JP2022000829A - 画像比較装置、画像比較プログラムおよび画像比較方法 - Google Patents
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Abstract
Description
光学カメラは可視光域を利用する。そのため、光学カメラによって得られる画像は直観的に理解し易い。しかし、光学カメラを使う観測には太陽光が必要である。そのため、日中しか地表面を観測することができない。また、日中であっても、地表面が雲に覆われると地表面を観測することができない。
一方、SARによって得られる画像は直観的には理解し難い反面、自ら電波を発するアクティブセンサであるため太陽光等外部の光源を必要とせず、昼夜問わず観測可能である。また、一般に利用される数センチメートル〜数十センチメートル程度の波長域において、水蒸気への電波の透過性が高い。そのため、全天候で、地表面を観測することが可能である。このような特性をSARが有するため、防災分野(減災、縮災および防災)等常時観測が必要な分野へのSARの応用が期待される。
被災前後の2枚のSAR画像には異なるスペックルノイズが発生する。そのため、スペックルノイズを考慮せずに被災前後の2枚のSAR画像から差分を算出すると、算出された差分にはスペックルノイズの差分が含まれることとなる。つまり、スペックルノイズを考慮しないと正しい差分を得ることができない。
具体的には、2枚の画像のそれぞれにおいてウインドウをずらしながら、ウインドウ内の複数の画素について平均値またはモードが算出され、平均値またはモードの差分が算出される。これにより、スペックルノイズの影響が低減される。モードは最頻値とも呼ばれる。
例えば、縦が10画素で横が10画素の領域に相当するウインドウが用いられる場合、空間分解能は100分の1に低下する。
例えば、各ヒストグラムに多数の頂点が存在してしまい、各ヒストグラムから他方のヒストグラムの頂点に対応する頂点を選択することは難しい。そして、各ヒストグラムから適切な頂点を選択することができなければ、正しい差分を算出することができない。
第1画像の中の領域である第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の順累積分布を算出し、第2画像の中の領域である第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の順累積分布を算出する順累積分布算出部と、
前記第1領域の順累積分布において基準の累積確率に対応する信号強度と、前記第2領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と、に基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する差分算出部とを備える。
前記第1画像と前記第2画像は、互いに異なる時刻の同じ場所が映っている画像であり、
前記第1領域は、前記第1画像においてウインドウに囲われた領域であり、
前記第2領域は、前記第2画像において前記第1画像における位置と同じ位置のウインドウに囲われた領域である。
前記第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の逆累積分布を算出し、前記第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の逆累積分布を算出する逆累積分布算出部と、
信号強度のレベルである第1レベルと前記第1レベルより高い第2レベルとの一方を選択するレベル選択部とを備える。
前記差分算出部は、前記第1レベルが選択された場合に前記第1領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と前記第2領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度の差を前記第1領域と前記第2領域との差分として算出し、前記第2レベルが選択された場合に前記第1領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と前記第2領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度の差を前記第1領域と前記第2領域との差分として算出する。
前記第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を示す前記第1領域の確率分布を算出し、前記第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を示す前記第2領域の確率分布を算出する確率分布算出部を備える。
前記レベル選択部は、前記第1レベルと、前記第2レベルと、前記第1レベルより高く前記第2レベルより低い第3レベルとのいずれかを選択する。
前記差分算出部は、前記第3レベルが選択された場合に前記第1領域の確率分布と前記第2領域の確率分布とに基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する。
異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第1参照領域と第2参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、前記第1領域と前記第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズを比較結果に基づいて決定するウインドウサイズ決定部を備える。
前記第1レベルが選択された場合、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とを算出し、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出する。
前記ウインドウサイズ決定部は、
前記第2レベルが選択された場合、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とを算出し、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出する。
前記ウインドウサイズ決定部は、
前記第3レベルが選択された場合、前記第1参照領域の確率分布と前記第2参照領域の確率分布とを算出し、前記第1参照領域の確率分布と前記第2参照領域の確率分布とに基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する。
異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第1参照領域と第2参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、前記第1領域と前記第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズを比較結果に基づいて決定するウインドウサイズ決定部を備える。
