ポラリメトリＳＡＲ装置及びポラリメトリＳＡＲデータを用いる目標物同定方法
【課題】地物の向き及び撮像方向による影響を軽減させながら、撮像された地物を任意の形状のものと定量的に同定する。
【解決手段】提供されるポラリメトリＳＡＲ装置は、第１の基底変換処理部１９が撮像された地物のフルポラリメトリデータに基づいて第１のフルポラリメトリ複素画像を算出し、第２の基底変換処理部２０が既知の地物のフルポラリメトリデータに基づいて第２のフルポラリメトリ複素画像を算出する。強度変換処理部２３とフィルタ処理部２７を経由した第１のフルポラリメトリ複素画像と、強度変換処理部２４とフィルタ処理部２８を経由した第２のフルポラリメトリ複素画像は、類似度算出処理部３１によって類似度が算出される。類似度算出処理部３１は、算出された類似度ｒの値が所定値より高いときに撮像された地物を既知の地物によって定量的に同定する。
【解決手段】提供されるポラリメトリＳＡＲ装置は、第１の基底変換処理部１９が撮像された地物のフルポラリメトリデータに基づいて第１のフルポラリメトリ複素画像を算出し、第２の基底変換処理部２０が既知の地物のフルポラリメトリデータに基づいて第２のフルポラリメトリ複素画像を算出する。強度変換処理部２３とフィルタ処理部２７を経由した第１のフルポラリメトリ複素画像と、強度変換処理部２４とフィルタ処理部２８を経由した第２のフルポラリメトリ複素画像は、類似度算出処理部３１によって類似度が算出される。類似度算出処理部３１は、算出された類似度ｒの値が所定値より高いときに撮像された地物を既知の地物によって定量的に同定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、合成開口レーダ（以下、ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radarと言う）による水平偏波と垂直偏波を用いて目標物を同定するポラリメトリＳＡＲ装置及び目標物同定方法に係り、詳しくは、ポラリメトリＳＡＲによって取得されたフルポラリメトリデータに基づいて、撮像されている地物の形状をその地物の向き及び撮像方向に依らずに同定するポラリメトリＳＡＲ装置及び目標物同定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星や航空機等の飛翔体を利用して地物（地表の状態や形状）を観測したり同定したりするリモートセンシング分野では、飛翔体から地表の状態を撮像するためのセンサとして、マイクロ波帯を用いたＳＡＲが一般的に使用されている。このようなＳＡＲを使用した地表状態の判読方法は、ＳＡＲによって得られた受信波の振幅と位相のデータ（複素データ）から画像データを再生し、その画像データに基づいて地表状態を判読するものである。
【０００３】
特に、ＳＡＲによる送信波の水平（Ｈ：Horizontal）・垂直（Ｖ：Vertical）偏波と受信波のＨ・Ｖ偏波の組合せを変えて地表状況を観測するポラリメトリを利用したポラリメトリＳＡＲでは、偏波面が水平（Ｈ）と垂直（Ｖ）の２種類のマイクロ波を交互に切り替えて送信し、それぞれの反射波のＨ成分とＶ成分を受信する。これによって、フルポラリメトリデータ、すなわち、水平偏波Ｈと垂直偏波Ｖの組合せによって生じる合計４つの偏波（ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの各偏波）に対応するデータを取得することができる。このようなフルポラリメトリデータ（つまり、ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの各データ）を使用する目標物同定方法（関連技術）は、散乱行列の分解や固有値解析による分類を主な手法としている。このような関連技術による手法では、撮像された地物に対し、典型的な形状への分解や散乱形態の複雑さ等による分類が行われている。
【０００４】
また、静止した目標物への送信波の偏波面と目標物から反射した受信波の偏波面との角度を最適に制御することにより、その目標物の画像を鮮明に再生させるポラリメトリＳＡＲ画像処理の技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、静止した目標物の部位ごとに送受信波の偏波面を適切に選択することにより、複雑な形状の目標物を１枚のＳＡＲ画像に鮮明に映し出すポラリメトリＳＡＲ画像処理の技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、目標物（飛翔体）の動きに基づく振幅情報と位相情報との複素データによって移動物体の画像認識を行うＩＳＡＲ（Inverse Synthetic Aperture Radar：逆合成開口レーダ）により、その移動物体の大きさや形状を識別する技術も開示されている（例えば、特許文献３参照）。さらに、レーダによって移動物体の回転運動や姿勢角を推定して、移動物体の動きを特定するＩＳＡＲ画像処理の技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０１４７３５号公報
【特許文献２】特開２００８−２３２６２６号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１８５７号公報
【特許文献４】特開平０９−０３３６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記関連技術において、ポラリメトリＳＡＲによって地物の形状を同定する場合、散乱行列の分解では撮像された地物を典型的な形状へ分解して画像処理を行うことはできるが、任意の形状の地物を同定することはできない。また、地物の形状を同定する場合は、その地物の向きあるいは撮像方向によって、同じ形状の地物であるにもかかわらず、異なる形状の地物と認識されてしまうこともある。
【０００８】
また、特許文献１に記載の技術においても、特定の形状の地物を同定することはできるが、撮像された任意の形状の地物を同定することはできない。さらに、特許文献２に記載の技術においては、任意の形状の目標物については、それぞれの目標物ごとに、個別に、送受信波の偏波面を適切に選択しなければならないので、任意の目標物を同定するためにはかなり複雑な処理が必要となる。すなわち、特許文献２に記載のポラリメトリＳＡＲ画像処理方法で任意の形状の目標物を撮像する場合は、ポラリメトリＳＡＲを用いた画像処理が極めて複雑になり、ポラリメトリＳＡＲ装置の使い勝手がよくない。また、特許文献３、４に記載の技術は、移動物体の動きを識別したり特定したりするＩＳＡＲ（逆合成開口レーダ）による画像処理の技術であって、飛翔体から地上の地物を同定する技術ではないので、ポラリメトリＳＡＲ装置によって任意の形状の地物を同定する技術に応用することはできない。
【０００９】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、地物の向き及び撮像方向による影響を軽減させながら、撮像された地物を任意の形状のものと定量的に同定することができるポラリメトリＳＡＲ装置及び目標物同定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、この発明の第１の構成は、ポラリメトリＳＡＲ装置に係り、ポラリメトリＳＡＲ（合成開口レーダ）により撮像された地物のフルポラリメトリ複素画像である第１のフルポラリメトリデータと、既知の地物のフルポラリメトリ複素画像データである第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出し、算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を同定する構成になされていることを特徴としている。
【００１１】
この発明の第２の構成は、ポラリメトリＳＡＲ撮像地物の同定方法に係り、ポラリメトリＳＡＲ（合成開口レーダ）により撮像した地物のフルポラリメトリ複素画像である第１のフルポラリメトリデータを取得し、取得した前記第１のフルポラリメトリデータと既知の地物のフルポラリメトリ複素画像データである第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出し、算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を同定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の構成によれば、既知の地物との類似度に基づいて撮像された地物を同定しているので、撮像された地物を任意の形状のものと定量的に同定することが可能となる。さらに、この同定は、既知の地物との類似度に基づいて行われるので、地物の向き及び撮像方向による影響を軽減することができる。例えば、複数のデータをひとつにまとめたライブラリとして、航空機の尾翼部分、主翼付け根部分、及び主翼部分のフルポラリメトリデータを用意しておくと、尾翼部分、主翼付け根部分、及び主翼部分のそれぞれの形状に類似した物体が、類似度に応じてＳＡＲ画像の中から抽出される。すなわち、実際に撮像した画像が航空機であれば、その航空機の向き及び撮像方向に依存されることなく、それぞれの形状に類似した物体の配置が、その航空機の尾翼部分、主翼付け根部分、及び主翼部分の配置と同じになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施形態に適用されるポラリメトリＳＡＲ装置の構成及びデータ処理の概要を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の実施形態に適用されるポラリメトリＳＡＲ装置は、合成開口レーダ（ＳＡＲ）を用いて地物を同定するポラリメトリＳＡＲ装置であって、偏波面が水平（Ｈ）偏波と垂直（Ｖ）偏波の２種類のマイクロ波を交互に地物へ送信する。そして、地物からの反射波のＨ成分とＶ成分とを受信することにより、撮像された地物のポラリメトリ複素画像を取得する。さらに、取得したポラリメトリ複素画像とライブラリ化された既知の地物のポラリメトリ複素画像との類似度を算出する。これによって、類似度が高い場合は、撮像された地物を既知の地物によって定量的に同定することができる。
