JP7346179B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、レーダ装置に関する。

合成開口レーダ（ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radar）方式、又は逆合成開口レーダ（ＩＳＡＲ：Inverse Synthetic Aperture Radar）方式により画像を生成し、このレーダ画像を用いて、船舶等の目標を類別するレーダ装置が知られている。レーダ装置により生成されたレーダ画像を保存する際には、例えば、画像化処理後のＩＱデータをフォーマット変換し、ＩＱデータを輝度情報に変換する。そして、この輝度情報を画像データとしてストレージに保存する。

レーダ画像を輝度情報のみからなる一般的な画像フォーマットに変換してしまうと、レーダ画像として重要である位相情報がなくなってしまう。位相情報がなくなると、位相情報を利用した画像処理ができなくなるため、レーダ画像特有の処理（オートフォーカス処理、又はインターフェロメトリ処理など）を行うことが難しくなる。

位相を利用した画像処理を行うためには、一般的な画像フォーマットに変換した画像データ以外に、独自の非圧縮形式の画像データ（生データ）をストレージに保存しておくことが必要である。しかし、独自の非圧縮形式の生データはデータサイズが大きく、また、画像を再生するのに独自のソフトウェアが必要となるため、非効率である。

吉田 孝、「改訂レーダ技術」、電子情報通信学会、平成８年１０月１日（初版）、pp. 280 - 283

本発明が解決しようとする課題は、位相情報を有する画像データを保存することが可能なレーダ装置を提供することである。

実施形態に係るレーダ装置は、アンテナにより受信された受信信号を用いて画像を生成し、前記画像に対応するＩＱデータを生成する生成部と、前記ＩＱデータをフォーマット変換し、位相情報及び振幅情報を含む画像データを生成して出力する変換部とを具備する。

図１は、第１実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示した画像処理部の構成を示すブロック図である。 図３は、第１実施形態に係るレーダ装置の動作を説明するフローチャートである。 図４は、データ構造を説明する模式図である。 図５は、画像データの再処理動作を説明するフローチャートである。 図６は、第２実施形態に係る画像処理部及びストレージの構成を示すブロック図である。 図７は、第１実施形態に係るレーダ装置のデータ変換動作を説明するフローチャートである。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

［１］ 第１実施形態
［１－１］ レーダ装置の構成
図１は、第１実施形態に係るレーダ装置１０の構成を示すブロック図である。レーダ装置１０は、アンテナ１１、サーキュレータ１２、送信部１３、受信部１４、画像処理部１５、ストレージ１６、及び表示部１７を備える。

アンテナ１１は、レーダ装置１０を搭載する移動体の外装などに取り付けられ、電波を送受信する。アンテナ１１は、例えば、アレイ状に配列された複数のアンテナ素子を有するフェーズドアレイアンテナである。

送信部１３は、所定の送信周期で送信信号を生成し、生成した送信信号を、サーキュレータ１２を介してアンテナ１１から、目標に向けて送信する。アンテナ１１から送信された送信信号の一部は、目標で反射し、この反射されたエコー信号は、受信信号としてアンテナ１１により受信される。

サーキュレータ１２は、送信信号と受信信号との経路を切り換える。サーキュレータ１２は、送信部１３からの送信信号をアンテナ１１に伝送するとともに、アンテナ１１により受信された受信信号を受信部１４に伝送する。

受信部１４は、送信信号の送信周期に基づいて、アンテナ１１により受信された受信信号を判別する。また、受信部１４は、低雑音増幅、周波数変換、及びフィルタリング等の受信処理を、受信信号に施す。

画像処理部１５は、受信部１４から受信信号を取得する。画像処理部１５は、受信信号を処理し、画像を生成する。画像処理部１５が処理する画像は、合成開口レーダ（ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radar）方式により取得されたさＳＡＲ画像、逆合成開口レーダ（ＩＳＡＲ：Inverse Synthetic Aperture Radar）方式により取得されたさＩＳＡＲ画像、又はＰＰＩ（Plan Position Indicator）画像などである。

