(57)【要約】  合成開口レーダ信号解析装置２０は、合成開口レーダが所定の観測方向から観測領域を観測することによって得られた時系列データから安定反射点を抽出する抽出部２１と、所定の観測方向に対応する抽出された安定反射点を基に安定反射点の集合であるクラスタを生成する生成部２２と、所定の観測方向に対応する生成されたクラスタと観測領域に対応する地図データが示す構造物とを対応付ける対応付け部２３と、構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応する複数のクラスタそれぞれに関する各変位速度をベクトル合成する合成部２４とを備える。
2019220574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成開口レーダが所定の観測方向から観測領域を観測することによって得られた時系列データから安定反射点を抽出する抽出部と、
前記所定の観測方向に対応する抽出された安定反射点を基に安定反射点の集合であるクラスタを生成する生成部と、
前記所定の観測方向に対応する生成されたクラスタと前記観測領域に対応する地図データが示す構造物とを対応付ける対応付け部と、
前記構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応する複数のクラスタそれぞれに関する各変位速度をベクトル合成する合成部とを備える
ことを特徴とする合成開口レーダ信号解析装置。
【請求項２】
構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応する複数のクラスタの中から重なる部分を有する２つ以上のクラスタを判定する判定部を備え、
合成部は、判定された２つ以上のクラスタそれぞれに関する各変位速度を用いる
請求項１記載の合成開口レーダ信号解析装置。
【請求項３】
対応付け部は、所定の観測方向に対応するクラスタと地図データが示す構造物との対応付けの信頼度を示す指標を算出し、
合成部は、算出された指標を用いて複数のクラスタそれぞれに関する各変位速度をベクトル合成する
請求項１または請求項２記載の合成開口レーダ信号解析装置。
【請求項４】
合成部は、クラスタを構成する安定反射点が示す複数の高さごとに複数のクラスタそれぞれに関する各変位速度をベクトル合成する
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の合成開口レーダ信号解析装置。
【請求項５】
構造物の形状を示す情報と前記構造物を識別する情報とを含む地図データから観測領域に対応する地図データを取得する取得部を備え、
対応付け部は、取得された地図データを用いる
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の合成開口レーダ信号解析装置。
【請求項６】
抽出部は、抽出された安定反射点の変位速度を算出し、
合成部は、クラスタを構成する安定反射点の算出された変位速度を用いて前記クラスタに関する変位速度を算出する
請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の合成開口レーダ信号解析装置。
【請求項７】
合成開口レーダが所定の観測方向から観測領域を観測することによって得られた時系列データから安定反射点を抽出し、
前記所定の観測方向に対応する抽出された安定反射点を基に安定反射点の集合であるクラスタを生成し、
前記所定の観測方向に対応する生成されたクラスタと前記観測領域に対応する地図データが示す構造物とを対応付け、
前記構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応する複数のクラスタそれぞれに関する各変位速度をベクトル合成する
ことを特徴とする合成開口レーダ信号解析方法。
【請求項８】
構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応する複数のクラスタの中から重なる部分を有する２つ以上のクラスタを判定し、
判定された２つ以上のクラスタそれぞれに関する各変位速度を用いる
請求項７記載の合成開口レーダ信号解析方法。
【請求項９】
コンピュータに、
合成開口レーダが所定の観測方向から観測領域を観測することによって得られた時系列データから安定反射点を抽出する抽出処理、
前記所定の観測方向に対応する抽出された安定反射点を基に安定反射点の集合であるクラスタを生成する生成処理、
前記所定の観測方向に対応する生成されたクラスタと前記観測領域に対応する地図データが示す構造物とを対応付ける対応付け処理、および
前記構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応する複数のクラスタそれぞれに関する各変位速度をベクトル合成する合成処理
を実行させるための合成開口レーダ信号解析プログラム。
【請求項１０】
コンピュータに、
構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応する複数のクラスタの中から重なる部分を有する２つ以上のクラスタを判定する判定処理を実行させ、
合成処理で、判定された２つ以上のクラスタそれぞれに関する各変位速度を用いさせる
請求項９記載の合成開口レーダ信号解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成開口レーダ(SAR:Synthetic Aperture Radar)信号解析装置、合成開口レーダ信号解析方法および合成開口レーダ信号解析プログラムに関し、特に複数方向からの観測結果が組み合わせられる時系列データの変位解析において、解析対象の変位を自動で解析できる合成開口レーダ信号解析装置、合成開口レーダ信号解析方法および合成開口レーダ信号解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
合成開口レーダ技術は、人工衛星や飛行機等の飛翔体が移動しながら電波を送受信することによって、開口面が大きいアンテナが使用されて撮影される画像と等価な観測画像を得る技術である。合成開口レーダ技術は、例えば、地表からの反射波を解析することによって地表の起伏や構造物等を画像化する用途に利用される。【０００３】
非特許文献１には、飛翔体により異なる方向から観測された時系列データである各時系列観測データを基に地表や構造物の２次元の変位速度（以下、２次元変位速度という。）を算出する方法が記載されている。【０００４】
また、特許文献１には、PS-InSAR(Permanent/Persistent Scatters Interferometric Synthetic Aperture Radar)技術を利用して地表や物体の変動を検出する変動検出装置が記載されている。【０００５】
変位速度は、観測期間における地表や構造物の変動量（変位量）である。地表の変位は、例えば地盤の隆起や沈降である。また、構造物の変位は、例えば道路や建造物の傾きや変形である。【０００６】
異なる方向からそれぞれ観測された２つ以上の時系列観測データが用意されると、構造物の変位の２次元解析（以下、２次元変位解析という。）が実行可能になる。さらに、２次元変位解析では、異なる方向からそれぞれ観測された２つ以上の時系列観測データを基に得られる２次元変位速度が、東西方向の速度と南北方向の速度とに分離可能である。【０００７】
一般的な２次元変位解析では、飛翔体が同一観測地を同時期に異なる方向から観測した際に得られる各時系列観測データを基に算出される複数の変位速度が、ベクトル合成される。図１８は、一般的な合成開口レーダ信号解析装置の構成例を示すブロック図である。【０００８】
図１８に示す合成開口レーダ信号解析装置９００は、変位解析部９１０と、補間処理部９２０と、変位速度合成部９３０とを備える。【０００９】
変位解析部９１０は、時系列観測データを変位解析する機能を有する。変位解析部９１０は、入力される各々の方向から観測された時系列観測データをそれぞれ変位解析することによって、安定反射点と、安定反射点の変位速度を得る。【００１０】
変位解析部９１０が得る変位速度は、各々の時系列観測データの観測方向に沿った１次元の変位速度（以下、１次元変位速度という。）である。また、変位解析部９１０が得る安定反射点は、少なくとも観測期間においてコヒーレンス（可干渉性）が高く、信号の反射強度が安定して大きい反射点（散乱体）である。【００１１】
変位解析の手法として、変位解析部９１０は、例えば非特許文献１に記載されているPSI(Persistent Scatterer Interferometry)と呼ばれる手法を利用できる。PSI は、時系列観測データ内で安定した反射点を抽出し、抽出された反射点の変位速度を算出する手法である。【００１２】
