JP6380532B2 - 電波画像生成装置及び電波画像生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、物体から放射される電磁波を検出して電波画像を生成する電波画像生成装置及び電波画像生成方法に関する。

従来、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子では、画素の走査方法として、全ての画素を読み出す走査の他に行や列を飛ばし読みする走査が行われおり、特許文献１の固体撮像素子では、ユーザの操作によって一律に飛ばし読みする構成が開示されている。

特開２０１２−２４９１３４号公報

しかしながら、上述した従来の固体撮像素子では、ユーザの操作によって一律に飛ばし読みをしていたため、計測対象物を詳細に検出する必要がある場面でも飛ばし読みしてしまい、計測を行う場面に応じた適切な走査を行うことができないという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、計測を行う場面に応じて適切な走査を行うことのできる電波画像生成装置及び電波画像生成方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る電波画像生成装置及び電波画像生成方法は、物体から放射される電磁波の水平偏波成分を水平偏波アンテナ素子で受信し、物体から放射される電磁波の垂直偏波成分を垂直偏波アンテナ素子で受信する。そして、生成する電波画像に合わせて配置された水平偏波アンテナ素子及び垂直偏波アンテナ素子を走査して水平偏波信号と垂直偏波信号とを出力し、水平偏波信号と垂直偏波信号との間の相対的な関係を示す相対値を演算する。その結果、相対値が所定値以上変化した場合には、水平偏波アンテナ素子及び垂直偏波アンテナ素子を走査する電波画像上の走査密度を相対値が所定値以上変化した際の走査密度より高くして電波画像を生成する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電波画像生成装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る電波画像生成装置に誘電体レンズを設置したときの構造を示す図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る電波画像生成装置のアンテナブロックの回路構成を示す回路図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係る電波画像生成装置及びアンテナブロックの構成を示す図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理の処理手順を示すフローチャートである。 図６は、本発明の第１実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理を説明するための図である。 図７は、本発明の第１実施形態に係る電波画像生成装置によって算出された偏波比の変化を説明するための図である。 図８は、本発明の第１実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理で用いる偏波比のマップを示す図である。 図９は、本発明の第２実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理を説明するための図である。 図１０は、本発明の第２実施形態に係る電波画像生成装置によって算出された偏波比の変化を説明するための図である。 図１１は、本発明の第２実施形態に係る電波画像生成装置による走査方法を説明するためのタイミングチャートである。 図１２は、本発明の第２実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理を説明するための図である。 図１３は、本発明の第２実施形態に係る電波画像生成装置によって算出された偏波比の変化を説明するための図である。 図１４は、本発明の第３実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理を説明するための図である。 図１５は、本発明の第３実施形態に係る電波画像生成装置によって算出された偏波比の変化を説明するための図である。 図１６は、本発明の第３実施形態に係る電波画像生成装置による走査方法を説明するためのタイミングチャートである。 図１７は、本発明の第４実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理を説明するための図である。 図１８は、本発明の第４実施形態に係る電波画像生成装置によって算出された偏波比の変化を説明するための図である。

以下、本発明を適用した第１〜第４実施形態について図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
［電波画像生成装置の構成］
図１は本実施形態に係る電波画像生成装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る電波画像生成装置１は、アレイアンテナ３と、電波画像生成部５と、列走査部７と、ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）９とを備えている。

電波画像生成装置１は、物体から放射される電磁波を検出して電波画像を生成し、電波固体撮像素子として利用することができる。また、電波画像生成装置１は、図２に示すように誘電体レンズ２０を設置して車両に搭載され、車両前方の道路状況や障害物を検出するために利用される。

アレイアンテナ３は、電波画像に合わせた行列状に配置された複数のアンテナブロック３１によって構成されている。各アンテナブロック３１は、基準行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ａ及び垂直偏波アンテナ素子３５ａと、追加行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ｂ及び垂直偏波アンテナ素子３５ｂとをそれぞれ備えている。水平偏波アンテナ素子３３ａ、３３ｂは物体から放射される電磁波の水平偏波成分を他の偏波成分よりも高感度に受信して水平偏波信号を出力し、垂直偏波アンテナ素子３５ａ、３５ｂは物体から放射される電磁波の垂直偏波成分を他の偏波成分よりも高感度に受信して垂直偏波信号を出力する。また、基準行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ａ及び垂直偏波アンテナ素子３５ａは電波画像の１画素を構成し、追加行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ｂ及び垂直偏波アンテナ素子３５ｂも電波画像の１画素を構成する。

