JP6292772B2

JP6292772B2 - レーダ画像処理装置及びレーダ画像処理方法

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Publication number: JP6292772B2
Application number: JP2013119085A
Authority: JP
Inventors: 赳寛星野; 啓諏訪
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2033-06-05
Also published as: JP2014235155A

Description

この発明は、同一の観測領域に対する異なる観測時刻の２枚のレーダ画像を取得し、２枚のレーダ画像から観測領域における目標の変化を弁別するレーダ画像処理装置及びレーダ画像処理方法に関するものである。

観測領域における目標の変化を検出するレーダ画像処理装置が以下の特許文献１に開示されている。
このレーダ画像処理装置では、同一の観測領域に対する異なる観測時刻の２枚のレーダ画像を取得し、２枚のレーダ画像間の相関を示すコヒーレンスを算出する。
このコヒーレンスは、２枚のレーダ画像が完全に一致する場合には“１”になり、２枚のレーダ画像間の差異が大きくなる程、“０”に近づく性質がある。
そこで、このレーダ画像処理装置は、そのコヒーレンスと所定の閾値を比較し、そのコヒーレンスが閾値より小さければ、２枚のレーダ画像の異なる取得時刻の間に生じている観測領域の時間的変化を検出する。
また、このレーダ画像処理装置は、２枚のレーダ画像間の散乱強度差分及び散乱強度差分の標準偏差を算出し、その散乱強度差分及び標準偏差をコヒーレンスと組み合わせて、観測領域の時間的変化を検出する。

特開２００８−４６１０７号公報（段落番号［００３１］から［００３５］）

従来のレーダ画像処理装置は以上のように構成されているので、２枚のレーダ画像間の散乱強度差分及び散乱強度差分の標準偏差を用いて、観測領域の時間的変化を検出しているが、一般的にレーダ画像はダイナミックレンジが大きいため、散乱強度差分や標準偏差値が観測領域毎に大幅に揺らぐことがある。このため、観測領域の地理情報や光学画像情報などを取得し、これらの情報を用いて、観測領域毎に異なる閾値を設定する必要がある課題があった。
また、観測領域の時間的変化を検出することができても、その観測領域における新たな目標の出現、目標の消失、目標の微小移動などを弁別することができない課題があった。
また、信号対雑音電力比（ＳＮＲ：ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）が低下して、２枚のレーダ画像間の相関が低下すると、時間的変化の検出精度が低下してしまう課題があった。

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、全観測領域に亘って一様な閾値を用いて、観測領域における目標の変化を弁別することができるレーダ画像処理装置及びレーダ画像処理方法を得ることを目的とする。
また、この発明は、信号対雑音電力比が低下しても、目標の変化を高精度に弁別することができるレーダ画像処理装置を得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、同一の観測領域に対する異なる観測時刻の２枚のレーダ画像を取得し、２枚のレーダ画像間の位置ずれを補償する位置ずれ補償手段と、位置ずれ補償手段により位置ずれが補償された２枚のレーダ画像間の相関を示すコヒーレンスを算出するとともに、位置ずれ補償手段により位置ずれが補償された２枚のレーダ画像における平均散乱強度をそれぞれ算出して、算出した２つの平均散乱強度の差分値の規格化値である平均規格化散乱強度差分値を算出する目標変化関連指標算出手段と、目標変化関連指標算出手段により算出されたコヒーレンス及び平均規格化散乱強度差分値を用いて、観測領域における目標の変化を弁別する目標変化弁別手段とを備え、目標変化弁別手段が、目標変化関連指標算出手段により算出された平均規格化散乱強度差分値が予め設定されている上限側の閾値よりも大きい場合、目標の消失を認定するようにしたものである。

この発明によれば、位置ずれ補償手段により位置ずれが補償された２枚のレーダ画像間の相関を示すコヒーレンスを算出するとともに、各レーダ画像の平均散乱強度を算出して、２つの平均散乱強度の差分値の規格化値である平均規格化散乱強度差分値を算出する目標変化関連指標算出手段を設け、目標変化弁別手段が、目標変化関連指標算出手段により算出されたコヒーレンス及び平均規格化散乱強度差分値を用いて、観測領域における目標の変化を弁別するように構成したので、全観測領域に亘って一様な閾値を用いて、観測領域における目標の変化を弁別することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるレーダ画像処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１によるレーダ画像処理装置の処理内容（レーダ画像処理方法）を示す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の目標変化弁別部５を示す構成図である。

