CN102540149B - 回波图像显示装置、回波图像显示方法 - Google Patents

Abstract

提供一种提高所显示的信息量的回波图像显示装置、方法及程序。控制部(19)变更在显示部的显示区域的一部分上设定的规定区域的分辨率。变更分辨率的方法例如有变更规定区域内的电磁波的每规定方位的发射次数的方法。在该情况下，控制部(19)对发送部(10)进行如下指示：关于与指定的放大区域(502)对应的方位，增加每规定时间的发送信号的输出次数。若提高雷达画面上的所有的区域的分辨率，则数据量增大，但在本实施方式中，采用以下方式：通过将提高分辨率的区域限定为显示区域的一部分，来抑制数据量并降低装置的负荷。

Description

回波图像显示装置、回波图像显示方法

技术领域

本发明涉及基于发射的电磁波的回波信号、显示回波图像的回波图像显示装置。

背景技术

在雷达装置中，有的雷达装置在显示回波图像的画面上将通常图像和对存在物标的部分进行放大而得到的放大图像同时显示(参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2002-296341

但是，专利文献1的放大图像只是将通常图像放大显示，析像度等不变化，与通常图像相比信息量没有变化。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种提高所显示的回波图像的信息量的回波图像显示装置。

本发明的回波图像显示装置具备天线、回波信号输入部、回波信号电平检测部、图像数据生成部、显示部以及数据量变更部。天线发射电磁波，接收被物标反射的回波信号。回波信号输入部从天线输入回波信号。回波信号电平检测部与相对于天线的距离及方位相对应地检测回波信号各自的电平。图像数据生成部基于回波信号的电平生成图像数据。显示部进行图像数据的显示。然后，数据量变更部通过变更在显示部的显示区域的一部分上设定的规定区域的数据量的比率，提高显示的回波图像的信息量。变更图像数据的数据量的比率时，例如使用变更规定区域内的电磁波的每规定方位的发射次数的方法、变更规定区域内的回波信号的采样率的方法、对规定区域内的图像数据进行插补的方法等。在本发明中，采用通过将提高信息量的区域限定在显示区域的一部分来降低装置的负荷的方式。

此外，在显示变更数据量的比率后的图像数据(高分辨率图像)和变更数据量的比率前的图像数据(通常图像)两者的情况下，例如具备暂时存储上述规定区域的图像数据的图像存储器，图像数据生成部对存储在图像存储器中的规定区域的图像数据进行平均化，生成该规定区域内的比率变更前的图像数据即可。例如，在相对于通常图像的1像素、相同位置的高分辨率图像由4×4的16像素量的图像数据构成的情况下，对这些16像素的图像数据取平均来设为通常图像的图像数据。

此外，在雷达装置中，有时进行扫描相关处理，该扫描相关处理进行与前一次扫描的回波信号的相关处理(加权相加等)，若进行规定区域的高分辨率图像的扫描相关，则能够进行更高精度的扫描相关处理。

进而，在显示高分辨率图像和通常图像两者的情况下，对通常图像进行前一次扫描的通常图像的图像数据与高分辨率图像的此次扫描的图像数据的相关处理，更新通常图像的图像数据。此时，在通常图像的扫描相关处理中，优选使前一次扫描的回波信号(与通常图像对应)的权重比高分辨率图像彼此的扫描相关处理大。

另外，在扫描相关中，有时在多次扫描中本船的位置不同，但随着移动速度的增加，若增大前一次扫描的回波信号的权重(降低新的扫描的贡献率)，则能够减小在扫描间位置不同而带来的影响。

如上所述，本发明涉及一种回波图像显示装置，其特征在于，具备：天线，发射电磁波，接收被物标反射的回波信号；回波信号输入部，从上述天线输入上述回波信号；回波信号电平检测部，与相对于上述天线的距离及方位对应地检测上述回波信号各自的电平；图像数据生成部，基于上述回波信号的电平，生成图像数据；以及显示部，进行上述图像数据的显示；上述回波图像显示装置具备：数据量变更部，将在上述显示部的显示区域的一部分上设定的规定区域的数据量的比率变更为与其他区域不同的比率。

