JP2011209110A - 画像処理装置及び画像処理方法及び画像処理プログラム - Google Patents

画像処理装置及び画像処理方法及び画像処理プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】ＳｃａｎＳＡＲモードで観測されたデータからレーダ画像を効率的に生成する。
【解決手段】画像処理装置１００において、バーストデータ記憶部１０１は、ＳｃａｎＳＡＲの各バーストに対する地上からの散乱波のデータをバーストデータとして記憶装置１５２に記憶する。スキャンデータ生成部１０２は、記憶装置１５２からバーストデータを、対応するスキャンごとに処理装置１５１により読み出して、スキャンごとに、読み出したバーストデータの隙間をゼロで埋めてスキャンデータを処理装置１５１により生成する。画像処理部１０３は、スキャンごとに、スキャンデータ生成部１０２により生成されたスキャンデータからレーダ画像を処理装置１５１により生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像処理装置及び画像処理方法及び画像処理プログラムに関するものである。本発明は、特に、干渉ＳＡＲ（合成開口レーダ）処理のための効率的ＳｃａｎＳＡＲ（スキャン合成開口レーダ）再生処理方法に関するものである。
ＳｃａｎＳＡＲというＳＡＲ観測モードがある（例えば、特許文献１及び２参照）。
特表２００９−５１６１９１号公報 特開平１１−２０２０４８号公報
ＳｃａｎＳＡＲモードは３００ｋｍ超の観測幅をもつ、他に類のない強力な観測手法であるが、現状においてＳｔｒｉｐ・Ｍａｐモードと比べてデータ実利用実績が非常に少ない。特に干渉ＳＡＲ解析では専らＳｔｒｉｐ・Ｍａｐモードのデータが使用されており、ＳｃａｎＳＡＲモードの干渉ＳＡＲ解析への適用事例は非常に少数である。Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐモードの干渉ＳＡＲ解析に対して、ＳｃａｎＳＡＲの干渉ＳＡＲ解析が非常に煩雑であること、そのためにＳｃａｎＳＡＲ用の干渉処理Ｓ／Ｗ（ソフトウェア）が必要となるがそのようなＳ／Ｗがほとんど皆無であることが要因と考えられる。
本発明は、例えば、ＳｃａｎＳＡＲモードで観測されたデータからレーダ画像を効率的に生成することを目的とする。
本発明の一の態様に係る画像処理装置は、
飛行体に搭載された合成開口レーダにより予め定められた複数のビーム照射角の各々で単位時間ずつ順番にビームを照射して得られる観測対象領域からの散乱波のデータを、単位時間ごとのバーストデータとして、記憶装置にビーム照射時間分記憶するバーストデータ記憶部と、
前記複数のビーム照射角の各々について、前記バーストデータ記憶部により記憶されたバーストデータのうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータを処理装置により抽出し、抽出した単位時間ごとのバーストデータを時間軸に沿って並べた前記ビーム照射時間分のスキャンデータであって、前記ビーム照射時間のうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータが存在しない部分を所定のダミーデータで埋めたスキャンデータを処理装置により生成するスキャンデータ生成部と、
前記複数のビーム照射角の各々について、前記スキャンデータ生成部により生成されたスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成する画像処理部とを備えることを特徴とする。
前記バーストデータ記憶部は、前記飛行体が前記観測対象領域の上空を複数回飛行することで得られたバーストデータを飛行回数分記憶し、
前記スキャンデータ生成部は、前記バーストデータ記憶部により記憶されたバーストデータから前記飛行回数分のスキャンデータを生成し、
前記画像処理部は、前記スキャンデータ生成部により生成されたスキャンデータから前記飛行回数分のレーダ画像を生成し、生成したレーダ画像のインタフェロメトリ処理を実行することを特徴とする。
前記所定のダミーデータは、ゼロ値のデータであることを特徴とする。
前記画像処理部は、前記複数のビーム照射角の各々について、前記スキャンデータ生成部により生成されたスキャンデータを処理装置によりレンジ圧縮し、レンジ圧縮したスキャンデータを処理装置によりアジマス圧縮し、アジマス圧縮したスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成することを特徴とする。
前記スキャンデータ生成部は、前記複数のビーム照射角の各々について、抽出した単位時間ごとのバーストデータを処理装置によりレンジ圧縮し、レンジ圧縮したバーストデータを時間軸に沿って並べた前記ビーム照射時間分のスキャンデータであって、前記ビーム照射時間のうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータが存在しない部分を所定のダミーデータで埋めたスキャンデータを処理装置により生成し、
前記画像処理部は、前記複数のビーム照射角の各々について、前記スキャンデータ生成部により生成されたスキャンデータを処理装置によりアジマス圧縮し、アジマス圧縮したスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成することを特徴とする。
本発明の一の態様に係る画像処理方法は、
飛行体に搭載された合成開口レーダにより予め定められた複数のビーム照射角の各々で単位時間ずつ順番にビームを照射して得られる観測対象領域からの散乱波のデータを、単位時間ごとのバーストデータとして、記憶装置にビーム照射時間分記憶するコンピュータが、前記複数のビーム照射角の各々について、記憶装置に記憶されたバーストデータのうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータを処理装置により抽出し、抽出した単位時間ごとのバーストデータを時間軸に沿って並べた前記ビーム照射時間分のスキャンデータであって、前記ビーム照射時間のうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータが存在しない部分を所定のダミーデータで埋めたスキャンデータを処理装置により生成し、
前記コンピュータが、前記複数のビーム照射角の各々について、生成したスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成することを特徴とする。
