JP5636085B1 - Single-polarization SAR color image creation device - Google Patents
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Abstract
【課題】撮影された単偏波ＳＡＲ画像から地表の状態を明確に把握できる単偏波ＳＡＲカラー画像を作成する装置を提供する。【解決手段】合成開口レーダにより撮影した単偏波ＳＡＲ画像をオルソ補正処理して原画像を作成した後、原画像の各セルの輝度値をそれぞれ対数変換した値を輝度値とした色調変換画像の各画素の輝度値をカラー画像のＧ成分とし、色調変換画像に標準偏差ローカルフィルターを適用して予め設定された大きさの矩形ウインドウ内の輝度値の標準偏差を算出し色調変換画像の各画素の輝度値を標準偏差の大きさに応じた輝度値に変換した値を輝度値とした第１及び第２のテクスチャ画像の各画素の輝度値をカラー画像のＲ成分及びＢ成分とした単偏波ＳＡＲカラー画像を作成するようにした。【選択図】図１An apparatus for creating a single-polarization SAR color image that can clearly grasp the state of the ground surface from a photographed single-polarization SAR image is provided. An original image is generated by ortho-correcting a single-polarized SAR image captured by a synthetic aperture radar, and then a color-tone-converted image having a luminance value as a value obtained by logarithmically converting the luminance value of each cell of the original image. The luminance value of each pixel is set as the G component of the color image, and the standard deviation local filter is applied to the color tone conversion image to calculate the standard deviation of the luminance value in the rectangular window having a preset size, and each color conversion image A luminance value of each pixel of the first and second texture images having a luminance value obtained by converting the luminance value of the pixel into a luminance value according to the standard deviation is simply set as an R component and a B component of the color image. A polarization SAR color image was created. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、合成開口レーダにより撮影した単偏波ＳＡＲ画像を画像処理して、単偏波ＳＡＲカラー画像を作成する装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for processing a single-polarized SAR image captured by a synthetic aperture radar to generate a single-polarized SAR color image.
従来、航空機等にマイクロ波を送受信する合成開口レーダ（ＳＡＲ；Synthetic Aperture Radar)を搭載して地表の状態を撮影する方法が知られている。ＳＡＲは、マイクロ波を送受信して地表の地形情報を得るものなので、通常のカメラ（光学センサ）とは異なり、夜間や上空に雲がかかっているような悪天候の場合でも撮影できるため、災害発生直後に地表の画像を撮影するのに適している。
また、ＳＡＲは対象物に斜め方向からマイクロ波を照射し後方への散乱波を受信するので、ＳＡＲを用いて撮影された画像（ＳＡＲ画像）は、照射方向の斜面が短くなるフォアショートニングが起こる。そこで、通常は、ＳＡＲのビーム面内での画像の引き起こし処理（オルソ補正処理）を施すことで、画像の歪みを補正するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a method of photographing a surface state by mounting a synthetic aperture radar (SAR) that transmits and receives microwaves to an aircraft or the like. Since SAR obtains topographical information on the surface by transmitting and receiving microwaves, unlike ordinary cameras (optical sensors), it can be photographed even in bad weather such as clouds at night or above, so a disaster occurs Suitable for taking images of the earth's surface immediately after.
Further, since the SAR irradiates the object with the microwave from the oblique direction and receives the scattered wave backward, the image taken using the SAR (SAR image) undergoes foreshortening in which the slope in the irradiation direction is shortened. . Therefore, the image distortion is normally corrected by performing image generation processing (ortho correction processing) in the SAR beam plane (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、ＳＡＲ画像もオルソ補正処理した画像も、単偏波ＳＡＲの場合モノクロ画像であるため、判読に慣れていない作業者では、地形や地物を読み取りにくいといった問題点があった。
また、オルソ補正処理した画像を各画素の輝度値に応じてカラー化しても、各画素には、モノクロ画像と同様に輝度値の情報しかないので、地表の状態を明確に把握することは困難であった。
However, since the SAR image and the orthocorrected image are monochrome images in the case of the single-polarized SAR, there is a problem that it is difficult for an operator who is not used to interpretation to read the topography and the features.
In addition, even if an ortho-corrected image is colored according to the luminance value of each pixel, it is difficult to clearly grasp the state of the ground because each pixel only has luminance value information as in the case of a monochrome image. Met.
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、撮影された単偏波ＳＡＲ画像から地表の状態を明確に把握できるカラー化したＳＡＲ画像を作成する装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the conventional problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus for creating a colored SAR image that can clearly grasp the state of the ground surface from a photographed single-polarized SAR image. .
