WO2023218965A1

WO2023218965A1 - レーダイメージング装置、レーダイメージング方法および記録媒体

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Publication number: WO2023218965A1
Application number: PCT/JP2023/016477
Authority: WO
Inventors: 達哉住谷; 正行有吉; 俊之野村; 一峰小倉
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2022-05-11
Filing date: 2023-04-26
Publication date: 2023-11-16

Abstract

本発明のレーダイメージング装置は、対象空間Ｐに照射された電磁波の反射波を受信するアンテナを制御してレーダ信号を取得すると、レーダ信号に基づき、対象空間Ｐの所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域Ｓの状態を示す２次元画像を生成する。次いで、レーダイメージング装置は、当該２次元画像の中から所定の対象物を含む対象物領域Ｔを検出する。そして、レーダイメージング装置（１０）は、レーダ信号に基づき、対象空間Ｐの中の一部空間であって、対象物領域Ｔを対象空間Ｐの高さ方向に移動した際に対象物領域Ｔが通過する部分（画像化空間Ｕ）の状態を示す３次元画像を生成する。

Description

レーダイメージング装置、レーダイメージング方法および記録媒体

　本発明は、レーダイメージング装置、レーダイメージング方法および記録媒体に関する。

　ミリ波等の電磁波を照射し、その反射波の信号に基づき画像を生成し、当該画像に基づき持ち物検査等の各種検査を行う技術がある。関連する技術が特許文献１、非特許文献１及び２に開示されている。

　特許文献１及び非特許文献１には、ミリ波等の電磁波による計測で得られたレーダ信号に基づきレーダ画像を生成する技術が開示されている。

　非特許文献２には、まず比較的狭いエリアに集まった少数のアンテナで得られた信号のみに基づき、低分解能だが広範囲をカバーする画像を生成して対象物の位置を特定し、その後広い範囲に広がった多数のアンテナで得られた信号に基づき、特定した対象物の周辺に限定して高分解能の画像を生成する技術が開示されている。

国際公開第２０２０／２６１５２５号

S. S. Ahmed, A. Schiessl, F. Gumbmann, M. Tiebout, S. Methfessel and L. Schmidt, "Advanced Microwave Imaging," in IEEE Microwave Magazine, vol. 13, no. 6, pp. 26-43, Sept.-Oct. 2012, doi: 10.1109/MMM.2012.2205772. F. Adib et al., "Capturing the Human Figure Through a Wall," ACM Transactions on Graphics, Vol. 34, No. 6, Article 219, 2015.

　持ち物検査等の各種検査を行う際に、対象物の向き等を所定の状態にすることが要求される場合、利便性が悪く、また作業効率も悪くなる。対象物の状態に制限を加えず、例えば対象物が所定の空間を移動している間に持ち物検査等の各種検査を行うことができれば、上記不都合が解決される。

　しかし、対象物が傾いていたとしても移動している間にはその対象物からの反射波を捉えやすい計測位置が存在する。そのような計測位置を含めようとすると、図１３に示すように画像化する対象空間Ｐの幅をレーダ開口よりも十分に広くする必要がある。結果、対象空間Ｐ全ての状態を示す３次元画像を生成すると、コンピュータの計算量が膨大となり、コンピュータの処理負担の問題や、処理時間の問題が発生し得る。特許文献１及び非特許文献１は、当該課題及びその解決手段を開示していない。

　非特許文献２に開示の技術を利用すれば、高分解能の画像を生成する領域を狭めることができるので、上記問題を軽減できる。しかし、非特許文献２に開示の技術の場合、図１４に示すように、低分解能の画像を生成する際のレーダ開口が狭くなる。それに起因して、対象物を検出できる領域も狭くなる。図１４では、レーダ開口が狭くなった結果、図１３に示すようにレーダ開口が広いときには検出できていた対象物Ｑ（対象空間Ｐの端に位置する対象物Ｑ）が検出できなくなった様子が示されている。

　本発明の目的の一例は、上述した問題を鑑み、対象空間内に存在する対象物を、対象物の向きに関係なく検出できるようにする技術において、対象物の検出漏れを抑制しつつ、コンピュータの処理負担を軽減するという課題を解決するレーダイメージング装置、レーダイメージング方法及びプログラムを提供することにある。

　本発明の一態様によれば、
　対象空間に照射された電磁波の反射波を受信するアンテナを制御してレーダ信号を取得するレーダ信号取得手段と、
　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域の状態を示す２次元画像を生成する第１の画像生成手段と、
　前記２次元画像の中から所定の対象物を含む対象物領域を検出する対象物領域検出手段と、
　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の中の一部空間であって、前記対象物領域を前記対象空間の高さ方向に移動した際に前記対象物領域が通過する部分の状態を示す３次元画像を生成する第２の画像生成手段と、
を有するレーダイメージング装置が提供される。

　本発明の一態様によれば、
　コンピュータが、
　　対象空間に照射された電磁波の反射波を受信するアンテナを制御してレーダ信号を取得し、
　　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域の状態を示す２次元画像を生成し、
　　前記２次元画像の中から所定の対象物を含む対象物領域を検出し、
　　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の中の一部空間であって、前記対象物領域を前記対象空間の高さ方向に移動した際に前記対象物領域が通過する部分の状態を示す３次元画像を生成する、
レーダイメージング方法が提供される。

　本発明の一態様によれば、
　コンピュータを、
　　対象空間に照射された電磁波の反射波を受信するアンテナを制御してレーダ信号を取得するレーダ信号取得手段、
　　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域の状態を示す２次元画像を生成する第１の画像生成手段、
　　前記２次元画像の中から所定の対象物を含む対象物領域を検出する対象物領域検出手段、
　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の中の一部空間であって、前記対象物領域を前記対象空間の高さ方向に移動した際に前記対象物領域が通過する部分の状態を示す３次元画像を生成する第２の画像生成手段、
として機能させるプログラムが提供される。