本発明の一の態様に係る画像処理プログラムは、
飛行体に搭載された合成開口レーダにより予め定められた複数のビーム照射角の各々で単位時間ずつ順番にビームを照射して得られる観測対象領域からの散乱波のデータを、単位時間ごとのバーストデータとして、記憶装置にビーム照射時間分記憶するバーストデータ記憶手順と、
前記複数のビーム照射角の各々について、前記バーストデータ記憶手順により記憶されたバーストデータのうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータを処理装置により抽出し、抽出した単位時間ごとのバーストデータを時間軸に沿って並べた前記ビーム照射時間分のスキャンデータであって、前記ビーム照射時間のうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータが存在しない部分を所定のダミーデータで埋めたスキャンデータを処理装置により生成するスキャンデータ生成手順と、
前記複数のビーム照射角の各々について、前記スキャンデータ生成手順により生成されたスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成する画像処理手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする。
前記バーストデータ記憶手順は、前記飛行体が前記観測対象領域の上空を複数回飛行することで得られたバーストデータを飛行回数分記憶し、
前記スキャンデータ生成手順は、前記バーストデータ記憶手順により記憶されたバーストデータから前記飛行回数分のスキャンデータを生成し、
前記画像処理手順は、前記スキャンデータ生成手順により生成されたスキャンデータから前記飛行回数分のレーダ画像を生成し、生成したレーダ画像のインタフェロメトリ処理を実行することを特徴とする。
前記所定のダミーデータは、ゼロ値のデータであることを特徴とする。
前記画像処理手順は、前記複数のビーム照射角の各々について、前記スキャンデータ生成手順により生成されたスキャンデータを処理装置によりレンジ圧縮し、レンジ圧縮したスキャンデータを処理装置によりアジマス圧縮し、アジマス圧縮したスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成することを特徴とする。
前記スキャンデータ生成手順は、前記複数のビーム照射角の各々について、抽出した単位時間ごとのバーストデータを処理装置によりレンジ圧縮し、レンジ圧縮したバーストデータを時間軸に沿って並べた前記ビーム照射時間分のスキャンデータであって、前記ビーム照射時間のうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータが存在しない部分を所定のダミーデータで埋めたスキャンデータを処理装置により生成し、
前記画像処理手順は、前記複数のビーム照射角の各々について、前記スキャンデータ生成手順により生成されたスキャンデータを処理装置によりアジマス圧縮し、アジマス圧縮したスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成することを特徴とする。
本発明の一の態様によれば、ＳｃａｎＳＡＲモードで観測されたバーストデータを、スキャンごとに時間軸に沿って並べ、バーストデータ間の隙間を所定のダミーデータで埋めたスキャンデータを利用するため、レーダ画像を効率的に生成することが可能となる。
実施の形態１に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。 ＰＡＬＳＡＲの主要諸元を示す表である。 ＳｃａｎＳＡＲの撮像方法を示す図である。 ＳｃａｎＳＡＲの撮像方法を示す図である。 一般的なＳｃａｎＳＡＲの画像化方法を示すフローチャートである。 ロングバーストの場合の一般的なアジマス貼り合わせ方法を示す図である。 ショートバーストの場合の一般的なアジマス貼り合わせ方法を示す図である。 レンジモザイク処理が施された再生画像を示す図である。 Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐの場合のインタフェロメトリ処理を示すフローチャートである。 ＳｃａｎＳＡＲの場合の一般的なインタフェロメトリ処理を示す図である。 実施の形態１に係る再生処理を示す図である。 実施の形態１に係るインタフェロメトリ処理を示す図である。 実施の形態１に係る再生処理の詳細を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る画像処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 実施の形態２に係る再生処理の詳細を示すフローチャートである。 ＳｃａｎＳＡＲの一般的手法と実施の形態１及び２とを定量的に比較した結果を示す表である。
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る画像処理装置１００の構成を示すブロック図である。
画像処理装置１００は、衛星（飛行体の一例）に搭載された合成開口レーダ（ＳＡＲ）が地上（観測対象領域の一例）の略同じ範囲をＳｃａｎＳＡＲモードで複数回（例えば別の日に）観測して得られたデータから観測時ごとの地上のレーダ画像を生成する。そして、画像処理装置１００は、生成した複数のレーダ画像のインタフェロメトリ処理（干渉処理）を実行する。即ち、画像処理装置１００は、ＳｃａｎＳＡＲにて撮像されたデータに対する再生処理（画像化）及びインタフェロメトリ処理を行う。なお、本実施の形態は、衛星に搭載された合成開口レーダの代わりに、航空機等、他の飛行体に搭載された合成開口レーダを利用する場合にも適用可能である。また、本実施の形態は、合成開口レーダが地上を観測する代わりに、合成開口レーダが海上等、他の観測対象領域を観測する場合にも適用可能である。
ここで、ＳｃａｎＳＡＲについて説明する。
まず、ＳｃａｎＳＡＲの特長について説明する。
図２は、Ｓｔｒｉｐ・ＭａｐとＳｃａｎＳＡＲの両方の観測モードで動作可能なＰＡＬＳＡＲ（Ｐｈａｓｅｄ・Ａｒｒａｙ・ｔｙｐｅ・Ｌ−ｂａｎｄ・Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ・Ａｐｅｒｔｕｒｅ・Ｒａｄａｒ）の主要諸元を示す表である。
