JPWO2020090287A1 - 物標計測装置及び物標計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送受波器を利用して、水中の物標の大きさ及び／又は重さを精度良く算出することができる物標計測装置及び物標計測方法を提供する。【解 決手段】物標計測装置は、水中に送信波を送波し、反射波を受波する送受波器と、前記反射波のデータから、物標を示すエコー信号を抽出する物標エコー信号抽 出部と、前記エコー信号に含まれる複数のピークそれぞれを検出するピーク検出部と、前記反射波に基づいて、前記複数のピークそれぞれの到来方向を算出する ピーク到来方向算出部と、前記複数のピークのうち、所定閾値よりも到来方向の差が小さい第１ピークと前記第１ピークとは異なる第２ピークが現れるタイミン グの時間差を算出する時間差算出部と、前記時間差に基づいて、物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出する物標計測部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、主として、物標計測装置に関する。

従来から、魚の魚体長（魚の体長）等を算出することができる物標計測装置が知られている。特許文献１は、この種の物標計測装置を開示する。

特許文献１の物標計測装置は、送受波器を利用して、魚のターゲットストレングスを取得し、取得したターゲットストレングスに基づいて、魚体長を算出することができる。

欧州特許出願公開第３０８６１３７Ａ１号明細書

しかしながら、魚の密度が高い状況では、計測対象となる魚の鰾から発生する反射波が、当該魚とは異なる魚の鰾から発生する反射波によって遮蔽される可能性 がある。これにより、上記特許文献１の構成では、対象とする魚のターゲットストレングスを精度良く取得することができなくなる場合がある。その結果、魚体 長の算出精度の向上に限界があり、この点で改善の余地があった。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、送受波器を利用して、水中の物標の大きさ及び／又は重さを精度良く算出することができる物標計測装置及び物標計測方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の構成の物標計測装置が提供される。即ち、この物標計測装置は、送受波器と、物標エコー信号抽出部と、ピーク検出部と、 ピーク到来方向算出部と、時間差算出部と、物標計測部と、を備える。前記送受波器は、水中に送信波を送波し、反射波を受波する。前記物標エコー信号抽出部 は、前記反射波のデータから、物標を示すエコー信号を抽出する。前記ピーク検出部は、前記エコー信号に含まれる複数のピークそれぞれを検出する。前記ピー ク到来方向算出部は、前記反射波に基づいて、前記複数のピークそれぞれの到来方向を算出する。前記時間差算出部は、前記複数のピークのうち、所定閾値より も到来方向の差が小さい第１ピークと前記第１ピークと異なる第２ピークが現れるタイミングの時間差を算出する。前記物標計測部は、前記時間差に基づいて、 物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出する。

これにより、略同じ方向から到来し、同一の物標から取得した可能性が高いピーク同士の取得時間の差に基づいて物標の大きさや重さを算出するので、物標の密度が高い状況であっても、対象となる物標に関する精度の良いデータを算出することができる。

前記の物標計測装置においては、前記時間差算出部は、前記エコー信号に含まれる前記複数のピークのうち、エコー強度が最大である最大ピークを検出し、前記 最大ピークとしての前記第１ピークが現れる時間と、前記第２ピークが現れる時間と、の前記時間差を算出することが好ましい。

これにより、同一の物標から取得した可能性が高い複数のピークのうちで、エコー強度が最大である第１ピークを利用するので、物標の大きさや重さの計算精度の向上を図ることができる。

前記の物標計測装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記時間差算出部は、複数の前記のエコー信号に対して算出された前記時間差に基づ くヒストグラムを生成する。前記物標計測部は、前記ヒストグラムに基づいて、前記物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出する。

これにより、物標の大きさや重さの算出に、第１ピークの取得時間と第２ピークの取得時間の時間差に基づくヒストグラムを利用するので、算出する物標の大きさや重さに統計的な妥当性を持たせることができる。

前記の物標計測装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記ヒストグラムは、前記時間差の階級と、度数と、の関係を示すヒストグラムであ る。前記物標計測部は、前記第１ピークのタイミングよりも早く現れた前記第２ピークだけの前記ヒストグラムの分布、又は、前記第１ピークのタイミングより も遅く現れた前記第２ピークだけの前記ヒストグラムの分布に基づいて、前記物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出する。

これにより、物標において第１ピークの反射源よりも送受波器に近い側又は遠い側に構造的特徴がある場合に、その特徴を相対的に強調することで、物標の大きさや重さの計算精度の向上を図ることができる。

前記の物標計測装置においては、前記物標計測部は、前記ヒストグラムに現れるモードに対応する時間差に基づいて、前記物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出することが好ましい。

これにより、度数が大きくなる部分での時間差を利用するので、物標の大きさや重さを精度良く算出することができる。

前記の物標計測装置においては、前記物標計測部は、前記ヒストグラムに現れるエッジに対応する時間差に基づいて、前記物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出することが好ましい。