本発明は、合成開口レーダにより撮影した単偏波ＳＡＲ画像を画像処理して、単偏波ＳＡＲカラー画像を作成する装置であって、前記合成開口レーダにより撮影した単偏波ＳＡＲ画像を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された単偏波ＳＡＲ画像を画像処理して単偏波ＳＡＲカラー画像を作成する画像処理部とを備え、前記画像処理部は、前記記憶部に記憶された単偏波ＳＡＲ画像をオルソ補正処理した原画像を作成する原画像作成手段と、前記原画像の各セルの輝度値をそれぞれ対数変換した値を輝度値とした画像である色調変換画像を作成する色調変換画像作成手段と、前記色調変換画像に標準偏差ローカルフィルターを適用して予め設定された大きさの矩形ウインドウ内の輝度値の標準偏差を算出し、前記色調変換画像の各画素の輝度値を、前記算出された標準偏差の大きさに応じた輝度値に変換した値を輝度値とした画像であるテクスチャ画像を作成するテクスチャ画像作成手段と、前記色調変換画像と、前記矩形ウインドウをｎ×ｎ画素としたときのテクスチャ画像である第１のテクスチャ画像と、前記矩形ウインドウをｍ×ｍ画素としたときのテクスチャ画像である第２のテクスチャ画像とを合成して単偏波ＳＡＲカラー画像を作成する画像合成手段とを備え、前記ｎ，ｍが、ｎ＞２ｍ，ｍ≧３を満たす奇数であって、前記画像合成手段が、各画素のＧ成分の輝度値を前記色調変換画像の各画素の輝度値とし、Ｒ成分の輝度値を前記第１のテクスチャ画像の各画素の輝度値とし、Ｂ成分の輝度値を前記第２のテクスチャ画像の各画素の輝度値とする単偏波ＳＡＲカラー画像を作成することを特徴とする。
これにより、森林や河川敷，河川，海，市街地等の地表の状態を明確に把握できるとともに、津波や洪水等で冠水した水田や海岸付近での冠水状況等も把握できるので、水害等の災害状況についても的確に把握できる。
The present invention is an apparatus that creates a single-polarized SAR color image by processing a single-polarized SAR image captured by a synthetic aperture radar, and stores the single-polarized SAR image captured by the synthetic aperture radar. A storage unit; and an image processing unit that generates a single-polarization SAR color image by performing image processing on the single-polarization SAR image stored in the storage unit, and the image processing unit is stored in the storage unit An original image generating means for generating an original image obtained by ortho-correcting a single-polarized SAR image, and a color tone conversion image that is an image obtained by logarithmically converting the luminance value of each cell of the original image, respectively. A standard deviation local filter is applied to the color-tone-converted image to calculate a standard deviation of luminance values in a rectangular window having a preset size, and brightness of each pixel of the color-tone-converted image is calculated. A texture image creating means for creating a texture image which is an image having a value obtained by converting a value into a luminance value corresponding to the calculated standard deviation, and a color value conversion image, and the rectangular window. A single polarization SAR color is obtained by synthesizing a first texture image that is a texture image when n × n pixels and a second texture image that is a texture image when the rectangular window is m × m pixels. Image synthesizing means for creating an image, wherein n and m are odd numbers satisfying n> 2m and m ≧ 3, and the image synthesizing means converts the G component luminance value of each pixel into the color-tone-converted image. The luminance value of each pixel of the first texture image, the luminance value of the R component as the luminance value of each pixel of the first texture image, and the luminance value of the B component as the luminance value of each pixel of the second texture image. Wave SAR color Characterized in that to create an image.
As a result, the state of the surface of forests, riverbeds, rivers, seas, urban areas, etc. can be clearly understood, as well as the flooded conditions in the vicinity of paddy fields and coasts flooded by tsunamis and floods. Can be accurately grasped.
また、本発明は、互いに異なる複数の方向から撮影した単偏波ＳＡＲ画像を前記画像処理部にて画像処理して得られた複数の単偏波ＳＡＲカラー画像を合成して合成カラーＳＡＲ画像を作成する合成カラー画像作成手段を更に備え、前記合成カラー画像作成手段が、各画素のＲ成分の輝度値を、前記複数の単偏波ＳＡＲカラー画像の各画素のＲ成分の輝度値のうちの最大の輝度値とし、Ｇ成分の輝度値を、各画素のＧ成分の輝度値のうちの最大の輝度値とし、各画素のＢ成分の輝度値のうちの最大の輝度値とする合成カラーＳＡＲ画像を作成することを特徴とする。
これにより、レーダーシャドウやフォアショートニングが起こり易い山間部等の地形の変化を正確に把握することのできる画像を得ることができる。
Further, the present invention combines a plurality of single-polarized SAR color images obtained by performing image processing on the single-polarized SAR images taken from a plurality of directions different from each other in the image processing unit, thereby generating a combined color SAR image. A composite color image creating unit for creating the brightness value of the R component of each pixel, the brightness value of the R component of each pixel of the plurality of single-polarized SAR color images; The combined color SAR having the maximum luminance value, the G component luminance value as the maximum luminance value of the G component luminance values of each pixel, and the maximum luminance value of the B component luminance values of each pixel. It is characterized by creating an image.
Thereby, it is possible to obtain an image capable of accurately grasping a change in topography such as a mountainous area where radar shadows and foreshortening easily occur.
なお、上記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。 The summary of the invention does not list all necessary features of the present invention, and sub-combinations of these feature groups can also be the invention.
実施の形態１．
図１は、単偏波ＳＡＲカラー画像作成装置１の概略構成を示す図で、単偏波ＳＡＲカラー画像作成装置１は、記憶部２と、画像処理部３とを備え、合成開口レーダにより撮影された単偏波ＳＡＲ画像（以下、ＳＡＲ画像という）を画像処理してカラー化されたＳＡＲ画像である単偏波ＳＡＲカラー画像（以下、カラーＳＡＲ画像という）を作成する。
単偏波ＳＡＲカラー画像作成装置１は、図外のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等の各種のハードウェアより構成されるコンピュータであり、ＲＯＭ，ＲＡＭ及びＨＤＤを含み、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムに従って演算処理を行うことにより、画像処理部３を構成する、原画像作成手段１１、色調変換画像作成手段１２、テクスチャ画像作成手段１３、及び、画像合成手段１４として機能する。
以下、単偏波ＳＡＲカラー画像作成装置１が備える各手段の概要について説明する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a single-polarization SAR color image creation device 1. The single-polarization SAR color image creation device 1 includes a storage unit 2 and an image processing unit 3 and is photographed by a synthetic aperture radar. A single-polarized SAR color image (hereinafter referred to as a color SAR image), which is a SAR image obtained by performing image processing on the single-polarized SAR image (hereinafter referred to as SAR image), is created.
The single-polarization SAR color image creation device 1 is a computer composed of various types of hardware such as a CPU, ROM, and RAM (not shown). By performing arithmetic processing, the image processing unit 3 functions as an original image creating unit 11, a color tone converted image creating unit 12, a texture image creating unit 13, and an image composition unit 14.
