JP4443320B2

JP4443320B2 - レーダ画像処理装置

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Publication number: JP4443320B2
Application number: JP2004182499A
Authority: JP
Inventors: 正芳土田; 健志堀内; 雅史岩本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2024-06-21
Also published as: JP2006003302A

Description

この発明はレーダ画像から観測対象の時間的変化を検出するレーダ画像処理装置に関するものである。

従来のレーダ画像処理装置は、レーダ装置により異なる時刻に取得された２枚のレーダ画像間の相関を示すコヒーレンス値を算出し、このコヒーレンス値が２枚のレーダ画像が完全に一致する場合には１となり、２枚のレーダ画像間の差異が大きくなるとともに０に近づくことを利用して、コヒーレンス値の大小に基づく閾値処理によって、２枚のレーダ画像間の差異、つまり２枚のレーダ画像が取得された異なる時刻の間（以下、レーダ画像取得間経過時間、と記す。）に生じた観測対象の時間的変化の検出を行っていた（例えば、非特許文献１参照。）。例えば、観測対象が地表面であれば、地表面を通過した車両の轍や、火災や爆発の跡などの、地表面変化が検出できる。

異なる時刻に取得された２枚のレーダ画像から算出したコヒーレンス値は、レーダ画像取得間経過時間に生じた観測対象の時間的変化に依存して定まるが、各レーダ画像を取得する際のレーダ装置のアンテナと観測対象の位置関係（以下、幾何、と記す。）の違いや、レーダ装置の信号対雑音比の変動による影響も受ける（例えば、非特許文献２参照。）。このため、非特許文献２に記載された地表面の測高を目的としたレーダ画像処理装置においては、例えばレーダ画像を取得する際の幾何の違いやレーダ装置の信号対雑音比の変動がコヒーレンス値に及ぼす影響を評価し、その結果を利用してコヒーレンス値を補正するようにしている。

Charles V. Jakowatz, Jr., Daniel E. Wahl, Paul H. Eichel, Dennis C. Ghiglia, Paul A. Thompson著、「Spotlight-mode: synthetic aperture radar: a signal processing approach」、Kluwer academic出版、1996年、p.330-340

H. A.Zebker, J. Villasenor,"Decorrelation in interferometric radar echoes", IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing, 1992, vol.30, no.5, p.950-959

従来のレーダ画像処理装置は、コヒーレンス値を算出する観測対象の範囲（以下、算出範囲、と記す。）の一部で時間的変化を生じる場合（以下、この時間的変化を生じる範囲を、変化範囲、と記す。）、つまり変化範囲が算出範囲よりも小さい場合には、算出範囲における変化範囲以外の範囲、つまり時間的変化を生じていない範囲（以下、不変範囲、と記す。）については、コヒーレンス値は１となり、算出範囲全体から算出されるコヒーレンス値の１からの低下量は、算出範囲全体が変化範囲である場合の当該低下量に比べて小さくなることを考慮していない。このため、算出範囲全体に占める変化範囲の比率が小さくなるにつれて、算出範囲全体から算出されるコヒーレンス値の１からの低下量は小さくなり、観測対象の時間的変化の検出が困難になるという問題点があった。

また、従来のレーダ画像処理装置は、２枚のレーダ画像を取得する際の幾何の違いがコヒーレンス値に及ぼす影響を、２枚のレーダ画像取得時のそれぞれにおけるレーダ装置のアンテナの位置を結ぶベクトル（以下、このベクトルを基線ベクトル、基線ベクトルの長さを基線長、とそれぞれ記す。）が水平方向成分のみを有する、つまり鉛直方向に傾斜していないという仮定のもとに評価している。しかし、実際に２枚のレーダ画像を取得する際のそのぞれにおけるレーダ装置のアンテナの鉛直方向の位置が互いに同一となることは少なく、従って、基線ベクトルは鉛直方向に傾きを持つことが一般的である。このため、基線ベクトルが鉛直方向に傾斜していないという仮定のもとでは、２枚のレーダ画像を取得する際の幾何の違いがコヒーレンス値に及ぼす影響の評価に大きな誤差が生じるという問題点があった。

さらに、従来のレーダ画像処理装置は、レーダ装置の信号対雑音比の変動がコヒーレンス値に及ぼす影響を、信号対雑音比がレーダ画像全面において一定の値であるという仮定のもとに評価している。しかし、実際のレーダ装置における信号対雑音比はレーダ画像内で局所的に変化するため、レーダ装置の信号対雑音比の変動がコヒーレンス値に及ぼす影響の評価に大きな誤差が生じるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、算出範囲と変化範囲の面積比、２つのレーダ画像を取得する際の幾何の違い、及びレーダ装置の信号対雑音比の変動がそれぞれコヒーレンス値に及ぼす影響を評価し、コヒーレンス値、あるいは観測対象の時間的変化を閾値処理によって検出するためのコヒーレンス値の閾値（以下、この閾値を、基準閾値、と記す。）を補正することで、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させることを目的とする。

