JP3631409B2

JP3631409B2 - 背景成分を除去する画像処理装置及び画像処理方法

Info

Publication number: JP3631409B2
Application number: JP2000081264A
Authority: JP
Inventors: 宏吉田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: JP2001266115A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば飛翔体の誘導装置に用いられる画像処理装置であって、特に目標物の検出精度を向上させる画像処理装置及びこの画像処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、地対空誘導弾の誘導精度において高い水準が求められてきており、そのため飛翔体の誘導精度を左右する誘導装置での信号処理にも一層のＳ／Ｎ比向上が望まれている。飛翔体の誘導装置は、背景画像も含まれた撮像管からの映像信号から目標物を識別し飛翔体の駆動系に対して適切な制御信号を供給して目標物まで飛翔体を誘導する装置である。このような誘導装置においては、画像処理部において広視野の映像信号の中から目標物である小物体（低輝度、小面積の物体）を確実に抽出する場合、一般的には背景（高輝度、大面積）成分の影響を取り除く必要がある。この背景成分を局所領域的に分解すると、時間的にゆらぐホワイト・ノイズ成分と時間的変動の少ない高輝度成分または大きな形状を有する成分で構成されている。
【０００３】
そこで、高輝度成分又は大きな形状の成分を効率よく取り除き、その残差成分ができるだけホワイトノイズ成分（背景のゆらぎ成分等）のみとする一方、目標物である小物体においては、そのまま除去せずにフィルタ等を通過させることが望ましい。こうすることで、目標物たる小物体の背景に対する検出精度を向上させることが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の誘導装置等に使用される画像処理装置においては、背景成分の除去は小物体の大きさに合せた微分テンプレートのみで行っているが、小物体の検出に重点をおいた処理であるため背景成分の高輝度成分を完全に効率よく取り除くことができない。
【０００５】
従って、目標物の画像を検出するべく画像信号を一定の閾値と比較判断すると、本当の目標物ではなく背景画像の輝度成分やゆらぎ等の成分も一緒に検出されてしまうため目標物の候補が非常に多く検出されてしまい、確実な目標物の検出を行うことができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、画像信号内の目標物候補の有無を判断し、これに基づいて複数のフィルタを異ならせて使用することにより目標物の検出の障害となる背景画像成分を効率的に除去する画像処理装置及びその画像処理方法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】
本発明は、所定領域が連続的に撮像された画像信号を受け、前記画像信号の平滑処理を行い第１平滑処理信号を出力する第１平滑手段；と、前記画像信号を受け、前記画像信号の中央の第１領域については平滑処理を行わず前記第１領域の周辺の第２領域に関して平滑処理を行うことで与えられる第２平滑処理信号を出力する第２平滑手段；と、前記画像信号を連続的に受け、所定時間毎の前記画像信号を比較して所定値以上の変化がないと判断する場合は、前記画像信号から前記第１平滑手段の第１平滑処理信号を減算して出力し、前記所定値以上の変化があると判断する場合は、前記画像信号から前記第２平滑処理手段の前記第２平滑処理信号を減算して出力する出力手段；とを有することを特徴とする画像処理装置である。
【０００８】
