JP5398649B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は画像表示装置に関し、特に、レーダによって取得された高分解能の画像を表示するための画像表示装置に関する。

近年、例えば非特許文献１等に記載されているように、人工衛星や航空機などの飛翔体に搭載させた合成開口レーダ（Synthetic Aperture Radar（SAR））を用いて、地上の移動目標を識別し表示するための研究がなされている。非特許文献１では、合成開口レーダを搭載した地球観測衛星であるＲＡＤＡＲＳＡＴ−２による地上移動目標表示（Ground Moving Target Indication（GMTI））をサポートするために行った実験について記載している。

一般に、合成開口レーダは、飛翔体に搭載可能な実開口長の小さいレーダを用いて、飛翔しながら電波送受信を行うことによって、仮想的に開口長の大きいアンテナを構成し、開口長が大きいアンテナの場合と等価な高分解能の画像を取得するための技術であるが、その画像内における移動目標検出は重要な課題の一つである。

その機能の実現の一端は、差分画像または干渉画像の作成とその解析によって担われている。差分画像の代表的なものにＤＰＣＡ（Displaced Phase Centre Antenna）画像と呼ばれるものがある。

ＤＰＣＡ画像とは、位相中心位置の異なる２つのアンテナで観測するか、あるいは、２つの飛翔体で時間差をつけて撮像することによって得た、同一の撮像エリアを含む２枚の画像を用いて、一方の画像から他方の画像を減算することにより得る、差分画像のことである。なお、画像の画素信号は複素数で与えられているものとする。画像内の移動目標による移動（画像内の変化量）は、画素信号の位相に反映される。したがって、２枚の原画像を減算して得られるＤＰＣＡ画像には、理想的には、静止目標は抑圧されて、位相の差異がある移動目標のみが表出される。

C.E. Livingstone, I. Sikaneta, C.H. Gierull, S. Chiu, A. Beaudoin, J. Campbell, J Beaudoin, S. Gong and T.A. Knight, "An airborne synthetic aperture radar (SAR) experiment to support RADARSAT-2 ground moving target indication (GMTI)," Can. J. Remote Sensing, vol.28, no.6, 2002, pp.794-813.

しかしながら、２枚の原画像内で信号振幅の大きな画素信号が存在する場合、衛星や航空機などの飛翔体の動揺などに起因する誤差によるわずかな位相ずれであっても当該信号の差分がＤＰＣＡ画像に表出してしまう。したがって、ＤＰＣＡ画像内には、原画像内の移動目標と、信号振幅の大きな信号の２種類が混在している。移動目標検出のためには、この２種類の信号成分の識別を高精度に行う必要があるが、従来技術においては、ＤＰＣＡ画像内の移動目標の確認精度が十分でないという課題があった。

また、一般に、ＤＰＣＡ画像や干渉画像は静止目標が抑圧されてしまう性質があるため、ＤＰＣＡ画像または干渉画像単体では、原画像の様相を確認することは困難であるという課題もあった。

この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、差分画像または干渉画像内に表出される移動目標の確認精度の向上を図るとともに、原画像の画像情報を差分画像または干渉画像の情報と共に併せて確認することが可能な、画像表示装置を得ることを目的としている。

この発明は、同じ撮像エリアを含む複数の原画像から、それらの差分画像または干渉画像を作成し、目標検出用画像として出力する目標検出用画像生成手段と、前記原画像の各々および作成された前記目標検出用画像に、互いに異なる配色を行い、それらの画像を重畳して表示を行う表示手段とを備えたことを特徴とする画像表示装置である。

この発明は、同じ撮像エリアを含む複数の原画像から、それらの差分画像または干渉画像を作成し、目標検出用画像として出力する目標検出用画像生成手段と、前記原画像の各々および作成された前記目標検出用画像に、互いに異なる配色を行い、それらの画像を重畳して表示を行う表示手段とを備えたことを特徴とする画像表示装置であるので、差分画像または干渉画像内に表出される移動目標の確認精度の向上を図るとともに、原画像の画像情報を差分画像または干渉画像の情報と共に併せて確認することができる。

