JP7134532B1 - Image synthesis display device, method, and program - Google Patents
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Images
Abstract
【課題】画像の判読支援に有用な画像を主観に依存することなく表示する。【解決手段】設定部14が、入力画像の画素値のヒストグラムに基づいて決定した画素値の代表値を基準値とし、上限値を画素値の最大値から基準値+1の画素値の間で複数設定し、下限値を画素値の最小値から基準値-1の画素値の間で複数設定することにより、上限値から下限値までの範囲を複数設定し、変換部16が、入力画像の画素値が、設定された範囲となるように変換した変換画像を、複数の範囲の各々について生成し、表示制御部20が、生成された複数の変換画像の各々を、範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御する。【選択図】図3An object of the present invention is to display an image useful for assisting image interpretation without depending on subjectivity. A setting unit (14) sets a representative value of pixel values determined based on a histogram of pixel values of an input image as a reference value, and sets an upper limit value to a plurality of pixel values between the maximum pixel value and the reference value+1. By setting a plurality of lower limit values between the minimum pixel value and the pixel value of the reference value -1, a plurality of ranges from the upper limit value to the lower limit value are set, and the conversion unit 16 converts the pixels of the input image Transformed images converted so that the values are within the set range are generated for each of the plurality of ranges, and the display control unit 20 repeats each of the generated multiple transformed images in order of range size. control to display. [Selection drawing] Fig. 3
Description
本発明は、画像合成表示装置、画像合成表示方法、及び画像合成表示プログラムに関する。 The present invention relates to an image synthesis display device, an image synthesis display method, and an image synthesis display program.
従来、衛星画像、ドローン画像、医療画像、顕微鏡画像、実験計測画像、天文系画像等、高分解能化、多波長化する各種ディジタル画像を対象として、キメ、ザラツキ、汚れ等の各種テクスチャ特徴や、ひび割れ、エッジ、線状構造等のいわゆる画像特徴を分析することが行われている。この際、画像内の画素の画素値(輝度値)のヒストグラム上で、画素値の上限及び下限を調整しながら、画像のコントラストを調整することが行われる。 Conventionally, we target various digital images such as satellite images, drone images, medical images, microscope images, experimental measurement images, astronomical images, etc. with high resolution and multi-wavelength, and various texture features such as texture, roughness, dirt, etc. Analyzing so-called image features such as cracks, edges, line structures, etc. has been done. At this time, the contrast of the image is adjusted while adjusting the upper and lower limits of the pixel values on the histogram of the pixel values (luminance values) of the pixels in the image.
画像のコントラストの調整では、目的とする画像特徴を強調できるまで上述した上限及び下限の調整を繰り返す必要がある。また、画像の画質の違いや画像特徴の強調結果の判断は、技術者の主観に依存するという問題がある。 In adjusting the contrast of an image, it is necessary to repeat the upper and lower limits described above until the desired image feature can be emphasized. In addition, there is a problem that the difference in image quality of the image and the determination of the enhancement result of the image feature depend on the subjectivity of the engineer.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、画像の判読支援に有用な画像を主観に依存することなく表示することができる画像合成表示装置、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and aims to provide an image synthesizing display device, method, and program capable of displaying an image useful for assisting image interpretation without depending on subjectivity. aim.
上記目的を達成するために、本発明に係る画像合成表示装置は、入力画像の画素値のヒストグラムに基づいて決定した画素値の代表値を基準値とし、上限値を画素値の最大値から前記基準値より1つ前記最大値よりの画素値の間で複数設定し、下限値を画素値の最小値から前記基準値より1つ前記最小値よりの画素値の間で複数設定することにより、前記上限値から前記下限値までの範囲を複数設定する設定部と、前記入力画像の画素値が、前記設定部により設定された前記範囲となるように変換した変換画像を、複数の前記範囲の各々について生成する変換部と、前記変換部により生成された複数の前記変換画像の各々を、前記範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御する表示制御部と、を含んで構成されている。 In order to achieve the above object, an image synthesis display device according to the present invention uses a representative value of pixel values determined based on a histogram of pixel values of an input image as a reference value, and sets an upper limit value from the maximum value of the pixel values. By setting a plurality of pixel values between the pixel values one from the reference value to the maximum value and setting a plurality of lower limit values from the minimum pixel value to the pixel value from the reference value to the minimum value, a setting unit for setting a plurality of ranges from the upper limit value to the lower limit value; and a display control unit configured to repeatedly display each of the plurality of converted images generated by the conversion unit in order of the size of the range. .
本発明に係る画像合成表示装置によれば、設定部が、入力画像の画素値のヒストグラムに基づいて決定した画素値の代表値を基準値とし、上限値を画素値の最大値から基準値より1つ最大値よりの画素値の間で複数設定し、下限値を画素値の最小値から基準値より1つ最小値よりの画素値の間で複数設定することにより、上限値から下限値までの範囲を複数設定し、変換部が、入力画像の画素値が、設定部により設定された範囲となるように変換した変換画像を、複数の範囲の各々について生成し、表示制御部が、変換部により生成された複数の変換画像の各々を、範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御する。これにより、画像の判読支援に有用な画像を主観に依存することなく表示することができる。本発明に係る画像合成表示装置の上記機能は、コントラストストレッチの自動化機能であり、各種コントラストストレッチ処理にも対応可能であり、拡張性を有する。 According to the image synthesizing display device of the present invention, the representative value of the pixel values determined by the setting unit based on the histogram of the pixel values of the input image is used as the reference value, and the upper limit value is set from the maximum value of the pixel values to the reference value. By setting a plurality of pixel values between one maximum value and setting a plurality of lower limit values between the minimum pixel value and a pixel value one minimum value from the reference value, the range from the upper limit value to the lower limit value A plurality of ranges are set, the conversion unit generates a converted image in which the pixel values of the input image are converted so as to be within the range set by the setting unit for each of the plurality of ranges, and the display control unit converts Control is performed so that each of the plurality of transformed images generated by the unit is repeatedly displayed in order of range size. As a result, it is possible to display an image that is useful for assisting image interpretation without depending on subjectivity. The above function of the image synthesizing and displaying apparatus according to the present invention is a function of automating contrast stretching, and is capable of coping with various contrast stretching processes and has expandability.
また、前記設定部は、前記入力画像の画素値の標準偏差に所定値を乗算した値を前記基準値に加算した値を上限値とし、前記標準偏差に前記所定値を乗算した値を前記基準値から減算した値を下限値とする前記範囲において、前記所定値として複数の値を設定することで、複数の前記範囲を設定してよい。これにより、最大の範囲から極端に狭い最小の範囲まで複数の範囲を簡易に設定することができる。 Further, the setting unit sets a value obtained by adding a value obtained by multiplying the standard deviation of the pixel values of the input image by a predetermined value to the reference value as the upper limit value, and sets the value obtained by multiplying the standard deviation by the predetermined value as the reference value. A plurality of ranges may be set by setting a plurality of values as the predetermined value in the range whose lower limit is a value obtained by subtracting from the value. Thereby, it is possible to easily set a plurality of ranges from the maximum range to the extremely narrow minimum range.
また、前記代表値は、前記入力画像の画素値の平均値、中央値、最頻値、第一四分位数、又は第三四分位数としてよい。これにより、入力画像に応じた適切な範囲を設定することができる。 Also, the representative value may be an average value, a median value, a mode value, a first quartile, or a third quartile of the pixel values of the input image. This makes it possible to set an appropriate range according to the input image.
また、前記変換部は、前記入力画像が3バンド画像の場合、バンド画像毎に、前記複数の範囲の各々についての前記変換画像を生成し、画像合成表示装置は、前記3バンド画像を構成する各バンド画像をRプレーン、Gプレーン、及びBプレーンにそれぞれ割り当てた場合の各組み合わせについて、相関色温度が最小となる組み合わせで前記Rプレーン、前記Gプレーン、及び前記Bプレーンに割り当てられた前記各バンド画像に対応する前記変換画像を合成した合成画像を、前記複数の範囲の各々について生成する合成部を含み、前記表示制御部は、前記合成部により生成された複数の前記合成画像の各々を、前記範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御してよい。これにより、発色が良く、視認性が高い合成画像を生成することができる。本発明に係る画像合成表示装置の上記機能は、割り当て時の指標として相関色温度を導入した、RGBの各プレーンへの自動割り当て機能であり、実用性、新規性、及び拡張性を有する。 Further, when the input image is a 3-band image, the conversion unit generates the converted image for each of the plurality of ranges for each band image, and the image synthesizing display device constructs the 3-band image. Each band image assigned to the R-plane, the G-plane, and the B-plane is assigned to the R-plane, the G-plane, and the B-plane in the combination that minimizes the correlated color temperature. a synthesizing unit for generating, for each of the plurality of ranges, a synthesized image obtained by synthesizing the transformed images corresponding to the band images; , may be controlled to be repeatedly displayed in order of the size of the range. As a result, it is possible to generate a composite image with good coloring and high visibility. The above function of the image synthesizing and displaying apparatus according to the present invention is a function of automatically assigning RGB to each plane by introducing the correlated color temperature as an index at the time of assignment, and has practicality, novelty, and expandability.
