レーダ画像信号処理装置
【課題】位相差分布をスペクトル解析し、地形位相を過不足無く除去して、地表面変化の検出を可能にしたレーダ画像信号処理装置を提供する。
【解決手段】互いに異なる軌道から同一エリアを観測した複数のレーダ画像を格納する格納部、格納された同一エリアを観測した複数のレーダ画像の位相差分布を計算する位相差計算部、位相差分布をスペクトル解析して位相差分布の周波数スペクトルを演算するスペクトル解析手段、閾値、軌道差により生じる地形位相に関する模擬や過去の地形位相スペクトルデータのいずれかとの比較により位相差分布の周波数スペクトルから地形位相スペクトルを求める地形スペクトル演算手段、求めた地形位相スペクトルにスペクトル解析手段での逆変換を行って地形位相を求める逆変換手段、位相差計算部で計算した位相差から求めた地形位相を除去する地形位相除去部、を備える。
【解決手段】互いに異なる軌道から同一エリアを観測した複数のレーダ画像を格納する格納部、格納された同一エリアを観測した複数のレーダ画像の位相差分布を計算する位相差計算部、位相差分布をスペクトル解析して位相差分布の周波数スペクトルを演算するスペクトル解析手段、閾値、軌道差により生じる地形位相に関する模擬や過去の地形位相スペクトルデータのいずれかとの比較により位相差分布の周波数スペクトルから地形位相スペクトルを求める地形スペクトル演算手段、求めた地形位相スペクトルにスペクトル解析手段での逆変換を行って地形位相を求める逆変換手段、位相差計算部で計算した位相差から求めた地形位相を除去する地形位相除去部、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機や衛星などの移動プラットフォームに搭載する合成開口レーダや実開口レーダなどのレーダ画像を用いて、地表面の変化を検出する際に生じる不要な位相を除去するレーダ画像信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この発明の対象となるレーダ画像による地表変化検出では、地表面の変化を検出するために、それぞれ異なる時刻に２回観測して得たレーダ画像において、２画像間の位相差を用いて変化を検出する。もしくは、位相差を２次パラメータ(例えば位相の分散の大きさなどを表すことのできる、コヒーレンスなど)に変換して変化を検出する。
【０００３】
この位相差には、地表変化で生じた位相に加え、２回の観測において軌道が異なることで生じる位相を含む。軌道の差により生じる位相を、ここでは地形位相と呼称する。図１３に、位相差分布のイメージを示す。図１３中の線は位相差の等位相線である。２画像間の位相差を用いて変化検出するには、地形変化に無関係の地形位相を除く必要がある。
【０００４】
例えば下記非特許文献１に記載の従来の地形位相を除去するレーダ画像信号処理装置では、２画像間の位相差分布をスプライン曲線のフィッティングにより滑らかにし、それを地形位相の推定結果として、２画像間の位相差分布から除去していた。
【０００５】
地形位相は、２回の観測で、観測地点(地表)とプラットフォームの距離に差があることから生じる位相である。図１４は、地表上の観測地点Ｐと軌道１、２上のプラットフォームとの位置関係を示している。(ｘ，ｙ，ｚ)は観測地点の座標を表すものであり、例えば緯度・経度・楕円体高のように測地において使われる一般的な座標でもよいし、処理作業者が定めたローカル座標でもよい。また、ｒＰ１(ｘ，ｙ，ｚ)、ｒＰ２(ｘ，ｙ，ｚ)は、それぞれプラットフォーム１、２と観測地点Ｐ(ｘ，ｙ，ｚ)との距離である。
【０００６】
距離計算で用いるプラットフォームの位置は、例えば、プラットフォームに搭載したアンテナのビーム中心が観測地点Ｐ(ｘ，ｙ，ｚ)を捕らえた位置と定義してもよいし、合成開口レーダにおいて、観測地点Ｐ(ｘ，ｙ，ｚ)を画像再生する際の基準点となる合成開口中心の位置と定義してもよいし、単に観測地点Ｐ(ｘ，ｙ，ｚ)から軌道に下ろした垂線と軌道の交差点と定義してもよい。このとき、点Ｐ(ｘ，ｙ，ｚ)の地形位相は次式となる。
【０００７】
【数１】
【０００８】
上記式(１)で、ｊは虚数単位、λはレーダ送信波の波長を表す。なお、図１３の地形位相はφＰｅ(ｘ，ｙ，ｚ)の偏角として示している。下記非特許文献１に記載の方法は、式(１)のφＰｅ(ｘ，ｙ，ｚ)の位相項に含まれる{ｒＰ２(ｘ，ｙ，ｚ)−ｒＰ１(ｘ，ｙ，ｚ)}の分布が滑らかであることと、図１３で示したように位相差分布において地形位相が支配的であることを用いて、位相差分布をスプライン曲線のフィッティングにより滑らかにし、それを地形位相の推定結果として、位相差分布から地形位相を除いていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】M. Preiss, et al，”A change detection technique for repeat pass Interferometric SAR”，Proc. Radar conference 2003，pp98-102，2003
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら上記の従来の装置では、フィッティングにより滑らかにする度合いを決定する基準がなく、地形位相の取り残しや、余分に位相をとりすぎる問題があった。
【００１１】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、閾値もしくは過去の結果を参照することにより、地形位相を過不足なく除去し、地表面変化の検出を可能にしたレーダ画像信号処理装置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】
【００１２】
この発明は、観測対象へ電波を照射して得たレーダ画像を処理するレーダ画像信号処理装置であって、互いに異なる軌道から同一エリアを観測した複数のレーダ画像を格納するレーダ画像格納部と、前記レーダ画像格納部に格納されている同一エリアを観測した複数のレーダ画像を読み出し、複数のレーダ画像の位相差分布を計算する位相差計算部と、前記位相差分布をスペクトル解析して位相差分布の周波数スペクトルを演算するスペクトル解析手段と、閾値、軌道差により生じる地形位相に関する模擬の地形位相スペクトルデータ、過去の地形位相スペクトルデータのいずれかとの比較により位相差分布の周波数スペクトルから地形位相スペクトルを求める地形スペクトル演算手段と、求めた地形位相スペクトルに前記スペクトル解析手段での逆変換を行って地形位相を求める逆変換手段と、前記位相差計算部で計算した位相差から求めた地形位相を除去する地形位相除去部と、を備えることを特徴とするレーダ画像信号処理装置にある。
【発明の効果】
【００１３】