前記ウインドウサイズ決定部は、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とを算出し、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出する。
第1画像の中の領域である第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の逆累積分布を算出し、第2画像の中の領域である第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の逆累積分布を算出する逆累積分布算出部と、
前記第1領域の逆累積分布において基準の累積確率に対応する信号強度と、前記第2領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と、に基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する差分算出部と、を備える。
前記第1画像と前記第2画像は、互いに異なる時刻の同じ場所が映っている画像であり、
前記第1領域は、前記第1画像においてウインドウに囲われた領域であり、
前記第2領域は、前記第2画像において前記第1画像における位置と同じ位置のウインドウに囲われた領域である。
異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第1参照領域と第2参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、前記第1領域と前記第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズを比較結果に基づいて決定するウインドウサイズ決定部を備える。
前記ウインドウサイズ決定部は、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とを算出し、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出する。
第1画像の中の領域である第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の順累積分布を算出し、第2画像の中の領域である第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の順累積分布を算出する順累積分布算出部と、
前記第1領域の順累積分布において基準の累積確率に対応する信号強度と、前記第2領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と、に基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する差分算出部としてコンピュータを機能させる。
前記第1画像と前記第2画像は、互いに異なる時刻の同じ場所が映っている画像であり、
前記第1領域は、前記第1画像においてウインドウに囲われた領域であり、
前記第2領域は、前記第2画像において前記第1画像における位置と同じ位置のウインドウに囲われた領域である。
前記第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の逆累積分布を算出し、前記第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の逆累積分布を算出する逆累積分布算出部と、
信号強度のレベルである第1レベルと前記第1レベルより高い第2レベルとの一方を選択するレベル選択部としてコンピュータを機能させる。
前記差分算出部は、前記第1レベルが選択された場合に前記第1領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と前記第2領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度の差を前記第1領域と前記第2領域との差分として算出し、前記第2レベルが選択された場合に前記第1領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と前記第2領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度の差を前記第1領域と前記第2領域との差分として算出する。
前記第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を示す前記第1領域の確率分布を算出し、前記第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を示す前記第2領域の確率分布を算出する確率分布算出部としてコンピュータを機能させる。
前記レベル選択部は、前記第1レベルと、前記第2レベルと、前記第1レベルより高く前記第2レベルより低い第3レベルとのいずれかを選択する。
前記差分算出部は、前記第3レベルが選択された場合に前記第1領域の確率分布と前記第2領域の確率分布とに基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する。
異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第1参照領域と第2参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、前記第1領域と前記第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズを比較結果に基づいて決定するウインドウサイズ決定部としてコンピュータを機能させる。
前記第1レベルが選択された場合、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とを算出し、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出する。
前記ウインドウサイズ決定部は、
前記第2レベルが選択された場合、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とを算出し、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出する。
前記ウインドウサイズ決定部は、
前記第3レベルが選択された場合、前記第1参照領域の確率分布と前記第2参照領域の確率分布とを算出し、前記第1参照領域の確率分布と前記第2参照領域の確率分布とに基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する。
