CN102129065B - 伪像抑制装置及方法、雷达装置、冲突预防辅助装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供通过图像处理来抑制伪像的伪像抑制装置、雷达装置、伪像抑制方法及伪像抑制程序。伪像抑制处理部(17)设与本船最近、且具有能够判断为物标的高回波电平(规定的阈值以上的回波电平)的回波的反射物(镜)。伪像抑制处理部将物标的回波图像细线化，转换为线图像。伪像抑制处理部提取由此得到的线图像的两个端点，将反射物设定为用该两点的坐标表示的线段。伪像抑制处理部设定将本船的位置与上述端点(端点A及端点B)连接的直线(线A及线B)。然后，将由反射物的线段和线(A)、线(B)所构成的的开放区域设为伪像区域。伪像抑制处理部在进行以上的处理后，进行抑制伪像区域内的回波电平(抑制伪像亮度值)的处理，来抑制伪像。

Description

伪像抑制装置及方法、雷达装置、冲突预防辅助装置
技术领域
本发明涉及处理回波信号的方法，特别涉及伪像抑制处理。
背景技术
以往，在雷达装置中，有时所发射的电磁波被物标（第1物标）向与本船不同的方向反射，进而被其他物标（第2物标）反射，并经过第1物标由本船接收。在该情况下，从本船来看就像在第1物标的后方存在第2物标那样，被检测为伪像（参照专利文献1、2、3）。
【专利文献1】日本特开2004-170165号公报
【专利文献2】日本特开平8-82671号公报
【专利文献3】日本特开平4-54478号公报
发明内容
伪像在雷达图像中是无用的，所以需要除去。因而，本发明的目的在于，提供一种通过图像处理来抑制伪像的伪像抑制装置、雷达装置、伪像抑制方法、伪像抑制程序及冲突预防辅助装置。
本发明的伪像抑制装置具备：测量单元，从发射电磁波并接收回波信号的天线输入上述回波信号，生成与回波电平相应的图像数据；反射物设定单元，将根据上述图像数据检测出的物标设定为反射物；伪像区域设定单元，在上述图像数据中，按照从上述电磁波的发射位置到上述反射物的距离以及角度，设定伪像区域；抑制处理单元，在设定的伪像区域内进行回波电平抑制处理。
本发明的雷达装置具备：上述伪像抑制装置；显示单元，对上述抑制处理单元进行了回波电平抑制处理后的图像数据进行图像显示。
本发明的冲突预防辅助装置具备：上述伪像抑制装置；显示单元，对上述抑制处理单元进行了回波电平抑制处理后的图像数据进行图像显示，并且捕捉、跟踪物标。
本发明的伪像抑制方法的特征在于，执行以下步骤：测量步骤，从发射电磁波并接收回波信号的天线输入上述回波信号，生成与回波电平相应的图像数据；反射物设定步骤，将根据上述图像数据检测出的物标设定为反射物；伪像区域设定步骤，在上述图像数据中，按照从电磁波的发射位置到上述反射物的距离以及角度，设定伪像区域；抑制处理步骤，在设定的伪像区域内进行回波电平抑制处理。
反射物例如能够通过将物标的回波图像细线化、并转换为线图像来设定。提取将回波图像细线化而得到的线图像的2个端点，将反射物设定为以该2点的坐标为端点的线段。然后，伪像区域设定单元，设定以上述发射位置为起点经过上述细线化后的反射物的端点的多条射线，并将由上述细线化的反射物和上述多条射线所构成的开放区域设定为伪像区域。并且，在抑制处理单元中，进行抑制伪像区域内的回波电平（抑制伪像亮度值）的处理，来抑制伪像。
另外，设定反射物的方法，例如，采用以下方法，即：将距离本船最近、且具有能够判断为物标的高回波电平（规定阈值以上的回波电平）的物标设为反射物（镜）。此外，也可以是以下方法，即：算出对应于各物标的回波信号与以距离上述发射位置最近的物标为中心的圆周上的各位置的回波信号之间的相关值，在该相关值为规定阈值以上的情况下，将该距离发射位置最近的物标设定为反射物。此外，也可以是以下方法，即：输入包括规定的固定物标的位置以及高度信息的地图数据，在各物标的位置，地图数据所包含的高度信息为规定的高度以上的情况下，将该物标设为反射物。
