JPWO2014192805A1 - レーザレーダ装置及びレーダ画像生成方法 - Google Patents

Abstract

システム制御部１６が、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定し、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足していなければ、速度の低下を指示する速度変更指令や、海底高度（水深）の変更を指示する高度変更指令などを航行制御部２に出力することで、計測面３と自装置の物理的な相対関係を変更する。あるいは、空間分解能の変動量が許容量を超えない範囲で、ビーム走査速度ｆやビーム拡がり角θなどを変更する。

Description

この発明は、レーザ光の送信時間と反射光の受信時間の差から、計測面までの距離を算出するとともに、反射光の強度を計測するレーザレーダ装置及びレーダ画像生成方法に関するものである。

以下の特許文献１に開示されているレーザレーダ装置は、水面下の物体の形状を計測するものであり、船や水中移動体などに搭載される。
このレーザレーダ装置では、レーザ光を計測面に向けて放射するとともに、その計測面により反射されて戻ってきた上記レーザ光を受信し、そのレーザ光を放射してから、反射波であるレーザ光を受信するまでの経過時間を計測する。
このレーザレーダ装置は、経過時間を計測すると、その経過時間から、自装置（レーザレーダ装置）を搭載している移動体から計測面までの距離を算出し、その距離を画像化する。

このレーザレーダ装置では、近距離の計測面の詳細な形状を計測できるようにするために、一次元アレイ受光器を使用しているが、計測面と自装置の物理的な相対関係（例えば、移動体の速度や高度など）を必要に応じて変更する機能や、計測面に向けて放射するレーザ光の諸元（例えば、ビーム広がり角、ビーム走査周期、レーザビーム径など）を必要に応じて変更する機能を備えていない。

特開平３−６４０８号公報（第３頁から第４頁）

従来のレーザレーダ装置は以上のように構成されているので、自装置を搭載している移動体の速度が、計測面までの距離、ビーム走査周期及びビーム広がり角から決まる速度より速くなると、画像化された距離画像上で計測箇所の抜けが発生する。しかし、計測面と自装置の物理的な相対関係や、計測面に向けて放射するレーザ光の諸元を変更する機能を備えていないため、計測箇所の抜けの発生を防止することが困難であり、距離画像の品質が低下してしまう課題があった。
また、自装置を搭載している移動体が止まっている場合でも、自装置を搭載している移動体から計測面までの距離が長いと、有意な画素値を有している画素の個数が減少して、距離画像の品質が低下してしまう課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、画像上での計測箇所の抜けの発生や、有意な画素値を有している画素の個数の減少を防止して、所望の画像品質を確保することができるレーザレーダ装置及びレーダ画像生成方法を得ることを目的とする。

この発明に係るレーザレーダ装置は、ビーム走査角度を切り替えながらレーザ光を計測対象に向けて放射し、その計測対象により反射されて戻ってきた上記レーザ光を受信するレーザ光送受信手段と、レーザ光送受信手段からレーザ光が放射されてから、レーザ光送受信手段によりレーザ光が受信されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、経過時間計測手段により計測された経過時間を用いて、自装置から計測対象までの距離を算出する距離算出手段と、距離算出手段により算出された距離を画像化する画像化手段と、画像化手段により生成された画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定する品質判定手段とを設け、相対関係変更手段が、品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更するようにしたものである。

この発明によれば、画像化手段により生成された画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定する品質判定手段を設け、相対関係変更手段が、品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更するように構成したので、画像上での計測箇所の抜けの発生や、有意な画素値を有している画素の個数の減少を防止して、所望の画像品質を確保することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の送受光学部１２を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の信号処理部１４を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の処理内容（レーダ画像生成方法）を示すフローチャートである。 水中を移動している水中移動体１に搭載されているレーザレーダ装置が海底面を計測している様子を示す説明図である。 パルスカウント数Ｎ_ｐとビーム走査角度θ_ｂｅａｍの関係を表す概念図である。 レーザレーダ装置の計測状態と座標系を示す説明図である。 データ保存部３５により保存されるデータ例を示す説明図である。 計測箇所の抜けが発生する移動速度の制限条件を示す説明図である。 高度変化に対する分解能変動の関係を表す概念図である。 ビーム走査周期の導出式を表す概念図である。 この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の処理内容（レーダ画像生成方法）を示すフローチャートである。 レーザレーダ装置による水中物体（計測対象）のイメージング動作を示す概念図である。 距離画像内の計測対象の視認性を高めるために、レーザレーダ装置１０が自律的に判断しながら、計測対象への接近を制御する様子を示す説明図である。 距離画像及び光強度画像内の計測対象の視認性の変化を示す説明図である。 この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の光検出部１３を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の処理内容（レーダ画像生成方法）を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の処理内容（レーダ画像生成方法）を示すフローチャートである。 時間応答ゲイン調整部６２による伝搬損失補償を示す説明図である。 この発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置の送受光学部６１を示す構成図である。 水中を移動している水中移動体１に搭載されているレーザレーダ装置が海底面を計測している様子を示す説明図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
図１において、水中移動体１はレーザレーダ装置１０を搭載しており、慣性航法機能あるいはＧＰＳ受信機能によって、自己の現在位置（絶対位置）を計測しながら航行する水中探査機や潜水艦などが該当する。
水中移動体１の航行制御部２は水中移動体１の速度計や高度計などから、水中移動体１の速度や海底高度（水深）を示す計測データを収集して、その計測データをレーザレーダ装置１０に出力するとともに、水中移動体１の現在位置を計測して、その計測データをレーザレーダ装置１０に出力する処理を実施するほか、レーザレーダ装置１０から出力された速度変更指令や高度変更指令にしたがって水中移動体１の速度や海底高度を制御する処理を実施する。
計測面３はレーザレーダ装置１０の計測対象であり、例えば、海底面や浮遊物体などが該当する。

レーザ出力部１１はパルスレーザ光を発生するレーザ光源を備えており、システム制御部１６からパルスレーザ光の出力指令を受けると、レーザ光源により発生されたパルスレーザ光を送受光学部１２に出力する処理を実施する。
送受光学部１２はシステム制御部１６の制御の下でビーム走査角度を切り替えながら、レーザ出力部１１から出力されたパルスレーザ光（送信光）を計測面３に向けて放射し、計測面３により反射されて戻ってきたパルスレーザ光（受信光）を受信する処理を実施する。
光検出部１３は送受光学部１２により受信されたパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号を信号処理部１４に出力する受光器を実装している。
なお、光検出部１３は、外部信号に基づいて受光タイミングを制御するゲート機能と、外部信号に基づいて受光ゲインを可変できる機能を備えている。
レーザ出力部１１、送受光学部１２及び光検出部１３からレーザ光送受信手段が構成されている。

信号処理部１４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、レーザ出力部１１からパルスレーザ光が出力されてから、光検出部１３から受信信号が出力されるまでの経過時間を計測する処理、その経過時間を用いて、自装置を搭載している水中移動体１から計測面３までの距離を算出する処理や、送受光学部１２により受信されたレーザ光の光強度を検出する処理などを実施する。
画像処理部１５は例えばＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などから構成されており、信号処理部１４により算出された距離を画像化して距離画像を出力する処理、信号処理部１４により検出された光強度を画像化して光強度画像を出力する処理や、信号処理部１４により算出された計測点の三次元座標を画像化して三次元座標画像を出力する処理などを実施する。
また、画像処理部１５は信号処理部１４により算出された計測点の三次元座標から三次元マップを生成する処理を実施する。
なお、画像処理部１５は画像化手段及び三次元マップ生成手段を構成している。

システム制御部１６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、画像処理部１５により生成された距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定する処理や、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足していなければ、速度の低下を指示する速度変更指令や、海底高度（水深）の変更を指示する高度変更指令などを航行制御部２に出力することで、計測面３と自装置の物理的な相対関係を変更する処理を実施する。あるいは、空間分解能の変動量が許容量を超えない範囲で、送受光学部１２から放射されるレーザ光の諸元（例えば、ビーム広がり角、ビーム走査周期、パルス繰り返し周期など）を変更する処理を実施する。なお、システム制御部１６は品質判定手段及び相対関係変更手段を構成している。

図１の例では、レーザレーダ装置の構成要素であるレーザ出力部１１、送受光学部１２、光検出部１３、信号処理部１４、画像処理部１５及びシステム制御部１６のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーザレーダ装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、レーザレーダ装置の一部（例えば、信号処理部１４、画像処理部１５及びシステム制御部１６）がコンピュータで構成されている場合、信号処理部１４、画像処理部１５及びシステム制御部１６の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図４はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の処理内容（レーダ画像生成方法）を示すフローチャートである。

図２はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の送受光学部１２を示す構成図である。
図２において、レーザ光分岐器２１は例えば平板ウィンドウなどのタップ用の光学素子から構成されており、レーザ出力部１１から出力されたパルスレーザ光（送信光）を分岐し、一方のパルスレーザ光をビーム調整光学系２３に出力し、他方のパルスレーザ光を送信光モニタ部２２に出力する処理を実施する。なお、送信光モニタ部２２に出力するパルスレーザ光は僅かであり、大部分のパルスレーザ光はビーム調整光学系２３に出力する。
送信光モニタ部２２はレーザ光分岐器２１から出力されたパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号をレーザ光出力タイミングモニタ信号として、信号処理部１４に出力する処理を実施する。

ビーム調整光学系２３はシステム制御部１６から出力されたビーム調整信号にしたがってパルスレーザ光のビーム径及びビーム拡がり角を調整し、調整後のパルスレーザ光をビーム走査系２４に出力する光学系である。
ビーム走査系２４は送信光学系２５及び受信光学系２６を実装しており、システム制御部１６から出力されたビーム走査速度指示信号が示すビーム走査速度（ビーム走査周期）で、送信光学系２５から放射されるパルスレーザ光のビーム走査角度を切り替えるとともに、ビーム走査の開始タイミングを示すビーム走査開始信号を信号処理部１４に出力する処理を実施する。

送信光学系２５はビーム走査系２４によってビーム走査角度が切り替えられながら、ビーム調整光学系２３による調整後のパルスレーザ光（送信光）を計測面３に向けて放射する光学系である。
受信光学系２６はシステム制御部１６から出力された受信視野調整信号にしたがって受信視野が調整されたのち、計測面３により反射されて戻ってきたパルスレーザ光（受信光）を光検出部１３に集光する光学系である。
図２では、送信光学系２５と受信光学系２６が別の光学系である例を示しているが、送信光学系２５と受信光学系２６の機能を兼ねている送受信光学系２６がビーム走査系２４に実装されていてもよい。

図３はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の信号処理部１４を示す構成図である。
図３において、閾値調整部３１はシステム制御部１６から出力された閾値設定信号が示す受信信号閾値（基準レベル）が設定され、光検出部１３から出力された受信信号の信号レベルが受信信号閾値以上である場合に限り、その受信信号を経過時間計測部３２及び光強度検出部３３に出力する処理を実施する。なお、閾値調整部３１は受信信号選択手段を構成している。