この発明では、位相差の折り返しによる不連続な部分の影響を受けることなく地形移相を除去して、地表面変化の検出を可能にしたレーダ画像信号処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１の処理を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２の処理を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態３によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態３の処理を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態４によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態４の処理を示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態５における反復回数に対する評価値の変化を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態５によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態５の処理を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態５における位相差分布の分割を説明するための図である。
【図１３】レーダ画像信号処理装置における位相差分布のイメージを示す図である。
【図１４】地表上の観測地点と軌道上のプラットフォームとの位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下のこの発明によるレーダ画像信号処理装置を各実施の形態に従って図を用いて説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。なお、以降では、各図中、同一もしくは相当部分は同一符号で示す。図１において、マスター画像格納部１１１０とスレーブ画像格納部１１２０は、それぞれ別の時刻に別の軌道から同一エリアを観測したレーダ画像を格納する。これら格納される２枚のレーダ画像は、それぞれの画像中で同一位置の画素同士が同一観測地点を表すように、重ねあわせ処理(レジストレーション)された画像である。
【００１６】
なお、観測時刻が早い画像から順にマスター画像格納部１１１０、スレーブ画像格納部１１２０に入れてもよいし、逆に遅い画像から順にマスター画像格納部１１１０、スレーブ画像格納部１１２０に入れてもよい。また、格納するレーダ画像は位相情報さえ持てばよいので、振幅・位相を併せ持つレーダ画像を入れてもいいし、位相情報のみ持つレーダ画像でもよい。なお、以降では、マスター画像格納部１１１０に格納した画像をマスター画像、スレーブ画像格納部１１２０に格納した画像をスレーブ画像と呼ぶ。
【００１７】
位相差計算部１２００は、マスター画像格納部１１１０とスレーブ画像格納部１１２０に格納されたレーダ画像を入力とし、位相差(ひいては位相差分布)を計算し計算結果を出力とする。位相差格納部１３００は、位相差計算部１２００の出力を格納する。
【００１８】
フーリエ変換部１４００は、位相差格納部１３００に格納された位相差(位相差分布)を入力とし、位相差分布の周波数スペクトルを計算して出力する。閾値による地形スペクトル取得部１５００は、フーリエ変換部１４００の位相差分布の周波数スペクトル計算結果と地形スペクトル閾値格納部１５１０に格納された地形スペクトル閾値および、処理開始を指示する取得処理開始信号を入力とし、地形位相のスペクトルを演算して取得し取得結果を出力する。
【００１９】
逆フーリエ変換部１６００では、閾値による地形スペクトル取得部１５００の地形スペクトル(地形位相のスペクトル)を入力とし、地形位相を計算し計算結果を出力する。地形位相格納部１７００は、逆フーリエ変換部１６００の地形位相の結果を格納する。地形位相除去部１８００は位相差格納部１３００に格納されたレーダ画像間の位相差と、地形位相格納部１７００に格納された地形位相計算結果を入力とし、地形位相を除いた位相差画像を出力する。地形位相を除いた位相差画像格納部１９００は、地形位相除去部１８００の出力結果を格納する。
【００２０】
次に、動作について説明する。図２は実施の形態１の処理を示すフローチャートである。なお、ステップの番号は基本的にブロック図中の実行するブロックの符号に対応する(以降同様)。まず、ステップＳＴ１２００では、マスター画像とスレーブ画像で、同一の観測地点を表す画素同士の位相値の差ひいては位相差分布を、次式にて計算する。
【００２１】
【数２】
【００２２】
上記式(２)でφＰ(ｘ，ｙ，ｚ)は座標(ｘ，ｙ，ｚ)の観測地点を示す画素の位相差、ＭＰ(ｘ，ｙ，ｚ)はマスター画像で座標(ｘ，ｙ，ｚ)の観測地点を示す画素値であり、複素数である。同様にＳＰ(ｘ，ｙ，ｚ)は、スレーブ画像で座標(ｘ，ｙ，ｚ)の観測地点を示す画素値であり、複素数である。また、＊は複素共役を表す。
【００２３】
ステップＳＴ１４００では、ステップＳＴ１２００で計算した位相差分布を２次元フーリエ変換して、位相差分布の周波数スペクトルを得る。ただし、この処理はフーリエ変換に限らず、ウェブレット変換など他のスペクトル解析法でもよい。
【００２４】
ステップＳＴ１５００では、地形スペクトル閾値よりも大きいエネルギーを持つ周波数成分を比較により演算して取得する。この閾値は位相差分布全体で一定値としてもよいし、観測地点(ｘ，ｙ，ｚ)毎に別の閾値を設定してもよい。
【００２５】
ステップＳＴ１６００では、ステップＳＴ１５００で取得した周波数成分を２次元逆フーリエ変換し、地形位相の分布を計算する。この逆フーリエ変換は、ステップＳＴ１４００でフーリエ変換以外のスペクトル解析法を用いた場合は、その解析法の逆変換である必要がある。
【００２６】
ステップＳＴ１８００では、次式により、２枚の画像間の位相差φＰ(ｘ，ｙ，ｚ)から、地形位相の計算結果を除去する。
【００２７】
【数３】
【００２８】
上記式(３)で、φＰｅ(ハット)(ｘ，ｙ，ｚ)は座標(ｘ，ｙ，ｚ)の観測地点を示す画素の地形位相計算結果、φＰｃ(ｘ，ｙ，ｚ)は座標(ｘ，ｙ，ｚ)の観測地点を示す画素の地形位相除去した位相差である。
【００２９】
以上のように、スペクトルという物理量に対して閾値を設けて地形位相を決定することで、適用するデータに関わらず共通して閾値を定めることが可能である。
【００３０】
実施の形態２．
実施の形態１では地形スペクトル閾値を用いて地形スペクトルを演算取得した。実施の形態２では、地形スペクトル閾値の替わりに、地形データであるＤＥＭ(Digital Elevation Model：数値標高モデル)から地形スペクトルを模擬して模擬地形位相スペクトルを生成し、それを地形位相スペクトル演算取得の際に参照することで、地形スペクトルに的を絞ったスペクトル取得が可能となる。
【００３１】
図３はこの発明の実施の形態２によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。図３において実施の形態１と同一もしくは相当部分は同一符号で示すし、説明を省略する(以降同様)。図３のＤＥＭ・軌道データ格納部２５１０はＤＥＭデータ、レーダ位置すなわち観測位置の軌道の軌道データを格納する。ＤＥＭによる地形スペクトル取得部２５００は、ＤＥＭデータおよび軌道データと、フーリエ変換部１４００の出力結果である位相差分布の周波数スペクトルおよび取得処理開始信号を入力とし、地形位相のスペクトルを演算取得し、取得結果を出力する。
【００３２】
次に、動作について説明する。図４は、実施の形態２の処理を示すフローチャートである。ステップＳＴ２５００では、まず、ＤＥＭデータと軌道データを用いて、マスター・スレーブ画像の各画素における地形位相を上記式(１)で計算することで、地形位相をＤＥＭ及び軌道データから模擬する。次に、模擬した地形位相をフーリエ変換部１４００と同様に２次元フーリエ変換し、模擬地形位相スペクトルを作成する。そして、模擬地形位相スペクトルで大きいエネルギーを持つ周波数と、フーリエ変換部１４００の出力結果の大きいエネルギーを持つ周波数を比較し、フーリエ変換部１４００の出力結果から、模擬地形位相スペクトルの大きいエネルギーを持つ周波数の近傍にあるものを探索して同様の分布形状のスペクトルを取得し、それを地形スペクトル(地形位相のスペクトル)とする。また近傍にあるものの取得では、例えば、模擬地形位相スペクトルとフーリエ変換部１４００の出力結果の大きいエネルギー(ピーク)を持つスペクトル間の距離が、ある閾値以下となるものを取得する、という方法がある。
