JP5371237B2 - レーダ画像処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、航空機や衛星等に搭載されたレーダによる観測によって得られたレーダ画像を用いて、例えば地表面や地表上の人工物等といった観測対象の類別または識別を行うレーダ画像処理装置に関する。

従来のレーダ画像処理装置は、合成開口レーダを用いてある１方向から観測対象を観測することによって得られたレーダ画像に対して、レーダ画像の各画素値と教師データとを比較し、観測対象の類別または識別（以下、「類識別」と略称する）を実行している（例えば、非特許文献１参照）。

このレーダ画像処理装置では、まず、観測によって得られたレーダ画像に対して主成分分析が行われ、レーダ画像の特徴量が抽出される。
続いて、抽出されたレーダ画像の特徴量と、前もって複数のサンプル画像から特徴量を抽出した結果得られた教師データとの間の類似性が比較される。ここで、教師データは、識別対象のレーダ画像が得られた観測方向と同じ方向から得られたサンプル画像に基づいて生成される。

また、類似性の比較は、レーダ画像および各教師データの特徴量が多次元のベクトル空間に投影され、レーダ画像の特徴量ベクトルと各教師データの特徴量ベクトルとの距離が比較されることによって行われる。
次に、レーダ画像の特徴量と最も類似した教師データとして、レーダ画像の特徴量ベクトルとの距離差が最も小さい教師データが出力される。

Ａ．Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ，Ｂ．Ｍｕｌｇｒｅｗ，"Ｂｉｓｔａｔｉｃ ＳＡＲ−ＡＴＲ：Ａ Ｃａｓｅ Ｓｔｕｄｙ"，３ｒｄ ＥＭＲＳ ＤＴＣ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ‐Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ ２００６，ｓｅｓｓｉｏｎ Ａ６

上記非特許文献１に記載のレーダ画像処理装置では、１方向のみから観測対象を観測することによって得られたレーダ画像を用いて、観測対象の類識別を実行している。
しかしながら、例えば観測対象の２つの箇所において、実際には互いに異なっているものの、ある１方向から見た場合に類似した散乱特性を示す箇所については、得られたレーダ画像から両者の違いを判断することができない。
そのため、観測対象の類識別を実行することができない場合や、類識別の結果が誤っている場合等が発生し、観測対象の類識別を高精度に行うことができないという問題点があった。

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あって、その目的は、観測対象の類識別を高精度に行うことができるレーダ画像処理装置を提供することにある。

この発明に係るレーダ画像処理装置は、観測対象に対して送信され、観測対象で散乱された電磁波に基づいて作成されたレーダ画像のための処理装置であって、１つの方向から電磁波を送信し、同一の観測対象で散乱された電磁波を互いに異なる複数の方向から受信して作成された複数のレーダ画像が格納されるレーダ画像格納手段と、レーダ画像格納手段に格納された互いに観測方向の異なる少なくとも２つ以上のレーダ画像を用いて、観測対象の類別または識別を行う類識別手段とを備えたものである。

この発明のレーダ画像処理装置によれば、レーダ画像格納手段には、互いに異なる複数の方向から同一の観測対象をそれぞれ観測して作成された複数のレーダ画像が格納されている。また、類識別手段は、レーダ画像格納手段に格納された互いに観測方向の異なる少なくとも２つ以上のレーダ画像を用いて、観測対象の類別または識別を行う。
そのため、観測対象の類識別を高精度に行うことができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、観測対象１を観測してレーダ画像を作成するレーダ装置を示す概略構成図である。ここでは、２方向から観測対象１を観測する場合について説明する。
図１において、レーダ装置は、観測対象１に対して電磁波を送信するとともに、観測対象１で散乱された電磁波を受信する送受信機２と、送受信機２から送信され、観測対象１で散乱された電磁波を受信する受信機３とを備えている。また、観測対象１は、例えば水面、森および建物であるとする。

送受信機２および受信機３は、ともに合成開口レーダを搭載した航空機であり、受信した電磁波の強度に基づいてレーダ画像を作成している。
なお、ここでは合成開口レーダが航空機に搭載されているとしたが、これに限定されず、衛星等の移動プラットフォームに搭載されればよい。

図２は、この発明の実施の形態１に係るレーダ画像処理装置を示すブロック構成図である。
図２において、このレーダ画像処理装置は、レーダ画像格納部４（レーダ画像格納手段）と、類識別部５（類識別手段）と、出力格納部６とを備えている。