補間処理部９２０は、変位解析で得られる安定反射点の変位速度を基に、全画素の変位速度を観測方向ごとに算出する機能を有する。補間処理部９２０は、例えば安定反射点の変位速度を内挿補間することによって、全画素の変位速度を算出する。【００１３】
変位速度合成部９３０は、同じ座標に対応する各観測画像における画素の変位速度をベクトル合成することによって、各画素の３次元の変位速度（以下、３次元変位速度という。）を算出する機能を有する。すなわち、２次元の変位解析手法は、異なる方向からそれぞれ観測された３つ以上の時系列観測データが利用されることによって、容易に３次元の変位解析手法に拡張される。【００１４】
以下、合成開口レーダ信号解析装置９００の３次元変位速度を算出する動作を図１９を参照して説明する。図１９は、合成開口レーダ信号解析装置９００による変位速度算出処理の動作を示すフローチャートである。【００１５】
変位解析部９１０は、各々の方向から観測された時系列観測データを入力データとする。次いで、変位解析部９１０は、観測方向ごとに入力データを変位解析する（ステップS910）。変位解析部９１０は、安定反射点の変位速度を示す変位解析の結果を補間処理部９２０に入力する。【００１６】
次いで、補間処理部９２０は、入力された変位解析の結果を基に観測方向ごとに全画素の変位速度を算出する。例えば、補間処理部９２０は、算出された安定反射点の変位速度に対して内挿補間を行うことによって、各画素の変位速度を取得する（ステップS920）。補間処理部９２０は、算出された全画素の変位速度を変位速度合成部９３０に入力する。【００１７】
次いで、変位速度合成部９３０は、同じ座標に対応する各観測画像における画素の変位速度をベクトル合成することによって、各画素の３次元変位速度をそれぞれ算出する（ステップS930）。なお、変位速度合成部９３０は、各画素の２次元変位速度をそれぞれ算出してもよい。【００１８】
次いで、変位速度合成部９３０は、算出された変位速度を解析結果として出力する。出力した後、合成開口レーダ信号解析装置９００は、変位速度算出処理を終了する。【００１９】
また、特許文献２には、車両の周囲に存在する物体を検出する物標検出装置が、壁状の静止物体が移動物体として誤認識される頻度を低減することが記載されている。【００２０】
また、特許文献３には、車載レーダの反射の検出パターンから車両、モータバイク、自転車、人（歩行者）等を区別して認識する認識精度の向上を図ることができる物体認識装置が記載されている。【００２１】
また、非特許文献２には、観測方向ごとに抽出された各安定反射点を、安定反射点の座標および位相に基づいてクラスタリングする具体的な方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２０１５−２１５２１０号公報
【特許文献２】特開２０１３−０３６９７８号公報
【特許文献３】特開２０１１−１９１２２７号公報
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】Veronica Tofani et al., "Persistent Scatterer Interferometry (PSI) Technique for Landslide Characterization and Monitoring," Remote Sens. 2013, 5, pp. 1045-1065.
【非特許文献２】T. Tanaka, and O. Hoshuyama, "Persistent Scatterer Clustering for Structure Displacement Analysis Based on Phase Correlation Network," IEEE IGARSS 2017, pp. 4618-4621, 2017.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
図１８に示す合成開口レーダ信号解析装置９００は、各観測方向に対応する入力データをそれぞれ変位解析することによって得られる安定反射点の変位速度を内挿補間し、３次元変位速度を画素ごとに算出する。【００２５】
上記の算出方法では、例えば地面と建設物の境界部分等の変位速度に、各構造の変位速度が混在しやすい。すなわち、合成開口レーダ信号解析装置９００が正確な３次元変位速度を得ることは困難である。【００２６】
また、観測方向ごとに得られる安定反射点に位置ずれ（座標誤り）が発生した場合、座標空間が同一であっても、異なる構造物にそれぞれ対応する反射点の変位速度がベクトル合成される。すなわち、位置ずれが発生すると、正確な３次元変位速度を得ることは困難である。【００２７】
また、安定反射点の位置ずれによる誤差の発生を回避するためには、地図が示す構造物と大量の安定反射点とを手動で対応付けることが求められる。すなわち、位置ずれによる誤差の発生を回避する場合、作業者は、時間等のコストを多く費やす。【００２８】
上記の課題を解決する手段として、合成開口レーダが所定の観測方向から観測した時系列データから所定の観測方向に対応する安定反射点を抽出し、抽出された安定反射点をクラスタリングした上で各クラスタと地図データが示す構造物とを対応付ける手段が考えられる。【００２９】
上記の解決手段は、安定反射点の変位速度を算出し、解析対象の構造物に対応付けられたクラスタを抽出し、抽出された各クラスタの観測方向に沿った変位速度をベクトル合成することによって３次元変位速度を算出する。しかし、特許文献１〜特許文献３、および非特許文献１〜非特許文献２に記載されている各技術が組み合わせられても、上記の解決手段は想到されない。【００３０】
［発明の目的］
そこで、本発明は、上述した課題を解決する、合成開口レーダが異なる方向から観測した各観測データを基に構造物の３次元変位解析をより高精度に実行できる合成開口レーダ信号解析装置、合成開口レーダ信号解析方法および合成開口レーダ信号解析プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明による合成開口レーダ信号解析装置は、合成開口レーダが所定の観測方向から観測領域を観測することによって得られた時系列データから安定反射点を抽出する抽出部と、所定の観測方向に対応する抽出された安定反射点を基に安定反射点の集合であるクラスタを生成する生成部と、所定の観測方向に対応する生成されたクラスタと観測領域に対応する地図データが示す構造物とを対応付ける対応付け部と、構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応する複数のクラスタそれぞれに関する各変位速度をベクトル合成する合成部とを備えることを特徴とする。【００３２】
本発明による合成開口レーダ信号解析方法は、合成開口レーダが所定の観測方向から観測領域を観測することによって得られた時系列データから安定反射点を抽出し、所定の観測方向に対応する抽出された安定反射点を基に安定反射点の集合であるクラスタを生成し、所定の観測方向に対応する生成されたクラスタと観測領域に対応する地図データが示す構造物とを対応付け、構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応する複数のクラスタそれぞれに関する各変位速度をベクトル合成することを特徴とする。【００３３】
本発明による合成開口レーダ信号解析プログラムは、コンピュータに、合成開口レーダが所定の観測方向から観測領域を観測することによって得られた時系列データから安定反射点を抽出する抽出処理、所定の観測方向に対応する抽出された安定反射点を基に安定反射点の集合であるクラスタを生成する生成処理、所定の観測方向に対応する生成されたクラスタと観測領域に対応する地図データが示す構造物とを対応付ける対応付け処理、および構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応する複数のクラスタそれぞれに関する各変位速度をベクトル合成する合成処理を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、合成開口レーダが異なる方向から観測した各観測データを基に構造物の３次元変位解析をより高精度に実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による合成開口レーダ信号解析装置の第１の実施形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】マッチング部１４０の構成例を示すブロック図である。
