JPH116879A

JPH116879A - ３次元探査方法及び装置

Info

Publication number: JPH116879A
Application number: JP9158348A
Authority: JP
Inventors: Hideki Hayakawa; 秀樹早川; Akira Kawanaka; 彰川中
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】隣接する断面（ボクセル）の値を使い、適切
に２値化することによって、地中の埋設物の位置を高い
Ｓ／Ｎで検出する。【解決手段】空間−時間領域で３次元ボクセルデータ
として得られる探査データを処理するに、物体である可
能性が高い第一候補ボクセル群を抽出するとともに、ノ
イズの可能性がある第二候補ボクセル群を抽出し、第一
候補ボクセル群に連結する第二候補ボクセル群を抽出し
て、探査を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、媒質中の表面を移
動しながら、電磁波または音波による波動信号を媒質中
へ放射し、この媒質中に存在する物体からの反射信号を
受信し、受信された受信信号を信号処理して、媒質中に
存在する物体の位置を探査する３次元探査方法および装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような３次元探査にあたっては、電
磁波の反射を用いて地中にある埋設物または空洞を探査
する３次元探査装置が使用される。従来技術の典型的な
例は、昭和６３年電気学会全国大会１３７２ページ「地
中埋設物探査レーダシステム（その３）３次元探査画像
処理」が知られている。この技術では、複数回の走査に
よる測定断面情報を用い、複数のすべての断面画像中の
同一位置に埋設物の像が得られたときには、管が埋設さ
れているものと判断し、またそれよりも少ない数の断面
の同一位置に埋設物の像が得られるときには塊状物が埋
設されたものと判断し、このようにして異なる断面に存
在する像との結合是非を判断し、３次元的構造を求め
る。ここで、物体の有り、無しの判断の基準となる２値
化処理の閾値は、１種のみが使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術で
は、各断面のシンボル表示（例えば反射信号の強さによ
る物体の有り、無しの２値化シンボル化表示）を３次元
的に連結しているので、シンボル化する際の閾値を如何
に設定するかにより、パイプとして判断されるか、塊状
物として判断されるかが大きく左右される。特に、地中
探査の場合にはＳ／Ｎが低いうえ、探査位置を変えると
物体からの反射信号の強さが大きく変化する。従って、
反射信号の強さにより２値化する場合、パイプが検出で
きるぐらいまでしきい値を大きく下げると、不用反射信
号などのノイズ領域が多量に発生してしまう。これは２
値化する際に隣接する断面の情報を全く使っていないこ
とに起因する。さらに、この先行技術では、埋設管が装
置の走査方向に垂直に埋設されていることが予定されて
いる。従って、上記のようなシンボル化手法が有用であ
るが、埋設管が装置の走査方向に対して垂直に埋設され
ていない場合は、探査の信頼性が低くなるという問題が
ある。本発明はこのような従来技術の問題点を解決する
ために、隣接する断面（ボクセル）の値を使い、適切に
２値化することによって、地中の埋設物の位置を高いＳ
／Ｎで検出することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の、媒質の表面を移動しながら、電磁波または
音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質中
に存在する物体からの反射信号を受信する送受信工程
と、受信信号強度ｓに関する前記媒質表面上の位置
（ｘ，ｙ）と反射時間ｔを座標（ｘ，ｙ，ｔ）とする３
次元ボクセルデータを生成する３次元ボクセルデータ生
成工程とを順次実行し、前記媒質中に存在する物体の位
置を探査する３次元探査方法の第１、第２の特徴手段
は、以下のとおりである。即ち、第１の特徴手段は、前
記３次元ボクセルデータ生成工程で生成された前記３次
元ボクセルデータに対して、第一設定値より大きな値を
持つ第一候補ボクセル群を抽出する第一２値化工程と、
前記第一設定値に比べて小さい第二設定値より大きな値
を持つ第二候補ボクセル群を抽出する第二２値化工程と
を実行し、得られた前記第一候補ボクセル群に連結した
前記第二候補ボクセル群を、連結候補ボクセル群として
抽出し、前記第一候補ボクセル群と合成する連結合成工
程とを実行することにある。一方、第２の特徴手段は、
前記３次元ボクセルデータ生成工程で生成された前記３
次元ボクセルデータに対して、第一設定値より小さな値
を持つ第一候補ボクセル群を抽出する第一２値化工程
と、前記第一設定値に比べて大きい第二設定値より小さ
な値を持つ第二候補ボクセル群を抽出する第二２値化工
程とを実行し、得られた前記第一候補ボクセル群に連結
した前記第二候補ボクセル群を、連結候補ボクセル群と
して抽出し、前記第一候補ボクセル群と合成する連結合
成工程とを実行することを特徴とすることにある。

