JP2003263637A - コントラスト強調装置、およびこの装置を備えた撮像機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中間階調で輝度分布の小さい画面平坦部では
ゲインを上げるとノイズを強調するため、見かけ上ノイ
ズが顕著になる課題があった。 【解決手段】 入力画像信号の画面全体の平均輝度を計
測し、各画素毎に入力画像信号の画面全体の平均輝度と
の差を求める全画面平均計測手段と、入力画像信号の局
所領域の平均輝度を計測し、各画素毎に入力画像信号の
局所領域の平均輝度との差を求める局所平均計測手段
と、全画面平均計測手段と局所平均計測手段の結果に基
づいて各画素毎に加重平均を求める加重平均手段と、入
力画像信号と局所領域の平均輝度から局所領域の輝度分
散を計測する局所輝度分散計測手段と、各画素毎に局所
輝度分散計測手段に対応するゲインを求める局所輝度分
散ゲイン決定手段と、加重平均手段と局所輝度分散ゲイ
ン決定手段に基づいて、入力画像信号のコントラストを
強調するコントラスト強調手段とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、赤外線カメラの
コントラスト強調において、ノイズの影響を抑制する装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来の装置による事例を示し
た図である。図において、１は入力画像、２は全画面の
平均輝度を計測する全画面平均計測回路、３は輝度の局
所平均を計測する局所平均計測回路、４は加重平均処理
する加重平均回路、５は加重平均後に全体のコントラス
トを強調するコントラスト強調回路、６は出力画像であ
る。また、図１２は、局所平均を演算するための演算カ
ーネルの概念を示す図であり、７は演算対象とする画素
である演算対象画素、８は演算対象画素７を中心とする
演算カーネルである。

【０００３】一般的に、赤外線カメラにおいては、撮像
する温度のダイナミックレンジに比べ、画像として表示
できる輝度のダイナミックレンジが狭いため、カメラの
もつ温度分解能にて外界を撮像した場合、高温領域と低
温領域が混在するシーンでは高温部分の白つぶれ、低温
部分の黒つぶれが発生する。これらを回避し、それぞれ
の部分のコントラストを改善するために、局所領域の平
均値と原画像の加重平均をとることにより、画像内の大
まかな輝度差を補正し、補正した画像に対してゲインを
かけることで、各部分のコントラスト強調を行ってい
る。

【０００４】すなわち、画素毎に、演算対象画素７を中
心として演算カーネル８を設定し、輝度の局所平均を計
測する局所平均計測回路３とその画素の値から減算する
ことにより得られた画像と、全画面の平均輝度を計測す
る全画面平均計測回路２とその画素の値から減算するこ
とにより得られた画像との加重平均をとる加重平均回路
４と、加重平均後に全体のコントラストを強調するコン
トラスト強調回路５を用いることにより、同一画面内の
黒つぶれ、白つぶれの影響を緩和しゲインを上げること
により、低コントラスト部分のコントラスト改善を行っ
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来装置によるコントラスト強調を行った場合、コント
ラスト改善のゲインのとり方によっては、輝度変化の少
ない部分でノイズが顕著になるという課題、すなわち、
中間階調で、輝度分布の小さい画面平坦部ではゲインを
上げることによりノイズを強調するため、見かけ上ノイ
ズが顕著になるという課題があった。

【０００６】この発明は、上記の様な課題を解決するた
めになされたものであり、映像のコントラストを強調し
た場合に顕著になるノイズを抑制する装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るコント
ラスト強調装置は、撮像機から出力される入力画像信号
の画面全体の平均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画
像信号の画面全体の平均輝度との差を求める全画面平均
計測手段と、入力画像信号の局所領域の平均輝度を計測
し、各画素毎に入力画像信号の局所領域の平均輝度との
差を求める局所平均計測手段と、全画面平均計測手段と
局所平均計測手段の結果に基づいて、各画素毎に加重平
均を求める加重平均手段と、入力画像信号と局所領域の
平均輝度から局所領域の輝度分散を計測する局所輝度分
散計測手段と、各画素毎にこの局所輝度分散計測手段の
結果に対応するゲイン値を求める局所輝度分散ゲイン決
定手段と、加重平均手段と局所輝度分散ゲイン決定手段
の結果に基づいて、入力画像信号のコントラストを強調
するコントラスト強調手段とを備えたものである。

