JP3697433B2 - 目標識別装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、目標識別装置に係り、逆合成開口レーダ(ISAR:Inverse Synthetic Aperture Radar)画像に基づいて艦船などの目標を識別する目標識別装置の改良に関する。
【0002】
【従来技術】
レーダ画像に基づいて艦船などを識別する目標識別方法が従来から知られている。この様な目標識別方法としては、目標の特徴点の位置関係の比較による方法や、輝度分布のパターンを予め用意された辞書画像と比較する方法が一般的である。
【0003】
しかしながら、前者の場合には、識別目標としての艦船と、レーダ装置を搭載したプラットフォーム(例えば航空機)との相対的な位置関係を求めることができなければ特徴点の位置を求めることができず、位置の比率比較のみとなるため、識別精度が悪いという問題があった。
【0004】
また、後者の場合には、あらゆる観測状態に対応するには、レーダ画像の特徴として、膨大な数の辞書画像を予め用意する必要がある。また、収集されたレーダ画像について、これらの辞書画像それぞれとの相関演算を行う必要があり、計算機資源や処理時間の点で実用的でないという問題があった。
【0005】
この様な問題を解決するため、合成開口レーダ(Synthetic Aperture Radar:SAR)画像による目標識別装置では、MINACE(Minimum Noise And Correlation Energy)フィルタが用いられている。MINACEフィルタを用いた目標識別装置では、ある範囲の状態の辞書画像(すなわち複数の辞書画像)を1枚のフィルタに合成し、このフィルタに対する相関度を求めることができる。
【0006】
このため、辞書画像とのパターンマッチングを行う目標識別には、上記に記述したように膨大な計算コストを要するのに対し、MINACEフィルタによる目標識別の場合、フィルタに合成された範囲内であれば、相関演算を一回で済ませてしまうことができる。つまり、処理時間を短縮することができ、また、多数の辞書画像を記憶保持する必要もない。
【0007】
図6は、従来の目標識別装置の要部の一構成例を示したブロック図であり、SAR画像用のMINACEフィルタを用いて艦船を識別する艦船識別装置が示されている。図中の15は擬似SAR画像生成部、16は擬似SAR画像、17はMINACEフィルタ合成部、18はSAR画像用MINACEフィルタである。
【0008】
疑似SAR画像生成部15は、艦船の3Dモデルが予め与えられ、この3Dモデルから擬似SAR画像16を生成する擬似的なSAR画像の生成手段であり、指定された諸元データに基づいて観測状態ごとのSAR画像が生成される。MINACEフィルタ合成部17は、複数の疑似SAR画像17を合成してMINACEフィルタ18を生成するMINACEフィルタの生成手段である。相関演算部20は、レーダ装置(SAR)により収集されたSAR画像19と、合成されたMINACEフィルタ18との相関演算を行って、その相関度を算出する相関演算手段である。
【0009】
次に、図6の目標識別装置の動作について説明する。まず、疑似SAR画像生成部15では、以下の諸元を指定して、艦船3Dモデルから擬似SAR画像16を生成する。
▲1▼艦船名
▲2▼観測状態(アスペクト角、オフナディア角、レンジ、自機位置情報)
▲3▼レーダ諸元(分解能、合成開口時間、偏波、送信周波数、送信帯域幅)
▲4▼画素数(縦、横)
【0010】
上述した通り、MINACEフィルタ18は、ある範囲の画像を合成したものである。SAR画像の場合、MINACEフィルタ18の範囲を決定するパラメータはアスペクト角にあたるため、疑似SAR画像生成部15では、アスペクト角を異ならせて、複数の擬似SAR画像16を作成する。
【0011】
これらの疑似SAR画像16が、MINACEフィルタ18の原画像となる。MINACEフィルタ合成部17は、アスペクト角が指定された範囲に含まれるSAR画像16を合成して、MINACEフィルタ18を生成する。このようなMINACEフィルタ18が、アスペクト角の範囲ごとに生成され、また、艦船ごとに生成される。
【0012】
そして、相関演算部20が、レーダ装置により収集されたSAR画像と各MINACEフィルタとの相関演算を行って、各MINACEフィルタ18との相関度を計算する。この結果、最も高い相関度が得られたMINACEフィルタに対応する艦船であると識別することができる。
【0013】
SARは、広域なエリアを撮像するレーダであるという点でISARとは異なり、画像中に複数の目標が写されている場合には、目標識別だけでなく、目標検出の用途にも使用されている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