経過時間計測部３２は送受光学部１２の送信光モニタ部２２からレーザ光出力タイミングモニタ信号が出力された時点から、閾値調整部３１から受信信号が出力されるまでの経過時間を計測する処理を実施する。なお、経過時間計測部３２は経過時間計測手段を構成している。
光強度検出部３３は送受光学部１２の送信光モニタ部２２からレーザ光出力タイミングモニタ信号が出力された時点から、閾値調整部３１から出力された受信信号のピークホールド処理を開始し、送受光学部１２により受信されたレーザ光の光強度として、受信信号のピークホールド値をデータ保存部３５に出力する処理を実施する。なお、光強度検出部３３は光強度検出手段を構成している。

距離・三次元座標算出部３４は経過時間計測部３２により計測された経過時間を用いて、自装置を搭載している水中移動体１から計測面３までの距離を算出する処理を実施する。
また、距離・三次元座標算出部３４は送受光学部１２のビーム走査系２４からビーム走査開始信号が出力された時点から、システム制御部１６から出力されるパルス出力同期信号（レーザ出力部１１におけるパルスレーザ光の出力に同期して、システム制御部１６から出力される信号）の個数をカウントし、そのカウント値から現在のビーム走査角度を算出し、水中移動体１から計測面３までの距離と現在のビーム走査角度から、計測面３における計測点の三次元座標を算出する処理を実施する。
なお、距離・三次元座標算出部３４は距離算出手段及び三次元座標算出手段を構成している。
データ保存部３５は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、距離・三次元座標算出部３４により算出された計測面３までの距離及び計測点の三次元座標と、光強度検出部３３により検出されたレーザ光の光強度とを保存する。

次に動作について説明する。
この実施の形態１では、海底面が計測面３であり、水中移動体１が水中を移動しながら、計測面３に対して１次元のラインスキャンを実施することで、海底面の形状測定を行う例を説明する。
図５は水中を移動している水中移動体１に搭載されているレーザレーダ装置が計測面３である海底面を計測している様子を示す説明図である。

レーザレーダ装置１０のシステム制御部１６は、計測面３の計測を開始する前に、各処理部を初期設定する（図４のステップＳＴ１）。
即ち、システム制御部１６は、レーザ出力部１から出力されるパルスレーザ光のパルス繰り返し周期Ｒ、パルス幅及びレーザパワーを初期設定する。
また、システム制御部１６は、ビーム走査速度ｆ（ビーム走査周期）を示すビーム走査速度指示信号を送受光学部１２のビーム走査系２４に出力することで、ビーム走査速度ｆを設定するとともに、パルスレーザ光のビーム径及びビーム拡がり角θを示すビーム調整信号を送受光学部１２のビーム調整光学系２３に出力することで、パルスレーザ光のビーム径及びビーム拡がり角θを初期設定する。
さらに、システム制御部１６は、受信視野を示す受信視野調整信号を送受光学部１２の受信光学系２６に出力することで、受信光学系２６の受信視野が送信光学系２５から放射されるパルスレーザ光（送信光）と同等の範囲になるように視野角を初期設定する。
また、システム制御部１６は、光検出部２の受光ゲインを初期設定するとともに、受信信号閾値（基準レベル）を示す閾値設定信号を信号処理部１４の閾値調整部３１に出力することで、受信信号閾値を初期設定する。

システム制御部１６は、各処理部の初期設定が完了すると、パルスレーザ光の出力指令をレーザ出力部１１に出力することで、計測面３に対する１次元のラインスキャンを開始する（ステップＳＴ２）。
ここでは、計測面３に対して１次元のラインスキャンを実施するため、システム制御部１６が、一次元のビーム走査を行う指令をビーム走査系２４に出力するが、計測面３に対して２次元のスキャンを実施する場合には、システム制御部１６が、二次元のビーム走査を行う指令をビーム走査系２４に出力する。

レーザ出力部１１は、システム制御部１６からパルスレーザ光の出力指令を受けると、初期設定されたパルス繰り返し周期Ｒでパルスレーザ光を繰り返し送受光学部１２に出力する。
レーザ出力部１１から出力されるパルスレーザ光のパルス幅及びレーザパワーは、初期設定されている通りである。
システム制御部１６は、レーザ出力部１１がパルスレーザ光の出力を開始すると、レーザ出力部１１におけるパルスレーザ光の出力に同期して、パルス出力同期信号を信号処理部１４の距離・三次元座標算出部３４に出力する。

送受光学部１２のレーザ光分岐器２１は、レーザ出力部１１からパルスレーザ光（送信光）が出力される毎に、そのパルスレーザ光（送信光）を分岐して、一方のパルスレーザ光をビーム調整光学系２３に出力し、他方のパルスレーザ光を送信光モニタ部２２に出力する。
上述したように、送信光モニタ部２２に出力するパルスレーザ光は僅かであり、大部分のパルスレーザ光はビーム調整光学系２３に出力する。
送信光モニタ部２２は、レーザ光分岐器２１からパルスレーザ光を受けると、そのパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号をレーザ光出力タイミングモニタ信号として、信号処理部１４の経過時間計測部３２及び光強度検出部３３に出力する。

送受光学部１２のビーム調整光学系２３は、レーザ光分岐器２１からパルスレーザ光を受けると、初期設定時に、システム制御部１６から出力されたビーム調整信号にしたがってパルスレーザ光のビーム径及びビーム拡がり角θを調整し、調整後のパルスレーザ光をビーム走査系２４に出力する。
ビーム走査系２４の送信光学系２５は、ビーム調整光学系２３から調整後のパルスレーザ光を受けると、そのパルスレーザ光（送信光）を計測面３に向けて放射する。
このとき、ビーム走査系２４は、ビーム調整光学系２３から調整後のパルスレーザ光を受ける毎に、初期設定時に、システム制御部１６から出力されたビーム走査速度指示信号が示すビーム走査速度ｆ（ビーム走査周期）で、送信光学系２５から放射されるパルスレーザ光のビーム走査角度θbeamを切り替えるようにする。
また、ビーム走査系２４は、最初に、ビーム調整光学系２３から調整後のパルスレーザ光を受けた時点で、ビーム走査の開始タイミングを示すビーム走査開始信号を信号処理部１４に出力する。

送受光学部１２の受信光学系２６は、システム制御部１６から出力された受信視野調整信号にしたがって受信視野が調整され、送信光学系２５から放射されたのち、計測面３により反射されて戻ってきたパルスレーザ光（受信光）を光検出部１３に集光する。
なお、受信視野調整信号にしたがって受信光学系２６の受信視野を調整することで、計測面３のビーム照射範囲程度に受信視野を絞ることができる。このため、周辺の散乱光の入射を抑えて、ＳＮ良く、計測面３からの反射光を受信することが可能になる。
光検出部１３は、システム制御部１６により初期設定された受光ゲインで、送受光学部１２の受信光学系２６により集光されたパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号を信号処理部１４に出力する。

信号処理部１４は、光検出部１３から受信信号を受けると、その受信信号に対する各種の信号処理を実施する（ステップＳＴ３）。
以下、信号処理部１４の処理内容を具体的に説明する。

信号処理部１４の閾値調整部３１は、光検出部１３から受信信号を受けると、その受信信号の信号レベル（電圧信号の電圧値）と、初期設定時に、システム制御部１６から出力された閾値設定信号が示す受信信号閾値（基準レベル）とを比較し、その受信信号の信号レベルが受信信号閾値以上であれば、その受信信号を経過時間計測部３２及び光強度検出部３３に出力する。
一方、その受信信号の信号レベルが受信信号閾値未満であれば、ノイズレベルの信号をキャンセルするため、その受信信号を破棄する。

経過時間計測部３２は、送受光学部１２の送信光モニタ部２２からレーザ光出力タイミングモニタ信号が出力された時点から、閾値調整部３１から受信信号が出力されるまでの経過時間Ｔを計測する。
なお、送受光学部１２の送信光学系２５から放射されたレーザ光のパルス数が１個でも、自装置から計測面３に至る間に、何らかの浮遊物などが存在している場合には、１回のレーザ光出力タイミングにおいて、計測面３により反射されたパルスレーザ光（受信光）の他に、その浮遊物等により反射されたパルスレーザ光（受信光）が受信される。
このような場合、閾値調整部３１から複数の受信信号が出力されるので、経過時間計測部３２は、レーザ光出力タイミングモニタ信号が出力された時点から、各々の受信信号が出力されるまでの経過時間Ｔを計測する。
以下、Ｎ個の受信信号が出力される場合、ｎ番目の受信信号に対応する経過時間をＴ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）のように表記する。

因みに、浮遊物等は自装置と計測面３の間に存在しており、計測面３よりも浮遊物等の方が自装置との距離が近いので、浮遊物等により反射されたパルスレーザ光（受信光）は、計測面３により反射されたパルスレーザ光（受信光）よりも先に受信される。したがって、浮遊物等により反射されたパルスレーザ光（受信光）の受信信号が出力されるまでの経過時間Ｔは、計測面３により反射されたパルスレーザ光（受信光）の受信信号が出力されるまでの経過時間Ｔより短くなる。
複数の受信信号が出力されるまでの経過時間Ｔ_ｎを計測したのち、所定時間が経過すると、経過時間計測部３２における時間計測処理は自動的に停止され、計測している時間はリセットされる。

光強度検出部３３は、送受光学部１２の送信光モニタ部２２からレーザ光出力タイミングモニタ信号が出力された時点から、閾値調整部３１から出力された受信信号のピークホールド処理を開始し、送受光学部１２により受信されたレーザ光の光強度として、受信信号のピークホールド値Ｐをデータ保存部３５に出力する。
例えば、一定の電圧変動幅があるパルスの立上りを認識すると、そのパルスの立下りを認識するまでの間のピーク電圧値（受信信号のピークホールド値）を検出する。
なお、閾値調整部３１から複数の受信信号が出力される場合、各々の受信信号のピークホールド処理を実施して、各々の受信信号のピークホールド値をデータ保存部３５に出力する。
以下、Ｎ個の受信信号が出力される場合、ｎ番目の受信信号のピークホールド値をＰ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）のように表記する。

距離・三次元座標算出部３４は、１回のレーザ光出力タイミングにおいて、Ｎ個のパルスレーザ光（受信光）が受信された場合、経過時間計測部３２からＮ個の受信信号に対応する経過時間Ｔ_１〜Ｔ_Ｎが出力されるが、計測面３により反射されたパルスレーザ光（受信光）は最後に受信されるので、下記の式（１）に示すように、Ｎ番目の受信信号に対応する経過時間Ｔ_Ｎを用いて、自装置を搭載している水中移動体１から計測面３までの距離Ｌ_Ｎを算出する。