画像処理部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ（図示せず）、及び記憶部（図示せず）などで構成される。記憶部は、画像処理部１５の機能を実現するためのプログラム、各種データ、及び各種パラメータなどを記憶する。記憶部は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。画像処理部１５の機能は、プロセッサによる演算処理により実現される。

ストレージ１６は、画像処理部１５が生成した画像データを格納する。ストレージ１６は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はフラッシュメモリ等の不揮発性メモリから構成される。なお、ストレージ１６は、レーダ装置１０の外に配置してもよい。

表示部１７は、画像処理部１５から送信された画像を、画面に表示する。表示部１７は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、又は有機ＥＬ（electroluminescence）ディスプレイ等で構成される。

次に、画像処理部１５の構成について説明する。図２は、図１に示した画像処理部１５の構成を示すブロック図である。画像処理部１５は、画像生成部２０、データ変換部２１、及び画像データ取得部２２を備える。

画像生成部２０は、受信部１４から受信信号を受ける。画像生成部２０は、受信信号を用いて、ＩＱデータを生成する。ＩＱデータは、複素信号であり、同相成分データ（Ｉデータ）と、直交位相成分データ（Ｑデータ）との２つのデータで構成される。画像生成部２０は、ＩＱデータを用いて、画像を生成する。また、画像生成部２０は、画像化処理後のＩＱデータを生成する。

データ変換部２１は、画像生成部２０から画像化処理後のＩＱデータを受ける。データ変換部２１は、ＩＱデータをフォーマット変換する。そして、データ変換部２１は、位相情報及び振幅情報を含む画像データを、ストレージ１６に送る。

画像データ取得部２２は、画像データの再処理工程において、ストレージ１６に格納された画像データを取得する。画像データ取得部２２は、取得した画像データを、画像生成部２０に送る。

［１－２］ 動作
上記のように構成されたレーダ装置１０の動作について説明する。図３は、レーダ装置１０の動作を説明するフローチャートである。図４は、データ構造を説明する模式図である。

画像生成部２０は、受信部１４から受信信号を受ける。画像生成部２０は、この受信信号を用いて、ＩＱデータを生成する（ステップＳ１００）。ＩＱデータは、振幅情報及び位相情報を含む。

続いて、画像生成部２０は、ＩＱデータを用いて画像化処理を行い、画像を生成する（ステップＳ１０１）。生成された画像は、例えば表示部１７に表示される。また、画像生成部２０は、画像化処理後のＩＱデータ（画像ＩＱデータと呼ぶ）を生成する（ステップＳ１０１）。画像ＩＱデータは、位相情報及び振幅情報を含む。画像生成部２０は、画像ＩＱデータを、データ変換部２１に送る。

続いて、データ変換部２１は、画像ＩＱデータをフォーマット変換し、位相情報及び振幅情報を生成する（ステップＳ１０２）。

続いて、データ変換部２１は、位相情報及び振幅情報を含む画像データをストレージ１６に出力する。そして、データ変換部２１は、位相情報及び振幅情報をストレージ１６に格納する（ステップＳ１０３）。具体的には、図４に示すように、ストレージ１６は、位相情報及び振幅情報を、画像データ領域２３に格納する。画像データ領域２３は、アルファチャンネル２４及び輝度情報領域２５を含む。位相情報は、アルファチャンネル２４に格納され、振幅情報は、輝度情報領域２５に格納される。

アルファチャンネル２４は、本来は、アルファ値を格納するデータ領域である。アルファ値は、透過度情報である。アルファ値は、完全な不透明（その色そのもの）から完全な透明（背景色そのもの）まで設定することができる。アルファ値は、０～１の範囲を有する。アルファ値０は透過率０％を意味し、アルファ値１は透過率１００％を意味する。本実施形態では、このアルファチャンネルに位相情報を格納する。位相情報は、０～２πの情報であり、アルファ値は、０～１の情報である。位相情報の０～２πは、アルファ値の０～１に対応付けて格納される。

