JP2014032016A - 代表位置検出装置、表示装置、レーダ装置、代表位置検出方法及び代表位置検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】物標の位置を精度よく検出することができる代表位置検出装置、表示装置、レーダ装置、代表位置検出方法及び代表位置検出プログラムを提供する。
【解決手段】入力された画像データから、物標を代表する代表位置を検出するレーダ装置１において、領域設定部２２は、画像データの各画素の輝度に基づいて、物標を含む検出領域を画像データに設定する。代表点検出部２３は、領域設定部２２が設定した検出領域を構成する画素の輝度の二次元分布に基づいて、検出領域における輝度が所定条件を満たす極大値となる画素を選択する。代表点検出部２３は、選択した画素の位置に基づいて、代表位置を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、入力された画像データから、物標を代表する代表位置を検出する代表位置検出装置、表示装置、レーダ装置、代表位置検出方法及び代表位置検出プログラムに関する。

従来、船舶の安全な航行を支援するための様々なレーダ装置が提案されている。例えば、特許文献１には、船舶周囲に送信した電波が物標により反射した反射波（エコー信号）から船舶周囲の画像データを形成し、形成した画像データから船舶周囲の物標の位置を正確に検出するレーダ装置が開示されている。この特許文献１に記載のレーダ装置は、画像データから目標とする物標の輪郭と重心位置とを求め、自船位置と重心位置とを結ぶ直線と輪郭との交点を物標で最初に反射する点とすることで、画像データから物標の位置を検出している。これにより、例えば、物標が他船である場合、他船の位置を検出することで、船員（ユーザ）に、その他船の進行方向などを把握させることが可能となる。

特許３３２３２９２号公報

しかしながら、物標が近接している場合、レーダ装置は、受信する反射波から物標を認識する場合、複数の物標を一つの物標として認識することがあり、物標毎の位置を検出できない場合がある。

そこで、本発明の目的は、物標の位置を精度よく検出することができる代表位置検出装置、表示装置、レーダ装置、代表位置検出方法及び代表位置検出プログラムを提供することにある。

本発明は、送信された信号が物標で反射してなるエコー信号を含む入力信号に基づいて、前記物標を代表する代表位置を検出する代表位置検出装置において、複数の入力信号で設定される二次元領域において前記入力信号の信号強度が極大値となる位置を複数選択する選択手段と、該選択手段が選択した複数の位置から各物標を代表する代表位置を検出する位置検出手段とを備える。

この構成では、入力信号から算出される自装置からの複数の位置から、信号レベルが所定条件を満たす極大値となる位置を選択して、それらから代表位置を算出している。入力信号には、エコー信号以外にノイズなどの不要な成分も含まれているが、一般的に、物標で反射したエコー信号の信号レベルは、他の信号レベルよりも高い。このため、信号レベルが極大値となるものに着目して、物標を代表する代表点を検出することで、より精度のよい位置を検出することができる。

本発明に係る代表位置検出装置は、前記入力信号の信号強度に基づいて、局所領域毎の信号強度データを生成する生成手段をさらに備える。前記選択手段は、前記局所領域毎の信号強度データの二次元分布に基づいて、信号強度データが所定条件を満たす極大値となる局所領域を選択する。前記位置検出手段は、前記選択手段が選択した複数の局所領域の位置から各物標を代表する代表位置を検出する。

この構成では、局所領域の信号強度データが二次元分布された領域において、信号強度データが極大値となる局所領域に基づいて、代表位置を検出する。生成される二次元領域の信号強度データ群には、複数の物標を含まれている場合がある。一般的に、二次元領域の信号強度データ群内の検出対象となる物標の信号強度は高い。このため、二次元領域の信号強度データ群から信号強度データが極大値となる位置を複数検出することで、各物標の代表位置を検出することが可能となる。これにより、二次元領域の信号強度データ群内に複数の物標が含まれた場合であっても、物標毎に代表点位置を検出でき、その結果、精度のよい物標の位置検出を行える。

本発明に係る代表位置検出装置は、複数の局所領域の信号強度データに基づいて、物標を含む領域を設定する設定手段をさらに備える。前記選択手段は、前記設定手段が設定した領域を構成する局所領域から選択する。

この構成では、二次元領域の信号強度データ群内において、物標が含まれる領域を設定し、その領域内の局所領域の信号強度データから、代表位置を検出している。二次元領域の信号強度データ群は、入力信号から生成されているため、二次元領域の信号強度データ群には、複数の物標の信号強度データや、物標以外に不要な信号強度データも含まれている。このため、少なくとも物標を含む最小限の領域を設定することで、処理量を少なくすることができる。

本発明に係る代表位置検出装置において、前記選択手段は、局所領域選択手段、第１検出手段、第２検出手段を有する。局所領域選択手段は、前記物標を含む領域の第１方向に平行に配列された複数の局所領域の列のそれぞれから最大の信号強度データの局所領域を選択する。第１検出手段は、局所領域選択手段が選択した局所領域の信号強度データに基づいて、前記第１方向に直交する第２方向における信号強度データの極大値を検出する。第２検出手段は、第１検出手段が検出した極大値に対応する局所領域を含む前記局所領域の列における信号強度データの極大値を検出する。

この構成では、信号強度データの二次元分布に対して、極大値を検出する具体例を示す。

本発明に係る代表位置検出装置において、前記第１検出手段は、前記第２方向に沿って変化する前記局所領域選択手段が選択した局所領域の信号強度データを順に取得し、動的に変化する第１閾値を超えた後、動的に変化する第２閾値以下となるまでに取得した信号強度データの最大値を極大値として検出する。

この構成では、信号強度データの二次元分布に対して、第２方向における極大値の位置を検出する具体例を示す。

本発明に係る代表位置検出装置において、前記第２検出手段は、前記第１方向に沿って変化する局所領域の信号強度データを順に取得し、動的に変化する第３閾値を超えた後、動的に変化する第４閾値以下となるまでに取得した信号強度データの最大値を極大値として検出する。