MINACEフィルタを用いた従来の目標識別装置は、以上のように構成され、MINACEフィルタの対象はSAR画像に限定されていた。この様なMINACEフィルタによる手法をISAR画像による目標識別装置へ適用するためには、以下の課題を解決する必要がある。
【0015】
(1) ISAR画像は目標の回転運動によって大きく変化する。この回転運動によるISAR画像の変化をどのようにMINACEフィルタに含めるかが課題となる。
【0016】
(2) MINACEフィルタの原画像を考えるとき、合成する範囲を決定するパラメータと画像との対応が容易でなければならない。回転運動による姿勢(回転運動成分と呼ぶ)は、本来、Roll,Pitch,Yawで表され、これらによると時間変動によって画像が急激に変化する。このため、回転運動成分と画像とをどのようにして対応させるかが課題となる。
【0017】
(3) 航空機(プラットフォーム)から艦船のレーダ画像を収集する場合、アスペクト角が不定となり、もしくは精度が劣悪となることが考えられる。ISAR画像の場合、アスペクト角変化によって艦船のレンジ方向の長さが変化してしまうため、アスペクトも不定としてMINACEフィルタを合成する必要がある。すなわち、ISAR画像のMINACEフィルタを考える場合、アスペクト角変化と艦船の回転運動成分変化を表すいくつかのパラメータをもってMINACEフィルタを合成する必要がある。このため、どのパラメータによりMINACEフィルタを合成するのかが課題となる。
【0018】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、ISAR画像用のMINACEフィルタを生成し、収集されたISAR画像のMINACEフィルタに対する相関度を求めて、艦船などの目標識別を行う目標識別装置を得ることを目的としている。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の本発明による目標識別装置は、疑似ISAR画像生成部、MINACEフィルタ合成部、MINACEフィルタ蓄積部及び相関演算部を備えて構成される。
【0020】
疑似ISAR画像生成部は、識別目標の3Dモデルに基づいて、識別目標の回転運動による姿勢変化をパラメータ化し、このパラメータを異ならせて複数の疑似ISAR画像を生成する。MINACEフィルタ合成部は、複数の疑似ISAR画像に基づいて、MINACEフィルタを生成する。MINACEフィルタ蓄積部は、生成されたMINACEフィルタを記憶する。相関演算部は、レーダ装置により収集されたISAR画像のMINACEフィルタに対する相関度を求め、目標識別を行う。
【0021】
この様な構成により、識別目標の回転運動による姿勢変化を考慮して、3DモデルからISAR画像用のMINACEフィルタを生成することができる。このため、収集された未知のISAR画像について、MINACEフィルタに対する相関度を求めれば、目標識別を行うことができる。
【0022】
請求項2に記載の本発明による目標識別装置は、上記疑似ISAR画像生成部が、回転運動による姿勢変化を示すパラメータとして、識別目標の主軸角、ドップラー幅及びドップラー方向の各パラメータを用い、これらのパラメータを異ならせて複数の疑似ISAR画像を生成するように構成される。
【0023】
このような構成により、回転運動成分を目標の主軸角、ドップラー幅及びドップラー方向の3つのパラメータで表し、目標の回転運動による姿勢変化をパラメータ化し、ISAR画像用のMINACEフィルタを生成することができる。すなわち、目標の回転運動成分をMINACEフィルタに適応したパラメータに置き換えて、ISAR画像に好適なMINACEフィルタを生成することができる。
【0024】
請求項3に記載の本発明による目標識別装置は、上記MINACEフィルタ合成部が、所定の歪み量を加えてMINACEフィルタを生成するように構成される。この様な構成により、収集されたISAR画像の微小変動にも対応することができる。
【0025】
請求項4に記載の本発明による目標識別装置は、上記MINACEフィルタ合成部が、上記パラメータについて複数の範囲を指定され、指定された範囲ごとにMINACEフィルタを生成するように構成される。この様な構成により、1つのMINACEフィルタに合成される原画像の数を絞り込むことにより、MINACEフィルタの精度を向上させることができる。
【0026】
請求項5に記載の本発明による目標識別装置は、収集されたISAR画像から上記パラメータを測定する画像測定部と、画像測定部で測定されたパラメータに基づいて、MINACEフィルタ蓄積部から相関演算の対象となるMINACEフィルタを抽出するMINACEフィルタ検索部を備え、上記相関演算部が、抽出されたMINACEフィルタとの相関度を求めるように構成される。
【0027】
この様な構成により、収集ISAR画像における目標の主軸角、ドップラー幅及びドップラー方向を測定し、相関演算の対象となるMINACEフィルタを絞り込むことができる。
【0028】