本発明によれば、連続的な画像信号の変化を検出し判断して目標物の候補に値する画像を検出したときは、フィルタの中央部の一定領域だけを除いた周囲の領域だけを平滑処理するフィルタにより平滑処理を行う。そしてこのフィルタからの出力信号を入力された画像信号から減算することによって、フィルタ中央部の一定領域内の目標物の画像は残したまま、その周囲の背景画像成分のみを除去することができる。又、入力される画像信号に一定以上の変化がない場合、目標物の画像が存在している可能性のない背景画像であると判断して、入力画像を全体的に平滑処理するフィルタにより平滑処理を行ないこの信号を画像信号から減算することにより、背景画像成分を効率的に除去することができる。従って本発明によれば、画像信号の中に目標物の画像が無いときは非常に効率的に、存在している可能性が高いときでも目標物が存在していると考えられる領域の周囲の画像について背景画像成分を除去することができる。そのため、本発明の画像処理装置からの出力を受けた目標物検出装置（回路）は、一定の閾値を設定するだけで容易に背景画像から目標物の画像を検出することが可能となる。
【０００９】
又本発明は、所定領域が連続的に撮像された画像信号を受け、前記画像信号の平滑処理を行い第１平滑処理信号を出力する第１平滑工程；と、前記画像信号を受け、前記画像信号の中央の第１領域については平滑処理を行わず前記第１領域の周辺の第２領域に関して平滑処理を行うことで与えられる第２平滑処理信号を出力する第２平滑工程；と、前記画像信号を連続的に受け、所定時間毎の前記画像信号を比較して所定値以上の変化がないと判断する場合は、前記画像信号から前記第１平滑工程の第１平滑処理信号を減算して出力し、前記所定値以上の変化があると判断する場合は、前記画像信号から前記第２平滑処理工程の前記第２平滑処理信号を減算して出力する出力工程；とを有することを特徴とする画像処理方法である。
【００１０】
この画像処理方法においても上述した画像処理装置と同様の趣旨で、背景画像成分を効率的に除去することができるので、その後、高い検出精度によって目標物の画像信号を検出することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る画像処理装置の一実施の形態を示すブロックダイアグラム、図２は本発明に係る画像処理装置の各平滑フィルタの状態を説明するための説明図である。本発明に係る画像処理装置は、一例として飛翔体の内部に備え付けられる誘導装置の導入部分に設けられるものであり、例えば図示しないＣＣＤカメラ等から供給される原画像信号が供給され、一定の処理の後に処理画像信号を出力するものである。図１において、原画像信号が入力される３×３平滑フィルタ１１と、これに並行して設けられる５×５額縁平滑フィルタ１２と、各フィルタからの出力が接続されるスイッチ素子１４と、その出力が接続される減算器１３とを有している。図２において、３×３平滑フィルタ１１は９個の白部分の素子の平均値を算出するものであり、５×５額縁平滑フィルタ１２は領域ａ_０から領域ａ_１５の１６個の素子の平均値を算出するものである。更にこのスイッチ素子１４を制御する制御信号を供給する制御処理部１５と、この制御処理部１５に、判断処理のための原画像信号を供給するための画像メモリ部１６とを有している。
【００１３】
次にこのような構成をもつ本発明に係る画像処理装置の一実施の形態の動作について、以下に図面とフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００１４】
例えばＣＣＤカメラ等から供給される原画像信号は、一例として図３に示す２次元データを垂直方向から見たグラフのような値を示すものである。このとき、このグラフでは検出するべき目標物の候補となる小物体の画像データが濃度の２つの山としてそれぞれ表れているものの、輝度やゆらぎ成分である背景領域の画像の画像濃度が高い値として広がっていることが判る。
【００１５】
このような原画像信号から、背景画像の画像信号に対して小物体の画像信号を検出し抽出する処理は困難となり、高い検出精度を得ることができなかった。
【００１６】
本発明はこのような原画像信号を画像処理し、図４に示すように背景画像成分を除去して小物体の画像情報だけの画像信号として出力するものである。
【００１７】
