JP5741447B2 - 画像生成装置、画像生成方法、画像生成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、艦船などの目標物を撮影した赤外線画像から目標物の検出用に処理された画像を生成する画像処理装置に関する。

航空機等による海難捜索や海難救助においては、パイロットは、海上の波間に浮かぶ人や救難ボートを救難信号等のビーコンによる電波信号を利用した捜索（探索）や、低空で捜索海域を飛行しながらの目視による捜索や、赤外線カメラの画像に基づく捜索などを行う。
特に、夜間や悪天候下の場合、晴天、昼間の捜索に比べて視認性や視界が悪くなるため、海面に浮遊している遭難者や艦船内の人物および艦船等の目標対象を、肉眼により発見することや、赤外線カメラにより探知可能な画像として撮影したりすることが困難となる。
このため、人命救助にかかる場面で人物発見までに時間がかかってしまうことにより生存確率が低くなってしまったり、捜索対象発見の遅れにより他国の艦船や不審者等の侵入を許してまったりといった不都合が生じ得る。

これに対して、撮影された赤外線画像におけるコントラスト改善を行うことにより、捜索者が目標対象を早期に識別・発見するための視界支援情報（画像）を生成することにより、探索者による視界探索を有効に支援する画像情報処理技術や画像識別支援技術などが開示されている。

例えば、冷却機能を省くことで小型化して、ノイズに対するＳ／Ｎ比を大幅に向上させた非冷却赤外線センサによって赤外線画像を撮像する赤外線カメラ、この赤外線カメラを利用した画像処理システムなどが知られている。

また、この関連技術として、航空機や飛翔体に小型化した非冷却赤外線カメラを搭載して赤外線画像を撮影し、得られた赤外線画像を処理して、赤外線画像から目標対象を抽出・識別して表示する赤外線画像処理システムが開示されている（特許文献1）。

この特許文献１では、目標物およびこの目標物の背景から入射する赤外線を互いに直交する平面偏光に分離し、２受光素子を二次元配列した画像センサで赤外線を受光し、電気信号量に変換して出力した各々の画像信号の間で、２次元座標の同一の座標位置にある電気信号量の差分をとって求めた偏光差分画像信号を出力する。

また、２次元座標の同一の座標位置にある電気信号量を加算して求めた輝度画像信号を出力する偏光画像撮像装置と、目標と背景とを組にした組み合わせと、目標物とその背景とが分離可能な偏光差分画像信号の閾値とを予め対応させて記憶する閾値データベースとの組み合わせにより、閾値との比較に基づいて偏光差分画像信号の電気信号量を二値化した二値化画像信号を出力する。
さらに、２次元座標の同一の座標位置にある、二値化画像信号の二値化後の値と輝度画像信号の電気信号量とを乗算して得られる画像により目標物の候補を抽出している。

特許文献１に記載の発明では、海面上に浮かぶ浮遊物、船舶、空域での飛翔体や低空域の視認性の低い障害物などの目標を抽出する際、一般に目標対象物とその背景とに温度差があることを利用し、赤外線センサの前にＰ波、Ｓ波に分離する面偏向受光素子で構成される光学系を搭載し、適切な撮像画像の輝度演算処理部を搭載して所定の温度（輝度）以上の個所が目標対象であるとして目標対象を抽出する赤外線画像処理が行われている。

特開２００７−３２２３７４号公報 特願２００９−１９６９２６号公報 特願２００９−２５４３５０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の発明では、赤外線センサの前にＰ波、Ｓ波に分離する光学系が大規模な構成となるため小型化が困難となる不都合がある。
また、太陽光などにより背景が部分的に熱せられることにより、目標物とその背景との温度差が微小となった場合や、水面上での波しぶきによるノイズなどが多い場合に、赤外線センサで撮像された赤外線撮像画像には背景ノイズが多くなるため、光学系に依存して目標対象と背景とのコントラストがとれず、目標物を正しく認識・捕捉することが困難となり、このため、目標対象物（目標物）の誤認識や見逃しが発生するといった不都合があった。

また、撮像領域内の海上などで、悪天候による白波が発生したり、ヘリコプターのホバリングによる人工的な波しぶきなどが発生したりする場合、赤外線撮像画像に映る目標対象物は白波で埋もれることにより、目標物の形状が変化して見えるため、この赤外線撮像画像に基づいて画像識別により目標対象識別を行った場合に、目標物の見逃しや誤った目標対象を選択（スクリーニング）してしまうといった不都合が生じ得る。

［発明の目的］
本発明は、上記関連技術の有する不都合を改善し、目標物が撮影された赤外線画像に基づき目標物を確実に識別し得る画像を生成する画像生成装置、画像生成方法、画像生成プログラムを提供することを、その目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像生成装置は、目標物を含む撮影対象からの赤外光を集光すると共に当該集光された赤外光から特定の波長帯域を取得する光学部と、前記光学部により取得された波長に基づき前記撮像対象の温度に対応した赤外線画像を生成する非冷却赤外線イメージセンサと、前記赤外線画像の輝度値に対する演算処理を行うことにより演算処理画像を生成する画像処理部とを備えた画像生成装置であって、前記画像処理部は、異なる画素数の複数の重み付けフィルタ画像それぞれのフィルタ係数と前記赤外線画像における対応する位置の輝度値とをたたみ込み演算することにより前記各重み付けフィルタに対応した異なる複数の重み付け平均画像を生成すると共に、前記異なる重み付け平均化画像間の画素の輝度差を前記赤外線画像の対応する画素の輝度値にそれぞれ加算することにより解像感度変換画像を生成する解像感度変換手段と、前記解像感度変換画像を形成する各画素の輝度値の出現頻度を示す輝度ヒストグラムを生成する輝度ヒストグラム演算手段と、前記解像感度変換画像の濃淡範囲を予め設定された拡大範囲に設定すると共に前記輝度ヒストグラムにおける出現頻度が最大となる輝度値である最頻輝度値を前記拡大範囲の中間の値に中間輝度値として設定し、前記解像感度変換画像の各輝度値を前記拡大範囲および中間輝度置に対応させて線形的にシフトすることにより輝度シフト画像を生成する輝度レベル調整手段と、前記輝度シフト画像の輝度レベルの明暗を反転した反転シフト画像を生成すると共にこの反転シフト画像と前記輝度シフト画像それぞれの対応画素における輝度値の違いに基づく演算処理を行うことにより前記演算処理画像を生成する輝度演算処理手段とを備え、前記輝度演算処理手段は、前記輝度シフト画像および反転シフト画像それぞれの輝度レベル平均値を算出すると共に、前記輝度レベル平均値に基づき前記輝度シフト画像および反転シフト画像の一方の画像を高輝度側画像に、他方の画像を低輝度側画像にそれぞれ設定する輝度差画像設定機能と、前記高輝度側画像における各画素の輝度値から前記低輝度側画像の対応する位置の各画素の輝度値を減算する頻度値減算処理を前記演算処理として実行し前記演算処理画像を生成する減算処理機能とを含むことを特徴としている。

また、本発明にかかる画像生成方法は、目標物を含む撮影対象からの赤外光を集光すると共に当該赤外光から前記撮像対象の温度に基づき赤外線画像を生成する非冷却赤外線イメージセンサと、前記赤外線画像の輝度値に対する演算処理を行う画像処理部とを備えた画像生成装置にあって、前記赤外線画像から前記演算処理画像を生成する画像生成方法であって、複数の異なる画素数の重み付けフィルタそれぞれのフィルタ係数と前記赤外線画像における対応する位置の輝度値とをたたみ込み演算することにより前記各重み付けフィルタに対応した重み付け平均画像を生成し、前記重み付け平均化画像間の画素の輝度差を前記赤外線画像の対応する画素の輝度値にそれぞれ加算することにより解像感度変換画像を生成し、前記解像感度変換画像を形成する各画素の輝度値の出現頻度を示す輝度ヒストグラムを生成し、前記輝度ヒストグラムにおける出現頻度が最大となる輝度値である最頻輝度値を前記解像感度変換画像における輝度レンジ幅の中間値に中間輝度値として設定し、前記解像感度変換画像の濃淡範囲を予め設定された拡大範囲へと拡大すると共に前記解像感度変換画像における前記最頻輝度値以外の各輝度値を前記中間輝度値および前記拡大範囲の上下限値の対比関係が維持された値へと線形的にシフトすることにより輝度シフト画像を生成し、前記輝度シフト画像の輝度レベルの明暗を反転した反転シフト画像を生成すると共にこの反転シフト画像と前記輝度シフト画像それぞれの対応画素における輝度値の違いに基づき、前記輝度シフト画像および反転シフト画像それぞれの輝度レベル平均値を算出すると共に、前記輝度レベル平均値に基づき前記輝度シフト画像および反転シフト画像の一方の画像を高輝度側画像に、他方の画像を低輝度側画像にそれぞれ設定し、前記高輝度側画像における各画素の輝度値から前記低輝度側画像の対応する位置の各画素の輝度値を減算する演算処理を行うことにより前記演算処理画像を生成することを特徴としている。