【０００８】第２の発明に係るコントラスト強調装置
は、撮像機から出力される入力画像信号の画面全体の平
均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画像信号の画面全
体の平均輝度との差を求める全画面平均計測手段と、入
力画像信号の局所領域の平均輝度を計測し、各画素毎に
入力画像信号の局所領域の平均輝度との差を求める局所
平均計測手段と、全画面平均計測手段と局所平均計測手
段の結果に基づいて、各画素毎に加重平均を求める加重
平均手段と、入力画像信号と局所領域の平均輝度から局
所領域の輝度差絶対値平均を計測する局所輝度差絶対値
平均決定手段と、各画素毎にこの局所輝度差絶対値平均
決定手段の結果に対応するゲイン値を求める局所輝度差
絶対値平均ゲイン決定手段と、加重平均手段と局所輝度
分散ゲイン決定手段の結果に基づいて、入力画像信号の
コントラストを強調するコントラスト強調手段とを備え
たものである。

【０００９】第３の発明に係るコントラスト強調装置
は、撮像機から出力される入力画像信号の画面全体の平
均輝度を計測し、各画素毎に入力画像信号の画面全体の
平均輝度との差を求める全画面平均計測手段と、入力画
像信号の局所領域の平均輝度を計測し、各画素毎に入力
画像信号の局所領域の平均輝度との差を求める局所平均
計測手段と、全画面平均計測手段と局所平均計測手段の
結果に基づいて、各画素毎に加重平均を求める加重平均
手段と、入力画像信号と局所領域の平均輝度から局所領
域の輝度分散を計測する局所輝度分散計測手段と、局所
輝度分散計測手段の結果が所定のスレッショルド以上で
あれば局所領域の加重平均手段の結果に対する平滑化を
行い、所定のスレッショルド未満であれば局所領域の加
重平均手段の結果に対する平滑化を行わない平滑化フィ
ルタ手段と、加重平均手段と平滑化フィルタ手段の結果
に基づいて、入力画像信号のコントラストを強調するコ
ントラスト強調手段とを備えたものである。

【００１０】第４の発明に係るコントラスト強調装置
は、第３の発明において、局所輝度分散計測手段を局所
輝度差絶対値平均決定手段に置き換えたものである。

【００１１】第５の発明に係る撮像機は、第１乃至第４
の発明のいずれか１項に記載のコントラスト強調装置を
備えた可視光または赤外線用撮像機である。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１によるコントラスト強調装置を示す図で
ある。図において、１は入力画像、２は全画面の平均輝
度を計測する全画面平均計測回路、３は輝度の局所平均
を計測する局所平均計測回路、４は加重平均処理する加
重平均回路、５は加重平均後に全体のコントラストを強
調するコントラスト強調回路、６は出力画像、９は局所
輝度分散計測回路、１０はコントラスト強調ゲイン判定
回路である。また、図２はこの実施の形態１のコントラ
スト強調装置の効果を示す図である。図において、
（ａ）は赤外線カメラによる撮像画面、（ｂ）は撮像画
面（ａ）の被写体をよぎる水平１ライン（Ａ−Ａ‘）の
加重平均後の画像信号、（ｃ）は同様の水平１ライン
（Ａ−Ａ‘）の局所輝度分散、（ｄ）は同様の水平１ラ
イン（Ａ−Ａ‘）の出力画像信号である。

