JPS61187079A - 合成開口レーダ画像の再生処理方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は人工衛星あるいは航空機等に搭載される合成開
口レーダ（５ｙｎｔｈｅｔｉｃ　ＡｐｅｒｔｕｒｅＲａ
ｄａｒ、以下ＳＡＲという）による撮像データから、人
間が理解できる画像を外生ずるためのディジタル処理シ
ステムに係り、特に高画質な画像を再生するのに好適な
画像再生処理方式に関する。

〔発明の背景〕

人工衛星あるいは航空機等を用いたリモートセンシング
の分野では、地表を撮像するためのセンサとして、雲を
透過するマイクロ波帯で高解像の画像が得られるＳＡＲ
が注目されている。

第１図にＳＡＲの全体システムを示した。レーダ・セン
サ１、アンテナ２を有する８ＡＲは、人工衛星等に搭載
されて飛行経路３上を矢印４方向に移動しつつ地表の撮
像を行う。ＳＡＲからの撮像データは地上局５で受信さ
れ、データ・プロセッサ６により処理されて映像フィル
ム７の作成、データ記憶用磁気テープ８の作成等が行わ
れる。

なお、９は分解能セルを、ｌＯはＳＡＲで採取されるデ
ータの地表上のレンジ方向を、１１は同アジマス方向を
、１２はアンテナ・ビームをそして１３は刈り幅をそれ
ぞれ示している。

以上、ＳＡＲで採取されたデータの処理の概要を述べる
。なお、詳細については、ｐｒｏｃｅｅｄ　ｉｎｇｓｏ
ｆ　　１３　　ｔｈ　　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　
　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎＲｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉ
ｎｇｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　、Ｐ３３７−３６
０、　Ａｐｒｉｌ　、　　１９７７年におけるＢｅｎｎ
ｅｔｔｅ及びＣＣｕｍｍ１ｎによる”Ｄｉｇｉ　ｔａｌ
　ＳＡＲＩｍａｇｅＦｏｒｍａｔｉｏｎ、Ａｉｒｂｏｒ
ｎｅ　　ａｎｄ　　５ａｔｅｌｌｉｔｅＲｅｓｕｌｔｓ
”と題する文献において述べられている。

８ＡＲの受信画像中においては、原画像上の１点が点像
パターンｈ（ｘ、ｙ）の広がりをもって分布しており、
このままでは利用できない。ここでＸは前記レンジ方向
を、ｙは前記アジマス方向を示している。前記受信画像
中で広がっている情報は、まずレンジ方向に圧縮され、
次にアジマス方向に圧縮される０この様テを第２図に示
す０第２図Ａは地表にマイクロ波反射点が２点だけ存在
したときの受信画像を模式的に示したものであるが、２
方向に圧縮処理を行えば、Ｂのようにもとの地表パター
ンを得ることができる０前記レンジおよびアジマス圧縮
処理はそｎぞわ画像データ１ラインごとの点像パターン
データとの相関処理によって行う。但し、相関処理をそ
のまま実行すると、美大な処理時間がかかるため、高速
フーリエ変換（以下、「ＦＦＴ」という。）複素乗算、
高速逆フーリエ変換（以下、「ＩＦＦＴＪという０）を
用いて高速化が図られる。ＦＦＴを用いて相関処理を行
なうには、まず点像パターンを計算機によるディジタル
処理で生成し、点像パターンと画像データ１ラインの両
方のＦＦＴを計算する。相関計算はＦＦＴを施した後の
周波数領域では単なる乗算であることから、上記２つの
データのＦＦＴ計算結果の積をとり、それをＩＦＦＴす
ることにより１９４２分の相関処理結果が得られる。

アジマス圧縮処理の結果、８ＡＲ再生画像が得られるが
、画像データの各点の値は地表のマイクロ波の複素反射
率に対応する複素数値となる。

しかＬながら、一般に上記複素数の位相はランダムに変
動し情報がないため、最終的に生成されるス圧縮後の複
素数画像データをそのまま絶対値をとり実数値化すると
、空間分解能が劣化する事がＨｅｎｎｅ　ｔ　ｔｅらに
よる「Ｄｉｇｉ　ｔａｌ　ＳＡＲＩｍａｇｅＦｏｒｍａ
ｔｉｏｎ　Ａｉｒｂｏｒｎｅ　ａｎｄ　５ａｔｅ目ｉｔ
ｅ　ＲｅｓｕｌｔｓＪ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ
　ｔｈｅ　１３　ｔｈ　ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳ
ｌｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎ
ｇ　ｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ、　Ａｐｒｉｌ　１９
７７）と題する前記文献に報告されている。これに対し
、数値化に先立って複素数値デ曾夕の才まデータの再サ
ンプリング（リサンプリング）を行ない、空間分解能の
劣化を防ぐ方法が上記文献に記されている。

