图像处理装置、雷达装置、图像处理方法及图像处理程序

技术领域

本发明涉及输入回波信号并生成基于该回波信号的图像数据的图像生 成装置。

背景技术

以往，在雷达装置等中进行如下处理：基于回波信号探测物标，并在 显示器上进行图像显示(例如参照专利文献1)。

如专利文献1所记载，在以往的雷达装置中，根据回波信号的电平不 同而用不同颜色来显示。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：实公平01-40068号公报

发明的概要

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1的方式中，如果回波信号的电平相同，则以相同 颜色显示，所以无法区分船舶等物标和陆地等其他大物体。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种图像处理装置，生成能够区分物 标和其他物体的图像。

用于解决课题的手段

本发明的图像处理装置具备生成图像数据的图像数据生成单元，该图 像处理装置的特征在于，具备：样本数据输出单元，被输入回波信号，输 出将所述回波信号离散化而得到的各样本中的样本数据；对象选择单元， 在所述样本中选择规定范围内的样本；提取单元，在所述对象选择单元所 决定的样本中，提取所述样本数据满足规定的基准值的样本；以及比例计 算单元，计算所述提取的样本的数量相对于所述规定范围内的样本的数量 的比例。并且，图像处理装置的特征在于，所述图像数据生成单元基于所 述比例，决定所述图像数据的各像素的显示形态。并且，图像处理装置的 特征在于，输入回波信号，基于该回波信号生成图像数据。

船舶等物标与陆地等物体不同，是以单体存在的，所以规定样本数内 的回波信号中的、示出规定电平以上的样本数的比例相对变低。因此，通 过根据该比例来决定各像素的显示形态(例如R、G、B等色值)，能够生 成能够区分物标和其他物体的图像。例如，上述比例越低，则设为红色等 唤起注意的颜色或提高亮度，能够设为能够容易地识别物标的显示形态。

此外，优选为，所述对象选择单元在所述样本数据中选择以某关注样 本为中心的规定范围内的样本。此外，优选为，比例计算单元针对所述回 波信号的各样本计算所述比例。即，以某关注样本为中心，针对某有限范 围(规定样本数内)进行上述比例的计算，并针对全部样本进行该计算。 这样的处理例如能够通过FIR滤波器来实现。

此外，优选为，图像数据生成单元根据所述比例决定色相及色度，根 据所述回波信号的电平决定明亮度(亮度)，将决定的所述色相、所述色 度及所述明亮度变换为所述色值。

人类的眼睛对于明亮性的变化较为敏感，对于色彩的变化较为迟钝。 因此，根据上述比例而仅调整色相及色度，将明亮度设为与回波信号的电 平相应的值。

此外，优选为，具备低密度数据生成单元，该低密度数据生成单元生 成降低了所述回波信号的样本密度而得到的低密度数据，所述比例计算单 元针对该低密度数据计算所述比例，从而降低处理负荷。

此外，如上述那样，人类的眼睛对于明亮性的变化较为敏感，对于色 彩的变化较为迟钝，所以优选为根据以低密度数据计算的比例来仅调整色 相及色度，将明亮度设为与原来的数据(降低前的回波信号的电平)相应 的值。这种情况下，所决定的色相及色度为低密度，但是使各值与原来的 数据的各样本对应而决定原来的数据的各样本的色相、色度及明亮度，最 终变换为R、G、B等的色值。

此外，优选为，提取单元从所述对象选择单元所选择的规定区域内的 全部样本中削减样本数，在削减后的样本中提取满足规定的基准值的样本， 所述比例计算单元将所述削减后的样本数作为所述规定范围内的样本，计 算所述比例。即，计算比例的对象区域不变更，通过对样本数进行间隔剔 除来降低处理负荷。

此外，优选为，对生成的图像数据进行交叉渐变(crossfade)处理。 由此，物标等的轮廓部分变得平滑。特别是，在使用上述低密度数据的情 况下，色相及色度为低密度，所以使各值与原来的数据的各样本对应时， 成为锯齿(毛边)明显的图像。因此，优选为通过交叉渐变处理得到平滑 的图像。