在上述回波图像显示装置中，也可以是：上述数据量变更部通过变更上述规定区域内的上述电磁波的每规定方位的发射次数，来变更上述数据量的比率。

在上述回波图像显示装置中，也可以是：上述数据量变更部通过变更上述规定区域内的上述回波信号的采样率，来变更上述数据量的比率。

在上述回波图像显示装置中，也可以是：上述数据量变更部通过对上述规定区域内的上述图像数据进行插补，来变更上述数据量的比率。

在上述回波图像显示装置中，也可以是：具备暂时存储上述规定区域的图像数据的图像存储器；上述图像数据生成部对存储在上述图像存储器中的上述规定区域的图像数据进行平均化，生成该规定区域内的数据量的比率变更前的图像数据；上述显示部进行上述数据量的比率变更前的图像数据的显示。

在上述回波图像显示装置中，也可以是：具备相关处理部，该相关处理部进行扫描相关处理，该扫描相关处理将多个方位的回波信号作为一次扫描，求出多次扫描的回波信号的相关。

在上述回波图像显示装置中，也可以具备：图像存储器，暂时存储上述规定区域的数据量的比率变更后的图像数据、以及上述规定区域的数据量的比率变更前的图像数据；以及相关处理部，执行第一相关处理并且执行第二相关处理，第一相关处理是指，将存储在上述图像存储器中的上述数据量的比率变更后的图像数据作为过去的扫描的回波信号，将多个方位的回波信号作为一次扫描，求出多次扫描的回波信号的相关，更新上述数据量的比率变更后的图像数据，第二相关处理是指，将存储在上述图像存储器中的上述数据量的比率变更前的图像数据作为过去的扫描的回波信号，求出上述多次扫描的回波信号的相关，更新上述数据量的比率变更前的图像数据。

在上述回波图像显示装置中，也可以是：上述相关处理部使上述第二相关处理中的过去的扫描的回波信号的权重大于上述第一相关处理中的过去的扫描的回波信号的权重来求出相关。

在上述回波图像显示装置中，也可以是：具备移动速度检测部，该移动速度检测部对搭载上述回波图像显示装置的船舶的移动速度进行检测；上述相关处理部随着上述移动速度的增加，将过去的扫描的回波信号的权重增大。

本发明还涉及一种雷达装置，内置上述回波图像显示装置。

本发明还涉及一种回波图像显示方法，其特征在于，包括：从天线发射电磁波并接收被物标反射的回波信号的步骤；从上述天线输入上述回波信号的步骤；与相对于上述天线的距离及方位对应地检测上述回波信号各自的电平的步骤；基于上述回波信号的电平生成图像数据的步骤；以及将上述图像数据显示在显示部上的步骤；上述回波图像显示方法包括：数据量变更步骤，将在上述显示部的显示区域的一部分上设定的规定区域的数据量的比率变更为与其他区域不同的比率。

本发明还涉及一种回波图像显示程序，其特征在于，使计算机执行：从天线发射电磁波并接收被物标反射的回波信号的步骤；从上述天线输入上述回波信号的步骤；与相对于上述天线的距离及方位对应地检测上述回波信号各自的电平的步骤；基于上述回波信号的电平生成图像数据的步骤；以及将上述图像数据显示在显示部上的步骤；上述回波图像显示程序使计算机执行：数据量变更步骤，将在上述显示部的显示区域的一部分上设定的规定区域的数据量的比率变更为与其他区域不同的比率。

