JPS58179368A - 合成開口レ−ダ復元画像の評価シミユレ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、合成開口レーダにより得たデータの復元処理
にあたり、その復元画像の画質評価と精度評価を行なう
シミュレータに関するものである。

従来の復元処理システムにおいては、合成開口レーダに
より得た多量のデータを復元処理し、処理済画像に現れ
るノイズ、画素のズレを目視チェックしていた。しかし
１シーンの処理時間は、大きく、処理パラメータ中のど
の要因で画質が低下するのか判別することが難しかった
。

本発明の目的は、飛翔体パラメータ（軌道、姿勢データ
、オ７ネイディア角、アンチナノ（ラメータ、パルス波
長９間隔）、システムパラメータ（量子化率、チャープ
率、マルチルック数、オフセット筒波数）が、復元画像
におよぼす影響をテストデータあるいは、実データを用
いて定量化することにより復元画像の画質を向上させる
こと、及びＧ　ＣＰ　（Ｑｒｏｕｎｄ　　Ｃｏｎｔｒｏ
ｌ　　ｐｏｊｎｔ　）を用いて幾何学歪の補正精度を定
量化し評価することにある。

衛星等の飛翔体から合成開口レーダ手法によって得た実
データのデータ量は、約３Ｘ１０’バイト（地上１００
ＫｍＸ１０１００Ｋであり、復元処理に費ヤされる時間
は、Ｍ−２００Ｈクラスで数十時間余り（ＣＰＵタイム
）である。

不発明では、まず第１に、実際に運用した飛翔体パラメ
ータを用いて単純な地表面パターン（例えば１点）のテ
ストデータを作成し、それを実データ復元処理に用いる
のと同一システムパラメータを用いて復元処理を実行し
、あらかじめ、飛翔体パラメータ・システムパラメータ
の復元画像に与える影響を足置化し、推足精度をあげ、
実データによる復元画像の画質を向上芒せる。

以下、本発明の実施例を第１図により説明する。

同図において、１はテストデータ生成装置、２は会成開
ロレーダにより得た実データ、３は量子化率の変換装置
、４は合成開口レーダデータ復元処理装置、５は幾何学
歪補正の処理装置、６は復元画像評価装置、７は歪の拮
度評価装置、８は飛翔体パラメータ設定装置、９はシス
テムパラメータ設定装置である。図の実線は画像データ
、破線はパラメータの流れを意味する。

実際の軌道・姿勢データなどを飛翔体パラメータ設定装
置１１８（軌道、姿勢データの格納さ扛たデータベース
）よりテストデータ生成装置１に渡し、単純な地表面パ
ターン（例えば１点）をシミュレートシテストデータを
作成する。必要があ扛ば、童子化率の変換装置３を用い
て量子化率を変化させる。テスト・データは、データ復
元処理装置４で復元される。復元画像は、復元画像評価
装置６により、（１）もとの地表面テストパターンとの
比較により、スペックルノイズ、レンジ方向、アジマス
方向の画素流れを検出する。

（２Ｊ　　上記のノイズおよび画素Ｒ，ｆＬの量に対応
した補正パラメータ値をシステムパラメータ設定装置９
（チャープ率、アンテナパラメータ、パルス間隔・波長
等の諸データが格納さｎたデータベース）にて行なう。

（３）必要ならば、再び復元処理を実行し、評価を行な
う。

（４）最適化したシステムパラメータを用いて、実デー
タ２に対する復元処理を行なう。

（５）復元画像評価装置６により、ノイズ、地上分解能
等を評価する。

（６）復元画像を、歪補正処理装置を用いて歪補正を行
なう。

（７）ＧＣＰを用いて、精度評価装置７により復元画像
の幾何学歪の精度を求める。

本シミュレータは、上記の復元画質の画質・精度評価の
他にも、飛翔体パラメータの最適設計にも使用できる。

第２図は合成開口レーダデータの復元処理フローを示す
。

同図において１０１はホログラム等に記録された生デー
タである。１０２において生データ中の任意の場所を切
り出すう同時に軌道・姿勢パラメータをデータベースに
格納、する。１０３ではレンジ方向のデータの相関を周
波数空間でとる。更に１０４において行列データを縦横
変換する。１０５ではレンジカーバテヤ補正、アジマス
圧縮で用いるチャープ率を算出する。１０６においては
衛生と地表面の１点の距離が時間と共に変ることに起因
する歪の補正を周波数空間で行う。１０７ではアジマス
方向のデータの相関を周波数空間でとる。

