JP2017072473A - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーダ画像の各画素の位相の安定性に基づいてＰＳ点を検出する。
【解決手段】マスタレーダ画像とスレーブレーダ画像との対応する画素の位相差から、マスタレーダ画像およびスレーブレーダ画像を撮像したマスタレーダ装置とスレーブレーダ装置との軌道差による軌道縞の位相を減算し、地表の形状による地形縞の位相を取得する干渉位相処理部２と、マスタレーダ画像およびスレーブレーダ画像において位相が安定した画素であって、同一高さ且つ変動が小さい散乱体の３点以上の画素において、地形縞の位相ごとに散乱体の高さを推定し、地形縞の位相から推定した散乱体の高さに依存する成分を減算する高さ判定処理部３と、散乱体の高さに依存する成分を減算した位相から、地表の変動成分を抽出する高さ変動抽出処理部４とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、レーダ画像を用いて撮像領域の微小な変動を測定する画像処理技術に関するものである。

レーダ画像を撮像するレーダ装置による地表面の観測は、昼夜を問わず、且つ天候に左右されることなく恒常的に行うことができるため有用である。ここで述べるレーダ画像とは、放射された電波が物体で反射されて得られる反射信号の振幅と位相によって画像が形成され、各画素において振幅および位相の情報を有する画像である。地表面の観測には、上述したレーダ装置により観測された地表面のレーダ画像を構成する各画素の情報を処理し、観測領域の地表の微小な変動、例えば地盤沈下および地滑りなどを測定する画像処理装置が合わせて用いられる。

例えば、特許文献１には、複数の合成開口レーダ画像に渡って、位相の値の変動が小さい画素を長期に渡り電磁特性を不変に保つ永久散乱体を識別する手法が開示されている。ここで、永久散乱体とは、ＰＳ（Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ Ｓｃａｔｔｅｒｅｒｓ）点と呼ばれる散乱体である。特許文献１に開示された手法では、振幅の安定性と位相の安定性は相関関係にあるという統計に基づいて、レーダ画像の全画素のうち、複数のレーダ画像に渡って、振幅の変動が小さい画素をＰＳ点の候補とし、当該ＰＳ点候補の各画素の位相を解析する。ＰＳ点候補の各画素の位相情報から、信号のノイズに関する位相成分、数値標高モデル（ＤＥＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）から得られた画素の精密高度間の相対誤差、既知の変位モデルに連結する位相成分および大気中の人工物（大気遅延による位相成分）を推定して抑圧し、観測領域の地表の変動に関する位相成分のみを抽出する。抽出した地表の変動に関する位相成分から、地表の変動量を算出することにより、地表のミリメートルオーダの変動量を推定している。

国際公開第２０００／０７２０４５号

しかしながら、上述した特許文献１に記載された技術では、レーダ画像の各画素の位相の値の安定性は、振幅の値の安定性と相関関係にある点に基づき、ＰＳ点の候補を位相の安定性ではなく、振幅の安定性を基準に選択している。そのため、ＰＳ点の選択が振幅に依存し、ＰＳ点の候補を選択する場合に、振幅に関係することなく位相が安定した真のＰＳ点の検出漏れが発生する可能性があるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、レーダ画像の各画素の位相の安定性に基づいてＰＳ点を検出することを目的とする。

この発明に係る画像処理装置は、マスタ画像とスレーブ画像との対応する画素の位相差から、マスタ画像およびスレーブ画像を撮像した各撮像装置の軌道差による軌道縞の位相を減算し、地表の形状による地形縞の位相を取得する干渉位相処理部と、マスタ画像およびスレーブ画像において位相が安定した画素であって、同一高さ且つ変動が小さい散乱体の３点以上の画素において、干渉位相処理部が取得した地形縞の位相ごとに散乱体の高さを推定し、地形縞の位相から推定した散乱体の高さに依存する成分を減算する高さ判定処理部と、高さ判定処理部が散乱体の高さに依存する成分を減算した位相から、地表の変動成分を抽出する高さ変動抽出処理部とを備えるものである。