請求項6に記載の本発明による目標識別装置は、上記相関演算部が、収集されたISAR画像及びMINACEフィルタを相対的にシフトさせて複数回の相関演算を行い、求められた相関度の最大値を当該MINACEフィルタに対する相関度とするように構成される。このような構成により、収集ISAR画像の画像中心の位置が不明であっても、収集されたISAR画像のMINACEフィルタに対する相関度を求めることができる。
【0029】
請求項7に記載の本発明による目標識別装置は、識別済みの収集ISAR画像を記憶する収集画像蓄積部を備え、上記MINACEフィルタ合成部が、疑似ISAR画像及び収集ISAR画像に基づいてMINACEフィルタを生成するように構成される。疑似ISAR画像のみならず、収集ISAR画像を用いて、MINACEフィルタを合成することにより、MINACEフィルタの精度を向上させることができる。
【0030】
請求項8に記載の本発明による目標識別装置は、上記MINACEフィルタ合成部が、パラメータ条件が同一の疑似ISAR画像及び収集ISAR画像がある場合に、収集ISAR画像を優先して用いるように構成される。収集ISAR画像を優先して用いることにより、MINACEフィルタの精度を向上させるとともに、収集ISAR画像の不足を疑似ISAR画像で補うことができる。
【0031】
請求項9に記載の本発明による目標識別装置は、上記疑似ISAR画像生成部が、艦船の3Dモデルに基づいて、複数の疑似ISAR画像を生成し、上記MINACEフィルタ合成部が、各艦船ごとにMINACEフィルタを生成し、上記相関演算部が、相関度を比較して戦艦を識別するように構成される。このような構成により、ISAR画像による艦船識別をMINACEフィルタを用いて行うことができる。
【0032】
請求項10に記載の本発明による目標識別装置は、識別済み収集画像蓄積部、MINACEフィルタ合成部、MINACEフィルタ蓄積部及び相関演算部を備えて構成される。
【0033】
識別済み収集画像蓄積部は、レーダ装置により収集された識別済みのISAR画像を目標の回転運動による姿勢変化を示すパラメータとともに記憶する。MINACEフィルタ合成部は、識別済みの収集ISAR画像に基づいて、MINACEフィルタを生成する。MINACEフィルタ蓄積部は、生成されたMINACEフィルタを記憶する。相関演算部は、レーダ装置により収集された未知のISAR画像について、MINACEフィルタに対する相関度を求め、目標識別を行う。
【0034】
この様な構成により、識別目標の回転運動による姿勢変化を考慮して、識別済みのISAR画像からISAR画像用のMINACEフィルタを生成することができる。このため、収集された未知のISAR画像について、MINACEフィルタに対する相関度を求めれば、目標識別を行うことができる。
【0035】
請求項11に記載の本発明による目標識別装置は、上記パラメータとして、識別目標の主軸角、ドップラー幅及びドップラー方向の各パラメータを用いている。このような構成により、目標の回転運動による姿勢変化をパラメータ化し、目標の回転運動成分をMINACEフィルタに適応したパラメータに置き換え、ISAR画像に最適化されたMINACEフィルタを生成することができる。
【0036】
請求項12に記載の本発明による目標識別装置は、レーダ装置により収集された未知のISAR画像から上記パラメータを測定する画像測定部と、画像測定部で測定されたパラメータに基づいて、MINACEフィルタ蓄積部から相関演算の対象となるMINACEフィルタを抽出するMINACEフィルタ検索部を備え、上記相関演算部が、抽出されたMINACEフィルタとの相関度を求め、目標識別を行い、上記識別済み画像蓄積部が、識別済みの収集ISAR画像を記憶するように構成される。この様な構成により、識別済みの収集ISAR画像を目標の回転運動による姿勢変化を示すパラメータとともに格納し、MINACEフィルタを学習させることができる。
【0037】
請求項13に記載の本発明による目標識別装置は、上記識別済み収集画像蓄積部が、艦船の収集ISAR画像を記憶し、上記MINACEフィルタ合成部が、艦船ごとのMINACEフィルタを生成し、上記相関演算部が、相関度を比較して艦船を識別するように構成される。このような構成により、ISAR画像による艦船識別をMINACEフィルタを用いて行うことができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1による目標識別装置の要部の一構成例を示した図であり、ISAR画像用のMINACEフィルタを用いて、艦船を識別する艦船識別装置が示されている。図中の1は3Dモデル蓄積部、2は疑似ISAR画像生成部、3は疑似ISAR画像蓄積部、4は疑似ISAR画像検索部、5はMINACEフィルタ合成部、6はMINACEフィルタ蓄積部、7は収集ISAR画像、8は画像表示部、9は画像測定部、10は画像処理部、11はMINACEフィルタ検索部、12は相関演算部、13は識別済み収集画像蓄積部である。
