標的像追尾装置、標的像追尾方法、および標的像追尾プログラム
【課題】標的像の認識率を向上させるとともに、標的追尾のための計算処理量が必要以上に増大することを防ぎ、標的追尾の成功率を向上させた標的像追尾装置を提供する。
【解決手段】標的像追尾装置が、探信波を送受信する送受波部３と、送受波部３が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部４と、前記画像フレームデータを表示する表示部９と、標的像の抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定する抽出領域設定部６と、前記抽出領域の前記標的像から最尤の標的像を抽出する標的像抽出部７と、前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、抽出領域設定部６に通知する標的像位置算出部８と、を備える。
【解決手段】標的像追尾装置が、探信波を送受信する送受波部３と、送受波部３が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部４と、前記画像フレームデータを表示する表示部９と、標的像の抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定する抽出領域設定部６と、前記抽出領域の前記標的像から最尤の標的像を抽出する標的像抽出部７と、前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、抽出領域設定部６に通知する標的像位置算出部８と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、スキャニングソナー、魚群探知機、レーダ装置に適用される、標的像追尾装置、標的像追尾方法、および標的像追尾プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
漁場で操業する際、魚群の位置、移動方向、速度を正確に捉えることは漁獲量を左右する重要な要素であるため、魚群を捉えた標的像を自動追尾するソナーにおいては、より正確に魚群を追尾することが求められている。この要求に応えるため、超音波を用いた探査において、送波ビームと受波ビームの俯角を制御することができる魚群追尾スキャニングソナーが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、探査タイミングでの周囲３６０度の水平断面画像フレーム（以下、画像フレームデータと称する）に含まれる標的像をソナーが自動追尾する際、画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出するための計算処理を行う対象である領域（以下、抽出領域と称する）の寸法を、自船と魚群との相対距離に比例して変化させることで、計算処理量を変化させながら標的を追尾するソナーが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、レーダ装置による船舶や航空機等の自動追尾においては、抽出領域内にある複数の標的の中から、追尾対象とする標的の運動を推定して、追尾対象とする標的の次回の探査における位置を予測することで、抽出領域の位置と寸法とを変化させるレーダ装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３２７８５５号公報
【特許文献２】特許第４１０６１２４号公報
【特許文献３】特許第３８４８８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら航空機や船舶等は、機体や船体の寸法、形状等がある程度決まっているのに対し、魚群は寸法や形状等が決まっておらず、またソナーは３次元的に分布している魚群を音波により２次元断面として捕捉するため、魚群を捉えた標的像の寸法と形状は、送波ビームと受波ビームによる探査（以下、探査と称する）を行う毎に変化する。このため標的像の寸法と形状等から標的の位置を算出し、その算出された位置から標的の運動を予測しようとする場合、魚群追尾スキャニングソナーの従来の位置予測方法では魚群の位置検出精度が低いという問題があった。
【０００７】
また、俊敏で複雑な魚群の運動は、ソナーの数秒間隔の探査ではサンプリング間隔が長いため、魚群の正確な位置や運動を捉えることが困難であり、このことが魚群の追尾精度の悪化と、抽出領域が必要以上に大きくなることによる計算処理量の増大と、を招く原因となっていた。
【０００８】
本発明は前記の諸点に鑑みてなされたものであり、俊敏で複雑な運動を行う標的を捉えた標的像の認識率を向上させるとともに、標的追尾のための計算処理量が必要以上に増大することを防ぎながら、標的追尾の成功率を向上させた標的像追尾装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、標的に当てる探信波を周期的に送信し、その反射波を受信する送受波部と、前記送受波部が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部と、前記画像フレームデータを表示する表示部と、前記画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出する対象である抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定する抽出領域設定部と、前記抽出領域に含まれる単数あるいは複数の前記標的像から最尤の標的像を抽出する標的像抽出部と、前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、前記抽出領域設定部に通知する標的像位置算出部と、を備えることを特徴とする標的像追尾装置である。
【００１０】
また本発明は、前記標的である魚群の魚種を指示する入力を受け付ける第１の入力部を備え、前記抽出領域設定部は、前記第１の入力部から入力される魚種に応じた前記標的の最大速度と、前記標的に当てる探信波の受信周期と、に基づいて前記抽出領域の寸法を設定する、ことを特徴とする標的像追尾装置である。
【００１１】
また本発明は、前記標的像抽出部は、前記標的像の少なくとも一部が前記標的像領域外に出ているか否かを判定し、前記抽出領域設定部は、前記標的像の少なくとも一部が前記抽出領域外に出ている場合、前記標的像が前記抽出領域に含まれるよう、前記標的像の重心から前記標的像の部分に向かう方向に前記抽出領域を拡大する、ことを特徴とする標的像追尾装置である。
【００１２】
また本発明は、抽出領域を指定するデータである抽出領域データの入力を受け付ける第２の入力部を備え、前記抽出領域設定部は、前記第２の入力部から入力される抽出領域データに従って、前記抽出領域を設定することを特徴とする標的像追尾装置である。
【００１３】
また本発明は、前記抽出領域設定部は、前記標的像が前記抽出領域に含まれるか否かを判定し、前記抽出領域設定部は、前記標的像が前記抽出領域に含まれない場合、所定の寸法、あるいは所定の回数まで前記抽出領域を拡大することを特徴とする標的像追尾装置である。
【００１４】
また本発明は、前記抽出領域設定部は、前記標的像の重心から、前記送受波部からの距離が長くなる方向と、前記送受波部からの距離が短くなる方向と、前記送受波部に対して時計周りの水平周囲方向と、前記送受波部に対して反時計周りの水平周囲方向と、に前記抽出領域を所定の寸法まで拡大することを特徴とする標的像追尾装置である。
【００１５】
また本発明は、標的に当てる探信波を周期的に送信し、その反射波を受信する送受波部と、前記送受波部が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部と、前記画像フレームデータを表示する表示部と、を備える標的像追尾装置における処理方法であって、抽出領域設定部が、前記画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出する対象である抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定するステップと、標的像抽出部が、前記抽出領域に含まれる単数あるいは複数の前記標的像から最尤の標的像を抽出するステップと、標的像位置算出部が、前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、前記抽出領域設定部に通知するステップと、を含むことを特徴とする標的像追尾方法である。