図２に示すように、ＳｃａｎＳＡＲの観測幅は、Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐの観測幅が最大７０ｋｍ（キロメートル）であるのに対して、最大３５０ｋｍである（衛星「だいち」搭載ＰＡＬＳＡＲの場合）。即ち、ＳｃａｎＳＡＲは、Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐに対して約５倍の広さの領域をカバーすることができる。ＳｃａｎＳＡＲを用いると、例えば、北海道のＳＡＲ画像（レーダ画像）を作成する際に、１回の観測で略全域をカバーすることができる。また、例えば、２００８年に発生した四川大地震の被災域の干渉ＳＡＲ解析を行う際にも、１シーンで略全体を網羅可能である。ＳｃａｎＳＡＲの分解能は、Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐに対して劣るものの、５０ｍ（メートル）（帯域幅が３２ＭＨｚ（メガヘルツ）のとき）〜１００ｍ（待機幅が１６ＭＨｚのとき）である。これは、地盤変動の徴候検知、定常的なモニタリングを行うのに十分な性能である。
次に、ＳｃａｎＳＡＲの撮像方法について説明する。
図３及び図４は、ＳｃａｎＳＡＲの撮像方法を示す図である。
図３に示すように、衛星に搭載された合成開口レーダは、予め定められた複数のビーム照射角の各々で単位時間ずつ順番にビームを照射する。図３では３つしか示していないが、ここでは、一例として、５つのビーム照射角が予め定められているものとする。また、本例では、合成開口レーダが単位時間あたり数１００パルスのビームを照射するものとする。即ち、合成開口レーダは、５つのビーム照射角の各々で数１００パルスずつ順番にビームを照射する。なお、ビーム照射角の数や単位時間あたりのパルス数は適宜変更可能である。
合成開口レーダが１つのビーム照射角で照射したビームに対する地上からの散乱波を受信する処理をスキャンという。本例では、５つのビーム照射角で照射されるビームをそれぞれ第１ビーム、第２ビーム、第３ビーム、第４ビーム、第５ビームとし、それぞれのビームによるスキャンを順番に第１スキャン、第２スキャン、第３スキャン、第４スキャン、第５スキャンとして区別する。各スキャンにおいて、単位時間ごとに照射されるビームをそれぞれバーストという。図３において、アジマス方向（衛星の進行方向）における各バーストの長さは、地上でビームが照射される領域の長さではなく、ビーム照射時間の長さを示している。そのため、各スキャンにおいてバースト間には隙間ができている。この隙間は、各スキャンにおいてビームが照射されていない時間（非照射時間）を表している。なお、後述するように、各スキャンにおいて地上でビームが照射される領域間に隙間ができるわけではない。一方、図３において、レンジ方向（衛星の進行方向と垂直の方向）における各バーストの幅は、ビーム照射幅を示しており、地上でビームが照射される領域の幅を表している。なお、隣り合うスキャン同士では、地上でビームが照射される領域が少しずつ重なっている。
図４に示すように、衛星に搭載された合成開口レーダは、地上の１点に対して１〜数バーストのビームを照射し、バーストごとに散乱波を受信する。１点に対して１バーストしか照射されない方式をロングバーストという。１点に対して２バースト以上照射される方式をショートバーストという。ロングバーストでは、各スキャンにおいて地上でビームが照射される領域同士が隙間なくつながる。一方、ショートバーストでは、各スキャンにおいて地上でビームが照射される領域同士が一部重なる。ショートバーストでは、１バーストあたりのパルス数がロングバーストより少なくなる。
次に、一般的なＳｃａｎＳＡＲの画像化方法について説明する。
図５は、一般的なＳｃａｎＳＡＲの画像化方法を示すフローチャートである。図６は、ロングバーストの場合の一般的なアジマス貼り合わせ方法を示す図である。図７は、ショートバーストの場合の一般的なアジマス貼り合わせ方法を示す図である。図８は、レンジモザイク処理が施された再生画像を示す図である。なお、図６及び図７では３つのビームしか示していないが、前述したように、本例では、５つのビームが照射されているものとする。
図５において、ビームごとの処理として、バースト再生処理（ステップＳ１０１）とアジマス貼り合わせ（ステップＳ１０２）が同一ビームの全てのバーストについて繰り返し行われる。ステップＳ１０１では、処理対象となるビームの１つのバーストに対して受信された散乱波のデータが画像化され、そのバーストの再生画像（レーダ画像）が生成される。ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で生成された再生画像がアジマス方向にて該当する位置に貼り付けられる。このとき、ロングバーストの場合は、図６に示すように、アジマス方向に隣り合うバーストの再生画像が重ならないように貼り合わせられる。一方、ショートバーストの場合は、図７に示すように、アジマス方向に隣り合うバーストの再生画像が重ね合わせられる。
１つのビームについて処理が完了すると、そのビームの再生画像が完成する。これが繰り返され、５つのビーム全てについて処理が完了すると、レンジモザイク処理（ステップＳ１０３）が行われる。ステップＳ１０３では、完成した各ビームの再生画像がレンジ方向にて結合される。これにより、図８に示したように、第１ビームの再生画像Ａ、第２ビームの再生画像Ｂ、第３ビームの再生画像Ｃ、第４ビームの再生画像Ｄ、第５ビームの再生画像Ｅが結合された全体画像ができる。なお、レンジ方向に隣り合うビームの再生画像間で重なる部分は、いずれか一方の再生画像で上書きされるか、両方の再生画像が平均化されたものとなる。
次に、Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐの場合とＳｃａｎＳＡＲの場合のインタフェロメトリ処理について説明する。
図９は、Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐの場合のインタフェロメトリ処理を示すフローチャートである。
図９において、ステップＳ２０１では、地上に対して行われた１回目の観測におけるＬ０データ（散乱波のデータ）がマスタとして入力され、このＬ０データからＳＬＣ（Ｓｉｎｇｌｅ・Ｌｏｏｋ・Ｃｏｍｐｌｅｘ）（レーダ画像）がマスタ再生画像として作成される。同様に、ステップＳ２０２では、地上の略同じ範囲に対して行われた２回目の観測におけるＬ０データ（散乱波のデータ）がスレーブとして入力され、このＬ０データからＳＬＣがスレーブ再生画像として作成される。