電波画像生成部５は、アンテナブロック３１を行方向に走査することで水平偏波アンテナ素子３３ａ、３３ｂと垂直偏波アンテナ素子３５ａ、３５ｂを走査する。これにより、電波画像生成部５は、水平偏波アンテナ素子３３ａ、３３ｂで検知された水平偏波信号と垂直偏波アンテナ素子３５ａ、３５ｂで検知された垂直偏波信号とを行出力線２１を介して読み出して検出する。また、電波画像生成部５は、偏波比演算部５０を行毎に備えており、各偏波比演算部５０は水平偏波信号と垂直偏波信号との比を示す偏波比を演算する。この偏波比は、水平偏波信号と垂直偏波信号との間の相対的な関係を示す相対値である。そして、電波画像生成部５は、偏波比が所定値以上変化した場合にアンテナブロック３１を走査する電波画像上の走査密度を、偏波比が所定値以上変化した際の走査密度より高くする。この後、電波画像生成部５は、検出された水平偏波信号と垂直偏波信号とから電波画像を生成する。

なお、電波画像上の走査密度とは、電波画像の全画素に対して、実際に走査されて、出力されている画素の密度であり、本実施形態のように飛ばし読みして走査した場合には、飛ばし読みしない場合に比べ、電波画像上の走査密度は低い状態となる。

列走査部７は、列切替線２３を介してアンテナブロック３１を列方向に走査する。さらに、列走査部７は、列切替線２３を介して各アンテナブロック３１の基準行と追加行の切り替えも行う。

ＡＤＣ９は、各アンテナブロック３１から出力された水平偏波信号及び垂直偏波信号をアナログからデジタルに変換する。

次に、図３を参照して、アンテナブロック３１の回路構成を説明する。図３に示すように、アンテナブロック３１は、基準行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ａ及び垂直偏波アンテナ素子３５ａと、追加行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ｂ及び垂直偏波アンテナ素子３５ｂと、増幅器３７と、検波器３９とを備えている。さらに、アンテナブロック３１は、基準行切替スイッチ４１と、追加行切替スイッチ４３と、チャネル切替部４５と、低周波増幅器４７と、出力切替スイッチ４９とを備えている。

アンテナブロック３１では、水平偏波アンテナ素子３３ａ、３３ｂで検知した水平偏波と垂直偏波アンテナ素子３５ａ、３５ｂで検知した垂直偏波とを増幅器３７で増幅して検波器３９で検波して取り出す。そして、チャネル切替部４５が、列切替線２３を介して取得した切替信号に基づいて、基準行切替スイッチ４１と追加行切替スイッチ４３のオンオフを切り替える。これにより、基準行か追加行のいずれかが選択されて水平偏波信号と垂直偏波信号が出力され、出力された信号は低周波増幅器４７で増幅される。この後、列切替線２３からの信号によって出力切替スイッチ４９がオンされると、水平偏波信号と垂直偏波信号が行出力線２１に出力される。

尚、上述した図１、図３では、時分割で水平偏波信号と垂直偏波信号を検出する場合の構成について説明したが、図４に示す構成を用いて周波数変調を行い、周波数分割で水平偏波信号と垂直偏波信号を検出してもよい。

［電波画像生成処理の手順］
次に、本実施形態に係る電波画像生成装置１による電波画像生成処理の手順を図５のフローチャートを参照して説明する。

図５に示すように、まずステップＳ１０１において、電波画像生成部５は、アンテナブロック３１を構成するアンテナ素子のうち基準行を構成するアンテナ素子を選択するように列走査部７に指示する。この指示を受けて、列走査部７は、基準行を選択する切替信号を列切替線２３に出力する。この切替信号により、チャネル切替部４５は基準行切替スイッチ４１をオンし、追加行切替スイッチ４３をオフする。

ステップＳ１０２において、電波画像生成部５は、基準行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ａ及び垂直偏波アンテナ素子３５ａを走査して、走査された各アンテナ素子（水平偏波アンテナ素子３３ａ及び垂直偏波アンテナ素子３５ａ）から出力される水平偏波信号と垂直偏波信号とを検出する。電波画像生成部５は列走査部７に対して走査指示を出力し、この走査指示を受けて列走査部７が走査すると、出力切替スイッチ４９が時分割で順次オンされる。これにより、基準行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ａ及び垂直偏波アンテナ素子３５ａで検知された水平偏波信号及び垂直偏波信号が行出力線２１に出力され、電波画像生成部５で検出される。このように、電波画像生成部５は、基準行のみを走査するので、追加行を飛ばし読みして走査していることになる。すなわち、電波画像上の走査密度は、基準行と追加行が共に走査され、全画素で読みだされている状態に比べて、飛ばし読みされている画素行の分、低い状態になる。

ステップＳ１０３において、電波画像生成部５の偏波比演算部５０は、検出された水平偏波信号と垂直偏波信号との間の相対的な関係を示す相対値として偏波比を行毎に演算する。この偏波比は、垂直偏波信号の強度に対する水平偏波信号の強度の割合を示したものであり、
偏波比＝水平偏波信号の強度／垂直偏波信号の強度 （１）
として表される。

