JPWO2011055772A1 - 画像目標識別装置、画像目標識別方法、画像目標識別プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
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、海面に浮遊する艦船や飛翔体等の目標対象を、肉眼による探索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。
これにより、捜索対象発見の遅れが生じ、このため、他国の艦船や航空機など不審者等の侵入を許してしまう危険性が増大するなどの不都合が生じ得る。
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。
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、水面の波しぶきなどのノイズが多い場合に、赤外線センサで撮像された赤外線撮像画像における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る。このため、目標対象(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。
本発明は、上記関連技術の有する不都合を改善し、赤外線画像中の目標対象物を確実に識別するための画像処理を行う画像目標識別装置、画像目標抽出方法、画像目標抽出プログラムを提供することを、その目的とする。
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。
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に導く集光レンズを備えている。また、光学部2は、予め設定された所望の波長帯域を検波する光学フィルタを含み構成されている。
尚、上記フレームデータ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で画素単位に検出される熱源の温度に比例した温度レベルを示すものとする。
ここで、ヒストグラム演算部6は、ヒストグラム内に出現頻度のピークが複数あることが検知される場合には(例えば、図3のヒストグラムでは、2箇所)、それらに対応した異なる複数の輝度レベルをそれぞれ背景輝度レベルとして決定するものとする。
尚、この背景輝度の輝度頻度を背景輝度頻度4bとして設定する。
これにより、ヒストグラム演算部6は、撮像された画像に含まれる、特定の輝度頻度が多数を占める複数の異なる領域を、空や海などの背景領域として抽出することができる。
ここでは、晴天部および雲天部を示す2つの輝度レベルを背景輝度レベルとして抽出し、フレームデータ6aと共に輝度シフト演算部7に送信する。
また、これにより、フレーム内に含まれる異なる目標物それぞれに対応した背景輝度レベルに基づく輝度シフト画像を生成することにより、設定された異なる背景輝度レベルそれぞれに対して目標物それぞれが視認性良く強調表示された輝度シフト画像を生成することができる。
尚、ここでは、輝度シフト演算部7は、入力された赤外線画像に含まれる背景領域の多くが海であるため、図4のヒストグラムにおける最頻値を示す輝度レベルを、背景輝度レベルとして中間値(128)に設定している。
尚、上記シフト処理がなされたことにより、その輝度値が、最大輝度255を超えたものは255に、最小輝度0以下になったものは0にそれぞれ設定するものとする。
この場合、輝度シフト演算部7は、フレームデータ6aのヒストグラムに基づき、フレームの背景として設定された空(晴天部)を示す背景輝度レベルを、図6に示すように、中間値である128に設定し、この中間値に基づき他の輝度レベルのシフト処理を行う。
これにより、輝度シフト演算部7は、晴天部を示す背景に基づくシフト処理を行うことにより生成した輝度シフト画像と、雲天部(雲)を示す背景に基づくシフト処理を行うことにより生成した輝度シフト画像を得る。
更に、輝度シフト演算部7は、格納した各輝度シフト画像7aを複製すると共に、当該輝度シフト画像7aを、反転画像処理部8および輝度演算処理部9それぞれに対して送信する輝度シフト画像転送機能を有する。
尚、反転画像処理部8は、異なる背景輝度レベルそれぞれに基づき生成された異なる複数の輝度シフト画像7aが送り込まれた場合、それぞれの輝度シフト画像7aに対応した反転シフト画像を生成し、この反転シフト画像を輝度演算処理部9に送信する。
尚、輝度演算処理部9は、例えば、輝度シフト画像7aの各画素の輝度値をP(x,y)、反転シフト画像8aの各画素の輝度値を{Lmax−P(x,y)}としてもよい。
尚、ここでは、輝度シフト画像7aおよび反転シフト画像8aの輝度レンジ幅(表示階調数)をLmaxとする。
尚、輝度演算処理部9は、この演算処理(除算処理)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Lmaxを掛けるものする。これにより、上記処理により生成される画像のダイナミックレンジを拡張することができ、目標対象と背景との輝度差を有効に拡大することができる。
R(x,y)={P(x,y)/(Lmax−P(x,y))}×Lmax
R(x,y)=P(x,y)−(Lmax−P(x,y))+Lmax/2
ここで、図7に、晴天部を示す背景輝度レベル(図6の中間輝度レベル)に基づく輝度シフト画像7aに対して上記減算処理を行うことにより生成した減算処理画像(9a’)を示す。ここでは、背景である空(晴天部)に対する飛翔体の輝度差が有効に拡大されていることが示されている。