又、本発明にかかる画像生成プログラムは、目標物を含む撮影対象からの赤外光を集光すると共に当該赤外光から前記撮像対象の温度に基づき赤外線画像を生成する非冷却赤外線イメージセンサと、前記赤外線画像の輝度値に対する演算処理を行う画像処理部とを備えた画像生成装置にあって、前記赤外線画像から前記演算処理画像を生成する画像生成プログラムであって、複数の異なる画素数の重み付けフィルタそれぞれのフィルタ係数と前記赤外線画像における対応する位置の輝度値とをたたみ込み演算することにより前記各重み付けフィルタに対応した重み付け平均画像を生成し、前記重み付け平均化画像間の画素の輝度差を前記赤外線画像の対応する画素の輝度値にそれぞれ加算することにより解像感度変換画像を生成する解像感度変換機能と、前記解像感度変換画像を形成する各画素の輝度値の出現頻度を示す輝度ヒストグラムを生成する輝度ヒストグラム演算機能と、前記解像感度変換画像の濃淡範囲を予め設定された拡大範囲に設定すると共に前記輝度ヒストグラムにおける出現頻度が最大となる輝度値である最頻輝度値を前記拡大範囲の中間の値に中間輝度値として設定し、前記解像感度変換画像の各輝度値を前記拡大範囲および中間輝度置に対応させて線形的にシフトすることにより輝度シフト画像を生成する輝度レベル調整機能と、前記輝度シフト画像の輝度レベルの明暗を反転した反転シフト画像を生成すると共にこの反転シフト画像と前記輝度シフト画像それぞれの対応画素における輝度値の違いに基づき、前記輝度シフト画像および反転シフト画像それぞれの輝度レベル平均値を算出すると共に、前記輝度レベル平均値に基づき前記輝度シフト画像および反転シフト画像の一方の画像を高輝度側画像に、他方の画像を低輝度側画像にそれぞれ設定し、前記高輝度側画像における各画素の輝度値から前記低輝度側画像の対応する位置の各画素の輝度値を減算する演算処理を行うことにより前記演算処理画像を生成する輝度演算処理機能とをコンピュータに実行させることを特徴としている。

本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、異なる複数の重み付けフィルタ画像と赤外線画像とをたたみ込み演算することにより生成した異なる重み付け平均化画像間の輝度差を赤外線画像の輝度値に加算することにより解像感度変換画像を生成する手段と、解像感度変換画像の最頻輝度値を拡大範囲の中間値に中間輝度値として設定し、中間輝度値および拡大範囲に対応させて解像感度変換画像の各輝度値を線形的にシフトした輝度シフト画像を生成する手段と、輝度シフト画像とこれを反転した反転シフト画像と対応画素における輝度値の違いに基づく演算処理を行うことにより演算処理画像を生成する手段を備えた構成としたことにより、目標物が撮影された赤外線画像に基づき目標物が有効に強調表示された画像を生成する画像生成装置、画像生成方法、画像生成プログラムを提供することができる。

本発明による画像生成装置における一実施形態を示す概略ブロック図である。 図１に開示した画像生成装置における画像処理部の内部構成の一例を示す概略ブロック図、およびその動作処理ステップを示すフローチャートである。 図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図１に開示した画像生成装置における重み付けフィルタを示す説明図である。 図４（ａ）は、図１に開示した画像生成装置における赤外線画像の一例を示す説明図であり、図４（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それぞれ、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に対応して生成された平均化画像の一例を示す説明図であり、図４（ｅ）は、赤外線画像および平均化画像に基づき生成された赤外線画像感度変換画像の一例を示す説明図である。 図５（ａ）は、図１に開示した画像生成装置における赤外線画像感度変換画像の模式的説明図であり、図５（ｂ）は、赤外線画像感度変換画像の輝度シフト画像およびその反転シフト画像の輝度プロファイルを示す説明図であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）の画像に対する減算処理結果である減算処理画像の輝度プロファイルを示す説明図である。 図１に開示した画像生成装置における赤外線画像感度変換画像の１フレームデータの輝度ヒストグラムを示す説明図である。 図１に開示した画像生成装置における赤外線画像感度変換画像の各画素の輝度を線形シフトした輝度シフト画像の輝度ヒストグラムを示す説明図である。 図８（ａ）は、図１に開示した画像生成装置における赤外線画像感度変換画像の1フレームデータの模式的説明図であり、図８（ｂ）は、赤外線画像感度変換画像の輝度シフト画像およびその反転シフト画像の輝度プロファイルを示す説明図であり、図８（ｃ）は、図８（ｂ）の画像に対する除算処理結果である除算処理画像の輝度プロファイルを示す説明図である。 図１に開示した画像生成装置に係る海面浮遊物を撮像した赤外線画像感度変換画像の一例を示す説明図である。 図９に開示した赤外線画像感度変換画像の輝度ヒストグラムの一例を示す説明図である。 図１に開示した画像生成装置における、図９に開示した赤外線画像感度変換画像について除算処理を実行することにより得られた除算処理画像の一例を示す説明図である。 図１に開示した画像生成装置における、図１１に開示した除算処理画像の輝度ヒストグラムの一例を示す説明図である。 図１に開示した画像生成装置における、図９に開示した赤外線画像感度変換画像について減算処理を実行することにより得られた減算処理画像の一例を示す説明図である。 図１に開示した画像生成装置で処理された画像（図１１、１３）に対して二値化処理を実行することにより得られた二値化処理画像の一例を示す説明図である。

［実施形態］
次に、本発明の実施形態について、その基本的構成内容を説明する。

本実施形態である画像識別支援装置（画像生成装置）１００は、図１に示すように、赤外光を集光する遠赤外線集光ドーム１（以下「集光ドーム」という）と、集光された赤外光を予め設定された集光レンズを介して受光する光学部２と、この光学部２を介して得られた波長に基づいて撮像対象物の温度に対応した熱画像（赤外線画像）を生成する非冷却赤外線イメージセンサ部（非冷却赤外線イメージセンサ）３と、この非冷却赤外線イメージセンサ部３で生成された赤外線画像に対して画像処理を行い、この赤外線画像における背景領域に対して目標対象コントラストを高める処理を行うことにより画像中の目標対象が強調表示された演算処理画像を生成する画像処理部４と、生成された画像を出力表示する画像表示部５を備えた構成となっている。

以下、これを詳説する。
赤外光を集光する集光ドーム１は、集光した赤外線を光学部２に導く集光レンズと備えている。
光学部２は、予め設定された所望の波長帯域を検波し透過するフィルタリングを行う光学フィルタを含み構成されるものとする。

冷却赤外線イメージセンサ部３は、光学部２の光学フィルタを通過した赤外線に応じた熱量を示す赤外線画像を生成する。ここで、生成された赤外線画像は、当該赤外線画像に含まれるフレーム毎に画像処理部４内で処理されるものとする。