【０００５】ここで、第１の特徴手段は、探査対象物に
関するデータが反射信号として正側の大きな値として得
られる場合に対応するものであり、第２の特徴手段は、
負側の小さな値（絶対値は大きくなる）として得られる
場合に対応するものである。このような異なった信号状
態は、装置構成等に起因して発生する。さて、これら両
者の特徴手段においては、２値化処理をおこなうため
に、一対の設定値（閾値）が用意される。そして、これ
らの閾値に対して、それぞれ条件を満たす候補ボクセル
群が抽出される。ここで、第一候補ボクセル群は、物体
からの反射信号である可能性が高いボクセル群であり、
第二候補ボクセル群は、物体からの反射信号である可能
性が小さく、ノイズである可能性のあるボクセル群に対
応する。そこで、連結合成工程において、物体からの反
射信号情報の内、物体からの反射信号である可能性小の
反射強度の弱い第二候補ボクセル群の中から、物体から
の反射信号である可能性大の反射強度の強い第一候補ボ
クセル群に連結した部分のみを抽出し、これを第一候補
ボクセル群に連結合成する。即ち、第一候補ボクセル群
に連結されている第二候補ボクセル群（ここで、連結さ
れているとは、第一候補ボクセル群に直接及び間接的に
連結しているもの両方を含む）のみを抽出し、第一候補
ボクセル群とは連結されない第二候補ボクセル群は、抽
出対象とはしない。このようにして抽出、連結合成され
たボクセル群のみを探査に有用な情報とする。従って、
この方法にあっては、第二設定値を大きく下げても、物
体からの反射信号である可能性小の反射強度の弱いボク
セル群のみから構成される不要反射信号などのノイズ領
域が多量に発生する（包含される）ことを防ぐことがで
きる。また、探査位置を変えると物体からの反射信号の
強さが大きく変化するような場合でも、物体からの反射
信号である可能性大の反射強度の強いボクセル群を含む
埋設管のような連続的な物体を抽出することができる。
さらに、このような連結合成処理は、３次元的におこな
うことができるため、装置の走査方向に対して垂直に埋
設されていない埋設管等を対象とする場合にあっても、
後述するように、探査を良好におこなうことができる。

【０００６】このような探査方法にあっては、以下のよ
うな処理を、上記のような本願の特徴的な処理（２段の
２値化処理）をおこなう前、あるいは、処理（２段の２
値化処理）後におこなうことが好ましい。即ち、座標
（ｘ，ｙ，ｔ）に対応した受信信号強度から構成される
原３次元ボクセルデータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）、もしくは前
記連結合成工程により得られた合成処理後ボクセル群に
対して合成開口処理もしくはマイグレーション処理を施
すことが好ましい。このように、合成開口処理もしくは
マイグレーション処理を施すことによって、媒質表面に
平行な（ｘ，ｙ）軸方向の分解能を向上することができ
る。ここで、反射信号の生データから構成される原３次
元ボクセルデータに、合成開口処理もしくはマイグレー
ション処理を施し、得られた３次元ボクセルデータに対
して、本願の２段構えの２値化処理をおこなう場合は、
３次元ボクセルデータが、物体の埋設状況等に近似でき
るデータ（深度スケールに変換された情報）となるた
め、これを見ながら、第一、第二設定値（閾値）を設定
して、解析を進めることができ、使用勝手がよい。さら
に、第一、第二設定値を標準的なものとして予め得てい
る場合は、最終段階で処理をおこなうことで、生データ
の有用部分のみを利用して処理をおこなうこととなり、
計算量を減らして有用な情報を的確に得ることができ
る。

【０００７】さらに、３次元ボクセルデータ生成工程の
例えば最終部分で、前記座標（ｘ，ｙ，ｔ）に対応した
前記受信信号強度ｓから構成される原３次元ボクセルデ
ータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）に、その反射時間ｔ軸方向に対し
てウィナーフィルター処理もしくは振幅調整処理を施
し、処理後の３次元ボクセルデータを以降の処理の対象
とすることが好ましい。この構成によれば、ウィナーフ
ィルター処理を施すことによって、反射時間ｔ軸方向の
分解能を向上することができる。また、振幅調整処理を
施すことによって、反射時間の遅い弱い反射信号の振幅
を強調することができる。