【００１５】
すなわち、このポラリメトリＳＡＲ装置は、目標物となる地物に対する送信波と反射波（受信波）のＨ偏波とＶ偏波とを生成するポラリメトリＳＡＲによって得られたフルポラリメトリデータと、既知の地物のフルポラリメトリデータとを比較して、撮像された地物の形状を既知の地物によって同定している。これによって、地物の向き及び撮像方向に依存されることなく、撮像されている地物の形状を高精度に同定することができる。
【００１６】
前記第１のフルポラリメトリデータに対して、直線偏波基底から円偏波基底へ基底変換処理を行う第１の基底変換処理部と、前記第２のフルポラリメトリデータに対して、直線偏波基底から円偏波基底へ基底変換処理を行う第２の基底変換処理部と、前記第１の基底変換処理部によって基底変換された前記第１のフルポラリメトリデータと、前記第２の基底変換処理部によって基底変換された前記第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出する類似度算出処理部とを備えることで、該類似度算出処理部にて算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を定量的に同定する構成を実現した。
【００１７】
この発明の目的を実現するためには、具体的には、ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類からなる前記第１のフルポラリメトリデータに対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、１画素ごとに、ＬＬ．ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて４次元実ベクトルηを得る第１の基底変換処理部と、ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類からなる前記第２のフルポラリメトリデータに対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、１画素ごとに、ＬＬ．ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて４次元実ベクトルξを得る第２の基底変換処理部と、画素ごとに、前記第１の基底変換処理部によって基底変換された前記第１のフルポラリメトリデータと、前記第２の基底変換処理部によって基底変換された前記第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出する類似度算出処理部とを備える構成とするのが好ましい。
【００１８】
ここで、ＨＨは、水平偏波送信・水平偏波受信の組み合せで観測された受信データ、ＨＶは、水平偏波送信・垂直偏波受信の組み合せで観測された受信データ、ＶＨは、垂直偏波送信・水平偏波受信の組み合せで観測された受信データ、ＶＶは、垂直偏波送信・垂直偏波受信の組み合せで観測された受信データ。
ＬＬは、左旋円偏波送信・左旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ、ＬＲは、左旋円偏波送信・右旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ、ＲＬは、右旋円偏波送信・左旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ、ＲＲは、右旋円偏波送信・右旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ。
【実施形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、この発明のポラリメトリＳＡＲ装置の実施形態について詳細に説明する。図１は、この発明の実施形態に適用されるポラリメトリＳＡＲ装置の構成及びデータ処理の概要を示すブロック図である。
【００２０】
まず、図１に示すポラリメトリＳＡＲ装置の構成について説明する。ポラリメトリＳＡＲ装置は、送信機１、送信波切替スイッチ２、サーキュレータ３，４、アンテナ５，６、受信機７，８、データ処理部９，１０、分離処理部１１，１２、再生処理部１３，１４，１５，１６、記憶装置１７，１８，２１，２２，２５，２６，２９，３０、第１の基底変換処理部１９、第２の基底変換処理部２０、強度変換処理部２３，２４、フィルタ処理部２７，２８、及び類似度算出処理部３１を少なくとも備えて構成されている。
【００２１】
次に、各構成要素の基本的な機能について説明する。送信機１は、送信トリガ信号となるパルス繰り返し周波数に同期させて直線周波数変調された送信信号（チャープ信号）を生成し、この送信信号を送信波切替スイッチ２へ出力する。送信波切替スイッチ２は、送信機１から受信した送信信号を、パルス繰り返し周波数ごとに交互に切り替え、サーキュレータ３，４のいずれかを介して、アンテナ５，６のいずれかへ送出する。
【００２２】
アンテナ５は、水平偏波（Ｈ偏波）用アンテナであり、Ｈ偏波の送信波を目標物に送信し、その目標物からの反射波としてＨＨ受信波及びＶＨ受信波を受信する。アンテナ６は、垂直偏波（Ｖ偏波）用アンテナであり、Ｖ偏波の送信波を目標物に送信し、その目標物からの反射波としてＨＶ受信波及びＶＶ受信波を受信する。すなわち、アンテナ５及びアンテナ６は、パルス繰り返し周波数に同期して交互に切り替えられて、それぞれ、Ｈ偏波及びＶ偏波を送信波として目標物に向けて送信し、それぞれ、ＨＨ，ＶＨ受信波及びＨＶ，ＶＶ受信波を受信する。
【００２３】
さらに、詳しく説明すると、アンテナ５及びアンテナ６のＨ偏波及びＶ偏波のそれぞれの送信波が照射される目標物（例えば地表面）からの反射波は、目標物（地表面）の形状に応じて、水平偏波（Ｈ偏波）、垂直偏波（Ｖ偏波）いずれの送信波についても、水平偏波（Ｈ偏波）成分と垂直偏波（Ｖ偏波）成分を含んでいる。したがって、それぞれの送信波の送信タイミングに対応した時刻に、アンテナ５及びアンテナ６のそれぞれにおいて、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とを、ＨＨ受信波（Ｈ送信−Ｈ受信）、ＨＶ受信波（Ｈ送信−Ｖ受信）、または、ＶＨ受信波（Ｖ送信−Ｈ受信）、ＶＶ受信波（Ｖ送信−Ｖ受信）として受信する。
【００２４】
受信機７は、アンテナ５で受信されたＨＨ受信波（Ｈ送信−Ｈ受信）、ＶＨ受信波（Ｖ送信−Ｈ受信）を、サーキュレータ３を介して受信し、受信処理を行ってデータ処理部９へ出力する。一方、受信機８は、アンテナ６で受信されたＨＶ受信波（Ｈ送信−Ｖ受信）、ＶＶ受信波（Ｖ送信−Ｖ受信）を、サーキュレータ４を介して受信し、受信処理を行ってデータ処理部１０へ出力する。
【００２５】
データ処理部９は、受信機７からのＨＨ受信波（Ｈ送信−Ｈ受信）のデータ及びＶＨ受信波（Ｖ送信−Ｈ受信）のデータをＳＡＲデータとして記憶し、データ処理部１０は、受信機８からのＨＶ受信波（Ｈ送信−Ｖ受信）のデータ及びＶＶ受信波（Ｖ送信−Ｖ受信）のデータをＳＡＲデータとして記憶し、それぞれ、分離処理部１１、１２へ出力する。
【００２６】
分離処理部１１は、データ処理部９からのＳＡＲデータを、ＨＨ受信波のＳＡＲデータとＶＨ受信波のＳＡＲデータとに分離して、それぞれを、再生処理部１３、１４へ出力する。一方、分離処理部１２は、データ処理部１０からのＳＡＲデータを、ＨＶ受信波のＳＡＲデータとＶＶ受信波のＳＡＲデータとに分離して、それぞれを、再生処理部１５、１６へ出力する。
【００２７】
再生処理部１３、１４、１５、１６は、分離処理部１１、１２から出力されたそれぞれのＳＡＲデータ（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶの各受信波）に基づいて、それぞれを複素画像として生成して、記憶装置１７にフルポラリメトリ複素画像（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）として記憶する。
【００２８】
第１の基底変換処理部１９は、図１に示すように、記憶装置１７に記憶されたＳＡＲデータの第１のフルポラリメトリ複素画像（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）を用いて、直線偏波であるＨＶ（Horizontal-Vertical：水平−垂直）偏波基底から円偏波であるＬＲ（Lefr-right：左旋回−右旋回）偏波基底へ基底変換処理を行い、ＬＲ基底変換された第１のフルポラリメトリ複素画像の４種類の複素データ（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）を記憶装置２１に記憶させる。ここで、ＬＬは、Ｌ送信−Ｌ受信の組み合せに変換された受信データ、ＬＲは、Ｌ送信−Ｒ受信の組み合せに変換された受信データ、ＲＬは、Ｒ送信−Ｌ受信の組み合せに変換された受信データ、ＲＲは、Ｒ送信−Ｒ受信の組み合せに変換された受信データを意味している。
【００２９】
強度変化処理部２３は、ＬＲ偏波基底へ変換された第１のフルポラリメトリ複素画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）を、それぞれ強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に変換して記憶装置２５に記憶させる。さらに、フィルタ処理部２７は、これらの強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に対して、スペックルフィルタ処理を施して記憶装置２９に記憶させる。
【００３０】
一方、記憶装置１８は、既知の地物における第２のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータ（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）を記憶し、基底変換処理部２０は、記憶装置１８に記憶された第２のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータ（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）に対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行い、ＬＲ偏波基底変換された第２のフルポラリメトリ複素画像の４種類の複素データ（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）を記憶装置２２に記憶させる。