これにより、分布の実質的な境界部分での時間差を利用するので、物標の大きさや重さを精度良く算出することができる。

前記の物標計測装置においては、以下の構成とすることができる。即ち、前記送受波器は、前記反射波を受波する受信チャンネルを４つ以上有している。前記 ピーク到来方向算出部は、それぞれの受信チャンネルが前記反射波を受波するタイミングの差に基づいて、前記到来方向を算出する。

この場合、スプリットビーム方式に基づいて、ピークの到来方向を精度良く算出することができる。

前記の物標計測装置においては、以下の構成とすることもできる。即ち、前記送受波器は、反射波を受波する受信チャンネルを２つ有している。前記ピーク到来方向算出部は、それぞれの受信チャンネルが受波する前記反射波の強度の差に基づいて、前記到来方向を算出する。

この場合、デュアルビーム方式に基づいて、ピークの到来方向を簡易に算出することができる。

前記の物標計測装置においては、前記物標は、養殖場で飼育される魚であることが好ましい。

これにより、養殖場で飼育される魚の大きさや重さを好適に計測することができる。

前記の物標計測装置においては、前記物標計測部は、魚体高、魚体長、魚体幅、及び、魚体重のうち少なくとも１つに関する前記データを算出することが好ましい。

これにより、養殖場で飼育される魚の生育状況等に関するデータを精度良く得ることができる。

本発明の第２の観点によれば、以下の物標計測方法が提供される。即ち、水中に送信波を送波する。反射波を受波する。前記反射波のデータから、物標を示すエ コー信号を抽出する。前記エコー信号に含まれる複数のピークそれぞれを検出する。前記反射波に基づいて、前記複数のピークそれぞれの到来方向を算出する。 前記複数のピークのうち、所定閾値よりも到来方向の差が小さい第１ピークと前記第１ピークと異なる第２ピークが現れるタイミングの時間差を算出する。前記 時間差に基づいて、物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出する。

本発明の一実施形態に係る生育状況計測装置の電気的構成を示すブロック図。 生簀において生育状況計測装置が用いられる様子を示す斜視図。 超音波が魚で反射したエコー信号の一例を示すグラフ。 魚の大きさや重さの算出に利用するヒストグラムの一例を説明するグラフ。 別々の魚の反射波の受波タイミングが重なる場合を説明する斜視図。 生育状況計測装置の処理フローの一例を示すフローチャート。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る生育状況計測装置１の全体的な構成を示すブロック図である。図２は、生簀７０において生育状況計測装置１が用いられる様子を示す斜視図である。

図１及び図２に示す本実施形態の生育状況計測装置（物標計測装置とも呼ばれる）１は、送受波器１１を利用して、主に、水中に存在する魚の魚体高、魚体長、又は、魚体重に関するデータを算出するために用いられる。

本実施形態の生育状況計測装置１は、例えば図２に示すように、水生生物の一種である魚の養殖のために海に設置された生簀７０において使用される。

生簀７０は、網型の生簀として構成されており、枠７１と、浮き７２と、網７３と、桟橋７４と、を備える。

枠７１は、平面視でループ状となるように形成されている。枠７１には複数の浮き７２が取り付けられており、これにより枠７１を水面に浮かべることができる。枠７１は、図示しない係留用のロープによって水底の重りに接続されている。

枠７１には、網７３の上端部が固定されている。網７３は、水中を仕切って閉鎖空間を形成するように吊り下げられており、この空間の内部で魚が飼育される。枠７１の上には、養殖に関する各種作業を行うための桟橋７４が固定されている。

図２に示すように、生簀の枠７１の内側のほぼ中央部にはフロート７５が浮かべられており、このフロート７５は桟橋７４にロープで繋がれている。このフロート７５に、本実施形態の生育状況計測装置１が配置されている。

生育状況計測装置１は、図１に示すように、送受波器１１と、送受信装置２１と、信号処理装置３１と、操作装置５１と、電力供給部６１と、を備える。なお、操作装置５１及び電力供給部６１は、図２においては省略されている。

送受波器１１は、電気信号と超音波振動を相互に変換することができ、超音波である送信波を利用して水中を探知することができる。本実施形態では、送受波器 １１は桟橋７４の下部に取り付けられる。送受波器１１は下向きに配置され、水上側から水中に向かって超音波を送波する。

本実施形態では、送受波器１１は、１つの送波器１２と、４つの受信チャンネルに分かれている複数の素子を有する受波器１３と、を備えている。

送波器１２は、水中に向けて送信波を送波することができ、受波器１３のそれぞれの受信チャンネルは、水中の物標から反射する反射波を受波することができる。そして、送受波器１１は、受波した反射波に関するデータを電気信号に変換することができる。

本実施形態では、送受波器１１は、４つの受信チャンネルが反射波を受波するタイミングの差（即ち、受波する反射波の位相差）に基づいて、物標の位置を取得 することができる。これにより、公知のスプリットビーム方式による３次元的な探知が実現される。なお、送受波器１１の構造は、適宜に変更することができ る。例えば、送波器１２として、受波器１３の素子を使って、送波と受波を同じ素子によって行う構成としても良い。

