JP6207362B2 - レーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法 - Google Patents
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Description
SAR画像をハフ変換することで、移動体の航跡の可能性があるSAR画像内の直線成分を容易に検出することができるが、SAR画像を構成している画素の数が多い場合、ハフ変換に要する演算時間が長くなる。
図1はこの発明の実施の形態1によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。
図1において、画像切出し部1は海洋の撮像画像である合成開口レーダ画像(SAR(Synthetic Aperture Radar)画像)を入力すると、そのSAR画像を構成している画素の中で、画素値が予め設定されている画像切出し用閾値Th1より大きい画素を検出する処理を実施する。
また、画像切出し部1はSAR画像から、画素値が画像切出し用閾値Th1より大きい画素を中心とする一定範囲内の画像(SAR画像より小さい画像)を切出す処理を実施する。
なお、画像切出し部1及びハフ変換対象画素設定部2からハフ変換対象画素設定手段が構成されている。
ハフ変換処理部3はハフ変換対象画素設定部2から出力されたハフ変換対象画素画像をハフ変換し、ハフ変換後の画像を出力する処理を実施する。なお、ハフ変換処理部3はハフ変換手段を構成している。
航跡検出部5は画素対検出部4により検出された航跡に起因する2つの点成分の間隔に対応する角度が、ケルビン波による2本の航跡がなす規定角度(約39度)と一致していれば、ハフ変換対象画素設定部2により設定されたハフ変換対象画素が連なる線分のうち、航跡に起因する2つの点成分に対応している2本の線分を移動体の航跡として検出する処理を実施する。
なお、画素対検出部4及び航跡検出部5から航跡検出手段が構成されている。
レーダ信号処理装置をコンピュータで構成する場合、画像切出し部1、ハフ変換対象画素設定部2、ハフ変換処理部3、画素対検出部4及び航跡検出部5の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図2はこの発明の実施の形態1によるレーダ信号処理装置の処理内容(レーダ信号処理方法)を示すフローチャートである。
この実施の形態1では、図示せぬレーダ装置によって、海洋を航行中の船舶や潜水艦などの移動体が観測されているものとする。
図1のレーダ信号処理装置には、図示せぬレーダ装置から移動体が撮影されているSAR画像が与えられる。
したがって、移動体の航跡は線分となるが、移動体による輝点の信号強度が最も大きくなり、輝点から離れるほど、信号強度が小さくなる。
そこで、画像切出し部1は、SAR画像を入力する毎に(ステップST1)、そのSAR画像を構成している画素の中で、画素値(輝度)が予め設定されている画像切出し用閾値Th1より大きい画素を検出する(ステップST2)。
移動体による輝点の信号強度は、例えば、移動体の種類や天候変化などで変化するので、画像切出し用閾値Th1は、検出対象の移動体や現在の天候などを考慮して、事前に設定される。例えば、予想される輝点の信号強度の80〜90%程度の値が画像切出し用閾値Th1として設定される。
図3において、SAR画像内のAは移動体による輝点を示しており、航跡が輝点Aから派生している様子を示している。
また、輝点Aから派生する航跡には、輝度が明るい明線の航跡B1,B2と、輝度が暗い暗線の航跡C1,C2とがある。
なお、ケルビン波によって輝点Aから派生する2本の航跡B1,B2(または、C1,C2)がなす角度は、約39度の角度(規定角度)になることが知られている(非特許文献1を参照)。SAR画像において、スラントレンジからグランドレンジへの縮尺の変換を施しているのであれば、上記の角度は保持される。
このように、処理対象画像をSAR画像より小さい画像に制限することで、画像に対する線分(航跡)の長さの割合が大きくなるため、航跡の検出精度が向上することが考えられる。
