JPH11316277A

JPH11316277A - 自動魚群追尾スキャニングソナー

Info

Publication number: JPH11316277A
Application number: JP12308298A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yoshioka; 孝史吉岡
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1999-11-16
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: JP4106124B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水中よりのエコー信号のレベル強度から標的
の中心を検出し、その標的中心に送波ビームを定めるこ
とにより、標的を自動追尾するようにしたスキャニング
ソナーにおいて、従来では船体の動揺が影響するため偽
りの軌跡や方位を表示した。【解決手段】標的Ｘ₁の中心Ｏが中央に位置するよう
に所定サイズのエリアＷ₁を設定し、そのエリアＷ₁から
標的中央Ｏが外れたときに、その時の移動データから標
的の移動軌跡や移動方位を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スキャニングソナ
ーに関し、特に標的を自動追尾できる機能を有するする
自動魚群追尾スキャニングソナーに関する。

【０００２】

【従来の技術】漁撈では魚群の位置を知るだけでなく、
網を仕掛けるためにその魚群がどの方向にどれだけの速
度で移動しているかを知ることが肝要であり、そのため
には標的と定めた魚群を自動追尾する機能を備えた装置
が必要である。その種のものとして例えば実公平7-1902
0号の「標的追尾方式のスキャニングソナー」があり、
その概要を次に述べる。

【０００３】まず、モニターに表示されている探知画像
を見て、標的とする魚群で表示密度の最も高い箇所を標
的中心としてイベントマークを付す。これにより、その
イベントマークを中心とする追尾検出用のエリアが設定
され、そのイベントマークにビーム中心が向くようにし
てビームスキャンが行われる。このビームスキャンで得
られた検出信号に対し、前記エリアの中でレベルの最も
高い箇所が選出され、その箇所にイベントマークが付け
替えられ、そのイベントマークに対して新たに追尾検出
領域が設定される。そして新たに決定したイベントマー
クに向けてビームスキャンする動作を繰り返すことによ
り、標的中心を自動追尾している。

【０００４】尚、スキャニングソナーとは、図１に示す
ように、船底に取り付けた送受波器１より海底に向け、
全方位方向に超音波を送波し、それによるエコーを送受
波器１で受波する際、図示したような指向角の鋭い受波
ビームＲを形成し、その受波ビームを海面に対してθの
角度(この角度をチルト角という)を保ちながら旋回(水
平スキャン)すれば、受波ビームＲは円錐体表面Ｕに沿
ってスキャンする。これにより、円錐体表面上に位置し
ていた魚群等よりのエコーが近い物から順に検出され
る。ここでチルト角θを標的の向きにロックすれば標的
を追尾できる。

【０００５】この公報のスキャニングソナーでは、標的
の軌跡表示や移動速度については述べられていないが、
一定時刻毎に標的の位置をプロットすることにより、軌
跡表示、移動方向および移動速度を知ることが可能であ
り、既にそのようなシステムが実用化されている。図２
はそのようなシステムの軌跡表示例を示している。画面
中央が自船位置となり、Ｘが標的に定めた魚群の像であ
る。Ｌはその魚群Ｘの軌跡である。魚群Ｘの中央に描い
た魚マークＰの向きが現在の魚群Ｘの移動方向を示す。
画面右下には、魚群Ｘの移動速度と移動方位が示され
る。この軌跡Ｌを見ると魚群Ｘはさまよっているかのよ
うに移動しているが、実際にそのような動きをしている
のではなく、このように表示される原因は自船の船体動
揺によるものである。この軌跡Ｌからわかるように、マ
ークＰの向きも刻々と変わる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように紛らわしい
表示がなされるため、魚群Ｘの真の移動軌跡や移動方向
を知ることはできない。船体の動揺を検出し、検出した
エコー信号を補正して動揺を排除することも可能である
が、船体における３方向の動揺を検出してエコー信号を
補正することは技術的に困難であり、又、ビーム角度の
少しの変化でエコーが微妙にゆらぐため仮に完全な補正
が行えたとしても動揺に伴う影響を完全に排除すること
はできない。