この構成では、信号強度データの二次元分布に対して、第１方向における極大値の位置を検出する具体例を示す。

本発明に係る代表位置検出装置において、前記第１及び第２検出手段は、局所領域の信号強度データに対して、所定幅の構造要素を射影し、その射影結果から極大値を検出する。

この構成では、所定幅の構造要素を用いた極大値の検出、例えばモルフォロジー演算を用いることで、極大値を検出する処理速度及び精度を向上させることができる。

本発明に係る代表位置検出装置は、前記位置検出手段が複数の代表位置を検出した場合、二つの代表位置の間に信号強度データが所定レベル以下の局所領域があるか否かの判定を、前記位置検出手段が検出した複数の代表位置それぞれに対し行う手段と、信号強度データが所定レベル以下の局所領域が間にない二つの代表位置がある場合、前記二つの代表位置を一つに融合する手段とをさらに備える。

この構成では、複数の代表位置を検出した場合、同じ物標に対して代表位置を検出することがあるため、二つの代表位置の間に、信号強度データが所定レベル以下の画素がないときには、その二つの代表位置を一つに融合する。これにより、同じ物標に対して複数の代表位置が検出されることを回避できる。

本発明に係る代表位置検出装置は、 前記位置検出手段が検出した代表位置の信号強度データと、前記代表位置の周囲の局所領域の信号強度データとを対比する手段と、対比した結果、前記代表位置の信号強度データが小さい場合、前記位置検出手段が検出した代表位置を、前記周囲の局所領域の位置へ補正する補正手段とをさらに備える。

この構成では、検出した代表位置の周囲に、代表位置より信号強度データが大きい局所領域がある場合、検出した代表位置を、その局所領域の位置へ補正する。これにより、誤って極大値を検出した場合であっても、補正することで、検出する代表位置の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る代表位置検出装置は、前記位置検出手段が検出した代表位置の局所領域の信号強度データが所定レベル以下である場合、前記代表位置を除外する手段をさらに備える。

この構成では、所定レベル以下の信号強度データを有する局所領域が代表位置として検出された場合、例えばノイズであるとして、検出した代表位置を除外する。これにより、誤った代表位置の検出を回避できる。

本発明によれば、物標の位置を精度よく検出することができる。

実施形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 画像処理部の構成を模式的に示すブロック図である。 画像データを表示した画面及び画像データに設定した検出領域の一例を示す模式図である。 検出領域を設定する方法を説明するための模式図である。 Ｘ−Ｙ軸平面における輝度分布のＸ軸への射影を模式的に示す図である。 Ｘ−Ｙ軸平面における輝度分布をＸ軸へ射影する方法を説明するための模式図である。 波形Ｈのから極大値を検出する方法を説明するための模式図である。 Ｙ軸における極大値を検出する方法を説明するための模式図である。 代表点を融合する方法を説明するための模式図である。 レーダ装置1で実行される処理の手順を示すフローチャートである。 モルフォロジー演算を説明するための模式図である。

以下、本発明に係る代表位置検出装置、表示装置、レーダ装置、代表位置検出方法及び代表位置検出プログラムの好適な実施の形態について図面を参照して説明する。以下に説明する実施形態では、船舶に搭載されたレーダ装置を例に挙げて説明するが、本発明は、船舶のレーダ装置以外に、空港などにおける監視装置にも適用することも可能である。

（実施形態１）
本実施形態に係るレーダ装置は、自身が搭載された船舶（以下、自船という）の周囲を探知領域として、方位を順次変えながら波長の短い電波を周囲方向に対して放射し、探知領域にある物標、例えば、陸地、海上の他船又は鳥などに反射した反射波を受信する。レーダ装置は、受信した反射波から、探知領域に対する画像を生成すると共に、生成した画像から物標の代表点（代表位置）を検出する。

代表点とは、物標を代表する位置である。例えば、物標が船舶である場合、代表点は船舶の中心部やエンジン部等となる。船舶の代表点を検出し、代表点の時間的な変位を検出することで、船舶の追尾（進行方向や進行速度等の算出）を行うことができる。

図１は、実施形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。レーダ装置１は、送信部１０、サーキュレータ１１、アンテナ１２、増幅器１３、Ａ／Ｄ変換部１４、受信処理部１５、記憶部１６及び表示部１７などを備える。記憶部１６は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）などであり、レーダ装置１を動作させるのに必要なプログラム１６Ａ及び各種データなどを格納する。

送信部１０は、所定のタイミングでパルス信号を出力するように制御されており、基準周波数信号を用いて、設定されたタイミングでパルス信号をサーキュレータ１１へ出力する。

サーキュレータ１１は、送信部１０から出力されたパルス信号をアンテナ１２へ伝送する。アンテナ１２は、自船に配備されており、水平面上を所定の回転速度で回転しながら、サーキュレータ１１を介して入力されたパルス信号を所定の指向性で外部へ放射する。また、アンテナ１２は、自身が放射したパルス信号が探知領域内の物標に反射してなるエコー信号を受信し、サーキュレータ１１へ出力する。サーキュレータ１１は、アンテナ１２から出力されたエコー信号を増幅器１３へ伝送する。

増幅器１３は、サーキュレータ１１を介してアンテナ１２から入力されたエコー信号を増幅する。増幅器１３は、増幅したエコー信号をＡ／Ｄ変換部１４へ出力する。Ａ／Ｄ変換部１４は、増幅器１３が増幅したエコー信号を、所定のサンプリングタイムでアナログ−デジタル変換して、所定ビット数からなる受信データを形成し、受信処理部１５へ出力する。

