画像処理装置、画像処理方法およびプログラム
【課題】入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する際、簡単な構成で鮮明な画像表示を実現する画像表示信号を生成する。
【解決手段】画像処理装置は、調整ユニットにおいて、第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成する。さらに、加算平均処理部において、同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する。
【解決手段】画像処理装置は、調整ユニットにおいて、第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成する。さらに、加算平均処理部において、同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する画像処理装置および画像処理方法、さらに、この方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、赤外線暗視カメラ等を用いて撮影された赤外線画像は監視や守衛のために用いられている。一般に、赤外線暗視カメラ等から出力される画像信号は、輝度のダイナミックレンジが広いため１２ビット以上のデジタル信号にＡＤ変換される。一方、赤外線画像をモニタに表示するための画像表示信号には８ビットの信号が用いられる。このため、従来より、１２ビット以上の赤外線画像の画像信号は、画像処理装置を用いて８ビットの画像表示信号に階調変換されてモニタに供給される。
【０００３】
上記階調変換では、１２ビットの画像信号を８ビットの信号に階調変換するので、赤外線画像のうち温度が高い高輝度の画像領域と、温度が低い低輝度の画像領域とを同時に表示することが難しく、温度が高い高輝度の画像領域と、温度が低い低輝度の画像領域とを識別可能に同時に表示することはできない場合がある。具体的には、モニタの表示画面において階調が適切でないため撮影対象物が識別できない不鮮明な画像、すなわち、高輝度の画像領域内の撮影対象物が識別できないオーバーフローの画像、あるいは、低輝度の画像領域内の撮影対象物が識別できないアンダーフローの画像が表示される。
これに対して、赤外線画像における画像信号の信号レベルの頻度分布において、信号レベルの頻度が予め設定された値よりも高い信号レベルに８ビットの表示階調を与えるように画像表示信号を生成する強調処理法が行われている。
【０００４】
例えば、赤外線画像の画像信号を取り込み、温度分布を画面に表示する赤外線映像装置において、一撮像画像内に複数の目標物体が存在する場合にも、各目標物体に対して一度に最適の表示品質処理を実行可能とする赤外線映像装置が知られている。
具体的には、上記赤外線映像装置は、背景に対して所定以上の温度差がある複数の物体をそれぞれ独立に、撮像画面内の全画像信号を用いて認識し、認識した各物体に対応する画像信号を分離し、分離した各物体に対応する画像信号をそれぞれ個別に受信し、表示画面上での物体の表示品質を処理し、処理した各物体に対応する画像信号を合成し、撮像画面全体の画像信号を組立てる。このとき、各物体に対応する画像信号に対して、信号レベルの頻度分布（ヒストグラム）を用いた強調処理方法が用いられる。
【０００５】
また、１画面中に高輝度部分あるいは低輝度部分があっても白つぶれ又は黒つぶれにならないように、高輝度または低輝度部分の明るさを補正することができる自動画質装置が知られている。具体的には、この自動画質装置は、１画面分を複数の領域に分割し、各領域毎にデジタル映像信号の累算データを形成するモニタ回路と、前記累算データと上下しきい値とを比較し、差分に応じた所定のオフセット値及び係数値を算出するオフセット係数発生手段と、デジタル映像信号を遅延させるディレイ回路と、前記オフセット値及び係数値に応じて、デジタル映像信号の低域周波数成分がレベルシフトされると共に高域周波数成分が強調されるデジタル映像信号を出力するコントラスト制御回路とを備える。
上記コントラスト制御回路の画像処理方法では、例えばハイパスフィルタおよびローパスフィルタを用いて高周波信号と低周波信号に分解して、別々の処理を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３６０３１号公報
【特許文献２】特開平７−２３２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の装置はいずれも、１つの画像を複数の画像領域に分割し、それぞれの画像領域毎に別の画像処理を行うので、複雑な回路が用いられ複雑な処理が行われる。このため、装置が大型化する。更に、上述の装置および画像処理法は、複雑な回路構成を用い、ローパスフィルタ処理等の時間を要する処理を用いるため、画像処理速度は低下し、必ずしもリアルタイムで赤外線画像を表示することはできない。また、遠方の撮影対象物の輝度が低下して低輝度の画像領域における撮影対象物が識別できない不鮮明なアンダーフローの画像が得られる場合もある。また、低輝度の画像領域における撮影対象物を識別できるように画像処理を行った場合、高輝度の画像領域における撮影対象物が識別できない不鮮明なオーバーフローの画像が得られる。
【０００８】
