JP2011058808A - レーダ画像処理装置および気象レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、雨量と、風速または風向との地理的分布をそれぞれ示す画像を生成するレーダ画像処理装置と、そのレーダ画像処理装置が搭載された気象レーダ装置に関し、多様に刻々と変化し得る所望の地域の雨量・風速・風向を地理的に対応づけて容易に観測できることを目的とする。
【解決手段】気象レーダ装置が与える雨量の地理的分布を示す第一の画像と、前記気象レーダ装置が与える風速または風向の地理的分布を示す第二の画像とにそれぞれ乗じられるべき２つの重みの設定および可変を実現する重み設定手段と、前記第一の画像および前記第二の画像と前記２つの重みとの積和として、前記雨量および前記風速、または前記雨量および前記風向の地理的分布を示す合成画像を生成する画像合成手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、雨量と、風速または風向との地理的分布をそれぞれ示す画像を生成するレーダ画像処理装置と、そのレーダ画像処理装置が搭載された気象レーダ装置に関する。

気象ドップラレーダシステムは、局地的な豪雨等の雨量（降雨量）に併せて、風向や風速の予測および把握のために用いられている。

図４は、従来の気象ドップラレーダシステムの構成例を示す図である。
図において、気象ドップラレーダの観測局２０は、観測に好適な山頂等のサイトに配置され、その観測局２０は通信路２１を介して遠隔制御局３０に接続される。

遠隔制御局３０は、以下の要素から構成される。
(1) 上記通信路２１とのインタフェースをとる通信インタフェース部３１
(2) 観測局２０の遠隔制御、雨量・風速・風向等の観測結果等の指示にかかわる操作者とのインタフェースを実現する操作指示部３２

(3) 予め組み込まれたソフトウェアに基づいて遠隔制御局３０その他の各部の統括を行う処理装置３３
(4) 上記通信インタフェース部３１と共に処理装置３３の対応する入出力ポートに接続され、その処理装置３３と操作指示部３２とのインタフェースをとる操作指示インタフェース部３４

このような構成の気象ドップラレーダシステムでは、観測局２０は、ドップラレーダ方式に基づいて送信波を所望の方向（アンテナの主ローブの方位角や仰角で決定される。）に送信し、その方向に分布する雨雲や雨滴によってその送信波が反射することによって到来した受信波を受信する。さらに、観測局２０は、通信路２１を介して遠隔制御局３０宛に、この受信波を所定の信号またはデータ列として引き渡す。

遠隔制御局３０では、処理装置３３は、通信インタフェース部３１を介してこのような信号またはデータ列を取り込み、所定の信号処理を施すことにより、操作指示部３２の指示方式に適した画像情報であって、雨量の地理的分布を示す第一の画像情報と、風速または風向の地理的分を示す第二の画像情報とを生成する。

さらに、処理装置３３は、操作指示部３２に対して操作者が行う操作によって切り替えられ、かつ上記第一の画像情報と第二の画像情報との内、その操作指示部３２を介して表示されるべき一方を示す二値情報を所定の頻度で監視し、図５に示すように、その二値情報の論理値に対応する一方の画像情報を選択して出力する。

操作指示インタフェース部３４は、このようにして選択された一方の画像情報を操作指示部３２に引き渡す。操作指示部３２は、その画像情報を内蔵された指示部の表示画面上に表示する。

したがって、遠隔制御局３０では、操作者が操作指示部３４を介して与える指示に応じて、雨量（降雨量）と、風向や風速との何れか一方の地理的な分布を示す画像が表示され、かつ適宜切り替えられる。

なお、本発明に関連する先行技術としては、後述する特許文献１〜特許文献３および非特許文献１がある。

(1) 「海面に電波を放射して得られる反射波をビデオ信号として処理する信号処理部、この信号処理部からのビデオ信号より高分解レーダ画像を生成する表示処理部、この表示処理部で生成された高分解能レーダ画像をもとに、流速分布の算出を行う流速算出部、および流速算出部で算出された流速分布を前記高分解レーダ画像に重畳表示する表示部を備え」ことにより、「１サイトのレーダサイトから得られるレーダ画像の情報をもとに、２次元的な海流速度ベクトルの分布を推定することが出来る海洋レーダ装置を得る」点に特徴がある海洋レーダ装置…特許文献１

