(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像機から出力される入力画像信号の画面全体の平均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画像信号の画面全体の平均輝度との差を求める全画面平均計測手段と、
上記入力画像信号の局所領域の平均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画像信号の局所領域の平均輝度との差を求める局所平均計測手段と、
上記全画面平均計測手段と上記局所平均計測手段の結果に基づいて、各画素毎に加重平均を求める加重平均手段と、
上記入力画像信号と上記局所領域の平均輝度から局所領域の輝度分散を計測する局所輝度分散計測手段と、
各画素毎にこの局所輝度分散計測手段の結果に対応するゲイン値を求める局所輝度分散ゲイン決定手段と、
上記加重平均手段と上記局所輝度分散ゲイン決定手段の結果に基づいて、上記入力画像信号のコントラストを強調するコントラスト強調手段と、
を備えたコントラスト強調装置。
【請求項２】
撮像機から出力される入力画像信号の画面全体の平均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画像信号の画面全体の平均輝度との差を求める全画面平均計測手段と、
上記入力画像信号の局所領域の平均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画像信号の局所領域の平均輝度との差を求める局所平均計測手段と、
上記全画面平均計測手段と上記局所平均計測手段の結果に基づいて、各画素毎に加重平均を求める加重平均手段と、
上記入力画像信号と上記局所領域の平均輝度から局所領域の輝度差絶対値平均を計測する局所輝度差絶対値平均決定手段と、
各画素毎にこの局所輝度差絶対値平均決定手段の結果に対応するゲイン値を求める局所輝度差絶対値平均ゲイン決定手段と、
上記加重平均手段と上記局所輝度分散ゲイン決定手段の結果に基づいて、上記入力画像信号のコントラストを強調するコントラスト強調手段と、
を備えたコントラスト強調装置。
【請求項３】
撮像機から出力される入力画像信号の画面全体の平均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画像信号の画面全体の平均輝度との差を求める全画面平均計測手段と、
上記入力画像信号の局所領域の平均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画像信号の局所領域の平均輝度との差を求める局所平均計測手段と、
上記全画面平均計測手段と上記局所平均計測手段の結果に基づいて、各画素毎に加重平均を求める加重平均手段と、
上記入力画像信号と上記局所領域の平均輝度から局所領域の輝度分散を計測する局所輝度分散計測手段と、
上記局所輝度分散計測手段の結果が所定のスレッショルド以上であれば局所領域の上記加重平均手段の結果に対する平滑化を行い、所定のスレッショルド未満であれば局所領域の上記加重平均手段の結果に対する平滑化を行わない平滑化フィルタ手段と、
上記加重平均手段と上記平滑化フィルタ手段の結果に基づいて、上記入力画像信号のコントラストを強調するコントラスト強調手段と、
を備えたコントラスト強調装置。
【請求項４】
上記局所輝度分散計測手段は、上記局所輝度差絶対値平均決定手段である、請求項３に記載のコントラスト強調装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコントラスト強調装置を備えた可視光または赤外線用撮像機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、赤外線カメラのコントラスト強調において、ノイズの影響を抑制する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、従来の装置による事例を示した図である。図において、１は入力画像、２は全画面の平均輝度を計測する全画面平均計測回路、３は輝度の局所平均を計測する局所平均計測回路、４は加重平均処理する加重平均回路、５は加重平均後に全体のコントラストを強調するコントラスト強調回路、６は出力画像である。
また、図１２は、局所平均を演算するための演算カーネルの概念を示す図であり、７は演算対象とする画素である演算対象画素、８は演算対象画素７を中心とする演算カーネルである。
【０００３】