【００１３】この実施の形態１では、従来の装置に対
し、輝度の局所平均を演算している画素毎の演算カーネ
ル８内の輝度分散を“式１”により演算する局所輝度分
散計測回路９と、その輝度分散により画素毎に局所内の
輝度の一様性を判定し、コントラスト強調ゲインの値を
決定するコントラスト強調ゲイン判定回路１０とを加
え、局所領域の輝度分散値に応じて画素毎のコントラス
ト強調の係数を調整する。ここで、コントラスト強調の
ゲイン値の決定については、輝度分散値に対応するゲイ
ン値を、例えば、予め、画像シミュレーションなどでル
ックアップテーブルなどに保持しておく方法がある。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで、実施の形態１において、コントラ
スト強調ゲイン判定回路１０をルックアップテーブル
（以下、ＬＵＴという）にて構成した場合の処理フロー
を図３に示す。最初に、撮像機より画像信号を入力する
（Ｓ１０１）。この入力画像信号に基づいて、全画面の
平均輝度を計測し（Ｓ１０２）、入力画像の画素毎に全
画面平均輝度値との差を求める（Ｓ１０３）。一方、入
力画像信号に基づいて、全画面の局所領域の平均輝度も
計測（Ｓ１０４）し、入力画像の画素毎に局所平均値と
の差を求める（Ｓ１０５）。この入力画像の画素毎に全
画面平均輝度値との差、および入力画像の画素毎に局所
平均輝度値との差において、画素毎に所定の重みによる
加重平均を求める（Ｓ１０６）。さて、入力画像信号、
および計測された局所平均輝度値を用いて、局所輝度分
散を計測し（Ｓ１０７）、画素毎の局所輝度分散に対応
するゲインを事前に設定しておいたＬＵＴにより決定す
る（Ｓ１０８）。このＬＵＴは局所輝度分散が小さい場
合は小さいゲイン値を、局所輝度分散が大きい場合は大
きなゲイン値を出力する特性を有する。次に、画素毎に
求めた加重平均値とこのＬＵＴにて決定されたゲインを
基にコントラスト強調を行い（Ｓ１０９）、この強調さ
れた画像を出力する（Ｓ１１０）。

【００１６】この実施の形態によれば、人間の視認特性
として濃度変化の多い部分についてはノイズがあまり気
にならないのに対し、濃度変化の少ない部分については
ノイズが顕著に見える傾向があることを利用し、濃度変
化の少ない部分においてコントラスト強調により、ノイ
ズが強調されることを抑制するもので、赤外線カメラの
付加価値をより高めることができる。

【００１７】この実施の形態によれば、図２に示した様
に、局所輝度分散値は、演算カーネル８内の濃淡輝度分
布が大きい場合には大きな値をとり、演算カーネル８内
の濃淡輝度分布が小さい場合には小さな値を取る。画面
内の濃度変化の傾向を輝度分散値の値として計測し、こ
の値によって、コントラスト強調ゲインを制御すること
により、濃淡が少ない部分ではコントラスト強調による
ノイズの強調を回避することができる。

【００１８】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２によるコントラスト強調装置を示す図である。図
において、実施の形態１と同一または相当部分には同一
符号を付してあるので、説明は省略する。１１は局所輝
度差絶対値平均計測回路である。

【００１９】

【数２】

【００２０】ここで、実施の形態２における処理フロー
を図５に示す。最初に、撮像機より画像信号を入力する
（Ｓ２０１）。この入力画像信号に基づいて、全画面の
平均輝度を計測し（Ｓ２０２）、入力画像の画素毎に全
画面平均輝度値との差を求める（Ｓ２０３）。一方、入
力画像信号に基づいて、全画面の局所領域の平均輝度も
計測（Ｓ２０４）し、入力画像の画素毎に局所平均値と
の差を求める（Ｓ２０５）。この入力画像の画素毎に全
画面平均輝度値との差、および入力画像の画素毎に局所
平均輝度値との差において、画素毎に所定の重みによる
加重平均を求める（Ｓ２０６）。さて、入力画像信号、
および計測された局所平均輝度値を用いて、局所輝度差
絶対値平均を計測し（Ｓ２０７）、その結果が所定のし
きい値（ＴＨＲ）以上であれば局所平滑化を行い（Ｓ２
０８／Ｓ２０９）、その結果が所定のしきい値（ＴＨ
Ｒ）未満であれば局所平滑化を行わない処理を行う（Ｓ
２０８／Ｓ２１０）。次に、この処理結果に対して、ゲ
インをかけコントラスト強調を行い（Ｓ２１１）、この
強調された画像を出力する（Ｓ２１２）。

