JP2021530059A - 高ダイナミックソナー又はレーダーデータを表示するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、高ダイナミックレンジソナー又はレーダーデータの組を表示するための方法及び装置に関する。本発明の方法は、高ダイナミックレンジを有するスカラーデータテーブルを視覚化することを可能にする。本方法は、低ダイナミックレンジを示す値の範囲について、本質的に均一な陰影色相及び彩度の色で第１の画像を生成するステップと、第１の画像で視認不可能な高振幅情報のみを含む第２の画像を作成するステップと、第２の画像を非線形低域通過フィルタリングにかけ、振幅に関する情報が増えるにつれて更に増大するハローを作成するステップと、その後、一定の輝度のものであるが、色相及び彩度の強い変化を有するカラーマップに従ってこの第２の画像をレンダリングするステップとを含む。これらの２つの画像は、その後、加重平均によって合成され、且つ輝度に関して再正規化される。【選択図】図２

Description

本発明は、ソナー又はレーダーの分野に関する。より具体的には、本発明は、印刷後に画面又は紙等の視覚化手段に直接レンダリングするには大き過ぎる振幅ダイナミックレンジを有するデータの視覚化を可能にする方法及び装置に関する。

ソナー又はレーダーデータは、ダイナミックレンジが優に６０ｄＢ以上と極めて大きいという事実により特徴付けられる。従来、これらのデータのレンダリングには、２つの種類、すなわち対数スケールレンダリング又は正規化及びクランピング後の信号の振幅レンダリングが用いられている。

対数スケールレンダリングの利点は、画像のダイナミックレンジを、画面上にレンダリング可能な範囲に良好に圧縮することである。しかし、このレンダリングには、信号の振幅が視覚化されないため、画像の直観的な解釈が困難であるという短所がある。

振幅レンダリングにおいて最も一般的な方法は、この業界では「低ダイナミックレンダリング」（ＬＤＲ）として知られる方法群の一部である。視覚化対象のデータは、最初に自動利得制御又は時間可変利得の適用により正規化され、次いでクランピングされ、更にいわゆる「トランスコーディング」（又は「カラーマッピング」）機能を介して色にトランスコーディングされ、前記色の輝度は、従来、非線形「トーンマッピング」則に従う。クランピングが適当とされるのは、画像内のごく僅かな点（典型的には０．５％未満）のみが実際に極めて高いレベルにあり、大部分の信号が、レンダリングにより強調されるよりも低いダイナミックレンジ（１０ｄＢのオーダー）に集中しているという事実による。本方法の短所は、クランピングにより、極めて強度が高いデータと、強度が中位のデータとが同程度に目立つようになるが、視認される視覚化手段（画面、紙）に正しくレンダリングするには目立ち過ぎることである。実際、これらの重要なデータは、画像内で統計的に殆ど目立たないが、物体又は目標の存在を霞ませる強いエコーであるため、実際には情報の担体である。

より最近の試みは、詳細部分を最適に視認可能にする利得レベルを局所的に優先させるため、異なる利得レベルで取得された画像を混合して、１つの一意の画像を取得できるようにするいわゆる高ダイナミックレンダリング（又はＨＤＲ）技術を用いる。一意の画像は、視覚化手段に適したより低いダイナミックレンジで表示される。上述のような技術の短所は、強度が極めて高い孤立点が、特に空間的広がりが小さ過ぎるために知覚し難いことである。

上述のＬＤＲ及びＨＤＲ方式における問題は、ダイナミックレンジが３０ｄＢを上回り得るデータが、一般的な表示媒体（画面、紙）又は肉眼が対応できるダイナミックレンジを広く上回るため、視覚化が不可能であることである。更に、これらの技術は、高強度の点が統計的に稀であり（典型的に０．５％未満の場合）、これらの高強度の点の画像内での空間的広がりが小さいため、高ダイナミックレンジで画像を視覚化できない。この状況において、表現対象信号の振幅を表すカラーマップを用いた画像を線形グレイレベルに直接レンダリングすることは、問題を含んでいる。実際、少数の稀な明点を除いて、大多数の信号は、低強度であるため、画像は、全体的に黒ずんで見える。

上述の技術の短所をよりよく理解するために、解決すべき技術的課題を以下のように定式化する。

Ｉ（ｘ，ｙ）をセンサからの画像データ、すなわち区間［Ａ，Ｂ］内にある実数データとする。画像がレーダー又はソナーからのものである場合、ρ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）の点に対応する情報が得られた時点での前記点からセンサまでの距離を表す。レーダー及びソナー内の時間及び空間は、関係ρ＝ｃｔ／２により紐付けられ、ここで、ρは、目標からセンサへの距離であり、ｔは、波の往復時間であり、ｃは、波の速度である。従って、距離ρは、時間にも比例する。

出力Ｏ（ｘ，ｙ）＝［ｒ（ｘ，ｙ）；ｇ（ｘ，ｙ）；ｂ（ｘ，ｙ）］^Ｔとして表示されるデータが表示データである（［０，１］間の３成分ベクトルが表示色の赤ｒ（ｘ，ｙ）、緑ｇ（ｘ，ｙ）、青ｂ（ｘ，ｙ）成分を符号化している）。表示データは、区間［０，１］内に存在すると仮定されるのに対し、センサからのデータは、区間［Ａ，Ｂ］内に存在すると仮定される。値Ｂ−Ａが入力信号のダイナミックレンジである。

信号が高ダイナミックレンジである上述の問題において、Ｂ−Ａ＞＞１である（典型的に、Ｂ−Ａは、ソナー又はレーダー内で最大１０^１２以上になり得る）。

採用する画像処理方式に応じて、データの符号化は、以下の通りである。
− 色による単純な符号化のいわゆるナイーブな解決策において、色による情報の符号化は、ある強度Ｉ（ｘ，ｙ）の色を、低い強度が所与の階調（例えば、赤階調）に、中間強度が他の階調（例えば、緑階調）に、且つ最後に高強度が更に他の階調（例えば、青階調）にあるように適宜選択されたカラーマップに関連付けることを含む。出力データＯ（ｘ，ｙ）は、次式で表すことができる。
Ｏ（ｘ，ｙ）＝ｃ（Ｉ（ｘ，ｙ））
ここで、「ｃ」は、カラーマップを表す。

色による単純な符号化を行う上述の解決策の短所は、過剰着色及び操作者の知覚的問題及び個人的嗜好に起因して画像読み取りが困難なことである。また、ソナー又はレーダーデータが最近（２０００年代初め）までモノクロ陰極線画面に表示されるか又は感熱紙に印刷されていたため、本質的にモノクロの画像（グレー、緑又はアンバーの色相の）を操作者側で扱う習慣がある。信号振幅情報を本質的に符号化するのは、色の輝度である。

− ＬＤＲ「低ダイナミックレンダリング」方式において、表示対象のデータは、従来、（１）正規化、（２）クランピング、及び（３）トランスコーディングの動作を含む処理の対象となる。入力として、表示対象の（２Ｄ）データＩ（ｘ，ｙ）は、区間［Ａ，Ｂ］内に存在し、測定された信号に比例する。その処理は、
（１）基準値に対するデータＮ（ｘ，ｙ）の正規化
を含み、後者は、ソナー又はレーダー領域において、すなわち、
１．ａ．時間可変利得（ＴＶＧ）、換言すれば対象のジオメトリに依存する所定の法則ｆ（ρ（ｘ，ｙ））：
Ｎ（ｘ，ｙ）＝（Ｉ（ｘ，ｙ）−Ａ）×ｆ（ρ（ｘ，ｙ））
１．ｂ．低速で可変な平均成分：
Ｎ（ｘ，ｙ）＝（Ｉ（ｘ，ｙ）−Ａ）＊ｈ（ｘ，ｙ）
を除去するため、畳み込み又は再帰的フィルタリングにより、高域通過フィルタｈを信号に適用することになる局所自動利得制御（ＡＧＣ）
により行うことができる。

１．ａ及び１．ｂの両方の場合において、関数ｆ又はｈは、平均して、Ｎ（ｘ，ｙ）が、対象のパラメータとして定義された目標値ｍに近いように適宜選択される。以下の記述において、この値は、１に等しいものとする。