図５に示すフローチャートにおいて、原画像信号は連続的に画像メモリ部１６に供給され格納される。制御処理部１５は必要に応じて画像メモリ部１６に格納された画像信号の複数フレームを読み出し、フレーム間での画像信号の領域での変化を検出する（Ｓ１１）。この変化は領域毎の濃度変化であっても良いし、濃度変化領域が一定速度で移動していることを検出しても良く、様々な形態の変化を検出することでその画像を目標物の候補と判断することが可能である。
【００１８】
検出された変化が一定値以上の大きさをもっていない場合、制御処理部１５はその領域を目標物の候補ではないと判断する（Ｓ１５）。その場合は制御処理部１５から例えば制御信号“０”がスイッチ素子１４に出力されて、３×３の平滑フィルタ１１が選択される（Ｓ１６）。この時このフィルタ１１の出力信号である原画像信号は３×３の局所領域の輝度平均値が減算器１３へと出力され、その結果、原画像信号からこの輝度平均値が減算されることとなる。これにより、背景画像成分は原画像信号から図４に示すように除去される。
【００１９】
又更にステップＳ１２において、検出された変化が一定の値以上であると制御処理部１５において判断がなされたら、その領域の画像を目標物の候補として判断する（Ｓ１３）。そして制御処理部１５は、例えば制御信号“１”がスイッチ素子１４に出力されて、５×５の額縁平滑フィルタ１２が選択される（Ｓ１４）。この時このフィルタ１４の出力信号である原画像信号は、領域ａ_０〜領域ａ_１５の平均値が減算されるのでこのため背景画像成分は除去されるが、これと同時に、図２が示す３×３の白部分の領域については平滑処理は行われないので、白部分の領域に存在している対象物の画像信号が除去されることはなくそのままの濃度値で出力されることになる。従って対象物が存在している場合の原画像信号についても適切な背景画像成分の除去を行うことができる。
【００２０】
このような制御処理部１５の動作制御によって、目標物の候補の有無に応じて連続的に二つ（又はそれ以上）のフィルタを適切に選択しフィルタ処理を進めることで、集束時には、図２に示すように目標物である小物体の画像濃度を確保しつつ背景画像成分を除去することができる。このように本発明に係る画像処理装置によって、図３が示すような原画像信号を図４が示すような処理画像信号へと変換処理することにより、この処理画像信号は例えば図示しない検出回路によって一定の閾値と比較処理することで容易に目標物たる小物体の画像を検出することが可能となる。
【００２１】
又、これらの実施形態の記載は、本発明の製造・使用をこの技術分野の当業者に容易にするものであり、これらの様々な変形例が発明的な飛躍なしに当業者により可能である。例えば上述した説明では３×３，５×５の二つのフィルタが示されたが、フィルタの種類はこれに限定されるものではなく、目標物の画像が平滑処理されずそれ以外の背景画像成分が除去される形でのフィルタであれば、どのようなものでも同等の作用効果を有するものである。更に目標物の候補の決定条件も上述した事項に限定されるものではなく、与えられた連続的な画像信号に基づいて様々な方法が当業者により可能であり、これらは本発明の範囲にあることは言うまでもない。このように本発明は、記載された実施形態に限定されるものではなく、この原理と新規な特徴に対応した広い範囲での形態に応じるものである。
【００２２】
【発明の効果】
以上、本発明の画像処理装置及び画像処理方法によれば、目標物の画像の検出の障害となる背景画像成分を除去するために、目標物候補の画像を含む画像に対しては中央に非処理領域をもつフィルタを用いて目標物候補の画像を除去することなく、目標物候補の画像を含まない画像に対しては全面的な画像の除去を行って目標物の検出の障害となる背景画像成分を除去するという選択的なフィルタ処理を行うことによって、目標物以外の画像信号を確実に除去することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像処理装置の一実施の形態を示すブロックダイアグラム。
【図２】本発明に係る画像処理装置の各平滑フィルタの状態を説明するための説明図。