【０００７】更に前記の公報では、魚群Ｘの中心を検出
する際に、信号レベルの最大箇所としていたが、検出信
号が異常に強く、信号が飽和してしまったような場合に
は、魚群Ｘの中心を正確に検出できなくなり、そのため
に適確な標的追尾が行えなくなる。例えば、図３におい
て、Ｊは自船、Ｗは上述したエリアを示し、このエリア
Ｗ内で追尾していた魚群Ｘ₁を見失うと、標的対象が魚
群Ｘ₂へ突然移行してしまい、図４に示すように、魚群
Ｘ₂を追尾対象にしてしまう。その場合、図５に示すよ
うに、標的をＸ₂からＸ₁に再指定する必要があり、その
場合、それまでの軌跡Ｌがクリアされてしまい、最初か
らやり直す必要があった。

【０００８】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、標的の移動速度、移動方向並びに
移動軌跡を適確に知ることができ、かつ、標的の追尾能
力の高いスキャニングソナーを提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した従来のシステム
では、検出結果をそのまま軌跡として表示するために紛
らわしい表示が出力される。船体の動揺周期は一般に数
秒程度で短い。従って一定時間が経過する毎に、もしく
は魚群が所定距離を移動する毎に、画面に出力するよう
にすれば、つまり、検出データを出力しない不感帯を設
けれは短時間内で生じるような動揺に伴う偽りの検出デ
ータを排除することができる。

【００１０】不感帯として固定の時間を設定すると、魚
群の移動速度が小さいとき、その時間が経過する毎に、
魚群の位置はほぼ正確に表示されるが、データ検出時に
船体が動揺しておれば、やはり魚群の移動方向が定まら
ず、正確な移動方向が表示されない。そこで、本発明で
は、請求項１で示したように、標的中心が一定の時間を
経過する毎に、標的中心の最初と最後の位置データから
標的の移動軌跡、移動速度もしくは移動方位のいずれか
一つを表示している。

【００１１】標的移動速度は、移動距離と移動に要した
時間で算出されるが、距離と時間が短い程つまり、瞬時
の速度は変化が激しく安定した結果が得られない。そこ
で、瞬時速度を一定時間で平均化した速度を用いれば安
定し見やすい結果となる。ここでは、移動に要した時間
を一定時間以上に確保することにより平均化の高架を持
たせた。移動方位に関してもこれと同様の手段を用い
た。

【００１２】魚群が移動元点から直線で一定の距離を移
動したことを知る手段として、請求項２では、後で詳し
く参照する図１５に示すように、標的Ｘａの中心が中央
に位置するように所定サイズのエリアＷ₁を設定し、そ
のエリアＷ₁から標的中央が外れたかを検出している。

【００１３】図６に示したように、自船Ｊから魚群Ｘが
大きさを変えずに離れていく場合、受波ビームＲのビー
ム径も広がっていくため、同一の魚群Ｘであってもその
像Ｈは、自船Ｊから離れるに従い大きく表示される。従
って、一定の距離を移動したことを知る手段として設け
たエリアＷのサイズも請求項３に示したように大きくす
る必要がある。

【００１４】図１５に示したエリアＷ₁は、魚群Ｘａの
移動距離を知るためのものであるから、魚群Ｘａが移動
してもエリアは移動しない。従って、そのエリアＷ₁内
でＸｂで示した魚群を追尾するには、請求項４に示した
ように、その移動に追随して移動する追尾用のサブエリ
アｗを設けている。これと区別するために先のエリアＷ
₁をメインエリアと称す。

【００１５】メインエリアＷ₁にある魚群エコーを、得
られたレベルで２値化する。２値化されたデータの塊を
膨張し(欠落している箇所を穴埋め)、標的候補つまりデ
ータの塊が複数個存在する場合は、特徴抽出により、デ
ータの塊を１個に絞る。データの塊を１個に絞った後
は、そのデータの塊の重心を求め、標的の中心とする。