【００３１】
強度変化処理部２４は、ＬＲ偏波基底へ変換された第２のフルポラリメトリ複素画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）を、それぞれ強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に変換して記憶装置２６に記憶させる。そして、フィルタ処理部２８は、これらの強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に対して、スペックルフィルタを施して記憶装置３０に記憶させる。
【００３２】
類似度算出処理部３１は、記憶装置２９から取り出したポラリメトリＳＡＲによって撮像された地物のデータ（第１のフルポラリメトリ複素画像）と、記憶装置３０から取り出した既知の地物のデータ（第２のフルポラリメトリ複素画像）との類似度を算出して類似度画像を出力する。このとき、類似度算出処理部３１は、１画素ずつ類似度を算出して、濃淡により各画素の類似度を表した画像を出力する。
【００３３】
次に、図１に示すポラリメトリＳＡＲ装置の動作について説明する。１台の送信機１からの２つの送信波を、送信波切替スイッチ２によりパルス繰り返し周波数ごとに切り替え、サーキュレータ３、４を介して、２台のアンテナ５、６から、交互に、Ｈ偏波送信波とＶ偏波送信波とを図示しない目標物に向けて送信する。尚、アンテナ５、６にて送受信される送信波と受信波とは、１台の送信機１と２台の受信機７、８とにサーキュレータ３、４により振り分けられる。
【００３４】
目標物から反射されたＨ偏波成分とＶ偏波成分は、受信波として、それぞれ、２つのアンテナ５、６で受信され、受信機７、８によって受信処理が施されて２つのデータ処理部９、１０にてそれぞれＳＡＲデータとして記録される。２つのデータ処理部９、１０に記録されているＳＡＲデータは、それぞれ、分離処理部１１、１２にて、（ＨＨ）ＳＡＲデータ、（ＶＨ）ＳＡＲデータ、（ＨＶ）ＳＡＲデータ、及び（ＶＶ）ＳＡＲデータに分離され、４つの再生処理部１３、１４、１５、１６に入力される。
【００３５】
さらに、４つの再生処理部１３、１４、１５、１６にて、（ＨＨ）ＳＡＲデータ、（ＶＨ）ＳＡＲデータ、（ＨＶ）ＳＡＲデータ、及び（ＶＶ）ＳＡＲデータは、それぞれの複素画像として生成され、第１のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータ（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）として記憶装置１７に格納される。以上のような処理により、ポラリメトリＳＡＲにより取得された第１のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータは記憶装置１７に記憶される。
【００３６】
次に、この第１のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータ（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）を用いて、第１の基底変換処理部１９によりＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、ＬＲ基底変換された第１のフルポラリメトリ複素画像のデータ（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）を記憶装置２１に記憶する。さらに、ＬＲ偏波基底へ変換された第１のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータ（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）は、強度変化処理部２３によりそれぞれ強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に変換されて、記憶装置２５に記憶される。そして、これらの強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に対して、フィルタ処理部２７によってスペックルフィルタが施され、記憶装置２９に記憶される。
【００３７】
一方、記憶装置１８に記憶された既知の地物の第２のフルポラリメトリ複素画像（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）に対して、第２の基底変換処理部２０によってＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理が行われ、ＬＲ偏波基底されたＬＲ基底変換データ（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）が記憶装置２２に記憶される。そして、ＬＲ基底変換された第２のフルポラリメトリ複素画像のデータ（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）は、強度変化処理部２４によってそれぞれ強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に変換されて記憶装置２６に記憶される。さらに、これらの強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に対して、フィルタ処理部２８によってスペックルフィルタが施されて記憶装置３０に記憶される。
【００３８】
そして、類似度算出処理部３１により、記憶装置２９に記憶されているポラリメトリＳＡＲにより撮像された地物のデータ（第１のフルポラリメトリ複素画像）と、記憶装置３０に記憶されている既知の地物のデータ（第２のフルポラリメトリ複素画像）との類似度が算出される。このとき、１画素ずつ類似度が算出され、濃淡により各画素の類似度を表した画像が出力される。
【００３９】
次に、ポラリメトリＳＡＲによりフルポラリメトリ複素画像を取得して類似度を算出する処理について数式を用いて説明する。式（１）は、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底への基底変換を表す式である。すなわち、記憶装置１８に記憶されている既知の地物のＳＡＲデータであるＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類の複素データに対して、次の式（１）によりＨＶ偏波基底受信データ（ＳＨＨ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＶＶ）からＬＲ偏波基底受信データ（ＳＬＬ、ＳＬＲ、ＳＲＬ、ＳＲＲ）へ偏波基底を変換する。
【００４０】
【数１】
・・・（１）
【００４１】
ただし、ＳＨＨ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＶＶは、それぞれ、ＳＡＲデータのＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶに対する受信データ（複素データ）であり、ｉは虚数単位を表わす。
また、ＳＬＬ、ＳＬＲ、ＳＲＬ、ＳＲＲは、それぞれ、ＬＲ偏波基底に変換された基底データ（複素データ）である。
【００４２】
また、ＬＲ偏波基底へ変換された第２のフルポラリメトリ複素画像の１画素のＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて、既知の地物の４次元実ベクトルとしたものをライブラリとして用意しておく。この既知の地物における４次元実ベクトルをξと表記する。４次元実ベクトルξは、式(２)で、絶対値|ξ|は、式(３)表される。
【００４３】
【数２】
・・・（２）
【００４４】
【数３】
・・・（３）
【００４５】
一方、地物より観測されて記憶装置１７に記憶されている第１のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータであるＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類の複素データ（ＳＨＨ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＶＶ）に対して、前述の式（１）により、ＳＬＬ、ＳＬＲ、ＳＲＬ、ＳＲＲの基底データを算出して、ＨＶ偏波基底受信データからＬＲ偏波基底受信データへ偏波基底を変換する。
ここで、１画素のＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて撮像地物の４次元実ベクトルとする。この撮像された地物における４次元実ベクトルηと表記する。４次元実ベクトルηは、式(２)で、絶対値|η|は、式(３)表される。
【００４６】
以上のようにして求められた既知の地物のベクトルξと撮像された地物のベクトルηとに基づいて、類似度算出処理部３１は、次の式（４）により類似度ｒ［％］を算出する。
【００４７】
【数４】
・・・（４）
ただし、（ξ/|ξ|，η/|η|）はベクトルの内積を表わす。
【００４８】
以上のような処理により、撮像された地物は既知の地物によって定量的に同定される。なお、この類似度ｒ［％］は地物の向き及び撮像方向による影響を軽減する。このようにして、目標物となる地物のポラリメトリＳＡＲによって得られた第１のフルポラリメトリデータと、既知の地物の第２のフルポラリメトリデータとを比較して、撮像された地物の形状を同定している。これによって、地物の向き及び撮像方向に依存されることなく撮像されている地物の形状を高精度に同定することができる。
【００４９】