发明效果

根据本发明的回波图像显示装置，能够提高显示的信息量。

附图说明

图1A是表示本实施方式的雷达装置的结构的框图。图1B是表示显示器上显示的回波图像的例子的图。

图2A及图2B是表示变更每规定方位的发射次数的方法的图。

图3A及图3B是表示变更回波信号的采样率的方法的图。

图4是表示对图像数据进行插补的方法的图。

图5是表示标准图像存储器与放大图像存储器的关系的图。

图6是表示进行扫描相关处理的情况的雷达装置的结构的框图。

图7A是表示在放大图像中进行扫描相关处理的情况的例子的图，图7B是表示在放大图像及标准图像中分别进行扫描相关处理的情况的例子的图。

图8A及图8B是表示与本船的移动相伴的放大区域的变化的图。

图9是表示雷达装置的动作的流程图。

符号说明

10…发送部

11…天线

12…接收部

13…A/D变换器

14…距离扫掠存储器

15…图像变换部

16…图像存储器

17…显示器

18…操作部

19…控制部

20…图像处理部

具体实施方式

图1A是表示内置了本发明的回波图像显示装置的雷达装置的结构的框图。雷达装置是例如设置于船舶上、在本船的周围收发电磁波并探测其他船等物标的装置。

图1A中，雷达装置具备发送部10、天线11、接收部12、A/D变换器13、距离扫掠(sweep)存储器14、图像变换部15、图像存储器16、显示器17、操作部18、控制部19以及图像处理部20。

雷达装置根据从发送部10输出的发送信号，从天线11发射电磁波。电磁波向本船的周围的各方位发射。来自外部的回波信号由天线11接收，导入接收部12。

接收部12将与天线11接收到的回波信号的电平相应的值输出给A/D变换器13。A/D变换器13对被输入的模拟值的回波信号进行数字变换，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存储测量1周期量(本船周围360度量)的测量数据。各测量数据作为与极坐标系的方位及距离建立对应的采样数据(距离扫掠数据)被存储。此时，各测位数据的方位信息从天线11的发送方位传感器(无图示)被输入。另外，各测位数据的距离信息与样本号码相对应。

图像变换部15从距离扫掠存储器14输入距离扫掠数据，变换为以本船的位置为原点的正交坐标系，并作为与各距离扫掠数据的电平相应的灰度的像素亮度值来输出。该正交坐标系的像素亮度值作为图像数据存储在图像存储器16中。

显示器17读出存储在图像存储器16中的图像数据，显示如图1B所示的回波图像。例如，如图1B所示，由于在本船501的前方右侧存在物标，在该物标所存在的方位及距离接收高电平的回波信号，因此显示高亮度值(图1B中黑色)的回波图像(标准图像50)。

这里，在本实施方式的雷达装置中，在显示器17的显示区域的一部分设定放大区域502，显示对所设定的放大区域502中的回波图像进行放大而得到的放大窗503。结果，标准图像50被放大，在放大窗503中显示放大图像51。

因此，图像存储器16中确保：存储器区域(标准图像存储器)161，存储显示在显示区域中的标准图像用的图像数据；以及存储器区域(放大图像存储器)162，存储放大图像用的图像数据。

放大图像存储器162中存储的图像数据与标准图像存储器161中存储的图像数据相比数据量的比率(每相同显示面积的数据量)多，具有高分辨率(析像度)。例如，相对于标准图像数据的1像素，放大图像数据由4×4的16像素量的图像数据构成。雷达装置为了生成这样的放大图像数据，利用如下的方法。

(1)变更每规定方位的发射次数的方法

图2A及图2B是表示变更每规定方位的电磁波的发射次数的方法的图。在该例中，如图2A所示，在本船501的前方右侧存在物标，为了放大与该物标对应的回波图像(标准图像50)，指定了包括标准图像50的矩形的放大区域502。放大区域502的指定由用户利用操作部18通过键盘输入等进行，但也可以构成为由雷达装置检测物标，并自动指定为与检测的物标对应的区域。

控制部19对发送部10进行以下指示：对于与指定的放大区域502对应的方位，增加每规定时间的发送信号的输出次数。由此，对于与放大区域502对应的方位增加每规定方位的电磁波发射次数。在图2A的例子中，对于与放大区域502对应的方位发射4次电磁波，是4个距离扫掠数据存储在距离扫掠存储器14中的状态，但对于与放大区域对应的方位将每规定方位的电磁波发射次数设为约2倍的结果，如图2B所示，成为7个距离扫掠数据存储在距离扫掠存储器14中的状态。

因此，存储在放大图像存储器162中的放大图像51的图像数据相对于存储在标准图像存储器161中的图像数据，以相同位置(与放大区域502对应的位置)的方位方向的分辨率提高的状态被存储。即，显示在放大窗503中的放大图像51作为方位方向的析像度提高的图像被显示。另外，若增加发射次数，则电磁波发射间隔(接收区间)变短，也有可能探测距离变短，但例如通过降低天线的旋转速度，或在对发送信号进行频率调制的情况下、通过在每次发送时变更该调制方式来区别与各个发送信号对应的回波信号，由此能够不变更探测范围。