送受信 装置２１は、電気ケーブルを介して送受波器１１に接続される。送受信装置２１は、送受波器１１に送信波を送波させるための電気信号を、電気ケーブルを介し て送受波器１１に出力することができる。また、送受信装置２１は、反射波に基づいて送受波器１１が取得した電気信号を、電気ケーブルを介して取得すること ができる。そして、送受信装置２１は、送受波器１１から取得した電気信号を、デジタル信号である受信信号に変換することができる。

信号処理装置３１は、公知のコンピュータとして構成されている。信号処理装置３１は、適宜の通信ケーブルを介して送受信装置２１に接続されている。信号処 理装置３１は、送受信装置２１と通信を行うことができる。信号処理装置３１は、上記の通信により、送受信装置２１から受信信号を取得する。信号処理装置 ３１は、得られた受信信号に対して適宜のデータ処理を行う。

信号処理装置３１は、物標エコー信号抽出部３２と、ピーク検出部３３と、ピーク到来方向算出部３４と、時間差算出部３５と、物標計測部３６と、記憶媒体接続部３７と、を備える。

具体的に説明すると、信号処理装置３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備える。ＲＯＭ等には、本発明の物標計測方法を実現するためのプログラムが記憶 されている。上記のハードウェアとソフトウェアの協働により、信号処理装置３１を、物標エコー信号抽出部３２、ピーク検出部３３、ピーク到来方向算出部 ３４、時間差算出部３５、物標計測部３６、及び記憶媒体接続部３７として機能させることができる。

物標エコー信号抽出部 ３２は、送受信装置２１より取得した受信信号から、エコー信号の強度等に基づいて、魚を示すエコー信号を抽出する。図３には、エコー信号の例がグラフで示 されている。ただし、超音波が反射する場所の説明を容易にするために、グラフの横軸は、音速に関する公知の式に基づいて時間を距離（水深）に変換して示さ れている。

本実施形態では、物標エコー信号抽出部３２は、ターゲットストレングスの値が図３に示す所定の検出閾値以上で あるかどうかを判定し、当該検出閾値以上である受信信号を、魚のエコー信号として取り出している。ただし、網７３等での反射波を除外するために、送波から 受波までの時間が長過ぎるものは抽出の対象から除かれている。ターゲットストレングスは公知であるので詳細な説明は省略するが、超音波が魚に当たって散乱 する一部が入射方向に戻ってくる度合いを示すパラメータであり、エコー強度と実質的に同じと考えることができる。物標エコー信号抽出部３２は、魚を示すエ コー信号を、ピーク検出部３３に出力する。

ピーク検出部３３は、物標エコー信号抽出部３２が抽出した魚のエコー信号か ら、ターゲットストレングスのピークを検出する。一般的に、１匹の魚に由来するエコー信号において、ターゲットストレングスの時間推移を示す曲線は、極大 値と極小値が交互に現れる複雑な形状となる。ピーク検出部３３は、複数のピークをそれぞれ検出する。ピーク検出部３３は、検出したそれぞれのピークに関す るデータを、ピーク到来方向算出部３４に出力する。

ピーク到来方向算出部３４は、各受信チャンネルが反射波を受波するタイミングのズレに基づいて、ピーク検出部３３が検出したそれぞれのピークの到来方向を算出する。

一般的に、送受波器１１から送波される超音波は、魚の各部分（背びれや腹等の各部分）のうちで、鰾に対して最も強く反射することが知られている。従って、 図３に示すように、ターゲットストレングスが最大のピークを示すとき、このピークは、鰾で反射した反射波に由来するものと考えることができる。以下の説明 では、当該ピークを第１ピークＰ１と呼ぶ。

第１ピークＰ１の近傍のタイミングで現れる別のピーク（言い換えれば、最大で はないピーク）について、ピーク到来方向算出部３４により到来方向を算出した結果、当該ピークの到来方向と、第１ピークＰ１の到来方向と、の差が所定閾値 よりも小さかったとする。この場合、当該ピーク（以下の説明では、第２ピークＰ２と呼ぶ。）は、第１ピークＰ１と略同じ方向から到来していると言うことが できる。従って、第１ピークＰ１と第２ピークＰ２は同じ魚で反射した反射波を検出したものであり、第２ピークＰ２は、図３に示すように、当該魚の背中や腹 等で反射した反射波に由来するものと考えることができる。

時間差算出部３５は、エコー信号に含まれる複数のピークのう ち、エコー強度が最大である最大ピークを検出する。また、時間差算出部３５は、最大ピークに対応する第１ピークＰ１のタイミングと、第２ピークＰ２のタイ ミングと、の間の時間差を算出する。そして、時間差算出部３５は、算出した時間差に基づいてヒストグラムを生成する。このヒストグラムの生成には、ある程 度の時間継続してエコー信号を観測することにより得られた、多数のエコー信号が利用される。

