JP6193712B2 - 多波長画像計測における雑音処理型画像表示装置及び画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、多波長画像計測における雑音除去の方法、及びその方法を採用した画像表示装置に関する。

リモートセンシングによる可視化技術は、古くは写真乾板を用いていた時代の天文学研究まで遡るが、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサーが登場し、現在ではセンサーの高性能化や小型化が進み、その応用範囲は理工学分野に留まらず医学、農学、土木建築など多種多様な分野で発展を遂げている。

一般に、二次元センサーを用いた画像計測によるリモートセンシングでは、紫外線からＸ線に及ぶ広い波長帯において、対象物の物理的な性質を反映する波長を選択し、その発光・反射・吸収・散乱などによる単波長のセンサーへの入射強度情報を用いる事でこれを可視化する方法と、異なる複数の波長におけるセンサーへの入射強度の関数によって物理情報を推定する方法に分けることができる。

後者の分光学的なアプローチでは、天文学においては恒星の色と明るさを元にその温度と大きさを推定するＨＲ図による分類などが挙げられるが、現在では燃焼場の化学発光による診断、アーク溶接などの輝線観測を用いたプラズマ診断、材料分析においてはレーザー励起による励起光などの多波長観測による特定物質の可視化、医療分野でも同様にマーキングを行った特定物資の励起光観測による可視化、農業分野では葉緑素やヘモグロビンなどの吸収帯を利用した植生指数や農作物の鮮度の評価などにも応用され、異なる波長における強度比と測定対象の物理情報を関係付ける事で可視化を行う。

特開平５−１６４６８７号公報 国際特許公開ＷＯ９７／０４４１８号公報 特開２００４−２５７７６９号公報 特開２００６−５８１０５号公報

二次元センサーを用いた画像計測において、異なる複数の波長におけるセンサーへの入射強度の関数によって物理情報を推定する方法の中で、除算２つの異なる波長の強度比を元にしたレシオイメージングを行う場合、除算の際に波長の信号・雑音比が相殺される事で、ディスプレイ装置にいいて雑音成分による強度比と信号成分による強度比の区別が付かなくなるという問題がある。

これは除算によって得られた値が同じ１という値だとしても、除算の過程が１／１であったのか１００／１００であったのかによって、そこに含まれる情報に大きな違いがある事に例えることができる。

このような値が混在した強度比で構成された画像情報を疑似カラーを用いてディスプレイ上に表示した場合、有意なデータ領域と雑音が作り出した無意味なデータ領域を区別する事は非常に困難となってしまう。

また、無意味な雑音データと区別するために、単にディスプレイ装置のコントラストを調整する方法もあるが、その場合統計的に意味のあるデータ処理ではないために測定対象の物理的解析を行うためには問題が生じてしまう。

本発明は従来技術のかかる問題点を解決するためになされたもので、その課題は、多波長画像計測において異なる波長の強度比から物理量を算出し、得られたレシオ画像をディスプレイ上に疑似カラー表示する場合、Ｓ／Ｎの高い領域と低い領域のディスプレイ上での区別を明瞭にすることにより物理的に興味ある領域を強調してディスプレイ上に表示する方法、及びその方法を用いた画像表示装置を提供することにある。

前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、被測定物表面から放射される光のうちの選択した２種類の波長λ１、λ２の光強度を複数波長の検出が可能な多画素からなる検出器で検出し、画素毎に検出した前記２つの波長の検出強度に割算による強度比計算を施して表示装置に送り擬似カラー表示させるレシオ画像表示方法において、検出器の各画素の波長λ１における雑音強度Ｎ〔λ１〕及びλ２における雑音強度Ｎ〔λ２〕と、前記波長λ１、λ２による検出器各画素の信号強度Ｓ〔λ１〕及びＳ〔λ２〕とから下記式を用いて各画素のＳ／Ｎ指標値Ｗを計算し、各画素の前記強度比に当該画素における前記Ｓ／Ｎ指標値Ｗを掛けた数値を表示装置に送って擬似カラー表示させることを特徴とするレシオ画像表示方法である。

また、請求項２に記載の発明は、被測定物表面から放射される光のうちの選択した２種類の波長λ１、λ２の光強度を複数波長の検出が可能な多画素からなる検出器で検出し、画素毎に検出した前記２つの波長の検出強度に割算による強度比計算を施して表示装置に送り擬似カラー表示させるレシオ画像表示装置において、検出器の各画素の波長λ１における雑音強度Ｎ〔λ１〕及びλ２における雑音強度Ｎ〔λ２〕と、前記波長λ１、λ２による検出器各画素の信号強度Ｓ〔λ１〕及びＳ〔λ２〕とから下記式を用いて各画素のＳ／Ｎ指標値Ｗを計算し、各画素の前記強度比に当該画素における前記Ｓ／Ｎ指標値Ｗを掛けた数値を表示装置に送って擬似カラー表示させることを特徴とするレシオ画像表示装置である。