ステップＳ１０４において、電波画像生成部５は、偏波比が所定値以上変化したか否かを判定し、所定値以上変化している場合にはステップＳ１０５に進み、所定値以上変化していない場合にはステップＳ１０７に進む。ここで、偏波比は計測対象物が変化すると、その値が大きく変化する。例えば、計測対象物が道路から建物や空に変化すると、偏波比の値は大きく変化する。そこで、閾値となる所定値を予め設定しておき、算出した偏波比と比較することによって、計測対象物が変化したことを検出することができる。閾値となる所定値としては、計測対象物の変化を検出できる程度の値に設定しておけばよく、例えば、ノイズレベルの５倍、すなわち誤差を含めた偏波比の値の５倍に設定しておけばよい。

ステップＳ１０５において、電波画像生成部５は、アンテナブロック３１を構成するアンテナ素子のうち追加行を構成するアンテナ素子を選択するように列走査部７に指示する。この指示を受けて、列走査部７は、追加行を選択する切替信号を列切替線２３に出力する。この切替信号により、チャネル切替部４５は基準行切替スイッチ４１をオフし、追加行切替スイッチ４３をオンする。

ステップＳ１０６において、電波画像生成部５は、追加行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ｂ及び垂直偏波アンテナ素子３５ｂを走査して、水平偏波アンテナ素子３３ｂで検知した水平偏波信号と垂直偏波アンテナ素子３５ｂで検知した垂直偏波信号とを検出する。電波画像生成部５は列走査部７に対して走査指示を出力し、この走査指示を受けて列走査部７が走査すると、出力切替スイッチ４９が時分割で順次オンされる。これにより、追加行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ｂ及び垂直偏波アンテナ素子３５ｂで検知された水平偏波信号及び垂直偏波信号が行出力線２１に出力され、電波画像生成部５で検出される。すなわち、追加行が飛ばし読みされないので、全画素で読みだされている状態になり、飛ばし読みされている状態に比べ、電波画像上の走査密度は高くなるのである。このように、電波画像生成部５は、基準行に加えてさらに追加行も走査するので、列方向における電波画像上の走査間隔を狭くすることができる。すなわち、列方向における電波画像上の走査密度を高くすることができる。

ステップＳ１０７において、電波画像生成部５は、電波画像生成部５で検出された水平偏波信号と垂直偏波信号とを用いて電波画像を生成して出力する。このとき、ステップＳ１０４で偏波比が所定値以上変化していると判定され、ステップＳ１０５〜１０６で追加行の水平偏波信号と垂直偏波信号を検出している場合には、基準行と追加行の水平偏波信号及び垂直偏波信号を用いて電波画像を生成する。

例えば、図６に示す電波画像が生成される場合について説明すると、図６に示す電波画像は、道路等の路面領域５１と、道路外の緑地帯の領域５３と、空等の天空の領域５５とを含んでいる。ここで、基準行ｍについてＡ列からＫ列まで走査して偏波比を演算すると、図７に示すような検出結果を得ることができる。

図７は、黒体から放射される電磁波の強度を１００とした場合の水平偏波強度の割合を横軸、垂直偏波強度の割合を縦軸にして表したマップ上に、各列の偏波比を丸印でマッピングしたものである。図７の斜線６１は偏波比＝１を示す線である。図６の緑地帯の領域５３は水平偏波強度も垂直偏波強度も強いため偏波比は１に近い値になる。したがって、Ａ列からＣ列の偏波比は図７の斜線６１の近傍となる。一方、路面領域５１は、水平偏波強度は弱く、垂直偏波強度は中程度となるため偏波比は１より小さい値になる。したがって、Ｆ列からＫ列の偏波比は図７に示すように斜線６１から離れた位置に遷移し、特にＣ列からＥ列にかけて偏波比は大きく変化する。そこで、Ｃ列からＤ列への偏波比の変化が所定値以上である場合に、計測対象物が変化したと判定することができる。尚、図７では、各列の偏波比の値を示す丸印の大きさがノイズレベルを表しており、この５倍の大きさが所定値として設定されている。

また、図８に示すように、図７と同様のマップ上に、予め計測対象物の領域をそれぞれ設定しておき、検出された偏波比が他の計測対象物の領域へ遷移した場合に偏波比が所定値以上変化したと判定してもよい。図８では、計測対象物の種類として、表面の性状や物性情報（誘電率、含水率、物体温度）、宇宙背景輻射に基づく種類毎に水平偏波成分及び垂直偏波成分の放射強度の特徴より、道路、金属、空、自然物、建物、動物の領域が設定されているので、これらの領域間で偏波比が遷移した場合に偏波比が所定値以上変化したと判定して基準行と追加行の水平偏波信号及び垂直偏波信号を用いて電波画像を生成する。このように電波画像生成部５は、偏波比が所定値以上変化している場合には、基準行と追加行のすべての画素を用いて高解像度画像を生成する。