【００１６】
また本発明は、標的に当てる探信波を周期的に送信し、その反射波を受信する送受波部と、前記送受波部が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部と、前記画像フレームデータを表示する表示部と、を備える標的像追尾装置のコンピュータに、前記画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出する対象である抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定する手順と、前記抽出領域に含まれる単数あるいは複数の前記標的像から最尤の標的像を抽出する手順と、前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、前記抽出領域設定部に通知する手順と、を実行させるための標的像追尾プログラムである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、標的像追尾装置が、俊敏で複雑な運動を行う標的を捉えた標的像を最適な寸法の抽出領域に捉えることで、標的像以外のノイズ像を可能な限り抽出領域から排除することができるので、標的像の認識率が向上することにより、標的追尾の成功率を向上させることができる。また抽出領域の寸法を最適に保つことで、標的追尾のための計算処理量が必要以上に増大することを防ぎながら、標的追尾の成功率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の一形態によるスキャニングソナーのブロック図である。
【図２】探査に用いる諸元と、探査結果を海面に投射された表示に変換した表示画面と、を示す図である。
【図３】標的像１０と自船１１との相対位置の表示更新順を示す図である。
【図４】本実施の一形態によるスキャニングソナーの動作を示すフローチャートである。
【図５】指定位置４１が中心となる位置に抽出領域２１が設定された図である。
【図６】拡大ベクトルにより抽出領域２０が設定された図である。
【図７】拡大ベクトルにより抽出領域２８が設定された図である。
【図８】標的像１０の重心２３の位置を基準に、抽出領域５０が設定された図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の一形態によるスキャニングソナーのブロック図である。図２は、探査に用いる諸元と、探査結果を海面に投射された表示に変換した表示画面と、を示す図である。ここで、探査に用いる諸元は、探査を行う所定の俯角θと、Ｒで示される自船１１からの距離（以下、レンジと称する）、自船１１の水平周囲方向φと、を含む。図１においてスキャニングソナーは、操作部１と、制御部２と、送受波部３と、フレームデータ変換部４と、自位置検出部５と、抽出領域設定部６と、標的像抽出部７と、標的像位置算出部８と、表示部９と、を備える。
【００２０】
送受波部３は、自船１１の船底に取り付けられており、制御部２からの制御により、所定の周期毎に所定の俯角で周囲（図２のφ方向）３６０度へ探信波として音波を送波し、標的等からの反射波を受波する際、図２に示す指向角の鋭いペンシル形状の受波ビーム１３は、所定の俯角θとレンジＲで形成され、受波ビーム１３を俯角θでφ方向に回転させ探査する。送受波部３は、受波ビーム１３の軌跡である円錐体表面に沿った傘型の水平断面に存在する魚群１２などの標的からの反射波の強度信号（以下、エコー信号と称する）を受波し、必要に応じてゲイン補正等を施し、レンジ（自船１１からの距離）毎の探査データをフレームデータ変換部４に出力する。すなわち探査データは、必要に応じて送受波部３がエコー信号にゲイン補正等を施したデータである。また送受波部３は、探査に用いた諸元として受波ビーム１３の、俯角θと、レンジＲと、自船１１の水平周囲方向φと、を含んだデータを制御部２に出力する。
【００２１】
フレームデータ変換部４は、送受波部３から入力されたレンジ毎の探査データをＡ／Ｄ変換し、画像フレームデータに変換する。すなわち画像フレームデータは、フレームデータ変換部４がレンジ毎の探査データをＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換後のデータをレンジ毎に内部メモリ等（不図示）に集積して、必要に応じて例えば雑音除去のためのフィルタ処理を施したデータである。ここで画像フレームデータは、図２、図３の画面において、自船１１の位置と船首方向とを表示したマーク３５から外側に向かう順に表示が更新されるものとする。表示の更新については、図３を用いて後述する。なお、画像フレームデータの表現はＲ−φ空間形式に限らなくてもよく、円錐体表面に沿った傘型を表現する任意の空間表現形式を用いて良い。
【００２２】
図２に示すように、俯角θの傘型の水平断面の位置に魚群１２が存在している場合は、音波により２次元断面として捕捉した魚群１２の映像である標的像１０が画像フレームデータに得られ、その標的像１０が含まれた画像フレームデータは、フレームデータ変換部４から表示部９に出力されることで、図２の上図のように表示部９に表示される。また画像フレームデータは、フレームデータ変換部４から標的像抽出部７にも出力される。
【００２３】
操作部１は、画像フレームデータに含まれる追尾対象である標的像１０を囲む領域（以下、抽出領域と称する）を指定する領域指定データの入力を受け付ける。この領域指定データには、抽出領域としてユーザが指定した位置（以下、指定位置と称する）を示す座標データが含まれる。
【００２４】
この領域指定データは、例えばその指定位置が点として、あるいは矩形状の枠として、表示部９に表示されてもよい。ここで領域指定データは、抽出領域としてユーザが任意の１点を指定したデータであっても良いし、抽出領域としてユーザが２点以上を指定した寸法（以下、指定寸法と称する）を示すデータであってもよい。
【００２５】
また、操作部１は、魚群１２の魚種を特定する魚種データ（以下、魚種データと称する）の入力を受け付ける。操作部１は、領域指定データと魚種データを制御部２に出力する。この操作部１は、例えば、トラックボール、スティックレバー、マウス、タッチパネル等である。
【００２６】
制御部２は、入力された領域指定データと魚種データを抽出領域設定部６に出力する。なお制御部２は、操作部１から領域指定データが入力されると、標的像１０の追尾処理を開始し、操作部１から追尾終了の指示が入力されると、追尾処理を終了する。
【００２７】
ここで、抽出領域の寸法の初期値は、魚種データに対応付けられ、抽出領域設定部６が予め記憶している。あるいはユーザが操作部１と制御部２を介して抽出領域設定部６に記憶させることができるものとする。すなわち、次回の探査までに魚群１２が移動することを考慮し、次回の探査で抽出領域に標的像を捉えることができるよう抽出領域の寸法は、魚種データを考慮して標的像１０の最大速度に基づいて決める必要がある。
【００２８】
そこで、ユーザが操作部１を用いて魚種データを入力すると、操作部１から制御部２を経由して抽出領域設定部６に魚種データが入力される。抽出領域設定部６は、魚種データに対応付けた抽出領域の寸法の初期値を、記憶された領域から読み出して選択する。また、抽出領域設定部６は、抽出領域の所定の最大寸法と、抽出領域を拡大する回数についての所定の限度回数と、抽出領域の現在の寸法と、抽出領域を現在までに拡大した回数と、を記憶している。
【００２９】
抽出領域設定部６は、標的像１０の位置、形状、寸法に応じて、抽出領域を設定する。また、標的像１０を含んだ標的候補像が抽出領域に含まれなくなった場合や、標的候補像が抽出領域からはみ出している場合も、抽出領域を再設定する。抽出領域の具体的な設定手順については後述する。なお、標的候補像は複数の像を含むとしてもよいが、少なくとも標的像１０を含むものとする。
【００３０】
標的像抽出部７は、フレームデータ変換部４から取得した、標的候補像が含まれる画像フレームデータと、抽出領域設定部６が設定した抽出領域と、から追尾対象とする標的像１０を、抽出領域にある標的候補像のうち最も尤度の大きい標的像として抽出し、標的像位置算出部８に通知する。すなわち、抽出領域に複数の標的候補像が含まれる場合には、例えば標的候補像のうち最も尤度（例えば、標的像の面積等）の大きい標的像を追尾対象とする。また標的候補像が抽出領域に含まれない場合は、標的候補像が抽出領域に含まれなくなったことを抽出領域設定部６に通知する。