多波長画像計測において異なる波長の強度比から物理量を算出し、得られたレシオ画像をディスプレイ上に疑似カラー表示する場合、Ｓ／Ｎの高い領域と低い領域のディスプレイ上での区別は困難であり、興味ある測定領域の判別は極めて困難であったが、本発明の方法、及び装置を用いれば、単にディスプレイ装置のコントラストを調整するのではなく、図２の様に画素毎のＳ／Ｎ比を用いて統計学的に意味のある定量的な方法を用いて興味ある領域を強調してディスプレイ上に表示する事が可能となる。

画像処理の手順を示すフロー図である。 画像処理の効果を示す比較画像である。

図１のフロー図に記した手順により、画像センサーによるレシオ画像計測において、その測定結果をディスプレイに表示する際、画素毎の測定値のＳ／Ｎ比を媒介変数とした画像処理によって、高Ｓ／Ｎ領域と低Ｓ／Ｎ領域を明確に判別するため、ディスプレイ上の疑似カラー表示においてレシオ値を表示色（カラーディスプレイ装置におけるＲ、Ｇ、Ｂ、の３色の比率に基づく発光色）に、Ｓ／Ｎ指標を表示輝度（カラーディスプレイ装置における発光輝度）に関連づける事でこれらの識別を可能にする。

複数の波長を検出可能な２次元画像センサーから得られた異なる２種類の波長λ１、λ２における信号強度分布Ｓ〔λ１〕、Ｓ〔λ２〕、及び雑音強度分布Ｎ〔λ１〕、Ｎ〔λ２〕を取得し、画素毎のＳ／Ｎ比を波長毎に算出する。波長毎に得られたＳ／Ｎ比の２乗和の平方根を重みＷ（＝Ｓ／Ｎ指標値）として数式１のように定義する。
なお、ここでいうＳ／Ｎ比とは通信分野において定義されているＳ／Ｎ比のことであり、真の信号強度Ｓを真の雑音強度Ｎで割算した値である。通常の検出器の出力として得られる出力信号強度は真の信号強度Ｓではなく、（Ｓ＋Ｎ）であるので注意を要する。

被測定物表面から放射される光のうちの選択した２種類の波長λ１、λ２の光強度を多画素からなる検出器で検出し、画素毎に検出した前記２つの波長の検出強度に割算による強度比計算を施して表示装置に送り擬似カラー表示させる際に、割算で得られた値（レシオ値）をそのまま表示装置に送ることに代えて、そのレシオ値に検出器の対応画素について計算した前記Ｓ／Ｎ指標値Ｗを掛けた値を表示装置に送って擬似カラースケールの表示輝度で表示させる。これにより、ディスプレイ上で相対的に高Ｓ／Ｎ領域を強調して表示する事が可能となる。

図２は本発明の効果を確かめた実験結果で、左側が雑音除去を行なう前の画像、右側が本発明の方法により雑音除去を行なった画像である。赤熱した電熱線を画像表示したものであり、本発明を適用した右側の画像では高Ｓ／Ｎ領域が強調されて、目的とする電熱線が鮮明に表示されている。

Claims (2)

1. 被測定物表面から放射される光のうちの選択した２種類の波長λ１、λ２の光強度を複数波長の検出が可能な多画素からなる検出器で検出し、画素毎に検出した前記２つの波長の検出強度に割算による強度比計算を施して表示装置に送り擬似カラー表示させるレシオ画像表示方法において、
   検出器の各画素の波長λ１における雑音強度Ｎ〔λ１〕及びλ２における雑音強度Ｎ〔λ２〕と、前記波長λ１、λ２による検出器各画素の信号強度Ｓ〔λ１〕及びＳ〔λ２〕とから下記式を用いて各画素のＳ／Ｎ指標値Ｗを計算し、各画素の前記強度比に当該画素における前記Ｓ／Ｎ指標値Ｗを掛けた数値を表示装置に送って擬似カラー表示させることを特徴とするレシオ画像表示方法。
   
2. 被測定物表面から放射される光のうちの選択した２種類の波長λ１、λ２の光強度を複数波長の検出が可能な多画素からなる検出器で検出し、画素毎に検出した前記２つの波長の検出強度に割算による強度比計算を施して表示装置に送り擬似カラー表示させるレシオ画像表示装置において、検出器の各画素の波長λ１における雑音強度Ｎ〔λ１〕及びλ２における雑音強度Ｎ〔λ２〕と、前記波長λ１、λ２による検出器各画素の信号強度Ｓ〔λ１〕及びＳ〔λ２〕とから下記式を用いて各画素のＳ／Ｎ指標値Ｗを計算し、各画素の前記強度比に当該画素における前記Ｓ／Ｎ指標値Ｗを掛けた数値を表示装置に送って擬似カラー表示させることを特徴とするレシオ画像表示装置。