一方、ステップＳ１０４で偏波比が所定値以上変化していないと判定された場合には、電波画像生成部５は、高解像度な電波画像を生成する必要がないので、基準行の水平偏波信号及び垂直偏波信号だけを用いて基準画像を生成する。

こうして電波画像が生成されると、本実施形態に係る電波画像生成処理を終了する。

［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電波画像生成装置１では、水平偏波と垂直偏波との間の相対的な関係を示す相対値が所定値以上変化した場合に、電波画像上の走査密度を、相対値が所定値以上変化した際の走査密度より高くする。これにより、計測対象物が変化して詳細に検出する必要がある場面では高解像度な電波画像を生成することができるので、計測を行う場面に応じた適切な走査を行うことができる。

さらに、本実施形態に係る電波画像生成装置１では、水平偏波アンテナ素子及び垂直偏波アンテナ素子を電波画像に合わせた行列状に配置し、相対値が所定値以上変化した場合に、水平偏波アンテナ素子及び垂直偏波アンテナ素子を走査するときの列方向の走査間隔を狭くする。これにより、電波画像上の縦方向において高解像度な画像を生成することができる。

さらに、本実施形態に係る電波画像生成装置１では、相対値として水平偏波信号と垂直偏波信号との比を示す偏波比を用いる。偏波比は計測対象物の変化に応じて値が変化するので、偏波比を用いることで計測対象物の変化に応じて適切な走査を行うことができる。

また、本実施形態に係る電波画像生成装置１によれば、水平偏波の強度と垂直偏波の強度との関係から複数の領域を設定し、偏波比が異なる領域に遷移した場合に、電波画像上の走査密度を、偏波比が異なる領域に遷移した際の走査密度より高くする。これにより、計測対象物の変化を容易に検出することができ、計測対象物の変化に応じた適切な走査を行うことができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る電波画像生成装置について図面を参照して説明する。ただし、本実施形態に係る電波画像生成装置の構成は第１実施形態と同一なので詳細な説明は省略する。

［電波画像生成処理の手順］
次に、本実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理の手順を説明する。ただし、フローチャートは第１実施形態と同一なので、図５のフローチャートを参照して説明し、第１実施形態と同一の処理が行われるステップについては詳細な説明は省略する。

本実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理では、偏波比が所定値以上変化した場合に、水平偏波アンテナ素子及び垂直偏波アンテナ素子を走査するときの列方向の走査間隔だけではなく、行方向の走査間隔についても、偏波比が所定値以上変化した際の走査間隔より狭くする。

上述した第１実施形態では、偏波比が所定値以上変化した場合に基準行に加えて追加行を選択することで列方向の走査間隔を狭くしていたが、本実施形態ではさらに行方向の走査間隔についても狭くする。

また、本実施形態では、偏波比が所定値以上変化した行方向及び列方向の範囲だけ走査間隔を狭くするようにしたことが第１実施形態と相違している。

図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１において、電波画像生成部５は、アンテナブロック３１を構成するアンテナ素子のうち基準行を構成するアンテナ素子を選択するように列走査部７に指示する。この指示を受けて、列走査部７は、基準行を選択する切替信号を列切替線２３に出力する。この切替信号により、チャネル切替部４５は基準行切替スイッチ４１をオンし、追加行切替スイッチ４３をオフする。

ステップＳ１０２において、電波画像生成部５は、基準行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ａ及び垂直偏波アンテナ素子３５ａを走査して、水平偏波アンテナ素子３３ａで検知した水平偏波信号と垂直偏波アンテナ素子３５ａで検知した垂直偏波信号とを検出する。この際、電波画像生成部５は、アンテナブロック３１を１列おきに走査する。例えば、奇数列のアンテナブロックか、あるいは偶数列のアンテナブロックを走査する。

すなわち、電波画像生成部５は列走査部７に対して１列おきにアンテナブロック３１を走査する走査指示を出力し、この指示を受けて列走査部７が１列おきに走査すると、出力切替スイッチ４９が時分割で順次オンされる。これにより、１列おきのアンテナブロック３１から基準行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ａ及び垂直偏波アンテナ素子３５ａで検知された水平偏波信号及び垂直偏波信号が行出力線２１に出力され、電波画像生成部５で検出される。このように、電波画像生成部５は、列方向では基準行のみを走査し、行方向ではアンテナブロック３１を１列おきに走査するので、列方向と行方向の両方で飛ばし読みして走査していることになる。

ステップＳ１０３において、電波画像生成部５の偏波比演算部５０は、検出された水平偏波信号と垂直偏波信号とから偏波比を行毎に演算する。

ステップＳ１０４において、電波画像生成部５は、偏波比が所定値以上変化したか否かを判定し、所定値以上変化している場合には、偏波比が所定値以上変化した行方向及び列方向の範囲を特定してステップＳ１０５に進む。一方、偏波比が所定値以上変化していない場合にはステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０５において、電波画像生成部５は、偏波比が所定値以上変化した範囲内のアンテナブロック３１について、追加行を構成するアンテナ素子を選択するように列走査部７に指示する。この指示を受けて、列走査部７は、偏波比が所定値以上変化した範囲内にある列切替線２３に対して追加行を選択する切替信号を出力する。これにより、偏波比が所定値以上変化した行のチャネル切替部４５は基準行切替スイッチ４１をオフし、追加行切替スイッチ４３をオンする。