また、前記合成部は、前記各バンド画像に対応する前記変換画像の画素値の平均値をRGB表色系の値とし、前記RGB表色系の値をXYZ系表色系の値に変換し、前記XYZ系表色系の値から色度座標を算出し、前記色度座標を前記相関色温度を算出するための定数に変換し、前記定数を用いた算出式に基づいて、前記相関色温度を算出してよい。 Further, the synthesizing unit sets the average value of the pixel values of the converted image corresponding to each of the band images to the value of the RGB color system, and converts the value of the RGB color system into the value of the XYZ color system. , chromaticity coordinates are calculated from the values of the XYZ color system, the chromaticity coordinates are converted into constants for calculating the correlated color temperature, and the correlated colors are calculated based on a calculation formula using the constants. Temperature may be calculated.
また、前記変換部は、前記入力画像が3バンド画像の場合、バンド画像毎に、前記複数の範囲の各々についての前記変換画像を生成し、画像合成装置は、前記3バンド画像を構成する各バンド画像のうち、バンド画像に対応する前記変換画像の画素値の平均値が最も大きい前記バンド画像をRプレーンに割り当て、画素値の平均値が最も小さい前記バンド画像をGプレーンに割り当て、残りの前記バンド画像をBプレーンに割り当てて、前記各バンド画像に対応する前記変換画像を合成した合成画像を、前記複数の範囲の各々について生成する合成部を含み、前記表示制御部は、前記合成部により生成された複数の前記合成画像の各々を、前記範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御してもよい。これにより、発色が良く、視認性が高い合成画像を生成することができる。本発明に係る画像合成表示装置の上記機能は、割り当て時の指標として変換画像の画素値の平均値を導入した、RGBの各プレーンへの自動割り当て機能であり、実用性、新規性、及び拡張性を有する。 Further, when the input image is a three-band image, the conversion unit generates the conversion image for each of the plurality of ranges for each band image, and the image synthesizing device generates the conversion image for each of the plurality of ranges, Among the band images, the band image having the largest average pixel value of the converted image corresponding to the band image is assigned to the R plane, the band image having the smallest average pixel value is assigned to the G plane, and the remaining band images are assigned to the G plane. a synthesizing unit that allocates the band image to a B plane and generates a synthesized image obtained by synthesizing the transformed image corresponding to each of the band images for each of the plurality of ranges; may be controlled so that each of the plurality of synthesized images generated by is repeatedly displayed in order of the size of the range. As a result, it is possible to generate a composite image with good coloring and high visibility. The above function of the image synthesizing display device according to the present invention is a function of automatic allocation to each plane of RGB, which introduces the average value of the pixel values of the converted image as an index at the time of allocation. have sex.
また、画像合成表示装置は、前記入力画像が3バンド以上のマルチバンド画像の場合、前記マルチバンド画像を主成分分析し、累積寄与率が上位3位までとなる第1主成分画像、第2主成分画像、及び第3主成分画像からなる画像を、前記3バンド画像として生成する分析部を含んで構成されてよい。これにより、マルチバンド画像のほぼ全域にわたるスペクトル情報を保持しつつ、情報を縮約することができる。したがって、入力画像として多様な画像を適用可能であり、柔軟性及び拡張性を有する。 Further, when the input image is a multiband image having three or more bands, the image synthesizing and displaying apparatus performs principal component analysis on the multiband image, and performs a first principal component image, a second The apparatus may include an analysis unit that generates an image composed of a principal component image and a third principal component image as the 3-band image. This makes it possible to reduce information while retaining spectral information over substantially the entire multiband image. Therefore, various images can be applied as input images, and it has flexibility and expandability.
また、前記表示制御部は、前記入力画像を表示する表示領域と、前記変換画像を表示する表示領域とを含む表示画面において、前記入力画像を表示するためにフレームメモリに書き込まれた画像データから生成した前記変換画像を表示するようにしてよい。また、前記表示制御部は、既稼動の画像表示システムで表示される画像を前記入力画像として取り込みながら、リアルタイムに前記変換画像を表示するようにしてよい。これにより、入力画像の表示に対して、リアルタイムに変換画像又は合成画像を表示することができる。すなわち、既存システムで表示される静止画又は動画を取り込みながら、リアルタイムで画像特徴を強調した合成動画を生成する既存システムの併用稼働が可能な装置であって、アイデア創出の支援を実現可能な画像合成表示装置を提供することができ、実用性及び発展性を有する。 Further, the display control unit controls the image data written in the frame memory to display the input image on a display screen including a display area for displaying the input image and a display area for displaying the converted image. The generated converted image may be displayed. Further, the display control unit may display the converted image in real time while capturing an image displayed by an image display system that is already in operation as the input image. Thereby, the converted image or the synthesized image can be displayed in real time with respect to the display of the input image. In other words, it is a device that can operate in combination with an existing system that generates a composite video that emphasizes image features in real time while capturing still images or moving images displayed by an existing system, and is an image that can realize support for idea creation. It can provide a composite display device, and has practicality and expansibility.
また、前記表示制御部は、前記入力画像を表示する表示領域と、前記合成画像を表示する表示領域と、前記合成画像を生成する際の、前記Rプレーン、前記Gプレーン、及び前記Bプレーンへの前記変換画像の割り当てを、前記合成部により決定された割り当てとするか、手動で指定した割り当てとするかを選択するための選択領域とを含む表示画面を表示するようにしてよい。これにより、自動で生成される合成画像と、手動による設定に基づいて生成される合成画像とを選択的に表示することができる。 Further, the display control unit controls a display area for displaying the input image, a display area for displaying the synthesized image, and a display area for displaying the R plane, the G plane, and the B plane when generating the synthesized image. A display screen including a selection area for selecting whether the allocation of the converted images of is determined by the synthesizing unit or is manually specified. Accordingly, it is possible to selectively display an automatically generated composite image and a composite image generated based on manual settings.
また、本発明に係る画像合成表示方法は、設定部が、入力画像の画素値のヒストグラムに基づいて決定した画素値の代表値を基準値とし、上限値を画素値の最大値から前記基準値より1つ前記最大値よりの画素値の間で複数設定し、下限値を画素値の最小値から前記基準値より1つ前記最小値よりの画素値の間で複数設定することにより、前記上限値から前記下限値までの範囲を複数設定し、変換部が、前記入力画像の画素値が、前記設定部により設定された前記範囲となるように変換した変換画像を、複数の前記範囲の各々について生成し、表示制御部が、前記変換部により生成された複数の前記変換画像の各々を、前記範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御する方法である。 Further, in the image synthesis display method according to the present invention, the representative value of the pixel values determined by the setting unit based on the histogram of the pixel values of the input image is used as the reference value, and the upper limit value is set from the maximum value of the pixel values to the reference value. By setting a plurality of pixel values between the minimum value of pixel values and a pixel value that is one pixel value less than the reference value, the upper limit A plurality of ranges from a value to the lower limit value are set, and a conversion unit converts a converted image so that pixel values of the input image are within the range set by the setting unit, and converts the converted image into each of the plurality of ranges. is generated, and the display control unit controls to repeatedly display each of the plurality of converted images generated by the conversion unit in order of the size of the range.
また、本発明に係る画像合成表示プログラムは、コンピュータを、入力画像の画素値のヒストグラムに基づいて決定した画素値の代表値を基準値とし、上限値を画素値の最大値から前記基準値より1つ前記最大値よりの画素値の間で複数設定し、下限値を画素値の最小値から前記基準値より1つ前記最小値よりの画素値の間で複数設定することにより、前記上限値から前記下限値までの範囲を複数設定する設定部、前記入力画像の画素値が、前記設定部により設定された前記範囲となるように変換した変換画像を、複数の前記範囲の各々について生成する変換部、及び、前記変換部により生成された複数の前記変換画像の各々を、前記範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御する表示制御部として機能させるためのプログラムである。 Further, in the image composition display program according to the present invention, the computer uses a representative value of pixel values determined based on a histogram of pixel values of an input image as a reference value, and sets an upper limit value from the maximum value of the pixel values to the reference value. By setting a plurality of pixel values between the pixel values one above the maximum value and setting a plurality of lower limit values between the minimum pixel value and the pixel value one pixel value below the reference value, the upper limit value to the lower limit value, and generating a converted image in which pixel values of the input image are converted so as to be within the range set by the setting unit for each of the plurality of ranges. A program for functioning as a conversion unit and a display control unit that controls to repeatedly display each of the plurality of converted images generated by the conversion unit in order of the size of the range.