【0039】
3Dモデル蓄積部1は、艦船の3次元CADモデルを記憶保持する記憶手段であり、識別対象となる艦船ごとに3Dモデルが予め格納されている。疑似ISAR画像生成部2は、3Dモデル蓄積部1の3Dモデルから、2次元のISAR画像を生成する。この様にして生成されたISAR画像を疑似ISAR画像を呼ぶ。疑似ISAR画像生成部2での画像生成は、予め指定され、あるいはオペレータによって指定された観測状態、レーダ諸元、画素数及び回転運動成分などのパラメータに基づいて行われる。
【0040】
ここで、ISAR画像上での艦船目標の回転運動成分は、艦首と艦尾を結んだ軸(主軸)の傾き(主軸角)θとドップラー軸上での幅Wで表すことができる。回転運動成分のパラメータとして、主軸角θとドップラー幅Wを指定した場合の疑似ISAR画像の生成方法について以下に説明する。
【0041】
主軸角θを指定したとき、クロスレンジベクトルLは一つの変数sを用いて次式で表される。
【数1】
【0042】
式(1)中のベクトルisはレンジベクトルirと鉛直方向ベクトルに垂直な単位ベクトル、ベクトルitはベクトルisとレンジベクトルirに垂直な単位ベクトルである。また、目標の進行方向を表すベクトルをivとすれば、式(1)中のC1〜C3は次式で表される。
【数2】
【0043】
ドップラー幅Wとドップラー方向(艦橋の上下の向き)を指定すると、変数sは次式を解くことによって求めることができる。
【数3】
【0044】
ここでrpは第p反射点である。式(2)をもっともよく満たす解をSeとすると、第p反射点のレンジ軸の座標Rp、クロスレンジ軸の座標Fpは以下のようになる。
【数4】
【0045】
式(3),(4)に従って、各反射点を2次元平面に投影し、レーダ応答を畳み込むことにより疑似ISAR画像を得ることができる。この様にして、疑似ISAR画像生成部2は、指定された以下のパラメータ▲5▼〜▲9▼に基づいて、擬似ISAR画像を生成する。
▲5▼艦船名
▲6▼観測状態(アスペクト角、オフナディア角、レンジ、自機位置情報)
▲7▼レーダ諸元(分解能、合成開口時間、偏波、送信周波数、送信帯域幅)
▲8▼画素数(縦、横)
▲9▼回転運動成分(主軸角、ドップラー幅、艦橋の上下)
【0046】
疑似ISAR画像蓄積部3は、多数の疑似ISAR画像を記憶保持する記憶手段であり、疑似ISAR画像生成部2により生成された疑似ISAR画像が、上記パラメータとともに疑似ISAR画像蓄積部3に格納される。
【0047】
疑似ISAR画像検索部4は、疑似ISAR画像蓄積部3に格納された疑似ISAR画像から、MINACEフィルタの生成に用いられる疑似ISAR画像を検索して抽出する。この検索は、予め指定され、あるいはオペレータによって指定されたパラメータに基づいて行われる。ここでは、次のパラメータに基づいて検索を行うものとする。
【0048】
▲1▼艦船名
▲2▼レーダ諸元
▲3▼レンジ
▲4▼アスペクト角範囲と刻み幅
▲5▼オフナディア角範囲と刻み幅
▲6▼主軸角範囲と刻み幅
▲7▼ドップラー幅範囲と刻み幅
▲8▼艦橋の上下向き(上下ともに含める場合もある)
▲9▼画素
【0049】
MINACEフィルタ合成部5は、抽出された疑似ISAR画像を合成し、適度な歪み量を加えてMINACEフィルタを生成する。MINACEフィルタは、合成される画像があまりにも多くなるとその精度が劣化する。このため、ある艦船に対する全てのISAR画像を合成するのではなく、アスペクト角、主軸角、ドップラー幅などの上記パラメータについて適度な範囲を設定し、この範囲におけるISAR画像を合成する必要がある。これらのパラメータ範囲は、予め指定され、あるいはオペレータによって指定される。
【0050】
上記▲1▼〜▲9▼のパラメータの場合、▲1▼〜▲3▼及び▲9▼は、MINACEフィルタ1枚ごとに一意に決まるパラメータであり、▲4▼〜▲8▼のパラメータについて範囲が指定され、パラメータ条件が当該範囲に含まれている疑似ISAR画像のみを合成して、MINACEフィルタが生成される。この様にして、同じ艦船について、パラメータ範囲の異なる複数のMINACEフィルタが生成される。
【0051】
歪み量とはMINACEフィルタ特有のパラメータであり、これを加えることにより画像の微小変動にも対応できるようになる。特にレーダ画像の場合、観測状態の微小な変化により反射値が大きく変動するが、この歪み量を加えることにより、その変化にも対応できることになる。また、ISAR画像の場合、SARとは違い観測状態だけでなく、目標の回転運動成分による画像の微小変動が考えられるが、MINACEフィルタの歪み量を加えることによりその影響にも対応できるようになる。
【0052】
MINACEフィルタ蓄積部6は、MINACEフィルタを記憶保持する記憶手段であり、MINACEフィルタ合成部5により合成されたMINACEフィルタがMINACEフィルタ蓄積部6に格納される。
【0053】