異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第1参照領域と第2参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、前記第1領域と前記第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズを比較結果に基づいて決定するウインドウサイズ決定部としてコンピュータを機能させる。
前記ウインドウサイズ決定部は、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とを算出し、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出する。
第1画像の中の領域である第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の逆累積分布を算出し、第2画像の中の領域である第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の逆累積分布を算出する逆累積分布算出部と、
前記第1領域の逆累積分布において基準の累積確率に対応する信号強度と、前記第2領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と、に基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する差分算出部としてコンピュータを機能させる。
前記第1画像と前記第2画像は、互いに異なる時刻の同じ場所が映っている画像であり、
前記第1領域は、前記第1画像においてウインドウに囲われた領域であり、
前記第2領域は、前記第2画像において前記第1画像における位置と同じ位置のウインドウに囲われた領域である。
異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第1参照領域と第2参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、前記第1領域と前記第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズを比較結果に基づいて決定するウインドウサイズ決定部としてコンピュータを機能させる。
前記ウインドウサイズ決定部は、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とを算出し、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出する。
順累積分布算出部が、第1画像の中の領域である第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の順累積分布を算出し、第2画像の中の領域である第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の順累積分布を算出し、
差分算出部が、前記第1領域の順累積分布において基準の累積確率に対応する信号強度と、前記第2領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と、に基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する。
前記第1画像と前記第2画像は、互いに異なる時刻の同じ場所が映っている画像であり、
前記第1領域は、前記第1画像においてウインドウに囲われた領域であり、
前記第2領域は、前記第2画像において前記第1画像における位置と同じ位置のウインドウに囲われた領域である。
逆累積分布算出部が、第1画像の中の領域である第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の逆累積分布を算出し、第2画像の中の領域である第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の逆累積分布を算出し、
差分算出部が、前記第1領域の逆累積分布において基準の累積確率に対応する信号強度と、前記第2領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と、に基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する。
前記第1画像と前記第2画像は、互いに異なる時刻の同じ場所が映っている画像であり、
前記第1領域は、前記第1画像においてウインドウに囲われた領域であり、
前記第2領域は、前記第2画像において前記第1画像における位置と同じ位置のウインドウに囲われた領域である。
2枚の画像の差分を算出する形態について、図1から図9に基づいて説明する。
図1に基づいて、画像比較装置100の構成を説明する。
画像比較装置100は、プロセッサ901とメモリ902と補助記憶装置903と入出力インタフェース904といったハードウェアを備えるコンピュータである。これらのハードウェアは、信号線を介して互いに接続されている。
メモリ902は揮発性の記憶装置である。メモリ902は、主記憶装置またはメインメモリとも呼ばれる。例えば、メモリ902はRAM(Random Access Memory)である。メモリ902に記憶されたデータは必要に応じて補助記憶装置903に保存される。
補助記憶装置903は不揮発性の記憶装置である。例えば、補助記憶装置903は、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、またはフラッシュメモリである。補助記憶装置903に記憶されたデータは必要に応じてメモリ902にロードされる。
入出力インタフェース904は入力装置および出力装置が接続されるポートである。例えば、入出力インタフェース904はUSB端子であり、入力装置はキーボードおよびマウスであり、出力装置はディスプレイである。USBはUniversal Serial Busの略称である。
さらに、補助記憶装置903にはOS(Operating System)が記憶されている。OSの少なくとも一部は、メモリ902にロードされて、プロセッサ901によって実行される。
つまり、プロセッサ901は、OSを実行しながら、画像比較プログラムを実行する。
画像比較プログラムを実行して得られるデータは、メモリ902、補助記憶装置903、プロセッサ901内のレジスタまたはプロセッサ901内のキャッシュメモリといった記憶装置に記憶される。
入出力インタフェース904は、入力を受け付ける受付部192として機能する。
画像比較装置100の動作は画像比較方法に相当する。また、画像比較方法の手順は画像比較プログラムの手順に相当する。
記憶部191には、第1画像と第2画像との組が予め記憶されているものとする。
第1画像と第2画像との組は、比較の対象となる2枚の画像である。
具体的には、第1画像と第2画像とのそれぞれには同じ場所が映っている。第1画像には第1時刻における場所が映っており、第2画像には第2時刻における場所が映っている。第1時刻は第2時刻の前の時刻であり、第2時刻は第1時刻の後の時刻である。