ステップＳ１０６において、電波画像生成部５は、追加行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ｂ及び垂直偏波アンテナ素子３５ｂのうち、偏波比が所定値以上変化した範囲にあるアンテナブロック３１を走査する。このとき、偏波比が所定値以上変化した範囲内では、アンテナブロック３１を１列おきに走査するのではなく、すべてのアンテナブロック３１を走査する。これにより出力切替スイッチ４９が時分割で順次オンされ、偏波比が所定値以上変化した範囲にある追加行で検知された水平偏波信号及び垂直偏波信号が行出力線２１に出力されて検出される。尚、偏波比が所定値以上変化している範囲にある基準行についてもすべてのアンテナブロック３１を走査する場合には、ステップＳ１０１に戻って基準行を選択し、ステップＳ１０２ですべてのアンテナブロック３１を走査すればよい。

ステップＳ１０７において、電波画像生成部５は、出力された水平偏波信号と垂直偏波信号とを用いて電波画像を生成して出力する。このとき、ステップＳ１０４で偏波比が所定値以上変化したと判定されている場合には、偏波比が所定値以上変化した範囲にある追加行の水平偏波信号及び垂直偏波信号と、基準行の水平偏波信号及び垂直偏波信号を用いて電波画像を生成して出力する。

例えば、図９に示す電波画像が生成される場合について説明すると、図９に示す電波画像は、右カーブとなる道路の路面領域５１と、道路外の緑地帯の領域５３と、空等の天空の領域５５とを含んでいる。ここで、アンテナブロック３１は行方向にＡ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’‥‥Ｋ、Ｋ’列と並んでおり、このうち基準行ｎについて１列おきにＡ、Ｂ‥‥Ｋ列まで走査して偏波比を演算すると、図１０に示す検出結果を得ることができる。図１０に示すように、緑地帯の領域５３では偏波比は１に近い値となり、Ａ列からＤ列の偏波比は斜線６１の近傍となる。一方、路面領域５１では、偏波比は１より小さい値になるので、Ｈ列からＫ列の偏波比は斜線６１から離れた位置に遷移する。この遷移によってＤ列からＨ列にかけて偏波比は大きく変化し、所定値以上変化する。同様に、基準行ｍでは、Ｉ列からＫ列で偏波比が大きく変化し、基準行ｓではＣ列からＥ列で偏波比が大きく変化する。

したがって、図９において電波画像の上端となる基準行ａから下端の基準行ｓまで走査すると、列方向では基準行ｍから基準行ｓの間で偏波比は所定値以上変化する。

一方、図９において電波画像の各基準行においてＡ列からＫ列まで走査すると、基準行ｓではＣ列から偏波比が所定値以上変化する。また、基準行ｍではＫ列まで偏波比が所定値以上変化する。したがって、行方向ではＣ列からＫ列まで偏波比が所定値以上変化している。

そこで、列方向では基準行ｍから基準行ｓの間で追加行を選択し、行方向ではＣ列からＫ列の間ですべてのアンテナブロック３１を走査する。すなわち、行方向ではＡ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’‥‥Ｋ、Ｋ’列のうちＣ〜Ｋ列の間でＣ、Ｃ’、Ｄ、Ｄ’‥‥Ｋ、Ｋ’列を走査してすべての列を走査する。

また、上述した図９、１０に示した走査を図１１に示すタイミングチャートで説明する。図１１に示すように、電波画像生成部５は、１クロック目で基準行ａを走査し、２クロック目で基準行ｂを走査してαクロック目で基準行ｍを走査する。図９では、基準行ｍでＩ列〜Ｋ列で偏波比が所定値以上変化するので、電波画像生成部５は追加して走査する領域として追加行ｍと、１列おきに走査していたＩ’列〜Ｋ’列を選択する。同様に、α＋１クロック目で基準行ｎを走査すると、図９、１０で説明したようにＤ列〜Ｈ列で偏波比が所定値以上変化するので、電波画像生成部５は追加して走査する領域として追加行ｎと、１列おきに走査していたＤ’列〜Ｈ’列を選択する。そして、α＋６クロック目に電波画像の下端の基準行ｓの走査が終わると、基準行のデータとアンテナブロック３１を１列おきに飛ばし読みして検出したデータで基準画像の電波画像を生成する。

この後、電波画像生成部５は、α＋７クロック目に追加して走査する範囲である基準行ｍのＩ、Ｉ’〜Ｋ、Ｋ’列を走査し、α＋８クロック目に追加行ｍのＩ、Ｉ’〜Ｋ、Ｋ’列を走査する。以下同様に、電波画像生成部５は、基準行ｎ、追加行ｎから基準行ｓ、追加行ｓまで走査する。

