JPS5822982A - Picture processing system of composite aperture radar - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To execute picture forming processing at a high speed, by converting each processor required for picture forming to a multistage pipeline, operating it, and also using a two-dimensional addressing memory in case of corner turning processing. CONSTITUTION:Receiving picture information from an aperture radar, generated from a magnetic tape 505 is subjected to serial-parallel conversion, etc., is processed by a high speed Fourier transform device 513 of a range direction compressing device 510, an inverse Fourier transform device IFFT 516, etc., becomes a visible picture information compressed in the range direction, and is written in a two-dimensional addressing picture memory 10. These devices 513, 516, etc. execute an operation converted to a multistage pipeline, and the number of times of calculation processing is decreased, therefore, the processings speed is increased substantially. On the other hand, in the same way in accordance with contents of this memory 10, etc., compression processing in the azimuth direction, for executing the corner turning processing is executed quickly without executing rearrangement by a program for the memory of the two-dimensional addressing method. By said constitution, a processing speed for picture forming can be elevated.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は人工衛星あるいは航空機に搭載される合成開口
レーダー（８ｙｎｔｈｅｔｉｃ　ＡｐｅｒｔｕｒｅＲａ
ｄａｒ　　以下ＳＡＲと略記する）による撮影データか
ら人間が理解できる画像に再生するだめのディジタル装
置に係シ、特にＳＡＲのデータを高速処理するのに好適
な画像化データ処理装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a synthetic aperture radar mounted on an artificial satellite or an aircraft.
The present invention relates to a digital device for reproducing human-understandable images from photographic data obtained by dar (hereinafter abbreviated as SAR), and particularly to an imaging data processing device suitable for high-speed processing of SAR data.

人工衛１あるいは航空機を用いたシモートセンシングの
分野では、地表を撮影するためのセンサとして雲を透過
するマイクロ波帯でしかも高解像度の画像レータが得ら
れるＳＡＲ，が注目されてきている。ＳＡＲ自身につい
ては、例えば”ＡＩ）ｉｇｉｔ、１１　ｐｒｏｃｅｓｓ
ｏｒ　ｆｏｒ　Ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆ　５
ｅａｓａｔ　５ｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　
Ｒａｄａｒ■ｍａｇｅｒｙ　、　　（ｂｙ　Ｊ、ｌ（、
、Ｂｅｎｎｅ：ｉｔ、　１．Ｇ、Ｃｕｒｒｍ−！ｎｇ、
　Ｊｕｌ）’　１６−１８．１９７９．　Ｉ　ｔａｌＹ
）Ｋ記載されているので詳細説明は省略するが、基礎に
なる考え方は、５１にＣ，Ｗｉｌｅｙによって提晶され
たドツプランヤープニングの概念であると云われている
。ドラグラシフトを測定することによって得られる方位
分解能は航空機のアンテナの実開口径の１／２程度まで
向上するが、このことは合成開口アンテナの考えによっ
ても説明される。すなわち航望磯に搭載されている現実
のアンテナが、航空機磯の進行方向に並べられた長さＬ
の仮想的な一次元アレーアンテナの一つのエレメントで
あって、次々と仮想的なアレーのエレメントの位置を占
めていくと考えて、それぞれの点での受信エコーの振幅
と位相を記憶しておき、あとで合成処理することによっ
て、実質的にある長さの口径をもつアンテナでそのター
ゲットを捕えたのと等価になる。In the field of remote sensing using artificial satellites or aircraft, SAR is attracting attention as a sensor for photographing the ground surface, as it uses a microwave band that passes through clouds and can provide high-resolution imagers. Regarding SAR itself, for example, “AI) igit, 11 process
or for The production of 5
easat 5ynthetic Aperture
Radar ■ management, (by J, l(,
, Benne:it, 1. G, Currm-! ng,
Jul)' 16-18.1979. I talY
)K, so a detailed explanation will be omitted, but the underlying idea is said to be the concept of dot planarpening, which was presented by C. Wiley in 51. The azimuth resolution obtained by measuring drag shift can be improved to about 1/2 of the actual aperture diameter of an aircraft antenna, and this can also be explained by the idea of a synthetic aperture antenna. In other words, the length L of the actual antennas mounted on the navigation rock is lined up in the direction of travel of the aircraft rock.
This is one element of a virtual one-dimensional array antenna, and the amplitude and phase of the received echo at each point are memorized, assuming that the elements of the virtual array are occupying the positions one after another. , by performing a synthesis process later, it becomes essentially equivalent to capturing the target with an antenna having an aperture of a certain length.

本発明でいう画像処理の全体システムを第１図に示す。FIG. 1 shows the overall image processing system according to the present invention.

航空機等に搭載されたＳＡＲからのデータを地上局Ｌｓ
で受信する。Ｒ８はレーダーセンサ、ＡＩｌはアンテナ
％ＦＰは飛行経路を、Ｃは分解七ルを、Ｒ＆はＳＡＲで
採取されるデータの地表上のレンジ方向、ＡＺはそのア
ジマス（３ｚｉｍｕｔｈ　）方向を、ＡＢはアンテナビ
ームを、Ｃｗは刈り幅をそれぞれ示している。なお地上
局（追跡間）で受信したデータはデータプロセッサＤｐ
によシ処理され、映像フィルムＩＰを作成するとか、処
理されたデータを記憶する磁気テープＭＴが作成される
。Data from SAR mounted on aircraft etc. is sent to ground station Ls.
Receive at. R8 is the radar sensor, AIl is the antenna, %FP is the flight path, C is the resolution, R& is the range direction on the ground surface of the data collected by SAR, AZ is the azimuth (3zimuth) direction, AB is the antenna. Cw indicates the beam, and Cw indicates the cutting width. The data received at the ground station (between tracking) is processed by the data processor Dp.
The data is then processed to create a video film IP or a magnetic tape MT for storing the processed data.

地上局での問題点は航空機等に搭載されたＳＡＲからの
１ぎ号を如何に高速に処理して所謂スループットを向上
させるかにある。The problem with ground stations is how to process the first signal from the SAR mounted on an aircraft or the like at high speed to improve so-called throughput.

はじめにＳＡＲ処理の概要について述べる。First, an overview of SAR processing will be described.