【図３】本発明に係る画像処理装置の平滑処理を行う前の背景成分が存在する画像信号の濃度分布を示すグラフ。
【図４】本発明に係る画像処理装置により背景成分が除去された場合の画像信号の濃度分布を示すグラフ。
【図５】本発明に係る画像処理装置の処理動作の概要を説明するフローチャート。
【符号の説明】
１１ … 平滑フィルタ
１２ … 額縁平滑フィルタ
１３ … 減算素子
１４ … スイッチ素子
１５ … 制御処理部
１６ … 画像メモリ部

Claims

所定領域が連続的に撮像された画像信号を受け、前記画像信号の平滑処理を行い第１平滑処理信号を出力する第１平滑手段；と、
前記画像信号を受け、前記画像信号の中央の第１領域については平滑処理を行わず前記第１領域の周辺の第２領域に関して平滑処理を行うことで与えられる第２平滑処理信号を出力する第２平滑手段；と、
前記画像信号を連続的に受け、所定時間毎の前記画像信号を比較して所定値以上の変化がないと判断する場合は、前記画像信号から前記第１平滑手段の第１平滑処理信号を減算して出力し、前記所定値以上の変化があると判断する場合は、前記画像信号から前記第２平滑処理手段の前記第２平滑処理信号を減算して出力する出力手段；とを有することを特徴とする画像処理装置。
所定領域が連続的に撮像された画像信号を受け、前記画像信号の平滑処理を行い第１平滑処理信号を出力する第１平滑手段；と、
前記画像信号を受け、前記画像信号の中央の第１領域については平滑処理を行わず前記第１領域の周辺の第２領域に関して平滑処理を行うことで与えられる第２平滑処理信号を出力する第２平滑手段；と、
前記第１及び第２平滑手段から第１及び第２平滑処理信号を受け、与えられる制御信号に応じてその一方を選択して出力する選択手段；と、
前記画像信号と前記選択手段からの出力とをそれぞれ受け、前記画像信号から前記前記選択手段の出力を減算した出力信号を供給する減算手段；と、
前記画像信号を連続的に受け、所定時間毎の前記画像信号を比較して検出した変化に基づいて、現在処理している画像に目標物の候補が含まれないと判断する場合は前記選択手段が前記第１平滑処理信号を前記減算手段へ出力し、目標物の候補が含まれると判断する場合は前記選択手段が前記第２平滑処理信号を前記減算手段へ出力するように、前記制御信号を前記選択手段に供給して制御する制御手段；と
を有することを特徴とする画像処理装置。
所定領域が連続的に撮像された画像信号を受け、前記画像信号の平滑処理を行い第１平滑処理信号を出力する第１平滑工程；と、
前記画像信号を受け、前記画像信号の中央の第１領域については平滑処理を行わず前記第１領域の周辺の第２領域に関して平滑処理を行うことで与えられる第２平滑処理信号を出力する第２平滑工程；と、
前記画像信号を連続的に受け、所定時間毎の前記画像信号を比較して所定値以上の変化がないと判断する場合は、前記画像信号から前記第１平滑工程の第１平滑処理信号を減算して出力し、前記所定値以上の変化があると判断する場合は、前記画像信号から前記第２平滑処理工程の前記第２平滑処理信号を減算して出力する出力工程；とを有することを特徴とする画像処理方法。
所定領域が連続的に撮像された画像信号を受け、前記画像信号の平滑処理を行い第１平滑処理信号を出力する第１平滑工程；と、
前記画像信号を受け、前記画像信号の中央の第１領域については平滑処理を行わず前記第１領域の周辺の第２領域に関して平滑処理を行うことで与えられる第２平滑処理信号を出力する第２平滑工程；と、
前記画像信号を連続的に受け、所定時間毎の前記画像信号を比較して検出した変化に基づいて、現在処理している画像に目標物の候補が含まれるか否かを判断する判断工程；と、
前記判断工程が現在処理している画像に目標物の候補が含まれないと判断した場合は、前記第１平滑工程から出力された前記第１平滑信号を出力し、現在処理している画像に目標物の候補が含まれると判断した場合は、前記第２平滑工程から出力された前記第２平滑信号を選択的に出力する選択出力工程；と、
前記選択出力工程からの出力を受け、前記画像信号からこの出力を減算してその出力信号を供給する供給工程；と、
を有することを特徴とする画像処理方法。