また、後段のハフ変換処理部3でのハフ変換対象が小さくなるため、演算負荷を軽減する効果も得られる。
例えば、明線の航跡B1,B2を構成している可能性が高い画素をハフ変換対象画素に設定する場合、処理対象画像を構成している各画素の画素値と、予め設定されているシークラッタ検出用閾値Th2(第1のシークラッタ検出用閾値)とを比較して、画素値がシークラッタ検出用閾値Th2より大きい画素を検出し、その画素をハフ変換対象画素に設定する(ステップST4)。画素値がシークラッタ検出用閾値Th2より小さい画素をハフ変換対象から除外している。
なお、シークラッタ検出用閾値Th2は、画像切出し用閾値Th1より小さい閾値である。
例えば、画素の画素値が0〜5の範囲であるときには、以下のように、画素値の明暗を逆転する。
画素値“0”の画素 → 画素値“5”
画素値“1”の画素 → 画素値“4”
画素値“2”の画素 → 画素値“3”
画素値“3”の画素 → 画素値“2”
画素値“4”の画素 → 画素値“1”
画素値“5”の画素 → 画素値“0”
次に、明暗逆転後の各画素の画素値と、予め設定されているシークラッタ検出用閾値Th2’(第2のシークラッタ検出用閾値)とを比較して、画素値がシークラッタ検出用閾値Th2’より大きい画素を検出し、その画素をハフ変換対象画素に設定する(ステップST4)。
シークラッタ検出用閾値Th2’は、シークラッタ検出用閾値Th2と同じ値でもよいし、異なる値でもよい。
一方、暗線の航跡C1,C2を構成している可能性が高い画素をハフ変換対象画素に設定すると、そのハフ変換対象画素からなる画像であるハフ変換対象画素画像(図3(d)を参照)をハフ変換処理部3に出力する(ステップST5)。
なお、ハフ変換対象画素画像における航跡B1,B2又は航跡C1,C2を構成している可能性が高い画素以外の画素には、例えば、“0”の画素値が与えられて、ハフ変換対象から除外されている。
図4はハフ変換後の画像の一例を示す説明図である。
図4におけるハフ変換後の画像の横軸は、航跡の可能性がある線分の傾きを示しており、ハフ変換後の画像内には、航跡に起因する信号強度の強い点成分が表出される。
例えば、明線の航跡B1,B2を構成している可能性が高い画素がハフ変換対象画素に設定されている場合、点成分D1は、航跡B1に起因する点成分であり、点成分D2は、航跡B2に起因する点成分である。
一方、暗線の航跡C1,C2を構成している可能性が高い画素がハフ変換対象画素に設定されている場合、点成分D1は、航跡C1に起因する点成分であり、点成分D2は、航跡C2に起因する点成分である。
図4の例では、点成分D1,D2が航跡に起因する点成分として検出される。
なお、航跡点成分検出用閾値Th3は、航跡の検出性能や誤検出率などを考慮して、事前に設定される。
即ち、航跡検出部5は、2つの点成分D1,D2の間隔に対応する角度が約39度(例えば、38度〜40度の範囲内)であれば、ケルビン波による2本の航跡がなす規定角度と一致していると判定する。
一方、暗線の航跡C1,C2を構成している可能性が高い画素がハフ変換対象画素に設定されている場合、2つの点成分D1,D2に対応しているハフ変換対象画素が連なっている線分が、暗線の航跡C1,C2であるとして検出する(ステップST9)。
なお、2つの点成分D1,D2に対応しているハフ変換対象画素が連なっている線分は、2つの点成分D1,D2を逆ハフ変換することでも特定することができるが、ハフ変換後の画像における2つの点成分D1,D2の縦軸方向の値から、線分の切片や、線分と画像中心の距離が分かるので、ハフ変換対象画素設定部2から出力されたハフ変換対象画素画像内のハフ変換対象画素が連なっている線分と見比べれば特定することができる。
上記実施の形態1では、ハフ変換対象画素設定部2が、明線の航跡B1,B2を構成している可能性が高い画素、または、暗線の航跡C1,C2を構成している可能性が高い画素のいずれか一方をハフ変換対象画素に設定するものを示したが、明線の航跡B1,B2を構成している可能性が高い画素をハフ変換対象画素に設定するとともに、暗線の航跡C1,C2を構成している可能性が高い画素をハフ変換対象画素に設定するようにしてもよい。