時間差算出部３５が生成する ヒストグラムは、第２ピークＰ２が現れるタイミングと、第１ピークＰ１が現れるタイミングと、の時間差（相対時間）の階級と、度数と、の関係を示すもので ある。このヒストグラムでは、第２ピークＰ２が現れるタイミングは、第１ピークＰ１が現れるタイミングを基準とした時間差で表現される。第１ピークＰ１よ り前のタイミングで第２ピークＰ２が現れた場合、時間差は負の値になる。第１ピークＰ１より後のタイミングで第２ピークＰ２が現れた場合、時間差は正の値 になる。

この時間差から、それぞれのピークに対応する超音波の反射場所までの距離の差を得ることができる。図４には、説 明を分かり易くするために、時間差算出部３５が生成したヒストグラムにおいて、横軸の時間差を距離に変換したものが示されている。この変換は、音速に関す る公知の式を利用して行うことができる。第１ピークＰ１は魚の鰾に由来するものと考えられるので、横軸を距離に変換して考えた場合、ヒストグラムの横軸 （距離）のゼロは、鰾の位置を実質的に示している。上述したように、送受波器１１は、水面近くから送信波を下向きに送るように設置されている。従って、横 軸の負の値は、鰾の位置（基準位置）よりも魚の背中側を意味し、正の値は、鰾の位置よりも魚の腹側を意味する。

このように、ヒストグラムによって、鰾以外によって超音波が反射した場所と、鰾と、の相対的な位置関係の傾向を得ることができる。

ところで、図５に概念的に示すように、送受波器１１からほぼ等しい距離に複数の魚が存在する場合、互いに異なる魚からのエコー信号のタイミングが互いに重 なることがあり得る。仮に、第１ピークＰ１と第２ピークＰ２とが、別の魚で反射した反射波によるものである場合、この時間差は、同一の魚における反射源同 士の相対的な位置関係を示すものではないため、魚の大きさ等を推測するにあたって精度が大幅に低下する原因となる。別々の魚からのエコー信号の重なりは、 魚の密度が高くなると特に問題になる。

この点、本実施形態では、時間差算出部３５は、第１ピークＰ１と第２ピークＰ２と で反射波の到来方向の差が所定閾値よりも小さいものだけを、ピーク同士の時間差を計算する対象とする。言い換えれば、第１ピークＰ１との間で反射波の到来 方向の差が所定閾値以上である第２ピークＰ２は、図４のヒストグラムの度数にカウントされない。従って、ヒストグラムにおけるノイズの割合を減らすことが できるので、推測精度を効果的に高めることができる。

物標計測部３６は、記憶部に記憶されている適宜の計算アルゴリズムと、時間差算出部３５が生成したヒストグラムと、を利用して、魚の大きさや重さに関するデータを算出することができる。

詳細には、物標計測部３６は、鰾よりも背中側で反射して得られた第２ピークＰ２の分布（言い換えれば、図４のヒストグラムで距離がゼロより小さい領域での 分布）から、度数が極大値となる階級（モードとも呼ばれる）に相当するタイミングを求める。本実施形態では、背中側の全体で度数が最大を示すモード９１を 求めている。これにより、背中側で、鰾ほどではないが強く超音波を反射させる場所の位置が分かる。物標計測部３６は、当該タイミングに基づき、予め定めら れた計算式を用いて、魚体高（魚の体高）を計算により推定する。そして、物標計測部３６は、求めた魚体高を魚体長（魚の体長）や魚体幅（魚の体幅）や魚体 重（魚の体重）に変換することによって、魚体長、魚体幅、及び、魚体重を得る。このように、ヒストグラムに現れるモードを利用することで、魚の全体的な傾 向を良好に反映した結果を得ることができる。

このように、本実施形態では、図４のヒストグラムのうち、第２ピークＰ２が 第１ピークＰ１よりも早く現れる領域におけるヒストグラムの形状の特徴だけを用いて、魚体高等を求めている。これにより、魚体において鰾よりも背中側にあ る何らかの構造的特徴（例えば、背びれ）に着目した推測が実現される。例えば、ある魚種において鰾と背びれとの間の距離が魚体高等と強い相関がある場合、 利用するタイミング分布の範囲を絞り込むことで当該特徴を相対的に強調できるので、上記のような計算が効果的である。

魚 体高等の推定にあたっては、鰾よりも腹側で反射して得られた第２ピークＰ２の分布を用いることも考えられる。しかしながら、発明者が実験した範囲では、ヒ ストグラムでの腹側での分布の特徴（例えば、図４の腹側で度数が最大となるモード９２に相当するタイミング）に、魚体長等との間で強い相関を示すものがな かった。そこで、本実施形態では、背中側での分布だけを用いて魚体高等の計算を行っている。ただし、魚種及び状況等によっては、腹側での分布を推定のため に利用した方が好ましい場合もあると考えられる。背中側と腹側の分布の両方を推定のために用いても良い。