(2) 「各画素の色データに透過度情報が設定されている画像データから、各画素毎に該透過度情報を抽出して、上記画像データの各画素の透過度データを作成する透過度データ作成手段と、該透過度データ作成手段によって作成された各画素の透過度データを基に、複数の画像の各画素の各色データの配合比率を設定し、該配合比率に応じて、合成画像と背景画像とを合成して得られる画像の各画素の色データの値を算出する算出手段と、該算出手段の算出結果に基づいて、前記合成画像と背景画像とを合成する合成手段とを備える」ことにより、「画像の合成を容易に行えると共に、奥行きのある画像なども作成可能で、表現力豊かな画像を作成できるようにすること」点に特徴がある画像処理装置…特許文献２

(3) 「物体の輝度と透過度から構成される画像の系列を入力として、輝度と透過度から構成される参照画像から部分領域間の対応により符号化対象画像の輝度と透過度の画像を予測する予測手段と、前記予測手段における部分領域間の対応を予測符号として符号化する予測符号化手段と、前記予測画像と前記符号化対象画像との輝度と透過度の差分を誤差画像として求める誤差演算手段と、前記誤差画像を誤差画像符号として符号化する誤差符号化手段とを有し、画像系列を前記参照画像に対する誤差画像符号、予測符号として伝送記録する」ことにより、「視線方向の前後関係で分離された階層画像を構成する輝度と透過度の画像を高能率で符号化、復号化する」点に特徴がある画像符号化装置…特許文献３

(4) 「各種フォトレタッチソフトウェアを用いて実現される」点に特徴がある「天気図と気象衛星画像の重ねあわせ表示」…非特許文献１

特開２００７−２４８２９３号公報 特開平１０−１４５５８３号公報 特開平８−１１６５４２号公報

「天気図と気象衛星画像の重ねあわせ表示」http://www.ricen.hokkaido-c.ed.jp/424computer/chigaku/kisyougazou/kisyougazou3.html

ところで、上述した従来例では、局所的な範囲における「雨雲のエコー強度」と「ドップラ速度」とを視覚的に対応させて比較することは容易ではなく、リアルタイムによる雨量と、風速または（および）風向との正確な把握や観測は難しかった。
特に、都市型ゲリラ豪雨のように、短時間に発生し、かつ多くの被害を被る可能性が高い積乱雲については、上記雨量および風速（風向）の効率的かつ精度よい観測が強く要望されていた。

本発明は、多様に刻々と変化し得る所望の地域の雨量・風速・風向を地理的に対応づけて観測できるレーダ画像処理装置および気象レーダ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、重み設定手段は、気象レーダ装置が与える雨量の地理的分布を示す第一の画像と、前記気象レーダ装置が与える風速または風向の地理的分布を示す第二の画像とにそれぞれ対応した２つの重みの設定および可変を実現する。画像合成手段は、前記第一の画像および前記第二の画像と前記２つの重みとの積和として、前記雨量および前記風速、または前記雨量および前記風向の地理的分布を示す合成画像を生成する。

すなわち、雨量と、風速または風向とは、両者の地理的な対応関係が維持されつつ上記２つの重みで重みづけられた合成画像として得られる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のレーダ画像処理装置において、前記合成画像は、前記第一の画像と前記第二の画像とに個別に割り付けられ、かつ配置が異なる画素の集合として構成される。前記２つの重みは、前記第一の画像と前記第二の画像とに個別に割り付けられ、かつ配置が異なる画素毎の階調表示に適した値である。

すなわち、雨量と、風速または風向とをそれぞれ示す画素の階調値の加算は、合成画像上でこれらの階調値が共に大きい領域についても、線形な領域で実現される。

請求項３に記載の発明では、第一の画像生成手段は、受信波から雨量の地理的分布を示す第一の画像を生成する。第二の画像生成手段は、前記受信波から風速または風向の分布を示す第二の画像を生成する。重み設定手段は、前記第一の画像と、前記第二の画像とにそれぞれ対応した２つの重みの設定および可変を実現する。画像合成手段は、前記第一の画像および前記第二の画像と前記２つの重みとの積和として、前記雨量および前記風速、または前記雨量および前記風向の分布を示す合成画像を生成する。

すなわち、雨量と、風速または風向とは、両者の地理的な対応関係が維持されつつ上記２つの重みで重みづけられた合成画像として得られる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の気象レーダ装置において、前記合成画像は、前記第一の画像と前記第二の画像とに個別に割り付けられ、かつ配置が異なる画素の集合として構成される。前記２つの重みは、前記第一の画像と前記第二の画像とに個別に割り付けられ、かつ配置が異なる画素毎の階調表示に適した値である。