レーダ画像格納部４は、例えば図１に示した送受信機２や受信機３等のレーダと接続され、作成されたレーダ画像を受信して格納する。
また、レーダ画像格納部４は、互いに異なるＮ方向（Ｎは２以上の自然数）から同一の観測対象１をそれぞれ観測して作成された複数のレーダ画像を格納している。具体的には、レーダ画像格納部４は、第１方向からの観測により作成されたレーダ画像群４１（以下、「第１方向のレーダ画像群４１」と略称する）および第２方向のレーダ画像群４２から、第Ｎ方向のレーダ画像群４Ｎまでを含んでいる。

互いに異なるＮ方向から同一の観測対象１をそれぞれ観測して作成された複数のレーダ画像としては、例えば以下のような画像が挙げられる。
まず、１つ目の画像は、例えば１つの合成開口レーダや実開口レーダを用いて、同一の観測対象１を複数回にわたってそれぞれ異なる方向から観測して作成されたレーダ画像である。また、２つ目の画像は、マルチスタティック観測のように、それぞれ異なる方向から同一の観測対象１を同時に観測して作成されたレーダ画像である。

続いて、３つ目の画像は、逆合成開口レーダを用いて、同一の観測対象１をそれぞれ異なる方向から観測して作成されたレーダ画像である。また、４つ目の画像は、合成開口レーダによる１回の観測によって得られたデータを、同一の観測対象１をそれぞれ異なる方向から観測したデータとして２分割し、前半のデータと後半のデータとから、開口分割技術を用いて作成されたレーダ画像である。

類識別部５は、レーダ画像格納部４に格納された互いに観測方向の異なる少なくとも２つ以上のレーダ画像を用いて、観測対象１の類識別を行うとともに、類識別の結果を出力する。
出力格納部６は、類識別部５から出力された類識別の結果を格納する。

以下、図１および図２を参照しながら、上記構成のレーダ画像処理装置の動作について説明する。
まず、レーダ装置で作成されたレーダ画像が、観測方向ごとにレーダ画像格納部４に格納される。
続いて、類識別部５において、レーダ画像格納部４に格納されたレーダ画像から、互いに観測方向の異なる少なくとも２つのレーダ画像が選択され、観測対象１の類識別が行われるとともに、類識別の結果が出力格納部６に出力される。

具体的には、まず、例えば第１方向のレーダ画像および第２方向のレーダ画像における観測対象１の同一部分を示すある画素について、第１方向から見た画素値の振幅をｐとし、第２方向から見た画素値の振幅をｑとする。
続いて、図３に示すように、第１方向振幅および第２方向振幅を軸とする座標に振幅ｐおよび振幅ｑを投影し、画素を４つの領域の何れかに分類して、観測対象１の類識別を行う。
図３において、４つの領域は、閾値δ１およびδ２によって区分されている。ここで、各領域は、例えば領域１が森、領域２が建物というように、あらかじめ設定されている。

なお、閾値δ１およびδ２によって領域を区分する代わりに、サポートベクターマシンやニューラルネットワーク等の区分用アルゴリズムを用いて領域を区分してもよい。
また、閾値δ１およびδ２は、実験等によって得られたサンプルに基づいて統計的に決定されてもよいし、理論解析等に基づいて決定されてもよい。

次に、上記の方法により画素単位で類識別が行われた結果に基づいて、例えば領域１から領域４に対応した画素値を有する画像が作成され、この画像が出力格納部６に出力される。
なお、互いに観測方向の異なる３つ以上のレーダ画像を用いて多次元の座標に画素値の振幅を投影することにより、観測対象１の類識別を実行してもよい。

この発明の実施の形態１に係るレーダ画像処理装置によれば、レーダ画像格納部４には、互いに異なるＮ方向から同一の観測対象１をそれぞれ観測して作成された複数のレーダ画像が格納されている。また、類識別部５は、レーダ画像格納部４に格納された互いに観測方向の異なる少なくとも２つ以上のレーダ画像を用いて、観測対象１の類識別を行う。
そのため、類識別に用いる情報量を増加させることができ、観測対象１の類識別を高精度に行うことができる。
また、類識別の結果を画像として表示することにより、容易に画像を判読して類識別の結果を認識することができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るレーダ画像処理装置を示すブロック構成図である。
図４において、このレーダ画像処理装置は、図２に示した類識別部５に代えて、類識別部５Ａを備えている。
類識別部５Ａは、２次的パラメータ算出部５１（２次的パラメータ算出手段）と、２次的パラメータ処理部５２（２次的パラメータ処理手段）とを含んでいる。