時間可変利得又は局所自動利得制御は、（ＡＤＣ成分が低ダイナミックレンジの場合のアナログデジタル変換（ＡＤＣ）前の）データフォーマット化段階等のアナログ電子回路内において又は表示前にデジタル的に実行可能である。

２つの関数ｆ又はｈを計算する厳密な方法は、センサに依存し、且つ処理の概念に影響を及ぼすことなく細部が変化し得る。
（２）データＥ（ｘ，ｙ）をクランピングして区間［０，Ｔ］（ｍ＜Ｔ）内に強制的に留めること：
Ｅ（ｘ，ｙ）＝ｍｉｎ（Ｎ（ｘ，ｙ），Ｔ）、Ｔの値が対象のパラメータである。
（３）データをカラーマップにトランスコーディングすること：
Ｏ（ｘ，ｙ）＝ｃ（Ｅ（ｘ，ｙ））（データを最適に知覚できるように、

が適宜選択される）。関数ｃは、データのレンダリングに用いる「カラーマップ」である。

出力として、カラー２Ｄ画像Ｏ（ｘ，ｙ）が表示される。

ＬＤＲ方式の第１の短所は、正規化ステップ（１）後に信号の元の値に関する情報が欠落することである。実際、データは、必ずしも元の区間［Ａ，Ｂ］に含まれない平均値ｍに丸められる。従って、画面に表示される「色」と、測定された信号の強度との間に直接的な紐付けが存在しない。

本方式の第２の短所は、値ｍを上回る全てのデータを同一色に当てはめるクランピングステップ（２）である。この問題は、極めて顕著な強度Ｉ（ｘ，ｙ）により特徴付けられるが、クランピング後、強度が極めて低い他の目標と同様に表現されるにもかかわらず、また全て値Ｔに丸められる目標を識別する際に極めて有害である。従って、極めて強いエコーを中間強度のエコーと区別することが不可能であり、なぜなら、これらの２種類は、一般にＴよりも大きく、従って同様に表現されるからである。理想的には、値Ｎ（ｘ，ｙ）＞Ｔを見つける確率を極力小さくするためにＴの値を可能な限り大きくしなければならないが、これは、必ずしも可能ではない。

図１は、１Ｄ信号の簡素化された例に対する（トランスコーディング前の）正規化関数及びクランピング機能の上述の短所を示す。下側の曲線から分かるように、クランピング後の２つの高強度ピークが同じ値で表されているのに対し、上側の曲線で示すように原信号では強度が異なる。

上述の方式に対していくつかの改善が提案されている。これらを説明するために、Ｌを用いて色ｃに関連付けられた輝度を表記しており、標準ＩＴＵ ＢＴ．７０９において次式により規定されている。
Ｌ（ｃ）＝０．２１２６ｒ＋０．７１５２ｇ＋０．０７２２ｂ
ここで、ｃ＝［ｒ；ｇ；ｂ］^Ｔであり、ｒ、ｇ、ｂは、（０〜１の範囲で符号化された値の）赤、緑、青色の三つ組である。以下では、Ｌ（ｘ，ｙ）を用いて、座標（ｘ，ｙ）のピクセルに対して符号化された色に関連付けられた輝度を表記する。また、Ｓ（ｃ）を用いて、０〜１の範囲における色ｃの彩度を表記し、Ｈ（ｃ）を用いて、ｃの色相を表記する。

上述のＬＤＲレンダリングアルゴリズムの第１の改善は、単に、トランスコーディングステップ（３）において、Ｌがｃ（Ｅ（ｘ，ｙ））＝［ｒ（ｘ，ｙ）；ｇ（ｘ，ｙ）；ｂ（ｘ，ｙ）］^Ｔの関数として線形則に従うようにｃを選択することを含み、画像内の注目すべきデータを肉眼で目視できるように、ゼロに極めて近いクランピング値Ｔを選択することも併せて要求する。ここで、その項が視覚化手段の認知可能なダイナミックレンジを調整するため、可能な限りＴを大きくすることが望ましい。

別の改善は、トランスコーディングステップ（３）において、「トーンマッピング」と称する方法を用いるものであり、Ｅ（ｘ，ｙ）に非線形関数を適用するに過ぎない。ソナー又はレーダーデータ以外のデータ、例えば写真画像の場合、従来用いられている法則は、ガンマ圧縮である。
Ｌ（ｘ，ｙ）＝Ｅ（ｘ，ｙ）^γ
ここで、パラメータγは、コントラストを調整する。γの値が小さいと、コントラストが低く、従って「マット」画像が増えるが、信号Ｉ（ｘ）が低い撮像領域の可視性が増す。

「トーンマッピング」を実行する別の方法は、対数スケールへの切り替えである。このように、対数領域で色の線形ランプに合わせて値をデシベル単位で表示することが対数線形トーンマッピングの一例である。
Ｌ（ｘ，ｙ）＝Ｋ_１．ｌｏｇＬ（ｘ，ｙ）＋Ｋ_２
ここで、Ｋ_１及びＫ_２は、法則のパラメータである。

能動ソナー又はレーダーデータの場合、関数ｃは、一般に、付随する輝度Ｌが実質的に対数シグモイド則に従う、すなわちｍ＝１である場合、Ｅ（ｘ，ｙ）の関数としてのＬ（ｘ，ｙ）の傾向が次式に近い関係に従うように選択される。

ここで、γは、Ｅ（ｘ，ｙ）＝１の周りの関数Ｌの傾きを調整するパラメータである（この傾きは、値γ／４を有し、知覚的にコントラストに対応するため、一般に操作者が設定するパラメータとして残される。γの値が小さいほど、弱い信号ゾーンＩ（ｘ，ｙ）を読み取り易い）。本法則の形式は、視力を含む多くの刺激に対する人間の知覚が刺激の強度に対して対数的に増大すると述べるウェーバーフェヒナーの法則により物理的に正当化され、例えば星の等級を対数スケールで示す理由を説明する。本法則は、従って、１に近い値では対数法則に近づき、値が大きいほど対数法則から外れて行く。

両方の場合において、パラメータγに作用するという事実により、データの有効期間を多少延長する、すなわちＴを大きくできるが、この増分は、実際に有用となるには不十分な値のままである。

光学撮像及びソナー／レーダーにおけるＨＤＲレンダリング方式も改善対象である。センサが撮像した未加工画像の表記にＩ（ｘ，ｙ）を用い、付随する輝度（グレイレベルの画像の場合にはＩ＝Ｌ）の表記にＬ（ｘ，ｙ）を用いることにより、光学撮像におけるＨＤＲレンダリングは、
− 極めて短い、従ってＩ_ｋ（ｘ，ｙ）が適用される区間内で時間的に連続して取得が実行され、センサの設定が輝度区間［Ａ_ｋ−１，Ａ_ｋ］（Ａ_０＝Ａ且つＡ_ｎ＝Ｂ）に設定されている、センサの異なる設定（露光、開口、利得）、又は
− 単一の画像Ｉ（ｘ，ｙ）を取得し、次いで区間［Ａ，Ｂ］を複数の輝度区間［Ａ_０＝Ａ，Ａ_１］，［Ａ_２，Ａ_３］，．．．，［Ａ_ｎー２，Ａ_ｎー１］，［Ａ_ｎー１，Ａ_ｎ＝Ｂ］に再分割し、次いで、

を構築すること
のいずれかにより、同一シーンの複数の画像Ｉ_１（ｘ，ｙ），．．．Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）を取得することを含む。

次いで、より低いダイナミックレンジの画像が構築される。

ここで、

であり、ｗ_ｋ（ｘ，ｙ）は、データＩ_ｋを（ｘ，ｙ）で優先させるために適宜選択された重みであり、ｋは、Ｉ_ｋ（ｘ，ｙ）が区間［Ａ_ｋ−１，Ａ_ｋの中央になるべく近いように選択され、関数ｆは、画像の「トーンマッピング」を実行して、その画像を区間［０，１］内の成分にマッピングする。具体的には、この定式化により、座標（ｘ，ｙ）のピクセルにおいて、画像Ｉ_ｋ（ｘ，ｙ）が過小又は過剰に露出されない強度を与える値ｋを優先させることが可能になる。しかし、基本的な短所として、物体の輝度が必ずしも生データの強度に比例しなくなる。