　本発明の一態様によれば、対象空間内に存在する対象物を、対象物の向きに関係なく検出できるようにする技術において、対象物の検出漏れを抑制しつつ、コンピュータの処理負担を軽減するという課題を解決するレーダイメージング装置、レーダイメージング方法及びプログラムが実現される。

　上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる公的な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

レーダイメージング装置の機能ブロック図の一例を示す図である。レーダイメージング装置の処理の一例を説明するための図である。レーダイメージング装置のハードウエア構成の一例を示す図である。対象空間の一例を示す図である。対象空間の他の一例を示す図である。対象空間の他の一例を示す図である。レーダイメージング装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。レーダイメージング装置の機能ブロック図の他の一例を示す図である。レーダイメージング装置の処理の他の一例を説明するための図である。レーダイメージング装置の機能ブロック図の一例を示す図である。３次元画像を投影して２次元投影画像を生成する処理を説明するための図である。３次元画像を投影して２次元投影画像を生成する処理を説明するための他の図である。本発明の課題を説明するための図である。本発明の課題を説明するための他の図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
　図１は、第１の実施形態に係るレーダイメージング装置１０の概要を示す機能ブロック図である。レーダイメージング装置１０は、レーダ信号取得部１１と、第１の画像生成部１２と、対象物領域検出部１３と、第２の画像生成部１４とを有する。

　レーダ信号取得部１１は、対象空間に照射された電磁波の反射波を受信するアンテナを制御してレーダ信号を取得する。第１の画像生成部１２は、レーダ信号取得部１１が取得したレーダ信号に基づき、対象空間の所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域の状態を示す２次元画像を生成する。対象物領域検出部１３は、第１の画像生成部１２が生成した２次元画像の中から所定の対象物を含む対象物領域を検出する。第２の画像生成部１４は、レーダ信号取得部１１が取得したレーダ信号に基づき、対象空間の中の一部空間であって、対象物領域を対象空間の高さ方向に移動した際に対象物領域が通過する部分（空間）の状態を示す３次元画像を生成する。

　このような構成を備えるレーダイメージング装置１０によれば、対象空間内に存在する対象物を、対象物の向きに関係なく検出できるようにする技術において、対象物の検出漏れを抑制しつつ、コンピュータの処理負担を軽減するという課題が解決される。

＜第２の実施形態＞
「概要」
　第２の実施形態のレーダイメージング装置１０は、第１の実施形態のレーダイメージング装置１０をより具体化したものである。図２を用いて、本実施形態のレーダイメージング装置１０の概要を説明する。

　レーダイメージング装置１０は、対象空間Ｐに照射された電磁波の反射波を受信するアンテナ（不図示）を制御してレーダ信号を取得する。次いで、レーダイメージング装置１０は、当該レーダ信号に基づき、対象空間Ｐの所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域Ｓの状態を示す２次元画像を生成する。例えば、対象物Ｑが人物である場合、所定高さ領域Ｓの状態を示す２次元画像において、人物の身体の所定箇所の断面が示される。次いで、レーダイメージング装置１０は、所定高さ領域Ｓの状態を示す２次元画像の中から所定の対象物Ｑを含む対象物領域Ｔを検出する。

　次いで、レーダイメージング装置１０は、レーダ信号に基づき、対象空間Ｐの中の一部空間であって、対象物領域Ｔを対象空間Ｐの高さ方向に移動した際に対象物領域Ｔが通過する部分（画像化空間Ｕ）の状態を示す３次元画像を生成する。上述のように、対象物領域Ｔは対象物Ｑを含む領域である。このため、上述のような画像化空間Ｕは対象物Ｑを含む空間となる。

　このように、レーダイメージング装置１０は、所定高さ領域Ｓの状態を示す２次元画像に基づき対象物Ｑの位置を特定した後、対象空間Ｐの一部空間であって、対象物Ｑを含む画像化空間Ｕの状態を示す３次元画像を生成する。イメージング装置１０が生成する画像は、所定高さ領域Ｓの状態を示す２次元画像と、対象空間Ｐの一部空間である画像化空間Ｕの状態を示す３次元画像である。このようなレーダイメージング装置１０によれば、対象空間Ｐ全ての状態を示す３次元画像を生成する場合に比べて、コンピュータの計算量を減らすことができる。

　また、レーダイメージング装置１０は、対象空間Ｐの所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域Ｓの状態を示す２次元画像を生成し、当該２次元画像に基づき対象物Ｑの位置を特定する。このようなレーダイメージング装置１０によれば、非特許文献２に開示の技術のように使用するアンテナの数を減らすことなく、コンピュータの計算量を減らすことができる。アンテナの数を減らさなくてよいので、対象物Ｑの検出漏れを抑制することができる。

　また、レーダイメージング装置１０によれば、上述のような特徴的な構成でコンピュータの計算量を減らすことができるので、対象空間Ｐの幅をレーダ開口よりも十分に広くしても、コンピュータの処理負担の問題や、処理時間の問題が大きくならない。このようなレーダイメージング装置１０によれば、対象空間Ｐの幅をレーダ開口よりも十分に広くできるので、対象空間Ｐ内に存在する対象物Ｑを、対象物Ｑの向きに関係なく検出できる。

「ハードウエア構成」
　次に、レーダイメージング装置１０のハードウエア構成の一例を説明する。レーダイメージング装置１０の各機能部は、任意のコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、メモリにロードされるプログラム、そのプログラムを格納するハードディスク等の記憶ユニット（あらかじめ装置を出荷する段階から格納されているプログラムのほか、ＣＤ（Compact Disc）等の記録媒体やインターネット上のサーバ等からダウンロードされたプログラムをも格納できる）、ネットワーク接続用インターフェイスを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。