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を示す構成図である。
図１において、レーダ画像格納部１は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、図示せぬレーダ装置により生成された複数のレーダ画像（同一の観測領域に対する異なる観測時刻のレーダ画像）を格納している。
レーダ装置の種類は特に問わないが、音波を送受信する音波レーダ装置や、光波を送受信する光波レーダ装置などが考えられる。

位置合わせ処理部２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、レーダ画像格納部１から同一の観測領域に対する異なる観測時刻の２枚のレーダ画像を取得し、２枚のレーダ画像間の位置ずれを補償する処理を実施する。なお、位置合わせ処理部２は位置ずれ補償手段を構成している。
前処理部３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、位置合わせ処理部２により位置ずれが補償された２枚のレーダ画像間のドップラー周波数差や幾何位相差を補償する前処理を実施する。なお、前処理部３は前処理手段を構成している。

指標計算処理部４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、前処理部３による前処理後の２枚のレーダ画像間の相関を示すコヒーレンスγを算出するとともに、各レーダ画像の平均散乱強度を算出して、２つの平均散乱強度の差分値の規格化値である平均規格化散乱強度差分値Ｃを算出する処理を実施する。なお、指標計算処理部４は目標変化関連指標算出手段を構成している。
目標変化弁別部５は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、指標計算処理部４により算出されたコヒーレンスγ及び平均規格化散乱強度差分値Ｃを用いて、観測領域における目標の変化を弁別する処理を実施する。なお、目標変化弁別部５は目標変化弁別手段を構成している。
出力格納部６は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、目標変化弁別部５の弁別結果を格納する。

図１の例では、レーダ画像処理装置の構成要素であるレーダ画像格納部１、位置合わせ処理部２、前処理部３、指標計算処理部４、目標変化弁別部５及び出力格納部６のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーダ画像処理装置がコンピュータで構成されていてもよい。
レーダ画像処理装置がコンピュータで構成されている場合、レーダ画像格納部１及び出力格納部６をコンピュータの内部メモリ又は外部メモリ上に構成するとともに、位置合わせ処理部２、前処理部３、指標計算処理部４及び目標変化弁別部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によるレーダ画像処理装置の処理内容（レーダ画像処理方法）を示すフローチャートである。

図３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目標変化弁別部５を示す構成図である。
図３において、振幅判定部１１は前処理部３による前処理後の２枚のレーダ画像における局所領域の振幅の絶対値Ａ₁，Ａ₂と予め設定されている振幅閾値Ｔ₀（雑音電力に相当する閾値）を比較して、その振幅の絶対値Ａ₁，Ａ₂が振幅閾値Ｔ₀より大きいか否かを判定する処理を実施する。

第１の差分値判定部１２は振幅判定部１１の判定結果が、振幅の絶対値Ａ₁，Ａ₂のうち、少なくとも一方が振幅閾値Ｔ₀より大きい旨を示していれば、指標計算処理部４により算出された平均規格化散乱強度差分値Ｃと予め設定されている差分値閾値Ｔ₁（上限側の閾値）を比較して、その平均規格化散乱強度差分値Ｃが差分値閾値Ｔ₁より大きいか否かを判定する処理を実施する。
目標消失認定部１３は第１の差分値判定部１２の判定結果が、平均規格化散乱強度差分値Ｃが差分値閾値Ｔ₁より大きい旨を示していれば、目標の消失を認定する処理を実施する。

第２の差分値判定部１４は振幅判定部１１の判定結果が、振幅の絶対値Ａ₁，Ａ₂のうち、少なくとも一方が振幅閾値Ｔ₀より大きい旨を示している場合において、第１の差分値判定部１２の判定結果が、平均規格化散乱強度差分値Ｃが差分値閾値Ｔ₁より小さい旨を示している場合、指標計算処理部４により算出された平均規格化散乱強度差分値Ｃと予め設定されている差分値閾値Ｔ₂（下限側の閾値）を比較して、その平均規格化散乱強度差分値Ｃが差分値閾値Ｔ₂より小さいか否かを判定する処理を実施する。
目標出現認定部１５は第２の差分値判定部１４の判定結果が、平均規格化散乱強度差分値Ｃが差分値閾値Ｔ₂より小さい旨を示していれば、新たな目標の出現を認定する処理を実施する。

