JP6977873B2 - 画像処理装置、画像処理方法、及び、画像処理プログラム - Google Patents
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Description
図1は、本願発明の第1の実施の形態に係る画像処理装置10の構成を概念的に示すブロック図である。画像処理装置10は、上空から海面領域と地表領域とを観測した結果を表す入力画像100を解析するために、海面領域と地表領域とを区別するためのランドマスク画像150を入力画像100に基づいて生成する装置である。
・・・・・・(式1)
但し、式1において、τpは、補正画像160に含まれるブロック画像Pに対する二値化閾値を表し、Ωpは、ブロック画像Pに属する画素の集合を表す。「∈」は、左辺の要素が右辺の集合に属することを表す符号である。即ちτpは、ブロック画像Pが海面ブロック画像112である場合は海面領域二値化基準決定部12によって算出された第二の二値化閾値120となり、ブロック画像Pが地表ブロック画像113である場合は地表領域二値化基準決定部13によって算出された第三の二値化閾値130となる。画素別二値化基準決定部14は、ブロック画像同士の境界において、画素に関する二値化閾値が急激に変化することを回避するために、境界付近に位置する画素に対する第四の二値化閾値140を算出する際に、例えばローパスフィルタを用いてもよい。
・・・・・・(式2)
但し、式2において、Ixは、二値化処理を行う前の補正画像160における画素Aの画素値を表す。「≧」は、左辺の値が右辺の値以上であることを表す符号である。即ち、二値化部151は、補正画像160を構成する画素Aの画素値Ixが、第四の二値化閾値140の値τx以上である場合、画素Aのクラスを二値化における「1」とし、補正画像160を構成する画素Aの画素値Ixが、第四の二値化閾値140の値τx未満である場合、画素Aのクラスを二値化における「0」とする二値化処理を行う。
分割部11は、第一の二値化閾値111を用いて、補正画像160を構成する画素Aに対する二値化処理を式3の通りに行うことによって、二値化処理を行った後の画素AのクラスB1xを算出する。
・・・・・・(式3)
但し、式3において、τ0は、第一の二値化閾値111の値を表す。
μ0μ1(ω0−ω1)2
・・・・・・(式4)
但し、式4において、ω0及びω1は、ある閾値τによる二値化において、順にクラス0及びクラス1となる画素の数を表し、μ0及びμ1は、ある閾値τによる二値化において、順にクラス0及びクラス1となる画素の画素値の平均値を表す。分割部11は、上述した探索を、例えば、閾値τを適切な粒度(例えば8ビットや10ビット等)により設定し、網羅的に探索することにより行えばよい。
例えばSAR画像である入力画像100において、海面領域における画素値の分布(確率密度分布)は、例えば図2に示すように、一般化ガンマ分布に従うことが知られている。海面領域二値化基準決定部12は、このような海面領域における画素値の分布特性を利用することによって、式5を満たすような閾値τを第二の二値化閾値120として算出する。
・・・・・・(式5)
但し、式5において、PFAは所定の(第二の)誤警報率であり、上述した分割部11が用いた誤警報率と同じ値でもよいし、異なる値でもよい。また、fG−GAMMAは、一般化ガンマ分布の確率密度関数を表す。尚、式5における「∫」は積分を表す演算子である。
・・・・・・(式6)
但し、式6において、「Γ」はガンマ関数を表し、「exp」は自然指数関数を表す。
・・・・・・(式7)
・・・・・・(式8)
・・・・・・(式9)
・・・・・・(式10)
・・・・・・(式11)
但し、式7において、「ln」は自然対数を表す演算子である。また、式11において、「√」は平方根を表す演算子である。また、式11において、「sgn」は符号関数を表し、「Ψ(k)」はディガンマ関数を表し、「Ψ(1,k)」は1次のポリガンマ関数を表す。
上述した分割部11によって分別された地表ブロック画像113は、例えば海岸線を含むブロック画像などである場合、海面領域に含まれる画素を多く含む場合がある。地表領域二値化基準決定部13は、このような場合にも適切に対応するために、地表ブロック画像113に対する第三の二値化閾値130の値τqを、第二の二値化閾値120と、海面ブロック画像112と地表ブロック画像113との位置関係とに基づいて、例えば式12に示す通りに算出する。
・・・・・・(式12)
但し、式12において、Ωseaは、海面ブロック画像112の集合を表し(即ちP∈Ωseaは、ブロック画像Pが海面ブロック画像112であることを表す)、w(p,q)は、海面ブロック画像112が示す海面ブロックpと地表ブロック画像113が示す地表ブロックqとの間の距離に基づく重みを表す。
・・・・・・(式13)
但し、式13において、「||p−q||」は、海面ブロックpと地表ブロックqとの距離を表し、σはガウス関数における標準偏差を表すパラメータである。
図4は、本願発明の第2の実施の形態に係る画像処理装置10Aの構成を概念的に示すブロック図である。本実施形態において、上述した第1の実施形態と同様の機能を有する構成に関しては、第1の実施形態と同一の番号を付与することにより、その詳細な説明を省略する。