【０００８】上記のような方法を使用する探査装置は、
以下のように構成することができる。即ち、媒質の表面
を移動しながら、電磁波または音波による波動信号を前
記媒質中へ放射し、前記媒質中に存在する物体からの反
射信号を受信する送受信機と、前記送受信機で得られた
受信信号から、受信信号強度ｓに関する前記媒質表面上
の位置（ｘ，ｙ）と反射時間ｔを座標（ｘ，ｙ，ｔ）と
する３次元ボクセルデータを生成する３次元ボクセルデ
ータ生成手段とを備え、前記媒質中に存在する物体の位
置を探査する３次元探査装置に、前記３次元ボクセルデ
ータ生成手段で生成された前記３次元ボクセルデータに
対して、第一設定値より大きな値を持つ第一候補ボクセ
ル群を抽出する第一２値化手段と、前記第一設定値に比
べて小さい第二設定値より大きな値を持つ第二候補ボク
セル群を抽出する第二２値化手段とを備え、得られた前
記第一候補ボクセル群に連結した前記第二候補ボクセル
群を、連結候補ボクセル群として抽出し、前記第一候補
ボクセル群と合成する連結合成手段とを備えるのであ
る。この構成では、３次元ボクセルデータ生成手段によ
り、対象となる３次元ボクセルデータが生成され、この
データを対象として、第一２値化手段により、第一設定
値より大きな値を持つ第一候補ボクセル群が抽出され、
第二２値化手段により、第一設定値に比べて小さい第二
設定値より大きな値を持つ第二候補ボクセル群が抽出さ
れる。このようにして得られた第一候補ボクセル群及び
第二候補ボクセル群を使用して、連結合成手段により、
第一候補ボクセル群に連結した第二候補ボクセル群が、
連結候補ボクセル群として抽出され、第一候補ボクセル
群と合成して、有用なボクセル群を得ることができる。

【０００９】探査対象物に関するデータが、反射信号と
して負側の小さな値として得られる場合は、その特徴構
成を、３次元ボクセルデータ生成手段で生成された３次
元ボクセルデータに対して、第一設定値より小さな値を
持つ第一候補ボクセル群を抽出する第一２値化手段と、
前記第一設定値に比べて大きい第二設定値より小さな値
を持つ第二候補ボクセル群を抽出する第二２値化手段と
を備え、得られた前記第一候補ボクセル群に連結した前
記第二候補ボクセル群を、連結候補ボクセル群として抽
出し、前記第一候補ボクセル群と合成する連結合成手段
とを備えたものとする。働きに関しては、上記と同様な
ので、説明を省略する。

【００１０】さらに、座標（ｘ，ｙ，ｔ）に対応した前
記受信信号強度から構成される原３次元ボクセルデータ
ｓ（ｘ，ｙ，ｔ）、もしくは、前記連結合成手段により
得られた合成処理後ボクセル群に対して、合成開口処理
を施す合成開口処理手段、もしくはマイグレーション処
理を施すマイグレーション処理手段を備えることが好ま
しい。この場合は、先に説明した合成開口処理あるいは
マイグレーション処理を適宜施すことで、媒質表面に平
行な（ｘ，ｙ）軸方向の分解能を向上することができ
る。

【００１１】さらに、３次元ボクセルデータ生成手段の
例えば最終部分に、前記座標（ｘ，ｙ，ｔ）に対応した
前記受信信号強度ｓから構成される原３次元ボクセルデ
ータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）に、その反射時間ｔ軸方向に対し
てウィナーフィルター処理を施すウィナーフィルター処
理手段、もしくは振幅調整処理を施す振幅調整処理手段
を備え、処理後の３次元ボクセルデータを３次元ボクセ
ルデータ生成手段の出力情報とすることが好ましい。こ
の場合、ウィナーフィルター処理を適宜施すことで、反
射時間ｔ軸方向の分解能を向上することができる。ま
た、振幅調整処理を施すことによって、反射時間の遅い
弱い反射信号の振幅を強調することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本願の３次元探査装置３は、図１
に示すように送受信機１０と、送受信機１０で得られた
信号を処理するデータ解析装置２０とを、主な機器とし
て備えて構成されている。そして、本願にあっては、デ
ータ解析装置２０に於ける解析処理に、その特徴があ
る。後に説明するように、本願の３次元探査装置３は、
図５に示すような埋設された埋設管５０を明確に検出し
ようとするものである。同図においては、図５（イ）は
平面図を、図５（ロ）は斜視図を、さらに図５（ハ）は
側面図を示している。埋設管５０の状況に関して説明す
ると、ｙ軸方向に埋設深度を異ならせて５本の小径管５
１、５２、５３、５４、５５が埋設されている。一方、
ｘ軸方向に沿って、伏せ越し部５７を有する管５８が埋
設されるとともに、比較的、小深度に、ｘ方向、ｙ方向
両方向及び深さｚ方向に対して傾いて、大径管５９が埋
設されている。

【００１３】本願の３次元探査装置３にあっては、これ
ら複数の埋設管５０を的確に探査検出したいのである
が、先ず、図１を利用して、比較的単純化した図面で、
３次元探査装置３の構成について説明する。この図に於
ける説明にあたっては、ｘ軸方向に直交するｙ軸方向に
埋設された物体に例を採って説明する。この物体が、図
１に示す管２である。

