夜間撮影画像の夜間撮影画像の視認効果向上に視認効果向上に関する検討
する検討
環境リモートセンシング研究室 講神 雅人
指導教官 力丸 厚
１．はじめに近年、災害による被害を少しでも小さくするため、災ら 3cm であった。チャートを設置した理由は、ノイズに害後の迅速な情報の収集が望まれている。被災情報の収よる視認性の低下を定量的に表すためである。

集には、カメラやセンサなどを使用し、情報収集するこ撮影に関する情報を表 1 に示した。撮影時刻の照度のとが有効であると考えられている。総務省消防庁刊行の[1]変化を図 2 に示した。

平成 17 年度版 消防白書にも、夜間における情報収集の重要性が書かれている。
しかし、夜間に災害が発生した場合、カメラにより撮影した画像の視認性が低下し、画像による被災地状況の把握が困難になる。2004 年に発生した新潟中越地震でも、日没後に地震が発生し、孤立した山古志村(現在は長岡市)の被災状況が把握できたのは、夜が明けた翌朝以降であった。そのため、夜間時の画像による情報収集能力を確保するためには、夜間画像の視認性の向上が重要である。

図 1 チャートの設置例

本研究では、日没以降に民 CCD 方式ビデオカメラと熱チャートの外寸：W184 cm，H92 cm

赤外線カメラを使用して撮影を行った。ビデオカメラによ内側の寸法(四角 3 個)：各 W50cm，H50cmって撮影した映像を基に、視認性向上を目的とした処理を試み、視認性向上の評価・検討した。

表 1 使用カメラ、撮影情報

その後、処理可能な照度の限界を検討した。それ以下

ビデオカメラ：DCR-TRV27の照度下において視認性の向上の可能性として熱赤外線使用カメラ画像の検討を行った。

可視域 (最低照度：15lx)
熱赤外線カメラ：IR-SC1

撮影日時

2006 年 12 月 11 日

撮影場所

六座神社(長岡市)

夜間画像の視認性の低下は、太陽の光量の減少が大き

撮影時刻

16：45，17：00，17：15，17：30な要因であるため、日没後の段階的な夜間の暗さを定量日没時刻

16：28的に把握する必要があった。そのため、照度計を用いて、撮影照度

6.22 lx，0.57lx，0.04lx，0.01lx

天候

晴れ

2．データのデータの取得
2-1．撮影方法

現地での夜間撮影を行った。
10 月から 12 月にかけて 17 回の撮影を行い、撮影地点および撮影データの検討を行った。その結果、木に囲ま100.00れた街灯や他の人工的な光の影響を受けにくい地点を撮

10.00

照度(lx)

影場所に選んだ。
撮影に用いた主な機材として、ビデオカメラの可視域を捉えるモードと可視域と近赤外線の両方を捉えるモードを1.00
0.10使用し撮影を行った。同時に、熱赤外線カメラでも撮影0.01を行った。撮影には、白黒のチャート、照度計を使用した。撮影方法は、2 台のカメラを１台の三脚の上に固定

0.00
16:30 16:45

した。チャートは、カメラから約 50m 離れた地点に図 1

図 2 照度の変化(2006 年 12 月 11 日)のように設置した。カメラからチャートが設置されている地点(約 50m)の空間分解能は、１画素あたり約 2cm か-1-

17:00 17:15

17:30 17:45

時間

2-2．原画像の作成

白、黒領域(W1，B１，W２)の画素値の標準偏差を算出するために用いた範囲を図３に示した。

撮影したビデオカメラと熱赤外線カメラの映像から、1フレーム(約 1/30 秒)の静止画を作成し、各処理の基となる原画像とした。

3．視認性向上処理
夜間、ビデオカメラで撮影された画像の視認性が低く

W1

B1

W2

なる原因として、S/N 比(意味のある信号と雑音の比)が関わる。太陽光を対象物体が反射する光をカメラが信号と図 3 データ範囲して捉えているが、日没後、対象物からの反射光が減少