なお、前述したポラリメトリＳＡＲデータを用いた目標物同定方法は、コンピュータがプログラム読み込むことによって実現される。したがって、上述のポラリメトリＳＡＲデータを用いた目標物同定方法の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、前述した各処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk−Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disk−Read Only Memory）、半導体メモリ等をいう。
【００５０】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、この発明の具体的に構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもそれらはこの発明に含まれる。例えば、このプログラムを通信回線によって外部のコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。また、地物は、地上の物体に限らず、人工衛星等から見れば、低空を飛んでいる飛翔体も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
この発明のポラリメトリＳＡＲ装置は、地上の地物を高精度に撮像して同定することができるので、航空写真に基づく地図の作成等に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 送信機
２ 送信波切替スイッチ
３，４ サーキュレータ
５，６ アンテナ
７，８ 受信機
９，１０ データ処理部
１１，１２ 分離処理部
１３，１４，１５，１６ 再生処理部
１７，１８，２１，２２，２５，２６，２９，３０ 記憶装置
１９ 第１の基底変換処理部
２０ 第２の基底変換処理部
２３，２４ 強度変換処理部
２７，２８ フィルタ処理部
３１ 類似度算出処理部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、合成開口レーダ（以下、ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radarと言う）による水平偏波と垂直偏波を用いて目標物を同定するポラリメトリＳＡＲ装置及び目標物同定方法に係り、詳しくは、ポラリメトリＳＡＲによって取得されたフルポラリメトリデータに基づいて、撮像されている地物の形状をその地物の向き及び撮像方向に依らずに同定するポラリメトリＳＡＲ装置及び目標物同定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星や航空機等の飛翔体を利用して地物（地表の状態や形状）を観測したり同定したりするリモートセンシング分野では、飛翔体から地表の状態を撮像するためのセンサとして、マイクロ波帯を用いたＳＡＲが一般的に使用されている。このようなＳＡＲを使用した地表状態の判読方法は、ＳＡＲによって得られた受信波の振幅と位相のデータ（複素データ）から画像データを再生し、その画像データに基づいて地表状態を判読するものである。
【０００３】
特に、ＳＡＲによる送信波の水平（Ｈ：Horizontal）・垂直（Ｖ：Vertical）偏波と受信波のＨ・Ｖ偏波の組合せを変えて地表状況を観測するポラリメトリを利用したポラリメトリＳＡＲでは、偏波面が水平（Ｈ）と垂直（Ｖ）の２種類のマイクロ波を交互に切り替えて送信し、それぞれの反射波のＨ成分とＶ成分を受信する。これによって、フルポラリメトリデータ、すなわち、水平偏波Ｈと垂直偏波Ｖの組合せによって生じる合計４つの偏波（ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの各偏波）に対応するデータを取得することができる。このようなフルポラリメトリデータ（つまり、ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの各データ）を使用する目標物同定方法（関連技術）は、散乱行列の分解や固有値解析による分類を主な手法としている。このような関連技術による手法では、撮像された地物に対し、典型的な形状への分解や散乱形態の複雑さ等による分類が行われている。
【０００４】
また、静止した目標物への送信波の偏波面と目標物から反射した受信波の偏波面との角度を最適に制御することにより、その目標物の画像を鮮明に再生させるポラリメトリＳＡＲ画像処理の技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、静止した目標物の部位ごとに送受信波の偏波面を適切に選択することにより、複雑な形状の目標物を１枚のＳＡＲ画像に鮮明に映し出すポラリメトリＳＡＲ画像処理の技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、目標物（飛翔体）の動きに基づく振幅情報と位相情報との複素データによって移動物体の画像認識を行うＩＳＡＲ（Inverse Synthetic Aperture Radar：逆合成開口レーダ）により、その移動物体の大きさや形状を識別する技術も開示されている（例えば、特許文献３参照）。さらに、レーダによって移動物体の回転運動や姿勢角を推定して、移動物体の動きを特定するＩＳＡＲ画像処理の技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０１４７３５号公報
【特許文献２】特開２００８−２３２６２６号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１８５７号公報
【特許文献４】特開平０９−０３３６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記関連技術において、ポラリメトリＳＡＲによって地物の形状を同定する場合、散乱行列の分解では撮像された地物を典型的な形状へ分解して画像処理を行うことはできるが、任意の形状の地物を同定することはできない。また、地物の形状を同定する場合は、その地物の向きあるいは撮像方向によって、同じ形状の地物であるにもかかわらず、異なる形状の地物と認識されてしまうこともある。
【０００８】
また、特許文献１に記載の技術においても、特定の形状の地物を同定することはできるが、撮像された任意の形状の地物を同定することはできない。さらに、特許文献２に記載の技術においては、任意の形状の目標物については、それぞれの目標物ごとに、個別に、送受信波の偏波面を適切に選択しなければならないので、任意の目標物を同定するためにはかなり複雑な処理が必要となる。すなわち、特許文献２に記載のポラリメトリＳＡＲ画像処理方法で任意の形状の目標物を撮像する場合は、ポラリメトリＳＡＲを用いた画像処理が極めて複雑になり、ポラリメトリＳＡＲ装置の使い勝手がよくない。また、特許文献３、４に記載の技術は、移動物体の動きを識別したり特定したりするＩＳＡＲ（逆合成開口レーダ）による画像処理の技術であって、飛翔体から地上の地物を同定する技術ではないので、ポラリメトリＳＡＲ装置によって任意の形状の地物を同定する技術に応用することはできない。
【０００９】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、地物の向き及び撮像方向による影響を軽減させながら、撮像された地物を任意の形状のものと定量的に同定することができるポラリメトリＳＡＲ装置及び目標物同定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、この発明の第１の構成は、ポラリメトリＳＡＲ装置に係り、ポラリメトリＳＡＲ（合成開口レーダ）により撮像された地物のフルポラリメトリ複素画像である第１のフルポラリメトリデータと、既知の地物のフルポラリメトリ複素画像データである第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出し、算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を同定する構成になされていることを特徴としている。
【００１１】
この発明の第２の構成は、ポラリメトリＳＡＲ撮像地物の同定方法に係り、ポラリメトリＳＡＲ（合成開口レーダ）により撮像した地物のフルポラリメトリ複素画像である第１のフルポラリメトリデータを取得し、取得した前記第１のフルポラリメトリデータと既知の地物のフルポラリメトリ複素画像データである第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出し、算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を同定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の構成によれば、既知の地物との類似度に基づいて撮像された地物を同定しているので、撮像された地物を任意の形状のものと定量的に同定することが可能となる。さらに、この同定は、既知の地物との類似度に基づいて行われるので、地物の向き及び撮像方向による影響を軽減することができる。例えば、複数のデータをひとつにまとめたライブラリとして、航空機の尾翼部分、主翼付け根部分、及び主翼部分のフルポラリメトリデータを用意しておくと、尾翼部分、主翼付け根部分、及び主翼部分のそれぞれの形状に類似した物体が、類似度に応じてＳＡＲ画像の中から抽出される。すなわち、実際に撮像した画像が航空機であれば、その航空機の向き及び撮像方向に依存されることなく、それぞれの形状に類似した物体の配置が、その航空機の尾翼部分、主翼付け根部分、及び主翼部分の配置と同じになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施形態に適用されるポラリメトリＳＡＲ装置の構成及びデータ処理の概要を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の実施形態に適用されるポラリメトリＳＡＲ装置は、合成開口レーダ（ＳＡＲ）を用いて地物を同定するポラリメトリＳＡＲ装置であって、偏波面が水平（Ｈ）偏波と垂直（Ｖ）偏波の２種類のマイクロ波を交互に地物へ送信する。そして、地物からの反射波のＨ成分とＶ成分とを受信することにより、撮像された地物のポラリメトリ複素画像を取得する。さらに、取得したポラリメトリ複素画像とライブラリ化された既知の地物のポラリメトリ複素画像との類似度を算出する。これによって、類似度が高い場合は、撮像された地物を既知の地物によって定量的に同定することができる。
