
の方向から見た映像表示とするためには、断面と断面と
の間の等値面化処理を行う必要がある。また、例えば魚
群等の反射エコー物体の厚みを三次元的に映像表示する
ためには、後述のように反射エコーレベルのしきい値ご
との等値面化処理を行う必要がある。図３は、この反射
エコーレベルのしきい値ごとの等値面化処理を説明する
ための図であり、図３（Ａ）の断面図、図３（Ｂ）の平
面図（船上から海底方向を見た平面図、以下、図３
（Ｃ）〜（Ｅ）も同様の平面図である）に示すような魚
群が存在したとする。この魚群からの反射エコーを三次
元ボリュームデータとして取得した場合、図３（Ｃ）の
ような位置に魚群からの反射エコーが得られることにな
り、この反射エコーを、例えばエコー強度の差異なく一
律に等値面化した場合、図３（Ｄ）のような映像表示と
なる。然しながらこの図３（Ｄ）のような表示では、図
３（Ａ）に示すような厚みは表示できない。従って、反
射エコーレベルのしきい値ごとの等値面化処理を行い、
図３（Ｅ）に示すように各等値面を明暗濃度別あるいは
色彩別に半透明にして重ねて表示して、表示画面を一見
しただけで反射エコー物体の広がり，厚みを把握できる
ように表示する。
化処理について説明する。上述のようにして得られたボ
リュームデータは、言わば断面映像の集合体であり、こ
れを船上から海中を見た場合の映像表示とする等、任意
の方向から見た映像表示とするためには、断面と断面と
の間の等値面化処理を行う必要がある。また、例えば魚
群等の反射エコー物体の厚みを三次元的に映像表示する
ためには、後述のように反射エコーレベルのしきい値ご
との等値面化処理を行う必要がある。図３は、この反射
エコーレベルのしきい値ごとの等値面化処理を説明する
ための図であり、図３（Ａ）の断面図、図３（Ｂ）の平
面図（船上から海底方向を見た平面図、以下、図３
（Ｃ）〜（Ｅ）も同様の平面図である）に示すような魚
群が存在したとする。この魚群からの反射エコーを三次
元ボリュームデータとして取得した場合、図３（Ｃ）の
ような位置に魚群からの反射エコーが得られることにな
り、この反射エコーを、例えばエコー強度の差異なく一
律に等値面化した場合、図３（Ｄ）のような映像表示と
なる。然しながらこの図３（Ｄ）のような表示では、図
３（Ａ）に示すような厚みは表示できない。従って、反
射エコーレベルのしきい値ごとの等値面化処理を行い、
図３（Ｅ）に示すように各等値面を明暗濃度別あるいは
色彩別に半透明にして重ねて表示して、表示画面を一見
しただけで反射エコー物体の広がり，厚みを把握できる
ように表示する。
【００１０】以下、等値面化処理について説明する。こ
の処理は、コンピュータ・グラフィックスの分野で既に
知られている既存の種々のグラフィックス処理を応用す
ることができるが、例えばマーチング・キューブズ(Mar
ching-Cubes)法による三角形のパッチで近似する方法が
ある。図４に示すように、キューブを隣接した８個のボ
クセル(voxel) を頂点として定義し、キューブの頂点の
値が表示したい面の値より大きいか等しいときには、頂
点に「１」を立て、「１」が立った頂点は、面の内側ま
たは上にあると考える。また、頂点の値が表示したい面
の値より小さい時には、頂点に「０」を立て、「０」が
立った頂点は、面の外側にあると考え、このように頂点
の「１」か「０」かの値で、キューブのエッジ面が交差
するか否かを判定する。
の処理は、コンピュータ・グラフィックスの分野で既に
知られている既存の種々のグラフィックス処理を応用す
ることができるが、例えばマーチング・キューブズ(Mar
ching-Cubes)法による三角形のパッチで近似する方法が
ある。図４に示すように、キューブを隣接した８個のボ
クセル(voxel) を頂点として定義し、キューブの頂点の
値が表示したい面の値より大きいか等しいときには、頂
点に「１」を立て、「１」が立った頂点は、面の内側ま
たは上にあると考える。また、頂点の値が表示したい面
の値より小さい時には、頂点に「０」を立て、「０」が
立った頂点は、面の外側にあると考え、このように頂点
の「１」か「０」かの値で、キューブのエッジ面が交差
するか否かを判定する。
【００１１】エッジ面は三角形のパッチで考える。この
交差の仕方は、２8 ＝２５６通りあるが、「１」と
「０」が逆の関係のものを同じトポロジーと考え、さら
に回転対称を同じと考えると、図５に示すように１５種
類に減らすことができる。キューブのエッジと、三角形
の交差位置（三角形の頂点座標）は、エッジの両端点の
データ値と求める面の値（三角形の頂点が持つ値）から
比例配分で求める。
交差の仕方は、２8 ＝２５６通りあるが、「１」と
「０」が逆の関係のものを同じトポロジーと考え、さら
に回転対称を同じと考えると、図５に示すように１５種
類に減らすことができる。キューブのエッジと、三角形