アルファチャンネルを持つ画像フォーマットとしては、ＰＮＧ、又はＪＰＥＧ－ＸＲなどが挙げられる。すなわち、本実施形態では、一般的な画像フォーマットに、位相情報及び振幅情報を含む画像データを格納することができる。

（画像データの再処理動作）
次に、ストレージ１６に格納された画像データの再処理動作について説明する。図５は、画像データの再処理動作を説明するフローチャートである。ストレージ１６には、位相情報及び振幅情報を含む画像データが格納されている。

画像データ取得部２２は、ストレージ１６から画像データを取得する（ステップＳ２００）。取得された画像データは、位相情報及び振幅情報を含む。取得された画像データは、画像生成部２０に送られる。

続いて、画像生成部２０は、画像データを再処理（又は後処理）する（ステップＳ２０１）。画像データの再処理には、例えば、オートフォーカス処理、又はインターフェロメトリ処理などが含まれる。また、画像生成部２０は、再処理後の画像ＩＱデータを生成する（ステップＳ２０１）。画像ＩＱデータは、データ変換部２１に送られる。

続いて、データ変換部２１は、再処理後の画像ＩＱデータをフォーマット変換し、位相情報及び振幅情報を生成する（ステップＳ２０２）。

続いて、データ変換部２１は、位相情報及び振幅情報をストレージ１６に出力する。そして、データ変換部２１は、位相情報及び振幅情報を含む画像データをストレージ１６に格納する（ステップＳ２０３）。このように、本実施形態では、位相情報が必要な画像データの再処理を実現できる。

［１－３］ 第１実施形態の効果
以上詳述したように第１実施形態では、画像生成部２０は、受信信号から画像を生成するとともに、画像化処理後のＩＱデータ（画像ＩＱデータ）を生成する。データ変換部２１は、画像ＩＱデータをフォーマット変換し、位相情報及び振幅情報を含む画像データを生成する。そして、ストレージ１６は、位相情報をアルファチャンネル２４に格納し、振幅情報を輝度情報領域２５に格納する。

従って第１実施形態によれば、位相情報及び振幅情報を含む画像データをストレージ１６に格納することができる。すなわち、位相情報及び振幅情報を含む画像データを、一般的な画像フォーマットで格納しておくことができる。

また、格納された画像データを用いて、位相情報を利用した画像処理を行うことができる。例えば、レーダ画像特有の処理（オートフォーカス処理、又はインターフェロメトリ処理など）を行うことができる。

また、格納された画像データに一般的な画像フォーマットを用いているため、画像データの再利用やソフト開発が容易となる。

［２］ 第２実施形態
第２実施形態は、画像ＩＱデータをそのままストレージ１６に格納する。そして、ストレージ１６に格納された画像ＩＱデータをフォーマット変換するようにしている。

［２－１］ 画像処理部１５及びストレージ１６の構成
図６は、第２実施形態に係る画像処理部１５及びストレージ１６の構成を示すブロック図である。

ストレージ１６は、Ｒａｗデータ（生データ）を格納するＲａｗデータ領域２６を含む。Ｒａｗデータは、フォーマット変換されていない非圧縮形式のデータであり、すなわち、画像生成部２０が生成した画像ＩＱデータである。

画像生成部２０は、画像ＩＱデータをストレージ１６のＲａｗデータ領域２６に格納する。

画像データ取得部２２は、ストレージ１６からＲａｗデータを取得する。画像データ取得部２２は、取得したＲａｗデータをデータ変換部２１に送る。

［２－２］ 動作
上記のように構成されたレーダ装置１０の動作について説明する。

画像生成部２０が画像ＩＱデータ及び画像を生成する動作は、第１実施形態と同じである。画像生成部２０は、画像ＩＱデータをＲａｗデータとして、ストレージ１６に格納する。ストレージ１６は、Ｒａｗデータを、Ｒａｗデータ領域２６に格納する。このように、第２実施形態では、Ｒａｗデータをストレージ１６に格納しておくことができる。