【００３１】
自位置検出部５は、例えばジャイロ装置や、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などの衛星航法装置により構成され、自船１１の絶対位置及び進行方向を含む自船情報を、標的像位置算出部８に出力する。
【００３２】
標的像位置算出部８は、標的像抽出部７から通知された標的像１０に基づいて、自船１１に対する標的像１０の相対位置を検出して表示部９に出力する。また標的像位置算出部８は、この相対位置と、自位置検出部５から通知された自船情報に含まれる自船１１の絶対位置及び進行方向に基づいて、魚群１２の絶対位置を算出し、抽出領域設定部６に出力する。さらに抽出領域設定部６は、標的像位置算出部８から入力された魚群１２の絶対位置を記憶する。さらに表示部９は、自船１１に対する標的像１０の相対位置を表示する（図２の上図）。
【００３３】
図３は、標的像１０と自船１１との相対位置の表示更新順を示す図である。この図３は、図２の上図に相当する。前述のように画像フレームデータは、自船１１の位置と船首方向とを表示したマーク３５から外側に向かう順に表示が更新される。すなわち、図３（Ａ）では、前回の探査結果による画像フレームデータ３０がまだ表示されている場合を示しており、画像フレームデータ３０に前回探査された標的像１０が表示された場合を図示している。
【００３４】
次に、ソナーが今回の探査を実行し、その探査結果である画像フレームデータ３４が途中まで表示された場合を、図３（Ｂ）に示す。図３（Ｂ）では、前回の探査で位置が表示された標的像１０の一部が表示されなくなっているが、これは前回の探査の画像フレームデータ表示から今回の探査画像フレームデータ表示までの時間に、標的像１０が移動したことを示している。図３（Ｃ）は、今回の探査結果による画像フレームデータ３４がすべて表示された場合を示す。この図において、標的像１０が移動した結果、今回の探査により新たな位置に捕捉された図３（Ｃ）の標的像１０の位置は、図３（Ｂ）の標的像１０とは異なる位置に示されている。
【００３５】
図４は、本実施の一形態によるスキャニングソナーの動作を示すフローチャートである。ユーザが操作部１を用いて、領域指定データと魚種データを入力する。操作部１は、入力された領域指定データと魚種データを制御部２に出力し、制御部２は領域指定データと魚種データを抽出領域設定部６に転送する（ステップＳ１）。抽出領域設定部６は領域指定データと魚種データを基に、図５に示すＲ−φ空間において、指定位置４１が中心となる位置に、標的像１０を抽出するための計算処理を行う対象である領域として抽出領域２１を設定する（ステップＳ２）。
【００３６】
ステップＳ１において、画像フレームデータの表示途中でユーザが領域指定データを入力した場合は（ステップＳ３）、例えば図３と図６を用いて説明すれば、図３（Ｃ）画像フレームデータ３４に対して１フレーム分遅い図３（Ｂ）画像フレームデータ３０の標的像１０を指定し、領域指定データを入力したことになるので、画像フレームデータ表示の更新が図３（Ｃ）のように完了した場合に、画像フレームデータ３４の標的像１０が抽出領域２０に含まれるよう、標的像１０の最大速度を考慮して、抽出領域２１を抽出領域２０に拡大する。
【００３７】
この場合、画像フレームデータ３０の標的像１０の移動方向は、画像フレームデータ３４が表示途中であるために不明である。このため、抽出領域設定部６は抽出領域２１を特定方向のみに拡大せず、図６に示すＲ−φ空間において、抽出領域２１の各辺をＲ軸に平行する拡大ベクトル２５と拡大ベクトル２６、φ軸に平行する拡大ベクトル２７と拡大ベクトル２４、の４本のベクトル方向により抽出領域２０となるよう拡大する（ステップＳ１６）。なお、抽出領域は図５から図８に示すような長方形に限られず、例えば円形、多角形、扇形などとしてもよい。
【００３８】
抽出領域２１を抽出領域２０に拡大した結果、標的像１０以外の像であるノイズ像４０が抽出領域２０に含まれてしまう場合があるが、標的像抽出部７は、標的像１０の面積とノイズ像４０の面積を比較し、面積が最大（エコー信号の強度が最大）である標的像１０に対応する魚群１２を最尤の標的とする。
【００３９】
拡大ベクトル２５から拡大ベクトル２７は、図６に示すように、延長すると標的像１０の重心２３を通るように設定してもよい。また、標的追尾のための計算処理量を少なく保ち、さらにノイズ像を可能な限り抽出領域に含めないよう、拡大ベクトル２５から拡大ベクトル２７の寸法は必要以上に長くないことが望ましいので、各拡大ベクトルの寸法は、魚種データに対応させた最大速度と、探査時間間隔あるいは画像フレームデータの表示更新時間間隔と、を掛け合わせた値に基づいて定めても良い。このような拡大ベクトルを用いて抽出領域設定部６が抽出領域２１を拡大すれば、ノイズ像をなるべく抽出領域２０に含めないようにできるので、最尤である標的像１０の識別率を向上させることができる。
【００４０】
次に制御部２は、ユーザが操作部１を操作して制御部２に標的像の追尾終了を通知したか否か、を判断する（ステップＳ４）。制御部２に追尾終了が通知されていない場合、ソナーが標的追尾を続けるため、制御部２は送受波部３によって探査を行い、送受波部３は探査データをフレームデータ変換部４に出力する。またフレームデータ変換部４は探査データから画像フレームデータを作成する（ステップＳ５）。フレームデータ変換部４は、表示部９に画像フレームデータを出力する。また表示部９は、画像フレームデータの表示を更新する。さらに、フレームデータ変換部４は、画像フレームデータを標的像抽出部７に出力する。
【００４１】
標的像抽出部７は、抽出領域設定部６から取得した抽出領域２０の寸法と位置データと、フレームデータ変換部４から取得した画像フレームデータとから、図６に示す標的像１０とノイズ像４０を標的候補像にする（ステップＳ６）。次に標的像抽出部７は、標的候補像が抽出領域２０からはみ出しているか否かを判定する（ステップＳ７）。
【００４２】
図７に示すように、標的候補像が抽出領域２０からはみ出している場合、標的像抽出部７は、標的候補像の斜線部分が抽出領域２０からはみ出していることを、抽出領域設定部６に通知する。この通知を受けると、抽出領域設定部６は、抽出領域の寸法が所定の最大寸法未満か否かを判定する(ステップＳ８)。
【００４３】
抽出領域２０が所定の最大寸法未満である場合は、抽出領域設定部６は、抽出領域２０を拡大することができる。図７に示す例では、標的像１０の斜線部分が抽出領域２０からはみ出しているので、抽出領域２８に標的像１０が含まれるよう、抽出領域設定部６は拡大ベクトル４３により抽出領域２０を１方向にのみ拡大し、あるいは抽出領域２８が所定の寸法になるまで抽出領域２０を拡大して（ステップＳ９）、ステップＳ６に戻る。この場合、抽出領域設定部６は、充分に寸法が短い拡大ベクトルを用いて、抽出領域２０が抽出領域２８になるまで繰り返し拡大する、としてもよい。
【００４４】
標的像抽出部７は、抽出領域２８に標的候補像が存在するか否かを判定する(ステップＳ１０)。抽出領域２８に標的候補像が存在しない場合、標的像抽出部７は、標的候補像が抽出領域に含まれていないことを抽出領域設定部６に通知する。
【００４５】
抽出領域設定部６は、標的候補像が抽出領域２８に含まれていないことを通知されると、抽出領域２８の寸法が所定の最大寸法未満で、かつ、抽出領域の拡大回数が所定の限度回数未満であるか否か、を判定する（ステップＳ１４）。この抽出領域２８の寸法が所定の最大寸法未満で、かつ、抽出領域の拡大回数が所定の限度回数未満である場合は、抽出領域設定部６は、ステップＳ１６と同様に抽出領域を例えば４本のベクトル方向に拡大して（ステップＳ１５）、ステップＳ４に戻る。ステップＳ１４の判断において、抽出領域２８の寸法が所定の寸法に達している、若しくは抽出領域の拡大回数が所定の回数に達している場合は、そのままステップＳ４に戻る。
【００４６】
ステップＳ１０の判断において、抽出領域２８に標的候補像が存在する場合、標的像抽出部７は、前述の手順により抽出領域２８の最尤の標的である標的像１０を、追尾対象の標的として選択し、抽出領域設定部６に標的像１０の形状と、重心２３の位置を通知する（ステップＳ１１）。
【００４７】
次に標的像位置算出部８は、自船１１に対する標的像１０の相対位置と、自位置検出部５から通知された自船情報に含まれる自船１１の絶対位置及び進行方向に基づいて、魚群１２の絶対位置を算出し、抽出領域設定部６に出力する（ステップＳ１２）。