以下の文献は、ソナー、レーダー及び光学機器における公知のＨＤＲレンダリング及び改善されたレンダリング技術として考慮されるべきである。
− Ｊａｒｏｓｌａｗ Ｄｕｄａ，“Ｚａｓｔｏｓｏｗａｎｉｅ ｔｅｃｈｎｉｋｉ ＨＤＲ ｄｏ ｏｂｒａｚｏｗ ｐｏｚｙｓｋｉｗａｎｙｃｈ ｚ ｓｅｋｔｏｒｏｗｅｇｏ ｓｏｎａｒｕ ｓｋａｎｕｊａｃｅｇｏ”，Ｂｉｕｌｅｔｙｎ ＷＡＴ ｖｏｌ． ＬＸ，Ｎｏ．３，２０１１；
− Ｆｒｅｄｏ Ｄｕｒａｎｄ ａｎｄ Ｊｕｌｉｅ Ｄｏｒｓｅｙ，“Ｆａｓｔ Ｂｉｌａｔｅｒａｌ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｄｉｓｐｌａｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ｄｙｎａｍｉｃ−Ｒａｎｇｅ Ｉｍａｇｅｓ”．ＡＣＭ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ， ２００２，２１，３，２５７−２６６；
− Ｐ．Ｅ．Ｄｅｂｅｖｅｃ，Ｊ．Ｍａｌｉｋ，Ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ Ｒａｄｉａｎｃｅ Ｍａｐｓ ｆｒｏｍ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＵＳＡ，１９９７；
− Ｍａｒｔｉｎ Ｌａｍｂｅｒｓ，Ａｎｄｒｅａｓ Ｋｏｌｂ，“Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ＳＡＲ ／ｍａｇｅｓ”，７ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｒａｄａｒ（ＥＵＳＡＲ），２００８；
− Ｓａｔｏｓｈｉ Ｈｉｓａｎａｇａ，Ｋｏｊｉ Ｗａｋｉｍｏｔｏ ａｎｄ Ｋｏｊｉ Ｏｋａｍｕｒａ，“Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ ｌｎｔｅｎｓｉｔｙ ｔｏ ｌｍｐｒｏｖｅ ＳＡＲ Ｉｍａｇｅ Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ”，Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＭｕｌｔｉＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ ２０１１ ｖｏｌ．１，ｌＭＥＣＳ ２０１１，Ｍａｒｃｈ １６−１８，２０１１，Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ

Ｐ．Ｅ．Ｄｅｂｅｖｅｃにより論文に記述されている方法は、Ｊ．Ｄｕｄａによるソナーのための光学機器を適用したものである。Ｆ．Ｄｕｒａｎｄ及びＪ．Ｄｏｒｓｅｙの同様の方法は、Ｍ．Ｌａｍｂｅｒｓ及びＡ．Ｋｏｌｂによるレーダー分野向けの光学機器を適用したものであり、同じくソナーにも適用される。レーダー分野において比較的同様の別の方法は、Ｓ．Ｈｉｓａｎａｇａ、Ｋ．Ｗａｋｉｍｏｔｏ及びＫ．Ｏｋａｍｕｒａにより提案されている。

以下の特許出願は、ＨＤＲレンダリング解決策を提案するものとして引用される。
− 西安電子科技大学から出願された中国特許第１００４４０８７５２Ｂ号明細書は、混合トーンマッピングアルゴリズムに基づいて高ダイナミックレンジを用いる画像圧縮方法を記述しており、及び
− 国際公開第２００７１１３８２４Ａ２号パンフレットは、高ダイナミックレンジを用いてレーダーデータからの合成画像のボリューム可視化を容易にする方法を記述されている。

要約すれば、既存の解決策の短所は、以下の通りである。
− ナイーブ法の場合：問題に適しており、且つ本質的に輝度により符号化された振幅データ（信号の振幅が大きいほど画面上の表現の輝度が高くなる）を視認するのに慣れた操作者にとって読み易いカラーマップを見つけることは、困難である。
− 従来のＬＤＲ方法（正規化、クランピング、トランスコーディング）の場合：後者は、有用な低ダイナミックレンジを有する画像のみを表示できる。このダイナミックレンジは、トーンマッピング技術を用いて高めることができるが、満足なレベルまでダイナミックレンジを高めることができない。
− ＨＤＲレンダリングの場合：満足できるレベルまでダイナミックレンジを高めることができるが、本方式は、（幅が１又は２ピクセルの）極小空間大きさのピーク強度を示すデータには限界がある。そのデータは、適切な方法により異なる色でレンダリングするにもかかわらず、これらのピークが極めて小さいため、多くの場合、全解像度を見ることさえ困難であり、且つ画像がスケールダウン（「ズームアウト」）された場合に更に困難である。

従って、上述の短所を露呈しない、強度が低い箇所においても、画像視覚化スケールに依らず画像の適切且つ信頼性が高い読み込みを可能にしつつ、高強度の点を迅速に表すことが可能な解決策を提供することが必要である。

本発明は、上述の必要性に対処するものである。

本発明の目的は、本質的に、一方が低ダイナミックレンジに、且つ他方がより高いダイナミックレンジに対応する２つの画像を合成することを本質的に含む解決策を提案することである。２つの画像は、合成後、原画像のいずれが情報の発生源であるかを区別できるように異なる色の色相でレンダリングされる。有利には、本解決策が従来の高ダイナミックレンジレンダリングと区別されるのは、高ダイナミックレンジに対応する情報を含む画像が、強エコー点の空間的広がりを増大させる前処理を既に施されており、この広がりの大きさが表現対象信号の振幅と共に増大するが、画面上の画像の視覚化のスケール、すなわち顕著に拡大された大域的ビュー又は局所的ビューによって制御されているという事実によるものであり、その目的は、最初の場合には大きいゾーンの全てのエコーを迅速に強調できるように、他方の場合には「明点」と称する強いエコーの点の構造を目標の画像内で強調できるようにすることである。この前処理は、極めて強いエコーが近傍に存在する強度が、極めて低いゾーンの読み取りを中断させないようにも基本的に構成されているため、画像全体を把握することができる。その前処理は、明点の空間的広がりが任意選択的に画像の視覚化のスケールに合わせて変化できるようにも構成されているため、最小スケール（詳細画像）において、目標の明点の構成の知覚により操作者が分類作業を実行できるようにして、検出作業を確実に行えるように、より粗いスケールで目標全体を強調することができる。

本発明は、特に強いエコーを迅速に強調し、広いダイナミックレンジにわたり目標の指標を評価して、目標の明点の分布の構造を解析できるようにする。

上述の目的を達成するために、高ダイナミックレンジ（典型的にはソナー又はレーダー）で撮像データを視覚化する本発明の方法は、一方が低強度データに、且つ他方が高強度データに対応する２つの画像の１ピクセル毎の加重平均を可能にし、２つの画像は、２つの異なるカラーマップにより情報の性質を強調するために所与の（低又は高強度の）ピクセルにレンダリングされ、高強度画像は、インパルス応答が表現対象信号の振幅と共に増大し、且つ画像の視覚化のスケールに合わせて変化する幅を有する低域通過フィルタリングの対象となることで、強いエコーを強調し、明点の分布の視覚的読み取りを可能にして、明点の強度の迅速且つ視覚的評価を可能にする。

本発明は、従来技術に対して以下の利点をもたらす。すなわち、近傍の低い強度の点の可視性を阻害することなく高強度の孤立点を強調し、場合により相対的な点の強度の直接読み取りを可能にすると共に、非線形フィルタ段階における視覚化のスケールを適切に用いることにより、操作者は、視覚化のスケールを操作するのみでエコー検出の作業及びエコーの構造の解析を行うことができる。