受信処理部１５は、例えばマイクロコンピュータを有し、記憶部１６に格納されるプログラム１６Ａを実行することで、入力された受信データ（入力信号）に基づいて、探知領域に対する画像データを生成する。この受信処理部１５は、受信データ記憶部１５１、及び画像処理部１５２などを備える。なお、記憶部１６は、受信処理部１５が備えていてもよい。

受信データ記憶部１５１は、所謂スイープメモリを備える。受信データ記憶部１５１は、Ａ／Ｄ変換部１４によりデジタル変換された１スイープ分の極座標（Ｒθ座標）形式の受信データを実時間で記憶し、次に得られる受信データが再び書き込まれるまでに、この１スイープ分の受信データを記憶する。より具体的には、受信データ記憶部１５１は、順次入力される受信データを近距離側から遠距離側へ並ぶように、すなわち自船を基準として距離方向に並ぶように、順次１スイープ分だけ記憶する。この際、受信データ記憶部１５１は、方位方向に並ぶ複数スイープの受信データを記憶できるように、複数のスイープメモリを備えている。

画像処理部１５２は、受信データ記憶部１５１から極座標形式の受信データを随時読み出して、直交座標（ＸＹ座標）形式への座標変換を行って画像データを生成し、画像データを表示部１７へ出力する。この画像データが二次元分布された信号強度データ群に相当する。また、画像処理部１５２は、生成した画像データから、検出対象の物標の代表点を検出する。例えば、物標が船舶である場合、船舶の代表点を検出し、代表点の時間的な変位を検出することで、船舶の追尾を行うことができる。

従って、画像処理部１５２は、物標の代表点を精度よく検出する必要がある。画像処理部１５２は、検出した物標の代表点を、船舶の追尾等を行う処理部へ出力のみ行うようにしてもよいし、代表点を表示する画像データを生成し、表示部１７へ出力するようにしてもよい。また、船舶の追尾等を行う処理部は、レーダ装置１が備えていてもよいし、外部装置であってもよい。画像処理部１５２に関しては、後に詳述する。

表示部１７は、画像処理部１５２から出力された画像データを、探知領域内の物標探知結果として表示する。なお、表示部１７は、レーダ装置１とは別途に設けられていてもよく、画像処理部１５２は、生成した画像データを、例えば船舶に既存の表示装置に出力するようにしてもよい。

次に、画像処理部１５２について詳述する。

図２は、画像処理部１５２の構成を模式的に示すブロック図である。画像処理部１５２は、画像データ生成部２１、領域設定部２２、代表点検出部２３、ノイズ除去部２４、代表点補正部２５及び代表点融合部２６を備えている。

画像データ生成部２１は、受信データ記憶部１５１から受信データを随時読み出して、Ｒθ座標形式をＸＹ座標形式に変換した画像データを生成する。画像データ生成部２１が生成した画像データは、表示部１７へ出力される。

領域設定部２２は、画像データ生成部２１が生成した画像データから、輝度（信号強度データに相当する。）が所定レベル以上の画素（局所領域に相当する。）が纏まった画像を一つの物標として検出する。領域設定部２２は、検出した物標を囲う矩形状の検出領域を設定する。検出領域は、囲った物標の代表点を検出するための領域である。後に詳述するが、この検出領域において輝度が極大値となる画素の位置（近傍を含む）が、物標の代表点とされる。

図３は、画像データを表示した画面及び画像データに設定した検出領域の一例を示す模式図である。図３は、例えば、船舶や小島など、複数（図中では４つ）の物標が近接している場合に生成された画像データを表示した画面である。なお、図３では、検出領域１００が表示された状態を示しているが、検出領域１００は画面に表示されなくてもよい。

アンテナ１２が受信するエコー信号は、物標で反射したエコー信号以外に、不要なエコー信号を含んでいる。不要なエコー信号とは、例えば、物標が船舶である場合には、船舶の引き波などで反射したエコー信号である。このため、画像データ生成部２１が生成する画像データは、図３に示すように、船舶の画像８０や小島の画像８１，８２，８３以外に、不要な引き波の画像８０Ａを含む。

なお、不要な画像の例としては、例えば、レーダ偽像がある。レーダ偽像は、実際には探知領域に存在しない物標の画像である。レーダ偽像が生成される原因は、例えば、パルス信号のサイドローブが原因となる。または、エコー信号を増幅器１３で増幅する際に、エコー信号の信号レベルが急騰して増幅器１３に誤作動が生じた場合、エコー信号の波形の立ち下りが、物標が存在しない部分まで尾を引いた状態となる。この尾を引いた立ち下がる部分の信号（偽像信号）が、偽像の原因となる。また、レーダ偽像は、特殊な反射態様となる信号、例えばビーコン信号から生成される画像の場合もある。

領域設定部２２は、画像データ生成部２１が生成した画像データ内の物標を検出し、検出した物標を囲う検出領域１００を設定する。検出領域に基づいて物標の代表点が検出されるため、領域設定部２２は、代表点を検出すべき対象の物標である各画像８０，８１，８２，８３を囲うように検出領域をそれぞれ設定することが好ましい。

しかしながら、対象の物標が近接している場合には、不要な画像８０Ａにより、画像８０，８１，８２，８３の境界が判断できないことがある。この場合、領域設定部２２は、画像８０，８１，８２，８３を一つの物標として認識し、図３に示すように、画像８０，８１，８２，８３すべてを囲う検出領域１００を設定する。このため、検出領域１００から物標の代表点を検出した場合、検出領域１００には複数の物標が含まれているにも拘わらず、代表点は一つしか検出されないといった問題が生じる場合がある。

そこで、画像データに含まれるノイズや、物標以外で反射した不要なエコー信号に係る不要な画像は、物標で反射したエコー信号に係る画像よりもレベル（輝度）が小さいことを利用して、画像処理部１５２は、後段の処理により、領域設定部２２が設定した検出領域１００の輝度分布から、輝度が極大値となっている画素を選択する。そして、画像処理部１５２は、選択した画素の位置又はその近傍を、物標の代表点とする。