ステップＳ２０３では、ステップＳ２０１で作成されたマスタ再生画像とステップＳ２０２で作成されたスレーブ再生画像の対応するピクセル位置が算出される。ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で算出されたピクセル位置に基づいて、対応するピクセルごとに、マスタ再生画像×スレーブ再生画像の複素共役が演算され、初期干渉画像が作成される。ステップＳ２０５では、２回の観測におけるＳＡＲアンテナ間の位置関係を示す基線値が計算される。ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５で計算された基線値に基づいて、ステップＳ２０４で作成された初期干渉画像から軌道縞が除去され、干渉画像が出力される。
図１０は、ＳｃａｎＳＡＲの場合の一般的なインタフェロメトリ処理を示す図である。
図１０において、インタフェロメトリ処理はバーストごとに実施される。具体的には、地上に対して行われた１回目の観測における各バーストのマスタ再生画像と、地上の略同じ範囲に対して行われた２回目の観測における、対応するバーストのスレーブ再生画像に対し、インタフェロメトリ処理が実施されて、バーストごとの干渉画像が作成される。バーストごとの干渉画像は、前述したアジマス貼り合わせと同様に、アジマス方向に貼り合わせられ、ビームごとの干渉画像が作成される。そして、ビームごとの干渉画像は、前述したレンジモザイク処理と同様に、レンジ方向にて結合され、全体の干渉画像が作成される。
ＳｃａｎＳＡＲの場合は、バースト間で位相の連続性が保てないため、Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐの場合のように、マスタの全体画像とスレーブの全体画像に対し、インタフェロメトリ処理を一括して実施することはできない。そのため、一般的なインタフェロメトリ処理は、上記のように煩雑な処理となっている。上記のように、各バーストの再生画像に対して１つずつ干渉処理を行う場合、処理時間がかかるという課題がある。また、アジマス貼り合わせに技術を要する（幾何学的に精度よく、かつ、位相も連続するように貼り合わせるのは困難である）という課題がある。これに対し、Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐの場合のインタフェロメトリ処理は比較的簡単である。そこで、本実施の形態では、この技術やソフトウェアを流用できるように、画像処理装置１００を構成している。
図１において、画像処理装置１００は、バーストデータ記憶部１０１、スキャンデータ生成部１０２、画像処理部１０３を備える。また、画像処理装置１００は、処理装置１５１、記憶装置１５２、入力装置１５３、出力装置１５４等のハードウェアを備える。ハードウェアは画像処理装置１００の各部によって利用される。例えば、処理装置１５１は、画像処理装置１００の各部でデータや情報の演算、加工、読み取り、書き込み等を行うために利用される。記憶装置１５２は、そのデータや情報を記憶するために利用される。また、入力装置１５３は、そのデータや情報を入力するために、出力装置１５４は、そのデータや情報を出力するために利用される。
バーストデータ記憶部１０１は、各バーストに対する地上からの散乱波のデータをバーストデータとして合成開口レーダから直接又は間接的に取得する。例えば、画像処理装置１００が衛星と通信可能な受信機を具備し、バーストデータ記憶部１０１がこの受信機により衛星からバーストデータを受信するようにしてもよい。あるいは、例えば、衛星からバーストデータを受信する受信機が外部に設置され、バーストデータ記憶部１０１がこの受信機又は受信機を備えた装置から通信等によりバーストデータを取得するようにしてもよい。バーストデータ記憶部１０１は、１回の観測における全バーストのバーストデータを取得して記憶装置１５２に記憶する。即ち、バーストデータ記憶部１０１は、衛星に搭載された合成開口レーダにより５つのビーム照射角の各々で単位時間ずつ順番にビームを照射して得られる地上からの散乱波のデータを、単位時間ごとのバーストデータとして、記憶装置１５２にビーム照射時間分記憶する。前述したように、本実施の形態では、合成開口レーダが地上の略同じ範囲を複数回観測するため、バーストデータ記憶部１０１は、各回の観測における全バーストのバーストデータを取得して記憶装置１５２に記憶する。即ち、バーストデータ記憶部１０１は、衛星が地上の略同じ範囲の上空を複数回飛行することで得られたバーストデータを記憶装置１５２に飛行回数分記憶する。
図１１は、本実施の形態に係る再生処理を示す図である。図１２は、本実施の形態に係るインタフェロメトリ処理を示す図である。なお、図１１及び図１２では３つのビームしか示していないが、前述したように、本例では、５つのビームが照射されているものとする。
スキャンデータ生成部１０２は、記憶装置１５２から１回の観測におけるバーストデータを、対応するスキャンごとに処理装置１５１により読み出す。そして、図１１に示すように、スキャンデータ生成部１０２は、スキャンごとに、読み出したバーストデータの隙間をゼロで埋めてスキャンデータを処理装置１５１により生成する。即ち、スキャンデータ生成部１０２は、５つのビーム照射角の各々について、バーストデータ記憶部１０１により記憶されたバーストデータのうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータを処理装置１５１により抽出する。そして、スキャンデータ生成部１０２は、各々のビーム照射角について、抽出した単位時間ごとのバーストデータを時間軸に沿って並べたビーム照射時間分のスキャンデータであって、ビーム照射時間のうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータが存在しない部分をゼロ値のデータ（所定のダミーデータの一例）で埋めたスキャンデータを処理装置１５１により生成する。例えば、第１スキャンについて、スキャンデータ生成部１０２は、第１ビームを照射して得られたバーストデータを全て抽出する。そして、スキャンデータ生成部１０２は、抽出したバーストデータをそれぞれアジマス方向に並べたときにできる隙間（第１ビームを照射していない時間に相当）にゼロ値のデータを埋め込む。これによって得られるビーム照射時間分（第１ビームだけでなく、第２〜５ビームも含む全てのビームの照射時間分）の観測データが第１スキャンのスキャンデータとなる。第２〜５スキャンについても同様である。前述したように、本実施の形態では、合成開口レーダが地上の略同じ範囲を複数回観測するため、スキャンデータ生成部１０２は、各回の観測における各スキャンのスキャンデータを生成する。即ち、スキャンデータ生成部１０２は、バーストデータ記憶部１０１により記憶されたバーストデータから飛行回数分のスキャンデータを生成する。