【００１６】ここで標的エコー選択と誤認追尾防止の手
段について述べる。（標的エコー選択）魚群エコーを識別する為のパラメー
タとして以下を設定する。面積：Ａ、距離：Ｌ、強度：Ｓ、縦横比：Ｒ重みを付けて加算したものを特徴量として定義する。特徴量Ｐ＝αＡ＋βＬ＋ηＳ＋γＲ例えば重みを以下の通り設定し、判定式１では、α：β：η：γ＝１：４：２：１判定式２では、α：β：η：γ＝４：３：２：１標的に適した判定式を選択し、特徴量Ｐを得る。特徴量
の最も高い値を選択する。（誤認追尾防止）標的エコーは時に受信されず途切れる
場合も存在する。この場合、他の標的を誤認追尾させな
いためのフィルタを設けた。１．速度制限フィルタ標的を見失い他の標的を誤認追尾すると、移った瞬間速
度は大きな値を示す。限界速度を設けることにより、誤
認追尾を防ぐことができる。２．加速度制限フィルタ標的なら一定の速度で移動しているのが常であり、速度
の変化つまり加速度は一定以下になるのが通常である。
従って限界加速度を設けることにより誤認追尾を防ぐこ
とができる。

【００１７】本発明では、魚群の規模を数値化するため
に、魚量値を求めており、その算出法については後で数
式を用いて詳しく説明する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図７は、本発明のスキャニングソ
ナーの１実施形態を示した制御ブロック図である。１
は、多数の超音波振動子を円筒状に配列してなる送受波
器であり、２は送受波器１の送波器を励振する駆動回路
である。３は、縦方向の超音波振動子列で受波された各
信号に対してそれぞれ所定の遅延を設定することによ
り、所望のチルト角を有する受波ビームを形成する垂直
ビーム合成回路である。４は、垂直ビーム合成回路３で
形成されたビームから所望の方位のビームを得るため
に、横方向の超音波振動子列で得られた信号に対して所
定の遅延を設定する水平ビーム形成回路である。この垂
直ビーム合成および水平ビーム合成により図１に示した
鋭い指向角の受波ビームＲが形成される。

【００１９】５は、水平ビーム形成回路４より得られた
受波ビームの信号を極座標系から直交座標系に変換する
座標変換回路であり、６は、前記信号をＡ／Ｄ変換する
Ａ／Ｄ器であり、そのＡ／Ｄ変換された信号は画面記憶
メモリ７に格納される。その画面記憶メモリ７の信号
は、信号加算器８を通じてモニター９に送出され、画面
表示される。以上の回路構成は一般のスキャニングソナ
ーの構成である。

【００２０】１０は、前記構成に対して本発明の機能を
実施させるためのＣＰＵである。信号加算器８において
は、画面記憶メモリ７からの１画面のデータに対して後
述するメインエリアの枠が重ねて表示され、そのデータ
はモニター９に送出されると共に魚群認識部１１に送出
される。この魚群認識部１１では後述するように、魚群
を認識する。１２は、認識された魚群が複数個ある場
合、その中から標的としている魚群を選出する魚群選択
部である。標的とした魚群のデータが標的中心検出部１
３に送出されることにより、この標的中心検出部１３で
は前述したように魚群の中心が重心位置から求められ
る。１４は、自船位置から魚群の中心までの距離を演算
する距離演算部である。１５は、前記の距離からサブエ
リアのサイズを決めると共に、魚群の中心位置からサブ
エリアの位置を決めるサブエリアサイズ・位置設定部で
あり、カーソルにより、随意の位置に設定することも可
能である。１６は、現在の魚群中心の位置データから次
回の受波ビーム形成時のチルト角を演算するチルト角演
算部であり、求められたチルト角は垂直ビーム合成回路
３に送出される。