【００２１】この実施の形態によれば、実施の形態１に
おける局所輝度分散計測回路のかわりに、輝度の局所平
均を演算している画素毎の演算カーネル内の輝度と演算
カーネル内平均輝度値との差の絶対値の平均を“式２”
により演算する局所輝度差絶対値平均計測回路を用いる
ことにより、実施の形態1と同等の効果を持つことがで
きる。

【００２２】実施の形態３．図６は、この発明の実施の
形態３によるコントラスト強調装置を示す図である。図
において、実施の形態１または２と同一または相当部分
には同一符号を付してあるので、説明は省略する。１２
は平滑化フィルタ判定回路、１３は局所平滑化フィルタ
回路である。また、図７はこの実施の形態３のコントラ
スト強調装置の効果を示す図である。図において、
（ａ）は赤外線カメラによる撮像画面、（ｂ）は撮像画
面（ａ）の被写体をよぎる水平１ライン（Ａ−Ａ‘）の
加重平均後の画像信号、（ｃ）は同様の水平ライン（Ａ
−Ａ‘）の局所輝度分散、（ｄ）は同様の水平１ライン
（Ａ−Ａ‘）の加重平均後におけるノイズ抑圧後の画像
信号、（ｅ）は同様の水平１ライン（Ａ−Ａ‘）の出力
画像信号である。

【００２３】従来の装置に、輝度の局所平均を演算して
いる画素毎の演算カーネル内の輝度分散を式１により演
算する局所輝度分散計測回路と、その輝度分散により画
素毎に局所内の輝度の一様性を判定し平滑化フィルタの
ON／OFF指令を生成する決定する平滑化フィルタ判定回
路と、平滑化フィルタON／OFF指令にもとづき、画素毎
に局所平滑化を行いノイズを抑圧する局所平滑化フィル
タ回路を加え、局所領域の輝度分散値に応じてその画素
の輝度平滑化を行う。

【００２４】ここで、実施の形態３における処理フロー
を図８に示す。最初に、撮像機より画像信号を入力する
（Ｓ３０１）。この入力画像信号に基づいて、全画面の
平均輝度を計測し（Ｓ３０２）、入力画像の画素毎に全
画面平均輝度値との差を求める（Ｓ３０３）。一方、入
力画像信号に基づいて、全画面の局所領域の平均輝度も
計測（Ｓ３０４）し、入力画像の画素毎に局所平均値と
の差を求める（Ｓ３０５）。この入力画像の画素毎に全
画面平均輝度値との差、および入力画像の画素毎に局所
平均輝度値との差において、画素毎に所定の重みによる
加重平均を求める（Ｓ３０６）。さて、入力画像信号、
および計測された局所平均輝度値を用いて、局所輝度分
散を計測し（Ｓ３０７）、その結果が所定のしきい値
（ＴＨＲ）以上であれば、局所領域の平滑化を行い（Ｓ
３０８／Ｓ３０９）、その結果が所定のしきい値（ＴＨ
Ｒ）未満であれば（Ｓ３０８／Ｓ３１０）、局所領域の
平滑化を行わない処理を行う。次に、この処理結果に対
して、ゲインをかけコントラスト強調を行い（Ｓ３１
１）、この強調された画像を出力する（Ｓ３１２）。

