画像処理装置及び監視システム及び画像処理方法及び画像処理プログラム
【課題】合成開口レーダの観測信号を迅速に画像化する。
【解決手段】画像処理装置２００は、例えば地上局１１０ａ等、地上の１つの地点や、例えば海上保安船１１０ｂ等、海上を移動する船舶に搭載される。それぞれの画像処理装置２００にて、受信部２０２は、衛星１０１に搭載された合成開口レーダから送信される電波が海面で反射した散乱波をアンテナ２０１により受信する。画像処理部２０３は、受信部２０２により受信された散乱波から海面のレーダ画像を生成する。物体抽出部２０４は、画像処理部２０３により生成されたレーダ画像を解析して海面に存在する船舶１０２を抽出する。送信部２０５は、画像処理部２０３により生成されたレーダ画像や物体抽出部２０４による船舶１０２の抽出結果を監視端末３００に送信する。
【解決手段】画像処理装置２００は、例えば地上局１１０ａ等、地上の１つの地点や、例えば海上保安船１１０ｂ等、海上を移動する船舶に搭載される。それぞれの画像処理装置２００にて、受信部２０２は、衛星１０１に搭載された合成開口レーダから送信される電波が海面で反射した散乱波をアンテナ２０１により受信する。画像処理部２０３は、受信部２０２により受信された散乱波から海面のレーダ画像を生成する。物体抽出部２０４は、画像処理部２０３により生成されたレーダ画像を解析して海面に存在する船舶１０２を抽出する。送信部２０５は、画像処理部２０３により生成されたレーダ画像や物体抽出部２０４による船舶１０２の抽出結果を監視端末３００に送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置及び監視システム及び画像処理方法及び画像処理プログラムに関するものである。本発明は、特に、バイスタティック合成開口レーダによる広域沿岸監視システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、海上を観測したＳＡＲ（合成開口レーダ）画像から、画像の輝度が一定の閾値以上のものを船舶として検出するものがあった（例えば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４３９８号公報
【特許文献２】特開２０００−６７４００号公報
【特許文献３】特開平１１−２８１７３９号公報
【特許文献４】特表平９−５０７５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
衛星搭載の合成開口レーダは昼夜問わずに観測可能なことから沿岸の不審船等の監視に最適なセンサである。しかしながら、衛星と地上局との間の通信速度が低いため、観測信号を地上局へ転送する際のデータ容量に制限があり、これが観測可能な領域の広さや分解能を制限する。また、観測→地上局へのデータ転送→地上における画像処理・解析→関係部署への情報通知というルートを経るため、センサにて得られた不審船等に関する情報が、その情報を必要とする部署へ通知されるまでに時間を要する。その時間は、場合によっては１日以上ということもあるため、合成開口レーダを広域沿岸監視システム等に十分に活用することが困難であった。
【０００５】
本発明は、例えば、合成開口レーダの観測信号を迅速に画像化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の態様に係る画像処理装置は、
飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナと、
前記飛行体に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を前記アンテナにより受信する受信部と、
前記受信部により受信された散乱波から前記観測対象領域のレーダ画像を生成する画像処理部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
前記飛行体は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかであり、
前記アンテナは、地球上の少なくとも１つの地点に設置されることを特徴とする。
【０００８】
前記飛行体は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかであり、
前記アンテナは、地球上を移動する少なくとも１つの移動体に搭載されることを特徴とする。
【０００９】
前記飛行体は、地球を周回する衛星であり、
前記アンテナは、地球上空を飛行する少なくとも１つの航空機に搭載されることを特徴とする。
【００１０】
前記画像処理装置は、さらに、前記画像処理部により生成されたレーダ画像を解析して前記観測対象領域に存在する特定の物体を抽出する物体抽出部を備えることを特徴とする。
【００１１】
前記観測対象領域は、海面を含み、
前記物体抽出部は、前記特定の物体として船舶を抽出することを特徴とする。
【００１２】
本発明の一の態様に係る監視システムは、
画像処理装置を複数備えるとともに、
それぞれの画像処理装置により生成されたレーダ画像を結合し、１つのレーダ画像として画面に表示する監視端末を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一の態様に係る画像処理方法は、
画像処理装置の受信部が、飛行体に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、前記飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナにより受信し、
前記画像処理装置の画像処理部が、前記受信部により受信された散乱波から前記観測対象領域のレーダ画像を生成することを特徴とする。
【００１４】
本発明の一の態様に係る画像処理プログラムは、
飛行体に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、前記飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナにより受信する受信処理と、
前記受信処理により受信された散乱波から前記観測対象領域のレーダ画像を生成する画像処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１５】
前記受信処理は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかに搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、地球上の少なくとも１つの地点に設置されるアンテナにより受信することを特徴とする。
【００１６】
前記受信処理は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかに搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、地球上を移動する少なくとも１つの移動体に搭載されるアンテナにより受信することを特徴とする。
【００１７】
前記受信処理は、地球を周回する衛星に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、地球上空を飛行する少なくとも１つの航空機に搭載されるアンテナにより受信することを特徴とする。
【００１８】
前記画像処理プログラムは、さらに、前記画像処理により生成されたレーダ画像を解析して前記観測対象領域に存在する特定の物体を抽出する物体抽出処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１９】
前記観測対象領域は、海面を含み、
前記物体抽出処理は、前記特定の物体として船舶を抽出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一の態様によれば、画像処理装置が、飛行体に搭載された合成開口レーダにより得られる散乱波を、飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナにより受信するため、合成開口レーダにより得られる散乱波を迅速に画像化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１に係る広域沿岸監視システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る画像処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る（ａ）画像処理装置の動作、（ｂ）監視端末の動作を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１に係るアンテナの高さと観測範囲との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００２３】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る広域沿岸監視システム１００（監視システムの一例）の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１において、広域沿岸監視システム１００は、多数の画像処理装置２００と、少なくとも１つの監視端末３００とを備える。
【００２５】
それぞれの画像処理装置２００は、アンテナ２０１を具備する。アンテナ２０１は、合成開口レーダが搭載された衛星１０１（飛行体の一例）の飛行高度より低い位置に設置される。具体的には、アンテナ２０１は、例えば地上局１１０ａ等、地上（地球上の一例）の１つの地点に設置される。アンテナ２０１は、地上に限らず、海上やその他の地球上の１つ以上の地点に設置されてもよい。また、アンテナ２０１は、例えば海上保安船１１０ｂ等、海上（地球上の一例）を移動する船舶（移動体の一例）に搭載される。アンテナ２０１は、海上を移動する船舶に限らず、地上を移動する車両等の移動体やその他の地球上を移動する１つ以上の移動体に搭載されてもよい。また、図示していないが、アンテナ２０１は、地球上空を飛行する航空機に搭載されてもよい。