【００１４】図１に示すように、媒質である土壌１にガ
ス等の流体を配送する鋼管などの物体２が埋設されてお
り、送受信手段である送受信機１０とデータ解析手段で
あるデータ解析装置２０を備えた探査装置３が地表面を
移動しながら、前記物体２の埋設位置を探査する。その
移動方向は、ｘ方向である。そして、本願のように３次
元ボクセルデータを得る場合は、ｘ方向のデータの収集
を終了した後、ｙ方向（図１の表裏方向）に所定量の移
動を繰り返しながら、ｘ方向データを逐次、収集する。
送受信機１０は、例えば１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの図２
（１）に例示する単発のパルス信号を送信回路１３で発
生し、送信アンテナ１１より電磁波として土壌１に放射
する。前記送信アンテナ１１より放射された電磁波の中
の土壌に入射した入射波４は物体２表面で反射散乱し、
その中の反射波５が受信アンテナ１２で受信された後、
受信回路１４において、図２（２）に例示するような受
信信号として復調増幅される（この図において単一の線
が一定位置で時間差をおいて受信される複数の受信信号
群に対応する）。前記送信アンテナ１１より放射され、
受信アンテナ１２で受信されるまでの時間差（これが実
質上の反射時間）ｔは土壌１の表面から物体２までの距
離と土壌１の比誘電率εまたは電磁波の伝搬速度より一
義的に決定される。図１に示す場合にあっては、送信ア
ンテナ１１と受信アンテナ１２は一定間隔で地表面に対
向して配置される。ｘ方向移動は、物体２を横切るよう
に行われることとなる。

【００１５】図１に示すように、前記送受信機１０に
は、前記受信回路１４の増幅部の利得を前記時間差ｔに
応じて変調する信号強度変調手段１５が設けられてお
り、前記時間差ｔが長くなるにつれて土壌１を伝搬する
前記パルス信号の損失が大きくなり、受信信号強度が減
衰するのを振幅補正し、前記時間差ｔ、つまりは反射時
間ｔの増加に対して急激に減衰しない受信信号強度分布
を得る構成とされている。この構成により、後の信号処
理に必要な信号強度を確保できる。

【００１６】次に、受信信号が送られるデータ解析装置
２０について、図１、図３に基づいて説明する。データ
解析装置２０はマイクロコンピュータや半導体メモリ等
によって構成されるデータ処理部２１と、外部からの操
作指示を入力するキーボード等の入力部２２と、各処理
段階での画像データや出力結果を表示する陰極線管ディ
スプレイや液晶ディスプレイ等の表示部２３を備えて構
成されている。さらに、各処理段階でのデータや出力結
果等を保管格納する磁気ディスク等の外部補助記憶部２
４を備えている。図３に示すように、このデータ処理部
２１には、受信回路１４から入力してくる受信信号を、
移動距離（ｘ，ｙ）と時間ｔとの関係において整理、処
理する３次元ボクセルデータ生成手段３１が備えられて
いる。この３次元ボクセルデータ生成手段３１は、以降
の処理で使用される３次元ボクセルデータを生成するた
めのものであり、受信信号強度ｓをそのまま移動距離
（ｘ，ｙ）と時間ｔとの関数とする原３次元ボクセルデ
ータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）を生成する。さらに、必要な場
合、この原３次元ボクセルデータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）は、
マイグレーション処理されて、マイグレーション処理済
の新たな３次元ボクセルデータＳ（ｘ，ｙ，ｔ）が生成
される。これらのデータは３次元構造を取るため、ｓ
（ｘ，ｙ，ｔ）、Ｓ（ｘ，ｙ，ｔ）は共に、３次元ボク
セルデータに属し、３次元ボクセルデータ生成手段３１
で生成されるデータ群である。ここで、マイグレーショ
ン処理とは、媒質の表面において得られる移動方向情報
（空間、深度＝０、時間の情報）を、波の伝播を代表す
る波動方程式に基づいて、フーリエ、逆フーリエ変換手
法を利用して媒質の深度方向の情報（空間、深度、時間
＝０の情報）に変換する公知の手法である。この手法
は、空間座標としてｘ方向のみを対象とする場合、ｘが
媒質表面上の観測ライン、ｚが媒質中に向けて正の方向
をとる深度、ｔが伝搬時間である場合、波動の場をｕ
（ｘ，ｚ，ｔ）で表すと、マイグレーション法はｔ＞０
に対して得られた観測データｕ（ｘ，０，ｔ）（レーダ
画像）から時刻ｔ＝０における深さ方向の場ｕ（ｘ，
ｚ，０）（深度断面）を求めるものである。即ち、マイ
グレーション法の一種であるフェーズ・シフト法では、
以下のような処理をおこなう。１．観測されたデータをｘとｔに関して２次元フーリエ
変換しＵ（ξ，０，ω）を求める。２．求めたい深度の１ラインを、Ｕ（ξ，０，ω）から
求める。３．２．の計算を深度を更新しながら繰り返し、深度断
面全体を求める。一方、マイグレーション法の一種であるＦ−Ｋマイグレ
ーション法では、以下のような処理をおこなう。１．観測されたデータをｘとｔに関して２次元フーリエ
変換しＵ（ξ，０，ω）を求める。２．周波数領域上で深度断面のフーリエ変換の値を求め
る。３．この値を、ξ，ηに関して２次元逆フーリエ変換
し、ｕ（ｘ，ｚ，０）を得る。このようにして、ｔ＝０に於ける断面構造を得ることが
できる。ここでは、空間座標としてｘ方向のみに関する
説明をしたが、本願のようにｘ、ｙ方向を共に対象とす
る場合も同様に取扱うことができる。