一般的に、赤外線カメラにおいては、撮像する温度のダイナミックレンジに比べ、画像として表示できる輝度のダイナミックレンジが狭いため、カメラのもつ温度分解能にて外界を撮像した場合、高温領域と低温領域が混在するシーンでは高温部分の白つぶれ、低温部分の黒つぶれが発生する。これらを回避し、それぞれの部分のコントラストを改善するために、局所領域の平均値と原画像の加重平均をとることにより、画像内の大まかな輝度差を補正し、補正した画像に対してゲインをかけることで、各部分のコントラスト強調を行っている。
【０００４】
すなわち、画素毎に、演算対象画素７を中心として演算カーネル８を設定し、輝度の局所平均を計測する局所平均計測回路３とその画素の値から減算することにより得られた画像と、全画面の平均輝度を計測する全画面平均計測回路２とその画素の値から減算することにより得られた画像との加重平均をとる加重平均回路４と、加重平均後に全体のコントラストを強調するコントラスト強調回路５を用いることにより、同一画面内の黒つぶれ、白つぶれの影響を緩和しゲインを上げることにより、低コントラスト部分のコントラスト改善を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来装置によるコントラスト強調を行った場合、コントラスト改善のゲインのとり方によっては、輝度変化の少ない部分でノイズが顕著になるという課題、すなわち、中間階調で、輝度分布の小さい画面平坦部ではゲインを上げることによりノイズを強調するため、見かけ上ノイズが顕著になるという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記の様な課題を解決するためになされたものであり、映像のコントラストを強調した場合に顕著になるノイズを抑制する装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るコントラスト強調装置は、撮像機から出力される入力画像信号の画面全体の平均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画像信号の画面全体の平均輝度との差を求める全画面平均計測手段と、入力画像信号の局所領域の平均輝度を計測し、各画素毎に入力画像信号の局所領域の平均輝度との差を求める局所平均計測手段と、全画面平均計測手段と局所平均計測手段の結果に基づいて、各画素毎に加重平均を求める加重平均手段と、入力画像信号と局所領域の平均輝度から局所領域の輝度分散を計測する局所輝度分散計測手段と、各画素毎にこの局所輝度分散計測手段の結果に対応するゲイン値を求める局所輝度分散ゲイン決定手段と、加重平均手段と局所輝度分散ゲイン決定手段の結果に基づいて、入力画像信号のコントラストを強調するコントラスト強調手段とを備えたものである。
【０００８】
第２の発明に係るコントラスト強調装置は、撮像機から出力される入力画像信号の画面全体の平均輝度を計測し、各画素毎に上記入力画像信号の画面全体の平均輝度との差を求める全画面平均計測手段と、入力画像信号の局所領域の平均輝度を計測し、各画素毎に入力画像信号の局所領域の平均輝度との差を求める局所平均計測手段と、全画面平均計測手段と局所平均計測手段の結果に基づいて、各画素毎に加重平均を求める加重平均手段と、入力画像信号と局所領域の平均輝度から局所領域の輝度差絶対値平均を計測する局所輝度差絶対値平均決定手段と、各画素毎にこの局所輝度差絶対値平均決定手段の結果に対応するゲイン値を求める局所輝度差絶対値平均ゲイン決定手段と、加重平均手段と局所輝度分散ゲイン決定手段の結果に基づいて、入力画像信号のコントラストを強調するコントラスト強調手段とを備えたものである。
【０００９】
第３の発明に係るコントラスト強調装置は、撮像機から出力される入力画像信号の画面全体の平均輝度を計測し、各画素毎に入力画像信号の画面全体の平均輝度との差を求める全画面平均計測手段と、入力画像信号の局所領域の平均輝度を計測し、各画素毎に入力画像信号の局所領域の平均輝度との差を求める局所平均計測手段と、全画面平均計測手段と局所平均計測手段の結果に基づいて、各画素毎に加重平均を求める加重平均手段と、入力画像信号と局所領域の平均輝度から局所領域の輝度分散を計測する局所輝度分散計測手段と、局所輝度分散計測手段の結果が所定のスレッショルド以上であれば局所領域の加重平均手段の結果に対する平滑化を行い、所定のスレッショルド未満であれば局所領域の加重平均手段の結果に対する平滑化を行わない平滑化フィルタ手段と、加重平均手段と平滑化フィルタ手段の結果に基づいて、入力画像信号のコントラストを強調するコントラスト強調手段とを備えたものである。