画像処理部４は、図３（ａ），（ｂ），および（ｃ）に示すように、赤外線画像の異なるサイズの重み付けフィルタ（重み付けフィルタ画像）で赤外線画像の各フレームの平均化画像を作成し、各々の平均値画像の差分としての差画像を赤外線画像に加算して赤外線解像感度変換画像を生成する解像感度変換部６と、生成された赤外線解像感度変換画像に含まれる、画像処理対象となる領域としての各フレームの輝度ヒストグラムを計算し、出現頻度が最も高い輝度レベルを最頻値の輝度レベルとして算出するヒストグラム演算部７と、ヒストグラムの最頻値の輝度レベルを表示階調数の中間値になるように、赤外線解像感度変換画像の各フレームの輝度値を線形変換して輝度シフト画像を生成する輝度シフト演算部８と、この輝度シフト画像に基づいて、輝度レベルを反転させた反転シフト画像を生成する反転画像処理部９と、反転シフト画像と輝度シフト画像とに基づいて、相互に対応する画素における輝度の除算処理または減算処理を行う輝度演算処理部１０を有する。

また、画像処理部４は、ゲイン係数に基づき上記除算処理または減算処理された画像から中間処理画像（除算処理画像、減算処理画像）を生成し、この中間処理画像内の輝度情報に適切なフィルタリングを行う特徴検出部１１と、中間処理画像１のコントラストを向上させる処理を行うコントラスト拡張部１２と、このコントラスト向上処理が行われた画像に対して一定の輝度レベルを閾値とした２値化処理を施すことにより背景に対する目標対象物が強調表示された画像を生成する二値化処理部１３から構成される。

解像感度変換部６は、非冷却赤外線センサ部３から送り込まれた赤外線画像を受信する原画像受信機能と、この赤外線画像（原画像）の画像処理対象となる領域である各フレーム（フレームデータ）６ａを単位として、各フレームデータに含まれる各画素の輝度レベルを検知する輝度レベル検知機能を有する。
尚、上記フレームデータ６ａに含まれる各画素の輝度レベルは、非冷却赤外線センサ部３が有する赤外線センサの画素単位に検出される熱源の温度に比例した画像の輝度レベルの信号を示すものとする。

また、解像感度変換部６は、赤外線画像に対し、サイズの異なる重み付けフィルタを用いて重み付け平均化処理を行い、これにより重み付け平均化画像を生成する平均化画像生成機能と、得られた複数の重み付け平均化画像の差分画像を作成すると共にこの差分画像の輝度値を原画像である赤外線画像の輝度値に加算することにより赤外線解像感度変換画像７ａを生成する赤外線解像感度変換画像生成機能を有する。
ここで、解像感度変換部６は、平均化画像生成機能の実行にあたって、以下に示す［式１］に基づき、サイズの異なる重み付けフィルタ画像（図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す）それぞれに設定されたフィルタ係数を、赤外線画像６ａ内の対応する位置アドレスの輝度値に対して畳み込み演算を行う重み付け平均化処理機能を有する。
これにより、解像感度変換部６は、予め設定した重み付けフィルタ画像それぞれに対応した、異なる複数の平均化画像（図４（ｂ），（ｃ），（ｄ））を生成する。

［式１］

尚、重み付けフィルタ画像のフィルタ係数であるＷ_Ｎは、フィルタ画像中のすべての係数が同一でなくてもよい。また、このフィルタ係数は、処理中心画素位置からの距離に応じた重み付けや、エッジの様な高周波数領域を強調するために、処理中心画素位置により大きな重み付けが行われた設定であってもよい。

更に、解像感度変換部６は、得られた異なる重み付け平均化画像間の差分画像を作成すると共に、以下に示す［式２］に基づき、この差分画像における輝度値を、赤外線画像（フレームデータ６ａ）の対応する画素の輝度値に加算する処理を行う。これにより、赤外線解像感度変換画像７ａを生成する。
これにより、生成された赤外線解像感度変換画像においては、赤外線画像に比して、目標物の解像感度が改善される。

尚、ここでは、赤外線解像感度変換画像７ａの各画素の輝度値をＡ’［ｘ，ｙ］、フレームデータ６ａの各画素の輝度値をＡ［ｘ，ｙ］、差分画像における各画素の輝度差を（Ｇ_ｎ[ｘ，ｙ]−Ｇ_ｎ−1[ｘ，ｙ]）とする。
また、差分画像の作成時に算出された輝度差がマイナスになる場合、差分情報を失わないため、輝度のダイナミックレンジの中間値となるＫ（２５６階調の場合１２８）を加算するものとする。

［式２］
Ａ’［ｘ，ｙ］=Ａ［ｘ，ｙ］＋Σ｛Ｇ_ｎ[ｘ，ｙ]−Ｇ_ｎ−1[ｘ，ｙ]＋Ｋ｝

ヒストグラム演算部７は、解像感度変換部６による解像感度変換によって画像化された赤外線解像感度変換画像６ｂを受信する解像感度変換画像受信機能と、赤外線解像感度変換画像６ｂの各フレーム（フレームデータ）を単位として、赤外線解像感度変換画像に含まれる各画素の輝度レベルを検知する輝度レベル検知機能を有する。

また、ヒストグラム演算部７は、検知した輝度レベルに基づき、赤外線解像感度変換画像の各フレームにおける輝度レベルと出現頻度との関係を表すヒストグラム（輝度ヒストグラム）を生成するヒストグラム生成機能を備えている。
更に、ヒストグラム演算部７は、各フレームにおける輝度値のうちの出現頻度が最大となる輝度レベル値としての最頻値（最頻輝度値：輝度ヒストグラムの最頻値）を抽出する最大頻度値抽出機能を備えている。

輝度シフト演算部（輝度レベル調整部）８は、ヒストグラム演算部７で抽出された輝度レベルの頻度情報の最頻値を持つ画素の輝度レベルを輝度レンジ幅の中間値に（中間輝度値として）設定すると共に、フレームデータ（６ｂ）中の各輝度値を、中間輝度値との対比関係を維持した状態で、線形的にシフトする処理を行うことにより輝度シフト画像を生成する輝度シフト画像生成機能を備えている。

例えば、輝度シフト演算部８は、赤外線センサ画像（赤外線画像）の輝度レベルが２５６階調である場合、解像感度変換処理後に生成されたフレームデータ７ａのヒストグラム（図６）における最頻値の輝度レベルを、図７に示すように、中間値である１２８（中間輝度値）に設定し、これを基準としてフレーム内の他の輝度レベルを線形にシフト変換することにより、輝度シフト画像８ａを生成する。
尚、最大輝度２５５を超えるものは２５５、最小輝度０以下になる輝度レベルは、０として計算するものとする。

また、輝度シフト演算部８は、生成した輝度シフト画像８ａを複製コピーして、画像処理部４内に予め設定された輝度シフト画像記憶部に格納すると共に、反転画像処理部９および輝度演算処理部１０それぞれ対して送信する輝度シフト画像転送機能を有する。

反転画像処理部９は、輝度シフト画像８ａを撮像メモリ内に保持すると共に、この輝度シフト画像８ａの階調を反転（例えば、白黒反転）させた反転シフト画像を生成する反転画像生成機能を備えている。

輝度演算処理部１０は、反転画像部８から送り込まれた反転シフト画像９ａを受信し、輝度シフト画像記憶部に記憶された輝度シフト画像８ａおよび反転シフト画像９ａそれぞれのフレーム内輝度平均値を各々算出する。
ここで、輝度演算処理部１０は、輝度シフト画像８ａおよび反転シフト画像９ａ両画像のうち輝度平均の大きい方の画像を大輝度画像、輝度平均の小さい方の画像を小輝度画像にそれぞれ設定する輝度平均値算出設定機能を有する。

また、輝度演算処理部１０は、以下に示す［式３］に基づき、輝度シフト画像８ａおよび反転シフト画像９ａそれぞれに対応する位置アドレスの輝度値について、輝度平均の大きい方の画像の輝度値を輝度平均の小さい方の画像の輝度値で除算する処理（除算処理）を行う輝度値除算処理機能を有する。
ここで、輝度演算処理部１０は、当該除算処理を行う場合には、演算結果の中間値レベルと同じになるように、演算結果に対してゲインＫ（例えばK=１２８）を掛けるものとする。

［式３］
Ｉｄ（ｘ，ｙ） ＝ Ｋ × （ Ａ（ｘ，ｙ） ／ Ｂ（ｘ，ｙ） ）

また、輝度演算処理部１０は、Ｉｄ（ｘ，ｙ）からなる、画像中における目標対象のコントラストが強調された除算処理画像I（１０ａ）を生成すると共に、この除算処理画像１０ａを特徴検出部１１に対して送出する。