図１１に示すように、画像処理部１０３は、スキャンデータ生成部１０２により生成された各スキャンのスキャンデータに対し、再生処理を処理装置１５１により実行する。具体的には、画像処理部１０３は、スキャンごとに、スキャンデータ生成部１０２により生成されたスキャンデータからレーダ画像を処理装置１５１により生成する。即ち、画像処理部１０３は、５つのビーム照射角の各々について、スキャンデータ生成部１０２により生成されたスキャンデータから地上のレーダ画像を処理装置１５１により生成する。なお、画像処理部１０３は、前述したレンジモザイク処理と同様に、生成した各スキャンのレーダ画像を結合して、図８に示すような全体画像を処理装置１５１により生成してもよい。
前述したように、本実施の形態では、合成開口レーダが地上の略同じ範囲を複数回観測するため、画像処理部１０３は、各回の観測における各スキャンのスキャンデータをＳｔｒｉｐ・Ｍａｐのデータとみなして再生処理を処理装置１５１により実行する。これにより、画像処理部１０３は、少なくとも２回の観測におけるスキャンごとのレーダ画像として、各スキャンのマスタ再生画像と各スキャンのスレーブ再生画像を得る。図１２に示すように、画像処理部１０３は、各スキャンのマスタ再生画像と、対応するスキャンのスレーブ再生画像に対し、インタフェロメトリ処理を処理装置１５１により実行する。即ち、画像処理部１０３は、スキャンデータ生成部１０２により生成されたスキャンデータから飛行回数分のレーダ画像を生成し、生成したレーダ画像のインタフェロメトリ処理を実行する。これにより、画像処理部１０３は、スキャンごとの干渉画像を得る。なお、画像処理部１０３は、前述したレンジモザイク処理と同様に、インタフェロメトリ処理により得られた各スキャンの干渉画像を結合して、全体の干渉画像を作成してもよい。
ここで、本実施の形態に係る画像処理装置１００による再生処理の詳細について説明する。
図１３は、画像処理装置１００による再生処理の詳細を示すフローチャートである。
図１３のステップＳ３０１において、スキャンデータ生成部１０２は、記憶装置１５２から１回の観測における１つのスキャンに対応するバーストデータを処理装置１５１により読み出す。そして、スキャンデータ生成部１０２は、読み出したバーストデータの隙間をゼロ値のデータで埋めてスキャンデータを処理装置１５１により生成する。
ステップＳ３０２において、画像処理部１０３は、ステップＳ３０１で生成されたスキャンデータを処理装置１５１によりレンジ圧縮する。ステップＳ３０３において、画像処理部１０３は、さらに、そのスキャンデータのレンジマイグレーション補正を処理装置１５１により行う。
ステップＳ３０４において、画像処理部１０３は、ステップＳ３０２及びＳ３０３でレンジ圧縮及びレンジマイグレーション補正が施されたスキャンデータを処理装置１５１によりアジマス圧縮する。
ステップＳ３０５において、画像処理部１０３は、ステップＳ３０４でアジマス圧縮されたスキャンデータをＳｔｒｉｐ・Ｍａｐの観測データと同様に扱って、１スキャン分の再生画像を出力する。この画像は、インタフェロメトリ処理で用いられる場合には、マスタ再生画像又はスレーブ再生画像となる。
ステップＳ３０１〜Ｓ３０５の処理は、スキャンごとに繰り返される。
上記のように、本実施の形態において、画像処理部１０３は、５つのビーム照射角の各々について、スキャンデータ生成部１０２により生成されたスキャンデータを処理装置１５１によりレンジ圧縮し、レンジ圧縮したスキャンデータを処理装置１５１によりアジマス圧縮する。そして、画像処理部１０３は、５つのビーム照射角の各々について、アジマス圧縮したスキャンデータから地上のレーダ画像を処理装置１５１により生成する。
本実施の形態では、ゼロ埋め以降は、観測データを通常のＳｔｒｉｐ・Ｍａｐのデータとみなすことができ、再生処理・干渉処理にＳｔｒｉｐ・Ｍａｐと同様の処理をそのまま適用できる。これは実用上、非常に重要なことである。なぜならば、ＳｃａｎＳＡＲ、特にその干渉処理の研究はあまり盛んでなく、ＳｃａｎＳＡＲの再生・干渉処理用のＳ／Ｗは非常に少数であるのに対し、Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐの再生・干渉処理は広く研究され、Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐの再生・干渉処理用のＳ／Ｗも多数存在するからである。前述したように、ＳｃａｎＳＡＲインタフェロメトリは非常に有用である（例えば、１つの干渉処理で北海道が略全域網羅される）。したがって、本実施の形態により、Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐの再生・干渉処理用のＳ／Ｗが流用できるようになることで、ＳｃａｎＳＡＲが普及することが期待される。
図１４は、画像処理装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。
図１４において、画像処理装置１００は、コンピュータであり、ＬＣＤ９０１（Ｌｉｑｕｉｄ・Ｃｒｙｓｔａｌ・Ｄｉｓｐｌａｙ）、キーボード９０２（Ｋ／Ｂ）、マウス９０３、ＦＤＤ９０４（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ・Ｄｉｓｋ・Ｄｒｉｖｅ）、ＣＤＤ９０５（Ｃｏｍｐａｃｔ・Ｄｉｓｃ・Ｄｒｉｖｅ）、プリンタ９０６といったハードウェアデバイスを備えている。これらのハードウェアデバイスはケーブルや信号線で接続されている。ＬＣＤ９０１の代わりに、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ・Ｒａｙ・Ｔｕｂｅ）、あるいは、その他の表示装置が用いられてもよい。マウス９０３の代わりに、タッチパネル、タッチパッド、トラックボール、ペンタブレット、あるいは、その他のポインティングデバイスが用いられてもよい。