ＳＡＲの受信画１家中には、原画像の１点が点像パター
ンｈ（ｘ、ｙ）の広がりをもって分布していて、ＳＡＲ
受信画像はそのままでは人間の理解できる画像ではない
。受信画像中で広がっている情報を受信画挿と点像パタ
ーンの２次元コリレーション処理により１点に圧縮して
はじめて理解できる画像にな−る。この２次元コリレー
ション処理は、レンジ方向のコリレーション処理とアジ
マス（ＡＺＩＭＵＴＨ）方向のコリレーション処理の２
段階に分けて行なえる。すなわち、まずレンジ方向の受
信画像データを１ラインずつ取り出しレンジ方向の点像
データとのコリレーション処理ヲ行なう。この処理でレ
ンジ方向の情報が圧縮される。In one SAR received image, one point of the original image is distributed with the spread of a point image pattern h (x, y), and the SAR
The received image cannot be understood by humans as it is. The image becomes comprehensible only when the information spread out in the received image is compressed into a single point by two-dimensional correlation processing of the received image insert and the point image pattern. This two-dimensional correlation processing consists of two types of correlation processing: range direction correlation processing and azimuth (AZIMUTH) direction correlation processing.
It can be done in stages. That is, first, received image data in the range direction is extracted line by line and correlation processing with point image data in the range direction is performed. This process compresses information in the range direction.

レンジ方向圧縮が完了すると、次にそのデータをアジマ
ス方向に１ラインずつとり出し、アジマス方向点列デー
タとのコリレーション処理を行なう。When the compression in the range direction is completed, the data is extracted line by line in the azimuth direction, and correlation processing with the azimuth direction point sequence data is performed.

レンジ方間、アジマス方向の圧縮が完了すると、ＳＡＲ
，受信画１家は、人間の理解できる画像になり、その後
必要に応じて歪補正が行なわれ各分野に利用されること
になる。When the compression in the range direction and azimuth direction is completed, the SAR
, the received image becomes an image that can be understood by humans, after which distortion correction is performed as necessary and it is used in various fields.

ここで、ＳＡＲ画像再生処理に際し、コリレーション処
理を、その定義大通りに数値計算すると、データ量がＳ
ＡＲのように膨大となる場合には効率が悪いため、計算
量及び計算時間を短かくする手段として高速７−リエ変
換（ＦＦＴ）、複素乗算、逆高速フーリエ変換＜ＩＦＦ
Ｔ）　　を用いる方式％式％ 以上がＳＡＲのデータ処理の基本であるが、この他に次
の３つのＳＡＲ特有のデータ処理が必要である。■レン
ジカーバチャ補正、■マルチルック処理、■コーナータ
ーン処理である。Here, when performing the SAR image reproduction process, if the correlation process is numerically calculated according to its definition, the amount of data is SAR.
Since it is inefficient when it becomes huge like AR, fast 7-lier transform (FFT), complex multiplication, and inverse fast Fourier transform <IFF are used to reduce the amount of calculation and calculation time.
T) Method using % formula % The above is the basics of SAR data processing, but in addition to this, the following three SAR-specific data processings are required. ■Range curvature correction, ■Multi-look processing, and ■Corner turn processing.

レンジカーバチャ補正の目的は、ＳＡＲセンサとｆｊｔ
Ｌ塚対象との距離（レンジ）が衛星や航空機の飛行中に
変化することにより処理画隊中に現われるぶれパターン
を除去することである。この目的の為ＳＡＲ画像化アル
ゴリズム中ではアジマス方向圧縮処理途中の周波数望間
上で、衛星や航空機の軌道で決まる２次曲線上のデータ
を求め（レンジ方向１次元内押処理による。）、新しい
配列データきする必要がある。The purpose of range curvature correction is the SAR sensor and fjt
The objective is to remove blur patterns that appear in the processing image due to changes in the distance (range) to the L mound object during the flight of the satellite or aircraft. For this purpose, in the SAR imaging algorithm, data on a quadratic curve determined by the orbit of the satellite or aircraft is obtained on the frequency range during azimuth direction compression processing (by one-dimensional internal compression processing in the range direction), and a new You need to write array data.

マルチルック処理の目的は、ＳＡＲ処理のようなコヒー
レント系に特有のスペックルノイズを減らし、滑らかな
ｔＩ！ＩＩ源を侍ることである。この目的の為、Ｓ　Ａ
　ＲＩａ　＋ｍ化アルゴリズム中では、アジマス圧縮の
際、点列の周波数帯域を分割し、分割された帯域でれぞ
れについて圧縮＋ｍ　＋ｉｐを侍、それらの画像の和を
とる。周波数帯域を分割する為の圧縮＝＋Ｓの解渾度は
多少落ちる可能性があるが、良い画買を得ることができ
る。The purpose of multi-look processing is to reduce speckle noise characteristic of coherent systems such as SAR processing, and to achieve smooth tI! II is to attend the Source. For this purpose, S.A.
In the RIa +m algorithm, during azimuth compression, the frequency band of the point sequence is divided, compression +m +ip is applied to each of the divided bands, and the sum of these images is calculated. Compression = +S for dividing the frequency band may reduce the resolution to some extent, but good image quality can be obtained.

コーナーターンの為にＶ″ｉ、処理装置の待つ記憶装置
にアジマス方向１ラインの画像データを含むレンジ圧縮
済ライン片をレンジ方向圧縮済画像を格納している外部
記憶装置より読み出し、アジマス方向ラインの各画素が
連続アドレスとなるよう並べかえ処理を繰返す。For a corner turn, V''i, a range-compressed line piece containing image data of one line in the azimuth direction is read out from an external storage device storing the compressed image in the range direction, and a line piece in the azimuth direction is stored in the storage device where the processing device is waiting. The rearrangement process is repeated so that each pixel in the pixel has a continuous address.

以上が、ＳＡＲ受信画像データの画像再生アルゴリズム
の概要であるが、次に各処理過程でのＳＡＲ受信データ
の形状と対比させたフローチャートを第２図（４）、■
に示す。（イ）はフロー図を色）はその処理フローに対
応する画像処理の概略図を示す。The above is an overview of the image reproduction algorithm for SAR received image data. Next, a flowchart comparing the shape of SAR received data in each processing process is shown in Figure 2 (4).
Shown below. (A) shows a flow diagram in color) shows a schematic diagram of image processing corresponding to the processing flow.