そこで、本発明は、入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する際、上述の装置とは異なる方式を用いて、簡単な構成でオーバーフローやアンダーフローを引き起こさない鮮明な画像表示を実現する画像表示信号を生成する画像処理装置、画像処理方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、入力した画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を、前記画像信号から生成する画像処理装置である。当該装置は、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調数を有する第２の階調で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成する調整ユニットと、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する加算平均処理部とを有する。
【００１０】
本発明の他の一態様は、入力した画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を、前記画像信号から生成する画像処理方法である。当該方法では、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成し、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する。
【００１１】
本発明のさらに他の一態様は、入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する処理をコンピュータに実行させるプログラムである。当該プログラムは、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成し、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する、処理をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１２】
上述のデータ処理装置、データ処理方法およびプログラムによれば、簡単な構成で鮮明な画像表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の画像処理装置を含む赤外線監視システムを説明する図である。
【図２】赤外線カメラから送られる１２ビットの画像信号のヒストグラムの一例を示す図である。
【図３】１２ビットの画像信号を１つの信号レベル領域の信号レベルに圧縮して８ビット画像表示信号にして得られる赤外線画像の一例を示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本実施形態において用いる２つの信号レベル領域それぞれにおいて行う階調変換を説明する図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、図４（ａ），（ｂ）の階調変換で生成される画像調整信号から得られる表示画像の一例を示す図である。
【図６】本実施形態で生成された画像表示信号から得られる表示画像の一例を示す図である。
【図７】図４（ａ），（ｂ）に示す階調変換を１つに纏めた階調変換を説明する図である。
【図８】本実施形態の画像処理方法の一例のフローチャートである。
【図９】（ａ），（ｂ）は、本実施形態の画像処理装置の別の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の画像処理装置、画像処理方法およびプログラムについて説明する。
【００１５】
（赤外線監視システム）
図１は、本実施形態の画像処理装置１０を含む赤外線監視システム１２を説明する図である。赤外線監視システム１２は、画像処理装置１０と、赤外線カメラ１４と、モニタ１６とを有する。
【００１６】
画像処理装置１０は、赤外線カメラ１４で撮影され赤外線画像の画像信号の階調変換を行ってモニタ１６に出力する。このとき、赤外線カメラ１４で得られる輝度情報である画像信号は、広いダイナミックレンジを有するため、画像処理装置１０は、赤外線カメラ１４から提供される画像信号を１２ビットのデジタル信号に変換する。一方、モニタ１６は、８ビットの画像表示信号をアナログ信号に変換した信号を受信するように設定されている。このため、画像処理装置１０は、１２ビットの画像信号を８ビットの画像信号に階調変換する。
【００１７】
画像処理装置１０は、１２ビット表示の画像信号のダイナミックレンジ内において定めた複数の信号レベル領域のそれぞれにおいて１２ビットの画像信号を８ビットに階調変換し、階調変換により得られた各信号レベル領域に対応する画像調整信号を加算平均することにより、画像表示信号を生成する。
これにより、画像処理装置１０は、遠方に位置する撮影対象物のほか、撮影位置に近い撮影対象物も識別可能な８ビット階調の画像をモニタ１６は表示することができる。
以下、画像処理装置１０について詳細に説明する。
【００１８】
（画像処理装置）