例えば、検出領域１００に４つの物標が含まれている場合、検出領域１００を構成する画素の輝度分布には、少なくとも４つの極大部分が現れる。これにより、領域設定部２２が複数の物標を含む検出領域１００を設定した場合であっても、輝度が極大値となる画素を複数検出することで、レーダ装置１は、検出領域１００に含まれる複数の物標それぞれの代表点を検出することが可能となる。

ここで、領域設定部２２による検出領域１００の設定方法について説明する。図４は、検出領域１００を設定する方法を説明するための模式図である。図４（ａ）は、物標８５をＲθ座標形式で示した図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）をＸＹ座標形式に変換した図である。

領域設定部２２は、図４（ａ）に示すように、物標８５を囲む矩形状の領域１００Ａの各頂点ＬＴ（Ｒｓ，θｓ）、ＬＢ（Ｒｓ，θｅ）、ＲＴ（Ｒｅ，θｓ）、ＲＢ（Ｒｅ，θｅ）それぞれを算出する。次に、領域設定部２２は、図４（ｂ）に示すように、領域１００Ａの各頂点ＬＴ、ＬＢ、ＲＴ、ＲＢそれぞれを、ＸＹ座標形式に変換する。変換後の各頂点は、ＬＴ（ＬＴｘ，ＬＴｙ）、ＬＢ（ＬＢｘ，ＬＢｙ）、ＲＴ（ＲＴｘ，ＲＴｙ）、ＲＢ（ＲＢｘ，ＲＢｙ）とする。ＬＴｘ，ＬＴｙ，ＬＢｘ，ＬＢｙ，ＲＴｘ，ＲＴｙ，ＲＢｘ，ＲＢｙそれぞれは、以下の式（１）〜式（８）により算出される。

領域設定部２２は、ＸＹ座標形式に変換した各頂点ＬＴ、ＬＢ、ＲＴ、ＲＢから、検出領域１００の各頂点Ａ（Ｘｓ，Ｙｓ），Ｂ（Ｘｅ，Ｙｓ），Ｃ（Ｘｓ，Ｙｅ），Ｄ（Ｘｅ，Ｙｅ）を算出する。領域設定部２２は、以下の式（９）〜式（１２）により、Ｘｓ，Ｘｅ，Ｙｓ，Ｙｅを算出する。これにより、領域設定部２２は、図３に示す、ＸＹ座標形式における検出領域１００を設定することができる。

図２に戻り、代表点検出部２３は、検出領域１００を構成する各画素の輝度に基づいて、物標の代表点の位置（画素）を複数検出する。検出領域１００を構成する画素は、Ｘ−Ｙ軸平面に沿って二次元に配列される。代表点検出部２３は、二次元に配列される画素から、検出領域１００において輝度が極大値となる画素を検出する。代表点検出部２３が検出した画素のＸ軸（第２方向）及びＹ軸（第１方向）における位置が、代表点の位置となる。以下では、画素のＸ軸及びＹ軸における位置をそれぞれ、Ｘ位置及びＹ位置という。

代表点検出部２３は、輝度が極大値となる画素のＸ位置を検出するＸ軸位置検出部２３１を有している。Ｘ軸位置検出部２３１は、検出領域１００のＸ−Ｙ軸平面における輝度分布をＸ軸へ射影する。図５は、Ｘ−Ｙ軸平面における輝度分布のＸ軸への射影を模式的に示す図である。図５では、検出領域１００の各画素の輝度をＸ−Ｙ軸の直交軸（Ｌｖ軸）にプロットした三次元の輝度分布を、Ｙ軸方向から視認したときに、Ｘ−Ｌｖ軸平面に射影された状態を示している。なお、図５に示すＰ，Ｑ，Ｒは、三次元の輝度分布で輝度が極大値となる位置、すなわち、代表点の位置を示している。

Ｘ軸位置検出部２３１は、Ｘ−Ｌｖ軸平面に射影して得られた波形Ｈから極大値Ｐ’，Ｑ’，Ｒ’を検出する。極大値Ｐ’，Ｑ’，Ｒ’は、Ｘ−Ｙ軸平面における輝度分布の極大値Ｐ，Ｑ，Ｒと一致する。従って、Ｘ軸位置検出部２３１は、検出した極大値Ｐ’，Ｑ’，Ｒ’の位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を検出することで、極大値Ｐ，Ｑ，Ｒの位置、すなわち、代表点のＸ位置を検出することができる。

ここで、Ｘ−Ｙ軸平面における輝度分布をＸ軸へ射影する方法について説明する。図６は、Ｘ−Ｙ軸平面における輝度分布をＸ軸へ射影する方法を説明するための模式図である。図６に示すように、検出領域１００は、Ｘ−Ｙ軸方向に沿って配列された複数の画素から構成されている。Ｘ軸位置検出部２３１は、Ｙ軸方向に平行な画素列１，２，３…ｎ毎に、輝度が最大値となる画素（図中斜線部分の画素）を選択する。Ｘ軸位置検出部２３１は、選択した各画素のＸ位置及び輝度を、横軸をＸ軸、縦軸を輝度（Ｌｖ）軸とする座標上にプロットすることで、Ｘ軸に沿った輝度の波形Ｈを生成する。

次に、生成した波形Ｈから極大値を検出する方法について説明する。図７は、波形Ｈのから極大値を検出する方法を説明するための模式図である。

波形Ｈには、極大値を有する山状態と、極小値を有する谷状態とが交互に出現する。Ｘ軸位置検出部２３１は、生成した波形ＨのＸ軸方向における一端から他端に向けて、波形上の輝度を順次取得し、取得した輝度に基づいて、波形Ｈにおける谷状態と山状態との切り替わりを検出する。なお、本実施形態において、Ｘ軸位置検出部２３１が生成した波形は、図７に示すように、谷状態から開始するものとして説明する。