コヒーレンス判定部１６は指標計算処理部４により算出された平均規格化散乱強度差分値Ｃが差分値閾値Ｔ₂より大きく、かつ、差分値閾値Ｔ₁より小さい場合、指標計算処理部４により算出されたコヒーレンスγと予め設定されているコヒーレンス閾値Ｔ₃を比較して、そのコヒーレンスγがコヒーレンス閾値Ｔ₃より大きいか否かを判定する処理を実施する。
微小移動認定部１７はコヒーレンス判定部１６の判定結果が、コヒーレンスγがコヒーレンス閾値Ｔ₃より小さい旨を示していれば、目標の微小移動を認定する処理を実施する。
不動認定部１８はコヒーレンス判定部１６の判定結果が、コヒーレンスγがコヒーレンス閾値Ｔ₃より大きい旨を示している場合、あるいは、振幅判定部１１の判定結果が、振幅の絶対値Ａ₁，Ａ₂が振幅閾値Ｔ₀より小さい旨を示している場合、目標の不動を認定する処理を実施する。

次に動作について説明する。
位置合わせ処理部２は、レーダ画像格納部１により格納されている複数のレーダ画像の中から、同一の観測領域に対する異なる観測時刻の２枚のレーダ画像を取得し、２枚のレーダ画像間の位置ずれを補償する（図２のステップＳＴ１）。
２枚のレーダ画像間の位置ずれの補償方法としては、例えば、各レーダ画像を生成する際のレーダ装置と観測領域の幾何学的な位置関係から２枚のレーダ画像間の位置ずれ量を算出し、その位置ずれ量に応じて少なくとも一方のレーダ画像を幾何補償（例えば、アフィン変換や写像関数を用いた幾何補償）することで、２枚のレーダ画像間の位置ずれを補償する方法がある。

ただし、観測領域が地表面である場合、レーダ装置を搭載しているプラットフォームに依存する距離ずれ、サンプリングずれ、幾何学的な影響によってチャープ状の複素信号が得られるなどの影響から、レーダ画像の領域毎の画像ずれの非線形性から周波数空間上の複素正弦波が一様でない場合がある。
このため、２枚のレーダ画像間の局所領域（例えば、散乱強度が高い点の近傍の小区間）の位置ずれに伴う複素正弦波を算出し、その複素正弦波を２次元逆フーリエ変換することで、レーダ画像の小区間毎に位置ずれ量を算出し、その位置ずれ量に応じて少なくとも一方のレーダ画像を幾何補償（例えば、アフィン変換や写像関数を用いたバイリニア、バイキュービック、ｓｉｎｃの畳み込み内挿などの用途にあわせた各種補間処理）することで、２枚のレーダ画像間の位置ずれを補償する。

前処理部３は、位置合わせ処理部２が２枚のレーダ画像間の位置ずれを補償すると、位置ずれ補償後の２枚のレーダ画像間のドップラー周波数差や幾何位相差を補償する前処理を実施する（ステップＳＴ２）。
ただし、観測領域から見た場合のレーダ装置の軌道と、レーダ装置におけるアンテナビームの走査とが全く同一であれば、前処理部３による前処理を省略してもよい。

２枚のレーダ画像間のドップラー周波数差を補償するには、いわゆるスペクトルフィルタを適用する必要があり、スペクトルフィルタを適用するには、レーダ画像の座標毎にドップラー中心周波数を得る必要がある。
ドップラー中心周波数は、予め、観測領域とアンテナ位相中心の間の位置ベクトルに対するレーダ距離の変化率と、レーダ送信波長とから、幾何学的に算出するようにすればよい。
あるいは、レーダ画像に対して、アジマス方向にチャープ率αのチャープ信号を乗算するＤｅｒａｍｐ処理を実施し、アジマスドップラー周波数の帯域幅最小化や、同周波数の振幅を基準とする最適化問題の解として推定するようにしてもよい。