この発明に係るレーダ画像処理装置は、異なる時刻にレーダ装置により取得された観測対象の２つのレーダ画像の観測対象の所定範囲に対応するそれぞれの部分画像間の相関値を算出する相関値算出部、所定範囲の中で異なる時刻の間に時間的変化を生ずる範囲の面積である変化面積を予測して、所定範囲の面積及び予測された変化面積に応じて相関値を補正する変化面積補正部、及び変化面積補正部により補正された相関値をもとに所定範囲における異なる時刻の間に生じた観測対象の時間的変化を検出する変化検出部を備えたものである。

この発明によれば、コヒーレンス値を算出する範囲と観測対象の時間的変化を生ずる範囲の面積比がコヒーレンス値に及ぼす影響を評価して、コヒーレンス値を補正するようにしたので、観測対象の時間的変化の検出精度が高いレーダ画像処理装置を得ることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ画像処理装置の構成を示すブロック図である。図１において、レーダ画像格納部１０は、レーダ装置（図示せず）により異なる時刻に取得された観測対象（図示せず）の複数のレーダ画像を格納する。レーダ画像位置合わせ部１２は、レーダ画像格納部１０から２枚のレーダ画像を入力し、これらの位置合わせを行なう。

コヒーレンス値算出部１４は、レーダ画像位置合わせ部１２で位置合わせが行なわれた２枚のレーダ画像を入力し、これらの間の相関を示す相関値であるコヒーレンス値を算出する。レーダ画像位置合わせ部１２及びコヒーレンス値算出部１４が相関値算出部１５を構成する。コヒーレンス値補正部１６は、局所的信号対雑音比算出部１８と信号対雑音比補正量算出部２０から成る信号対雑音比補正部２２と、基線長補正量算出部２４と基線長補正較正部２６から成る基線長補正部２８と、方位角補正量算出部３０と方位角補正較正部３２から成る方位角補正部３４と、変化面積比補正量算出部３６と変化面積比較正部３８から成る変化面積補正部４０で構成され、コヒーレンス値算出部１４の出力であるコヒーレンス値に対して補正を加える。変化検出部４２は、基準閾値を格納する閾値格納部４４から閾値を入力し、この閾値とコヒーレンス値補正部１６から入力された補正後のコヒーレンス値とを比較して、観測対象の時間的変化を検出し、その結果を出力結果格納部４６に格納する。

次に動作について説明する。図２は、この実施の形態１によるレーダ画像処理装置の処理を示すフローチャートである。まずステップＳＴ１０において、レーダ画像位置合わせ部１２が、レーダ画像格納部１０から入力された２枚のレーダ画像間の位置合わせを行なう。位置合わせは、例えば２枚のレーダ画像から複数の特徴点をそれぞれ抽出して、これらの特徴点を対応付けすることによって行なう。この位置合わせの結果、それぞれのレーダ画像中の位置Ｐ(m,n)の画素は、観測対象の同一位置を指すようになる。

ステップＳＴ１１において、ステップＳＴ１０で位置合わせが行なわれた２枚のレーダ画像を、コヒーレンス値算出部１４に入力する。コヒーレンス値算出部１４は、レーダ画像中の各画素の位置Ｐ(m,n)において、２枚のレーダ画像からコヒーレンス値を算出する。この位置Ｐ(m,n)におけるコヒーレンス値ρ(m,n)は式(１)で表されるものである。

ここで、s_1,kは２枚のレーダ画像のうち一方のレーダ画像において位置Ｐ(m,n)を中心としたＮ個の画素が持つ複素データ値、s_2,kは他方のレーダ画像おいて位置Ｐ(m,n)を中心としたＮ個の画素が持つ複素データ値、*はこれらの複素データ値の複素共役を示す。個数Ｎによって、位置Ｐ(m,n)を中心としたコヒーレンス値ρ(m,n)を算出する範囲（以下、Ｎ画素範囲、と記す。）が特定され、さらにこれに対応する観測対象の範囲である前記算出範囲が特定される。このＮ画素範囲に対応する算出範囲が、観測対象の所定範囲に相当する。

２枚のレーダ画像が完全に一致する場合には、式（１）によりコヒーレンス値ρ(m,n)は１となる。観測対象が地表面のようにその位置が変化しない場合には、２枚のレーダ画像を取得する際のそれぞれにおけるレーダ装置のアンテナの位置及び電波伝搬条件等のレーダ画像取得条件がほぼ同一であり、観測対象に時間的変化がない場合には、コヒーレンス値ρ(m,n)は１に近い値をとる。Ｎ画素範囲に対応する算出範囲を含むより広い範囲において観測対象に時間的変化が生じる場合、つまりＮ画素範囲に対応する算出範囲の全面で観測対象に時間的変化が生じる場合には、コヒーレンス値ρ(m,n)は０に近い値をとる。

ステップＳＴ１２において、ステップＳＴ１１で算出したコヒーレンス値ρ(m,n)を、コヒーレンス値補正部１６に入力する。

ステップＳＴ１３において、局所的信号対雑音比算出部１８が、レーダ画像中の各画素の位置Ｐ(m,n)において、Ｎ画素範囲内のレーダ信号の受信パワーの平均値を求めて、この平均値を信号と雑音の和のパワーSNP(m,n)とする。そして、この値と受信機雑音パワーPnから、式(２)により局所的な信号対雑音比SNR(m,n)を算出する。