図７（ａ）は、波形の谷状態から山状態への切り替わりを検出する方法を説明するための図である。Ｘ軸位置検出部２３１は、Ｘ軸方向における一端から他端に向けて、波形Ｈ上の輝度を順次取得する。このとき、Ｘ軸位置検出部２３１は、最初に取得した輝度を、最小輝度ＬｖＭｉｎとして記憶する。

Ｘ軸位置検出部２３１は、次に取得した輝度と、最小輝度ＬｖＭｉｎとを比較し、取得した輝度が最小輝度ＬｖＭｉｎより小さい場合、最小輝度ＬｖＭｉｎを取得した輝度に更新する。取得した輝度が最小輝度ＬｖＭｉｎより大きい場合、最小輝度ＬｖＭｉｎは更新されることはない。

また、Ｘ軸位置検出部２３１は、閾値（第１閾値）ＴｈｒｅｓＭｉｎを設定する。閾値ＴｈｒｅｓＭｉｎは、最小輝度ＬｖＭｉｎより所定値Ｄ１だけ大きい値であり、最小輝度ＬｖＭｉｎが更新されると共に変更される。所定値Ｄ１は、固定値としてもよいし、最小輝度に対して所定割合（例えば２割）大きい値としてもよい。

波形が谷状態から山状態へと切り替わる場合、最小輝度ＬｖＭｉｎは更新されなくなり、これに伴い、閾値ＴｈｒｅｓＭｉｎも変更されることがなくなる。このため、Ｘ軸位置検出部２３１が取得した輝度は、閾値ＴｈｒｅｓＭｉｎに近づく。Ｘ軸位置検出部２３１が取得した輝度が閾値ＴｈｒｅｓＭｉｎと同値になった場合、Ｘ軸位置検出部２３１は、波形は谷状態が終了し、山状態へと切り替わったと判定する。

図７（ｂ）は、波形の山状態から谷状態への切り替わりを検出する方法を説明するための図である。Ｘ軸位置検出部２３１は、図７（ａ）における閾値ＴｈｒｅｓＭｉｎを、最大輝度ＬｖＭａｘとして記憶する。そして、Ｘ軸位置検出部２３１は、次に取得した輝度と、最大輝度ＬｖＭａｘとを比較し、取得した輝度が最大輝度ＬｖＭａｘより大きい場合、最大輝度ＬｖＭａｘを取得した輝度に更新する。取得した輝度が最大輝度ＬｖＭａｘより小さい場合、最大輝度ＬｖＭａｘは更新されることはない。

また、Ｘ軸位置検出部２３１は、閾値（第２閾値）ＴｈｒｅｓＭａｘを設定する。閾値ＴｈｒｅｓＭａｘは、最大輝度ＬｖＭａｘより所定値Ｄ２だけ小さい値であり、最大輝度ＬｖＭａｘが更新されると共に変更される。所定値Ｄ２は、所定値Ｄ１と同値であってもよいし、最大輝度に対して所定割合（例えば２割）大きい値としてもよい。波形Ｈが山状態から谷状態へと切り替わる場合、最大輝度ＬｖＭａｘは更新されなくなり、これに伴い、閾値ＴｈｒｅｓＭａｘも変更されることがなくなる。Ｘ軸位置検出部２３１は、最大輝度ＬｖＭａｘが更新されなくなり、その後取得した輝度が閾値ＴｈｒｅｓＭａｘ以下となったとき、最大輝度ＬｖＭａｘを波形Ｈの極大値に決定する。

このため、Ｘ軸位置検出部２３１が取得した輝度は、閾値ＴｈｒｅｓＭａｘに近づく。Ｘ軸位置検出部２３１が取得した輝度が閾値ＴｈｒｅｓＭａｘと同値になった場合、Ｘ軸位置検出部２３１は、波形Ｈは山状態が終了し、谷状態へと切り替わったと判定する。

Ｘ軸位置検出部２３１は、波形Ｈに沿って、図７（ａ）及び図７（ｂ）で説明した処理を繰り返し実行し、波形Ｈの極大値Ｐ’，Ｑ’，Ｒ’を検出する。Ｘ軸位置検出部２３１は、斯かる極大値Ｐ’，Ｑ’，Ｒ’のＸ軸における位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を、代表点のＸ位置として検出する。

なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）における所定値Ｄ１，Ｄ２は、値を大きくするにつれ、山状態と谷状態との切り替わりを検出する精度を高めることができる。所定値Ｄ１，Ｄ２の値は、検出精度やレーダ装置１の使用状況によって適宜変更可能である。

また、代表点検出部２３は、Ｘ軸位置検出部２３１が検出したＸ位置に基づいて、輝度が極大値となる画素のＹ位置を検出するＹ軸位置検出部２３２を有している。図８は、輝度が極大値となる画素のＹ位置を検出する方法を説明するための模式図である。図８では、画像９０，９１，９２，９３が一つの物標として認識されている場合を示している。

Ｙ軸位置検出部２３２は、検出領域１００において、Ｘ軸位置検出部２３１が検出したＸ軸の位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３であって、Ｙ軸に沿って配列された画素列の各画素の輝度を取得する。Ｙ軸位置検出部２３２は、Ｘ軸位置検出部２３１と同様に、閾値（第３閾値、第４閾値）を基準に、取得した輝度から各画素列の極大値を検出する。図８では、検出した各画素列の極大値の画素を、白丸部分で示している。

代表点検出部２３は、Ｘ軸位置検出部２３１及びＹ軸位置検出部２３２それぞれが検出した位置を、代表点の位置とする。図８では、代表点検出部２３は、検出領域１００に６つの代表点を検出した状態を示している。