これにより、画像(フィルタリング画像10a)中における出現頻度値が一定値より高い輝度の出現頻度を相対的に増大させることができる。
このコントラスト拡張画像11aでは、上記選択された輝度値近辺が最頻輝度レベルとなり、目標対象と背景とのコントラストがさらに拡大される。
ここで、図10に、コントラスト拡大処理機能により生成されたコントラスト拡張画像(最終処理画像)11aを示す。このコントラスト拡大処理では、最頻値として設定された背景輝度値ごとに異なる輝度変異を抑制することができるため、異なる背景それぞれに対する目標対象の輝度差を更に拡大されている。
また、二値化処理部12は、画像表示部5に出力された2値化画像12a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12は、例えば、2値化画像12a内の抽出した目標対象に対してマーク画像を重畳して表示する設定であってもよい。
輝度シフト画像および反転シフト画像では、フレーム内における、例えば海、空、晴天部、曇天部などの異なる背景領域の輝度値に対する目標対象の輝度値である輝度差が拡大されている。
更に、本実施形態では、この輝度シフト画像および反転シフト画像における対応画素の輝度値に対する演算処理を行うことにより、背景領域に対する目標対象の輝度差が更に拡大することができる。
このため、画像識別支援装置100では、赤外線画像における白波などの背景ノイズを除去することが可能であることにより、目標対象のコントラストや視認性を有効に向上させることが可能となる。
これにより、例えば、海難救助などを行う際に、赤外線画像内における人や救難ボートなど波間の浮遊物や、飛翔物体を発見するために有効に利用することが可能となる。
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の輝度ヒストグラム演算部6が、赤外線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する(輝度ヒストグラム演算工程)と共に、この輝度ヒストグラムに基づき赤外線画像における背景を示す背景輝度レベルを決定する(背景輝度レベル決定工程)。
次いで、輝度シフト演算部7が、決定された背景輝度レベルを赤外線画像における輝度レンジ幅の中間値に設定すると共に、中間値に基づいて前記赤外線画像における他の各輝度値を背景輝度レベルとの対比関係を維持される輝度値に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(輝度レベル調整工程)。
尚、非冷却赤外線センサ部3により画像化された輝度レベルは、非冷却赤外線センサ部3が有する赤外線センサで画素単位に検出される熱源の温度に比例した信号レベルを示すものとする。
また、ヒストグラム演算部6は、各フレームのヒストグラムにおける出現頻度のピークをとる輝度レベルを背景輝度レベル4bとして抽出し、当該背景輝度レベルおよび各フレームデータ6aを輝度シフト演算部7に転送する(ステップS1)。
ここで、各フレームデータ6aに対して異なる複数の背景輝度レベルが設定されている場合は、各背景輝度レベルを各フレームデータ6aにおける輝度表示階調数の中間値として設定し、この中間値に基づくシフト処理を行うものとする。
ここでは、背景輝度レベルが最頻値に設定されているものとする。
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。
尚、輝度演算処理部9はこの除算処理を行う場合に、式1に示すように、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、輝度シフト画像7aおよび反転シフト画像8aの輝度ダイナミックレンジ幅であるLmaxを掛ける。
R(x,y)={P(x,y)/(Lmax−P(x,y))}×Lmax
R(x,y)=P(x,y)−(Lmax−P(x,y))+Lmax/2
ここで、輝度演算処理部9は、生成された除算処理画像9aおよび減算処理画像9a’を、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9aおよび減算処理画像9a’が演算処理画像として表示される。
これにより、輝度演算処理部9では、輝度レベルは150近傍の値が算出されるため、目標対象の背景に対するコントラストが有効に拡張された画像が生成されることとなる。
これにより、画像(フィルタリング画像10a)中における最頻値近辺の輝度が相対的に増大される。
ここで、二値化処理部12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12a内の目標対象に重畳して表示するものとする。
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、目標対象の抽出を可能にする。
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。
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。
目標対象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、前記赤外線画像に基づき前記目標対象物が強調表示された演算処理画像を生成する画像処理部とを備えた画像目標識別装置であって、
前記画像処理部は、
前記赤外線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する輝度ヒストグラム演算部と、