本発明は、有利には、ソナー又はレーダーの分野に適用できる。ソナーの特定の分野において、撮像ソナー（水路又は軍事目的での背景撮像、例えば機雷戦）及び場合によりマルチビームの音響機器データ、例えば「マルチビームエコー音響機器」（ＭＢＥＳ）又は「対潜水艦戦」（ＡＳｕＷ）ソナー、高ダイナミックレンジを有する任意のディスプレイ、例えば特許出願欧州特許第１２０４８８Ｂ１号明細書に記述されているＡｃｔｉｖｅ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｌｏｔ（ＡＧＰ）又は特許出願欧州特許第１３６０５２２Ｂ１号明細書に記述されているＥｎｅｒｇｙ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｌｏｔ（ＥＧＰ）として知られるディスプレイ等にも等しく適用される。レーダーの分野において、海洋監視で遭遇するような強いコントラストを有するデータの視覚化に特に適用される。

一実施形態において、本発明は、画面等の視覚化機器に表示可能であるか又は印刷可能である色を表す大きさ「３」のベクトルを含む２次元テーブルに行列を変換可能にする、行列データ／既知の区間［Ａ，Ｂ］から取られた高ダイナミックレンジの値を含むデータを視覚化する方法を含む。テーブルは、色が［Ａ，Ａ＋Ｔ_１］の範囲にある幅情報を表す、画像と称される第１の「低強度」カラー画像と、色が［Ａ，Ａ＋Ｔ_２］の範囲にある振幅情報を表し、且つＡ＋Ｔ_２よりも大きい全てのデータが値Ａ＋Ｔ_２のデータと同じ色で表される、第２の「高強度」カラー画像との加重平均を介した組み合わせから生じる。有利には、本方法は、「高強度」画像が、フィルタの局所インパルス応答の絶対値が無視できないゾーンの幅がその点で画像の局所強度と共に増大することで高強度の点の周りにハローが生じ、そのハローの大きさが局所強度と共に増大するような非線形低域通過フィルタリングの対象となることを特徴とする。有利には、「低強度」及び「高強度」画像のレンダリングに用いられる非線形低域通過フィルタ及びカラーパレットは、操作者が、以下の作業：
− 低及び高強度のデータの同時視覚化、
− 高強度の信号（多くの場合、目標に物理的に関連付けられた）に対応する点の空間配置の検出及び解釈（操作者によるこの検出の確率は、非線形低域通過フィルタリングステップによる空間大きさの増大により顕著に増大し、次いで以前には小さ過ぎるために目視できなかった高強度のゾーンを見えるようにする）、
− 色及び輝度並びに非線形フィルタリングステップにより得られたエコーの周りのハローの大きさによる点の強度のレベルの読み取り
をより容易に実行できるように適宜構成されている。

求める結果を得るため、高ダイナミックレンジを有する入力信号からの行列データのための画像レンダリング方法が提案される。コンピュータによって実行されるこの方法は、
− 行列データから、色が入力信号の低強度を色で表す、「低強度画像」と称される第１のカラー画像を生成するステップと、
− 行列データから、色が入力信号の高強度を表す、「高強度画像」と称される第２のカラー画像を生成するステップであって、画像の各点（ｘ，ｙ）において、座標（０，０）の点に関して中心対称である単峰性インパルス応答の非線形低域通過フィルタを適用することを含む少なくとも１つのフィルタリングステップを含むステップと、
− 低強度画像と高強度画像とを、定数係数によって重み付けされている、色成分の各々の平均となるように一点ずつ合成して、併合カラー画像を生成するステップと、
− 各点において、得られた画像の輝度が低強度画像の輝度に等しいように、合成された画像を正規化するステップと、
− 得られた画像を行列の少なくとも１つの軸上で再寸法設定するステップと
を含むステップを含む。

実施形態によれば、
− 低強度画像の生成は、第１の一時行列であって、原画像Ｉからその最小値Ａが減算されたものに等しい第１の一時行列を構築し、その後、所定の閾値Ｔ_１よりも高い値を有する入力を除いて、前記入力がＴ_１に設定されている状態で、第１のものに等しい第２の一時行列を構築し、その後、第１のカラーパレットを適用することにより、第２の一時行列から低強度カラー画像を構築することを含むステップを含む。
− 高強度画像の生成は、
− 所定の閾値Ｔ_１よりも低い値を有する入力を除いて、前記入力がゼロに設定されており、且つ閾値Ｔ_２よりも高い値を有する入力を除いて、前記入力がＴ_２に設定されている状態で、全ての点で第１の一時行列に等しい第３の一時行列を計算することと、
− 第３の一時行列の最大値を計算することと、
− 座標（０，０）の点に関して中心対称である単峰性インパルス応答の非線形低域通過フィルタリングを第３の一時行列に適用することと、
− 非線形低域通過フィルタリングの結果を一点ずつ結果の全体的な最大値で除算し、且つ第３の一時行列の最大値で乗算することと、
− 除算の結果に第２のカラーパレットを適用することにより、高強度カラー画像を構築することと
を含むステップを含む。

より具体的には、非線形低域通過フィルタの局所インパルス応答は、分割可能であり、原点で最大値をとり、原点の周りで対称的に減少し、前記応答が実質的に非ゼロであるゾーンの画像の行列の２つの軸に沿った寸法に対応する「典型的な幅」は、その段における入力で信号の強度と共に増大するという特性を有する。

変型実施形態において、
− 得られた画像の再寸法設定は、事前に設定されているか又は操作者の制御に委ねられているかのいずれかである要因による、２つの軸の少なくとも１つ上におけるアップサンプリング又はダウンサンプリングを含む。
− 画像の行列の２つの水平及び垂直軸上における非線形フィルタのインパルス応答の典型的な幅は、２つの軸に沿った入力データの空間分解能に依存する。
− 画像の行列の２つの水平及び垂直軸上における非線形フィルタのインパルス応答の典型的な幅は、２つの軸上における画像のアップサンプリングレート又はダウンサンプリングレートに依存する。
− 低強度画像を生成するために使用されるカラーパレットは、本質的に一定の色相及び彩度のものであり、且つデータの符号化は、信号の強度と共に増大する輝度の変化によって実行される。
− 入力信号は、局所水平軸上のその平均が目標値ｍに制約されるように事前調整され、低強度画像のために使用されるカラーパレットの輝度は、対数シグモイド則に従う。より具体的には、信号の強度をｘと表記すれば、輝度は、法則（ｘ／ｍ）^γ／（（ｘ／ｍ）^γ＋１）に従い、ここで、γは、ハードコードされているか又は設定パラメータとして操作者によって提供される定数パラメータである。
− 高強度画像を生成するために使用されるカラーパレットは、一方ではＩ（ｘ，ｙ）≦Ａ＋Ｔ_１について本質的にゼロ輝度のものであり、且つＩ（ｘ，ｙ）と共に増大し、及び他方では可変の色相及び彩度のものであり、色相及び彩度の変化は、信号強度情報を符号化する。
− 非線形フィルタのインパルス応答は、２Ｄガウス関数であって、その標準偏差は、「典型的な幅」パラメータである、２Ｄガウス関数である。

本発明は、異なる変型形態において、請求項に記載の方法のステップを実施するための手段を含む、高ダイナミックレンジを有する入力信号からの行列データのための画像レンダリング装置も対象とする。

本発明は、コンピュータプログラム製品であって、プログラムがコンピュータ上で実行されるとき、請求項に記載の方法のステップの実行を可能にする符号命令を含むコンピュータプログラム製品の形式で動作可能である。

本発明の異なる態様及び利点は、以下の図面を参照しながら、本発明の好適であるが非限定的な実装形態の記述に沿って明らかになることが理解されるであろう。

１Ｄ信号の簡素化された例における正規化関数及びクランピング機能を示す。 本発明の一実施形態による、高ダイナミックレンジを有するソナー又はレーダーデータを表示するための方法の一般的なステップを示す。 図２の方法のステップの詳細を示す。 図２の方法のステップの詳細を示す。 初期データＩから、低強度Ｅ_ｌｏ及び高強度Ｅ_ｈｉのクランピングされた画像を生成する原理を値のヒストグラムにおいて示す。 初期データＩから、低強度Ｅ_ｌｏ及び高強度Ｅ_ｈｉのクランピングされた画像を生成する原理を値のヒストグラムにおいて示す。 初期データＩから、低強度Ｅ_ｌｏ及び高強度Ｅ_ｈｉのクランピングされた画像を生成する原理を値のヒストグラムにおいて示す。 非線形フィルタリングの原理を示す。 それぞれ低強度画像Ｅ_ｌｏ及び高強度画像Ｅ_ｈｉの各色成分の値の傾向を示す。 それぞれ低強度画像Ｅ_ｌｏ及び高強度画像Ｅ_ｈｉの各色成分の値の傾向を示す。 標準ＬＤＲ及びＨＤＲレンダリング技術によるレンダリング直後のソナー又はレーダー疑似画像を、本発明の方法により得られたレンダリングと比較して示す。