【００１５】
すなわち、このポラリメトリＳＡＲ装置は、目標物となる地物に対する送信波と反射波（受信波）のＨ偏波とＶ偏波とを生成するポラリメトリＳＡＲによって得られたフルポラリメトリデータと、既知の地物のフルポラリメトリデータとを比較して、撮像された地物の形状を既知の地物によって同定している。これによって、地物の向き及び撮像方向に依存されることなく、撮像されている地物の形状を高精度に同定することができる。
【００１６】
前記第１のフルポラリメトリデータに対して、直線偏波基底から円偏波基底へ基底変換処理を行う第１の基底変換処理部と、前記第２のフルポラリメトリデータに対して、直線偏波基底から円偏波基底へ基底変換処理を行う第２の基底変換処理部と、前記第１の基底変換処理部によって基底変換された前記第１のフルポラリメトリデータと、前記第２の基底変換処理部によって基底変換された前記第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出する類似度算出処理部とを備えることで、該類似度算出処理部にて算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を定量的に同定する構成を実現した。
【００１７】
この発明の目的を実現するためには、具体的には、ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類からなる前記第１のフルポラリメトリデータに対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、１画素ごとに、ＬＬ．ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて４次元実ベクトルηを得る第１の基底変換処理部と、ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類からなる前記第２のフルポラリメトリデータに対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、１画素ごとに、ＬＬ．ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて４次元実ベクトルξを得る第２の基底変換処理部と、画素ごとに、前記第１の基底変換処理部によって基底変換された前記第１のフルポラリメトリデータと、前記第２の基底変換処理部によって基底変換された前記第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出する類似度算出処理部とを備える構成とするのが好ましい。
【００１８】
ここで、ＨＨは、水平偏波送信・水平偏波受信の組み合せで観測された受信データ、ＨＶは、水平偏波送信・垂直偏波受信の組み合せで観測された受信データ、ＶＨは、垂直偏波送信・水平偏波受信の組み合せで観測された受信データ、ＶＶは、垂直偏波送信・垂直偏波受信の組み合せで観測された受信データ。
ＬＬは、左旋円偏波送信・左旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ、ＬＲは、左旋円偏波送信・右旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ、ＲＬは、右旋円偏波送信・左旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ、ＲＲは、右旋円偏波送信・右旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ。
【実施形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、この発明のポラリメトリＳＡＲ装置の実施形態について詳細に説明する。図１は、この発明の実施形態に適用されるポラリメトリＳＡＲ装置の構成及びデータ処理の概要を示すブロック図である。
【００２０】
まず、図１に示すポラリメトリＳＡＲ装置の構成について説明する。ポラリメトリＳＡＲ装置は、送信機１、送信波切替スイッチ２、サーキュレータ３，４、アンテナ５，６、受信機７，８、データ処理部９，１０、分離処理部１１，１２、再生処理部１３，１４，１５，１６、記憶装置１７，１８，２１，２２，２５，２６，２９，３０、第１の基底変換処理部１９、第２の基底変換処理部２０、強度変換処理部２３，２４、フィルタ処理部２７，２８、及び類似度算出処理部３１を少なくとも備えて構成されている。
【００２１】
次に、各構成要素の基本的な機能について説明する。送信機１は、送信トリガ信号となるパルス繰り返し周波数に同期させて直線周波数変調された送信信号（チャープ信号）を生成し、この送信信号を送信波切替スイッチ２へ出力する。送信波切替スイッチ２は、送信機１から受信した送信信号を、パルス繰り返し周波数ごとに交互に切り替え、サーキュレータ３，４のいずれかを介して、アンテナ５，６のいずれかへ送出する。
【００２２】
アンテナ５は、水平偏波（Ｈ偏波）用アンテナであり、Ｈ偏波の送信波を目標物に送信し、その目標物からの反射波としてＨＨ受信波及びＶＨ受信波を受信する。アンテナ６は、垂直偏波（Ｖ偏波）用アンテナであり、Ｖ偏波の送信波を目標物に送信し、その目標物からの反射波としてＨＶ受信波及びＶＶ受信波を受信する。すなわち、アンテナ５及びアンテナ６は、パルス繰り返し周波数に同期して交互に切り替えられて、それぞれ、Ｈ偏波及びＶ偏波を送信波として目標物に向けて送信し、それぞれ、ＨＨ，ＶＨ受信波及びＨＶ，ＶＶ受信波を受信する。
【００２３】
さらに、詳しく説明すると、アンテナ５及びアンテナ６のＨ偏波及びＶ偏波のそれぞれの送信波が照射される目標物（例えば地表面）からの反射波は、目標物（地表面）の形状に応じて、水平偏波（Ｈ偏波）、垂直偏波（Ｖ偏波）いずれの送信波についても、水平偏波（Ｈ偏波）成分と垂直偏波（Ｖ偏波）成分を含んでいる。したがって、それぞれの送信波の送信タイミングに対応した時刻に、アンテナ５及びアンテナ６のそれぞれにおいて、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とを、ＨＨ受信波（Ｈ送信−Ｈ受信）、ＨＶ受信波（Ｈ送信−Ｖ受信）、または、ＶＨ受信波（Ｖ送信−Ｈ受信）、ＶＶ受信波（Ｖ送信−Ｖ受信）として受信する。
【００２４】
受信機７は、アンテナ５で受信されたＨＨ受信波（Ｈ送信−Ｈ受信）、ＶＨ受信波（Ｖ送信−Ｈ受信）を、サーキュレータ３を介して受信し、受信処理を行ってデータ処理部９へ出力する。一方、受信機８は、アンテナ６で受信されたＨＶ受信波（Ｈ送信−Ｖ受信）、ＶＶ受信波（Ｖ送信−Ｖ受信）を、サーキュレータ４を介して受信し、受信処理を行ってデータ処理部１０へ出力する。
【００２５】
データ処理部９は、受信機７からのＨＨ受信波（Ｈ送信−Ｈ受信）のデータ及びＶＨ受信波（Ｖ送信−Ｈ受信）のデータをＳＡＲデータとして記憶し、データ処理部１０は、受信機８からのＨＶ受信波（Ｈ送信−Ｖ受信）のデータ及びＶＶ受信波（Ｖ送信−Ｖ受信）のデータをＳＡＲデータとして記憶し、それぞれ、分離処理部１１、１２へ出力する。
【００２６】
分離処理部１１は、データ処理部９からのＳＡＲデータを、ＨＨ受信波のＳＡＲデータとＶＨ受信波のＳＡＲデータとに分離して、それぞれを、再生処理部１３、１４へ出力する。一方、分離処理部１２は、データ処理部１０からのＳＡＲデータを、ＨＶ受信波のＳＡＲデータとＶＶ受信波のＳＡＲデータとに分離して、それぞれを、再生処理部１５、１６へ出力する。
【００２７】
再生処理部１３、１４、１５、１６は、分離処理部１１、１２から出力されたそれぞれのＳＡＲデータ（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶの各受信波）に基づいて、それぞれを複素画像として生成して、記憶装置１７にフルポラリメトリ複素画像（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）として記憶する。
【００２８】
第１の基底変換処理部１９は、図１に示すように、記憶装置１７に記憶されたＳＡＲデータの第１のフルポラリメトリ複素画像（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）を用いて、直線偏波であるＨＶ（Horizontal-Vertical：水平−垂直）偏波基底から円偏波であるＬＲ（Lefr-right：左旋回−右旋回）偏波基底へ基底変換処理を行い、ＬＲ基底変換された第１のフルポラリメトリ複素画像の４種類の複素データ（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）を記憶装置２１に記憶させる。ここで、ＬＬは、Ｌ送信−Ｌ受信の組み合せに変換された受信データ、ＬＲは、Ｌ送信−Ｒ受信の組み合せに変換された受信データ、ＲＬは、Ｒ送信−Ｌ受信の組み合せに変換された受信データ、ＲＲは、Ｒ送信−Ｒ受信の組み合せに変換された受信データを意味している。
【００２９】
強度変化処理部２３は、ＬＲ偏波基底へ変換された第１のフルポラリメトリ複素画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）を、それぞれ強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に変換して記憶装置２５に記憶させる。さらに、フィルタ処理部２７は、これらの強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に対して、スペックルフィルタ処理を施して記憶装置２９に記憶させる。
【００３０】