　図３は、レーダイメージング装置１０のハードウエア構成を例示するブロック図である。図３に示すように、レーダイメージング装置１０は、プロセッサ１Ａ、メモリ２Ａ、入出力インターフェイス３Ａ、周辺回路４Ａ、バス５Ａを有する。周辺回路４Ａには、様々なモジュールが含まれる。レーダイメージング装置１０は周辺回路４Ａを有さなくてもよい。なお、レーダイメージング装置１０は物理的及び／又は論理的に分かれた複数の装置で構成されてもよい。この場合、複数の装置各々が上記ハードウエア構成を備えることができる。

　バス５Ａは、プロセッサ１Ａ、メモリ２Ａ、周辺回路４Ａ及び入出力インターフェイス３Ａが相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。プロセッサ１Ａは、例えばＣＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などの演算処理装置である。メモリ２Ａは、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリである。入出力インターフェイス３Ａは、入力装置、外部装置、外部サーバ、外部センサ、カメラ、レーダ等から情報を取得するためのインターフェイスや、出力装置、外部装置、外部サーバ、レーダ等に情報を出力するためのインターフェイスなどを含む。入力装置は、例えばキーボード、マウス、マイク、物理ボタン、タッチパネル等である。出力装置は、例えばディスプレイ、スピーカ、プリンター、メーラ等である。プロセッサ１Ａは、各モジュールに指令を出し、それらの演算結果をもとに演算を行うことができる。

「機能構成」
　次に、第２の実施形態のレーダイメージング装置１０の機能構成を詳細に説明する。図１に、レーダイメージング装置１０の機能ブロック図の一例を示す。図示するように、レーダイメージング装置１０は、レーダ信号取得部１１と、第１の画像生成部１２と、対象物領域検出部１３と、第２の画像生成部１４とを有する。

　レーダ信号取得部１１は、対象空間Ｐに照射された電磁波の反射波を受信するアンテナを制御してレーダ信号を取得する。レーダ信号取得部１１は、ミリ波等の電磁波を照射する送信アンテナと、送信アンテナから照射された電磁波の反射波を受信する受信アンテナとを制御する。レーダ信号取得部１１は、例えば、送信アンテナからの電磁波の照射、具体的には照射タイミング等を制御する。

　送信アンテナが照射する電磁波として、例えば、連続波（Continuous Wave (ＣＷ)）、周波数変調連続波（Frequency Modulated CW (ＦＭＣＷ)）、Stepped Frequency Continuous Wave (ＳＦＣＷ)等が使用可能ある。受信アンテナは、受信波の複素振幅（振幅と送信波からの位相ずれを表す複素数）を周波数ごとに測定し、測定結果をレーダ信号とする。レーダ信号は、送信アンテナの番号ｎ、受信アンテナの番号ｍ、周波数ｆを引数として、Ｓ（ｎ，ｍ，ｆ）のように表せる。

　アンテナの構成は特段制限されず、あらゆる構成を採用できる。例えば、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを並べたアンテナパネルＲを採用してもよい。

　複数のアンテナは、対象空間Ｐに電磁波を照射し、対象空間Ｐ内に位置する対象物Ｑにおいて反射した反射波を受信する位置及び向きで設置される。

　対象空間Ｐは、持ち物検査等の所定の検査を実施する空間である。上述したアンテナにより、対象物Ｑを含む対象空間Ｐへの電磁波の照射、及びその反射波の受信が実行される。そして、その反射波のレーダ信号に基づき各種検査が行われる。対象空間Ｐは、例えば対象物Ｑが通過する通路等に設けられる。そして、対象物Ｑが対象空間Ｐ内を移動している間に、電磁波の照射及び反射波の受信が行われる。このように、本実施形態の一例では、ウォークスルー型の検査が実現される。

　図４に示すように、対象空間Ｐの形状は、例えば四角柱であるが、その他、円柱、三角柱等のような他の柱体であってもよい。対象空間Ｐは高さ方向に均等である。すなわち、どの高さの断面も同じ形状かつ同じサイズとなる。本実施形態では、このような柱体の対象空間Ｐに対し、対象物Ｑの移動方向にｘ軸をとり、ｘ軸と直交しかつ柱体の底面と平行な方向にｙ軸をとり、柱体の高さ方向（対象空間Ｐの高さ方向と同じ）にｚ軸をとった座標系を設定するものとする。

　なお、ｘｙ平面は、対象物Ｑの移動方向と平行になる。ｘｙ平面は、図４に示すように水平面となってもよいし、水平面とならなくてもよい。例えば、図５及び図６に示すように、エスカレーター、階段、傾斜した通路等において対象空間Ｐを設定した場合、対象物Ｑの移動方向は水平方向とならず、水平方向から傾斜した方向となる。なお、図５及び図６では、移動方向が上りとなっているが、移動方向が下りとなっていてもよい。

　対象空間Ｐ内は、画像計算を行えるようにボクセル等の要素に分割され、各要素に代表座標が定義されてもよい。代表座標の集合は下記式（１）と表記することができる。

　例えば、各方向に等間隔なＮ_ｘ×Ｎ_ｙ×Ｎ_ｚセルのボクセル状に分割する場合、式（１）のＰ_ＸＹ及びＰ_Ｚは下記式（２）のように表記することができる。なお、ここではボクセル状に分割する例を説明したが、極座標などの別の座標系で表記してもよい。

　図１に戻り、第１の画像生成部１２は、レーダ信号取得部１１が取得したレーダ信号に基づき、対象空間Ｐの所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域Ｓの状態を示す２次元画像を生成する。２次元方向は、上述したｘ軸方向及びｙ軸方向である。