【００２５】この実施の形態によれば、局所輝度分散値
は演算カーネル内の濃淡輝度分布が大きい場合大きな値
をとり、演算カーネル内の濃淡輝度分布が小さい場合小
さな値を取る。輝度分散値の値が大きい場合、輝度平滑
化を行わないことにより、平滑化による濃度変化の多い
部分の鮮明さを損なうことを避け、輝度分散値の値が小
さい場合、輝度平滑化をおこない、ノイズを抑圧できる
ため、一様なコントラスト強調ゲインでも濃度変化の多
い部分での鮮明さを損なうことなく、濃度変化の少ない
部分でのコントラスト強調によるノイズの強調を避ける
ことができる。

【００２６】実施の形態４．図９は、この発明の実施の
形態４によるコントラスト強調装置を示す図である。図
において、実施の形態１乃至３と同一または相当部分に
は同一符号を付してあるので、説明は省略する。

【００２７】ここで、実施の形態４における処理フロー
は、図１０に示す。最初に、撮像機より画像信号を入力
する（Ｓ４０１）。この入力画像信号に基づいて、全画
面の平均輝度を計測し（Ｓ４０２）、入力画像の画素毎
に全画面平均輝度値との差を求める（Ｓ４０３）。一
方、入力画像信号に基づいて、全画面の局所領域の平均
輝度も計測（Ｓ４０４）し、入力画像の画素毎に局所平
均値との差を求める（Ｓ４０５）。この入力画像の画素
毎に全画面平均輝度値との差、および入力画像の画素毎
に局所平均輝度値との差において、画素毎に所定の重み
による加重平均を求める（Ｓ４０６）。さて、入力画像
信号、および計測された局所平均輝度値を用いて、局所
輝度差絶対値平均を計測し（Ｓ４０７）、その結果が所
定のしきい値（ＴＨＲ）以上であれば、局所領域の平滑
化を行い（Ｓ４０８／Ｓ４０９）、その結果が所定のし
きい値（ＴＨＲ）未満であれば（Ｓ４０８／Ｓ４１
０）、局所領域の平滑化を行わない処理を行う。次に、
この処理結果に対しゲインをかけコントラスト強調を行
い（Ｓ４１１）、この強調された画像を出力する（Ｓ４
１２）処理をすることにより、コントラスト強調を実施
する。

【００２８】この実施の形態によれば、実施例３におけ
る局所輝度分散計測回路のかわりに、輝度の局所平均を
演算している画素毎の演算カーネル内の輝度と演算カー
ネル内平均輝度値との差の絶対値の平均を式２により演
算する局所輝度差絶対値平均計測回路を用いることによ
り、実施例３と同等の効果を持つことができる。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、濃度変化の少ない部
分において、コントラスト強調をノイズの影響を受けに
くくするので、ノイズの強調を回避することができると
共に、撮像機の付加価値をより高めることができる。

【００３０】この発明によれば、一様なコントラスト強
調ゲインでも濃度変化の多い部分での鮮明さを損なうこ
となく、濃度変化の少ない部分でのコントラスト強調に
よるノイズの強調を避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるコントラスト
強調装置を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態１によるコントラスト
強調装置の効果を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態１によるコントラスト
強調装置の処理フローを示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態２によるコントラスト
強調装置を示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態２によるコントラスト
強調装置の処理フローを示す図である。