【００２６】
それぞれの画像処理装置２００は、受信部２０２、画像処理部２０３、物体抽出部２０４、送信部２０５を備える。受信部２０２は、地球を周回する衛星１０１に搭載された合成開口レーダから送信される電波が海面（観測対象領域の一例）で反射した散乱波をアンテナ２０１により受信する。画像処理部２０３は、受信部２０２により受信された散乱波から海面のレーダ画像を生成する。物体抽出部２０４は、画像処理部２０３により生成されたレーダ画像を解析して海面に存在する船舶１０２（特定の物体の一例）を抽出する。送信部２０５は、画像処理部２０３により生成されたレーダ画像や物体抽出部２０４による船舶１０２の抽出結果を監視端末３００に送信する。
【００２７】
なお、本実施の形態では、画像処理装置２００全体がアンテナ２０１と同じ場所に設置されているが、アンテナ２０１及び受信部２０２を受信機として、画像処理装置２００のその他の部分（即ち、画像処理部２０３、物体抽出部２０４、送信部２０５を含む画像処理装置２００の本体）と別の場所に設置してもよい。このとき、１つの画像処理装置２００の本体に対して、複数の受信機を設置してもよい。例えば、海上保安船１１０ｂ等、海上を移動する複数の船舶に受信機を搭載し、地上局１１０ａ等、地上の少なくとも１つの地点に当該受信機と通信可能な画像処理装置２００の本体を設置してもよい。この場合、画像処理部２０３、物体抽出部２０４、送信部２０５の処理を少数箇所でまとめて行うことができるため、処理効率が向上する。また、受信機の設置数に対して、画像処理装置２００の本体の設置数を減らすことができるため、コストが削減できる。
【００２８】
また、本実施の形態では、受信部２０２が海面からの散乱波をアンテナ２０１により受信するが、受信部２０２が地表等、他の観測対象領域からの散乱波をアンテナ２０１により受信するようにしてもよい。受信部２０２が地表からの散乱波をアンテナ２０１により受信する場合、画像処理部２０３は、受信部２０２により受信された散乱波から地表のレーダ画像を生成する。そして、物体抽出部２０４は、画像処理部２０３により生成されたレーダ画像を解析して、例えば地表に存在する車両等の移動体（特定の物体の一例）を抽出する。送信部２０５は、画像処理部２０３により生成されたレーダ画像や物体抽出部２０４による移動体の抽出結果を監視端末３００に送信する。
【００２９】
監視端末３００は、例えば地上や海上（地球上の一例）に敷設されるセンター１２０に設置される。なお、監視端末３００は、それぞれの画像処理装置２００と同じ場所に設置されてもよい。よって、監視端末３００は、例えば地上局１１０ａや海上保安船１１０ｂに設置されてもよい。
【００３０】
監視端末３００は、受信部３０１、表示部３０２を備える。受信部３０１は、それぞれの画像処理装置２００の送信部２０５により送信されたレーダ画像や船舶１０２の抽出結果を受信する。表示部３０２は、受信部３０１により受信されたレーダ画像を結合し、１つのレーダ画像として画面に表示する。また、表示部３０２は、受信部３０１により受信された船舶１０２の抽出結果を画面に表示する。
【００３１】
図２は、画像処理装置２００のハードウェア構成の一例を示す図である。なお、監視端末３００のハードウェア構成についても、本例と同様のものを採用することができる。
【００３２】
図２において、画像処理装置２００は、コンピュータであり、ＬＣＤ９０１（Ｌｉｑｕｉｄ・Ｃｒｙｓｔａｌ・Ｄｉｓｐｌａｙ）、キーボード９０２（Ｋ／Ｂ）、マウス９０３、ＦＤＤ９０４（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ・Ｄｉｓｋ・Ｄｒｉｖｅ）、ＣＤＤ９０５（Ｃｏｍｐａｃｔ・Ｄｉｓｃ・Ｄｒｉｖｅ）、プリンタ９０６といったハードウェアデバイスを備えている。これらのハードウェアデバイスはケーブルや信号線で接続されている。ＬＣＤ９０１の代わりに、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ・Ｒａｙ・Ｔｕｂｅ）、あるいは、その他の表示装置が用いられてもよい。マウス９０３の代わりに、タッチパネル、タッチパッド、トラックボール、ペンタブレット、あるいは、その他のポインティングデバイスが用いられてもよい。
【００３３】
画像処理装置２００は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）を備えている。ＣＰＵ９１１は、処理装置の一例である。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３（Ｒｅａｄ・Ｏｎｌｙ・Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ９１４（Ｒａｎｄｏｍ・Ａｃｃｅｓｓ・Ｍｅｍｏｒｙ）、通信ボード９１５、ＬＣＤ９０１、キーボード９０２、マウス９０３、ＦＤＤ９０４、ＣＤＤ９０５、プリンタ９０６、ＨＤＤ９２０（Ｈａｒｄ・Ｄｉｓｋ・Ｄｒｉｖｅ）と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。ＨＤＤ９２０の代わりに、フラッシュメモリ、光ディスク装置、メモリカードリーダライタ又はその他の記憶媒体が用いられてもよい。
【００３４】
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、ＦＤＤ９０４、ＣＤＤ９０５、ＨＤＤ９２０は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶装置の一例である。通信ボード９１５、キーボード９０２、マウス９０３、ＦＤＤ９０４、ＣＤＤ９０５は、入力装置の一例である。また、通信ボード９１５、ＬＣＤ９０１、プリンタ９０６は、出力装置の一例である。
【００３５】
通信ボード９１５は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ・Ａｒｅａ・Ｎｅｔｗｏｒｋ）等に接続されている。通信ボード９１５は、ＬＡＮに限らず、ＩＰ−ＶＰＮ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ・Ｐｒｏｔｏｃｏｌ・Ｖｉｒｔｕａｌ・Ｐｒｉｖａｔｅ・Ｎｅｔｗｏｒｋ）、広域ＬＡＮ、ＡＴＭ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ・Ｔｒａｎｓｆｅｒ・Ｍｏｄｅ）ネットワークといったＷＡＮ（Ｗｉｄｅ・Ａｒｅａ・Ｎｅｔｗｏｒｋ）、あるいは、インターネットに接続されていても構わない。ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネットは、ネットワークの一例である。
【００３６】
ＨＤＤ９２０には、オペレーティングシステム９２１（ＯＳ）、ウィンドウシステム９２２、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１、オペレーティングシステム９２１、ウィンドウシステム９２２により実行される。プログラム群９２３には、本実施の形態の説明において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが含まれている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。ファイル群９２４には、本実施の形態の説明において、「〜データ」、「〜情報」、「〜ＩＤ（識別子）」、「〜フラグ」、「〜結果」として説明するデータや情報や信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」や「〜テーブル」の各項目として含まれている。「〜ファイル」や「〜データベース」や「〜テーブル」は、ＲＡＭ９１４やＨＤＤ９２０等の記憶媒体に記憶される。ＲＡＭ９１４やＨＤＤ９２０等の記憶媒体に記憶されたデータや情報や信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出、検索、参照、比較、演算、計算、制御、出力、印刷、表示といったＣＰＵ９１１の処理（動作）に用いられる。抽出、検索、参照、比較、演算、計算、制御、出力、印刷、表示といったＣＰＵ９１１の処理中、データや情報や信号値や変数値やパラメータは、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
【００３７】
本実施の形態の説明において用いるブロック図やフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示す。データや信号は、ＲＡＭ９１４等のメモリ、ＦＤＤ９０４のフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤＤ９０５のコンパクトディスク（ＣＤ）、ＨＤＤ９２０の磁気ディスク、光ディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ・Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ・Ｄｉｓｃ）、あるいは、その他の記録媒体に記録される。また、データや信号は、バス９１２、信号線、ケーブル、あるいは、その他の伝送媒体により伝送される。
【００３８】