ノイズ除去部２４は、代表点検出部２３が誤ってノイズを代表点として検出していないか否かを判定し、ノイズを代表点として検出している場合には、その代表点を除外する。ノイズは、エコー信号よりも信号レベルが小さい。そこで、ノイズ除去部２４は、検出した代表点がノイズレベル（所定レベル）以下の輝度である場合には、代表点検出部２３がノイズを誤って代表点として検出したと判定し、その代表点を除外する。

代表点補正部２５は、代表点検出部２３が検出した代表点の周囲に、代表点より大きい輝度の画素があるか否かを判定する。代表点検出部２３は、Ｘ−Ｙ軸平面の輝度分布をＸ軸へ射影して極大値となる画素を検出している。このため検出されなかった画素に、代表点検出部２３が検出した画素より大きい輝度を有するものがある可能性がある。そこで、代表点より大きい輝度の画素が周囲にある場合、代表点補正部２５は、該当する代表点を、その代表点より大きい輝度の画素位置に変更（補正）する。

なお、代表点補正部２５は、該当する代表点を、周囲の画素位置に変更してもよいし、代表点と検出した周囲の画素とを一つに纏めてもよい。また、二つの位置の平均位置を代表点としてもよい。代表点の周囲とは、例えば、代表点を一画素とした場合、その画素に接する周囲８画素であってもよいし、その周囲８画素のさらに外側に接する画素を含んでもよい。

代表点補正部２５により、検出された代表点を、周囲の画素と融合させることはできるが、代表点補正部２５が定義する周囲の画素に含まれない画素の輝度が大きい場合、その画素は、代表点として検出される。そこで、代表点融合部２６は、代表点補正部２５に代表点を補正した結果、残った代表点について、一の物標に一の代表点が検出されるように処理を施す。

代表点融合部２６は、同じ物標に対して複数の代表点が検出されている場合には、複数の代表点を一つに融合することで、一の物標に一の代表点が検出されるようにする。図９は、代表点を融合する方法を説明するための模式図である。図９では、５つの代表点９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅが検出された場合を示している。また、図９では、図８と異なり、説明の都合上、画像９０，９１，９２，９３を点線で示している。

代表点融合部２６は、一の代表点と、他の全ての代表点とを組み合わせ、組み合わせた二つの代表点を結ぶ直線に所定レベル以下の輝度の画素が存在するか否かを判定する。例えば、代表点融合部２６は、代表点９Ａ，９Ｂ、代表点９Ａ，９Ｃ、代表点９Ａ，９Ｄ、代表点９Ａ，９Ｅそれぞれを組み合わせる。物標の画像９０，９１，９２，９３は、所定レベル以上の輝度を有した画素の集まりである。このため、組み合わせた二つの代表点が同じ物標に対して検出されたものである場合、二つの代表点を結ぶ直線上にある画素は、何れも所定レベル以上の輝度を有することとなる。

例えば、図９では、代表点９Ａ，９Ｂは、同じ画像９１に対して検出された代表点である。このため、代表点９Ａ，９Ｂを結ぶ直線Ｘ上には、所定レベル以下の輝度の画素が存在しない。そこで、代表点融合部２６は、代表点９Ａ，９Ｂを一つに融合する。例えば、代表点融合部２６は、代表点９Ａ，９Ｂの一方（輝度が高い方）を選択してもよいし、代表点９Ａ，９Ｂの平均位置をとってもよい。

一方、組み合わせた二つの代表点が異なる物標に対してそれぞれ検出されたものである場合、二つの代表点を結ぶ直線上には、所定レベル以下の輝度を有する画素が存在する。例えば、図９では、代表点９Ａ，９Ｃは、異なる画像９１，９０に対して検出された代表点である。このため、代表点９Ａ，９Ｃを結ぶ直線Ｙ上には、所定レベル以下の輝度の画素が存在する。そこで、代表点融合部２６は、直線Ｙは二つの物標間を跨っていると判定する。すなわち、代表点融合部２６は、代表点９Ａ，９Ｃは異なる物標（画像９１，９０）に対して検出されたものであると判定する。

代表点融合部２６は、上記判定処理を、検出領域１００内に検出された全ての代表点９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅについて行う。具体的には、代表点９Ａと他の代表点９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅとの組み合わせについて上記処理を終了した後、代表点９Ｂは、代表点９Ａと融合されているため、代表点融合部２６は、代表点９Ｃと、代表点９Ｄ，９Ｅとの組み合わせについて、上記処理を行う。これにより、代表点融合部２６は、物標毎に一つの代表点に絞り込むことができる。

なお、代表点融合部２６は、線形補間の一例として、例えば、ブレゼンハムのアルゴリズムを用いて、二つの代表点を結ぶ直線座標点を算出する。ブレゼンハムのアルゴリズムでは全て整数で演算を行うので、代表点融合部２６は、直線座標点の算出を高速に行うことができる。

次に、レーダ装置１で実行される動作について説明する。図１０は、レーダ装置1で実行される処理の手順を示すフローチャートである。

レーダ装置１は、アンテナ１２からパルス信号を送信し、パルス信号が物標で反射したエコー信号を受信する（Ｓ１）。次に、画像処理部１３３の画像データ生成部２１は、エコー信号に基づいて画像データを生成する（Ｓ２）。領域設定部２２は、画像データ生成部２１が生成した画像データから物標を検出し、検出した物標を囲う検出領域１００を設定する（Ｓ３）。