　本実施形態では、所定の高さは予め定められる固定値であり、対象物Ｑのサイズや対象空間Ｐを移動する際の対象物Ｑの姿勢等に基づき決定される。例えば、対象物Ｑが人物であり、対象物Ｑが立った状態で（例えば歩いて）対象空間Ｐ内を移動する前提である場合、所定の高さは立った人物の腰や腹部付近として想定される高さとしてもよい。

　第１の画像生成部１２は、「対象空間Ｐの１つの所定の高さに位置し、２次元方向に広がる１つの所定高さ領域Ｓの状態を示す１つの２次元画像」を生成してもよい。その他、第１の画像生成部１２は、「対象空間Ｐの複数の所定の高さ各々に位置し、２次元方向に広がる複数の所定高さ領域Ｓ各々の状態を示す複数の２次元画像」を生成してもよい。

　複数の２次元画像を生成する場合の例として、立った人物の腰や腹部付近（例：所定の高さが１．０ｍ程度）の２次元画像と、立った人物の脚部付近（例：所定の高さが０．５ｍ程度）の２次元画像とが生成される例が挙げられる。

　人物の腰や腹部付近の２次元画像を生成する場合、人物の腰や腹部は動きが比較的小さいため、当該２次元画像に基づき対象物Ｑの位置を安定して特定することが可能となる。また、人物の脚部付近の２次元画像を生成する場合、人物の脚部の検出（位置特定）のみならず、キャリーバッグ等の地面に置かれた荷物の検出も可能となる。

　レーダ信号に基づく２次元画像の生成は、特許文献１や非特許文献１に開示のあらゆる技術を利用して実現される。

　例えば下記式（３）に基づき、レーダ信号Ｓ（ｎ，ｍ，ｆ）からレーダ画像Ｉ（ｘ、ｙ、ｚ）が生成される。

　上述の通り、Ｓ（ｎ，ｍ，ｆ）は、送信アンテナの番号ｎ、受信アンテナの番号ｍ、周波数ｆを引数として表されたレーダ信号である。Ｒ_ｎ，ｍ（ｘ，ｙ，ｚ）は、ｎ番目の送信アンテナから座標（ｘ，ｙ，ｚ）までの距離と、座標（ｘ，ｙ，ｚ）からｍ番目の受信アンテナまでの距離との合計である。ｃは光速度である。

　対象物領域検出部１３は、第１の画像生成部１２が生成した２次元画像の中から所定の対象物Ｑを含む対象物領域Ｔを検出する。対象物領域Ｔは、対象物Ｑを包含する所定形状かつ所定サイズの領域である。所定形状は例えば四角形であるが、円等のその他の形状とすることもできる。所定形状と所定サイズは予め定められる。なお、対象物領域Ｔは所定高さ領域Ｓの一部領域である。

　対象物領域検出部１３は、例えば以下の処理例１乃至３のいずれかを実行してもよい。

　なお、処理例１乃至３の前提事項として、対象物領域検出部１３は、第１の画像生成部１２が生成した２次元画像を処理し、対象物領域Ｔを検出する。第１の画像生成部１２が生成した２次元画像は、Ｉ（ｘ，ｙ）と表すことができる。なお、第１の画像生成部１２が対象空間Ｐの複数の所定の高さ各々に対応する複数の２次元画像を生成する場合、対象物領域検出部１３は、任意の手法でそれら複数の２次元画像を射影し、１つの２次元画像Ｉ（ｘ，ｙ）を生成した後、以下の処理を行う。射影の仕方としては、複数の２次元画像の同一座標（ｘ及びｙが互いに一致する座標）のデータの統計値（最大値、最小値、平均値、中央値、最頻値、和等）や、当該データの絶対値の統計値や、当該データを２乗した値の統計値等を算出する方法が例示される。

（処理例１）
　まず、対象物領域検出部１３は、Ｉ（ｘ，ｙ）が所定条件（例：最大、所定値以上）となる座標（ｘ，ｙ）、すなわち反射波の強さが所定条件（例：最大、所定値以上）を満たす座標（ｘ，ｙ）を特定する。そして、対象物領域検出部１３は、特定した座標（ｘ，ｙ）を含む所定領域、例えば特定した座標（ｘ，ｙ）を中心とする所定形状かつ所定サイズの領域を対象物領域Ｔとして検出する。

　なお、対象物領域検出部１３は、反射波の強さが所定条件（例：最大、所定値以上）を満たす座標（ｘ，ｙ）を複数特定してもよい。そして、対象物領域検出部１３は、特定した複数の座標各々を含む複数の対象物領域Ｔを検出してもよい。

　対象空間Ｐの全領域が等間隔なボクセル状に分割されており、かつ対象物領域Ｔはｘｙ平面内のＬ_ｘ×Ｌ_ｙセルの四角形領域とする場合、次のようになる。なお、Ｌｘは対象物領域Ｔのｘ軸方向の長さ（セル数）であり、Ｌｙは対象物領域Ｔのｙ軸方向の長さである。

　まず、Ｉ（ｘ，ｙ）が最大となる座標（ｘ_Ｍ，ｙ_Ｍ）に対応する座標番号を（ｉ_Ｍ，ｊ_Ｍ）とする。つまり、ｘ_Ｍ＝ｘ_０＋ｉ_ＭΔｘ、ｙ_Ｍ＝ｙ_０＋ｉ_ＭΔｙとなる。

　ｉ´_Ｍ＝ｉ_Ｍ－Ｌｘ／２、ｊ´_Ｍ＝ｊ_Ｍ－Ｌｙ／２として、次の式（４）のようにＲ_ＸＹを設定できる。Ｒ_ＸＹで示される領域が対象物領域Ｔとなる。

　なお、（ｉ´_Ｍ，ｊ´_Ｍ）の値によっては、Ｒ_ＸＹで示される領域の一部が対象空間Ｐからはみ出してしまう可能性がある。Ｒ_ＸＹで示される領域の一部が対象空間Ｐからはみ出してしまう場合、対象物領域検出部１３は、はみ出ないような範囲に（ｉ´_Ｍ，ｊ´_Ｍ）の値を修正する処理（クリッピング処理）を実行してもよい。