なお、合成開口処理時間が比較的長く、２次以上の多項式で、アジマスドップラー中心周波数が得られる場合には、１次のアジマスドップラー中心周波数多項式係数であるチャープ率αの最適化問題と同様に、逐次代入することで、その最適解を得ることが可能である。
言うまでもないが、スクイント観測によってレンジ方向に発生するレンジドップラー中心周波数の多項式係数も、アジマスドップラー中心周波数の推定と同様に導出することが可能である。
得られたドップラー中心周波数を瞬時周波数として、そのドップラー中心周波数に対して２πを乗算して時間積分し、その積分結果に対して虚数単位と“−１”を乗算し、その乗算結果を、ネイピア数を底とする指数関数の指数として、レーダ画像時間におけるＤｅｒａｍｐ関数が得られる。

前記Ｄｅｒａｍｐ関数をレーダ画像に乗算することでＤｅｒａｍｐ処理を実行する。
これにより、レーダ画像の２次元フーリエ変換後の中心周波数を１点に集約することが可能になるため、ここで共通するレーダ周波数帯域を抽出したり、共通しない帯域に０を乗算したり、メモリ上で０に置き換えたりすることで、スペクトルフィルタ処理を実施する。
なお、一般的にレーダ画像には窓関数が乗算されていることから、Ｄｅｒａｍｐ処理後に窓関数の逆数を乗算して窓関数を補償するようにしてもよいし、スペクトルフィルタ処理後に再度窓関数を乗算するようにしてもよい。
スペクトルフィルタ処理の後、いずれかのレーダ画像に対してＤｅｒａｍｐ関数の複素共役を乗算するＲｅｒａｍｐ処理を実施することで、２枚のレーダ画像間のドップラー周波数差を補償する。

２枚のレーダ画像間の幾何位相差は、いわゆる平面位相に相当し、コヒーレンスを劣化させる要因になるため、幾何位相差を除去する必要がある。
幾何位相差である平面位相（位相画像）は、各レーダ画像を生成する際のレーダ装置と観測領域の幾何学的な距離から算出することができる。即ち、位置ずれ補償後の２枚のレーダ画像の位相を２次元フーリエ変換することで推定することができる。
また、位置ずれ補償後の２枚のレーダ画像の同一の地形情報であるＤＥＭ（ＤｉｇｉｔａｌＥｌｅｖａｔｉｏｎＭａｐ）が得られている場合、そのＤＥＭから平面位相（位相画像）をシミュレーションしてもよい。また、平面位相（位相画像）を同一の地形情報の干渉結果から得てもよい。
幾何位相差である平面位相（位相画像）を算出すると、その位相画像の複素共役をいずれかのレーダ画像に乗算することで、２枚のレーダ画像間の幾何位相差を補償する。
なお、幾何位相差である平面位相は、観測領域がある接平面を地表面の基準として幾何学的に除去してもよいし、地球の楕円体を地表面の基準としてレーダ観測の位相中心の座標を用いて幾何学的に除去してもよい。

指標計算処理部４は、前処理部３による前処理後の２枚のレーダ画像を入力し、観測領域に存在している目標の変化に関連する指標として、２枚のレーダ画像間の相関を示すコヒーレンスγを算出するとともに、各レーダ画像の平均散乱強度を算出して、２つの平均散乱強度の差分値の規格化値である平均規格化散乱強度差分値Ｃを算出する。
以下、指標計算処理部４の処理内容を具体的に説明する。

指標計算処理部４は、２枚のレーダ画像における局所領域内の画素値ｓ₁，ｓ₂を下記の式（１）に代入することで、コヒーレンスγを算出する（ステップＳＴ３）。

式（１）において、ｓ₁は２枚のレーダ画像のうち、観測時刻ｔ₁のレーダ画像Ｇ１の局所領域内の画素値であり、ｓ₂は観測時刻ｔ₂のレーダ画像Ｇ２の局所領域内の画素値である。なお、本明細書において画素値と呼称する場合、レーダ画像特有の複素数値である場合を含むものとする。一方で、画素値の輝度値または絶対値と呼称した場合、それは画素値の絶対値をとった値と同一である。また、＊は複素共役である。この実施の形態１では、説明の便宜上、観測時刻ｔ₁は、観測時刻ｔ₂より早い時刻であるとする。
式（１）の分子にある「ｓ₁ｓ₂ ^*」は、レーダ画像Ｇ１の局所領域内の画素値ｓ₁と、レーダ画像Ｇ２の局所領域内の画素値ｓ₂との内積を表している。