一方、記憶装置１８は、既知の地物における第２のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータ（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）を記憶し、基底変換処理部２０は、記憶装置１８に記憶された第２のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータ（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）に対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行い、ＬＲ偏波基底変換された第２のフルポラリメトリ複素画像の４種類の複素データ（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）を記憶装置２２に記憶させる。
【００３１】
強度変化処理部２４は、ＬＲ偏波基底へ変換された第２のフルポラリメトリ複素画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）を、それぞれ強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に変換して記憶装置２６に記憶させる。そして、フィルタ処理部２８は、これらの強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に対して、スペックルフィルタを施して記憶装置３０に記憶させる。
【００３２】
類似度算出処理部３１は、記憶装置２９から取り出したポラリメトリＳＡＲによって撮像された地物のデータ（第１のフルポラリメトリ複素画像）と、記憶装置３０から取り出した既知の地物のデータ（第２のフルポラリメトリ複素画像）との類似度を算出して類似度画像を出力する。このとき、類似度算出処理部３１は、１画素ずつ類似度を算出して、濃淡により各画素の類似度を表した画像を出力する。
【００３３】
次に、図１に示すポラリメトリＳＡＲ装置の動作について説明する。１台の送信機１からの２つの送信波を、送信波切替スイッチ２によりパルス繰り返し周波数ごとに切り替え、サーキュレータ３、４を介して、２台のアンテナ５、６から、交互に、Ｈ偏波送信波とＶ偏波送信波とを図示しない目標物に向けて送信する。尚、アンテナ５、６にて送受信される送信波と受信波とは、１台の送信機１と２台の受信機７、８とにサーキュレータ３、４により振り分けられる。
【００３４】
目標物から反射されたＨ偏波成分とＶ偏波成分は、受信波として、それぞれ、２つのアンテナ５、６で受信され、受信機７、８によって受信処理が施されて２つのデータ処理部９、１０にてそれぞれＳＡＲデータとして記録される。２つのデータ処理部９、１０に記録されているＳＡＲデータは、それぞれ、分離処理部１１、１２にて、（ＨＨ）ＳＡＲデータ、（ＶＨ）ＳＡＲデータ、（ＨＶ）ＳＡＲデータ、及び（ＶＶ）ＳＡＲデータに分離され、４つの再生処理部１３、１４、１５、１６に入力される。
【００３５】
さらに、４つの再生処理部１３、１４、１５、１６にて、（ＨＨ）ＳＡＲデータ、（ＶＨ）ＳＡＲデータ、（ＨＶ）ＳＡＲデータ、及び（ＶＶ）ＳＡＲデータは、それぞれの複素画像として生成され、第１のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータ（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）として記憶装置１７に格納される。以上のような処理により、ポラリメトリＳＡＲにより取得された第１のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータは記憶装置１７に記憶される。
【００３６】
次に、この第１のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータ（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）を用いて、第１の基底変換処理部１９によりＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、ＬＲ基底変換された第１のフルポラリメトリ複素画像のデータ（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）を記憶装置２１に記憶する。さらに、ＬＲ偏波基底へ変換された第１のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータ（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）は、強度変化処理部２３によりそれぞれ強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に変換されて、記憶装置２５に記憶される。そして、これらの強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に対して、フィルタ処理部２７によってスペックルフィルタが施され、記憶装置２９に記憶される。
【００３７】
一方、記憶装置１８に記憶された既知の地物の第２のフルポラリメトリ複素画像（ＨＨ，ＶＨ，ＨＶ，ＶＶ）に対して、第２の基底変換処理部２０によってＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理が行われ、ＬＲ偏波基底されたＬＲ基底変換データ（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）が記憶装置２２に記憶される。そして、ＬＲ基底変換された第２のフルポラリメトリ複素画像のデータ（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）は、強度変化処理部２４によってそれぞれ強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に変換されて記憶装置２６に記憶される。さらに、これらの強度画像（ＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲ）に対して、フィルタ処理部２８によってスペックルフィルタが施されて記憶装置３０に記憶される。
【００３８】
そして、類似度算出処理部３１により、記憶装置２９に記憶されているポラリメトリＳＡＲにより撮像された地物のデータ（第１のフルポラリメトリ複素画像）と、記憶装置３０に記憶されている既知の地物のデータ（第２のフルポラリメトリ複素画像）との類似度が算出される。このとき、１画素ずつ類似度が算出され、濃淡により各画素の類似度を表した画像が出力される。
【００３９】
次に、ポラリメトリＳＡＲによりフルポラリメトリ複素画像を取得して類似度を算出する処理について数式を用いて説明する。式（１）は、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底への基底変換を表す式である。すなわち、記憶装置１８に記憶されている既知の地物のＳＡＲデータであるＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類の複素データに対して、次の式（１）によりＨＶ偏波基底受信データ（ＳＨＨ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＶＶ）からＬＲ偏波基底受信データ（ＳＬＬ、ＳＬＲ、ＳＲＬ、ＳＲＲ）へ偏波基底を変換する。
【００４０】
【数１】
・・・（１）
【００４１】
ただし、ＳＨＨ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＶＶは、それぞれ、ＳＡＲデータのＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶに対する受信データ（複素データ）であり、ｉは虚数単位を表わす。
また、ＳＬＬ、ＳＬＲ、ＳＲＬ、ＳＲＲは、それぞれ、ＬＲ偏波基底に変換された基底データ（複素データ）である。
【００４２】
また、ＬＲ偏波基底へ変換された第２のフルポラリメトリ複素画像の１画素のＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて、既知の地物の４次元実ベクトルとしたものをライブラリとして用意しておく。この既知の地物における４次元実ベクトルをξと表記する。４次元実ベクトルξは、式(２)で、絶対値|ξ|は、式(３)表される。
【００４３】
【数２】
・・・（２）
【００４４】
【数３】
・・・（３）
【００４５】
一方、地物より観測されて記憶装置１７に記憶されている第１のフルポラリメトリ複素画像のＳＡＲデータであるＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類の複素データ（ＳＨＨ、ＳＶＨ、ＳＨＶ、ＳＶＶ）に対して、前述の式（１）により、ＳＬＬ、ＳＬＲ、ＳＲＬ、ＳＲＲの基底データを算出して、ＨＶ偏波基底受信データからＬＲ偏波基底受信データへ偏波基底を変換する。
ここで、１画素のＬＬ，ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて撮像地物の４次元実ベクトルとする。この撮像された地物における４次元実ベクトルηと表記する。４次元実ベクトルηは、式(２)で、絶対値|η|は、式(３)表される。
【００４６】
以上のようにして求められた既知の地物のベクトルξと撮像された地物のベクトルηとに基づいて、類似度算出処理部３１は、次の式（４）により類似度ｒ［％］を算出する。
【００４７】
【数４】
・・・（４）
ただし、（ξ/|ξ|，η/|η|）はベクトルの内積を表わす。
【００４８】
以上のような処理により、撮像された地物は既知の地物によって定量的に同定される。なお、この類似度ｒ［％］は地物の向き及び撮像方向による影響を軽減する。このようにして、目標物となる地物のポラリメトリＳＡＲによって得られた第１のフルポラリメトリデータと、既知の地物の第２のフルポラリメトリデータとを比較して、撮像された地物の形状を同定している。これによって、地物の向き及び撮像方向に依存されることなく撮像されている地物の形状を高精度に同定することができる。
