合成開口レーダ画像処理装置
【課題】 合成開口レーダ画像の分解能を劣化させることなくスペックル雑音を低減し、画質の向上を図る。
【解決手段】 シングルルック画像の段階で、飛行プラットホームの測定速度に対して、前処理部７にて異なる速度バイアス（時間によって変化するバイアスを含む）を与えた複数の速度データより画像を複数生成し、これらを加算処理部８で加算することで、分解能の劣化を招くことなくスペックル雑音が低減された合成開口レーダ画像を生成し、またこれと従来技術と組み合わせることで効果的にスペックル雑音が低減された合成開口レーダ画像生成を実現する。
【解決手段】 シングルルック画像の段階で、飛行プラットホームの測定速度に対して、前処理部７にて異なる速度バイアス（時間によって変化するバイアスを含む）を与えた複数の速度データより画像を複数生成し、これらを加算処理部８で加算することで、分解能の劣化を招くことなくスペックル雑音が低減された合成開口レーダ画像を生成し、またこれと従来技術と組み合わせることで効果的にスペックル雑音が低減された合成開口レーダ画像生成を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機や人工衛星等の移動プラットホームに搭載して地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダの画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成開口レーダの信号データ（生データ）をレンジ圧縮及びアジマス圧縮した結果をそのまま映像化したものをシングルルック（single-look）画像と呼ぶが、この画像にはスペックル雑音（speckle noise）と呼ばれる輝度の揺らぎが顕著に現れる。
【０００３】
このため、従来の合成開口レーダの画像再生処理ではマルチルック（multi-look）と呼ぶ処理を施してスペックル雑音を低減している。マルチルック処理には次の二つの方法がある。
(1) 合成開口長をＮ区分（Ｎは２以上の任意の整数）に分け、区分ごとに相関処理を施して画像を作成し、それらを加え合わせる。合成開口長の区分けは周波数領域で分ける。
(2) 隣接するＮ個（Ｎは２以上の任意の整数）の空間分解能のパワーの平均値を求め、それをそのＮ個のセルのパワーとする。
いずれの場合においても、１空間分解能の面積は元画像のＮ倍となる。
【０００４】
図３は従来の合成開口レーダ画像処理装置を表したものである。１は合成開口レーダが搭載された移動プラットホーム（例えば、航空機や人工衛星等の飛行プラットホーム）の測定速度よりアジマス圧縮のためのアジマス参照関数を生成するアジマス参照関数生成部、２は生データ（合成開口レーダの信号データ）に対してレンジ圧縮を行うレンジ圧縮部、３はアジマス圧縮を効率化するためのデータ並び換えを行うコーナターニング部、４はアジマス圧縮を行うアジマス圧縮部、５はマルチルック処理を行うマルチルック処理部、６はレンジ圧縮のためのレンジ参照関数を生成するレンジ参照関数生成部である。
【０００５】
次に、図３の画像処理装置の動作を説明する。合成開口レーダは、移動プラットホームに設けられており、観測領域に対して電波を送信するとともに、前記観測領域からのエコーを受信（増幅、復調）して一連の受信信号列を生成する送受信手段を有しており、前記一連の受信信号列がレンジ圧縮部２に生データとして入力される。レンジ圧縮部２はＦＦＴ（高速フーリエ変換）及びＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）処理機能を具備し、前記生データをＦＦＴ処理後、レンジ参照関数生成部６で生成されたレンジ参照関数を用いてレンジ圧縮（レンジ方向のパルス圧縮）のための演算処理を行い、さらにＩＦＦＴ処理を行う。
【０００６】
コーナターニング部３ではレンジ圧縮部２の出力信号を受け、アジマス圧縮を効率化するためのデータ並び換えを行ってアジマス圧縮部４に出力する。
【０００７】
アジマス圧縮部４はＦＦＴ及びＩＦＦＴ処理機能を具備し、前記コーナターニング部３の出力信号をＦＦＴ処理後、アジマス参照関数生成部１で生成されたアジマス参照関数を用いてアジマス圧縮のための演算処理を行い、さらにＩＦＦＴ処理を行う。
【０００８】
マルチルック処理部５はアジマス圧縮部４の出力信号（シングルルック画像）に対して上述したマルチルック処理を行い、スペックル雑音を低減した画像を生成する。
【０００９】
上記図３の画像処理フローを記載したものとして下記非特許文献１がある。