更に、輝度演算処理部１０は、輝度シフト画像８ａおよび反転シフト画像９ａそれぞれに対応する位置アドレスの輝度値について、以下に示す［式４］に基づいて、輝度平均の大きい方の画像の輝度値から輝度平均の小さい方の画像の輝度値を減算する処理を行う設定であってもよい（輝度値減算処理機能）。
尚、輝度演算処理部１０は、この減算処理を行う場合には、各位置アドレスにおける演算結果である中間値レベルが同等となるように、絶対値内の減算結果に対してゲイン値(例えばＫ＝１２８)を加えるものとする。

［式４］
Ｉｓ（ｘ，ｙ） ＝ ｜ Ａ（ｘ，ｙ） − Ｂ（ｘ，ｙ） ｜ ＋ Ｋ

これにより、輝度演算処理部１０は、算出されたＩｓ（ｘ，ｙ）からなる減算処理画像ＩＩ（１０ａ’）を生成すると共に、この減算処理画像１０ａ’を特徴検出部１１に対して送出する。

尚、輝度演算処理部１０内での除算処理又は減算処理のどちらの処理を実行するかの選択は、目標対象の背景に対する輝度差が大きくなる方の演算を採用することが望ましいが、最終結果で得られる画像を比較することにより選択する設定であってもよい。

特徴検出部１１は、輝度演算処理部１０から送り込まれた除算処理画像１０ａ（または減算処理画像１０ａ’）に対して、画像中における予め設定された輝度頻度より少ない輝度領域（画素）を除去するフィルタリング処理を行うことによりフィルタリング画像１１aを生成するフィルタリング処理機能を備えている。これにより、画像（フィルタリング画像１１ａ）中における最頻値近辺の輝度を相対的に増大させることができる。

コントラスト拡張部１２は、フィルタリング画像１１ａの予め設定された輝度値以上の領域（「輝度領域」という）を選択すると共に、選択された輝度の最頻値に基づいて、この最頻値近辺が最大となるように輝度領域の輝度レンジを線形的に拡張することによってコントラストを拡大したコントラスト拡張画像１２aを生成するコントラスト拡張処理機能を備えている。

二値化処理部１３は、コントラスト拡張画像１２ａの各画素の輝度に対して予め設定された閾値処理を行うことにより二値化画像１３ａを生成する二値化処理機能を有する。
また、二値化処理部１３は、画像表示部５に出力された二値化画像１３ａから目標対象を抽出すると共に、目標対象の画像強調表示を行う設定としてもよい。
尚、上記画像強調表示の手法として、二値化処理部１３は、例えば、抽出した目標対象に対応して設定されたマークを二値化画像１３ａ内の目標対象に重畳して表示する設定としてもよい。

以上のように、本実施形態では、非冷却赤外線センサ部３により撮像された赤外線画像（原画像）の解像感度を改善することにより生成した赤外線解像感度変換画像の輝度分布の最頻度の輝度レベルを輝度のダイナミックレンジの中間値に合わせた輝度シフト画像とその反転シフト画像を作成し、その両画像の同一画素位置での輝度レベルの除算、または減算処理を行うことにより得られる減算処理画像１０’を、フィルタリング処理やコントラスト拡張することにより、原画像中の輝度分布の大半を占める背景の輝度変異を抑制し、背景に対する目標対象の輝度差を拡大することができる。

これにより、画像識別支援装置１００は、非冷却赤外線センサにより撮像された画像の解像感度およびコントラストが改善された画像を生成することができ、この画像を、例えば、海難救助などで人や救難ボートなど波間の浮遊物の探索用に利用することができる。
更に、画像識別支援装置１００は、上記画像の生成過程で、赤外線画像内の目標対象と白波などの背景ノイズとを分離し、更には、背景ノイズを軽減することを可能とし、これにより、目標対象の画像コントラストを向上させることができるため、浮遊物、船舶などの目標対象を有効に抽出可能とし、これにより、画像識別支援装置１００の利用者は、より確実且つ容易に画像内における目標物の識別することができる。

［実施形態の動作説明］
次に、本実施形態の動作について、その概略を説明する。
まず、画像処理部４の解像感度変換部６が、撮影された赤外線画像内に含まれる画素の輝度値に対して、複数のサイズの異なる重み付け平滑化フィルタ（図３（ａ），（ｂ），（ｃ））を利用してたたみ込み演算を行うことにより、異なる複数の重み付け平均化画像をそれぞれ作成すると共に、この重み付け平均化画像間の差分画像（図４（ｂ），（ｃ），（ｄ））を生成し、この差分画像を赤外線画像に対して加算する処理を行うことにより赤外線解像感度変換画像を生成する（解像感度変換処理工程）。
次に、ヒストグラム演算部７が、赤外線解像感度変換画像内に含まれる画素の輝度値の出現頻度を示す輝度ヒストグラムを生成し（輝度ヒストグラム演算工程）、次いで、輝度シフト演算部８が、解像感度変換画像の濃淡範囲を予め設定された拡大範囲（輝度レンジ幅）に設定すると共に輝度ヒストグラムにおける出現頻度が最大となる輝度値である最頻輝度値を拡大範囲の中間輝度値として設定し、解像感度変換画像における各輝度値を、中間輝度値および拡大範囲との対比関係を維持しつつ、拡大範囲に対応させて線形的にシフトした輝度シフト画像を生成する（輝度レベル調整工程）。
次いで、反転画像処理部９が、輝度シフト画像の輝度レベルを反転した反転シフト画像を生成し（反転シフト画像生成工程）、輝度演算処理部１０が、輝度シフト画像および反転シフト画像それぞれの対応位置における輝度値の違いに基づく演算処理を行うことにより演算処理画像を生成する（輝度演算処理工程）。

ここで、上記、解像感度変換処理工程、輝度ヒストグラム演算工程、輝度レベル調整工程、反転シフト画像生成工程、および輝度演算処理工程については、その実行内容をプログラム化し、コンピュータに実行させるように構成してもよい。

次に、画像識別支援装置１００の画像処理部４による目標対象を抽出する処理動作について、図２に基づき詳説する。

まず、画像処理部４では、解像感度変換部６が、非冷却赤外線センサ部３により画像化された赤外線画像６ａを受信し、赤外線画像６ａの各フレーム（フレームデータ）を単位として、そこに含まれる各画素の輝度レベルを検知する。
尚、赤外線画像６ａの輝度レベルは、非冷却赤外線センサ部３が有する赤外線センサの画素単位に検出される熱源の温度に比例した輝度レベルを示すものとする。
次いで、解像感度変換部６は、赤外線画像の各フレーム内に含まれる画素の輝度値を複数のサイズの異なる重み付け平滑化フィルタで各々のフィルタサイズに応じた不鮮明な複数の重み付け平均化画像を作成する。

ここで、解像感度変換部６で行う当該重み付け平均化処理は、以下の［式１］に示すように、赤外線画像６ａの対応する位置アドレス（画素）の輝度値に対して、予め設定された、サイズの異なる複数の重み付けフィルタＷ_N（重み付け（平滑化）フィルタ画像：図３（ａ），（ｂ），（ｃ））によるたたみ込み演算処理を行うことにより、重み付け平均化処理を行い、各重み付けフィルタ画像に対応した平均化画像を生成する。
尚、この平均化画像は、以下に示す式１の輝度値Ｇ_ｎ（ｘ，ｙ）からなる。ここで、（ｘ，ｙ）は画素の位置（位置アドレス）を示すものとする。

［式１］

尚、重み付けフィルタＷ_Nは、図３に示すように、画素すべての係数が同一である必要はなく、また、処理中心画素位置からの距離に応じた重み付けや、画像エッジのような高周波数領域を強調するために、処理中心画素位置に対してより大きな重み付けがなされたものであってもよい。

ここで、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれフィルタサイズＮ＝３，Ｎ＝５，およびＮ＝７の重み付けフィルタを示し、図４（ｂ），（ｃ），および（ｄ）はそれぞれ、対応するフィルタサイズで平均化処理された平均化画像を示す。
ここで、この平均化画像は、上記平均化により、元の赤外線画像に比してフィルタサイズに応じた高周波成分が段階的に除かれた不鮮明画像となる。