本発明に係る画像合成表示装置、方法、及びプログラムによれば、画像の判読支援に有用な画像を主観に依存することなく表示することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the image synthesizing display device, method, and program according to the present invention, it is possible to display an image that is useful for supporting image interpretation without depending on subjectivity.
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。 An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に示すように、本実施形態に係る画像合成表示装置10には、カメラ22で撮影された画像や、外部装置24に記憶された画像データベース(DB)に格納されている画像がネットワークを介して入力される。以下、この画像を入力画像という。入力画像は、モノクロ画像、R、G、Bの3バンドで構成されるカラー画像、超高分解能画像、ハイパースペクトル画像、マイクロ波映像レーダ画像(偏波画像)、紫外画像、近赤外画像、医用画像等、各種画像を適用することができる。本実施形態では、入力画像が3バンド以上のマルチバンド画像である場合について説明する。
As shown in FIG. 1, in the image synthesizing and displaying
次に、画像合成表示装置10のハードウェア構成について説明する。
Next, the hardware configuration of the image synthesizing
図2に示すように、画像合成表示装置10は、CPU(Central Processing Unit)32、メモリ34、記憶装置36、入力装置38、出力装置40、記録媒体読取装置42、及び通信I/F(Interface)44を有する。各構成は、バスを介して相互に通信可能に接続されている。
As shown in FIG. 2, the image
記憶装置36には、画像合成表示処理を実行するための画像合成表示プログラムが格納されている。CPU32は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各構成を制御したりする。すなわち、CPU32は、記憶装置36からプログラムを読み出し、メモリ34を作業領域としてプログラムを実行する。CPU32は、記憶装置36に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。
The
メモリ34は、RAM(Random Access Memory)により構成され、作業領域として一時的にプログラム及びデータを記憶する。記憶装置36は、ROM(Read Only Memory)、及びHDD(Hard Disk Drive)又はSSD(Solid State Drive)等により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。
The
入力装置38は、例えば、キーボードやマウス等の、各種の入力を行うための装置である。出力装置40は、例えば、ディスプレイやプリンタ等の、各種の情報を出力するための装置である。出力装置40として、タッチパネルディスプレイを採用することにより、入力装置38として機能させてもよい。
The
記録媒体読取装置42は、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、ブルーレイディスク、USB(Universal Serial Bus)メモリなどの各種の記録媒体に記憶されたデータの読み込みや、記録媒体に対するデータの書き込み等を行う。通信I/F44は、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット(登録商標)、FDDI、Wi-Fi(登録商標)等の規格が用いられる。
The recording
次に、本実施形態に係る画像合成表示装置10の機能構成について説明する。
Next, the functional configuration of the image
図3に示すように、画像合成表示装置10は、機能構成として、分析部12と、設定部14と、変換部16と、合成部18と、表示制御部20とを含む。各機能構成は、CPU32が記憶装置36に記憶された画像合成表示プログラムを読み出し、メモリ34に展開して実行することにより実現される。
As shown in FIG. 3, the image
分析部12は、入力画像であるマルチバンド画像を主成分分析し、累積寄与率が上位3位までとなる第1主成分画像、第2主成分画像、及び第3主成分画像を生成する。すなわち、分析部12は、隣接バンドの画像間の相関が高いマルチバンド画像について、各バンド画像を直交化及び縮約化する機能部である。
The
例えば、図4の上図に示すように、入力画像が、ひび割れを有するコンクリート面を撮影した、バンド画像0~バンド画像p(図4の例ではp=24)で構成されるマルチバンド画像であるとする。分析部12は、各バンド画像の各画素値を要素とするベクトルで表される説明変量をxi(i=0,1,・・・,p)とし、特徴量空間において、説明変量xiの分散が最も大きくなる軸を第1主成分z1として算出する。z1は、係数a1iを用いて、z1=a10x0+a11x1+・・・+a1pxpと表される。また、分析部12は、第1主成分z1に相当する軸に対して垂直な軸のうち、説明変量xiの分散が最も大きくなる軸を第2主成分z2として算出する。z2は、係数a2iを用いて、z2=a20x0+a21x1+・・・+a2pxpと表される。分析部12は、同様に主成分の算出を繰り返し、係数amiを用いて、zm=am0x0+am1x1+・・・+ampxpと表される第m主成分zmを算出する。分析部12は、第1主成分z1、第2主成分z2、・・・、第m主成分zmのうち、累積寄与率で上位3つとなる主成分を選定する。分析部12は、選定した累積寄与率1位の主成分z(1)の係数a(1)0、a(1)1、・・・a(1)pと、各マルチバンド画像の画素値とを用いて、図4下図に示すように、第1主成分画像を生成する。同様に、分析部12は、選定した累積寄与率2位の主成分z(2)に基づいて第2主成分画像を生成し、選定した累積寄与率3位の主成分z(3)に基づいて第3主成分画像を生成する。
For example, as shown in the upper diagram of FIG. 4, the input image is a multiband image composed of
図4の例では、選定された3つの主成分で累積寄与率が73.9%となっており、マルチバンド画像のほぼ全域にわたるスペクトル情報を保持しつつ、情報の縮約ができていることが分かる。また、第1主成分画像、第2主成分画像、及び第3主成分画像はそれぞれ画素値の平均値及び標準偏差(σ)に差が生じている。また、コンクリート表面全体を表す画像が第1主成分画像として生成され、撮影時のハロゲンランプの影響が強調された画像が第2主成分画像として生成され、ひび割れ及びざらつきの影響が強調された画像が第3主成分画像として生成されている。 In the example of FIG. 4, the three selected principal components have a cumulative contribution rate of 73.9%. I understand. Also, the first principal component image, the second principal component image, and the third principal component image have differences in the average value and the standard deviation (σ) of the pixel values, respectively. Further, an image representing the entire concrete surface is generated as the first principal component image, an image in which the influence of the halogen lamp at the time of photographing is emphasized is generated as the second principal component image, and an image in which the influence of cracks and roughness is emphasized. is generated as the third principal component image.
設定部14は、分析部12で生成された各主成分画像の画素値のヒストグラムに基づいて決定した画素値の代表値を基準値とし、上限値を画素値の最大値から基準値+1の画素値の間で複数設定し、下限値を画素値の最小値から基準値-1の画素値の間で複数設定する。これにより、設定部14は、上限値から下限値までの範囲を、画素値のコントラストを調整するためのストレッチ範囲として複数設定する。代表値は、各主成分画像の画素値の平均値、中央値、最頻値、第一四分位数、第三四分位数等としてよい。
The setting
より具体的には、設定部14は、例えば代表値を平均値とし、各主成分画像の画素値の標準偏差に所定値を乗算した値を平均値に加算した値を上限値とし、標準偏差に所定値を乗算した値を平均値から減算した値を下限値とするストレッチ範囲において、所定値として複数の値を設定することで、複数のストレッチ範囲を設定する。すなわち、設定部14は、下記(1)式により上限値を設定し、下記(2)式により下限値を設定する。
上限値=主成分画像の画素値の平均値+nσ (1)
下限値=主成分画像の画素値の平均値-nσ (2)
ただし、σは標準偏差である。また、nは所定値であり、例えば、n=0.25,0.5,0.75,1,1.25,・・・としてよい。
More specifically, for example, the setting
Upper limit value = average pixel value of principal component image + nσ (1)
Lower limit = average pixel value of principal component image - nσ (2)
where σ is the standard deviation. Also, n is a predetermined value, and may be set to n=0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, . . .
また、設定部14は、上限値及び下限値の各々の最大値及び最小値を下記に示すように設定する。
上限値の最大値=255 上限値の最小値=平均値+1
下限値の最小値=0 下限値の最大値=平均値-1
この場合、設定されるストレッチ範囲として、0(下限値)~255(上限値)が最も広いストレッチ範囲として設定され、平均値-1(下限値)~平均値+1(上限値)が最も狭いストレッチ範囲として設定される。
Also, the setting
Maximum upper limit = 255 Minimum upper limit =
Minimum lower limit value = 0 Maximum lower limit value = Average - 1
In this case, as the stretch range to be set, 0 (lower limit) to 255 (upper limit) is set as the widest stretch range, and the average value -1 (lower limit) to average value + 1 (upper limit) is the narrowest stretch Set as a range.