本実施の形態の説明において「〜部」として説明するものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜工程」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。即ち、「〜部」として説明するものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。あるいは、「〜部」として説明するものは、ソフトウェアのみ、あるいは、素子、デバイス、基板、配線といったハードウェアのみで実現されていても構わない。あるいは、「〜部」として説明するものは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、あるいは、ソフトウェアとハードウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されていても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、磁気ディスク、光ディスク、ＤＶＤ等の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。即ち、プログラムは、本実施の形態の説明で述べる「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、プログラムは、本実施の形態の説明で述べる「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
【００３９】
図３（ａ）は、画像処理装置２００の動作（本実施の形態に係る画像処理方法、本実施の形態に係る画像処理プログラムの処理手順）を示すフローチャートである。
【００４０】
ステップＳ１０１（受信処理）において、受信部２０２は、衛星１０１に搭載された合成開口レーダから送信される電波が海面で反射した散乱波をアンテナ２０１により受信する。そして、受信部２０２は、受信した散乱波のデータを画像処理部２０３に渡す。
【００４１】
ステップＳ１０２（画像処理）において、画像処理部２０３は、ステップＳ１０１で渡された散乱波のデータに対し、レンジ圧縮及びアジマス圧縮処理を処理装置（例えば、ＣＰＵ９１１）により実行してＳＬＣ（Ｓｉｎｇｌｅ・Ｌｏｏｋ・Ｃｏｍｐｌｅｘ）を生成する。即ち、画像処理部２０３は、海面からの散乱波から海面のレーダ画像を生成する。
【００４２】
ステップＳ１０３（物体抽出処理）において、物体抽出部２０４は、例えば記憶装置（例えば、ＨＤＤ９２０）に予め格納されている閾値を読み出す。この閾値は、レーダ画像の輝度値の閾値であり、海面のレーダ画像から船舶１０２を検出するためのものである。物体抽出部２０４は、ステップＳ１０２で生成されたレーダ画像を処理装置により解析して、読み出した閾値以上の輝度値をもつ部分を抽出する。そして、物体抽出部２０４は、抽出した部分が海面に存在する船舶１０２であると判断する。
【００４３】
物体抽出部２０４は、さらに、レーダ画像から抽出した船舶１０２が不審船であるか否かを判断してもよい。この場合、例えば海上を移動する船舶の大きさ、形状、移動ルート（時刻と位置との組み合わせ）といった、個別の船舶に関する情報を記憶装置に予め格納しておく。物体抽出部２０４は、レーダ画像から抽出した船舶１０２に関する情報を検索し、当該情報が記憶装置に格納されていない場合、その船舶１０２が不審船であると処理装置により判断する。あるいは、物体抽出部２０４は、ＡＩＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ・Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ・Ｓｙｓｔｅｍ）の信号を送信していない船舶１０２を不審船であると判断してもよい。
【００４４】
ステップＳ１０４（送信処理）において、送信部２０５は、ステップＳ１０３で生成されたレーダ画像やステップＳ１０３における船舶１０２の抽出結果を、ネットワーク等を介して監視端末３００に送信する。
【００４５】
図３（ｂ）は、監視端末３００の動作（本実施の形態に係る監視方法、本実施の形態に係る監視プログラムの処理手順）を示すフローチャートである。
【００４６】
ステップＳ２０１（受信処理）において、受信部３０１は、それぞれの画像処理装置２００から、ネットワーク等を介してレーダ画像や船舶１０２の抽出結果を受信する。
【００４７】
ステップＳ２０２（表示処理）において、表示部３０２は、ステップＳ２０１で受信されたレーダ画像を処理装置（例えば、ＣＰＵ）により結合し、１つのレーダ画像として出力装置により画面に表示する。また、表示部３０２は、ステップＳ２０１で受信された船舶１０２の抽出結果に基づき、レーダ画像上で船舶１０２を強調表示したり、警告音や警告メッセージを出力装置（例えば、ＬＣＤやスピーカ）により出力したりする。
【００４８】
上記のように、本実施の形態では、衛星１０１に搭載されたレーダアンテナ（送信アンテナ）から発射された電波は海面（あるいは、地表）で散乱され、地上（例えば、地上局１１０ａ）や船舶（例えば、海上保安船１１０ｂ）に設置された画像処理装置２００のアンテナ２０１（受信アンテナ）に到達する。画像処理装置２００では、アンテナ２０１の後段に、受信電波を画像化する画像処理部２０３、及び、船舶１０２等の特定物体を抽出する物体抽出部２０４が備えられている。そのため、受信した範囲の海上（あるいは、地表）の画像や特定物体抽出結果が得られる。それぞれの画像処理装置２００にて得られた画像や特定物体抽出結果は、例えば、その最寄の海上（例えば、海上保安船１１０ｂ）や地域（例えば、地上局１１０ａ）で即時利用される。また、センター１２０に集約され、総合的な状況監視や判断（偵察機や戦艦を派遣する等）に利用される。このように、レーダ散乱波の受信用のアンテナ２０１を含む画像処理装置２００を地上（例えば、地上局１１０ａ）や船舶（例えば、海上保安船１１０ｂ）にも設置することで、衛星１０１からのデータ伝送を不要とし、広範囲・高分解能・迅速な沿岸監視が可能となる。
【００４９】
ここで、従来技術と本実施の形態とを対比する。
【００５０】
従来、地上レーダによる観測を行う技術（以下、「従来技術１」という）では、地上レーダが、（１）電波を送信し、（２）海面からの散乱波を受信し、（３）観測データを画像化し、（４）画像解析（不審船抽出等）を行っていた。また、従来、衛星ＳＡＲによる観測を行う技術（以下、「従来技術２」という）では、衛星ＳＡＲが、（１）電波を送信し、（２）海面からの散乱波を受信し、（３）観測データを地上局に伝送していた。そして、地上局が、（４）観測データを受信し、（５）観測データを画像化し、（６）画像解析（不審船抽出等）を行っていた。これに対し、本実施の形態では、図１に示したように、衛星１０１に搭載された合成開口レーダが、（１）電波を送信すると、地上局１１０ａや海上保安船１１０ｂ等に設置された画像処理装置２００が、（２）海面からの散乱波を受信し、（３）観測データを画像化し、（４）画像解析（不審船抽出等）を行う。
【００５１】
分解能に関し、従来技術１では、電波発射方向はパルス圧縮技術により分解能を向上させることができるが、電波走査方向（アジマス方向）の分解能は上がらない。これに対し、従来技術２及び本実施の形態では、電波発射方向はパルス圧縮技術により分解能を向上させることができ、さらに、移動プラットフォーム（即ち、衛星１０１）にレーダを搭載し、移動しながら電波を照射するため、合成開口技術によりプラットフォームの移動方向（アジマス方向）の分解能も飛躍的に向上させることができる。
【００５２】
観測範囲に関し、従来技術１では、地上レーダからみた地平線・水平線よりも向こう側を観測できない。通常の観測範囲（半径）は数１０ｋｍ（キロメートル）である。従来技術２では、衛星搭載ＳＡＲは高度が高いため、非常に広範囲を見渡すことができる（約３０００ｋｍ）。しかしながら、衛星搭載ＳＡＲは電波を送信する間は散乱波を受信できないため、観測時間に制限があり、実際にはレンジ方向で１００ｋｍ程度しか観測できない。これに対し、本実施の形態では、画像処理装置２００（あるいは、その一部である受信機）の設置数や設置範囲を調整することで、任意の広さの範囲を観測できる。
【００５３】
図４は、アンテナ２０１の高さ（画像処理装置２００又は受信機の設置箇所の高さ）と観測範囲（観測可能半径）との関係を示すグラフである。
【００５４】
図４に示すように、画像処理装置２００の設置箇所を地上や船舶に限定すると、地上レーダと同様に観測範囲は数１０ｋｍに制限されるが、画像処理装置２００を複数設置すれば、その設置数に応じて観測範囲を拡大することができる。また、画像処理装置２００を航空機へ搭載することを想定すると、観測範囲は数１００ｋｍまで広がるため、地上や船舶に設置する画像処理装置２００と組み合わせて使用すれば、非常に広範囲を観測できるようになる。このため、本実施の形態では、衛星１０１に搭載されたレーダアンテナが、従来（幅１００ｋｍ）よりも広い範囲（例えば、幅１０００ｋｍ）をカバーするように電波を発射してもよい（このとき、レーダアンテナを小さくすることができる）。この場合、当該範囲からの散乱波を受信できるように、画像処理装置２００（あるいは、その一部である受信機）の設置数や設置範囲を調整すればよい。例えば、従来技術２では、１回の観測で日本海全体をカバーすることはできなかったが、本実施の形態では、日本海全体に対して迅速かつ網羅的な船舶監視が可能となる。
【００５５】
即時性に関し、従来技術１では、地上レーダが電波を送信してから散乱波を受信後、ただちに画像化可能であるため、極めて即時性に優れている。従来技術２では、衛星搭載ＳＡＲが観測を行ってから画像出力までには数時間を要する。これに対し、本実施の形態では、散乱波を受信する受信機が画像処理装置２００に一体化されているか、あるいは、受信機と画像処理装置２００の本体との間の通信速度が比較的速いため、従来技術１の地上レーダ並みの即時的な画像化が可能となる。