【００２１】１７は、その魚群中心がメインエリア外に
あるかを判定するメインエリア外判定部である。１８
は、魚群中心がメインエリア外にあるとき、サブエリア
サイズ・位置設定部１５で設定されたデータに基づき新
たにメインエリアを設定するメインエリア設定部であ
り、カーソルによりサブエリアが設定されたとは、それ
と同サイズのメインエリアを設定する。

【００２２】１９は、標的中心の移動から魚群の移動速
度を演算する標的速度演算部である。２０は、求められ
た移動速度を、外部から入力される船速および自船の進
行方位で補正し、魚群の真の移動速度(対地速度)を演算
する速度補正部である。２１は、選択された魚群の魚量
値を演算する魚量値演算部であり、２２は、魚群中心の
移動からその軌跡を求める軌跡作成部であり、これらの
データはモニター９に供給される。

【００２３】以上の構成からなる本装置の制御動作を図
８のフローチャートに従って説明する。ステップＳ１に
て、送受波器１より、全方位に超音波が送波され、その
エコーは形成した受波ビームにより受波され、画面記憶
メモリ７に記憶されると共に、図９のごとくモニター９
にエコーが魚群Ｘ₁、Ｘ₂として表示される。中心に位置
するのは自船位置Ｊを示す。

【００２４】ステップＳ２ではそのモニター画面を見
て、標的とする魚群Ｘ₁を定め、モニター上でその魚群
Ｘ₁の中心部Ｏをカーソルで指示すると、ステップＳ３
において、その魚群Ｘ₁を中心とするメインエリアＷ₁と
それと同サイズのサブエリアｗが設定される。但しモニ
ターにはメインエリアＷ₁のみが表示される。そのメイ
ンエリアＷ₁のサイズは自船Ｊから魚群Ｘ₁までの距離に
比例して変化する。

【００２５】次の送波タイミングになれば、ステップＳ
４からステップＳ５に進み、受波ビームが魚群Ｘ₁に向
かうように、チルト角が設定される。図１０において、
自船がＪに示した位置のとき、受波ビームＲ₁はチルト
角Ｔ₁(もしくはＴ₁を挟む範囲で垂直スキャン)に設定さ
れ、自船がＪ'に示した位置まで進んだときは、受波ビ
ームＲ₂はチルト角Ｔ₂にされる。図１０中のＺは、図９
において指定した魚群中心Ｏを確認するために表示され
るマークであり、後述するように魚群Ｘ₁の移動が検出
されると魚マークに変わる。

【００２６】ステップＳ６では、再度、送波が行われ、
それによるエコーが受波され記憶、表示される。このと
きの表示を図１１に示す。ここでは自船Ｊより前方のみ
を拡大して示した。メインエリアＷ₁に対して魚群Ｘ₁が
右上に移動しているのは、魚群Ｘ₁の移動もしくは自船
Ｊの動揺あるいは双方の要因による。次のステップＳ７
ではサブエリアｗ内で存在する魚群が認識される。

【００２７】ステップＳ８では、認識した魚群が複数個
ある場合、その中から標的とした魚群が選出される。

【００２８】次のステップＳ９では、標的とした魚群Ｘ
₁の中心が上述したように重心の検出により行われる。
図１２は魚群中心の別の検出方法を示している。図１２
の(Ａ)は、メインエリアＷ₁にある魚群Ｘ₁を示し、この
魚群Ｘ₁の中心を求めるに際し、魚群Ｘ₁の各画素におけ
るの平均レベルを演算し、(Ｂ)に示すように、その平均
レベルを上回るドットのデータのみを抽出し、そして、
(Ｃ)に示すように、それらのデータを囲む最小の四辺形
をあてがい、その四辺形の中心Ｏを魚群Ｘ₁の中心とし
ている。

【００２９】次のステップＳ１０では図１３に示すよう
に、魚群中心Ｏが中央に位置するようにサブエリアｗを
移動させ、かつ、そのサブエリアｗのサイズは、自船Ｊ
から魚群中心Ｏまで距離に比例して変化させる。