疑似ISAR画像を生成し、これらを合成してMINACEフィルタを生成する上記処理は、3Dモデル蓄積部1に3Dモデルが保存されている各艦船ごとに、またパラメータ範囲ごとに行われる。この様にして求められた各MINACEフィルタが、MINACEフィルタ蓄積部6に記憶されている。
【0054】
次に相関演算の動作について説明する。まず、ISAR装置(不図示)によりISAR画像7が収集される。収集されたISAR画像7は画像表示部8にて表示され、画像測定部9により、主軸角、ドップラー幅W及び艦橋の上下向きが測定される。図2は、図1の収集ISAR画像7の主軸角θ、ドップラー幅Wの測定例を示した図である。
【0055】
画像処理部10は、収集されたISAR画像7の輝度変換、平滑化及び画像拡大を行う。輝度変換は、レーダ画像特有のヒストグラムの偏りを除去するために行われる。平滑化はノイズを除去するために行われる。また、画像拡大は相関演算時にISAR画像の中心とMINACEフィルタの中心とを自動的に一致させるために、ゼロ埋めにより画像の周囲を拡大してISAR画像をMINACEフィルタよりも大きくする処理である。
【0056】
MINACEフィルタ検索部11は、MINACEフィルタ蓄積部6に格納されたMINACEフィルタから、相関演算の対象となるMINACEフィルタを検索して抽出する。この検索は、画像測定部9により測定された主軸角、ドップラー幅及び艦橋の上下、並びに、その他のレーダ諸元、観測状態、画素数などの条件により検索される。従って、全ての艦船について、上記条件に一致するMINACEフィルタが抽出される。
【0057】
相関演算部12は、各艦船について、収集ISAR画像とMINACEフィルタとの相関度(照合度)を計算する。すなわち、画像処理部10で画像処理されたISAR画像と、MINACEフィルタ検索部11により絞り込まれたMINACEフィルタとの相関演算を行って相関度を求める。
【0058】
収集ISAR画像とMINACEフィルタとの相関度は次式の相関演算から求まる。
【数5】
【0059】
ここで、Cは相関度であり、Xは収集画像、YはMINACEフィルタ、EXはXのエネルギーである。また、*は畳み込み演算を表し、FFTを利用することにより高速に計算する。τx、τyは相互相関座標であり、相関度Cは相互相関座標の原点における値をとる。
【0060】
図3は、MINACEフィルタと、収集ISAR画像とを照合する際の様子を示した概念図である。相関演算部12における相関演算は、拡大された収集画像に対してMINACEフィルタを上下左右にシフトさせながら、それぞれの位置について式(5)の演算を行って相関度を求め、その最大値をその収集ISAR画像での相関度とする。
【0061】
収集されたISAR画像は、画像中心の位置が未知であり、中心の位置をオペレータが推測することも困難である。このため、相対的にシフトさせながら相関演算を行う上記手法を用いることにより、収集ISAR画像の中心を相関演算前に確定する必要がなくなる。このことは目標識別にMINACEフィルタを用いることの利点の一つでもある。
【0062】
この様にして、各艦船ごとにMINACEフィルタとの相関度が求められる。これらの相関度を比較することにより、最終的な目標識別が行われる。すなわち、収集されたISAR画像が、いずれの艦船であるのかが識別される。
【0063】
識別済み画像蓄積部13は、識別済みのISAR画像を記憶保持する記憶部であり、相関演算部12により識別が行われた収集ISAR画像が、画像測定部9による測定結果、相関演算部12による識別結果、レーダ諸元などのパラメータとともに格納される。
【0064】
本実施の形態によれば、ISAR画像用のMINACEフィルタを予め求めて、収集されたISAR画像をMINACEフィルタと照合して目標識別を行っている。このため、ISAR画像による目標識別を行うのに必要な辞書画像の記憶容量と、計算コストを削減することができる。
【0065】
また、本実施の形態では、ISAR画像上での目標の回転運動成分を目標の主軸角、ドップラー幅及びドップラー方向からなる3つのパラメータにより表し、当該パラメータに基づいて3Dモデルから疑似ISAR画像を生成し、当該パラメータの所定範囲ごとに疑似ISAR画像を合成してMINACEフィルタを生成している。すなわち、回転運動成分をもつISAR画像に対し、MINACEフィルタを生成する際、上記パラメータを用いて分類、区分けされた複数のMINACEフィルタを生成する。このため、ISAR画像による目標識別を高速に行うことができる。
【0066】
また、本実施の形態では、収集されたISAR画像から目標の主軸角、ドップラー幅及びドップラー方向のパラメータを測定し、測定されたパラメータに基づきMINACEフィルタを検索し抽出している。このため、回転運動成分を考慮して、収集されたISAR画像に応じたMINACEフィルタを用いて相関演算を行っている。このため、ISAR画像による目標識別を高速に行うことができる。
【0067】
実施の形態2.