【００１０】
第４の発明に係るコントラスト強調装置は、第３の発明において、局所輝度分散計測手段を局所輝度差絶対値平均決定手段に置き換えたものである。
【００１１】
第５の発明に係る撮像機は、第１乃至第４の発明のいずれか１項に記載のコントラスト強調装置を備えた可視光または赤外線用撮像機である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるコントラスト強調装置を示す図である。図において、１は入力画像、２は全画面の平均輝度を計測する全画面平均計測回路、３は輝度の局所平均を計測する局所平均計測回路、４は加重平均処理する加重平均回路、５は加重平均後に全体のコントラストを強調するコントラスト強調回路、６は出力画像、９は局所輝度分散計測回路、１０はコントラスト強調ゲイン判定回路である。
また、図２はこの実施の形態１のコントラスト強調装置の効果を示す図である。図において、（ａ）は赤外線カメラによる撮像画面、（ｂ）は撮像画面（ａ）の被写体をよぎる水平１ライン（Ａ−Ａ‘）の加重平均後の画像信号、（ｃ）は同様の水平１ライン（Ａ−Ａ‘）の局所輝度分散、（ｄ）は同様の水平１ライン（Ａ−Ａ‘）の出力画像信号である。
【００１３】
この実施の形態１では、従来の装置に対し、輝度の局所平均を演算している画素毎の演算カーネル８内の輝度分散を“式１”により演算する局所輝度分散計測回路９と、その輝度分散により画素毎に局所内の輝度の一様性を判定し、コントラスト強調ゲインの値を決定するコントラスト強調ゲイン判定回路１０とを加え、局所領域の輝度分散値に応じて画素毎のコントラスト強調の係数を調整する。ここで、コントラスト強調のゲイン値の決定については、輝度分散値に対応するゲイン値を、例えば、予め、画像シミュレーションなどでルックアップテーブルなどに保持しておく方法がある。
【００１４】
【数１】
0003912145.tif 000002
【００１５】
ここで、実施の形態１において、コントラスト強調ゲイン判定回路１０をルックアップテーブル（以下、ＬＵＴという）にて構成した場合の処理フローを図３に示す。
最初に、撮像機より画像信号を入力する（Ｓ１０１）。この入力画像信号に基づいて、全画面の平均輝度を計測し（Ｓ１０２）、入力画像の画素毎に全画面平均輝度値との差を求める（Ｓ１０３）。一方、入力画像信号に基づいて、全画面の局所領域の平均輝度も計測（Ｓ１０４）し、入力画像の画素毎に局所平均値との差を求める（Ｓ１０５）。この入力画像の画素毎に全画面平均輝度値との差、および入力画像の画素毎に局所平均輝度値との差において、画素毎に所定の重みによる加重平均を求める（Ｓ１０６）。
さて、入力画像信号、および計測された局所平均輝度値を用いて、局所輝度分散を計測し（Ｓ１０７）、画素毎の局所輝度分散に対応するゲインを事前に設定しておいたＬＵＴにより決定する（Ｓ１０８）。このＬＵＴは局所輝度分散が小さい場合は小さいゲイン値を、局所輝度分散が大きい場合は大きなゲイン値を出力する特性を有する。
次に、画素毎に求めた加重平均値とこのＬＵＴにて決定されたゲインを基にコントラスト強調を行い（Ｓ１０９）、この強調された画像を出力する（Ｓ１１０）。
【００１６】
この実施の形態によれば、人間の視認特性として濃度変化の多い部分についてはノイズがあまり気にならないのに対し、濃度変化の少ない部分についてはノイズが顕著に見える傾向があることを利用し、濃度変化の少ない部分においてコントラスト強調により、ノイズが強調されることを抑制するもので、赤外線カメラの付加価値をより高めることができる。
【００１７】
この実施の形態によれば、図２に示した様に、局所輝度分散値は、演算カーネル８内の濃淡輝度分布が大きい場合には大きな値をとり、演算カーネル８内の濃淡輝度分布が小さい場合には小さな値を取る。
画面内の濃度変化の傾向を輝度分散値の値として計測し、この値によって、コントラスト強調ゲインを制御することにより、濃淡が少ない部分ではコントラスト強調によるノイズの強調を回避することができる。
【００１８】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２によるコントラスト強調装置を示す図である。図において、実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付してあるので、説明は省略する。１１は局所輝度差絶対値平均計測回路である。
【００１９】
【数２】
0003912145.tif 000003
【００２０】
ここで、実施の形態２における処理フローを図５に示す。