この発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成例を示した構成図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置の処理の流れを示したフローチャート図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置における原画像の一方の一例を示した説明図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置における原画像の他方の一例を示した説明図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置におけるＤＰＣＡ画像の一例を示した説明図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置における重畳画像の一例を示した説明図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置における原画像およびＤＰＣＡ画像内の画素信号の関係を表わしたベクトル図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置における原画像およびＤＰＣＡ画像内の画素信号の関係を表わしたベクトル図である。 この発明の実施の形態１に係る画像表示装置における原画像およびＤＰＣＡ画像内の画素信号の関係を表わしたベクトル図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成例を図１に示す。また、作業手順を図２に示す。

図１において、１，２は、合成開口レーダによって取得した同一の撮像エリアを含む２枚の原画像である。３は、これらの２枚の原画像１，２内に含まれる同一の撮像エリアが重なるように原画像１，２のうちの少なくとも一方を動かして位置合わせを行うレジストレーション部である。４は、２枚の原画像１，２間の位相オフセットを取り除くため、一方の原画像２に対して位相補正を行う位相補正部である。５は、一方の原画像１から他方の原画像２の画素信号を減算して、差分画像であるＤＰＣＡ（Displaced Phase Centre Antenna）画像８を作成する差分画像生成部である。６は、作成されたＤＰＣＡ画像８に対して利得を与える利得付与部である。７は、２枚の原画像のうちの一方の原画像１に赤、他方の原画像２に青、ＤＰＣＡ画像８に緑というように配色を割り当て、それらの画像を重畳して表示を行う、重畳画像９を作成する画像重畳部である。

次に、図２を用いて、図１に示した本実施の形態１に係る画像表示装置の動作について説明する。

まずはじめに、合成開口レーダによって撮像し、同じ撮像エリアを含む２枚の画像（原画像１、原画像２）を取得する（ステップＳ１）。この撮像は、位相中心位置の異なる２つのアンテナで観測するか、あるいは、２機の衛星や航空機などの飛翔体で時間差をつけて撮像することによって行う。それらの２枚の原画像１，２内に含まれる、当該同じ撮像エリアが重なるように、一方の原画像１に対して、レジストレーション部３において、原画像２の位置あわせを実施する（ステップＳ２）。この位置あわせは、原画像１，２間の相互相関を取得して得られるプロファイルのピーク位置を基に位置あわせを行う際の原画像２のシフト量を決定して、得られたシフト量の大きさに従って、原画像２をずらすなどの方法によって実施する。位置あわせが完了した後、２枚の原画像１，２間の位相オフセットを取り除くため、原画像２に対して位相補正部４において、位相補正を実施する（ステップＳ３）。このとき、位相補正を行う位相量の算出方法としては、原画像１，２の全画素信号（複素数）の位相の平均値をそれぞれ算出してその差分を求める、あるいは、原画像１，２内の静止目標と思われる対象の画素信号の平均値をそれぞれ算出してその差分を求めるなどの方法がある。そして、原画像１と、位置あわせおよび位相補正が完了した原画像２とを用いて、差分画像生成部５において、原画像１から原画像２の画素信号を減算して、差分画像であるＤＰＣＡ（Displaced Phase Centre Antenna）画像８を作成する（ステップＳ４）。作成されたＤＰＣＡ画像８は、利得付与部６において利得が与えられる（ステップＳ５）。この利得付与で与える利得は、移動目標の最低速度や、画像内のクラッター、位相誤差の量などの検出を行い、それらのうちの少なくとも１つに基づいて決定することができる。利得付与後のＤＰＣＡ画像８および原画像１，２を画像重畳部７に入力する。画像重畳部７では、原画像１の画像データに赤、原画像２の画像データに青を、ＤＰＣＡ画像８の画像データに緑を割り当て、それらを重畳して重畳画像９を作成し、それの表示を行う（ステップＳ６）。なお、このときの配色は、赤、青、緑に限定されるものではないが、重畳画像９の表示の際には、それらの色が混ざって表示されるので、どの色とどの色とが混ざって表示されているのかをユーザが識別しやすいように、同系色などは用いずに、出来るだけ明確に異なる色を用いることが望ましい。

なお、本実施の形態では、移動目標検出用画像として、差分画像であるＤＰＣＡ画像を用いたが、その場合に限らず、例えば非特許文献１に記載がある２枚の原画像間の位相差を抽出するＡＴＩ（Along Track Interferometry）画像などの干渉画像を用いてもよい。また、原画像に対して、例えば、移動平均を求める、あるいは、画素信号に基づいて決定された係数を用いた演算を行うなどのフィルタリング処理や、原画像間で乗除加減算を行う、平方根を取る、原画像間の相関を取るなどの、移動目標検出精度を向上させるための処理を行い、その画像を用いるようにしてもよい。