Hereinafter, an overview of each unit included in the single-polarization SAR color image creation apparatus 1 will be described.
記憶部２は、書き換え可能な記憶手段としてのＲＡＭもしくはＨＤＤを備え、合成開口レーダにより撮影したＳＡＲ画像を記憶する。
原画像作成手段１１は、記憶部２に記憶されたＳＡＲ画像をオルソ補正処理することで、フォアショートニングによる歪みを補正した画像である原画像を作成する。
色調変換画像作成手段１２は、原画像の各セルの輝度値をそれぞれ対数変換した値を輝度値とした色調変換画像を作成し、作成された色調変換画像をテクスチャ画像作成手段１３と画像合成手段１４とに送る。
テクスチャ画像作成手段１３は、ローカルフィルター１３Ｆと、矩形ウインドウ設定部１３ａと、標準偏差算出部１３ｂと、テクスチャ画像作成部１３ｃとを備える。
矩形ウインドウ設定部１３ａは、ローカルフィルター１３Ｆの窓の大きさである矩形ウインドウを設定し、標準偏差算出部１３ｂは、色調変換画像の各画素について、当該画素を中心画素とした矩形ウインドウ内の輝度値の標準偏差をそれぞれ算出する。テクスチャ画像作成部１３ｃは、色調変換画像の各画素の輝度値を前記算出された標準偏差の大きさに応じた輝度値に変換した画像である、テクスチャ画像を作成する。
本例では、テクスチャ画像作成手段１３にて、矩形ウインドウを１１×１１画素としたときの画像である第１のテクスチャ画像と、矩形ウインドウを５×５画素としたときの画像である第２のテクスチャ画像の２つのテクスチャ画像を作成する。
画像合成手段１４は、色調変換画像作成手段１２で作成した色調変換画像と、テクスチャ画像作成手段１３で作成した第１及び第２のテクスチャ画像とからカラーＳＡＲ画像を作成する。
The storage unit 2 includes a RAM or HDD as rewritable storage means, and stores a SAR image captured by a synthetic aperture radar.
The original image creation means 11 creates an original image that is an image in which distortion due to foreshortening is corrected by performing an ortho correction process on the SAR image stored in the storage unit 2.
The tone-converted image creating means 12 creates a tone-converted image with the brightness value obtained by logarithmically converting the luminance value of each cell of the original image, and the created tone-converted image is used as the texture image creating means 13 and the image synthesizing means. 14 and send to.
The texture image creation means 13 includes a local filter 13F, a rectangular window setting unit 13a, a standard deviation calculation unit 13b, and a texture image creation unit 13c.
The rectangular window setting unit 13a sets a rectangular window which is the size of the window of the local filter 13F, and the standard deviation calculating unit 13b is a luminance in the rectangular window with the pixel as the central pixel for each pixel of the color tone conversion image. Calculate the standard deviation of each value. The texture image creation unit 13c creates a texture image, which is an image obtained by converting the brightness value of each pixel of the tone conversion image into a brightness value corresponding to the calculated standard deviation.
In this example, the texture image creating means 13 uses a first texture image that is an image when the rectangular window is 11 × 11 pixels and a second texture image that is an image when the rectangular window is 5 × 5 pixels. Two texture images of the texture image are created.
The image composition unit 14 creates a color SAR image from the color tone conversion image created by the color tone conversion image creation unit 12 and the first and second texture images created by the texture image creation unit 13.
次に、カラーＳＡＲ画像の作成方法について説明する。
まず、合成開口レーダを用いて撮影したＳＡＲ画像のデータを記憶部２に保存する。ＳＡＲ画像は、例えば、セスナ機等の飛翔体に合成開口レーダを搭載し、１ｋｍ〜数ｋｍの上空から対象物である地表面に予め設定されたオフナディア角（例えば、４０度）で地表面にマイクロ波を斜め方向から照射するとともに、その後方への散乱波を受信することで撮影する。本例では、送信波及び受信波をいずれも水平偏波（Ｈ）とした組み合わせ（ＨＨ）としたが、他の組み合わせ（ＶＶ，ＨＶ，ＶＨ）であってもよい。なお、オフナディア角については、撮影場所により適宜決定すればよい。
撮影されたＳＡＲ画像は、地表面に起伏がある場合には、フォアショートニングによる歪みがあるため、原画像作成手段１１にて前記ＳＡＲ画像をオルソ補正処理して位置誤差を修正するとともに、画像上のノイズを除去する。この修正されたＳＡＲ画像を、以下、原画像Ｇ0という。原画像Ｇ0では、合成開口レーダ側を向いた斜面は明るさが強調され、逆方向の斜面は暗くなる。
そこで、色調変換画像作成手段１２にて、原画像Ｇ0の各画素Ｐ(i,j)の輝度値Ｉ0(i,j)をそれぞれ対数変換した値Ｉa(i,j)＝log10Ｉ0(i,j)に変換した色調変換画像Ｇaを作成する（ここで、各ＳＡＲ画像の総画素数Ｍ×Ｍとすると、ｉ＝１〜Ｍ，ｊ＝１〜Ｍである）。
色調変換画像Ｇaは、図１に示すように、輝度の差は小さいものの、森林，市街地，水田等の境界や道路や橋梁等が、原画像Ｇ0に比較して明瞭になっていることがわかる。なお、対数変換については、必ずしも常用対数でなくてもよく、原画像Ｇ0の状態により底を適宜変更してもよい。
Next, a method for creating a color SAR image will be described.
First, SAR image data captured using a synthetic aperture radar is stored in the storage unit 2. The SAR image is obtained by mounting a synthetic aperture radar on a flying object such as a Cessna aircraft, for example, on the ground surface at an off-nadir angle (for example, 40 degrees) preset from the sky above 1 km to several km on the ground surface as a target object. Photographing is performed by irradiating microwaves from an oblique direction and receiving scattered waves from behind. In this example, the transmission wave and the reception wave are both the combination (HH) with the horizontal polarization (H), but other combinations (VV, HV, VH) may be used. The off-nadir angle may be appropriately determined depending on the shooting location.