ただし、コヒーレンスγを算出する際、局所領域の中に、信号対雑音電力比が低い領域が含まれている場合、真のコヒーレンスγの値は０に近くなる。このとき、コヒーレンスγの算出精度が劣化して、高い値にバイアスを持ってしまうことが知られている。
例えば、式（１）において、空間平均を行わずに、サンプル数Ｌ＝１とした場合、常に、γ＝１が成立する。
そこで、指標計算処理部４は、コヒーレンスγの算出精度の劣化を防止するため、画素値ｓの輝度値が所定の輝度値閾値より大きな画素の個数が所定数以上であるレーダ画像内の局所領域を探索し、その局所領域内の画素値ｓを用いて、コヒーレンスγを算出する。

即ち、指標計算処理部４は、コヒーレンス推定窓内のサンプル数（局所領域の画素数）がＬであるとき、輝度値ｓが輝度値閾値Ｔ_Lより高い画素の数Ｎが下記の式（２）を満足する局所領域を探索する。
Ｎ＞ξＬ（２）
式（２）において、ξは予め設定されている係数（０＜ξ≦１）である。
指標計算処理部４は、式（２）を満足する局所領域を探索すると、その局所領域内の画素値ｓ₁，ｓ₂を式（１）に代入することで、コヒーレンスγを算出する。

また、指標計算処理部４は、２枚のレーダ画像における局所領域内の画素値ｓ₁，ｓ₂を下記の式（３）に代入することで、平均規格化散乱強度差分値Ｃを算出する（ステップＳＴ４）。

式（３）では、２次元ノルムの二乗を用いて、平均規格化散乱強度差分値Ｃを算出しているが、ｎ次元ノルムを用いて（ｎ≧３）、平均規格化散乱強度差分値Ｃを算出するようにしてもよい。
式（３）では、平均規格化散乱強度差分値Ｃは、−１〜＋１の値をとるため、例えば、１−｜Ｃ｜として、コヒーレンスγと同じ値域を持つようにしてもよい。

目標変化弁別部５は、指標計算処理部４がコヒーレンスγ及び平均規格化散乱強度差分値Ｃを算出すると、そのコヒーレンスγ及び平均規格化散乱強度差分値Ｃを用いて、観測領域における目標の変化を弁別する。
以下、目標変化弁別部５の処理内容を具体的に説明する。

目標変化弁別部５の振幅判定部１１は、前処理部３による前処理後の２枚のレーダ画像Ｇ１，Ｇ２のうち、観測時刻ｔ₁のレーダ画像Ｇ１における局所領域の振幅の絶対値Ａ₁を算出する。
局所領域の振幅の絶対値Ａ₁として、例えば、その局所領域内の画素値ｓ₁の輝度値の平均値などを算出する。
ここでの局所領域は、指標計算処理部４により探索される局所領域と同じ領域であってもよいし、異なる領域であってもよい。
振幅判定部１１は、観測時刻ｔ₁のレーダ画像Ｇ１における局所領域の振幅の絶対値Ａ₁を算出すると、その振幅の絶対値Ａ₁と予め設定されている振幅閾値Ｔ₀（雑音電力に相当する閾値）を比較し、その振幅の絶対値Ａ₁が振幅閾値Ｔ₀より大きいか否かを判定する（ステップＳＴ５）。
例えば、レーダ画像を構成する画素値ｓの輝度値が０〜２５５の値を取る場合、振幅閾値Ｔ₀は、０〜２５５の中のいずれかの値に設定される。

また、振幅判定部１１は、観測時刻ｔ₂のレーダ画像Ｇ２における局所領域の振幅の絶対値Ａ₂を算出する。
振幅判定部１１は、観測時刻ｔ₂のレーダ画像Ｇ２における局所領域の振幅の絶対値Ａ₂を算出すると、その振幅の絶対値Ａ₂と振幅閾値Ｔ₀を比較して、その振幅の絶対値Ａ₂が振幅閾値Ｔ₀より大きいか否かを判定する（ステップＳＴ６）。

第１の差分値判定部１２は、振幅判定部１１の判定結果が、振幅の絶対値Ａ₁，Ａ₂のうち、少なくとも一方が振幅閾値Ｔ₀より大きい旨を示していれば、指標計算処理部４により算出された平均規格化散乱強度差分値Ｃと予め設定されている差分値閾値Ｔ₁を比較して、その平均規格化散乱強度差分値Ｃが差分値閾値Ｔ₁より大きいか否かを判定する（ステップＳＴ７）。差分値閾値Ｔ₁は、予め、０〜１の中のいずれかの値に設定される。
目標消失認定部１３は、第１の差分値判定部１２の判定結果が、平均規格化散乱強度差分値Ｃが差分値閾値Ｔ₁より大きい旨を示していれば、観測領域から目標が消失している旨を認定する（ステップＳＴ８）。