この発明によれば、レーダ画像の各画素の位相の安定性に基づいてＰＳ点を検出することができる。

図１Ａ，図１Ｂは実施の形態１に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る画像処理装置の動作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干渉位相処理部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る画像処理装置の干渉位相処理部における干渉位相処理の概念を示す図である。 実施の形態１に係る画像処理装置の高さ判定処理部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る画像処理装置の高さ変動抽出処理部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る画像処理装置の干渉位相処理部の動作を示すフローチャートである。 図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃは実施の形態１に係る画像処理装置における空間に対して緩やかな分布を有する位相成分の概念を示す図である。 実施の形態１に係る画像処理装置の高さ判定処理部の動作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高さ変動抽出処理部の動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１Ａ，図１Ｂは、実施の形態１に係る画像処理装置１の構成を示すブロック図である。図１Ａは画像処理装置１のソフトウェア構成を示す図であり、図１Ｂは画像処理装置１のハードウェア構成を示す図である。
画像処理装置１は、干渉位相処理部２、高さ判定処理部３および高さ変動抽出処理部４で構成されている。
画像処理装置１には、外部からマスタレーダ画像（マスタ画像）、複数のスレーブレーダ画像（スレーブ画像）、ＧＣＰ（地上基準点、Ｇｒｏｕｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）情報、複数の軌道座標および複数のスレーブレーダ画像の撮像時刻が入力される。ここで、マスタレーダ画像および各スレーブレーダ画像は、放射された電波が物体で反射されて得られる反射信号の振幅と位相によって画像が形成され、各画素で振幅と位相の情報を有する画像である。また、マスタレーダ画像はマスタレーダ装置によって撮像された画像であり、複数のスレーブレーダ画像は１つのスレーブレーダ装置によって複数回撮像された画像である。

干渉位相処理部２は、入力されたマスタレーダ画像と１つスレーブレーダ画像との組み合わせから軌道縞の位相を除去し、地形縞の位相を取得する。スレーブレーダ画像が複数入力されることから、干渉位相処理部２は、マスタレーダ画像と各スレーブレーダ画像との各組み合わせに対して、地形縞の位相を取得する。ここで軌道縞および地形縞とは、撮像に利用したマスタレーダ装置とスレーブレーダ装置の軌道が完全に同一でないことから生じる縞模様である。軌道縞はマスタレーダ装置とスレーブレーダ装置の軌道差に起因する縞模様であり、地形縞は地表の形状に起因する縞模様である。

高さ判定処理部３は、ＧＣＰ情報、軌道座標および干渉位相処理部２が取得した地形縞の位相から、空間で線形的な分布をなす成分および散乱体高さに依存する成分を抑圧し、電波の反射時の位相の変化量が安定した画素であって、位相の値の変動が小さい安定した画素であるＰＳ（Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ Ｓｃａｔｔｅｒｅｒｓ）点の残差位相を抽出する。ここで、空間で線形的な分布をなす成分とは、信号の大気遅延による位相成分、および軌道誤差による位相成分である。高さ判定処理部３は、各地形縞の位相について取得したＰＳ点位置の残差位相分布を取得する。
なお、「変動が小さい散乱体」とは、地表の変動の大きさはある程度既知であるとして、その中で変動が小さい位置の散乱体とする。例えば、電子基準点を用いたデータを使用し、当該データの中から変動の小さい位置を「変動が小さい散乱体」として選択する。

高さ変動抽出処理部４は、軌道座標、各スレーブレーダ画像の撮像時刻および高さ判定処理部３が取得したＰＳ点位置の残差位相分布から、各画素において位相成分の値を高さ分布の値に変換して、地表の変動成分を抽出する。

干渉位相処理部２、高さ判定処理部３および高さ変動抽出処理部４は、図１（ｂ）で示したプロセッサ１０１がメモリ１０２に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。また、複数のプロセッサ１０１が連携して上述した機能を実行するように構成してもよい。

次に、画像処理装置１に入力される各種情報について説明する。
マスタレーダ画像および複数のスレーブレーダ画像は、マスタレーダ装置およびスレーブレーダ装置によって同一の波長、モード、オフナディア角で、同一領域を撮像したものであり、位置合わせ処理（レジストレーション）がなされているものとする。さらに、入力されたマスタレーダ画像および各スレーブレーダ画像から、各画素の緯度経度または各画素の地図座標（以下、各画素の地図情報と称する）と、マスタレーダ装置およびスレーブレーダ装置のレーダ信号の波長（以下、信号情報と称する）とを取得することが可能である。また、マスタレーダ画像からはマスタレーダ装置の軌道座標を取得することが可能である。