上述したよう に、ヒストグラムを生成するときの時間差は、第１ピークＰ１を基準としたものになっている。言い換えれば、時間差は、第１ピークＰ１のタイミングを用いて 計算される。従って、基準を明確にすることができ、計算精度を向上させることができる。また、ヒストグラムの形状の特徴を利用して魚体高等の値を計算して いるので、推定結果に統計的な妥当性を持たせるとともに、推定精度を高めることができる。

魚体高等は、モードに限定され ず、ヒストグラムの形状が有する他の特徴を用いて計算することもできる。例えば、鰾よりも背中側のヒストグラムにおいて、十分に遠い距離から鰾に近づくに つれて度数がゼロから実質的に立ち上がるが、この立ち上がり部分（エッジとも呼ばれる）９３に相当するタイミングを利用して魚体高等を推定することもでき る。この立ち上がり部分９３は、第２ピークＰ２の分布の実質的な境界を意味する。また、背中側のヒストグラムにおいて、度数が最大のモードよりも鰾から遠 い位置での小さな極大値（モード９４）に相当するタイミングを利用して、魚体高等を推定することもできる。これらのタイミングは、前述のモード９１と比較 して、エコー強度が最大である第１ピークＰ１が現れるタイミングとの時間差が比較的大きい。従って、第１ピークＰ１による音響的な影響を受けにくくなるの で、魚体高等を精度良く推定できる。

記憶媒体接続部３７には、リムーバブルメモリやハードディスクドライブ等の公知の記 憶媒体を接続することができる。そして、信号処理装置３１は、算出した魚体高、魚体重、及び、魚体長に関するデータ等を出力することができ、信号処理装置 ３１から出力されたデータは、記憶媒体接続部３７に接続された記憶媒体に記憶される。

操作装置５１は、信号処理装置３１ に対するユーザ指示を入力するための装置である。操作装置５１は、信号処理装置３１にユーザ指示を入力することができれば特に限定されず、操作装置５１ は、例えば、図略のインタフェースを介して信号処理装置３１に接続される装置とすることができる。また、操作装置５１は、信号処理装置３１に一体的に設け られた装置とすることができる。

電力供給部６１は、送受信装置２１及び信号処理装置３１等に電力を供給する。電力供給部 ６１は、例えばリチウムイオンバッテリー又は鉛バッテリーのように、充電可能な二次電池であることが好ましい。なお、電力供給部６１は、例えば発電機のよ うに、機械力から電力を得ることができる装置であっても良い。

送受信装置２１や信号処理装置３１は、防水ケースの内部に収容することができる。電力供給部６１は、送受信装置２１や信号処理装置３１と一緒に防水ケースの内部に収容されていても良い。

生簀７０で魚を飼育する場合は、魚種は予め分かっており、魚体長等の大まかな値も事前に推測できる。この場合、魚種及び魚体長等に応じた反射波の傾向に関 する情報を予め記憶部に記憶させておき、物標計測部３６は、当該情報を利用して推定計算を行うことが好ましい。これにより、例えば、物標計測部３６が、ヒ ストグラムに複数現れるモードのうち何れのモードを推定に利用すべきかを適切に判断することができる。この結果、魚体高等のデータを高い精度で推定するこ とができる。

本実施形態では、４つの受信チャンネルを備え、反射波の到来方向をスプリットビーム方式で得ることが可能な 送受波器１１が用いられている。しかしながら、この送受波器１１に代えて、公知のデュアルビーム方式の送受波器が用いられても良い。デュアルビーム方式で は、送受波器１１は、送波器１２と、２つの受信チャンネルを有する受波器１３と、を備える。送波器１２は、水中に向けて送信波を送波する。受波器１３のそ れぞれの受信チャンネルは、指向性が異なる受信チャンネルであって、水中の物標から反射する反射波を受波する。そして、送受波器１１は、受波した反射波に 関するデータを電気信号に変換する。デュアルビーム方式が用いられる場合、ピーク到来方向算出部３４は、２つの受信チャンネルが受波するエコー強度の差に 基づいて、反射波の到来方向が送信波の中心軸の方向となす角度を求める。これにより、第１ピークＰ１と第２ピークＰ２が同一の魚に由来するものか否かを判 定することができる。

指向性が異なる２つの受信チャンネルを実現するために、例えば、一例として、寸法が異なる２つの素 子を使って、それぞれの素子で受信することで、２つの受信チャンネルを作ることができる。それに限らず、例えば、１つの素子を使って、低周波と高周波の２ 周波で受信し、２つの受信チャンネルを作ることができる。なお、送受波器１１の構造は、適宜に変更することができる。例えば、送波器１２として、受波器 １３の素子を使って、送波と受波を同じ素子によって行う構成としても良い。