（処理例２）
　まず、対象物領域検出部１３は、２次元画像内で所定形状かつ所定サイズの観察領域を複数設定する。次いで、対象物領域検出部１３は、観察領域毎に、各観察領域に含まれる座標のＩ（ｘ，ｙ）の和又は平均、すなわち、反射波の強さの和又は平均を算出する。そして、対象物領域検出部１３は、反射波の強さの和又は平均が所定条件（例：最大、所定値以上）を満たす観察領域を、対象物領域Ｔとして検出する。なお、対象物領域検出部１３は、１つの観察領域を対象物領域Ｔとして検出してもよいし、複数の観察領域を対象物領域Ｔとして検出してもよい。

（処理例３）
　対象物領域検出部１３は、２次元画像に対して輪郭検出処理等を行い、輪郭で囲まれた所定条件（例：所定の大きさ以上）を満たす領域を、対象物領域Ｔとして検出してもよい。

　図１に戻り、第２の画像生成部１４は、レーダ信号取得部１１が取得したレーダ信号に基づき、対象空間Ｐの中の一部空間であって、対象物領域検出部１３が検出した対象物領域Ｔを対象空間Ｐの高さ方向に移動した際に対象物領域Ｔが通過する部分（画像化空間Ｕ）の状態を示す３次元画像を生成する。

　図２に、対象空間Ｐと、対象物Ｑと、所定高さ領域Ｓと、対象物領域Ｔと画像化空間Ｕとの関係を示す。対象物領域Ｔを対象空間Ｐの高さ方向に移動した際に対象物領域Ｔが通過する部分である画像化空間Ｕは、図示するように柱体となる。そして、対象物領域Ｔの形状及びサイズを適切に設定することで、画像化空間Ｕが対象物Ｑを包含するようになる。なお、対象物領域Ｔを対象空間Ｐの高さ方向に移動した際に対象物領域Ｔが通過しない部分は画像化空間Ｕに含まれない。本実施形態において、画像化空間Ｕの高さは、対象空間Ｐの高さと同じである。

　レーダ信号に基づく３次元画像の生成は、特許文献１や非特許文献１に開示のあらゆる技術を利用して実現される。なお、上述した式（３）に基づき、レーダ信号Ｓ（ｎ，ｍ，ｆ）からレーダ画像Ｉ（ｘ、ｙ、ｚ）が生成されてもよい。

　次に、図７のフローチャートを用いて、レーダイメージング装置１０の処理の流れの一例を説明する。

　まず、レーダイメージング装置１０は、対象空間Ｐに電磁波を照射するとともに反射波を受信するアンテナを制御し、レーダ信号を取得する（Ｓ１０）。

　次いで、レーダイメージング装置１０は、Ｓ１０で取得したレーダ信号に基づき、対象空間Ｐの所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域Ｓの状態を示す２次元画像を生成する（Ｓ１１）。

　次いで、レーダイメージング装置１０は、Ｓ１１で生成した２次元画像の中から所定の対象物Ｑを含む対象物領域Ｔを検出する（Ｓ１２）。

　次いで、レーダイメージング装置１０は、Ｓ１０で取得したレーダ信号に基づき、対象空間Ｐの中の一部空間であって、対象物領域Ｔを対象空間Ｐの高さ方向に移動した際に対象物領域Ｔが通過する部分（画像化空間Ｕ）の状態を示す３次元画像を生成する（Ｓ１３）。

　このようにして生成された３次元画像に基づき、持ち物検査等の各種検査が実行される。３次元画像に基づく各種検査の詳細は特段制限されず、あらゆる技術を採用できる。

「作用効果」
　レーダイメージング装置１０は、所定高さ領域Ｓの状態を示す２次元画像に基づき対象物Ｑの位置を特定した後、対象空間Ｐの一部空間であって、対象物Ｑを含む画像化空間Ｕの状態を示す３次元画像を生成する。イメージング装置１０が生成する画像は、所定高さ領域Ｓの状態を示す２次元画像と、対象空間Ｐの一部空間である画像化空間Ｕの状態を示す３次元画像である。このようなレーダイメージング装置１０によれば、対象空間Ｐ全ての状態を示す３次元画像を生成する場合に比べて、コンピュータの計算量を減らすことができる。

＜第３の実施形態＞
　第３の実施形態のレーダイメージング装置１０は、画像化空間Ｕの高さを対象空間Ｐの高さよりも低くすることで、コンピュータの計算量を減らす。以下、詳細に説明する。

　図８に、本実施形態のレーダイメージング装置１０の機能ブロック図の一例を示す。図示するように、レーダイメージング装置１０は、レーダ信号取得部１１と、第１の画像生成部１２と、対象物領域検出部１３と、第２の画像生成部１４とを有する。図８の機能ブロック図は、第１の画像生成部１２と第２の画像生成部１４が、データの受け渡しを示す線で繋がっている点で、図１の機能ブロック図と異なる。

　第１の画像生成部１２は、複数の所定の高さ各々に位置する複数の所定高さ領域Ｓ各々の状態を示す複数の２次元画像を生成する。図９に示す例では、ｚ＝０．５、１．０、１．５［ｍ］の３つの所定の高さ各々に位置する３つの所定高さ領域Ｓ_１乃至Ｓ_３各々の状態を示す３つの２次元画像が生成されている。なお、図９に示す所定の高さの数、及び、各所定の高さの値はあくまで一例であり、これに限定されない。複数の所定の高さは、予め定められる。