次に、Ｘ軸位置検出部２３１は、領域設定部２２が設定した検出領域１００におけるＸ−Ｙ軸平面の輝度分布を、Ｘ軸へ射影することで、輝度が極大値となる画素のＸ位置を検出する（Ｓ４）。続いて、Ｙ軸位置検出部２３２は、Ｘ軸位置検出部２３１が検出したＸ位置から、Ｘ−Ｙ軸平面の輝度分布において輝度が極大値となる画素のＹ位置を検出する（Ｓ５）。Ｓ４及びＳ５の処理により、代表点検出部２３は、Ｘ−Ｙ軸平面の輝度分布において、輝度が極大値となる画素の位置、すなわち、代表点の位置を検出することができる。

ノイズ除去部２４は、Ｓ４及びＳ５で検出された代表点がノイズか否かを判定し、ノイズであると判定した場合には、該当する代表点を除外する（Ｓ６）。ノイズ除去部２４は、代表点がノイズレベル以下の輝度である場合には、代表点検出部２３がノイズを誤って代表点として検出したと判定し、その代表点を除外する。

次に、代表点補正部２５は、検出された代表点の位置を補正する（Ｓ７）。具体的には、代表点補正部２５は、検出された代表点の周囲に、代表点より大きい輝度の画素があるか否かを判定する。代表点より大きい輝度の画素がある場合、代表点補正部２５は、該当する代表点を、周囲の画素位置に変更する。

その後、代表点融合部２６は、同じ物標に対して検出された複数の代表点が検出された場合、複数の代表点を一つに融合する処理を実行する（Ｓ８）。図９で説明したように、代表点融合部２６は、各代表点を結ぶ直線上に、所定レベル以下の輝度を有する画素があるか否かによって、各代表点が同じ物標に対して検出されたものであるかを判定する。

レーダ装置１は、以上の処理を実行することで、検出領域１００に複数の物標が含まれる場合であっても、物標毎に代表点を検出することができる。

（実施形態２）
以下に、本発明に係る実施形態２について説明する。本実施形態では、Ｘ−Ｙ軸平面の輝度分布をＸ軸に射影した結果に対し、モルフォロジー演算を行うことで、Ｘ軸及びＹ軸における位置を検出する。以下、実施形態１との相違点について説明する。

本実施形態に係るレーダ装置１は、図２に示す構成と同様である。レーダ装置１は、実施形態１と同様に、画像データ生成部２１が、ＸＹ座標形式の画像データを生成する。そして、領域設定部２２は、画像データ生成部２１が生成した画像データに対して検出領域１００を設定する。

代表点検出部２３のＸ軸位置検出部２３１は、図５及び図６で説明した処理を実行することで、Ｘ−Ｙ軸平面の輝度分布をＸ軸に射影した波形を生成する。そして、Ｘ軸位置検出部２３１は、生成した波形（図５で示す波形Ｈ）において、輝度が極大値となるＸ位置を、モルフォロジー演算を用いて検出する。

図１１は、モルフォロジー演算を説明するための模式図である。モルフォロジー演算は、集合演算を利用した非線形解析手法であり、形状に関する定量的な情報抽出及び解析を行うための演算処理である。図１１（Ｃ）は、Ｘ軸位置検出部２３１がＸ−Ｙ軸平面の輝度分布をＸ軸に射影することで得られた輝度の波形ｈを示す。

Ｘ軸位置検出部２３１は、波形ｈに対して、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す棒状の構造要素でopening処理を行う。opening処理は、構造要素が中に入り込めないような大きさの突起が波形ｈにある場合、その突起を波形ｈから除去する平滑化を行う処理である。

なお、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す構造要素の幅や形状は、極大値の検出精度、実験結果や経験則によって適宜変更可能である。

Ｘ軸位置検出部２３１は、波形ｈに対して、図１１（Ａ）に示す構造要素で、Erosion演算をする。図１１（Ｄ）は、Erosion演算の結果を点線で示す。Erosion演算では、波形ｈに沿って構造要素を移動させることで、図１１（Ｄ）に示す波形ｈ’（点線部分）が残り、他はすべて削られる。

次に、Ｘ軸位置検出部２３１は、波形ｈ’に、図１１（Ｂ）に示す構造要素で、Dilation演算をする。図１１（Ｄ）は、Dilation演算の結果を点線で示す。Dilation演算では、波形ｈ’に沿って構造要素を移動させることで、波形ｈとほぼ同じ、図１１（Ｅ）に示す波形ｈ’’を得ることができる。

Ｘ軸位置検出部２３１は、波形ｈと波形ｈ’’との差分を算出する。図１１（Ｆ）は、差分結果の波形を示す。Ｘ軸位置検出部２３１は、差分の波形を順に走査していき、レベルが０ではなくなってから、次の０に至るまでの最大値を取る位置を極大値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４として検出する。

Ｘ軸位置検出部２３１は、検出した極大値の位置を、Ｘ−Ｙ軸平面の輝度分布におけるＸ軸の位置、すなわち、代表点のＸ位置とする。

Ｙ軸位置検出部２３２は、Ｘ軸位置検出部２３１が検出したＸ位置に基づいて、輝度が極大値となる画素のＹ位置を検出する。Ｙ軸位置検出部２３２は、図８で説明した場合と同様に、検出領域１００において、Ｘ軸位置検出部２３１が検出したＸ位置であって、Ｙ軸に沿って配列された画素列の各画素の輝度を取得する。Ｙ軸位置検出部２３２は、取得した輝度から、Ｘ軸位置検出部２３１と同様に、モルフォロジー演算を用いて、極大値を検出する。

代表点検出部２３は、Ｘ軸位置検出部２３１及びＹ軸位置検出部２３２が検出した位置を、代表点の位置とする。

なお、画像処理部１５２の他の各部や、レーダ装置１における動作は、実施形態１と同様であるため説明は省略する。

以上説明したように、本実施形態では、実施形態１と同様に、検出領域１００に複数の物標が含まれている場合であっても、各物標に対して代表点を検出することができる。

なお、レーダ装置１の具体的構成などは、適宜設計変更可能であり、上述の実施形態に記載された作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、上述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１−レーダ装置
１０−送信部
１５−受信処理部
１７−表示部
２１−画像データ生成部
２２−領域設定部（設定手段）
２３−代表点検出部（選択手段、位置検出手段）
２３１−Ｘ軸位置検出部（画素選択手段、第１検出手段）
２３２−Ｙ軸位置検出部（第２検出手段）
２４−ノイズ除去部
２５−代表点補正部
２６−代表点融合部
１００−検出領域