SNR(m,n)=10^{log(SNP(m,n)/Pn)}−1 （2）
ここで、logは常用対数を表す。受信機雑音パワーPnは、例えば、地球観測データ利用ハンドブック-JERS-1編-、リモートセンシング技術センタ、平成６年、p.129-130に記載されているように、レーダ信号の主要帯域外のデータから算出することができる。

ステップＳＴ１４において、信号対雑音比補正量算出部２０が、２枚のレーダ画像を取得する際のそれぞれの信号対雑音比に応じて補正量ρ_thermal(m,n)を、例えば式（３）で算出する。

ここで、SNR₁(m,n)は、２枚のレーダ画像のうち一方のレーダ画像における位置Ｐ(m,n)での信号対雑音比を示し、SNR_２(m,n)は他方のレーダ画像における位置Ｐ(m,n)での信号対雑音比を示す。ここでは、信号対雑音比に対する補正量を式（３）によって求めたが、信号対雑音比によるコヒーレンス値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。

ステップＳＴ１５において、信号対雑音比補正部２２が、式（４）を用いて、コヒーレンス値ρ(m,n)を補正する。

ρ_correct(m,n)=ρ(m,n)/ρ_thermal(m,n) （4）
ここでは、式（４）を用いて補正を行なったが、信号対雑音比によるコヒーレンス値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。

ステップＳＴ１６において、基線長補正量算出部２４が、２枚のレーダ画像の幾何の違いによるコヒーレンス値への影響を評価する。この幾何の違いを、図３を用いて説明する。図３において、レーダ搭載機５０は、ある時刻において観測対象の一定の範囲であるレーダ画像取得範囲５２のレーダ画像を取得するレーダ装置（図示せず）を搭載している。このレーダ搭載機５０は、航空機、人工衛星、車両等であって、レーダ画像取得範囲５２のレーダ画像を撮影するレーダ装置を搭載したものであればよい。また、地上設置型レーダ装置のように、位置が固定されたレーダ装置であってもよい。

レーダ搭載機５４は、レーダ搭載機５０と同様、ある時刻においてレーダ画像取得範囲５２のレーダ画像を撮影するレーダ装置を搭載しており、レーダ搭載機５０とは別時刻にレーダ画像取得範囲５２のレーダ画像を撮影する。レーダ搭載機５４は、レーダ搭載機５０とは別のレーダ搭載機であっても、同じレーダ搭載機であっても良い。このレーダ搭載機５４は、航空機、人工衛星、車両等であって、レーダ画像取得範囲５２のレーダ画像を撮影するレーダ装置を搭載したものであればよい。また、地上設置型レーダ装置のように、位置が固定されたレーダ装置であってもよい。

Ａ地点５６は、レーダ画像取得範囲５２内にある任意の地点を示す。ここで、入射角θ₂₁はレーダ搭載機５０に搭載されたレーダ装置のアンテナ（図示せず）からＡ地点５６への視線方向と鉛直下方向がなす角度、距離rはレーダ搭載機５０に搭載されたレーダ装置のアンテナからＡ地点５６までの距離、入射角θ₂₂はレーダ搭載機５４に搭載されたレーダ装置のアンテナ（図示せず）からＡ地点５６への視線方向と鉛直下方向がなす角度、距離r+drはレーダ搭載機５４に搭載されたレーダ装置のアンテナからＡ地点５６までの距離とする。レーダ搭載機５０に搭載されたレーダ装置でレーダ画像を取得した際のアンテナの位置と、レーダ搭載機５４に搭載されたレーダ装置でレーダ画像を取得した際のアンテナの位置とを結ぶベクトルＢは、前述の基線ベクトルに相当し、このベクトルの長さが基線長となる。角度αはベクトルＢが水平面となす角度であり、ベクトルＢの鉛直方向における傾斜を表す。

基線長補正量算出部２４は、２枚のレーダ画像の幾何の違いによるコヒーレンス値への影響に関する補正量を、例えば式(５)で算出する。

ここで、Ｒ_ｙはレンジ方向の分解能、λはレーダ装置の使用電波の波長、｜Ｂ｜はベクトルＢの長さ、θ=(θ₂₁+θ₂₂)／２である。ここでは、幾何の違いに対する補正量を式（５）で算出したが、幾何の違いによるコヒーレンス値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。

次に、ステップＳＴ１７において、基線長補正較正部２６が、２枚のレーダ画像取得の際の後述する方位角差が十分に小さい場合であって、Ｎ画素範囲に対応する算出範囲の全てが不変範囲であることが既知であり、かつ、局所的信号対雑音比算出部１８で算出したSNR(m,n)が十分に大きい範囲（以下、この範囲を、基線長較正基準範囲、と記す。）が存在するときには、当該基線長較正基準範囲のステップＳＴ１５において補正されたコヒーレンス値ρ_correct(m,n)とρ_spatialとを比較する。この２つの値の差が所定の値以下である場合には、ρ_spatialを補正量として確定し、この２つの値の差が所定の値より大きい場合には、ρ_spatialを当該基線長較正基準範囲のステップＳＴ１５において補正されたコヒーレンス値ρ_correct(m,n)と置き換えることによって、ρ_spatialを較正する。なお、基線長較正基準範囲が複数存在する場合には、そのうちの１の基線長較正基準範囲を選択して、この選択された基線長較正基準範囲のステップＳＴ１５において補正されたコヒーレンス値ρ_correct(m,n)とρ_spatialとを比較して、ρ_spatialを較正すればよい。また、基線長較正基準範囲が存在しない場合には、ρ_spatialを補正量として確定する。