【図３】第１観測方向から観測された際に安定反射点が検出される位置を示す説明図である。
【図４】第２観測方向から観測された際に安定反射点が検出される位置を示す説明図である。
【図５】第１観測方向から観測された際に検出された安定反射点のクラスタリング結果を示す説明図である。
【図６】第２観測方向から観測された際に検出された安定反射点のクラスタリング結果を示す説明図である。
【図７】第１観測方向から観測された際に検出された安定反射点で構成されるクラスタエッジを示す説明図である。
【図８】第２観測方向から観測された際に検出された安定反射点で構成されるクラスタエッジを示す説明図である。
【図９】第１の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００による変位速度算出処理の動作を示すフローチャートである。
【図１０】第２の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０１の構成例を示すブロック図である。
【図１１】第２の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０１による変位速度算出処理の動作を示すフローチャートである。
【図１２】第３の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０２の構成例を示すブロック図である。
【図１３】第３の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０２による変位速度算出処理の動作を示すフローチャートである。
【図１４】第４の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０３の構成例を示すブロック図である。
【図１５】第４の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０３による変位速度算出処理の動作を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の各実施形態を適用可能な合成開口レーダ信号解析装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図１７】本発明による合成開口レーダ信号解析装置の概要を示すブロック図である。
【図１８】一般的な合成開口レーダ信号解析装置の構成例を示すブロック図である。
【図１９】合成開口レーダ信号解析装置９００による変位速度算出処理の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
［第１の実施形態］
［構成の説明］
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明による合成開口レーダ信号解析装置の第１の実施形態の構成例を示すブロック図である。
【００３７】
本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００は、合成開口レーダが異なる方向から観測した各観測データを基に、解析対象の構造物の３次元変位解析を自動で実行できる。解析対象の構造物は、例えば、観測領域内に存在する建設物や道路である。
【００３８】
また、本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００は、合成開口レーダが異なる方向から観測した各観測データを基に、高精度な３次元変位解析を実行できる。
【００３９】
図１に示すように、本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００は、変位解析部１１０と、クラスタリング部１２０と、地図データ取得部１３０と、マッチング部１４０と、変位速度合成部１５０とを備える。
【００４０】
図１に示すように、変位解析部１１０、クラスタリング部１２０、地図データ取得部１３０、マッチング部１４０、および変位速度合成部１５０は、データの入出力が可能なようにそれぞれ通信可能に接続されている。
【００４１】
本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００は、異なる観測方向から観測された時系列データを基に、構造物の２次元変位解析または３次元変位解析を自動で実行する装置である。合成開口レーダ信号解析装置１００は、地図データが示す構造物とクラスタとを対応付け、対応付けの結果に基づいて自動でベクトル合成を行う。
【００４２】
変位解析部１１０は、合成開口レーダが異なる観測方向からそれぞれ観測した時系列観測データを入力とする。変位解析部１１０は、入力された時系列観測データから安定反射点を抽出し、抽出された安定反射点の変位速度を算出する機能を有する。
【００４３】
図１に示す例では、変位解析部１１０に第１観測方向、第２観測方向、第３観測方向からそれぞれ観測された３種類の時系列観測データが入力されている。なお、変位解析部１１０に入力される時系列観測データの種類は、３種類に限られない。
【００４４】
本実施形態の時系列観測データは、観測日時ごとに得られる２次元の位相情報を含むデータである。また、位相は、レーダ信号の遅延量を表す情報である。例えば、複素数の形式で表されているデータが、位相情報を含むデータとして利用される。
【００４５】
変位解析部１１０は、入力されたそれぞれの時系列観測データから、変位解析に利用可能な安定反射点が得られる画素を抽出する。次いで、変位解析部１１０は、抽出された画素の変位速度、すなわち安定反射点の変位速度を算出する。
【００４６】
安定反射点は、位相、座標、高さ等の情報を有する。一般的に、安定反射点は、道路の端や建設物の壁面等、構造物の外形（エッジ）を表す個所から多く抽出される。また、算出される各安定反射点の変位速度は、観測方向に沿った１次元変位速度である。
【００４７】
安定反射点の抽出、および変位速度の算出において、変位解析部１１０は、例えば上述したPSI を利用する。変位解析部１１０は、抽出された安定反射点等をクラスタリング部１２０に入力する。
【００４８】
クラスタリング部１２０は、観測方向ごとに抽出された安定反射点を、安定反射点の座標および位相に基づいてクラスタリングする機能を有する。
【００４９】
クラスタリング部１２０がクラスタリング処理を実行することによって、安定反射点は、観測領域内に存在する道路、建設物、または公園等が建設されている小面積の地面等、対応する構造物（反射源）ごとにまとめられる。
【００５０】
すなわち、クラスタリング部１２０がクラスタリング処理を実行することによって取得されるクラスタは、対応する構造物ごとにまとめられた安定反射点の集合である。また、クラスタリング処理を介して安定反射点に、属するクラスタのクラスタ番号またはクラスタを識別する情報が付与される。
【００５１】
クラスタリングを実行するための具体的な方法として、クラスタリング部１２０は、例えば非特許文献２に記載されている方法を利用できる。クラスタリング部１２０は、取得されたクラスタをマッチング部１４０に入力する。
【００５２】
地図データ取得部１３０には、図１に示すように道路や建設物等の構造物の外形を示す情報を含む地図データと、時系列観測データとが入力される。地図データ取得部１３０は、入力された地図データの中から、入力された時系列観測データが表す観測領域と同じ領域を示す地図画像を取得する機能を有する。
【００５３】
本実施形態の地図データでは、道路や建設物等の構造物の外形を示す情報と共に、識別番号等の構造物を識別する情報が構造物ごとに付与されている。地図データ取得部１３０は、取得された地図画像をマッチング部１４０に入力する。
【００５４】
マッチング部１４０は、クラスタリング部１２０で得られた各観測方向に対応するクラスタと、入力された地図画像が示す構造物とを対応付ける機能を有する。
【００５５】
マッチング部１４０は、例えば、地図画像が示す構造物に対応付けられたクラスタのクラスタ番号を記録することによって、対応付けの結果を記録してもよい。記録した後、マッチング部１４０は、地図画像が示す解析対象の構造物と対応付けられたクラスタを抽出する。なお、地図画像が示す構造物には、複数のクラスタが対応付けられてもよい。
【００５６】
各クラスタと地図画像が示す構造物との対応付けの方法として、例えば、各クラスタを構成する安定反射点で形成されるエッジの形状と、地図データが示す構造物のエッジの形状とを画像パターンマッチングで対応付ける方法がある。以下、クラスタを構成する安定反射点で形成されるエッジをクラスタエッジ、地図データが示す構造物のエッジを構造物エッジとそれぞれ呼ぶ。
【００５７】