发明效果

根据本发明的图像处理装置，能够区分物标和其他物体。

附图说明

图1中图1(A)是表示本实施方式的雷达装置的构成的框图，图1(B) 是表示图像处理部的功能性构成的框图。

图2中图2(A)是表示极坐标系的图像数据的图，图2(B)是表示直 角坐标系的图像数据的图。

图3中图3(A)是说明比例计算的图，图3(B)是说明色彩图的图。

图4是表示与HSV色空间对应的情况的例子的图。

图5是说明削减用于进行比例计算的样本数的情况的例子的图。

图6是表示图像处理部的功能性构成的框图。

图7是说明低析像度(解析度)图像的图。

图8是表示图像处理装置的动作的流程图。

具体实施方式

图1(A)是表示内置有本发明的图像处理装置的雷达装置的构成的框 图。雷达装置例如设置在船舶上，是向自船的周围收发电磁波而探测他船 等物标的装置。

在该图中，雷达装置具备：天线11、样本数据输出部101、距离扫掠 (sweep)存储器14、图像处理部15、图像存储器16以及显示器17。

天线11向自船的周围的各方位(每规定角度)以脉冲状发送电磁波， 并接收回波信号。样本数据输出部101具备接收部12及A/D变换器13。接 收部12将与天线11所接收的回波信号的电平相应的值输出至A/D变换器 13。A/D变换器13对输入的模拟值的回波信号进行数字变换，将离散化的 各样本中的样本数据输出至距离扫掠存储器14。

距离扫掠存储器14存储1个测定周期量(自船周围的360度量)的样 本数据。样本数据与极坐标系的坐标(方位及距离)建立对应地存储。

如图2(A)所示，图像处理部15输入距离扫掠存储器14中存储的极 坐标系的样本数据，生成具有与输入的样本数据中的各样本的电平相应的 灰度的像素亮度值的图像数据。此外，如图2(B)所示，图像处理部15将 极坐标系的图像数据变换为以自船的位置为原点的直角坐标系的图像数 据，并输出至图像存储器16。

在显示器17上，如图2(B)所示，图像存储器16中存储的图像数据 作为雷达图像(回波图像)向用户显示。

如图1(B)所示，图像处理部15在功能上具备：对象样本决定部151， 针对从距离扫掠存储器14读出的样本数据，选择对象样本；提取部152， 在选择的规定样本数中，提取示出规定电平以上的样本数；比例计算部153， 计算所提取的样本数的比例；以及PPI图像生成部154，根据计算出的比例， 决定各像素的显示形态，并生成与决定的显示形态对应的图像数据。对极 坐标系的图像数据执行这一系列处理，但也可以采用对变换为直角坐标系 之后的图像数据执行这一系列处理的形态。

参照图3(A)说明比例计算处理。如图3(A)所示，对象样本决定部 151在距离扫掠存储器14所存储的1个测定周期量的样本数据中，输入以 某关注样本(Rn，θn)为中心的规定区域内的样本数据。在图3(A)中， 示出了读出关注样本(Rn，θn)的方位方向及距离方向的前后4样本(Rn －4，θn－4)～(Rn+4，θn+4)的合计81样本的例子。

提取部152参照该区域内的样本数据的电平，将示出规定电平以上的 样本作为满足规定的基准值的样本提取。该规定电平例如设定为与大海的 回波对应的电平，设定为能够判断出存在某种物体的程度的电平。

比例计算部153将提取的规定电平以上的样本数除以全部样本数，计 算所提取的样本的数量相对于对象样本的数量的比例。该计算出的比例成 为该关注样本的计算结果。越是船舶等那样的孤立的物体，该比例越示出 低的值，越是像内陆那样作为大块存在的物体，该比例越示出高的值。例 如在图2(A)的例子中，与物标对应的样本示出低的值，与陆地对应的样 本中的、与大海的轮廓(即岸边)示出高的值，并且越向内陆越示出高的 值。

图像处理部15对全部样本计算上述比例。这样的处理相当于移动运算 处理，通过FIR滤波器来实现。

另外，在图3(A)中示出了进行2维区域的运算的例子，但是也可以 仅对方位方向或距离方向等进行1维区域的运算。

PPI图像生成部154基于以上那样计算的各样本的比例，决定将各样本 设为图像数据的1个像素的情况下的显示要素。即，PPI图像生成部154根 据计算出的比例，从图3(B)所示的色彩图取得色值(R、G、B的值)。 该例子的色彩图的内容为，上述比例越低，则显示容易引起人的注意的红 色，上述比例越高，则显示与卫星照片的陆地颜色接近的绿色。船舶等物 标是孤立的物体而比例变低，所以成为红的色值，内陆是作为大块存在的 物体而比例变高，所以成为绿的色值。岸边处大海那样的低于规定电平的 区域和陆地的块部分混杂存在，所以成为中间的橙色的色值。但是，与上 述比例建立对应的色彩图不限于该例子。