When the photographed SAR image has undulations on the ground surface, there is distortion due to foreshortening. Therefore, the original image creating means 11 performs ortho correction processing on the SAR image to correct the position error, and Remove noise. This corrected SAR image is hereinafter referred to as an original image G 0 . In the original image G 0 , the brightness of the slope facing the synthetic aperture radar side is emphasized, and the slope in the opposite direction is dark.
Therefore, a value I a (i, j) = log 10 obtained by logarithmically converting the luminance value I 0 (i, j) of each pixel P (i, j) of the original image G 0 in the color tone conversion image creating means 12. I 0 (i, j) to create a color tone converted image G a converted to (wherein, when the total number of pixels M × M of each SAR image, i = 1 to M, is j = 1 to M).
Tone converting the image G a, as shown in FIG. 1, although the difference in luminance is small, forests, urban, the boundaries and roads and bridges such as paddy fields, has become clearer as compared to the original image G 0 I understand. Note that the logarithmic transformation, may not necessarily common logarithm, the bottom may be changed by the state of the original image G 0.
次に、テクスチャ画像作成手段１３にて、色調変換画像Ｇaから第１及び第２のテクスチャ画像Ｇb，Ｇcを作成する。
第１のテクスチャ画像Ｇbを作成する際には、まず、矩形ウインドウ設定部１３ａにてローカルフィルター１３Ｆの大きさを１１×１１画素に設定した後、色調変換画像Ｇaをローカルフィルター１３Ｆに通し、色調変換画像Ｇaの各画素Ｐ(i,j)について、当該画素Ｐ(i,j)を中心画素とした１１×１１画素の矩形ウインドウ内の輝度値の標準偏差をそれぞれ算出する。
具体的には、図２に示すように、色調変換画像の画素Ｐ(i,j)を中心画素とした１１×１１＝１２１個の画素の輝度値Ｉのヒストグラムを作成し、このヒストグラムをガウス分布に近似したときの標準偏差σ11(i,j)を算出する。そして、色調変換画像Ｇaの各画素Ｐ(i,j)の輝度値Ｉa(i,j)を、上記算出された標準偏差の大きさσ11(i,j)に応じた輝度値Ｉb(i,j)に変換する。この操作を各画素Ｐ(i,j)について行うことで、第１のテクスチャ画像Ｇbを作成することができる。
また、第２のテクスチャ画像Ｇcを作成する際には、同様に、色調変換画像Ｇaの各画素Ｐ(i,j)の輝度値Ｉa(i,j)を、５×５画素の輝度値のヒストグラムから算出した標準偏差の大きさσ5(i,j)に応じた輝度値Ｉc(i,j)に変換すればよい。
Next, the texture image creating means 13 creates first and second texture images G b and G c from the color tone converted image G a .
When creating a first texture image G b, first, after setting the size of the local filter 13F to 11 × 11 pixels in the rectangular window setting section 13a, through the tone-converted image G a locally filter 13F , for each pixel of the color tone conversion image G a P (i, j) , calculates the pixel P (i, j) as a central pixel was 11 × 11 pixels of the standard deviation of the luminance values in the rectangular window, respectively.
Specifically, as shown in FIG. 2, a histogram of luminance values I of 11 × 11 = 121 pixels with the pixel P (i, j) of the color-tone conversion image as the central pixel is created, and this histogram is expressed as Gaussian. The standard deviation σ 11 (i, j) when approximated to the distribution is calculated. Each pixel P (i, j) of the color tone conversion image G a luminance value I a (i, j) and the standard deviation the calculated magnitude σ 11 (i, j) luminance value I corresponding to b Convert to (i, j). This operation by performing for each pixel P (i, j), it is possible to create a first texture image G b.
Similarly, when creating the second texture image G c , the luminance value I a (i, j) of each pixel P (i, j) of the tone conversion image G a is set to 5 × 5 pixels. size σ 5 (i, j) of the standard deviation calculated from a histogram of luminance values luminance corresponding to value I c (i, j) may be converted to.
ここで、標準偏差σ11(i,j)、標準偏差σ5(i,j)と地表の状態との関係について説明する。
標準偏差σ5(i,j)は、総画素数が２５個の小さな領域の輝度変化のバラつきの大きさを示し、標準偏差σ11(i,j)は、総画素数が１２１個の大きな領域で示す領域の輝度変化のバラつきの大きさを示している。したがって、図１の第１及び第２のテクスチャ画像Ｇb，Ｇcのように、市街地のように建物が集まっている箇所では、σ5(i,j)もσ11(i,j)も大きいので、Ｉb(i,j)もＩc(i,j) も大きくなる。したがって、市街地は、第１及び第２のテクスチャ画像Ｇb，Ｇcのいずれも明るく見える。一方、山の斜面や、河川、海等は、σ5(i,j)もσ11(i,j)も小さいので、Ｉb(i,j)もＩc(i,j) も小さくなる。したがって、河川や海等は、第１及び第２のテクスチャ画像Ｇb，Ｇcのいずれも暗く見える。
Here, the relationship between the standard deviation σ 11 (i, j) and the standard deviation σ 5 (i, j) and the ground surface state will be described.
The standard deviation σ 5 (i, j) indicates the amount of variation in luminance change in a small area with 25 total pixels, and the standard deviation σ 11 (i, j) is a large with 121 total pixels. The magnitude of variation in luminance change in the area indicated by the area is shown. Therefore, in the place where buildings are gathered like the city area as in the first and second texture images G b and G c in FIG. 1, both σ 5 (i, j) and σ 11 (i, j) Since it is large, both I b (i, j) and I c (i, j) become large. Therefore, in the urban area, both the first and second texture images G b and G c appear bright. On the other hand, since σ 5 (i, j) and σ 11 (i, j) are small on mountain slopes, rivers, seas, etc., both I b (i, j) and I c (i, j) are small. . Therefore, in the river or the sea, both the first and second texture images G b and G c appear dark.