例えば、第1画像には被災前の地域が映っていて、第2画像には被災後の地域が映っている。
合成開口レーダ(SAR)、光学カメラおよび赤外線カメラは撮影手段の一例である。 合成開口レーダによって得られた画像をSAR画像といい、光学カメラによって得られた画像を光学画像といい、赤外線カメラによって得られた画像を赤外線画像という。
レベル指定命令は、信号強度レベルを指定する命令である。
まず、利用者は、第1レベルと第2レベルと第3レベルとのいずれかを選択する。
第1レベルは第3レベルより低く、第2レベルは第3レベルより高い。第3レベルは、第1レベルより高く第2レベルより低い。
つまり、第1レベルは信号強度「弱」を意味し、第2レベルは信号強度「強」を意味し、第3レベルは信号強度「中」を意味する。
画像において各画素の信号強度は被写体に応じて異なる。信号強度は画素値に相当する。例えば、SAR画像において、水面が映った画素は地面が映った画素より暗い。つまり、水面が映った画素の信号強度は地面が映った画素の信号強度より弱い。また、建物が映った画素は地面が映った画素より明るい。つまり、建物が映った画素の信号強度は地面が映った画素の信号強度より強い。
そこで、利用者は、状態の変化を確認したい被写体に応じて第1レベル、第2レベルまたは第3レベルを選択する。例えば、被災前後のSAR画像を比較して水害の状況を確認したい場合、利用者は、信号強度「弱」、すなわち、第1レベルを選択する。建物の損壊状況を確認したい場合、利用者は、信号強度「強」、すなわち、第2レベルを選択する。また、地面の状態変化を確認したい場合、利用者は、信号強度「弱」、すなわち、第1レベルを選択する。
そして、受付部192は、入力されたレベル指定命令を受け付ける。
ウインドウは、各画像の中の領域を囲う枠である。
ウインドウの大きさは、予め決められている。
1回目のステップS120において、制御部110は、第1画像201と第2画像202とのそれぞれの左上をウインドウ203の位置に決定する。
2回目以降の各ステップS120において、制御部110は、ウインドウ203を決められた方向にずらすことによって、ウインドウ203の位置を決定する。
第1画像の中の領域であってウインドウに囲われた領域を第1領域という。
第2画像の中の領域であってウインドウに囲われた領域を第2領域という。
第1領域の確率分布は、第1領域における各信号強度の確率を示す。
第2領域の確率分布は、第2領域における各信号強度の確率を示す。
ヒストグラム211は、第1領域の確率分布を示すグラフである。
ヒストグラム212は、第2領域の確率分布を示すグラフである。
ヒストグラム211およびヒストグラム212において、横軸は信号強度を示し、縦軸は確率を示す。確率は頻度ともいう。
ステップS140において、レベル選択部120は、第1レベルと第2レベルと第3レベルとのいずれかを選択する。
具体的には、レベル選択部120は、レベル信号命令によって指定された信号強度レベルを選択する。
第1レベルが選択された場合、処理はステップS141に進む。
第2レベルが選択された場合、処理はステップS143に進む。
第3レベルが選択された場合、処理はステップS145に進む。
第1領域の順累積分布は、第1領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である。
累積密度関数は、累積分布関数ともいう。
第2領域の順累積分布は、第2領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である。
累積確率グラフ221は、第1領域の順累積分布を示すグラフである。
累積確率グラフ222は、第2領域の順累積分布を示すグラフである。
累積確率グラフ221および累積確率グラフ222において、横軸は信号強度を示し、縦軸は累積確率を示す。
累積確率は、各信号強度の確率を累積して得られる値である。
ステップS142において、差分算出部140は、第1領域の順累積分布と第2領域の順累積分布とに基づいて、第1領域と第2領域との差分を算出する。
記憶部191は、算出された差分を記憶する。
まず、差分算出部140は、第1領域の順累積分布から基準の累積確率に対応する信号強度を取得する。取得される信号強度を第1比較強度という。
次に、差分算出部140は、第2領域の順累積分布から基準の累積確率に対応する信号強度を取得する。取得される信号強度を第2比較強度という。
そして、差分算出部140は、第1比較強度と第2比較強度との差を算出する。算出される差が第1領域と第2領域との差分である。
基準の累積確率が0.3である場合、信号強度Xと信号強度Yとの差が差分223である。信号強度Xは累積確率グラフ221において0.3に対応し、信号強度Yは累積確率グラフ222において0.3に対応する。
ステップS143において、逆累積分布算出部132は、第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて、第1領域の逆累積分布を算出する。
第1領域の逆累積分布は、第1領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である。
逆累積密度関数は、逆累積分布関数ともいう。
第2領域の逆累積分布は、第2領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である。
逆累積確率グラフ231は、第1領域の逆累積分布を示すグラフである。
逆累積確率グラフ232は、第2領域の逆累積分布を示すグラフである。
逆累積確率グラフ231および逆累積確率グラフ232において、横軸は信号強度を示し、縦軸は累積確率を示す。
ステップS144において、差分算出部140は、第1領域の逆累積分布と第2領域の逆累積分布とに基づいて、第1領域と第2領域との差分を算出する。
記憶部191は、算出された差分を記憶する。
まず、差分算出部140は、第1領域の逆累積分布から基準の累積確率に対応する信号強度を取得する。取得される信号強度を第1比較強度という。
次に、差分算出部140は、第2領域の逆累積分布から基準の累積確率に対応する信号強度を取得する。取得される信号強度を第2比較強度という。
そして、差分算出部140は、第1比較強度と第2比較強度との差を算出する。算出される差が第1領域と第2領域との差分である。
基準の累積確率が0.3である場合、信号強度Xと信号強度Yとの差が差分233である。信号強度Xは逆累積確率グラフ231において0.3に対応し、信号強度Yは逆累積確率グラフ232において0.3に対応する。
ステップS145において、差分算出部140は、第1領域の確率分布と第2領域の確率分布とに基づいて、第1領域と第2領域との差分を算出する。
まず、差分算出部140は、第1領域の確率分布における確率の平均値またはモード(最頻値)を算出する。算出される平均値またはモードを第1統計値という。
次に、差分算出部140は、第2領域の確率分布における確率の平均値またはモードを算出する。算出される平均値またはモードを第2統計値という。
