JP2001281333A - 2次元の高解像度映像獲得方法及びこのための装置 - Google Patents
2次元の高解像度映像獲得方法及びこのための装置Info
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Abstract
獲得するために、測定対処物を非線形的に回転するよう
に制御し、各々の回転角度で測定対象物に対するデータ
を測定し、この測定データに映像復元アルゴリズムを適
用して2次元の高解像度、高画質焦点映像を獲得するた
めの方法及びこのための装置を提供する。 【解決手段】 映像獲得装置200は、送信アンテナ210、
受信アンテナ220、周波数変換部230、RF信号生成部24
0、システム制御及び信号処理部250、測定対象物回転部
260、表示部270を含み、前記測定対象物回転部は、シス
テム制御及び信号処理部の制御により測定対象物280を
回転させ、この測定対象物回転部は、測定対象物を搭載
することができるステージと回転軸を備え、また、シス
テム制御及び信号処理部は、周波数変換部から伝送され
るIF信号を処理し、2次元の高解像度焦点レーダ映像を
復元して、これを表示部を介して出力する。
Description
映像を獲得するための方法及び装置に関し、特に、測定
データ処理時に補間(interpolation)アルゴリズムを採
用しない映像復元アルゴリズムを使用して制御型回転測
定対象物の高解像度映像を獲得することができる方法及
びこのための装置に関する。
r)、CT(Computerized Tomography)、MRI(Magnetic Reso
nance Imaging)などのような従来の制御型回転測定対象
物用映像技法は、レーダ測定対象物のモデリング及び分
析などのような多様な応用分野に利用されている。ま
た、この技法は医学及び物理学で疾病診断及び物質など
の識別方法として補助的に適用され、測定対象物の検
出、認識、分類技法を開発することに利用されている。
物の高解像度映像獲得のための装置を示し、この装置は
測定対象物を線形的に回転するように制御する方式を利
用している。図1に示すように、従来の技術による映像
獲得装置100は、一般に測定対象物108から反射される信
号を周波数と測定角度(observation angle)の極座標系
上にデータをサンプリングする。図1を参照すると、従
来の技術による回転型測定対象物の映像獲得装置100
は、回転ステージ110、回転駆動部120、送信アンテナ13
0、受信アンテナ140、基準信号発生部150、制御及び信
号処理部160、表示部170を含んでいる。
着されている。回転駆動部120は、回転ステージ110を回
転させる、例えば、モータを含み、回転ステージ110と
物理的に接続されている。また、回転駆動部120は、制
御及び信号処理部160に電気的に接続されている。送信
アンテナ130は、基準信号発生部150を介して制御及び信
号処理部160に電気的に接続されている。送信アンテナ1
30は、基準信号発生部150で発生した基準信号を測定対
象物180に伝送する一方、受信アンテナ140は測定対象物
180から反射信号を受信し、このような反射信号を制御
及び信号処理部160に伝送する。制御及び信号処理部160
は、受信アンテナ140から伝送された受信信号を処理
し、測定対象物180に対する2次元の映像を出力する。
このとき、制御及び信号処理部160は、測定対象物に対
する測定データを含む反射信号に対して上述したように
補間法を含む一般の2次元の映像復元アルゴリズムを適
用して2次元の映像を作り出す。
置100が狭い測定角度で測定対象物を測定する場合、測
定されたデータが直角座標に対するフーリエ変換(Fouri
er transform)サンプルによりモデリングできるため、2
次元の非焦点復元アルゴリズムを使用すると、比較的に
短い時間で高解像度の2次元の非焦点映像を獲得するこ
とができる。しかしながら、測定対象物に対する測定角
度が大きくなると、広く知られているように、ブラ効果
(blur effect)により2次元の非焦点映像の品質が低下さ
れる。焦点映像内で2次元の補間アルゴリズムを使用し
て、矩形格子に対して受信データを再フォーマットする
ことにより、ブラ効果を除去することができる。しかし
ながら、追加の2次元の補間アルゴリズムは、非焦点ア
ルゴリズムよりデータ処理時間をさらに増加させるだけ
でなく、人為産物により2次元の焦点映像の品質も低下
される。
題に着目してなされたものであり、その目的とすること