このようにして本実施形態では、偏波比が所定値以上変化した場合に列方向だけでなく行方向の電波画像上の走査間隔についても、偏波比が所定値以上変化した際の走査間隔より狭くする。すなわち、行列両方向における電波画像上の走査密度を高くする。そして、最終的にクロックα＋βで追加行ｓの走査が終わると、追加行及びアンテナブロック３１をすべて走査したデータを用いて、偏波比が所定値以上変化した範囲だけ高解像度の電波画像を生成する。

また、図１２に示すように、直線道路の場合では、列方向では基準行ｍから基準行ｓの間で追加行を選択し、行方向ではＥ列からＨ列の間ですべてのアンテナブロック３１を走査する。ここで、基準行ｐにおける偏波比の変化は図１３に示す結果となる。図１３に示すように、Ａ列からＤ列では緑地帯の領域５３となるので、偏波比は１に近い値となって斜線６１の近傍となる。そして、Ｄ列からＦ列では、路面領域５１へ遷移するので、偏波比が大きく変化して所定値以上変化し、さらにＧ列からＩ列にかけて緑地帯の領域５３に戻るので偏波比は再び大きく変化する。

したがって、列方向では基準行ｍから基準行ｓの間で追加行を選択し、行方向ではＥ列からＨ列の間ですべてのアンテナブロック３１を走査することにより、直線道路の境界を高解像度で撮像することができる。

このようにして電波画像が生成されると、本実施形態に係る電波画像生成処理を終了する。

［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電波画像生成装置では、相対値が所定値以上変化した範囲だけ走査間隔を狭くする。これにより、計測対象物が変化した範囲だけ高解像度の電波画像を生成することができるので、計測対象物の変化に応じた適切な走査を行うことができる。

また、本実施形態に係る電波画像生成装置では、水平偏波アンテナ素子及び垂直偏波アンテナ素子を電波画像に合わせた行列状に配置し、相対値が所定値以上変化した場合に、水平偏波アンテナ素子及び垂直偏波アンテナ素子を走査する行方向の電波画像上の走査間隔を、相対値が所定値以上変化した際の走査間隔より狭くする。すなわち、行方向における電波画像上の走査密度を高くすることができる。これにより、電波画像上の横方向において高解像度な画像を生成することができるので、道路が直線やカーブの場合でも正確に境界を検出することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る電波画像生成装置について図面を参照して説明する。ただし、本実施形態に係る電波画像生成装置の構成は第１実施形態と同一なので詳細な説明は省略する。

［電波画像生成処理の手順］
次に、本実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理の手順を説明する。ただし、フローチャートは第１実施形態と同一であり、各ステップの処理は第２実施形態と同様の処理が行われるので、第２実施形態と同一の処理が行われるステップについては詳細な説明は省略する。

本実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理では、偏波比が所定範囲内で所定値以上変化している場合に、偏波比が所定値以上変化している範囲で信号出力値の積分時間（以下、露光時間）を長くしたことが第１及び第２実施形態と相違している。すなわち、図５のフローチャートのステップＳ１０６において、電波画像生成部５は、追加行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ｂ及び垂直偏波アンテナ素子３５ｂのうち、偏波比が所定値以上変化している範囲にあるアンテナブロック３１を走査する。このとき、偏波比が所定値以上変化している範囲が所定画素数以下、例えば数画素以下である場合には、その範囲内においてすべてのアンテナブロック３１を走査するとともに、露光時間を長くしたことが第２実施形態と相違している。その他のステップについては、第２実施形態と同一の処理が実行される。

例えば、図１４に示すように、列方向では基準行ｍから基準行ｐの間、行方向ではＦ列からＨ列の間に歩行者がいる場合に、基準行ｏの偏波比は図１５に示すようにＥ列からＨ列の４画素の範囲内で局所的に大きく変化している。

このような場合には、図１６のタイミングチャートに示すように、クロックα＋６で基準行の走査が終了した後に、偏波比が所定範囲内（例えば、４画素範囲内）で、局所的に所定値以上変化している基準行ｍから基準行ｐの間で２倍の露光時間で走査する。例えば、基準行ｍはクロックα＋７〜α＋８の間に露光され、追加行ｍはクロックα＋９〜α＋１０の間に露光される。同様に基準行ｎ〜基準行ｐの間で露光時間を長くして走査される。

［第３実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電波画像生成装置では、相対値が局所的に所定値以上変化している場合には相対値が所定値以上変化した範囲において露光時間を長くする。これにより、歩行者や電柱が遠くに存在しているような場合でも高解像度かつ高感度の電波画像を生成して、遠くの歩行者や電柱を正確に検出することができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る電波画像生成装置について図面を参照して説明する。