【００４９】
なお、前述したポラリメトリＳＡＲデータを用いた目標物同定方法は、コンピュータがプログラム読み込むことによって実現される。したがって、上述のポラリメトリＳＡＲデータを用いた目標物同定方法の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、前述した各処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk−Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disk−Read Only Memory）、半導体メモリ等をいう。
【００５０】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、この発明の具体的に構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもそれらはこの発明に含まれる。例えば、このプログラムを通信回線によって外部のコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。また、地物は、地上の物体に限らず、人工衛星等から見れば、低空を飛んでいる飛翔体も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
この発明のポラリメトリＳＡＲ装置は、地上の地物を高精度に撮像して同定することができるので、航空写真に基づく地図の作成等に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 送信機
２ 送信波切替スイッチ
３，４ サーキュレータ
５，６ アンテナ
７，８ 受信機
９，１０ データ処理部
１１，１２ 分離処理部
１３，１４，１５，１６ 再生処理部
１７，１８，２１，２２，２５，２６，２９，３０ 記憶装置
１９ 第１の基底変換処理部
２０ 第２の基底変換処理部
２３，２４ 強度変換処理部
２７，２８ フィルタ処理部
３１ 類似度算出処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポラリメトリＳＡＲ（合成開口レーダ）により撮像された地物のフルポラリメトリ複素画像である第１のフルポラリメトリデータと、既知の地物のフルポラリメトリ複素画像データである第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出し、算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を同定する構成になされていることを特徴とするポラリメトリＳＡＲ装置。
【請求項２】
ポラリメトリＳＡＲ（合成開口レーダ）により撮像された地物のフルポラリメトリ複素画像である第１のフルポラリメトリデータと、予め取得され、ライブラリに格納されている、既知の地物のフルポラリメトリ複素画像データである第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出し、算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を定量的に同定する構成になされていることを特徴とするポラリメトリＳＡＲ装置。
【請求項３】
前記第１のフルポラリメトリデータに対して、直線偏波基底から円偏波基底へ基底変換処理を行う第１の基底変換処理部と、
前記第２のフルポラリメトリデータに対して、直線偏波基底から円偏波基底へ基底変換処理を行う第２の基底変換処理部と、
前記第１の基底変換処理部によって基底変換された前記第１のフルポラリメトリデータと、前記第２の基底変換処理部によって基底変換された前記第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出する類似度算出処理部とを備え、
該類似度算出処理部にて算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を定量的に同定する構成になされていることを特徴とする請求項１又は２記載のポラリメトリＳＡＲ装置。
【請求項４】
ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類からなる前記第１のフルポラリメトリデータに対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、１画素ごとに、ＬＬ．ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて４次元実ベクトルηを得る第１の基底変換処理部と、
ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類からなる前記第２のフルポラリメトリデータに対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、１画素ごとに、ＬＬ．ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて４次元実ベクトルξを得る第２の基底変換処理部と、
画素ごとに、前記第１の基底変換処理部によって基底変換された前記第１のフルポラリメトリデータと、前記第２の基底変換処理部によって基底変換された前記第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出する類似度算出処理部とを備え、
該類似度算出処理部にて算出された画素ごとの類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を定量的に同定する構成になされていることを特徴とする請求項１又は２記載のポラリメトリＳＡＲ装置。
ここで、ＨＨは、水平偏波送信・水平偏波受信の組み合せで観測された受信データ、ＨＶは、水平偏波送信・垂直偏波受信の組み合せで観測された受信データ、ＶＨは、垂直偏波送信・水平偏波受信の組み合せで観測された受信データ、ＶＶは、垂直偏波送信・垂直偏波受信の組み合せで観測された受信データ。
ＬＬは、左旋円偏波送信・左旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ、ＬＲは、左旋円偏波送信・右旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ、ＲＬは、右旋円偏波送信・左旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ、ＲＲは、右旋円偏波送信・右旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ。
【請求項５】
前記類似度ｒ［％］は、
【数４】
によって与えられることを特徴とする請求項４記載のポラリメトリＳＡＲ装置。
ξ：前記既知の地物の４次元実ベクトル
η：前記撮像された地物の４次元実ベクトル
（ξ/|ξ|，η/|η|）：ベクトルの内積
【請求項６】
各画素の前記類似度は、濃淡に変換されて画像表示されることを特徴とする請求項４記載のポラリメトリＳＡＲ装置。
【請求項７】
ポラリメトリＳＡＲ（合成開口レーダ）により撮像した地物のフルポラリメトリ複素画像である第１のフルポラリメトリデータを取得し、取得した前記第１のフルポラリメトリデータと既知の地物のフルポラリメトリ複素画像データである第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出し、算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を同定することを特徴とするポラリメトリＳＡＲデータを用いる目標物同定方法。
【請求項８】
前記第１のフルポラリメトリデータに対して、直線偏波基底から円偏波基底へ基底変換処理を行う第１のステップと、
前記第２のフルポラリメトリデータに対して、直線偏波基底から円偏波基底へ基底変換処理を行う第２のステップと、
前記第１の基底変換処理部によって基底変換された前記第１のフルポラリメトリデータと、前記第２の基底変換処理部によって基底変換された前記第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出する第３のステップと、
該第３のステップにて算出した類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を定量的に同定することを特徴とする請求項７記載のポラリメトリＳＡＲデータを用いる目標物同定方法。
【請求項９】
ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類からなる前記第１のフルポラリメトリデータに対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、１画素ごとに、ＬＬ．ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて４次元実ベクトルηを得る第１のステップと、
ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類からなる前記第２のフルポラリメトリデータに対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、１画素ごとに、ＬＬ．ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて４次元実ベクトルξを得る第２のステップと、
画素ごとに、前記第１の基底変換処理部によって基底変換された前記第１のフルポラリメトリデータと、前記第２の基底変換処理部によって基底変換された前記第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出する第３のステップと、
該第３のステップにて算出された画素ごとの類似度に基づいて、前記撮像した地物の形状を定量的に同定することを特徴とする請求項７記載のポラリメトリＳＡＲデータを用いる目標物同定方法。