また、本実施の形態１では、原画像を２枚としたが、位相中心の異なる受信アンテナが３本以上存在したり、撮像を行う衛星または航空機などの飛翔体が３機以上存在するなどの場合には、原画像を３枚以上用意してもよい。また、それらの原画像より、複数の差分画像または干渉画像を作成してもよい。複数の原画像と、複数の差分画像または複数の干渉画像にそれぞれ異なる配色を行って重畳して表示してもよく、その際に配色する色に限定を行わないものとする。また、１枚の原画像に対し、１枚以上の差分画像または干渉画像にそれぞれ異なる配色を行って重畳してもよい。

次に、この発明の本実施の形態１による効果を、原画像１、原画像２、ＤＰＣＡ画像８、重畳画像９をそれぞれ、図３、４、５、６に模擬して解説する。なお、各画像には、散乱が大きく画素信号の振幅の大きな構造物１０１と、移動により差分を取得する画素間の位相ずれが大きい移動目標１０２とが含まれているとする。また、画像内の画素信号（複素数）の関係を表したベクトル図の例を、地表面に関しては図７に、構造物１０１に関しては図８に、移動目標１０２に関しては図９に、それぞれ示す。なお、これらの図において、１００−１が原画像１の、１００−２が原画像２の、１００−８がＤＰＣＡ画像８の地表面の画素信号ベクトル、１０１−１が原画像１の、１０１−２が原画像２の、１０１−８がＤＰＣＡ画像８の構造物の画素信号ベクトル、１０２−１が原画像１の、１０２−２が原画像２の、１０２−８がＤＰＣＡ画像８の移動目標の画素信号ベクトルの例を表している。

実施の形態１で説明した図２に示す上記の処理の流れに従って、ＤＰＣＡ画像８（図５）を生成すると、画素信号の振幅が小さい地表面は、誤差などに起因する画素信号の位相ずれが存在する場合にも、ＤＰＣＡ画像の画素信号は小さな値となる。この現象を視覚的に表記したのが図７であり、原画像１，２の地表面における画素信号１００−１と１００−２の長さが小さく、ＤＰＣＡ画像８の画素信号１００−８の長さも短い。

一方、画素信号の振幅の大きな構造物１０１は、画素信号の振幅が大きいために、誤差などに起因する画素信号の位相ずれによっても視認できる信号成分がＤＰＣＡ画像８内に残留する。この現象を視覚的に表記したのが図８であり、原画像１，２の構造物１０１における画素信号１０１−１と１０１−２の長さが大きく、ＤＰＣＡ画像の画素信号１０１−８の長さも長くなっている。

また、移動目標１０２は、移動により差分を取得する画素間の位相ずれが大きくなることから差分画像であるＤＰＣＡ画像８内に表出する。この現象を視覚的に表記したのが図９であり、原画像１と原画像２との移動目標における画素信号１０２−１と１０２−２の位相のずれが移動目標の移動によって大きな値となっており、ＤＰＣＡ画像８の画素信号１０２−８の長さも長くなっている。

このような、原画像１に赤を、原画像２に青を、ＤＰＣＡ画像８に緑を配色して、それぞれの画像を表示したものが、図３〜図５に示された画像である。すなわち、図３においては原画像１の全体が赤の濃淡で表示され（画像イメージとしては、モノクロ画像の黒の部分が赤になったもの）、図４においては原画像２の全体が青の濃淡で表示されている（同じく、画像イメージとしては、モノクロ画像の黒の部分が青になったもの）。また、図５においては、原画像１と原画像２との差分が緑で表示される。この図５の場合には、散乱が大きく画素信号の振幅が大きい構造物１０１と、位相のずれが大きい移動目標１０２とが、緑で表示されている。

また、原画像１、原画像２、ＤＰＣＡ画像８の３枚の画像を重畳した画像が重畳画像９（図６）である。この重畳画像９では、静止目標である地表面はＤＰＣＡ画像８における成分がわずか（例えば画素信号１００−３）であり、赤と青が混在した紫色となる。また、散乱が大きく画素信号の振幅が大きい構造物１０１には、赤と青と緑とが混在するが、赤と青の成分（例えば画素信号１０１−１、１０１−２）が大きくなり、緑の成分（例えば画素信号１０１−３）が少なく、比較的目立たないため、濃い紫となって表出する。一方、移動目標１０２は、赤と青と緑が混在するが、目標の移動に基づく位相変化によってＤＰＣＡ画像８に表出している成分（例えば画素信号１０２−８）は、原画像１、２の赤、青の成分（例えば画素信号１０２−１、１０２−２）に対して比較的大きな値となり、緑色の成分として表出する。したがって、重畳画像９の緑色の成分を確認することにより、移動目標を特定することができる。ＤＰＣＡ画像８に表出される移動目標１０２の確認精度を向上することができる。