【００３３】
以上のように、画像間の位相差を複素数表記のままでフーリエ変換し、周波数空間で地形位相を推定することにより、位相差の折り返しの影響を受けることなく地形位相除去が可能である。
【００３４】
また、ＤＥＭデータを参照することで、実施の形態１よりも地形位相に限定したスペクトル取得が可能となる。
【００３５】
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１の地形スペクトル閾値の替わりに、過去に推定した地形位相スペクトルを、位相差のスペクトルからの地形位相スペクトル取得の際に参照することで、地形スペクトルに的を絞ったスペクトル取得が可能となる。
【００３６】
図５はこの発明の実施の形態３によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。類似観測の地形位相格納部３５１０は、過去に地形位相除去処理した際の地形位相スペクトル取得結果に加え、その取得時の処理で用いたマスター・スレーブ画像取得時の軌道データを２つペアで格納する。軌道データと地形位相スペクトル取得結果のセットは、類似観測の地形位相格納部３５１０に複数格納される。類似観測地形位相からの地形スペクトル取得部３５００は、類似観測の地形位相格納部３５１０に格納されたデータと、フーリエ変換部１４００の出力結果である位相差分布の周波数スペクトル、および取得処理開始信号を入力とし、地形位相のスペクトルを演算取得し、取得結果を出力する。
【００３７】
次に、動作について説明する。図６は、実施の形態３の処理を示すフローチャートである。図６のステップＳＴ３５００は、類似観測の地形位相格納部３５１０に格納された軌道ペアの中から、マスター画像格納部１１１０とスレーブ画像格納部１１２０に格納されたレーダ画像を観測した際の軌道ペアに最も近いものを探索する(レーダ画像と軌道情報はセットで格納されている)。探索結果で得られた最も近い軌道ペアとセットで格納されている、過去の地形位相スペクトル結果を得る。さらに、過去の地形位相スペクトル取得結果を、実施の形態２の模擬地形位相スペクトルの替わるものとして使用する。
【００３８】
具体的には、過去の地形位相スペクトル取得結果で大きいエネルギーを持つ周波数の分布と、フーリエ変換部１４００出力結果の大きいエネルギー周波数の分布を比較し、フーリエ変換部１４００の出力結果から過去の地形位相スペクトル取得結果の大きいエネルギー周波数(ピーク)の近傍にあるものを取得し、それを地形スペクトルとする。
【００３９】
以上のように、過去の地形位相スペクトルを参照することで、過不足無く地形位相を除去できる。
【００４０】
実施の形態４．
実施の形態１は地形スペクトル閾値を用いて、一度の処理で地形スペクトルを取得した。実施の形態４では、一度、地形位相を除去したものを評価し、評価結果を受けて地形スペクトル閾値を修正し、再度地形位相を除去する。この、地形位相除去、結果の評価、地形スペクトル閾値の修正の流れを繰り返すことで、地形位相除去の取り残しを排除する。
【００４１】
図７はこの発明の実施の形態４によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。除去結果評価部４９１０は、地形位相除去部１８００が出力する地形位相除去した位相差を入力とし、その評価結果と、地形位相除去した結果を出力する。閾値更新部４９２０は、除去結果評価部４９１０で出力した評価結果を入力とし、地形スペクトル閾値を地形スペクトル閾値格納部１５１０へ出力して、閾値を再設定する。さらに、閾値更新部４９２０は閾値による地形スペクトル取得部１５００に取得処理開始信号を出す。
【００４２】
次に、動作について説明する。図８は、実施の形態４の処理を示すフローチャートである。図８において、ステップＳＴ４９１０は、地形位相除去部１８００からの地形位相を除去した位相差画像の結果から評価値を求め、評価値に基づき、地形位相除去処理を終了するか、もしくは地形スペクトル閾値を更新して再計算するかの判断をする。判定に用いる評価値の例を次式に記す。
【００４３】
【数４】
【００４４】
上記式(４)で、γｕはｕ回目のループ(反復)時の評価値(ｕ＝１，２，…)、ｘｍｉｎ，ｘｍａｘ，ｙｍｉｎ，ｙｍａｘはそれぞれ評価領域のｘ座標最小値、最大値、ｙ座標最小値、最大値を示す。評価領域は、処理するマスター・スレーブ画像が示す領域全体でもよいし、画像の一部の領域でもよい。他にも、例えば次式による評価値を用いてもよい。
【００４５】
【数５】
【００４６】
これらの計算で得られる評価値は、地形位相を補正した場合の、マスター、スレーブ画像間の相関値に相当するものであり、地形位相が正確に計算できているほど、補正が正確にできるため、値が大きくなる。さらに、実施の形態５で述べる装置では、後述するように、始めに大まかな地形位相を演算取得し、徐々に地形位相の詳細な部分を取得する。このため、評価値は図９に示すように、反復回数ｕが大きくなるにつれて大きくなるが、その上昇度は小さくなる傾向をもつ。
【００４７】
これらの評価値を基にして、この装置の処理を終了するか、地形スペクトル閾値を更新して再計算するかの判定については、例えば評価値γｕのｕに関する一次微分が小さくなった場合、すなわち例えば次式を満たした場合、を終了と判定する。
【００４８】
【数６】
【００４９】
上記式(６)で、δγは前もって定めたこの装置の終了判定閾値である。Ｖはデータに依存する評価値の分散を抑圧するために導入した平均処理の平均回数であり、自然数とする。他にも、式(６)の一次微分γｕ−ｖ−γｕ−１−ｖの替わりに、二次微分γｕ−ｖ−２γｕ−１−ｖ＋γｕ−２−ｖとしてもよい。さらに、軌道や、植生などの地表面の被覆などの観測条件とレーダ装置の緒元などから評価値γｕの理論値を求め、評価値γｕが理論値に達したときをこの装置の処理終了と判定しても良い。
【００５０】
ステップＳＴ４９２０では、地形スペクトル閾値を更新する。この手法では、まず地形スペクトル閾値の初期値(ｕ＝１のときの閾値)として、フーリエ変換部１４００の出力結果である位相差のスペクトルのエネルギー最大値とする。そして、更新の度に閾値を下げる。下げる方法としては、例えばｕ番目のループでは、フーリエ変換部１４００の出力結果である位相差のスペクトルのｕ番目に大きいエネルギーと定めてもよいし、更新のたびに一定値ずつ閾値を下げても良い。これらの方法で閾値を下げることで、閾値により取得される周波数スペクトルが増えることから、前述のように、逆フーリエ変換部１６００で出力される地形位相の計算結果φＰｅ(ハット)(ｘ，ｙ，ｚ)も徐々に詳細になる。
【００５１】
処理結果を評価して、その結果を基に地形スペクトル閾値を更新する構成にすることで、地形位相のスペクトルに合わせて閾値を適切に自動設定できることから、高精度に地形位相を計算できる。
【００５２】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４は、画像１枚に相当するサイズの位相差分布を纏めて処理するものであった。実施の形態５では、位相差分布を分割して処理することで、処理の高速化や、正確性の向上が可能となる。