【００４８】
抽出領域設定部６は、今回探査における標的像１０の位置を基準に、次回探査における抽出領域５０を設定する（ステップＳ１３）。図８を用いて抽出領域５０の設定手順を説明する。ここで魚群１２の映像である標的像１０の位置は、例えば緯度、経度などで示される絶対位置によって示され、抽出領域設定部６はこの絶対位置を基準にして抽出領域５０を設定するものとする。魚群１２の映像である標的像１０の位置に絶対位置を用いれば、自船１１の移動分に関わらず、魚群１２の運動のみを想定して抽出領域の寸法を制限できるためである。
【００４９】
図８において、抽出領域５１は標的像１０が内接するよう抽出領域設定部６によって設定されている。すなわち抽出領域５１は、標的像１０を完全に含むことができる最小寸法の領域である。また、拡大ベクトル５２から拡大ベクトル５５は、延長すると標的像１０の重心２３を通る。さらに各拡大ベクトルの寸法は、魚種データに対応させた最大速度と、探査時間間隔あるいは画像フレームデータの更新時間間隔と、を掛け合わせた値に基づいて定められている。抽出領域設定部６は、拡大ベクトル５２から拡大ベクトル５５を用いて抽出領域５１を抽出領域５０に拡大する（ステップＳ１３）。
【００５０】
このように、最小寸法の領域である抽出領域５１を、前述のように定められた拡大ベクトルを用いて抽出領域５０に拡大し設定すれば、次回の探査までに魚群１２が移動しても、次回の探査においても抽出領域５０に標的像１０を捕捉することが期待でき、必要以上の寸法に拡大されていない抽出領域５０は、抽出領域５０に含まれるノイズ像を最少にするので、抽出領域５０における最尤の標的である標的像１０の認識率を向上させるとともに、標的追尾のための計算処理量が必要以上に増大することを防ぐことができる。
【００５１】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、レーダ装置に適用される場合は、レーダ装置は音波の代わりに電磁波を用いて探査し、抽出領域の拡大処理等を行えばよい。
【００５２】
また、本発明に記載の送受波部は、送受波部３に対応し、フレームデータ変換部は、フレームデータ変換部４に対応し、表示部は、表示部９に対応し、抽出領域設定部は、抽出領域設定部６に対応し、標的像抽出部は、標的像抽出部７に対応し、標的像位置算出部は、標的像位置算出部８に対応する。
【００５３】
また、図４に示す各ステップを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、通信端末の実行処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
【００５４】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【００５５】
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、例えば、スキャニングソナー、魚群探知機、レーダ装置に適用される、標的像追尾装置、標的像追尾方法、および標的像追尾プログラムに好適である。
【符号の説明】
【００５７】
１…操作部 ２…制御部 ３…送受波部 ４…フレームデータ変換部 ５…自位置検出部 ６…抽出領域設定部 ７…標的像抽出部 ８…標的像位置算出部 ９…表示部 １０…標的像 １１…自船 １２…魚群 １３…受波ビーム ２０…抽出領域 ２１…抽出領域 ２３…重心 ２４…拡大ベクトル ２５…拡大ベクトル ２６…拡大ベクトル ２７…拡大ベクトル ２８…抽出領域 ３０…画像フレームデータ ３４…画像フレームデータ ３５…マーク ４０…ノイズ像 ４１…指定位置 ４２…ノイズ像 ５０…抽出領域 ５１…抽出領域 ５２…拡大ベクトル ５３…拡大ベクトル ５４…拡大ベクトル ５５…拡大ベクトル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、スキャニングソナー、魚群探知機、レーダ装置に適用される、標的像追尾装置、標的像追尾方法、および標的像追尾プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
漁場で操業する際、魚群の位置、移動方向、速度を正確に捉えることは漁獲量を左右する重要な要素であるため、魚群を捉えた標的像を自動追尾するソナーにおいては、より正確に魚群を追尾することが求められている。この要求に応えるため、超音波を用いた探査において、送波ビームと受波ビームの俯角を制御することができる魚群追尾スキャニングソナーが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、探査タイミングでの周囲３６０度の水平断面画像フレーム（以下、画像フレームデータと称する）に含まれる標的像をソナーが自動追尾する際、画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出するための計算処理を行う対象である領域（以下、抽出領域と称する）の寸法を、自船と魚群との相対距離に比例して変化させることで、計算処理量を変化させながら標的を追尾するソナーが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、レーダ装置による船舶や航空機等の自動追尾においては、抽出領域内にある複数の標的の中から、追尾対象とする標的の運動を推定して、追尾対象とする標的の次回の探査における位置を予測することで、抽出領域の位置と寸法とを変化させるレーダ装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３２７８５５号公報
【特許文献２】特許第４１０６１２４号公報
【特許文献３】特許第３８４８８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら航空機や船舶等は、機体や船体の寸法、形状等がある程度決まっているのに対し、魚群は寸法や形状等が決まっておらず、またソナーは３次元的に分布している魚群を音波により２次元断面として捕捉するため、魚群を捉えた標的像の寸法と形状は、送波ビームと受波ビームによる探査（以下、探査と称する）を行う毎に変化する。このため標的像の寸法と形状等から標的の位置を算出し、その算出された位置から標的の運動を予測しようとする場合、魚群追尾スキャニングソナーの従来の位置予測方法では魚群の位置検出精度が低いという問題があった。
【０００７】
また、俊敏で複雑な魚群の運動は、ソナーの数秒間隔の探査ではサンプリング間隔が長いため、魚群の正確な位置や運動を捉えることが困難であり、このことが魚群の追尾精度の悪化と、抽出領域が必要以上に大きくなることによる計算処理量の増大と、を招く原因となっていた。
【０００８】
本発明は前記の諸点に鑑みてなされたものであり、俊敏で複雑な運動を行う標的を捉えた標的像の認識率を向上させるとともに、標的追尾のための計算処理量が必要以上に増大することを防ぎながら、標的追尾の成功率を向上させた標的像追尾装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、標的に当てる探信波を周期的に送信し、その反射波を受信する送受波部と、前記送受波部が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部と、前記画像フレームデータを表示する表示部と、前記画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出する対象である抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定する抽出領域設定部と、前記抽出領域に含まれる単数あるいは複数の前記標的像から最尤の標的像を抽出する標的像抽出部と、前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、前記抽出領域設定部に通知する標的像位置算出部と、を備えることを特徴とする標的像追尾装置である。
【００１０】
また本発明は、前記標的である魚群の魚種を指示する入力を受け付ける第１の入力部を備え、前記抽出領域設定部は、前記第１の入力部から入力される魚種に応じた前記標的の最大速度と、前記標的に当てる探信波の受信周期と、に基づいて前記抽出領域の寸法を設定する、ことを特徴とする標的像追尾装置である。
【００１１】