従来はこれらの一連の画像化処理を汎用のコンピュータ
でやっていたが、−画素毎にレンジ方向アジマス方向各
々１回ずつのＦＦＴ、ＩＦＦＴを要し、更にコーナータ
ーニング処理という膨大な並べかえ処理が必要なことか
らＳＡＲの画像化には非常に長い時間がかかつていた。Conventionally, this series of image processing was performed using a general-purpose computer, but - FFT and IFFT were required for each pixel once in each of the range and azimuth directions, and an enormous rearrangement process called corner turning processing was also required. For this reason, it took a very long time to create SAR images.

ちなみにある衛星の８ＡＲの受信データ１１００Ｋ四方
を画像化するのに汎用大型計算機で２０〜３０時間が必
要である。By the way, it takes 20 to 30 hours on a general-purpose large-scale computer to create an image of 1100K square of received data from 8AR of a certain satellite.

この時間は非常に高速な計算機を用いれば、その短縮は
可能であるが、処理量が従来の画像データに比べ比較に
ならぬ程多くなる為、現状の半導体技術で可能な最高速
の計算機を用いても１時間程度までの短縮が限界と考え
られている。This time can be shortened by using a very high-speed computer, but since the amount of processing is incomparably greater than that of conventional image data, the fastest computer possible with current semiconductor technology is required. Even if it is used, it is thought that the limit is to shorten the time to about one hour.

これは、汎用の計算機を用いて、処理アルゴリズムをプ
ログラム化して処理する方式をとる以上処理を直列にや
らねばならぬ為打破し得ぬ壁であり、実用的に問題ない
処理時間（１０分以下ないし実時間）で処理することは
従来の方式では不可能であった。This is an insurmountable barrier because the processing must be done serially when a general-purpose computer is used to program the processing algorithm. With conventional methods, it has been impossible to process the data in real time (or in real time).

本発明の目的は、ＳＡＲ処理のアルゴリズムに対応して
、ＳＡＲ，の画像化処理を高速に行なう専用のＳＡＲ，
画像化データ処理装置を提供するにある。The purpose of the present invention is to provide a dedicated SAR, which performs SAR imaging processing at high speed, in accordance with the SAR processing algorithm.
The present invention provides an imaging data processing device.

本発明は、ＳＡＲ画像化に必要な各処理段階毎にそれぞ
れ対応する処理装置を割り当て、それらを多段にパイプ
ライン化して動作させるとともに、パイプライン化され
たユニットの並列動作も行なわせしめ、さらに、最も時
間を要していたコーナーターニング処理に対しては、二
次元アドレツシ／グ方式の画像メモリを用いてプログラ
ムによる並べかえ処理を不要とすることにより、従来技
術では成し得なかったＳＡＲ画像化の高速処理、を可能
とするＳＡＲ画像の実時間再生装置を提供することに特
徴がある。The present invention allocates a corresponding processing device to each processing step necessary for SAR imaging, operates them in a multi-stage pipeline, and also allows the pipelined units to operate in parallel. For the corner turning process, which took the most time, by using a two-dimensional addressable image memory and eliminating the need for rearrangement by a program, we were able to achieve SAR imaging, which was not possible with conventional technology. The present invention is characterized in that it provides a real-time reproduction device for SAR images that enables high-speed processing.

第３図は第２図に対応させて、ＳＡＲ画像化装置を具体
的に構成した例である。FIG. 3 shows an example of a concrete configuration of a SAR imaging device corresponding to FIG. 2.

８ＡＲ画像化装置は、全体システムの管理を行なうＣＰ
Ｕ５００を中心に、ＳＡＲ受信画像データを記録した磁
気テープ及びその再生装置５０５、レンジ方向圧縮装置
５１０．２次元画像メモリ１０．１０’、アジマス方向
圧縮装置５２０．８ＡＲ画像データ出力用磁気テープ５
２５をＣＰＵを通らずに流れるように構成し、更にメイ
ンメモリ５３０と共通データ用のＦＦＴ装置２１をデー
タバス５４０で結合して構成する。The 8AR imaging device is operated by a CP that manages the entire system.
Mainly U500, magnetic tape recording SAR received image data and its reproducing device 505, range direction compression device 510, two-dimensional image memory 10.10', azimuth direction compression device 520.8 AR image data output magnetic tape 5
The main memory 530 and the FFT device 21 for common data are connected by a data bus 540.

次に第３図の各装置の動作を第２図との対比に於いて説
明する。Next, the operation of each device shown in FIG. 3 will be explained in comparison with FIG. 2.

（１）まずＣＰＵ５００の制御により磁気テープ５０５
（入力記憶媒体としてここでは磁気テープと考える。）
を動作させてＳＡＲ受信画像データを再生する。ＳＡＲ
受信画像データの中には、実際に画像化する為のホログ
ラム型画像データと衛星や航空機の軌道、姿勢データが
入っており、前者はレンジ方向圧縮装置に、後者はＣＰ
Ｕを介してメインメモリ５３０に読み込む。(1) First, under the control of the CPU 500, the magnetic tape 505 is
(Magnetic tape is considered here as the input storage medium.)
is operated to reproduce the SAR received image data. SAR
The received image data includes hologram type image data for actual imaging, as well as trajectory and attitude data of satellites and aircraft, the former being sent to the range compressor and the latter to the CP.
The data is read into main memory 530 via U.

（２）　　レンジ方向圧縮装置５１０は画像化を行なう
為のデータとして第２図中のＬＸＭのデータを順次入力
する。並列処理制御部５１１は、レンジ方向圧縮の際並
列動作を行なう場合処理単位毎に分配し、並置された圧
縮装置それぞれの動作が並列に進む為の制御を行なう。(2) The range-direction compression device 510 sequentially inputs the LXM data in FIG. 2 as data for imaging. The parallel processing control unit 511 performs control so that when performing parallel operations during range direction compression, the processing is distributed for each processing unit, and the operations of the compression devices arranged in parallel proceed in parallel.