そして、差分算出部140は、第1統計値と第2統計値との差を算出する。算出される差が第1領域と第2領域との差分である。
差分213は、信号強度Xと信号強度Yとの差である。
信号強度Xは、ヒストグラム211(第1領域の確率分布)におけるモードである。
信号強度Yは、ヒストグラム212(第2領域の確率分布)におけるモードである。
ステップS150において、制御部110は、第1画像および第2画像におけるウインドウの位置が各画像における最終位置であるか判定する。
具体的には、制御部110は、ウインドウ203(図3参照)の位置が第1画像201と第2画像202とのそれぞれの右下であるか判定する。
ウインドウの位置が各画像における最終位置である場合、処理は終了する。
ウインドウの位置が各画像における最終位置でない場合、処理はステップS120に進む。
ウインドウが小さい場合、図10に示すように、ヒストグラム211とヒストグラム212とのそれぞれの揺らぎが大きい。そのため、ヒストグラム211とヒストグラム212との差を算出することは困難である。つまり、2枚の画像の差分を算出することは困難である。
画像比較装置100は、累積分布を利用することによって、ヒストグラム211とヒストグラム212とのそれぞれの揺らぎを低減する(図5および図7参照)。
そのため、画像比較装置100は、ウインドウが小さくても2枚の画像の差分を算出することができる(図6および図8参照)。
例えば、図11に示すように弱レベルだけ、または、図12に示すように強レベルだけ、ヒストグラム211とヒストグラム212とに差が生じる。
特定の信号強度レベルだけでヒストグラムが変化する場合、被災前後の変化を高い感度で検出することができない。また、信号強度レベルによってヒストグラムの変化が異なる場合、平均値またはモードを用いて被災前後の変化を検出することができない。
累積密度関数は、ヒストグラムの左から、つまり、弱い信号強度から確率を積分する。そのため、累積密度関数によって得られるグラフは単調増加するスムーズな曲線となる。そして、累積密度関数を利用することにより、弱い信号強度(第1レベル)の差分を高い精度で得ることができる。累積密度関数は、高周波成分を欠損するローパスフィルタと異なり、全ての信号を活用する。そのため、得られる差分の精度は高い。
逆累積密度関数は、ヒストグラムの右から、つまり、強い信号強度から確率を積分する。そのため、逆累積密度関数によって得られるグラフは単調減少するスムーズな曲線となる。そして、逆累積密度関数を利用することにより、強い信号強度(第2レベル)の差分を高い精度で抽出することができる。逆累積密度関数は、低周波成分を欠損するハイパスフィルタと異なり、全ての信号を活用する。そのため、得られる差分の精度は高い。
利用者は、複数の信号強度レベルを指定してもよい。複数の信号強度レベルが指定された場合、画像比較装置100は、各信号強度レベルについて差分を算出する。
また、1つまたは複数の信号強度レベルが予め決められていてもよい。その場合、画像比較装置100は、予め決められた各信号強度レベルについて差分を算出する。
適切なウインドウサイズを決定する形態について、主に実施の形態1と異なる点を図13から図15に基づいて説明する。
図13に基づいて、画像比較装置100の構成を説明する。
画像比較装置100は、さらに、ウインドウサイズ決定部150を備える。
画像比較プログラムは、さらに、ウインドウサイズ決定部150としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
但し、ウインドウサイズ決定部150は、専用回路のようなハードウェアで実現されてもよい。
図14に基づいて、画像比較方法を説明する。
ステップS110は実施の形態1(図2参照)で説明した通りである。
ステップS110の後、ステップS200が実行される。
基準のウインドウサイズは、第1領域と第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズである。
ウインドウサイズ決定部150は、異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の第1参照領域と第2参照画像の中の第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、比較結果に基づいて基準のウインドウサイズを決定する。
第1参照領域は、第1参照画像の中の領域であって、あるウインドウサイズを有する領域である。
第2参照領域は、第2参照画像の中の領域であって、あるウインドウサイズを有する領域である。
第1参照画像は、第1画像または第1画像に対応するサンプル画像である。例えば、第1画像に対応するサンプル画像は、被災前の地域の状態を表すシミュレーション画像である。
第2参照画像は、第2画像または第2画像に対応するサンプル画像である。例えば、第2画像に対応するサンプル画像は、被災後の地域の状態を表すシミュレーション画像である。
ステップS120以降の処理は、実施の形態1(図2参照)で説明した通りである。
ステップS200で決定された基準のウインドウサイズは、ステップS120でウインドウのサイズとして使用される。
ステップS210において、ウインドウサイズ決定部150は、ウインドウサイズを初期化する。
具体的には、ウインドウサイズ決定部150は、ウインドウサイズに最大値を設定する。例えば、ウインドウサイズ決定部150は、第1参照画像および第2参照画像のサイズをウインドウサイズに設定する。
ウインドウの大きさは、ウインドウサイズによって定まる。
ウインドウサイズ決定部150は、ウインドウの位置を任意に決定してもよい。例えば、ウインドウサイズ決定部150は、ウインドウの位置をランダムに決定してもよい。
第2参照画像の中の領域であってウインドウに囲われた領域が第2参照領域である。
第1参照領域の確率分布は、第1参照領域における各信号強度の確率を示す。
第2参照領域の確率分布は、第2参照領域における各信号強度の確率を示す。
具体的には、ウインドウサイズ決定部150は、ステップS110(図14参照)で受け付けられたレベル信号命令によって指定された信号強度レベルを選択する。
第1レベルが選択された場合、処理はステップS241に進む。
第2レベルが選択された場合、処理はステップS243に進む。
第3レベルが選択された場合、処理はステップS245に進む。
第1参照領域の順累積分布は、第1参照領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である。
具体的には、ウインドウサイズ決定部150は、第1参照領域の確率分布を入力にして累積密度関数を計算する。これにより、第1参照領域の順累積分布が算出される。
第2参照領域の順累積分布は、第2参照領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である。