画像処理装置１００は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）を備えている。ＣＰＵ９１１は、処理装置１５１の一例である。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３（Ｒｅａｄ・Ｏｎｌｙ・Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ９１４（Ｒａｎｄｏｍ・Ａｃｃｅｓｓ・Ｍｅｍｏｒｙ）、通信ボード９１５、ＬＣＤ９０１、キーボード９０２、マウス９０３、ＦＤＤ９０４、ＣＤＤ９０５、プリンタ９０６、ＨＤＤ９２０（Ｈａｒｄ・Ｄｉｓｋ・Ｄｒｉｖｅ）と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。ＨＤＤ９２０の代わりに、フラッシュメモリ、光ディスク装置、メモリカードリーダライタ又はその他の記憶媒体が用いられてもよい。
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、ＦＤＤ９０４、ＣＤＤ９０５、ＨＤＤ９２０は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶装置１５２の一例である。通信ボード９１５、キーボード９０２、マウス９０３、ＦＤＤ９０４、ＣＤＤ９０５は、入力装置１５３の一例である。また、通信ボード９１５、ＬＣＤ９０１、プリンタ９０６は、出力装置１５４の一例である。
通信ボード９１５は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ・Ａｒｅａ・Ｎｅｔｗｏｒｋ）等に接続されている。通信ボード９１５は、ＬＡＮに限らず、ＩＰ−ＶＰＮ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ・Ｐｒｏｔｏｃｏｌ・Ｖｉｒｔｕａｌ・Ｐｒｉｖａｔｅ・Ｎｅｔｗｏｒｋ）、広域ＬＡＮ、ＡＴＭ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ・Ｔｒａｎｓｆｅｒ・Ｍｏｄｅ）ネットワークといったＷＡＮ（Ｗｉｄｅ・Ａｒｅａ・Ｎｅｔｗｏｒｋ）、あるいは、インターネットに接続されていても構わない。ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネットは、ネットワークの一例である。
ＨＤＤ９２０には、オペレーティングシステム９２１（ＯＳ）、ウィンドウシステム９２２、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１、オペレーティングシステム９２１、ウィンドウシステム９２２により実行される。プログラム群９２３には、本実施の形態の説明において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが含まれている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。ファイル群９２４には、本実施の形態の説明において、「〜データ」、「〜情報」、「〜ＩＤ（識別子）」、「〜フラグ」、「〜結果」として説明するデータや情報や信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」や「〜テーブル」の各項目として含まれている。「〜ファイル」や「〜データベース」や「〜テーブル」は、ＲＡＭ９１４やＨＤＤ９２０等の記憶媒体に記憶される。ＲＡＭ９１４やＨＤＤ９２０等の記憶媒体に記憶されたデータや情報や信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出、検索、参照、比較、演算、計算、制御、出力、印刷、表示といったＣＰＵ９１１の処理（動作）に用いられる。抽出、検索、参照、比較、演算、計算、制御、出力、印刷、表示といったＣＰＵ９１１の処理中、データや情報や信号値や変数値やパラメータは、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
本実施の形態の説明において用いるブロック図やフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示す。データや信号は、ＲＡＭ９１４等のメモリ、ＦＤＤ９０４のフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤＤ９０５のコンパクトディスク（ＣＤ）、ＨＤＤ９２０の磁気ディスク、光ディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ・Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ・Ｄｉｓｃ）、あるいは、その他の記録媒体に記録される。また、データや信号は、バス９１２、信号線、ケーブル、あるいは、その他の伝送媒体により伝送される。
本実施の形態の説明において「〜部」として説明するものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜工程」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。即ち、「〜部」として説明するものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。あるいは、「〜部」として説明するものは、ソフトウェアのみ、あるいは、素子、デバイス、基板、配線といったハードウェアのみで実現されていても構わない。あるいは、「〜部」として説明するものは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、あるいは、ソフトウェアとハードウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されていても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、磁気ディスク、光ディスク、ＤＶＤ等の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。即ち、プログラムは、本実施の形態の説明で述べる「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、プログラムは、本実施の形態の説明で述べる「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＳｃａｎＳＡＲモードで観測されたバーストデータを、スキャンごとに時間軸に沿って並べ、バーストデータ間の隙間を所定のダミーデータで埋めたスキャンデータを利用するため、レーダ画像を効率的に生成することが可能となる。即ち、本実施の形態では、ＳｃａｎＳＡＲにおける画像化及び干渉処理の効率化を図ることができる。