図２は、マッチング部１４０の構成例を示すブロック図である。図２に示すマッチング部１４０は、上記の対応付けの方法で各クラスタと地図画像が示す構造物とを対応付ける。
【００５８】
図２に示すように、マッチング部１４０は、エッジ形成部１４１と、エッジ検出部１４２と、エッジ形状マッチング部１４３とを含む。
【００５９】
エッジ形成部１４１は、クラスタを構成する安定反射点を示す画素を繋ぐことによって、クラスタエッジを形成する機能を有する。形成されるクラスタエッジは、所定の観測方向に対応する。エッジ形成部１４１は、形成されたクラスタエッジをエッジ形状マッチング部１４３に入力する。
【００６０】
エッジ検出部１４２は、地図データが示す構造物のエッジを検出した上で、構造物エッジを形成する機能を有する。エッジ検出部１４２は、形成された構造物エッジをエッジ形状マッチング部１４３に入力する。
【００６１】
エッジ形状マッチング部１４３は、クラスタエッジの構成元のクラスタと構造物エッジの構成元の地図画像が示す構造物とを対応付ける機能を有する。
【００６２】
エッジ形状マッチング部１４３は、例えば、形成されたクラスタエッジの形状と形成された構造物エッジの形状に対して２次元の相互相関に基づいたパターンマッチングを行うことによって、相互相関係数を取得する。
【００６３】
次いで、エッジ形状マッチング部１４３は、取得された相互相関係数のうち最大の相互相関係数が取得された時のクラスタエッジの構成元のクラスタと構造物エッジの構成元の地図画像が示す構造物とを対応付ける。
【００６４】
なお、エッジ形状マッチング部１４３は、上記のエッジの形状に基づいた対応付け方法以外の方法で、各クラスタと地図画像が示す構造物とを対応付けてもよい。
【００６５】
変位速度合成部１５０は、解析対象に対応付けられた各クラスタを基に解析対象の各観測方向に沿った１次元変位速度をそれぞれ算出する。次いで、変位速度合成部１５０は、算出された各１次元変位速度をベクトル合成することによって、解析対象の３次元変位速度を算出する。
【００６６】
クラスタを基に１次元変位速度を算出する際、変位速度合成部１５０は、例えばクラスタを構成する安定反射点の変位速度の平均値等を算出する。なお、観測方向が２方向のみである場合、変位速度合成部１５０は、２つの変位速度ベクトルで構成される３次元空間内の平面上の変位速度を算出する。
【００６７】
また、観測方向が４方向以上である場合、変位速度合成部１５０は、最小二乗法等を利用して観測方向ごとに得られる解析対象の１次元変位速度を基に最も整合性の高い３次元変位速度を算出する。
【００６８】
例えば、異なる３方向からの各観測結果を基に解析対象の３次元変位速度を得る場合を考える。第１観測方向、第２観測方向、第３観測方向にそれぞれ沿った解析対象の構造物の各変位速度を(v1,v2,v3)とすると、３次元変位速度v=(vx,vy,vz)T は、以下のように表される。
【００６９】
【数１】
2019220574.tif 000003
【００７０】
なお、式（１）におけるN は、合成開口レーダの第１観測方向、第２観測方向、第３観測方向の各入射角（θ１，θ２，θ３）と、第１観測方向、第２観測方向、第３観測方向の各方位角（φ１，φ２，φ３）とを用いて、以下のように定義される。
【００７１】
【数２】
2019220574.tif 000004
【００７２】
構造物の各変位速度(v1,v2,v3)として、例えば、解析対象の構造物に対応付けられた各観測方向に対応するクラスタの変位速度の平均値が利用されてもよい。また、各クラスタの変位速度の平均値として、各クラスタを構成する安定反射点の変位速度の平均値、または中央値等が利用されてもよい。変位速度合成部１５０は、算出された解析対象の変位速度を解析結果として出力する。
【００７３】
以下、本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００による対応付けの処理の例を図３〜図８を参照して説明する。なお、説明の簡略化のために、本例では異なる２方向からそれぞれ観測された各データに基づいた対応付けの処理を説明する。
【００７４】
図３は、第１観測方向から観測された際に安定反射点が検出される位置を示す説明図である。また、図４は、第２観測方向から観測された際に安定反射点が検出される位置を示す説明図である。
【００７５】
図３〜図４は、地図データが示す道路と建設物が存在する個所を示す。図３〜図４に示す横線が記された領域は、道路を表す。また、図３〜図４に示す格子が記された領域は、建設物を表す。また、図３〜図４に示す黒色の丸は、安定反射点を表す。なお、図３〜図４に示す各表記の意味は、図５〜図８においても同様である。
【００７６】
図３〜図４に示すように、安定反射点は、道路の形状や構造物の形状に沿って検出される。なお、図３に示す安定反射点は、位置がずれて検出された安定反射点の例である。
【００７７】
図５は、第１観測方向から観測された際に検出された安定反射点のクラスタリング結果を示す説明図である。図５に示すクラスタp11 およびクラスタp12 が、道路の端に対応する。また、図５に示すクラスタp13 およびクラスタp14 が、建設物の端に対応する。
【００７８】
また、図６は、第２観測方向から観測された際に検出された安定反射点のクラスタリング結果を示す説明図である。図６に示すクラスタp15 およびクラスタp16 が、道路の端に対応する。また、図６に示すクラスタp17 およびクラスタp18 が、建設物の端に対応する。
【００７９】
図５〜図６に示すように、例えば道路の変位解析が実行される場合、クラスタp12 、クラスタp13 、クラスタp15 、およびクラスタp16 が、道路に重畳しているクラスタとして抽出される。しかし、建設物を反射源とするクラスタp13 も、同様に道路に重畳しているクラスタとして抽出される。
【００８０】
クラスタp13 も含めて道路の変位速度が算出されると、算出される道路の変位速度には、誤差が含まれる。変位速度に誤差が含まれないように対応するクラスタを手動で選択する場合、選択作業は、多くの時間を要する作業になる。
【００８１】
よって、本実施形態のマッチング部１４０のエッジ形成部１４１は、例えば図５〜図６に示すようなクラスタを基にクラスタエッジを形成する。次いで、エッジ形状マッチング部１４３が、形成されたクラスタエッジと地図画像が示す構造物エッジとのパターンマッチングを実行することによって、解析対象の構造物に対応付けられるクラスタを自動で抽出する。
【００８２】
図７は、第１観測方向から観測された際に検出された安定反射点で構成されるクラスタエッジを示す説明図である。図７に示すクラスタエッジp21 、クラスタエッジp22 、クラスタエッジp23 、およびクラスタエッジp24 は、クラスタp11 、クラスタp12 、クラスタp13 、およびクラスタp14 を基にそれぞれ形成されたクラスタエッジである。
【００８３】
図８は、第２観測方向から観測された際に検出された安定反射点で構成されるクラスタエッジを示す説明図である。図８に示すクラスタエッジp25 、クラスタエッジp26 、クラスタエッジp27 、およびクラスタエッジp28 は、クラスタp15 、クラスタp16 、クラスタp17 、およびクラスタp18 を基にそれぞれ形成されたクラスタエッジである。
【００８４】
図７に示す左側の破線は、道路の構造物エッジを表す。また、図７〜図８に示す破線の矩形は、建設物の構造物エッジを表す。クラスタエッジp23 が建設物の構造物エッジの一部と一致することが、パターンマッチング等の処理が実行されることによって判明する。
【００８５】
よって、エッジ形状マッチング部１４３は、クラスタp13 と建設物とを対応付ける。以上のエッジ形状マッチング処理を実行することによって、本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００は、解析対象の構造物の変位速度をより正確に算出できる。
【００８６】
［動作の説明］
以下、本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００の解析対象の変位速度を算出する動作を図９を参照して説明する。図９は、第１の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００による変位速度算出処理の動作を示すフローチャートである。
【００８７】
最初に、変位解析部１１０は、合成開口レーダが異なる観測方向からそれぞれ観測した時系列観測データを入力として受け取る。次いで、変位解析部１１０は、入力された時系列観測データに対して変位解析を行う（ステップS110）。
【００８８】