断面画素値範囲：1 Line，74 Pixel

することで信号が減少する。そのため、雑音(ノイズ) に標準偏差範囲(矢印)：各 1 Line，12 Pixel

対して信号の比が小さくなり、結果的に画像全体にノイ4-2．濃淡差、ノイズの評価ズが表示される。つまり、撮影した画像は、反射光の減少と S/N 比の低下によって視認性が低下した。S/N 比の各画像内に映っているチャートは、一様な白、黒の領低下、ノイズの影響を低減することができれば、視認性域から構成されている。そのため、チャート部分の濃淡の向上につながると考え、視認性向上の処理を試みた。

値は、本来、高い値（白領域）もしくは低い値（黒領域）

今回は、視認性向上の効果が期待される照度 0.57lx 時で一定になる。しかし、日没後に太陽光が減少するにつに対して視認性向上の各処理を行った。また 3-1．~3-3．

れて、コントラストおよび S/N 比が低下し濃淡の空間変の各処理を組み合わせ、より高い視認性の向上を試みた。

化が一様ではなくなる。
そこで、各処理における空間変化の度合いを濃淡値(画3-1．時間蓄積処理素値)の断面、および標準偏差により評価した。4-1．の方法で得えられた緑バンドの画素値を用いて断面図、標準画像に表示されるノイズは、時間的にランダムに表示されるため、時間方向に画素の蓄積を行うことで、ノイ偏差、平均値を算出した。

ズの影響の低減を試みた。蓄積時間として、連続する 10

4-3．目視テスト
長岡技術科学大学・大学院の学生 10 名に、目視によるフレーム(1/3 秒)、 90 フレーム(3 秒)の 2 パターンの処理を行い、画像を作成した。

視認性のアンケート評価を試みた。評価は、5 段階の選

3-2．空間畳み込み処理

択形式で、全ての画像を見せた後、画像ごとに項目別で空間的に蓄積することで、ノイズの影響の低減を試み評価してもらう方法で実施した。評価前には、評価⑤のた。蓄積範囲として、3Line×3Pixel 内の画素値の累値例としてノーマル画像（照度 6.22lx 時）を見せた。以下を注目画素として、画像を作成した。のような項目、段階で評価してもらい点数化した。

3-3．各波長帯の蓄積

項目：
1. チャートの視認性

ノーマル画像を波長的に蓄積することで、ノイズの影

2. 背景・地面

響の低減を試みた。蓄積波長として、ノーマルの 3 バン

評価：ド(赤、青、緑)の各画素値の蓄積を単バンドとして、画像を作成した。

4．視認性の視認性の評価
4-1．チャート内の画素値の取得方法
視認性は、コントラスト(明度差、彩度差、色相差)や解⑤はっきり見える・・・4 点④見える

・・・3 点③ある程度見える・・・2 点②見えにくい・・・1 点①ほとんど見えない・・・0 点像度などの要因に支配される画像の見やすさを総合的に集計した各画像の評価を、0 点(最低)から 4 点(最大)に表わしたものである。本研究では、チャートに着目して、視認性を評価した。

換算し、平均点を算出した。その点数を目視による評価

画像内に映っているチャートは、一様な白と黒の領域かとした。平均点は、少数第二位で四捨五入した。

ら構成されている。それらの画素値を断面的に抽出するためにラインを設定し、断面図をその中の一部を標準偏差の算出に用いた。画素値を取得したライン、ならびに-2-1.0

3.0

目視テスト(チャート)

2.0

4.0

時間蓄積

図4 標準偏差と目視テストの評価(チャート)

0.0

W1B1
W2
時間蓄積：1/3秒
時間蓄積：3秒

背景・地面
0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

0.0

2.0
チャート

3.0

時間蓄積

図5 目視テストの評価：時間蓄積1.0

時間蓄積：3秒

時間蓄積：1/3秒

目視評価

0.0

-3-2.03.0

波長蓄積

図6 標準偏差と目視評価(チャート)

目視テスト(チャート)