以上に説明したように、本実施形態の生育状況 計測装置１は、送受波器１１と、物標エコー信号抽出部３２と、ピーク検出部３３と、ピーク到来方向算出部３４と、時間差算出部３５と、物標計測部３６と、 を備える。送受波器１１は、水中に送信波を送波し、反射波を受波する。物標エコー信号抽出部３２は、反射波のデータを利用して、魚を示すエコー信号を抽出 する。ピーク検出部３３は、魚を示すエコー信号に含まれる複数のピークそれぞれを検出する。ピーク到来方向算出部３４は、反射波に基づいて、複数のピーク それぞれの到来方向を算出する。時間差算出部３５は、複数のピークのうち、所定閾値よりも到来方向の差が小さい第１ピークＰ１と前記第１ピークＰ１と異な る第２ピークＰ２が現れるタイミングの時間差を算出する。物標計測部３６は、前記時間差を利用して、魚の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出する。

これにより、略同じ方向から到来し、同一の魚から取得した可能性が高いピーク同士のタイミングの差に基づいて魚の大きさや重さを算出するので、魚の密度が高い状況であっても、対象となる魚に関する精度の良いデータを算出することができる。

また、本実施形態の生育状況計測装置１は、図６のフローチャートで示すように、以下の生育状況計測方法を実現する。即ち、水中に送信波を送波する（ステッ プＳ１０１）。反射波を受波する（ステップＳ１０２）。反射波のデータから魚のエコー信号を抽出する（ステップＳ１０３）。魚のエコー信号に含まれる各 ピークを検出する（ステップＳ１０４）。反射波に基づいて、複数のピークそれぞれの到来方向を算出する（ステップＳ１０５）。複数のピークのうち、所定閾 値よりも到来方向の差が小さい第１ピークと前記第１ピークと異なる第２ピークが現れるタイミングの時間差を算出する（ステップＳ１０６）。前記時間差を利 用して、魚の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出する（ステップＳ１０７）。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

信号処理装置３１は、物標の大きさや重さに関するデータを表示するための表示データを生成しても良い。そして、信号処理装置３１は、当該信号処理装置３１に接続される適宜の表示装置に、当該表示データを出力しても良い。

上記の実施形態では、送受波器１１は、水上側から水中に超音波を送波するように下向きに設けられている。しかしながら、送受波器１１を網７３の底部に配置 して、上方の水面に向かって超音波を送波しても良い。この場合、魚の背中側で反射した第２ピークＰ２は、第１ピークＰ１より遅く現れ、腹側で反射した第２ ピークＰ２は、第１ピークＰ１より早く現れることになる。

物標計測部３６は、ヒストグラムを利用せずに、時間差算出部３５が求めた第１ピークＰ１と第２ピークＰ２との間の距離から直接的に魚体高等を推定しても良い。この場合、時間差算出部３５は、ヒストグラムを生成しなくても良い。

複数の第２ピークＰ２の間の時間差を用いて、魚体高等を推定しても良い。

送受波器１１は、５つ以上の受信チャンネルを備えていても良い。また、受波器１３の素子の配置は、適宜に変更しても良い。

魚体高等を推定する対象は、養殖場（例えば、生簀７０）で養殖される魚に限定されない。例えば、送受波器１１を漁船に取り付けて、海で泳ぐ略同一の大きさや重さを有している魚の群れについて魚体長等を推測する装置として利用することもできる。

１ 生育状況計測装置（物標計測装置）
１１ 送受波器
３２ 物標エコー信号抽出部
３３ ピーク検出部
３４ ピーク到来方向算出部
３５ 時間差算出部
３６ 物標計測部

用語

必ずしも全ての目的または効果・利点が、本明細書中に記載される任意の特定の実施形態に則って達成され得るわけではない。従って、例えば当業者であれば、特定の実施形態は、本明細書中で教示または示唆されるような他の目的または効果・利点を必ずしも達成することなく、本明細書中で教示されるような1つまたは複数の効果・利点を達成または最適化するように動作するように構成され得ることを想到するであろう。

本明細書中に記載される全ての処理は、1つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサを含むコンピューティングシステムによって実行されるソフトウェアコードモジュールにより具現化され、完全に自動化され得る。コードモジュールは、任意のタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体または他のコンピュータ記憶装置に記憶することができる。一部または全ての方法は、専用のコンピュータハードウェアで具現化され得る。

本明細書中に記載されるもの以外でも、多くの他の変形例があることは、本開示から明らかである。例えば、実施形態に応じて、本明細書中に記載されるアルゴリズムのいずれかの特定の動作、イベント、または機能は、異なるシーケンスで実行することができ、追加、併合、または完全に除外することができる (例えば、記述された全ての行為または事象がアルゴリズムの実行に必要というわけではない)。さらに、特定の実施形態では、動作またはイベントは、例えば、マルチスレッド処理、割り込み処理、または複数のプロセッサまたはプロセッサコアを介して、または他の並列アーキテクチャ上で、逐次ではなく、並列に実行することができる。さらに、異なるタスクまたはプロセスは、一緒に機能し得る異なるマシンおよび/またはコンピューティングシステムによっても実行され得る。