変換部16は、各主成分画像について、主成分画像の画素値を、設定部14により設定されたストレッチ範囲となるように変換したストレッチ画像を、複数のストレッチ範囲の各々について生成する。具体的には、図5に示すように、変換部16は、変換前の主成分画像において、設定された下限値に相当する画素値を0、上限値に相当する画素値を255とし、0~255間の画素値を線形変換することによりストレッチ画像を生成する。変換部16は、図6上図に示すように、各主成分画像について、設定された各ストレッチ範囲に対応する複数のストレッチ画像を生成する。また、画素値の変換には、線形変換以外にも高次関数による変換、対数関数、サインあるいはコサイン関数を適用してもよい。
The
合成部18は、3つの主成分画像をRプレーン、Gプレーン、及びBプレーンにそれぞれ割り当てた場合の各組み合わせについて、相関色温度が最小となる組み合わせでRプレーン、Gプレーン、及びBプレーンに割り当てられた主成分画像に対応するストレッチ画像を合成したカラー合成画像を、複数のストレッチ範囲の各々について生成する。具体的には、合成部18は、ストレッチ画像の画素値の平均値をRGB表色系の値とし、RGB表色系の値をXYZ系表色系の値に変換し、XYZ系表色系の値から色度座標を算出する。そして、合成部18は、色度座標を相関色温度を算出するための定数に変換し、定数を用いた算出式に基づいて、相関色温度を算出する。
The synthesizing
より具体的には、合成部18は、下記(3)式~(5)式により、RGB表色系をXYZ表色系に変換する。なお、R、G、及びBの値は、Rプレーン、Gプレーン、及びBプレーンのそれぞれに割り当てられた主成分画像に対応する複数のストレッチ範囲についてのストレッチ画像の画素値の平均値を用いる。
X=2.7689×R+1.7515×G+1.1301×B (3)
Y=R+4.5907×G+0.0601×B (4)
Z=0.0565×G+5.5943×B (5)
More specifically, the synthesizing
X=2.7689×R+1.7515×G+1.1301×B (3)
Y=R+4.5907×G+0.0601×B (4)
Z=0.0565×G+5.5943×B (5)
そして、合成部18は、下記(6)式及び(7)式により、色度座標x、yを求め、下記(8)式により、色度座標x、yを定数nに変換する。
x=X/(X+Y+Z) (6)
y=Y/(X+Y+Z) (7)
n=((x-0.332))/((y-0.1858)) (8)
Then, the synthesizing
x=X/(X+Y+Z) (6)
y=Y/(X+Y+Z) (7)
n=((x-0.332))/((y-0.1858)) (8)
さらに、合成部18は、下記(9)式に定数nを代入し、相関色温度Tcorr[K]を算出する。
Tcorr=-437×n3+3601×n2
-6861×n+5514.31 (9)
Further, the synthesizing
T corr =−437×n 3 +3601×n 2
-6861 x n + 5514.31 (9)
ここで、第1~第3主成分画像に対応するストレッチ画像をRGBの各プレーンに割り当てる際の組み合わせは6ケース(=3P3)である。したがって、合成部18は、この6ケースの各々について相関色温度Tcorr[K]を算出する。そして、合成部18は、相関色温度Tcorrが最小となるケースで、3つの主成分画像をRGBの各プレーンに割り当てる。そして、合成部18は、ストレッチ範囲毎に、各主成分画像に対応するストレッチ画像を合成する。これにより、ストレッチ範囲毎にカラー合成画像が生成される。
Here, there are 6 cases (= 3 P 3 ) of combinations when the stretched images corresponding to the first to third principal component images are assigned to each of the RGB planes. Therefore, the
ここで、第1~第3主成分画像のRGBの各プレーンへの割り当てとして、相関色温度が最小となる組み合わせで割り当てる理由について説明する。一般的には、カラー合成画像を生成する際には、コントラストストレッチを行いながら、かつ、RGBの発色状況をみながら、画像特徴が強調されるストレッチ範囲と、RGBプレーンへの割り当てを試行決定する。つまり、カラー合成画像上での色の視認性が良くなることが条件となるが、これは色相と関係する。この点について、図7に示す色度図から、以下のことが読み取れる。
(1)緑色系から赤色系にかけて、上から順に、緑色、黄緑色、黄色、橙色、朱色、及び赤色の6色が視認可能。
(2)緑色系から青色系では、下から順に、緑色、薄青色、青色、及び紫色の4色程度しか視認できない。
Here, the reason why the combinations that minimize the correlated color temperature are assigned to the RGB planes of the first to third principal component images will be described. In general, when generating a color composite image, a stretch range in which image features are emphasized and allocation to RGB planes are determined by trial while performing contrast stretching and observing the RGB color development state. . In other words, the condition is that the visibility of the colors on the color composite image is improved, which is related to the hue. Regarding this point, the following can be read from the chromaticity diagram shown in FIG.
(1) Six colors of green, yellowish green, yellow, orange, vermilion, and red can be visually recognized from the top, from green to red.
(2) From green to blue, only about four colors of green, pale blue, blue, and purple can be visually recognized from the bottom.
すなわち、相関色温度Tcorrの値が小さく、赤色系の発色となるように、主成分画像をRGBの各プレーンに割り当てることにより、カラー合成画像上での画像特徴の発色数が多くなり、画像特徴を強調でき、視認性も向上することになる。このことは比視感度の観点で根拠を説明可能である。具体的には、可視光の場合、波長別に色が異なり、目が感じる明るさは、同じエネルギーの電磁波(光)でも、波長によって異なる。例えば、黄や緑の光は明るく感じ、赤や青の光は暗く感じる。また、人間が最も明るく感じるのは、黄緑系の電磁波(光)で「555nm付近」の波長である。図8に示すように、波長555nmに対応する明るさを「1(最大感度)」とし、最大感度に対する波長毎の感度の比率(相対値)を「標準比視感度(明所視)」と言う。また、暗い所では、最大感度が青緑色(暗所視)に移る。図8からも分かるとおり、「緑~黄~黄赤」系に発色するように、主成分画像をRGBの各プレーンに割り当てることは、比視感度を高めることになる。 That is, by assigning the principal component image to each of the RGB planes so that the value of the correlated color temperature T corr is small and the color is reddish, the number of colors of the image features on the color composite image increases, and the image Features can be emphasized, and visibility is also improved. The grounds for this can be explained from the viewpoint of relative luminous efficiency. Specifically, in the case of visible light, the color differs depending on the wavelength, and the brightness perceived by the eyes differs depending on the wavelength even for electromagnetic waves (light) with the same energy. For example, we feel yellow and green light bright, and red and blue light dark. Humans feel the brightest is yellow-green electromagnetic waves (light) with a wavelength of "near 555 nm". As shown in FIG. 8, the brightness corresponding to a wavelength of 555 nm is defined as "1 (maximum sensitivity)", and the ratio (relative value) of sensitivity for each wavelength to the maximum sensitivity is defined as "standard relative luminosity (photopic vision)". To tell. Also, in dark places, the maximum sensitivity shifts to blue-green (scotopic vision). As can be seen from FIG. 8, assigning the main component image to each of the RGB planes so as to develop colors in the “green-yellow-yellow-red” system increases the relative luminosity.
また、図6の例で、相関色温度の値が最小となる割り当てでは、第1主成分画像がRプレーンに割り当てられ、第3主成分画像がGプレーンに割り当てられた。また、3つの主成分画像のうち、第1主成分画像に対応するストレッチ画像の平均値(136)は最大であり、第3主成分画像に対応するストレッチ画像の平均値(126)は最小であった。色相環上では、赤色系と緑色系とは補色の位置関係にあり、コントラストを強調できる組み合わせとなる。つまり、主成分画像に対応するストレッチ画像の平均値が最大と最小とを示す主成分画像が、それぞれRプレーン及びGプレーンに割り当てられたことは、相関色温度によるRGBの各プレーンへの割り当てが適切であることを裏付けている。 Also, in the example of FIG. 6, in the allocation with the minimum correlated color temperature value, the first principal component image was allocated to the R plane, and the third principal component image was allocated to the G plane. Further, among the three principal component images, the average value (136) of the stretched image corresponding to the first principal component image is the largest, and the average value (126) of the stretched image corresponding to the third principal component image is the smallest. there were. On the color wheel, reds and greens are in a complementary color positional relationship, and are a combination that can enhance contrast. That is, the fact that the principal component images showing the maximum and minimum average values of the stretched images corresponding to the principal component images are assigned to the R plane and the G plane respectively means that the assignment of RGB to each plane by the correlated color temperature is confirms that it is appropriate.
そこで、合成部18は、3つの主成分画像のうち、その主成分画像に対応する複数のストレッチ画像の画素値の平均値が最も大きい主成分画像をRプレーンに割り当て、画素値の平均値が最も小さい主成分画像をGプレーンに割り当て、残りの主成分画像をBプレーンに割り当てて合成したカラー合成画像を、複数のストレッチ範囲の各々について生成してもよい。
Therefore, the synthesizing
図6の例では、「表面全体の情報」を表す第1主成分画像を赤(Rプレーン)に割り当て、「ざらつきの情報」を表す第3主成分画像を緑(Gプレーン)に割り当てて合成することで、中間色の発色数及び補色の関係から、ざらつきが5~6色に強調されて、互いの彩度が増して、より鮮やかに互いの色を引き立たせ、コントラストがはっきりしたカラー合成画像が生成される。 In the example of FIG. 6, the first principal component image representing "information on the entire surface" is assigned to red (R plane), and the third principal component image representing "roughness information" is assigned to green (G plane) for synthesis. By doing so, the roughness is emphasized to 5 to 6 colors due to the relationship between the number of colors and the complementary colors of the intermediate colors, and the saturation of each other increases, making each other's colors stand out more vividly, creating a color composite image with clear contrast. is generated.