【００５３】
図１０はこの発明の実施の形態５によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。位相差分割部５３１０は、位相差格納部１３００に格納された位相差分布画像を２枚以上に分割する。ただし、ここでは２枚の場合についてのみ説明する。位相差Ｎｏ１格納部５３２０、位相差Ｎｏ２格納部５３３０は、位相差分割部５３１０で分割した位相差分布画像を一枚ずつ格納する。地形位相Ｎｏ１格納部５６１０、地形位相Ｎｏ２格納部５６２０は、それぞれの逆フーリエ変換部１６００の出力結果を格納する。地形位相結合部５６３０は、地形位相Ｎｏ１格納部５６１０と地形位相Ｎｏ２格納部５６２０に格納された２つの地形位相を取り出し、結合して一つの地形位相とする。
【００５４】
次に、動作について説明する。図１１は、実施の形態５の処理を示すフローチャートである。ステップＳＴ５３１０は、位相差分布を複数の分布画像に分割する。図１２の(ａ)(ｂ)では、例として２つに分割する場合を示している。分割の仕方は、図１２の(ａ)のように分割した画像が重ならないようにしてもよいし、図１２の(ｂ)のように一部重なるように分割しても良い。また、位相差分布において、等位相差線の縞模様(干渉縞)が切り出した画像内で等間隔になるようにすることで、一枚当たりに含まれる地形位相スペクトルの大きいエネルギーを持つ周波数成分の数を少なくすることができ、処理の高速化が図れる。
【００５５】
ステップＳＴ５３２０は、位相差Ｎｏ１格納部５３２０から位相差Ｎｏ１の画像を取り出す。ステップＳＴ５３３０は、位相差Ｎｏ２の画像を位相差Ｎｏ２格納部５３３０から取り出す。ステップＳＴ５６１０は地形位相Ｎｏ１を地形位相Ｎｏ１格納部５６１０に格納する。ステップＳＴ５６２０は地形位相Ｎｏ２を地形位相Ｎｏ２格納部５６２０に格納する。ステップＳＴ５６３０は、地形位相Ｎｏ１と地形位相Ｎｏ２を取り出し、一つの地形位相に結合する。重なりが無い場合は、例えばそのまま繋げてもよいし、繋げた後に低域通過フィルタに通し、繋ぎ目を滑らかにしても良い。また、重なりがある場合は、重なった部分の位相を平均して用いてもよいし、どちらか一方の画像の重なった部分の位相のみ用いて、重なりが無い場合と同様のつなぎ方をしても良い。
【００５６】
なお以上では、実施の形態１のものに関して実行したものについて説明したが、他の実施の形態に関しても実行可能である。
【００５７】
以上のように、スペクトルという物理量に対して閾値を設けて地形位相を決定することで、適用するデータに関わらず共通して閾値を定めることが可能である。
【００５８】
また、位相差分布を分割して処理することで、一度に処理する位相差分布のサイズが小さくなり、さらに並列処理することができ、一枚当たりに含まれる地形位相スペクトルの大きいエネルギーを持つ周波数成分の数を少なくできるので、処理を高速化し省メモリ化することができる。
【００５９】
なお、この発明は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の可能な組み合わせを含むことは云うまでもない。また、フーリエ変換部１４００がスペクトル解析手段を構成し、閾値による地形スペクトル取得部１５００と地形スペクトル閾値格納部１５１０、ＤＥＭによるスペクトル取得部２５００とＤＥＭ・軌道データ格納部２５１０、類似観測地位相からの地形スペクトル取得部３５００と類似観測の地形位相格納部３５１０が地形スペクトル演算手段を構成し、逆フーリエ変換部１６００が逆変換手段を構成する。
【符号の説明】
【００６０】
１１１０ マスター画像格納部、１１２０ スレーブ画像格納部、１２００ 位相差計算部、１３００ 位相差格納部、１４００ フーリエ変換部、１５００ 閾値による地形スペクトル取得部、１５１０ 地形スペクトル閾値格納部、１６００ 逆フーリエ変換部、１７００ 地形位相格納部、１８００ 地形位相除去部、１９００ 地形位相を除いた位相差画像格納部、２５００ ＤＥＭによるスペクトル取得部、２５１０ ＤＥＭ・軌道データ格納部、３５００ 類似観測地位相からの地形スペクトル取得部、３５１０ 類似観測の地形位相格納部、４９１０ 除去結果評価部、４９２０ 閾値更新部、５３１０ 位相差分割部、５３２０ 位相差Ｎｏ１格納部、５３３０ 位相差Ｎｏ２格納部、５６１０ 地形位相Ｎｏ１格納部、５６２０ 地形位相Ｎｏ２格納部、５６３０ 地形位相結合部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機や衛星などの移動プラットフォームに搭載する合成開口レーダや実開口レーダなどのレーダ画像を用いて、地表面の変化を検出する際に生じる不要な位相を除去するレーダ画像信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この発明の対象となるレーダ画像による地表変化検出では、地表面の変化を検出するために、それぞれ異なる時刻に２回観測して得たレーダ画像において、２画像間の位相差を用いて変化を検出する。もしくは、位相差を２次パラメータ(例えば位相の分散の大きさなどを表すことのできる、コヒーレンスなど)に変換して変化を検出する。
【０００３】
この位相差には、地表変化で生じた位相に加え、２回の観測において軌道が異なることで生じる位相を含む。軌道の差により生じる位相を、ここでは地形位相と呼称する。図１３に、位相差分布のイメージを示す。図１３中の線は位相差の等位相線である。２画像間の位相差を用いて変化検出するには、地形変化に無関係の地形位相を除く必要がある。
【０００４】
例えば下記非特許文献１に記載の従来の地形位相を除去するレーダ画像信号処理装置では、２画像間の位相差分布をスプライン曲線のフィッティングにより滑らかにし、それを地形位相の推定結果として、２画像間の位相差分布から除去していた。
【０００５】
地形位相は、２回の観測で、観測地点(地表)とプラットフォームの距離に差があることから生じる位相である。図１４は、地表上の観測地点Ｐと軌道１、２上のプラットフォームとの位置関係を示している。(ｘ，ｙ，ｚ)は観測地点の座標を表すものであり、例えば緯度・経度・楕円体高のように測地において使われる一般的な座標でもよいし、処理作業者が定めたローカル座標でもよい。また、ｒＰ１(ｘ，ｙ，ｚ)、ｒＰ２(ｘ，ｙ，ｚ)は、それぞれプラットフォーム１、２と観測地点Ｐ(ｘ，ｙ，ｚ)との距離である。
【０００６】
距離計算で用いるプラットフォームの位置は、例えば、プラットフォームに搭載したアンテナのビーム中心が観測地点Ｐ(ｘ，ｙ，ｚ)を捕らえた位置と定義してもよいし、合成開口レーダにおいて、観測地点Ｐ(ｘ，ｙ，ｚ)を画像再生する際の基準点となる合成開口中心の位置と定義してもよいし、単に観測地点Ｐ(ｘ，ｙ，ｚ)から軌道に下ろした垂線と軌道の交差点と定義してもよい。このとき、点Ｐ(ｘ，ｙ，ｚ)の地形位相は次式となる。
【０００７】
【数１】
【０００８】