【００５６】
ここで、日本列島を観測対象としたときの衛星ＳＡＲのタイムラインを見積もった例を示す。
【００５７】
従来技術２では、（１）観測：約４分、（２）一周回：約９０分、（３）衛星から地上へのデータ伝送：約４分、（４）画像化：約５分となり、合計が約１０３分である。
【００５８】
具体的には、（１）について、日本列島＝約１８００ｋｍ、衛星飛行速度＝約７．７ｋｍ／秒とすると、観測所要時間＝１８００［ｋｍ］／７．７［ｋｍ／秒］＝約４分が求まる。（２）について、極軌道の衛星（衛星「だいち」を想定）の一周回＝約９０分である。（３）について、１秒あたりの観測データ量（衛星「だいち」を想定）＝約３０ＭＢ（メガバイト）とすると、４分で約７ＧＢ（ギガバイト）の観測データ量となる。そして、衛星から地上へのデータ伝送レート（衛星「だいち」から中継衛星を使用して伝送する場合）＝約２４０Ｍｂｐｓ（１秒あたり２４０メガビット）＝約３０ＭＢ／秒とすると、４分の観測データに対して、約４分の伝送時間かかる。（４）について、１画像あたりの（観測の）長さ＝約８秒分（約６０ｋｍ）とすると、４分の観測に対して約３０画像となる。そして、１画像あたりの処理時間＝約５分とすると、４分の観測に対して約２．５時間かかる。しかし、計算機を３０台並列すれば５分で済むので、約５分とする。なお、中継衛星の位置によっては（２）が３０分程度となり得る。
【００５９】
衛星「だいち」には「直接ダウンリンクモード」というモードがある。これは、観測しながら地上へデータを伝送できるモードである。このモードを使用した場合、（１’）観測及び衛星から地上へのデータ伝送：約４分、（２’）画像化：約５分となり、合計が約９分となる。つまり、「直接ダウンリンクモード」を使用しない場合の（２）がなくなり、（１）と（３）が同時に実施されるため、画像が作成されるのにかかる時間が短くなる。
【００６０】
しかしながら、「直接ダウンリンクモード」の場合、現在の技術では「観測しながら地上へ伝送する」ことによる電力、その他のＨ／Ｗ（ハードウェア）上の制約により、衛星から地上へのデータ伝送レートは、「直接ダウンリンクモード」を使用しない場合の半分となる。そのため、衛星から地上へのデータ伝送レート（衛星「だいち」の場合）＝約１２０Ｍｂｐｓ（１秒あたり１２０メガビット）＝約１５ＭＢ／秒となり、４分で半分の約３．５ＧＢの観測データしか伝送できない。よって、約３．５ＧＢ分しか観測できない。
【００６１】
このように、「直接ダウンリンクモード」では、観測データの分解能を犠牲にするか（画質が悪くなる）、もしくは、観測時間を犠牲にする（観測長が短くなる）といった課題がある。衛星「だいち」の「直接ダウンリンクモード」は、分解能が悪くなるように運用される。実際には分解能が悪くなることは嫌われ、「直接ダウンリンクモード」の運用はほとんど行われない。
【００６２】
本実施の形態では、衛星から地上へのデータ伝送が不要となるため、伝送レートの高低による分解能や観測長の制限がない。よって、（１”）画像化：約５分のみとなり、合計が約５分となる。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、合成開口レーダにより得られる散乱波を迅速に画像化することが可能となる。
【００６４】
実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
【００６５】
本実施の形態では、合成開口レーダが、地球を周回する衛星１０１ではなく、地球上空を飛行する航空機（飛行体の一例）に搭載されている。そのため、画像処理装置２００の受信部２０２は、航空機に搭載された合成開口レーダから送信される電波が海面（観測対象領域の一例）で反射した散乱波をアンテナ２０１により受信する。広域沿岸監視システム１００の構成については、図１に示した実施の形態１のものと同様である。
【００６６】
本実施の形態においても、画像処理装置２００、特にアンテナ２０１は、合成開口レーダが搭載された航空機の飛行高度より低い位置に設置される。具体的には、アンテナ２０１は、例えば地上局１１０ａ等、地球上の１つ以上の地点に設置される。また、アンテナ２０１は、例えば海上保安船１１０ｂ等、地球上を移動する１つ以上の移動体に搭載される。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらのうち、２つ以上の実施の形態を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらのうち、１つの実施の形態を部分的に実施しても構わない。あるいは、これらのうち、２つ以上の実施の形態を部分的に組み合わせて実施しても構わない。
【符号の説明】
【００６８】
１００ 広域沿岸監視システム、１０１ 衛星、１０２ 船舶、１１０ａ 地上局、１１０ｂ 海上保安船、１２０ センター、２００ 画像処理装置、２０１ アンテナ、２０２ 受信部、２０３ 画像処理部、２０４ 物体抽出部、２０５ 送信部、３００ 監視端末、３０１ 受信部、３０２ 表示部、９０１ ＬＣＤ、９０２ キーボード、９０３ マウス、９０４ ＦＤＤ、９０５ ＣＤＤ、９０６ プリンタ、９１１ ＣＰＵ、９１２ バス、９１３ ＲＯＭ、９１４ ＲＡＭ、９１５ 通信ボード、９２０ ＨＤＤ、９２１ オペレーティングシステム、９２２ ウィンドウシステム、９２３ プログラム群、９２４ ファイル群。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置及び監視システム及び画像処理方法及び画像処理プログラムに関するものである。本発明は、特に、バイスタティック合成開口レーダによる広域沿岸監視システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、海上を観測したＳＡＲ（合成開口レーダ）画像から、画像の輝度が一定の閾値以上のものを船舶として検出するものがあった（例えば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４３９８号公報
【特許文献２】特開２０００−６７４００号公報
【特許文献３】特開平１１−２８１７３９号公報
【特許文献４】特表平９−５０７５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
衛星搭載の合成開口レーダは昼夜問わずに観測可能なことから沿岸の不審船等の監視に最適なセンサである。しかしながら、衛星と地上局との間の通信速度が低いため、観測信号を地上局へ転送する際のデータ容量に制限があり、これが観測可能な領域の広さや分解能を制限する。また、観測→地上局へのデータ転送→地上における画像処理・解析→関係部署への情報通知というルートを経るため、センサにて得られた不審船等に関する情報が、その情報を必要とする部署へ通知されるまでに時間を要する。その時間は、場合によっては１日以上ということもあるため、合成開口レーダを広域沿岸監視システム等に十分に活用することが困難であった。
【０００５】
本発明は、例えば、合成開口レーダの観測信号を迅速に画像化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の態様に係る画像処理装置は、
飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナと、
前記飛行体に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を前記アンテナにより受信する受信部と、
前記受信部により受信された散乱波から前記観測対象領域のレーダ画像を生成する画像処理部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
前記飛行体は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかであり、
前記アンテナは、地球上の少なくとも１つの地点に設置されることを特徴とする。
【０００８】
前記飛行体は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかであり、
前記アンテナは、地球上を移動する少なくとも１つの移動体に搭載されることを特徴とする。
【０００９】
前記飛行体は、地球を周回する衛星であり、
前記アンテナは、地球上空を飛行する少なくとも１つの航空機に搭載されることを特徴とする。
【００１０】
前記画像処理装置は、さらに、前記画像処理部により生成されたレーダ画像を解析して前記観測対象領域に存在する特定の物体を抽出する物体抽出部を備えることを特徴とする。
【００１１】
前記観測対象領域は、海面を含み、
前記物体抽出部は、前記特定の物体として船舶を抽出することを特徴とする。
【００１２】
本発明の一の態様に係る監視システムは、
画像処理装置を複数備えるとともに、
それぞれの画像処理装置により生成されたレーダ画像を結合し、１つのレーダ画像として画面に表示する監視端末を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一の態様に係る画像処理方法は、
画像処理装置の受信部が、飛行体に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、前記飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナにより受信し、
前記画像処理装置の画像処理部が、前記受信部により受信された散乱波から前記観測対象領域のレーダ画像を生成することを特徴とする。
【００１４】
本発明の一の態様に係る画像処理プログラムは、
飛行体に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、前記飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナにより受信する受信処理と、