表示制御部20は、変換部16により生成された複数のストレッチ画像の各々を、ストレッチ範囲の広さの順に繰り返し表示装置に表示するように制御する。例えば、表示制御部20は、図6上図に示すような、いずれかの主成分画像に対応する複数のストレッチ画像を、所定時間間隔毎に順次切り替えながら表示する。これにより、複数のストレッチ画像が動画(以下、「ストレッチ動画」という)として再生される。
The
また、表示制御部20は、合成部18により生成された複数のカラー合成画像の各々を、ストレッチ範囲の広さの順に繰り返し表示装置に表示するように制御する。例えば、表示制御部20は、図9に示すような、ストレッチ範囲毎に生成された複数のカラー合成画像を、所定時間間隔毎に順次切り替えながら表示する。これにより、複数のカラー合成画像が動画(以下、「カラー合成動画」という)として再生される。なお、図9では、カラー合成画像をグレースケールで表しているが、カラー合成画像は、実際には、第1~第3主成分画像に対応するストレッチ画像がそれぞれRGBの各プレーンに割り当てられて合成されたカラーの画像である。以下の各図においても同様である。
Further, the
また、表示制御部20は、主成分分析の適用の有無、ストレッチ範囲、RGBプレーンへの割り当て等の各種設定をユーザから受け付け可能とし、設定を受け付けた場合には、変換部16又は合成部18で生成された画像に替えて、受け付けた設定に基づく画像を表示するようにしてもよい。これを実現するため、表示制御部20は、例えば、図10に示すような表示画面50を表示してよい。
In addition, the
図10の例では、表示画面50は、入力画像表示領域52及び動画再生領域54を含む。表示制御部20は、入力画像表示領域52用のフレームメモリに書き込まれた画像データに基づく入力画像を入力画像表示領域52に表示する。また、表示制御部20は、そのフレームメモリに書き込まれた入力画像の画像データから生成されたストレッチ動画又はカラー合成動画を動画再生領域54で再生する。これにより、入力画像に対して拡大、縮小等の操作がなされた場合でも、対応する動画をリアルタイムに表示することができる。また、表示制御部20は、入力画像表示領域52に表示する入力画像を既稼動の画像表示システムのフレームメモリ内からリアルタイムで取り込みながら、その入力画像から生成された動画を動画再生領域54でリアルタイムに再生する。これにより、表示ソフトウェアに依存することなく、様々な入力画像に適用して、リアルタイムに画像特徴を判読するための動画を表示することができる。
In the example of FIG. 10 , the
入力画像としては、ドローンによる各種点検及び計測動画、超高分解能画像(例えば、0.08mm/pixel)、紫外線、可視域、近赤外域、赤外域、マイクロ波域等、様々な波長帯域で観測される画像、ドローン動画、グーグルアース画像、ストリートビュー動画、モービルマッピング動画、ハイパースペクトルキューブ動画、顕微鏡画像、気象画像(台風、雲画像)、天文画像、考古学分野画像、各種衛星画像、CT画像、MRI画像、超音波画像、3D動画、スマートフォンで撮影された画像等、あらゆる画像が適用可能である。なお、動画を入力とする場合、画像特徴を判読したいシーンで動画を一時停止し、その一時停止された時点のコマに対応するフレーム画像を入力画像とすればよい。 Input images include various inspection and measurement videos by drone, ultra-high resolution images (e.g., 0.08mm/pixel), ultraviolet, visible, near-infrared, infrared, microwave, and other wavelength bands. images, drone videos, Google Earth images, street view videos, mobile mapping videos, hyperspectral cube videos, microscope images, meteorological images (typhoons, cloud images), astronomical images, archaeological field images, various satellite images, CT images , MRI images, ultrasound images, 3D moving images, images captured by smartphones, and the like can be applied. When a moving image is input, the moving image is paused at a scene whose image feature is desired to be interpreted, and the frame image corresponding to the frame at the time of the pause is used as the input image.
また、表示画面50は、動画再生領域54で、ストレッチ動画を再生するか、又はカラー合成動画を再生するかを選択するためのチェックボックス56を含む。チェックボックス56において、ストレッチ動画が選択された場合には、表示制御部20は、動画再生領域54でストレッチ動画を再生する。一方、チェックボックス56において、カラー合成動画が選択された場合には、表示制御部20は、動画再生領域54でカラー合成動画を再生する。なお、入力画像が単バンド画像の場合には、チェックボックス56において、カラー合成動画を選択できないようにしてもよい。
The
また、表示画面50は、入力画像に主成分分析を適用するか否かを選択するためのチェックボックス58を含む。入力画像がRGBの3バンド画像の場合、カラー合成画像を生成する際に、主成分分析を行うことなく、各バンド画像をRGBの各プレーンへ割り当てることが可能である。図10の例では、チェックボックス58において、「RBG3バンド」は、主成分分析を適用することなく、オリジナルのRGBのまま各プレーンへ割り当てる場合を表す。表示制御部20は、チェックボックス58の選択結果を分析部12へ通知する。これにより、チェックボックス58において、主成分分析を適用することが選択されている場合に、分析部12において、入力画像の主成分分析が実行される。なお、入力画像が4バンド以上のマルチバンド画像の場合には、チェックボックス58において、主成分分析を適用する場合のみを選択可能としてもよい。また、入力画像が単バンド画像の場合には、チェックボックス58を非表示としてもよい。
また、表示画面50は、動画再生領域54で再生される動画の再生速度を選択するための再生速度選択領域60を含む。表示制御部20は、動画再生領域54において、再生速度選択領域60で選択された再生速度で動画を再生する。また、表示画面50は、範囲選択領域62を含む。範囲選択領域62は、一時停止ボタンと、ストレッチ範囲を選択するための選択ボックスとを含む。表示制御部20は、一時停止ボタンが選択されると、動画再生領域54で再生している動画を一時停止させ、選択ボックスで選択されているストレッチ範囲に対応するストレッチ画像又はカラー合成画像を動画再生領域54に表示する。選択ボックスは、ストレッチ範囲を、範囲の広さの順に順次切り替え可能となっている。これにより、ストレッチ動画又はカラー合成動画をコマ送り的に表示することができ、画像特徴を確認したいストレッチ範囲に対応したストレッチ画像又はカラー合成画像を容易に特定することができる。
The
また、表示画面50は、各バンド画像又は主成分画像のRGBプレーンへの割り当てを設定するための設定領域64を含む。設定領域64は、合成部18による割り当て(図10中の「推奨割り当て」)を適用するか、手動で割り当てるかを選択するためのチェックボックスを含む。また、設定領域64は、手動で割り当てる場合において、RGBの各プレーンにいずれの主成分画像又はバンド画像を割り当てるかを指定するための指定ボックスを含む。指定ボックスは、例えばプルダウンメニュー等で構成され、入力画像に対して主成分分析を行った場合には、第1~第3の各主成分画像が選択肢として表示され、主成分分析を行っていない場合には、RGBの各バンド画像が選択肢として表示される。表示制御部20は、設定領域64で設定された情報を合成部18へ通知する。これにより、合成部18は、推奨割り当てが設定されている場合には、上述した相関色温度に基づく割り当てを行ってカラー合成画像を生成する。一方、合成部18は、割り当てが手動で設定されている場合には、設定に従った割り当てを行ってカラー合成画像を生成する。
The
また、表示画面50は、実行ボタン66及び保存ボタン68を含む。実行ボタン66が選択されると、表示制御部20は、各領域で選択された設定にしたがって、動画再生領域54で動画を再生する。保存ボタン68が選択されると、表示制御部20は、再生している動画を所定の記憶領域に保存する。この場合、表示制御部20は、設定されている再生速度で再生される動画として保存してもよいし、動画を構成する複数のストレッチ画像又は複数のカラー合成画像を保存してもよい。また、表示制御部20は、動画と共に、各領域で設定されている情報を保存してもよい。さらに、動画を一時停止させた状態で保存ボタン68が選択された場合には、表示制御部20は、一時停止されたコマに相当する静止画である、ストレッチ画像又はカラー合成画像を保存するようにしてもよい。
次に、本実施形態に係る画像合成表示装置10の作用について説明する。
Next, the operation of the image synthesizing
図11は、画像合成表示装置10のCPU32により実行される画像合成表示処理の流れを示すフローチャートである。CPU32が記憶装置36から画像合成表示プログラムを読み出して、メモリ34に展開して実行することにより、CPU32が画像合成表示装置10の各機能構成として機能し、図11に示す画像合成表示処理が実行される。なお、ここでは、3バンド以上のマルチバンド画像を入力画像とする場合を例に説明する。
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of image composition display processing executed by the
まず、ステップS10で、分析部12が、マルチバンドの入力画像を取得する。次に、ステップS12で、分析部12が、入力画像の各バンド画像を説明変数として主成分分析を行い、累積寄与率で上位3位までの主成分を選定し、選定した主成分の係数及び各バンド画像の画素値を用いて、第1~第3主成分画像を生成する。
First, in step S10, the
次に、ステップS14で、設定部14が、例えば、上限値の最大値=255、上限値の最小値=主成分画像の画素値の平均値+1、下限値の最小値=0、下限値の最大値=平均値-1となる下限値から上限値まで画素値の範囲である複数のストレッチ範囲を設定する。そして、変換部16が、各主成分画像について、主成分画像の画素値を、設定されたストレッチ範囲となるように変換したストレッチ画像を、複数のストレッチ範囲の各々について生成する。
Next, in step S14, the setting
次に、ステップS16で、合成部18が、各主成分画像に対応する複数のストレッチ画像の各々の画素値の平均値を計算し、さらに、主成分画像毎の平均値を計算する。そして、合成部18が、計算したストレッチ画像の画素値の平均値を用いて、3つの主成分画像をRプレーン、Gプレーン、及びBプレーンにそれぞれ割り当てた場合の各組み合わせについて、相関色温度を算出する。そして、合成部18が、相関色温度が最小となる組み合わせでRプレーン、Gプレーン、及びBプレーンに割り当てられた主成分画像に対応するストレッチ画像を合成したカラー合成画像を、複数のストレッチ範囲の各々について生成する。
Next, in step S16, the synthesizing
次に、ステップS18で、表示制御部20が、生成された複数のカラー合成画像の各々を、ストレッチ範囲の広さの順に、所定時間間隔毎に切り替えながら繰り返し表示装置に表示するように制御することで、カラー合成動画を再生する。そして、画像合成表示処理は終了する。
Next, in step S18, the