(2)变更回波信号的采样率的方法

图3A及图3B是表示变更回波信号的采样率的方法的图。在该例子中，如图3A所示，在本船501的前方右侧存在物标，为了放大与该物标对应的回波图像(标准图像50)，指定了包括标准图像50的矩形的放大区域502。

控制部19对A/D变换器13进行以下指示：对于与指定的放大区域502对应的方位及距离，提高采样率。由此，对于与放大区域502对应的各方位，距离方向的采样数据的数量增加。在图3A的例子中，为以下状态，即：与放大区域502对应的各方位的距离扫掠数据分别包括5次采样的数据，合计包括20次采样的数据，但如图3B所示，对于与放大区域对应的方位及距离将采样率设为约2倍的结果，成为以下状态，即：各个距离扫掠数据包括9次采样的数据，合计包括36次采样的数据。

因此，存储在放大图像存储器162中的放大图像51的图像数据相对于存储在标准图像存储器161中的图像数据，以相同位置(与放大区域502对应的位置)的距离方向的分辨率提高的状态被存储。即，显示在放大窗503中的放大图像51显示为距离方向的析像度提高的图像。

(3)对图像数据进行插补的方法

图4是表示对图像数据进行插补的方法的图。在该例子中，也如图4所示，在本船501的前方右侧存在物标，为了放大与该物标对应的回波图像(标准图像50)，指定了包括标准图像50的矩形的放大区域502。

控制部19指示图像处理部20进行与指定的放大区域502对应的图像数据的插补处理。插补处理是计算例如在距离方向及方位方向上相邻的像素彼此的平均值、将该平均值生成为与相邻的像素间的新像素对应的图像数据的处理。由此，与放大区域502对应的图像数据的数据量增加。因此，放大窗503中显示的放大图像51显示为不管在距离方向上还是方位方向上析像度都提高的图像。

如上所述，本实施方式的雷达装置提高雷达画面上的一部分区域(指定的放大区域502)的分辨率而显示为放大图像，因此能够提高用户可得到的信息量。此外，在该区域中检测物标的种类(进行大型船或小型船、浮标等的判别)的情况下，该检测精度提高。另外，若提高雷达画面上的所有区域的分辨率，则数据量增大，但在本实施方式中，采用以下方式：将提高分辨率的区域限定为显示区域的一部分，从而抑制数据量，降低装置的负荷。

另外，上述(1)、(2)、(3)的方法能既可以使用某一种，也可以将它们组合。

另外，就上述的(1)以及(2)而言，控制部19通过分别减少每规定时间的发送信号的输出次数，来降低采样率，据此，既能够削减使用存储器容量，也能够减轻存储器的负荷。

图9是表示雷达装置的动作的流程图。首先，雷达装置根据从发送部10输出的发送信号，从天线11发射电磁波，由天线11接收回波信号(s11)。然后，接收部12输入由天线11接收到的回波信号(s12)，进行输出与回波信号的电平相应的值的电平检测处理(s13)。与该回波信号的电平相应的值由A/D变换器13进行数字变换，存储至距离扫掠存储器14。

然后，图像变换部15从距离扫掠存储器14输入距离扫掠数据，变换为以本船的位置为原点的正交坐标系，作为与各距离扫掠数据的电平相应的灰度的像素亮度值来输出(s14)。显示器17读出存储在图像存储器16中的图像数据，显示回波图像(s15)。

然后，在从操作部18设定了放大区域502的情况下(s16)，控制部19对设定的区域进行数据量的变更处理(s17)。数据量的变更处理如上所述，使用变更所设定的放大区域502中的每规定方位的发射次数的方法、变更回波信号的采样率的方法、对图像数据进行插补的方法中的至少一种。通过该数据量变更处理，更新放大图像存储器162(s18)，然后，显示将回波图像进行放大的放大窗503，显示放大图像51(s19)。