PPI图像生成部154像这样决定各像素的色值，生成图像数据。另外， 色值虽然是表示各原色的亮度值(R、G、B)的值，但是各像素的最终亮度 值根据回波电平被调整。即，即使所决定的色值为相同色值，越是回波信 号的电平高的像素，R、G、B的各亮度值越变高，越是回波信号的电平低的 像素，R、G、B的各亮度值越变低。因此，即使是大小相同的物标，反射面 积大而回波信号的电平高的物标成为明亮的红色，反射面积小而回波信号 的电平低的物标成为暗的红色。

此外，如图4所示，PPI图像生成部154与HSV色空间形式的色彩图对 应，根据上述比例决定色相及色度，关于明亮度，优选设为与回波信号的 电平相应的值。人类的眼睛对于明亮性的变化较为敏感，对于色彩的变化 较为迟钝。因此，根据上述比例而仅调整色相及色度，将明亮度设为与回 波信号的电平相应的值。这种情况下，PPI图像生成部154使用变换式，将 决定的色相、色度及明亮度变换为R、G、B的值。

这样，通过生成具有与表示物标的孤立程度的上述比例相应的显示要 素的图像数据，能够生成能够区分物标和其他物体的图像。例如，上述比 例越低，则设为红色等引起注意的颜色，这样，用户能够直观地识别出红 的回波图像是船舶等物标。

另外，没有物标或陆地的部分、即低于上述规定电平的大海的部分也 可以是没有任何颜色的状态(黑或白)，但是优选为全部设为蓝色，设为 与看到实际的大海相近的显示形态。另外，有时大海的部分与物标或岸边 的轮廓部分从大海的颜色急剧变换为红色或橙色，成为轮廓明显的粗糙的 图像。因此，优选为PPI图像生成部154进行交叉渐变处理，以使各像素 的回波信号的电平随着远离上述规定电平(与大海的回波对应的电平)而 蓝色的影响渐渐变淡。由此，能够显示轮廓平滑的图像。

接着，参照图5说明降低用于计算上述比例的处理负荷。如上述那样， 上述比例的计算处理是移动运算处理，因此在一般的图像处理中也是负荷 较高的处理。因此，降低该比例计算处理的负荷对于实时地显示图像也是 重要的要素。

图5是说明削减用于进行比例计算的样本数的情况的例子的图。提取 部152及比例计算部153从上述规定区域内的全部样本数削减样本数。例 如，如图5所示，将以关注样本(Rn，θn)的方位方向及距离方向的前后 4样本(Rn－4，θn－4)～(Rn+4，θn+4)这合计81样本作为规定区 域的样本的处理，变换为以关注样本(Rn，θn)的前后隔着1样本的、2 样本(Rn+4，θn+4)～(Rn－4，θn－4)这合计25样本作为规定区域 的样本的处理。即，计算比例的对象区域不变更，通过对样本数进行间隔 剔除，来降低处理负荷。如上述那样，人类的眼睛在颜色的变化中对于色 彩的变化较为迟钝，所以即便削减样本数，用于色值计算的比例也能够得 到几乎同等的结果。

接着，参照图6及图7说明通过降低了回波信号的样本密度而得到的 低密度数据(低析像度图像)来计算色值的例子。图6是表示图像处理部 15的功能性构成的框图。对于与图1(B)共同的构成，赋予同一附图标记 并省略其说明。图像处理部15还具备：低析像度图像生成部21、色相、色 度生成部22、以及合成部23。

低析像度图像生成部21读出距离扫掠存储器14中存储的1个测定周 期量的回波信号，进行降采样处理。即，如图7所示，生成与从原来的回 波信号生成的图像数据相比析像度更低的低析像度图像数据(在该例中， 生成1/4像素数的图像数据)。

比例计算部153使用该低析像度图像数据，计算上述比例。色相、色 度生成部22根据使用低密度图像数据计算出的比例，决定色相及色度。

合成部23从距离扫掠存储器14读出回波信号，针对各样本决定R、G、 B值。在此，色相及色度是使用低析像度图像数据而生成的，所以合成部 23使各像素的色相及色度与原来的数据(高析像度图像数据)的各像素对 应，决定原来的数据的各像素的色相、色度及明亮度。然后，合成部23将 决定的色相、色度及明亮度最终变换为R、G、B的色值。由此，生成极坐 标系的图像数据。