図6は、本願発明の第3の実施形態に係る画像処理装置20の構成を概念的に示すブロック図である。画像処理装置20は、分割部21、第一決定部22、第二決定部23、及び、生成部25を備えている。
上述した各実施形態において図1、図4、及び、図6に示した画像処理装置における各部は、専用のHW(HardWare)(電子回路)によって実現することができる。また、図1、図4、及び、図6において、少なくとも、下記構成は、ソフトウェアプログラムの機能(処理)単位(ソフトウェアモジュール)と捉えることができる。
・分割部11、11A、及び21、
・海面領域二値化基準決定部12、及び、第一決定部22、
・地表領域二値化基準決定部13、及び、第二決定部23、
・画素別二値化基準決定部14、
・生成部15、15A、及び25、
・入力画像処理部16
・判定部17。
・CPU(Central_Processing_Unit)901、
・ROM(Read_Only_Memory)902、
・RAM(Random_Access_Memory)903、
・ハードディスク(記憶装置)904、
・外部装置との通信インタフェース905、
・バス906(通信線)、
・CD−ROM(Compact_Disc_Read_Only_Memory)等の記録媒体907に格納されたデータを読み書き可能なリーダライタ908、
・モニターやスピーカ、キーボード等の入出力インタフェース909。
上空から海面領域と地表領域とを観測した結果を表す入力画像を、所定の分割基準に基づいて、前記海面領域を表す海面ブロック画像と前記地表領域を表す地表ブロック画像とに分割する分割手段と、
前記海面領域における電磁波の散乱モデルに基づいて、前記海面ブロック画像に対する二値化基準を決定する第一決定手段と、
前記海面ブロック画像に対する二値化基準と、前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像との位置関係とに基づいて、前記地表ブロック画像に対する二値化基準を決定する第二決定手段と、
前記入力画像に対して、前記海面ブロック画像に対する二値化基準と前記地表ブロック画像に対する二値化基準とに基づく二値化処理を行うことによって、前記海面領域と前記地表領域とを区別するためのランドマスク画像を生成する生成手段と、
を備える画像処理装置。
前記分割手段は、前記入力画像を所定の大きさのブロック画像に分割したのち、前記ブロック画像を構成する画素に対して、前記所定の分割基準が示す第一の二値化閾値に基づく二値化処理を行うことによって、前記ブロック画像を前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像とに分別する、
付記1に記載の画像処理装置。
前記分割手段によって分別された前記海面ブロック画像の数、及び、前記ブロック画像の大きさが、所定の再分割基準を満たすか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記分割手段は、前記判定手段によって、前記海面ブロック画像の数、及び、前記ブロック画像の大きさが、前記再分割基準を満たすと判定された場合、前記入力画像をさらに細かく前記ブロック画像に再分割したのち、さらに細かく再分割した前記ブロック画像を、前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像とに分別する、
付記2に記載の画像処理装置。
前記分割手段は、さらに細かく再分割する対象を、前記ブロック画像のうちの前記地表ブロック画像に限定する、
付記3に記載の画像処理装置。
前記再分割基準は、前記海面ブロック画像の数が所定の必要最小値より小さく、かつ、前記ブロック画像の大きさが所定の再分割可能最小値より大きいことを示す、
付記3または付記4に記載の画像処理装置。
前記判定手段は、前記海面ブロック画像の数が前記必要最小値より小さく、かつ、前記ブロック画像の大きさが前記再分割可能最小値と等しい状態にある再分割不可状態を検出し、
前記生成手段は、前記判定手段が前記再分割不可状態を検出した場合、前記入力画像の全体が前記地表領域であることを表す前記ランドマスク画像を生成する、
付記5に記載の画像処理装置。
前記第二決定手段は、前記海面ブロック画像に対する二値化基準が示す第二の二値化閾値に、前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像との間の距離に基づく重み付け加算を行なうことによって、前記地表ブロック画像に対する二値化基準が示す第三の二値化閾値を算出する、
付記1乃至付記6のいずれか一項に記載の画像処理装置。
前記海面ブロック画像に属する画素に関しては前記海面ブロック画像に対する二値化基準を適用し、前記地表ブロック画像に属する画素に関しては前記地表ブロック画像に対する二値化基準を適用することを表す、前記入力画像に含まれる各画素に対する二値化基準を決定する第三決定手段をさらに備え、
前記生成手段は、前記各画素に対する二値化基準に基づく、前記入力画像に対する二値化処理を行うことによって、前記ランドマスク画像を生成する
付記2乃至付記7のいずれか一項に記載の画像処理装置。
前記第三決定手段は、前記入力画像を構成する画素のうち、前記ブロック画像同士の境界近辺に位置する特定の画素に関して、前記各画素に対する二値化基準を表す第四の二値化閾値を、ローパスフィルタを用いて算出する、