最初に、撮像機より画像信号を入力する（Ｓ２０１）。この入力画像信号に基づいて、全画面の平均輝度を計測し（Ｓ２０２）、入力画像の画素毎に全画面平均輝度値との差を求める（Ｓ２０３）。一方、入力画像信号に基づいて、全画面の局所領域の平均輝度も計測（Ｓ２０４）し、入力画像の画素毎に局所平均値との差を求める（Ｓ２０５）。この入力画像の画素毎に全画面平均輝度値との差、および入力画像の画素毎に局所平均輝度値との差において、画素毎に所定の重みによる加重平均を求める（Ｓ２０６）。
さて、入力画像信号、および計測された局所平均輝度値を用いて、局所輝度差絶対値平均を計測し（Ｓ２０７）、その結果が所定のしきい値（ＴＨＲ）以上であれば局所平滑化を行い（Ｓ２０８／Ｓ２０９）、その結果が所定のしきい値（ＴＨＲ）未満であれば局所平滑化を行わない処理を行う（Ｓ２０８／Ｓ２１０）。
次に、この処理結果に対して、ゲインをかけコントラスト強調を行い（Ｓ２１１）、この強調された画像を出力する（Ｓ２１２）。
【００２１】
この実施の形態によれば、実施の形態１における局所輝度分散計測回路のかわりに、輝度の局所平均を演算している画素毎の演算カーネル内の輝度と演算カーネル内平均輝度値との差の絶対値の平均を“式２”により演算する局所輝度差絶対値平均計測回路を用いることにより、実施の形態1と同等の効果を持つことができる。
【００２２】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３によるコントラスト強調装置を示す図である。図において、実施の形態１または２と同一または相当部分には同一符号を付してあるので、説明は省略する。１２は平滑化フィルタ判定回路、１３は局所平滑化フィルタ回路である。
また、図７はこの実施の形態３のコントラスト強調装置の効果を示す図である。図において、（ａ）は赤外線カメラによる撮像画面、（ｂ）は撮像画面（ａ）の被写体をよぎる水平１ライン（Ａ−Ａ‘）の加重平均後の画像信号、（ｃ）は同様の水平ライン（Ａ−Ａ‘）の局所輝度分散、（ｄ）は同様の水平１ライン（Ａ−Ａ‘）の加重平均後におけるノイズ抑圧後の画像信号、（ｅ）は同様の水平１ライン（Ａ−Ａ‘）の出力画像信号である。
【００２３】
従来の装置に、輝度の局所平均を演算している画素毎の演算カーネル内の輝度分散を式１により演算する局所輝度分散計測回路と、その輝度分散により画素毎に局所内の輝度の一様性を判定し平滑化フィルタのON／OFF指令を生成する決定する平滑化フィルタ判定回路と、平滑化フィルタON／OFF指令にもとづき、画素毎に局所平滑化を行いノイズを抑圧する局所平滑化フィルタ回路を加え、局所領域の輝度分散値に応じてその画素の輝度平滑化を行う。
【００２４】
ここで、実施の形態３における処理フローを図８に示す。
最初に、撮像機より画像信号を入力する（Ｓ３０１）。この入力画像信号に基づいて、全画面の平均輝度を計測し（Ｓ３０２）、入力画像の画素毎に全画面平均輝度値との差を求める（Ｓ３０３）。一方、入力画像信号に基づいて、全画面の局所領域の平均輝度も計測（Ｓ３０４）し、入力画像の画素毎に局所平均値との差を求める（Ｓ３０５）。この入力画像の画素毎に全画面平均輝度値との差、および入力画像の画素毎に局所平均輝度値との差において、画素毎に所定の重みによる加重平均を求める（Ｓ３０６）。
さて、入力画像信号、および計測された局所平均輝度値を用いて、局所輝度分散を計測し（Ｓ３０７）、その結果が所定のしきい値（ＴＨＲ）以上であれば、局所領域の平滑化を行い（Ｓ３０８／Ｓ３０９）、その結果が所定のしきい値（ＴＨＲ）未満であれば（Ｓ３０８／Ｓ３１０）、局所領域の平滑化を行わない処理を行う。
次に、この処理結果に対して、ゲインをかけコントラスト強調を行い（Ｓ３１１）、この強調された画像を出力する（Ｓ３１２）。
【００２５】
この実施の形態によれば、局所輝度分散値は演算カーネル内の濃淡輝度分布が大きい場合大きな値をとり、演算カーネル内の濃淡輝度分布が小さい場合小さな値を取る。輝度分散値の値が大きい場合、輝度平滑化を行わないことにより、平滑化による濃度変化の多い部分の鮮明さを損なうことを避け、輝度分散値の値が小さい場合、輝度平滑化をおこない、ノイズを抑圧できるため、一様なコントラスト強調ゲインでも濃度変化の多い部分での鮮明さを損なうことなく、濃度変化の少ない部分でのコントラスト強調によるノイズの強調を避けることができる。
【００２６】
実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４によるコントラスト強調装置を示す図である。図において、実施の形態１乃至３と同一または相当部分には同一符号を付してあるので、説明は省略する。