此外，上述发明的抑制处理也可以是以下方法，即：根据上述伪像区域内的各物标的回波电平和以上述反射物为对称轴的位置的回波电平，设定伪像区域内的各物标的回波电平的减少量。
在该情况下，更优选在伪像区域内的回波电平比以上述反射物为对称轴的位置的回波电平高的情况下，上述伪像区域内的回波电平与以上述反射物为对称轴的位置的回波电平之差越小，使上述减少量越大。
即，回波电平抑制处理既可以是消除区域内的所有回波的处理，也可以是与各回波电平（各像素的亮度值）相应的加权抑制处理。即，在伪像区域内的回波电平比对称位置的回波电平低的情况下，作为伪像区域内的回波是伪像的可能性较高，而进行消除回波图像的处理。另一方面，在伪像区域内的回波电平比对称位置的回波电平高的情况下，采用伪像区域内的回波电平与对称位置的回波电平之差越小则使减少量越大的方式。即，采用以下方式：在伪像区域内的回波电平与对称位置的回波电平之差较小的情况下，作为因反射物的设定误差或电磁波的收发变动等导致伪像区域内的回波电平偶发性地变高，而大幅降低像素亮度值，但在伪像区域内的回波电平与对称位置的回波电平之差较大的情况下，作为是真实回波的可能性较高，而不太抑制回波电平（像素亮度值）。由此，能够在某种程度上保留伪像区域内存在的真实回波。
发明效果
根据本发明的伪像抑制装置、雷达装置、伪像抑制方法、伪像抑制程序及冲突预防辅助装置，能够通过图像处理来统一抑制某区域的伪像。
附图说明
图1是表示本实施方式的雷达装置的结构的模块图。
图2是在雷达画面上说明伪像抑制处理的图。
图3是表示反射物的设定方式的图。
图4是表示边界的处理的图。
图5是表示电平比较处理的图。
图6是表示实际的回波图像的图。
图7是表示反射物的设定方式的其他例子的图。
符号说明
11  天线
12  接收部
13  A/D转换器
14  距离扫掠存储器
15  图像数据生成部
16  图像存储器
17  伪像抑制处理部
18  显示器
具体实施方式
图1是表示内置本发明的图像处理装置的雷达装置的结构的模块图。雷达装置是例如设置在船舶上、向本船周围发射电磁波，并根据接收的回波信号探知其他船等物标的装置。
在该图中，雷达装置具备天线11、接收部12、A/D转换器13、距离扫掠（sweep）存储器14、图像数据生成部15、图像存储器16、伪像抑制处理部17以及显示器18。
天线11向本船的周围的各方位发射电磁波，并接收回波信号。接收部12将与天线11接收到的回波信号电平（回波电平）相应的模拟值输出给A/D转换器13。A/D转换器13对输入的模拟值进行数字转换，作为测量数据输出给距离扫掠存储器14。
距离扫掠存储器14存储1个测量周期（本船周围360度）的测量数据。各测量数据与极坐标系的坐标（方位及距离）建立对应，作为距离扫掠数据被存储。天线11每隔规定角度发射脉冲状电磁波同时接收回波信号，因此距离扫掠数据对应每个天线11的收发角度，以离散值方式进行存储。
图像数据生成部15将以极坐标系方式存储在距离扫掠存储器14中的距离扫掠数据转换为以本船的位置为原点的正交坐标系，并且将回波电平转换成像素亮度值，然后，将像素亮度值以及对应该像素亮度值的回波电平的坐标输出给后段的图像存储器16。图像存储器16将该坐标以及该坐标的像素亮度值，作为图像数据存储。
在显示器18上，将存储在图像存储器16中的图像数据作为雷达图像（回波图像）显示给用户（参照图5）。另外，在本实施方式中，表示了背景色为黑色、像素亮度值越高的像素显示得越白的例子，但也可以相反，背景色为白色，像素亮度值越高的像素显示得越黑。此外，也可以是显示为彩色图像的方式。