1.0

W1B1
W2
波長蓄積：R+G+B

4.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.00.0

チャー ト

2.0

3.0

波長蓄積：R+G+B

波長蓄積

図7 目視テスト評価：空間蓄積

1.0

目視評価

4.0

4.0

2.0
0.0

1.0
チャー ト

2.0

3.0

空間畳み込み4.0

空間畳み込み3.0

空間畳み込み：3×3

目視評価

4.0

3秒秒秒秒

図9 目視テスト評価

目視テスト(チャート)

1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

時間蓄積

図8 標準偏差と目視評価(チャート)

0.0

W1B1W2
空間畳み込み：3×3

原画像 (強調表示 )• 図4,5と図8,9の比較においても、高い評価を示すには、空間畳み込み処理以外に時間蓄積処理を施していることが分かる。
• 時間蓄積を組み合わせることで、高い視認性評価が得られる。

3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0

処理
内容

各波長帯の蓄積• 図4,5と図6,7の比較から、高い評価を示すには、波長帯の蓄積以外に時間蓄積処理を施していることが分かる。
• 時間蓄積処理を組み合わせなければ、高い視認性評価が得られない。

3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.00.50.0• 図4から、また、標準偏差の低下(ノイズの除去)によって視認性が向上している。
• 図4,5から、時間蓄積処理を行った画像は、全体的に視認性の向上が確認できる。
• 蓄積時間1/3秒より3秒の方が、効果的である。

3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.50.0背 景 ・地 面

33

380

400

420

420

420

18.9
12.2
20.1

0.4
0.4
0.4

0.1
0.2
0.1

2.9

背景・地面

3.0

チャート ： 0.5
地面：
背景・： 0.4
背景・地面

チャート ： 0.2

地面：
背景・
： 0.0
背景・地面

チャート ： 0.0

地面： 0.0
背景・背景・地面：
地面： 0.0
背景・背景・地面：

地面：
背景・： 0.0
背景・地面

チャート ： 0.0
チャート ： 0.2
地面：
背景・： 0.0背景・地面

チャート ： 0.0
地面： 2.5
背景・背景・地面：

地面：
背景・： 0.0
背景・地面

チャート ： 0.0

可視+近赤外可視 近赤外撮影照度：
撮影照度： 0.01x

19.2
12.2
20.2

チャート

2.5

背景・地面

3.2

チャート

0.2

背景・地面

0.7

チャート

0.1

背景・地面

0.9

チャート

目視判別
評価：0～4

チャート ： 3.2

チャート ： 0.0
地面：
背景・： 0.0
背景・地面

チャート ： 0.0

可視+近赤外可視 近赤外地面：
背景・： 0.0
背景・地面

撮影照度：
撮影照度： 0.04lx

チャート ： 0.9

可視域

表4 視認性向上の視認性向上の限界照度の限界照度の検討

W2400

B
380

0360

10340

0.7
0.5
0.4

平均値 標準偏差
W12030

W2420

0400

B380W1360

18.4
11.3
19.5

平均値 標準偏差

10340

3.2
1.9
1.7

平均値 標準偏差

2030

W2400

B
380

0360

10340

W120300360

W210340

B20

18.2
11.4
18.9

平均値 標準偏差

画素値の平均値・標準偏差W130

画素値の空間偏差地面：
背景・： 0.1
背景・地面

撮影照度：
撮影照度： 0.57x
可視域

処理後画像

表3 チャートに注目した視認性結果例(可視域)

画素値
画素値
画素値

標準偏差

標準偏差

時間蓄積 ( 秒 )標準偏差

空間畳み込み＋背 景 ・地 面

各波長帯の蓄積
画素値

原画像
時間蓄積 ( 秒 )＋空間畳み込み＋時間蓄積３０秒秒秒秒

5．処理結果・
処理結果・評価結果の評価結果の検討
5-1．処理結果の検討することが無く熱放射による光を捉えるため、反射光の減少に対して有効であると考えられている
照度が 6.22lx から 0.01lx に変化しても、熱赤外線画像チャートの拡大図および断面図を用いて処理画像の検の視認性の変化は無かった。熱赤外線カメラは、熱赤外討を行った。 (表 3 参照)