以上説明したように、本実施形態に係る画像合成表示装置は、入力画像の画素値のヒストグラムに基づいて決定した画素値の代表値を基準値とし、上限値を画素値の最大値から基準値+1の間で複数設定し、下限値を画素値の最小値から基準値-1の間で複数設定することにより、上限値から下限値までのストレッチ範囲を複数設定する。また、画像合成表示装置は、入力画像の画素値が、設定されたストレッチ範囲となるように変換したストレッチ画像を、複数のストレッチ範囲の各々について生成する。さらに、画像合成表示装置は、生成された複数のストレッチ画像の各々を、ストレッチ範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御する。これにより、画像の判読支援に有用な画像を主観に依存することなく表示することができる。また、上記のように極端に狭いストレッチ範囲のストレッチ画像も生成するため、強調された画像特徴を確認することができる。 As described above, the image synthesis display apparatus according to the present embodiment uses the representative value of pixel values determined based on the histogram of the pixel values of the input image as the reference value, and the upper limit value from the maximum pixel value to the reference value. A plurality of stretch ranges from the upper limit value to the lower limit value are set by setting a plurality of values between +1 and setting a plurality of lower limit values between the minimum pixel value and the reference value −1. Further, the image synthesizing and displaying device generates a stretched image in which the pixel values of the input image are converted so as to be within the set stretched range for each of the plurality of stretched ranges. Further, the image synthesizing display device controls to repeatedly display each of the plurality of generated stretched images in the order of stretch range width. As a result, it is possible to display an image that is useful for assisting image interpretation without depending on subjectivity. In addition, since a stretched image with an extremely narrow stretch range is also generated as described above, it is possible to confirm the enhanced image features.
また、本実施形態に係る画像合成表示装置は、入力画像が3バンド画像の場合、各バンド画像について複数のストレッチ範囲に対応するストレッチ画像を生成した上で、各バンド画像をRGBの各プレーンに割り当てて合成したカラー合成画像を、ストレッチ範囲毎に生成する。この割り当てについて、画像合成表示装置は、相関色温度が最小となるように割り当てる。これにより、画像特徴を強調することができ、視認性の高いカラー合成画像を生成することができる。また、上記のように極端に狭いストレッチ範囲のストレッチ画像の画像強調結果が、カラー合成画像にも反映されることとなる。また、手動によるコントラストストレッチ処理が一切不要であるため、カラー合成画像生成効率が格段に向上する。また、上記のような複数のストレッチ画像及びカラー合成画像を動画として生成することで、コントラストストレッチ過程における画質変化及び画像特徴強調の全過程を動的に視認することができ、高い判読支援効果が得られる。 Further, when the input image is a 3-band image, the image synthesis display apparatus according to the present embodiment generates a stretch image corresponding to a plurality of stretch ranges for each band image, and then divides each band image into each RGB plane. A color synthesized image that is assigned and synthesized is generated for each stretch range. For this assignment, the image synthesis display device assigns so that the correlated color temperature is minimized. As a result, image features can be emphasized, and a highly visible color composite image can be generated. Further, the image enhancement result of the stretched image with the extremely narrow stretch range as described above is also reflected in the color composite image. In addition, since manual contrast stretching processing is completely unnecessary, the efficiency of color composite image generation is greatly improved. In addition, by generating a moving image of multiple stretched images and color composite images as described above, it is possible to dynamically visualize changes in image quality in the process of contrast stretching and the entire process of image feature enhancement, resulting in a high reading support effect. can get.
空間分解能及び波長分解能(多バンド化)の向上を目的としたセンサ開発が進む中、近年、ハイパースペクトルデータの利用にも注目が寄せられている。ハイパースペクトルデータは、隣接バンドの画像間の相関が高いことから、通常のR、G、Bバンドに対応する観測画像を用いてカラー合成画像を生成することが一般的である。しかし、この処理では、ハイパースペクトルデータが有するスペクトル情報が活かされていない。任意の3バンドのハイパースペクトルデータを選定して、カラー合成することも可能であるが、RGBの各プレーンへの割り当ての違いによって、カラー合成画像上の色相や彩度が異なり、画像特徴の強調効果が得られない場合もある。本実施形態に係る画像合成表示装置は、入力画像が3バンド以上のマルチバンド画像の場合、主成分分析を行って累積寄与率上位3位までの主成分に基づいて、第1~第3主成分画像を生成し、これを上記の3バンド画像として扱う。これにより、上記課題を解消し、ハイパースペクトルデータのほぼ全域にわたるスペクトル情報を保持しつつ、カラー合成動画を生成することができる。 As sensors are developed with the aim of improving spatial resolution and wavelength resolution (multi-band), the use of hyperspectral data is also attracting attention in recent years. Since hyperspectral data has a high correlation between adjacent band images, it is common to generate a color composite image using observed images corresponding to normal R, G, and B bands. However, in this process, spectral information possessed by hyperspectral data is not utilized. Although it is possible to select arbitrary 3-band hyperspectral data and perform color synthesis, the hue and saturation on the color synthesized image differ due to differences in the allocation of RGB to each plane, resulting in image feature enhancement. In some cases, no effect is obtained. When the input image is a multi-band image with three or more bands, the image synthesis display device according to the present embodiment performs principal component analysis to determine the first to third principal components based on the top three cumulative contribution ratio principal components. Generate a component image and treat it as the 3-band image above. As a result, the above problem can be solved, and a color composite moving image can be generated while maintaining spectral information covering almost the entire hyperspectral data.
また、本実施形態に係る画像合成表示装置は、あらゆる種類の画像を入力画像として適用することができる。これにより、画像合成表示装置を、既存の各種センサ、カメラ等のディバイス、画像処理及び解析システムにも組み込むことができ、産業上の利用、拡張性も有し、既存の技術にはみられない画像処理機能となる。 Also, the image synthesis display device according to the present embodiment can apply all kinds of images as input images. As a result, the image synthesizing display device can be incorporated into various existing devices such as sensors, cameras, and image processing and analysis systems. Image processing function.
なお、上記実施形態では、主に、ひび割れを含むコンクリート表面を撮影したマルチバンド画像を入力画像とする場合を例に説明したが、本実施形態は、肌診断、塗装面のキズ検出、MRIやCT画像等の分析等にも適用可能である。以下、各種入力画像について生成されるカラー合成画像の一例を示す。 In the above-described embodiment, a multiband image obtained by photographing a concrete surface including cracks is mainly used as an input image. It is also applicable to analysis of CT images and the like. Examples of color composite images generated for various input images are shown below.