具体的には、変位解析部１１０は、時系列観測データごとに安定反射点を抽出する。次いで、変位解析部１１０は、抽出された安定反射点の変位速度を算出する。次いで、変位解析部１１０は、抽出された安定反射点と算出された変位速度とを変位解析の結果としてクラスタリング部１２０に入力する。
【００８９】
なお、上述したように、所定の観測方向に対応する時系列観測データは、画素ごとの振幅、位相を含むデータである。また、入力される安定反射点は、算出された変位速度に加えて、位相、座標、高さ等を示す情報を有する。また、変位解析部１１０は、安定反射点の抽出、および変位速度の算出に、例えば、非特許文献１に記載されているPSI を利用する。
【００９０】
次いで、クラスタリング部１２０は、観測方向ごとに抽出された各安定反射点を、安定反射点の座標および位相に基づいてクラスタリングする（ステップS120）。クラスタリング処理において、クラスタリング部１２０は、各安定反射点にクラスタ番号等の属するクラスタを判別可能な情報を付与する。次いで、クラスタリング部１２０は、安定反射点の集合であるクラスタをマッチング部１４０に入力する。
【００９１】
なお、上述したように、クラスタリング部１２０は、クラスタリングの具体的な方法として、例えば非特許文献２に記載されている方法を利用できる。なお、構造物ごとに安定反射点がまとめられる方法であれば、クラスタリング部１２０は、非特許文献２に記載されている方法以外の方法を用いてもよい。
【００９２】
ステップS110〜ステップS120の各処理と独立に、地図データ取得部１３０は、道路や建設物等の構造物の外形を示す情報である外形情報を含む地図データと、合成開口レーダが観測した時系列観測データとを入力として受け取る。なお、上述したように、道路や建設物等の地図データが示す各構造物には、外形情報と共に識別番号が付与されている。
【００９３】
次いで、地図データ取得部１３０は、入力された時系列観測データが表す観測領域と同じ観測領域を示す地図画像を地図データから取得する（ステップS130）。次いで、地図データ取得部１３０は、取得された地図画像をマッチング部１４０に入力する。
【００９４】
次いで、マッチング部１４０は、ステップS120で入力された所定の観測方向に対応するクラスタと、ステップS130で入力された地図画像が示す構造物とを対応付ける（ステップS140）。次いで、マッチング部１４０は、地図画像が示す解析対象の構造物と対応付けられた各クラスタのクラスタ番号を変位速度合成部１５０に入力する。
【００９５】
なお、各観測方向に対応する複数のクラスタが、地図画像が示す同一の構造物に対応付けられてもよい。また、解析対象の構造物を指定する際、マッチング部１４０は、例えば、地図データに含まれている構造物の識別番号を指定する。
【００９６】
また、各クラスタと地図画像が示す構造物とを対応付ける方法の一例として、マッチング部１４０のエッジ形状マッチング部１４３は、パターンマッチングを行う。例えば、エッジ形状マッチング部１４３は、エッジ形成部１４１で得られたクラスタエッジを示す画像と、エッジ検出部１４２で得られた構造物エッジを示す画像とに対して、２次元の相互相関に基づいたパターンマッチングを行う。
【００９７】
上記のパターンマッチングを行うことによって、マッチング部１４０は、クラスタと地図画像が示す構造物とを対応付けることができる。なお、マッチング部１４０は、エッジ形状に基づいた対応付けの方法以外の方法で、各クラスタと地図画像が示す構造物とを対応付けてもよい。
【００９８】
次いで、変位速度合成部１５０は、入力されたクラスタ番号が示すクラスタを構成する安定反射点を基に、解析対象である構造物の１次元変位速度を観測方向ごとにそれぞれ算出する。次いで、変位速度合成部１５０は、各観測方向に沿った１次元変位速度をベクトル合成することによって、解析対象である構造物の３次元変位速度を算出する（ステップS150）。
【００９９】
次いで、変位速度合成部１５０は、算出された３次元変位速度を出力する。出力した後、合成開口レーダ信号解析装置１００は、変位速度算出処理を終了する。
【０１００】
［効果の説明］
本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００は、合成開口レーダが所定の観測方向から観測した時系列観測データから所定の観測方向に対応する安定反射点を抽出し、抽出された安定反射点の変位速度を算出する変位解析部１１０を備える。
【０１０１】
また、合成開口レーダ信号解析装置１００は、観測領域内の反射源（構造物）ごとに各観測方向に対応する安定反射点をまとめるクラスタリング部１２０と、観測領域を示す地図データを取得する地図データ取得部１３０とを備える。
【０１０２】
また、合成開口レーダ信号解析装置１００は、クラスタリングされた各観測方向に対応する安定反射点と地図データが示す構造物とを対応付けることによって、解析対象の構造物に対応するクラスタを抽出するマッチング部１４０を備える。
【０１０３】
また、合成開口レーダ信号解析装置１００は、抽出された各観測方向に対応するクラスタを基に、解析対象の構造物の３次元変位速度を算出する変位速度合成部１５０を備える。上記のクラスタは、クラスタリング部１２０で構造物ごとにまとめられた安定反射点群を意味する。各クラスタは、構造物全体、または壁面等の構造物の一部に対応する。
【０１０４】
本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００において、クラスタリング部１２０が観測方向ごとに得られる安定反射点をクラスタリングし、マッチング部１４０が観測方向ごとのクラスタと地図が示す構造物とを対応付けている。
【０１０５】
よって、合成開口レーダ信号解析装置１００は、変位速度合成に使用される、解析対象の構造物と対応するクラスタや安定反射点を自動で選択できる。合成開口レーダ信号解析装置１００の変位速度合成部１５０は、手動で選択されたクラスタではなく自動で選択されたクラスタを基に、３次元変位速度を算出できる。
【０１０６】
また、本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００は、変位解析時に安定反射点の座標が誤っている場合であっても、地図が示す解析対象の形状を基に解析対象に対応するクラスタを抽出し、抽出されたクラスタを基に３次元変位速度を算出できる。よって、観測方向ごとに安定反射点の位置ずれ（座標誤り）が存在していても、合成開口レーダ信号解析装置１００は、構造物の３次元変位速度をより高精度に計測できる。
【０１０７】
［第２の実施形態］
［構成の説明］
次に、本発明の第２の実施形態を、図面を参照して説明する。図１０は、第２の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０１の構成例を示すブロック図である。
【０１０８】
図１０に示す合成開口レーダ信号解析装置１０１は、図１に示す合成開口レーダ信号解析装置１００と異なり、重なり判定部１６０を有する。重なり判定部１６０以外の合成開口レーダ信号解析装置１０１の構成は、合成開口レーダ信号解析装置１００の構成と同様である。
【０１０９】
本実施形態の重なり判定部１６０は、マッチング部１４０で地図画像が示す解析対象と対応付けられた各観測方向に対応するクラスタが、２次元画像において重なるか否かを判定する機能を有する。
【０１１０】
重なり判定部１６０は、例えば少なくとも異なる２方向から観測された各観測画像から抽出された各クラスタが重なる場合、それぞれのクラスタ番号を変位速度合成部１５０に入力する。
【０１１１】
クラスタの重なりの有無を判定する方法として、重なり判定部１６０は、例えば、地図データが示す解析対象に対応付けられた各観測方向に対応するクラスタのエッジ、またはクラスタの領域が一部でも重なっていれば、クラスタが重なっていると判定する方法を使用してもよい。
【０１１２】
また、クラスタの重なりが確認された際、例えば、重畳する画素数が両クラスタ領域における画素の総数の所定の割合以上であれば、重なり判定部１６０は、クラスタが重なっていると判定してもよい。所定の割合は、例えば10％ である。
【０１１３】
なお、重なり判定部１６０は、解析対象に対応付けられた各クラスタのクラスタエッジ、または各クラスタのクラスタ領域が１画素でも重なっていれば、各クラスタが重なっていると判定してもよい。
【０１１４】
重なり判定部１６０は、重なっていると判定された各クラスタのクラスタ番号を変位速度合成部１５０に入力する。変位速度合成部１５０は、入力されたクラスタ番号が示すクラスタのみを用いて変位速度を合成する。すなわち、本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０１は、２方向以上で共通して観測される箇所のみを基にベクトル合成を行う。