前記輝度ヒストグラムにおける前記出現頻度のピーク値に対応する輝度値を前記赤外線画像における背景の輝度レベルを示す背景輝度レベルとして設定する背景輝度レベル設定部と、
前記背景輝度レベルを前記赤外線画像における輝度レンジ幅の中間値に設定すると共に前記中間値に設定された背景輝度レベルとの対比関係を維持して前記赤外線画像における他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輝度レベル調整部と、
前記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部とを備えたことを特徴とする画像目標識別装置。
付記1に記載の画像目標識別装置において、
前記輝度レベル調整部は、前記輝度ヒストグラムに基づく異なる複数の背景輝度レベルが設定された場合に当該設定された背景輝度レベルそれぞれに対応した輝度シフト画像を生成する複数輝度シフト画像生成機能を備えたことを特徴とする画像目標識別装置。
付記1または2に記載の画像目標識別装置において、
前記輝度演算処理部は、前記輝度シフト画像および前記反転シフト画像の一方の画像における各画素の頻度値から他方の画像における対応する画素の頻度値を減算する減算処理により前記演算処理画像を生成する減算処理手段を備えたことを特徴とする画像目標識別装置。
付記1または2に記載の画像目標識別装置において、
前記輝度演算処理部は、前記輝度シフト画像および前記反転シフト画像の一方の画像における各画素の頻度値を他方の画像における対応する画素の頻度値で除算する除算処理により前記演算処理画像を生成する除算処理手段を備えたことを特徴とする画像目標識別装置。
前記輝度演算処理部は、前記輝度シフト画像および前記反転シフト画像の一方の画像における各画素の頻度値から他方の画像における対応する画素の頻度値を減算する減算処理により前記演算処理画像を生成する減算処理手段と、
前記輝度シフト画像および前記反転シフト画像の一方の画像における各画素の頻度値を他方の画像における対応する画素の頻度値で除算する除算処理により前記演算処理画像を生成する除算処理手段とを備えたことを特徴とする、付記1または2に記載の画像目標識別装置。
付記1乃至5のいずれか一つに記載の画像目標識別装置において、
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部と、
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部と、
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部とを備えたことを特徴とする画像目標識別装置。
目標対象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前記撮像対象の温度に基づき生成された赤外線画像に基づき前記目標対象物が強調表示された演算処理画像を生成する画像目標識別方法であって、
前記赤外線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、
当該輝度ヒストグラムにおける前記出現頻度のピーク値に対応する輝度値を前記赤外線画像における背景の輝度レベルを示す背景輝度レベルとして設定し、
前記背景輝度レベルを前記赤外線画像における輝度レンジ幅の中間値に設定すると共に、前記中間値に設定された背景輝度レベルとの対比関係を維持して前記赤外線画像における他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し、
前記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、
前記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前記演算処理画像を生成することを特徴とする画像目標識別方法。
目標対象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前記撮像対象の温度に基づき生成された赤外線画像に基づき前記目標対象物が強調表示された演算処理画像を生成するための画像目標識別プログラムであって、
前記赤外線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する輝度ヒストグラム演算機能と、
当該輝度ヒストグラムにおける前記出現頻度のピーク値に対応する輝度値を前記赤外線画像における背景の輝度値を示す背景輝度レベルとして設定する背景輝度レベル決定機能と、
前記背景輝度レベルを前記赤外線画像における輝度レンジ幅の中間値に設定すると共に、前記中間値に設定された背景輝度レベルとの対比関係を維持して前記赤外線画像における他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を反転した反転シフト画像を生成する反転シフト画像生成機能と、
前記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前記演算処理画像を生成する輝度演算処理機能とを予め設定されたコンピュータに実行させることを特徴とする画像目標識別プログラム。
2 光学部
3 非冷却赤外線センサ部
4 画像処理部
5 画像表示部
6 ヒストグラム演算部
7 輝度シフト演算部
8 反転画像処理部
9 輝度演算処理部
10 特徴検出部
11 コントラスト拡張部
12 二値化処理部
Claims (8)
- 目標対象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、前記赤外線画像に基づき前記目標対象物が強調表示された演算処理画像を生成する画像処理部とを備えた画像目標識別装置であって、