伪像抑制处理部17对图像存储器16输入的图像数据，进行抑制回波图像的伪像的处理。以下，对伪像抑制处理部17的处理内容进行说明。
图2（A）是表示将进行伪像抑制处理之前的图像数据显示在显示器18上的情况的示意图。该图像的中心位置是本船的位置（雷达装置发射电磁波的位置）。设该图像的上方向为北方位。
如该图（A）所示，从天线11发射的电磁波被本船南方的物标（第1物标）向与本船不同的方向反射，并被本船东北方向的3个其他物标（第2物标）反射，经过第1物标由天线11作为回波信号接收。因此，就像在比第1物标更靠东南方向存在第2物标那样检测为伪像（3个回波）。
伪像抑制处理部17将具有能够判断为物标的高回波电平（规定阈值以上的回波电平）的各物标设定为反射物。例如，将距离本船最近、且具有规定阈值以上的回波电平的物标设为反射物（镜）。即，在该图（A）中，将本船南边的第1物标设为反射物。反射物如下近似设定成线段。
首先，如图3（A）所示，伪像抑制处理部17对物标的回波图像进行细线化，转换为线图像。细线化的方法无论怎样皆可，例如采用以下方法，即：从图像的周围起依次进行二值化而缩小图像宽度，以使最终留下的线位于原图像的中心位置。
伪像抑制处理部17提取由此得到的线图像的两个端点，将反射物设定为用该两点的坐标表示的线段。
另外，如该图（B）所示，在细线化的图像由多条直线形成的情况下，对各条直线设定端点来设定多个反射物即可。此外，在细线化的图像为曲线的情况下，也可以如该图（C）所示，进行线性插补（折线近似）。
并且，伪像抑制处理部17按照从本船的位置（电磁波的发射位置）到所设定的反射物的距离以及角度，设定伪像区域。即，伪像抑制处理部17如图2（B）所示，设定以本船的位置（电磁波的发射位置）为起点经过端点（端点A及端点B）的射线（射线A及射线B）。并且，如该图（C）所示，将由反射物的线段与线A、线B所构成的开放区域设为伪像区域。
另外，反射物不限于上述与本船最近的物标。例如，也可以是以下方式，即：预先输入包含规定的固定物标的位置以及高度（海拔）信息的地图数据，将具有规定阈值以上的回波电平、并且在检测出该回波的位置上地图数据所包含的高度信息为规定的高度以上的规定的固定物标等设为反射物。在该情况下，由于能够根据地图数据正确地得出规定的固定物标的形状，因此将与本船最近的规定的固定物标的最前缘的部分设定为反射物即可。所谓规定的固定物标是指，例如，灯塔、防波堤、沿岸(半岛)的山等。
此外，也可以将不存在于地图数据中而示出高回波电平的其他船等全部设定为反射物。
进而，如图7(A)所示，也可以算出对应可能为伪像的物标的回波信号(回波B)与以能够确定是引发伪像的物标(对应回波A的物标)为中心且以回波A和回波B之间的距离为半径的圆周上的各位置的回波信号之间的相关。即，如该图（A）所示，在某方位上检测出多个物标（回波A及回波B）的情况下，回波B很有可能是距离本船最近的回波A反射电磁波而产生的伪像。于是，算出以距离本船最近的回波A为中心，以回波A和回波B之间的距离为半径的圆周上的各个位置的回波与回波B之间的相关程度。如果在圆周上有相关程度高的回波(例如，回波C)，则可以推定回波B是伪像。上述相关程度，例如:对于同一圆周上的回波B和回波C，可以比较回波信号的峰值电平。为了更精确地算出相关程度，可以进一步在产生回波的位置设定区间，对比在该区间内的各位置上的回波信号电平的变化。或者，可以设定规定阈值，算出该规定阈值以上的回波信号电平的宽度和电平峰值的比率。另外，相关程度的算法不限于上述方法。