　対象物領域検出部１３は、第１の画像生成部１２が生成した複数の２次元画像各々の中から対象物領域Ｔを検出する。

　第２の画像生成部１４は、複数の２次元画像各々の中から対象物領域Ｔが検出されたか否かの検出結果に基づき、生成する３次元画像の高さＭを決定する。そして、第２の画像生成部１４は、対象物領域Ｔを対象空間Ｐの底面から高さ方向にＭだけ移動した際に対象物領域Ｔが通過する部分（画像化空間Ｕ）の状態を示す３次元画像を生成する。具体的には、第２の画像生成部１４は、第１の画像生成部１２から、複数の所定の高さの値を取得する。また、第２の画像生成部１４は、対象物領域検出部１３から、複数の所定の高さ各々に対応する複数の２次元画像各々の中から対象物領域Ｔが検出されたか否かの検出結果を取得する。そして、第２の画像生成部１４は、上記取得した情報に基づき、上記Ｍを決定する。なお、対象空間Ｐの高さをＨとした場合、ＭはＭ≦Ｈを満たす任意の値となる。すなわち、第２の画像生成部１４は、３次元画像の高さＭとして、対象空間Ｐの高さＨよりも低い値を設定することも可能である。

　例えば、第２の画像生成部１４は、複数の所定の高さの中から対象物領域Ｔが検出されなかった所定の高さを特定した後、特定した中の最も低い所定の高さをＭとすることができる。図９を用いて、この処理について説明する。

　図９の例では、ｚ＝０．５、１．０、１．５［ｍ］の３つの所定の高さが設定されている。そして、ｚ＝０．５、１．０では対象物領域Ｔが検出されたが、ｚ＝１．５では対象物領域Ｔが検出されていない。この場合、第２の画像生成部１４は、１．５をＭに設定する。

　他の例として、例えば、ｚ＝０．５、１．０、１．５、２．０、２．５［ｍ］の５つの所定の高さが設定され、ｚ＝０．５、１．０では対象物領域Ｔが検出されたが、ｚ＝１．５、２．０、２．５では対象物領域Ｔが検出されなかったとする。この場合、第２の画像生成部１４は、対象物領域Ｔが検出されなかった１．５、２．０、２．５の中の最も低い１．５をＭに設定する。

「変形例」
　レーダイメージング装置１０は、以下のような処理でＭを決定してもよい。例えば、可視光カメラ等の他のセンサを用いて、対象空間Ｐ内に存在する対象物Ｑの高さを検出してもよい。そして、レーダイメージング装置１０は、検出された対象物Ｑの高さを示す情報を取得してもよい。

　第２の画像生成部１４は、検出された対象物Ｑの高さに基づきＭを決定する。例えば、第２の画像生成部１４は、検出された対象物Ｑの高さにα（予め定められた値）を加えた値をＭに設定してもよい。その他、第２の画像生成部１４は、検出された対象物Ｑの高さにβ（予め定められた１以上の値）を掛けた値をＭに設定してもよい。なお、ここでの算出例はあくまで一例であり、これらに限定されない。検出された対象物Ｑの高さをＭとするのでなく、検出された対象物Ｑの高さよりもやや大きい値をＭとすることで、対象物Ｑが画像化空間Ｕからはみ出る不都合を抑制している。

　当該変形例の場合、第１の画像生成部１２は、複数の所定の高さに対応する複数の２次元画像を生成する必要はなく、１つの所定の高さに対応する１つの２次元画像を生成してもよい。

　本実施形態のレーダイメージング装置１０のその他の構成は、第１及び第２の実施形態のレーダイメージング装置１０の構成と同様である。

　本実施形態のレーダイメージング装置１０によれば、第１及び第２の実施形態のレーダイメージング装置１０と同様の作用効果が実現される。また。本実施形態のレーダイメージング装置１０によれば、画像化空間Ｕの高さを低くすることで、コンピュータの計算量を減らすことができる。

＜第４の実施形態＞
　第４の実施形態のレーダイメージング装置１０は、２次元画像を生成する所定高さ領域Ｓを特定するための「所定の高さ」を、対象空間Ｐ内に存在する対象物Ｑに応じて変化させる。以下、詳細に説明する。

　第１の画像生成部１２は、所定のセンサで検出された対象空間Ｐに位置する対象物Ｑの高さを示す情報を取得する。センサは、可視光カメラ等であるが、これに限定されない。センサが可視光カメラの場合の上記情報は画像である。対象物Ｑが対象空間Ｐに入る前に対象物Ｑの高さを示す情報を取得可能な位置や方向でセンサが設置される。センサとレーダイメージング装置１０とは互いに通信可能に構成されている。センサは、生成した上記情報をレーダイメージング装置１０に送信する。第１の画像生成部１２は、取得した上記情報に基づき対象物Ｑの高さを算出する。画像を解析して画像に写る物体の高さ（人物の身長等）を算出する処理は、あらゆる技術を利用して実現される。

　そして、第１の画像生成部１２は、取得した情報で特定された対象物Ｑの高さに基づき所定の高さを決定する。これにより、２次元画像が生成される所定高さ領域Ｓが決定される。

　第１の画像生成部１２は、予め定められたルールに基づき、所定の高さを決定する。ルールは、例えば、「対象物Ｑの高さ（ｈ）の真ん中の高さ（ｈ／２）」であってもよいし、その他であってもよい。

　本実施形態のレーダイメージング装置１０のその他の構成は、第１乃至第３の実施形態のレーダイメージング装置１０の構成と同様である。

　本実施形態のレーダイメージング装置１０によれば、第１乃至第３の実施形態のレーダイメージング装置１０と同様の作用効果が実現される。また、本実施形態のレーダイメージング装置１０によれば、２次元画像を生成する所定高さ領域Ｓを特定するための「所定の高さ」を、対象物Ｑの高さの検出結果に応じて適切に設定することができる。結果、対象空間Ｐ内での対象物Ｑの位置を精度よく特定できるようになる。