前記受信処理により受信された散乱波から前記観測対象領域のレーダ画像を生成する画像処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１５】
前記受信処理は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかに搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、地球上の少なくとも１つの地点に設置されるアンテナにより受信することを特徴とする。
【００１６】
前記受信処理は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかに搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、地球上を移動する少なくとも１つの移動体に搭載されるアンテナにより受信することを特徴とする。
【００１７】
前記受信処理は、地球を周回する衛星に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、地球上空を飛行する少なくとも１つの航空機に搭載されるアンテナにより受信することを特徴とする。
【００１８】
前記画像処理プログラムは、さらに、前記画像処理により生成されたレーダ画像を解析して前記観測対象領域に存在する特定の物体を抽出する物体抽出処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１９】
前記観測対象領域は、海面を含み、
前記物体抽出処理は、前記特定の物体として船舶を抽出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一の態様によれば、画像処理装置が、飛行体に搭載された合成開口レーダにより得られる散乱波を、飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナにより受信するため、合成開口レーダにより得られる散乱波を迅速に画像化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１に係る広域沿岸監視システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る画像処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る（ａ）画像処理装置の動作、（ｂ）監視端末の動作を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１に係るアンテナの高さと観測範囲との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００２３】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る広域沿岸監視システム１００（監視システムの一例）の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１において、広域沿岸監視システム１００は、多数の画像処理装置２００と、少なくとも１つの監視端末３００とを備える。
【００２５】
それぞれの画像処理装置２００は、アンテナ２０１を具備する。アンテナ２０１は、合成開口レーダが搭載された衛星１０１（飛行体の一例）の飛行高度より低い位置に設置される。具体的には、アンテナ２０１は、例えば地上局１１０ａ等、地上（地球上の一例）の１つの地点に設置される。アンテナ２０１は、地上に限らず、海上やその他の地球上の１つ以上の地点に設置されてもよい。また、アンテナ２０１は、例えば海上保安船１１０ｂ等、海上（地球上の一例）を移動する船舶（移動体の一例）に搭載される。アンテナ２０１は、海上を移動する船舶に限らず、地上を移動する車両等の移動体やその他の地球上を移動する１つ以上の移動体に搭載されてもよい。また、図示していないが、アンテナ２０１は、地球上空を飛行する航空機に搭載されてもよい。
【００２６】
それぞれの画像処理装置２００は、受信部２０２、画像処理部２０３、物体抽出部２０４、送信部２０５を備える。受信部２０２は、地球を周回する衛星１０１に搭載された合成開口レーダから送信される電波が海面（観測対象領域の一例）で反射した散乱波をアンテナ２０１により受信する。画像処理部２０３は、受信部２０２により受信された散乱波から海面のレーダ画像を生成する。物体抽出部２０４は、画像処理部２０３により生成されたレーダ画像を解析して海面に存在する船舶１０２（特定の物体の一例）を抽出する。送信部２０５は、画像処理部２０３により生成されたレーダ画像や物体抽出部２０４による船舶１０２の抽出結果を監視端末３００に送信する。
【００２７】
なお、本実施の形態では、画像処理装置２００全体がアンテナ２０１と同じ場所に設置されているが、アンテナ２０１及び受信部２０２を受信機として、画像処理装置２００のその他の部分（即ち、画像処理部２０３、物体抽出部２０４、送信部２０５を含む画像処理装置２００の本体）と別の場所に設置してもよい。このとき、１つの画像処理装置２００の本体に対して、複数の受信機を設置してもよい。例えば、海上保安船１１０ｂ等、海上を移動する複数の船舶に受信機を搭載し、地上局１１０ａ等、地上の少なくとも１つの地点に当該受信機と通信可能な画像処理装置２００の本体を設置してもよい。この場合、画像処理部２０３、物体抽出部２０４、送信部２０５の処理を少数箇所でまとめて行うことができるため、処理効率が向上する。また、受信機の設置数に対して、画像処理装置２００の本体の設置数を減らすことができるため、コストが削減できる。
【００２８】
また、本実施の形態では、受信部２０２が海面からの散乱波をアンテナ２０１により受信するが、受信部２０２が地表等、他の観測対象領域からの散乱波をアンテナ２０１により受信するようにしてもよい。受信部２０２が地表からの散乱波をアンテナ２０１により受信する場合、画像処理部２０３は、受信部２０２により受信された散乱波から地表のレーダ画像を生成する。そして、物体抽出部２０４は、画像処理部２０３により生成されたレーダ画像を解析して、例えば地表に存在する車両等の移動体（特定の物体の一例）を抽出する。送信部２０５は、画像処理部２０３により生成されたレーダ画像や物体抽出部２０４による移動体の抽出結果を監視端末３００に送信する。
【００２９】
監視端末３００は、例えば地上や海上（地球上の一例）に敷設されるセンター１２０に設置される。なお、監視端末３００は、それぞれの画像処理装置２００と同じ場所に設置されてもよい。よって、監視端末３００は、例えば地上局１１０ａや海上保安船１１０ｂに設置されてもよい。
【００３０】
監視端末３００は、受信部３０１、表示部３０２を備える。受信部３０１は、それぞれの画像処理装置２００の送信部２０５により送信されたレーダ画像や船舶１０２の抽出結果を受信する。表示部３０２は、受信部３０１により受信されたレーダ画像を結合し、１つのレーダ画像として画面に表示する。また、表示部３０２は、受信部３０１により受信された船舶１０２の抽出結果を画面に表示する。
【００３１】
図２は、画像処理装置２００のハードウェア構成の一例を示す図である。なお、監視端末３００のハードウェア構成についても、本例と同様のものを採用することができる。
【００３２】
図２において、画像処理装置２００は、コンピュータであり、ＬＣＤ９０１（Ｌｉｑｕｉｄ・Ｃｒｙｓｔａｌ・Ｄｉｓｐｌａｙ）、キーボード９０２（Ｋ／Ｂ）、マウス９０３、ＦＤＤ９０４（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ・Ｄｉｓｋ・Ｄｒｉｖｅ）、ＣＤＤ９０５（Ｃｏｍｐａｃｔ・Ｄｉｓｃ・Ｄｒｉｖｅ）、プリンタ９０６といったハードウェアデバイスを備えている。これらのハードウェアデバイスはケーブルや信号線で接続されている。ＬＣＤ９０１の代わりに、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ・Ｒａｙ・Ｔｕｂｅ）、あるいは、その他の表示装置が用いられてもよい。マウス９０３の代わりに、タッチパネル、タッチパッド、トラックボール、ペンタブレット、あるいは、その他のポインティングデバイスが用いられてもよい。
【００３３】
画像処理装置２００は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）を備えている。ＣＰＵ９１１は、処理装置の一例である。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３（Ｒｅａｄ・Ｏｎｌｙ・Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ９１４（Ｒａｎｄｏｍ・Ａｃｃｅｓｓ・Ｍｅｍｏｒｙ）、通信ボード９１５、ＬＣＤ９０１、キーボード９０２、マウス９０３、ＦＤＤ９０４、ＣＤＤ９０５、プリンタ９０６、ＨＤＤ９２０（Ｈａｒｄ・Ｄｉｓｋ・Ｄｒｉｖｅ）と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。ＨＤＤ９２０の代わりに、フラッシュメモリ、光ディスク装置、メモリカードリーダライタ又はその他の記憶媒体が用いられてもよい。
【００３４】
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、ＦＤＤ９０４、ＣＤＤ９０５、ＨＤＤ９２０は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶装置の一例である。通信ボード９１５、キーボード９０２、マウス９０３、ＦＤＤ９０４、ＣＤＤ９０５は、入力装置の一例である。また、通信ボード９１５、ＬＣＤ９０１、プリンタ９０６は、出力装置の一例である。