【００１７】この目的から、データ処理部２１には、３
次元ボクセルの状態で得られているデータを、マイグレ
ーション処理できるマイグレーション処理手段３２が備
えられている。さらに、マイグレーション処理の代わり
に、同様に公知の方法である合成開口処理を施すものと
してもよい。この場合、マイグレーション処理手段３２
の代わりに合成開口処理手段が備えられることとなる。
この状況を図に括弧書きで示した。さらに、このデータ
処理部２１には、反射信号強度を一定の閾値（設定値）
に基づいて２値化処理する第一２値化手段３３、第二２
値化手段３４、これら第一２値化手段３３、第二２値化
手段３４により、それぞれ抽出されたボクセル群に関し
て、各群間で互いに連結したボクセル群のみを抽出する
連結合成手段３５が備えられている。また、出力処理手
段３８が備えられている。

【００１８】本願の３次元探査装置３の特徴は、データ
処理部２１に於ける処理に特徴があるが、図４に、装置
におけるデータ処理手順のフローチャートを示した。同
図に示すように、このフローは、３次元ボクセルデータ
生成工程（ＳＴ１）、第一、第二２値化工程（ＳＴ
２）、連結合成工程（ＳＴ３）を順に備えて構成されて
おり、この連結合成工程を完了した後、データの出力処
理（ＳＴ４）が行われる。

【００１９】以下、このフローに沿って、先に説明した
図５に示す埋設状況を探査した場合の図６に示す原３次
元ボクセルデータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）の処理結果を示しな
がら説明する。図６の原３次元ボクセルデータｓ（ｘ，
ｙ，ｔ）は通常の２値化処理を施して表示されている
が、実際には領域内のすべてのボクセルはそれぞれ階調
値を保持している。この例では、原３次元ボクセルデー
タｓ（ｘ，ｙ，ｔ）にマイグレーション処理を施し、以
降の処理の対象としている。

【００２０】１３次元ボクセルデータ生成工程この工程は、３次元探査装置３を移動しながら、データ
を収集し、これを処理して、以降の処理に使用される３
次元ボクセルデータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）もしくはＳ（ｘ，
ｙ，ｔ）を生成する工程である。この工程は、ディジタ
ル化された受信信号強度より、物体を含む土壌１の鉛直
面内の断面画像を、前記アンテナ１１及び１２の移動距
離（ｘ，ｙ）と反射波５の物体２からの反射時間ｔ（実
際は所定の入射信号を発振してから反射信号が受信アン
テナにいたるまでの時間）を座標（ｘ，ｙ，ｔ）とする
原３次元ボクセルデータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）として取り込
む工程であり、ここで、受信信号はその強度に応じて複
数階調で輝度階調され、信号強度の正値を白（輝度
大）、信号強度の負値を黒（輝度小）、信号強度０を中
間階調として取り込まれる。この階調は、具体的には、
２５６階調である。さらに具体的には、ディジタル化さ
れた受信信号は、Ａ／Ｄ変換処理されたときの量子化ビ
ット幅で、媒質表面の空間位置である移動距離（ｘ，
ｙ）と反射波５の物体２からの反射時間ｔで決定される
座標（ｘ，ｙ，ｔ）がアドレス信号としてエンコードさ
れ、複数階調の原３次元ボクセルデータｓ（ｘ，ｙ，
ｔ）としてデータ処理部内のメモリ２１ａの所定の領域
に格納される。