本明細書中に開示された実施形態に関連して説明された様々な例示的論理ブロックおよびモジュールは、プロセッサなどのマシンによって実施または実行することができる。プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替的に、プロセッサは、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシン、またはそれらの組み合わせなどであってもよい。プロセッサは、コンピュータ実行可能命令を処理するように構成された電気回路を含むことができる。別の実施形態では、プロセッサは、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、またはコンピュータ実行可能命令を処理することなく論理演算を実行する他のプログラマブルデバイスを含む。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、デジタル信号プロセッサ(デジタル信号処理装置)とマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと組み合わせた1つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装することができる。本明細書中では、主にデジタル技術に関して説明するが、プロセッサは、主にアナログ素子を含むこともできる。例えば、本明細書中に記載される信号処理アルゴリズムの一部または全部は、アナログ回路またはアナログとデジタルの混合回路により実装することができる。コンピューティング環境は、マイクロプロセッサ、メインフレームコンピュータ、デジタル信号プロセッサ、ポータブルコンピューティングデバイス、デバイスコントローラ、または装置内の計算エンジンに基づくコンピュータシステムを含むが、これらに限定されない任意のタイプのコンピュータシステムを含むことができる。

特に明記しない限り、「できる」「できた」「だろう」または「可能性がある」などの条件付き言語は、特定の実施形態が特定の特徴、要素および/またはステップを含むが、他の実施形態は含まないことを伝達するために一般に使用される文脈内での意味で理解される。従って、このような条件付き言語は、一般に、特徴、要素および/またはステップが1つ以上の実施形態に必要とされる任意の方法であること、または1つ以上の実施形態が、これらの特徴、要素および/またはステップが任意の特定の実施形態に含まれるか、または実行されるかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを意味するという訳ではない。

語句「X、Y、Zの少なくとも1つ」のような選言的言語は、特に別段の記載がない限り、項目、用語等が X, Y, Z、のいずれか、又はそれらの任意の組み合わせであり得ることを示すために一般的に使用されている文脈で理解される(例: X、Y、Z)。従って、このような選言的言語は、一般的には、特定の実施形態がそれぞれ存在するXの少なくとも1つ、Yの少なくとも1つ、またはZの少なくとも1つ、の各々を必要とすることを意味するものではない。

本明細書中に記載されかつ/または添付の図面に示されたフロー図における任意のプロセス記述、要素またはブロックは、プロセスにおける特定の論理機能または要素を実装するための1つ以上の実行可能命令を含む、潜在的にモジュール、セグメント、またはコードの一部を表すものとして理解されるべきである。代替の実施形態は、本明細書中に記載された実施形態の範囲内に含まれ、ここでは、要素または機能は、当業者に理解されるように、関連する機能性に応じて、実質的に同時にまたは逆の順序で、図示または説明されたものから削除、順不同で実行され得る。

特に明示されていない限り、「一つ」のような数詞は、一般的に、1つ以上の記述された項目を含むと解釈されるべきである。従って、「〜するように設定された一つのデバイス」などの語句は、1つ以上の列挙されたデバイスを含むことを意図している。このような1つまたは複数の列挙されたデバイスは、記載された引用を実行するように集合的に構成することもできる。例えば、「以下のA、BおよびCを実行するように構成されたプロセッサ」は、Aを実行するように構成された第1のプロセッサと、BおよびCを実行するように構成された第2のプロセッサとを含むことができる。加えて、導入された実施例の具体的な数の列挙が明示的に列挙されたとしても、当業者は、このような列挙が典型的には少なくとも列挙された数(例えば、他の修飾語を用いない「2つの列挙と」の単なる列挙は、通常、少なくとも2つの列挙、または2つ以上の列挙を意味する)を意味すると解釈されるべきである。

一般に、本明細書中で使用される用語は、一般に、「非限定」用語(例えば、「〜を含む」という用語は「それだけでなく、少なくとも〜を含む」と解釈すべきであり、「〜を持つ」という用語は「少なくとも〜を持っている」と解釈すべきであり、「含む」という用語は「以下を含むが、これらに限定されない。」などと解釈すべきである。) を意図していると、当業者には判断される。

説明の目的のために、本明細書中で使用される「水平」という用語は、その方向に関係なく、説明されるシステムが使用される領域の床の平面または表面に平行な平面、または説明される方法が実施される平面として定義される。「床」という用語は、「地面」または「水面」という用語と置き換えることができる。「垂直/鉛直」という用語は、定義された水平線に垂直/鉛直な方向を指します。「上側」「下側」「下」「上」「側面」「より高く」「より低く」「上の方に」「〜を越えて」「下の」などの用語は水平面に対して定義されている。