は、補間法を使用せずに映像復元アルゴリズムを使用す
ることにより制御型回転測定対象物の2次元の高解像度
映像を獲得するための方法及びこのための装置を提供す
ることにある。
めに、本発明によれば、制御手段、測定対象物から反射
される信号に対する信号処理手段、基準信号送受信手
段、前記測定対象物回転手段を含む映像獲得装置で使用
されるとともに、映像の品質を低下せずに映像復元のた
めの処理時間を短縮することができる制御型回転測定対
象物の2次元の高解像度映像獲得方法であって、前記測
定対象物と前記映像獲得装置に関る初期情報を獲得する
第1工程と、前記測定対象物を回転させるためのパラメ
ータである前記測定対象物回転手段の回転増加分及び全
回転角度を計算する第2工程と、開始周波数fsk、ス
テップ周波数δfkを計算する第3工程と、前記第1工
程ないし前記第3工程で獲得した値に基づいて、測定対
象物に対するデータを測定し、これを格納する第4工程
と、前記データ測定及び格納が終了されたか否かを判断
する第5工程と、前記判断工程の結果が否定であれば、
前記第1工程ないし第5工程を繰返し、前記判断工程の
結果が肯定であれば、映像復元アルゴリズムを適用して
2次元の高解像度映像を獲得する第6工程と、前記2次
元の高解像度映像を出力する第7工程とを含み、前記映
像復元アルゴリズムはデータ補間アルゴリズム無しに2
次元のFFT(fast fourier transform)アルゴリズムを測
定データに適用して2次元の高解像度映像を復元する2
次元の高解像度映像獲得方法が提供される。
を回転するように制御し、各々の回転角度で前記制御型
測定対象物に対するデータを測定して2次元の高解像度
映像を獲得することができる装置であって、前記測定対
象物を所定の角度だけ回転させ、所定角の間の間隔が互
いに同一ではない回転手段と、第1信号を発生するため
の手段と、前記第1信号を前記制御型測定対象物に伝送
するための伝送手段と、前記制御型測定対象物から反射
される第2信号を受信するための手段と、前記第1信号
及び前記第2信号の周波数を互いに異なる周波数を有す
る第3及び第4信号に各々変換させるための手段と、前
記第3及び第4信号に基づいて、前記制御型測定対象物
を表示する映像を復元するとともに、前記測定対象物回
転手段を制御するための信号処理及び制御手段とを含
み、前記信号処理及び制御手段は、補間アルゴリズム処
理をせずにFFTアルゴリズムを測定データに適用する2
次元の高解像度映像獲得装置が提供される。
次元の補間アルゴリズムを適用せずに広い範囲の測定角
度に対して2次元の高解像度焦点映像を獲得することが
できる本発明によるレーダ映像獲得装置200が示されて
いる。図2に示すように、本発明による映像獲得装置20
0は、送信アンテナ210、受信アンテナ220、周波数変換
部230、RF(Radio Frequency)信号生成部240、システム
制御及び信号処理部250、測定対象物回転部260、表示部
270を含む。RF信号生成部240は、RF信号を生成して送信
アンテナ210、及び周波数変換部230に伝送する。このRF
信号は、例えば、中心周波数が27.5GHzである信号であ
る。送信アンテナ210は、RF信号生成部240から入力され
たRF信号(RF信号の周波数は開始周波数とステップ周波
数を加算した値である)を測定対象物回転部260に搭載さ
れた測定対象物280に伝送する。図2に示す測定対象物2
80の代わりにいずれの対象物も使用され得る。
び信号処理部250の制御により測定対象物280を回転さ
せ、この測定対象物回転部260は、測定対象物280を搭載
することができるステージと回転軸を備え、システム制
御及び信号処理部250に電気的に接続された回転モータ
を含む。回転軸は、ステージに機械的に結合されてい
る。回転モータは、例えば、0.0036度の角度分解能(ang
ular resolution)を有するDCサーボモータであり、シス
テム制御及び信号処理部250で計算された回転角度を用
いてステージ上に設けられた測定対象物270を非線形的
に回転させる。
生したRF基準信号を用いて、受信アンテナ220で測定さ
れたRF信号を中間周波数(IF;intermediate frequency)
信号に変換して、システム制御及び信号処理部250に伝
送する。システム制御及び信号処理部250は、周波数変
換部230から伝送されるIF信号を処理することにより、2
次元の高解像度焦点レーダ映像を復元し、これを表示部
270を介して出力する。このとき、システム制御及び信