線による情報が得られるため、熱赤外線画像には、視認原画像( 可視域画像)と可視域の処理画像(時間蓄積3秒向上の処理を行わなかった。

＋空間畳み込み＋各波長帯の蓄積処理)を比較すると、チ

しかし、熱赤外線画像は捉えている情報が、可視域とャートの拡大図および断面図から、ノイズが除去されているのが分かる。特に W2 の標準偏差が処理によって 3.2は異なるために、色が違っても温度差のない場合確認でから 0.1 まで減少している。同様に、目視テストにおいきないという点がある。そのため、0.57lx 時の可視域をても.0.9 点から 3.0 点(チャートを対象)、0.1 点から 2.9

捉えた画像と熱赤外線画像の融合によって色の差異を捉点(背景・地面を対象)に視認性が向上した。

えようとした。チャートを対象に視認性向上を目的とす

5-2．評価結果の検討るため、チャートの色に合わせて熱赤外線画像を反転処理し融合した。

各評価結果について検討した。ノイズの低減による視認性の向上が示されている。しかし、ノイズの低減が見その結果、照度条件 0.57lx では、可視域を捉えた画像られても、画像の濃淡差が無いために、目視評価が低いと熱赤外線画像に融合することで、チャートの白、黒の傾向もあった。

濃淡差が強く表示することができた。

空間畳み込み処理ならびに各波長帯の蓄積は、全体的8．まとめに評価にばらつきがあり、単一の処理では、視認性向上

撮影照度：0.57lx～0.04lx において、可視域および近の評価が低かった。

赤外線画像を時間蓄積処理によって、視認性の向上が見

時間蓄積処理を行った画像は、各評価で視認性の向上られた。撮影照度：0.01lx では、処理による視認性の評が見られた、視認性向上に効果的な処理であった。

価が得られなかった。

6．視認性向上視認性向上の向上の限界照度の限界照度の検討

0.57lx 時では、3 秒(10 フレーム) の時間蓄積処理で可5．から視認性向上の処理行い、評価の検討を行った結視域、可視域と近赤外線を捉えた画像共に目視テストに果、時間蓄積処理が有効な処理方法だと評価された。こ

おいて、チャート 3.点以上、背景・地面 2 点以上の評価の処理を用いて、本研究に用いたカメラの視認性が得らが得られ各原画像よりも高い視認性が得られた。

れる限界照度の検討を行った。(表 4 参照) また、画像の0.04lx 時では、各項目 0 点であった評価が、30 秒(900

視認性の評価は、4-3．で述べた目視テストによって評価フレーム)の時間蓄積処理することで、可視域と近赤外線した。

を捉えた画像の視認性が、チャート：0.5 点、背景・地面：0.4 点と評価され視認性の向上が確認された。

0.57lx(17：00)では、視認性の向上が確認された。そこ
で、0.57lx 以下の照度条件下である、0.04lx(17：15)，

0.04lx 未満の場合の視認性の向上には、熱赤外線カメ0.01lx(17：30)について時間蓄積処理(蓄積時間 3 秒：90ラを用いる必要がある。

フレーム、30 秒：900 フレーム)を用いて視認性向上を試みた。

参考文献

撮影照度 0.04lx では、蓄積時間を 30 秒にすることで、可視域と近赤外線を捉えた画像の視認性が 0.0 点からチ

［1］

総務省 消防庁：“平成 17 年度版 消防白書：第 1

ャート：0.5 点、背景・地面：0.4 点に向上した。撮影照章‐第 7 節，第 2 章‐第 9 節，2005 年

度 0.01lx では、処理を行っても視認性の向上の評価はさ“http://www.fdma.go.jp/html/hakusho/h17/”

れなかった。

［2］

これらから本研究に用いたカメラの限界照度は、0.04lx

日本リモート研究会編，日本測量協会：“改正版図鑑リモートセンシング” pp38，200から 0.01lx 付近であることが分かった

7．熱赤外線画像の熱赤外線画像の検討
視認性向上の期待されない 0.04lx 以下の場合、有効な手段として、熱赤外線カメラがある。
熱赤外線は、ビデオカメラのように太陽の光量に依存-4-