実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
本実施の形態に係る画像処理装置１００の構成は、図１に示した実施の形態１のものと同様である。
ここで、本実施の形態に係る画像処理装置１００による再生処理の詳細について説明する。
図１５は、画像処理装置１００による再生処理の詳細を示すフローチャートである。
図１５のステップＳ４０１において、スキャンデータ生成部１０２は、記憶装置１５２から１回の観測における１つのスキャンに対応する１つのバーストデータを処理装置１５１により読み出す。そして、スキャンデータ生成部１０２は、読み出したバーストデータを処理装置１５１によりレンジ圧縮する。ステップＳ４０２において、スキャンデータ生成部１０２は、さらに、そのバーストデータのレンジマイグレーション補正を処理装置１５１により行う。
ステップＳ４０１及びＳ４０２の処理は、バーストごとに繰り返される。
ステップＳ４０３において、スキャンデータ生成部１０２は、ステップＳ４０１及びＳ４０２でレンジ圧縮及びレンジマイグレーション補正が施されたバーストデータの隙間をゼロ値のデータで埋めてスキャンデータを処理装置１５１により生成する。
ステップＳ４０４において、画像処理部１０３は、ステップＳ４０３で生成されたスキャンデータを処理装置１５１によりアジマス圧縮する。
ステップＳ４０５において、画像処理部１０３は、ステップＳ４０４でアジマス圧縮されたスキャンデータをＳｔｒｉｐ・Ｍａｐの観測データと同様に扱って、１スキャン分の再生画像を出力する。この画像は、インタフェロメトリ処理で用いられる場合には、マスタ再生画像又はスレーブ再生画像となる。
ステップＳ４０１〜Ｓ４０５の処理は、スキャンごとに繰り返される。
上記のように、本実施の形態において、スキャンデータ生成部１０２は、５つのビーム照射角の各々について、抽出した単位時間ごとのバーストデータを処理装置１５１によりレンジ圧縮し、レンジ圧縮したバーストデータを時間軸に沿って並べたビーム照射時間分のスキャンデータであって、ビーム照射時間のうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータが存在しない部分をゼロ値のデータで埋めたスキャンデータを処理装置１５１により生成する。そして、画像処理部１０３は、５つのビーム照射角の各々について、スキャンデータ生成部１０２により生成されたスキャンデータを処理装置１５１によりアジマス圧縮し、アジマス圧縮したスキャンデータから地上のレーダ画像を処理装置１５１により生成する。
本実施の形態では、アジマス圧縮以外は、通常のＳｃａｎＳＡＲ処理と変わらない。よって実施の形態１よりも処理時間を短縮できる。アジマス圧縮以降は、観測データを通常のＳｔｒｉｐ・Ｍａｐのデータとみなすことができ、再生処理・干渉処理にＳｔｒｉｐ・Ｍａｐと同様の処理をそのまま適用できる。
ここで、ＳｃａｎＳＡＲの一般的手法（１バーストずつ再生処理・干渉処理を行い、最後に貼り合わせ）と、実施の形態１及び２とを比較する。
まず、定性的に比較する。
一般的手法では、干渉処理に貼り合わせの手間がかかる。また、ＳｃａｎＳＡＲ専用の処理が必要となる。これに対し、実施の形態１及び２では、貼り合わせの手間がかからない。また、Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐと同じ処理が使用できるため、ＳｃａｎＳＡＲ専用の処理が不要となる。
次に、定量的に比較する。
図１６は、一般的手法と実施の形態１及び２とを定量的に比較した結果を示す表である。
図１６では、インテル社製ＱｕａｄコアのＣＰＵを搭載した計算機を用いて、一般的手法、実施の形態１及び２のそれぞれにおけるレンジ圧縮及びレンジマイグレーション補正、アジマス圧縮、干渉処理の処理時間を算出（概算見積）した結果を示している。実施の形態１及び２では、干渉処理の処理時間が一般的手法の半分になるという結果が得られた。また、実施の形態２では、レンジ圧縮及びレンジマイグレーション補正、アジマス圧縮、干渉処理のトータル処理時間が最も短くなっている。このように、実施の形態２は、実施の形態１と同様に、Ｓｔｒｉｐ・Ｍａｐの技術を流用してＳｃａｎＳＡＲの有効利用を実現するという効果のみならず、インタフェロメトリ処理の処理時間を短縮するという効果も奏する。
１００ 画像処理装置、１０１ バーストデータ記憶部、１０２ スキャンデータ生成部、１０３ 画像処理部、１５１ 処理装置、１５２ 記憶装置、１５３ 入力装置、１５４ 出力装置、９０１ ＬＣＤ、９０２ キーボード、９０３ マウス、９０４ ＦＤＤ、９０５ ＣＤＤ、９０６ プリンタ、９１１ ＣＰＵ、９１２ バス、９１３ ＲＯＭ、９１４ ＲＡＭ、９１５ 通信ボード、９２０ ＨＤＤ、９２１ オペレーティングシステム、９２２ ウィンドウシステム、９２３ プログラム群、９２４ ファイル群。

Claims (11)

  1. 飛行体に搭載された合成開口レーダにより予め定められた複数のビーム照射角の各々で単位時間ずつ順番にビームを照射して得られる観測対象領域からの散乱波のデータを、単位時間ごとのバーストデータとして、記憶装置にビーム照射時間分記憶するバーストデータ記憶部と、
    前記複数のビーム照射角の各々について、前記バーストデータ記憶部により記憶されたバーストデータのうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータを処理装置により抽出し、抽出した単位時間ごとのバーストデータを時間軸に沿って並べた前記ビーム照射時間分のスキャンデータであって、前記ビーム照射時間のうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータが存在しない部分を所定のダミーデータで埋めたスキャンデータを処理装置により生成するスキャンデータ生成部と、
    前記複数のビーム照射角の各々について、前記スキャンデータ生成部により生成されたスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成する画像処理部とを備えることを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記バーストデータ記憶部は、前記飛行体が前記観測対象領域の上空を複数回飛行することで得られたバーストデータを飛行回数分記憶し、