画像処理装置１０は、ＡＤ変換回路２０、フレームメモリ２２、補正回路２４、調整ユニット２６、フレームメモリ２８,３０、加算平均処理回路３２、ＤＡ変換回路３４、電源・制御部３６、およびユーザインタフェース部３８を有する。調整ユニット２６は、調整回路２６ａ，２６ｂおよびゲイン・レベル設定部２６ｃ，２６ｄを含む。画像処理装置１０は、１２ビットの画像信号を８ビットの画像表示信号に変換するために、１２ビットの画像信号のダイナミックレンジ内で定められた２つの信号レベル領域それぞれの範囲内を８ビットに割り振ってそれぞれ階調変換を行う。本実施形態では、画像処理装置１０は、２つの信号レベル領域を用いるが、３つ以上の信号レベル領域を用いることもできる。この場合、フレームメモリ２８，３０に対応するフレームメモリも、信号レベル領域の設定数に応じて増設される。
本実施形態の画像処理装置１０は、回路を用いたハードウェアモジュールを用いるが、後述するように、コンピュータを用いたソフトウェアモジュールを用いることもできる。
【００１９】
ＡＤ変換回路２０は、赤外線カメラ１４から送られる赤外線画像の画像信号を１２ビットの画像信号にする。撮影対象物の赤外線の放射レベルは、撮影対象物の温度によって定まり、赤外線の放射レベルのダイナミックレンジは広い。このためＡＤ変換回路２０は、画像信号をモニタ１６で用いる８ビットの画像表示信号に比べてビット数の大きい１２ビットのデジタル信号に変換する。
【００２０】
フレームメモリ２２は、ＡＤ変換回路２０から出力された１２ビットの画像信号を一時記憶する。
補正回路２４は、フレームメモリ２２に記憶された画像信号を画素毎に呼び出して、赤外線カメラ１４の受光素子に起因する受光感度のばらつきを補正する。具体的には、補正回路２４では、温度と信号レベルの対応関係に基づいて画素毎にゲインとオフセットが定められており、このゲインとオフセットを用いて温度の情報を適切に表す画像信号に補正する。さらに、補正回路２４は、予め定められたシェーディング補正を行うこともできる。補正された画像信号は、調整ユニット２６に送られる。
【００２１】
調整ユニット２６は、補正回路２４から送られた１２ビットの階調で表される画像信号を用いて８ビットの画像調整信号を２つ生成する。すなわち、調整ユニット２６は、１２ビットの画像信号のダイナミックレンジ内において複数の信号レベル領域を定める。調整ユニット２６は、１２ビットの画像信号のうち、信号レベルが各信号レベル領域内に含まれる信号に対して、８ビットの階調で階調値を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域の最大信号レベルに比べて高い信号に対して、８ビットの階調における最大階調値、すなわち値２５５を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域の最小信号レベルに比べて低い信号に対して、８ビットの階調における最小階調値、すなわち値０を割り当てる階調変換行う。これにより、調整ユニット２６は、８ビットの階調で表された２つの画像調整信号を生成する。調整ユニット２６については後述する。
【００２２】
フレームメモリ２８，３０は、調整ユニット２６から送られた８ビットの画像調整信号を一時記憶する。
加算平均処理回路２２は、フレームメモリ２８，３０に記憶された画像調整信号を画素毎に呼び出して、同一画素位置における２つの画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する。加算平均処理回路２２が行う加算平均は、単純加算平均であるが、重み付け加算平均を行ってもよい。加算平均処理回路２２については後述する。
ＤＡ変換回路３４は、生成された画像表示信号をアナログ信号に変換することによりモニタ１６に表示可能な信号を生成する。生成された信号は、モニタ１６に送られる。
電源部・制御部３６は、各回路に電力を供給する。さらに、電源・制御部３６は、上述した各回路の動作を制御、管理する。
ユーザインタフェース部３８は、１２ビットの画像信号のダイナミックレンジに対して２つの信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2を設定するための情報の指示入力をオペレータから受け付ける。また、ユーザインタフェース部３８は、信号レベル識別領域Ｒ1、Ｒ2を用いて画像処理を行うか、従来のように１つの信号レベル識別領域を用いて画像処理を行うか、ユーザの指示を受け付ける。
２つの信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2に関する指示入力の情報は、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂに送られて、信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2の範囲を定め、後述するゲイン係数ａおよびオフセット値ｂを算出するために用いられる。赤外線カメラ１４が撮影する赤外線画像のシーンが固定されているのであれば、ユーザインタフェース部３８を設けることなく、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂに信号レベル領域の情報が予め記憶され設定されていてもよい。
【００２３】
（調整ユニット、加算平均処理回路）
調整ユニット２６は、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂと、調整回路２６ｃ，２６ｄを有する。
ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、それぞれ、調整回路２６ｃ，２６ｄで画像調整信号を生成するための階調変換に用いるゲイン係数ａおよびオフセット値ｂを求める。
具体的には、ユーザインタフェース部３８が受け付けた信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2を定めるための情報を用いて、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2を定め、それぞれの信号レベル領域に対してゲイン係数ａおよびオフセット値ｂを設定する。具体的には、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2のそれぞれにおいて、８ビットの階調数である２５６を、各信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2に含まれる１２ビットの信号レベルの階調数から１引いた数で除算した値をゲイン係数ａとして求める。さらに、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、各信号レベル領域内の各信号レベルが８ビットの階調で表される階調値に変換されるようにオフセット値ｂを定める。例えば、各信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2における信号レベルの中央値又は平均値が、８ビットの階調の中央値となるように、オフセット値ｂが定められる。ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、ゲイン係数ａおよびオフセット値ｂを、調整回路２６ｃ，２６ｄに送る。
【００２４】
調整回路２６ｃ，２６ｄは、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂから送られたゲイン係数ａ（ａ1，ａ2）およびオフセット値ｂ（ｂ1，ｂ2）を用いて、各信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2に信号レベルが含まれる画像信号に対して、
Ｄout＝ａ1・Ｄin ＋ｂ1
Ｄout＝ａ2・Ｄin ＋ｂ2
（Ｄinは画像信号の信号レベルであり、Ｄoutは画像調整信号の信号値である）に従って階調値を割り当てる。信号レベルが各信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2の最大信号レベルに比べて高い信号に対して、値２５５（８ビットの最大階調値）を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2の最小信号レベルに比べて低い信号に対して、値０（８ビットの最小階調値）を割り当てる。調整回路２６ｃ，２６ｄは、このような階調変換行うことにより、８ビットの画像調整信号を生成する。
【００２５】
図２は、赤外線カメラ１４から送られる１２ビットの画像信号のヒストグラムの一例が示されている。図２に示すように、輝度レベル１００００〜１１０００［ＬＳＢ］の広い範囲に赤外線画像の信号レベルは分布している。この中で２つの領域をそれぞれ、信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2として定める。
図３は、従来の表示される赤外線画像の一例であり、信号レベル領域Ｒ2における１２ビットの画像信号を圧縮して得られる８ビット画像表示信号から作成される赤外線画像の一例である。このような赤外線画像では、遠方の撮影対象物や温度の低い撮影対象物の信号値が低下して表示画像上で撮影対象物を識別できない。これは、信号レベル領域Ｒ1の信号レベルを８ビットの画像表示信号の最小信号値またはその近傍の値に変換したためである。これに対して、遠方の撮影対象物や温度の低い撮影対象物の信号値を高くする場合、撮影位置に近い撮影対象物や温度の高い撮影対象物の信号レベルが極めて高くなり識別できなくなる。これは、信号レベル領域Ｒ2の信号レベルを８ビットの画像表示信号の最大信号レベルまたはその近傍のレベルに変換されるためである。
【００２６】
本実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、１２ビットの画像信号が、８ビットの画像調整信号に階調変換される。図４（ａ）に示す例では、閾値Ｔｈ1,閾値Ｔｈ2で定められる信号レベル領域Ｒ1に含まれる画像信号に対して、調整回路２６ｃは、上記ゲイン係数ａ１およびオフセット値ｂ１を用いて上記Ｄout＝ａ１・Ｄin ＋ｂ１に従って値を割り当て、信号レベルが閾値Ｔｈ1未満の信号に対して値０を割り当て、信号レベルが閾値Ｔｈ2を越える信号に対して値２５５を割り当てる。
図４（ｂ）に示す例では、閾値Ｔｈ3,閾値Ｔｈ4で定められる信号レベル領域Ｒ2に含まれる画像信号に対して、調整回路２６ｄは、上記ゲイン係数ａ２およびオフセット値ｂ２を用いて上記Ｄout＝ａ２・Ｄin ＋ｂ２に従って値を割り当て、信号レベルが閾値Ｔｈ3未満の信号に対して値０を割り当て、信号レベルが閾値Ｔｈ4を越える信号に対して値２５５を割り当てる。
加算平均処理回路２２は、このようにして得られた信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2に対して、同一の画素位置毎に信号レベルを加算平均する。