＜第５の実施形態＞
　第５の実施形態のレーダイメージング装置１０は、第２の画像生成部１４が生成した３次元画像を所定の投影方向に投影して２次元投影画像を生成する機能を有する。そして、レーダイメージング装置１０は、当該投影方向を、第１の画像生成部１２が生成した２次元画像の中の対象物領域Ｔの位置に基づき決定する。以下、詳細に説明する。

　図１０に、本実施形態のレーダイメージング装置１０の機能ブロック図の一例を示す。図示するように、レーダイメージング装置１０は、レーダ信号取得部１１と、第１の画像生成部１２と、対象物領域検出部１３と、第２の画像生成部１４と、第３の画像生成部１５とを有する。なお、第１の画像生成部１２と第２の画像生成部１４が、データの受け渡しを示す線で繋がっていてもよい。

　第３の画像生成部１５は、図１１に示すように、第２の画像生成部１４が生成した画像化空間Ｕの３次元画像を所定の投影方向Ｖに投影して２次元投影画像を生成する。第３の画像生成部１５は、所定高さ領域Ｓの２次元画像の中の対象物領域Ｔの位置に基づき、投影方向Ｖを決定する。

　具体的には、対象物領域検出部１３は、図１２に示すように、複数のアンテナが並んで構成されるアンテナパネルＲ上の任意の位置（例：中央）と、対象物領域Ｔ上の任意の位置（例：中央）とを結ぶ方向（図中のｙ´方向）を投影方向Ｖとして決定することができる。３次元画像を所定の投影方向Ｖに投影して２次元投影画像を生成する処理は特段制限されず、あらゆる技術を採用できる。

　本実施形態のレーダイメージング装置１０によれば、第１乃至第４の実施形態のレーダイメージング装置１０と同様の作用効果が実現される。また、本実施形態のレーダイメージング装置１０によれば、生成した３次元画像を所定の投影方向に投影して２次元投影画像を生成する処理において、投影方向を適切に設定することができる。対象物領域Ｔの位置に応じて反射を取りやすい面の角度が変わる。このため、対象物領域Ｔの位置に応じて最適な投影方向Ｖを決定し、２次元投影画像を生成することで、捉えられた反射による情報をほとんど落とさず３次元画像を２次元化できる。３次元画像を２次元化して２次元投影画像を生成することにより、画像描画処理や物体検知等の画像処理アルゴリズムの適用などが容易になる。

＜変形例＞
　ここで、すべての実施形態に適用可能な変形例を説明する。上記実施形態では、対象空間Ｐ内を対象物Ｑが移動することを前提としたが、当該前提がなくてもよい。例えば、対象空間Ｐ内の任意の場所に任意の向きで置かれた対象物Ｑに対し、所定の検査が行われてもよい。

　以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。上述した実施形態の構成は、互いに組み合わせたり、一部の構成を他の構成に入れ替えたりしてもよい。また、上述した実施形態の構成は、趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。また、上述した各実施形態や変形例に開示される構成や処理を互いに組み合わせてもよい。

　また、上述の説明で用いたフローチャートでは、複数の工程（処理）が順番に記載されているが、各実施の形態で実行される工程の実行順序は、その記載の順番に制限されない。各実施の形態では、図示される工程の順番を内容的に支障のない範囲で変更することができる。また、上述の各実施の形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。

　上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下に限られない。
１．　対象空間に照射された電磁波の反射波を受信するアンテナを制御してレーダ信号を取得するレーダ信号取得手段と、
　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域の状態を示す２次元画像を生成する第１の画像生成手段と、
　前記２次元画像の中から所定の対象物を含む対象物領域を検出する対象物領域検出手段と、
　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の中の一部空間であって、前記対象物領域を前記対象空間の高さ方向に移動した際に前記対象物領域が通過する部分の状態を示す３次元画像を生成する第２の画像生成手段と、
を有するレーダイメージング装置。
２．　前記第１の画像生成手段は、複数の前記所定の高さ各々に位置する複数の前記所定高さ領域各々の状態を示す複数の前記２次元画像を生成し、
　前記対象物領域検出手段は、複数の前記２次元画像各々の中から前記対象物領域を検出し、
　前記第２の画像生成手段は、複数の前記２次元画像各々の中から前記対象物領域が検出されたか否かの検出結果に基づき、前記３次元画像の高さを決定する１に記載のレーダイメージング装置。
３．　前記第１の画像生成手段は、
　　所定のセンサで検出された前記対象空間に位置する前記対象物の高さを示す情報を取得し、
　　前記対象物の高さに基づき、前記２次元画像が生成される前記対象空間の前記所定の高さを決定する１又は２に記載のレーダイメージング装置。
４．　前記３次元画像を所定の投影方向に投影して２次元投影画像を生成する第３の画像生成手段をさらに有し、
　前記第３の画像生成手段は、前記２次元画像の中の前記対象物領域の位置に基づき、前記投影方向を決定する１から３のいずれかに記載のレーダイメージング装置。
５．　前記対象物領域検出手段は、
　　前記２次元画像の中から前記反射波の強さが所定条件を満たす位置を特定し、
　　特定した位置を含む所定領域を、前記対象物領域として検出する１から４のいずれかに記載のレーダイメージング装置。
６．　前記対象物領域検出手段は、
　　前記２次元画像の中で、所定形状及び所定サイズの観察領域を複数設定し、
　　前記観察領域毎に、前記反射波の強さの和又は平均を算出し、
　　前記反射波の強さの和又は平均が所定条件を満たす前記観察領域を、前記対象物領域として検出する１から４のいずれかに記載のレーダイメージング装置。
７．　前記対象物は人物であり、
　前記レーダ信号取得手段は、前記対象空間内を移動中の人物に電磁波を照射するとともに反射波を受信する前記アンテナを制御し、前記レーダ信号を取得する１から６のいずれかに記載のレーダイメージング装置。
８．　前記対象物領域は前記所定高さ領域の一部領域である１から７のいずれかに記載のレーダイメージング装置。
９．　コンピュータが、
　　対象空間に照射された電磁波の反射波を受信するアンテナを制御してレーダ信号を取得し、
　　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域の状態を示す２次元画像を生成し、
　　前記２次元画像の中から所定の対象物を含む対象物領域を検出し、
　　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の中の一部空間であって、前記対象物領域を前記対象空間の高さ方向に移動した際に前記対象物領域が通過する部分の状態を示す３次元画像を生成する、
レーダイメージング方法。
１０．　コンピュータを、
　　対象空間に照射された電磁波の反射波を受信するアンテナを制御してレーダ信号を取得するレーダ信号取得手段、
　　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域の状態を示す２次元画像を生成する第１の画像生成手段、
　　前記２次元画像の中から所定の対象物を含む対象物領域を検出する対象物領域検出手段、
　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の中の一部空間であって、前記対象物領域を前記対象空間の高さ方向に移動した際に前記対象物領域が通過する部分の状態を示す３次元画像を生成する第２の画像生成手段、
として機能させるプログラム。