次に、ステップＳＴ１８において、基線長補正部２８が、式（６）を用いて、ステップＳＴ１５において補正されたコヒーレンス値をさらに補正する。

ρ_correct(m,n)=ρ_correct(m,n)/ρ_spatial （6）
ここでは、式（６）を用いて補正を行なったが、２枚のレーダ画像の幾何の違いによるコヒーレンス値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。

次に、ステップＳＴ１９において、方位角補正量算出部３０が、２枚のレーダ画像を取得する際の方位角の差異によるコヒーレンス値への影響を補正するための補正量を算出する。図４を用いて、この方位角の差異について説明する。図４において、図３と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。ここでは、方位角差dφ５８は、レーダ画像取得範囲５２内にあるＡ地点５６に対するレーダ搭載機５０とレーダ搭載機５４の視線方向の方位角差を示す。方位角補正量算出部３０は、補正量を、例えば式（７）で算出する。

ここでＲ_ｘはグランドレンジにおけるレーダ装置の分解能を示す。ここでは、方位角差dφ５８に対する補正量を式（７）で算出したが、方位角の差異によるコヒーレンス値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。

次に、ステップＳＴ２０において、方位角補正較正部３２が、２枚のレーダ画像の幾何の違いによるコヒーレンス値への影響が十分に小さく、あるいは、十分に高い精度で補正されている場合であって、Ｎ画素範囲に対応する算出範囲の全てが不変範囲であることが既知であり、かつ、局所的信号対雑音比算出部１８で算出したSNR(m,n)が十分に大きい範囲（以下、この範囲を、方位角較正基準範囲、と記す。）が存在するときには、当該方位角較正基準範囲のステップＳＴ１８において補正されたコヒーレンス値ρ_correct(m,n)とρ_rotationとを比較する。この２つの値の差が所定の値以下である場合には、ρ_rotationを補正量として確定し、この２つの値の差が所定の値より大きい場合には、ρ_rotationを当該方位角較正基準範囲のステップＳＴ１８において補正されたコヒーレンス値ρ_correct(m,n)と置き換えることによって、ρ_rotationを較正する。なお、方位角較正基準範囲が複数存在する場合には、そのうちの１の方位角較正基準範囲を選択して、この選択された方位角較正基準範囲のステップＳＴ１８において補正されたコヒーレンス値ρ_correct(m,n)とρ_rotationとを比較して、ρ_rotationを較正すればよい。また、方位角較正基準範囲が存在しない場合には、ρ_rotationを補正量として確定する。

次に、ステップＳＴ２１において、方位角補正部３４が、式(８)を用いて、ステップＳＴ１８において補正されたコヒーレンス値をさらに補正する。

ρ_correct(m,n)=ρ(m,n)/ρ_rotation （8）
ここでは、式(８)を用いて補正を行なったが、方位角の差異によるコヒーレンス値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。

次に、ステップＳＴ２２において、変化面積比補正量算出部３６が、算出範囲の面積と変化範囲の面積との比から、コヒーレンス値の補正量を算出する。変化範囲の面積は、あらかじめ算出範囲における時間的変化の内容、範囲を見積もった上で予測し、適当な値に設定すればよい。例えば、観測対象が地表面であり、その地表面を通過した車両の轍による地表面の時間的変化を検出する場合には、轍の幅と算出範囲を代表する長さ（算出範囲が正方形であればその一辺の長さ、円形であればその直径等）の積とすればよい。図５を用いて、このコヒーレンス値の補正量の算出方法について説明する。

図５において、横軸は、算出範囲の面積Ｓ１と変化範囲の面積Ｓ２の比x(=Ｓ２/Ｓ１)を示す。縦軸は、コヒーレンス値を示し、func(x)は、面積比がxである場合のコヒーレンス値を示す関数である。この関数は、x=0の場合には１に近い値maxをとり、x=1の場合には０に近い値minをとる。このmaxの値は、算出範囲が全て不変範囲の場合のコヒーレンス値に相当し、minは算出範囲が全て変化範囲の場合のコヒーレンス値に相当する。これらの値は、信号対雑音比補正部２２、基線長補正部２８、及び方位角補正部３４におけるコヒーレンス値の補正が、十分に高い精度で行なわれている場合にはそれぞれ１と０とおいて良い。このような場合において面積比x=x₀とすると、コヒーレンス値の補正量はρ_area=(1-func(x₀))とすればよい。なお、図５では、func(x)をxについて線形関数としたが、面積比xの違いによるコヒーレンス値への影響を適切に補正できるものであれば、xについて非線形関数にするなど、他の式を用いてもよい。

