JP6104680B2 - 画像処理装置、撮像装置、監視システム、符号化装置、画像処理方法 - Google Patents
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Description
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施形態1に係る画像処理装置1の機能ブロック図である。画像処理装置1の構成は、入力部10、画像平滑化部11、階調分布算出部12、類似度算出部13、画像補正部14、高解像度化部15、記録部16、制御部91を備える。
(図7:ステップS701)
入力部10は、過去、現在、未来の画像フレームを取得して画像平滑化部11に出力する。画像平滑化部11は平滑化画像Mを算出する。過去、現在、未来の画像の合計枚数が5の場合、ステップ701の添字uは2となる。
階調分布算出部12は、画像Nと平滑化画像Mの画素毎に、ヒストグラムH1とH2を算出する(S702)。類似度算出部13は、ヒストグラムH1とH2の間の類似度Rを算出する(S703)。
(図7:ステップS704)
画像補正部14は、類似度Rと各閾値とを比較する。R≦閾値T1の場合はステップ705に進む。それ以外であればステップS706に進む。
(図7:ステップS705)
画像補正部14は、補正値として平滑化画像Mの画素値を設定する。
(図7:ステップS706〜S708)
画像補正部14は、類似度Rが、閾値T1<R≦T2を満たすか否かを判定する。上記条件を満たす場合はステップ707に進み、それ以外であればステップS708に進む。
(図7:ステップS707〜S708)
画像補正部14は、ステップS706において条件を満たした場合は、画像Nと平滑化画像Mの画素値を式3に基づきブレンドした値を補正値として設定する(S707)。条件を満たさなかった場合は、画像Nの画素値を補正値に設定する(S708)。
(図7:ステップS709〜S710)
高解像度化部15は、画像補正部14が求めた補正後画像の解像度を向上した高解像度化画像Sを作成する(S709)。画像補正部14と高解像度化部15は、対象画像内の全ての画素について、補正値および高解像度化した画素値を求めるまで、上記ステップS702からS709を繰り返す(S710)。
以上のように、本実施形態1に係る画像処理装置1は、過去、現在(画像N)、未来の画像を用いて平滑化画像Mを作成し、画像Nと平滑化画像Mの画素毎にヒストグラムH1とH2を作成した後、ヒストグラムH1とH2の間の類似度Rに応じて画素毎に画素の補正量を変えている。これにより、画像内の陽炎を低減した補正後画像を生成することができる。
実施形態1においては、平滑化画像Mと入力画像Nそれぞれの階調分布ヒストグラムを比較することにより、静止領域と移動物体を区別することを説明した。平滑化画像Mを用いることにより、メモリ90の記憶容量を節約するとともに、比較回数を低減して演算負荷を抑えることができる。他方、これらリソースについてのハードウェア制約があまりない場合には、平滑化画像Mを作成せず個々の画像フレームと入力画像Nを比較することもできる。本発明の実施形態2では、入力画像Nとその前後の画像フレームそれぞれの階調分布ヒストグラムを個別比較する構成例を説明する。
(図10:ステップS1001)
階調分布算出部12は、入力部10より出力された、過去、現在、未来の画像(画像N−2〜N+2)の画素毎に、ヒストグラムH1〜H5を算出する。過去、現在、未来の画像の合計枚数が5の場合、ステップS1001のuは2となる。
(図10:ステップS1002)
類似度算出部13は、ヒストグラムH3と各ヒストグラム(H1、H2、H4、H5)との間の類似度R1〜R4を算出する。画像補正部14は、補正値C1〜C4を求める際に使用する添字iを初期化しておく(i=1)。i=1は画像N−2に対応し、i=2は画像N−1に対応し、i=3は画像N+1に対応し、i=4は画像N+2に対応する。
画像補正部14は、類似度Ri≦閾値T1を満たすか否かを判定する。満たす場合はステップS1004に進み、それ以外であればステップS1005へ進む。
(図10:ステップS1004)
画像補正部14は、他画像(画像Nではない方の画像)の画素値を補正値Ciとする。
(図10:ステップS1005)
画像補正部14は、閾値T1<Ri≦T2を満たすか否かを判定する。満たす場合はステップS1006に進み、それ以外であればステップS1007に進む。
(図10:ステップS1006)