ＧＣＰ情報は、３点以上のＧＣＰの情報で構成される。ＧＣＰは、地表面にある散乱体であり、複数の信号が重複せず地表の変動が他の位置よりも小さいことが既知である位置の画素である。ＧＣＰ情報は、マスタレーダ画像および全てのスレーブレーダ画像において、共通する３点以上のＧＣＰの座標を示す情報である。
軌道座標は、マスタレーダ画像を撮像したマスタレーダ装置および複数のスレーブレーダ画像を撮像したスレーブレーダ装置のそれぞれの軌道の緯度経度、または軌道の地図座標および高さ（以下、位置情報と称する）を示す情報である。スレーブレーダ画像の撮像時刻は、スレーブレーダ装置が各スレーブレーダ画像を撮像した時刻である。

次に、画像処理装置１の動作について説明する。
図２は、実施の形態１に係る画像処理装置１の動作を示すフローチャートである。
画像処理装置１に、マスタレーダ画像、複数のスレーブレーダ画像、ＧＣＰ情報、軌道座標、スレーブレーダ画像撮像時刻が入力される（ステップＳＴ１）。干渉位相処理部２は、ステップＳＴ１で入力されたマスタレーダ画像、各スレーブレーダ画像、および軌道座標に基づいて、地形縞の位相を算出する（ステップＳＴ２；干渉位相処理）。

高さ判定処理部３は、ステップＳＴ１で入力されたＧＣＰ情報、軌道座標およびステップＳＴ２で算出された地形縞の位相に基づいて、ＰＳ点の位置の残差位相分布を算出する（ステップＳＴ３；高さ判定処理）。高さ変動抽出処理部４は、ステップＳＴ１で入力された軌道情報、スレーブレーダ撮像時刻と、ステップＳＴ３で算出されたＰＳ点の位置の残差位相分布とに基づいて、地表変動成分を算出する（ステップＳＴ４；高さ変動抽出処理）。

次に、干渉位相処理部２、高さ判定処理部３および高さ変動抽出処理部４の詳細について図３から図６を参照しながら説明する。
まず、干渉位相処理部２の詳細について説明する。
図３は、実施の形態１に係る画像処理装置１の干渉位相処理部２の詳細を示すブロック図である。

干渉位相処理部２は、位相差算出部２１、軌道縞算出部２２および位相減算部２３を備える。なお、以下では、マスタレーダ画像およびスレーブレーダ画像の双方を示す場合に、単にレーダ画像と称する。
干渉位相処理部２には、マスタレーダ画像、複数のスレーブレーダ画像および軌道座標が入力される。マスタレーダ画像および複数のスレーブレーダ画像は、同一箇所を異なる軌道に位置するマスタレーダ装置およびスレーブレーダ装置で撮像したレーダ画像である。また、マスタレーダ画像および複数のスレーブレーダ画像は、レーダ画像上の各画素の信号情報および地図情報を含むものとする。軌道座標は、マスタレーダ画像および各スレーブレーダ画像を撮像したマスタレーダ装置およびスレーブレーダ装置の軌道の位置情報である。

位相差算出部２１は、入力されたマスタレーダ画像と、選択した１つのスレーブレーダ画像との組み合わせにおいて、各画素について信号情報の位相成分の差を干渉位相として算出する。干渉位相を算出する処理は、１つのマスタレーダ画像と全てのスレーブレーダ画像と各組み合わせに対して行われる。よって、位相差算出部２１は、スレーブレーダ画像の数だけ干渉位相を算出し、各スレーブレーダに対応した干渉位相を出力する。

軌道縞算出部２２は、入力されたレーダ画像上の各画素の地図情報と、マスタレーダ装置およびスレーブレーダ装置の軌道の位置情報とから、各画素における軌道縞の位相を算出する。軌道縞算出部２２は、マスタレーダ画像と、選択した１つのスレーブレーダ画像との組み合わせにおいて、軌道縞の位相を算出する。軌道縞の位相を算出する処理は、１つのマスタレーダ画像と全てのスレーブレーダ画像との各組み合わせに対して行われる。位相減算部２３は、レーダ画像の各画素において、位相差算出部２１が算出した干渉位相から軌道縞算出部２２が算出した軌道縞の位相を差し引き、地形縞の位相を算出する。位相減算部２３は、マスタレーダ画像と全てのスレーブレーダ画像との各組み合わせにおいて、レーダ画像の各画素の地形縞の位相を算出する。