しかしながら、従来のＳＡＲ再生処理方式ではアジマス
圧縮後画像の画素間の相対位相を充分に考慮していない
ため、ライン間に位相ずれを生じその結果上記リサンプ
リングにおいて位相のそろっていないデータを補間する
事になり、逆に画質劣化を引き起こすという欠点があっ
た０〔発明の目的〕 本発明の目的は、上記の如き欠点を解消し、高分解能・
高画質のＳＡＲ画像を再生する事を可能とする５ＡＦＬ
画像再生処理方式を提供する事にある０ 〔発明の概要〕 まず、アジマス圧縮後画像において位相ずれの発生する
原因について説明する０ アジマス方向点像パターンは　の様に表わされる０ ｈｎ＝ｅｘｐ（２ｙｒｊ　（ａｎ２＋βｎ））　　　　
　　（１）ここでｎは整数サンプル番号を表わす。ｊは
虚数単位である。α、βは再生パラメータと呼ばわる量
で、αはドツプラ変化率、βをドツプラ中心周波数と呼
ぶ。α、βは衛星と地上目標点との距離や相対速度に依
存するため、レンジ方向にゆるやかに変化する。したが
ってアジマス方向点像パターンは１シーン中で一定では
ない。

位相ずれは、次に挙げる２つの場合に発生する（１）　
　アジマス方向点像パターンの生成を省略する場合。

再生パラメータα、βがライン毎に異なるためアジマス
圧縮処理においては各ライン毎にアジマス方向点像パタ
ーンを生成する必要がある。しかＬ実際の処理では演算
量を低減する目的で再生パラメータに必要な精度の範囲
内で点像パターンの生成を省略し、複数ラインに同一の
点像パターンを使用する場合がある。しかしこの方法で
は、点像パターンを更新するラインの位置で再生パラメ
ータに不連続な変化が生じる事になり、そこで位相ずｎ
が発生する。本現象の詳細については特願昭５９−１８
６３１７（昭和５９年９月７日出願）を参照されたい。

（２）　　マルチルック処理におけるルック切り出し。

ＳＡＲ画像再生処理では、ＳＡＲ，画像特有のスペック
ルノイズと呼ばれる斑点状ノイズを低減するため、マル
チルック処理を行なう。マルチルック処理ではアジマス
圧縮時に周波数領域で１ラインのデータをＬ分割し、各
々独立に逆フーリエ変換する事によりＬ枚の画像を再生
した後、各画像データを加算する事により行なう。Ｌは
マルチルック数と呼ばれ、衛星ＳＡＲでは通常４である
。

またこの時再生される各画像をルックと呼ぶ。

周波数領域で信号はトップ４心周波数を中心に分布し、
各ルックもこの中心筒波数を基準としで切り出す。ドツ
プラ中心周波数はレンジ方向に変化するのでルック切り
出し位置もライン毎に異なる。しかし元データが離散的
サンプル系列であるから、その切り出し位置も整数値を
とり、不連続的に変化する事になる。この不連続変化の
所で位相ずれが生じる。すなわち、ルック数Ｌ−４、元
データ上’ｋ　（ｋ　−０，１・・・Ｎ−１、Ｎｌ：！
データ点数）とし、あるルックの切り出し位置を となり、切り出し位置が工だけ変化した。

りｆ、は となるが、ｆｆｉとｆ、の間には ｆｗｆｅｘｐ（−２πＪ　奮１）　　　　　（４）なる
関係が成立する。式（４）は切り出し位置の不連続的変
化により位相ずれが０発生する事を示しているＯ さて、以上説明した２つの例いずれの場合でも位相ずれ
はラインとラインの間に発生し、これを複素数のままリ
サンプリングを行なうと画質の劣化、具体的には再生画
像上に縞が発生する。特にルック切り出し位置の不連続
変化による位相ずれは避ける事の出来ない問題である。

本発明は、上記位相ずれを位相回転因子の乗算により補
正する事に第１の特徴がある。

まずドツプラ中心周波数から決められる、あるルックの
切り出し中心位置をｃｏとする。一般にｃｏは連続的に
変化し、非整数値をとるが、データは離散的サンプル系
列であるから実際にはｃ。