以下の記述は、本発明の原理及び具体的な応用の良好な理解を可能にするために、ソナーデータの分野における例に基づいているが、これらの例は、非限定的であり、当業者であれな、同一の原理に基づきながら変更形態及び実装変型形態を適用することができるはずである。

図２に移動すると、本発明の一実施形態による、高ダイナミックレンジを有するソナー又はレーダーデータを表示可能にする方法の一般的なステップが記述されている。

本方法は、入力データを取得するステップ（２００）から開始される。一実施形態において、入力は、以下の関数である。

この関数は、２Ｄ画像である。値Ｉ（ｘ，ｙ）は、例えば、音響又は高周波波の振幅に対応する、センサにより記録されたスカラー値（例えば、ボルト単位の電圧に比例）である。Ｉに用いる値の単位を［Ｕ］と表記する。特定の実装形態において、２Ｄ画像は、行列の各入力がスカラーを含む２Ｄ行列である。

解像度について、画像は、ｘ（又はｙ）軸上にρ_ｘ（又はρ_ｙ）を有し、これらの解像度は、距離単位又は角度単位等の物理単位である。画像の主軸は、必ずしも直交軸に物理的に対応しているわけではない。

後続ステップ（２０２）において、本方法は、色が入力信号の低強度に対応する、「低強度画像」と称される、Ｉ_ｌｏ（ｘ，ｙ）と表記する第１のカラー画像を生成可能にする。

後続ステップ（２０４）において、本方法は、色が入力信号の高強度を表す、「高強度画像」と称される第２のカラー画像を生成可能にする。有利には、第２のカラー画像の生成は、画像の各点（ｘ，ｙ）において、座標（０，０）の点に関して中心対称である単峰性インパルス応答の非線形低域通過フィルタを適用することを含む少なくとも１つのフィルタリングステップを含む。

次いで、後続ステップ（２０６）において、本方法により第１及び第２のカラー画像の併合カラー画像を計算することができる。併合カラー画像は、低強度画像と高強度画像とを、定数係数によって重み付けされている、色成分の各々の平均となるように一点ずつ合成することにより得られる。

後続ステップ（２０８）において、本方法により、結果的に得られた画像の輝度が低強度画像の輝度に等しいように合成画像を各点で正規化することができる。

次いで、本方法は、得られた画像を行列の少なくとも１つの軸上において再寸法設定することを可能にする（２１０）。出力は、以下の関数である。

この関数は、表示対象の画像に対応するカラー２Ｄ画像である。特定の実装形態において、２Ｄ画像は、各入力において、表示対象の色成分を含む３次元ベクトルを含む２Ｄテーブルである。

色成分が０〜１で符号化されていると考えられ得るが、使用する正確な区間は、本発明の原理に影響を及ぼすことなく、例えば０〜２５５で実際に異なり得ることが可能である。

図３ａ及び３ｂは、図２の方法の各種のステップをより詳細に示す。記述の良好な理解を可能にするために、以下のパラメータを定義する。
−

から取得されて単位［Ｕ］で表される２つの閾値Ｔ_１＞０及びＴ_２＞Ｔ_１、
− ピクセルで表わされ、画像Ｉの解像度及び前記画像の表示解像度の関数として可変な２つの半径ｒ_１及びｒ_２、
− 所定の又はパラメータ化可能な定数重み付け係数α∈［０，１］、
− 第１のカラーマップ

これにより、Ｃ_ｌｏ（０）＝［０；０；０］^Ｔ（黒）且つＣ_ｌｏ（ｖ）＝［１；１；１］^Ｔ（ｖ＝Ｔ_１の場合）となる。十分に大きい局所水平軸にわたり画像の平均が実質的に一定であるように事前調整されたソナー又はレーダーデータの場合、色Ｃ_ｌｏ（ｖ）は、必ずしもではないが、好適には、図６ａに示す以下の３つの特徴を有する。
− 輝度Ｌ（Ｃ_ｌｏ（ｖ））は、ｖと共に増大する（但し必ずしも線形にではない）。
− 輝度Ｌ（Ｃ_ｌｏ（ｖ））は、更に好適には、対数シグモイド的に、すなわちｌｏｇｖに対してシグモイド的に増大する。
− 色の色相及び彩度は、殆ど変化せず、理想的には一定である。
− 第２のカラーマップ

これにより、ｎ個の値ｖ_ｉ，ｉ∈０．．ｎ（ｖ_０＝Ｔ_１，ｖ_ｉ＜ｖ_ｉ＋１且つｖ_ｎ＝Ｔ_２）及び値ｖ_ｉに関連付けられたｎ個の色Ｃ_ｉが与えられ、それにより、
− ｖ_ｉ≦ｖ＜ｖ_ｉ＋１の場合、
−

（色成分の加重平均ベクトル）となり；
− Ｃ_０＝［０；０；０］^Ｔ（黒）である。

上述の第２のカラーマップは、色相及び可変彩度に基づいて強度情報及び輝度の増大（任意の値ｖ＜Ｔ_１に対して０）を符号化する。図６ｂは、高強度画像のカラーマップのために符号化する値の各色成分（輝度、彩度、色相）の値の傾向を示す。
− 画像をディスプレイに合わせて再寸法設定するために、ｘ及びｙ軸にそれぞれ適用する２つのスケール係数

及び

。ｆ_ｘ（又はｆ_ｙ）が１よりも大きい場合、画像を拡大（「ズームイン」効果）し、さもなければ縮小（「ズームアウト」）する。これらのスケール係数は、事前に設定されているか、又は例えばキーボードキー、ボタン、サムホイール若しくはポテンショメーター等のグラフィック若しくは物理インターフェースを介して操作者／ユーザーにより制御される。

関数

による画像データの取得及びフォーマッティングの第１のステップ（３００）後、本方法は、Ｉのデータをオフセッティング及びクランピングすることにより強制的に［０，Ｔ_１］内に収めることができる（３０２）。
Ｅ_ｌｏ（ｘ，ｙ）＝ｍｉｎ（Ｉ（ｘ，ｙ）−Ａ，Ｔ_１）

図４ａ及び４ｂは、初期データＩから低強度Ｅ_ｌｏのクランピングされた画像を生成する際のＩ及びＥ_ｌｏの構築原理を値のヒストグラムにおいて示す。従って、図４ａにおいて、ｈ（Ｉ）は、値Ｉを有するピクセルの個数ｈである。Ｉに対するｈ（Ｉ）の値が区間［Ａ，Ｂ］で非ゼロであることが分かる。図４ｂにおいて、ヒストグラムをずらすことにより、値ｈ（Ｅ_ｌｏ）が０〜Ｔ_１で移動されたことを示している。Ｉ内でＡ＋Ｔ_１個以上のピクセル数に等しいピークＴ_１がある。

Ｅ_ｌｏが構築されると、データが第１のカラーマップにトランスコーディングされる（３０４）。上述のように、
Ｃ_ｌｏ（Ｅ_ｌｏ（ｘ，ｙ））
であり、ここで、

である。

オフセッティング、クランピング及びトランスコーディングステップ（３０２、３０４）により、入力信号内の低強度に対応する第１のカラー画像Ｉ_ｌｏ（ｘ，ｙ）を生成することができる（図２のステップ２０２）。値Ｉ_ｌｏ（ｘ，ｙ）は、従って、３成分（赤、緑、青）のベクトルとして表される色である。

以下のステップ（３０６）〜（３１４）により、入力信号の高強度に対応する（図２のステップ２０４）第２のカラー画像Ｉ_ｈｉ（ｘ，ｙ）を生成することができる。従って、ステップ３０６において、本方法は、Ｉ（ｘ，ｙ）−Ａ＜Ｔ_１の場合にＥ_ｈｉ（ｘ，ｙ）をゼロに、さもなければＩ（ｘ，ｙ）−Ａ＞Ｔ_２Ｉ（ｘ，ｙ）−Ａの場合にＴ_２に初期化することができる。すなわち、Ｅ_ｌｏにレンダリングするには強過ぎる強度のピクセルのみが保持される。

