JP5011817B2

JP5011817B2 - 合成開口レーダの画像処理装置及び方法

Info

Publication number: JP5011817B2
Application number: JP2006139102A
Authority: JP
Inventors: 伸吾松尾; 仁能美
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2026-05-18
Also published as: JP2007309784A; US8179301B2; US20070268305A1

Description

本発明は、小物標が本来有する情報を損なうことなく表示可能な合成開口レーダの画像処理装置及び方法に関する。

従来、画像処理を行うには、特許文献１に示されるように、低分解能処理部でディジタル変換画像に対して間引き処理を施し、画像の特徴量が低い分解能で表現し、高分解能処理部でディジタル変換画像に対して間引き処理せずに高い分解能のままで画像の特徴量を表現する方法が行われている。

また、特許文献２には、レベル抽出フィルタとして、最大値フィルタと、最小値フィルタと、引き算器を有し、前記最大値フィルタにおいて、画像走査軸に沿って着目画素の前後のフィルタ長である所定画素長の各画素の画素レベルの最大値を前記着目画素の値とし、前記最小値フィルタにおいて、前記最大値フィルタの出力画像より、着目画素の左右のフィルタ長の各画素の画素レベルの最小値を前記着目画素の値とし、前記引き算器において、前記最小値フィルタの出力画像より入力画像を引き算することにより、入力画像中より前記所定の画素長以下のレベルのみを抽出している。これらの技術を組み合わせて、海面画像を処理することが考えられる。
特開２０００−２４９５２７号公報特開平０９−０８１７５６号公報

しかしながら、従来の合成開口レーダ画像表示では図８に示すように、広域を監視するために、低分解能処理部２０において低分解能で処理し、その低分解能された画像信号を表示部２１で表示した場合、画像化した時の１ピクセルサイズよりも小さい物標の信号エネルギーは、１ピクセル内で平均化されてしまい、海面クラッタのエネルギーとの分離が困難であり、探知能力に支障を来すこととなる。

すなわち、低分解能処理を実施した場合、ドップラ帯域Ｂと観測時間Ｔに関するＴ^＊Ｂの減少により物標の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が低下すると共に、観測時間Ｔが短いことにより、海面クラッタ抑圧能力も低下してしまう。

また図９に示すように、高分解能処理部２２において高分解能で処理し、その高分解能された画像信号を表示部２３で表示した場合、物標の信号エネルギーと海面クラッタのエネルギーの分離は容易であるが、広域を監視するためには全画素を表示する大型高精細ディスプレイが必要であった。このため、低分解能で広域を表示する際にも、高分解能時と同じ物標探知能力を実現することが課題であった。

本発明の目的は、物標を捜索する合成開口レーダにおいて、限られた画素サイズのディスプレイで広域を監視するために、低分解能で画像化した場合でも、高分解能時と同じ小物標探知能力を実現する合成開口レーダの画像処理装置及び方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る合成開口レーダの画像処理装置は、小物標に匹敵するか、若しくはさらに小さい領域まで高分解能処理を実施して、小物標がもつ情報を取得する高分解能処理部と、前記高分解能処理で得られた小物標の情報を、低分解能処理上の１ピクセルに最大値で展開する最大値フィルタ処理部と、低分解能処理上の最小領域を１ピクセルとして画面表示する表示部とを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、高分解能処理部を用いて、小物標に匹敵するか、若しくはさらに小さい領域まで高分解能処理を実施し、小物標がもつ情報を取得する。次に、最大値フィルタを用いて、前記高分解能処理で得られた小物標の情報を、低分解能処理上の１ピクセルに最大値で展開する。そして、表示部を用いて、低分解能処理上の最小領域を１ピクセルとして画面表示する。

以上説明したように本発明によれば、高分解能で処理した物標の信号エネルギーを、最大値フィルタを通して画像サイズを縮小することにより、データ量を低減し、かつ小物標であってもその画素情報を損なうことなく表示することができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る合成開口レーダの画像処理装置は、高分解能処理部１と、最大値フィルタ処理部２と、表示部３を有している。

