(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雑音に埋もれた画像信号から空間周期性を検出する空間周期性検出方法であって、
２次元画像から２次元平面上の各点における特徴量を検出し、
２次元画像特徴量上の任意の中心から複数の方向の放射直線上を一定速度で動く一点から得られる画像特徴量を時系列として測定し、
前記時系列を確率共振により雑音の中から周期性を強調させて周波数分布のピークを検出し、
画像特徴量を時系列として測定する前記放射直線の方位を変化させたときにどのように前記周波数分布のピークが変化するか追跡し、
前記放射直線の方位に依存した空間周期性を検出する画像信号の空間周期性検出方法。
【請求項２】
雑音に埋もれた画像信号から空間周期性を検出する処理を実行するためのプログラムを記録した記録媒体であって、
２次元画像から２次元平面上の各点における特徴量を検出する処理と、
２次元画像特徴量上の任意の中心から複数の方向の放射直線上を一定速度で動く一点から得られる画像特徴量を時系列として測定する処理と、
前記時系列を確率共振により雑音の中から周期性を強調させて周波数分布のピークを検出する処理と、
画像特徴量を時系列として測定する前記放射直線の方位を変化させたときにどのように前記周波数分布のピークが変化するか追跡する処理と、
前記放射直線の方位に依存した空間周期性を検出する処理を実行するためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項３】
画像を蓄積する画像蓄積回路と、
２次元画像の２次元平面上の各点での特徴量を検出する画像特徴量検出回路と、
前記２次元画像特徴量上の任意の中心から複数の方向ヘの放射直線上を一定速度で動く一点から得られる画像特徴量を時系列として測定する時系列計測回路と、
雑音の中から前記時系列の周期性を強調させる確率共振回路と、
前記確率共振回路からの時系列をある一定時間長記憶する時系列蓄積回路と、前記時系列蓄積回路に記憶されている時系列の周波数分布を調ベる周波数解祈回路と、
前記周波数分布のピークを検出し、該ピークが測定する放射直線の方位を変化させたときにどのように変化するかを検出するピーク検出回路とを有している画像信号の空間周期性検出装置。
【請求項４】
前記周波数解析回路が、ＦＦＴである請求項３記載の画像信号の空間周期性検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雑音に埋もれた画像信号の空間周期性を検出するための方法および装置に関するものであり、画像解析、信号検出などの技術分野に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像信号の空間周期性検出方法では、雑音に埋もれている画像信号をそのまま周波数解析していたために、雑音の周波数分布に画像信号が埋もれてしまい検出することができなかった。そのため、雑音に埋もれている画像信号をそのまま周波数解析するのではなく、入力した画像信号の画像特徴量を検出し、その画像特徴量があるしきい値を超えている画像信号のみを検出することにより、雑音に埋もれている画像信号を検出する方法が提案されていた。しかし、この方法では、しきい値以下の画像特徴量しか得ることができない画像信号は検出することができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の空間周期性検出方法では、しきい値以下の画像特徴量しか得ることができない画像信号は検出することができないという問題点があった。
【０００４】
本発明の目的は、雑音に埋もれ、微弱な画像特徴量しか得ることができない画像信号を検出することができる空間周期性検出方法および装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の空間周期性検出方法は、雑音に埋もれた画像信号から空間周期性を検出する空間周期性検出方法であって、
２次元画像から２次元平面上の各点における特徴量を検出し、
２次元画像特徴量上の任意の中心から複数の方向の放射直線上を一定速度で動く一点から得られる画像特徴量を時系列として測定し、
前記時系列を確率共振により雑音の中から周期性を強調させて周波数分布のピークを検出し、
画像特徴量を時系列として測定する前記放射直線の方位を変化させたときにどのように前記周波数分布のピークが変化するか追跡し、
前記放射直線の方位に依存した空間周期性を検出する。
【０００６】
本発明の画像信号の空間周期性検出方法では、確率共振により雑音の中から周期性を強調させて周波数分布のピークを検出することにより画像信号の空間周期性を検出しているので、非常に微弱な空間周期性をも検出することができる。