図４ａ及び４ｃは、初期データ（又は画像）Ｉから高強度Ｅ_ｈｉのクランピングされた画像を生成する原理を値のヒストグラムにおいて示す。図４ｃに示すＥ_ｈｉのヒストグラムにおいて、Ｉ内でＡ＋Ｔ_１よりも低い値の全てのピクセルに対応する第１のピークがゼロで現れ得、Ｉ内でＡ＋Ｔ_２よりも高い値のピクセルに対応する第２のピークがＴ_２で現れ得、ヒストグラムの他の部分は、ｈ（Ｉ）の該当部分（図４ａ）をずらしたものである。

次いで、ステップ（３０８）により最大値を計算することができる。
ｍ_ｈｉ＝ｍａｘ_{（ｘ，ｙ）}Ｅ_ｈｉ

次のステップ（３１０）により、関数Ｂ（Ｅ_ｈｉ）をＥ_ｈｉに適用することができ、これは、点（０，０）に関して中心対称である単峰性インパルス応答の画像Ｅ_ｈｉの非線形低域通過フィルタリングを各点（ｘ，ｙ）で実行することを含む。

有利には、Ｅ_ｈｉの値が大きいほど、関数Ｂにより生じる曖昧さ又はハローが大きくなり、前記フィルタにより生じたハローの半径は、（ｘ，ｙ）で局所的に変化し、且つＥ_ｈｉ（ｘ，ｙ）と共に増大する。

により、Ｅ_ｈｉのフィルタリングされたバージョンを表記する。

任意選択的に、曖昧さは、画像ρ_ｘ、ρ_ｙの解像度及びスケール係数ｆ_ｘ、ｆ_ｙに依存させることができる。

一実装形態において、フィルタリング関数は、次式のように定義される。

ここで、フィルタの局所２Ｄインパルス応答ｈは、有限又は無限であるかに依らず、以下の特徴を有する。
− インパルス応答は、分割可能であり、すなわち、２Ｄフィルタリングは、ｘ軸上の非線形フィルタｈ_ｘ、続いて他軸上で別のフィルタリングｈ_ｙを用いて１Ｄフィルタリングと同様に実行することができる。

− インパルス応答ｈ_ｘ（又はｈ_ｙ）は、ｕ（又はｖ）が値０であれば値１を有し、ｕ（又はｖ）の関数として０の周りに対称的に減少し、単峰性且つ中心対称である。
− これらの各々のフィルタの典型的な空間有効範囲、すなわちフィルタのインパルス応答がゼロよりも顕著に大きい領域の幅は、半径ｒ_ｘ（ｘ軸上における）及びｒ_ｙ（ｙ軸上における）に比例する。
− これらの半径ｒ_ｘ（ｘ軸上における）及びｒ_ｙ（ｙ軸上における）は、フィルタを非線形にレンダリングする座標（ｘ，ｙ）の関数として可変であり、以下の関係に従う。
ｒ_ｘ（Ｅ_ｈｉ（ｘ，ｙ），ｒ_１，ｒ_２，ｆ_ｘ，ρ_ｘ，ｂ_ｆ，ｂ_ρ）＝ｋ_ｘ（ρ_ｘ，ｆ_ｘ，ｆ_ｙ，ｂ_ｆ，ｂ_ρ）ｒ（Ｅ_ｈｉ（ｘ，ｙ），ｒ_１，ｒ_２）
ｒ_ｙ（Ｅ_ｈｉ（ｘ，ｙ），ｒ_１，ｒ_２，ｆ_ｙ，ρ_ｙ，ｂ_ｆ，ｂ_ρ）＝ｋ_ｙ（ρ_ｙ，ｆ_ｙ，ｂ_ｆ，ｂ_ρ）ｒ（Ｅ_ｈｉ（ｘ，ｙ），ｒ_１，ｒ_２）
ここで、ｒ（０，ｒ_１，ｒ_２，ｆ_ｘ，ρ_ｘ，ｂ_ｆ，ｂ_ρ）＝ｒ_１，ｒ（Ｔ_２−Ｔ_１，ｒ_１，ｒ_２，ｆ_ｘ，ρ_ｘ，，ｂ_ｆ，ｂ_ρ）＝ｒ_２であり、関数ｒは、（場合によりレベルによって）Ｅ_ｈｉ（ｘ，ｙ）の値と共に増大する。

図５は、本発明の方法に実装された非線形フィルタリングの原理を示す。この図から分かるように、インパルス応答の幅ｒは、Ｅ_ｈｉ（ｘ，ｙ）の値に依存し、ｒ_１〜ｒ_２で変化する。

項ｋ_ｘ、ｋ_ｙは、２つの軸ρ_ｘ、ρ_ｙの解像度及びスケール係数ｆ_ｘ、ｆ_ｙの関数である比例係数である。これらの比例係数は、いくつかの戦略に応じて選択することができる。
− ｋ_ｘ＝ｋ_ｙ＝ｋにおいてピクセル単位で表される定数ｋは、例えば、パラメータ化ファイルに事前に設定されているか又はパラメータ設定として操作者に委ねられている。この場合、フィルタは、入力画像の解像度から独立しており、Ｂのインパルス応答は、両軸上で同じ大きさである。この選択肢が用いられるのは、操作者がボタン等のグラフィック又は物理インターフェースを介してブール変数を「偽」にトグル切替を行った場合である。
− 又はｋ_ｘ＝ρ_ｘ×ｋ且つｋ_ｙ＝ρ_ｙ×ｋにおいて、メートル単位で表される定数ｋは、例えば、パラメータ化ファイルに事前に設定されているか又はパラメータ設定として操作者に委ねられている。この場合、フィルタは、入力画像の解像度に依存しており、Ｂのインパルス応答は、もはや両軸上の大きさが同じではない。この選択肢が用いられるのは、操作者がボタン等のグラフィック又は物理インターフェースを介してブール変数を「真」にトグル切替を行った場合である。
− ｋ_ｘ、ｋ_ｙをスケール係数ｆ_ｘ、ｆ_ｙに依存させることも可能である。例えば、スケール係数が増大する（「ズームイン」）場合、Ｂにより誘発されたハローの半径を減らすために、ｋ_ｘ、ｋ_ｙを減らすことが有利であり、逆に「ズームアウト」の場合又はハローの半径を増大させたい場合にはこの逆である。

更に、上述の特徴が裏付けられていれば、フィルタの形式及び正確な実装形態は、重要でない。フィルタの２つの例を以下に示す。
− 以下が成立するガウシアンフィルタ

− 以下が成立する指数フィルタ

当業者は、特に計算速度を上げるために、上述のフィルタの実装形態が、本発明の本質を全く変えることなく各種の公知の最適化の対象となり得ることを理解するであろう。

図３に戻ると、フィルタリングステップ後、

の最大値は、Ｅ_ｈｉの最大値と異なる。本方法は、画像の最大値が再びｍ_ｈｉになるように（線形に）再正規化可能（３１２）にし、

次いでデータを第２のカラーマップにトランスコーディング可能にする（３１４）。

但し、上述のように、

である。値Ｉ_ｈｉ（ｘ，ｙ）は、従って、３成分（赤、緑、青）のベクトルとして記述された色である。

後続ステップ（３１６）において、本方法は、αで重み付けられた平均として定義される併合カラー画像Ｏ（ｘ，ｙ）を３成分（赤、緑、青）の各々に対して計算することができる。

上述のカラー画像は、ハローに囲まれた高強度データと組み合わせた低強度データを含み、ハローは、既にステップ３１０で得られている。

本方法は、次いで、低強度画像の輝度を取得するために併合された画像の再正規化を可能にする（３１８）。

後続ステップ（３２０）において、本方法は、正規化された画像を、再寸法設定アルゴリズム

の適用により、スケール係数、すなわちｘ軸上の係数ｆ_ｘ及びｙ軸上の係数ｆ_ｙに応じて再寸法設定可能にする。

上述のステップは、従来通り、但し非排他的に、スペクトル、アンチエイリアシング低域通過フィルタに続いて再サンプリングを用いる。

本方法は、次いで、得られた再寸法設定された画像

を例えば表示又は印刷により視覚化（３２２）可能にする。

複数の変型実施形態において、異なるアルゴリズムの処理を、本発明の画像レンダリング方法の原理に影響を及ぼすことなく、再寸法設定（３２０）及び視覚化（３２２）のステップ間、クランピング（３０２）及びトランスコーディング（３０４）のステップ間又はクランピングステップ前にも挿入することができる。