（３）並列動作制御で分配されたホログラム型画像デー
タはまず前処理装置５１２により整数から実数に変換さ
れる。（第２図、ブロックＢ）（４）次にレンジ方向の
圧縮の為、実数化されたホログラム型画像データをＦＦ
Ｔ装置５１３によりフーリエ変換を行ない周波数領域の
データとする。（第２図ブロックＣ） （５）一方ＣＰＵによりあらかじめ求められたりフアレ
ンス関数もＦＦＴ装置２１によりフーリエ変換を行ない
周波数領域のデータとする。（第２図ブロックＰ、Ｑ）
このデータはリファレンス関数メモリ５１４に格納され
る。(3) The holographic image data distributed by parallel operation control is first converted from integers to real numbers by the preprocessing device 512. (Figure 2, block B) (4) Next, for compression in the range direction, the real numbered hologram type image data is sent to the FF
A T device 513 performs Fourier transform to obtain frequency domain data. (Block C in FIG. 2) (5) On the other hand, the FFT device 21 performs Fourier transform on the difference function obtained in advance by the CPU to obtain frequency domain data. (Figure 2 blocks P and Q)
This data is stored in reference function memory 514.

（６）前記ステップ（４）、　（５）で求められた双方
のデータは複素乗算装置５１５により乗算される。(6) Both data obtained in steps (4) and (5) are multiplied by the complex multiplier 515.

（第２図ブロックＤ） （力　次にＩ　Ｆ’ＦＴ装置５１６により逆フーリエ変
換を行ないレンジ方向の圧縮を完了する（第２図ブロッ
クＥ） （８）圧縮済の画像中には、周波数領域でのただみ込み
積分に伴なう、余剰データが内在しておシ、それを切り
落す為の端数処理を後処理装置５１７で行ない、その結
果をレンジ方向圧縮済データとして２次元画像メモリに
格納する。（第２図ブロックＦ、Ｇ） （９）並列処理制御５１８は、前記（２）で分配したデ
ータに対し、並列にレンジ方向圧縮されたデータを再び
集め、磁気テープから再生された順に、基づいて整列さ
せる機能を有する。(Block D in Figure 2) Next, the I F'FT device 516 performs inverse Fourier transform to complete compression in the range direction (Block E in Figure 2) (8) In the compressed image, there are frequency domain There is surplus data due to the convolution integral in , and the post-processing device 517 performs fraction processing to cut it off, and the result is stored in the two-dimensional image memory as range direction compressed data. (Blocks F and G in Fig. 2) (9) The parallel processing control 518 collects again the data compressed in the range direction in parallel with respect to the data distributed in (2) above, and reproduces the data from the magnetic tape. It has a function of arranging based on the order.

００）２次元画像メモリ制御部５１９はレンジ方向圧縮
装置とＣＰＵとアジマス方向圧縮装置とに結合され２次
元画像メモリの多重アクセス、交代バッファ管理、２次
元アドレッシング制御を行なう。00) The two-dimensional image memory control unit 519 is coupled to the range direction compression device, the CPU, and the azimuth direction compression device, and performs multiple access to the two-dimensional image memory, alternating buffer management, and two-dimensional addressing control.

αυ　アジマス方向圧縮装置でのアジマス方向圧縮を行
なう前に、レンジ方向圧縮済画像に対し、コーナーター
ニングと呼ばれるデータ転置を行なう必要があるがこれ
は、２次元アドレッシング機能により高速に行なうこと
ができる。第４図はその内容を説明するものである。αυ Before performing azimuth compression using the azimuth compression device, it is necessary to perform data transposition called corner turning on the range-compressed image, but this can be done at high speed using a two-dimensional addressing function. FIG. 4 explains the contents.

画像データａｂＣｄは格納時は、ａからｄの方向に走査
して１ラインずつ順に格納し、ｂからＣまで格納する。When storing the image data abCd, the image data abCd is scanned in the direction from a to d and sequentially stored line by line, and then stored from b to C.

各画素に２次元アドレス（Ｉ、Ｊ）を持たせると格納時
の処理は次のように表現できる。（（１）式） 次に読み出すときは、２次元画像メモリ１゜の中で３−
＋　））の方向に走査して１ラインずつ順に読み出しｄ
→Ｃまで続ける。この処理は２次元アドレス（Ｉ、Ｊ）
を用いて表現するととなり、格納する時は画像データａ
ｂｃｄであったが、読み出した後は画像データａｂｃｄ
となシ、容易に転置された２次元データとすることがで
きる。（第２図ブロックＴ） ０２）１つの２次元画像メモリが一杯になると、そのデ
ータについてアジマス圧縮を行なう。When each pixel has a two-dimensional address (I, J), the storage process can be expressed as follows. (Equation (1)) When reading next time, 3-
Scan in the direction of +)) and read out one line at a time d
→Continue until C. This process uses two-dimensional addresses (I, J)
When expressed using , when storing image data a
bcd, but after reading out the image data abcd
In other words, it can be easily transposed two-dimensional data. (Block T in Figure 2) 02) When one two-dimensional image memory becomes full, azimuth compression is performed on the data.

この時、２次元画像メモリの交代バッファ機能を用いて
、レンジ方向圧縮装置は、次のデータのレンジ圧縮を続
けること７３：出来る。At this time, the range direction compression device can continue range compression of the next data using the alternating buffer function of the two-dimensional image memory.

レンジ圧縮が完了するまでに、ｃＰＵは、磁気テープよ
り読み出した軌道、姿勢データを用いて、アジマス圧縮
の際必要なドツプラシフト係数を計算し、更に、リファ
レンス関数の７−リエ変換も、ＦＦＴ装置２１を用いて
行ない、アジマス圧縮を行なう前に、各々ドツプラシフ
ト係数メモリ、リファレンス関数メモリに格納するもの
とする（第２図ブロックＳ、Ｔ、［Ｊ’）０３）アジマ
ス圧縮装置は、レンジ方向圧縮済のデータを２次元画像
メモリより順次読み出す。並列処理制御部５２１は、ア
ジマス方向圧縮の際並列動作を行なう場合、処理単位毎
に分配し並置された圧縮装置それぞれの動作が並列に進
む為の制御を行なう。By the time range compression is completed, the cPU uses the trajectory and attitude data read from the magnetic tape to calculate the Doppler shift coefficients required for azimuth compression, and also calculates the 7-Lier transform of the reference function using the FFT device 21. (Blocks S, T, [J' in Figure 2) data is sequentially read out from the two-dimensional image memory. When parallel operations are performed during azimuth direction compression, the parallel processing control unit 521 performs control so that the operations of the compression devices distributed in processing units and arranged in parallel proceed in parallel.