【００３５】
通信ボード９１５は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ・Ａｒｅａ・Ｎｅｔｗｏｒｋ）等に接続されている。通信ボード９１５は、ＬＡＮに限らず、ＩＰ−ＶＰＮ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ・Ｐｒｏｔｏｃｏｌ・Ｖｉｒｔｕａｌ・Ｐｒｉｖａｔｅ・Ｎｅｔｗｏｒｋ）、広域ＬＡＮ、ＡＴＭ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ・Ｔｒａｎｓｆｅｒ・Ｍｏｄｅ）ネットワークといったＷＡＮ（Ｗｉｄｅ・Ａｒｅａ・Ｎｅｔｗｏｒｋ）、あるいは、インターネットに接続されていても構わない。ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネットは、ネットワークの一例である。
【００３６】
ＨＤＤ９２０には、オペレーティングシステム９２１（ＯＳ）、ウィンドウシステム９２２、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１、オペレーティングシステム９２１、ウィンドウシステム９２２により実行される。プログラム群９２３には、本実施の形態の説明において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが含まれている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。ファイル群９２４には、本実施の形態の説明において、「〜データ」、「〜情報」、「〜ＩＤ（識別子）」、「〜フラグ」、「〜結果」として説明するデータや情報や信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」や「〜テーブル」の各項目として含まれている。「〜ファイル」や「〜データベース」や「〜テーブル」は、ＲＡＭ９１４やＨＤＤ９２０等の記憶媒体に記憶される。ＲＡＭ９１４やＨＤＤ９２０等の記憶媒体に記憶されたデータや情報や信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出、検索、参照、比較、演算、計算、制御、出力、印刷、表示といったＣＰＵ９１１の処理（動作）に用いられる。抽出、検索、参照、比較、演算、計算、制御、出力、印刷、表示といったＣＰＵ９１１の処理中、データや情報や信号値や変数値やパラメータは、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
【００３７】
本実施の形態の説明において用いるブロック図やフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示す。データや信号は、ＲＡＭ９１４等のメモリ、ＦＤＤ９０４のフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤＤ９０５のコンパクトディスク（ＣＤ）、ＨＤＤ９２０の磁気ディスク、光ディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ・Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ・Ｄｉｓｃ）、あるいは、その他の記録媒体に記録される。また、データや信号は、バス９１２、信号線、ケーブル、あるいは、その他の伝送媒体により伝送される。
【００３８】
本実施の形態の説明において「〜部」として説明するものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜工程」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。即ち、「〜部」として説明するものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。あるいは、「〜部」として説明するものは、ソフトウェアのみ、あるいは、素子、デバイス、基板、配線といったハードウェアのみで実現されていても構わない。あるいは、「〜部」として説明するものは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、あるいは、ソフトウェアとハードウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されていても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、磁気ディスク、光ディスク、ＤＶＤ等の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。即ち、プログラムは、本実施の形態の説明で述べる「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、プログラムは、本実施の形態の説明で述べる「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
【００３９】
図３（ａ）は、画像処理装置２００の動作（本実施の形態に係る画像処理方法、本実施の形態に係る画像処理プログラムの処理手順）を示すフローチャートである。
【００４０】
ステップＳ１０１（受信処理）において、受信部２０２は、衛星１０１に搭載された合成開口レーダから送信される電波が海面で反射した散乱波をアンテナ２０１により受信する。そして、受信部２０２は、受信した散乱波のデータを画像処理部２０３に渡す。
【００４１】
ステップＳ１０２（画像処理）において、画像処理部２０３は、ステップＳ１０１で渡された散乱波のデータに対し、レンジ圧縮及びアジマス圧縮処理を処理装置（例えば、ＣＰＵ９１１）により実行してＳＬＣ（Ｓｉｎｇｌｅ・Ｌｏｏｋ・Ｃｏｍｐｌｅｘ）を生成する。即ち、画像処理部２０３は、海面からの散乱波から海面のレーダ画像を生成する。
【００４２】
ステップＳ１０３（物体抽出処理）において、物体抽出部２０４は、例えば記憶装置（例えば、ＨＤＤ９２０）に予め格納されている閾値を読み出す。この閾値は、レーダ画像の輝度値の閾値であり、海面のレーダ画像から船舶１０２を検出するためのものである。物体抽出部２０４は、ステップＳ１０２で生成されたレーダ画像を処理装置により解析して、読み出した閾値以上の輝度値をもつ部分を抽出する。そして、物体抽出部２０４は、抽出した部分が海面に存在する船舶１０２であると判断する。
【００４３】
物体抽出部２０４は、さらに、レーダ画像から抽出した船舶１０２が不審船であるか否かを判断してもよい。この場合、例えば海上を移動する船舶の大きさ、形状、移動ルート（時刻と位置との組み合わせ）といった、個別の船舶に関する情報を記憶装置に予め格納しておく。物体抽出部２０４は、レーダ画像から抽出した船舶１０２に関する情報を検索し、当該情報が記憶装置に格納されていない場合、その船舶１０２が不審船であると処理装置により判断する。あるいは、物体抽出部２０４は、ＡＩＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ・Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ・Ｓｙｓｔｅｍ）の信号を送信していない船舶１０２を不審船であると判断してもよい。
【００４４】
ステップＳ１０４（送信処理）において、送信部２０５は、ステップＳ１０３で生成されたレーダ画像やステップＳ１０３における船舶１０２の抽出結果を、ネットワーク等を介して監視端末３００に送信する。
【００４５】
図３（ｂ）は、監視端末３００の動作（本実施の形態に係る監視方法、本実施の形態に係る監視プログラムの処理手順）を示すフローチャートである。
【００４６】
ステップＳ２０１（受信処理）において、受信部３０１は、それぞれの画像処理装置２００から、ネットワーク等を介してレーダ画像や船舶１０２の抽出結果を受信する。
【００４７】
ステップＳ２０２（表示処理）において、表示部３０２は、ステップＳ２０１で受信されたレーダ画像を処理装置（例えば、ＣＰＵ）により結合し、１つのレーダ画像として出力装置により画面に表示する。また、表示部３０２は、ステップＳ２０１で受信された船舶１０２の抽出結果に基づき、レーダ画像上で船舶１０２を強調表示したり、警告音や警告メッセージを出力装置（例えば、ＬＣＤやスピーカ）により出力したりする。
【００４８】
上記のように、本実施の形態では、衛星１０１に搭載されたレーダアンテナ（送信アンテナ）から発射された電波は海面（あるいは、地表）で散乱され、地上（例えば、地上局１１０ａ）や船舶（例えば、海上保安船１１０ｂ）に設置された画像処理装置２００のアンテナ２０１（受信アンテナ）に到達する。画像処理装置２００では、アンテナ２０１の後段に、受信電波を画像化する画像処理部２０３、及び、船舶１０２等の特定物体を抽出する物体抽出部２０４が備えられている。そのため、受信した範囲の海上（あるいは、地表）の画像や特定物体抽出結果が得られる。それぞれの画像処理装置２００にて得られた画像や特定物体抽出結果は、例えば、その最寄の海上（例えば、海上保安船１１０ｂ）や地域（例えば、地上局１１０ａ）で即時利用される。また、センター１２０に集約され、総合的な状況監視や判断（偵察機や戦艦を派遣する等）に利用される。このように、レーダ散乱波の受信用のアンテナ２０１を含む画像処理装置２００を地上（例えば、地上局１１０ａ）や船舶（例えば、海上保安船１１０ｂ）にも設置することで、衛星１０１からのデータ伝送を不要とし、広範囲・高分解能・迅速な沿岸監視が可能となる。
【００４９】
ここで、従来技術と本実施の形態とを対比する。
【００５０】