実施の形態1では、3Dモデルに基づいて生成された疑似ISAR画像のみからMINACEフィルタを合成する場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、3Dモデルによる疑似ISAR画像とともに、レーダ装置により収集されたISAR画像を用いて、MINACEフィルタを合成する場合について説明する。
【0068】
図4は、本発明の実施の形態2による目標識別装置の要部の一構成例を示した図であり、ISAR画像用のMINACEフィルタを用いて、艦船を識別する艦船識別装置が示されている。図中の14は収集画像検索部、5AはMINACEフィルタ合成部である。なお、図1に示されたブロックに相当するブロックについては、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【0069】
収集画像検索部14は、識別済み収集画像蓄積部13に格納された識別済みの収集ISAR画像から、MINACEフィルタの生成に用いられるISAR画像を検索して抽出する。この検索は、指定された範囲のアスペクト、主軸角、ドップラー幅により行われる。
【0070】
同じパラメータについて、同時に疑似ISAR画像検索部4及び収集画像検索部14が検索を行い、抽出されたISAR画像をMINACEフィルタ合成部5Aが合成してMINACEフィルタを生成する。このとき、同じパラメータで擬似ISAR画像と収集ISAR画像がある場合、収集ISAR画像が優先され、擬似ISAR画像はMINACEフィルタの合成に用いられない。
【0071】
MINACEフィルタに収集ISAR画像を加えることにより、3Dモデルに基づく疑似ISAR画像生成では模擬することが難しいレーダ画像の結像の程度や局所的な構造物の影響などのISAR画像の質感をそのままMINACEフィルタに含めることができ、MINACEフィルタの精度を向上させることができる。
【0072】
本実施の形態によれば、3Dモデルから生成された疑似ISAR画像と、収集されたISAR画像とを合成して、MINACEフィルタを生成している。このため、MINACEフィルタの精度を向上させ、識別精度を向上させることができる。
【0073】
特に、同じパラメータについて、疑似ISAR画像及び収集ISAR画像がある場合に、疑似ISAR画像よりも収集ISAR画像を優先して合成することにより、MINACEフィルタの精度を向上させることができる。
【0074】
また、ISAR画像の収集及び識別を繰り返し行うことによって、収集ISAR画像が増大するため、より精度の高いMINACEフィルタを合成することができる。つまり、MINACEフィルタの学習機能を実現することができる。
【0075】
実施の形態3.