前記高分解能処理部は図２に示すように、小物標４に匹敵するかもしくはさらに小さい領域（１ピクセル）まで高分解能処理を実施して、小物標４がもつ情報を取得する機能を有している。

前記最大値フィルタ処理部２は図３に示すように、前記高分解能処理部１での高分解能処理で得られた小物標４の情報を、低分解能処理上の１ピクセルに最大値で展開する機能を有している。また前記最大値フィルタ処理部２は、小物標４が存在しない領域に背景の情報５の最大値を適用する機能を有している。

前記表示部３は図４に示すように、前記最大値フィルタ処理部２からの出力を受けて、低分解能処理上の最小領域を１ピクセルとして画面表示する機能を有している。

次に、本発明の実施形態に係る合成開口レーダの画像処理装置を海上の小物標４をレーダ探知する場合に適用した例を詳細に説明する。海上の小物標４をレーダ探知する場合、背景の情報５は海面クラッタに相当する。

前記高分解能処理部１は図２に示すように、アジマス圧縮処理を行ない、アジマス方向を高分解能化する。

図２に示す高分解能処理部１に入力する信号のドップラ帯域Ｂは、高分解能化のために十分大きいとする。ドップラ帯域Ｂが大きい場合、長時間レーダ電波が物標に照射されるため、物標の観測時間Tも長くなる。

前記高分解能処理部１のアジマス圧縮により、物標４の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）は、Ｔ*Ｂだけ改善される。これに対して、海面クラッタ５は、観測時間Ｔの間に変化するため、物標４に比べて圧縮効果が低減される。このため、高分解能処理部１による高分解能処理を実施すれば、図２に示すように小物標４でも容易に識別することができる。

本発明の実施形態とは異なり、仮に高分解能処理に代えて、低分解能処理を実施した場合は、前記Ｔ*Ｂの減少により、物標４のＳ／Ｎが低下するとともに、観測時間Ｔが短いことにより、海面クラッタ５の抑圧能力も低下し、さらに小物標４の場合には、信号エネルギーが拡散するため、小物標４の識別は困難になる。

したがって、本発明の実施形態では、高分解能処理を実施して、小物標４の識別を容易な状態にしておくことが前提である。

前記高分解能処理部１による高分解能処理時の1ピクセルサイズは図５に示すように、レンジ方向及びアジマス方向ともに１ｍに設定する。

海上の小物標４のサイズが１ｍ^２以上であれば、高分解能処理部１にて、小物標４の信号エネルギーを損なうことなく圧縮し、小物標４の情報は、１ピクセルサイズ内に集約される。

本発明の実施形態では、アジマス圧縮処理を行ない、アジマス方向を高分解能化するため、海面クラッタ５の信号エネルギーは、アジマス方向にさほど圧縮されず、小物標４と海面クラッタ５の相対的なエネルギーの差Ｅ１は図５に示すように大きくなる。すなわち、レーダとしての探知能力は優れた状態である。

図５において、１ピクセル分のデータ量を１とすると、アジマス方向に８ピクセル分（８ｍ）、レンジ方向に４ピクセル分（４ｍ）の面積３２ｍ^２を有する領域を処理する場合、データ量は３２となる。なお、高分解能処理時の１ピクセルの面積は上述したものに限られるものではない。

前記高分解能処理部１は図１に示すように、アジマス圧縮処理を行ない、アジマス方向を高分解能化したデータを最大値フィルタ処理部２に出力する。

前記最大値フィルタ処理部２は図３及び図６に示すように、前記高分解能処理部１で処理された高分解能処理後データを受け取ると、その高分解能処理後データの最大値Ｍａｘを検出し、そのデータを含む低分解能処理上の1ピクセルに展開する。前記最大値Ｍａｘを示すデータは、レーダ探索された海上の小物標４に相当するデータである。