【００３０】ステップＳ１１では、魚群Ｘ₁の規模を数
値化するために魚量値Ｑが演算され、後で示すようにモ
ニターに表示される。その魚量値Ｑの求め方を図１４を
用いて説明する。サブエリアｗ内にある総ドット数をＳ
とし、各ドットのレベルを１６段階(Ｌ₁〜Ｌ₁₆)とし、
レベルＬxのドット数をｎxとして、魚量値Ｑ＝(ｎ₁Ｌ₁＋ｎ₂Ｌ₂＋…＋ｎ₁₆Ｌ₁₆)／Ｓを求める。

【００３１】ステップＳ１２では魚群中心Ｏがメインエ
リアＷ₁外かが判定される。図１５において、Ｘａの位
置にあった魚群がＸｂの位置に移動していたとき(この
ときサブエリアｗは位置から位置に移動してい
る)、魚群はメインエリアＷ₁内にあるのでステップＳ１
２からステップＳ１５に進む。

【００３２】一方、魚群がＸｃの位置まで移動したとき
(サブエリアｗは位置に移動)、メインエリアＷ₁外と
なるのでステップＳ１２からステップＳ１３に進み、位
置のメインエリアＷ₁は、位置へ移動し、そのサイ
ズもサブエリアｗと同一にされるため、再び、メインエ
リアとサブエリアが合致する。このようにサブエリアｗ
は魚群中心Ｏの移動に追随して移動するがメインエリア
Ｗ₁は魚群中心Ｏがエリア外となったときに初めて移動
する。

【００３３】ステップＳ１４では、前記の２点間の移動
から魚群Ｘ₁の軌跡が表示される。図１６は、魚群Ｘ₁の
軌跡Ｌを示しており、Ｌ₁、Ｌ₂、…が２点間の移動を示
す。又、魚群Ｘ₁の移動方向は魚のマークＰの向きでも
表示される。図２の軌跡と表示してわかるように、船体
の動揺等に伴う魚群Ｘ₁の不可解な移動軌跡が表示され
ていない。

【００３４】ステップＳ１５では、速度および方位の表
示タイミングになったかが判定され、例えば、３０秒、
４５秒あるいは６０秒が経過する毎にステップＳ１６に
進み図１７に示すように、メインエリアの２点間の移動
距離ｄとその方位θから移動速度Ｖおよび移動方位Ｄが
モニター９に表示される。

【００３５】本発明では魚群の中心検出に、最高レベル
(１点)で捕えるのではなく、図７で示したように、領域
で捕えるため、中心検出の精度が高く、それ故、図３、
図４で示したように、標的としていた魚群を見失うとい
ったことは少ない。仮に見失うことがあっても、図１８
に示したように、標的をＸ₂からＸ₁に戻したとき、魚群
Ｘ₁のこれまでの軌跡Ｌがそのまま表示されるので使い
勝手がよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、検出結
果をそのまま表示するのではなく、例えば魚群が一定距
離を移動する毎に、画面に出力するようにしたので、船
体の動揺等に起因する短時間の変化データは排除され、
魚群の移動軌跡や移動方位を正確に表示できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スキャニングソナーにおける受波ビームの形
成を示した図