次に、画像合成手段１４にて、色調変換画像作成手段１２で作成した色調変換画像Ｇaと、テクスチャ画像作成手段１３で作成した第１及び第２のテクスチャ画像Ｇb，ＧcとからカラーＳＡＲ画像ＧZを作成する。
具体的には、図３に示すように、色調変換画像Ｇaの各画素Ｐ(i,j)の輝度値Ｉa(i,j)を、カラーＳＡＲ画像ＧZの各画素Ｐ(i,j)のＧ成分の輝度値ＩZG(i,j)とし、第１のテクスチャ画像Ｇbの各画素Ｐ(i,j)の輝度値Ｉb(i,j)をＲ成分の輝度値ＩZR(i,j)を、第２のテクスチャ画像Ｇcの各画素Ｐ(i,j)の輝度値Ｉc(i,j)をＢ成分の輝度値ＩZB(i,j)とすることで、カラーＳＡＲ画像ＧZを作成する。
カラーＳＡＲ画像ＧZの各画素の色調は、輝度値の大小に対応するＧ成分だけでなく、地表の凹凸に起因する散乱波の強度のバラつきに対応するＲ成分やＢ成分も含んでいるので、原画像Ｇ0に比較してはるかに鮮明な画像を得ることができる。
Then, color from at the image synthesizing unit 14, and color converted image G a created in color tone conversion image creation unit 12, first and second texture images G b created in the texture image generating means 13, and G c The SAR image GZ is created.
Specifically, as shown in FIG. 3, the luminance values I a (i, j) of each pixel P (i color SAR image G Z of each pixel of the color tone conversion image G a P (i, j), The luminance value I ZG (i, j) of the G component of j) is used, and the luminance value I b (i, j) of each pixel P (i, j) of the first texture image G b is the luminance value I of the R component. ZR (i, j) and the luminance value I c (i, j) the luminance value of the B component I ZB (i, j) of each pixel P (i, j) of the second texture image G c to be Thus, a color SAR image G Z is created.
The color tone of each pixel of the color SAR image G Z includes not only the G component corresponding to the magnitude of the luminance value but also the R component and B component corresponding to the variation in scattered wave intensity caused by the unevenness of the ground surface. As compared with the original image G 0 , a much clearer image can be obtained.
カラーＳＡＲ画像ＧZでは、合成開口レーダで受信される散乱波が多い地形では輝度値Ｉa(i,j)が大きくなるので、合成開口レーダ方向を向いている山の斜面や、森林，市街地等に相当する画素は、Ｇ成分が大きくなる。逆に、上記山の斜面の反対側や、河川，海等に相当する画素は、Ｇ成分が小さくなる。
また、森林(樹木)や河川敷（土、砂）等は、散乱波の強度のバラつきが小さいので、Ｉb(i,j)もＩc(i,j)も小さい。したがって、森林や河川敷等は緑に色付けされる。これに対して市街地では、散乱波の強度のバラつきが大きいので、Ｒ，Ｇ，Ｂの全ての成分が大きくなり、その結果、市街地は白く色づけされる。
一方、河川，海等は、散乱波の強度のバラつきも小さいので、Ｒ，Ｇ，Ｂの全ての成分が小さくなる。したがって、河川，海等は濃い藍色もしくは暗い緑色になる。
したがって、原画像に比較して、森林や河川敷，市街地等を明確に把握できるとともに、道路や橋梁等も周囲との輝度差が大きいので、道路や橋梁等についても明瞭に把握できる。
また、津波や洪水等で冠水した水田が濃い藍色もしくは暗い緑色に表示されるので、水害等の災害状況を的確に把握できるだけでなく、河川や河川敷の状況、道路や橋梁の状況、更には海岸付近での冠水状況等も把握できる。
図４は、津波による被害があった都市を撮影したＳＡＲ画像を画像処理して得られたカラーＳＡＲ画像ＧZの一例を示す図で、白もしくはマゼンダに色づけされている部分が市街地である。また、画面右下の領域は田畑で、本来は明るい緑色であるが、津波の河川遡上で冠水した結果、濃い藍色で表示されている。一方、画面の上側の緑色の領域は冠水していない田畑で、この領域と河川との間のやや濃い緑色の領域が冠水はしたが水が引いた後の田畑である。また、カラーＳＡＲ画像ＧZでは、市街地だけでなく、道路や橋梁等を明確に把握できるので、どの地域にどのような被害があるか等を的確に把握することができる。
In the color SAR image G Z , the luminance value I a (i, j) becomes large in the terrain with many scattered waves received by the synthetic aperture radar. Therefore, the slope of the mountain facing the direction of the synthetic aperture radar, forest, urban area For the pixels corresponding to the above, the G component is large. On the other hand, the G component of the pixel corresponding to the opposite side of the slope of the mountain, the river, the sea, or the like is small.
Also, forests (trees), river beds (soil, sand), etc. have small variations in the intensity of scattered waves, so I b (i, j) and I c (i, j) are small. Therefore, forests and riverbeds are colored green. On the other hand, in an urban area, since the intensity of scattered waves varies greatly, all components of R, G, and B become large, and as a result, the urban area is colored white.
On the other hand, since the intensity of scattered waves is small in rivers, seas, etc., all components of R, G, and B are small. Therefore, rivers, seas, etc. are dark blue or dark green.
Therefore, compared to the original image, it is possible to clearly grasp forests, riverbeds, urban areas, etc., and roads, bridges, etc. have a large luminance difference from the surroundings, so it is possible to clearly grasp roads, bridges, etc.