の交差位置（三角形の頂点座標）は、エッジの両端点の
データ値と求める面の値（三角形の頂点が持つ値）から
比例配分で求める。
【００１２】マーチング・キューブズ法による等値面化
処理は以上のようにして行われるが、本発明では作成し
たボリュームデータからデータを読み出すときに、一定
間隔毎に間引いたサンプリング点だけのダウンサイジン
グしたデータで等値面化処理を行うこととする。ダウン
サイジングを行う理由は、コンピュータ処理を行う上で
の処理速度の遅延を防ぐためと、メモリ容量の増大を抑
えるためである。また、本発明では上述のように反射エ
コーレベルのしきい値ごとの等値面化処理を行う。そし
て、図３（Ｅ）に示すように各等値面を明暗濃度別ある
いは色彩別に半透明にして重ねて表示した映像表示を行
う。
処理は以上のようにして行われるが、本発明では作成し
たボリュームデータからデータを読み出すときに、一定
間隔毎に間引いたサンプリング点だけのダウンサイジン
グしたデータで等値面化処理を行うこととする。ダウン
サイジングを行う理由は、コンピュータ処理を行う上で
の処理速度の遅延を防ぐためと、メモリ容量の増大を抑
えるためである。また、本発明では上述のように反射エ
コーレベルのしきい値ごとの等値面化処理を行う。そし
て、図３（Ｅ）に示すように各等値面を明暗濃度別ある
いは色彩別に半透明にして重ねて表示した映像表示を行
う。
【００１３】なお上述の実施の形態では、魚群の映像表
示について説明しているが、海底域の形状を映像表示す
る場合でも、反射エコー強度レベルを可変することで同
様にして行うことができる。また、魚群等の海中浮遊物
体と海底域の形状とを同時に映像表示する場合には、一
定レベル以上の反射強度を持つ反射エコーは、海底から
の反射エコーと見做して単一の等値面化処理を行うこと
とすれば良い。さらに、上述の実施の形態では、視線を
船上から海中を見た場合の映像表示としているが、座標
変換処理により表示における視線方向を容易に変更でき
ることは言うまでもなく、視線を変更しながらその視線
による映像表示を順次行うことで、反射物標の広がり，
厚み，水深等がさらに容易に把握できるようになる。
示について説明しているが、海底域の形状を映像表示す
る場合でも、反射エコー強度レベルを可変することで同
様にして行うことができる。また、魚群等の海中浮遊物
体と海底域の形状とを同時に映像表示する場合には、一
定レベル以上の反射強度を持つ反射エコーは、海底から
の反射エコーと見做して単一の等値面化処理を行うこと
とすれば良い。さらに、上述の実施の形態では、視線を
船上から海中を見た場合の映像表示としているが、座標
変換処理により表示における視線方向を容易に変更でき
ることは言うまでもなく、視線を変更しながらその視線
による映像表示を順次行うことで、反射物標の広がり，
厚み，水深等がさらに容易に把握できるようになる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波ソナ
ーは、海中の三次元範囲から受波した反射エコーを三次
元直交座標で記憶させたボリュームデータを作成し、こ
のボリュームデータを複数の反射エコーレベルのしきい
値でそれぞれ等値面化処理し、各等値面をそれぞれ異な
る明暗濃度あるいは色彩で半透明にして映像表示するこ
ととしたので、物標の位置，広がり，厚み等が映像表示
を見るだけで把握でき、魚群の正確な探知や海底域の形
状等の正確な把握が映像表示を見るだけで行えるように
なる等の効果がある。
ーは、海中の三次元範囲から受波した反射エコーを三次
元直交座標で記憶させたボリュームデータを作成し、こ
のボリュームデータを複数の反射エコーレベルのしきい
値でそれぞれ等値面化処理し、各等値面をそれぞれ異な
る明暗濃度あるいは色彩で半透明にして映像表示するこ
ととしたので、物標の位置，広がり，厚み等が映像表示
を見るだけで把握でき、魚群の正確な探知や海底域の形
状等の正確な把握が映像表示を見るだけで行えるように
なる等の効果がある。
【図１】反射エコーをボリュームデータとして取得する
方法の一例を説明するための図である。
方法の一例を説明するための図である。
【図２】反射エコーをボリュームデータとして取得する
方法の他の例を説明するための図である。
方法の他の例を説明するための図である。
【図３】反射エコーレベルのしきい値ごとの等値面化処
理を説明するための図である。
理を説明するための図である。
【図４】マーチング・キューブズ法を説明するための図
である。
である。
【図５】マーチング・キューブズ法におけるキューブと
等値面との関係を示す図である。
等値面との関係を示す図である。
【図６】従来の超音波ソナーとして代表的な垂直魚群探
知器の映像表示例を示す図である。