【図６】 この発明の実施の形態３によるコントラスト
強調装置を示す図である。

【図７】 この発明の実施の形態３によるコントラスト
強調装置の効果を示す図である。

【図８】 この発明の実施の形態３によるコントラスト
強調装置の処理フローを示す図である。

【図９】 この発明の実施の形態４によるコントラスト
強調装置を示す図である。

【図１０】 この発明の実施の形態４によるコントラス
ト強調装置の処理フローを示す図である。

【図１１】 従来のコントラスト強調装置を示した図で
ある。

【図１２】 従来のコントラスト強調装置の概念を示す
図である。

【符号の説明】

１ 入力画像、２ 全画面平均計測回路、３ 局所平均
計測回路、４ 加重平均回路、５ コントラスト強調回
路、６ 出力画像、７ 演算対象画素、８ 演算カーネ
ル、９ 局所輝度分散計測回路、１０ コントラスト強
調ゲイン判定回路、１１ 局所輝度差絶対値平均計測回
路、１２ 平滑化フィルタ判定回路、１３ 局所平滑化
フィルタ回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像機から出力される入力画像信号の画
   面全体の平均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画像信
   号の画面全体の平均輝度との差を求める全画面平均計測
   手段と、 上記入力画像信号の局所領域の平均輝度を計測し、各画
   素毎に上記入力画像信号の局所領域の平均輝度との差を
   求める局所平均計測手段と、 上記全画面平均計測手段と上記局所平均計測手段の結果
   に基づいて、各画素毎に加重平均を求める加重平均手段
   と、 上記入力画像信号と上記局所領域の平均輝度から局所領
   域の輝度分散を計測する局所輝度分散計測手段と、 各画素毎にこの局所輝度分散計測手段の結果に対応する
   ゲイン値を求める局所輝度分散ゲイン決定手段と、 上記加重平均手段と上記局所輝度分散ゲイン決定手段の
   結果に基づいて、上記入力画像信号のコントラストを強
   調するコントラスト強調手段と、 を備えたコントラスト強調装置。
2. 【請求項２】 撮像機から出力される入力画像信号の画
   面全体の平均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画像信
   号の画面全体の平均輝度との差を求める全画面平均計測
   手段と、 上記入力画像信号の局所領域の平均輝度を計測し、各画
   素毎に上記入力画像信号の局所領域の平均輝度との差を
   求める局所平均計測手段と、 上記全画面平均計測手段と上記局所平均計測手段の結果
   に基づいて、各画素毎に加重平均を求める加重平均手段
   と、 上記入力画像信号と上記局所領域の平均輝度から局所領
   域の輝度差絶対値平均を計測する局所輝度差絶対値平均
   決定手段と、 各画素毎にこの局所輝度差絶対値平均決定手段の結果に
   対応するゲイン値を求める局所輝度差絶対値平均ゲイン
   決定手段と、 上記加重平均手段と上記局所輝度分散ゲイン決定手段の
   結果に基づいて、上記入力画像信号のコントラストを強
   調するコントラスト強調手段と、 を備えたコントラスト強調装置。
3. 【請求項３】 撮像機から出力される入力画像信号の画
   面全体の平均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画像信
   号の画面全体の平均輝度との差を求める全画面平均計測
   手段と、 上記入力画像信号の局所領域の平均輝度を計測し、各画
   素毎に上記入力画像信号の局所領域の平均輝度との差を
   求める局所平均計測手段と、 上記全画面平均計測手段と上記局所平均計測手段の結果
   に基づいて、各画素毎に加重平均を求める加重平均手段
   と、 上記入力画像信号と上記局所領域の平均輝度から局所領
   域の輝度分散を計測する局所輝度分散計測手段と、 上記局所輝度分散計測手段の結果が所定のスレッショル
   ド以上であれば局所領域の上記加重平均手段の結果に対
   する平滑化を行い、所定のスレッショルド未満であれば
   局所領域の上記加重平均手段の結果に対する平滑化を行
   わない平滑化フィルタ手段と、 上記加重平均手段と上記平滑化フィルタ手段の結果に基
   づいて、上記入力画像信号のコントラストを強調するコ
   ントラスト強調手段と、 を備えたコントラスト強調装置。
4. 【請求項４】 上記局所輝度分散計測手段は、上記局所
   輝度差絶対値平均決定手段である、請求項３に記載のコ
   ントラスト強調装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   コントラスト強調装置を備えた可視光または赤外線用撮
   像機。