第２の差分値判定部１４は、振幅判定部１１の判定結果が、振幅の絶対値Ａ₁，Ａ₂のうち、少なくとも一方が振幅閾値Ｔ₀より大きい旨を示している場合において、第１の差分値判定部１２の判定結果が、平均規格化散乱強度差分値Ｃが差分値閾値Ｔ₁より小さい旨を示していれば、指標計算処理部４により算出された平均規格化散乱強度差分値Ｃと予め設定されている差分値閾値Ｔ₂を比較して、その平均規格化散乱強度差分値Ｃが差分値閾値Ｔ₂より小さいか否かを判定する（ステップＳＴ９）。差分値閾値Ｔ₂は、予め、−１〜０の中のいずれかの値に設定される。
目標出現認定部１５は、第２の差分値判定部１４の判定結果が、平均規格化散乱強度差分値Ｃが差分値閾値Ｔ₂より小さい旨を示していれば、観測領域において、新たな目標が出現している旨を認定する（ステップＳＴ１０）。

コヒーレンス判定部１６は、指標計算処理部４により算出された平均規格化散乱強度差分値Ｃが差分値閾値Ｔ₂より大きく、かつ、差分値閾値Ｔ₁より小さい場合（Ｔ₂＜Ｃ＜Ｔ₁）、指標計算処理部４により算出されたコヒーレンスγと予め設定されているコヒーレンス閾値Ｔ₃を比較して、そのコヒーレンスγがコヒーレンス閾値Ｔ₃より大きいか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。コヒーレンス閾値Ｔ₃は、予め、０〜１の中のいずれかの値に設定される。
微小移動認定部１７は、コヒーレンス判定部１６の判定結果が、コヒーレンスγがコヒーレンス閾値Ｔ₃より小さい旨を示していれば、観測領域内の目標が微小に移動又は変化している旨を認定する（ステップＳＴ１２）。

不動認定部１８は、コヒーレンス判定部１６の判定結果が、コヒーレンスγがコヒーレンス閾値Ｔ₃より大きい旨を示している場合、観測領域内の目標が全く動いていない旨を認定する（ステップＳＴ１３）。
また、不動認定部１８は、振幅判定部１１の判定結果が、振幅の絶対値Ａ₁，Ａ₂が振幅閾値Ｔ₀より小さい旨を示している場合にも、観測領域内の目標が全く動いていない旨を認定する（ステップＳＴ１３）。
目標変化弁別部５の弁別結果は、出力格納部６により格納され、必要に応じてディスプレイなどの外部出力装置に出力される。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、位置合わせ処理部２により位置ずれが補償された２枚のレーダ画像間の相関を示すコヒーレンスγを算出するとともに、各レーダ画像の平均散乱強度を算出して、２つの平均散乱強度の差分値の規格化値である平均規格化散乱強度差分値Ｃを算出する指標計算処理部４を設け、目標変化弁別部５が、指標計算処理部４により算出されたコヒーレンスγ及び平均規格化散乱強度差分値Ｃを用いて、観測領域における目標の変化を弁別するように構成したので、全観測領域に亘って一様な閾値を用いて、観測領域における目標の変化を弁別することができる効果を奏する。

また、この実施の形態１によれば、指標計算処理部４が、画素値ｓの輝度値が所定の輝度値閾値より大きな画素の個数が所定数以上であるレーダ画像内の局所領域を探索し、その局所領域内の画素値ｓを用いて、コヒーレンスγを算出するように構成したので、バイアスが発生している領域を除外して、コヒーレンスγを算出することができるようになり、その結果、コヒーレンスγの算出精度の劣化を防止することができる効果を奏する。