【非特許文献１】「地球環境計測」１４１頁〜１５２頁、岡本謙一 編著、平成１１年１０月２５日第１版第１刷、株式会社オーム社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上に述べた従来のスペックル雑音低減法であるマルチルック処理の問題点は、１空間分解能の面積は元画像のＮ倍となる、つまり画像の分解能が劣化することである。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑み、画像の分解能を劣化させることなく、あるいは従来よりも劣化の程度を小さくして合成開口レーダ画像のスペックル雑音低減を実現可能な合成開口レーダ画像処理装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る合成開口レーダ画像処理装置は、レンジ参照関数を用いて合成開口レーダの信号データをレンジ圧縮するレンジ圧縮部と、アジマス参照関数を用いてレンジ圧縮後の信号データをアジマス圧縮するアジマス圧縮部とを有する構成において、
合成開口レーダの搭載された移動プラットホームの測定速度に対して、異なる速度バイアスを与えた複数の速度データから、複数のアジマス参照関数を生成するアジマス圧縮参照関数生成部と、加算処理部とを備え、
前記複数のアジマス参照関数を用いて前記アジマス圧縮部でアジマス圧縮した複数の画像信号データを前記加算処理部で加算することを特徴としている。
【００１４】
前記合成開口レーダ画像処理装置において、前記加算処理部の加算データに対してマルチルック処理を行うマルチルック処理部を更に備える構成でもよい。
【００１５】
また、前記速度バイアスが時間によって変化するものであってもよい。
【００１６】
さらに、前記速度バイアスが前記移動プラットホームの速度を測定する速度測定装置の測定分解能未満の値であるとよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る合成開口レーダ画像処理装置によれば、シングルルック画像を得る段階で画像生成に使用する移動プラットホームの測定速度に対して速度バイアス（時間によって変化するバイアスを含む）を与えて画像を複数生成し、これらを加算することで、分解能を劣化させることなく合成開口レーダ画像のスペックル雑音低減を実現することができる。また、マルチルック処理と組み合わせることで、従来のものよりスペックル雑音を効果的に低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、合成開口レーダ画像処理装置の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る合成開口レーダ画像処理装置の実施の形態１を示し、レンジ圧縮部２、コーナターニング部３、アジマス圧縮部４、レンジ参照関数生成部６の構成は図３の従来装置と同様である。
【００２０】
この実施の形態１では、合成開口レーダの搭載された移動プラットホーム（例えば、航空機や人工衛星等の飛行プラットホーム）の測定速度に対して、異なる速度バイアスを与えて複数の速度データを得るための前処理部７が設けられている。そして、前処理部７で作成された複数の異なる速度データから、アジマス参照関数生成部１にて複数のアジマス参照関数を生成してアジマス圧縮部４にそれぞれ出力するようになっている。アジマス圧縮部４は速度バイアス付与による異なる速度データに対応したアジマス参照関数毎にアジマス圧縮信号（シングルルック画像）を出力し、それらが加算処理部８に入力され、ここで加算処理され、これにより画像の分解能を劣化させることなくスペックル雑音を低減した画像生成を行っている。
【００２１】
本実施の形態１では、合成開口レーダ画像生成において、シングルルック画像の段階で画像生成に使用する移動プラットホームの速度測定装置の測定分解能をスペックル雑音低減に利用することができる。前記速度測定装置の測定分解能から、速度データの測定誤差範囲が±αｍ／ｓ未満（αは任意の数）と見積ることができる場合、つまり出力された速度に±αｍ／ｓ未満の誤差が含まれるとすると、その測定誤差範囲内の速度バイアス（時間によって変化するバイアスを含む）を前記前処理部７にて複数個与えることにより、複数のシングルルック画像が生成できる。このようにして生成した複数の画像をマルチルック処理のように加算処理部８にて加算することで、分解能を劣化させることなくスペックル雑音を低減することが可能である。このとき、前記速度バイアスが移動プラットホームの速度を測定する速度測定装置の測定分解能未満の値であるため、速度バイアスによる精度低下は生じないと考えてよい。
【００２２】
また、前記前処理部７において、与える速度バイアス（時間によって変化するバイアスを含む）を前記速度測定装置の測定分解能によらず、任意に設定することもできる。この場合、速度バイアスの選択範囲の制限を無くして、任意の速度バイアスを与えて複数のシングルルック画像を生成して加算処理部８にて加算することで、分解能を劣化させることなくスペックル雑音を低減する。
【００２３】