図７は、レーダ装置１０のデータ変換動作を説明するフローチャートである。

画像データ取得部２２は、ストレージ１６からＲａｗデータを取得する（ステップＳ３００）。画像データ取得部２２は、取得したＲａｗデータを、データ変換部２１に送る。

続いて、データ変換部２１は、Ｒａｗデータをフォーマット変換し、位相情報及び振幅情報を生成する（ステップＳ３０１）。

続いて、データ変換部２１は、位相情報及び振幅情報を含む画像データをストレージ１６に格納する（ステップＳ２０３）。ストレージ１６は、位相情報をアルファチャンネル２４に格納し、振幅情報を輝度情報領域２５に格納する。

［２－３］ 第２実施形態の効果
第２実施形態によれば、Ｒａｗデータから再度、位相情報及び振幅情報を含む画像データを生成できる。よって、画像データを再処理した後でも、最初の状態の画像データを再度生成できる。その他の効果は、第１実施形態と同じである。

なお、上記実施形態では、位相情報をアルファチャンネルに格納するようにしている。しかし、これに限定されず、位相情報をアルファチャンネル以外のデータ領域に格納してもよい。例えば、位相情報は、画像フォーマットのうち、画素の色を表すＲＧＢ情報を格納するデータ領域などに格納してもよい。

また、画像ＩＱデータをフォーマット変換して得られる位相情報及び振幅情報を、一般的な画像フォーマットのうち上記説明したデータ領域以外の任意のデータ領域に格納してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…レーダ装置、１１…アンテナ、１２…サーキュレータ、１３…送信部、１４…受信部、１５…画像処理部、１６…ストレージ、１７…表示部、２０…画像生成部、２１…データ変換部、２２…画像データ取得部、２３…画像データ領域、２４…アルファチャンネル、２５…輝度情報領域、２６…Ｒａｗデータ領域。

Claims (8)

1. アンテナにより受信された受信信号を用いて画像を生成し、前記生成した画像に基づいてＩＱデータを生成する生成部と、
   前記ＩＱデータを用いて位相情報及び振幅情報を生成し、前記位相情報及び前記振幅情報を含む画像データをストレージに格納する変換部と、
   を具備し、
   前記変換部は、位相情報が定義されていない画像フォーマットを用いて前記画像データを生成し、前記画像フォーマットのうち位相情報が定義されていない第１部分領域に前記生成した位相情報を設定する
   レーダ装置。
2. 前記画像フォーマットの前記第１部分領域は、透明度を表すアルファ値を格納するためのアルファチャンネルである
   請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記画像フォーマットは、輝度情報を表す第２部分領域を含み、
   前記変換部は、前記画像フォーマットの前記第２部分領域に前記生成した振幅情報を設定する
   請求項１又は２に記載のレーダ装置。
4. 前記画像フォーマットは、ＰＮＧ、又はＪＰＥＧ－ＸＲである
   請求項１乃至３のいずれかに記載のレーダ装置。
5. 前記ストレージは、前記画像データを格納する画像データ領域を含み、
   前記画像データ領域は、前記位相情報を格納する第１領域と、前記振幅情報を格納する第２領域とを含む
   請求項１乃至４のいずれかに記載のレーダ装置。
6. 前記ストレージに格納された前記画像データを取得する取得部をさらに具備し、
   前記生成部は、前記取得部により取得された前記画像データを用いて、前記画像フォーマットと異なる形式の画像を生成する
   請求項１乃至５のいずれかに記載のレーダ装置。
7. 前記変換部は、前記生成部により再度生成された画像を用いて、前記位相情報及び前記振幅情報を含む画像データを生成する
   請求項６に記載のレーダ装置。
8. 前記生成部は、ＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）画像、又はＩＳＡＲ（Inverse Synthetic Aperture Radar）画像を生成する
   請求項１乃至７のいずれかに記載のレーダ装置。