付記8に記載の画像処理装置。
前記分割手段は、前記地表領域と前記海面領域との区別を誤る確率を表す第一の誤警報率を用いて、前記入力画像を海面ブロック画像と地表ブロック画像とに分割し、
前記第一決定手段は、第二の誤警報率を用いて、前記海面ブロック画像に対する二値化基準を決定する
付記1乃至付記9のいずれか一項に記載の画像処理装置。
前記入力画像において、前記海面領域に存在する可能性がある船舶を表す領域に対応する画像が1つの画素になるように、前記船舶の大きさの最大値に基づいて前記入力画像を縮小し、縮小した前記入力画像に対してメディアンフィルタを適用することによって、前記船舶を前記入力画像から除去した補正画像を前記分割手段と前記生成手段とに入力する、入力画像処理手段をさらに備え、
前記分割手段は、前記補正画像を、前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像とに分別し、
前記生成手段は、前記補正画像に対して、前記海面ブロック画像に対する二値化基準と前記地表ブロック画像に対する二値化基準とに基づく二値化処理を行ったのち、前記補正画像を前記入力画像の大きさと等しくなるように拡大することによって、前記ランドマスク画像を生成する、
付記1乃至付記10のいずれか一項に記載の画像処理装置。
前記生成手段は、前記ランドマスク画像を生成する際に、前記ランドマスク画像に対するモルフォロジ処理を行う、
付記1乃至付記11のいずれか一項に記載の画像処理装置。
情報処理装置によって、
上空から海面領域と地表領域とを観測した結果を表す入力画像を、所定の分割基準に基づいて、前記海面領域を表す海面ブロック画像と前記地表領域を表す地表ブロック画像とに分割し、
前記海面領域における電磁波の散乱モデルに基づいて、前記海面ブロック画像に対する二値化基準を決定し、
前記海面ブロック画像に対する二値化基準と、前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像との位置関係とに基づいて、前記地表ブロック画像に対する二値化基準を決定し、
前記入力画像に対して、前記海面ブロック画像に対する二値化基準と前記地表ブロック画像に対する二値化基準とに基づく二値化処理を行うことによって、前記海面領域と前記地表領域とを区別するためのランドマスク画像を生成する、
画像処理方法。
上空から海面領域と地表領域とを観測した結果を表す入力画像を、所定の分割基準に基づいて、前記海面領域を表す海面ブロック画像と前記地表領域を表す地表ブロック画像とに分割する分割機能と、
前記海面領域における電磁波の散乱モデルに基づいて、前記海面ブロック画像に対する二値化基準を決定する第一決定機能と、
前記海面ブロック画像に対する二値化基準と、前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像との位置関係とに基づいて、前記地表ブロック画像に対する二値化基準を決定する第二決定機能と、
前記入力画像に対して、前記海面ブロック画像に対する二値化基準と前記地表ブロック画像に対する二値化基準とに基づく二値化処理を行うことによって、前記海面領域と前記地表領域とを区別するためのランドマスク画像を生成する生成機能と、
をコンピュータに実現させるための画像処理プログラムが格納された記録媒体。
10A 画像処理装置
100 入力画像
101 画像分解能情報
102 船舶最大長情報
11 分割部
11A 分割部
110 分割基準
111 第一の二値化閾値
112 海面ブロック画像
113 地表ブロック画像
12 海面領域二値化基準決定部
120 第二の二値化閾値
13 地表領域二値化基準決定部
130 第三の二値化閾値
14 画素別二値化基準決定部
140 第四の二値化閾値
15 生成部
15A 生成部
150 ランドマスク画像
151 二値化部
152 モルフォロジ処理部
153 画像拡大部
16 入力画像処理部
160 補正画像
161 画像縮小部
162 メディアンフィルタ部
17 判定部
170 再分割基準
20 画像処理装置
200 入力画像
21 分割部
210 分割基準
211 海面ブロック画像
212 地表ブロック画像
22 第一決定部
220 二値化基準
23 第二決定部
230 二値化基準
25 生成部
250 ランドマスク画像
900 情報処理装置
901 CPU
902 ROM
903 RAM
904 ハードディスク(記憶装置)
905 通信インタフェース
906 バス
907 記録媒体
908 リーダライタ
909 入出力インタフェース
Claims (10)
- 上空から海面領域と地表領域とを観測した結果を表す入力画像を、所定の分割基準に基づいて、前記海面領域を表す海面ブロック画像と前記地表領域を表す地表ブロック画像とに分割する分割手段と、
前記海面領域における電磁波の散乱モデルに基づいて、前記海面ブロック画像に対する二値化基準を決定する第一決定手段と、
前記海面ブロック画像に対する二値化基準と、前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像との位置関係とに基づいて、前記地表ブロック画像に対する二値化基準を決定する第二決定手段と、