また本発明は、前記標的像抽出部は、前記標的像の少なくとも一部が前記標的像領域外に出ているか否かを判定し、前記抽出領域設定部は、前記標的像の少なくとも一部が前記抽出領域外に出ている場合、前記標的像が前記抽出領域に含まれるよう、前記標的像の重心から前記標的像の部分に向かう方向に前記抽出領域を拡大する、ことを特徴とする標的像追尾装置である。
【００１２】
また本発明は、抽出領域を指定するデータである抽出領域データの入力を受け付ける第２の入力部を備え、前記抽出領域設定部は、前記第２の入力部から入力される抽出領域データに従って、前記抽出領域を設定することを特徴とする標的像追尾装置である。
【００１３】
また本発明は、前記抽出領域設定部は、前記標的像が前記抽出領域に含まれるか否かを判定し、前記抽出領域設定部は、前記標的像が前記抽出領域に含まれない場合、所定の寸法、あるいは所定の回数まで前記抽出領域を拡大することを特徴とする標的像追尾装置である。
【００１４】
また本発明は、前記抽出領域設定部は、前記標的像の重心から、前記送受波部からの距離が長くなる方向と、前記送受波部からの距離が短くなる方向と、前記送受波部に対して時計周りの水平周囲方向と、前記送受波部に対して反時計周りの水平周囲方向と、に前記抽出領域を所定の寸法まで拡大することを特徴とする標的像追尾装置である。
【００１５】
また本発明は、標的に当てる探信波を周期的に送信し、その反射波を受信する送受波部と、前記送受波部が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部と、前記画像フレームデータを表示する表示部と、を備える標的像追尾装置における処理方法であって、抽出領域設定部が、前記画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出する対象である抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定するステップと、標的像抽出部が、前記抽出領域に含まれる単数あるいは複数の前記標的像から最尤の標的像を抽出するステップと、標的像位置算出部が、前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、前記抽出領域設定部に通知するステップと、を含むことを特徴とする標的像追尾方法である。
【００１６】
また本発明は、標的に当てる探信波を周期的に送信し、その反射波を受信する送受波部と、前記送受波部が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部と、前記画像フレームデータを表示する表示部と、を備える標的像追尾装置のコンピュータに、前記画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出する対象である抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定する手順と、前記抽出領域に含まれる単数あるいは複数の前記標的像から最尤の標的像を抽出する手順と、前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、前記抽出領域設定部に通知する手順と、を実行させるための標的像追尾プログラムである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、標的像追尾装置が、俊敏で複雑な運動を行う標的を捉えた標的像を最適な寸法の抽出領域に捉えることで、標的像以外のノイズ像を可能な限り抽出領域から排除することができるので、標的像の認識率が向上することにより、標的追尾の成功率を向上させることができる。また抽出領域の寸法を最適に保つことで、標的追尾のための計算処理量が必要以上に増大することを防ぎながら、標的追尾の成功率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の一形態によるスキャニングソナーのブロック図である。
【図２】探査に用いる諸元と、探査結果を海面に投射された表示に変換した表示画面と、を示す図である。
【図３】標的像１０と自船１１との相対位置の表示更新順を示す図である。
【図４】本実施の一形態によるスキャニングソナーの動作を示すフローチャートである。
【図５】指定位置４１が中心となる位置に抽出領域２１が設定された図である。
【図６】拡大ベクトルにより抽出領域２０が設定された図である。
【図７】拡大ベクトルにより抽出領域２８が設定された図である。
【図８】標的像１０の重心２３の位置を基準に、抽出領域５０が設定された図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の一形態によるスキャニングソナーのブロック図である。図２は、探査に用いる諸元と、探査結果を海面に投射された表示に変換した表示画面と、を示す図である。ここで、探査に用いる諸元は、探査を行う所定の俯角θと、Ｒで示される自船１１からの距離（以下、レンジと称する）、自船１１の水平周囲方向φと、を含む。図１においてスキャニングソナーは、操作部１と、制御部２と、送受波部３と、フレームデータ変換部４と、自位置検出部５と、抽出領域設定部６と、標的像抽出部７と、標的像位置算出部８と、表示部９と、を備える。
【００２０】
送受波部３は、自船１１の船底に取り付けられており、制御部２からの制御により、所定の周期毎に所定の俯角で周囲（図２のφ方向）３６０度へ探信波として音波を送波し、標的等からの反射波を受波する際、図２に示す指向角の鋭いペンシル形状の受波ビーム１３は、所定の俯角θとレンジＲで形成され、受波ビーム１３を俯角θでφ方向に回転させ探査する。送受波部３は、受波ビーム１３の軌跡である円錐体表面に沿った傘型の水平断面に存在する魚群１２などの標的からの反射波の強度信号（以下、エコー信号と称する）を受波し、必要に応じてゲイン補正等を施し、レンジ（自船１１からの距離）毎の探査データをフレームデータ変換部４に出力する。すなわち探査データは、必要に応じて送受波部３がエコー信号にゲイン補正等を施したデータである。また送受波部３は、探査に用いた諸元として受波ビーム１３の、俯角θと、レンジＲと、自船１１の水平周囲方向φと、を含んだデータを制御部２に出力する。
【００２１】
フレームデータ変換部４は、送受波部３から入力されたレンジ毎の探査データをＡ／Ｄ変換し、画像フレームデータに変換する。すなわち画像フレームデータは、フレームデータ変換部４がレンジ毎の探査データをＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換後のデータをレンジ毎に内部メモリ等（不図示）に集積して、必要に応じて例えば雑音除去のためのフィルタ処理を施したデータである。ここで画像フレームデータは、図２、図３の画面において、自船１１の位置と船首方向とを表示したマーク３５から外側に向かう順に表示が更新されるものとする。表示の更新については、図３を用いて後述する。なお、画像フレームデータの表現はＲ−φ空間形式に限らなくてもよく、円錐体表面に沿った傘型を表現する任意の空間表現形式を用いて良い。
【００２２】
図２に示すように、俯角θの傘型の水平断面の位置に魚群１２が存在している場合は、音波により２次元断面として捕捉した魚群１２の映像である標的像１０が画像フレームデータに得られ、その標的像１０が含まれた画像フレームデータは、フレームデータ変換部４から表示部９に出力されることで、図２の上図のように表示部９に表示される。また画像フレームデータは、フレームデータ変換部４から標的像抽出部７にも出力される。
【００２３】
操作部１は、画像フレームデータに含まれる追尾対象である標的像１０を囲む領域（以下、抽出領域と称する）を指定する領域指定データの入力を受け付ける。この領域指定データには、抽出領域としてユーザが指定した位置（以下、指定位置と称する）を示す座標データが含まれる。
【００２４】
この領域指定データは、例えばその指定位置が点として、あるいは矩形状の枠として、表示部９に表示されてもよい。ここで領域指定データは、抽出領域としてユーザが任意の１点を指定したデータであっても良いし、抽出領域としてユーザが２点以上を指定した寸法（以下、指定寸法と称する）を示すデータであってもよい。
【００２５】
また、操作部１は、魚群１２の魚種を特定する魚種データ（以下、魚種データと称する）の入力を受け付ける。操作部１は、領域指定データと魚種データを制御部２に出力する。この操作部１は、例えば、トラックボール、スティックレバー、マウス、タッチパネル等である。