図12は、入力画像として、ひび割れを含むコンクリート表面を撮影したハイパースペクトル画像を適用した場合に、本実施形態において生成されるカラー合成画像の一例である。図12右図ではグレースケールで表されているが、実際には、表面のざらつきが赤で表現され、その上に覆いかぶさるように、ひび割れ部分が緑で強調されたカラー合成画像となっており、画像特徴について、高い判読支援効果を確認することができる。また、複数のストレッチ範囲についてのカラー合成画像を動画として再生することで、コントラストストレッチ過程における画質変化及び画像特徴強調の全過程を動的に視認することができる。 FIG. 12 is an example of a color composite image generated in this embodiment when a hyperspectral image of a concrete surface including cracks is applied as an input image. Although the image on the right side of FIG. 12 is represented in grayscale, in reality, the rough surface is expressed in red, and the cracks are emphasized in green so as to cover the rough surface, resulting in a color composite image. , it is possible to confirm a high interpretation support effect for the image features. In addition, by reproducing color composite images for a plurality of stretch ranges as moving images, it is possible to dynamically visually recognize changes in image quality and the entire process of image feature enhancement during the contrast stretching process.
図13に、図12の例の第1~第3主成分画像のRGBの各プレーンへの割り当ての組み合わせの全ケースについてのカラー合成画像及び相関色温度の一例を示す。この例では、各主成分画像に対応するストレッチ画像の画素値の平均値の主成分画像毎の平均が、第1主成分画像が136(大)、第2主成分画像が127(中)、第3主成分画像が126(小)であった。図13に示すように、画素値の平均値が最大の第1主成分画像をRプレーンに、最小の第3主成分画像をGプレーンに割り当てた場合の相関色温度が最小となっており、発色が良く、視認性が高い割り当てを自動で行えることが確認できる。 FIG. 13 shows an example of color composite images and correlated color temperatures for all cases of combinations of assignments of RGB to each plane of the first to third principal component images in the example of FIG. In this example, the average of the pixel values of the stretched image corresponding to each principal component image is 136 (large) for the first principal component image, 127 (medium) for the second principal component image, The third principal component image was 126 (small). As shown in FIG. 13, the correlated color temperature is the minimum when the first principal component image with the largest average pixel value is assigned to the R plane and the third principal component image with the smallest average pixel value is assigned to the G plane. It can be confirmed that the allocation with good coloring and high visibility can be automatically performed.
図14は、入力画像として、ひび割れを含むコンクリート表面を撮影したRGB3バンドの高分解能画像を適用し、かつ入力画像に主成分分析を適用する場合に、本実施形態において生成されるカラー合成画像の一例である。図12の例と同様に、表面のざらつきが赤で表現され、その上に覆いかぶさるように、ひび割れ部分が緑又は青系で強調されたカラー合成画像となっており、画像特徴について、高い判読支援効果を確認することができる。また、図15に、図14の例の第1~第3主成分画像のRGBの各プレーンへの割り当ての組み合わせの全ケースについてのカラー合成画像及び相関色温度の一例を示す。図15の例は、画素値の平均値が最大は第1主成分、中間は第2主成分、最小は第3主成分であり、第2主成分と第3主成分の平均値の差は「1」で有意差はない場合となる。このため、画素値の平均値が最大の第1主成分画像をRプレーンに、最小の第3主成分画像をGプレーンに割り当てたケースと、相関色温度が最小となるケースとが異なってはいるが、前者のケースも、相関色温度が最小となるケースに次いで相関色温度が小さく、図13の例と同様、前述した比視感度に基づいて、発色が良く、視認性が高い割り当てを自動で行えることが確認できる。 FIG. 14 is a color composite image generated in this embodiment when applying a high-resolution RGB 3-band image of a concrete surface including cracks as an input image and applying principal component analysis to the input image. An example. Similar to the example of FIG. 12, the rough surface is expressed in red, and the cracks are emphasized in green or blue to cover the rough surface, resulting in a color composite image. You can check the support effect. Also, FIG. 15 shows an example of a color composite image and correlated color temperature for all cases of combinations of assignment of RGB to each plane of the first to third principal component images in the example of FIG. In the example of FIG. 15, the maximum average value of pixel values is the first principal component, the middle value is the second principal component, and the minimum value is the third principal component. "1" means that there is no significant difference. Therefore, the case in which the first principal component image with the largest average pixel value is assigned to the R plane and the third principal component image with the smallest average pixel value is assigned to the G plane are different from the case in which the correlated color temperature is the smallest. However, in the former case as well, the correlated color temperature is the second lowest after the case where the correlated color temperature is the lowest, and similar to the example of FIG. I can confirm that it can be done automatically.
図16は、入力画像として、ひび割れを含むコンクリート表面を撮影したRGB3バンドの高分解能画像を適用し、かつ入力画像に主成分分析を適用しない場合に、本実施形態において生成されるカラー合成画像の一例である。この例では、入力画像のRバンド画像(赤色画像)をRプレーンに、Gバンド画像(緑色画像)をGプレーンに、Bバンド画像(青色画像)をBプレーンに割り当ててカラー合成画像が生成されている。また、図17に、この入力画像について、主成分分析を適用した場合のカラー合成画像と主成分分析を適用しない場合のカラー合成画像との比較を示す。いずれのカラー合成画像も画像特徴が強調された画像となっているが、特に、主成分分析を適用した場合には、カラー合成の処理を行っただけで、画像特徴に応じて分類を行ったように画像特徴が強調されたカラー合成画像が得られている。 FIG. 16 is a color composite image generated in this embodiment when a high-resolution RGB 3-band image of a concrete surface including cracks is applied as an input image, and principal component analysis is not applied to the input image. An example. In this example, a color composite image is generated by assigning the R-band image (red image) of the input image to the R-plane, the G-band image (green image) to the G-plane, and the B-band image (blue image) to the B-plane. ing. Also, FIG. 17 shows a comparison between a color composite image to which principal component analysis is applied and a color composite image to which principal component analysis is not applied for this input image. All color composite images are images in which the image features are emphasized, but in particular, when principal component analysis is applied, classification is performed according to the image features simply by performing color synthesis processing. A color composite image in which the image features are emphasized is obtained.
図18は、入力画像として、頬の皮膚表面をスマートフォンで撮影したRGB3バンド画像を適用し、かつ入力画像に主成分分析を適用する場合に、本実施形態において生成されるカラー合成画像の一例である。図18右図ではグレースケールで表されているが、実際には、肌の赤みやくすみが緑~黄で強調されたカラー合成画像となっており、画像特徴について、高い判読支援効果を確認することができる。また、図19は、同様の入力画像に対して主成分分析を適用しない場合に生成されるカラー合成画像の一例である。この例では、入力画像のRバンド画像(赤色画像)をRプレーンに、Gバンド画像(緑色画像)をGプレーンに、Bバンド画像(青色画像)をBプレーンに割り当ててカラー合成画像が生成されている。また、図20に、この入力画像について、主成分分析を適用した場合のカラー合成画像と主成分分析を適用しない場合のカラー合成画像との比較を示す。いずれのカラー合成画像も画像特徴が強調された画像となっているが、特に、主成分分析を適用した場合には、カラー合成の処理を行っただけで、画像特徴に応じて分類を行ったように画像特徴が強調されたカラー合成画像が得られている。このように、スマートフォンで撮影された入力画像に対しても開示の技術を適用することができるため、例えば、美容や医療の現場において、簡易なシステムで肌診断等を行うことができる。 FIG. 18 is an example of a color composite image generated in this embodiment when applying an RGB 3-band image of the cheek skin surface photographed with a smartphone as an input image and applying principal component analysis to the input image. be. Although the right figure in FIG. 18 is represented in grayscale, it is actually a color composite image in which the redness and dullness of the skin are emphasized in green to yellow. be able to. Also, FIG. 19 is an example of a color composite image generated when principal component analysis is not applied to a similar input image. In this example, a color composite image is generated by assigning the R-band image (red image) of the input image to the R-plane, the G-band image (green image) to the G-plane, and the B-band image (blue image) to the B-plane. ing. Also, FIG. 20 shows a comparison between a color composite image to which principal component analysis is applied and a color composite image to which principal component analysis is not applied for this input image. All color composite images are images in which the image features are emphasized, but in particular, when principal component analysis is applied, classification is performed according to the image features simply by performing color synthesis processing. A color composite image in which the image features are emphasized is obtained. In this way, the technology disclosed can be applied to an input image captured by a smartphone, so skin diagnosis can be performed using a simple system, for example, in beauty and medical fields.