上記式(１)で、ｊは虚数単位、λはレーダ送信波の波長を表す。なお、図１３の地形位相はφＰｅ(ｘ，ｙ，ｚ)の偏角として示している。下記非特許文献１に記載の方法は、式(１)のφＰｅ(ｘ，ｙ，ｚ)の位相項に含まれる{ｒＰ２(ｘ，ｙ，ｚ)−ｒＰ１(ｘ，ｙ，ｚ)}の分布が滑らかであることと、図１３で示したように位相差分布において地形位相が支配的であることを用いて、位相差分布をスプライン曲線のフィッティングにより滑らかにし、それを地形位相の推定結果として、位相差分布から地形位相を除いていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】M. Preiss, et al，”A change detection technique for repeat pass Interferometric SAR”，Proc. Radar conference 2003，pp98-102，2003
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら上記の従来の装置では、フィッティングにより滑らかにする度合いを決定する基準がなく、地形位相の取り残しや、余分に位相をとりすぎる問題があった。
【００１１】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、閾値もしくは過去の結果を参照することにより、地形位相を過不足なく除去し、地表面変化の検出を可能にしたレーダ画像信号処理装置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】
【００１２】
この発明は、観測対象へ電波を照射して得たレーダ画像を処理するレーダ画像信号処理装置であって、互いに異なる軌道から同一エリアを観測した複数のレーダ画像を格納するレーダ画像格納部と、前記レーダ画像格納部に格納されている同一エリアを観測した複数のレーダ画像を読み出し、複数のレーダ画像の位相差分布を計算する位相差計算部と、前記位相差分布をスペクトル解析して位相差分布の周波数スペクトルを演算するスペクトル解析手段と、閾値、軌道差により生じる地形位相に関する模擬の地形位相スペクトルデータ、過去の地形位相スペクトルデータのいずれかとの比較により位相差分布の周波数スペクトルから地形位相スペクトルを求める地形スペクトル演算手段と、求めた地形位相スペクトルに前記スペクトル解析手段での逆変換を行って地形位相を求める逆変換手段と、前記位相差計算部で計算した位相差から求めた地形位相を除去する地形位相除去部と、を備えることを特徴とするレーダ画像信号処理装置にある。
【発明の効果】
【００１３】
この発明では、位相差の折り返しによる不連続な部分の影響を受けることなく地形移相を除去して、地表面変化の検出を可能にしたレーダ画像信号処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１の処理を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２の処理を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態３によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態３の処理を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態４によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態４の処理を示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態５における反復回数に対する評価値の変化を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態５によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態５の処理を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態５における位相差分布の分割を説明するための図である。
【図１３】レーダ画像信号処理装置における位相差分布のイメージを示す図である。
【図１４】地表上の観測地点と軌道上のプラットフォームとの位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下のこの発明によるレーダ画像信号処理装置を各実施の形態に従って図を用いて説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。なお、以降では、各図中、同一もしくは相当部分は同一符号で示す。図１において、マスター画像格納部１１１０とスレーブ画像格納部１１２０は、それぞれ別の時刻に別の軌道から同一エリアを観測したレーダ画像を格納する。これら格納される２枚のレーダ画像は、それぞれの画像中で同一位置の画素同士が同一観測地点を表すように、重ねあわせ処理(レジストレーション)された画像である。
【００１６】
なお、観測時刻が早い画像から順にマスター画像格納部１１１０、スレーブ画像格納部１１２０に入れてもよいし、逆に遅い画像から順にマスター画像格納部１１１０、スレーブ画像格納部１１２０に入れてもよい。また、格納するレーダ画像は位相情報さえ持てばよいので、振幅・位相を併せ持つレーダ画像を入れてもいいし、位相情報のみ持つレーダ画像でもよい。なお、以降では、マスター画像格納部１１１０に格納した画像をマスター画像、スレーブ画像格納部１１２０に格納した画像をスレーブ画像と呼ぶ。
【００１７】
位相差計算部１２００は、マスター画像格納部１１１０とスレーブ画像格納部１１２０に格納されたレーダ画像を入力とし、位相差(ひいては位相差分布)を計算し計算結果を出力とする。位相差格納部１３００は、位相差計算部１２００の出力を格納する。
【００１８】
フーリエ変換部１４００は、位相差格納部１３００に格納された位相差(位相差分布)を入力とし、位相差分布の周波数スペクトルを計算して出力する。閾値による地形スペクトル取得部１５００は、フーリエ変換部１４００の位相差分布の周波数スペクトル計算結果と地形スペクトル閾値格納部１５１０に格納された地形スペクトル閾値および、処理開始を指示する取得処理開始信号を入力とし、地形位相のスペクトルを演算して取得し取得結果を出力する。
【００１９】
逆フーリエ変換部１６００では、閾値による地形スペクトル取得部１５００の地形スペクトル(地形位相のスペクトル)を入力とし、地形位相を計算し計算結果を出力する。地形位相格納部１７００は、逆フーリエ変換部１６００の地形位相の結果を格納する。地形位相除去部１８００は位相差格納部１３００に格納されたレーダ画像間の位相差と、地形位相格納部１７００に格納された地形位相計算結果を入力とし、地形位相を除いた位相差画像を出力する。地形位相を除いた位相差画像格納部１９００は、地形位相除去部１８００の出力結果を格納する。
【００２０】
次に、動作について説明する。図２は実施の形態１の処理を示すフローチャートである。なお、ステップの番号は基本的にブロック図中の実行するブロックの符号に対応する(以降同様)。まず、ステップＳＴ１２００では、マスター画像とスレーブ画像で、同一の観測地点を表す画素同士の位相値の差ひいては位相差分布を、次式にて計算する。
【００２１】
【数２】
【００２２】
上記式(２)でφＰ(ｘ，ｙ，ｚ)は座標(ｘ，ｙ，ｚ)の観測地点を示す画素の位相差、ＭＰ(ｘ，ｙ，ｚ)はマスター画像で座標(ｘ，ｙ，ｚ)の観測地点を示す画素値であり、複素数である。同様にＳＰ(ｘ，ｙ，ｚ)は、スレーブ画像で座標(ｘ，ｙ，ｚ)の観測地点を示す画素値であり、複素数である。また、＊は複素共役を表す。
【００２３】
ステップＳＴ１４００では、ステップＳＴ１２００で計算した位相差分布を２次元フーリエ変換して、位相差分布の周波数スペクトルを得る。ただし、この処理はフーリエ変換に限らず、ウェブレット変換など他のスペクトル解析法でもよい。