前記入力画像に対して、前記海面ブロック画像に対する二値化基準と前記地表ブロック画像に対する二値化基準とに基づく二値化処理を行うことによって、前記海面領域と前記地表領域とを区別するためのランドマスク画像を生成する生成手段と、
を備える画像処理装置。 - 前記分割手段は、前記入力画像を所定の大きさのブロック画像に分割したのち、前記ブロック画像を構成する画素に対して、前記所定の分割基準が示す第一の二値化閾値に基づく二値化処理を行うことによって、前記ブロック画像を前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像とに分別する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記分割手段によって分別された前記海面ブロック画像の数、及び、前記ブロック画像の大きさが、所定の再分割基準を満たすか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記分割手段は、前記判定手段によって、前記海面ブロック画像の数、及び、前記ブロック画像の大きさが、前記再分割基準を満たすと判定された場合、前記入力画像をさらに細かく前記ブロック画像に再分割したのち、さらに細かく再分割した前記ブロック画像を、前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像とに分別する、
請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記分割手段は、さらに細かく再分割する対象を、前記ブロック画像のうちの前記地表ブロック画像に限定する、
請求項3に記載の画像処理装置。 - 前記再分割基準は、前記海面ブロック画像の数が所定の必要最小値より小さく、かつ、前記ブロック画像の大きさが所定の再分割可能最小値より大きいことを示す、
請求項3または請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記判定手段は、前記海面ブロック画像の数が前記必要最小値より小さく、かつ、前記ブロック画像の大きさが前記再分割可能最小値と等しい状態にある再分割不可状態を検出し、
前記生成手段は、前記判定手段が前記再分割不可状態を検出した場合、前記入力画像の全体が前記地表領域であることを表す前記ランドマスク画像を生成する、
請求項5に記載の画像処理装置。 - 前記第二決定手段は、前記海面ブロック画像に対する二値化基準が示す第二の二値化閾値に、前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像との間の距離に基づく重み付け加算を行なうことによって、前記地表ブロック画像に対する二値化基準が示す第三の二値化閾値を算出する、
請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の画像処理装置。 - 前記海面ブロック画像に属する画素に関しては前記海面ブロック画像に対する二値化基準を適用し、前記地表ブロック画像に属する画素に関しては前記地表ブロック画像に対する二値化基準を適用することを表す、前記入力画像に含まれる各画素に対する二値化基準を決定する第三決定手段をさらに備え、
前記生成手段は、前記各画素に対する二値化基準に基づく、前記入力画像に対する二値化処理を行うことによって、前記ランドマスク画像を生成する
請求項2乃至請求項7のいずれか一項に記載の画像処理装置。 - 情報処理装置によって、
上空から海面領域と地表領域とを観測した結果を表す入力画像を、所定の分割基準に基づいて、前記海面領域を表す海面ブロック画像と前記地表領域を表す地表ブロック画像とに分割し、
前記海面領域における電磁波の散乱モデルに基づいて、前記海面ブロック画像に対する二値化基準を決定し、
前記海面ブロック画像に対する二値化基準と、前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像との位置関係とに基づいて、前記地表ブロック画像に対する二値化基準を決定し、
前記入力画像に対して、前記海面ブロック画像に対する二値化基準と前記地表ブロック画像に対する二値化基準とに基づく二値化処理を行うことによって、前記海面領域と前記地表領域とを区別するためのランドマスク画像を生成する、
画像処理方法。 - 上空から海面領域と地表領域とを観測した結果を表す入力画像を、所定の分割基準に基づいて、前記海面領域を表す海面ブロック画像と前記地表領域を表す地表ブロック画像とに分割する分割機能と、
前記海面領域における電磁波の散乱モデルに基づいて、前記海面ブロック画像に対する二値化基準を決定する第一決定機能と、
前記海面ブロック画像に対する二値化基準と、前記海面ブロック画像と前記地表ブロック画像との位置関係とに基づいて、前記地表ブロック画像に対する二値化基準を決定する第二決定機能と、
前記入力画像に対して、前記海面ブロック画像に対する二値化基準と前記地表ブロック画像に対する二値化基準とに基づく二値化処理を行うことによって、前記海面領域と前記地表領域とを区別するためのランドマスク画像を生成する生成機能と、
をコンピュータに実現させるための画像処理プログラム。
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