に最も近い整数値Ｋ。

Ｋ、　＝　ｉｎｔ　（Ｃｏ）　　　　　　　　　　　　
（５）り出したデータに逆フーリエ変換を施したアジマ
ス圧縮後データをｆ　とすると となる。Ｋ、が不連続に変化する所で位相ずれを生じさ
せないためには切り出し中心位置を非整数値にすればよ
いが、本発明方式ではこれを周波数領域におけるシフト
と等価な実領域における位相回転因子の乗算で実現する
。すなわち必要なシフト量をδＫ　とすると δに、　−Ｃｏ＋　ｎ　’　（Ｃｏ　）　　　　　　　
　（７）であり、これを使ってアジマス圧縮結果ｆＩ、
をｆ、から次式に従って求める。

δＫＯ・ｎ ｆ、、＝ｆｎ−ｅｘｐ〔−２π」Ｎ７４〕（８）（６）
、但）から となるか♂−明方式によるアジマス圧縮結果は非整数の
Ｃを中心に切り出したものに対応し、不連続変化による
位相ずｎを解消する事が出来る。

（７）式のδに、をルック切り出し位置調整パラメータ
と呼ぶ。ただしδに、は（７）式により一意に定まるも
のではなくライン間の位相ずれを補正するには、定数分
の不定性がある。

つぎに本発明の第２の特徴は、前記画質劣化を防ぐため
に、レンジ方向のサンプル間隔の変更を周波数領域で、
衛星と地上目標点との距離変化に起因する歪を補正する
レンジカーバチャ補正処理−データの実数化に際して信
号の周波数帯域が広がり、サンプリング定理が満足され
なくなる事にある。本発明方式では、レンジ方向のサン
プル間隔の変更をアジマス圧縮前のデータに対して行な
う事で、ライン間位相ずれによる画質の劣化を避ける。

アジマス圧縮前のデータの位相は全て揃っており、本発
明方式においては上記問題点は存在しない。アジマス方
向のサンプル間隔の変更は、アジマス圧縮後に横方向の
みの複素リサンプリングｌこより行なう。

本発明方式を第３図により説明する。レンジ方向３３へ
圧縮後のＳＡＲ画像データをアジマス方向３４にＦＦＴ
した画像データ３１上で、地表の各点は情報は湾曲した
曲線３２上に分布する。曲線３２は再生パラメータによ
り決まる。レンジカーバチャ補正では、この曲線上の点
３５を近傍にある画像３１の点３６から複素データのレ
ンジ方向の補間により求める。レンジ圧縮後のデータに
関しては画像の各点間の相対位相は正しく保たれている
ので、ここでの補間では位相ずれは起らな本発明方式で
は、レンジ方向のサンプル間隔の変更を、補正すべき曲
線を変更後のサンプル間隔に対応した間隔で算出した後
、上記補間を行なう事により実行する。したがってレン
ジカーバチャ補止抜の画像データ３７は補正前のデータ
３１に較べてレンジ方向に拡大したものとなる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第４図〜第７図により（セ 説明する。まず、電相ずれを補正する実施例を第４図〜
第５図により説明する。

第４図はＳＡＲ画像再生処理の全体フローである。

観測データ（すまずレンジ圧縮処理４０１によりレンジ
方向に圧縮される。次にアジマス圧縮に先立ち衛星の軌
道・姿勢情報から再生パラメータを求める再生パラメー
タ計算処理４０２を行ない、そこで求めた再生パラメー
タを用いてアジマス圧縮処理４０３を行ない、アジマス
方向に圧縮する。

次に圧縮さｎた結果の幾可学的歪を補正し、同時に画像
データのサンプル周期を変更するための歪補正リサンプ
リング４０４を行なう。このリサンプリングは空間分解
能の劣化を防ぐため、複素数のままで行なう。その後、
ノルム化処理４０５を施すことによりデータを実数化し
、雑音低減処理であるマルチルック加算処理４０６を行
なった後、童子化処理４０７を行ない最終画像を得る。

第５図は、第４図のフローで本発明に関わるアジマス圧
縮処理４０３の１ラインに対する処理を詳細に示したも
のである。

まずレンジ圧縮後の観測データにＦＦＴ４１を施し、周
波数領域に変換した後、衛星と地表目標点との距離変化
による歪を補正するレンジカーバチャ補正４２を行なう
。次に該処理ラインに対応する再生パラメータの値に従
いアジマス参照関数生成処理４３を行ない、その結果に
ＦＦＴ４４を施す。処理４２と４４の結果を複素乗算処
理４５で乗算する。次にマルチルック処理のためのルッ
ク切り出し処理４７に先立ち、ルック切り出し位置調整
パラメータ算出処理４６を行ない、該パラメータδに０
を求めておく。ルック切り出し後のデータにＩＰＦＴ４
８を施し、アジマス圧縮されたデータが得らｎ、さらに
パラメータδｋを用い位相回転因子乗算処理４９を施し
、１ラインのアジマス圧縮処理が完了する。５０が本発
明による付加処理である。