知器の映像表示例を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 雄基 東京都三鷹市下連雀５丁目１番１号 日本 無線株式会社内 (72)発明者 草野 裕久 東京都三鷹市下連雀５丁目１番１号 日本 無線株式会社内 (72)発明者 戸枝 賢吾 東京都三鷹市下連雀５丁目１番１号 日本 無線株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 水平面をＸＺ平面，水深方向をＹ軸とす
る海中のＸＹＺ三次元範囲を想定した場合、この三次元
範囲から受波した反射エコーを三次元直交座標に記憶さ
せたボリュームデータを作成する手段、 このボリュームデータを複数の反射エコーレベルのしき
い値を用いてそれぞれのしきい値で等値面化処理を行
い、得られる各等値面をそれぞれ明暗濃度差あるいは色
相差を持って半透明にして重ねて映像表示する手段、 を備えたことを特徴とする超音波ソナー。 - 【請求項２】 上記ボリュームデータの直交座標位置を
座標変換して任意の視線から見た映像表示を行うことを
特徴とする請求項第１項記載の超音波ソナー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21305795A JPH0943350A (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | 超音波ソナー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21305795A JPH0943350A (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | 超音波ソナー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0943350A true JPH0943350A (ja) | 1997-02-14 |
Family
ID=16632823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21305795A Pending JPH0943350A (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | 超音波ソナー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0943350A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006105701A (ja) * | 2004-10-01 | 2006-04-20 | Hokkaido Univ | 魚群の魚量情報を算出可能な水中探知装置及びその方法 |
| JP2006105700A (ja) * | 2004-10-01 | 2006-04-20 | Furuno Electric Co Ltd | 魚群情報、魚群の体積及び単体魚の後方散乱強度を算出可能な水中探知装置、並びにそれらの方法 |
| GB2421312A (en) * | 2004-12-08 | 2006-06-21 | Furuno Electric Co | Scanning sonar with three-dimensional display |
| JP2006275755A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Furuno Electric Co Ltd | 超音波送受信装置 |
| KR101876909B1 (ko) * | 2015-12-24 | 2018-07-10 | 한국해양과학기술원 | 소나 영상의 컬러표시방법 및 이를 이용하여 표적 식별이 용이한 소나시스템 |
| WO2018182098A1 (ko) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | 한국로봇융합연구원 | 수중 구조물 측정 시스템 및 수중 구조물 측정 방법 |
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| EP3754371A1 (en) * | 2019-06-19 | 2020-12-23 | Furuno Electric Co., Ltd. | Underwater detection apparatus and underwater detection method |
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-
1995
- 1995-07-31 JP JP21305795A patent/JPH0943350A/ja active Pending
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