In addition, because paddy fields flooded by tsunamis and floods are displayed in dark indigo or dark green, not only can we accurately grasp disaster situations such as floods, river and riverbed conditions, road and bridge conditions, It is also possible to grasp the flooding situation near the coast.
Figure 4 is a diagram showing an example of a color SAR image G Z obtained a SAR image obtained by photographing a city where there is damage tsunami by image processing, a portion that is colored to white or magenta is urban. The area at the lower right of the screen is a field, which is originally bright green, but is displayed in dark indigo as a result of flooding the river upstream of the tsunami. On the other hand, the green area on the upper side of the screen is a non-flooded field, and the slightly dark green area between this area and the river is the field after being submerged but withdrawing water. In addition, in the color SAR image G Z, not only the city, it is possible to clearly grasp the roads and bridges, etc., and the like whether or not there is any damage to any region can be accurately grasped.
なお、前記実施形態１では、色調変換画像Ｇaの輝度値をカラーＳＡＲ画像ＧZのＧ成分の輝度値とし、第１及び第２のテクスチャ画像Ｇb，Ｇcの輝度値をそれぞれＲ成分、Ｂ成分の輝度値としたが、ＲＧＢ成分の割り付け方はこれに限るものではなく、色調変換画像Ｇaの輝度値をカラーＳＡＲ画像ＧZのＲ成分の輝度値とし、第１及び第２のテクスチャ画像Ｇb，Ｇcの輝度値をそれぞれカラーＳＡＲ画像ＧZのＧ成分、Ｂ成分とする等、他の組み合わせも可能である。
また、前記実施形態１では、５×５画素及び１１×１１画素の矩形ウインドウによりフィルタリングしてテクスチャ画像を作成したが、矩形ウインドウの大きさの組み合わせはこれに限るものではなく、画像の大きさや撮影する地形等に応じて、適宜設定すればよい。なお、その場合には、２つの矩形ウインドウの大きさをｎ×ｎ、及び、ｍ×ｍとしたとき、ｎ，ｍは、ｎ＞２ｍ，ｍ≧３を満たす奇数とすることが好ましい。なお、ｎの値が一定の値を超えるとフィルター効果により標準偏差の変化が乏しくなり、第１のテクスチャ画像がぼやけてしまう恐れがある。ｎの閾値としては、地上分解能が１ｍの画像であれば、ｎ＝２１程度が目安である。また、ｎが２ｍ未満であると、第１及び第２のテクスチャ画像の差が少なくなってしまい、カラー化による対象物の区別がつけにくくなる。
In the first embodiment, the brightness value of the color tone converted image Ga is set as the brightness value of the G component of the color SAR image G Z , and the brightness values of the first and second texture images G b and G c are respectively R component, Although the luminance value of the B component, assignment how RGB components is not limited to this, the luminance value of the color tone conversion image G a and the luminance value of the R component of a color SAR image G Z, the first and second Other combinations are possible, such as using the luminance values of the texture images G b and G c as the G component and B component of the color SAR image GZ, respectively.
In the first embodiment, the texture image is created by filtering with rectangular windows of 5 × 5 pixels and 11 × 11 pixels. However, the combination of the sizes of the rectangular windows is not limited to this, and What is necessary is just to set suitably according to the topography etc. which image | photograph. In this case, when the sizes of the two rectangular windows are n × n and m × m, n and m are preferably odd numbers satisfying n> 2m and m ≧ 3. Note that if the value of n exceeds a certain value, the change in the standard deviation becomes poor due to the filter effect, and the first texture image may be blurred. The threshold value for n is approximately n = 21 if the ground resolution is an image of 1 m. Further, when n is less than 2 m, the difference between the first and second texture images is reduced, and it becomes difficult to distinguish between objects by colorization.
実施形態２．
前記実施の形態１では、一枚のＳＡＲ画像を画像処理してカラーＳＡＲ画像ＧZを作成したが、図５に示すような、単偏波ＳＡＲカラー画像作成装置１の画像処理部３の後段に、合成カラー画像作成手段１５を設けた構成の単偏波ＳＡＲカラー画像作成装置１Ｐを用いれば、互いに異なる複数の方向から撮影した複数のカラーＳＡＲ画像を合成した画像を作成することができるので、レーダーシャドウやフォアショートニングが起こり易い山間部等の地形の変化を正確に把握することができる。
合成カラー画像作成手段１５は、互いに異なる複数の方向から撮影したＳＡＲ画像を画像処理して得られた複数のカラーＳＡＲ画像（ここでは、ＧZ(E),ＧZ(W),ＧZ(S),ＧZ(N)）の各画素のＲ成分の輝度値のうちの最大の輝度値を各画素のＲ成分の輝度値とし、上記複数のカラーＳＡＲ画像の各画素のＧ成分の輝度値のうちの最大の輝度値を各画素のＧ成分の輝度値とし、上記複数のカラーＳＡＲ画像の各画素のＢ成分の輝度値のうちの最大の輝度値を各画素のＢ成分の輝度値とする合成カラーＳＡＲ画像ＧZ4を作成する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, a color SAR image G Z is generated by image processing of one SAR image, but the subsequent stage of the image processing unit 3 of the single-polarization SAR color image generation device 1 as shown in FIG. In addition, if the single-polarization SAR color image creation device 1P having the configuration provided with the composite color image creation means 15 is used, an image obtained by synthesizing a plurality of color SAR images taken from a plurality of different directions can be created. In addition, it is possible to accurately grasp terrain changes such as mountains where radar shadows and foreshortening are likely to occur.