前記画像処理部は、
前記赤外線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する輝度ヒストグラム演算部と、
前記輝度ヒストグラムにおける前記出現頻度のピーク値に対応する輝度値を前記赤外線画像における背景の輝度レベルを示す背景輝度レベルとして設定する背景輝度レベル設定部と、
前記背景輝度レベルを前記赤外線画像における輝度レンジ幅の中間値に設定すると共に前記中間値に設定された背景輝度レベルとの対比関係を維持して前記赤外線画像における他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輝度レベル調整部と、
前記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部とを備えたことを特徴とする画像目標識別装置。 - 請求項1に記載の画像目標識別装置において、
前記輝度レベル調整部は、前記輝度ヒストグラムに基づく異なる複数の背景輝度レベルが設定された場合に当該設定された背景輝度レベルそれぞれに対応した輝度シフト画像を生成する複数輝度シフト画像生成機能を備えたことを特徴とする画像目標識別装置。 - 前記請求項1または2に記載の画像目標識別装置において、
前記輝度演算処理部は、前記輝度シフト画像および前記反転シフト画像の一方の画像における各画素の頻度値から他方の画像における対応する画素の頻度値を減算する減算処理により前記演算処理画像を生成する減算処理手段を備えたことを特徴とする画像目標識別装置。 - 前記請求項1または2に記載の画像目標識別装置において、
前記輝度演算処理部は、前記輝度シフト画像および前記反転シフト画像の一方の画像における各画素の頻度値を他方の画像における対応する画素の頻度値で除算する除算処理により前記演算処理画像を生成する除算処理手段を備えたことを特徴とする画像目標識別装置。 - 前記輝度演算処理部は、前記輝度シフト画像および前記反転シフト画像の一方の画像における各画素の頻度値から他方の画像における対応する画素の頻度値を減算する減算処理により前記演算処理画像を生成する減算処理手段と、
前記輝度シフト画像および前記反転シフト画像の一方の画像における各画素の頻度値を他方の画像における対応する画素の頻度値で除算する除算処理により前記演算処理画像を生成する除算処理手段とを備えたことを特徴とする、請求項1または2に記載の画像目標識別装置。 - 前記請求項1乃至5のいずれか一つに記載の画像目標識別装置において、
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部と、
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部と、
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部とを備えたことを特徴とする画像目標識別装置。 - 目標対象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前記撮像対象の温度に基づき生成された赤外線画像に基づき前記目標対象物が強調表示された演算処理画像を生成する画像目標識別方法であって、
前記赤外線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、
当該輝度ヒストグラムにおける前記出現頻度のピーク値に対応する輝度値を前記赤外線画像における背景の輝度レベルを示す背景輝度レベルとして設定し、
前記背景輝度レベルを前記赤外線画像における輝度レンジ幅の中間値に設定すると共に、前記中間値に設定された背景輝度レベルとの対比関係を維持して前記赤外線画像における他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し、
前記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、
前記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前記演算処理画像を生成することを特徴とする画像目標識別方法。 - 目標対象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前記撮像対象の温度に基づき生成された赤外線画像に基づき前記目標対象物が強調表示された演算処理画像を生成するための画像目標識別プログラムであって、
前記赤外線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する輝度ヒストグラム演算機能と、
当該輝度ヒストグラムにおける前記出現頻度のピーク値に対応する輝度値を前記赤外線画像における背景の輝度値を示す背景輝度レベルとして設定する背景輝度レベル決定機能と、
前記背景輝度レベルを前記赤外線画像における輝度レンジ幅の中間値に設定すると共に、前記中間値に設定された背景輝度レベルとの対比関係を維持して前記赤外線画像における他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を反転した反転シフト画像を生成する反転シフト画像生成機能と、
前記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前記演算処理画像を生成する輝度演算処理機能とを予め設定されたコンピュータに実行させることを特徴とする画像目標識別プログラム。
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