図２は本発明の実施の形態２を示す。この場合、図１の実施の形態１の構成に加えてマルチルック処理部５を設け、加算処理部８の出力信号に対して図３の従来技術で述べたマルチルック処理を行って、さらにスペックル雑音を低減している。
【００２４】
なお、その他の構成は前述した実施の形態１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２５】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る合成開口レーダ画像処理装置の実施の形態１を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２を示すブロック図である。
【図３】従来の合成開口レーダ画像処理装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ アジマス参照関数生成部
２ レンジ圧縮部
３ コーナターニング部
４ アジマス圧縮部
５ マルチルック処理部
６ レンジ参照関数生成部
７ 前処理部
８ 加算処理部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機や人工衛星等の移動プラットホームに搭載して地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダの画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成開口レーダの信号データ（生データ）をレンジ圧縮及びアジマス圧縮した結果をそのまま映像化したものをシングルルック（single-look）画像と呼ぶが、この画像にはスペックル雑音（speckle noise）と呼ばれる輝度の揺らぎが顕著に現れる。
【０００３】
このため、従来の合成開口レーダの画像再生処理ではマルチルック（multi-look）と呼ぶ処理を施してスペックル雑音を低減している。マルチルック処理には次の二つの方法がある。
(1) 合成開口長をＮ区分（Ｎは２以上の任意の整数）に分け、区分ごとに相関処理を施して画像を作成し、それらを加え合わせる。合成開口長の区分けは周波数領域で分ける。
(2) 隣接するＮ個（Ｎは２以上の任意の整数）の空間分解能のパワーの平均値を求め、それをそのＮ個のセルのパワーとする。
いずれの場合においても、１空間分解能の面積は元画像のＮ倍となる。
【０００４】
図３は従来の合成開口レーダ画像処理装置を表したものである。１は合成開口レーダが搭載された移動プラットホーム（例えば、航空機や人工衛星等の飛行プラットホーム）の測定速度よりアジマス圧縮のためのアジマス参照関数を生成するアジマス参照関数生成部、２は生データ（合成開口レーダの信号データ）に対してレンジ圧縮を行うレンジ圧縮部、３はアジマス圧縮を効率化するためのデータ並び換えを行うコーナターニング部、４はアジマス圧縮を行うアジマス圧縮部、５はマルチルック処理を行うマルチルック処理部、６はレンジ圧縮のためのレンジ参照関数を生成するレンジ参照関数生成部である。
【０００５】
次に、図３の画像処理装置の動作を説明する。合成開口レーダは、移動プラットホームに設けられており、観測領域に対して電波を送信するとともに、前記観測領域からのエコーを受信（増幅、復調）して一連の受信信号列を生成する送受信手段を有しており、前記一連の受信信号列がレンジ圧縮部２に生データとして入力される。レンジ圧縮部２はＦＦＴ（高速フーリエ変換）及びＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）処理機能を具備し、前記生データをＦＦＴ処理後、レンジ参照関数生成部６で生成されたレンジ参照関数を用いてレンジ圧縮（レンジ方向のパルス圧縮）のための演算処理を行い、さらにＩＦＦＴ処理を行う。
【０００６】
コーナターニング部３ではレンジ圧縮部２の出力信号を受け、アジマス圧縮を効率化するためのデータ並び換えを行ってアジマス圧縮部４に出力する。
【０００７】
アジマス圧縮部４はＦＦＴ及びＩＦＦＴ処理機能を具備し、前記コーナターニング部３の出力信号をＦＦＴ処理後、アジマス参照関数生成部１で生成されたアジマス参照関数を用いてアジマス圧縮のための演算処理を行い、さらにＩＦＦＴ処理を行う。
【０００８】
マルチルック処理部５はアジマス圧縮部４の出力信号（シングルルック画像）に対して上述したマルチルック処理を行い、スペックル雑音を低減した画像を生成する。
【０００９】
上記図３の画像処理フローを記載したものとして下記非特許文献１がある。