【００２１】次に、このようにして得られた原３次元ボ
クセルデータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）がマイグレーション処理
され、以降の処理の対象となる３次元ボクセルデータＳ
（ｘ，ｙ，ｔ）とされる。図６に示す原３次元ボクセル
データｓ（ｘ，ｙ，ｔ）に対して、マイグレーション処
理を施した３次元ボクセルデータＳ（ｘ，ｙ，ｔ）を図
７に示す。なお、図７の３次元ボクセルデータＳ（ｘ，
ｙ，ｔ）は通常の２値化処理を施して表示しているが、
実際には領域内のすべてのボクセルがそれぞれ階調値を
保持している。また、ここではマイグレーション処理を
施した場合を示したが、合成開口処理を施した場合も処
理結果は、ほぼ同じようになる。この様にして得られた
処理後のデータＳ（ｘ，ｙ，ｔ）が原データｓ（ｘ，
ｙ，ｔ）と置換され、３次元ボクセルデータ生成手段３
１の出力として、以降の工程に引き渡される。

【００２２】２第一、第二２値化工程（ＳＴ２）マイグレーション処理を施した３次元ボクセルデータＳ
（ｘ，ｙ，ｔ）に対して、第一２値化手段３３により第
一設定値より大きな値を持つ第一候補ボクセル群を抽出
し、第二２値化手段３４により第一設定値に比べて小さ
い第二設定値より大きな値を持つ第二候補ボクセル群を
抽出する。これらの設定値は、予め入力部２２から入力
されたり、マイグレーション処理後の画像状況を見て設
定されたりする。図７に示す、実際には領域内のすべて
のボクセルは階調値を保持している３次元ボクセルデー
タＳ（ｘ，ｙ，ｔ）に対して、第一２値化手段３３によ
り抽出された第一候補ボクセル群は、ここでは図７と同
一となる（図７自体が２値化処理を行って表示したもの
であるため）。なお、この場合、第一設定値を１７４に
設定した。図７では浅い深さの埋設管５１、５２、５
３、５４の位置が明瞭に分かるが、５本目の深い埋設管
５５および伏せ越し部分５７が検出されていない。ま
た、図７に示す、実際には領域内のすべてのボクセルは
階調値を保持している３次元ボクセルデータＳ（ｘ，
ｙ，ｔ）に対して、第二２値化処理手段３４により抽出
された第二候補ボクセル群を図８に示す。この場合、第
二設定値を１４０に設定した。図８は、５本目の深い埋
設管５５および伏せ越し部分５７が検出できる程度に設
定値を下げて単純２値化した場合に相当するが、不要反
射信号などのノイズ領域が多量に発生していることが分
かる。

【００２３】３連結合成工程（ＳＴ３）この工程においては、連結合成手段３５が、第一２値化
工程により抽出された第一候補ボクセル群に連結した第
二２値化工程により抽出された第二候補ボクセル群のみ
を抽出し、第一２値化工程により抽出された第一候補ボ
クセル群と合成する。実際には、例えば第一候補ボクセ
ル群を核にして、第二候補ボクセル群の中から第一候補
ボクセル群に隣接するボクセルを一通り総当たりで抽出
し、第一候補ボクセル群に追加する。そして１ボクセル
でも追加された場合には再度、第二候補ボクセル群の中
から第一候補ボクセル群に隣接するボクセルを一通り総
当たりで抽出し、前記第一候補ボクセル群に追加する。
これらの操作を、追加されるボクセルがなくなるまで繰
り返す。図７に示す第一候補ボクセル群と図８に示す第
二候補ボクセル群に対して、連結合成により得られたボ
クセル群を図９に示す。浅いところから深いところま
で、また伏せ越し部分５７の埋設管も明瞭に検出できて
いることが分かる。４出力処理このような処理済のデータを出力処理することにより、
明確に埋設管を探査することができる。

【００２４】〔別実施形態〕以下に別実施形態を説明す
る。上記の実施の形態にあっては、振幅補正後の原３次
元ボクセルデータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）に対して、マイグレ
ーション処理を施して、以降の処理に使用する３次元ボ
クセルデータを得るものとしたが、このような処理とし
ては、先に説明したように、合成開口処理を使用しても
よい。さらに、マイグレーション処理あるいは合成開口
処理は、上記のように、原３次元ボクセルデータを得た
後、第一、第二２値化工程をおこなう前におこなっても
よく、さらに、連結合成後に施す構成としてもよい。上
記の実施の形態にあっては、ｔ軸方向の反射時間の遅い
弱い信号を強調するために、ｔ軸方向に於ける振幅補正
を送受信機に備えられる信号強度変調手段１５によって
おこなったが、受信信号ｓを、信号強度変調手段１５に
よる処理を伴って、そのまま座標（ｘ，ｙ，ｔ）アドレ
スに割当た状態でメモリ２１ａに取り込み、この原３次
元ボクセルデータに対してソフト的な振幅調整処理をお
こなうものとしてもよい。このような振幅調整にあって
は、原３次元ボクセルデータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）に関し
て、各反射時間ｔ毎に、（ｘ，ｙ）方向の平均をとり、
ｔ軸方向での受信信号強度の減衰が大きくならないよう
に、振幅を調整する処理をおこなうこととなる（これ
は、振幅調整処理手段３７で行う）。