０４）並列動作制御部で分配されたレンジ圧縮済データ
は、前処理装置５２２で必要な前処理を行なう。04) The range compressed data distributed by the parallel operation control unit is subjected to necessary preprocessing by the preprocessing device 522.

Ｑ５）　　次Ｋｖンジヵーバチャ補正装置はドツプラシ
フト係数メモリ５２３の内容に基づき、レンジカーパチ
ャ補正装置５２４により補正を行なう。Q5) The next Kv range curvature correction device performs correction using the range curvature correction device 524 based on the contents of the Doppler shift coefficient memory 523.

レンジカーバチャ補正の内容は、内挿法に基づ（補間が
中心であり、これについては「データリサンプリング装
置」　（実用新案登録願昭５５−１２６７３７）に詳し
く述べられているので説明全省略する。The content of range curvature correction is based on the interpolation method (mainly interpolation, and this is described in detail in "Data Resampling Device" (Utility Model Registration Application 126737/1983), so the explanation will be omitted entirely. do.

０６）　　レンジカーバチャ補正済画像データは、アジ
マス方向圧縮の為ＦＦＴ装置５２５によシフーリエ変侯
を行ない周波数領域のデータとする。06) The range curvature corrected image data is subjected to SiFurier transformation by the FFT device 525 for compression in the azimuth direction, and is converted into frequency domain data.

（第２図ブロックＫ） ａカ　　リファレンス関数メモリ５２６にはあらかじめ
求められた係数が格納されているので前記ステップσ０
で求められたデータを複素乗算装置５２７でかけ合せる
。（第２図ブロックに、Ｌ）０８）次にＩＦＦ”Ｔ装置
５２８を用いて、逆フーリエ変換を行ない、アジマス方
向の圧縮を完了する。(Block K in Figure 2) a) Since the reference function memory 526 stores previously determined coefficients, the step σ0
A complex multiplier 527 multiplies the obtained data. (L in FIG. 2 block) 08) Next, an inverse Fourier transform is performed using the IFF''T device 528 to complete the compression in the azimuth direction.

（第２図ブロックＭ） ＯＩ　　圧縮済の画像中には、レンジ圧縮同様周波数領
域でのたたみ込み積分に伴々う余剰データが内在してお
り、それを切り落とす為の端数処理と、実際の画像デー
タとする為の実数化、整数化処理を後処理装置５２９で
行なう。（第２図ブロックＮ、Ｏ） （イ）並列処理制御部５２１′は前記ステップａ漕で分
配されたデータに対し並列にアジマス用縮されたデータ
を再び集め、目視で理解できる画像データとして整列さ
せて、出力記憶媒体（磁気テープ等）５０５’出力する
機能を有する。(Block M in Figure 2) OI The compressed image contains surplus data due to convolution integration in the frequency domain, similar to range compression. A post-processing device 529 performs real number conversion and integer conversion processing to create data. (Blocks N and O in Figure 2) (a) The parallel processing control unit 521' collects again the azimuth-reduced data in parallel with the data distributed in step a, and arranges it as image data that can be visually understood. It has a function of outputting to an output storage medium (magnetic tape, etc.) 505'.

以上が第３図のＳＡＲ画像化装置の構成と動作の説明で
あるが、ここでレンジ方向とアジマス方向のハードウェ
アとしての動作について更に説明する。The configuration and operation of the SAR imaging apparatus shown in FIG. 3 have been described above, and the operation as hardware in the range direction and azimuth direction will now be further explained.

第３図との対応に於いて本発明になるノ・−ドウエアの
動作を説明する。第５図は第３図に於けるレンジ方間圧
縮装置のハードウェア構成の一実施例を示す図である。The operation of the software according to the present invention will be explained in correspondence with FIG. FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the hardware configuration of the range-wise compression device in FIG. 3.

本図に於いて前処理装置５１２は本データ処理装置の入
力データとなる磁気テープ装置５０５の読出制御、シリ
アル／パラレルデータ変換等の機能を遂行する前置処理
装置である。In the figure, a preprocessing device 512 is a preprocessing device that performs functions such as read control of the magnetic tape device 505 and serial/parallel data conversion, which serve as input data to the data processing device.

ラインバッファ２２−１は該前処理装置で処理されたデ
ータを格納するバーソファメモリであり交代バッファと
し機能すべく２組装備せしめている。The line buffer 22-1 is a versatile memory for storing data processed by the preprocessing device, and two sets of line buffers 22-1 are provided to function as alternating buffers.

本構成は本図におけるラインバッファ２２−２゜３．４
についても同様の機能と構成をとるものである。さて、
ＦＦＴ５１３．ＩＦＦＴ５１６は衆知の如く前者が高速
フーリエ変換装置、後者が逆変換装置である。また複素
乗算器５１５は定数テーブル５１４に基づく複素乗算器
である。定数テーブル５１４はＲ，ＡＭ或いはＲＯＭテ
ーブルとして実現すれば良いものである。最後に後処理
装置５１７は画像メモリ制御装置として機能する。■ラ
イン毎の切れ目を認識しこれを逐次画像メモリに書込む
。This configuration is the line buffer 22-2゜3.4 in this figure.
It also has similar functions and configuration. Now,
FFT513. As is well known, the IFFT 516 is a fast Fourier transform device, and the latter is an inverse transform device. Further, the complex multiplier 515 is a complex multiplier based on the constant table 514. The constant table 514 may be realized as an R, AM or ROM table. Finally, post-processing device 517 functions as an image memory control device. ■Recognizes the breaks in each line and writes them sequentially into the image memory.