号処理部250は、2次元の補間アルゴリズムを含まない
2次元の映像復元アルゴリズムを測定データに適用して
2次元の高解像度焦点映像を獲得する。
反射されるレーダ信号をサンプリングすることにより、
測定データを獲得するための測定座標系を示す図面であ
る。本発明による測定方法は、制御周波数と回転角度を
使用して長方形ラスタ上で測定対象物280から反射され
るレーダ信号を直接測定する。なお、明細書の式を除く
説明において、頂部に付された記号“−”を有するX及
びYをそれぞれ/X及び/Yで表し、これらは、光速度c
で正規化された値を意味するものとしている。
信号は、測定座標系で/Y軸に一定の間隔δ/Yごとに分
布されており、各々の/Y軸座標/Ykに対して/X軸に
一定の間隔δ/Xkに分布された均一分布を使用してサ
ンプリングされる。サンプリングの位置は、(式1)で
示すように測定角度Φとレーダ信号の周波数fにより決
定される。
と縦軸を示す。/X(=X/c)、/Y
k(=Yk/c)、δ/Xk(=δXk/c)、δ/Y
(=δY/c)は各々X、Y、δXk、δYを光速度c
で正規化した値である。
を測定する間、開始周波数fsk、ステップ周波数δf
k、測定角度の間隔δΦkを制御する必要がある。与え
られた測定角度で開始周波数とステップ周波数を決定す
るために、初期値/Y0と測定間隔δ/Yが、各々(式
2)と(式3)のように選択される必要がある。
0であるときの開始周波数であり、δf0は測定対象物
の回転角度Φが0であるときのステップ周波数である。
測定間隔δ/Yは、ステップ周波数と測定対象物280の距
離範囲との間の関係により決定される必要がある。
定間隔δ/X0により決定され、初期測定間隔δ/X
0は、最大横断距離の範囲の設計パラメータにより決定
される。
は、(式5)により決定される。
波数δfkは、各々の測定角度Φkでδ/Yとδ/Xkに
対して各々一定の値を維持するように選択される必要が
あり、(式6)のように計算されることができる。
あるδΦk(=Φ(k +1)−Φk)は、各々最大検出
距離と最大横断距離を満たすように選択される必要があ
る。δ/Yとδ/Xkは、決定されたパラメータを使用し
て(式7)と(式8)により計算されることができる。
タ/Y0、 δ/Y、δ/Xk、δf、fskを使用して
得られ、補間アルゴリズムを使用せずに焦点映像復元の
ための効率的なFFTアルゴリズムを測定データ組に直接
適用することができる。
点映像獲得方法を説明するためのフローチャートであ
る。ステップS402では、測定対象物280と本発明による
映像獲得装置との間の初期位置情報である/Y0、δ/X
0、δYを取得する。ステップS404では、k値を0に初
期化して、k=0のときからデータを測定し始める。ス
テップS406では、k≦k−1であるか否かを判断する。
ステップS406における判断結果が肯定であれば、プロセ
スはステップS408に進行する。ステップS408で、測定対
象物208の非線形回転運動を制御するためのパラメー
タ、即ちDCモータの回転増加分と測定対象物回転部260
の全回転角度を計算した後、ステップS410に進行する。
算する。ステップS412では、映像獲得のために測定対象
物280の非線形回転運動及び測定パラメータ(即ち、ステ
ップ周波数及び帯域幅)を制御する。ステップS414で、
映像獲得のためのデータを測定した後、ステップS416に
進行する。ステップS416では、ステップS414で測定され
たデータを図示しない所定の格納所に格納する。ステッ
プS418では、k値を1だけ増加させ、ステップS406に進
行する。
あれば、即ち測定対象物280に対するデータの測定が終
了すると、プロセスはステップS420に進行する。ステッ
プS420では、2次元の補間アルゴリズムを含まない2次元
の映像復元アルゴリズムを測定データに対して適用する
ことにより、2次元の高解像度焦点映像を獲得する。ス
テップS422では、獲得した2次元の高解像度焦点映像を
表示部270にディスプレイした後、プロセスが終了され
る。
た映像獲得のためのパラメータを使用したシミュレーシ
ョンを通じて、本発明による2次元の高解像度焦点映像
獲得方法の効果を分析する。
す。
的な配列は、表2のように与えられ、映像獲得シミュレ
ーションに使用される測定対象物はポイント測定対象物
として考察する。
法を使用したときに獲得できる非焦点映像及び焦点映像
のシミュレーションの結果を示す。図5Aに示すよう
に、従来の技術による非焦点映像のシミュレーションの