式（１）において、ｃは光速、ｒは伝搬空間の屈折率である。

また、距離・三次元座標算出部３４は、送受光学部１２のビーム走査系２４からビーム走査開始信号が出力された時点から、システム制御部１６から出力されるパルス出力同期信号（レーザ出力部１１におけるパルスレーザ光の出力に同期して、システム制御部１６から出力される信号）の個数（パルスカウント数Ｎ_ｐ）のカウントを開始し、下記の式（２）に示すように、そのパルスカウント数Ｎ_ｐから現在のビーム走査角度θ_ｂｅａｍを算出する。

式（２）において、Ｘはビーム走査範囲、ｆはビーム走査速度（ビーム走査周期）、Ｒはパルス繰り返し周期である。
ここで、図６はパルスカウント数Ｎ_ｐとビーム走査角度θ_ｂｅａｍの関係を表す概念図である。

距離・三次元座標算出部３４は、水中移動体１から計測面３までの距離Ｌ_Ｎと、現在のビーム走査角度θ_ｂｅａｍとを算出すると、下記の式（３）に示すように、距離Ｌ_Ｎとビーム走査角度θ_ｂｅａｍを用いて、自装置を原点とする計測面３の計測点における三次元座標（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を算出する。

ここで、図７はレーザレーダ装置の計測状態と座標系を示す説明図である。
式（３）は、レーザレーダ装置１０から放射されるパルスレーザ光が、水中移動体１の進行方向に対して鉛直方向である場合の算出式であるが、水中移動体１の進行方向に対して角度θ_ｍの方向にパルスレーザ光が放射されてもよい。
その場合、三次元座標（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）は、下記の式（４）のように算出される。

データ保存部３５は、距離・三次元座標算出部３４により算出された計測面３までの距離Ｌ_Ｎ及び計測点の三次元座標（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を保存するとともに、光強度検出部３３により検出された１フレーム分のレーザ光の光強度Ｐ_１〜Ｐ_Ｎを保存する。
このとき、システム制御部１６が、水中移動体１の航行制御部２に対して、水中移動体１の現在位置を問い合わせて、現在位置の計測データを取得するので、データ保存部３５が、その計測データが示す水中移動体１の現在位置（Ｘｖ_Ｎ，Ｙｖ_Ｎ，Ｚｖ_Ｎ）を保存する。
ここで、図８はデータ保存部３５により保存されるデータ例を示す説明図である。

画像処理部１５は、データ保存部３５から複数のパルスレーザ光（送信光）に対応する距離Ｌ_Ｎを読み出し、それらの距離Ｌ_Ｎを画像化して、その距離画像を図示せぬディスプレイに表示する。
また、画像処理部１５は、データ保存部３５から複数のパルスレーザ光（送信光）に対応するレーザ光の光強度Ｐ_Ｎを読み出し、それらの光強度Ｐ_Ｎを画像化して、その光強度画像を図示せぬディスプレイに表示する。
また、画像処理部１５は、データ保存部３５から複数のパルスレーザ光（送信光）に対応する三次元座標（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を読み出し、それらの三次元座標（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を画像化して、その三次元座標画像を図示せぬディスプレイに表示する。
さらに、画像処理部１５は、それらの三次元座標（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）から三次元マップを生成する。

その後、システム制御部１６、計測を完了するか否かを判断し（ステップＳＴ４）、計測を完了する場合、一連の処理を終了するが、計測を継続する場合、現在の移動速度及び海底高度（水深）を水中移動体１の航行制御部２に問い合わせる。
水中移動体１の航行制御部２は、速度計から水中移動体１の速度Ｖや海底高度Ｈを示す計測データを収集しており、システム制御部１６から移動速度や海底高度の問い合わせを受けると、水中移動体１の速度Ｖや海底高度Ｈを示す計測データをシステム制御部１６に出力する。

システム制御部１６は、水中移動体１の航行制御部２から計測データを受けると、その計測データが示す水中移動体１の速度Ｖと、水中移動体１の海底高度Ｈ、ビーム拡がり角θ及びビーム走査速度ｆ（ビーム走査周期）との関係から、画像処理部１５により生成された距離画像や光強度画像上で計測箇所の抜けが発生しているか否かを判定する（ステップＳＴ５）。
ここで、図９は計測箇所の抜けが発生する移動速度の制限条件を示す説明図であり、下記の式（５）の関係を満足していない場合、距離画像や光強度画像上で計測箇所の抜けが発生している判断する。

式（５）の右辺は、１ライン分の走査時間で計測面３におけるビーム径分の距離を移動する速度を表している。これを越える速度で水中移動体１が移動した場合、次の走査ラインでは、ビーム径以上の間隔で走査されることになるため、均一な点密度での計測が不可能になる。
システム制御部１６は、計測箇所の抜けが発生していると判断すると、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足していないと判定する。

システム制御部１６は、計測箇所の抜けが発生しておらず、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足していると判定すれば、先のスキャンと同じ設定で次のスキャンを開始させる（ステップＳＴ２）。
システム制御部１６は、計測箇所の抜けが発生しており、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足していないと判定すれば、移動速度の変更が可能であるか否かを航行制御部２に問い合わせる。
システム制御部１６は、航行制御部２から移動速度の変更が可能である旨の回答が得られれば（ステップＳＴ６）、式（５）が成立する速度になるまで、速度の低下を指示する速度変更指令を航行制御部２に出力する。
航行制御部２は、システム制御部１６から出力された速度変更指令にしたがって水中移動体１の速度Ｖを変更する（ステップＳＴ７）。

システム制御部１６は、航行制御部２から移動速度の変更が可能である旨の回答が得られない場合、海底高度の変更が可能であるか否か（海底高度の変更が、航行上問題があるか否か）を航行制御部２に問い合わせる。
システム制御部１６は、航行制御部２から海底高度の変更が可能である旨の回答が得られれば（ステップＳＴ８）、計測点の空間分解能変動許容量に基づく、高度変更可否判定を行う（ステップＳＴ９）。
ここで、図１０は高度変化に対する分解能変動の関係を表す概念図である。
海底高度の変更は、図１０に示すように、計測点の空間分解能に影響する。このため、海底高度の変更可否の判断として、現在の海底高度Ｈに対して、式（５）を満足する海底高度までの高度変化量ΔＨが、空間分解能の変動許容量ΔＮに対して、下記の式（６）を満足するか否かを確認する。

システム制御部１６は、式（６）を満足する場合、新たな海底高度Ｈへの変更を指示する高度変更指令を航行制御部２に出力する。
航行制御部２は、システム制御部１６から出力された高度変更指令にしたがって水中移動体１の海底高度Ｈを変更する（ステップＳＴ１０）。
システム制御部１６は、航行制御部２が水中移動体１の海底高度Ｈを変更すると、次のスキャンを開始させる（ステップＳＴ２）。

システム制御部１６は、式（６）を満足しない場合、式（６）を満足する新たなビーム拡がり角θを算出する。
システム制御部１６は、新たなビーム拡がり角θを算出すると、そのビーム拡がり角θと、変更後の海底高度Ｈと、現在の移動速度Ｖとを用いて、式（５）を満足する新たなビーム走査速度ｆ（ビーム走査周期）を算出する（ステップＳＴ１１）。
ここで、図１１はビーム走査周期の導出式を表す概念図であり、ビーム走査速度ｆ（ビーム走査周期）に対し、空間分解能Ｎ、パルス繰り返し周期Ｒ、海底高度Ｈ、ビーム走査範囲Ｘの関係式（下記の式（７））が導かれる。

この背景として、ビーム走査範囲Ｘに対して、規定のパルス数で計測することが設定されており、これを守るようにシステムを制御することで、ライン走査範囲内の空間分解能を維持することができる。

次に、システム制御部１６は、新たなビーム走査速度ｆ（ビーム走査周期）を用いた場合に、規定の空間分解能の許容範囲内での計測を維持することが可能であるか否かを確認する（ステップＳＴ１２）。
即ち、システム制御部１６は、新たなビーム走査速度ｆ、現在のパルス繰り返し周期Ｒ、新たな海底高度Ｈ及び現在のビーム走査範囲Ｘを式（７）に代入して、新たな空間分解能Ｎを算出し、この空間分解能Ｎと現在の空間分解能との差分（空間分解能の変動量）が許容範囲内であれば、規定の空間分解能の許容範囲内での計測を維持することが可能であると判断する。

システム制御部１６は、規定の空間分解能の許容範囲内での計測を維持することが可能であれば、新たなビーム走査速度ｆ（ビーム走査周期）を示すビーム走査速度指示信号を送受光学部１２のビーム走査系２４に出力することで、新たなビーム走査速度ｆを設定するとともに、新たなビーム拡がり角θを示すビーム調整信号を送受光学部１２のビーム調整光学系２３に出力することで、新たなビーム拡がり角θを設定する（ステップＳＴ１３）。
また、システム制御部１６は、新たな海底高度Ｈへの変更を指示する高度変更指令を航行制御部２に出力する。
航行制御部２は、システム制御部１６から出力された高度変更指令にしたがって水中移動体１の海底高度Ｈを変更する。
システム制御部１６は、航行制御部２が水中移動体１の海底高度Ｈを変更すると、次のスキャンを開始させる（ステップＳＴ２）。

システム制御部１６は、航行制御部２から海底高度の変更が可能である旨の回答が得られなければ（ステップＳＴ８）、式（６）を満足する新たなビーム拡がり角θを算出する。
システム制御部１６は、新たなビーム拡がり角θを算出すると、そのビーム拡がり角θと、現在の海底高度Ｈと、現在の移動速度Ｖとを用いて、式（５）を満足する新たなビーム走査速度ｆ（ビーム走査周期）を算出する（ステップＳＴ１１）。

次に、システム制御部１６は、新たなビーム走査速度ｆ（ビーム走査周期）を用いた場合に、規定の空間分解能の許容範囲内での計測を維持することが可能であるか否かを確認する（ステップＳＴ１２）。
即ち、システム制御部１６は、新たなビーム走査速度ｆ、現在のパルス繰り返し周期Ｒ、現在の海底高度Ｈ及び現在のビーム走査範囲Ｘを式（７）に代入して、新たな空間分解能Ｎを算出し、この空間分解能Ｎと現在の空間分解能との差分（空間分解能の変動量）が許容範囲内であれば、規定の空間分解能の許容範囲内での計測を維持することが可能であると判断する。

システム制御部１６は、規定の空間分解能の許容範囲内での計測を維持することが可能であれば、新たなビーム走査速度ｆ（ビーム走査周期）を示すビーム走査速度指示信号を送受光学部１２のビーム走査系２４に出力することで、新たなビーム走査速度ｆを設定するとともに、新たなビーム拡がり角θを示すビーム調整信号を送受光学部１２のビーム調整光学系２３に出力することで、新たなビーム拡がり角θを設定する（ステップＳＴ１３）。
システム制御部１６は、新たなビーム走査速度ｆやビーム拡がり角θを設定すると、次のスキャンを開始させる（ステップＳＴ２）。