【００２７】
ここで、実施の形態４における処理フローは、図１０に示す。
最初に、撮像機より画像信号を入力する（Ｓ４０１）。この入力画像信号に基づいて、全画面の平均輝度を計測し（Ｓ４０２）、入力画像の画素毎に全画面平均輝度値との差を求める（Ｓ４０３）。一方、入力画像信号に基づいて、全画面の局所領域の平均輝度も計測（Ｓ４０４）し、入力画像の画素毎に局所平均値との差を求める（Ｓ４０５）。この入力画像の画素毎に全画面平均輝度値との差、および入力画像の画素毎に局所平均輝度値との差において、画素毎に所定の重みによる加重平均を求める（Ｓ４０６）。
さて、入力画像信号、および計測された局所平均輝度値を用いて、局所輝度差絶対値平均を計測し（Ｓ４０７）、その結果が所定のしきい値（ＴＨＲ）以上であれば、局所領域の平滑化を行い（Ｓ４０８／Ｓ４０９）、その結果が所定のしきい値（ＴＨＲ）未満であれば（Ｓ４０８／Ｓ４１０）、局所領域の平滑化を行わない処理を行う。
次に、この処理結果に対しゲインをかけコントラスト強調を行い（Ｓ４１１）、この強調された画像を出力する（Ｓ４１２）処理をすることにより、コントラスト強調を実施する。
【００２８】
この実施の形態によれば、実施例３における局所輝度分散計測回路のかわりに、輝度の局所平均を演算している画素毎の演算カーネル内の輝度と演算カーネル内平均輝度値との差の絶対値の平均を式２により演算する局所輝度差絶対値平均計測回路を用いることにより、実施例３と同等の効果を持つことができる。
【００２９】
【発明の効果】
この発明によれば、濃度変化の少ない部分において、コントラスト強調をノイズの影響を受けにくくするので、ノイズの強調を回避することができると共に、撮像機の付加価値をより高めることができる。
【００３０】
この発明によれば、一様なコントラスト強調ゲインでも濃度変化の多い部分での鮮明さを損なうことなく、濃度変化の少ない部分でのコントラスト強調によるノイズの強調を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるコントラスト強調装置を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態１によるコントラスト強調装置の効果を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態１によるコントラスト強調装置の処理フローを示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態２によるコントラスト強調装置を示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態２によるコントラスト強調装置の処理フローを示す図である。
【図６】  この発明の実施の形態３によるコントラスト強調装置を示す図である。
【図７】  この発明の実施の形態３によるコントラスト強調装置の効果を示す図である。
【図８】  この発明の実施の形態３によるコントラスト強調装置の処理フローを示す図である。
【図９】  この発明の実施の形態４によるコントラスト強調装置を示す図である。
【図１０】  この発明の実施の形態４によるコントラスト強調装置の処理フローを示す図である。
【図１１】  従来のコントラスト強調装置を示した図である。
【図１２】  従来のコントラスト強調装置の概念を示す図である。
【符号の説明】
１  入力画像、２  全画面平均計測回路、３  局所平均計測回路、４  加重平均回路、５  コントラスト強調回路、６  出力画像、７  演算対象画素、８  演算カーネル、９  局所輝度分散計測回路、１０  コントラスト強調ゲイン判定回路、１１  局所輝度差絶対値平均計測回路、１２  平滑化フィルタ判定回路、１３  局所平滑化フィルタ回路。
【図１】
0003912145.tif 000004
【図２】
0003912145.tif 000005
【図３】
0003912145.tif 000006
【図４】
0003912145.tif 000007
【図５】
0003912145.tif 000008
【図６】
0003912145.tif 000009
【図７】
0003912145.tif 000010
【図８】
0003912145.tif 000011
【図９】
0003912145.tif 000012
【図１０】
0003912145.tif 000013
【図１１】
0003912145.tif 000014
【図１２】
0003912145.tif 000015