The composite color image creating unit 15 performs a plurality of color SAR images (here, G Z (E), G Z (W), G Z ( The maximum luminance value among the R component luminance values of each pixel of S) and G Z (N)) is set as the R component luminance value of each pixel, and the luminance of the G component of each pixel of the plurality of color SAR images. The maximum luminance value among the values is set as the G component luminance value of each pixel, and the maximum luminance value among the B component luminance values of each pixel of the plurality of color SAR images is set as the B component luminance value of each pixel. A composite color SAR image G Z4 is created.
次に、合成カラーＳＡＲ画像ＧZ4の作成方法について説明する。
山間部では、照射方向の斜面が短くなるフォアショートニングや、山頂が麓に倒れ込み斜面が画像上に現れないレイオーバーが起こり易いので、ＳＡＲ画像を撮影する際には、オフナディア角を大きく（例えば、６０度）にすることで、地形の歪みを小さくするようにしている。しかし、オフナディア角を大きくすると、斜面の背後に電波の届かない影の部分（レーダーシャドウ）ができてしまうので、例えば、斜面に山崩れ等による崩壊地ができた場合には、崩壊地の状況を把握できない場合があった。
そこで、本例では、東西南北の４方向から撮影したＳＡＲ画像を用いて、レーダーシャドウの影響の少ない合成カラーＳＡＲ画像ＧZ4を作成する。
Next, a method for creating the composite color SAR image G Z4 will be described.
In mountainous areas, foreshortening in which the slope in the irradiation direction is shortened and layover in which the top of the mountain falls into the foot and the slope does not appear on the image are likely to occur. 60 degrees), the terrain distortion is reduced. However, if the off-nadir angle is increased, a shadow part (radar shadow) that does not reach radio waves will be created behind the slope. For example, if there is a collapsed area due to a landslide on the slope, the situation of the collapsed area There was a case that could not grasp.
Therefore, in this example, a composite color SAR image G Z4 with less influence of radar shadow is created using SAR images taken from the four directions of east, west, south, and north.
まず、合成開口レーダを用いて東西南北の４方向からそれぞれ撮影したＳＡＲ画像のデータを記憶部２に保存した後、各ＳＡＲ画像をオルソ補正処理して４つの原画像をそれぞれ作成する。図５に示すオルソ画像Ｇ0(E),Ｇ0(W),Ｇ0(S),Ｇ0(N)が、東西南北の４方向から撮影した４つの原画像（オルソ画像）である。
レーダーシャドウの影響をなくすため、これらの原画像（オルソ画像）の同一箇所の画素Ｐ(i,j)の輝度値を比較し、最も高い輝度値を画素Ｐ(i,j)の輝度値とした画像（合成オルソ画像）を作成することも考えられるが、この場合には、画像がモノクロであるだけでなく、各画素の輝度の差が少なくなるため、鮮明な画像を得ることは困難である。
本例では、４つの原画像Ｇ0(E),Ｇ0(W),Ｇ0(S),Ｇ0(N)それぞれについて、画像処理部３にて画像処理し、東西南北の４方向から撮影した４つのカラーＳＡＲ画像ＧZ(E),ＧZ(W),ＧZ(S),ＧZ(N)を作成した後、合成カラー画像作成手段１５にて、これらのカラーＳＡＲ画像を合成することで、合成カラーＳＡＲ画像ＧZ4を作成する。合成カラーＳＡＲ画像ＧZ4の各画素の色調は、輝度値の大小に対応するＧ成分だけでなく、散乱波の強度のバラつきに対応するＲ成分やＢ成分も含んでいるので、山の尾根や斜面の崩壊地等が鮮明に映った画像を得ることができる。
First, SAR image data captured from four directions of east, west, south, and north using a synthetic aperture radar is stored in the storage unit 2, and then each SAR image is subjected to ortho correction processing to generate four original images. Ortho images G 0 (E), G 0 (W), G 0 (S), and G 0 (N) shown in FIG. 5 are four original images (ortho images) taken from four directions of east, west, south, and north.
In order to eliminate the influence of radar shadow, the luminance values of the pixels P (i, j) at the same location in these original images (ortho images) are compared, and the highest luminance value is compared with the luminance value of the pixel P (i, j). However, in this case, it is difficult to obtain a clear image because not only the image is monochrome, but also the difference in luminance of each pixel is reduced. is there.
In this example, each of the four original images G 0 (E), G 0 (W), G 0 (S), and G 0 (N) is image-processed by the image processing unit 3, and from four directions, east, west, south, and north After the photographed four color SAR images G Z (E), G Z (W), G Z (S), and G Z (N) are created, the synthesized color image creating means 15 converts these color SAR images. By combining, a combined color SAR image G Z4 is created. The color tone of each pixel of the composite color SAR image G Z4 includes not only the G component corresponding to the magnitude of the luminance value but also the R component and B component corresponding to the variation in the intensity of the scattered wave. It is possible to obtain an image in which the slope collapsed area is clearly reflected.
図６は、合成カラーＳＡＲ画像の一例を示す図で、山の尾根に対応する部分の色調がマゼンダ（Ｒ＋Ｂ）になっている。これは、山の尾根では、散乱光の強度が弱くＧ成分は少ないが、散乱波の強度のバラつきが大きいのでＲ成分とＢ成分が大きいためである。
また、斜面の崩壊地は、散乱光の強度が強くＧ成分が多いだけでなく、凹凸も多いので、白い領域を背景にしたマゼンダの領域として把握できる。
したがって、４つの原画像（オルソ画像）を合成した合成オルソ画像に比較して、鮮明な画像を得ることができるので、土砂崩れ等の災害の発生状況を的確に把握できる。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a composite color SAR image, and the color tone of the portion corresponding to the mountain ridge is magenta (R + B). This is because in the mountain ridge, the intensity of the scattered light is weak and the G component is small, but the intensity of the scattered wave varies greatly, so the R component and the B component are large.
In addition, the slope collapsed area can be grasped as a magenta area with a white area as a background because it has not only strong scattered light intensity but a large amount of G component but also a lot of irregularities.