すなわち、雨量と、風速または風向とをそれぞれ示す画素の階調値の加算は、合成画像上でこれらの階調値が共に大きい領域についても、線形な領域で実現される。

本発明によれば、雨量と、風速または風向とは、局部的な地域についても、地理的に対応づけられつつ効率的に精度よく検証可能となる。

また、本発明では、合成画像の鮮明度が高く維持され、その合成画像に基づく雨量、風速、風向の識別が所望の重みの下で精度よく達成される。

本発明が適用された気象レーダでは、従来例に比べて性能および操作性が大幅に向上する。

本発明の一実施形態を示す図である。 本実施形態における処理装置の動作フローチャートである。 本実施形態によって得られる観測結果の表示例を示す図である。 従来の気象ドップラレーダシステムの構成例を示す図である。 従来例によって得られる観測結果の表示例を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。

図において、図４に示す従来例との構成の相違点は、遠隔制御局３０に代えて遠隔制御局１０が備えられ、その遠隔制御局１０の構成が以下の点で遠隔制御局３０と異なる点にある。
(1) 処理装置３３に代えて処理装置１１が備えられる。
(2) 操作指示部３２に代えて操作指示部１２が備えられる。

図２は、本実施形態における処理装置の動作フローチャートである。
以下、図１および図２を参照して本実施形態の動作を説明する。
処理装置１１は、操作指示インタフェース部３４および操作指示部１２を介して操作者と相互に行われる対話や情報の提供をＧＵＩ（Graphic User Interface）に基づいて行う。

本実施形態では、操作指示部１２の表示画面の内、ＰＰＩ表示用に確保された矩形状の領域の下端の近傍に、例えば、図３に示すように、上記ＧＵＩの下で機能するスライドバー１２ＳＢが水平に配置される。

観測局２０は、従来例と同様に送信波を所望の方向に送信し、その方向に分布する雨雲や雨滴によってその送信波が反射することによって到来した受信波を受信すると共に、通信路２１を介して遠隔制御局１０宛に、この受信波を所定の信号またはデータ列として引き渡す。

遠隔制御局１０では、処理装置１１は、従来例における処理装置３３と同様に、このような信号またはデータ列に所定の信号処理を施すことにより、操作指示部１２の指示方式に適した画像情報であって、雨量の地理的分布を示す第一の画像情報と、風速または風向の地理的分を示す第二の画像情報とを生成する。

本実施形態の特徴は、遠隔制御局１０において処理装置１１が下記の処理の手順にある。
(1) 所定の頻度で（あるいはそのスライドバー１２ＳＢに対して行われた操作を示すイベントに応じて駆動される処理として）、既述のスライドバー１２ＳＢの位置（操作者が行う操作に応じて可変される。）を操作指示部３４および操作指示部１２を介して識別する（図２ステップＳ１）。なお、以下では、スライドバー１２ＳＢの位置については、そのスライドバー１２ＳＢの左端において「０」に設定され、反対に右端では「１」に設定されると共に、これらの左端と右端との間で直線的に増減する係数λ（０≦λ≦１）で示されると仮定する。

(2) 既述の第一の画像情報を示す画素値の列Ｐｉ(ｉ＝１〜Ｎ）と、第二の画像情報を示す画素値の列Ｓｉ(ｉ＝１〜Ｎ）と、上記係数λとに対して下式で示される画素値の列Ｔｉ(ｉ＝１〜Ｎ）として画像（以下、「合成画像情報」という。）を生成し（図２ステップＳ２）、操作指示インタフェース部３４を介して操作指示部１２にその合成画像情報を引き渡す（図２ステップＳ３）。
Ｔｉ＝λ・Ｐｉ＋（１−λ）・Ｓｉ ・・・(1)

操作指示部１２は、図３に示すように、操作指示部１２の表示画面の内、既述の矩形状の領域にこのような合成画像情報を表示する。

すなわち、雨量の地理的分布を示す第一の画像情報と、風速または風向の地理的分を示す第二の画像情報とは、スライドバー１２ＳＢに位置で定まる重み（＝λ）により重みづけられ、あるいは何れか一方が選択されて表示される。