【００２５】また、ｔ軸方向の分解能の向上を図るため
の操作として、ｔ軸方向のウィナーフィルター処理を挙
げることができる。即ち、例えば、原３次元ボクセルデ
ータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）を２段の２値化処理の対象とする
場合（この情報を３次元ボクセルデータ生成工程の出力
とする場合）、３次元ボクセルデータ生成工程の最終部
分で、座標（ｘ，ｙ，ｔ）に対応した受信信号強度ｓか
ら構成される原３次元ボクセルデータｓ（ｘ，ｙ，ｔ）
に、その反射時間ｔ軸方向に対してウィナーフィルター
処理を施し（これは、ウィナーフィルター処理手段３６
で行う）、処理後の３次元ボクセルデータを以降の処理
の対象とするのである。

【００２６】このウィーナーフィルターは以下の構造で
働くものである。受信波形ｖ（ｔ）に対しインパルス応
答がｈ₁(ｔ）で表されるフィルターを施した波形をＷ
（ｔ）とすると、

【００２７】

【数１】

【００２８】このウィーナーフィルターは、０≦η≦１
を満たすパラメータηによってフィルター特性が変化す
るフィルターで、η＝１の時はインバースフィルター
（逆フィルター）、η＝０の時マッチトフィルター（整
合フィルター）となる。本願の場合にあっては、η＝
０．５〜０．９程度に選択することが好ましい。さら
に、このようなウィーナーフィルターを介した処理済の
３次元ボクセルデータに対して、先に説明した合成開口
処理、マイグレーション処理を施して、後の２段の２値
化処理、連結合成処理の対象となる３次元ボクセルデー
タを生成してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、走査
データを２値化する際に、深いパイプが検出できるぐら
いまで閾値を大きく下げると、不要反射信号などのノイ
ズ領域が多量に発生してしまうという従来技術の問題点
を解決することができ、例えば地中の埋設物の位置を高
いＳ／Ｎで検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】探査装置のブロック構成図

【図２】送信信号と受信信号の波形説明図

【図３】データ解析装置の機能ブロック図

【図４】本発明のデータ処理手順を示すフローチャート

【図５】本発明のデータ処理手順に使用した探査データ
を採取した場所の埋設状況を示す説明図

【図６】本発明のデータ処理手順に使用した探査データ
を示す説明図

【図７】本発明のデータ処理手順に使用した探査データ
から得られた第一候補ボクセル群を示す説明図

【図８】本発明のデータ処理手順に使用した探査データ
から得られた第二候補ボクセル群を示す説明図

【図９】本発明のデータ処理手順に使用した探査データ
から得られた処理結果を示す説明図

【符号の説明】

１土壌（媒質）２物体３３次元探査装置４入射波５反射波３１３次元ボクセルデータ生成手段３２マイグレーション処理手段３３第一２値化手段３４第二２値化手段３５連結合成手段３６ウィーナーフィルター処理手段３７振幅調整処理手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０６Ｔ 7/00 Ｇ０６Ｆ 15/62 ４１５