図４は、上述した実施の形態１に係る画像処理装置１の干渉位相処理部２における干渉位相処理の概念を示す図である。
図４を参照しながら干渉位相処理部２の干渉位相処理の概要について説明する。干渉位相処理は、マスタレーダ画像とスレーブレーダ画像の２つのレーダ画像から地形縞の位相を取得することを目的としている。そこで、レーダ画像の各画素の干渉位相、軌道縞の位相および地形縞の位相について説明する。

まず、図４においてマスタレーダ装置を搭載した第１のプラットフォームＭおよびスレーブレーダ装置を搭載した第２のプラットフォームＳは紙面表側から裏側に向けて移動しているものとする。すなわち、第１のプラットフォームＭおよび第２のプラットフォームＳの進行方向であるアジマス方向は、紙面表側から裏側に向かう方向である。また、矢印で示した横軸方向は、電波の照射方向の地表面成分方向（グランドレンジ方向）である。第１のプラットフォームＭおよび第２のプラットフォームＳは、例えば衛星などで構成される。

ここで、マスタレーダ画像を撮像したマスタレーダ装置を搭載した第１のプラットフォームＭの軌道の位置をｍ、Ｎ個のスレーブレーダ画像を撮像したスレーブレーダ装置を搭載した第２のプラットフォームＳの軌道の位置をそれぞれｓ１，ｓ２，・・・ｓＮとする。ここで、第１のプラットフォームＭの軌道と、第２のプラットフォームＳの軌道とでは、軌道の位置が異なる。

Ｗ｛・｝：２πの位相ラップ
ｒ_ｍ：第１のプラットフォームＭの位置ｍから散乱体Ａの位置αまでの距離
ｒ_ｓｉ：第２のプラットフォームＳの位置ｓｉから散乱体Ａの位置αまでの距離
λ：マスタレーダ装置およびスレーブレーダ装置が照射するレーダ信号の波長
上述した式（１）において、使用するＳＡＲ画像は、撮像した際のレーダ信号の波長λが全て等しいものとする。

ｒ´_ｍ：第１のプラットフォームＭの位置ｍから散乱体Ａの位置α´までの距離
ｒ´_ｓｉ：第２のプラットフォームＳの位置ｓｉから散乱体Ａの位置α´までの距離

次に、高さ判定処理部３の詳細について説明する。
図５は、実施の形態１に係る画像処理装置１の高さ判定処理部３の詳細を示すブロック図である。
高さ判定処理部３は、線形位相成分是正部３１、位相減算部３２、高さ推定部３３、ＰＳ点抽出部３４および残差位相算出部３５を備える。

高さ判定処理部３には、ＧＣＰ情報およびレーダ装置の軌道の位置情報が入力される。
ＧＣＰ情報は、ＧＣＰの座標情報であり、ここでは地表の変動が最も小さく、同一の高さ且つ高さが既知の散乱体のレーダ画像上の３点以上の画素の座標情報である。レーダ装置の軌道の位置情報は、各レーダ画像を撮像したマスタレーダ装置およびスレーブレーダ装置の軌道の位置情報である。具体的には、干渉位相処理部２から入力される各地形縞の位相を形成するマスタレーダ画像と各スレーブレーダ画像との組み合わせに対応したマスタレーダ装置およびスレーブレーダ装置の軌道座標が入力される。

線形位相成分是正部３１は、入力されたＧＣＰの座標情報と、干渉位相処理部２から入力された地形縞の位相とから、各地形縞の位相に対応した各地形縞の位相の空間是正位相分布を取得する。詳細には、線形位相成分是正部３１は、まずＧＣＰの３点以上の画像の座標情報と、複数の地形縞の位相で構成される位相の空間分布とから、３点以上のＧＣＰ座標において、当該各座標の位相の値を有する面を形成する。次に、線形位相成分是正部３１は、形成した位相面の値が全て一定となるように面全体の位相の補正を行い、空間の線形位相成分を抑圧して是正した位相分布である空間是正位相分布を取得する。線形位相成分是正部３１は、取得した空間是正位相分布を地形縞の位相ごとに出力する。