ここで、ＨＨは、水平偏波送信・水平偏波受信の組み合せで観測した受信データ、ＨＶは、水平偏波送信・垂直偏波受信の組み合せで観測した受信データ、ＶＨは、垂直偏波送信・水平偏波受信の組み合せで観測した受信データ、ＶＶは、垂直偏波送信・垂直偏波受信の組み合せで観測した受信データ。
ＬＬは、左旋円偏波送信・左旋円偏波受信の組み合せに変換した受信データ、ＬＲは、左旋円偏波送信・右旋円偏波受信の組み合せに変換した受信データ、ＲＬは、右旋円偏波送信・左旋円偏波受信の組み合せに変換した受信データ、ＲＲは、右旋円偏波送信・右旋円偏波受信の組み合せに変換した受信データ。
【請求項１０】
前記類似度ｒ［％］は、
【数４】
によって与えられることを特徴とする請求項９記載のポラリメトリＳＡＲデータを用いる目標物同定方法。
ξ：前記既知の地物の４次元実ベクトル
η：前記撮像された地物の４次元実ベクトル
（ξ/|ξ|，η/|η|）：ベクトルの内積
【請求項１１】
各画素の前記類似度を、濃淡に変換して画像表示することを特徴とする請求項９記載のポラリメトリＳＡＲデータを用いる目標物同定方法。
【請求項１】
ポラリメトリＳＡＲ（合成開口レーダ）により撮像された地物のフルポラリメトリ複素画像である第１のフルポラリメトリデータと、既知の地物のフルポラリメトリ複素画像データである第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出し、算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を同定する構成になされていることを特徴とするポラリメトリＳＡＲ装置。
【請求項２】
ポラリメトリＳＡＲ（合成開口レーダ）により撮像された地物のフルポラリメトリ複素画像である第１のフルポラリメトリデータと、予め取得され、ライブラリに格納されている、既知の地物のフルポラリメトリ複素画像データである第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出し、算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を定量的に同定する構成になされていることを特徴とするポラリメトリＳＡＲ装置。
【請求項３】
前記第１のフルポラリメトリデータに対して、直線偏波基底から円偏波基底へ基底変換処理を行う第１の基底変換処理部と、
前記第２のフルポラリメトリデータに対して、直線偏波基底から円偏波基底へ基底変換処理を行う第２の基底変換処理部と、
前記第１の基底変換処理部によって基底変換された前記第１のフルポラリメトリデータと、前記第２の基底変換処理部によって基底変換された前記第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出する類似度算出処理部とを備え、
該類似度算出処理部にて算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を定量的に同定する構成になされていることを特徴とする請求項１又は２記載のポラリメトリＳＡＲ装置。
【請求項４】
ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類からなる前記第１のフルポラリメトリデータに対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、１画素ごとに、ＬＬ．ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて４次元実ベクトルηを得る第１の基底変換処理部と、
ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類からなる前記第２のフルポラリメトリデータに対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、１画素ごとに、ＬＬ．ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて４次元実ベクトルξを得る第２の基底変換処理部と、
画素ごとに、前記第１の基底変換処理部によって基底変換された前記第１のフルポラリメトリデータと、前記第２の基底変換処理部によって基底変換された前記第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出する類似度算出処理部とを備え、
該類似度算出処理部にて算出された画素ごとの類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を定量的に同定する構成になされていることを特徴とする請求項１又は２記載のポラリメトリＳＡＲ装置。
ここで、ＨＨは、水平偏波送信・水平偏波受信の組み合せで観測された受信データ、ＨＶは、水平偏波送信・垂直偏波受信の組み合せで観測された受信データ、ＶＨは、垂直偏波送信・水平偏波受信の組み合せで観測された受信データ、ＶＶは、垂直偏波送信・垂直偏波受信の組み合せで観測された受信データ。
ＬＬは、左旋円偏波送信・左旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ、ＬＲは、左旋円偏波送信・右旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ、ＲＬは、右旋円偏波送信・左旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ、ＲＲは、右旋円偏波送信・右旋円偏波受信の組み合せに変換された受信データ。
【請求項５】
前記類似度ｒ［％］は、
【数４】
によって与えられることを特徴とする請求項４記載のポラリメトリＳＡＲ装置。
ξ：前記既知の地物の４次元実ベクトル
η：前記撮像された地物の４次元実ベクトル
（ξ/|ξ|，η/|η|）：ベクトルの内積
【請求項６】
各画素の前記類似度は、濃淡に変換されて画像表示されることを特徴とする請求項４記載のポラリメトリＳＡＲ装置。
【請求項７】
ポラリメトリＳＡＲ（合成開口レーダ）により撮像した地物のフルポラリメトリ複素画像である第１のフルポラリメトリデータを取得し、取得した前記第１のフルポラリメトリデータと既知の地物のフルポラリメトリ複素画像データである第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出し、算出された類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を同定することを特徴とするポラリメトリＳＡＲデータを用いる目標物同定方法。
【請求項８】
前記第１のフルポラリメトリデータに対して、直線偏波基底から円偏波基底へ基底変換処理を行う第１のステップと、
前記第２のフルポラリメトリデータに対して、直線偏波基底から円偏波基底へ基底変換処理を行う第２のステップと、
前記第１の基底変換処理部によって基底変換された前記第１のフルポラリメトリデータと、前記第２の基底変換処理部によって基底変換された前記第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出する第３のステップと、
該第３のステップにて算出した類似度に基づいて、前記撮像された地物の形状を定量的に同定することを特徴とする請求項７記載のポラリメトリＳＡＲデータを用いる目標物同定方法。
【請求項９】
ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類からなる前記第１のフルポラリメトリデータに対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、１画素ごとに、ＬＬ．ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて４次元実ベクトルηを得る第１のステップと、
ＨＨ，ＨＶ，ＶＨ，ＶＶの４種類からなる前記第２のフルポラリメトリデータに対して、ＨＶ偏波基底からＬＲ偏波基底へ基底変換処理を行って、１画素ごとに、ＬＬ．ＬＲ，ＲＬ，ＲＲの強度を並べて４次元実ベクトルξを得る第２のステップと、
画素ごとに、前記第１の基底変換処理部によって基底変換された前記第１のフルポラリメトリデータと、前記第２の基底変換処理部によって基底変換された前記第２のフルポラリメトリデータとの類似度を算出する第３のステップと、
該第３のステップにて算出された画素ごとの類似度に基づいて、前記撮像した地物の形状を定量的に同定することを特徴とする請求項７記載のポラリメトリＳＡＲデータを用いる目標物同定方法。
ここで、ＨＨは、水平偏波送信・水平偏波受信の組み合せで観測した受信データ、ＨＶは、水平偏波送信・垂直偏波受信の組み合せで観測した受信データ、ＶＨは、垂直偏波送信・水平偏波受信の組み合せで観測した受信データ、ＶＶは、垂直偏波送信・垂直偏波受信の組み合せで観測した受信データ。
ＬＬは、左旋円偏波送信・左旋円偏波受信の組み合せに変換した受信データ、ＬＲは、左旋円偏波送信・右旋円偏波受信の組み合せに変換した受信データ、ＲＬは、右旋円偏波送信・左旋円偏波受信の組み合せに変換した受信データ、ＲＲは、右旋円偏波送信・右旋円偏波受信の組み合せに変換した受信データ。
【請求項１０】
前記類似度ｒ［％］は、
【数４】
によって与えられることを特徴とする請求項９記載のポラリメトリＳＡＲデータを用いる目標物同定方法。
ξ：前記既知の地物の４次元実ベクトル
η：前記撮像された地物の４次元実ベクトル
（ξ/|ξ|，η/|η|）：ベクトルの内積
【請求項１１】
各画素の前記類似度を、濃淡に変換して画像表示することを特徴とする請求項９記載のポラリメトリＳＡＲデータを用いる目標物同定方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−２３０４６２（Ｐ２０１０−２３０４６２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７７８５５（Ｐ２００９−７７８５５）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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