システム制御部１６は、規定の空間分解能の許容範囲内での計測を維持することができない場合、空間分解能の設定変更を行うか否かを判定する（ステップＳＴ１４）。
例えば、水中移動体１が、母船や拠点と通信可能な状態であれば、空間分解能の設定変更を行うか否かをユーザに問い合わせるようにする。通信不可能な状態であれば、予めプログラムされた処理に従って設定変更の可否を決定する。
システム制御部１６は、空間分解能の設定変更が可能であれば、新たなビーム走査速度ｆ（ビーム走査周期）を示すビーム走査速度指示信号を送受光学部１２のビーム走査系２４に出力することで、新たなビーム走査速度ｆを設定するとともに、新たなビーム拡がり角θを示すビーム調整信号を送受光学部１２のビーム調整光学系２３に出力することで、新たなビーム拡がり角θを設定する（ステップＳＴ１２）。
システム制御部１６は、新たなビーム走査速度ｆやビーム拡がり角θを設定すると、次のスキャンを開始させる（ステップＳＴ２）。

システム制御部１６は、空間分解能の設定変更が不可能であれば、警告を表示し（ステップＳＴ１５）、現在のビーム走査速度ｆやビーム拡がり角θを維持した状態で、次のスキャンを開始させる（ステップＳＴ２）。
レーザレーダ装置１０は、計測面３の計測が完了するまで、ステップＳＴ２〜ＳＴ１５の処理を繰り返し実施する。

なお、画像処理部１５は、上述したように、計測面３における各計測点の三次元座標（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）から三次元マップを生成するが、システム制御部１６が、画像処理部１５により生成された三次元マップの計測点間隔を検査するようにしてもよい。
このとき、システム制御部１６は、規定の体積中に含まれている計測点密度が、ユーザにより設定されている基準密度より低い領域、あるいは、規定の体積中に含まれている計測点間隔が、ユーザにより設定されている基準間隔より広い領域を抽出し、その領域を水中移動体１の航行制御部２に通知する。
水中移動体１の航行制御部２は、システム制御部１６から上記の通知を受けると、再度、当該領域の計測を行うようにしてもよい。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、システム制御部１６が、画像処理部１５により生成された距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定し、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足していなければ、速度の低下を指示する速度変更指令や、海底高度（水深）の変更を指示する高度変更指令などを航行制御部２に出力することで、計測面３と自装置の物理的な相対関係を変更し、あるいは空間分解能の変動量が許容量を超えない範囲で、ビーム走査速度ｆやビーム拡がり角θなどを変更するように構成したので、画像上での計測箇所の抜けの発生を防止して、所望の画像品質を確保することができる効果を奏する。
また、三次元マップの計測点間隔をリアルタイムに検査することで、計測点数が少ない箇所を自律して抽出して再計測を行うことが可能になり、１回の探査で無駄のない水中地形計測を行うことが可能になる。

実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
システム制御部４０は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、図１のシステム制御部１６と同様の処理を実施するほかに、画像処理部１５により生成された距離画像の中で、有意な画素値を有している画素の個数を計数し、その個数が規定数（第１の基準数）未満であれば、その距離画像の品質が基準品質を満足していないと判定する処理を実施する。
また、システム制御部４０は画像処理部１５により生成された光強度画像を構成している画素の中で、飽和値を有している画素の個数を計数し、飽和値を有している画素の個数が許容数（第２の基準数）以上であれば、その光強度画像の品質が基準品質を満足していないと判定する処理を実施する。

システム制御部４０は距離画像の品質が基準品質を満足していないと判定すると、計測対象への接近を水中移動体１の航行制御部２に指示することで、計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更する処理を実施する。
また、システム制御部４０は光強度画像の品質が基準品質を満足していないと判定すると、レーザ光の送受信条件（例えば、レーザ出力部１から出力されるパルスレーザ光のレーザパワー、送受光学部１２の受信光学系２６における受信視野、光検出部２の受光ゲイン及びゲート時間、信号処理部１４の閾値調整部３１における受信信号閾値など）を変更する処理を実施する。
なお、システム制御部４０は品質判定手段、相対関係変更手段及び低計測点密度領域抽出手段を構成している。

図１２の例では、レーザレーダ装置の構成要素であるレーザ出力部１１、送受光学部１２、光検出部１３、信号処理部１４、画像処理部１５及びシステム制御部４０のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーザレーダ装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、レーザレーダ装置の一部（例えば、信号処理部１４、画像処理部１５及びシステム制御部４０）がコンピュータで構成されている場合、信号処理部１４、画像処理部１５及びシステム制御部４０の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図１３はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の処理内容（レーダ画像生成方法）を示すフローチャートである。

次に動作について説明する。
図１４はレーザレーダ装置による水中物体（計測対象）のイメージング動作を示す概念図である。
この実施の形態２では、送受光学部１２のビーム走査系２４が、システム制御部４０の制御の下で、水平方向及び垂直方向の二次元走査を行うものとする。
図１４に示しているイメージング動作は、レーザレーダ装置１０を搭載している水中移動体１が特定の計測対象に近接しながら、特定の計測対象の形状計測を行う場合の動作である。
この場合、水中移動体１が搭載している光学カメラ等では、計測対象までの距離を認識できない位置であるが、水中移動体１が搭載している音響センサ等の距離センサでは、計測対象までの距離を大まかに把握できる位置に水中移動体１が存在している状態から、レーザレーダ装置１０の動作を開始する。
即ち、水中移動体１が搭載している音響センサ等の距離センサを用いて、レーザレーダ装置１０の動作が可能な距離まで計測対象に近づいたことを検知すると、レーザレーダ装置１０が初期設定を開始する。
具体的には、以下の通りである。

レーザレーダ装置１０のシステム制御部４０は、計測対象の計測を開始する前に、各処理部を初期設定する（図１３のステップＳＴ２１）。
即ち、システム制御部４０は、図１のシステム制御部１６と同様に、各処理部を初期設定するが、レーザ出力部１から出力されるパルスレーザ光のレーザパワーについては最大出力に初期設定する。
また、光検出部２の受光ゲインについては最大値に初期設定し、信号処理部１４の閾値調整部３１における受信信号閾値については最小値に初期設定する。

システム制御部４０は、各処理部の初期設定が完了すると、パルスレーザ光の出力指令をレーザ出力部１１に出力することで、計測対象に対する２次元走査を開始する（ステップＳＴ２２）。
レーザ出力部１１は、システム制御部４０からパルスレーザ光の出力指令を受けると、上記実施の形態１と同様に、初期設定されたパルス繰り返し周期Ｒでパルスレーザ光を繰り返し送受光学部１２に出力する。
システム制御部４０は、レーザ出力部１１がパルスレーザ光の出力を開始すると、図１のシステム制御部１６と同様に、レーザ出力部１１におけるパルスレーザ光の出力に同期して、パルス出力同期信号を信号処理部１４の距離・三次元座標算出部３４に出力する。

送受光学部１２のレーザ光分岐器２１は、上記実施の形態１と同様に、レーザ出力部１１からパルスレーザ光（送信光）が出力される毎に、そのパルスレーザ光（送信光）を分岐して、一方のパルスレーザ光をビーム調整光学系２３に出力し、他方のパルスレーザ光を送信光モニタ部２２に出力する。
送信光モニタ部２２は、レーザ光分岐器２１からパルスレーザ光を受けると、上記実施の形態１と同様に、そのパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号をレーザ光出力タイミングモニタ信号として、信号処理部１４の経過時間計測部３２及び光強度検出部３３に出力する。

送受光学部１２のビーム調整光学系２３は、レーザ光分岐器２１からパルスレーザ光を受けると、初期設定時に、システム制御部４０から出力されたビーム調整信号にしたがってパルスレーザ光のビーム径及びビーム拡がり角θを調整し、調整後のパルスレーザ光をビーム走査系２４に出力する。
ビーム走査系２４の送信光学系２５は、ビーム調整光学系２３から調整後のパルスレーザ光を受けると、上記実施の形態１と同様に、そのパルスレーザ光（送信光）を計測対象に向けて放射する。
このとき、ビーム走査系２４は、ビーム調整光学系２３から調整後のパルスレーザ光を受ける毎に、初期設定時に、システム制御部４０から出力されたビーム走査速度指示信号が示すビーム走査速度ｆ（ビーム走査周期）で、送信光学系２５から放射されるパルスレーザ光のビーム走査角度θを切り替えるようにする。
また、ビーム走査系２４は、最初に、ビーム調整光学系２３から調整後のパルスレーザ光を受けた時点で、ビーム走査の開始タイミングを示すビーム走査開始信号を信号処理部１４に出力する。

送受光学部１２の受信光学系２６は、システム制御部４０から出力された受信視野調整信号にしたがって受信視野が調整され、送信光学系２５から放射されたのち、計測対象により反射されて戻ってきたパルスレーザ光（受信光）を光検出部１３に集光する。
光検出部１３は、システム制御部４０により初期設定された受光ゲインで、送受光学部１２の受信光学系２６により集光されたパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号を信号処理部１４に出力する。
信号処理部１４は、光検出部１３から受信信号を受けると、上記実施の形態１と同様に、その受信信号に対する各種の信号処理を実施する。

画像処理部１５は、外部要求に応じて二次元の距離画像及び強度画像、あるいは、三次元マップを表示する。
以下、システム制御部４０は、計測対象の撮像画像の視認性を高める処理を実施する。
図１５は距離画像内の計測対象の視認性を高めるために、レーザレーダ装置１０が自律的に判断しながら、計測対象への接近を制御する様子を示す説明図である。
図１５では、計測対象との正確な距離や水中環境の光減衰特性が不明な場合において、距離画像の視認性を向上させるための制御方法を表している。なお、図１５は、十分な反射強度を有する信号を受信できない程度に、計測対象との距離が離れている状況下では、有意な値を有する画素がまばらに存在している。
また、図１６は距離画像及び光強度画像内の計測対象の視認性の変化を示す説明図である。

システム制御部４０は、毎回の撮像フレームにおいて、画像処理部１５が距離画像を生成する毎に、その距離画像の中で、有意な画素値を有している画素の個数Ｃ_１（以下、「有効画素数」と称する）をカウントする。
システム制御部４０は、距離画像内の有効画素数Ｃ_１をカウントすると、その有効画素数Ｃ_１と規定数Ｃ_ｒｅｆ１（規定数は、予めユーザ又はシステムによって設定されている基準数である）を比較する（ステップＳＴ２３）。
システム制御部４０は、その有効画素数Ｃ_１が規定数Ｃ_ｒｅｆ１未満であれば、その距離画像の品質が基準品質を満足していないと判定し、計測対象への接近を水中移動体１の航行制御部２に指示する。
航行制御部２は、システム制御部４０から計測対象への接近指令を受けると、水中移動体１が計測対象へ接近するように、水中移動体１を移動させる（ステップＳＴ２４）。
これにより、前回より計測対象へ接近した状態で計測対象が計測されて距離画像や光強度画像が生成され（ステップＳＴ２２）、距離画像内の計測対象の視認性が向上することが期待される。