さらに、この実施の形態１によれば、不動認定部１８が、２枚のレーダ画像における局所領域の振幅が雑音電力より小さい場合、目標の不動を認定するように構成したので、例えば、アスファルトなどのような鏡面状であって、観測毎に変化が生じ難い観測領域を変化弁別対象から除外することができるようになり、その結果、信号対雑音電力比が低下しても、目標の変化を高精度に弁別することができる効果を奏する。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１レーダ画像格納部、２位置合わせ処理部（位置ずれ補償手段）、３前処理部（前処理手段）、４指標計算処理部（目標変化関連指標算出手段）、５目標変化弁別部（目標変化弁別手段）、６出力格納部、１１振幅判定部、１２第１の差分値判定部、１３目標消失認定部、１４第２の差分値判定部、１５目標出現認定部、１６コヒーレンス判定部、１７微小移動認定部、１８不動認定部。

Claims

同一の観測領域に対する異なる観測時刻の２枚のレーダ画像を取得し、上記２枚のレーダ画像間の位置ずれを補償する位置ずれ補償手段と、
上記位置ずれ補償手段により位置ずれが補償された２枚のレーダ画像間の相関を示すコヒーレンスを算出するとともに、上記位置ずれ補償手段により位置ずれが補償された２枚のレーダ画像における平均散乱強度をそれぞれ算出して、算出した２つの平均散乱強度の差分値の規格化値である平均規格化散乱強度差分値を算出する目標変化関連指標算出手段と、
上記目標変化関連指標算出手段により算出されたコヒーレンス及び平均規格化散乱強度差分値を用いて、上記観測領域における目標の変化を弁別する目標変化弁別手段とを備え、
上記目標変化弁別手段は、上記目標変化関連指標算出手段により算出された平均規格化散乱強度差分値が予め設定されている上限側の閾値よりも大きい場合、目標の消失を認定することを特徴とするレーダ画像処理装置。
同一の観測領域に対する異なる観測時刻の２枚のレーダ画像を取得し、上記２枚のレーダ画像間の位置ずれを補償する位置ずれ補償手段と、
上記位置ずれ補償手段により位置ずれが補償された２枚のレーダ画像間の相関を示すコヒーレンスを算出するとともに、上記位置ずれ補償手段により位置ずれが補償された２枚のレーダ画像における平均散乱強度をそれぞれ算出して、算出した２つの平均散乱強度の差分値の規格化値である平均規格化散乱強度差分値を算出する目標変化関連指標算出手段と、
上記目標変化関連指標算出手段により算出されたコヒーレンス及び平均規格化散乱強度差分値を用いて、上記観測領域における目標の変化を弁別する目標変化弁別手段とを備え、
上記目標変化弁別手段は、上記目標変化関連指標算出手段により算出された平均規格化散乱強度差分値が予め設定されている下限側の閾値よりも小さい場合、新たな目標の出現を認定することを特徴とするレーダ画像処理装置。
上記目標変化弁別手段は、上記目標変化関連指標算出手段により算出された平均規格化散乱強度差分値が予め設定されている下限側の閾値よりも小さい場合、新たな目標の出現を認定することを特徴とする請求項１記載のレーダ画像処理装置。
上記目標変化弁別手段は、上記目標変化関連指標算出手段により算出された平均規格化散乱強度差分値が上記下限側の閾値以上であり、かつ、上記上限側の閾値以下である場合、上記目標変化関連指標算出手段により算出されたコヒーレンスが予め設定されているコヒーレンス閾値以下であれば、目標の微小移動を認定し、上記コヒーレンスが上記コヒーレンス閾値よりも大きければ、目標が動いていない旨を認定することを特徴とする請求項３記載のレーダ画像処理装置。
上記目標変化弁別手段は、上記位置ずれ補償手段により取得された２枚のレーダ画像における局所領域の振幅が、雑音電力の振幅に対応する振幅閾値よりも小さい場合、上記目標変化関連指標算出手段により算出された平均規格化散乱強度差分値が上記上限側の閾値よりも大きい場合であっても、目標の消失を認定せずに、目標が動いていない旨を認定することを特徴とする請求項１記載のレーダ画像処理装置。
上記位置ずれ補償手段は、音波又は光波を用いて、レーダ画像を生成するレーダ装置から２枚のレーダ画像を取得することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のレーダ画像処理装置。