次いで、解像感度変換部６は、上述のように、複数の異なる重み付け平均化画像の差分画像を作成された場合に、以下に示す［式２］に基づき、元の赤外線画像６ａ（Ａ（ｘ，ｙ））に対して、この差分画像の輝度値を加算する処理を行うことにより、赤外線解像感度変換画像６ｂ（Ａ’（ｘ，ｙ））を生成し、この赤外線解像感度変換画像６ｂをヒストグラム演算部７に送信する。

［式２］
Ａ’（ｘ，ｙ）＝Ａ（ｘ，ｙ）＋Σ｛Ｇ_ｎ（ｘ，ｙ）−Ｇ_ｎ−１（ｘ，ｙ）＋Ｋ｝

具体的には、解像感度変換部６は、図４（ｂ）から図４（ｃ）を減算した画像と、図４（ｃ）から図４（ｄ）を減算した差画像を設定し、この差画像の輝度値を、元の赤外線画像（図４（ａ））の各輝度値に対してそれぞれ加算するものとする。

尚、上記式２に示すように、異なるサイズフィルタの差画像作成時に輝度差がマイナスになる場合の差分情報が失われないように、輝度のダイナミックレンジの中間値となるＫ（２５６階調の場合１２８とする）を予め加えておくものとする。
ここで、図４（ｅ）に、冷却赤外線センサのフレームデータを画像化した赤外線画像（図４（ａ））に対して、［式２］に基づく演算処理を行うことにより、解像感度が改善された赤外線解像感度変換画像６ｂを示す。

次に、ヒストグラム演算部（輝度ヒストグラム演算部）７は、赤外線解像感度変換画像の各フレーム（フレームデータ）を単位として、そこに含まれる各画素の輝度レベルを検知する。
ここで、海面を航行する船舶を非冷却赤外線センサ部３により撮像された画像（赤外線画像）の解像感度が変換された赤外線解像度変換画像を図９に示す。

次いで、ヒストグラム演算部７は、撮像された各フレームのフレーム番号に対応させて、各フレームにおける輝度レベルと出現頻度との関係を表すヒストグラム（図４）を生成する。
また、ヒストグラム演算部７は、各フレームのヒストグラム最大頻度の輝度レベル値である最輝値（最頻輝度値）７ｂと、生成した赤外線解像感度変換画像の処理対象であるフレームデータ７ａを、輝度シフト演算部８に転送する（ステップＳ２）。

次に、輝度シフト演算部８は、赤外線解像感度変換画像の濃淡範囲を予め設定された輝度表示レンジ（拡大範囲）に設定すると共に、赤外線解像感度変換画像の各フレームデータ７ａに対応した輝度ヒストグラムの最頻値７ｂの輝度レベルを、輝度表示レンジ（拡大範囲）の中間値（中間輝度値）として設定する。
ここで、輝度シフト演算部８は、赤外線解像感度変換画像の各輝度値を、この中間輝度置に対応させて線形的にシフト変換することにより、輝度シフト画像を生成する処理を行う。

具体的には、輝度シフト演算部８は、赤外線解像感度変換画像の濃淡範囲を拡大設定された輝度表示レンジ（拡大範囲）が２５６階調である場合、生成されたフレームデータ６ａのヒストグラム（図４）における最頻値の輝度レベルを、図５に示すように、中間値である１２８に設定し、これを基準としてフレームデータ７ａ内の輝度レベルを、予め設定された輝度表示レンジに対応させて線形にシフト（変換）することにより、輝度シフト画像８ａを生成する。
これにより、フレームデータ７ａの輝度レベルは、拡大範囲の上限および下限レベルと中間輝度値との対比関係が維持される値（輝度レベル）へと変換される。
尚、シフトされた輝度レベルが、最大輝度２５５を超えるものは２５５、最小輝度０以下になった場合は０として算出するものとする。

また、輝度シフト演算部８は、生成した輝度シフト画像８ａを複製し、この輝度シフト画像８ａを反転画像処理部９および輝度演算処理部１０それぞれ対して送信する（ステップＳ３）。

次いで、反転画像処理部９は、輝度シフト画像８ａの階調を反転（例えば、白黒反転）させた反転シフト画像９ａを生成し、輝度演算処理部１０に送出する（ステップＳ４）。

次に、輝度演算処理部１０は、反転画像部８から送り込まれた反転シフト画像９ａを受信し、輝度シフト画像記憶部に記憶された輝度シフト画像８ａと反転シフト画像９ａそれぞれのフレーム内輝度平均値を各々算出する。
ここで、両画像（輝度シフト画像８ａと反転シフト画像９ａ）のうち輝度平均の大きい方の画像をＡ（ｘ，ｙ）、その一方の画像をＢ（ｘ，ｙ）として設定する。尚、（ｘ，ｙ）はフレーム内の画素の位置アドレスを示すものとする。

（除算処理）
ここで、輝度演算処理部１０は、以下の［式３］に示すように、輝度シフト画像８ａおよび反転シフト画像９ａそれぞれに対応する位置アドレスの輝度値について、輝度平均の大きい方の画像の輝度値を輝度平均の小さい方の画像の輝度値で除算する処理を行う。
尚、輝度演算処理部１０は、この除算処理を行う場合には、演算結果の中間値レベルと同等となるように、演算結果に対して予め設定されたゲインＫ（例えばK=１２８）を掛ける（乗算する）ものとする。

［式３］
Ｉｄ（ｘ，ｙ） ＝ Ｋ × （ Ａ（ｘ，ｙ） ／ Ｂ（ｘ，ｙ） ）

これにより、輝度演算処理部１０は、Ｉｄ（ｘ，ｙ）からなる、画像中における目標対象のコントラストが強調された除算処理画像Ｉ（１０ａ）を生成する。

（減算処理）
尚、輝度演算処理部１０は、上記除算処理に代えて、輝度シフト画像８ａおよび反転シフト画像９ａそれぞれに対応する位置アドレスの輝度値について、以下の［式４］に示すように、輝度平均の大きい方の画像の輝度値から輝度平均の小さい方の画像の輝度値を減算する処理を行う設定としてもよい。
また、輝度演算処理部１０が減算処理を行う場合には、各位置アドレスにおける演算結果である中間値レベルが同等となるように、演算結果に対して予め設定されたゲイン値(例えばＫ＝１２８)を加えるものとする。

［式４］
Ｉｓ（ｘ，ｙ） ＝ ｜ Ａ（ｘ，ｙ） − Ｂ（ｘ，ｙ） ｜ ＋ Ｋ

これにより、輝度演算処理部１０は、Ｉｓ（ｘ，ｙ）からなる、画像中における目標対象のコントラストが強調された減算処理画像ＩＩ（１０ａ’）を生成する。

尚、輝度演算処理部１０における、輝度シフト画像８ａおよび反転シフト画像９ａにおける輝度値の除算処理または減算処理のどちらの処理を実行するかの選択は、目標対象の背景に対する輝度差が大きくなる方の演算を採用することが望ましいが、最終結果で得られる演算処理画像を比較することにより選択する設定であってもよい。

次いで、輝度演算処理部１０は、生成された除算処理画像１０ａまたは減算処理画像１０ａ’を特徴検出部１１に入力する（ステップＳ５）。
ここで、輝度演算処理部１０は、生成された除算処理画像１０ａまたは減算処理画像１０ａ’を、赤外線解像感度変換画像における背景画像と目標対象における輝度に一定以上の輝度差がある場合には、スルー画像として画像表示部５に送出する設定としてもよい。
この場合、画像表示部５には、除算処理画像１０ａまたは減算処理画像１０ａ’が演算処理画像として表示される。

ここで、輝度演算処理部１０による画像中における目標対象のコントラスト強調する処理の内容について説明する。ここでは、赤外線解像感度変換画像のフレームデータ７ａを模式的に示した図５（ａ）および図８（ａ）に基づき説明する。

また、図５（ｂ）の５０１は、図５（ａ）における目標対象５ａを通るＸ方向の輝度プロファイルであり、図５（ｂ）の５０２は、輝度シフト画像８ａの輝度を反転させた反転シフト画像９ａ中の目標対象５ａを通過する輝度プロファイルを示すものとする。
更に、図８（ｂ）についても同様に、図８（ｂ）の８０１は、図８（ａ）における目標対象５ａを通るＸ方向の輝度プロファイルであり、図８（ｃ）の８０２は、輝度シフト画像８ａの輝度を反転させた反転シフト画像９ａ中の目標対象５ａを通過する輝度プロファイルを示している。