提案する方法は、フィルタリングステップ（２０４）又は（３０６〜３１４）の追加により、且つモノクロ色相（一定の色相及び彩度を有する）ではなく、逆に特にＣ_ｈｉのために豊かなカラーパレットにおけるカラーマップＣ_ｌｏ、Ｃ_ｈｉの適切な選択により最適化されたＨＤＲレンダリングの一変型形態である。

従って、本発明の方法は、以下の利点をもたらす。
− 従来のＨＤＲレンダリングと異なり、画像の「高強度」部分（データＥ_ｈｉに含まれる）に非線形低域通過フィルタリングを適用するという事実により、高強度のピクセルの空間有効範囲を広げることができる。従って、例えばレーダー又はソナー分野において、定時的な強いエコーが存在する場合、その空間有効範囲が広がるため強調され、従ってステップ（３２０）において画像が再サンプリング（「ズームアウト」）された場合でも知覚され易くなる。
− 典型的に、シーンの大部分を構成する弱いエコーに対する従来のレンダリングを近似するために、カラーパレットＣ_ｌｏを一定の色相及び彩度の色の勾配として選択すること。対照的に、カラーパレットＣ_ｈｉの階調においてレンダリングされた少数の強いエコーの場合、濃く且つ変化した色相を選択するという事実により、強いエコーの強度が直接符号化することができるため、操作者は、強度及び色の関係に応じてエコーの力を認識する動作を実行することができる。エコーの力の印象も、ハローの空間有効範囲がこれらのエコーを囲んでいるという事実により補強される。エコーの強調は、シーンの解析に際して操作者の認識負荷を軽減することに役立ち得る。
− ある選択肢を起動する簡単な動作により、得られたハローの大きさ（定数ｋ_ｘ、ｋ_ｙ）を視覚化スケールパラメータｆ_ｘ、ｆ_ｙに紐付けることができるという事実により、有利には、操作者は、視覚化スケールｆ_ｘ、ｆ_ｙを用いて、２種類の作業を、典型的に周辺機器（キーボードのキー、マウスのサムホイール等）を介して入力された単一コマンドとして実行できる。これらの２つの作業は、以下の通りである。
− 「ズームアウト」が顕著であり、操作者がシーンを全体として又は少なくとも広い水平軸にわたり知覚した場合、潜在的に目標である強いエコーの視覚的検出。この機能が可能なのは、「ハロー」効果が顕著であり、「遠いエコーを見る」ことができる場合であるのに対し、フィルタリングステップがなければ、これらのエコーは、スケーリング中に消失するであろう。
− 係数により符号化された「ズーム」レベルが顕著であり、目標に沿った顕著な信号ピクセルの分布（「明点」として当業者に知られる）に操作者がより注目しており、且つ高水準の空間精度が重要であるエコーの構造の視覚的解析。この場合、非線形低域通過フィルタリングステップで得られる「曖昧な」効果を減少させなければならないが、非線形フィルタリングステップなしに従来のＨＤＲ方法を用いて得られるものと比較して、シーンが分かり易くなる程度に十分強くなければならず、（全ての強いピクセルを単一の値にまとめるクランピングステップにより、目標が典型的に均一な色のピクセルのブロブ（「ピクセルブロブ」）である）ＬＤＲ法ではなおさらそうである。
− 色相及び彩度が本質的に一定であるカラーパレットＣ_ｌｏ並びに輝度が増大する濃いカラーパレットＣ_ｈｉを用いる基本要因は、加重平均ステップ（３１６）及びこれに続くステップ（３１８）で実行される再正規化を介しても注目すべき効果が生じ得る。実際、加重平均により、再正規化が継続するため、「低強度」画像と同じ輝度でレンダリングされ続ける近傍の弱い信号ピクセルの存在を一切マスキングすることなく、強いエコーの存在を認識することができる。この効果が重要である理由は、レーダー及びソナーでは、弱い信号が、シーンに関する情報を一般に影を通して提供するからである。このようなパレットの適切な選択がなければ、影は、消える場合がある。

図７は、本発明の方法により得られたレンダリング（７６０）と比較した、標準的なＬＤＲ（７００、７２０）及びＨＤＲ（７４０）レンダリング技術によるレンダリング直後のソナー又はレーダー疑似画像を示す。同一要素を表す参照符号は、異なる画像レンダリング結果でも同一である。

ＬＤＲレンダリング（７００）において、区間［Ａ，Ｂ］が輝度区間［０，１］に線形にマッピングされる。この厳密なケースにおいて、稀な明点（７１０）、（７１２）のみが知覚される。明点（７１０）、（７１２）は、一般に、中心ピーク（７１４）、（７１６）及びアンテナ又はパルス圧縮処理のサイドローブにより物理的に形成された「ベース」から構成されることが見出される。図示する例において、２つの明点の強度は、異なり、右側の明点（７１２）の強度は、左側の明点（７１０）よりも低く、従って画像内で白から若干離れた輝度でレンダリングされる。対照的に、生データの強度が極めて低い画像の残りの部分（７０２）は、ゼロ（黒）に近い輝度の色によりレンダリングされる。従って、本ＬＤＲレンダリング方法でシーン内の他の物体を知覚することは、不可能である。これが線形レンダリングの限界である。

ＬＤＲレンダリング（７２０）は、ソナー又はレーダー画像を象徴する疑似画像をクランピングした結果を示す。クランピングは、極めて暗い影のゾーン（７０６）、背景に対応する暗反射ゾーン（７０４）、隔離された中間エコー（７２２）、隔離されたエコー（７２２）よりも大きい中位強度エコーのゾーン（７０８）を示している。これらの要素は、線形レンダリング（７００）では視認できなかった。２つの明点（７１０）、（７１２）は、その方式で同一強度とされて同一に見え、各々の中心ピーク（７１４、７１６（視認不可））とベースとの間の強度の差異を示していない。従って、その方式では、２つの明点に対して受信された信号の強度を比較することは、不可能である。

ソナー又はレーダー疑似画像のＨＤＲレンダリング（７４０）が、先行するＬＤＲレンダリング（７２０）と異なるのは、「トーンマッピング」により明点（７１０、７１２）の輝度レベルを選択的に低下させて、それらの構造、すなわちピーク（７１４、７１６）及びベースを認識可能にして、中位強度エコー（７０８）のゾーンの輝度が明点（７１０、７１２）に近いため、輝度を、隔離されたエコー（７２２）の表現に用いるものと同レベルに選択的に低下できるという事実による。この種のＨＤＲレンダリングの短所の１つは、ピーク（７１４、７１６）の空間表面が極めて適度に保たれることである。別の短所は、生データの強度が異なるにもかかわらず、エコー（７０８、７２２）のレンダリングに用いた輝度レベルが同一であるため、物体の相対強度を比較できないことである。

図７の右下（７６０）に、本発明の方法の適用によるソナー又はレーダー疑似画像のレンダリングを象徴的に示す。このように、低強度要素（７０４）、（７０６）、（７０８）及び（７２２）のレンダリングは、ＨＤＲレンダリング（７４０）と異なり、（生データの強度に関する）輝度同士の順序関係を維持することにより実行される。高強度要素のレンダリングは、明点（７１４）、（７１６）のピークのレンダリングに用いる影付き線により象徴される輝度ではなく、色の色相及び彩度の使用を優先することにより行われ、これらの色相及び彩度の差異が信号レベルを符号化する。最後に、ピーク（７１４）、（７１６）の空間範囲は、影付き円（７１８）、（７２４）により象徴されるハロー効果により増大し、その範囲の半径は、ピークの強度と共に増大する。ハロー効果は、主に色を使用し、高強度及び低強度画像を合成するステップで影（７０６）をマスキングしないように構成されている。