［電波画像生成装置の構成］
本実施形態に係る電波画像生成装置の構成は第１実施形態と同一である。ただし、電波画像生成部５は、偏波比が列方向において所定値以上変化した場合に、偏波比が所定値以上変化した範囲の下端で、電波画像上の走査密度を、偏波比が所定値以上変化した際の走査密度より高くする。この点が第１実施形態と相違している。その他の構成については第１実施形態と同一なので、詳細な説明は省略する。

［電波画像生成処理の手順］
次に、本実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理の手順を説明する。ただし、フローチャートは第１実施形態と同一であり、各ステップの処理は第２実施形態と同様の処理が行われるので、第２実施形態と同一の処理が行われるステップについては詳細な説明は省略する。

本実施形態に係る電波画像生成装置による電波画像生成処理では、第１〜第３実施形態と同様に偏波比が行方向において所定値以上変化したか否かを判定するとともに、偏波比が列方向において所定値以上変化したか否かについても判定する。そして、偏波比が列方向において所定値以上変化した場合には、偏波比が所定値以上変化した範囲の下端で、走査密度を、偏波比が所定値以上変化した際の走査密度より高くするようにしたことが第１〜第３実施形態と相違している。

すなわち、図５のフローチャートのステップＳ１０４において、電波画像生成部５は、偏波比が行方向において所定値以上変化したか否かを判定するとともに、列方向において偏波比が所定値以上変化したか否かを判定する。偏波比が行方向において変化した場合については上述した実施形態で説明したので省略し、ここでは列方向において偏波比が所定値以上変化した場合について説明する。

電波画像生成部５は、列方向において偏波比が所定値以上変化している場合には、偏波比が所定値以上変化した列方向の範囲を特定し、この列方向の範囲の下端を特定してステップＳ１０５に進む。一方、偏波比が所定値以上変化していない場合にはステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０５において、電波画像生成部５は、偏波比が所定値以上変化した列のアンテナブロック３１に対して、追加行を構成するアンテナ素子を選択するように列走査部７に指示する。この指示を受けて、列走査部７は、偏波比が所定値以上変化した列の列切替線２３に対して追加行を選択する切替信号を出力する。これにより、偏波比が所定値以上変化した列のチャネル切替部４５は基準行切替スイッチ４１をオフし、追加行切替スイッチ４３をオンする。

ステップＳ１０６において、電波画像生成部５は、追加行を構成する水平偏波アンテナ素子３３ｂ及び垂直偏波アンテナ素子３５ｂのうち、偏波比が所定値以上変化した列方向の範囲の下端にあるアンテナブロック３１を走査する。これにより出力切替スイッチ４９が時分割で順次オンされ、偏波比が所定値以上変化した列方向の範囲の下端にある追加行の水平偏波信号及び垂直偏波信号が行出力線２１に出力されて検出される。

例えば、図１７に示す電波画像では、建物の領域５７が緑地帯の領域５３上にあるためＢ列では列方向において基準行ｉから基準行ｋにかけて図１８に示すように偏波比が大きく変化している。

ここで、Ｂ列の基準行ｂ付近では空から建物へ変化するため偏波比が大きく変化し、さらにＢ列の基準行ｉから基準行ｋの範囲では建物から緑地帯へ変化するため偏波比が再び大きく変化する。そこで、電波画像生成部５は、電波画像の下方にある基準行ｉから基準行ｋの範囲が建物の下端であると判断する。また、図８で示したマップを利用して、偏波比が建物の領域であることを判断し、その領域から道路等の領域に移動した基準行を建物の下端と判断してもよい。

こうして偏波比が所定値以上変化した範囲の下端を判断して信号を検出すると、上述した第１〜第３実施形態と同様の方法で建物の下端を高解像度化した電波画像を生成して本実施形態に係る電波画像生成処理を終了する。

［第４実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電波画像生成装置では、水平偏波アンテナ素子及び垂直偏波アンテナ素子を電波画像に合わせた行列状に配置し、相対値が列方向において所定値以上変化した場合に相対値が所定値以上変化した範囲の下端で、走査密度を、偏波比が所定値以上変化した際の走査密度より高くする。すなわち、相対値が列方向において所定値以上変化した場合に相対値が所定値以上変化した範囲の下端で、走査間隔を、偏波比が所定値以上変化した際の走査間隔より狭くする。これにより、建物等の立体物が地面と接する位置を正確に検出することができる。

なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１ 電波画像生成装置
３ アレイアンテナ
５ 電波画像生成部
７ 列走査部
９ ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）
２０ 誘電体レンズ
２１ 行出力線
２３ 列切替線
３１ アンテナブロック
３３ａ、３３ｂ 水平偏波アンテナ素子
３５ａ、３５ｂ 垂直偏波アンテナ素子
３７ 増幅器
３９ 検波器
５０ 偏波比演算部
４１ 基準行切替スイッチ
４３ 追加行切替スイッチ
４５ チャネル切替部
４７ 低周波増幅器
４９ 出力切替スイッチ