Therefore, since a clear image can be obtained as compared with a synthesized ortho image obtained by synthesizing four original images (ortho images), it is possible to accurately grasp the occurrence of a disaster such as a landslide.
なお、前記実施形態２では、東西南北の４方向から撮影した４つＳＡＲ画像から合成カラーＳＡＲ画像を作成したが、互いに異なる２方向、もしくは、３方向から撮影したＳＡＲ画像から合成カラーＳＡＲ画像を作成してもよい。要は、斜面を囲むように撮影した複数のＳＡＲ画像から合成カラーＳＡＲ画像を作成すればよい。なお、撮影方向を５方向以上としてもよいが、撮影方向は、東西南北の４方向のＳＡＲ画像があれば十分である。 In the second embodiment, a composite color SAR image is created from four SAR images photographed from four directions of east, west, south, and north. However, a composite color SAR image is created from SAR images photographed from two different directions or three directions. You may create it. In short, a composite color SAR image may be created from a plurality of SAR images photographed so as to surround a slope. Note that the shooting direction may be five or more, but it is sufficient that the shooting direction has four SAR images in the east, west, north, and south directions.
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various modifications or improvements can be added to the above embodiment.
１，１Ｐ 単偏波ＳＡＲカラー画像作成装置、２ 記憶部、３ 画像処理部、
１１ 原画像作成手段、１２ 色調変換画像作成手段、１３ テクスチャ画像作成手段、
１３Ｆ ローカルフィルター、１３ａ 矩形ウインドウ設定部、
１３ｂ 標準偏差算出部、１３ｃ テクスチャ画像作成部、１４ 画像合成手段、
１５ 合成カラー画像作成手段。
1,1P single polarization SAR color image creation device, 2 storage unit, 3 image processing unit,
11 original image creation means, 12 color tone conversion image creation means, 13 texture image creation means,
13F local filter, 13a rectangular window setting section,
13b standard deviation calculation unit, 13c texture image creation unit, 14 image synthesis means,
15 Composite color image creation means.
Claims (2)
前記合成開口レーダにより撮影した単偏波ＳＡＲ画像を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された単偏波ＳＡＲ画像を画像処理して単偏波ＳＡＲカラー画像を作成する画像処理部とを備え、
前記画像処理部は、
前記記憶部に記憶された単偏波ＳＡＲ画像をオルソ補正処理した原画像を作成する原画像作成手段と、
前記原画像の各セルの輝度値をそれぞれ対数変換した値を輝度値とした画像である色調変換画像を作成する色調変換画像作成手段と、
前記色調変換画像に標準偏差ローカルフィルターを適用して予め設定された大きさの矩形ウインドウ内の輝度値の標準偏差を算出し、前記色調変換画像の各画素の輝度値を、前記算出された標準偏差の大きさに応じた輝度値に変換した値を輝度値とした画像であるテクスチャ画像を作成するテクスチャ画像作成手段と、
前記色調変換画像と、前記矩形ウインドウをｎ×ｎ画素としたときのテクスチャ画像である第１のテクスチャ画像と、前記矩形ウインドウをｍ×ｍ画素としたときのテクスチャ画像である第２のテクスチャ画像とを合成して単偏波ＳＡＲカラー画像を作成する画像合成手段とを備え、
前記ｎ，ｍが、ｎ＞２ｍ，ｍ≧３を満たす奇数であって、
前記画像合成手段が、各画素のＧ成分の輝度値を前記色調変換画像の各画素の輝度値とし、Ｒ成分の輝度値を前記第１のテクスチャ画像の各画素の輝度値とし、Ｂ成分の輝度値を前記第２のテクスチャ画像の各画素の輝度値とする単偏波ＳＡＲカラー画像を作成することを特徴とする単偏波ＳＡＲカラー画像作成装置。 An apparatus for processing a single-polarized SAR image captured by a synthetic aperture radar to generate a single-polarized SAR color image,
A storage unit that stores a single-polarization SAR image captured by the synthetic aperture radar; and an image processing unit that generates a single-polarization SAR color image by performing image processing on the single-polarization SAR image stored in the storage unit. Prepared,
The image processing unit
Original image creating means for creating an original image obtained by ortho-correcting the single-polarized SAR image stored in the storage unit;
A color tone converted image creating means for creating a color tone converted image which is an image having a luminance value obtained by logarithmically converting the luminance value of each cell of the original image;
A standard deviation local filter is applied to the tone-converted image to calculate a standard deviation of luminance values in a rectangular window having a preset size, and the luminance value of each pixel of the tone-converted image is calculated as the calculated standard. A texture image creating means for creating a texture image that is an image having a brightness value obtained by converting the brightness value according to the magnitude of the deviation;
The color-tone-converted image, a first texture image that is a texture image when the rectangular window is n × n pixels, and a second texture image that is a texture image when the rectangular window is m × m pixels And image synthesizing means for creating a single-polarized SAR color image.
N and m are odd numbers satisfying n> 2m and m ≧ 3,
The image composition means uses the luminance value of the G component of each pixel as the luminance value of each pixel of the color tone conversion image, the luminance value of the R component as the luminance value of each pixel of the first texture image, A single-polarized SAR color image creating apparatus that creates a single-polarized SAR color image having a luminance value as a luminance value of each pixel of the second texture image.
Synthetic color image creation that creates a composite color SAR image by synthesizing a plurality of single polarization SAR color images obtained by performing image processing on the single polarization SAR images taken from a plurality of different directions. And the combined color image creating means sets the luminance value of the R component of each pixel as the maximum luminance value among the luminance values of the R component of each pixel of the plurality of single-polarized SAR color images, Creating a composite color SAR image with the luminance value of the G component as the maximum luminance value of the G component luminance values of each pixel and the maximum luminance value of the B component luminance values of each pixel; The single-polarized SAR color image creation device according to claim 1, wherein
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