まず、輝度演算処理部１０で、上述のように、除算処理が実行される場合について詳説する。
ここでは、輝度シフト画像８ａおよび反転シフト画像９ａ中における輝度頻度の大多数を占める背景領域５ｂ（図５（ａ））の輝度値、つまり、表示階調数が２５６階調のとき輝度レベルの最頻度となるその中間値（中間輝度値：輝度レベル１２８）付近では、輝度シフト画像８ａと反転シフト画像９ａともに１２８近傍となるため、輝度演算処理部１０が輝度の除算処理を実行すると、処理結果である除算処理画像（１０ａ）の対応する輝度レベルである各商は1近傍の値となる。

また、輝度差が極めて小さく、算出された商に対しては、式３に示すように、ゲインＫ(例えばK=１２８)を掛ける計算を行うため、背景の画素数の多い領域（５ｂ：図５（ａ））では、除算による輝度レベルが変化せず、階調の中間値に近い輝度値または中間値近傍で輝度差の少ない領域に対して顕著となる。

一方、目標対象付近での輝度シフト画像８ａの輝度値と、反転シフト画像９ａにおける対応するアドレス位置（ｘ，ｙ）にある画素位置の商は１以上となり、ゲイン１２８をかけることにより、輝度の差異はより拡大する。
このため、図５（ｃ）の輝度プロファイル５０３に示すように、背景領域の輝度変異は抑制され、目標対象と背景領域との輝度差が大きくなる。
これにより、画像中における背景領域に対する目標対象のコントラストが拡大されるため目標対象の抽出が容易になる。

ここで、図９の赤外線解像度変換画像に対する、輝度シフト画像８ａおよび反転シフト画像９ａにおける輝度値の除算処理結果である除算処理画像１０ａの一例を、図１１に示す。また、図１２に、図１１の除算処理画像１０ａの輝度ヒストグラムを示す。

次に、輝度演算処理部１０で、減算処理が実行される場合について詳説する。
ここでは、輝度シフト画像８ａおよび反転シフト画像９ａの画像中における輝度頻度の大多数を占める背景領域５ｂ（図８（ａ））では、輝度シフト画像８ａと反転シフト画像９ａとの輝度差は、上記［式４］に基づく計算により、きわめて小さな輝度レベルである０近傍の値として算出される。

また、減算処理の処理結果である減算処理画像１０ａ’中の目標対象近傍の輝度差は、図８（ｃ）の輝度プロファイル８０３に示すように、拡大される。
この画像での背景領域の輝度はゲインＫ（例えばＫ=１２８）が加算されることで、輝度シフト画像８ａと同等の（ほぼ変わらない）輝度レベルとなるが、目標対象付近の輝度レベルの差異が拡大しているため、コントラストが改善され（強調され）、目標対象の視認性が大きく向上する。

ここで、図９の赤外線解像度変換画像に対して、上述のように、減算処理を行った場合の減算処理画像１０ａ’を、図１３に示す。
尚、この図１３では、目標物である船舶のコントラストが有効に強調され、図９に比して、波間の浮遊物の視認性が大幅に向上していることが示されている。

以上のように、輝度ヒストグラムで最頻度を占める背景領域（海面）の輝度レベルを、階調数の中間輝度値（１２８）に設定すると共に、背面領域以外の画素の輝度レベルをこの中間輝度値に基づき線形的に変換することにより、赤外線画像の輝度分布の輝度レンジ幅を有効に拡大することができ、これにより、図１３に示すように、目標物である船舶のコントラストが有効に強調され、輝度演算処理実行前の赤外線解像感度変換画像（図９）に比して、船舶の視認性が大幅に向上していることが示されている。

尚、本実施形態では、輝度演算処理部１０が、赤外線画像の輝度シフト画像８ａおよび反転シフト画像９ａに対して除算処理または減算処理の一方を実行する場合について説明しているが、減算処理では、海面上の白波を消去する効果を有するため、除算処理および減算処理を組み合わせた処理を行うことにより、輝度分布の分布幅をより拡大する処理を行う設定としてもよい。
これにより、処理された画像中における背景と目標対象とのコントラストを拡大し、更には、目標対象となる海面上の航行船舶の視認性をより高めることができる。

次に、特徴検出部１１は、ステップＳ５で輝度演算処理部１０から送り込まれた除算処理画像１０ａ（または減算処理画像１０ａ’）に対して、画像中における予め設定された輝度頻度より少ない輝度領域（画素）を除去するフィルタリング処理を行うことによりフィルタリング画像１１aを生成し、コントラスト拡張部１２に対して送信する（ステップＳ６）。
これにより、画像（フィルタリング画像１１ａ）中における最頻値近辺の輝度が相対的に増大される。

コントラスト拡張部１２は、入力されたフィルタリング画像１１ａの予め設定された輝度値以上の領域（「輝度領域」という）を選択すると共に、選択された輝度の最頻値に基づいて、この最頻値近辺が最大となるように輝度領域の輝度レンジを線形的に拡張することによってコントラストを拡大したコントラスト拡張画像１２aを生成し、二値化処理部１３に対して送出する(ステップＳ７)。

次いで、二値化処理部１３は、コントラスト拡張画像１２ａの各画素の輝度に対して予め設定された閾値処理を行うことにより、図１４に示すように、２値化画像１３ａを生成する（２値化処理）と共に、この２値化画像１３ａを画像表示部５に出力する（ステップＳ８）。

また、二値化処理部１３は、画像表示部５に出力された２値化画像１３ａから目標対象を抽出すると共に、目標対象の強調表示を行う設定としてもよい。
ここで、二値化処理部１３は、上記強調表示の手法として、例えば、抽出した目標対象に対応して設定されたマークを２値化画像１３ａ内の目標対象に重畳して表示するものとする。

以上のように、本実施形態である画像識別支援装置１００では、画像処理対象である画像の中で輝度分布の大半を占める背景領域の輝度変位を有効に抑制することができ、この背景領域の輝度に対する目標対象の輝度値、つまり目標対象の背景領域に対する輝度差が拡大された画像を生成することができる。
また、輝度シフト画像および反転シフト画像に対する除算（減算）処理により、画像内における微小で輝度差が極めて小さいノイズの除去も行うことができ、更には、輝度差拡大の効果が得られる。
このため、高価で複雑な光学系を必要とすることなく、更には、ヒストグラム量子化等の計算負荷の高い処理や、個別のノイズ除去処理を実行する必要なく、迅速で、効果的な画像処理を行うことが可能となる。また、目標と背景の温度差が微小で背景とのコントラストが確保しにくい赤外線画像における目標対象の抽出を可能とし、更には、赤外線画像内に含まれる波間の浮遊物の抽出、白波等の波消しを有効に行うことができる。

上述の実施形態については、その新規な技術的内容の要点をまとめると、以下のようになる。
尚、上記実施形態の一部または全部は、新規な技術として以下のようにまとめられるが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。

（付記１）
目標物を含む撮影対象からの赤外光を集光すると共に当該集光された赤外光から特定の波長帯域を取得する光学部と、前記光学部により取得された波長に基づき前記撮像対象の温度に対応した赤外線画像を生成する非冷却赤外線イメージセンサと、前記赤外線画像の輝度値に対する演算処理を行うことにより演算処理画像を生成する画像処理部とを備えた画像生成装置であって、
前記画像処理部は、
異なる画素数の複数の重み付けフィルタ画像それぞれのフィルタ係数と前記赤外線画像における対応する位置の輝度値とをたたみ込み演算することにより前記各重み付けフィルタに対応した異なる複数の重み付け平均画像を生成すると共に、前記異なる重み付け平均化画像間の画素の輝度差を前記赤外線画像の対応する画素の輝度値にそれぞれ加算することにより解像感度変換画像を生成する解像感度変換手段と、
前記解像感度変換画像を形成する各画素の輝度値の出現頻度を示す輝度ヒストグラムを生成する輝度ヒストグラム演算手段と、
前記解像感度変換画像の濃淡範囲を予め設定された拡大範囲に設定すると共に前記輝度ヒストグラムにおける出現頻度が最大となる輝度値である最頻輝度値を前記拡大範囲の中間の値に中間輝度値として設定し、前記解像感度変換画像の各輝度値を前記拡大範囲および中間輝度置に対応させて線形的にシフトすることにより輝度シフト画像を生成する輝度レベル調整手段と、
前記輝度シフト画像の輝度レベルの明暗を反転した反転シフト画像を生成すると共にこの反転シフト画像と前記輝度シフト画像それぞれの対応画素における輝度値の違いに基づく演算処理を行うことにより前記演算処理画像を生成する輝度演算処理手段とを備えたことを特徴とする画像生成装置。