【００２６】
制御部２は、入力された領域指定データと魚種データを抽出領域設定部６に出力する。なお制御部２は、操作部１から領域指定データが入力されると、標的像１０の追尾処理を開始し、操作部１から追尾終了の指示が入力されると、追尾処理を終了する。
【００２７】
ここで、抽出領域の寸法の初期値は、魚種データに対応付けられ、抽出領域設定部６が予め記憶している。あるいはユーザが操作部１と制御部２を介して抽出領域設定部６に記憶させることができるものとする。すなわち、次回の探査までに魚群１２が移動することを考慮し、次回の探査で抽出領域に標的像を捉えることができるよう抽出領域の寸法は、魚種データを考慮して標的像１０の最大速度に基づいて決める必要がある。
【００２８】
そこで、ユーザが操作部１を用いて魚種データを入力すると、操作部１から制御部２を経由して抽出領域設定部６に魚種データが入力される。抽出領域設定部６は、魚種データに対応付けた抽出領域の寸法の初期値を、記憶された領域から読み出して選択する。また、抽出領域設定部６は、抽出領域の所定の最大寸法と、抽出領域を拡大する回数についての所定の限度回数と、抽出領域の現在の寸法と、抽出領域を現在までに拡大した回数と、を記憶している。
【００２９】
抽出領域設定部６は、標的像１０の位置、形状、寸法に応じて、抽出領域を設定する。また、標的像１０を含んだ標的候補像が抽出領域に含まれなくなった場合や、標的候補像が抽出領域からはみ出している場合も、抽出領域を再設定する。抽出領域の具体的な設定手順については後述する。なお、標的候補像は複数の像を含むとしてもよいが、少なくとも標的像１０を含むものとする。
【００３０】
標的像抽出部７は、フレームデータ変換部４から取得した、標的候補像が含まれる画像フレームデータと、抽出領域設定部６が設定した抽出領域と、から追尾対象とする標的像１０を、抽出領域にある標的候補像のうち最も尤度の大きい標的像として抽出し、標的像位置算出部８に通知する。すなわち、抽出領域に複数の標的候補像が含まれる場合には、例えば標的候補像のうち最も尤度（例えば、標的像の面積等）の大きい標的像を追尾対象とする。また標的候補像が抽出領域に含まれない場合は、標的候補像が抽出領域に含まれなくなったことを抽出領域設定部６に通知する。
【００３１】
自位置検出部５は、例えばジャイロ装置や、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などの衛星航法装置により構成され、自船１１の絶対位置及び進行方向を含む自船情報を、標的像位置算出部８に出力する。
【００３２】
標的像位置算出部８は、標的像抽出部７から通知された標的像１０に基づいて、自船１１に対する標的像１０の相対位置を検出して表示部９に出力する。また標的像位置算出部８は、この相対位置と、自位置検出部５から通知された自船情報に含まれる自船１１の絶対位置及び進行方向に基づいて、魚群１２の絶対位置を算出し、抽出領域設定部６に出力する。さらに抽出領域設定部６は、標的像位置算出部８から入力された魚群１２の絶対位置を記憶する。さらに表示部９は、自船１１に対する標的像１０の相対位置を表示する（図２の上図）。
【００３３】
図３は、標的像１０と自船１１との相対位置の表示更新順を示す図である。この図３は、図２の上図に相当する。前述のように画像フレームデータは、自船１１の位置と船首方向とを表示したマーク３５から外側に向かう順に表示が更新される。すなわち、図３（Ａ）では、前回の探査結果による画像フレームデータ３０がまだ表示されている場合を示しており、画像フレームデータ３０に前回探査された標的像１０が表示された場合を図示している。
【００３４】
次に、ソナーが今回の探査を実行し、その探査結果である画像フレームデータ３４が途中まで表示された場合を、図３（Ｂ）に示す。図３（Ｂ）では、前回の探査で位置が表示された標的像１０の一部が表示されなくなっているが、これは前回の探査の画像フレームデータ表示から今回の探査画像フレームデータ表示までの時間に、標的像１０が移動したことを示している。図３（Ｃ）は、今回の探査結果による画像フレームデータ３４がすべて表示された場合を示す。この図において、標的像１０が移動した結果、今回の探査により新たな位置に捕捉された図３（Ｃ）の標的像１０の位置は、図３（Ｂ）の標的像１０とは異なる位置に示されている。
【００３５】
図４は、本実施の一形態によるスキャニングソナーの動作を示すフローチャートである。ユーザが操作部１を用いて、領域指定データと魚種データを入力する。操作部１は、入力された領域指定データと魚種データを制御部２に出力し、制御部２は領域指定データと魚種データを抽出領域設定部６に転送する（ステップＳ１）。抽出領域設定部６は領域指定データと魚種データを基に、図５に示すＲ−φ空間において、指定位置４１が中心となる位置に、標的像１０を抽出するための計算処理を行う対象である領域として抽出領域２１を設定する（ステップＳ２）。
【００３６】
ステップＳ１において、画像フレームデータの表示途中でユーザが領域指定データを入力した場合は（ステップＳ３）、例えば図３と図６を用いて説明すれば、図３（Ｃ）画像フレームデータ３４に対して１フレーム分遅い図３（Ｂ）画像フレームデータ３０の標的像１０を指定し、領域指定データを入力したことになるので、画像フレームデータ表示の更新が図３（Ｃ）のように完了した場合に、画像フレームデータ３４の標的像１０が抽出領域２０に含まれるよう、標的像１０の最大速度を考慮して、抽出領域２１を抽出領域２０に拡大する。
【００３７】
この場合、画像フレームデータ３０の標的像１０の移動方向は、画像フレームデータ３４が表示途中であるために不明である。このため、抽出領域設定部６は抽出領域２１を特定方向のみに拡大せず、図６に示すＲ−φ空間において、抽出領域２１の各辺をＲ軸に平行する拡大ベクトル２５と拡大ベクトル２６、φ軸に平行する拡大ベクトル２７と拡大ベクトル２４、の４本のベクトル方向により抽出領域２０となるよう拡大する（ステップＳ１６）。なお、抽出領域は図５から図８に示すような長方形に限られず、例えば円形、多角形、扇形などとしてもよい。
【００３８】
抽出領域２１を抽出領域２０に拡大した結果、標的像１０以外の像であるノイズ像４０が抽出領域２０に含まれてしまう場合があるが、標的像抽出部７は、標的像１０の面積とノイズ像４０の面積を比較し、面積が最大（エコー信号の強度が最大）である標的像１０に対応する魚群１２を最尤の標的とする。
【００３９】
拡大ベクトル２５から拡大ベクトル２７は、図６に示すように、延長すると標的像１０の重心２３を通るように設定してもよい。また、標的追尾のための計算処理量を少なく保ち、さらにノイズ像を可能な限り抽出領域に含めないよう、拡大ベクトル２５から拡大ベクトル２７の寸法は必要以上に長くないことが望ましいので、各拡大ベクトルの寸法は、魚種データに対応させた最大速度と、探査時間間隔あるいは画像フレームデータの表示更新時間間隔と、を掛け合わせた値に基づいて定めても良い。このような拡大ベクトルを用いて抽出領域設定部６が抽出領域２１を拡大すれば、ノイズ像をなるべく抽出領域２０に含めないようにできるので、最尤である標的像１０の識別率を向上させることができる。
【００４０】
次に制御部２は、ユーザが操作部１を操作して制御部２に標的像の追尾終了を通知したか否か、を判断する（ステップＳ４）。制御部２に追尾終了が通知されていない場合、ソナーが標的追尾を続けるため、制御部２は送受波部３によって探査を行い、送受波部３は探査データをフレームデータ変換部４に出力する。またフレームデータ変換部４は探査データから画像フレームデータを作成する（ステップＳ５）。フレームデータ変換部４は、表示部９に画像フレームデータを出力する。また表示部９は、画像フレームデータの表示を更新する。さらに、フレームデータ変換部４は、画像フレームデータを標的像抽出部７に出力する。
【００４１】
標的像抽出部７は、抽出領域設定部６から取得した抽出領域２０の寸法と位置データと、フレームデータ変換部４から取得した画像フレームデータとから、図６に示す標的像１０とノイズ像４０を標的候補像にする（ステップＳ６）。次に標的像抽出部７は、標的候補像が抽出領域２０からはみ出しているか否かを判定する（ステップＳ７）。
【００４２】
図７に示すように、標的候補像が抽出領域２０からはみ出している場合、標的像抽出部７は、標的候補像の斜線部分が抽出領域２０からはみ出していることを、抽出領域設定部６に通知する。この通知を受けると、抽出領域設定部６は、抽出領域の寸法が所定の最大寸法未満か否かを判定する(ステップＳ８)。