次に第６図は第３図に於けるアジマス方向圧縮装置の一
実例を示す図である。本装置はＳＡＲ復元装置の全画像
データの縦方向復元処理を遂行するハードウェアである
。本図に於いて前処理装置５２２は全画像データの横方
向の圧縮処理がなされこれを格納するところの該画像メ
モリよシ今度は全画像データを縦方向に読出す画像メモ
リ読出制御装置として機能する。ＦＦＴ５２５．ＩＦＦ
Ｔ５２８、ラインバッファ２２−５．２２−６゜２２−
７．２２−８．２２−９は第５図に於けるそれと同等の
機能を遂行するハードウェアである、。Next, FIG. 6 is a diagram showing an example of the azimuth direction compression device in FIG. 3. This device is hardware that performs vertical restoration processing of all image data of the SAR restoration device. In this figure, a preprocessing device 522 functions as an image memory readout control device that performs horizontal compression processing on all image data and then reads out all image data in the vertical direction from the image memory where it is stored. do. FFT525. IFF
T528, line buffer 22-5.22-6゜22-
7.22-8.22-9 is hardware that performs the same function as that in FIG.

リサンプリング装置５２４は重みづけ定数Ｗに基づくり
サンプリング処理を、また複素乗算器５２７は定数５２
６に基づく複素乗算を実行する。The resampling device 524 performs the sampling process based on the weighting constant W, and the complex multiplier 527 performs the sampling process based on the weighting constant W.
Perform complex multiplication based on 6.

定数テーブル５２３，５２６は各々ＲＡＭ或いはＲＯＭ
テーブルメモリとして実現する。後処理装置５２９は磁
気テープ装置に対す縦方向復元処理済データの書込制御
装置である。縦方向の各ライン毎の区切れを認識しこれ
を遂−該画像メモリに書込んで行く。第７図は第５図、
第６図におけるＦＦＴ装置を詳細にモデル化した図であ
る。本図を説明するに当り、衆知の事柄ではあるがフー
リエ変換とＦＦＴの考え方を簡単に説明しておく。Constant tables 523 and 526 are each stored in RAM or ROM.
Realized as table memory. The post-processing device 529 is a write control device for vertically restored data to the magnetic tape device. The division of each line in the vertical direction is recognized and finally written into the image memory. Figure 7 is Figure 5,
7 is a detailed model of the FFT device in FIG. 6. FIG. In explaining this diagram, the concepts of Fourier transform and FFT will be briefly explained, although they are common knowledge.

フーリエ変換とは公知の如く信号波形からスペクトラム
を求める手法でありこの変換に於いて特に離散的な時間
および周波数の両方のサンプルでかつ有限個のサンプル
を対象とする場合にこれを離散的フーリエ変換と称され
ている。この場合、離散的フーリエ変換を式で表記する
と となりこの逆変換を表わす式は となる。ここで、 ｊ２１１Ｎ ＷＮ＝ｅ　　　　　、ｘ＋（ｎ＝０〜Ｎ−１）は信号を
等間隔にサンプリングして得られる時間関数のサンプル
Ｘｋ　（ｋ＝ｏ〜Ｎ−１）は周波数領域の関数のＮ点の
サンプルを示すものである。Fourier transform, as is well known, is a method of obtaining a spectrum from a signal waveform. In this transform, especially when a finite number of samples are targeted, including discrete time and frequency samples, this is called discrete Fourier transform. It is called. In this case, the discrete Fourier transform can be expressed as an equation, and the equation representing this inverse transform is as follows. Here, j211N WN=e, x+ (n=0 to N-1) is the time function sample Xk (k=o to N-1) obtained by sampling the signal at equal intervals, and the frequency domain function N A sample of points is shown.

上式を見れば明白であろうが、フーリエ変換、逆変換を
まともにＮ点について実施するならＮ２の複素数乗算に
減らそうというのがＦＦＴと称される計算アルゴリズム
である。このアルゴリズムのうち時間まびき法による方
法を第８図に示す。As is obvious from looking at the above equation, the calculation algorithm called FFT is such that if Fourier transform and inverse transform are properly performed on N points, the number will be reduced to N2 complex number multiplications. Among these algorithms, a method based on the time-varying method is shown in FIG.

第８図に示すＦＦＴ演算の信号流れ図では８点ＦＦＴの
信号流れを例として示しである。The signal flow diagram of FFT calculation shown in FIG. 8 shows the signal flow of 8-point FFT as an example.

本発明が適用されるＳＡＲ画像の実時間再生装置ではこ
の画像データが１シーン当り横方向で約１４．０００画
素、縦方向約１３０００ライン程度と考えられる。従っ
て２のべき乗とすると２′４となシ、第８図に於ける段
数は１４段となる。（第８図の例では３段） ここで第９図にＦＦＴの基本演算回路である、バタフラ
イ演算回路（ト）とその演算式（Ｉ３）を示す。In a real-time SAR image reproducing apparatus to which the present invention is applied, this image data is considered to be approximately 14,000 pixels in the horizontal direction and approximately 13,000 lines in the vertical direction per scene. Therefore, if it is a power of 2, it will be 2'4, and the number of stages in FIG. 8 will be 14. (Three stages in the example of FIG. 8) Here, FIG. 9 shows a butterfly arithmetic circuit (g), which is a basic arithmetic circuit of FFT, and its arithmetic expression (I3).

第８図の信号流れ図から明白となろうが、ＦＦＴはこの
バタフライ演算のくシ返しにより実現できる。第７図は
本発明になるＦＦＴをモデル化した図である。ＦＦＴｌ
−ＦＦＴ１４がこのバタフライ演算回路に対応する。Ｆ
ＦＴの各段当りのバタフライ演算器は理論的には約Ｎ／
２台必要と云われている。これを前述のＳＡＲ画像処理
システムで考えると２”／２ｆ−８，０００台必要とな
る。然し乍ら、これではハード量膨大となる為、本発明
になるＦＦＴハードウェアは第７図に示す如く、各段当
りのバタフライ演算器は１台とし、直動演算方式により
等節約にｓ、ｏ　ｏ　ｏ台分のバタフライ演算を実施さ
せるものである。As will be clear from the signal flow diagram of FIG. 8, FFT can be realized by repeating this butterfly operation. FIG. 7 is a diagram modeling the FFT according to the present invention. FFTl
-FFT14 corresponds to this butterfly calculation circuit. F
Theoretically, the number of butterfly operators per stage of FT is approximately N/
It is said that two are required. Considering this in the aforementioned SAR image processing system, 8,000 2"/2f units would be required. However, this would require an enormous amount of hardware, so the FFT hardware of the present invention is as shown in FIG. The number of butterfly calculation units per stage is one, and butterfly calculations for s, o oo units can be performed with equal savings using a direct-acting calculation method.