【００２４】
ステップＳＴ１５００では、地形スペクトル閾値よりも大きいエネルギーを持つ周波数成分を比較により演算して取得する。この閾値は位相差分布全体で一定値としてもよいし、観測地点(ｘ，ｙ，ｚ)毎に別の閾値を設定してもよい。
【００２５】
ステップＳＴ１６００では、ステップＳＴ１５００で取得した周波数成分を２次元逆フーリエ変換し、地形位相の分布を計算する。この逆フーリエ変換は、ステップＳＴ１４００でフーリエ変換以外のスペクトル解析法を用いた場合は、その解析法の逆変換である必要がある。
【００２６】
ステップＳＴ１８００では、次式により、２枚の画像間の位相差φＰ(ｘ，ｙ，ｚ)から、地形位相の計算結果を除去する。
【００２７】
【数３】
【００２８】
上記式(３)で、φＰｅ(ハット)(ｘ，ｙ，ｚ)は座標(ｘ，ｙ，ｚ)の観測地点を示す画素の地形位相計算結果、φＰｃ(ｘ，ｙ，ｚ)は座標(ｘ，ｙ，ｚ)の観測地点を示す画素の地形位相除去した位相差である。
【００２９】
以上のように、スペクトルという物理量に対して閾値を設けて地形位相を決定することで、適用するデータに関わらず共通して閾値を定めることが可能である。
【００３０】
実施の形態２．
実施の形態１では地形スペクトル閾値を用いて地形スペクトルを演算取得した。実施の形態２では、地形スペクトル閾値の替わりに、地形データであるＤＥＭ(Digital Elevation Model：数値標高モデル)から地形スペクトルを模擬して模擬地形位相スペクトルを生成し、それを地形位相スペクトル演算取得の際に参照することで、地形スペクトルに的を絞ったスペクトル取得が可能となる。
【００３１】
図３はこの発明の実施の形態２によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。図３において実施の形態１と同一もしくは相当部分は同一符号で示すし、説明を省略する(以降同様)。図３のＤＥＭ・軌道データ格納部２５１０はＤＥＭデータ、レーダ位置すなわち観測位置の軌道の軌道データを格納する。ＤＥＭによる地形スペクトル取得部２５００は、ＤＥＭデータおよび軌道データと、フーリエ変換部１４００の出力結果である位相差分布の周波数スペクトルおよび取得処理開始信号を入力とし、地形位相のスペクトルを演算取得し、取得結果を出力する。
【００３２】
次に、動作について説明する。図４は、実施の形態２の処理を示すフローチャートである。ステップＳＴ２５００では、まず、ＤＥＭデータと軌道データを用いて、マスター・スレーブ画像の各画素における地形位相を上記式(１)で計算することで、地形位相をＤＥＭ及び軌道データから模擬する。次に、模擬した地形位相をフーリエ変換部１４００と同様に２次元フーリエ変換し、模擬地形位相スペクトルを作成する。そして、模擬地形位相スペクトルで大きいエネルギーを持つ周波数と、フーリエ変換部１４００の出力結果の大きいエネルギーを持つ周波数を比較し、フーリエ変換部１４００の出力結果から、模擬地形位相スペクトルの大きいエネルギーを持つ周波数の近傍にあるものを探索して同様の分布形状のスペクトルを取得し、それを地形スペクトル(地形位相のスペクトル)とする。また近傍にあるものの取得では、例えば、模擬地形位相スペクトルとフーリエ変換部１４００の出力結果の大きいエネルギー(ピーク)を持つスペクトル間の距離が、ある閾値以下となるものを取得する、という方法がある。
【００３３】
以上のように、画像間の位相差を複素数表記のままでフーリエ変換し、周波数空間で地形位相を推定することにより、位相差の折り返しの影響を受けることなく地形位相除去が可能である。
【００３４】
また、ＤＥＭデータを参照することで、実施の形態１よりも地形位相に限定したスペクトル取得が可能となる。
【００３５】
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１の地形スペクトル閾値の替わりに、過去に推定した地形位相スペクトルを、位相差のスペクトルからの地形位相スペクトル取得の際に参照することで、地形スペクトルに的を絞ったスペクトル取得が可能となる。
【００３６】
図５はこの発明の実施の形態３によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。類似観測の地形位相格納部３５１０は、過去に地形位相除去処理した際の地形位相スペクトル取得結果に加え、その取得時の処理で用いたマスター・スレーブ画像取得時の軌道データを２つペアで格納する。軌道データと地形位相スペクトル取得結果のセットは、類似観測の地形位相格納部３５１０に複数格納される。類似観測地形位相からの地形スペクトル取得部３５００は、類似観測の地形位相格納部３５１０に格納されたデータと、フーリエ変換部１４００の出力結果である位相差分布の周波数スペクトル、および取得処理開始信号を入力とし、地形位相のスペクトルを演算取得し、取得結果を出力する。
【００３７】
次に、動作について説明する。図６は、実施の形態３の処理を示すフローチャートである。図６のステップＳＴ３５００は、類似観測の地形位相格納部３５１０に格納された軌道ペアの中から、マスター画像格納部１１１０とスレーブ画像格納部１１２０に格納されたレーダ画像を観測した際の軌道ペアに最も近いものを探索する(レーダ画像と軌道情報はセットで格納されている)。探索結果で得られた最も近い軌道ペアとセットで格納されている、過去の地形位相スペクトル結果を得る。さらに、過去の地形位相スペクトル取得結果を、実施の形態２の模擬地形位相スペクトルの替わるものとして使用する。
【００３８】
具体的には、過去の地形位相スペクトル取得結果で大きいエネルギーを持つ周波数の分布と、フーリエ変換部１４００出力結果の大きいエネルギー周波数の分布を比較し、フーリエ変換部１４００の出力結果から過去の地形位相スペクトル取得結果の大きいエネルギー周波数(ピーク)の近傍にあるものを取得し、それを地形スペクトルとする。
【００３９】
以上のように、過去の地形位相スペクトルを参照することで、過不足無く地形位相を除去できる。
【００４０】
実施の形態４．
実施の形態１は地形スペクトル閾値を用いて、一度の処理で地形スペクトルを取得した。実施の形態４では、一度、地形位相を除去したものを評価し、評価結果を受けて地形スペクトル閾値を修正し、再度地形位相を除去する。この、地形位相除去、結果の評価、地形スペクトル閾値の修正の流れを繰り返すことで、地形位相除去の取り残しを排除する。
【００４１】
図７はこの発明の実施の形態４によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。除去結果評価部４９１０は、地形位相除去部１８００が出力する地形位相除去した位相差を入力とし、その評価結果と、地形位相除去した結果を出力する。閾値更新部４９２０は、除去結果評価部４９１０で出力した評価結果を入力とし、地形スペクトル閾値を地形スペクトル閾値格納部１５１０へ出力して、閾値を再設定する。さらに、閾値更新部４９２０は閾値による地形スペクトル取得部１５００に取得処理開始信号を出す。
【００４２】
次に、動作について説明する。図８は、実施の形態４の処理を示すフローチャートである。図８において、ステップＳＴ４９１０は、地形位相除去部１８００からの地形位相を除去した位相差画像の結果から評価値を求め、評価値に基づき、地形位相除去処理を終了するか、もしくは地形スペクトル閾値を更新して再計算するかの判断をする。判定に用いる評価値の例を次式に記す。