１０８においてはスペックルノイズを取り除くためのイ
ンコヒーレントな重ね合せを行う。１０９はこのような
処理の結果得らｎた再生済みの画像データを示す。

次にテストデータの生成処理について説明する。

（１）基本的考え万 （ａＪｓＡＲセンサの各種諸元の検証ができる程度セン
サモデルの詳細化を図る。

（ｂ）　　実際の衛星の飛行条件を模擬できることとす
る。

（Ｃ）　　画像再生の分解能の測定を可能とするため、
複数の地表点ターゲットを観測できる。

（２）　シミュレータの入力情報 （ａ）ＳＡＲセンサパラメタ （１）アンテナビーム最大角 （１１）チャープパルスのＦＭ率、レーダ搬送周波数 （ｉｉｌ）　　送信パルス幅 怜　パルス繰返し周波数 位ン　センサ取付角 （ｂ）衛星パラメタ （１）　　衛星軌道（と速度） （！υ　衛星姿勢 （Ｃ）　　地表点パラメタ （１〕　　電波反射率 （１１）位置時系列 （ｄ）　　受信信号Ａ／Ｄ変換パラメタ中　オフセット
周波数 （１１）位相バイアス ｑ１υ　サンプリング開始時間（チャープノ（ルス発射
からの相対時間） （φ　サンプリング周波数 位）量子化ビット数 ■　量子化スレッショルド （ｅ）　　処理パラメタ （１）第１パルス発射時刻 （１１）パルス発射回数 Ｇ１１ｌ　　サンプリング回数 （３）　シミュレータの出力情報 （ａ）　　模擬受信信号データ （ｂ）　　各パルスの受信信号データの詳細情報（１）
　　パルス発射時刻 （１１）電波伝搬時間（往路） Ｏｉｌ）　　電波伝搬時間（往路） （ψ　ビーム角 位〕　ドプラー周波数（チャープパルス先端）付−ドプ
ラー周波数（チャープパルス終端）＆ｉＤ　ビーム強度 Ｑｌｌ；　受信信号のサンプリング開始と終端のサンプ
ル位置 （Ｃ）　　レンジカバチャ２次式フィッティング結果（
４）　　シミュレータのアルゴリズムの骨子（ａ）　　
座標系 シミュレータは、３次元空間上で動作する。

この３次元空間の座標軸としては、電波の進行の取扱い
が容易な、地球中心慣性座標系（ＥＣＩ座標系：　（Ｘ
、Ｙ、Ｚ））を採用する。このほか必要に応じて次の座
標系を用いる。

（１）軌道座標系　　：（Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏ）（１１）
衛星固定座標系：　（Ｘｓ＋　、　Ｙｍ　、　Ｚｍ　）
（ＩＩＤ　　アンテナ座標系：　（Ｘ！ｌ　、Ｙａ　、
Ｚ翼）（ｂ）　　地球モデル 地球モデルは、回転楕円体モデルを採用する。

（Ｃ）　　地表点ターゲットモデル ＳＡＲセンサの観測対象となる地表点ターゲットについ
ては、次のようにモデル化する。

（１）点ターゲットの位置をシミュレータに地図座標系
（緯度、経度、高度）で記述した時系列データとして与
え、シミュレータ内部でＥＣＩ座標系に変換後、時間の
３次多項式で近似する。