次に、ステップＳＴ２３において、変化面積比較正部３８が、Ｎ画素範囲に対応する算出範囲に含まれる変化範囲の面積が既知であり、かつ、局所的信号対雑音比算出部１８で算出したSNR(m,n)が十分に大きい範囲（以下、この範囲を、面積比較正基準範囲、と記す。）が存在するときには、当該面積比較正基準範囲のステップＳＴ２１において補正されたコヒーレンス値ρ_correct(m,n)とρ_areaとを比較する。この２つの値の差が所定の値以下である場合には、ρ_areaを補正量として確定し、この２つの値の差が所定の値より大きい場合には、ρ_areaを当該面積比較正基準範囲のステップＳＴ２１において補正されたコヒーレンス値ρ_correct(m,n)と置き換えることによって、ρ_areaを較正する。なお、面積比較正基準範囲が複数存在する場合には、そのうちの１の面積比較正基準範囲を選択して、この選択された面積比較正基準範囲のステップＳＴ２１において補正されたコヒーレンス値ρ_correct(m,n)とρ_areaとを比較して、ρ_areaを較正すればよい。また、面積比較正基準範囲が存在しない場合には、ρ_areaを補正量として確定する。

次に、ステップＳＴ２４において、変化面積補正部４０が、式(９)を用いてコヒーレンス値を補正する。

ρ_correct(m,n)=ρ(m,n)/ρ_area （9）
ここでは、式（９）を用いて補正を行なったが、面積比xの違いによるによるコヒーレンス値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。

次に、ステップＳＴ２５において、補正後のコヒーレンス値を変化検出部４２に入力する。そして、変化検出部４２が、閾値格納部４４から入力された基準閾値と、補正後のコヒーレンス値ρ_correct(m,n)を比較する。この基準閾値をＴで表すと、ρ_correct(m,n)＞Ｔである場合にはレーダ画像取得間経過時間に算出範囲において時間的変化は生じていないと判定し、ρ_correct(m,n)≦Ｔの場合にはレーダ画像取得間経過時間に算出範囲において時間的変化が生じたと判定する。この判定をレーダ画像の位置Ｐ(m,n)の全てに対して行なうことにより、２つのレーダ画像間における変化の有無、つまり観測対象の時間的変化の有無を示す情報が得られる。

そして、ステップＳＴ２６において、変化検出部４２で算出されたレーダ画像取得間経過時間における観測対象の時間的変化の有無を示す情報を、出力結果格納部４６へ出力する。この情報を位置Ｐ(m,n)に対応してプロットすれば、観測対象の時間的変化を示す画像が得られる。

以上のように、変化範囲の面積が、算出範囲よりも小さい場合に、算出範囲全体から算出されるコヒーレンス値の１からの低下量は、算出範囲全体が変化範囲である場合に比べて小さくなることを考慮してコヒーレンス値を補正するようにしたので、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させることができる。

また、２枚のレーダ画像を取得する際の幾何の違いがコヒーレンス値に及ぼす影響を補正するための補正量を、基線ベクトルの鉛直方向における傾きを考慮して算出し、さらにこの補正量をレーダ画像のデータを利用して較正した上で、コヒーレンス値を補正するようにしたので、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させることができる。

また、レーダ装置の信号対雑音比の変動がコヒーレンス値に及ぼす影響を補正するための補正量を、算出範囲内で局所的に変化する信号対雑音比を考慮して算出し、コヒーレンス値を補正するようにしたので、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させることができる。

また、２枚のレーダ画像を取得する際の方位角の差異によるコヒーレンス値への影響を補正するための補正量を理論的に算出し、さらにこの補正量をレーダ画像のデータを利用して較正した上で、コヒーレンス値を補正するようにしたので、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させることができる。

なお、実施の形態１においては、変化面積補正部、信号対雑音比補正部、方位角補正部及び基線長補正部を全て備えたものを説明したが、観測対象の時間的変化の検出精度の要求値等に応じて、これらを適宜選択して組み合わせてもよく、コヒーレンス値を補正する順番も適宜設定すればよい。また、基線長補正部、方位角補正部及び変化面積補正部が、それぞれ基線長補正較正部、方位角補正較正部及び変化面積比較正部を備えたものを説明したが、基線長補正較正部、方位角補正較正部及び変化面積比較正部は観測対象の時間的変化の検出精度の要求値等に応じて適宜選択して備えるようにしてもよい。また、信号対雑音比補正部が、局所的信号対雑音比算出部を備え、Ｎ画素範囲ごとに局所的な信号対雑音比を算出するようにしたが、観測対象の時間的変化の検出精度の要求値、レーダ装置における信号対雑音比の局所的変化の状態等に応じて、局所的な信号対雑音比を算出する範囲を適宜設定すればよく、レーダ装置における信号対雑音比の局所的変化が十分に小さい場合には、レーダ画像全面で１の信号対雑音比としてもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、観測対象の時間的変化以外の要因によるコヒーレンス値への影響を補正するための補正量を算出し、これらの補正量を用いて当該影響を除去、軽減することで、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させるようにしたが、この発明の実施の形態２では、基準閾値を補正することで、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させる。図６は、この実施の形態２によるレーダ画像処理装置の構成を示すブロック図である。

図６において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。閾値補正部７０は、信号対雑音比補正部Ｂ７２、基線長補正部Ｂ７４、方位角補正部Ｂ７６、変化面積補正部Ｂ７８から構成され、閾値格納部４４から入力された閾値に対して補正を加える。閾値格納部４４及び閾値補正部７０が閾値設定部７９を構成する。変化検出部８０は、閾値補正部７０から出力された補正後の閾値と、コヒーレンス値算出部１４で算出されたコヒーレンス値とを比較して、観測対象の時間的変化を検出し、その結果を出力結果格納部４６に格納する。