【００４３】
抽出領域２０が所定の最大寸法未満である場合は、抽出領域設定部６は、抽出領域２０を拡大することができる。図７に示す例では、標的像１０の斜線部分が抽出領域２０からはみ出しているので、抽出領域２８に標的像１０が含まれるよう、抽出領域設定部６は拡大ベクトル４３により抽出領域２０を１方向にのみ拡大し、あるいは抽出領域２８が所定の寸法になるまで抽出領域２０を拡大して（ステップＳ９）、ステップＳ６に戻る。この場合、抽出領域設定部６は、充分に寸法が短い拡大ベクトルを用いて、抽出領域２０が抽出領域２８になるまで繰り返し拡大する、としてもよい。
【００４４】
標的像抽出部７は、抽出領域２８に標的候補像が存在するか否かを判定する(ステップＳ１０)。抽出領域２８に標的候補像が存在しない場合、標的像抽出部７は、標的候補像が抽出領域に含まれていないことを抽出領域設定部６に通知する。
【００４５】
抽出領域設定部６は、標的候補像が抽出領域２８に含まれていないことを通知されると、抽出領域２８の寸法が所定の最大寸法未満で、かつ、抽出領域の拡大回数が所定の限度回数未満であるか否か、を判定する（ステップＳ１４）。この抽出領域２８の寸法が所定の最大寸法未満で、かつ、抽出領域の拡大回数が所定の限度回数未満である場合は、抽出領域設定部６は、ステップＳ１６と同様に抽出領域を例えば４本のベクトル方向に拡大して（ステップＳ１５）、ステップＳ４に戻る。ステップＳ１４の判断において、抽出領域２８の寸法が所定の寸法に達している、若しくは抽出領域の拡大回数が所定の回数に達している場合は、そのままステップＳ４に戻る。
【００４６】
ステップＳ１０の判断において、抽出領域２８に標的候補像が存在する場合、標的像抽出部７は、前述の手順により抽出領域２８の最尤の標的である標的像１０を、追尾対象の標的として選択し、抽出領域設定部６に標的像１０の形状と、重心２３の位置を通知する（ステップＳ１１）。
【００４７】
次に標的像位置算出部８は、自船１１に対する標的像１０の相対位置と、自位置検出部５から通知された自船情報に含まれる自船１１の絶対位置及び進行方向に基づいて、魚群１２の絶対位置を算出し、抽出領域設定部６に出力する（ステップＳ１２）。
【００４８】
抽出領域設定部６は、今回探査における標的像１０の位置を基準に、次回探査における抽出領域５０を設定する（ステップＳ１３）。図８を用いて抽出領域５０の設定手順を説明する。ここで魚群１２の映像である標的像１０の位置は、例えば緯度、経度などで示される絶対位置によって示され、抽出領域設定部６はこの絶対位置を基準にして抽出領域５０を設定するものとする。魚群１２の映像である標的像１０の位置に絶対位置を用いれば、自船１１の移動分に関わらず、魚群１２の運動のみを想定して抽出領域の寸法を制限できるためである。
【００４９】
図８において、抽出領域５１は標的像１０が内接するよう抽出領域設定部６によって設定されている。すなわち抽出領域５１は、標的像１０を完全に含むことができる最小寸法の領域である。また、拡大ベクトル５２から拡大ベクトル５５は、延長すると標的像１０の重心２３を通る。さらに各拡大ベクトルの寸法は、魚種データに対応させた最大速度と、探査時間間隔あるいは画像フレームデータの更新時間間隔と、を掛け合わせた値に基づいて定められている。抽出領域設定部６は、拡大ベクトル５２から拡大ベクトル５５を用いて抽出領域５１を抽出領域５０に拡大する（ステップＳ１３）。
【００５０】
このように、最小寸法の領域である抽出領域５１を、前述のように定められた拡大ベクトルを用いて抽出領域５０に拡大し設定すれば、次回の探査までに魚群１２が移動しても、次回の探査においても抽出領域５０に標的像１０を捕捉することが期待でき、必要以上の寸法に拡大されていない抽出領域５０は、抽出領域５０に含まれるノイズ像を最少にするので、抽出領域５０における最尤の標的である標的像１０の認識率を向上させるとともに、標的追尾のための計算処理量が必要以上に増大することを防ぐことができる。
【００５１】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、レーダ装置に適用される場合は、レーダ装置は音波の代わりに電磁波を用いて探査し、抽出領域の拡大処理等を行えばよい。
【００５２】
また、本発明に記載の送受波部は、送受波部３に対応し、フレームデータ変換部は、フレームデータ変換部４に対応し、表示部は、表示部９に対応し、抽出領域設定部は、抽出領域設定部６に対応し、標的像抽出部は、標的像抽出部７に対応し、標的像位置算出部は、標的像位置算出部８に対応する。
【００５３】
また、図４に示す各ステップを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、通信端末の実行処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
【００５４】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【００５５】
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、例えば、スキャニングソナー、魚群探知機、レーダ装置に適用される、標的像追尾装置、標的像追尾方法、および標的像追尾プログラムに好適である。
【符号の説明】
【００５７】
１…操作部 ２…制御部 ３…送受波部 ４…フレームデータ変換部 ５…自位置検出部 ６…抽出領域設定部 ７…標的像抽出部 ８…標的像位置算出部 ９…表示部 １０…標的像 １１…自船 １２…魚群 １３…受波ビーム ２０…抽出領域 ２１…抽出領域 ２３…重心 ２４…拡大ベクトル ２５…拡大ベクトル ２６…拡大ベクトル ２７…拡大ベクトル ２８…抽出領域 ３０…画像フレームデータ ３４…画像フレームデータ ３５…マーク ４０…ノイズ像 ４１…指定位置 ４２…ノイズ像 ５０…抽出領域 ５１…抽出領域 ５２…拡大ベクトル ５３…拡大ベクトル ５４…拡大ベクトル ５５…拡大ベクトル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的に当てる探信波を周期的に送信し、その反射波を受信する送受波部と、
前記送受波部が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部と、
前記画像フレームデータを表示する表示部と、
前記画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出する対象である抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定する抽出領域設定部と、
前記抽出領域に含まれる単数あるいは複数の前記標的像から最尤の標的像を抽出する標的像抽出部と、
前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、前記抽出領域設定部に通知する標的像位置算出部と、
を備えることを特徴とする標的像追尾装置。
【請求項２】
前記標的である魚群の魚種を指示する入力を受け付ける第１の入力部を備え、
前記抽出領域設定部は、
前記第１の入力部から入力される魚種に応じた前記標的の最大速度と、前記標的に当てる探信波の受信周期と、に基づいて前記抽出領域の寸法を設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の標的像追尾装置。
【請求項３】
前記標的像抽出部は、前記標的像の少なくとも一部が前記標的像領域外に出ているか否かを判定し、
前記抽出領域設定部は、前記標的像の少なくとも一部が前記抽出領域外に出ている場合、
前記標的像が前記抽出領域に含まれるよう、前記標的像の重心から前記標的像の部分に向かう方向に前記抽出領域を拡大する、
ことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか１つに記載の標的像追尾装置。
【請求項４】
抽出領域を指定するデータである抽出領域データの入力を受け付ける第２の入力部を備え、
前記抽出領域設定部は、前記第２の入力部から入力される抽出領域データに従って、前記抽出領域を設定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の標的像追尾装置。
【請求項５】