Claims (14)

1. 送信された信号が物標で反射してなるエコー信号を含む入力信号に基づいて、前記物標を代表する代表位置を検出する代表位置検出装置において、
   複数の入力信号で設定される二次元領域において前記入力信号の信号強度が極大値となる位置を複数選択する選択手段と、
   該選択手段が選択した複数の位置から各物標を代表する代表位置を検出する位置検出手段と
   を備えることを特徴とする代表位置検出装置。
2. 請求項１に記載の代表位置検出装置であって、
   前記入力信号の信号強度に基づいて、局所領域毎の信号強度データを生成する生成手段
   をさらに備え、
   前記選択手段は、
   前記局所領域毎の信号強度データの二次元分布に基づいて、信号強度データが所定条件を満たす極大値となる局所領域を選択し、
   前記位置検出手段は、
   前記選択手段が選択した複数の局所領域の位置から各物標を代表する代表位置を検出する、
   ことを特徴とする代表位置検出装置。
3. 請求項１に記載の代表位置検出装置であって、
   複数の局所領域の信号強度データに基づいて、物標を含む領域を設定する設定手段
   をさらに備え、
   前記選択手段は、
   前記設定手段が設定した領域を構成する局所領域から選択する
   ことを特徴とする代表位置検出装置。
4. 請求項２又は３に記載の代表位置検出装置であって、
   前記選択手段は、
   前記物標を含む領域の第１方向に平行に配列された複数の局所領域の列のそれぞれから最大の信号強度データの局所領域を選択する局所領域選択手段、
   該局所領域選択手段が選択した局所領域の信号強度データに基づいて、前記第１方向に直交する第２方向における信号強度データの極大値を検出する第１検出手段、
   該第１検出手段が検出した極大値に対応する局所領域を含む前記局所領域の列における信号強度データの極大値を検出する第２検出手段
   を有する
   ことを特徴とする代表位置検出装置。
5. 請求項４に記載の代表位置検出装置であって、
   前記第１検出手段は、
   前記第２方向に沿って変化する前記局所領域選択手段が選択した局所領域の信号強度データを順に取得し、動的に変化する第１閾値を超えた後、動的に変化する第２閾値以下となるまでに取得した信号強度データの最大値を極大値として検出する
   ことを特徴とする代表位置検出装置。
6. 請求項４又は５に記載の代表位置検出装置であって、
   前記第２検出手段は、
   前記第１方向に沿って変化する局所領域の信号強度データを順に取得し、動的に変化する第３閾値を超えた後、動的に変化する第４閾値以下となるまでに取得した信号強度データの最大値を極大値として検出する
   ことを特徴とする代表位置検出装置。
7. 請求項４に記載の代表位置検出装置であって、
   前記第１及び第２検出手段は、
   局所領域の信号強度データに対して、所定幅の構造要素を射影し、その射影結果から極大値を検出する
   ことを特徴とする代表位置検出装置。
8. 請求項２乃至７の何れか一つに記載の代表位置検出装置であって、
   前記位置検出手段が複数の代表位置を検出した場合、
   二つの代表位置の間に信号強度データが所定レベル以下の局所領域があるか否かの判定を、前記位置検出手段が検出した複数の代表位置それぞれに対し行う手段と、
   信号強度データが所定レベル以下の局所領域が間にない二つの代表位置がある場合、前記二つの代表位置を一つに融合する手段と
   をさらに備えることを特徴とする代表位置検出装置。
9. 請求項２乃至８の何れか一つに記載の代表位置検出装置であって、
   前記位置検出手段が検出した代表位置の信号強度データと、前記代表位置の周囲の局所領域の信号強度データとを対比する手段と、
   対比した結果、前記代表位置の信号強度データが小さい場合、前記位置検出手段が検出した代表位置を、前記周囲の局所領域の位置へ補正する補正手段と
   をさらに備えることを特徴とする代表位置検出装置。
10. 請求項２乃至９の何れか一つに記載の代表位置検出装置であって、
    前記位置検出手段が検出した代表位置の局所領域の信号強度データが所定レベル以下である場合、前記代表位置を除外する手段
    をさらに備えることを特徴とする代表位置検出装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか一つに記載の代表位置検出装置と、
    前記代表位置検出装置が検出した代表位置を表示する表示部と
    を備えることを特徴とする表示装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか一つに記載の代表位置検出装置と、
    信号を送受信するアンテナと、
    該アンテナが受信した信号を前記代表位置検出装置へ入力する手段と
    を備えることを特徴とするレーダ装置。
13. 送信された信号が物標で反射してなるエコー信号を含む入力信号に基づいて、前記物標を代表する代表位置を検出する代表位置検出方法において、
    複数の入力信号で設定される二次元領域において前記入力信号の信号強度が極大値となる位置を複数選択するステップと、
    該選択手段が選択した複数の位置から各物標を代表する代表位置を検出するステップと
    実行することを特徴とする代表位置検出方法。
14. 送信された信号が物標で反射してなるエコー信号を含む入力信号に基づいて、前記物標を代表する代表位置を検出するコンピュータで実行する代表位置検出プログラムにおいて、
    コンピュータに、
    複数の入力信号で設定される二次元領域において前記入力信号の信号強度が極大値となる位置を複数選択するステップと、
    該選択手段が選択した複数の位置から各物標を代表する代表位置を検出するステップと
    を実行させることを特徴とする代表位置検出プログラム。