【０００７】
また、本発明の空間周期性検出装置は、画像を蓄積する画像蓄積回路と、
２次元画像の２次元平面上の各点での特徴量を検出する画像特徴量検出回路と、
前記２次元画像特徴量上の任意の中心から複数の方向ヘの放射直線上を一定速度で動く一点から得られる画像特徴量を時系列として測定する時系列計測回路と、
雑音の中から前記時系列の周期性を強調させる確率共振回路と、
前記確率共振回路からの時系列をある一定時間長記憶する時系列蓄積回路と、前記時系列蓄積回路に記憶されている時系列の周波数分布を調ベる周波数解祈回路と、
前記周波数分布のピークを検出し、該ピークが測定する放射直線の方位を変化させたときにどのように変化するかを検出するピーク検出回路とを有している。本発明は、画像蓄積回路により２次元画像を記憶し、画像特徴量検出回路によりその２次元画像の２次元平面上の各点での特徴量を検出し、時系列計回路によりその２次元画像特徴量上の任意の中心から様々な方向への放射直線上を一定速度で動く一点から得られる画像特徴量を時系列として測定し、確率共振回路にその信号を入力し、雑音の中から周期性を強調させる。そして、時系列蓄積回路により確率共振回路からの時系列をある一定時間長記憶し、周波数解析回路により周波数分布を調べ、ピーク検出回路により周波数のピークを検出し、そのピークが測定する放射直線の方位を変化させたときにどのように変化するかを検出することにより、雑音の中から放射直線の方位に依存した周期性を強調させて検出する。
【０００８】
したがって、確率共振により雑音の中から周期性を強調させて周波数分布のピークを検出することにより画像信号の空間周期性を検出しているので、非常に微弱な空間周期性をも検出することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施形態の空間周期性検出方法の動作を説明するためのフローチャートである。
【００１１】
本実施形態の空間周期性検出方法は、入力した画像信号の画像特徴量に対するしきい値を設けずに、得られた画像特徴量を対して確率共振を行う非線形系に直接入力し、確率共振現象によりその周波数の成分を増幅して検出するようにしたものである。
【００１２】
本実施形態の空間周期性検出方法を図１のフローチャートを参照して具体的に説明する。
例として、画像の特徴量が輝度の場合を考える。すなわち、２次元画像の２次元平面上の各点での輝度特徴量を検出することは、そのまま２次元画像の輝度を時系列として扱うことになるので、説明は簡単である。この特徴は、色、テクスチャ、動き、など様々な特徴を使用することができ、特徴を検出する方法も様々な方法を用いることができる。
【００１３】
２次元平面上の各点での輝度特徴量となった情報は、任意の中心から様々な方向ヘの放射直線上を一定速度で動く一点から得られる画像特徴量を時系列として測定する（ステップ１０１、１０２）。この過程の様子を図２に示す。
【００１４】
図２（ａ）は、入力した画像から特徴量を検出する動作を示した図である。図２（ｂ）は、特徴量検出の際に用いられる特徴量画像を示した図である。図２（ｃ）は、測定点が時間とともにある放射直線上を一定速度で移動する様子を説明した図である。この際、中心は全方位がとれるような位置に選んだ方が好ましいが、そうでなくてもよい。
【００１５】
この時系列を確率共振を起こすことのできる非線形系に入力する（ステップ１０３）。例えば、図３（ａ）に示すような双安定系でよい。その他、しきい素子などでよい。また、そのような素子の結合系でもよい。結合系ではより精度よく検出が期待できる。これらの系が測定された時系列により駆動されると確率共振現象が見られることになる。確率共振現象のメカニズムは、例えば、図３のように説明することができる。
【００１６】
双安定のポテンシャル中の摩擦が大きい質点３０を弱い周期信号だけで駆動すると、もう一つのポテンシャルのくぼみに移ることはできない。この状況は、測定器のしきい値で弱い周期信号を検出できない状況と同じである。しかし、この弱い周期信号に、雑音が足されていると確率的にもう一つのポテンシャルのくぼみに移ることがある。つまり、測定器のしきい値を越えるわけであるが、この時間的なタイミングは弱い周期信号の振幅のピークに同期することが多い。このことにより、弱い周期信号の周波数成分が増幅されることになる。質点の位置の時系列ｘ（ｔ）のパワースペクトルは図３（ｂ）のようになり、弱い周期信号の周波数にピークが見えるようになる。また、図３（ｃ）は、雑音が足されたことにより周期信号Ｓ（ｆＯ）と雑音（Ｎ）の比であるＳＮＲが変化する様子を示したものである。
【００１７】