位相減算部３２は、入力された軌道座標と、線形位相成分是正部３１から入力された地形縞の位相ごとの空間是正位相分布とから、各地形縞の位相および仮定された各散乱体高さごとに、高さ相関位相分布を算出する。詳細には、位相減算部３２は、散乱体について想定される高さを複数仮定し、入力された軌道座標からの値から、仮定した各散乱体高さに対する依存位相成分を算出する。さらに位相減算部３２は、算出した依存位相成分を空間是正位相分布から減算して得られる位相差分を、高さ相関位相分布として取得する。位相減算部３２は、取得した高さ相関位相分布を仮定した散乱体高さごとに出力する。

高さ推定部３３は、位相減算部３２から入力された地形縞の位相ごとおよび仮定した散乱体高さごとに算出された高さ相関位相分布から、散乱体の高さの推定値と複素数の平均値の最大値を算出する。詳細には、高さ推定部３３は、位相減算部３２から入力された地形縞の位相ごとおよび仮定した散乱体高さごとに算出された高さ相関位相分布から、高さ相関位相を偏角とし、大きさが全て等しい複素数の平均値を求める。高さ推定部３３は、求めた複素数の平均値が最も大きくなる散乱体高さを選択して散乱体高さ推定値とし、当該散乱体高さ推定値と複素数の平均値の最大値とを出力する。

ＰＳ点抽出部３４は、高さ推定部３３から入力される複素数の平均値の最大値が、設定された閾値以上となる画素を抽出する。ＰＳ点抽出部３４は、抽出した画素をＰＳ点とし、当該ＰＳ点の画素の位置情報を出力する。

残差位相算出部３５は、入力された軌道座標と、線形位相成分是正部３１から入力された空間是正位相分布と、高さ推定部３３から入力された散乱体高さ推定値と、ＰＳ点抽出部３４から入力されたＰＳ点の位置情報とから、ＰＳ点の位置における残差位相分布を取得する。詳細には、残差位相算出部３５は、軌道座標と、空間是正位相分布と、散乱体高さ推定値とから、ＰＳ点の画素毎に、各ＰＳ点の画素に対応する散乱体高さ推定値の散乱体高さに対する依存位相成分を算出する。残差位相算出部３５は、算出した依存位相成分を空間是正位相分布から減算してＰＳ点の位置の残差位相を算出し、ＰＳ点の位置の残差位相分布を取得する。

次に、図６を参照しながら高さ変動抽出処理部４の詳細な構成について説明する。
図６は、実施の形態１に係る画像処理装置１の高さ変動抽出処理部４の構成を示すブロック図である。
高さ変動抽出処理部４は、位相アンラップ部４１、位相高さ変換部４２および平滑化部４３を備える。
高さ変動抽出処理部４には、各レーダ画像を撮像したマスタレーダ装置とスレーブレーダ装置の軌道の位置情報、およびスレーブレーダ装置の画像撮像時刻が入力される。

位相アンラップ部４１は、残差位相算出部３５が取得したＰＳ点の位置の残差位相分布を入力とし、位相接続（phase unwrapping）を行い、位相接続が行われた位相分布を出力する。詳細には、位相アンラップ部４１は、ＰＳ点の位置の残差位相分布をＰＳ点のある画素間で２次元空間の位相接続を行う。位相高さ変換部４２は、高さ判定処理部３から入力されるＰＳ点の位置の残差位相分布を形成するマスタレーダ画像と各スレーブレーダ画像との組み合わせに対応したマスタレーダ装置およびスレーブレーダ装置の軌道の位置情報と、位相アンラップ部４１が位相接続した位相分布とから、各画素の散乱体の高さ分布を取得する。詳細には、位相高さ変換部４２は、軌道座標と位相接続された位相分布の各画素の位相の値とから、各画素の位相の情報を散乱体高さの情報に変換し、各画素の散乱体高さ分布を取得する。

平滑化部４３は、入力されたスレーブレーダ装置の画像撮像時刻と、位相高さ変換部４２が変換した各画素の散乱体の高さ分布とから、地表変動成分を算出する。詳細には、平滑化部４３は各画素の散乱体の高さ分布の値を、画素毎にスレーブレーダ装置の画像撮像時刻に基づいて順列させ、各画素の散乱体の高さの値を時間方向で平滑化する。平滑化部４３は、平滑化した値を各画素の時間方向の地表変動成分として出力する。