従って、各バタフライ演算器の前後には交代バッファを
具備せしめている。第１０図に各段毎に設けるバタフラ
イ演算器のハード構成例を示す。Therefore, alternating buffers are provided before and after each butterfly computing unit. FIG. 10 shows an example of the hardware configuration of the butterfly computing unit provided in each stage.

同図においてシーケンサ２５はアドレス発生器２４を遂
−制御することにより被演算数を交代バッファ２３−４
より放出しバタフライ演算器２６に供給する。In the figure, the sequencer 25 transfers the operands to the alternate buffer 23-4 by controlling the address generator 24.
The butterfly calculator 26 is supplied with the butterfly arithmetic unit 26.

併わせてＦＦＴ演算特有の係数を係数格納メモリ２７よ
り読出しこれにより所望のバタフライ演算を実施し結果
を次段用の交代バッファ２３−５に格納して行く訳であ
る。この演算を各交代バッファの容量１６に点数分くり
返し実施して行く訳である。伺、ラインバッファメモリ
１５−１〜１５−９も交代バッファと同様１６ＫＸ４３
Ｘ２二１２８ＫＢ容量のものを２組具備せしめることに
なる。At the same time, coefficients specific to the FFT operation are read from the coefficient storage memory 27, thereby performing the desired butterfly operation, and storing the results in the alternating buffer 23-5 for the next stage. This calculation is repeated for each alternate buffer capacity 16 for the number of points. Also, the line buffer memories 15-1 to 15-9 are 16KX43 like the alternate buffers.
Two sets of X2 with a capacity of 128 KB will be provided.

またＩＦＦＴについては、ＦＦＴと同様の手段にて実現
できるので説明は省略する。Further, the IFFT can be realized by the same means as the FFT, so a description thereof will be omitted.

本発明はＳＡ１画像化装置ではあるが、ＳＡＲ。Although the present invention is a SA1 imaging device, it is an SAR imaging device.

のみならずホログラム型画像のディジタル方式の再生と
原理的に同じであり、ＳＡＲ以外にも応用可能なもので
ある。In addition, it is basically the same as digital reproduction of hologram-type images, and can be applied to fields other than SAR.

又、レンジ方向圧縮装置とアジマス方向圧縮装置は、Ｆ
ＦＴ、ＩＰＦＴを基本に、リサンプリング装置、複素乗
算器を結合する所が一部異なるのみである為、双方のＯ
Ｒをとり、冗長化した１つの圧縮装置として、レンジ方
向、アジマス方向の双方に用いる方式も可能である。こ
の場合、スループットは半分程度に落ちるがハードウェ
アの量が減る為経済的なシステムとすることが出来る。In addition, the range direction compression device and the azimuth direction compression device are F
Based on FT and IPFT, the only difference is in the part where the resampling device and complex multiplier are connected, so the O
It is also possible to take R and use one redundant compression device in both the range direction and the azimuth direction. In this case, the throughput is reduced to about half, but the amount of hardware is reduced, making it possible to create an economical system.

本発明によれば、従来、超高速計算機を用いても１シー
ン当り１時間以上、普通の大型計算機では数十時間かか
るとされていたＳＡＲ，受信データの画像化を１０分程
度、又はそれ以下で行なうことが出来、現在、非常に困
難とされている全ディジタル方式による実時間の画像化
も可能ならしめることが出来る。According to the present invention, imaging of SAR and received data, which conventionally took more than an hour per scene even with an ultra-high-speed computer and several tens of hours with a normal large-scale computer, can be performed in about 10 minutes or less. This makes it possible to perform real-time imaging using an all-digital system, which is currently considered extremely difficult.

リモートセンシング分野では、将来、ＳＡＲが主流セン
サとなり、現状の各種センサにとって変わることが予想
され、本発明によるＳＡＲ画像化装置は、非常に重要な
システムになると考える。In the field of remote sensing, it is expected that SAR will become the mainstream sensor in the future, replacing various current sensors, and the SAR imaging device according to the present invention will become a very important system.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は、ＳＡＲ画像処理の全体構成図であり、ＳＡＲ
，地表撮影範囲、受信局などの位置付けを示すものであ
る。第２図は、ＳＡＲ画像化処理アルゴリズムをフロー
チャートで表わしたものであり、同時に、受信画像デー
タの加工手順を並言己している。第３図は、本発明によ
るＳＡ１画像化装置の構成図である。第４図は、図３中
の２次元画像メモリの動作説明図である。第５図は、図
３中のレンジ方向圧縮装置の構成図である。第６図は、
図３中のアジマス方向圧縮装置の構成図である。 第７図は、レンジ方向、アジマス方向の各圧縮装置で使
用しているＦＦＴ装置の構成を示すものである。第８図
は、ＦＦ’Ｔの信号流れ図である。第９図は、ＦＦＴの
バタフライ演算回路と演算式である。第１０図は、第９
図のノ々タフライ演算回路の各段毎のバタフライ演算器
のノ・−ド構成例を示すものである。 ５１０・・・レンジ方向圧縮装置、５１３・・・ＦＦＴ
装置、５１６・・・ＩＦＦＴ装置、１０．１０’・・・
二次元画像メモリ、５２０・・・アジマス方向圧縮装置
、５２２・・・前処理手段。 Ｄ。 第１頁の続き 式会社日立製作所システム開発 研究所内 式会社日立製作所システム開発 研究所内Figure 1 is an overall configuration diagram of SAR image processing.
, ground photographing range, positioning of receiving stations, etc. FIG. 2 is a flowchart showing the SAR imaging processing algorithm, and also shows the processing procedure of received image data. FIG. 3 is a block diagram of the SA1 imaging apparatus according to the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the two-dimensional image memory in FIG. 3. FIG. 5 is a block diagram of the range direction compression device in FIG. 3. Figure 6 shows
4 is a configuration diagram of the azimuth direction compression device in FIG. 3. FIG. FIG. 7 shows the configuration of the FFT device used in each compression device in the range direction and the azimuth direction. FIG. 8 is a signal flow diagram of FF'T. FIG. 9 shows an FFT butterfly calculation circuit and calculation formula. Figure 10 shows the 9th
This figure shows an example of the node configuration of the butterfly arithmetic unit in each stage of the butterfly arithmetic circuit shown in the figure. 510...range direction compression device, 513...FFT
Device, 516...IFFT device, 10.10'...
Two-dimensional image memory, 520... Azimuth direction compression device, 522... Preprocessing means. D. Continuing from page 1 Inside the company Hitachi Systems Development Laboratory