画像補正部14は、画像Nの画素値と他画像(画像Nではない方の画像)の画素値をブレンドした値を補正値Ciとする。すなわち、座標(i,j)における画像Nの画素値をn(i,j)、座標(i,j)における他画像の画素値をn2(i,j)とすると、式3において、e(i,j)=n2(i,j)、f(i,j)=n(i,j)とする。
画像補正部14は、画像Nの画素値を補正値Ciとする。
(図10:ステップS1008)
画像補正部14は、全ての補正値Ci(i=1〜4)を算出し終えた場合はステップS1009に進み、算出していない補正値Ciが残っている場合はiをインクリメントしてステップS1003に戻る。
(図10:ステップS1009〜S1011)
画像補正部14は、式4または式5を用いて、最終的に用いる補正値を算出する(S1009)。高解像度化部15は、補正値を高解像度化した値を算出する(S1010)。画像補正部14と高解像度化部15は、対象画像内の全ての画素について、補正値および解像度を向上した値を求めるまで、上記ステップS1001からS1010を繰り返す(S1011)。
以上のように、本実施形態2に係る画像処理装置1は、過去、現在(画像N)、未来の各画像(画像N−2〜N+2)について、画素毎にヒストグラムH1〜H5を作成し、ヒストグラムH3と各ヒストグラム(H1、H2、H4、H5)を比較して類似度R1〜R4を求め、その類似度R1〜R4に応じて画素毎に画素の補正量を変えている。これにより、実施形態1と比較して、ヒストグラム間の差分をより鮮明に算出することができる。すなわち、実施形態1においては複数の画像を平滑化した平滑化画像Mと画像Nの間でヒストグラムを比較しているので、ヒストグラム間の差分は本実施形態2と比較して大きくなる傾向があると考えられる。本実施形態2によれば、ヒストグラム間の差分を鮮明に算出してより適切な補正値を選択することができる。
実施形態1〜2においては、階調値を丸めたヒストグラムを用いて、陽炎による画像揺らぎと移動物体とを区別し、適切な枚数の画像を用いて画像の陽炎を補正することとした。本発明の実施形態3においては、移動物体をあらかじめ入力画像Nから除去した移動物体除去画像Tを生成し、これと入力画像Nを比較することにより、移動物体が存在しない静止領域の陽炎をより好適に低減する構成例を説明する。
(図14:ステップS1401)
除去画像生成部1111は、図12で説明した手順にしたがって入力画像Nから移動物体を除去し、移動物体除去画像Tを作成する。移動物体除去画像T内においては、静止領域の陽炎による画像揺らぎが低減されている。
(図14:ステップS1402)
画像平滑化部11は、平滑化画像Mを作成する。平滑化画像M内においては、移動物体や移動物体と静止領域の境界における陽炎が低減されている。
階調分布算出部12は、時刻tの画像NのヒストグラムH7、平滑化画像MのヒストグラムH8、移動物体除去画像TのヒストグラムH6をそれぞれ算出する(S1403)。類似度算出部13は、ヒストグラムH7とヒストグラムH8の間の類似度R、ヒストグラムH7とヒストグラムH6の間の類似度RTをそれぞれ算出する(S1404)。
(図14:ステップS1405)
画像補正部14は、R≦閾値T1である場合はステップS1406に進み、それ以外であればステップS1407に進む。
(図14:ステップS1406)
画像補正部14は、平滑化画像Mの画素値を補正値Cとする。
画像補正部14は、類似度Rが、閾値T1<R≦T2を満たすか否かを判定する。満たす場合はステップS1408に進み、それ以外であればステップS1409に進む。
(図14:ステップS1408)
画像補正部14は、平滑化画像Mの画素値と画像Nの画素値をブレンドした値を補正値Cとする。すなわち、座標(i,j)における平滑化画像Mの画素値をm(i,j)、座標(i,j)における画像Nの画素値をn(i,j)とすると、式3において、e(i,j)=m(i,j)、f(i,j)=n(i,j)とし、ブレンドした値を求める。
(図14:ステップS1409)
画像補正部14は、画像Nの画素値を補正値Cとする。
画像補正部14は、類似度RTが、RT≦閾値T1を満たすか否かを判定する。満たす場合はステップS1411に進み、それ以外であればステップS1412に進む。
(図14:ステップS1411)
画像補正部14は、移動物体除去画像Tの画素値を補正値CTとする。
(図14:ステップS1412)
画像補正部14は、類似度RTが、閾値T1<RT≦T2を満たすか否かを判定する。満たす場合はステップS1413に進み、それ以外であればステップS1414に進む。
画像補正部14は、移動物体除去画像Tの画素値と補正値Cをブレンドした値を補正値CTとする。すなわち、座標(i,j)における移動物体除去画像Tの画素値をt0(i,j)とすると、式3において、e(i,j)=t0(i,j)、f(i,j)=補正値Cとなる。