図３に示す前記最大値フィルタ処理部２における低分解能処理上の１ピクセルは、図６に示す例では、アジマス方向に４ピクセル分（４ｍ）、レンジ方向に４ピクセル分（４ｍ）の面積１６ｍ^２を有する領域を低分解能処理上の1ピクセルに設定している。なお、低分解能処理時の１ピクセルの面積は上述したものに限られるものではない。

前記最大値フィルタ処理部２は図６に示すように、前記低分解能処理時の１ピクセル中に、前記高分解能処理部１で圧縮処理された小物標４の信号エネルギーが存在し、かつそのエネルギーが１ピクセル内で最大の場合、そのエネルギー値を１ピクセル全体に適用する。このエネルギー値Ｅ３は図６に点線で示している。

前記最大値フィルタ処理部２は図６に示すように、前記低分解能処理時の１ピクセル中に、前記高分解能処理部１で圧縮処理された小物標４の信号エネルギーＥ３が存在しない場合は、海面クラッタ５の信号エネルギーＥ４の最大値を１ピクセル全体に適用する。このエネルギーＥ４は図６に点線で示している。

図６に示すように、小物標４が存在して、そのエネルギーＥ３が最大であって、そのエネルギー値Ｅ３を１ピクセル全体に適用した場合と、小物標４が存在せず、海面クラッタ５の信号エネルギーＥ４を１ピクセル全体に適用した場合とにおいて、小物標４と海面クラッタ５の相対的な信号エネルギーの差Ｅ２（Ｅ３−Ｅ４）は保たれたままである。すなわち、最大値フィルタ処理後も、レーダとしての探知能力は優れた状態に保たれている。

これに対して、１ピクセル分のデータ量を１としたため、図６から明らかなように、前記高分解能処理部１から入力されたデータのデータ量は２となり、１６分の１に縮小されている。

前記最大値フィルタ処理部２は、前記最大値フィルタ処理後データを図１に示す表示部３に出力する。

前記表示部３は図４及び図７に示すように、最大値フィルタ処理後の処理上の１ピクセルを、表示上の１ピクセルとして表示する。

前記表示部３が受け取るデータは図４に示すように、小物標４が存在するエリアＡ１の信号エネルギーＥ３は大きく、小物標４が存在しないエリアＡ２の信号エネルギーＥ４は小さいため、前記表示部３は、その画面表示上に、信号エネルギーＥ３，Ｅ４の差に基づいて、輝度レベルの差として画像を表示する。

すなわち、前記表示部３は図４に示すように、小物標４の存在するピクセルを明るく、海面クラッタ５しか存在しないピクセルを暗くして、小物標４と海面クラッタ５をはっきりと識別して表示する。

前記表示部３が画面表示する際、仮に高分解能処理後データをそのまま画面表示した場合には、データ量３２で面積３２ｍ^２の領域が表示されるが、本発明の実施形態のように、最大値フィルタ処理後のデータを画面表示する場合には図７に示すように、同じデータ量３２で１６ｍ^２×３２＝５１２ｍ^２の領域を表示することができる。

したがって、最大値フィルタ処理を追加することにより、限られた画素サイズのディスプレイで広域を監視するために、低分解能で画像化した場合でも、高分解能時と同じ小物標探知能力を実現することができる。

以上の実施形態では、本発明の実施形態に係る合成開口レーダの画像処理装置を海上の小物標４をレーダ探知する場合に適用したが、これに限られるものではなく、合成開口レーダによるレーダ探索の画像を処理する場合に広く適用することができるものではない。