（ＩＩ）　　電波反射率は複素数とする。

（ｄ）　　衛星モデル ８ＥＡ８ＡＴの軌道情報が入力できることとし、入力後
、これを時間の３次多項式で近似する。

（ｅ）ＳＡＲビームパターンモデル ＳＡＲと地表点ターゲットを通る方向の単位ベクトルｊ
をアンテナ座標系（Ｘ＋ａ、Ｙｍ。

Ｚ凰）で表わしたものを（ｘｉ＋＋ＹＢｓ　ｚ凰）とす
る。この方向のチャープパルスのビームＪは、笑際のビ
ームのメインロープのみをモデル化し、次式で近似する
。

Ｊ（ｊ−）” ここで、 θｘＲ：レンジ方向最大ビーム角／２ θｙｍ：アジマス方向最大ビーム角／２ａ、ｂ：定数（
＝０．３） （ｆ）　　８ＡＲ送信パルス（チャープパルス）８ＡＲ
送信パルスを次式で表わす。

数 φ：位相バイアス 憧）　　ＳＡＲ，受信信号 ＳＡＲ受信信号を周波数ｆ１からオフセット周波数ｆ。

に変調した信号を次式で宍わす。

ｆ（す＝ ここで、 Ｋ、　　　Ｋ。

φ＝２π（（ｆ、　−−ｒ−１−−（ｔ−Ｔ）＋ｆａ　
）２ （ｔ−Ｔ））−２π（ｆ、−ｆ、）　ｔ＋φｔ：パルス
発射後の経過時間 Ｊ：ビーム強度 Ｘ：地表点ターゲットの電波反射率 Ｔ：電波伝播時間（往復） ｆＤ　ニドプラー周波数 電波伝播時間とドプラー周波数については、電波の伝播
ルートを求めて精密に計獅する。

いま、時刻ｔにおける衛星と点ターゲットのトルをＶｓ
（すｔ　Ｖ　Ｔ　（Ｏとして表わす。発射したチャーブ
パルスの発射時刻音ｔ１＋点ターゲット到着時刻を１２
９反射して衛星に戻り着く時刻をｔ、とすると、Ｔとｆ
ｏは次式で表わすことができる。

１　　　　→ Ｔ＝−（ｌｒｌ　Ｉ＋ｌｒｚ　ｌ） 一槓 ここで →　ｄ→ ｒｌ　＝Ｒ＠（’ｔ）　　Ｒｔ　（ｔ２）榊　ｄ→ ｒｔ　　＝Ｒｓ　　（ｔｓｌ　　Ｒｔ　（ｔｚ）−ｄ→ Ｖ＋　　”Ｖｓ　　（”ｔ）　　Ｖｔ　（ｔ２）→　ｄ
→ Ｖ２　　＝Ｖｓ　　（ｔｌ）−Ｖｔ（ｔ２）さらに、チ
ャープパルスは、パルス幅τの時間ヶもっているから、
この間もドプラー周波数が微小変化する。この変化量は
、５ＥＡＳＡＴの場合、谷パルスの発射時間間隔の間の
変化量の約５％である。い１、ノくルス先端とノ（ル直
線変化するものとすると、ドプラー周波数は、次式で表
わ嘔れる。

ｆａｘ−ｆｏ璽 ’　ｏ　（ｔ）＝　ｆ　ｏｎ　＋　−１゜τ ０≦ｔ≦τ ここで、ｔは、パルス先端からの経過時間である。

（ｈン　量子化モデル 量子化モデルは、実際のＡ／Ｄ変換装置のものと同一と
する。

第４図は復元画像の評価の概念図である。

画質という観点から評価に必要な事項は、ＭＴＦ（空間
周波数）特性、Ｓ／Ｎ比である。ここでは、以上のこと
を考慮して、評価すべき項目として、次のものをあげる
。

（υ　スペックルノイズに関するもの （２）　　ビーム強度等による画像中の輝度勾配（３）
ボケ（流ｎ）に関するもの （４）キ何学的誤差（ＧＣＰとのズレ）以下、これらの
評価の方法について述べる。