【非特許文献１】「地球環境計測」１４１頁〜１５２頁、岡本謙一 編著、平成１１年１０月２５日第１版第１刷、株式会社オーム社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上に述べた従来のスペックル雑音低減法であるマルチルック処理の問題点は、１空間分解能の面積は元画像のＮ倍となる、つまり画像の分解能が劣化することである。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑み、画像の分解能を劣化させることなく、あるいは従来よりも劣化の程度を小さくして合成開口レーダ画像のスペックル雑音低減を実現可能な合成開口レーダ画像処理装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る合成開口レーダ画像処理装置は、レンジ参照関数を用いて合成開口レーダの信号データをレンジ圧縮するレンジ圧縮部と、アジマス参照関数を用いてレンジ圧縮後の信号データをアジマス圧縮するアジマス圧縮部とを有する構成において、
合成開口レーダの搭載された移動プラットホームの測定速度に対して、異なる速度バイアスを与えた複数の速度データから、複数のアジマス参照関数を生成するアジマス圧縮参照関数生成部と、加算処理部とを備え、
前記複数のアジマス参照関数を用いて前記アジマス圧縮部でアジマス圧縮した複数の画像信号データを前記加算処理部で加算することを特徴としている。
【００１４】
前記合成開口レーダ画像処理装置において、前記加算処理部の加算データに対してマルチルック処理を行うマルチルック処理部を更に備える構成でもよい。
【００１５】
また、前記速度バイアスが時間によって変化するものであってもよい。
【００１６】
さらに、前記速度バイアスが前記移動プラットホームの速度を測定する速度測定装置の測定分解能未満の値であるとよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る合成開口レーダ画像処理装置によれば、シングルルック画像を得る段階で画像生成に使用する移動プラットホームの測定速度に対して速度バイアス（時間によって変化するバイアスを含む）を与えて画像を複数生成し、これらを加算することで、分解能を劣化させることなく合成開口レーダ画像のスペックル雑音低減を実現することができる。また、マルチルック処理と組み合わせることで、従来のものよりスペックル雑音を効果的に低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、合成開口レーダ画像処理装置の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る合成開口レーダ画像処理装置の実施の形態１を示し、レンジ圧縮部２、コーナターニング部３、アジマス圧縮部４、レンジ参照関数生成部６の構成は図３の従来装置と同様である。
【００２０】
この実施の形態１では、合成開口レーダの搭載された移動プラットホーム（例えば、航空機や人工衛星等の飛行プラットホーム）の測定速度に対して、異なる速度バイアスを与えて複数の速度データを得るための前処理部７が設けられている。そして、前処理部７で作成された複数の異なる速度データから、アジマス参照関数生成部１にて複数のアジマス参照関数を生成してアジマス圧縮部４にそれぞれ出力するようになっている。アジマス圧縮部４は速度バイアス付与による異なる速度データに対応したアジマス参照関数毎にアジマス圧縮信号（シングルルック画像）を出力し、それらが加算処理部８に入力され、ここで加算処理され、これにより画像の分解能を劣化させることなくスペックル雑音を低減した画像生成を行っている。
【００２１】
本実施の形態１では、合成開口レーダ画像生成において、シングルルック画像の段階で画像生成に使用する移動プラットホームの速度測定装置の測定分解能をスペックル雑音低減に利用することができる。前記速度測定装置の測定分解能から、速度データの測定誤差範囲が±αｍ／ｓ未満（αは任意の数）と見積ることができる場合、つまり出力された速度に±αｍ／ｓ未満の誤差が含まれるとすると、その測定誤差範囲内の速度バイアス（時間によって変化するバイアスを含む）を前記前処理部７にて複数個与えることにより、複数のシングルルック画像が生成できる。このようにして生成した複数の画像をマルチルック処理のように加算処理部８にて加算することで、分解能を劣化させることなくスペックル雑音を低減することが可能である。このとき、前記速度バイアスが移動プラットホームの速度を測定する速度測定装置の測定分解能未満の値であるため、速度バイアスによる精度低下は生じないと考えてよい。
【００２２】
また、前記前処理部７において、与える速度バイアス（時間によって変化するバイアスを含む）を前記速度測定装置の測定分解能によらず、任意に設定することもできる。この場合、速度バイアスの選択範囲の制限を無くして、任意の速度バイアスを与えて複数のシングルルック画像を生成して加算処理部８にて加算することで、分解能を劣化させることなくスペックル雑音を低減する。