Claims (9)

1. 物体から放射される電磁波を受信して電波画像を生成する電波画像生成装置であって、
   物体から放射される電磁波の水平偏波成分を受信して水平偏波信号を出力する複数の水平偏波アンテナ素子と、
   物体から放射される電磁波の垂直偏波成分を受信して垂直偏波信号を出力する複数の垂直偏波アンテナ素子と、
   生成する電波画像に合わせて配置された前記水平偏波アンテナ素子及び前記垂直偏波アンテナ素子を走査して、走査した各アンテナ素子から出力される前記水平偏波信号と前記垂直偏波信号より電波画像を生成する電波画像生成部とを備え、
   前記電波画像生成部は、前記水平偏波信号と前記垂直偏波信号との間の相対的な関係を示す相対値を演算し、前記相対値が所定値以上変化して前記電波画像上の計測対象物の種類の変化を検出した場合には、前記水平偏波アンテナ素子及び前記垂直偏波アンテナ素子を走査する前記電波画像上の走査密度を、前記相対値が所定値以上変化した際の走査密度より高くすることを特徴とする電波画像生成装置。
2. 前記電波画像生成部は、前記相対値が所定値以上変化した領域だけ前記水平偏波アンテナ素子及び前記垂直偏波アンテナ素子を走査する前記電波画像上の走査密度を、前記相対値が所定値以上変化した際の走査密度より高くすることを特徴とする請求項１に記載の電波画像生成装置。
3. 前記水平偏波アンテナ素子及び前記垂直偏波アンテナ素子は前記生成する電波画像に合わせて行列状に配置され、
   前記電波画像生成部は、前記相対値が所定値以上変化した場合に、前記水平偏波アンテナ素子及び前記垂直偏波アンテナ素子を走査するときの列方向における前記電波画像上の走査間隔を、前記相対値が所定値以上変化した際の走査間隔より狭くすることで走査密度を高くすることを特徴とする請求項１または２に記載の電波画像生成装置。
4. 前記水平偏波アンテナ素子及び前記垂直偏波アンテナ素子は前記電波画像に合わせて行列状に配置され、
   前記電波画像生成部は、前記相対値が所定値以上変化した場合に、前記水平偏波アンテナ素子及び前記垂直偏波アンテナ素子を走査するときの行方向における走査間隔を、前記相対値が所定値以上変化した際の走査間隔より狭くすることで走査密度を高くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電波画像生成装置。
5. 前記相対値は、前記水平偏波信号と前記垂直偏波信号との比を示す偏波比であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電波画像生成装置。
6. 前記電波画像生成部は、前記水平偏波アンテナ素子から出力された水平偏波信号の強度と前記垂直偏波アンテナ素子から出力された垂直偏波信号の強度との関係から複数の領域を設定し、前記偏波比が異なる領域に遷移した場合に、前記水平偏波アンテナ素子及び前記垂直偏波アンテナ素子を走査する前記電波画像上の走査密度を、前記偏波比が異なる領域に遷移した際の走査密度より高くすることを特徴とする請求項５に記載の電波画像生成装置。
7. 前記電波画像生成部は、前記相対値が所定値以上変化している範囲が所定範囲内である場合には、前記相対値が所定値以上変化した範囲において露光時間を長くすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電波画像生成装置。
   
8. 前記水平偏波アンテナ素子及び前記垂直偏波アンテナ素子は行列状に配置され、
   前記電波画像生成部は、前記相対値が列方向において所定値以上変化した場合に、前記相対値が所定値以上変化した範囲の下端において、前記水平偏波アンテナ素子及び前記垂直偏波アンテナ素子を走査する前記電波画像上の走査密度を、前記相対値が所定値以上変化した際の走査密度より高くすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電波画像生成装置。
9. 物体から放射される電磁波の水平偏波成分を受信して水平偏波信号を出力する複数の水平偏波アンテナ素子と、物体から放射される電磁波の垂直偏波成分を受信して垂直偏波信号を出力する複数の垂直偏波アンテナ素子とを備えた電波画像生成装置の電波画像生成方法であって、
   前記電波画像生成装置は、
   生成する電波画像に合わせて配置された前記水平偏波アンテナ素子及び前記垂直偏波アンテナ素子を走査して、走査した各アンテナ素子から出力される前記水平偏波信号と前記垂直偏波信号との間の相対的な関係を示す相対値を演算して前記相対値が所定値以上変化して前記電波画像上の計測対象物の種類の変化を検出した場合には、前記水平偏波アンテナ素子及び前記垂直偏波アンテナ素子を走査する前記電波画像上の走査密度を、前記相対値が所定値以上変化した際の走査密度より高くし、
   出力された前記水平偏波信号及び前記垂直偏波信号から電波画像を生成する
   ことを特徴とする電波画像生成方法。

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