【図２】従来の装置で表示される魚群の移動軌跡を示
した図

【図３】従来の装置で標的としていた魚群Ｘ₁を見失
ったときの状況を示した図

【図４】別の魚群Ｘ₂を標的とした様子を示した図

【図５】標的を再指定するときの様子を示した図

【図６】自船から魚群までの距離に応じてメインエリ
アＷのサイズが変わる様子を示した図

【図７】魚群中心の検出を示した図

【図８】本発明の１実施形態を示した制御ブロック図

【図９】図８の装置の制御動作を示したフローチャー
ト

【図１０】本発明の装置で魚群中心を指示した様子を
示した図

【図１１】チルト角の設定を示した図

【図１２】メインエリア内で魚群が移動した様子を示
した図

【図１３】魚群の移動に追随してサブエリアが移動す
る様子を示した図

【図１４】魚量値の演算の説明に用いた図

【図１５】メインエリアＷ₁から魚群が移動した時の
様子を示した図

【図１６】メインエリアの移動から軌跡や移動方位を
求める様子を示した図

【図１７】本発明の装置で表示された軌跡を示した図

【図１８】本発明の装置で元の標的に変更したときの
様子を示した図

【符号の説明】

１送受波器３垂直ビーム合成回路４水平ビーム合成回路７画面記憶メモリ９モニター１０ＣＰＵ１１魚群認識部１２魚群選択部１３標的中心検出部１４距離演算部１５サブエリアサイズ・位置設定部１６チルト角演算部１７メインエリア外判定部１８メインエリア設定部１９標的速度演算部２０速度補正部２１魚量値演算部Ｒ受波ビームＸ魚群Ｊ自船Ｗメインエリアｗサブエリア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水中よりのエコー信号のレベル強度から
標的の中心を検出し、その標的中心に送波ビームを定め
ることにより、標的を自動追尾するようにしたスキャニ
ングソナーにおいて、標的中心が一定の時間を経過する毎に、標的中心の最初
と最後の位置データから標的の移動軌跡、移動速度もし
くは移動方位のいずれか一つを表示することを特徴とす
る自動魚群追尾スキャニングソナー。
【請求項２】水中よりのエコー信号のレベル強度から
標的の中心を検出し、その標的中心に送波ビームを定め
ることにより、標的を自動追尾するようにしたスキャニ
ングソナーにおいて、標的中心が中央に位置するように所定サイズのエリアを
設定し、そのエリアから標的中央が外れたとき、そのエ
リアを標的の中央に来るように移動し、その時の移動を
移動軌跡として表示し、移動速度と移動方位は、計測時
間前のエリア中心と現在のエリア中心から演算し、速度
に関しては移動平均を施した結果を表示することを特徴
とする自動魚群追尾スキャニングソナー。
【請求項３】標的中心の移動速度もしくは移動方位
を、移動データに基づき所望の時間間隔で演算して表示
する請求項１もしくは２記載の自動魚群追尾スキャニン
グソナー。
【請求項４】上記エリアのサイズを、自船よりの距離
に比例して変化させる請求項２もしくは３記載のスキャ
ニングソナー。
【請求項５】上記標的の中心を求めるに際し、上記サ
ブエリア内のデータをユーザーが選択できるレベルで２
値化し、'１'のデータ群を魚群エコーに対応する塊にな
るよう膨張処理を施し、魚群エコーが複数存在した場合
は、魚群エコーの面積、前回の標的中心からの距離、強度、
縦横比を算出しそれぞれユーザーが設定できる重みを掛
けたものの和を特徴量とし、最大のものを抽出する、という特徴抽出により一つを選択し、選ばれた魚群エコ
ーつまり'１'のデータ群の重心を標的地中心とする請求
項２〜４のいずれかに記載の自動魚群追尾スキャニング
ソナー。
【請求項６】標的の重心を演算し、その重心を上記標
的中心とする請求項１〜５のいずれかに記載の自動魚群
追尾スキャニングソナー。
【請求項７】上記サブエリア内の標的に対し、各座標
における各レベル毎に個数を総計した魚量値をエリア面
積で割って正規化した魚量値を表示する請求２〜６のい
ずれかに記載の自動魚群追尾スキャニングソナー。
【請求項８】水中の広範囲方向へ探知信号を送信し、
物標からのエコー信号を捕捉することにより物標を検出
し、その物標に送波ビームを指向させることにより、物
標を自動追尾するようにしたスキャニングソナーにおい
て、物標が直線で所定距離を移動する毎に、その時の移動デ
ータから物標の移動軌跡を定めることを特徴とする自動
魚群追尾スキャニングソナー。