【００２３】
図２は本発明の実施の形態２を示す。この場合、図１の実施の形態１の構成に加えてマルチルック処理部５を設け、加算処理部８の出力信号に対して図３の従来技術で述べたマルチルック処理を行って、さらにスペックル雑音を低減している。
【００２４】
なお、その他の構成は前述した実施の形態１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２５】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る合成開口レーダ画像処理装置の実施の形態１を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２を示すブロック図である。
【図３】従来の合成開口レーダ画像処理装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ アジマス参照関数生成部
２ レンジ圧縮部
３ コーナターニング部
４ アジマス圧縮部
５ マルチルック処理部
６ レンジ参照関数生成部
７ 前処理部
８ 加算処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンジ参照関数を用いて合成開口レーダの信号データをレンジ圧縮するレンジ圧縮部と、アジマス参照関数を用いてレンジ圧縮後の信号データをアジマス圧縮するアジマス圧縮部とを有する合成開口レーダ画像処理装置において、
合成開口レーダの搭載された移動プラットホームの測定速度に対して、異なる速度バイアスを与えた複数の速度データから、複数のアジマス参照関数を生成するアジマス参照関数生成部と、加算処理部とを備え、
前記複数のアジマス参照関数を用いて前記アジマス圧縮部でアジマス圧縮した複数の画像信号データを前記加算処理部で加算することを特徴とする合成開口レーダ画像処理装置。
【請求項２】
前記加算処理部の加算データに対してマルチルック処理を行うマルチルック処理部を更に備える請求項１記載の合成開口レーダ画像処理装置。
【請求項３】
前記速度バイアスが時間によって変化するものである請求項１又は２記載の合成開口レーダ画像処理装置。
【請求項４】
前記速度バイアスが前記移動プラットホームの速度を測定する速度測定装置の測定分解能未満の値である請求項１，２又は３記載の合成開口レーダ画像処理装置。
【請求項１】
レンジ参照関数を用いて合成開口レーダの信号データをレンジ圧縮するレンジ圧縮部と、アジマス参照関数を用いてレンジ圧縮後の信号データをアジマス圧縮するアジマス圧縮部とを有する合成開口レーダ画像処理装置において、
合成開口レーダの搭載された移動プラットホームの測定速度に対して、異なる速度バイアスを与えた複数の速度データから、複数のアジマス参照関数を生成するアジマス参照関数生成部と、加算処理部とを備え、
前記複数のアジマス参照関数を用いて前記アジマス圧縮部でアジマス圧縮した複数の画像信号データを前記加算処理部で加算することを特徴とする合成開口レーダ画像処理装置。
【請求項２】
前記加算処理部の加算データに対してマルチルック処理を行うマルチルック処理部を更に備える請求項１記載の合成開口レーダ画像処理装置。
【請求項３】
前記速度バイアスが時間によって変化するものである請求項１又は２記載の合成開口レーダ画像処理装置。
【請求項４】
前記速度バイアスが前記移動プラットホームの速度を測定する速度測定装置の測定分解能未満の値である請求項１，２又は３記載の合成開口レーダ画像処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２９９７９（Ｐ２００６−２９９７９Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０９１６５（Ｐ２００４−２０９１６５）
【出願日】平成１６年７月１５日（２００４．７．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１６年３月８日 社団法人電子情報通信学会発行の「ＥｉＣ電子情報通信学会２００４年総合大会講演論文集」に発表
【出願人】（３９００１４３０６）防衛庁技術研究本部長 (169)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１５日（２００４．７．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１６年３月８日 社団法人電子情報通信学会発行の「ＥｉＣ電子情報通信学会２００４年総合大会講演論文集」に発表
【出願人】（３９００１４３０６）防衛庁技術研究本部長 (169)
【Ｆターム（参考）】
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