次に、確率共振系の時系列をある一定時間長記録する。この時間長は、周波数解析ができる程度の長さで十分である。そして次に、周波数解析を行ない（ステップ１０４）、そのピーク周波数を検出する（ステップ１０５）。このピーク周波数は、２次元平面上の特徴量を計測する放射直線の方位に依存している。そのため、ピーク周波数の変化と放射直線の直線の方位を考慮し、実際の画像のどの方向にどういう周波数の周期性があるか決定すればよい（ステップ１０６）。例えば、放射直線の方位を変化させたとき、ピーク周波数が最小値を持つ方位にその周波数の周期性が存在することになり、ピーク周波数が消えれば、その方向と垂直な方向に周期性が存在すると解釈できる。様々な方向に周期性が存在する場合も複数の周波数ピークに対して独立に上記で説明したように考えればよい（ステップ１０７、１０８）。
【００１８】
図４に本実施形態の画像信号の空間周期性検出装置の構成図を示す。
【００１９】
本実施形態の画像信号の空間周期性検出装置は、画像蓄積回路４１と、画像特徴量検出回路４２と、時系列計測回路４３と、確率共振回路４４と、時系列蓄積回路４５と、周波数解析回路４６と、ピーク検出回路４７とから構成されている。
【００２０】
画像蓄積回路４１は、電気回路により実現することができ、雑音に埋もれた画像信号の蓄積を行なっている。
【００２１】
画像特徴量検出回路４２は、２次元画像の２次元平面上の各点での特徴量の検出を行なっている。そして、この画像特徴量検出回路４２は、フィルタや緩和的な手法、または、統計的な方法を用いて電気回路により実現することができる。時系列計測回路４３は、電気回路で実現でき、その２次元画像特徴量上の任意の中心から様々な方向ヘの放射直線上を一定速度で動く一点から得られる画像特徴量を時系列として測定している。
【００２２】
確率共振回路４４は、電気回路による双安定系またはしきい素子等などで実現することができ、雑音の中から周期性を強調させている。
【００２３】
時系列蓄積回路４５は、確率共振回路４４からの時系列をある一定時間長記憶している。
【００２４】
周波数解祈回路４６は、時系列蓄積回路４５により記憶されている時系列の周波数分布を調ベている。そして、この周波数解析回路４６は、周波数分布を計算する回路で、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）で実現することができる。
【００２５】
ピーク検出回路４７は、周波数のピークを検出し、そのピークが測定する放射直線の方位を変化させたときにどのように変化するかを検出している。
【００２６】
本実施形態の空間周期性検出装置により、図１のフローチャートを用いて説明した空間周期性検出方法を実現することができる。
【００２７】
また、図には示されれていないが、本実施形態の空間周期性検出装置は、空間周期性検出方法を実行するためのプログラムを記録した記録媒体を備えている。この記録媒体は磁気ディスク、半導体メモリまたはその他の記録媒体であってもよい。
【００２８】
このプログラムは、記録媒体から空間周期性検出装置に読み込まれ、空間周期性検出装置の動作を制御する。空間周期性検出装置はこのプログラムの制御により上記の処理を実行する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、雑音に埋もれた画像信号から、確率共振により雑音の中から周期性を強調させて周波数分布のピークを検出し、放射直線の方位を変化させたときにどのようにそのピークが変化変化するかを追跡し、放射直線の方位に依存して非常に微弱な空間周期性を検出することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の雑音に埋もれた画像中の空間周期性検出方法の一実施形態のフローチャート図である。
【図２】２次元画像特徴量上の任意の中心から様々な方向ヘの放射直線上を一定速度で動く一点から得られる画像特徴量を時系列として測定する過程を示した図である。
【図３】確率共振のメカニズムの説明をするための図である。
【図４】本発明の一実施形態の画像信号の空間周期性検出装置の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
３０    質点
４１    画像蓄積回路
４２    画像特徴量検出回路
４３    時系列計測回路
４４    確率共振回路
４５    時系列蓄積回路
４６    周波数解析回路
４７    ピーク検出回路
１０１〜１０８    ステップ
【図１】
0003549398.tif 000002
【図２】
0003549398.tif 000003
【図３】
0003549398.tif 000004
【図４】
0003549398.tif 000005