伪像抑制处理部17，在检测出和回波B的相关关系(相关程度)高的回波C时，能够推定回波A(第1物标)和回波C(第2物标)是真实的回波，回波B是伪像。然后，如图2(B)所示，伪像抑制处理部17，细线化物标（回波A）设定伪像区域。具体的，如图7(B)所示，伪像抑制处理部17，将从本船看远离以回波B和回波C为两端点的线段的垂直平分线(通过回波A)的区域设定成伪像区域。如图7(C)所示，伪像抑制处理部17，在该垂直平分线上设定包含回波A的规定区间(以端点A和端点B为两端点的线段)，做以本船为起点分别经过两端点A、B的射线A、射线B,将射线A、射线B所夹领域中的远离垂直平分线(图7(C)所示的断续线)的区域设定为伪像区域，即、将射线A、射线B以及反射物(该规定区间)所构成的开放区域设定为伪像区域。
如上所述的图7所示的方法适合于反射物为其他船的情况。尤其是，在回波的形状为接近正圆的形状的情况下，可以通过线性插补将反射物近似为线段(如图3(C)所示)
接着，伪像抑制处理部17进行使伪像区域的边界模糊的处理。该模糊处理为了防止因伪像抑制处理导致边界变得明显而在视觉上产生不谐调感而进行。例如，如图4（A）所示，通过进行基于FIR滤波器的周边平均化处理（卷积运算）来实现。但是，由于基于FIR滤波器的图像处理的负荷高，因此也可以进行如该图（B）所示的双线性插补（将图像缩小之后进行模糊处理然后进行放大的处理）。
伪像抑制处理部17在进行以上的处理之后，进行抑制伪像区域内的回波电平（降低伪像亮度值）的处理来抑制伪像。然后，将图像存储器16的图像数据更新为伪像抑制后的图像数据，并使显示器18显示。
另外，回波电平抑制处理可以是将区域内的所有的像素亮度值设为0的处理，也可以是如图5所示的与像素亮度值相应的加权抑制处理。
即，对伪像区域内的各像素亮度值FakeLv和以反射物为轴而对称的位置的像素亮度值RealLv进行比较，如下决定抑制后的像素亮度值CancelledLv。
[数学式1]
FakeLv &GreaterEqual; Real Lv FakeLv &times; FakeLv - Real Lv MaxLv FakeLv < Real Lv 0
在数学式1中，MaxLv是像素亮度最大值。
即，如图5（A）所示，在伪像区域内的像素亮度值FakeLv比对称位置的像素亮度值RealLv低的情况下，作为伪像区域内的回波为伪像的可能性较高，而将像素亮度值设为0，进行消除回波图像的处理。
另一方面，在伪像区域内的像素亮度值FakeLv比对称位置的像素亮度值RealLv高的情况下，采用以下方式，即：伪像区域内的像素亮度值FakeLv与对称位置的像素亮度值RealLv之差越小，使减少量越大。即，采用以下方式：如该图（B）所示，在伪像区域内的像素亮度值FakeLv与对称位置的像素亮度值RealLv之差较小的情况下，因为反射物的设定误差或电磁波的收发变动等引起像素亮度值FakeLv偶发性地变高，所以大幅降低像素亮度值。但是，如该图（C）所示，在伪像区域内的像素亮度值FakeLv与对称位置的像素亮度值RealLv之差较大的情况下，像素亮度值FakeLv所对应的回波信号是真实的回波的可能性较高，因而不过于降低像素亮度值（或将保持像素亮度值不变进行输出）。由此，能够在某种程度上保留伪像区域内存在的真实的回波。
另外，也可以将伪像区域内的各像素亮度值、和以反射物为对称轴的对称位置的周边区域的各像素亮度值进行对比。例如，既可以与周边区域像素中最高的像素亮度值进行比较，也可以计算周边区域像素亮度值的平均值来进行对比。
参照图6说明实际的回波图像。该图（A）是表示进行伪像抑制处理之前的实际的回波图像的图。在该例子中，在本船的周围的南方向、西南方向以及西方向存在反射物，在各反射物的后方显示出多个与本船北方的真实的回波对应的伪像。