また、画素対検出部4は、明線の航跡B1,B2に係るハフ変換後の画像内から航跡B1,B2に起因する2つの点成分を検出するとともに、暗線の航跡C1,C2に係るハフ変換後の画像内から航跡C1,C2に起因する2つの点成分を検出する。
そして、航跡検出部5は、2つの判定結果が共に、規定角度(約39度)と一致している旨の判定結果である場合に限り、移動体の航跡として、明線の航跡B1,B2を構成している可能性が高い画素からなるハフ変換対象画素が連なっている線分が、明線の航跡B1,B2であるとして検出する。
また、暗線の航跡C1,C2を構成している可能性が高い画素からなるハフ変換対象画素が連なっている線分が、暗線の航跡C1,C2であるとして検出する。
Claims (5)
- 海洋の撮像画像である合成開口レーダ画像を構成している画素の中で、画素値が予め設定されているシークラッタ検出用閾値より大きい画素をハフ変換対象画素に設定し、前記ハフ変換対象画素からなる画像を出力するハフ変換対象画素設定手段と、
前記ハフ変換対象画素設定手段から出力されたハフ変換対象画素からなる画像をハフ変換し、ハフ変換後の画像を出力するハフ変換手段と、
前記ハフ変換手段から出力されたハフ変換後の画像を用いて、前記ハフ変換対象画素設定手段から出力されたハフ変換対象画素からなる画像から移動体の航跡を検出する航跡検出手段と
を備えたレーダ信号処理装置。 - 前記航跡検出手段は、
前記ハフ変換手段から出力されたハフ変換後の画像を構成している画素の中で、画素値が予め設定されている航跡点成分検出用閾値より大きい画素の対を検出する画素対検出部と、
前記画素対検出部により検出された画素対の間隔に対応する角度が、ケルビン波による2本の航跡がなす規定角度と一致していれば、前記ハフ変換対象画素設定手段により設定されたハフ変換対象画素が連なる線分のうち、前記画素対に対応している2本の線分を前記移動体の航跡として検出する航跡検出部とから構成されていることを特徴とする請求項1記載のレーダ信号処理装置。 - 前記ハフ変換対象画素設定手段は、前記合成開口レーダ画像を構成している画素の中で、画素値が予め設定されている画像切出し用閾値より大きい画素を検出し、前記合成開口レーダ画像から、前記画像切出し用閾値より大きい画素を中心とする画像を切出す前処理を実施し、その切出した画像を構成している画素の中で、画素値が予め設定されているシークラッタ検出用閾値より大きい画素をハフ変換対象画素に設定し、前記ハフ変換対象画素からなる画像を前記ハフ変換手段に出力することを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーダ信号処理装置。
- 前記ハフ変換対象画素設定手段は、前記移動体の航跡における明線及び暗線のうち、前記明線の航跡を検出する場合、画素値が予め設定されている第1のシークラッタ検出用閾値より大きい画素をハフ変換対象画素に設定し、前記暗線の航跡を検出する場合、前記合成開口レーダ画像を構成している画素の画素値の明暗を逆転し、明暗逆転後の画素値が予め設定されている第2のシークラッタ検出用閾値より大きい画素をハフ変換対象画素に設定することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のレーダ信号処理装置。
- ハフ変換対象画素設定手段が、海洋の撮像画像である合成開口レーダ画像を構成している画素の中で、画素値が予め設定されているシークラッタ検出用閾値より大きい画素をハフ変換対象画素に設定し、前記ハフ変換対象画素からなる画像を出力するハフ変換対象画素設定処理ステップと、
ハフ変換手段が、前記ハフ変換対象画素設定処理ステップで出力されたハフ変換対象画素からなる画像をハフ変換し、ハフ変換後の画像を出力するハフ変換処理ステップと、
航跡検出手段が、前記ハフ変換処理ステップで出力されたハフ変換後の画像を用いて、前記ハフ変換対象画素設定処理ステップで出力されたハフ変換対象画素からなる画像から移動体の航跡を検出する航跡検出処理ステップと
を備えたレーダ信号処理方法。
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