実施の形態2では、3Dモデルによる疑似ISAR画像とともに、レーダ装置により収集されたISAR画像を用いて、MINACEフィルタを合成する場合の例について説明したが、本実施の形態では、レーダ装置により収集されたISAR画像のみに基づいて、MINACEフィルタを合成する場合について説明する。
【0076】
図5は、本発明の実施の形態3による目標識別装置の要部の一構成例を示した図であり、ISAR画像用のMINACEフィルタを用いて、艦船を識別する艦船識別装置が示されている。図中の5BはMINACEフィルタ合成部である。なお、図4に示されたブロックに相当するブロックについては、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【0077】
この目標識別装置は、図4の目標識別装置(実施の形態2)と比較すれば、3Dモデル蓄積部1、疑似ISAR画像生成部2、疑似ISAR画像蓄積部3及び疑似ISAR画像検索部4を備えず、MINACEフィルタ合成部5Aに代えて、MINACEフィルタ合成部5Bを備える点で異なる。
【0078】
MINACEフィルタ合成部5Bは、識別済み収集画像蓄積部13から、収集画像検索部14が抽出した収集ISAR画像を合成してMINACEフィルタを生成し、MINACEフィルタ蓄積部6に格納する。識別済み収集画像蓄積部13に多数のISAR画像が蓄積されている場合には、MINACEフィルタの原画像を全て収集されたISAR画像とすることができる。
【0079】
本実施の形態によれば、理想的なMINACEフィルタを合成することができ、MINACEフィルタの精度を大幅に向上させることができる。
【0080】
なお、観測状態が劣悪でアスペクト角の精度が劣悪な場合、実施の形態1において識別が完了した画像からアスペクト角が算出できるため、その値を用いてISAR画像から目標を構成する各特徴物の長さが測定可能となり、正確な長さ測定による高精度な目標識別を行うことができる。
【0081】
また、アスペクト角が精度よく測定できるプラットフォームにおいては、主軸角は指定せずにドップラー幅のみをパラメータとして数枚の疑似ISAR画像を生成し、MINACEフィルタに合成することもできる。結果としてMINACEフィルタに合成される疑似ISAR画像の数を大きく削減することができるため、より高精度なMINACEフィルタを合成することができる。
【0082】
また、艦船だけでなく、複雑な地形を移動するトラックや戦車などの車両のISAR画像の識別にも適応できる。
【0083】
また、実施の形態2及び3において、収集画像と疑似ISAR画像の誤差について述べたが、この誤差を収集画像と同じパラメータで作成した疑似ISAR画像と比較し、逆フィルタなどの画像処理フィルタを用いてフィードバックすることにより、疑似ISAR画像生成部の精度を収集装置の精度に合わせこむことができる。この結果、他目標の場合にも高精度な疑似ISAR画像を生成することができ、実施の形態1及び2におけるMINACEフィルタの精度を向上させることができる。
【0084】
【発明の効果】
本発明によれば、識別目標の回転運動による姿勢変化をパラメータとして、識別目標の3Dモデルから疑似ISAR画像を生成し、MINACEフィルタを合成している。このため、MINACEフィルタを用いて、ISAR画像による目標識別を高速に行うことができる。また、高精度に行うことができる。
【0085】
また、本発明によれば、疑似ISAR画像生成部が、目標の主軸角、ドップラー幅及びドップラー方向をパラメータとして、疑似ISAR画像を生成している。このため、目標の様々な回転運動を考慮し、ISAR画像に好適なMINACEフィルタを生成することができる。
【0086】
また、本発明によれば、パラメータの所定範囲ごとにMINACEフィルタを生成している。このため、1つのMINACEフィルタに合成されるISAR画像数を減少させ、MINACEフィルタの精度を向上させることができる。
【0087】
また、本発明によれば、収集ISAR画像のパラメータを測定し、測定されたパラメータに基づいてMINACEフィルタを絞り込み、相関演算を行っているため、MINACEフィルタを用いた目標識別を高速に行うことができる。
【0088】
また、本発明によれば、疑似ISAR画像及び収集ISAR画像からMINACEフィルタを合成し、レーダ装置において収集されたISAR画像のMINACEフィルタに対する相関度を求めている。このため、ISAR画像による目標識別を高精度に行うことができる。
【0089】
また、本発明によれば、収集ISAR画像からMINACEフィルタを合成し、レーダ装置において収集されたISAR画像のMINACEフィルタに対する相関度を求めている。このため、ISAR画像による目標識別を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1による目標識別装置の要部の一構成例を示した図であり、ISAR画像用のMINACEフィルタを用いた艦船識別装置が示されている。
【図2】 図1の収集ISAR画像7の主軸角θ、ドップラー幅Wの測定例を示した図である。
【図3】 MINACEフィルタと、収集ISAR画像とを照合する際の様子を示した概念図である。
【図4】 本発明の実施の形態2による目標識別装置の要部の一構成例を示した図であり、ISAR画像用のMINACEフィルタを用いた艦船識別装置が示されている。