図21は、入力画像として、手のひらをスマートフォンで撮影したRGB3バンド画像を適用し、かつ入力画像に主成分分析を適用する場合に、本実施形態において生成されるカラー合成画像の一例である。図21右図ではグレースケールで表されているが、実際には、掌の色味や掌紋が強調されたからカラー合成画像となっており、画像特徴について、高い判読支援効果を確認することができる。これにより、掌紋認証等の処理を簡易なシステムで実現することができる。 FIG. 21 is an example of a color composite image generated in this embodiment when applying an RGB 3-band image of a palm photographed with a smartphone as an input image and applying principal component analysis to the input image. Although the image on the right side of FIG. 21 is represented in gray scale, it is actually a color composite image because the color of the palm and the palm print are emphasized, and it is possible to confirm a high interpretation support effect for the image features. . As a result, processing such as palmprint authentication can be realized with a simple system.
なお、上記では、入力画像が3バンド画像又はマルチバンド画像である場合について説明したが、開示の技術は、入力画像としてレントゲン写真等のモノクロ画像(単バンド画像)を適用することも可能である。この場合、ストレッチ動画が再生されることで、手動によるコントラストストレッチを行うことなく、コントラストストレッチ過程における画質変化及び画像特徴強調の全過程を動的に視認することができる。 In the above description, the case where the input image is a 3-band image or a multi-band image has been described, but the technology disclosed herein can also apply a monochrome image (single-band image) such as an X-ray photograph as the input image. . In this case, by reproducing the stretched moving image, it is possible to dynamically visually recognize the change in image quality and the entire process of image feature enhancement during the contrast stretching process without performing manual contrast stretching.
また、上記実施形態でCPUがソフトウェア(プログラム)を読み込んで実行した画像合成表示処理を、CPU以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の製造後に回路構成を変更可能なPLD(Programmable Logic Device)、及びASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、画像合成表示処理を、これらの各種のプロセッサのうちの1つで実行してもよいし、同種又は異種の2つ以上のプロセッサの組み合わせ(例えば、複数のFPGA、及びCPUとFPGAとの組み合わせ等)で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。 Moreover, various processors other than the CPU may execute the image synthesis display processing executed by the CPU reading the software (program) in the above embodiment. In this case, the processor is a PLD (Programmable Logic Device) whose circuit configuration can be changed after manufacturing such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array), and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) for executing specific processing. A dedicated electric circuit or the like, which is a processor having a specially designed circuit configuration, is exemplified. In addition, the image synthesis display processing may be executed by one of these various processors, or a combination of two or more processors of the same or different type (for example, multiple FPGAs, and a CPU and FPGA combination). combination, etc.). More specifically, the hardware structure of these various processors is an electric circuit in which circuit elements such as semiconductor elements are combined.
また、上記実施形態では、画像合成表示プログラムが記憶装置に予め記憶(インストール)されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、CD-ROM、DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、及びUSBメモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the image composition display program is pre-stored (installed) in the storage device, but the present invention is not limited to this. The program may be provided in a form recorded on a recording medium such as a CD-ROM, a DVD-ROM (Digital Versatile Disc Read Only Memory), and a USB memory. Also, the program may be downloaded from an external device via a network.
10 画像合成表示装置
12 分析部
14 設定部
16 変換部
18 合成部
20 表示制御部
22 カメラ
24 外部装置
32 CPU
34 メモリ
36 記憶装置
38 入力装置
40 出力装置
42 記録媒体読取装置
50 表示画面
52 入力画像表示領域
54 動画再生領域
56 チェックボックス
58 チェックボックス
60 再生速度選択領域
62 範囲選択領域
64 設定領域
66 実行ボタン
68 保存ボタン
10 image
34
Claims (12)
前記入力画像の画素値が、前記設定部により設定された前記範囲となるように変換した変換画像を、複数の前記範囲の各々について生成する変換部と、
前記変換部により生成された複数の前記変換画像の各々を、前記範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御する表示制御部と、
を含む画像合成表示装置。 A representative value of pixel values determined based on a histogram of pixel values of an input image is set as a reference value, and a plurality of upper limit values are set between the maximum pixel value and a pixel value one pixel value above the reference value. a setting unit for setting a plurality of ranges from the upper limit value to the lower limit value by setting a plurality of lower limit values between the minimum pixel value and the pixel value one from the reference value to the minimum value;
a converting unit for generating a converted image for each of the plurality of ranges, in which the pixel values of the input image are converted so as to be within the range set by the setting unit;
a display control unit that controls to repeatedly display each of the plurality of converted images generated by the conversion unit in order of size of the range;
an image compositing display device comprising:
前記3バンド画像を構成する各バンド画像をRプレーン、Gプレーン、及びBプレーンにそれぞれ割り当てた場合の各組み合わせについて、相関色温度が最小となる組み合わせで前記Rプレーン、前記Gプレーン、及び前記Bプレーンに割り当てられた前記各バンド画像に対応する前記変換画像を合成した合成画像を、前記複数の範囲の各々について生成する合成部を含み、
前記表示制御部は、前記合成部により生成された複数の前記合成画像の各々を、前記範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御する
請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の画像合成表示装置。 wherein, when the input image is a three-band image, the conversion unit generates the converted image for each of the plurality of ranges for each band image;
For each combination when each band image constituting the three-band image is assigned to the R plane, the G plane, and the B plane, the combination that minimizes the correlated color temperature is the R plane, the G plane, and the B plane. a synthesizing unit that generates a synthesized image obtained by synthesizing the transformed images corresponding to the band images assigned to the planes for each of the plurality of ranges;
4. The display control unit according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the plurality of synthesized images generated by the synthesizing unit is controlled to be repeatedly displayed in order of size of the range. image synthesis display device.
前記3バンド画像を構成する各バンド画像のうち、バンド画像に対応する前記変換画像の画素値の平均値が最も大きい前記バンド画像をRプレーンに割り当て、画素値の平均値が最も小さい前記バンド画像をGプレーンに割り当て、残りの前記バンド画像をBプレーンに割り当てて、前記各バンド画像に対応する前記変換画像を合成した合成画像を、前記複数の範囲の各々について生成する合成部を含み、
前記表示制御部は、前記合成部により生成された複数の前記合成画像の各々を、前記範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御する
請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の画像合成表示装置。 wherein, when the input image is a three-band image, the conversion unit generates the converted image for each of the plurality of ranges for each band image;
Among the band images constituting the three band images, the band image having the largest average pixel value of the converted image corresponding to the band image is assigned to the R plane, and the band image having the smallest average pixel value is assigned to the R plane. is assigned to the G plane, the remaining band images are assigned to the B plane, and a synthesized image obtained by synthesizing the transformed images corresponding to the respective band images is generated for each of the plurality of ranges,
4. The display control unit according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the plurality of synthesized images generated by the synthesizing unit is controlled to be repeatedly displayed in order of size of the range. image synthesis display device.
変換部が、前記入力画像の画素値が、前記設定部により設定された前記範囲となるように変換した変換画像を、複数の前記範囲の各々について生成し、
表示制御部が、前記変換部により生成された複数の前記変換画像の各々を、前記範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御する
画像合成表示方法。 A representative value of pixel values determined by a setting unit based on a histogram of pixel values of an input image is set as a reference value, and an upper limit value is set between the maximum pixel value and the pixel value one pixel value from the reference value to the maximum value. , and a plurality of lower limit values are set between the minimum pixel value and a pixel value that is one pixel value lower than the reference value, thereby setting a plurality of ranges from the upper limit value to the lower limit value. ,
generating a converted image for each of the plurality of ranges, wherein the conversion unit converts the pixel values of the input image so as to be within the range set by the setting unit;
An image synthesis display method, wherein a display control unit controls to repeatedly display each of the plurality of transformed images generated by the transforming unit in order of size of the range.
入力画像の画素値のヒストグラムに基づいて決定した画素値の代表値を基準値とし、上限値を画素値の最大値から前記基準値より1つ前記最大値よりの画素値の間で複数設定し、下限値を画素値の最小値から前記基準値より1つ前記最小値よりの画素値の間で複数設定することにより、前記上限値から前記下限値までの範囲を複数設定する設定部、
前記入力画像の画素値が、前記設定部により設定された前記範囲となるように変換した変換画像を、複数の前記範囲の各々について生成する変換部、及び、
前記変換部により生成された複数の前記変換画像の各々を、前記範囲の広さの順に繰り返し表示するように制御する表示制御部
として機能させるための画像合成表示プログラム。 the computer,
A representative value of pixel values determined based on a histogram of pixel values of an input image is set as a reference value, and a plurality of upper limit values are set between the maximum pixel value and a pixel value one pixel value above the reference value. a setting unit for setting a plurality of ranges from the upper limit value to the lower limit value by setting a plurality of lower limit values between the minimum pixel value and the pixel value one from the reference value to the minimum value;
a converting unit for generating a converted image for each of the plurality of ranges, in which the pixel values of the input image are converted to the range set by the setting unit;
An image synthesizing display program for functioning as a display control unit that controls to repeatedly display each of the plurality of transformed images generated by the transforming unit in order of size of the range.
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