システム制御部４０は、距離画像内の有効画素数Ｃ_１が規定数Ｃ_ｒｅｆ１以上であれば、その距離画像の品質が基準品質を満足していると判定し、光強度画像内の計測対象の視認性を高める機能がＯＮに設定されていれば（ステップＳＴ２４）、画像処理部１５により生成された光強度画像を構成している画素の中で、飽和値を有している画素の個数Ｃ_２（以下、「飽和画素数」と称する）をカウントする。
システム制御部４０は、光強度画像内の飽和画素数Ｃ_２をカウントすると、その飽和画素数Ｃ_２と許容数Ｃ_ｒｅｆ２（許容数は、予めユーザ又はシステムによって設定されている基準数である）を比較する（ステップＳＴ２５）。
システム制御部４０は、その飽和画素数Ｃ_２が許容数Ｃ_ｒｅｆ２以上であれば、その光強度画像の品質が基準品質を満足していないと判定し、レーザレーダ装置１０のパラメータ（レーザ光の送受信条件）を変更する（ステップＳＴ２６）。

例えば、レーザ出力部１から出力されるパルスレーザ光のレーザパワーを下げる変更、光検出部２の受光ゲインを下げる変更や、信号処理部１４の閾値調整部３１における受信信号閾値を上げる変更などを行う。
また、送受光学部１２の受信光学系２６における受信視野を狭める変更を行ってもよい。受信信号閾値を上げる変更を行う場合、システム誤差によって発生する距離精度の劣化を抑えるために、送信光モニタ部２２の閾値も同等に上げるようにする。
これにより、前回と異なるパラメータ（レーザ光の送受信条件）で計測対象が計測されて距離画像や光強度画像が生成され（ステップＳＴ２２）、光強度画像内の計測対象の視認性が向上することが期待される。

以下、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足するまで、ステップＳＴ２２〜ＳＴ２６の処理が繰り返され、計測が完了すると、一連の処理が終了する（ステップＳＴ２７）。
なお、ステップＳＴ２２〜ＳＴ２６の処理を繰り返しても、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足しない場合、水中移動体１と計測対象の距離が離れることで、光強度画像内の飽和が改善されることがあるため、システム制御部４０が、水中移動体１と計測対象の距離を離す指令を航行制御部２に出力するようにしてもよい。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、システム制御部４０が、画像処理部１５により生成された距離画像内の有効画素数Ｃ_１が規定数Ｃ_ｒｅｆ１未満であれば、計測対象への接近を水中移動体１の航行制御部２に指示し、画像処理部１５により生成された光強度画像内の飽和画素数Ｃ_２が許容数Ｃ_ｒｅｆ２以上であれば、レーザレーダ装置１０のパラメータ（レーザ光の送受信条件）を変更するように構成したので、距離画像内の有効画素数Ｃ_１の減少や、光強度画像内の飽和画素数Ｃ_２の増加を防止して、所望の画像品質を確保することができる効果を奏する。
したがって、遠隔操作によるパラメータ調整の手間を省き、計測時間の短縮を図ることが可能になる。また、水中移動体１と計測対象の距離を自律的に調整することで、水中環境が変化した場合でも、水中環境の特性把握を必要とせずに、視認性の良い撮像画像を得ることが可能になる。加えて、水中移動体１の１計測当たりの消費エネルギーを低減することが可能になり、運用効率の向上及び探索範囲の拡大といった効果を得ることが可能になる。

実施の形態３．
図１７はこの発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図において、図１及び図１２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
利得情報保持部５１は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、送信光モニタ部２２からレーザ光出力タイミングモニタ信号が出力された時点（レーザ光の放射開始時点）からの経過時間と時間応答ゲイン（利得）の対応関係を示す利得カーブ（利得情報）を複数種類保持している。なお、利得情報保持部５１は利得情報保持手段を構成している。

システム制御部５２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、図１のシステム制御部１６又は図１２のシステム制御部４０と同様の処理を実施するほかに、画像処理部１５により生成された距離画像内の有効画素数Ｃ_１をカウントし、利得情報保持部５１により保持されている複数の利得カーブの中から、その有効画素数Ｃ_１が規定数Ｃ_ｒｅｆ１以上になる利得カーブを選択する処理を実施する。
また、システム制御部５２は画像処理部１５により生成された光強度画像内の飽和画素数Ｃ_２をカウントし、その飽和画素数Ｃ_２が許容数Ｃ_ｒｅｆ２以内になるようにレーザレーダ装置１０のパラメータであるレーザ光の送受信条件（例えば、パルスレーザ光のレーザパワー、受光ゲイン、受信信号閾値など）を変更する処理を実施する。
なお、システム制御部５２は品質判定手段、相対関係変更手段、低計測点密度領域抽出手段及び利得情報選択手段を構成している。

図１７の例では、レーザレーダ装置の構成要素であるレーザ出力部１１、送受光学部１２、光検出部１３、信号処理部１４、画像処理部１５、利得情報保持部５１及びシステム制御部５２のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーザレーダ装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、レーザレーダ装置の一部（例えば、信号処理部１４、画像処理部１５、利得情報保持部５１及びシステム制御部５２）がコンピュータで構成されている場合、利得情報保持部５１をコンピュータのメモリ上に構成するとともに、信号処理部１４、画像処理部１５及びシステム制御部５２の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図１９及び図２０はこの発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の処理内容（レーダ画像生成方法）を示すフローチャートである。

図１８はこの発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の光検出部１３を示す構成図である。
図１８において、光電変換器６１はシステム制御部５２からゲート信号（送信光モニタ部２２からレーザ光出力タイミングモニタ信号が出力されたのち、ユーザに設定されたディレイ時間後に出力される信号）が出力されると、システム制御部５２から出力されたゲイン設定信号が示す受光ゲインを送受光学部１２の受信光学系２６により集光されたパルスレーザ光に印加し、受光ゲイン印加後のパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号を出力する処理を実施する。
時間応答ゲイン調整部６２はシステム制御部５２により選択された利得カーブを参照して、レーザ光の放射開始時点からの経過時間に対応する時間応答ゲイン（利得）を特定し、その時間応答ゲインを光電変換器６１から出力された受信信号に印加し、時間応答ゲイン印加後の受信信号を信号処理部１４に出力する処理を実施する。
なお、光電変換器６１及び時間応答ゲイン調整部５２から受光器が構成されている。

次に動作について説明する。
この実施の形態３では、上記実施の形態１，２と相違する処理内容だけを説明し、上記実施の形態１，２と同じ処理内容の説明を省略する。
最初に、距離画像の品質を高める際の処理内容を説明する。

システム制御部５２は、水中移動体１の航行制御部２から、水中移動体１が現在存在している海底高度（水深）を示す計測データを取得する。
次に、システム制御部５２は、海底高度（水深）と利得カーブの対応関係を示す参照テーブル（図示せぬ）を参照して、利得情報保持部５１により保持されている複数種類の利得カーブの中から、水中移動体１が現在存在している海底高度（水深）に対応する利得カーブを選択し、その利得カーブを光検出部１３の時間応答ゲイン調整部６２に設定する（図１９のステップＳＴ３１）。
また、システム制御部５２は、レーザ出力部１から出力されるパルスレーザ光のレーザパワーを最大出力に初期設定するとともに、光検出部２の受光ゲインを最大値に初期設定する。また、信号処理部１４の閾値調整部３１における受信信号閾値を最小値に初期設定する（ステップＳＴ３２）。

システム制御部５２は、送信光モニタ部２２からレーザ光出力タイミングモニタ信号が出力されたのち、予めユーザにより設定されたディレイ時間が経過すると、ゲート信号を光検出部１３の光電変換器６１に出力する。
システム制御部５２は、システム内部の散乱光の受光や、近距離からの不要な散乱光の受光を避ける目的でゲート信号を出力している。
光検出部１３の光電変換器６１は、システム制御部５２からゲート信号が出力されると、システム制御部５２から出力されたゲイン設定信号が示す受光ゲイン（初期設定時は最大値）を送受光学部１２の受信光学系２６により集光されたパルスレーザ光に印加し、受光ゲイン印加後のパルスレーザ光を電気信号に変換して、その電気信号である受信信号を時間応答ゲイン調整部６２に出力する。

光検出部１３の時間応答ゲイン調整部６２は、システム制御部５２により設定された利得カーブを参照して、レーザ光出力タイミングモニタ信号が出力された時点（レーザ光の放射開始時点）からの経過時間に対応する時間応答ゲイン（利得）を特定し、その時間応答ゲインを光電変換器６１から出力された受信信号に印加し、時間応答ゲイン印加後の受信信号を信号処理部１４に出力する。
ここで、図２１は時間応答ゲイン調整部６２による伝搬損失補償を示す説明図である。
利得情報保持部５１には、伝搬空間の光減衰率を想定して、複数種類の利得カーブが用意されており、各々の利得カーブにおける時間応答ゲインは、概ね、時間経過に伴って大きくなるように設定されている。
時間応答ゲイン調整部６２が、経過時間に対応する時間応答ゲインを受信信号に印加することで、レーザ光の伝搬に伴う減衰が補償される。これにより、信号閾値調整を実施しても、低減することができなかった比較的近距離の浮遊物等からの散乱光の誤検出を低減することが可能になる。

光検出部１３の時間応答ゲイン調整部６２から出力された受信信号は、信号処理部１４により入力されることで、上記実施の形態１，２と同様の処理が実施される。
システム制御部５２は、画像処理部１５が距離画像を生成すると、図１２のシステム制御部４０と同様に、その距離画像内の有効画素数Ｃ_１をカウントする（ステップＳＴ３３）。
システム制御部５２は、距離画像内の有効画素数Ｃ_１をカウントすると、その有効画素数Ｃ_１と規定数Ｃ_ｒｅｆ１（この規定数Ｃ_ｒｅｆ１は、予めユーザ又はシステムによって設定されている基準数であり、上記実施の形態２で示している規定数Ｃ_ｒｅｆ１と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい）を比較する（ステップＳＴ３４）。

システム制御部５２は、距離画像内の有効画素数Ｃ_１が規定数Ｃ_ｒｅｆ１以上であれば、その距離画像の品質が基準品質を満足していると判定し、先に時間応答ゲイン調整部６２に設定している利得カーブを維持し、現状のパラメータのままで計測を継続する。
システム制御部５２は、距離画像内の有効画素数Ｃ_１が規定数Ｃ_ｒｅｆ１未満であれば、その距離画像の品質が基準品質を満足していないと判定し、利得カーブの設定を１段階上げることが可能であるか否かを確認する。
即ち、システム制御部５２は、利得情報保持部５１により保持されている複数種類の利得カーブの中に、先に時間応答ゲイン調整部６２に設定している利得カーブより、経過時間に対応する時間応答ゲイン（利得）が大きい利得カーブが存在しているか否かを判定する（ステップＳＴ３５）。