（付記２）
付記１に記載の画像生成装置において、
前記輝度演算処理手段は、
前記輝度シフト画像および反転シフト画像それぞれの輝度レベル平均値を算出すると共に、前記輝度レベル平均値に基づき前記輝度シフト画像および反転シフト画像の一方の画像を高明度側画像に、他方の画像を低明度側画像にそれぞれ設定する明度差画像設定機能と、
前記高明度側画像における各画素の輝度値から前記低明度側画像の対応する位置の各画素の頻度値を減算する頻度値減算処理を前記演算処理として実行し前記演算処理画像を生成する減算処理機能とを備えたことを特徴とする画像生成装置。

（付記３）
付記１又は２に記載の画像生成装置において、
前記輝度演算処理手段は、
前記輝度シフト画像および反転シフト画像それぞれの輝度レベル平均値を算出すると共に、前記輝度レベル平均値に基づき前記輝度シフト画像および反転シフト画像の一方の画像を高明度側画像に、他方の画像を低明度側画像にそれぞれ設定する明度差画像設定機能と、
前記高明度側画像における各画素の輝度値を前記低明度側画像の対応する位置の各画素の頻度値で除算する頻度値除算処理を前記演算処理として実行し前記演算処理画像を生成する除算処理機能とを備えたことを特徴とする画像生成装置。

（付記４）
付記１又は２に記載の画像生成装置において、
前記画像処理部は、
前記演算処理画像における予め設定された輝度頻度より少ない輝度領域の画素における輝度を除去することによりフィルタリング画像を生成するフィルタリング処理手段と、
前記フィルタリング画像に含まれる輝度値に基づき当該フィルタリング画像のコントラストの拡張処理を行うコントラスト拡張手段と、
前記演算処理画像における一定値以上の輝度レベルの画素を２値化する処理を行う二値化処理手段とを備えたことを特徴とする画像生成装置。

（付記５）
付記２に記載の画像生成装置において、
前記輝度演算処理手段は、
前記輝度シフト画像および反転シフト画像それぞれの輝度レベル平均値を算出すると共に、前記輝度レベル平均値に基づき前記輝度シフト画像および反転シフト画像の一方の画像を高明度側画像に、他方の画像を低明度側画像にそれぞれ設定する明度差画像設定機能と、
前記高明度側画像における各画素の輝度値を前記低明度側画像の対応する位置の各画素の頻度値で除算する頻度値除算処理を前記演算処理として実行し前記演算処理画像を生成する除算処理機能とを備え、
前記画像処理部が、
前記演算処理画像における予め設定された輝度頻度より少ない輝度領域の画素における輝度を除去することによりフィルタリング画像を生成するフィルタリング処理手段と、
前記フィルタリング画像に含まれる輝度値に基づき当該フィルタリング画像のコントラストの拡張処理を行うコントラスト拡張手段と、
前記演算処理画像における一定値以上の輝度レベルの画素を２値化する処理を行う二値化処理手段とを備えたことを特徴とする画像生成装置。

（付記６）
目標物を含む撮影対象からの赤外光を集光すると共に当該赤外光から前記撮像対象の温度に基づき赤外線画像を生成する非冷却赤外線イメージセンサと、前記赤外線画像の輝度値に対する演算処理を行う画像処理部とを備えた画像生成装置にあって、前記赤外線画像から前記演算処理画像を生成する画像生成方法であって、
複数の異なる画素数の重み付けフィルタそれぞれのフィルタ係数と前記赤外線画像における対応する位置の輝度値とをたたみ込み演算することにより前記各重み付けフィルタに対応した重み付け平均画像を生成し、前記重み付け平均化画像間の画素の輝度差を前記赤外線画像の対応する画素の輝度値にそれぞれ加算することにより解像感度変換画像を生成し、
前記解像感度変換画像を形成する各画素の輝度値の出現頻度を示す輝度ヒストグラムを生成し、
前記解像感度変換画像の濃淡範囲を予め設定された拡大範囲に設定し、
前記輝度ヒストグラムにおける出現頻度が最大となる輝度値である最頻輝度値を前記拡大範囲の中間の値に中間輝度値として設定し、
前記中間輝度値および前記拡大範囲に対応させて前記解像感度変換画像の各輝度値を線形的にシフトすることにより輝度シフト画像を生成し、
前記輝度シフト画像の輝度レベルの明暗を反転した反転シフト画像を生成すると共にこの反転シフト画像と前記輝度シフト画像それぞれの対応画素における輝度値の違いに基づく演算処理を行うことにより前記演算処理画像を生成することを特徴とする画像生成方法。

（付記７）
目標物を含む撮影対象からの赤外光を集光すると共に当該赤外光から前記撮像対象の温度に基づき赤外線画像を生成する非冷却赤外線イメージセンサと、前記赤外線画像の輝度値に対する演算処理を行う画像処理部とを備えた画像生成装置にあって、前記赤外線画像から前記演算処理画像を生成する画像生成プログラムであって、
複数の異なる画素数の重み付けフィルタそれぞれのフィルタ係数と前記赤外線画像における対応する位置の輝度値とをたたみ込み演算することにより前記各重み付けフィルタに対応した重み付け平均画像を生成し、前記重み付け平均化画像間の画素の輝度差を前記赤外線画像の対応する画素の輝度値にそれぞれ加算することにより解像感度変換画像を生成する解像感度変換機能と、
前記解像感度変換画像を形成する各画素の輝度値の出現頻度を示す輝度ヒストグラムを生成する輝度ヒストグラム演算機能と、
前記解像感度変換画像の濃淡範囲を予め設定された拡大範囲に設定すると共に前記輝度ヒストグラムにおける出現頻度が最大となる輝度値である最頻輝度値を前記拡大範囲の中間の値に中間輝度値として設定し、前記解像感度変換画像の各輝度値を前記拡大範囲および中間輝度置に対応させて線形的にシフトすることにより輝度シフト画像を生成する輝度レベル調整機能と、
前記輝度シフト画像の輝度レベルの明暗を反転した反転シフト画像を生成すると共にこの反転シフト画像と前記輝度シフト画像それぞれの対応画素における輝度値の違いに基づく演算処理を行うことにより前記演算処理画像を生成する輝度演算処理機能とをコンピュータに実行させることを特徴とした画像生成プログラム。

以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は２００９年１２月１４日に出願された日本出願特願２００９−２８３５０４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明は、赤外線画像を用いて艦船などの目標物を自動的に検出するシステムに対して有用に適用することができる。

１ 集光ドーム
２ 光学部
３ 非冷却赤外線センサ（非冷却赤外線イメージセンサ）
４ 画像処理部
５ 画像表示部
６ 解像感度変換部（解像感度変換手段）
７ ヒストグラム演算部（輝度ヒストグラム演算手段）
８ 輝度シフト演算部（輝度レベル調整手段）
９ 反転画像処理部（輝度演算処理手段）
１０ 輝度演算処理部（輝度演算処理手段）
１１ 特徴検出部
１２ コントラスト拡張部
１３ 二値化処理部

Claims (7)