接着，对图像处理部20的其他处理进行说明。在显示如上所述的标准图像50和放大图像51这两者的情况下，若指定放大区域，则该指定的区域成为其后输入的距离扫掠数据的回波信号的分辨率变更的状态，放大图像存储器162的图像数据被更新，成为在该状态下不能更新标准图像存储器161中的被指定的区域的图像数据的状态。因此，如图5所示，图像处理部20从放大图像存储器162读出所指定的区域中的图像数据，对多个像素的图像数据进行平均化，生成分辨率变更前的图像数据。例如，如图5所示，相对于标准图像的1像素，相同的位置的放大图像(高分辨率图像)由4×4的16像素量的图像数据构成的情况下，对这16像素的图像数据进行平均并作为标准图像的图像数据。

接着，说明进行扫描相关处理的情况下的雷达装置的结构、动作。图6是表示进行扫描相关处理的情况下的雷达装置的结构的框图。另外，对与图1A共通的结构赋予相同的符号，并省略说明。

在图6的雷达装置中，具备相关处理部21。相关处理部21求出从图像变换部15输入的最新的扫描的图像数据与从输出侧的图像存储器16读出的前一次扫描(扫描相关处理后)的图像数据的相关(作为大致相同的位置的观测信号被观测到的回波信号彼此的加权相加)，计算此次的扫描相关处理后的数据，并输出到图像存储器16。

即，相关处理部21对从图像变换部15输入的图像数据以某系数(例如1-α)进行加权，对从图像存储器16读出的图像数据以某系数(例如α)进行加权，并通过相加来更新图像存储器16的各像素的图像数据。

相关处理部21对于未变更分辨率的区域，求出输入的图像数据与从标准图像存储器161读出的标准图像数据的相关。另一方面，相关处理部21如图7A所示，对于变更了分辨率的区域，求出新输入的图像数据与从放大图像存储器162读出的放大图像数据的相关。例如，将新输入的图像数据的加权系数设为1-α，将从放大图像存储器162读出的放大图像数据的加权系数设为α，进行加权相加。由此，对于变更了分辨率的区域，能够进行更高精度的扫描相关处理。另外，对于变更了分辨率的区域，利用对放大图像数据进行加权相加后的图像数据，如上述那样将16像素的图像数据取平均而生成标准图像的扫描相关处理后的图像数据。

此外，相关处理部21也可以进行图7B所示的处理。即，相关处理部21对于标准图像数据，将存储在标准图像存储器161中的前一次扫描的图像数据与作为此次扫描的图像数据从图像变换部15输入的高分辨率的图像数据进行加权相加。此时，相关处理部21将新输入的图像数据的加权系数减小。优选例如设β＝16·α(β＞α)，将标准图像数据(与前一次扫描的回波信号对应的数据)的加权系数1-β设为比高分辨率图像数据的扫描相关处理中的加权系数1-α小。

另外，在扫描相关处理中，随着本船的移动，多次扫描中本船的位置不同。在该情况下，若进行高分辨率的图像数据彼此的加权相加，则有时一方的图像数据(新输入的图像数据)脱离高分辨率区域，进行高分辨率的图像数据与标准分辨率的图像数据的加权相加。因此，设置对本船的移动速度进行检测的传感器(不图示)，相关处理部21随着移动速度的增加，使新输入的图像数据的加权系数接近0(增大α的值)，由此能够减小因在扫描间位置不同而带来的影响。但是，在分辨率变更区域中产生位置偏移的情况，是如图8A所示将相对于本船的相对位置固定来指定的情况。如图8B所示，将分辨率变更区域指定为绝对位置的情况下，在多次扫描中不会输入分辨率不同的图像数据。此外，对于标准分辨率的图像数据，进行绝对位置处的相关处理。

另外，在本实施方式中，采用将放大图像作为独立的窗来显示的方式，但也可以是将指定区域内的标准分辨率的图像置换为高分辨率的图像的方式。在该情况下，对于指定区域不需要显示标准分辨率的图像，因此不需要将指定区域的标准图像数据事先保持到标准图像存储器中。

另外，通过将标准图像存储器的容量减小与放大图像存储器的数据容量相当的量，构成为作为整体的存储器容量不变的方式也是可能的。例如，对于在雷达装置中判断为不存在物标(例如回波信号的电平低，与噪声电平同等)的方位和距离，在标准图像存储器中不保持标准分辨率的图像数据(删除图像数据)，能够确保图像存储器整体的空余容量。