システム制御部５２は、利得カーブの設定を１段階上げることが可能であれば、利得情報保持部５１により保持されている複数種類の利得カーブの中から、先に時間応答ゲイン調整部６２に設定している利得カーブより、時間応答ゲイン（利得）が１段階大きい利得カーブを選択し、その利得カーブを時間応答ゲイン調整部６２に設定する（ステップＳＴ３６）。
光検出部１３の時間応答ゲイン調整部６２は、システム制御部５２が利得カーブを設定変更すると、設定変更後の利得カーブを参照して、レーザ光の放射開始時点からの経過時間に対応する時間応答ゲイン（利得）を特定し、その時間応答ゲインを光電変換器６１から出力された受信信号に印加し、時間応答ゲイン印加後の受信信号を信号処理部１４に出力する。

システム制御部５２は、利得カーブの設定を１段階上げることが不可能であれば、計測位置の変更を航行制御部２に要請する。
航行制御部２は、システム制御部５２から計測位置の変更要請を受けると、水中移動体１を移動して計測位置を変更する（ステップＳＴ３７）。
以降、計測が完了するまで、ステップＳＴ３１〜ＳＴ３７の処理が繰り返し実施される。

次に、光強度画像の品質を高める際の処理内容を説明する。
システム制御部５２は、水中移動体１の航行制御部２から、水中移動体１が現在存在している海底高度（水深）を示す計測データを取得する。
次に、システム制御部５２は、海底高度（水深）と利得カーブの対応関係を示す参照テーブル（図示せぬ）を参照して、利得情報保持部５１により保持されている複数種類の利得カーブの中から、水中移動体１が現在存在している海底高度（水深）に対応する利得カーブを選択し、その利得カーブを光検出部１３の時間応答ゲイン調整部６２に設定する（図２０のステップＳＴ４１）。
また、システム制御部５２は、レーザ出力部１から出力されるパルスレーザ光のレーザパワーを最大出力に初期設定するとともに、光検出部２の受光ゲインを最大値に初期設定する。また、信号処理部１４の閾値調整部３１における受信信号閾値を最小値に初期設定する（ステップＳＴ４２）。

システム制御部５２は、送信光モニタ部２２からレーザ光出力タイミングモニタ信号が出力されたのち、予めユーザにより設定されたディレイ時間が経過すると、ゲート信号を光検出部１３の光電変換器６１に出力する。
光検出部１３の光電変換器６１は、システム制御部５２からゲート信号が出力されると、システム制御部５２から出力されたゲイン設定信号が示す受光ゲイン（初期設定時は最大値）を送受光学部１２の受信光学系２６により集光されたパルスレーザ光に印加し、受光ゲイン印加後のパルスレーザ光を電気信号に変換して、その電気信号である受信信号を時間応答ゲイン調整部６２に出力する。

光検出部１３の時間応答ゲイン調整部６２は、システム制御部５２により設定された利得カーブを参照して、レーザ光出力タイミングモニタ信号が出力された時点（レーザ光の放射開始時点）からの経過時間に対応する時間応答ゲイン（利得）を特定し、その時間応答ゲインを光電変換器６１から出力された受信信号に印加し、時間応答ゲイン印加後の受信信号を信号処理部１４に出力する。

光検出部１３の時間応答ゲイン調整部６２から出力された受信信号は、信号処理部１４により入力されることで、上記実施の形態１，２と同様の処理が実施される。
システム制御部５２は、画像処理部１５が光強度画像を生成すると、図１２のシステム制御部４０と同様に、その光強度画像内の飽和画素数Ｃ_２をカウントする（ステップＳＴ４３）。
システム制御部５２は、光強度画像内の飽和画素数Ｃ_２をカウントすると、その飽和画素数Ｃ_２と許容数Ｃ_ｒｅｆ２（この許容数Ｃ_ｒｅｆ２は、予めユーザ又はシステムによって設定されている基準数であり、上記実施の形態２で示している許容数Ｃ_ｒｅｆ２と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい）を比較する（ステップＳＴ４４）。

システム制御部５２は、光強度画像内の飽和画素数Ｃ_２が許容数Ｃ_ｒｅｆ２未満であれば、その光強度画像の品質が基準品質を満足していると判定し、現状のパラメータのままで計測を継続する。
システム制御部５２は、光強度画像内の飽和画素数Ｃ_２が許容数Ｃ_ｒｅｆ２以上であれば、その光強度画像の品質が基準品質を満足していないと判定し、レーザレーダ装置１０のパラメータであるレーザ光の送受信条件（例えば、パルスレーザ光のレーザパワー、受光ゲイン、受信信号閾値など）を変更することが可能であるか否かを確認する（ステップＳＴ４５）。
システム制御部５２は、パラメータの変更が可能であれば、信号処理部１４の閾値調整部３１における受信信号閾値を１段階大きい値に設定変更する（ステップＳＴ４６）。
これにより、近傍の浮遊物からの散乱光による強度情報の飽和現象が低減される。

システム制御部５２は、受信信号閾値を１段階大きい値に設定変更すると、距離画像内の有効画素数Ｃ_１が規定数Ｃ_ｒｅｆ１以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ４７）。
システム制御部５２は、距離画像内の有効画素数Ｃ_１が規定数Ｃ_ｒｅｆ１以上であれば、計測面３からの反射波を受信できていると判断し、光強度画像内の飽和画素数Ｃ_２のカウントを再度実施する（ステップＳＴ４３）。
システム制御部５２は、距離画像内の有効画素数Ｃ_１が規定数Ｃ_ｒｅｆ１未満であれば、計測面３からの反射波を受信できていないと判断し、更に、その受信信号閾値を１段階大きい値に変更することが可能であるか否かを確認する（ステップＳＴ４８）。

システム制御部５２は、受信信号閾値を１段階大きい値に変更することが可能であれば、更に、信号処理部１４の閾値調整部３１における受信信号閾値を１段階大きい値に設定
変更する（ステップＳＴ４６）。
システム制御部５２は、受信信号閾値を１段階大きい値に変更することが不可能であれば、閾値調整部３１における受信信号閾値を最小値に設定変更するとともに、レーザ出力部１から出力されるパルスレーザ光のレーザパワー又は光検出部２の受光ゲインのうち、少なくとも一方を１段階小さい値に設定変更する（ステップＳＴ４９）。
その後、上記と同様に、距離画像内の有効画素数Ｃ_１が規定数Ｃ_ｒｅｆ１以上であるか否かを確認する。

システム制御部５２は、パラメータの変更が不可能であれば（ステップＳＴ４５）、計測位置の変更を航行制御部２に要請する。
航行制御部２は、システム制御部５２から計測位置の変更要請を受けると、水中移動体１を移動して計測位置を変更する（ステップＳＴ５０）。
以降、計測が完了するまで、ステップＳＴ４１〜ＳＴ５０の処理が繰り返し実施される。

この実施の形態３では、システム制御部５２が、利得情報保持部５１により保持されている複数の利得カーブの中から、距離画像内の有効画素数Ｃ_１に対応する利得カーブを選択して、その利得カーブを時間応答ゲイン調整部６２に設定するものを示したが、ユーザ又はシステムにより選択された利得カーブが時間応答ゲイン調整部６２に設定されているものであってもよい。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、システム制御部５２が、利得情報保持部５１により保持されている複数の利得カーブの中から、距離画像内の有効画素数Ｃ_１が規定数Ｃ_ｒｅｆ１以上になる利得カーブを選択して、その利得カーブを時間応答ゲイン調整部６２に設定変更するとともに、光強度画像内の飽和画素数Ｃ_２が許容数Ｃ_ｒｅｆ２以内になるようにレーザレーダ装置１０のパラメータを設定変更するように構成したので、上記実施の形態１，２と同様の効果を奏するほか、レーザの伝搬空間による光伝搬損失が補償されて、より遠方の距離画像や強度画像を取得することが可能になる。また、これらの画像の視認性の向上のため、装置パラメータを自律的に制御することが可能になる。

この実施の形態３では、水中物体のイメージング動作を示したが、上記実施の形態１のように、水中移動体１が航行しながら、水中地形の計測を行うものであってもよい。

実施の形態４．
図２２はこの発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図において、図１、図１２及び図１７と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
送受光学部６１はシステム制御部６４の制御の下でビーム走査角度を切り替えながら、レーザ出力部１１から出力されたパルスレーザ光（送信光）を計測面３に向けて放射し、計測面３により反射されて戻ってきたパルスレーザ光（受信光）を受信する処理を実施する。
送受光学部６１は、図１等の送受光学部１２と異なり、送信光学系２５及び受信光学系２６を２組実装している。
この実施の形態４では、送信光学系２５及び受信光学系２６を２組実装している例を説明するが、３組以上実装していてもよい。

光検出部６２は送受光学部６１が実装している送信光学系２５及び受信光学系２６の組数と同数の光検出部１３（図１等を参照）から構成されており、各々の受信光学系２６により集光されたパルスレーザ光を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号を信号処理部１４３に出力する処理を実施する。
レーザ出力部１１、送受光学部６１及び光検出部６２からレーザ光送受信手段が構成されている。

信号処理部６３は送受光学部６１が実装している送信光学系２５及び受信光学系２６の組数と同数の信号処理部１４（図１等を参照）から構成されており、レーザ出力部１１からパルスレーザ光が出力されてから、光検出部６２から各々の受信信号が出力されるまでの経過時間を計測する処理、その経過時間を用いて、自装置を搭載している水中移動体１から計測面３までの距離を算出する処理や、各々の受信光学系２６により受信されたレーザ光の光強度を検出する処理などを実施する。

システム制御部６４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、図１のシステム制御部１６、図１２のシステム制御部４０又は図１７のシステム制御部５２と同様の処理を実施する。
また、システム制御部６４は、送受光学部６１が送信光学系２５及び受信光学系２６を２組実装しているので、一方の組における受信光学系２６の受信視野と、他方の組における受信光学系２６の受信視野が異なるように設定する。
なお、システム制御部６４は品質判定手段、相対関係変更手段、低計測点密度領域抽出手段及び利得情報選択手段を構成している。

図２２の例では、レーザレーダ装置の構成要素であるレーザ出力部１１、送受光学部６１、光検出部６２、信号処理部６３、画像処理部１５及びシステム制御部６４のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーザレーダ装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、レーザレーダ装置の一部（例えば、信号処理部６３、画像処理部１５及びシステム制御部６４）がコンピュータで構成されている場合、信号処理部６３、画像処理部１５及びシステム制御部６４の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

図２３はこの発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置の送受光学部６１を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ビーム走査系２４’は送信光学系２５Ａ，２５Ｂ及び受信光学系２６Ａ，２６Ｂを実装しており、システム制御部６４から出力されたビーム走査速度指示信号が示すビーム走査速度（ビーム走査周期）で、送信光学系２５Ａ，２５Ｂから放射されるパルスレーザ光のビーム走査角度を切り替えるとともに、ビーム走査の開始タイミングを示すビーム走査開始信号を信号処理部６３に出力する処理を実施する。