次に動作について説明する。図７は、この実施の形態２によるレーダ画像処理装置の処理を示すフローチャートである。図７において、図２と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。

ステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１は実施の形態１と同様である。ステップＳＴ３０において、閾値格納部４４に格納されている基準閾値と、コヒーレンス値算出部１４で算出されたコヒーレンス値を、閾値補正部７０に入力する。ステップＳＴ１３及びステップＳＴ１４は実施の形態１と同様である。

ステップＳＴ３２において、信号対雑音比補正部Ｂ７２が、式（１０）を用いて、基準閾値Ｔを補正する。

Ｔ_correct(m,n)=Ｔ・ρ_thermal(m,n) （10）
ここでは、式（１０）を用いて補正を行なったが、信号対雑音比による基準閾値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。

ステップＳＴ１６及びステップＳＴ１７は実施の形態１と同様である。ステップＳＴ３４において、基線長補正部Ｂ７４が、式（１１）を用いて、ステップＳＴ３２において補正された基準閾値をさらに補正する。

Ｔ_correct(m,n)=Ｔ_correct(m,n)・ρ_spatial （11）
ここでは、式（１１）を用いて補正を行なったが、２枚のレーダ画像の幾何の違いによる基準閾値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。

ステップＳＴ１９及びステップＳＴ２０は実施の形態１と同様である。ステップＳＴ３６において、方位角補正部Ｂ７６が、式（１２）を用いて、ステップＳＴ３４において補正された基準閾値をさらに補正する。

Ｔ_correct(m,n)=Ｔ_correct(m,n)・ρ_rotation （12）
ここでは、式（１２）を用いて補正を行なったが、方位角の差異による基準閾値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。

ステップＳＴ２２及びステップＳＴ２３は実施の形態１と同様である。ステップＳＴ３８において、変化面積補正部Ｂ７８が、式(１３)を用いて、ステップＳＴ３６において補正された基準閾値をさらに補正する。

Ｔ_correct(m,n)=Ｔ_correct(m,n)・ρ_area （13）
ここでは、式（１３）を用いて補正を行なったが、面積比xの違いによる基準閾値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。

ステップＳＴ４０において、ステップＳＴ３８において補正された基準閾値Ｔ_correctと、コヒーレンス値算出部１４で算出されたコヒーレンス値ρ(m,n)を変化検出部８０に入力する。そして、変化検出部８０が、補正された基準閾値Ｔ_correct(m,n)と、コヒーレンス値ρ(m,n)を比較する。ここでは、ρ(m,n)＞Ｔ_correct(m,n)である場合にはレーダ画像取得間経過時間に算出範囲において時間的変化は生じていないと判定し、ρ(m,n)≦Ｔ_correct(m,n)の場合にはレーダ画像取得間経過時間に算出範囲において時間的変化が生じたと判定する。この判定をレーダ画像の位置Ｐ(m,n)の全てに対して行なうことにより、２つのレーダ画像間における変化の有無、つまり観測対象の時間的変化の有無を示す情報が得られる。ステップＳＴ２６において、変化検出部８０で算出されたレーダ画像取得間経過時間における観測対象の時間的変化の有無を示す情報を、出力結果格納部４６へ出力する。この情報を位置Ｐ(m,n)に対応してプロットすれば、観測対象の時間的変化を示す画像が得られる。

以上のように、検出したい変化範囲の面積が、算出範囲よりも小さい場合に、算出範囲全体から算出されるコヒーレンス値の１からの低下量は、算出範囲全体が変化範囲である場合に比べて小さくなることを考慮して基準閾値を補正するようにしたので、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させる実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、２枚のレーダ画像を取得する際の幾何の違いがコヒーレンス値に及ぼす影響を補正するための補正量を、基線ベクトルの鉛直方向における傾きを考慮して算出し、さらにこの補正量をレーダ画像のデータを利用して較正した上で、基準閾値を補正するようにしたので、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させる実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、レーダ装置の信号対雑音比の変動がコヒーレンス値に及ぼす影響を補正するための補正量を、算出範囲内で局所的に変化する信号対雑音比を考慮して算出し、基準閾値を補正するようにしたので、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させる実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、２枚のレーダ画像を取得する際の方位角の差異によるコヒーレンス値への影響を補正するための補正量を理論的に算出し、さらにこの補正量をレーダ画像のデータを利用して較正した上で、基準閾値を補正するようにしたので、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させる実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、実施の形態２においては、変化面積補正部Ｂ、信号対雑音比補正部Ｂ、方位角補正部Ｂ及び基線長補正部Ｂを全て備えたものを説明したが、観測対象の時間的変化の検出精度の要求値等に応じて、これらを適宜選択して組み合わせてもよく、基準閾値を補正する順番も適宜設定すればよい。また、基線長補正部Ｂ、方位角補正部Ｂ及び変化面積補正部Ｂが、それぞれ基線長補正較正部、方位角補正較正部及び変化面積比較正部を備えたものを説明したが、基線長補正較正部、方位角補正較正部及び変化面積比較正部は観測対象の時間的変化の検出精度の要求値等に応じて適宜選択して備えるようにしてもよい。また、信号対雑音比補正部Ｂが、局所的信号対雑音比算出部を備え、Ｎ画素範囲ごとに局所的な信号対雑音比を算出するようにしたが、観測対象の時間的変化の検出精度の要求値、レーダ装置における信号対雑音比の局所的変化の状態等に応じて、局所的な信号対雑音比を算出する範囲を適宜設定すればよく、レーダ装置における信号対雑音比の局所的変化が十分に小さい場合には、レーダ画像全面で１の信号対雑音比としてもよい。