次に、図３のブロック図で示した干渉位相処理部２の動作を、図７のフローチャートを参照しながら説明する。
図７は、実施の形態１に係る画像処理装置１の干渉位相処理部２の動作を示すフローチャートである。
まず、干渉位相処理部２は、常時レーダ画像および軌道座標の入力を受け付けているものとする。マスタレーダ画像と、複数のスレーブレーダ画像とが位相差算出部２１および軌道縞算出部２２に入力され（ステップＳＴ１１）、ステップＳＴ１１で入力されたマスタレーダ画像を撮像したマスタレーダ装置、およびスレーブレーダ画像を撮像したスレーブレーダ装置の軌道情報が入力される（ステップＳＴ１２）。

式（２）におけるｒ´_ｍ、ｒ´_ｓｉの値は、マスタレーダ画像を撮像した際のマスタレーダ装置の軌道座標と、スレーブレーダ画像を撮像した際のスレーブレーダ装置の軌道座標と、マスタレーダ画像およびスレーブレーダ画像の各画素の地図情報から算出される。

位相減算部２３は、マスタレーダ画像と全てのスレーブレーダ画像との組み合わせについて地形縞の位相を算出したか否か判定を行う（ステップＳＴ１７）。マスタレーダ画像と全てのスレーブレーダ画像との組み合わせについて地形縞の位相を算出した場合（ステップＳＴ１７；ＹＥＳ）、干渉位相処理部２は処理を終了し、高さ判定処理部３による処理に移行する。一方、マスタレーダ画像と全てのスレーブレーダ画像との組み合わせについて地形縞の位相を算出していない場合（ステップＳＴ１７；ＮＯ）、ステップＳＴ１１の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。

図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃは、実施の形態１に係る画像処理装置１における空間に対して緩やかな分布を有する位相成分の概念を示す図である。

次に、図５のブロック図で示した高さ判定処理部３の動作を、図９のフローチャートを参照しながら説明する。
図９は、実施の形態１に係る画像処理装置１の高さ判定処理部３の動作を示すフローチャートである。
まず、高さ判定処理部３は、常時ＧＣＰ情報および軌道座標の入力を受け付けているものとする。ＧＣＰ情報が線形位相成分是正部３１に入力され（ステップＳＴ２１）、スレーブレーダ画像を撮像したスレーブレーダ装置、およびマスタレーダ画像を撮像したマスタレーダ装置の軌道情報が位相減算部３２および残差位相算出部３５に入力される（ステップＳＴ２２）。

線形位相成分是正部３１は、空間の線形位相成分を抑圧して是正した位相を空間是正位相分布として、位相減算部３２および残差位相算出部３５に出力する（ステップＳＴ２４）。

全ての地形縞の位相について空間是正位相分布を取得した場合（ステップＳＴ２５；ＹＥＳ）、ステップＳＴ２６の処理に進む。一方、全ての地形縞の位相について空間是正位相分布を取得していない場合（ステップＳＴ２５；ＮＯ）、ステップＳＴ２３の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。

位相減算部３２は、仮定する全ての高さｚについて残差位相を算出したか否か判定を行う（ステップＳＴ２８）。仮定する全ての高さｚについて残差位相を算出した場合（ステップＳＴ２８；ＹＥＳ）、ステップＳＴ２９の処理に進む。一方、仮定する全ての高さｚについて残差位相を算出していない場合（ステップＳＴ２８；ＮＯ）、ステップＳＴ２６の処理に戻る。

残差位相算出部３５は、ステップＳＴ３２で算出した各地形縞の位相のＰＳ点位置における散乱体の高さに依存する残差位相分布を高さ変動抽出処理部４の位相アンラップ部４１に出力する（ステップＳＴ３３）。残差位相算出部３５は、ステップＳＴ２４で出力された全ての地形縞の位相のＰＳ点位置における散乱体の高さに依存する残差位相分布を算出したか否か判定を行う（ステップＳＴ３４）。全ての地形縞の位相について算出した場合（ステップＳＴ３４；ＹＥＳ）、高さ判定処理部３は処理を終了し、高さ変動抽出処理部４による処理に移行する。一方、全ての地形縞の位相について算出していない場合（ステップＳＴ３４；ＮＯ）、ステップＳＴ３２の処理に戻る。