送信光学系２５Ａはビーム走査系２４’によってビーム走査角度が切り替えられながら、ビーム調整光学系２３による調整後のパルスレーザ光（送信光Ａ）を計測面３に向けて放射する光学系である。
受信光学系２６Ａは送信光学系２５Ａと同軸方向に光軸が調整されており、システム制御部６４から出力された受信視野調整信号Ａにしたがって受信視野が調整されたのち、計測面３により反射されて戻ってきたパルスレーザ光（受信光Ａ）を光検出部６２に集光する光学系である。

送信光学系２５Ｂは送信光学系２５Ａと異なる方向に光軸が調整されており、ビーム走査系２４’によってビーム走査角度が切り替えられながら、ビーム調整光学系２３による調整後のパルスレーザ光（送信光Ｂ）を計測面３に向けて放射する光学系である。
受信光学系２６Ｂは送信光学系２５Ｂと同軸方向に光軸が調整されており、システム制御部６４から出力された受信視野調整信号Ｂにしたがって受信視野が調整されたのち、計測面３により反射されて戻ってきたパルスレーザ光（受信光Ｂ）を光検出部６２に集光する光学系である。

次に動作について説明する。
この実施の形態４のレーザレーダ装置は、水中移動体１が移動しながら、複数のライン走査を実施して、水中地形の計測を行うものである。
図２４は水中を移動している水中移動体１に搭載されているレーザレーダ装置が海底面を計測している様子を示す説明図である。
この実施の形態４のレーザレーダ装置の基本的な処理内容は、上記実施の形態１〜３のレーザレーダ装置と同じであり、複数のライン走査を実施する点で相違している。
以下、上記実施の形態１〜３と相違している部分を説明する。

送受光学部６１の送信光学系２５Ａ及び受信光学系２６Ａは、予め同軸方向に光軸が調整されている。
また、送信光学系２５Ｂ及び受信光学系２６Ｂについても同軸方向に光軸が調整されている。
ただし、送信光学系２５Ａ及び受信光学系２６Ａの光軸と、送信光学系２５Ｂ及び受信光学系２６Ｂの光軸は、異なる方向である。

システム制御部６４は、上記実施の形態１〜３と同様に、計測面３の計測を開始する前に、各処理部を初期設定する。
その際、システム制御部６４は、受信視野を示す受信視野調整信号Ａを送受光学部６１の受信光学系２６Ａに出力することで、受信光学系２６Ａの受信視野の受信視野が送信光学系２５Ａから放射されるパルスレーザ光（送信光Ａ）と同等の範囲になるように視野角を初期設定する。
また、システム制御部６４は、受信視野を示す受信視野調整信号Ｂを送受光学部６１の受信光学系２６Ｂに出力することで、受信光学系２６Ｂの受信視野の受信視野が送信光学系２５Ｂから放射されるパルスレーザ光（送信光Ｂ）と同等の範囲になるように視野角を初期設定する。
なお、受信光学系２６Ａの受信視野と、受信光学系２６Ｂの受信視野が、互いに重複しないよう調整されており、クロストークの発生を避けている。

送信光学系２５Ａは、ビーム調整光学系２３から調整後のパルスレーザ光を受けると、そのパルスレーザ光（送信光Ａ）を計測面３に向けて放射する。
このとき、ビーム走査系２４’は、ビーム調整光学系２３から調整後のパルスレーザ光を受ける毎に、図２４に示す走査ラインＡにおいて、送信光学系２５Ａから放射されるパルスレーザ光のビーム走査角度θbeamを切り替えるようにする。
送信光学系２５Ｂは、ビーム調整光学系２３から調整後のパルスレーザ光を受けると、そのパルスレーザ光（送信光Ｂ）を計測面３に向けて放射する。
このとき、ビーム走査系２４’は、ビーム調整光学系２３から調整後のパルスレーザ光を受ける毎に、図２４に示す走査ラインＢにおいて、送信光学系２５Ｂから放射されるパルスレーザ光のビーム走査角度θbeamを切り替えるようにする。
なお、ビーム走査系２４’は、最初に、ビーム調整光学系２３から調整後のパルスレーザ光を受けた時点で、ビーム走査の開始タイミングを示すビーム走査開始信号を信号処理部６３に出力する。

受信光学系２６Ａは、システム制御部６４から出力された受信視野調整信号Ａにしたがって受信視野が調整され、送信光学系２５Ａから放射されたのち、計測面３により反射されて戻ってきたパルスレーザ光（受信光Ａ）を光検出部６２に集光する。
受信光学系２６Ｂは、システム制御部６４から出力された受信視野調整信号Ｂにしたがって受信視野が調整され、送信光学系２５Ｂから放射されたのち、計測面３により反射されて戻ってきたパルスレーザ光（受信光Ｂ）を光検出部６２に集光する。

光検出部６２は、システム制御部６４により初期設定された受光ゲインで、受信光学系２６Ａにより集光されたパルスレーザ光（受信光Ａ）を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号Ａを信号処理部６３に出力する。
また、光検出部６２は、システム制御部６４により初期設定された受光ゲインで、受信光学系２６Ｂにより集光されたパルスレーザ光（受信光Ｂ）を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号Ｂを信号処理部６３に出力する。
信号処理部６３は、光検出部６２から受信信号Ａ，Ｂを受けると、図１等の信号処理部１４と同様に、その受信信号Ａ，Ｂに対する各種の信号処理を実施する。
以降の処理が受信信号毎に行われる点で、上記実施の形態１〜３と相違するが、処理内容自体は、上記実施の形態１〜３と同様であるため説明を省略する。

この実施の形態４によれば、水中地形の計測を複数のライン走査により多重に行うことで、１回の航行での計測機会を増加させることができ、再計測の必要性を低減する効果を得ることができる。また、水中移動体１の探査領域をより拡大することが可能になる。

この実施の形態４では、２本のライン走査を実施する場合について説明したが、このライン数は２本以上であってもよい。
また、図２２に示している構成では、レーザ出力部１１のレーザ光源が１個であるが、複数のレーザ光源を用意して、各光源と送受光学部６１内の各送信光学系２５を対応付けて、パルスレーザ光を出力するようにしてもよい。
さらに、複数のレーザ光源が異なる波長のレーザ光を発振するようにし、各光源と送受光学部６１内の各送信光学系２５を対応付けて、パルスレーザ光を出力するようにしてもよい。
これにより、例えば、各受信光学系２６に対して、対応するレーザ光源の波長特性に合致する波長フィルターを取り付けることで、他のライン走査による散乱光のクロストークを更に低減することが可能になる。

上記実施の形態１〜４では、レーザレーダ装置１０が水中移動体１に搭載されている例を示したが、水中移動体１に搭載されるものに限るものではなく、例えば、レーザレーダ装置１０が空中移動体や陸上移動体に搭載されているものであってもよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明のレーザレーダ装置は、画像化手段により生成された画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定する品質判定手段と、品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更する相対関係変更手段とを備え、所望の画像品質を確保することができるので、船や水中移動体などに搭載されて水面下の物体の形状を計測するのに適している。

１ 水中移動体、２ 航行制御部、３ 計測面（計測対象）、１０ レーザレーダ装置、１１ レーザ出力部（レーザ光送受信手段）、１２ 送受光学部（レーザ光送受信手段）、１３ 光検出部（レーザ光送受信手段）、１４ 信号処理部、１５ 画像処理部（画像化手段、三次元マップ生成手段）、１６ システム制御部（品質判定手段、相対関係変更手段、低計測点密度領域抽出手段）、２１ レーザ光分岐器、２２ 送信光モニタ部、２３ ビーム調整光学系、２４，２４’ ビーム走査系、２５，２５Ａ，２５Ｂ 送信光学系、２６，２６Ａ，２６Ｂ 受信光学系２６、３１ 閾値調整部（受信信号選択手段）、３２ 経過時間計測部（経過時間計測手段）、３３ 光強度検出部（光強度検出手段）、３４ 距離・三次元座標算出部（距離算出手段、三次元座標算出手段）、３５ データ保存部、４０ システム制御部（品質判定手段、相対関係変更手段、低計測点密度領域抽出手段）、５１ 利得情報保持部（利得情報保持手段）、５２ システム制御部（品質判定手段、相対関係変更手段、低計測点密度領域抽出手段、利得情報選択手段）、６１ 送受光学部（レーザ光送受信手段）、６２ 光検出部（レーザ光送受信手段）、６３ 信号処理部、６４ システム制御部（品質判定手段、相対関係変更手段、低計測点密度領域抽出手段）。

このレーザレーダ装置では、近距離の計測面の詳細な形状を計測できるようにするために、一次元アレイ受光器を使用しているが、計測対象に対する自装置の速度や高度を必要に応じて変更する機能や、計測面に向けて放射するレーザ光の諸元（例えば、ビーム広がり角、ビーム走査周期、レーザビーム径など）を必要に応じて変更する機能を備えていない。

従来のレーザレーダ装置は以上のように構成されているので、自装置を搭載している移動体の速度が、計測面までの距離、ビーム走査周期及びビーム広がり角から決まる速度より速くなると、画像化された距離画像上で計測箇所の抜けが発生する。しかし、計測面と自装置の物理的な相対関係や、計測面に向けて放射するレーザ光の諸元を変更する機能を備えていないため、計測箇所の抜けの発生を防止することが困難であり、有意な画素値を有している画素の個数が低下してしまう課題があった。
また、自装置を搭載している移動体が止まっている場合でも、自装置を搭載している移動体から計測面までの距離が長いと、有意な画素値を有している画素の個数が減少してしまう課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、画像上での計測箇所の抜けの発生や、有意な画素値を有している画素の個数の減少を防止して、有意な画素値を有している画素の個数を確保することができるレーザレーダ装置及びレーダ画像生成方法を得ることを目的とする。

この発明に係るレーザレーダ装置は、ビーム走査角度を切り替えながらレーザ光を計測対象に向けて放射し、その計測対象により反射されて戻ってきた上記レーザ光を受信するレーザ光送受信手段と、レーザ光送受信手段からレーザ光が放射されてから、レーザ光送受信手段によりレーザ光が受信されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、経過時間計測手段により計測された経過時間を用いて、自装置から計測対象までの距離を算出する距離算出手段と、距離算出手段により算出された距離を画像化する画像化手段と、画像化手段により生成された画像において、測距値を有している画素の個数または計測箇所の抜け度合いを示す画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定する品質判定手段と、品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、計測対象に対する自装置の速度または高度の少なくとも一方を変更する相対関係変更手段とを備え、品質判定手段は、自装置を搭載している移動体の速度と、移動体の高度と、ビーム拡がり角と、ビーム走査速度との関係から、画像化手段により生成された画像上で計測箇所の抜けが発生しているか否かを判定し、計測箇所の抜けが発生していれば、画像の品質が基準品質を満足していないと判定するようにしたものである。