本明細書中で使用される用語の「付着する」、「接続する」、「対になる」及び他の関連用語は、別段の注記がない限り、取り外し可能、移動可能、固定、調節可能、及び/または、取り外し可能な接続または連結を含むと解釈されるべきである。接続/連結は、直接接続及び/または説明した2つの構成要素間の中間構造を有する接続を含む。

特に明示されていない限り、本明細書中で使用される、「およそ」、「約」、および「実質的に」のような用語が先行する数は、列挙された数を含み、また、さらに所望の機能を実行するか、または所望の結果を達成する、記載された量に近い量を表す。例えば、「およそ」、「約」及び「実質的に」とは、特に明示されていない限り、記載された数値の10%未満の値をいう。本明細書中で使用されているように、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語が先行して開示されている実施形態の特徴は、さらに所望の機能を実行するか、またはその特徴について所望の結果を達成するいくつかの可変性を有する特徴を表す。

上述した実施形態には、多くの変形例および修正例を加えることができ、それらの要素は、他の許容可能な例の中にあるものとして理解されるべきである。そのような全ての修正および変形は、本開示の範囲内に含まれることを意図し、以下の特許請求の範囲によって保護される。

Claims (11)

1. 水中に送信波を送波し、反射波を受波する送受波器と、
   前記反射波のデータから、物標を示すエコー信号を抽出する物標エコー信号抽出部と、
   前記エコー信号に含まれる複数のピークそれぞれを検出するピーク検出部と、
   前記反射波に基づいて、前記複数のピークそれぞれの到来方向を算出するピーク到来方向算出部と、
   前記複数のピークのうち、所定閾値よりも到来方向の差が小さい第１ピークと前記第１ピークと異なる第２ピークが現れるタイミングの時間差を算出する時間差算出部と、
   前記時間差に基づいて、物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出する物標計測部と、
   を備えることを特徴とする物標計測装置。
2. 請求項１に記載の物標計測装置であって、
   前記時間差算出部は、前記エコー信号に含まれる前記複数のピークのうち、エコー強度が最大である最大ピークを検出し、前記最大ピークとしての前記第１ピークが現れる時間と、前記第２ピークが現れる時間と、の前記時間差を算出することを特徴とする物標計測装置。
3. 請求項１又は２に記載の物標計測装置であって、
   前記時間差算出部は、複数の前記エコー信号に対して算出された前記時間差に基づくヒストグラムを生成し、
   前記物標計測部は、前記ヒストグラムに基づいて、前記物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出することを特徴とする物標計測装置。
4. 請求項３に記載の物標計測装置であって、
   前記ヒストグラムは、前記時間差の階級と、度数と、の関係を示すヒストグラムであり、
   前記物標計測部は、前記第１ピークのタイミングよりも早く現れた前記第２ピークだけの前記ヒストグラムの分布、又は、前記第１ピークのタイミングよりも遅 く現れた前記第２ピークだけの前記ヒストグラムの分布に基づいて、前記物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出することを特徴とする物標計測装 置。
5. 請求項３又は４に記載の物標計測装置であって、
   前記物標計測部は、前記ヒストグラムに現れるモードに対応する時間差に基づいて、前記物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出することを特徴とする物標計測装置。
6. 請求項３又は４に記載の物標計測装置であって、
   前記物標計測部は、前記ヒストグラムに現れるエッジに対応する時間差に基づいて、前記物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出することを特徴とする物標計測装置。
7. 請求項１から６までの何れか一項に記載の物標計測装置であって、
   前記送受波器は、前記反射波を受波する受信チャンネルを４つ以上有しており、
   前記ピーク到来方向算出部は、それぞれの前記受信チャンネルが前記反射波を受波するタイミングの差に基づいて、前記到来方向を算出することを特徴とする物標計測装置。
8. 請求項１から６までの何れか一項に記載の物標計測装置であって、
   前記送受波器は、前記反射波を受波する受信チャンネルを２つ有しており、
   前記ピーク到来方向算出部は、それぞれの前記受信チャンネルが受波する前記反射波の強度の差に基づいて、前記到来方向を算出することを特徴とする物標計測装置。
9. 請求項１から８までの何れか一項に記載の物標計測装置であって、
   前記物標は、養殖場で飼育される魚であることを特徴とする物標計測装置。
10. 請求項９に記載の物標計測装置であって、
    前記物標計測部は、魚体高、魚体長、魚体幅、及び、魚体重のうち少なくとも１つに関する前記データを算出することを特徴とする物標計測装置。
11. 水中に送信波を送波し、
    反射波を受波し、
    前記反射波のデータから、物標を示すエコー信号を抽出し、
    前記エコー信号に含まれる複数のピークそれぞれを検出し、
    前記反射波に基づいて、前記複数のピークそれぞれの到来方向を算出し、
    前記複数のピークのうち、所定閾値よりも到来方向の差が小さい第１ピークと前記第１ピークと異なる第２ピークが現れるタイミングの時間差を算出し、
    前記時間差に基づいて、物標の大きさ及び／又は重さに関するデータを算出することを特徴とする物標計測方法。

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