【００４３】
【数４】
【００４４】
上記式(４)で、γｕはｕ回目のループ(反復)時の評価値(ｕ＝１，２，…)、ｘｍｉｎ，ｘｍａｘ，ｙｍｉｎ，ｙｍａｘはそれぞれ評価領域のｘ座標最小値、最大値、ｙ座標最小値、最大値を示す。評価領域は、処理するマスター・スレーブ画像が示す領域全体でもよいし、画像の一部の領域でもよい。他にも、例えば次式による評価値を用いてもよい。
【００４５】
【数５】
【００４６】
これらの計算で得られる評価値は、地形位相を補正した場合の、マスター、スレーブ画像間の相関値に相当するものであり、地形位相が正確に計算できているほど、補正が正確にできるため、値が大きくなる。さらに、実施の形態５で述べる装置では、後述するように、始めに大まかな地形位相を演算取得し、徐々に地形位相の詳細な部分を取得する。このため、評価値は図９に示すように、反復回数ｕが大きくなるにつれて大きくなるが、その上昇度は小さくなる傾向をもつ。
【００４７】
これらの評価値を基にして、この装置の処理を終了するか、地形スペクトル閾値を更新して再計算するかの判定については、例えば評価値γｕのｕに関する一次微分が小さくなった場合、すなわち例えば次式を満たした場合、を終了と判定する。
【００４８】
【数６】
【００４９】
上記式(６)で、δγは前もって定めたこの装置の終了判定閾値である。Ｖはデータに依存する評価値の分散を抑圧するために導入した平均処理の平均回数であり、自然数とする。他にも、式(６)の一次微分γｕ−ｖ−γｕ−１−ｖの替わりに、二次微分γｕ−ｖ−２γｕ−１−ｖ＋γｕ−２−ｖとしてもよい。さらに、軌道や、植生などの地表面の被覆などの観測条件とレーダ装置の緒元などから評価値γｕの理論値を求め、評価値γｕが理論値に達したときをこの装置の処理終了と判定しても良い。
【００５０】
ステップＳＴ４９２０では、地形スペクトル閾値を更新する。この手法では、まず地形スペクトル閾値の初期値(ｕ＝１のときの閾値)として、フーリエ変換部１４００の出力結果である位相差のスペクトルのエネルギー最大値とする。そして、更新の度に閾値を下げる。下げる方法としては、例えばｕ番目のループでは、フーリエ変換部１４００の出力結果である位相差のスペクトルのｕ番目に大きいエネルギーと定めてもよいし、更新のたびに一定値ずつ閾値を下げても良い。これらの方法で閾値を下げることで、閾値により取得される周波数スペクトルが増えることから、前述のように、逆フーリエ変換部１６００で出力される地形位相の計算結果φＰｅ(ハット)(ｘ，ｙ，ｚ)も徐々に詳細になる。
【００５１】
処理結果を評価して、その結果を基に地形スペクトル閾値を更新する構成にすることで、地形位相のスペクトルに合わせて閾値を適切に自動設定できることから、高精度に地形位相を計算できる。
【００５２】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４は、画像１枚に相当するサイズの位相差分布を纏めて処理するものであった。実施の形態５では、位相差分布を分割して処理することで、処理の高速化や、正確性の向上が可能となる。
【００５３】
図１０はこの発明の実施の形態５によるレーダ画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。位相差分割部５３１０は、位相差格納部１３００に格納された位相差分布画像を２枚以上に分割する。ただし、ここでは２枚の場合についてのみ説明する。位相差Ｎｏ１格納部５３２０、位相差Ｎｏ２格納部５３３０は、位相差分割部５３１０で分割した位相差分布画像を一枚ずつ格納する。地形位相Ｎｏ１格納部５６１０、地形位相Ｎｏ２格納部５６２０は、それぞれの逆フーリエ変換部１６００の出力結果を格納する。地形位相結合部５６３０は、地形位相Ｎｏ１格納部５６１０と地形位相Ｎｏ２格納部５６２０に格納された２つの地形位相を取り出し、結合して一つの地形位相とする。
【００５４】
次に、動作について説明する。図１１は、実施の形態５の処理を示すフローチャートである。ステップＳＴ５３１０は、位相差分布を複数の分布画像に分割する。図１２の(ａ)(ｂ)では、例として２つに分割する場合を示している。分割の仕方は、図１２の(ａ)のように分割した画像が重ならないようにしてもよいし、図１２の(ｂ)のように一部重なるように分割しても良い。また、位相差分布において、等位相差線の縞模様(干渉縞)が切り出した画像内で等間隔になるようにすることで、一枚当たりに含まれる地形位相スペクトルの大きいエネルギーを持つ周波数成分の数を少なくすることができ、処理の高速化が図れる。
【００５５】
ステップＳＴ５３２０は、位相差Ｎｏ１格納部５３２０から位相差Ｎｏ１の画像を取り出す。ステップＳＴ５３３０は、位相差Ｎｏ２の画像を位相差Ｎｏ２格納部５３３０から取り出す。ステップＳＴ５６１０は地形位相Ｎｏ１を地形位相Ｎｏ１格納部５６１０に格納する。ステップＳＴ５６２０は地形位相Ｎｏ２を地形位相Ｎｏ２格納部５６２０に格納する。ステップＳＴ５６３０は、地形位相Ｎｏ１と地形位相Ｎｏ２を取り出し、一つの地形位相に結合する。重なりが無い場合は、例えばそのまま繋げてもよいし、繋げた後に低域通過フィルタに通し、繋ぎ目を滑らかにしても良い。また、重なりがある場合は、重なった部分の位相を平均して用いてもよいし、どちらか一方の画像の重なった部分の位相のみ用いて、重なりが無い場合と同様のつなぎ方をしても良い。
【００５６】
なお以上では、実施の形態１のものに関して実行したものについて説明したが、他の実施の形態に関しても実行可能である。
【００５７】
以上のように、スペクトルという物理量に対して閾値を設けて地形位相を決定することで、適用するデータに関わらず共通して閾値を定めることが可能である。
【００５８】
また、位相差分布を分割して処理することで、一度に処理する位相差分布のサイズが小さくなり、さらに並列処理することができ、一枚当たりに含まれる地形位相スペクトルの大きいエネルギーを持つ周波数成分の数を少なくできるので、処理を高速化し省メモリ化することができる。
【００５９】
なお、この発明は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の可能な組み合わせを含むことは云うまでもない。また、フーリエ変換部１４００がスペクトル解析手段を構成し、閾値による地形スペクトル取得部１５００と地形スペクトル閾値格納部１５１０、ＤＥＭによるスペクトル取得部２５００とＤＥＭ・軌道データ格納部２５１０、類似観測地位相からの地形スペクトル取得部３５００と類似観測の地形位相格納部３５１０が地形スペクトル演算手段を構成し、逆フーリエ変換部１６００が逆変換手段を構成する。
【符号の説明】
【００６０】
１１１０ マスター画像格納部、１１２０ スレーブ画像格納部、１２００ 位相差計算部、１３００ 位相差格納部、１４００ フーリエ変換部、１５００ 閾値による地形スペクトル取得部、１５１０ 地形スペクトル閾値格納部、１６００ 逆フーリエ変換部、１７００ 地形位相格納部、１８００ 地形位相除去部、１９００ 地形位相を除いた位相差画像格納部、２５００ ＤＥＭによるスペクトル取得部、２５１０ ＤＥＭ・軌道データ格納部、３５００ 類似観測地位相からの地形スペクトル取得部、３５１０ 類似観測の地形位相格納部、４９１０ 除去結果評価部、４９２０ 閾値更新部、５３１０ 位相差分割部、５３２０ 位相差Ｎｏ１格納部、５３３０ 位相差Ｎｏ２格納部、５６１０ 地形位相Ｎｏ１格納部、５６２０ 地形位相Ｎｏ２格納部、５６３０ 地形位相結合部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測対象へ電波を照射して得たレーダ画像を処理するレーダ画像信号処理装置であって、