この発明によれば、画像化手段により生成された画像において、測距値を有している画素の個数または計測箇所の抜け度合いを示す画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定する品質判定手段を設け、相対関係変更手段が、品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、計測対象に対する自装置の速度または高度の少なくとも一方を変更するように構成したので、画像上での計測箇所の抜けの発生や、有意な画素値を有している画素の個数の減少を防止して、有意な画素値を有している画素の個数を確保することができる効果がある。

システム制御部１６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、画像処理部１５により生成された距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定する処理や、距離画像や光強度画像の品質が基準品質を満足していなければ、速度の低下を指示する速度変更指令や、海底高度（水深）の変更を指示する高度変更指令などを航行制御部２に出力することで、計測面３に対する自装置の速度または高度を変更する処理を実施する。あるいは、空間分解能の変動量が許容量を超えない範囲で、送受光学部１２から放射されるレーザ光の諸元（例えば、ビーム広がり角、ビーム走査周期、パルス繰り返し周期など）を変更する処理を実施する。なお、システム制御部１６は品質判定手段及び相対関係変更手段を構成している。

式（５）の右辺は、１ライン分の走査時間で計測面３におけるビーム径分の距離を移動する速度を表している。これを越える速度で水中移動体１が移動した場合、次の走査ラインでは、ビーム径以上の間隔で走査されることになるため、均一な点密度での計測が不可能になる。
システム制御部１６は、計測箇所の抜けが発生していると判断すると、距離画像や光強度画像の計測箇所の抜け度合いが基準を満足していないと判定する。

画像処理部１５は、外部要求に応じて二次元の距離画像及び強度画像、あるいは、三次元マップを表示する。
以下、システム制御部４０は、計測対象の撮像画像の視認性を高める処理を実施する。
図１５は距離画像内の計測対象の視認性を高めるために、レーザレーダ装置１０が自律的に判断しながら、計測対象への接近を制御する様子を示す説明図である。
図１５では、計測対象との正確な距離や水中環境の光減衰特性が不明な場合において、距離画像の視認性を向上させるための制御方法を表している。なお、図１５は、十分な反射強度を有する信号を受信できない程度に、計測対象との距離が離れている状況下では、測距できた測距値がまばらに存在している。
また、図１６は距離画像及び光強度画像内の計測対象の視認性の変化を示す説明図である。

この発明に係るレーザレーダ装置は、ビーム走査角度を切り替えながらレーザ光を計測対象に向けて放射し、その計測対象により反射されて戻ってきた上記レーザ光を受信するレーザ光送受信手段と、レーザ光送受信手段からレーザ光が放射されてから、レーザ光送受信手段によりレーザ光が受信されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、経過時間計測手段により計測された経過時間を用いて、自装置から計測対象までの距離を算出する距離算出手段と、距離算出手段により算出された距離を画像化する画像化手段と、画像化手段により生成された画像において、測距値を有している画素の個数または計測箇所の抜け度合いを示す画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定する品質判定手段と、品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、計測対象に対する自装置の速度または高度の少なくとも一方を変更する相対関係変更手段とを備え、品質判定手段が、自装置を搭載している移動体の高度と、ビーム拡がり角と、ビーム走査速度との積が、その移動体の速度未満であれば、画像化手段により生成された画像上で計測箇所の抜けが発生していると判断して、画像の品質が基準品質を満足していないと判定するようにしたものである。

Claims (22)

1. ビーム走査角度を切り替えながらレーザ光を計測対象に向けて放射し、上記計測対象により反射されて戻ってきた上記レーザ光を受信するレーザ光送受信手段と、
   上記レーザ光送受信手段からレーザ光が放射されてから、上記レーザ光送受信手段によりレーザ光が受信されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、
   上記経過時間計測手段により計測された経過時間を用いて、自装置から上記計測対象までの距離を算出する距離算出手段と、
   上記距離算出手段により算出された距離を画像化する画像化手段と、
   上記画像化手段により生成された画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定する品質判定手段と、
   上記品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、上記計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更する相対関係変更手段と
   を備えたレーザレーダ装置。
2. レーザ光送受信手段により受信されたレーザ光の光強度を検出する光強度検出手段を備え、
   画像化手段は、上記光強度検出手段により検出された光強度を画像化することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
3. 距離算出手段により算出された距離とレーザ光送受信手段によるレーザ光のビーム走査角度から、計測対象における計測点の三次元座標を算出する三次元座標算出手段を備え、
   画像化手段は、上記三次元座標算出手段により算出された三次元座標を画像化することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
4. 品質判定手段は、自装置を搭載している移動体の速度と、上記移動体の高度との関係から、画像化手段により生成された画像上で計測箇所の抜けが発生しているか否かを判定し、計測箇所の抜けが発生していれば、上記画像の品質が基準品質を満足していないと判定することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
5. 相対関係変更手段は、品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、速度の低下を移動体に指示することで、計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更することを特徴とする請求項４記載のレーザレーダ装置。
6. 相対関係変更手段は、移動体の速度を下げることができない場合、高度の変更を移動体に指示することで、計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更することを特徴とする請求項５記載のレーザレーダ装置。
7. 相対関係変更手段は、移動体の高度を変更することで、空間分解能の変動量が予め設定された許容量を超える場合、高度の変更を上記移動体に指示せずに、上記空間分解能の変動量が上記許容量を超えない範囲で、レーザ光送受信手段から放射されるレーザ光の諸元を変更することを特徴とする請求項６記載のレーザレーダ装置。
8. 三次元座標算出手段により算出された三次元座標から三次元マップを生成する三次元マップ生成手段と、
   上記三次元マップ生成手段により生成された三次元マップの計測点間隔を検査して、計測点密度が基準密度より低い領域を抽出し、上記領域を移動体に通知する低計測点密度領域抽出手段とを備えたことを特徴とする請求項３記載のレーザレーダ装置。
9. 品質判定手段は、画像化手段により生成された画像を構成している画素の中で、有意な画素値を有している画素の個数を計数し、上記個数が基準数未満であれば、上記画像の品質が基準品質を満足していないと判定することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
10. 相対関係変更手段は、品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、計測対象への接近を移動体に指示することで、上記計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更することを特徴とする請求項９記載のレーザレーダ装置。
11. 品質判定手段は、画像化手段により生成された距離画像を構成している画素の中で、有意な画素値を有している画素の個数を計数するとともに、上記画像化手段により生成された光強度画像を構成している画素の中で、飽和値を有している画素の個数を計数し、有意な画素値を有している画素の個数が第１の基準数以上であっても、飽和値を有している画素の個数が第２の基準数以上であれば、画像の品質が基準品質を満足していないと判定することを特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。
12. 相対関係変更手段は、品質判定手段により画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、レーザ光の送受信条件を変更することを特徴とする請求項１１記載のレーザレーダ装置。
13. レーザ光送受信手段は、計測対象により反射されて戻ってきたレーザ光を受信すると、上記レーザ光を電気信号に変換し、上記電気信号である受信信号を出力する受光器を実装しており、
    上記受光器から出力された受信信号の信号レベルが基準レベル以上である場合だけ、上記受信信号を経過時間計測手段及び光強度検出手段に出力する受信信号選択手段を備え、
    上記経過時間計測手段は、上記レーザ光送受信手段からレーザ光が放射されてから、上記受信信号選択手段から受信信号が出力されるまでの経過時間を計測し、
    上記光強度検出手段は、上記レーザ光送受信手段により受信されたレーザ光の光強度として、上記受信信号選択手段から出力された受信信号のピーク値を検出することを特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。
14. 受光器は、レーザ光送受信手段によるレーザ光の放射開始時点からの経過時間に応じて変化する利得を受信信号に印加し、利得印加後の受信信号を受信信号選択手段に出力することを特徴とする請求項１３記載のレーザレーダ装置。
15. 経過時間と利得の対応関係を示す利得情報を複数種類保持している利得情報保持手段と、
    画像化手段により生成された距離画像を構成している画素の中で、有意な画素値を有している画素の個数を計数し、上記利得情報保持手段により保持されている複数の利得情報の中から、上記個数が規定数以上になる利得情報を選択する利得情報選択手段とを備え、
    受光器は、上記利得情報選択手段により選択された利得情報を参照して、受信信号に印加する利得を変更することを特徴とする請求項１４記載のレーザレーダ装置。
16. 相対関係変更手段は、画像化手段により生成された光強度画像を構成している画素の中で、飽和値を有している画素の個数を計数し、上記個数が許容数以内になるようにレーザ光の送受信条件を変更することを特徴とする請求項１５記載のレーザレーダ装置。
17. レーザ光送受信手段は、外部から一次元のビーム走査を行う指令を受けると、計測対象に対してレーザ光の一次元走査を実施し、外部から二次元のビーム走査を行う指令を受けると、計測対象に対してレーザ光の二次元走査を実施することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
18. レーザ光送受信手段は、レーザ光を計測対象に向けて放射する送信光学系と、上記計測対象により反射されて戻ってきた上記レーザ光を受信する受信光学系とを複数組実装しており、
    経過時間計測手段及び光強度検出手段は、各組の受信光学系により受信されたレーザ光に対する処理をそれぞれ実施することを特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。
19. レーザ光送受信手段は、レーザ光を発生するレーザ光源と、上記レーザ光源から発生されたレーザ光を分岐して、複数の送信光学系にレーザ光を与えるレーザ光分岐器とを備えていることを特徴とする請求項１８記載のレーザレーダ装置。
20. レーザ光送受信手段は、レーザ光を発生する複数のレーザ光源を備え、各レーザ光源が、対応する送信光学系にレーザ光を与えることを特徴とする請求項１８記載のレーザレーダ装置。
21. 複数のレーザ光源は、互いに異なる波長のレーザ光を発生することを特徴とする請求項２０記載のレーザレーダ装置。
22. レーザ光送受信手段が、ビーム走査角度を切り替えながらレーザ光を計測対象に向けて放射し、上記計測対象により反射されて戻ってきた上記レーザ光を受信するレーザ光送受信処理ステップと、
    経過時間計測手段が、上記レーザ光送受信処理ステップでレーザ光が放射されてから、上記レーザ光送受信処理ステップでレーザ光が受信されるまでの経過時間を計測する経過時間計測処理ステップと、
    距離算出手段が、上記経過時間計測処理ステップで計測された経過時間を用いて、自装置から上記計測対象までの距離を算出する距離算出処理ステップと、
    画像化手段が、上記距離算出処理ステップで算出された距離を画像化する画像化処理ステップと、
    品質判定手段が、上記画像化処理ステップで生成された画像の品質が基準品質を満足しているか否かを判定する品質判定処理ステップと、
    相対関係変更手段が、上記品質判定処理ステップで画像の品質が基準品質を満足していないと判定された場合、上記計測対象と自装置の物理的な相対関係を変更する相対関係変更処理ステップと
    を備えたレーダ画像生成方法。

Images