式（４）において、Ｂ_ｉおよびΨは、図４に対応して以下を示す。
Ｂ_ｉ：マスタレーダ画像とスレーブレーダ画像の距離の、レーダ照射方向に対する垂直成分（基線長）
Ψ：マスタレーダ画像取得時の第１のプラットフォームＭの位置から散乱体方向の角度（オフナディア角）
Ｂ_ｉ、ｒ_ｍ、Ψの値は、ステップＳＴ２２で入力されたマスタレーダ装置およびスレーブレーダ装置の軌道情報から得られるマスタレーダ画像撮像時の軌道座標と、各スレーブレーダ画像撮像時の軌道座標から算出される。

さらに、ステップＳＴ３２で示した残差位相算出部３５によるＰＳ点位置残差位相分布の算出処理について、より詳細に説明する。

なお、式（８）においてＢ_ｉおよびΨは、式（４）と同様に、マスタレーダ画像撮像時の軌道座標と、各スレーブレーダ画像撮像時の軌道座標とから算出される。

次に、図６のブロック図で示した高さ変動抽出処理部４の動作を、図１０のフローチャートを参照しながら説明する。
図１０は、実施の形態１に係る画像処理装置１の高さ変動抽出処理部４の動作を示すフローチャートである。
まず、高さ変動抽出処理部４は、常時軌道座標およびスレーブレーダ画像の撮像時刻の入力を受け付けているものとする。高さ変動抽出処理部４には、スレーブレーダ画像を撮像したスレーブレーダ装置、およびマスタレーダ画像を撮像したマスタレーダ装置の軌道情報が入力され（ステップＳＴ４１）、スレーブレーダ画像を撮像した時刻が入力される（ステップＳＴ４２）。

位相アンラップ部４１は、ステップＳＴ３３で高さ判定処理部３の残差位相算出部３５から出力されたＰＳ点位置残差位相分布に対して２次元空間の位相分布のアンラップ処理を行う（ステップＳＴ４３）。ステップＳＴ４３において、位相アンラップ部４１に入力されるＰＳ点位置残差位相分布は、隣り合う点に２πの位相飛びが存在する状態であることから、当該位相飛びをつなぎ合わせる位相接続、すなわちアンラップ処理を行うことにより、空間の位相分布が連続した値となる。

位相高さ変換部４２は、ステップＳＴ４３でアンラップ処理された位相分布と、ステップＳＴ４１で入力されたマスタレーダ装置およびスレーブレーダ装置の軌道情報とから、各画素において位相成分の値を高さ分布の値に変換する（ステップＳＴ４４）。平滑化部４３は、ステップＳＴ４４で変換された高さ分布の値と、ステップＳＴ４２で入力されたスレーブレーダ画像の撮像時刻とを用いて、位相成分の高さの変動を平滑化し、地表変動成分を算出する（ステップＳＴ４５）。ステップＳＴ４５として、例えば位相分布を空間方向にフーリエ変換して、周波数空間に変換し、高周波成分の信号成分を０にし、高周波成分の信号のみ残して平滑化する。なお、高周波成分のみ残す処理は、ローパスフィルタをかけることと同意である。平滑化部４３は、入力された全てのＰＳ点位置残差位相分布について処理を行ったか否か判定を行う（ステップＳＴ４６）。全てのＰＳ点位置残差位相分布について処理を行っている場合には（ステップＳＴ４６；ＹＥＳ）、平滑化部４３は算出した地表変動成分を画像処理装置１の処理結果として出力し（ステップＳＴ４７）、高さ変動抽出処理を終了する。一方、全てのＰＳ点位置残差位相分布について処理を行っていない場合には（ステップＳＴ４６；ＮＯ）、ステップＳＴ４３の処理に戻る。

ここで、ステップＳＴ４４で示した、位相高さ変換部４２による各画素における位相成分の値を高さ分布の値に変換する処理について、より詳細に説明する。位相高さ変換部４２は、位相アンラップ部４１でアンラップ処理された位相成分と、軌道情報であるマスタレーダ画像およびスレーブレーダ画像の軌道座標とを用いて、以下の式（１０）に基づいて各画素における位相成分の値を高さ分布の値に変換する。