伪像抑制处理部17如上所述，设定反射物，进行伪像抑制处理。即，如该图（B）所示，在本船南方向上设定反射物A并设定伪像区域，对伪像区域（右栏）内的像素亮度值FakeLv与对称位置的像素亮度值RealLv比较来进行抑制处理。由于在本船南方向的反射物A的后方不存在真实的回波，所以所有的回波被消除，伪像被消除。
同样，如该图（C）所示，在本船西南方向上设定反射物B并设定伪像区域，对伪像区域（右栏）内的像素亮度值FakeLv与对称位置的像素亮度值RealLv比较来进行抑制处理。由于在本船西南方向的反射物B的后方不存在真实的回波，所以所有的回波被消除，伪像被消除。
进而，如该图（D）所示，在本船西方向上设定反射物C并设定伪像区域，对伪像区域（右栏）内的像素亮度值FakeLv与对称位置的像素亮度值RealLv比较来进行抑制处理。由于在本船西方向的反射物C的后方，存在像素亮度值FakeLv高于对称位置的像素亮度值RealLv的部分，所以采用将某种程度的回波保留的方式。因此，能够在某种程度上保留真实的回波。
如上所述，在本实施方式的雷达装置的伪像抑制处理中，不需要对所有的物标每次都判断是否为伪像，而能够通过图像处理将在某区域中存在的伪像统一抑制。此外，通过将上述反射物与对称位置的回波电平进行对比来进行抑制处理，能够在某种程度上保留真实的回波。
另外，在本实施方式的雷达装置中，示出了在显示器18上显示图像数据的例子，但也可以是以下方式，即：不仅显示图像数据，并且捕捉、跟踪各物标（用作冲突预防辅助装置）。通过本实施方式的伪像抑制处理，能够防止捕捉、跟踪伪像，也非常适合于冲突预防辅助装置。

Claims (15)

1.一种伪像抑制装置，具备：
测量单元，从发射电磁波并接收回波信号的天线输入上述回波信号，生成与回波电平相应的图像数据；
上述伪像抑制装置的特征在于，还具备：
反射物设定单元，将根据上述图像数据检测出的物标设定为反射物；
伪像区域设定单元，在上述图像数据中，按照从上述电磁波的发射位置到上述反射物的距离以及角度，设定伪像区域；以及
抑制处理单元，在设定的伪像区域内进行回波电平抑制处理；
上述反射物设定单元，算出对应于根据上述图像数据检测出的物标的回波信号与以距离上述发射位置最近的物标为中心的圆周上的各位置的回波信号之间的相关值，当该相关值为规定阈值以上时，将该距离上述发射位置最近的物标设定为反射物。
2.如权利要求1所述的伪像抑制装置，其特征在于，
上述伪像区域设定单元，将上述反射物细线化，设定以上述发射位置为起点经过上述细线化后的反射物的端点的多条射线，并将由上述细线化后的反射物和上述多条射线所构成的开放区域设定为上述伪像区域。
3.如权利要求1或2所述的伪像抑制装置，其特征在于，
上述抑制处理单元以通过上述反射物的直线为对称轴，根据上述伪像区域内的各物标的回波电平和对称位置的回波电平，设定伪像区域内的各物标的回波电平的减少量。
4.如权利要求3所述的伪像抑制装置，其特征在于，
上述抑制处理单元，以连接上述反射物的端点间的直线为对称轴，在上述伪像区域内的回波电平比对称位置的回波电平高的情况下，上述伪像区域内的回波电平与上述对称位置的回波电平之差越小，使上述减少量越大。
5.如权利要求1或2所述的伪像抑制装置，其特征在于，
上述伪像区域设定单元对上述伪像区域的边界进行平均化处理。
6.如权利要求1或2所述的伪像抑制装置，其特征在于，
上述伪像区域设定单元对上述伪像区域的边界进行双线性插补。
7.一种伪像抑制装置，具备：
测量单元，从发射电磁波并接收回波信号的天线输入上述回波信号，生成与回波电平相应的图像数据；
上述伪像抑制装置的特征在于，还具备：
反射物设定单元，将根据上述图像数据检测出的物标设定为反射物；