実施の形態３．
実施の形態１では、観測対象の時間的変化以外の要因によるコヒーレンス値への影響を補正するための補正量を算出し、これらの補正量を用いて当該影響を除去、軽減することで、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させるようにしたが、この発明の実施の形態３では、コヒーレンス値を算出する前に、レーダ画像の画素が持つ複素データ値を補正することで、２枚のレーダ画像を取得する際の幾何の違いがコヒーレンス値に及ぼす影響を除去、軽減して、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させる。図８は、この実施の形態３によるレーダ画像処理装置の構成を示すブロック図である。

図８において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。距離差補正部８２は入力された２枚のレーダ画像の画素が持つ複素データ値を、それぞれのレーダ画像を取得する際の幾何の違いに応じて補正する。レーダ画像位置合わせ部１２、距離差補正部８２及びコヒーレンス値算出部１４が相関値算出部８３を構成する。コヒーレンス値補正部９０は、図１に示すコヒーレンス値補正部１６から基線長補正量算出部２４と基線長補正較正部２６から成る基線長補正部２８を除いたものであり、信号対雑音比補正部２２、方位角補正部３４及び変化面積補正部４０は図１に示すコヒーレンス値補正部１６と同様である。

次に動作について説明する。図９は、この実施の形態３によるレーダ画像処理装置の処理を示すフローチャートである。図９において、図２と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。

ステップＳＴ１０は実施の形態１と同様である。ステップＳＴ５０において、距離差補正部８２が、入力された２枚のレーダ画像の画素にそれぞれ対応する観測対象の位置Ｑ(m,n)とアンテナまでの距離であるスラントレンジ距離を算出する。ここでは、位置Ｑ(m,n)におけるスラントレンジ距離が一方のレーダ画像においてr(m,n)、他方のレーダ画像においてr(m,n)+dr(m,n)であるとする。

ステップＳＴ５２において、位置Ｑ(m,n)における位相補正量phase(m,n)を、式（１４）を用いて算出する。

phase(m,n)=exp(j2dr(m,n)/λ) (14)
なお、式（１４）において、ｊは虚数、λはレーダ装置の使用電波の波長である。

ステップＳＴ５４において、２枚のレーダ画像のうちの一方の画素が持つ複素データs₂(m,n)を、式（１５）を用いて補正する。

s_2,correct(m,n)=s₂(m,n)・phase(m,n) (15)
ここでは、レーダ画像の画素が持つ複素データ値への影響を式（１５）を用いて補正したが、２枚のレーダ画像の幾何の違いによるレーダ画像の画素が持つ複素データ値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。ステップＳＴ５４以降、ステップＳＴ１１〜ステップＳＴ２６は実施の形態１と同様である。

以上のように、２枚のレーダ画像の幾何の違いによるレーダ画像の画素が持つ複素データ値への影響を補正した後に、コヒーレンス値を算出するようにしたので、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させる実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態３では、２枚のレーダ画像の幾何の違いによるレーダ画像の画素が持つ複素データ値への影響を補正した後に、コヒーレンス値を算出し、この算出したコヒーレンス値に、観測対象の時間的変化及び２枚のレーダ画像の幾何の違い以外の要因によるコヒーレンス値への影響を補正するための補正量の逆数を順次乗じてコヒーレンス値を補正することで、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させるようにしたが、この発明の実施の形態４では、コヒーレンス値を補正する代わりに基準閾値を補正することで観測対象の時間的変化の検出精度を向上させる。図１０は、この実施の形態４による、レーダ画像処理装置の構成を示すブロック図である。

図１０において、図６と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。閾値補正部９２は、図６に示す閾値補正部７０から基線長補正量算出部２４と基線長補正較正部２６から成る基線長補正部Ｂ７４を除いたものであり、信号対雑音比補正部Ｂ７２、方位角補正部Ｂ７６及び変化面積補正部Ｂ７８は図６に示す閾値補正部７０と同様である。閾値格納部４４及び閾値補正部９２が閾値設定部９３を構成する。また、距離差補正部８２は図８と同様でり、レーダ画像位置合わせ部１２、距離差補正部８２及びコヒーレンス値算出部１４が相関値算出部８３を構成する。

次に動作について説明する。図１１は、この実施の形態４によるレーダ画像処理装置の処理を示すフローチャートである。図１１において、図７または図１０と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図１１は、図７からステップＳＴ１６、ステップＳＴ１７及びステップＳＴ３４を削除し、ステップＳＴ１０とステップＳＴ１１の間に、図１０と同様のステップＳＴ５０、ステップＳＴ５２及びステップＳＴ５４を追加したものである。