また、一般に、ＤＰＣＡ画像は、地表面のような静止目標が抑圧されてしまうが、本実施の形態１においては、重畳表示する重畳画像９を用いることで、紫色の成分として、原画像１，２の地表面も合わせて表示でき、ユーザが視認することができる。また、２枚の原画像１，２にも異なる配色を行っており、２枚の原画像１，２間の差異も併せて確認することができる。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る画像表示装置は、同じ撮像エリアを含む複数の原画像１，２に対して位置合わせを行うレジストレーション部３と、それらの位相補正を行う位相補正部４と、位置合わせおよび位相補正が行われた原画像１，２を用いて、それらの画像の差分画像であるＤＰＣＡ画像８（または干渉画像）を作成する差分画像生成部５と、当該ＤＰＣＡ画像８に利得を付与する利得付与部６と、原画像１，２の各々および作成されたＤＰＣＡ画像８（または干渉画像）に互いに異なる配色（赤、青、緑）を割り当て、それらを重畳して表示する画像重畳部７とを備え、原画像１に赤を、原画像２に青を、ＤＰＣＡ画像８に緑を配色して、重畳して表示するようにしたので、重畳画像９においては、静止目標である地表面部分は赤と青が混在した紫色となり、また、散乱が大きく画素信号の振幅が大きい構造物１０１部分は、赤と青と緑とが混在するが、緑の成分が少なくため、濃い紫となって表出され、一方、移動目標１０２部分は緑色の成分として表出されるため、重畳画像９の緑色の成分を確認することにより移動目標１０２を容易に特定することができ、ＤＰＣＡ画像８に表出される移動目標１０２の確認精度を向上することができるという効果が得られる。また、一般に、ＤＰＣＡ画像においては静止目標が抑圧されてしまう性質があり、当該画像単体では原画像の様相を確認することが困難であったが、この発明の実施の形態１によれば、静止目標も赤と青が混在した紫色となって重畳画像に表出されるので、色の混ざり具合から、地表面等の静止目標か、あるいは、散乱の大きい構造物かなどの識別も可能で、重畳画像単体で原画像の様相を容易に確認することができるという効果が得られる。

１，２ 原画像、３ レジストレーション部、４ 位相補正部、５ 差分画像生成部、６ 利得付与部、７ 画像重畳部、８ ＤＰＣＡ画像、９ 重畳画像、１０１ 構造物、１０２ 移動目標、１００−１ 原画像１の地表面の画素信号ベクトル、１００−２ 原画像２の地表面の画素信号ベクトル、１００−８ ＤＰＣＡ画像８の地表面の画素信号ベクトル、１０１−１ 原画像１の構造物の画素信号ベクトル、１０１−２ 原画像２の構造物の画素信号ベクトル、１０１−８ ＤＰＣＡ画像８の構造物の画素信号ベクトル、１０２−１ 原画像１の移動目標の画素信号ベクトル、１０２−２ 原画像２の移動目標の画素信号ベクトル、１０２−８ ＤＰＣＡ画像８の移動目標の画素信号ベクトル。

Claims (4)

1. 同じ撮像エリアを含む複数の原画像から、それらの差分画像または干渉画像を作成し、目標検出用画像として出力する目標検出用画像生成手段と、
   前記原画像の各々および作成された前記目標検出用画像に、互いに異なる配色を行い、それらの画像を重畳して表示を行う表示手段と
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記目標検出用画像生成手段の前段に設けられ、前記複数の原画像に含まれる前記同じ撮像エリアが重なるように、前記原画像間の位置あわせを行う位置合わせ手段
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記目標検出用画像生成手段の前段に設けられ、前記原画像間の位相オフセットの補正を行う位相補正手段
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記目標検出用画像生成手段と前記表示手段との間に設けられ、前記目標検出用画像生成手段により作成された前記目標検出用画像に利得を与える利得付与手段
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像表示装置。

Images