伪像区域设定单元，在上述图像数据中，按照从上述电磁波的发射位置到上述反射物的距离以及角度，设定伪像区域；
抑制处理单元，在设定的伪像区域内进行回波电平抑制处理；以及
地图数据输入单元，该地图数据输入单元输入包含规定的固定物标的位置以及高度信息的地图数据；
在根据上述图像数据检测出的物标的位置上，上述地图数据所包含的高度信息为规定的高度以上的情况下，上述反射物设定单元将该物标设定为反射物；
上述伪像区域设定单元，将上述反射物细线化，设定以上述发射位置为起点经过上述细线化后的反射物的端点的多条射线，并将由上述细线化后的反射物和上述多条射线所构成的开放区域设定为上述伪像区域。
8.如权利要求7所述的伪像抑制装置，其特征在于，
上述抑制处理单元以通过上述反射物的直线为对称轴，根据上述伪像区域内的各物标的回波电平和对称位置的回波电平，设定伪像区域内的各物标的回波电平的减少量。
9.如权利要求8所述的伪像抑制装置，其特征在于，
上述抑制处理单元，以连接上述反射物的端点间的直线为对称轴，在上述伪像区域内的回波电平比对称位置的回波电平高的情况下，上述伪像区域内的回波电平与上述对称位置的回波电平之差越小，使上述减少量越大。
10.如权利要求7所述的伪像抑制装置，其特征在于，
上述伪像区域设定单元对上述伪像区域的边界进行平均化处理。
11.如权利要求7所述的伪像抑制装置，其特征在于，
上述伪像区域设定单元对上述伪像区域的边界进行双线性插补。
12.一种雷达装置，具备：
权利要求1至11中任一项所述的伪像抑制装置；以及
显示单元，对上述抑制处理单元进行了回波电平抑制处理后的图像数据进行图像显示。
13.一种伪像抑制方法，执行以下步骤：
测量步骤，从发射电磁波并接收回波信号的天线输入上述回波信号，生成与回波电平对应的图像数据；
上述伪像抑制方法的特征在于，还执行以下步骤：
反射物设定步骤，将根据上述图像数据检测出的物标设定为反射物；
伪像区域设定步骤，在上述图像数据中，按照从上述电磁波的发射位置到上述反射物的距离以及角度，设定伪像区域；以及
抑制处理步骤，在所设定的伪像区域内进行回波电平抑制处理；
上述反射物设定步骤中，算出对应于根据上述图像数据检测出的物标的回波信号与以距离上述发射位置最近的物标为中心的圆周上的各位置的回波信号之间的相关值，在该相关值为规定的阈值以上时，将该距离上述发射位置最近的物标设定为反射物。
14.一种伪像抑制方法，执行以下步骤：
测量步骤，从发射电磁波并接收回波信号的天线输入上述回波信号，生成与回波电平对应的图像数据；
上述伪像抑制方法的特征在于，还执行以下步骤：
反射物设定步骤，将根据上述图像数据检测出的物标设定为反射物；
伪像区域设定步骤，在上述图像数据中，按照从上述电磁波的发射位置到上述反射物的距离以及角度，设定伪像区域；以及
抑制处理步骤，在所设定的伪像区域内进行回波电平抑制处理；
该伪像抑制方法还执行地图数据输入步骤，在该地图数据输入步骤中，输入包含规定的固定物标的位置以及高度信息的地图数据；
上述反射物设定步骤中，在根据上述图像数据检测出的物标的位置上，上述地图数据所包含的高度信息为规定的高度以上的情况下，将该物标设定为反射物；
在上述伪像区域设定步骤中，将上述反射物细线化，设定以上述发射位置为起点经过上述细线化后的反射物的端点的多条射线，并将由上述细线化后的反射物和上述多条射线所构成的开放区域设定为上述伪像区域。
15.一种冲突预防辅助装置，具备：
权利要求1至11中任一项所述的伪像抑制装置；以及
显示单元，对上述抑制处理单元进行了回波电平抑制处理后的图像数据进行图像显示，并且捕捉、跟踪物标。
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