【０１１５】
［動作の説明］
以下、本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０１の解析対象の変位速度を算出する動作を図１１を参照して説明する。図１１は、第２の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０１による変位速度算出処理の動作を示すフローチャートである。
【０１１６】
ステップS210〜ステップS240の各処理は、図９に示すステップS110〜ステップS140の各処理とそれぞれ同様である。
【０１１７】
ステップS240において、マッチング部１４０は、地図画像が示す解析対象の構造物と対応付けられた各クラスタのクラスタ番号を重なり判定部１６０に入力する。重なり判定部１６０は、地図画像が示す解析対象に対応付けられた、各観測方向に対応するクラスタが重なるか否かを判定する（ステップS250）。
【０１１８】
具体的には、マッチング部１４０は、ステップS240で地図画像が示す解析対象の構造物に対応付けられた、各観測方向に対応するクラスタが２次元画像において重なるか否かを判定する。
【０１１９】
判定の結果、複数の方向から観測された観測画像を基に生成されたクラスタ同士が重なる場合、マッチング部１４０は、それぞれのクラスタのクラスタ番号を変位速度合成部１５０に入力する。
【０１２０】
ステップS260の処理は、図９に示すステップS150の処理と同様である。
【０１２１】
［効果の説明］
本実施形態の重なり判定部１６０は、地図画像が示す解析対象の構造物に対応付けられた各観測方向に対応するクラスタの中から、重なりが確認される複数の観測方向に対応する各クラスタを抽出する。変位速度合成部１５０は、解析対象の構造物に対して、常に２方向以上から観測されている箇所のみを基に変位速度を算出する。
【０１２２】
すなわち、本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０１は、同一箇所の変位速度を合成できるため、第１の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１００に比べてより信頼性の高い変位解析結果を得ることができる。
【０１２３】
［第３の実施形態］
［構成の説明]
次に、本発明の第３の実施形態を、図面を参照して説明する。図１２は、第３の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０２の構成例を示すブロック図である。
【０１２４】
図１２に示す合成開口レーダ信号解析装置１０２は、図１に示す合成開口レーダ信号解析装置１００と異なり、マッチング部１４０の代わりに第２マッチング部１７０を、変位速度合成部１５０の代わりに第２変位速度合成部１８０をそれぞれ有する。第２マッチング部１７０および第２変位速度合成部１８０以外の合成開口レーダ信号解析装置１０２の構成は、合成開口レーダ信号解析装置１００の構成と同様である。
【０１２５】
本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０２は、クラスタと構造物との対応付けの際に重みを算出し、算出された重みをベクトル合成に利用することを特徴とする。
【０１２６】
本実施形態の第２マッチング部１７０は、各観測方向に対応するクラスタが対応付けられる地図画像が示す構造物を判定すると共に、対応付けの信頼度を示すマッチング尤度を算出する機能を有する。
【０１２７】
例えば、第２マッチング部１７０は、２次元の画像パターンマッチングにおける相互相関係数をマッチング尤度として利用する。また、第２マッチング部１７０は、別の構造物との相互相関係数と比較した上でマッチング尤度を算出してもよい。また、第２マッチング部１７０は、上記の方法以外の方法でマッチング尤度を求めてもよい。
【０１２８】
本実施形態の第２変位速度合成部１８０は、地図画像が示す解析対象の構造物の識別番号を有する全てのクラスタを構成する安定反射点を基に、クラスタの変位速度を算出する。
【０１２９】
次いで、第２変位速度合成部１８０は、算出されたそれぞれの変位速度にマッチング尤度、またはマッチング尤度から算出される係数を重みとして掛けた上でベクトル合成を実行することによって、解析対象の３次元変位速度を算出する。また、第２変位速度合成部１８０は、閾値以上のマッチング尤度のみを利用してもよい。
【０１３０】
以下、マッチング尤度が用いられた重み付けの例を説明する。解析対象に対応付けられた任意の観測方向i に対応するクラスタc(c=1,2,・・・,C) の変位速度をvc、クラスタc のマッチング尤度をlcとすると、任意の観測方向i に沿った構造物の変位速度viは、以下のように表される。
【０１３１】
【数３】
2019220574.tif 000005
【０１３２】
マッチング尤度に基づいた重みが用いられて変位速度が合成されると、解析対象の構造物との一致の度合いが大きいクラスタの変位速度ほど、合成された変位速度に対する寄与率が大きくなる。よって、合成開口レーダ信号解析装置１０２は、各安定反射点の計測精度のばらつき、または各クラスタの計測精度のばらつきを考慮でき、より高精度に３次元変位速度を計測できる。
【０１３３】
例えば、観測方向ごとに得られる安定反射点のうち、構造物の外形に沿って現れる安定反射点ほど一般的に観測される時のノイズが少ない。よって、構造物の外形に沿って現れる安定反射点に対する変位解析の精度は、比較的高くなる。
【０１３４】
同様に、地図画像が示す解析対象の構造物とのマッチング尤度が高いクラスタに属する安定反射点の変位速度の精度は、比較的高くなる。すなわち、精度が高い変位速度の寄与率が大きくなるように変位速度が合成されるため、算出される３次元変位速度の精度が向上する。
【０１３５】
［動作の説明］
以下、本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０２の解析対象の変位速度を算出する動作を図１３を参照して説明する。図１３は、第３の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０２による変位速度算出処理の動作を示すフローチャートである。
【０１３６】
ステップS310〜ステップS330の各処理は、図９に示すステップS110〜ステップS130の各処理とそれぞれ同様である。
【０１３７】
第２マッチング部１７０は、各観測方向に対応するクラスタと、地図データが示す構造物とを対応付ける（ステップS340）。ステップS340の処理において、第２マッチング部１７０は、各観測方向に対応するクラスタが対応付けられる地図画像が示す構造物を判定すると共に、対応付けの信頼度を示すマッチング尤度を算出する。
【０１３８】
第２マッチング部１７０は、マッチング尤度として、例えば２次元の画像パターンマッチングにおける相互相関係数を利用する。次いで、第２マッチング部１７０は、解析対象に対応付けられた各観測方向に対応するクラスタのクラスタ番号と、算出されたマッチング尤度とを第２変位速度合成部１８０に入力する。
【０１３９】
次いで、第２変位速度合成部１８０は、ステップS340で入力されたクラスタ番号が示す所定の観測方向に対応するクラスタの変位速度をクラスタごとに算出する。次いで、第２変位速度合成部１８０は、ステップS340で入力されたマッチング尤度に基づいた重みをクラスタの変位速度に掛けた上で構造物の変位速度を観測方向ごとに算出する。
【０１４０】
次いで、第２変位速度合成部１８０は、各観測方向に沿った構造物の変位速度をベクトル合成することによって、解析対象の３次元変位速度を算出する（ステップS350）。次いで、第２変位速度合成部１８０は、算出された３次元変位速度を出力する。出力した後、合成開口レーダ信号解析装置１０２は、変位速度算出処理を終了する。
【０１４１】
［効果の説明］
本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０２の第２変位速度合成部１８０は、マッチング尤度に基づいた重みを用いて各クラスタの変位速度を合成する。すなわち、精度が高い変位速度の寄与率が大きくなるように変位速度が合成されるため、合成開口レーダ信号解析装置１０２は、算出される３次元変位速度の精度をより向上できる。
【０１４２】
［第４の実施形態］
［構成の説明］
次に、本発明の第４の実施形態を、図面を参照して説明する。図１４は、第４の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０３の構成例を示すブロック図である。
【０１４３】