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、合成開口レーダによる画像処理システムにおいて、
該合成開口レーダによる撮像データを記憶する第１の記
憶手段と、該記憶手段から再生されたデータを並列処理
し画像データのレンジ方向の圧縮処理をおこなうレンジ
方向圧縮処理装置と、該レンジ方向圧縮済みの画像デー
タを記憶するとともに次いでアジマス方向のデータ圧縮
処理をおこなうだめのデータの並べ替えの処理をする二
次元画像メモリと、該二次元画源メモリから読出された
データのアジマス方向圧縮処理を並列におこなうアジマ
ス方向圧縮処理装置と、該アジマス方向に圧縮されたデ
ータを記憶する第２の記憶手段と、該各装置とデータバ
スラインを介して結合してデータの演算制御をおこなう
計算機とを具備し、該第２の記憶手段に記憶されている
データを再生して目視可能画像データを得ることを特徴
とする合成開口レーダの画像処理システム。 ２、前記特許請求の範囲第１項記載において、該レンジ
方向圧縮処理装置が次の各手段から構成されることを特
徴とする合成開口レーダの画像処理システム。 （ａ）　　該第１の記憶手段から順次再生される直列デ
ータを並列処理に分配する並列処理手段、（ｂ）　　該
並列処理に分配されたデータを周波数頭域のデータに変
換する高速フーリエ解析手段、（Ｃ）　　該周波数領域
に変換されたデータとあらかじめ定められているリファ
レンスデータとの参照演算処理後逆フーリエ変換処理す
る手段と、（ｄ）　　該逆フーリエ変換データを直列デ
ータに変換して該二次元画像メモリに記憶させる直列処
理手段。 ３、前記特許請求の範囲第１項記載において、該アジマ
ス方向圧縮処理装置が次の各手段から構成されることを
特徴とする合成開口レーダの画像処理システム。 （ａ）　　該二次元画像メモリから１１次読出されるレ
ンジ方向圧縮済みデータを読出し並列処理に分配する並
列処理手段、 （ｂ）　　あらかじめ記憶されているドツプラシフト係
ａＫよりレンジカーバチャ補正をおこなうＬ／７ジカー
バチヤ補正手段、 （Ｃ）　　レンジカーバチャ補正後のデータを周波数領
域のデータに変換する高速フーリエ解析手段、（ｄ）　
　該周波数領域に変換されたデータとあらかじめ定めら
れているリファレンスデータとの参照演算処理後逆フー
リエ変換処理する手段、（ｅ）　　該逆父換されたアジ
マスデータを該第２の記憶手段に記憶せしめる直列処理
手段。 ４、前記特許請求の範囲第１項の記載の二次元画像メモ
リはレンジ方向圧縮済みのｍ行ｎ列のデータを（ｉ、１
）、＜目、２）・・・・・・（ｉ、ｊ）、・・・・・・
（ｉ、ｎ）（ｉ＋１．１）・旧・・（ｍ、ｊ）、・・・
・・・（ｍ、ｎ）の順序で記憶させる手段と、該記憶さ
れたデータを（’＝　１）、ｕ＋ｘ、１）・川・・（”
＋　１）ｌ　（ｉｔ　２）　（ｉ＋ｉ＋　２）・・・・
・・（ｍ　。 ｊ）、・・・・・・（ｍ、ｎ）の順序で読出しをおこな
う読出手段とを含むことを特徴とする合成開口レーダの
画像処理システム。[Claims] 1. In an image processing system using synthetic aperture radar,
a first storage means for storing imaging data obtained by the synthetic aperture radar; a range-direction compression processing device for performing parallel processing of data reproduced from the storage means to perform range-direction compression processing of image data; and the range-direction compression processing. a two-dimensional image memory that stores image data that has already been processed and then performs azimuth-direction data compression processing to rearrange the data; and an azimuth-direction compression processing of data read from the two-dimensional image source memory. A parallel azimuth direction compression processing device, a second storage means for storing data compressed in the azimuth direction, and a computer connected to each device via a data bus line to control data arithmetic operations. An image processing system for a synthetic aperture radar, comprising: reproducing data stored in the second storage means to obtain visible image data. 2. An image processing system for a synthetic aperture radar according to claim 1, wherein the range direction compression processing device comprises the following means. (a) parallel processing means for distributing the serial data sequentially reproduced from the first storage means to parallel processing; (b) fast Fourier analysis means for converting the data distributed to the parallel processing into frequency range data. , (C) means for performing inverse Fourier transform after reference calculation processing of the data transformed into the frequency domain and predetermined reference data; and (d) means for converting the inverse Fourier transform data into serial data and converting the data into serial data. Serial processing means for storing in a two-dimensional image memory. 3. An image processing system for a synthetic aperture radar according to claim 1, wherein the azimuth direction compression processing device comprises the following means. (a) Parallel processing means for reading and distributing range direction compressed data 11th read from the two-dimensional image memory to parallel processing; (b) L/L/L for performing range curvature correction from a pre-stored Doppler shift coefficient aK; 7 dikerbacher correction means, (C) fast Fourier analysis means for converting data after range curvature correction into frequency domain data, (d)
means for performing inverse Fourier transform processing after reference calculation processing of the data converted into the frequency domain and predetermined reference data; (e) storing the inversely converted azimuth data in the second storage means; Serial processing means. 4. The two-dimensional image memory according to claim 1 stores data in m rows and n columns compressed in the range direction (i, 1
), < eyes, 2)...(i, j),...
(i, n) (i+1.1)・old・(m,j),・・
... means for storing the stored data in the order of (m, n), and the stored data ('= 1), u+x, 1), river... ("
+ 1)l (it 2) (i+i+ 2)...
. . . (m. j), . . . (m, n) in the order of readout means.