(図14:ステップS1414)
画像補正部14は、座標(i,j)における補正値Cを補正値CTとする。画像補正部14は、以上のステップにより求めた補正値CTを最終的な補正値として採用する。
(図14:ステップS1415〜S1416)
高解像度化部15は、補正値を高解像度化した値を算出する(S1415)。画像補正部14と高解像度化部15は、対象画像内の全ての画素について、補正値および解像度を向上した値を求めるまで、上記ステップS1403からS1415を繰り返す(S1416)。
以上のように、本実施形態3に係る画像処理装置1は、平滑化画像Mに加えて移動物体除去画像Tを作成し、入力画像Nと平滑化画像Mとの間の(ヒストグラムの)類似度R、および入力画像Nと移動物体除去画像Tとの間の(ヒストグラムの)類似度RTに応じて画素毎に画素の補正量を変えている。移動物体除去画像Tの画素値を補正値CTとして導入することにより、入力画像N内の静止領域の陽炎をより好適に低減することができる。
図15は、本発明の実施形態4に係る撮像装置1500の機能ブロック図である。撮像装置1500は、撮像部1501、画像処理装置1、画像表示部1502を備える。撮像部1501は、被写体から発する光を受光し、受光した光学像を画像データに変換する撮像デバイスである。画像処理装置1は、実施形態1〜3いずれかに係る画像処理装置1であり、撮像部1501が撮影した画像データを受け取って陽炎を補正する。画像表示部1502は、画像処理装置1が出力する補正後画像を表示するディスプレイなどのデバイスである。
図16は、本発明の実施形態5に係る監視システム1600の機能ブロック図である。監視システム1600は、撮像装置1601、画像処理装置1、サーバ1602、表示装置1603を備える。撮像装置1601は、画像データを撮影する1以上の監視カメラなどの撮像装置である。画像処理装置1は、実施形態1〜3いずれかに係る画像処理装置1であり、撮像装置1601が撮影した画像データを受け取って陽炎を補正する。サーバ1602は、画像処理装置1を搭載したコンピュータである。表示装置1604は、画像処理装置1が出力する補正後画像を表示するディスプレイなどのデバイスである。
図17は、本発明の実施形態6に係る符号復号システム1700の機能ブロック図である。符号復号システム1700は、符号化装置1710、復号器1721、表示装置1722を備える。符号化装置1710は、撮像装置1711、画像処理装置1、符号器1712を備える。
本発明の実施形態7では、以上説明した実施形態1〜6における各構成要素の変形例について説明する。
Claims (15)
- 時系列に沿って撮影された複数の画像フレームを受け取る入力部と、
前記画像フレームのうち補正対象とする対象フレーム内における第1画像領域の第1階調分布を算出するとともに、前記画像フレームのうち前記対象フレームを補正するために用いる補正用フレーム内における前記第1画像領域に対応する第2画像領域の第2階調分布を算出する、階調算出部と、
前記第1階調分布と前記第2階調分布との間の第1類似度を算出する類似度算出部と、
前記補正用フレームを用いて前記対象フレームを補正する画像補正部と、
前記画像補正部が補正した前記対象フレームを出力する出力部と、
を備え、
前記画像補正部は、前記第1類似度に応じて前記対象フレームと前記補正用フレームを使用する割合を変更した上で、前記補正用フレームを用いて前記対象フレームを補正する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 前記階調算出部は、前記補正用フレームとして、前記画像フレームのうち前記対象フレームよりも前に撮影された画像フレームと前記対象フレームよりも後に撮影された画像フレームを用いる
ことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。 - 前記画像補正部は、
前記類似度が第1閾値以下である場合は前記対象フレームを補正するために用いる第1補正値として前記補正用フレームの画素値を採用し、
前記類似度が第2閾値を超える場合は前記第1補正値として前記対象フレームの画素値を採用し、
前記類似度が前記第1閾値を超え前記第2閾値以下である場合は前記第1補正値として前記補正用フレームの画素値と前記対象フレームの画素値を前記類似度に応じて重み付け加算した画素値を採用する
ことを特徴とする請求項2記載の画像処理装置。 - 前記画像処理装置は、前記画像フレーム内に含まれる移動物体の画像を除去した移動物体除去画像を生成する除去画像生成部を備え、
前記階調算出部は、前記移動物体除去画像内における前記第1画像領域に対応する第3画像領域の第3階調分布を算出し、