従来、地上レーダによる観測を行う技術（以下、「従来技術１」という）では、地上レーダが、（１）電波を送信し、（２）海面からの散乱波を受信し、（３）観測データを画像化し、（４）画像解析（不審船抽出等）を行っていた。また、従来、衛星ＳＡＲによる観測を行う技術（以下、「従来技術２」という）では、衛星ＳＡＲが、（１）電波を送信し、（２）海面からの散乱波を受信し、（３）観測データを地上局に伝送していた。そして、地上局が、（４）観測データを受信し、（５）観測データを画像化し、（６）画像解析（不審船抽出等）を行っていた。これに対し、本実施の形態では、図１に示したように、衛星１０１に搭載された合成開口レーダが、（１）電波を送信すると、地上局１１０ａや海上保安船１１０ｂ等に設置された画像処理装置２００が、（２）海面からの散乱波を受信し、（３）観測データを画像化し、（４）画像解析（不審船抽出等）を行う。
【００５１】
分解能に関し、従来技術１では、電波発射方向はパルス圧縮技術により分解能を向上させることができるが、電波走査方向（アジマス方向）の分解能は上がらない。これに対し、従来技術２及び本実施の形態では、電波発射方向はパルス圧縮技術により分解能を向上させることができ、さらに、移動プラットフォーム（即ち、衛星１０１）にレーダを搭載し、移動しながら電波を照射するため、合成開口技術によりプラットフォームの移動方向（アジマス方向）の分解能も飛躍的に向上させることができる。
【００５２】
観測範囲に関し、従来技術１では、地上レーダからみた地平線・水平線よりも向こう側を観測できない。通常の観測範囲（半径）は数１０ｋｍ（キロメートル）である。従来技術２では、衛星搭載ＳＡＲは高度が高いため、非常に広範囲を見渡すことができる（約３０００ｋｍ）。しかしながら、衛星搭載ＳＡＲは電波を送信する間は散乱波を受信できないため、観測時間に制限があり、実際にはレンジ方向で１００ｋｍ程度しか観測できない。これに対し、本実施の形態では、画像処理装置２００（あるいは、その一部である受信機）の設置数や設置範囲を調整することで、任意の広さの範囲を観測できる。
【００５３】
図４は、アンテナ２０１の高さ（画像処理装置２００又は受信機の設置箇所の高さ）と観測範囲（観測可能半径）との関係を示すグラフである。
【００５４】
図４に示すように、画像処理装置２００の設置箇所を地上や船舶に限定すると、地上レーダと同様に観測範囲は数１０ｋｍに制限されるが、画像処理装置２００を複数設置すれば、その設置数に応じて観測範囲を拡大することができる。また、画像処理装置２００を航空機へ搭載することを想定すると、観測範囲は数１００ｋｍまで広がるため、地上や船舶に設置する画像処理装置２００と組み合わせて使用すれば、非常に広範囲を観測できるようになる。このため、本実施の形態では、衛星１０１に搭載されたレーダアンテナが、従来（幅１００ｋｍ）よりも広い範囲（例えば、幅１０００ｋｍ）をカバーするように電波を発射してもよい（このとき、レーダアンテナを小さくすることができる）。この場合、当該範囲からの散乱波を受信できるように、画像処理装置２００（あるいは、その一部である受信機）の設置数や設置範囲を調整すればよい。例えば、従来技術２では、１回の観測で日本海全体をカバーすることはできなかったが、本実施の形態では、日本海全体に対して迅速かつ網羅的な船舶監視が可能となる。
【００５５】
即時性に関し、従来技術１では、地上レーダが電波を送信してから散乱波を受信後、ただちに画像化可能であるため、極めて即時性に優れている。従来技術２では、衛星搭載ＳＡＲが観測を行ってから画像出力までには数時間を要する。これに対し、本実施の形態では、散乱波を受信する受信機が画像処理装置２００に一体化されているか、あるいは、受信機と画像処理装置２００の本体との間の通信速度が比較的速いため、従来技術１の地上レーダ並みの即時的な画像化が可能となる。
【００５６】
ここで、日本列島を観測対象としたときの衛星ＳＡＲのタイムラインを見積もった例を示す。
【００５７】
従来技術２では、（１）観測：約４分、（２）一周回：約９０分、（３）衛星から地上へのデータ伝送：約４分、（４）画像化：約５分となり、合計が約１０３分である。
【００５８】
具体的には、（１）について、日本列島＝約１８００ｋｍ、衛星飛行速度＝約７．７ｋｍ／秒とすると、観測所要時間＝１８００［ｋｍ］／７．７［ｋｍ／秒］＝約４分が求まる。（２）について、極軌道の衛星（衛星「だいち」を想定）の一周回＝約９０分である。（３）について、１秒あたりの観測データ量（衛星「だいち」を想定）＝約３０ＭＢ（メガバイト）とすると、４分で約７ＧＢ（ギガバイト）の観測データ量となる。そして、衛星から地上へのデータ伝送レート（衛星「だいち」から中継衛星を使用して伝送する場合）＝約２４０Ｍｂｐｓ（１秒あたり２４０メガビット）＝約３０ＭＢ／秒とすると、４分の観測データに対して、約４分の伝送時間かかる。（４）について、１画像あたりの（観測の）長さ＝約８秒分（約６０ｋｍ）とすると、４分の観測に対して約３０画像となる。そして、１画像あたりの処理時間＝約５分とすると、４分の観測に対して約２．５時間かかる。しかし、計算機を３０台並列すれば５分で済むので、約５分とする。なお、中継衛星の位置によっては（２）が３０分程度となり得る。
【００５９】
衛星「だいち」には「直接ダウンリンクモード」というモードがある。これは、観測しながら地上へデータを伝送できるモードである。このモードを使用した場合、（１’）観測及び衛星から地上へのデータ伝送：約４分、（２’）画像化：約５分となり、合計が約９分となる。つまり、「直接ダウンリンクモード」を使用しない場合の（２）がなくなり、（１）と（３）が同時に実施されるため、画像が作成されるのにかかる時間が短くなる。
【００６０】
しかしながら、「直接ダウンリンクモード」の場合、現在の技術では「観測しながら地上へ伝送する」ことによる電力、その他のＨ／Ｗ（ハードウェア）上の制約により、衛星から地上へのデータ伝送レートは、「直接ダウンリンクモード」を使用しない場合の半分となる。そのため、衛星から地上へのデータ伝送レート（衛星「だいち」の場合）＝約１２０Ｍｂｐｓ（１秒あたり１２０メガビット）＝約１５ＭＢ／秒となり、４分で半分の約３．５ＧＢの観測データしか伝送できない。よって、約３．５ＧＢ分しか観測できない。
【００６１】
このように、「直接ダウンリンクモード」では、観測データの分解能を犠牲にするか（画質が悪くなる）、もしくは、観測時間を犠牲にする（観測長が短くなる）といった課題がある。衛星「だいち」の「直接ダウンリンクモード」は、分解能が悪くなるように運用される。実際には分解能が悪くなることは嫌われ、「直接ダウンリンクモード」の運用はほとんど行われない。
【００６２】
本実施の形態では、衛星から地上へのデータ伝送が不要となるため、伝送レートの高低による分解能や観測長の制限がない。よって、（１”）画像化：約５分のみとなり、合計が約５分となる。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、合成開口レーダにより得られる散乱波を迅速に画像化することが可能となる。
【００６４】
実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
【００６５】
本実施の形態では、合成開口レーダが、地球を周回する衛星１０１ではなく、地球上空を飛行する航空機（飛行体の一例）に搭載されている。そのため、画像処理装置２００の受信部２０２は、航空機に搭載された合成開口レーダから送信される電波が海面（観測対象領域の一例）で反射した散乱波をアンテナ２０１により受信する。広域沿岸監視システム１００の構成については、図１に示した実施の形態１のものと同様である。
【００６６】
本実施の形態においても、画像処理装置２００、特にアンテナ２０１は、合成開口レーダが搭載された航空機の飛行高度より低い位置に設置される。具体的には、アンテナ２０１は、例えば地上局１１０ａ等、地球上の１つ以上の地点に設置される。また、アンテナ２０１は、例えば海上保安船１１０ｂ等、地球上を移動する１つ以上の移動体に搭載される。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらのうち、２つ以上の実施の形態を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらのうち、１つの実施の形態を部分的に実施しても構わない。あるいは、これらのうち、２つ以上の実施の形態を部分的に組み合わせて実施しても構わない。
【符号の説明】
【００６８】
１００ 広域沿岸監視システム、１０１ 衛星、１０２ 船舶、１１０ａ 地上局、１１０ｂ 海上保安船、１２０ センター、２００ 画像処理装置、２０１ アンテナ、２０２ 受信部、２０３ 画像処理部、２０４ 物体抽出部、２０５ 送信部、３００ 監視端末、３０１ 受信部、３０２ 表示部、９０１ ＬＣＤ、９０２ キーボード、９０３ マウス、９０４ ＦＤＤ、９０５ ＣＤＤ、９０６ プリンタ、９１１ ＣＰＵ、９１２ バス、９１３ ＲＯＭ、９１４ ＲＡＭ、９１５ 通信ボード、９２０ ＨＤＤ、９２１ オペレーティングシステム、９２２ ウィンドウシステム、９２３ プログラム群、９２４ ファイル群。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナと、
前記飛行体に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を前記アンテナにより受信する受信部と、
前記受信部により受信された散乱波から前記観測対象領域のレーダ画像を生成する画像処理部とを備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記飛行体は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかであり、