互いに異なる軌道から同一エリアを観測した複数のレーダ画像を格納するレーダ画像格納部と、
前記レーダ画像格納部に格納されている同一エリアを観測した複数のレーダ画像を読み出し、複数のレーダ画像の位相差分布を計算する位相差計算部と、
前記位相差分布をスペクトル解析して位相差分布の周波数スペクトルを演算するスペクトル解析手段と、
閾値、軌道差により生じる地形位相に関する模擬の地形位相スペクトルデータ、過去の地形位相スペクトルデータのいずれかとの比較により位相差分布の周波数スペクトルから地形位相スペクトルを求める地形スペクトル演算手段と、
求めた地形位相スペクトルに前記スペクトル解析手段での逆変換を行って地形位相を求める逆変換手段と、
前記位相差計算部で計算した位相差から求めた地形位相を除去する地形位相除去部と、
を備えることを特徴とするレーダ画像信号処理装置。
【請求項２】
位相差計算部で得られた位相差分布を複数枚の位相差分布に分割する位相差分割部と、
それぞれ前記分割による増加数分のスペクトル解析手段、地形スペクトル演算手段、逆変換手段と、
前記各逆変換手段において求められた、分割された各位相差分布から計算された地形位相を結合する地形位相結合部と、
をさらに備え、
地形位相除去部が前記地形位相結合部で結合された地形位相により除去を行う、
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ画像信号処理装置。
【請求項３】
地形スペクトル演算手段が、
地形位相スペクトル取得に用いる地形スペクトル閾値を格納する地形スペクトル閾値格納部と、
前記地形スペクトル閾値と位相差分布の周波数スペクトルの比較に基づき地形位相スペクトルを求める閾値による地形スペクトル取得部と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ画像信号処理装置。
【請求項４】
地形スペクトル演算手段が、
地形データとレーダ位置の軌道データを格納した地形データ・軌道データ格納部と、
前記地形データと軌道データから模擬の地形位相スペクトルデータを演算し、模擬の地形位相スペクトルデータと位相差分布の周波数スペクトルとの比較に基づき地形位相スペクトルを求める地形データによる地形スペクトル取得部と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ画像信号処理装置。
【請求項５】
地形スペクトル演算手段が、
過去の地形位相スペクトルデータおよびその際の軌道データを格納した類似観測の地形位相格納部と、
処理中のレーダ画像の軌道データに最も近い軌道データにおける過去の地形位相スペクトルデータを前記地形位相格納部から検索し、検索された過去の地形位相スペクトルデータと位相差分布の周波数スペクトルとの比較に基づき地形位相スペクトルを求める類似観測地形位相からの地形スペクトル取得部と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ画像信号処理装置。
【請求項６】
前記地形位相除去部で得られた位相差の地形位相除去結果から所定の評価値を演算する除去結果評価部と、
前記評価値に基づき地形スペクトル閾値格納部の地形位相スペクトル閾値を更新する閾値更新部と、
を含むことを特徴とする請求項３に記載のレーダ画像信号処理装置。
【請求項１】
観測対象へ電波を照射して得たレーダ画像を処理するレーダ画像信号処理装置であって、
互いに異なる軌道から同一エリアを観測した複数のレーダ画像を格納するレーダ画像格納部と、
前記レーダ画像格納部に格納されている同一エリアを観測した複数のレーダ画像を読み出し、複数のレーダ画像の位相差分布を計算する位相差計算部と、
前記位相差分布をスペクトル解析して位相差分布の周波数スペクトルを演算するスペクトル解析手段と、
閾値、軌道差により生じる地形位相に関する模擬の地形位相スペクトルデータ、過去の地形位相スペクトルデータのいずれかとの比較により位相差分布の周波数スペクトルから地形位相スペクトルを求める地形スペクトル演算手段と、
求めた地形位相スペクトルに前記スペクトル解析手段での逆変換を行って地形位相を求める逆変換手段と、
前記位相差計算部で計算した位相差から求めた地形位相を除去する地形位相除去部と、
を備えることを特徴とするレーダ画像信号処理装置。
【請求項２】
位相差計算部で得られた位相差分布を複数枚の位相差分布に分割する位相差分割部と、
それぞれ前記分割による増加数分のスペクトル解析手段、地形スペクトル演算手段、逆変換手段と、
前記各逆変換手段において求められた、分割された各位相差分布から計算された地形位相を結合する地形位相結合部と、
をさらに備え、
地形位相除去部が前記地形位相結合部で結合された地形位相により除去を行う、
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ画像信号処理装置。
【請求項３】
地形スペクトル演算手段が、
地形位相スペクトル取得に用いる地形スペクトル閾値を格納する地形スペクトル閾値格納部と、
前記地形スペクトル閾値と位相差分布の周波数スペクトルの比較に基づき地形位相スペクトルを求める閾値による地形スペクトル取得部と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ画像信号処理装置。
【請求項４】
地形スペクトル演算手段が、
地形データとレーダ位置の軌道データを格納した地形データ・軌道データ格納部と、
前記地形データと軌道データから模擬の地形位相スペクトルデータを演算し、模擬の地形位相スペクトルデータと位相差分布の周波数スペクトルとの比較に基づき地形位相スペクトルを求める地形データによる地形スペクトル取得部と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ画像信号処理装置。
【請求項５】
地形スペクトル演算手段が、
過去の地形位相スペクトルデータおよびその際の軌道データを格納した類似観測の地形位相格納部と、
処理中のレーダ画像の軌道データに最も近い軌道データにおける過去の地形位相スペクトルデータを前記地形位相格納部から検索し、検索された過去の地形位相スペクトルデータと位相差分布の周波数スペクトルとの比較に基づき地形位相スペクトルを求める類似観測地形位相からの地形スペクトル取得部と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ画像信号処理装置。
【請求項６】
前記地形位相除去部で得られた位相差の地形位相除去結果から所定の評価値を演算する除去結果評価部と、
前記評価値に基づき地形スペクトル閾値格納部の地形位相スペクトル閾値を更新する閾値更新部と、
を含むことを特徴とする請求項３に記載のレーダ画像信号処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１７５３３０（Ｐ２０１０−１７５３３０Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６７９８（Ｐ２００９−１６７９８）
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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