ステップＳＴ５０、ステップＳＴ５２及びステップＳＴ５４において、実施の形態３と同様に、２枚のレーダ画像のうちの一方の画素が持つ複素データs₂(m,n)を補正する。ステップＳＴ５４において、レーダ画像の画素が持つ複素データ値への影響を式（１５）を用いて補正したが、２枚のレーダ画像の幾何の違いによるレーダ画像の画素が持つ複素データ値への影響を適切に補正できるものであれば、他の式を用いてもよい。ステップＳＴ５４以降、ステップＳＴ１１〜ステップＳＴ３２まで、ステップＳＴ１９〜ステップＳＴ２６までは実施の形態２と同様である。

以上のように、２枚のレーダ画像の幾何の違いによるレーダ画像の画素が持つ複素データ値への影響を補正した後に、コヒーレンス値を算出するようにしたので、観測対象の時間的変化の検出精度を向上させる実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

この発明の実施の形態１によるレーダ画像処理装置のブロック図である。この発明の実施の形態１によるレーダ画像処理装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態１によるレーダ画像処理装置で処理する２つのレーダ画像の関係を示す説明図である。この発明の実施の形態１によるレーダ画像処理装置で処理する２つのレーダ画像の関係を示す説明図である。この発明の実施の形態１によるレーダ画像処理装置の動作を説明するグラフである。この発明の実施の形態２によるレーダ画像処理装置のブロック図である。この発明の実施の形態２によるレーダ画像処理装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態３によるレーダ画像処理装置のブロック図である。この発明の実施の形態３によるレーダ画像処理装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態４によるレーダ画像処理装置のブロック図である。この発明の実施の形態４によるレーダ画像処理装置の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１５相関値算出部、８３相関値算出部、４０変化面積補正部、７８変化面積補正部、４２変化検出部、８０変化検出部、２２信号対雑音比補正部、７２信号対雑音比補正部、３４方位角補正部、７６方位角補正部、２８基線長補正部、７４基線長補正部、７９閾値設定部、９３閾値設定部。

Claims

異なる時刻にレーダ装置により取得された観測対象の２つのレーダ画像の上記観測対象の所定範囲に対応するそれぞれの部分画像間の相関値を算出する相関値算出部、上記所定範囲の中で上記異なる時刻の間に時間的変化を生ずる範囲の面積である変化面積を予測して、上記所定範囲の面積及び上記予測された変化面積に応じて上記相関値を補正する変化面積補正部、及び上記変化面積補正部により補正された相関値をもとに上記所定範囲における上記異なる時刻の間に生じた上記観測対象の時間的変化を検出する変化検出部を備えたレーダ画像処理装置。
上記レーダ装置の上記所定範囲に対応する信号対雑音比をもとに上記相関値を補正する信号対雑音比補正部を備え、上記変化検出部は上記変化面積補正部及び上記信号対雑音比補正部により補正された相関値をもとに上記所定範囲における上記異なる時刻の間に生じた上記観測対象の時間的変化を検出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ画像処理装置。
上記２つのレーダ画像を取得するときの上記レーダ装置のアンテナの向きの差異による相関値への影響を補正するための補正量をもとに上記相関値を補正する方位角補正部を備え、上記変化検出部は上記変化面積補正部及び上記方位角補正部により補正された相関値をもとに上記所定範囲における上記異なる時刻の間に生じた上記観測対象の時間的変化を検出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ画像処理装置。
上記２つのレーダ画像を取得するときの上記レーダ装置のアンテナの位置の差異による相関値への影響を補正するための補正量をもとに上記相関値を補正する基線長補正部を備え、上記変化検出部は上記変化面積補正部及び上記基線長補正部により補正された相関値をもとに上記所定範囲における上記異なる時刻の間に生じた上記観測対象の時間的変化を検出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ画像処理装置。
異なる時刻にレーダ装置により取得された観測対象の２つのレーダ画像の上記観測対象の所定範囲に対応するそれぞれの部分画像間の相関値を算出する相関値算出部、上記所定範囲の中で上記異なる時刻の間に時間的変化を生ずる範囲の面積である変化面積を予測して、上記所定範囲の面積及び上記予測された変化面積に応じて所定の閾値を設定する閾値設定部、上記相関値と上記所定の閾値とを比較して上記所定範囲における上記異なる時刻の間に生じた上記観測対象の時間的変化を検出する変化検出部を備えたレーダ画像処理装置。
上記閾値設定部は、上記レーダ装置の上記所定範囲に対応する信号対雑音比に応じて上記所定の閾値を設定することを特徴とする請求項５に記載のレーダ画像処理装置。
上記閾値設定部は、上記２つのレーダ画像を取得するときの上記レーダ装置のアンテナの向きの差異による上記所定の閾値への影響を補正するための補正量に応じて上記所定の閾値を設定することを特徴とする請求項５に記載のレーダ画像処理装置。
上記閾値設定部は、上記２つのレーダ画像を取得するときの上記レーダ装置のアンテナの位置の差異による上記所定の閾値への影響を補正するための補正量に応じて上記所定の閾値を設定することを特徴とする請求項５に記載のレーダ画像処理装置。
上記相関値算出部は、上記２つのレーダ画像のうち一方のレーダ画像の画素データを上記２つのレーダ画像を取得するときの上記レーダ装置のアンテナの位置の差異をもとに補正し、補正された上記一方のレーダ画像の画素データと他方のレーダ画像の画素データから上記相関値を算出することを特徴とする請求項１〜３、５〜７のいずれかに記載のレーダ画像処理装置。