（１）スペックルノイズ 対象地上シーンとして出来るだけ一様なシーンを切り出
し、画像のヒストグラム平均■と標準偏差σを求め、そ
の比■／σを評価基準とする。

ｊ二ビクセル番号 Ｎ：度数 Ｖ：ピクセル値 ■／σｉｌ、　Ｓ／Ｎ比に比例した値である。

（２）　　ｌｊ度勾配 本来、輝度分布が「一様」と考えられる海洋を対象シー
ンとして用いレンジ方向の隣接画素間輝度勾配Ｒａを求
める。

と Ｌニライン数（アジマス方向） Ｎ：ビクセル値（レンジ方向） ｉニライン番号 ｊ：ビクセル番号 ｇ：ビクセル値 （３）ボケ 防波堤など地上標準物を利用して、直線エツジが、どの
程度鮮鋭に補正場れているかを評価するため断面の＃度
分布をプロットすることによりラインスゲレット関数（
ＬＳＦ　）を求める。

いろいろな方向の直紡エツジのＬＳＦ″ｆ、求め、ポイ
ントスプレッド関数（ＰＳＦ）を推定する。

推定芒ｎたＰＳＦ・・・ｈ（ｘｙ）・・・のフーリエ変
換 ）（（ｕ・・）　＝（、Ｅ、ｒ　ｈ　（ｘ・ｙ）ｅｘｐ
〔−ｊ２ｘ（ｕｘ＋ｖｙ）／Ｎ〕＝Ｍ（ｕ、　ｖ）ｅｘ
ｐ（ｊφ（ｕ、Ｖ））を求めることにより空間周波数（
ＭＴＦ）％性Ｍを導き出す。

ＭＴＦ％性Ｍ７！ｉｌ−もってボケ具合いを定量的に評
価する。

（４）　　幾何学的誤差（ＧＣＰ誤差）地図上のＧＣＰ
と、補正画像上のＧＣＰとの誤差を第５図のように何点
か求める。

画像全体の誤差は、線形近似式 を用いて各画素について求める。

し 誤差の評価基準は、上式で表わせあＬ　Ｍ、　Ｓ（ｒｏ
ｏｔ　　ｍｅａｎ　　５ｑｕａｒｅ　）　ｆ用いる。

本発明によれば、復元画像に影響を与えるパラメータを
把握でき、復元処理におけるパラメータ値の誤差を評価
できる。また、ＧＣＰを用いることにより幾何学歪の清
廉の評価も可能である。

前処理として、テストデータによるパラメータの最適化
を行なうことは、処理時間の短縮に通づる。例えば、６
．７Ｘ１０’バイトの画像データの復元処理をＭ−２０
０Ｈで行なった時、（最適パラメータを求めるために２
回の処理を必要と仮定する。）評価シミュレータを用い
ない場合は、再生は、画像を得るに約１３時間（ＣＰＵ
タイム）かかる。評価シミュレータを用いてテストデー
タ（データｆ４−４Ｘ１０’バイト）によるパラメータ
最適化を行なうと、ＣＰＵタイムが約７時間で最終画像
を得ることができる。

以上のように、画質・幾何歪精度の定量化、及び処理時
間の短縮といった効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にががる合成開口レーダ復元画像シミ
ュレータの一実施例を示す構成図、第２図〜第５図は本
発明の説明図である。 １・・・テストデータ生成装置、２・・・合成開口レー
ダにより得た実データ、３・・・量子化率の変換装置、
４・・・合成開口レーダデータ復元処理−装置、５・・
・幾何学歪補正の処理装置、６・・・復元画像評価装置
、７・・・歪の梢度肝価装置、８・・・飛翔体パラメー
タ設￥ｉ　１　　図 ３ ％Ｚ　　図 第　４　凹 亨　５　図 第１頁の続き ０発　明　者　山懸振武 川崎市多摩区王禅寺市１０９９番地 株式会社日立製作所システム開 発研究所内 ０発　明　者　久保裕 日立重大みか町５丁目２番１号 株式会社日立製作所犬みか工場 −３５５−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、合成開口レーダの原データを復元処理する装置と、
   その復元画像の歪補正する処理装置よりなる合成開口レ
   ーダ復元処理システムにおいて、復元画像を評価する装
   置と歪補正の精度を評価する装置を設けたことを特徴と
   する合成開口レーダの復元画像評価シミュレータ。