図１４に示す合成開口レーダ信号解析装置１０３は、図１に示す合成開口レーダ信号解析装置１００と異なり、変位速度合成部１５０の代わりに第３変位速度合成部１９０を有する。第３変位速度合成部１９０以外の合成開口レーダ信号解析装置１０３の構成は、合成開口レーダ信号解析装置１００の構成と同様である。
【０１４４】
第３変位速度合成部１９０は、地図データが示す解析対象の構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応するクラスタの変位速度を、高さごとにベクトル合成する機能を有する。
【０１４５】
変位解析部１１０で得られる安定反射点は、位相、座標、および変位速度を示す情報と共に、高さを示す情報を有する。高さが異なる各安定反射点における位相は異なる。よって、クラスタリング部１２０は、高さごとに安定反射点をクラスタリングできる。
【０１４６】
次いで、第３変位速度合成部１９０は、構造物の高さごとにクラスタの変位速度をベクトル合成する。第３変位速度合成部１９０は、ベクトル合成で得られた解析対象の構造物の高さごとの３次元変位速度を出力する。
【０１４７】
なお、クラスタリング部１２０で生成される各クラスタは、処理の性質上、同程度の高さを示す情報を有する安定反射点で構成される。よって、第３変位速度合成部１９０は、クラスタを構成する安定反射点が有する情報が示す高さの平均値を、クラスタの高さとして利用する。
【０１４８】
［動作の説明］
以下、本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０３の解析対象の変位速度を算出する動作を図１５を参照して説明する。図１５は、第４の実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０３による変位速度算出処理の動作を示すフローチャートである。
【０１４９】
ステップS410〜ステップS440の各処理は、図９に示すステップS110〜ステップS140の各処理とそれぞれ同様である。
【０１５０】
第３変位速度合成部１９０は、ステップS440で入力された所定の観測方向に対応するクラスタの変位速度をクラスタごとに算出する。次いで、第３変位速度合成部１９０は、各観測方向に沿った構造物の変位速度をベクトル合成することによって、解析対象の３次元変位速度を高さごとに算出する（ステップS450）。
【０１５１】
解析対象の３次元変位速度を高さごとに算出する際、第３変位速度合成部１９０は、所定の観測方向に対応するクラスタを高さごとに選択する。クラスタを高さごとに選択するために、第３変位速度合成部１９０は、安定反射点が抽出された時に得られたクラスタの高さを示す情報を利用する。
【０１５２】
次いで、第３変位速度合成部１９０は、算出された高さごとの３次元変位速度を出力する。出力した後、合成開口レーダ信号解析装置１０３は、変位速度算出処理を終了する。
【０１５３】
［効果の説明］
本実施形態の合成開口レーダ信号解析装置１０３の第３変位速度合成部１９０は、各観測方向に対応するクラスタの高さをそれぞれ求め、解析対象の構造物の３次元変位速度を高さごとに算出する。算出された３次元変位速度を用いて、合成開口レーダ信号解析装置１０３は、構造物全体の垂直方向、東西方向、南北方向にそれぞれ沿った平行移動だけでなく、傾き、倒れ込み等の構造物の高さに応じた変位を検出、または計測できる。
【０１５４】
各実施形態の合成開口レーダ信号解析装置は、合成開口レーダが所定の観測方向から観測した時系列観測データから所定の観測方向に対応する安定反射点を抽出し、抽出された安定反射点の変位速度を算出する。次いで、合成開口レーダ信号解析装置は、抽出された安定反射点を反射源が同じ構造物ごとにクラスタリングする。
【０１５５】
次いで、合成開口レーダ信号解析装置は、観測領域を示す地図データを取得し、各観測方向に対応するクラスタと地図データが示す構造物とを対応付ける。次いで、合成開口レーダ信号解析装置は、解析対象の構造物に対応付けられたクラスタの観測方向ごとの変位速度をベクトル合成することによって、３次元変位速度を算出する。よって、合成開口レーダ信号解析装置は、高精度に３次元変位速度を計測できる。
【０１５６】
各実施形態の合成開口レーダ信号解析装置は、合成開口レーダが異なる方向から観測した時系列解析データを基に解析対象の構造物の変位速度を合成して３次元変位速度を算出する処理を実行する。３次元変位速度を算出する処理を実行する際、合成開口レーダ信号解析装置は、観測方向ごとに解析対象の構造物の反射点を自動で抽出し、２次元変位速度、または３次元変位速度を算出する。
【０１５７】
具体的には、各実施形態の合成開口レーダ信号解析装置は、反射点を構造物ごとにクラスタリングし、地図データが示す構造物のエッジと各クラスタのエッジとを対応付けることによって、解析対象の構造物の反射点のみを高精度に抽出する。以上の処理により、各実施形態の合成開口レーダ信号解析装置は、解析対象の構造物の反射点を高精度に抽出し、２次元変位速度、または３次元変位速度を算出できる。
【０１５８】
各実施形態の合成開口レーダ信号解析装置は、異なる方向から観測されたデータに基づいた変位解析の結果を組み合わせて構造物の３次元変位解析を行う際、地図が示す解析対象の構造物に対応するクラスタを観測方向ごとに選択して３次元変位速度を計測できる。
【０１５９】
また、各実施形態の合成開口レーダ信号解析装置は、地図が示す解析対象の構造物に対応付けられるクラスタを選択することによって、観測方向ごとに位置ずれが生じた場合であっても、解析対象の３次元変位速度を高精度に算出できる。
【０１６０】
なお、上記の各実施形態における各構成要素は、１つのハードウェア、または１つのソフトウェアで構成可能である。また、各構成要素は、複数のハードウェア、または複数のソフトウェアでも構成可能である。また、各構成要素の一部がハードウェアで構成され、他部がソフトウェアで構成されてもよい。
【０１６１】
上記の各実施形態における各機能（各処理）は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）等のプロセッサやメモリ等を有するコンピュータで実現可能である。例えば、記憶装置（記憶媒体）に上記の各実施形態における各方法（各処理）を実行するためのプログラムが格納される場合、各機能は、記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することによって実現される。また、時系列観測データおよび地図データが、記憶装置に格納されてもよい。
【０１６２】
図１６は、本発明の各実施形態を適用可能な合成開口レーダ信号解析装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。図１６は、ＣＰＵを有するコンピュータにより実現された各実施形態の合成開口レーダ信号解析装置の一例を示す。
【０１６３】
ＣＰＵ１０は、記憶装置１１に格納されたプログラムに従って、記憶装置１２に格納された時系列観測データおよび地図データを解析することによって、上記の各実施形態における各機能を実現する。なお、記憶装置１１と記憶装置１２は、１つの記憶装置にまとめられていてもよい。
【０１６４】
すなわち、ＣＰＵ１０は、変位解析部１１０、クラスタリング部１２０、地図データ取得部１３０、マッチング部１４０、変位速度合成部１５０、重なり判定部１６０、第２マッチング部１７０、第２変位速度合成部１８０、および第３変位速度合成部１９０の各機能を実現する。
【０１６５】
記憶装置１１および記憶装置１２は、例えば、非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium ）である。非一時的なコンピュータ可読媒体には、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium ）が含まれる。
【０１６６】
非一時的なコンピュータ可読媒体の具体例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）である。また、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory ）、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc-Recordable ）、ＣＤ−Ｒ／Ｗ（Compact Disc-ReWritable ）も、非一時的なコンピュータ可読媒体の具体例である。また、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM ）、フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリも、非一時的なコンピュータ可読媒体の具体例である。