    前記スキャンデータ生成部は、前記バーストデータ記憶部により記憶されたバーストデータから前記飛行回数分のスキャンデータを生成し、
    前記画像処理部は、前記スキャンデータ生成部により生成されたスキャンデータから前記飛行回数分のレーダ画像を生成し、生成したレーダ画像のインタフェロメトリ処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
  3. 前記所定のダミーデータは、ゼロ値のデータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理装置。
  4. 前記画像処理部は、前記複数のビーム照射角の各々について、前記スキャンデータ生成部により生成されたスキャンデータを処理装置によりレンジ圧縮し、レンジ圧縮したスキャンデータを処理装置によりアジマス圧縮し、アジマス圧縮したスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の画像処理装置。
  5. 前記スキャンデータ生成部は、前記複数のビーム照射角の各々について、抽出した単位時間ごとのバーストデータを処理装置によりレンジ圧縮し、レンジ圧縮したバーストデータを時間軸に沿って並べた前記ビーム照射時間分のスキャンデータであって、前記ビーム照射時間のうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータが存在しない部分を所定のダミーデータで埋めたスキャンデータを処理装置により生成し、
    前記画像処理部は、前記複数のビーム照射角の各々について、前記スキャンデータ生成部により生成されたスキャンデータを処理装置によりアジマス圧縮し、アジマス圧縮したスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の画像処理装置。
  6. 飛行体に搭載された合成開口レーダにより予め定められた複数のビーム照射角の各々で単位時間ずつ順番にビームを照射して得られる観測対象領域からの散乱波のデータを、単位時間ごとのバーストデータとして、記憶装置にビーム照射時間分記憶するコンピュータが、前記複数のビーム照射角の各々について、記憶装置に記憶されたバーストデータのうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータを処理装置により抽出し、抽出した単位時間ごとのバーストデータを時間軸に沿って並べた前記ビーム照射時間分のスキャンデータであって、前記ビーム照射時間のうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータが存在しない部分を所定のダミーデータで埋めたスキャンデータを処理装置により生成し、
    前記コンピュータが、前記複数のビーム照射角の各々について、生成したスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成することを特徴とする画像処理方法。
  7. 飛行体に搭載された合成開口レーダにより予め定められた複数のビーム照射角の各々で単位時間ずつ順番にビームを照射して得られる観測対象領域からの散乱波のデータを、単位時間ごとのバーストデータとして、記憶装置にビーム照射時間分記憶するバーストデータ記憶手順と、
    前記複数のビーム照射角の各々について、前記バーストデータ記憶手順により記憶されたバーストデータのうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータを処理装置により抽出し、抽出した単位時間ごとのバーストデータを時間軸に沿って並べた前記ビーム照射時間分のスキャンデータであって、前記ビーム照射時間のうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータが存在しない部分を所定のダミーデータで埋めたスキャンデータを処理装置により生成するスキャンデータ生成手順と、
    前記複数のビーム照射角の各々について、前記スキャンデータ生成手順により生成されたスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成する画像処理手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
  8. 前記バーストデータ記憶手順は、前記飛行体が前記観測対象領域の上空を複数回飛行することで得られたバーストデータを飛行回数分記憶し、
    前記スキャンデータ生成手順は、前記バーストデータ記憶手順により記憶されたバーストデータから前記飛行回数分のスキャンデータを生成し、
    前記画像処理手順は、前記スキャンデータ生成手順により生成されたスキャンデータから前記飛行回数分のレーダ画像を生成し、生成したレーダ画像のインタフェロメトリ処理を実行することを特徴とする請求項７に記載の画像処理プログラム。
  9. 前記所定のダミーデータは、ゼロ値のデータであることを特徴とする請求項７又は８に記載の画像処理プログラム。
  10. 前記画像処理手順は、前記複数のビーム照射角の各々について、前記スキャンデータ生成手順により生成されたスキャンデータを処理装置によりレンジ圧縮し、レンジ圧縮したスキャンデータを処理装置によりアジマス圧縮し、アジマス圧縮したスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成することを特徴とする請求項７から９までのいずれかに記載の画像処理プログラム。
  11. 前記スキャンデータ生成手順は、前記複数のビーム照射角の各々について、抽出した単位時間ごとのバーストデータを処理装置によりレンジ圧縮し、レンジ圧縮したバーストデータを時間軸に沿って並べた前記ビーム照射時間分のスキャンデータであって、前記ビーム照射時間のうち、該当するビーム照射角で得られた単位時間ごとのバーストデータが存在しない部分を所定のダミーデータで埋めたスキャンデータを処理装置により生成し、
    前記画像処理手順は、前記複数のビーム照射角の各々について、前記スキャンデータ生成手順により生成されたスキャンデータを処理装置によりアジマス圧縮し、アジマス圧縮したスキャンデータから前記観測対象領域のレーダ画像を処理装置により生成することを特徴とする請求項７から９までのいずれかに記載の画像処理プログラム。
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