以上説明したように本発明によれば、小物標が本来もつ情報を損なうことなく表示可能であるため、背景の情報（例えば海面クラッタ）との識別が容易となり、レーダとしての探知能力を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る合成開口レーダの画像処理装置の構成を示す構成図である。高分解能処理部の動作を説明する図である。最大値フィルタ処理部の動作を説明する図である。表示部の動作を説明する図である。高分解能処理部の動作を詳細に説明する図である。最大値フィルタ処理部の動作を詳細に説明する図である。表示部の動作を詳細に説明する図である。従来において、低分解能処理してデータを表示する構成を示す構成図である。従来において、高分解能処理してデータを表示する構成を示す構成図である。

符号の説明

１高分解能処理部
２最大値フィルタ処理部
３表示部
４小物標
５海面クラッタ（背景の情報）

Claims

高分解能処理時の１ピクセルを、レンジ方向及びアジマス方向を同寸法とし且つ小物標のサイズの面積をもつサイズとして、アジマス圧縮処理を行い、アジマス方向を高分解能化することにより、前記小物標の情報を前記高分解能処理時の１ピクセルサイズ内に集約して前記小物標がもつ情報を取得する高分解能処理部と、
前記高分解能処理部で処理された高分解能処理後の小物標を含むデータを受け取り、その高分解能処理後のデータの最大値を検出し、レンジ方向及びアジマス方向を同寸法とし前記高分解能処理時の１ピクセルサイズより大きい寸法の低分解能処理時の１ピクセル上に前記小物標を含むデータを展開し、前記低分解能処理時の１ピクセル中に、前記高分解能処理部で圧縮処理された小物標の信号エネルギーが存在し、かつそのエネルギーが１ピクセル内で最大の場合、前記小物標の信号エネルギー値を１ピクセル全体に適用し、前記低分解能処理時の１ピクセル中に、前記高分解能処理部で圧縮処理された小物標の信号エネルギーが存在しない場合、背景情報の信号エネルギーの最大値を１ピクセル全体に適用して、前記小物標と前記背景との相対的な信号エネルギーの差を保つ最大値フィルタ処理部と、
前記最大値フィルタ処理部による最大値フィルタ処理後の処理上の１ピクセルを、表示上の１ピクセルとして、前記小物標と前記背景との相対的な信号エネルギーの差に基づいて、前記小物標が存在するピクセルを明るく、前記背景しか存在しないピクセルを暗くして、前記小物標と前記背景とを輝度レベルの差として画像を表示する表示部と、
を有することを特徴とする合成開口レーダの画像処理装置。
高分解能処理時の１ピクセルを、レンジ方向及びアジマス方向を同寸法とし且つ小物標のサイズの面積をもつサイズとして、アジマス圧縮処理を行い、アジマス方向を高分解能化することにより、前記小物標の情報を前記高分解能処理時の１ピクセルサイズ内に集約して前記小物標がもつ情報を取得し、
前記高分解能処理後の小物標を含むデータを受け取り、その高分解能処理後のデータの最大値を検出し、レンジ方向及びアジマス方向を同寸法とし前記高分解処理時の１ピクセルサイズより大きい寸法の低分解処理時の１ピクセル上に前記小物標を含むデータを展開し、前記低分解能処理時の１ピクセル中に、前記高分解能処理後の小物標の信号エネルギーが存在し、かつそのエネルギーが１ピクセル内で最大の場合、前記小物標の信号エネルギー値を１ピクセル全体に適用し、前記低分解能処理時の１ピクセル中に、前記高分解能処理後の小物標の信号エネルギーが存在しない場合、背景情報の信号エネルギーの最大値を１ピクセル全体に適用して、前記小物標と前記背景との相対的な信号エネルギーの差を保って最大値フィルタ処理を行い、
前記最大値フィルタ処理後の処理上の１ピクセルを、表示上の１ピクセルとして、前記小物標と前記背景との相対的な信号エネルギーの差に基づいて、前記小物標が存在するピクセルを明るく、前記背景しか存在しないピクセルを暗くして、前記小物標と前記背景とを輝度レベルの差として画像を表示することを特徴とする合成開口レーダの画像処理方法。