【０１６７】
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium ）に格納されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体には、例えば、有線通信路または無線通信路を介して、すなわち電気信号、光信号または電磁波を介して、プログラムが供給される。
【０１６８】
メモリ１３は、ＣＰＵ１０が処理を実行する時に一時的にデータを格納する記憶手段である。メモリ１３は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）で実現される。
【０１６９】
また、メモリ１３に、記憶装置１１、記憶装置１２、または一時的なコンピュータ可読媒体が保持するプログラムが転送され、ＣＰＵ１０がメモリ１３内のプログラムに基づいて処理を実行するような形態が実現されてもよい。
【０１７０】
なお、図１６に示す合成開口レーダ信号解析装置は、ＣＰＵ１０の代わりにＤＳＰ（Digital Signal Processor）を備えてもよい。または、図１６に示す合成開口レーダ信号解析装置は、ＣＰＵ１０とＤＳＰとを併せて備えてもよい。
【０１７１】
なお、各合成開口レーダ信号解析装置は、ハードウェアにより実現されてもよい。例えば、合成開口レーダ信号解析装置１００は、内部に図１に示すような機能を実現するプログラムが組み込まれたＬＳＩ（Large Scale Integration ）等のハードウェア部品が含まれる回路が実装されてもよい。
【０１７２】
また、各構成要素の一部または全部は、汎用の回路（circuitry ）または専用の回路、プロセッサ等やこれらの組み合わせによって実現されてもよい。これらは、単一のチップによって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップによって構成されてもよい。各構成要素の一部または全部は、上述した回路等とプログラムとの組み合わせによって実現されてもよい。
【０１７３】
各構成要素の一部または全部が複数の情報処理装置や回路等により実現される場合には、複数の情報処理装置や回路等は集中配置されてもよいし、分散配置されてもよい。例えば、情報処理装置や回路等は、クライアントアンドサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等、各々が通信ネットワークを介して接続される形態として実現されてもよい。
【０１７４】
次に、本発明の概要を説明する。図１７は、本発明による合成開口レーダ信号解析装置の概要を示すブロック図である。本発明による合成開口レーダ信号解析装置２０は、合成開口レーダが所定の観測方向から観測領域を観測することによって得られた時系列データから安定反射点を抽出する抽出部２１（例えば、変位解析部１１０）と、所定の観測方向に対応する抽出された安定反射点を基に安定反射点の集合であるクラスタを生成する生成部２２（例えば、クラスタリング部１２０）と、所定の観測方向に対応する生成されたクラスタと観測領域に対応する地図データが示す構造物とを対応付ける対応付け部２３（例えば、マッチング部１４０）と、構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応する複数のクラスタそれぞれに関する各変位速度をベクトル合成する合成部２４（例えば、変位速度合成部１５０）とを備える。
【０１７５】
また、合成部２４は、ベクトル合成することによって構造物の３次元変位速度を算出してもよい。また、生成部２２は、安定反射点が示す位相、および座標に基づいてクラスタを生成してもよい。
【０１７６】
そのような構成により、合成開口レーダ信号解析装置は、合成開口レーダが異なる方向から観測した各観測データを基に構造物の３次元変位解析をより高精度に実行できる。
【０１７７】
また、合成開口レーダ信号解析装置２０は、構造物に対応付けられた各観測方向にそれぞれ対応する複数のクラスタの中から重なる部分を有する２つ以上のクラスタを判定する判定部（例えば、重なり判定部１６０）を備え、合成部２４は、判定された２つ以上のクラスタそれぞれに関する各変位速度を用いてもよい。また、判定部は、２次元画像に表示された時に重なる部分を有する２つ以上のクラスタを判定してもよい。
【０１７８】
そのような構成により、合成開口レーダ信号解析装置は、より信頼性の高い変位解析結果を得ることができる。
【０１７９】
また、対応付け部２３は、所定の観測方向に対応するクラスタと地図データが示す構造物との対応付けの信頼度を示す指標を算出し、合成部２４は、算出された指標を用いて複数のクラスタそれぞれに関する各変位速度をベクトル合成してもよい。
【０１８０】
また、算出される指標は、対応付けの信頼度を示すマッチング尤度でもよい。また、合成部２４は、算出されたマッチング尤度を重みとして用いてもよい。
【０１８１】
そのような構成により、合成開口レーダ信号解析装置は、算出される３次元変位速度の精度をより向上できる。
【０１８２】
また、合成部２４は、クラスタを構成する安定反射点が示す複数の高さごとに複数のクラスタそれぞれに関する各変位速度をベクトル合成してもよい。
【０１８３】
そのような構成により、合成開口レーダ信号解析装置は、傾き、倒れ込み等の構造物の高さに応じた変位を検出できる。
【０１８４】
また、合成開口レーダ信号解析装置２０は、構造物（例えば、道路または建設物）の形状を示す情報と構造物の識別番号とを含む地図データから観測領域に対応する地図データを取得する取得部（例えば、地図データ取得部１３０）を備え、対応付け部２３は、取得された地図データを用いてもよい。
【０１８５】
そのような構成により、合成開口レーダ信号解析装置は、観測領域における変位解析結果を得ることができる。
【０１８６】
また、抽出部２１は、抽出された安定反射点の変位速度を算出し、合成部２４は、クラスタを構成する安定反射点の算出された変位速度を用いてクラスタに関する変位速度を算出してもよい。
【０１８７】
そのような構成により、合成開口レーダ信号解析装置は、クラスタの代表的な変位速度を用いて変位解析結果を得ることができる。
【０１８８】
以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【産業上の利用の可能性】
【０１８９】
本発明は、衛星や航空機等が用いられた合成開口レーダによる変位解析のうち、多方向からの観測データが統合される変位解析に好適に適用される。
【符号の説明】
【０１９０】
１０  ＣＰＵ
１１、１２  記憶装置
１３  メモリ
２０、１００〜１０３、９００  合成開口レーダ信号解析装置
２１  抽出部
２２  生成部
２３  対応付け部
２４  合成部
１１０、９１０  変位解析部
１２０  クラスタリング部
１３０  地図データ取得部
１４０  マッチング部
１４１  エッジ形成部
１４２  エッジ検出部
１４３  エッジ形状マッチング部
１５０、９３０  変位速度合成部
１６０  重なり判定部
１７０  第２マッチング部
１８０  第２変位速度合成部
１９０  第３変位速度合成部
９２０  補間処理部
【図１】
2019220574.tif 000006
【図２】
2019220574.tif 000007
【図３】
2019220574.tif 000008
【図４】
2019220574.tif 000009
【図５】
2019220574.tif 000010
【図６】
2019220574.tif 000011
【図７】
2019220574.tif 000012
【図８】
2019220574.tif 000013
【図９】
2019220574.tif 000014
【図１０】
2019220574.tif 000015
【図１１】
2019220574.tif 000016
【図１２】
2019220574.tif 000017
【図１３】
2019220574.tif 000018
【図１４】
2019220574.tif 000019
【図１５】
2019220574.tif 000020
【図１６】
2019220574.tif 000021
【図１７】
2019220574.tif 000022
【図１８】
2019220574.tif 000023
【図１９】
2019220574.tif 000024
【国際調査報告】
2019220574.tif 000025
2019220574.tif 000026
2019220574.tif 000027
2019220574.tif 000028