1. 目標物を含む撮影対象からの赤外光を集光すると共に当該集光された赤外光から特定の波長帯域を取得する光学部と、前記光学部により取得された波長に基づき前記撮像対象の温度に対応した赤外線画像を生成する非冷却赤外線イメージセンサと、前記赤外線画像の輝度値に対する演算処理を行うことにより演算処理画像を生成する画像処理部とを備えた画像生成装置であって、
   前記画像処理部は、
   異なる画素数の複数の重み付けフィルタ画像それぞれのフィルタ係数と前記赤外線画像における対応する位置の輝度値とをたたみ込み演算することにより前記各重み付けフィルタに対応した異なる複数の重み付け平均画像を生成すると共に、前記異なる重み付け平均化画像間の画素の輝度差を前記赤外線画像の対応する画素の輝度値にそれぞれ加算することにより解像感度変換画像を生成する解像感度変換手段と、
   前記解像感度変換画像を形成する各画素の輝度値の出現頻度を示す輝度ヒストグラムを生成する輝度ヒストグラム演算手段と、
   前記解像感度変換画像の濃淡範囲を予め設定された拡大範囲に設定すると共に前記輝度ヒストグラムにおける出現頻度が最大となる輝度値である最頻輝度値を前記拡大範囲の中間の値に中間輝度値として設定し、前記解像感度変換画像の各輝度値を前記拡大範囲および中間輝度置に対応させて線形的にシフトすることにより輝度シフト画像を生成する輝度レベル調整手段と、
   前記輝度シフト画像の輝度レベルの明暗を反転した反転シフト画像を生成すると共にこの反転シフト画像と前記輝度シフト画像それぞれの対応画素における輝度値の違いに基づく演算処理を行うことにより前記演算処理画像を生成する輝度演算処理手段とを備え、
   前記輝度演算処理手段は、
   前記輝度シフト画像および反転シフト画像それぞれの輝度レベル平均値を算出すると共に、前記輝度レベル平均値に基づき前記輝度シフト画像および反転シフト画像の一方の画像を高輝度側画像に、他方の画像を低輝度側画像にそれぞれ設定する輝度差画像設定機能と、
   前記高輝度側画像における各画素の輝度値から前記低輝度側画像の対応する位置の各画素の輝度値を減算する頻度値減算処理を前記演算処理として実行し前記演算処理画像を生成する減算処理機能とを含むことを特徴とする画像生成装置。
2. 前記請求項１に記載の画像生成装置において、
   前記輝度演算処理手段は、前記減算処理機能に代えて、
   前記高輝度側画像における各画素の輝度値を前記低輝度側画像の対応する位置の各画素の輝度値で除算する輝度値除算処理を前記演算処理として実行し前記演算処理画像を生成する除算処理機能を含むことを特徴とする画像生成装置。
3. 前記請求項１に記載の画像生成装置において、
   前記画像処理部は、
   前記演算処理画像における予め設定された輝度より少ない輝度領域の画素における輝度を除去することによりフィルタリング画像を生成するフィルタリング処理手段と、
   前記フィルタリング画像に含まれる輝度値に基づき当該フィルタリング画像のコントラストの拡張処理を行うコントラスト拡張手段と、
   前記演算処理画像における一定値以上の輝度レベルの画素を２値化する処理を行う二値化処理手段とを備えたことを特徴とする画像生成装置。
4. 前記請求項１に記載の画像生成装置において、
   前記輝度演算処理手段は、
   前記高輝度側画像における各画素の輝度値を前記低輝度側画像の対応する位置の各画素の輝度値で除算する輝度値除算処理を前記演算処理として実行し前記演算処理画像を生成する除算処理機能を備え、
   前記画像処理部が、
   前記演算処理画像における予め設定された輝度より少ない輝度領域の画素における輝度を除去することによりフィルタリング画像を生成するフィルタリング処理手段と、
   前記フィルタリング画像に含まれる輝度値に基づき当該フィルタリング画像のコントラストの拡張処理を行うコントラスト拡張手段と、
   前記演算処理画像における一定値以上の輝度レベルの画素を２値化する処理を行う二値化処理手段とを備えたことを特徴とする画像生成装置。
5. 目標物を含む撮影対象からの赤外光を集光すると共に当該赤外光から前記撮像対象の温度に基づき赤外線画像を生成する非冷却赤外線イメージセンサと、前記赤外線画像の輝度値に対する演算処理を行う画像処理部とを備えた画像生成装置にあって、前記赤外線画像から前記演算処理画像を生成する画像生成方法であって、
   複数の異なる画素数の重み付けフィルタそれぞれのフィルタ係数と前記赤外線画像における対応する位置の輝度値とをたたみ込み演算することにより前記各重み付けフィルタに対応した重み付け平均画像を生成し、前記重み付け平均化画像間の画素の輝度差を前記赤外線画像の対応する画素の輝度値にそれぞれ加算することにより解像感度変換画像を生成し、
   前記解像感度変換画像を形成する各画素の輝度値の出現頻度を示す輝度ヒストグラムを生成し、
   前記解像感度変換画像の濃淡範囲を予め設定された拡大範囲に設定し、
   前記輝度ヒストグラムにおける出現頻度が最大となる輝度値である最頻輝度値を前記拡大範囲の中間の値に中間輝度値として設定し、
   前記中間輝度値および前記拡大範囲に対応させて前記解像感度変換画像の各輝度値を線形的にシフトすることにより輝度シフト画像を生成し、
   前記輝度シフト画像の輝度レベルの明暗を反転した反転シフト画像を生成すると共にこの反転シフト画像と前記輝度シフト画像それぞれの対応画素における輝度値の違いに基づき、前記輝度シフト画像および反転シフト画像それぞれの輝度レベル平均値を算出すると共に、前記輝度レベル平均値に基づき前記輝度シフト画像および反転シフト画像の一方の画像を高輝度側画像に、他方の画像を低輝度側画像にそれぞれ設定し、前記高輝度側画像における各画素の輝度値から前記低輝度側画像の対応する位置の各画素の輝度値を減算する演算処理を行うことにより前記演算処理画像を生成することを特徴とする画像生成方法。
6. 前記請求項５に記載の画像生成方法において、
   前記高輝度側画像における各画素の輝度値から前記低輝度側画像の対応する位置の各画素の輝度値を減算する演算処理に代えて、
   前記高輝度側画像における各画素の輝度値を前記低輝度側画像の対応する位置の各画素の輝度値で除算する演算処理を行うことにより前記演算処理画像を生成することを特徴とする画像生成方法。
7. 目標物を含む撮影対象からの赤外光を集光すると共に当該赤外光から前記撮像対象の温度に基づき赤外線画像を生成する非冷却赤外線イメージセンサと、前記赤外線画像の輝度値に対する演算処理を行う画像処理部とを備えた画像生成装置にあって、前記赤外線画像から前記演算処理画像を生成する画像生成プログラムであって、
   複数の異なる画素数の重み付けフィルタそれぞれのフィルタ係数と前記赤外線画像における対応する位置の輝度値とをたたみ込み演算することにより前記各重み付けフィルタに対応した重み付け平均画像を生成し、前記重み付け平均化画像間の画素の輝度差を前記赤外線画像の対応する画素の輝度値にそれぞれ加算することにより解像感度変換画像を生成する解像感度変換機能と、
   前記解像感度変換画像を形成する各画素の輝度値の出現頻度を示す輝度ヒストグラムを生成する輝度ヒストグラム演算機能と、
   前記解像感度変換画像の濃淡範囲を予め設定された拡大範囲に設定すると共に前記輝度ヒストグラムにおける出現頻度が最大となる輝度値である最頻輝度値を前記拡大範囲の中間の値に中間輝度値として設定し、前記解像感度変換画像の各輝度値を前記拡大範囲および中間輝度置に対応させて線形的にシフトすることにより輝度シフト画像を生成する輝度レベル調整機能と、
   前記輝度シフト画像の輝度レベルの明暗を反転した反転シフト画像を生成すると共にこの反転シフト画像と前記輝度シフト画像それぞれの対応画素における輝度値の違いに基づき、前記輝度シフト画像および反転シフト画像それぞれの輝度レベル平均値を算出すると共に、前記輝度レベル平均値に基づき前記輝度シフト画像および反転シフト画像の一方の画像を高輝度側画像に、他方の画像を低輝度側画像にそれぞれ設定し、前記高輝度側画像における各画素の輝度値から前記低輝度側画像の対応する位置の各画素の輝度値を減算する演算処理を行うことにより前記演算処理画像を生成する輝度演算処理機能とをコンピュータに実行させることを特徴とした画像生成プログラム。

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