前記アンテナは、地球上の少なくとも１つの地点に設置されることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記飛行体は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかであり、
前記アンテナは、地球上を移動する少なくとも１つの移動体に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記飛行体は、地球を周回する衛星であり、
前記アンテナは、地球上空を飛行する少なくとも１つの航空機に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記画像処理装置は、さらに、前記画像処理部により生成されたレーダ画像を解析して前記観測対象領域に存在する特定の物体を抽出する物体抽出部を備えることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記観測対象領域は、海面を含み、
前記物体抽出部は、前記特定の物体として船舶を抽出することを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれかに記載の画像処理装置を複数備えるとともに、
それぞれの画像処理装置により生成されたレーダ画像を結合し、１つのレーダ画像として画面に表示する監視端末を備えることを特徴とする監視システム。
【請求項８】
画像処理装置の受信部が、飛行体に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、前記飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナにより受信し、
前記画像処理装置の画像処理部が、前記受信部により受信された散乱波から前記観測対象領域のレーダ画像を生成することを特徴とする画像処理方法。
【請求項９】
飛行体に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、前記飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナにより受信する受信処理と、
前記受信処理により受信された散乱波から前記観測対象領域のレーダ画像を生成する画像処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
【請求項１０】
前記受信処理は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかに搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、地球上の少なくとも１つの地点に設置されるアンテナにより受信することを特徴とする請求項９に記載の画像処理プログラム。
【請求項１１】
前記受信処理は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかに搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、地球上を移動する少なくとも１つの移動体に搭載されるアンテナにより受信することを特徴とする請求項９に記載の画像処理プログラム。
【請求項１２】
前記受信処理は、地球を周回する衛星に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、地球上空を飛行する少なくとも１つの航空機に搭載されるアンテナにより受信することを特徴とする請求項９に記載の画像処理プログラム。
【請求項１３】
前記画像処理プログラムは、さらに、前記画像処理により生成されたレーダ画像を解析して前記観測対象領域に存在する特定の物体を抽出する物体抽出処理をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項９から１２までのいずれかに記載の画像処理プログラム。
【請求項１４】
前記観測対象領域は、海面を含み、
前記物体抽出処理は、前記特定の物体として船舶を抽出することを特徴とする請求項１３に記載の画像処理プログラム。
【請求項１】
飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナと、
前記飛行体に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を前記アンテナにより受信する受信部と、
前記受信部により受信された散乱波から前記観測対象領域のレーダ画像を生成する画像処理部とを備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記飛行体は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかであり、
前記アンテナは、地球上の少なくとも１つの地点に設置されることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記飛行体は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかであり、
前記アンテナは、地球上を移動する少なくとも１つの移動体に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記飛行体は、地球を周回する衛星であり、
前記アンテナは、地球上空を飛行する少なくとも１つの航空機に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記画像処理装置は、さらに、前記画像処理部により生成されたレーダ画像を解析して前記観測対象領域に存在する特定の物体を抽出する物体抽出部を備えることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記観測対象領域は、海面を含み、
前記物体抽出部は、前記特定の物体として船舶を抽出することを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれかに記載の画像処理装置を複数備えるとともに、
それぞれの画像処理装置により生成されたレーダ画像を結合し、１つのレーダ画像として画面に表示する監視端末を備えることを特徴とする監視システム。
【請求項８】
画像処理装置の受信部が、飛行体に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、前記飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナにより受信し、
前記画像処理装置の画像処理部が、前記受信部により受信された散乱波から前記観測対象領域のレーダ画像を生成することを特徴とする画像処理方法。
【請求項９】
飛行体に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、前記飛行体の飛行高度より低い位置に設置されるアンテナにより受信する受信処理と、
前記受信処理により受信された散乱波から前記観測対象領域のレーダ画像を生成する画像処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
【請求項１０】
前記受信処理は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかに搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、地球上の少なくとも１つの地点に設置されるアンテナにより受信することを特徴とする請求項９に記載の画像処理プログラム。
【請求項１１】
前記受信処理は、地球を周回する衛星と地球上空を飛行する航空機とのいずれかに搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、地球上を移動する少なくとも１つの移動体に搭載されるアンテナにより受信することを特徴とする請求項９に記載の画像処理プログラム。
【請求項１２】
前記受信処理は、地球を周回する衛星に搭載された合成開口レーダから送信される電波が観測対象領域で反射した散乱波を、地球上空を飛行する少なくとも１つの航空機に搭載されるアンテナにより受信することを特徴とする請求項９に記載の画像処理プログラム。
【請求項１３】
前記画像処理プログラムは、さらに、前記画像処理により生成されたレーダ画像を解析して前記観測対象領域に存在する特定の物体を抽出する物体抽出処理をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項９から１２までのいずれかに記載の画像処理プログラム。
【請求項１４】
前記観測対象領域は、海面を含み、
前記物体抽出処理は、前記特定の物体として船舶を抽出することを特徴とする請求項１３に記載の画像処理プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２０８９６１（Ｐ２０１１−２０８９６１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４１９９（Ｐ２０１０−７４１９９）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（５９１１０２０９５）三菱スペース・ソフトウエア株式会社 (148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（５９１１０２０９５）三菱スペース・ソフトウエア株式会社 (148)
【Ｆターム（参考）】
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