２次的パラメータ算出部５１は、レーダ画像格納部４に格納された互いに観測方向の異なる少なくとも２つ以上のレーダ画像の画素値に基づいて、２次的なパラメータを算出する。
２次的パラメータ処理部５２は、算出された２次的なパラメータに応じて、観測対象１の類識別を行うとともに、類識別の結果を出力する。
その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。

以下、図４を参照しながら、上記構成のレーダ画像処理装置の動作について説明する。なお、前述の実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
まず、２次的パラメータ算出部５１において、レーダ画像格納部４に格納されたレーダ画像から、互いに観測方向の異なる少なくとも２つのレーダ画像が選択され、２次的なパラメータが算出される。
続いて、２次的パラメータ処理部５２において、算出された２次的なパラメータに応じて、観測対象１の類識別が行われるとともに、類識別の結果が出力格納部６に出力される。

具体的には、まず、例えば選択された２つのレーダ画像における観測対象１の同一部分を示すある画素について、画素値の振幅の差を２次的なパラメータとして算出する。
続いて、算出された２次的なパラメータに応じて、例えば画素をあらかじめ設定された複数の領域（森や建物等）の何れかに分類することにより、観測対象１の類識別を行う。
次に、上記の方法により画素単位で類識別が行われた結果に基づいて、分類された各領域に対応した画素値を有する画像が作成され、この画像が出力格納部６に出力される。

なお、互いに観測方向の異なる３つ以上のレーダ画像を用いて２次的なパラメータを算出し、算出された２次的なパラメータに応じて観測対象１の類識別を実行してもよい。
また、２次的なパラメータに応じた観測対象１の類識別に加えて、レーダ画像の画素値に応じた観測対象１の類識別を同時に実行してもよい。

この発明の実施の形態２に係るレーダ画像処理装置によれば、２次的パラメータ算出部５１は、レーダ画像格納部４に格納された互いに観測方向の異なる少なくとも２つ以上のレーダ画像の画素値に基づいて、２次的なパラメータを算出する。また、２次的パラメータ処理部５２は、算出された２次的なパラメータに応じて、観測対象１の類識別を行う。
そのため、類識別に用いる情報量を増加させることができ、観測対象１の類識別を高精度に行うことができる。
また、類識別の結果を画像として表示することにより、容易に画像を判読して類識別の結果を認識することができる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係るレーダ画像処理装置を示すブロック構成図である。
図５において、このレーダ画像処理装置は、図１に示した類識別部５に代えて、類識別部５Ｂを備えている。
類識別部５Ｂは、２次的パラメータ画像生成部５３（２次的パラメータ画像生成手段）と、擬似色付加部５４（擬似色付加手段）と、２次的パラメータ画像処理部５５（２次的パラメータ画像処理手段）とを含んでいる。

２次的パラメータ画像生成部５３は、レーダ画像格納部４に格納された互いに観測方向の異なる少なくとも２つ以上のレーダ画像の画素値に基づいて、２次的なパラメータを算出する。また、２次的パラメータ画像生成部５３は、算出された２次的なパラメータを画素値とする２次的パラメータ画像を生成する。

擬似色付加部５４は、生成された２次的パラメータ画像に対して、算出された２次的なパラメータに応じた擬似色を付加する。
２次的パラメータ画像処理部５５は、擬似色が付加された２次的パラメータ画像に応じて、観測対象１の類識別を行うとともに、類識別の結果を出力する。
その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。

以下、図５を参照しながら、上記構成のレーダ画像処理装置の動作について説明する。なお、前述の実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
まず、２次的パラメータ画像生成部５３において、レーダ画像格納部４に格納されたレーダ画像から、互いに観測方向の異なる少なくとも２つのレーダ画像が選択され、２次的なパラメータが算出される。
続いて、２次的パラメータ画像生成部５３において、算出された２次的なパラメータを画素値とする２次的パラメータ画像が生成される。

具体的には、まず、例えば選択された２つのレーダ画像における観測対象１の同一部分を示すある画素について、画素値の振幅の差を２次的なパラメータとして算出する。
続いて、レーダ画像の各画素について２次的なパラメータを算出し、算出された２次的なパラメータを画素値とする２次的パラメータ画像を生成する。

