JP2012007936A - Image display device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an image display device, and more particularly to an image display device for displaying a high resolution image acquired by a radar.
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。
In recent years, for example, as described in Non-Patent
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。 In general, a synthetic aperture radar uses a radar with a small actual aperture length that can be mounted on a flying object, and transmits and receives radio waves while flying, thereby virtually constructing an antenna with a large aperture length. This is a technique for acquiring a high-resolution image equivalent to the above case, but detection of a moving target in the image is one of the important issues.
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。 One end of the realization of this function is borne by the creation of a differential image or interference image and its analysis. A representative difference image includes a so-called DPCA (Displaced Phase Center Antenna) image.
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。 With DPCA images, two images including the same imaging area obtained by observing with two antennas having different phase center positions or imaging with two flying objects with a time difference are used. It is a difference image obtained by subtracting the other image from one image. Note that the pixel signal of the image is given as a complex number. Movement (change amount in the image) due to the movement target in the image is reflected in the phase of the pixel signal. Therefore, in a DPCA image obtained by subtracting two original images, ideally, a stationary target is suppressed and only a moving target having a phase difference is expressed.
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。 However, when a pixel signal having a large signal amplitude exists in the two original images, even if there is a slight phase shift due to an error caused by the movement of a flying object such as a satellite or an aircraft, the difference between the signals is a DPCA image. Will appear. Therefore, in the DPCA image, two types of a movement target in the original image and a signal having a large signal amplitude are mixed. In order to detect the moving target, it is necessary to identify these two types of signal components with high accuracy. However, the conventional technique has a problem that the accuracy of confirming the moving target in the DPCA image is not sufficient.
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。 In general, the DPCA image and the interference image have a property that the stationary target is suppressed, so that it is difficult to confirm the aspect of the original image with the DPCA image or the interference image alone.
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。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and improves the accuracy of confirming a moving target represented in a differential image or interference image, and converts the image information of the original image into information of the differential image or interference image. Another object is to obtain an image display device that can be confirmed together.
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。 The present invention creates a difference image or an interference image from a plurality of original images including the same imaging area, outputs target detection image generation means, and each of the original images created An image display device comprising: a display unit that displays different colors on the target detection image and superimposes the images.
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。 The present invention creates a difference image or an interference image from a plurality of original images including the same imaging area, outputs target detection image generation means, and each of the original images created Since the image display device includes display means for displaying the target detection image with different colors and by superimposing the images, the image is displayed in the difference image or the interference image. It is possible to improve the accuracy of confirming the movement target and to confirm the image information of the original image together with the information of the difference image or the interference image.
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。
A configuration example of an image display apparatus according to
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。
In FIG. 1, 1 and 2 are two original images including the same imaging area acquired by the synthetic aperture radar.
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。 Next, the operation of the image display apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
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。
First, two images (
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。
In this embodiment, the DPCA image that is a difference image is used as the moving target detection image. However, the present invention is not limited to this, and for example, the phase difference between two original images described in
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。 In the first embodiment, two original images are used. However, there are three or more receiving antennas having different phase centers, or there are three or more flying objects such as satellites or airplanes that perform imaging. In some cases, three or more original images may be prepared. A plurality of difference images or interference images may be created from these original images. A plurality of original images and a plurality of difference images or a plurality of interference images may be displayed with different color arrangements superimposed, and the colors to be arranged at that time are not limited. Alternatively, one original image may be superimposed on one or more difference images or interference images with different colors.
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。
Next, effects of the first embodiment of the present invention will be described by simulating the
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。
When the DPCA image 8 (FIG. 5) is generated in accordance with the above-described processing flow shown in FIG. 2 described in the first embodiment, a phase shift of the pixel signal due to an error or the like is caused on the ground surface where the amplitude of the pixel signal is small. Even when it exists, the pixel signal of the DPCA image has a small value. FIG. 7 is a visual representation of this phenomenon. The lengths of the pixel signals 100-1 and 100-2 on the ground surface of the
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。
On the other hand, since the
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。
Further, the
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。
The images shown in FIGS. 3 to 5 are obtained by displaying the
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。
An image obtained by superimposing three images of the
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。
In general, in the DPCA image, a stationary target such as the ground surface is suppressed. However, in the first embodiment, by using the superimposed
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。
As described above, the image display device according to the first embodiment of the present invention performs registration for the
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。
1, 2 Original image, 3 Registration unit, 4 Phase correction unit, 5 Difference image generation unit, 6 Gain imparting unit, 7 Image superimposition unit, 8 DPCA image, 9 Superimposition image, 101 Structure, 102 Moving target, 100- DESCRIPTION OF
Claims (4)
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。 A target detection image generating means for generating a difference image or an interference image from a plurality of original images including the same imaging area and outputting as a target detection image;
An image display apparatus comprising: a display unit configured to display each of the original images and the created target detection image with different color schemes and to superimpose the images.
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。 An alignment unit that is provided in a preceding stage of the target detection image generation unit and that aligns the original images so that the same imaging areas included in the plurality of original images overlap; The image display device according to claim 1.
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。 3. The image display device according to claim 1, further comprising: a phase correction unit that is provided upstream of the target detection image generation unit and corrects a phase offset between the original images.
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。 The apparatus further comprises gain providing means that is provided between the target detection image generation means and the display means and gives a gain to the target detection image created by the target detection image generation means. The image display device according to claim 1.
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