Claims (11)

1.一种回波图像显示装置，其特征在于，具备：

天线，发射电磁波，接收被物标反射的回波信号；

回波信号输入部，从上述天线输入上述回波信号；

回波信号电平检测部，与相对于上述天线的距离及方位对应地检测上述回波信号各自的电平；

图像数据生成部，基于上述回波信号的电平，生成图像数据；以及

显示部，进行上述图像数据的显示；

上述回波图像显示装置具备：

数据量变更部，将在上述显示部的显示区域的一部分上设定的规定区域的图像数据的数据量的比率变更为比其他区域的图像数据的数据量的比率多；

上述显示部进行上述规定区域的图像数据及上述其他区域的图像数据的显示。

2.如权利要求1所述的回波图像显示装置，其特征在于，

上述数据量变更部通过增加上述规定区域内的上述电磁波的每规定方位的发射次数，来提高上述规定区域的图像数据的数据量的比率。

3.如权利要求1或2所述的回波图像显示装置，其特征在于，

上述数据量变更部通过提高上述规定区域内的上述回波信号的采样率，来提高上述规定区域的图像数据的数据量的比率。

4.如权利要求1或2所述的回波图像显示装置，其特征在于，

上述数据量变更部通过对上述规定区域内的上述图像数据进行插补，来提高上述规定区域的图像数据的数据量的比率。

5.如权利要求1或2所述的回波图像显示装置，其特征在于，

具备暂时存储上述规定区域的图像数据的图像存储器；

上述图像数据生成部对存储在上述图像存储器中的上述规定区域的图像数据进行平均化，生成该规定区域内的图像数据的数据量的比率变更前的图像数据；

上述显示部进行上述数据量的比率变更前的图像数据的显示。

6.如权利要求1所述的回波图像显示装置，其特征在于，

具备相关处理部，该相关处理部进行扫描相关处理，该扫描相关处理将多个方位的回波信号作为一次扫描，求出多次扫描的回波信号的相关。

7.如权利要求1所述的回波图像显示装置，具备：

图像存储器，暂时存储上述规定区域的图像数据的数据量的比率变更后的图像数据、以及上述规定区域的图像数据的数据量的比率变更前的图像数据；以及

相关处理部，执行第一相关处理并且执行第二相关处理，第一相关处理是指，将存储在上述图像存储器中的上述数据量的比率变更后的图像数据作为过去的扫描的回波信号，将新提高了数据量的比率的图像数据作为此次的扫描的回波信号，求出多次扫描的回波信号的相关，更新上述数据量的比率变更后的图像数据，第二相关处理是指，将存储在上述图像存储器中的上述数据量的比率变更前的图像数据作为过去的扫描的回波信号，将新提高了数据量的比率的图像数据作为此次的扫描的回波信号，求出多次扫描的回波信号的相关，更新上述数据量的比率变更前的图像数据。

8.如权利要求7所述的回波图像显示装置，其特征在于，

上述相关处理部使上述第二相关处理中的过去的扫描的回波信号的权重大于上述第一相关处理中的过去的扫描的回波信号的权重来求出相关。

9.如权利要求6～8中任一项所述的回波图像显示装置，其特征在于，

具备移动速度检测部，该移动速度检测部对搭载上述回波图像显示装置的船舶的移动速度进行检测；

上述相关处理部随着上述移动速度的增加，将过去的扫描的回波信号的权重增大。

10.一种雷达装置，其特征在于，

内置如权利要求1～9中任一项所述的回波图像显示装置。

11.一种回波图像显示方法，其特征在于，包括：

从天线发射电磁波并接收被物标反射的回波信号的接收步骤；

从上述天线输入上述回波信号的输入步骤；

与相对于上述天线的距离及方位对应地检测上述回波信号各自的电平的检测步骤；

基于上述回波信号的电平生成图像数据的生成步骤；

将上述图像数据显示在显示部上的显示步骤；以及

数据量变更步骤，将在上述显示部的显示区域的一部分上设定的规定区域的图像数据的数据量的比率变更为比其他区域的图像数据的数据量的比率多；

上述显示步骤进行上述规定区域的图像数据及上述其他区域的图像数据的显示。