なお、例えば第１方向のレーダ画像と第２方向のレーダ画像とから２次的パラメータ画像を生成し、さらに第３方向のレーダ画像と第４方向のレーダ画像とから２次的パラメータ画像を生成する等、複数の２次的パラメータ画像を生成してもよい。

次に、擬似色付加部５４において、生成された２次的パラメータ画像の各画素に対して、算出された２次的なパラメータに応じた擬似色が付加される。
具体的には、２次的パラメータ画像の各画素に対して、２次的なパラメータに対応してあらかじめ設定された色彩や色調を、２次的パラメータ画像の画素値（２次的なパラメータ）に応じて付加する。

なお、複数の２次的パラメータ画像が生成された場合には、２次的パラメータ画像毎に色彩を割り振り、各２次的パラメータ画像の画素値に応じて色調を付加してもよい。また、色彩が割り振られた２次的パラメータ画像どうしを重ね合わせることにより、１つの２次的パラメータ画像として表示してもよい。

続いて、２次的パラメータ画像処理部５５において、擬似色が付加された２次的パラメータ画像に応じて、観測対象１の類識別が行われるとともに、類識別の結果が出力格納部６に出力される。

この発明の実施の形態３に係るレーダ画像処理装置によれば、２次的パラメータ画像生成部５３は、レーダ画像格納部４に格納された互いに観測方向の異なる少なくとも２つ以上のレーダ画像の画素値に基づいて、２次的なパラメータを算出する。また、２次的パラメータ画像生成部５３は、算出された２次的なパラメータを画素値とする２次的パラメータ画像を生成する。また、擬似色付加部５４は、２次的パラメータ画像の各画素に対して、２次的なパラメータに応じた擬似色を付加する。また、２次的パラメータ画像処理部５５は、擬似色が付加された２次的パラメータ画像に応じて、観測対象１の類識別を行う。
そのため、類識別に用いる情報量を増加させることができ、観測対象１の類識別を高精度に行うことができる。
また、２次的なパラメータに応じて２次的パラメータ画像の各画素に擬似色を付加して表示することにより、容易に２次的パラメータ画像を判読することができる。

観測対象を観測してレーダ画像を作成するレーダ装置を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ画像処理装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１による観測対象の類識別を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係るレーダ画像処理装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態３に係るレーダ画像処理装置を示すブロック構成図である。

符号の説明

１ 観測対象、４ レーダ画像格納部（レーダ画像格納手段）、５、５Ａ、５Ｂ 類識別部（類識別手段）、５１ ２次的パラメータ算出部（２次的パラメータ算出手段）、５２ ２次的パラメータ処理部（２次的パラメータ処理手段）、５３ ２次的パラメータ画像生成部（２次的パラメータ画像生成手段）、５４ 擬似色付加部（擬似色付加手段）、５５ ２次的パラメータ画像処理部（２次的パラメータ画像処理手段）。

Claims (4)

1. 観測対象に対して送信され、前記観測対象で散乱された電磁波に基づいて作成されたレーダ画像を利用するレーダ画像処理装置であって、
   １つの方向から電磁波を送信し、同一の観測対象で散乱された電磁波を互いに異なる複数の方向から受信して作成された複数のレーダ画像が格納されるレーダ画像格納手段と、
   前記レーダ画像格納手段に格納された互いに観測方向の異なる少なくとも２つ以上のレーダ画像を用いて、前記観測対象の類別または識別を行う類識別手段と、
   を備えたことを特徴とするレーダ画像処理装置。
2. 前記類識別手段は、互いに観測方向の異なる少なくとも２つ以上のレーダ画像の画素値に応じて、前記観測対象の類別または識別を行う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。
3. 前記類識別手段は、
   互いに観測方向の異なる少なくとも２つ以上のレーダ画像の画素値に基づいて、２次的なパラメータを算出する２次的パラメータ算出手段と、
   前記２次的なパラメータに応じて前記観測対象の類別または識別を行う２次的パラメータ処理手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ画像処理装置。
4. 前記類識別手段は、
   互いに観測方向の異なる少なくとも２つ以上のレーダ画像の画素値に基づいて、２次的なパラメータを算出するとともに、算出された２次的なパラメータを画素値とする２次的パラメータ画像を生成する２次的パラメータ画像生成手段と、
   前記２次的パラメータ画像に対して、前記２次的なパラメータに応じた擬似色を付加する擬似色付加手段と、
   前記擬似色が付加された２次的パラメータ画像に応じて、前記観測対象の類別または識別を行う２次的パラメータ画像処理手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ画像処理装置。

Images