【図5】 本発明の実施の形態3による目標識別装置の要部の一構成例を示した図であり、ISAR画像用のMINACEフィルタを用いた艦船識別装置が示されている。
【図6】 従来の目標識別装置の要部の一構成例を示したブロック図である。
【符号の説明】
1 3Dモデル蓄積部、2 疑似ISAR画像生成部、
3 擬似ISAR画像蓄積部、4 擬似ISAR画像検索部、
5,5A,5B MINACEフィルタ合成部、
6 MINACEフィルタ蓄積部、7 収集画像、8 画像表示部、
9 画像測定部、10 画像処理部、11 MINACEフィルタ蓄積部、
12 相関演算部、13 識別済み収集画像蓄積部、14 収集画像検索部、
15 疑似SAR画像生成部、16 疑似SAR画像、
17 SAR用MINACEフィルタ合成部、
18 SAR用MINACEフィルタ、19 収集SAR画像、
20 SAR用相関演算部
Claims (13)
- 識別目標の3Dモデルに基づいて、識別目標の回転運動による姿勢変化をパラメータ化し、このパラメータを異ならせて複数の疑似ISAR画像を生成する疑似ISAR画像生成部と、
複数の疑似ISAR画像に基づいて、MINACEフィルタを生成するMINACEフィルタ合成部と、
生成されたMINACEフィルタを記憶するMINACEフィルタ蓄積部と、レーダ装置により収集されたISAR画像のMINACEフィルタに対する相関度を求め、目標識別を行う相関演算部とを備えたことを特徴とする目標識別装置。 - 上記疑似ISAR画像生成部が、回転運動による姿勢変化を示すパラメータとして、識別目標の主軸角、ドップラー幅及びドップラー方向の各パラメータを用いることを特徴とする請求項1に記載の目標識別装置。
- 上記MINACEフィルタ合成部が、所定の歪み量を加えてMINACEフィルタを生成することを特徴とする請求項1に記載の目標識別装置。
- 上記MINACEフィルタ合成部が、上記パラメータについて複数の範囲を指定され、指定された範囲ごとにMINACEフィルタを生成することを特徴とする請求項1又は2に記載の目標識別装置。
- 収集されたISAR画像から上記パラメータを測定する画像測定部と、
画像測定部で測定されたパラメータに基づいて、MINACEフィルタ蓄積部から相関演算の対象となるMINACEフィルタを抽出するMINACEフィルタ検索部を備え、
上記相関演算部が、抽出されたMINACEフィルタとの相関度を求めることを特徴とする請求項4に記載の目標識別装置。 - 上記相関演算部が、収集されたISAR画像及びMINACEフィルタを相対的にシフトさせて複数回の相関演算を行い、求められた相関度の最大値を当該MINACEフィルタに対する相関度とすることを特徴とする請求項1に記載の目標識別装置。
- 識別済みの収集ISAR画像を記憶する収集画像蓄積部を備え、
上記MINACEフィルタ合成部が、疑似ISAR画像及び収集ISAR画像に基づいてMINACEフィルタを生成することを特徴とする請求項1に記載の目標識別装置。 - 上記MINACEフィルタ合成部は、パラメータ条件が同一の疑似ISAR画像及び収集ISAR画像がある場合に、収集ISAR画像を優先して用いることを特徴とする請求項7に記載の目標識別装置。
- 上記疑似ISAR画像生成部が、艦船の3Dモデルに基づいて、複数の疑似ISAR画像を生成し、
上記MINACEフィルタ合成部が、各艦船ごとにMINACEフィルタを生成し、
上記相関演算部が、相関度を比較して戦艦を識別することを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の目標識別装置。 - レーダ装置により収集された識別済みのISAR画像を目標の回転運動による姿勢変化を示すパラメータとともに記憶する識別済み収集画像蓄積部と、
識別済みの収集ISAR画像に基づいて、MINACEフィルタを生成するMINACEフィルタ合成部と、
生成されたMINACEフィルタを記憶するMINACEフィルタ蓄積部と、レーダ装置により収集された未知のISAR画像について、MINACEフィルタに対する相関度を求め、目標識別を行う相関演算部とを備えたことを特徴とする目標識別装置。 - 上記パラメータとして、識別目標の主軸角、ドップラー幅及びドップラー方向の各パラメータを用いることを特徴とする請求項10に記載の目標識別装置。
- レーダ装置により収集された未知のISAR画像から上記パラメータを測定する画像測定部と、
画像測定部で測定されたパラメータに基づいて、MINACEフィルタ蓄積部から相関演算の対象となるMINACEフィルタを抽出するMINACEフィルタ検索部を備え、
上記相関演算部が、抽出されたMINACEフィルタとの相関度を求め、目標識別を行い、
上記識別済み画像蓄積部に、相関演算部により識別された収集ISAR画像を測定されたパラメータともに格納することを特徴とする請求項10又は11に記載の目標識別装置。 - 上記識別済み収集画像蓄積部が、艦船の収集ISAR画像を記憶し、
上記MINACEフィルタ合成部が、艦船ごとのMINACEフィルタを生成し、
上記相関演算部が、相関度を比較して艦船を識別することを特徴とする請求項10、11又は12に記載の目標識別装置。
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