以上述べた様に、本実施例によればルック切り出し位置
の整数化による誤差を位相回転因子の乗算により行なう
ため、アジマス圧縮後の複素画像のライン間の位相ずｎ
が発生せず、複素数データのりサンプリングによる画質
劣化を防ぐ事ができ高画質のＳＡＲｉｉＭ＊を再生でき
るという効果がある０ つぎに、前記画質劣化防止の実施例を第６図、第７図に
より説明する。

第６図はＳＡＲ画儂貴生処理全体のフローチャートであ
る。

観測データはまずレンジ圧縮処理６０１によりレンジ方
向に圧縮される。次に、アジマス圧縮に先立ち衛星の軌
道・姿勢情報から再生パラメータを求める再生パラメー
タ算出処理６０２を行ない、そこで求めた再生パラメー
タを用いてアジマス圧縮処理６０３を行ないアジマス方
向に圧縮する。

次いで処理６０４で複素数データのノルム化およヒマル
チルツク加算を行ない、画像に含まれる幾何学的歪を補
正する歪補正リサンプリング６０５を行ない、結果に童
子化処理６０６を施して最終結果のＳＡＲ画像を得る。

第７図は第６図のフローで本発明に係るアジマス圧縮処
理６０４の詳細フローである。

まず、レンジ圧縮後のデータにＦＦＴ演算処理５１を施
し、周波数領域に変換した後、処理５２において衛星を
地表目標点との距離変化による歪を補正するレンジカー
バチャ補正と同時に、レンジ方向のりサンプリングによ
るサンプル間隔の変更を行なう。次に褥生パラメータの
値に従いアジマス参照関数生成処理５３を行ない、その
結果にＦＦＴ演算処理５４を施す。処理５２と処理５４
の結果を複素乗算処理５５で乗算し、結果にＩＦＦＴ演
算処理５６を施すことによりアジ７ス圧縮さｎた複素画
像が得られる。さらに該画像に対してアジマス方向のサ
ンプル間隔の変更をアジマス方向リサンプリング処理５
７により行なう。

以上述べた様に、本実施例によれば画質劣化の原因とな
るレンジ方向の複素リサンプリングをレンジカーバチャ
補正と同時に行なうため上記画質の劣化が発生せず、高
画質が高分解能の８Ａ几画像が再生できるという効果が
ある。また、幾何学的歪を補正する歪補正リサンプリン
グをノルム化、マルチルック加算後の画像に対して行な
うため、歪補正に要する演算量が少なくてすみ、よい高
速な処理が可能になるという効果もある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ＳＡＲ画像再生処理において後 アジマス圧縮の複素画像のライン間の相対位相ずれを補
正することができるので、複素数リサンプリングによる
画質劣化のない高画質のＳＡＲ画像を再生することがで
きるという効果がある。

さらに、ＳＡＲＭ像再生処理において位相ずｎによる画
質劣化の原因となるレンジ方向の複素リサンプリングを
レンジカーバチャ補正と同時に行なえるため、上記画質
劣化のない高画質・高分解能のＳＡＲ画像を再生するこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＳＡＲシステムの全体構成図、第２固唾 はＳＡＲ画像再生の原理を示す図、第３区はレンジカー
バチャ補正と同時にレンジ方向サンプル間隔の変更を行
なう処理の説明図、第Ｊ鐸第６図はＳＡＲ画像再生処理
全体のフローチャート、第５図は第４図の処理４０３の
詳細フローチャート、第７図は第６図の処理６０３の詳
細フローチャートである。　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　、。 躬／目 躬２図 Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５第　ｋ図 第７区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、合成開口ロレーダによる撮像データから画像を再生
   する画像処理システムにおいて、再生された複素画像の
   ライン間に存在する位相ずれを、位相回転因子の乗算に
   より補正することを特徴とす合成開口レーダ画像の再生
   処理方式。 ２、合成開口レーダによる撮像データから画像を再生す
   る画像処理システムにおいて、画像データのレンジ方向
   サンプル間隔の変更を、周波数領域におけるレンジカー
   バチャ補正時に行なう事を特徴とする合成開口レーダ画
   像の再生処理方式。