具体的には、ウインドウサイズ決定部150は、第2参照領域の確率分布を入力にして累積密度関数を計算する。これにより、第2参照領域の順累積分布が算出される。
まず、ウインドウサイズ決定部150は、第1参照領域の順累積分布から基準の累積確率に対応する信号強度を取得する。取得される信号強度を第1比較強度という。
次に、ウインドウサイズ決定部150は、第2参照領域の順累積分布から基準の累積確率に対応する信号強度を取得する。取得される信号強度を第2比較強度という。
そして、ウインドウサイズ決定部150は、第1比較強度と第2比較強度との差を算出する。算出される差が第1参照領域と第2参照領域との差分である。
第1参照領域の逆累積分布は、第1参照領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である。
具体的には、ウインドウサイズ決定部150は、第1参照領域の確率分布を入力にして逆累積密度関数を計算する。これにより、第1参照領域の逆累積分布が算出される。
第2参照領域の逆累積分布は、第2参照領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である。
具体的には、ウインドウサイズ決定部150は、第2参照領域の確率分布を入力にして逆累積密度関数を計算する。これにより、第2参照領域の逆累積分布が算出される。
まず、ウインドウサイズ決定部150は、第1参照領域の逆累積分布から基準の累積確率に対応する信号強度を取得する。取得される信号強度を第1比較強度という。
次に、ウインドウサイズ決定部150は、第2参照領域の逆累積分布から基準の累積確率に対応する信号強度を取得する。取得される信号強度を第2比較強度という。
そして、ウインドウサイズ決定部150は、第1比較強度と第2比較強度との差を算出する。算出される差が第1参照領域と第2参照領域との差分である。
まず、ウインドウサイズ決定部150は、第1参照領域の確率分布における確率の平均値またはモード(最頻値)を算出する。算出される平均値またはモードを第1統計値という。
次に、ウインドウサイズ決定部150は、第2参照領域の確率分布における確率の平均値またはモードを算出する。算出される平均値またはモードを第2統計値という。
そして、ウインドウサイズ決定部150は、第1統計値と第2統計値との差を算出する。算出される差が第1参照領域と第2参照領域との差分である。
算出された差分が差分閾値以下である場合、処理は終了する。
算出された差分が差分閾値より大きい場合、処理はステップS251に進む。
ステップS251の後、処理はステップS220に進む。
画像比較装置100は、適切なウインドウサイズを決定することができる。つまり、画像比較装置100は、2枚の画像の差分を算出することが可能な程度に小さいウインドウサイズを決定することができる。
その結果、画像比較装置100は、2枚の画像の差分を正しく算出することができる。
実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本発明の技術的範囲を制限することを意図するものではない。実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。フローチャート等を用いて説明した手順は、適宜に変更してもよい。
Claims (18)
- 第1画像の中の領域である第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の順累積分布を算出し、第2画像の中の領域である第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の順累積分布を算出する順累積分布算出部と、
前記第1領域の順累積分布において基準の累積確率に対応する信号強度と、前記第2領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と、に基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する差分算出部と、
を備え、
前記第1画像と前記第2画像は、互いに異なる時刻の同じ場所が映っている画像であり、
前記第1領域は、前記第1画像においてウインドウに囲われた領域であり、
前記第2領域は、前記第2画像において前記第1画像における位置と同じ位置のウインドウに囲われた領域である
画像比較装置。 - 前記画像比較装置は、
前記第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の逆累積分布を算出し、前記第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の逆累積分布を算出する逆累積分布算出部と、
信号強度のレベルである第1レベルと前記第1レベルより高い第2レベルとの一方を選択するレベル選択部とを備え、
前記差分算出部は、前記第1レベルが選択された場合に前記第1領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と前記第2領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度の差を前記第1領域と前記第2領域との差分として算出し、前記第2レベルが選択された場合に前記第1領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と前記第2領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度の差を前記第1領域と前記第2領域との差分として算出する
請求項1に記載の画像比較装置。 - 前記画像比較装置は、
前記第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を示す前記第1領域の確率分布を算出し、前記第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を示す前記第2領域の確率分布を算出する確率分布算出部を備え、
前記レベル選択部は、前記第1レベルと、前記第2レベルと、前記第1レベルより高く前記第2レベルより低い第3レベルとのいずれかを選択し、
前記差分算出部は、前記第3レベルが選択された場合に前記第1領域の確率分布と前記第2領域の確率分布とに基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する
請求項2に記載の画像比較装置。 - 前記画像比較装置は、
異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第1参照領域と第2参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、前記第1領域と前記第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズを比較結果に基づいて決定するウインドウサイズ決定部を備える
請求項3に記載の画像比較装置。 - 前記ウインドウサイズ決定部は、