上述した式（４）と同様に、Ｂ_ｉ、ｒ_ｍ、Ψの値は、マスタレーダ画像を撮像したマスタレーダ装置の軌道座標と、各スレーブレーダ画像を撮像したスレーブレーダ装置の軌道座標とから算出される。

続いて、ステップＳＴ４５で示した平滑化部４３による位相成分の高さ変動の平滑化処理について、より詳細に説明する。

以上のように、この実施の形態１によれば、マスタレーダ画像とスレーブレーダ画像との組み合わせにおいて干渉位相から軌道縞の位相を減算して地形縞の位相を算出する干渉位相処理部２と、算出された地形縞の位相から空間で線形的な分布をなす成分および散乱体高さに依存する成分とを抑圧し、位相が安定した画素であるＰＳ点の残差位相を抽出する高さ判定処理部３と、抽出されたＰＳ点の残差位相から地表の変動成分のみを抽出する高さ変動抽出処理部４とを備えるように構成したので、マスタレーダ画像およびスレーブレーダ画像内の各画素の振幅の情報に依存することなく、位相情報のみに基づいてＰＳ点を検出することができる。

また、この実施の形態１によれば、空間是正位相分布から散乱体高さに対する依存位相成分を減算し、位相差分である高さ相関位相分布を取得する位相減算部３２と、高さ相関位相分布から散乱体高さを推定する高さ推定部３３と、散乱体高さに依存する位相成分を除去した位相を偏角とした複素数の和の最大値で位相の安定性を判断してＰＳ点を抽出するＰＳ点抽出部３４とを備えるように構成した、数値標高モデル（ＤＥＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）を用いることなく、レーダ画像の情報のみを用いて散乱体の高さ推定することができる。これによりＤＥＭの誤差を抑圧する処理が不要となる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 画像処理装置、２ 干渉位相処理部、３ 高さ判定処理部、４ 高さ変動抽出処理部、２１ 位相差算出部、２２ 軌道縞算出部、２３，３２ 位相減算部、３１ 線形位相成分是正部、３３ 高さ推定部、３４ ＰＳ点抽出部、３５ 残差位相算出部、４１ 位相アンラップ部、４２ 位相高さ変換部、４３ 平滑化部、１０１ プロセッサ、１０２ メモリ。

Claims (4)

1. マスタ画像とスレーブ画像との対応する画素の位相差から、前記マスタ画像および前記スレーブ画像を撮像した各撮像装置の軌道差による軌道縞の位相を減算し、地表の形状による地形縞の位相を取得する干渉位相処理部と、
   前記マスタ画像および前記スレーブ画像において位相が安定した画素であって、同一高さ且つ変動が小さい散乱体の３点以上の画素において、前記干渉位相処理部が取得した地形縞の位相ごとに前記散乱体の高さを推定し、前記地形縞の位相から推定した前記散乱体の高さに依存する成分を減算する高さ判定処理部と、
   前記高さ判定処理部が前記散乱体の高さに依存する成分を減算した位相から、地表の変動成分を抽出する高さ変動抽出処理部とを備えた画像処理装置。
2. 前記高さ判定処理部は、前記散乱体の高さに依存する位相成分を減算した位相を偏角とした複素数の平均値が最大となる前記散乱体高さを前記散乱体高さの推定値とする高さ推定部を備えたことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記高さ判定処理部は、前記高さ推定部が前記散乱体高さの推定値とした複素数の平均値の最大が閾値以上となる画素を、位相が安定した散乱体として抽出するＰＳ点抽出部を備えたことを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
4. 干渉位相処理部が、マスタ画像とスレーブ画像との対応する画素の位相差から、前記マスタ画像および前記スレーブ画像を撮像した各撮像装置の軌道差による軌道縞の位相を減算し、地表の形状による地形縞の位相を取得するステップと、
   高さ判定処理部が、前記マスタ画像および前記スレーブ画像において位相が安定した画素であって、同一高さ且つ変動が小さい散乱体の３点以上の画素において、前記干渉位相処理部が取得した地形縞の位相ごとに前記散乱体の高さを推定し、前記地形縞の位相から推定した前記散乱体の高さに依存する成分を減算するステップと、
   高さ変動抽出処理部が、前記散乱体の高さに依存する成分を減算した位相から、地表の変動成分を抽出するステップとを備えた画像処理方法。

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