当業者は、本方法が、光学撮像において「ブルーミング」効果により生じるハロー効果によって示唆されたと考え得る。

参考までに、ブルーミング又は「グレア」は、角膜、網膜又は測定装置のレンズ内での光の拡散及び媒体内での回折により生じる、肉眼内での物理的及び生理的原因から生じる効果である。これらの効果は、シーン内の極めて明るい物体の周囲に明るいハローを生じさせ、近傍に位置するあまり明るくない物体をマスキングする。その効果は、直線（ＳＩ_Ｓ）及び直線（Ｓ，Ｉ）により形成された角度θに依存するインパルス応答関数Ｐ（θ）との放射測定画像の畳み込みによりモデル化され得、ここで、Ｓは、シーン内での光源の位置であり、Ｉ_Ｓは、センサ（ＣＣＤ、網膜）の平面上の光源の画像であり、及びＩは、センサの平面の他の任意の点である。インパルス応答は、次式の通りである。

ここで、δは、ディラック分布であり、ａは、拡散されなかった光の一部であり、Ｆは、拡散を決定する角度θの関数である（人間観察者の場合、∫ｋ／Ｆ（θ）は、典型的に１０％の値を有する）。Ｆにはいくつかのモデルが存在し、特にＧｒｅｇ Ｓｐｅｎｃｅｒ；Ｐｅｔｅｒ Ｓｈｉｒｌｅｙ；Ｋｕｒｔ Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ；Ｄｏｎａｌｄ Ｐ．Ｇｒｅｅｎｂｅｒｇ（１９９５），“Ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ−ｂａｓｅｄ ｇｌａｒｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｆｏｒ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅｓ”．Ｓｉｇｇｒａｐｈ：３２５．ｄｏｉ：１０．１１４５／２１８３８０．２１８４６６．ＩＳＢＮ ０８９７９１７０１４に記述されているＶｏｓモデルが含まれる。ハローの知覚される半径は、観察者の位置における物体がなす角度θ又は同様に観察者から（センサから）光源までの距離に依存することを強調しておく。ソナー及びレーダーでは、この現象は生じない。従って、現在文献から知られるように、ブルーミングは、ソナー又はレーダー画像の表現に加わる効果ではない。

ブルーミングのシミュレーションは、昨今、リアル感及び光源の強度の知覚を高めるため、ビデオゲーム分野で一般的に行われている。このレンダリングは、一般に、グラフィックスカード上の「シェーダー」と称するプログラムによる実時間で実行される。このブルーミングのシミュレーションは、ＨＤＲレンダリング段階に続く段階として、但し光学画像のシミュレーションのためにのみ定常的に追加される。

提案する方法がその方法と実質的に異なるのは、ハローの半径の計算に用いる規則が観察者から目標までの距離又はこれらがなす角度に依存しないが、目標の視認性を高める効果を生じるために適宜選択された形式を有する他のパラメータに依存するという事実による。これは、以下の理由で公知の「ブルーミング」を含まない。第一に、提案する方法は、ブルーミングの物理式を使用せず、特にステップ（３１０）で用いるフィルタのインパルス応答が信号の強度の関数として変化するが、これは、ブルーミングに当てはまらない。更に、ビデオゲーム分野で日常的に用いるブルーミングのシミュレーションとは逆に、前記インパルス応答の大きさを適宜パラメータ化して画像のスケールに紐付けて、前記スケールの関数として２つの注目すべき効果、すなわち解像度を下げた状態で強いエコーの検出及び全解像度での目標の明点の解析を生じさせることができる。最後に且つ基本的に、ブルーミングは、グレアに対応するという事実により、強い信号ピクセルの近傍の弱い信号の存在をマスキングするが、これは、カラーパレットＣ_ｌｏ、Ｃ_ｈｉが上述のように適宜選択されていれば、本方法に特に当てはまらない。

Claims (13)

1. 高ダイナミックレンジを有する入力信号からの行列データＩのための画像レンダリング方法であって、コンピュータによって実施され、
   − 前記初期行列データから、色が前記入力信号の低強度を表す、「低強度画像」と称される第１のカラー画像を生成するステップと、
   − 前記初期行列データから、色が前記入力信号の高強度を表す、「高強度画像」と称される第２のカラー画像を生成するステップであって、前記画像の各点（ｘ，ｙ）において、座標（０，０）の点に関して中心対称である単峰性インパルス応答の非線形低域通過フィルタを適用することを含む少なくとも１つのフィルタリングステップを含むステップと、
   − 前記低強度画像と前記高強度画像とを、定数係数によって重み付けされている、色成分の各々の平均となるように一点ずつ合成して、併合カラー画像を生成するステップと、
   − 各点において、前記得られた画像の輝度が前記低強度画像の輝度に等しいように、前記合成された画像を正規化するステップと、
   − 前記得られた画像を行列の少なくとも１つの軸上で再寸法設定するステップと
   を含むステップを含む方法。
2. 低強度画像を生成する前記ステップは、第１の一時行列であって、前記原画像Ｉからその最小値Ａが減算されたものに等しい第１の一時行列を構築し、その後、所定の閾値Ｔ_１よりも高い値を有する入力を除いて、前記入力がＴ_１に設定されている状態で、前記第１のものに等しい第２の一時行列を構築し、その後、第１のカラーパレットを適用することにより、前記第２の一時行列から低強度カラー画像を構築することを含むステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 高強度画像を生成する前記ステップは、
   − 前記所定の閾値Ｔ_１よりも低い値を有する入力を除いて、前記入力がゼロに設定されており、且つ閾値Ｔ_２よりも高い値を有する入力を除いて、前記入力がＴ_２に設定されている状態で、全ての点で前記第１の一時行列に等しい第３の一時行列を計算することと、
   − 前記第３の一時行列の最大値を計算することと、
   − 前記座標（０，０）の点に関して中心対称である単峰性インパルス応答の非線形低域通過フィルタリングを前記第３の一時行列に適用することと、
   − 前記非線形低域通過フィルタリングの結果を一点ずつ前記結果の全体的な最大値で除算し、且つ前記第３の一時行列の前記最大値で乗算することと、
   − 前記除算の結果に第２のカラーパレットを適用することにより、高強度カラー画像を構築することと
   を含むステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記得られた画像の前記再寸法設定は、事前に設定されているか又は操作者の制御に委ねられているかのいずれかである要因による、２つの軸の少なくとも１つ上におけるアップサンプリング又はダウンサンプリングを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記画像の前記行列の前記２つの水平及び垂直軸上における前記非線形フィルタの前記インパルス応答の典型的な幅は、前記２つの軸に沿った前記入力データの空間分解能に依存する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記画像の前記行列の前記２つの水平及び垂直軸上における前記非線形フィルタの前記インパルス応答の前記典型的な幅は、前記２つの軸上における前記画像のアップサンプリング又はダウンサンプリングレートに依存する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記低強度画像を生成するために使用される前記カラーパレットは、本質的に一定の色相及び彩度のものであり、且つ前記データの符号化は、前記信号の前記強度と共に増大する輝度の変化によって実行される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記入力信号は、局所水平軸上のその平均が目標値ｍに制約されるように事前調整され、前記低強度画像のために使用される前記カラーパレットの輝度は、対数シグモイド則に従う、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記高強度画像を生成するために使用される前記カラーパレットは、一方ではＩ（ｘ，ｙ）≦Ａ＋Ｔ_１について本質的にゼロ輝度のものであり、且つＩ（ｘ，ｙ）と共に増大し、及び他方では可変の色相及び彩度のものであり、色相及び彩度の変化は、信号強度情報を符号化する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記非線形フィルタの前記インパルス応答は、２Ｄガウス関数であって、その標準偏差は、「典型的な幅」パラメータである、２Ｄガウス関数である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記再寸法設定された画像を表示又は印刷するステップを更に含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法の前記ステップを実施するための手段を含む、高ダイナミックレンジを有する入力信号からの行列データのための画像レンダリング装置。
13. コンピュータプログラム製品であって、コンピュータプログラムは、前記プログラムがコンピュータ上で実行されるとき、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法の前記ステップの実行を可能にする符号命令を含む、コンピュータプログラム製品。

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