最后，PPI图像生成部154将由合成部23生成的极坐标系的图像数据 变换为直角坐标系的图像数据，并输出至图像存储器16。

如上述那样，人类的眼睛对于明亮性的变化较为敏感，对于色彩的变 化较为迟钝，所以根据由低析像度图像数据计算的比例来仅调整色相及色 度，并将明亮度设为与原来的数据(高析像度图像数据)相应的值，则能 够得到与通过原来的数据决定色相及色度的情况大体同等的结果。

另外，如果使通过低析像度图像数据计算的各像素的色相及色度与原 来的数据(高析像度图像数据)的各像素对应，则成为锯齿(毛边)明显 的图像。因此，优选为合成部23进行交叉渐变处理，以成为更平滑的图像。

接着，参照图8说明图像处理部15的动作。在图像处理部15中，PPI 图像生成部154首先从距离扫掠存储器14输入回波信号(s11)，生成具 有与各样本的电平相应的灰度的像素亮度值的图像数据(s12)。不显示彩 色图像(显示灰度(grayscale)图像)的情况下(s13：否)，PPI图像生 成部154将生成的极坐标系的图像数据变换为直角坐标系的图像数据 (s19)，并输出图像数据(s20)。

显示彩色图像的情况下(s13：是)，在图像处理部15中，对象选择 部151如图3(A)所示，决定关注样本(s14)，并决定对象样本(s15)。 例如，如图3(A)的例子所示，对象选择部151在距离扫掠存储器14中存 储的1个测定周期量的样本数据中，读出某关注样本(Rn，θn)的方位方 向及距离方向的前后4样本(Rn－4，θn－4)～(Rn+4，θn+4)的合 计81样本。然后，提取部152将示出规定电平以上的样本作为满足规定的 基准值的样本提取(s16)。然后，比例计算部153计算所提取的样本的数 量相对于对象样本的数量的比例(s17)。该比例计算处理可以对规定区域 内的全部样本数据进行，也可以如图5所示那样削减样本数而进行。此外， 如图6及图7所示，从低析像度图像数据计算比例的情况下，在上述s12 的处理中生成低析像度图像数据，在该s16及s17的处理中使用低析像度 图像数据来计算比例。

然后，PPI图像生成部154计算与计算出的比例相应的色值(s18)。 即，PPI图像生成部154按照所计算的比例，参照图3(B)所示的色彩表 而计算色值。这种情况下，最终的亮度根据各样本的电平被调整。或者， PPI图像生成部154在图4所示的HSV色空间中决定色相及色度，将明亮度 决定为与各样本的电平相应的值并变换为色值。另外，进行交叉渐变处理 的情况下，在该s18的处理之后进行。

然后，PPI图像生成部15415从决定的色值最终决定图像数据的各像素 的R、G、B亮度值，并变换为直角坐标系的图像数据(s19)。这样生成的 直角坐标系的图像数据被输出至图像存储器16(s20)，并在显示器17上 作为图像显示。

另外，本实施方式的图像处理装置示出了搭载于雷达装置的例子，但 是不限制为搭载于雷达装置的例子，也可以是搭载于个人计算机等信息处 理装置的例子，还可以作为信息处理装置执行的程序来实现。

此外，在本实施方式中，例示了将规定电平以上的样本作为满足基准 值的样本的例子，但是在检测多普勒速度的情况下，也可以将该多普勒速 度为规定的速度以上的样本作为满足基准值的样本。这种情况下，图像处 理部15在对象样本中提取示出规定的多普勒速度以上的样本数，计算所提 取的样本数的比例，根据计算出的比例决定各像素的显示形态，生成与决 定的显示形态对应的图像数据。此外，提取示出规定电平以上的样本数， 根据提取的样本数的比例决定显示形态，进而提取示出规定速度以上的样 本数，决定与提取的样本数的比例相应的显示形态，这样，能够区分物标 和其他物体，并且能够在物标中区分移动物体(船舶等)和固定物体(浮 标等)。

附图标记说明：

11…天线

12…接收部

13…A/D变换器

14…距离扫掠存储器

15…图像处理部

16…图像存储器

17…显示器

151…对象选择部

152…提取部

153…比例计算部

154…PPI图像生成部

21…低析像度图像生成部

22…色相、色度生成部

23…合成部。