上記位置ずれ補償手段は、上記レーダ装置と観測領域の幾何学的な位置関係から２枚のレーダ画像間の位置ずれ量を算出し、その位置ずれ量に応じて少なくとも一方のレーダ画像を幾何補償することで、２枚のレーダ画像間の位置ずれを補償することを特徴とする請求項６記載のレーダ画像処理装置。
上記位置ずれ補償手段は、２枚のレーダ画像間の局所領域の位置ずれに伴う複素正弦波から２枚のレーダ画像間の位置ずれ量を算出し、その位置ずれ量に応じて少なくとも一方のレーダ画像を幾何補償することで、２枚のレーダ画像間の位置ずれを補償することを特徴とする請求項６記載のレーダ画像処理装置。
上記目標変化関連指標算出手段は、２枚のレーダ画像間の相関を示すコヒーレンスを算出する際、輝度値が所定の輝度値閾値より大きな画素の個数が所定数以上であるレーダ画像内の局所領域を探索し、上記局所領域内の画素値を用いて、コヒーレンスを算出することを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載のレーダ画像処理装置。
上記位置ずれ補償手段により位置ずれが補償された２枚のレーダ画像間のドップラー周波数差又は幾何位相差を補償する前処理を実施し、前処理後の２枚のレーダ画像を上記目標変化関連指標算出手段に出力する前処理手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載のレーダ画像処理装置。
上記位置ずれ補償手段により位置ずれが補償された２枚のレーダ画像間のドップラー周波数差又は幾何位相差を補償する前処理を実施し、前処理後の２枚のレーダ画像を上記目標変化関連指標算出手段に出力する前処理手段を備え、
上記前処理手段は、上記レーダ装置と観測領域の幾何学的な距離から位相画像を算出し、上記位相画像の複素共役をいずれかのレーダ画像に乗算することで、２枚のレーダ画像間の幾何位相差を補償することを特徴とする請求項６記載のレーダ画像処理装置。
上記前処理手段は、上記位置ずれ補償手段により位置ずれが補償された２枚のレーダ画像の同一地形情報の干渉結果を示す位相画像、または、上記地形情報から算出される位相画像の複素共役をいずれかのレーダ画像に乗算することで、２枚のレーダ画像間の幾何位相差を補償することを特徴とする請求項１０記載のレーダ画像処理装置。
位置ずれ補償手段が、同一の観測領域に対する異なる観測時刻の２枚のレーダ画像を取得し、上記２枚のレーダ画像間の位置ずれを補償する位置ずれ補償処理ステップと、
目標変化関連指標算出手段が、上記位置ずれ補償処理ステップで位置ずれが補償された２枚のレーダ画像間の相関を示すコヒーレンスを算出するとともに、上記位置ずれ補償処理ステップで位置ずれが補償された２枚のレーダ画像における平均散乱強度をそれぞれ算出して、算出した２つの平均散乱強度の差分値の規格化値である平均規格化散乱強度差分値を算出する目標変化関連指標算出処理ステップと、
目標変化弁別手段が、上記目標変化関連指標算出処理ステップで算出されたコヒーレンス及び平均規格化散乱強度差分値を用いて、上記観測領域における目標の変化を弁別する目標変化弁別処理ステップとを備え、
上記目標変化弁別手段は、上記目標変化関連指標算出手段により算出された平均規格化散乱強度差分値が予め設定されている上限側の閾値よりも大きい場合、目標の消失を認定することを特徴とするレーダ画像処理方法。
位置ずれ補償手段が、同一の観測領域に対する異なる観測時刻の２枚のレーダ画像を取得し、上記２枚のレーダ画像間の位置ずれを補償する位置ずれ補償処理ステップと、
目標変化関連指標算出手段が、上記位置ずれ補償処理ステップで位置ずれが補償された２枚のレーダ画像間の相関を示すコヒーレンスを算出するとともに、上記位置ずれ補償処理ステップで位置ずれが補償された２枚のレーダ画像における平均散乱強度をそれぞれ算出して、算出した２つの平均散乱強度の差分値の規格化値である平均規格化散乱強度差分値を算出する目標変化関連指標算出処理ステップと、
目標変化弁別手段が、上記目標変化関連指標算出処理ステップで算出されたコヒーレンス及び平均規格化散乱強度差分値を用いて、上記観測領域における目標の変化を弁別する目標変化弁別処理ステップとを備え、
上記目標変化弁別手段は、上記目標変化関連指標算出手段により算出された平均規格化散乱強度差分値が予め設定されている下限側の閾値よりも小さい場合、新たな目標の出現を認定することを特徴とするレーダ画像処理方法。