前記第1レベルが選択された場合、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とを算出し、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出し、
前記第2レベルが選択された場合、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とを算出し、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出し、
前記第3レベルが選択された場合、前記第1参照領域の確率分布と前記第2参照領域の確率分布とを算出し、前記第1参照領域の確率分布と前記第2参照領域の確率分布とに基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する
請求項4に記載の画像比較装置。 - 前記画像比較装置は、
異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第1参照領域と第2参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、前記第1領域と前記第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズを比較結果に基づいて決定するウインドウサイズ決定部を備え、
前記ウインドウサイズ決定部は、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とを算出し、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出する
請求項1に記載の画像比較装置。 - 第1画像の中の領域である第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の逆累積分布を算出し、第2画像の中の領域である第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の逆累積分布を算出する逆累積分布算出部と、
前記第1領域の逆累積分布において基準の累積確率に対応する信号強度と、前記第2領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と、に基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する差分算出部と、
を備え、
前記第1画像と前記第2画像は、互いに異なる時刻の同じ場所が映っている画像であり、
前記第1領域は、前記第1画像においてウインドウに囲われた領域であり、
前記第2領域は、前記第2画像において前記第1画像における位置と同じ位置のウインドウに囲われた領域である
画像比較装置。 - 前記画像比較装置は、
異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第1参照領域と第2参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、前記第1領域と前記第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズを比較結果に基づいて決定するウインドウサイズ決定部を備え、
前記ウインドウサイズ決定部は、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とを算出し、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出する
請求項7に記載の画像比較装置。 - 第1画像の中の領域である第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の順累積分布を算出し、第2画像の中の領域である第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の順累積分布を算出する順累積分布算出部と、
前記第1領域の順累積分布において基準の累積確率に対応する信号強度と、前記第2領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と、に基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する差分算出部として
コンピュータを機能させるための画像比較プログラムであって、
前記第1画像と前記第2画像は、互いに異なる時刻の同じ場所が映っている画像であり、
前記第1領域は、前記第1画像においてウインドウに囲われた領域であり、
前記第2領域は、前記第2画像において前記第1画像における位置と同じ位置のウインドウに囲われた領域である
画像比較プログラム。 - 前記画像比較プログラムは、
前記第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の逆累積分布を算出し、前記第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の逆累積分布を算出する逆累積分布算出部と、
信号強度のレベルである第1レベルと前記第1レベルより高い第2レベルとの一方を選択するレベル選択部としてコンピュータを機能させ、
前記差分算出部は、前記第1レベルが選択された場合に前記第1領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と前記第2領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度の差を前記第1領域と前記第2領域との差分として算出し、前記第2レベルが選択された場合に前記第1領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と前記第2領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度の差を前記第1領域と前記第2領域との差分として算出する
請求項9に記載の画像比較プログラム。 - 前記画像比較プログラムは、
前記第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を示す前記第1領域の確率分布を算出し、前記第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を示す前記第2領域の確率分布を算出する確率分布算出部としてコンピュータを機能させ、
前記レベル選択部は、前記第1レベルと、前記第2レベルと、前記第1レベルより高く前記第2レベルより低い第3レベルとのいずれかを選択し、
前記差分算出部は、前記第3レベルが選択された場合に前記第1領域の確率分布と前記第2領域の確率分布とに基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する