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】媒質の表面を移動しながら、電磁波また
は音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質
中に存在する物体からの反射信号を受信する送受信工程
と、受信信号強度ｓに関する前記媒質表面上の位置
（ｘ，ｙ）と反射時間ｔを座標（ｘ，ｙ，ｔ）とする３
次元ボクセルデータを生成する３次元ボクセルデータ生
成工程とを順次実行し、前記媒質中に存在する物体の位
置を探査する３次元探査方法において、前記３次元ボクセルデータ生成工程で生成された前記３
次元ボクセルデータに対して、第一設定値より大きな値
を持つ第一候補ボクセル群を抽出する第一２値化工程
と、前記第一設定値に比べて小さい第二設定値より大き
な値を持つ第二候補ボクセル群を抽出する第二２値化工
程とを実行し、得られた前記第一候補ボクセル群に連結した前記第二候
補ボクセル群を、連結候補ボクセル群として抽出し、前
記第一候補ボクセル群と合成する連結合成工程とを実行
することを特徴とする３次元探査方法。
【請求項２】媒質の表面を移動しながら、電磁波また
は音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質
中に存在する物体からの反射信号を受信する送受信工程
と、受信信号強度ｓに関する前記媒質表面上の位置
（ｘ，ｙ）と反射時間ｔを座標（ｘ，ｙ，ｔ）とする３
次元ボクセルデータを生成する３次元ボクセルデータ生
成工程とを順次実行し、前記媒質中に存在する物体の位
置を探査する３次元探査方法において、前記３次元ボクセルデータ生成工程で生成された前記３
次元ボクセルデータに対して、第一設定値より小さな値
を持つ第一候補ボクセル群を抽出する第一２値化工程
と、前記第一設定値に比べて大きい第二設定値より小さ
な値を持つ第二候補ボクセル群を抽出する第二２値化工
程とを実行し、得られた前記第一候補ボクセル群に連結した前記第二候
補ボクセル群を、連結候補ボクセル群として抽出し、前
記第一候補ボクセル群と合成する連結合成工程とを実行
することを特徴とする３次元探査方法。
【請求項３】前記座標（ｘ，ｙ，ｔ）に対応した前記
受信信号強度ｓから構成される原３次元ボクセルデータ
ｓ（ｘ，ｙ，ｔ）もしくは前記連結合成工程により得ら
れた合成処理後ボクセル群に対して合成開口処理もしく
はマイグレーション処理を施すことを特徴とする請求項
１または２記載の３次元探査方法。
【請求項４】前記３次元ボクセルデータ生成工程で、
前記座標（ｘ，ｙ，ｔ）に対応した前記受信信号強度ｓ
から構成される原３次元ボクセルデータｓ（ｘ，ｙ，
ｔ）に、その反射時間ｔ軸方向に対してウィナーフィル
ター処理もしくは振幅調整処理を施し、処理後の３次元
ボクセルデータを以降の処理の対象とする請求項１，２
または３記載の３次元探査方法。
【請求項５】媒質の表面を移動しながら、電磁波また
は音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質
中に存在する物体からの反射信号を受信する送受信機
と、前記送受信機で得られた受信信号から、受信信号強
度ｓに関する前記媒質表面上の位置（ｘ，ｙ）と反射時
間ｔを座標（ｘ，ｙ，ｔ）とする３次元ボクセルデータ
を生成する３次元ボクセルデータ生成手段とを備え、前
記媒質中に存在する物体の位置を探査する３次元探査装
置において、前記３次元ボクセルデータ生成手段で生成された前記３
次元ボクセルデータに対して、第一設定値より大きな値
を持つ第一候補ボクセル群を抽出する第一２値化手段
と、前記第一設定値に比べて小さい第二設定値より大き
な値を持つ第二候補ボクセル群を抽出する第二２値化手
段とを備え、得られた前記第一候補ボクセル群に連結した前記第二候
補ボクセル群を、連結候補ボクセル群として抽出し、前
記第一候補ボクセル群と合成する連結合成手段とを備え
た３次元探査装置。
【請求項６】媒質の表面を移動しながら、電磁波また
は音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質
中に存在する物体からの反射信号を受信する送受信機
と、前記送受信機で得られた受信信号から、受信信号強
度ｓに関する前記媒質表面上の位置（ｘ，ｙ）と反射時
間ｔを座標（ｘ，ｙ，ｔ）とする３次元ボクセルデータ
を生成する３次元ボクセルデータ生成手段とを備え、前
記媒質中に存在する物体の位置を探査する３次元探査装
置において、前記３次元ボクセルデータ生成手段で生成された前記３
次元ボクセルデータに対して、第一設定値より小さな値
を持つ第一候補ボクセル群を抽出する第一２値化手段
と、前記第一設定値に比べて大きい第二設定値より小さ
な値を持つ第二候補ボクセル群を抽出する第二２値化手
段とを備え、得られた前記第一候補ボクセル群に連結した前記第二候
補ボクセル群を、連結候補ボクセル群として抽出し、前
記第一候補ボクセル群と合成する連結合成手段とを備え
た３次元探査装置。
【請求項７】前記座標（ｘ，ｙ，ｔ）に対応した前記
受信信号強度ｓから構成される原３次元ボクセルデータ
ｓ（ｘ，ｙ，ｔ）もしくは前記連結合成手段により得ら
れた合成処理後ボクセル群に対して、合成開口処理を施
す合成開口処理手段、もしくはマイグレーション処理を
施すマイグレーション処理手段を備えたことを特徴とす
る請求項５または６記載の３次元探査装置。
【請求項８】前記座標（ｘ，ｙ，ｔ）に対応した前記
受信信号強度ｓから構成される原３次元ボクセルデータ
ｓ（ｘ，ｙ，ｔ）に、その反射時間ｔ軸方向に対してウ
ィナーフィルター処理を施すウィナーフィルター処理手
段、もしくは振幅調整処理を施す振幅調整処理手段を、
前記３次元ボクセルデータ生成手段に備え、処理後の３
次元ボクセルデータを３次元ボクセルデータ生成手段の
出力情報とする請求項５，６または７記載の３次元探査
装置。