前記抽出領域設定部は、前記標的像が前記抽出領域に含まれるか否かを判定し、
前記抽出領域設定部は、前記標的像が前記抽出領域に含まれない場合、
所定の寸法、あるいは所定の回数まで前記抽出領域を拡大することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の標的像追尾装置。
【請求項６】
前記抽出領域設定部は、前記標的像の重心から、
前記送受波部からの距離が長くなる方向と、前記送受波部からの距離が短くなる方向と、前記送受波部に対して時計周りの水平周囲方向と、前記送受波部に対して反時計周りの水平周囲方向と、
に前記抽出領域を所定の寸法まで拡大することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の標的像追尾装置。
【請求項７】
標的に当てる探信波を周期的に送信し、その反射波を受信する送受波部と、前記送受波部が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部と、前記画像フレームデータを表示する表示部と、を備える標的像追尾装置における処理方法であって、
抽出領域設定部が、前記画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出する対象である抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定するステップと、
標的像抽出部が、前記抽出領域に含まれる単数あるいは複数の前記標的像から最尤の標的像を抽出するステップと、
標的像位置算出部が、前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、前記抽出領域設定部に通知するステップと、
を含むことを特徴とする標的像追尾方法。
【請求項８】
標的に当てる探信波を周期的に送信し、その反射波を受信する送受波部と、前記送受波部が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部と、前記画像フレームデータを表示する表示部と、を備える標的像追尾装置のコンピュータに、
前記画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出する対象である抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定する手順と、
前記抽出領域に含まれる単数あるいは複数の前記標的像から最尤の標的像を抽出する手順と、
前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、前記抽出領域設定部に通知する手順と、
を実行させるための標的像追尾プログラム。
【請求項１】
標的に当てる探信波を周期的に送信し、その反射波を受信する送受波部と、
前記送受波部が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部と、
前記画像フレームデータを表示する表示部と、
前記画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出する対象である抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定する抽出領域設定部と、
前記抽出領域に含まれる単数あるいは複数の前記標的像から最尤の標的像を抽出する標的像抽出部と、
前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、前記抽出領域設定部に通知する標的像位置算出部と、
を備えることを特徴とする標的像追尾装置。
【請求項２】
前記標的である魚群の魚種を指示する入力を受け付ける第１の入力部を備え、
前記抽出領域設定部は、
前記第１の入力部から入力される魚種に応じた前記標的の最大速度と、前記標的に当てる探信波の受信周期と、に基づいて前記抽出領域の寸法を設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の標的像追尾装置。
【請求項３】
前記標的像抽出部は、前記標的像の少なくとも一部が前記標的像領域外に出ているか否かを判定し、
前記抽出領域設定部は、前記標的像の少なくとも一部が前記抽出領域外に出ている場合、
前記標的像が前記抽出領域に含まれるよう、前記標的像の重心から前記標的像の部分に向かう方向に前記抽出領域を拡大する、
ことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか１つに記載の標的像追尾装置。
【請求項４】
抽出領域を指定するデータである抽出領域データの入力を受け付ける第２の入力部を備え、
前記抽出領域設定部は、前記第２の入力部から入力される抽出領域データに従って、前記抽出領域を設定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の標的像追尾装置。
【請求項５】
前記抽出領域設定部は、前記標的像が前記抽出領域に含まれるか否かを判定し、
前記抽出領域設定部は、前記標的像が前記抽出領域に含まれない場合、
所定の寸法、あるいは所定の回数まで前記抽出領域を拡大することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の標的像追尾装置。
【請求項６】
前記抽出領域設定部は、前記標的像の重心から、
前記送受波部からの距離が長くなる方向と、前記送受波部からの距離が短くなる方向と、前記送受波部に対して時計周りの水平周囲方向と、前記送受波部に対して反時計周りの水平周囲方向と、
に前記抽出領域を所定の寸法まで拡大することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の標的像追尾装置。
【請求項７】
標的に当てる探信波を周期的に送信し、その反射波を受信する送受波部と、前記送受波部が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部と、前記画像フレームデータを表示する表示部と、を備える標的像追尾装置における処理方法であって、
抽出領域設定部が、前記画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出する対象である抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定するステップと、
標的像抽出部が、前記抽出領域に含まれる単数あるいは複数の前記標的像から最尤の標的像を抽出するステップと、
標的像位置算出部が、前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、前記抽出領域設定部に通知するステップと、
を含むことを特徴とする標的像追尾方法。
【請求項８】
標的に当てる探信波を周期的に送信し、その反射波を受信する送受波部と、前記送受波部が受信した反射波を画像フレームデータに変換するフレームデータ変換部と、前記画像フレームデータを表示する表示部と、を備える標的像追尾装置のコンピュータに、
前記画像フレームデータに含まれる領域であって、標的像を抽出する対象である抽出領域の位置を、前回の前記画像フレームデータにおいて抽出した最尤の標的像の絶対位置とし、前記抽出領域の寸法を、前記標的の最大速度と、前記探信波が送受信される周期と、に応じて設定する手順と、
前記抽出領域に含まれる単数あるいは複数の前記標的像から最尤の標的像を抽出する手順と、
前記最尤の標的像の相対位置を検出し、前記最尤の標的像の絶対位置を算出し、前記抽出領域設定部に通知する手順と、
を実行させるための標的像追尾プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１６４３８４（Ｐ２０１０−１６４３８４Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６０４０（Ｐ２００９−６０４０）
【出願日】平成２１年１月１４日（２００９．１．１４）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１４日（２００９．１．１４）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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