請求項10に記載の画像比較プログラム。 - 前記画像比較プログラムは、
異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第1参照領域と第2参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、前記第1領域と前記第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズを比較結果に基づいて決定するウインドウサイズ決定部としてコンピュータを機能させる
請求項11に記載の画像比較プログラム。 - 前記ウインドウサイズ決定部は、
前記第1レベルが選択された場合、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とを算出し、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出し、
前記第2レベルが選択された場合、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とを算出し、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出し、
前記第3レベルが選択された場合、前記第1参照領域の確率分布と前記第2参照領域の確率分布とを算出し、前記第1参照領域の確率分布と前記第2参照領域の確率分布とに基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する
請求項12に記載の画像比較プログラム。 - 前記画像比較プログラムは、
異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第1参照領域と第2参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、前記第1領域と前記第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズを比較結果に基づいて決定するウインドウサイズ決定部としてコンピュータを機能させ、
前記ウインドウサイズ決定部は、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とを算出し、前記第1参照領域の順累積分布と前記第2参照領域の順累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出する
請求項9に記載の画像比較プログラム。 - 第1画像の中の領域である第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の逆累積分布を算出し、第2画像の中の領域である第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の逆累積分布を算出する逆累積分布算出部と、
前記第1領域の逆累積分布において基準の累積確率に対応する信号強度と、前記第2領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と、に基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する差分算出部として
コンピュータを機能させる画像比較プログラムであって、
前記第1画像と前記第2画像は、互いに異なる時刻の同じ場所が映っている画像であり、
前記第1領域は、前記第1画像においてウインドウに囲われた領域であり、
前記第2領域は、前記第2画像において前記第1画像における位置と同じ位置のウインドウに囲われた領域である
画像比較プログラム。 - 前記画像比較プログラムは、
異なるウインドウサイズ毎に第1参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第1参照領域と第2参照画像の中の領域であってウインドウサイズを有する領域である第2参照領域との差分を算出し、各差分を差分閾値と比較し、前記第1領域と前記第2領域との共通の大きさとして用いるウインドウサイズを比較結果に基づいて決定するウインドウサイズ決定部としてコンピュータを機能させ、
前記ウインドウサイズ決定部は、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とを算出し、前記第1参照領域の逆累積分布と前記第2参照領域の逆累積分布とに基づいて前記第1参照領域と前記第2参照領域との差分を算出する
請求項15に記載の画像比較プログラム。 - 順累積分布算出部が、第1画像の中の領域である第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の順累積分布を算出し、第2画像の中の領域である第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の昇順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の順累積分布を算出し、
差分算出部が、前記第1領域の順累積分布において基準の累積確率に対応する信号強度と、前記第2領域の順累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と、に基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する画像比較方法であって、
前記第1画像と前記第2画像は、互いに異なる時刻の同じ場所が映っている画像であり、
前記第1領域は、前記第1画像においてウインドウに囲われた領域であり、
前記第2領域は、前記第2画像において前記第1画像における位置と同じ位置のウインドウに囲われた領域である
画像比較方法。 - 逆累積分布算出部が、第1画像の中の領域である第1領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第1領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第1領域の逆累積分布を算出し、第2画像の中の領域である第2領域に含まれる各画素の信号強度に基づいて前記第2領域における各信号強度の確率を信号強度の降順に累積して得られる累積分布である前記第2領域の逆累積分布を算出し、
差分算出部が、前記第1領域の逆累積分布において基準の累積確率に対応する信号強度と、前記第2領域の逆累積分布において前記基準の累積確率に対応する信号強度と、に基づいて前記第1領域と前記第2領域との差分を算出する画像比較方法であって、
前記第1画像と前記第2画像は、互いに異なる時刻の同じ場所が映っている画像であり、
前記第1領域は、前記第1画像においてウインドウに囲われた領域であり、
前記第2領域は、前記第2画像において前記第1画像における位置と同じ位置のウインドウに囲われた領域である
画像比較方法。
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