前記類似度算出部は、前記第1階調分布と前記第3階調分布との間の第2類似度を算出し、
前記画像補正部は、前記第1類似度と前記第2類似度に応じて前記対象フレームと前記補正用フレームと前記移動物体除去画像を使用する割合を変更した上で、前記補正用フレームと前記移動物体除去画像を用いて前記対象フレームを補正する
ことを特徴とする請求項3記載の画像処理装置。 - 前記除去画像生成部は、
前記第2類似度の高低に基づき前記画像フレームのうち前記移動物体が含まれる画像領域と含まれない画像領域を判定し、
前記移動物体が含まれない画像領域については撮影時刻が異なる複数の画像フレームを平滑化し、前記移動物体が含まれる画像領域については前記撮影時刻が異なる複数の画像フレームのうち撮影時刻が古い方を残し新しい方は破棄することを繰り返すことにより、前記移動物体除去画像を生成する
ことを特徴とする請求項4記載の画像処理装置。 - 前記画像補正部は、
前記第2類似度に応じて前記第1補正値を上書きした第2補正値を用いて前記対象フレームを補正し、
前記第2類似度が第3閾値以下である場合は前記第2補正値として前記移動物体除去画像の画素値を採用し、
前記第2類似度が第4閾値を超える場合は前記第2補正値として前記第1補正値を採用し、
前記第2類似度が前記第3閾値を超え前記第4閾値以下である場合は前記第2補正値として前記第1補正値と前記移動物体除去画像の画素値を前記第2類似度に応じて重み付け加算した画素値を採用する
ことを特徴とする請求項5記載の画像処理装置。 - 前記階調算出部は、
各前記階調分布として、前記画像フレームの階調値を階級値とするヒストグラムを算出し、
1つの前記階級値内に複数の前記階調値を含めることにより、階調値を丸めた前記ヒストグラムを作成する
ことを特徴とする請求項2記載の画像処理装置。 - 前記画像処理装置は、前記画像補正部が補正した前記対象フレームを鮮鋭化する高解像度化部を備える
ことを特徴とする請求項2記載の画像処理装置。 - 前記画像処理装置は、前記入力部が受け取った複数の前記画像フレームを時系列に沿って合成した平滑化画像を生成する画像平滑化部を備え、
前記階調算出部と前記画像補正部は、前記補正用フレームとして前記平滑化画像を用いる
ことを特徴とする請求項2記載の画像処理装置。 - 前記類似度算出部は、
前記補正用フレームとして前記対象フレームの前後に撮影された複数の前記画像フレームを採用し、複数の前記補正用フレーム毎に前記第1類似度を算出し、
前記画像補正部は、
複数の前記補正用フレームについてそれぞれ前記第1補正値を求め、各前記第1補正値のうち少なくともいずれかを用いて、前記対象フレームを補正する
ことを特徴とする請求項3記載の画像処理装置。 - 前記画像補正部は、各前記第1補正値を平均した画素値、または各前記第1補正値を前記第1類似度に応じて重み付け加算した画素値を用いて、前記対象フレームを補正する
ことを特徴とする請求項10記載の画像処理装置。 - 請求項1記載の画像処理装置と、
画像データを撮影してその画像フレームを前記画像処理装置に出力する撮像部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1記載の画像処理装置と、
画像データを撮影してその画像フレームをネットワーク経由で前記画像処理装置に出力する撮像部と、
を備えることを特徴とする監視システム。 - 請求項1記載の画像処理装置と、
画像データを撮影してその画像フレームを前記画像処理装置に出力する撮像部と、
前記画像処理装置が出力する前記補正後の対象フレームを符号化する符号器と、
を備えることを特徴とする符号化装置。 - 時系列に沿って撮影された複数の画像フレームを受け取る入力ステップ、
前記画像フレームのうち補正対象とする対象フレーム内における第1画像領域の第1階調分布を算出するとともに、前記画像フレームのうち前記対象フレームを補正するために用いる補正用フレーム内における前記第1画像領域に対応する第2画像領域の第2階調分布を算出する、階調算出ステップ、
前記第1階調分布と前記第2階調分布との間の第1類似度を算出する類似度算出ステップ、
前記補正用フレームを用いて前記対象フレームを補正する画像補正ステップ、
前記画像補正ステップにおいて補正した前記対象フレームを出力する出力ステップ、
を有し、
前記画像補正ステップにおいては、前記第1類似度に応じて前記対象フレームと前記補正用フレームを使用する割合を変更した上で、前記補正用フレームを用いて前記対象フレームを補正する
ことを特徴とする画像処理方法。
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