　この出願は、２０２２年５月１１日に出願された日本出願特願２０２２－０７８３０９号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　１０　　レーダイメージング装置
　１１　　レーダ信号取得部
　１２　　第１の画像生成部
　１３　　対象物領域検出部
　１４　　第２の画像生成部
　１５　　第３の画像生成部
　１Ａ　　プロセッサ
　２Ａ　　メモリ
　３Ａ　　入出力Ｉ／Ｆ
　４Ａ　　周辺回路
　５Ａ　　バス

Claims

　対象空間に照射された電磁波の反射波を受信するアンテナを制御してレーダ信号を取得するレーダ信号取得手段と、
　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域の状態を示す２次元画像を生成する第１の画像生成手段と、
　前記２次元画像の中から所定の対象物を含む対象物領域を検出する対象物領域検出手段と、
　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の中の一部空間であって、前記対象物領域を前記対象空間の高さ方向に移動した際に前記対象物領域が通過する部分の状態を示す３次元画像を生成する第２の画像生成手段と、
を有するレーダイメージング装置。
　前記第１の画像生成手段は、複数の前記所定の高さ各々に位置する複数の前記所定高さ領域各々の状態を示す複数の前記２次元画像を生成し、
　前記対象物領域検出手段は、複数の前記２次元画像各々の中から前記対象物領域を検出し、
　前記第２の画像生成手段は、複数の前記２次元画像各々の中から前記対象物領域が検出されたか否かの検出結果に基づき、前記３次元画像の高さを決定する請求項１に記載のレーダイメージング装置。
　前記第１の画像生成手段は、
　　所定のセンサで検出された前記対象空間に位置する前記対象物の高さを示す情報を取得し、
　　前記対象物の高さに基づき、前記２次元画像が生成される前記対象空間の前記所定の高さを決定する請求項１又は２に記載のレーダイメージング装置。
　前記３次元画像を所定の投影方向に投影して２次元投影画像を生成する第３の画像生成手段をさらに有し、
　前記第３の画像生成手段は、前記２次元画像の中の前記対象物領域の位置に基づき、前記投影方向を決定する請求項１から３のいずれか１項に記載のレーダイメージング装置。
　前記対象物領域検出手段は、
　　前記２次元画像の中から前記反射波の強さが所定条件を満たす位置を特定し、
　　特定した位置を含む所定領域を、前記対象物領域として検出する請求項１から４のいずれか１項に記載のレーダイメージング装置。
　前記対象物領域検出手段は、
　　前記２次元画像の中で、所定形状及び所定サイズの観察領域を複数設定し、
　　前記観察領域毎に、前記反射波の強さの和又は平均を算出し、
　　前記反射波の強さの和又は平均が所定条件を満たす前記観察領域を、前記対象物領域として検出する請求項１から５のいずれか１項に記載のレーダイメージング装置。
　前記対象物は人物であり、
　前記レーダ信号取得手段は、前記対象空間内を移動中の人物に電磁波を照射するとともに反射波を受信する前記アンテナを制御し、前記レーダ信号を取得する請求項１から６のいずれか１項に記載のレーダイメージング装置。
　前記対象物領域は前記所定高さ領域の一部領域である請求項１から７のいずれか１項に記載のレーダイメージング装置。
　コンピュータが、
　　対象空間に照射された電磁波の反射波を受信するアンテナを制御してレーダ信号を取得し、
　　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域の状態を示す２次元画像を生成し、
　　前記２次元画像の中から所定の対象物を含む対象物領域を検出し、
　　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の中の一部空間であって、前記対象物領域を前記対象空間の高さ方向に移動した際に前記対象物領域が通過する部分の状態を示す３次元画像を生成する、
レーダイメージング方法。
　コンピュータを、
　　対象空間に照射された電磁波の反射波を受信するアンテナを制御してレーダ信号を取得するレーダ信号取得手段、
　　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の所定の高さに位置し、２次元方向に広がる所定高さ領域の状態を示す２次元画像を生成する第１の画像生成手段、
　　前記２次元画像の中から所定の対象物を含む対象物領域を検出する対象物領域検出手段、
　前記レーダ信号に基づき、前記対象空間の中の一部空間であって、前記対象物領域を前記対象空間の高さ方向に移動した際に前記対象物領域が通過する部分の状態を示す３次元画像を生成する第２の画像生成手段、
として機能させるプログラムを記録する記録媒体。