結果ではブラ効果によりポイント測定対象物の正規化さ
れた振幅の減少と、ポイント測定対象物の応答特性の低
下を観測することができる。ポイント測定対象物が映像
平面の中心から遠く離れた場合、ブラ効果が増加され
る。非焦点映像で、かかるブラ効果は、測定データにお
ける位相訂正エラーが映像平面の中心付近で0であり、
かかる位相訂正エラーが放射状距離の増加に正比例して
増加される事実により説明できる。しかしながら、小さ
い測定対象物では、短い処理時間を有する非焦点復元ア
ルゴリズムが効果的に使用できる。
点映像のシミュレーションの結果でポイント測定対象物
に対する応答の拡張は減少されたが、2次元の補間アル
ゴリズムの不完全性により正規化された振幅が小さくな
っている。
焦点映像獲得方法及びこのための装置を利用して獲得で
きる焦点映像のシミュレーションの結果を示している。
図5Cに示すように、本発明による2次元の高解像度焦
点映像獲得方法及びこのための装置を使用すると、ポイ
ント測定対象物に対する応答の拡張が減少するだけでな
く、ポイント測定対象物に対する応答の正規化された振
幅は殆ど小さくならない。
像復元に対する処理時間を示している。映像の大きさ
が、各々128×128ピクセル及び1024×1024ピクセルであ
るとき、本発明による2次元の高解像度映像獲得方法及
びこのための装置を適用する場合、映像復元時間は、各
々94msと7062msである。映像の大きさが大きい場合は、
測定データに対するFFT処理時間が急激に増加するた
め、本発明による映像獲得方法による計算時間の改善の
程度は映像ピクセルの数が増加することにより減少され
得る。しかしながら、2次元の補間アルゴリズムを含ま
ない本発明による映像獲得方法は、従来の技術による映
像獲得方法の映像復元処理時間と比較するとき、データ
処理時間を少なくとも33%以上改善していることがシミ
ュレーションの結果から分かる。表3は映像の大きさに
よる処理時間の比較をしたものである。
転する測定対象物280に対するレーダ映像を生成する。
直径が5cmであり、長さが20cmである3つのシリンダ状の
金属を測定対象物280として使用した。3つのシリンダ状
の金属は、相互に30cmおきに離れている。上述のよう
に、3つのシリンダ状の金属が測定対象物として使用さ
れたが、他の任意の測定対象物が使用できることも注目
する必要がある。
る映像獲得方法を使用したときに獲得した測定対象物に
対する非焦点映像及び焦点映像を示している。図6Aに
示すように、従来の技術により獲得した非焦点映像では
ブラ効果により測定対象物280の正規化された振幅が減
少され、測定対象物280の応答特性が広くなる。図6B
に示すように、従来の技術により獲得した焦点映像では
ブラ効果により映像の品質の低下が減少される。
焦点映像獲得方法及びこのための装置を使用して獲得し
た測定対象物に対する焦点映像を示している。図6A及
び図6Bと比較すると、測定角度の制御誤差にもかかわ
らず、やはり振幅の小さくなる程度が減少することが分
かる。角度誤差は、復元された映像には直接影響しない
が、フーリエ変換を通じて角度誤差により生じる位相誤
差により映像品質が低下される。位相誤差の大きさは、
最大角度誤差により異なることなく、平均値により異な
る。映像復元工程を行い間に軸の中心付近で位相訂正誤
差が小さくなるため、図5Aないし図5Cに示すよう
に、測定対象物(T2及びT3)の振幅が減少するが、映像平
面の中心から遠く離れるほど振幅が非常に大きくなる。
3つの映像で、実際測定対象物(T1、T2及びT3)の間でゴ
ースト測定対象物が現れる。これらのゴースト測定対象
物は、近接して配置される測定対象物の間の相互散乱効
果により生じる。相互散乱により映像品質が相当低下さ
れ得る。
ブモータによる制御された回転角度との間の計算誤差を
示している。最大誤差は22.2%であり、本発明で使用さ
れる全測定角度、例えば、37.432度に対する平均誤差は
8.4%である。本発明による2次元の高解像度映像獲得
方法及びこのための装置に使用されるモータの位置誤差
は±0.0036度であり、この値は平均誤差値に比較して非
常に小さい値であるため、図7では考慮しなかった。測
定対象物回転部260、即ちモータを制御するために、例
えば、フィードバック制御方法を使用すると、エンコー
ダによる測定角度の制御誤差を減らすことができる。
について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱すること
なく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
時間の点で、本発明による2次元の高解像度映像獲得方
法及びこのための装置を使用して得る焦点映像アルゴリ
ズムの方が補間法を使用する非焦点及び焦点アルゴリズ
ムより優れている。本発明によると、フィードバック制
御方法を使用するモータの精巧な角度位置制御を使用す
ることにより、シミュレーションにより得られる高品質
の映像を短い処理時間内に得ることができるという効果
を奏する。
による映像獲得装置の概略的なブロック図である。
により、測定データを獲得するための測定座標図であ
る。
法を説明するためのフローチャートである。
びこのための装置を利用したときに獲得できる非焦点及
び焦点映像のシミュレーションの結果を示す図である。
びこのための装置を利用したときに獲得できる非焦点及
び焦点映像のシミュレーションの結果を示す図である。
獲得方法及びこのための装置を利用したときに獲得でき
る焦点映像のシミュレーションの結果を示す図である。
びこのための装置を使用して獲得した測定対象物に対す
る非焦点及び焦点映像を示す図である。
びこのための装置を使用して獲得した測定対象物に対す
る非焦点及び焦点映像を示す図である。
獲得方法及びこのための装置を使用して獲得した測定対
象物に対する焦点映像を示す図である。
物回転部により制御された制御角との間の誤差を示す図
である。
Claims (4)
- 【請求項1】 制御手段と、測定対象物から反射される
信号に対する信号処理手段と、基準信号送受信手段と、
測定対象物回転手段とを含む映像獲得装置で使用される
とともに、映像の品質を低下せずに映像復元のための処
理時間を短縮することができる制御型回転測定対象物の
2次元の高解像度映像獲得方法であって、 前記測定対象物と前記映像獲得装置に関る初期情報を獲
得する第1工程と、 前記測定対象物を回転させるためのパラメータである前
記測定対象物回転手段の回転増加分及び全回転角度を計
算する第2工程と、 開始周波数fsk、ステップ周波数δfkを計算する第
3工程と、 前記第1工程ないし前記第3工程で獲得した値に基づい
て、前記測定対象物に対するデータを測定し、これを格
納する第4工程と、 前記データ測定及び格納が終了されたか否かを判断する
第5工程と、 前記判断工程の結果が否定であれば、前記第1工程ない
し第5工程を繰返し、前記判断工程の結果が肯定であれ
ば、映像復元アルゴリズムを適用して2次元の高解像度
映像を獲得する第6工程と、 前記2次元の高解像度映像を出力する第7工程とを含
み、前記映像復元アルゴリズムはデータ補間アルゴリズ
ム無しに2次元のFFT(fast fourier transform)アルゴ
リズムを測定データに適用して2次元の高解像度映像を
復元する2次元の高解像度映像獲得方法。 - 【請求項2】 前記初期情報は、データサンプリングの
ための /Y軸の初期値/Y0、X軸上の初期測定間隔δ
/X0、/Y軸上の測定間隔δ/Yを含み、 前記各々の初期情報は、 【数1】 である場合、 【数2】 である場合、 【数3】 より各々計算される請求項1に記載の2次元の高解像度
映像獲得方法。 - 【請求項3】 前記第3工程でΦkは、 【数4】 により計算され、 前記fskは、 【数5】 により計算され、 前記δfkは 【数6】 により計算され、ここで、cは光速度である請求項2に
記載の2次元の高解像度映像獲得方法。 - 【請求項4】 制御型測定対象物を回転するように制御
し、各々の回転角度で前記制御型測定対象物に対するデ
ータを測定して2次元の高解像度映像を獲得することが
できる装置であって、 前記測定対象物を所定の角度だけ回転させ、所定角の間
の間隔が互いに同一ではない回転手段と、 第1信号を発生するための手段と、 前記第1信号を前記制御型測定対象物に伝送するための
伝送手段と、 前記制御型測定対象物から反射される第2信号を受信す
るための手段と、 前記第1信号及び前記第2信号の周波数を互いに異なる
周波数を有する第3及び第4信号に各々変換させるため
の手段と、 前記第3及び第4信号に基づいて、前記制御型測定対象
物を表示する映像を復元するとともに、前記測定対象物
回転手段を制御するための信号処理及び制御手段とを含
み、前記信号処理及び制御手段は、補間アルゴリズム処
理をせずにFFTアルゴリズムを測定データに適用する2
次元の高解像度映像獲得装置。
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