このように本実施形態によれば、観測範囲内に強雨域の雨エコーセルが出現した状態では、エコー強度とドップラ速度とを示す画像が地理的な対応関係が維持されつつ所望の重み付けの下で重ねられて表示される。

したがって、従来例に比べて大幅に効率的に、かつ精度よく、降雨量と風速（風向）の地理的な対応関係の検証が可能となる。

なお、本実施形態では、第一の画像情報と第二の画像情報とは、既述の重み付けによる表示が画素毎に濃度階調や面積階調の下で行われることを前提として生成されている。
しかし、これらの画像情報は、例えば、第一の画像情報と第二の画像情報とが個別に割り付けられた画素の列として生成されてもよい。

また、本実施形態では、合成画像情報は、遠隔制御局１０に備えられた処理装置１１によって生成されている。
しかし、このような合成画像情報は、観測局２０において行われる同様の処理の下で生成され、かつ通信路２１を介して遠隔制御局１０に引き渡されてもよい。

さらに、本実施形態では、既述の処理に等価な処理が実現されるならば、観測局２０と遠隔制御局１０との間における機能分散および負荷分散の形態は、如何なるものであってもよく、かつこれらの観測局と遠隔制御局１０が一体化されてもよい。

また、本実施形態では、既述の係数λが「０」以上であって「１」以下である正数に限定されている。
しかし、第一の画像情報と第二の画像情報との双方または何れか一方の強調が要求される場合には、既述の式(1) の第１項および第２項の係数λ、(１−λ)λは「１」以上に設定されてもよく、かつ両者の総和は「１」を上回ってもよい。

さらに、本実施形態では、観測局２０の数が「１」となっているが、遠隔制御局１０の配下で複数の観測局が稼動し、これらの観測局から得られる観測データ列の一部または全てに既述の処理が施される場合にも、本発明は適用可能である。

また、本実施形態では、処理装置１１によって行われる処理の手順、演算対象となる情報の内容および形式は、既述のものに限定されず、等価な処理が実現されるならば、如何なるものであってもよい。

さらに、本実施形態では、合成画像情報は、操作指示部３２によって既述の矩形の領域に表示されている。
しかし、このような合成画像情報は、表示されることなく所望の情報処理系や信号処理系に引き渡されてもよい。

また、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。

１０，３０ 遠隔制御局
１１，３３ 処理装置
１２，３２ 操作指示部
１２ＳＢ スライドバー
２０ 観測局
２１ 通信路
３１ 通信インタフェース部
３４ 操作指示インタフェース部

Claims (4)

1. 気象レーダ装置が与える雨量の地理的分布を示す第一の画像と、前記気象レーダ装置が与える風速または風向の地理的分布を示す第二の画像とにそれぞれ対応した２つの重みの設定および可変を実現する重み設定手段と、
   前記第一の画像および前記第二の画像と前記２つの重みとの積和として、前記雨量および前記風速、または前記雨量および前記風向の地理的分布を示す合成画像を生成する画像合成手段と
   を備えたことを特徴とするレーダ画像処理装置。
2. 請求項１に記載のレーダ画像処理装置において、
   前記合成画像は、
   前記第一の画像と前記第二の画像とに個別に割り付けられ、かつ配置が異なる画素の集合として構成され、
   前記２つの重みは、
   前記第一の画像と前記第二の画像とに個別に割り付けられ、かつ配置が異なる画素毎の階調表示に適した値である
   ことを特徴とするレーダ画像処理装置。
3. 受信波から雨量の地理的分布を示す第一の画像を生成する第一の画像生成手段と、
   前記受信波から風速または風向の分布を示す第二の画像を生成する第二の画像生成手段と、
   前記第一の画像と、前記第二の画像とにそれぞれ対応した２つの重みの設定および可変を実現する重み設定手段と、
   前記第一の画像および前記第二の画像と前記２つの重みとの積和として、前記雨量および前記風速、または前記雨量および前記風向の分布を示す合成画像を生成する画像合成手段と
   を備えたことを特徴とする気象レーダ装置。
4. 請求項３に記載の気象レーダ装置において、
   前記合成画像は、
   前記第一の画像と前記第二の画像とに個別に割り付けられ、かつ配置が異なる画素の集合として構成され、
   前記２つの重みは、
   前記第一の画像と前記第二の画像とに個別に割り付けられ、かつ配置が異なる画素毎の階調表示に適した値である
   ことを特徴とする気象レーダ装置。