【００２７】
図５（ａ）は、図４（ａ）に示す階調変換で生成される画像調整信号から得られる表示画像であり、図５（ｂ）は、図４（ｂ）に示す階調変換で生成される画像調整信号から得られる表示画像である。図５（ａ）に示す表示画像では、遠方の市街地等の撮影対象物および温度の低い地面等の撮影対象物を識別することができる。しかし、撮影位置近くの撮影対象物や人家等の撮影対象物の信号値が高くなって、識別が困難になっている。
一方、図５（ｂ）に示す表示画像では、遠方の町の様子等の撮影対象物および温度の低い地面等の撮影対象物を識別することができる。しかし、遠方の市街地等の撮影対象物や地面等の撮影対象物は信号値が低くなって、識別が困難になっている。
【００２８】
図６は、加算平均処理回路２２で生成された画像表示信号から得られる表示画像を示している。図６からわかるように、遠方の市街地等の撮影対象物および温度の低い地面等の撮影対象物を識別することができるほか、撮影位置近くの撮影対象物や人家等の撮影対象物も識別することができる。
このような表示画像を得られるのは、図７に示すような１２ビットの画像信号を８ビットの画像信号に階調変換するとき、識別しようとする撮影画像の信号レベルを含むように、１２ビットの画像信号のダイナミックレンジのなかから２つの信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2を定め、別々に８ビットの階調に階調変換を行ったのち、２つの画像調整信号を加算平均処理したからである。本実施形態における信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2は、信号レベルにおいて隣接した領域ではないが、隣接した領域であってもよい。
【００２９】
なお、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂにおける信号レベル識別領域Ｒ1、Ｒ2の設定およびゲイン係数ａ及びオフセット値ｂの算出は、上述の形態に限定されない。ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂにおける信号レベル識別領域Ｒ1、Ｒ2の設定およびゲイン係数ａ及びオフセット値ｂの算出は、以下のように行うこともできる。
【００３０】
ユーザインタフェース部３８は、信号レベル識別領域Ｒ1、Ｒ2を用いて画像処理を行う場合、オペレータが入力指示する基準となる領域の情報を受け付ける。例えば、従来の方法で画像処理された赤外線画像がモニタ１６に表示され、オペレータが表示された赤外線画像を見ながら、基準となる領域をユーザインタフェース部３８に入力する。遠方の撮影対象物が放射する赤外線は、大気通過中、大気によって吸収されて減衰するため、撮影された赤外線画像では、遠方の撮影対象物の輝度は低くなる。したがって、赤外線の大気減衰により輝度が低く一定値となった大気や背景となる領域１と、この大気に接して略同じ温度を有する、撮影位置に近い建物の屋根を表す領域２と、大気に接して略同じ温度を有する、撮影位置から遠い建物の屋根を表す領域３とをオペレータは選択して入力する。したがって、領域１〜３は、以降選択領域１〜３という。なお、入力された選択領域２，３は、選択領域１に対して区別でき、かつ識別できるようにする測定対象物を含む領域である。
【００３１】
オペレータにより入力指示された選択領域１〜３は、ゲイン・レンベル設定部２６ａ，２６ｂにおいてゲイン係数ａ及びオフセット値ｂの算出および信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2の算出に用いられる。
ゲイン・レベル設定部２６ａは、選択領域１における１２ビットの画像信号の平均レベルと選択領域２における１２ビットの画像信号の平均レベルとの差分を求め、２５６の値を、求めた差分で除算した値をゲイン係数ａとして求める。具体的には、選択領域１における平均レベルをDaverage_1とし、選択領域３における平均レベルをDaverage_3としたとき、ゲイン係数ａは、ａ＝２５６／（Daverage_3−Daverage_1）に従って求められる。また、ゲイン・レベル設定部２６ａは、選択領域２における１２ビットの画像信号の平均レベルが階調変換により８ビットの階調の中央値となるように、オフセット値ｂを算出する。同様に、ゲイン・レベル設定部２６ｂは、具体的には、ゲイン係数ａをゲイン係数ａ＝２５６／（Ｄaverage_2−Ｄaverage_1）／（（Ｄaverage_3−Ｄaverage_1））に従って求める。また、ゲイン・レベル設定部２６ｂは、選択領域３における１２ビットの画像信号の平均レベルが階調変換により８ビットの階調の中央値となるように、オフセット値ｂを算出する。
選択領域２と選択領域３に含まれる撮影対象物の温度は、家屋の屋根等の略同じ撮影対象物を含む領域を選択しているため、本来、選択領域２および選択領域３における信号レベルは本来略同じであるが、撮影対象物の位置が異なるため赤外線の大気減衰が異なり、これにより赤外線カメラ１４で撮影したときの輝度、すなわち信号レベルが異なっている。また、選択領域２および選択領域３における撮影対象物は、識別しようとする対象物である。このため、選択領域２，３のそれぞれが選択領域１と区別され、しかも選択領域２，３の信号レベルが略同じ階調値になるように調整ユニット２６は階調変換する。
ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、このようにして求められるゲイン係数ａおよびオフセット値ｂの値を用いて算出される階調値が最小階調値０以上最大階調値２５５以下となる範囲を、それぞれ信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2として設定することができる。したがって、オペレータにより選択された赤外線画像内の選択領域の信号レベルの平均レベルを中心とした領域が、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2として定められる。この信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2の情報は、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂにおいて記憶されてもよい。
【００３２】
（画像処理方法）
図８は、本実施形態の画像処理方法のフローチャートである。
まず、画像処理装置１０は、赤外線カメラ１２から画像信号を取り込む（ステップＳ１０）。具体的には、ＡＤ変換回路２０において画像信号が１２ビットの信号にデジタル化され、フレームメモリ２２に一時記憶される。
この後、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、１２ビットの画像信号の信号レベルのダイナミックレンジ内において２つの信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2を定める（ステップＳ２０）。ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、インターフェース部３８で指示入力された情報に基づいて、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2を定める。また、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、予め記憶している情報を呼び出して、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2を定めることもできる。赤外線カメラ１４の撮影範囲は一般に固定されており、撮影対象物も定まっている場合、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2は固定される。したがって、予め信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2の情報を予め記憶しておくことができる。あるいは、従来の画像処理方法で作成されモニタ１６に表示された図３に示すような赤外線画像を見たオペレータが、選択領域１〜３を指示入力することにより、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2を定めることもできる。
また、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2毎にゲイン係数ａおよびオフセット値ｂを求める。
【００３３】
次に、調整ユニット２６は、２つの画像調整信号を生成する（ステップＳ３０）。具体的には、調整回路２６ａ，２６ｂは、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂで求めたゲイン係数ａおよびオフセット値ｂを用いて、８ビットへの階調変換を行う。これにより、２つの画像調整信号が生成される。このとき、調整回路２６ａ，２６ｂは、画像信号のうち、信号レベルが各信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2内に含まれる信号に対して、８ビットの階調数で階調値を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2の最大信号レベルに比べて高い信号に対して、値２５５を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2の最小信号レベルに比べて低い信号に対して、値０を割り当てる階調変換行う。
【００３４】
加算平均処理回路３２は、生成された２つの画像調整信号に対して、同一画素位置における２つの画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する（ステップＳ４０）。
最後に、ＤＡ変換回路３４は、生成された画像表示信号をアナログ信号に変換し、モニタ１６に送信する（ステップＳ５０）。
なお、本実施形態では、画像信号が１２ビットの信号であり、画像表示信号は８ビットの信号を例に説明したが、１２ビットの信号および８ビットの信号に限定されない。少なくとも画像表示信号のビット数が画像信号のビット数に比べて小さければよい。
【００３５】
（画像処理装置の変形例）
上記実施形態は、回路で構成された画像処理装置１０を用いるが、コンピュータを用いた画像処理装置を用いることもできる。
図９（ａ）に示す例は、コンピュータを用いた画像処理装置１００の構成図である。図９（ｂ）は、画像処理装置１００の機能ブロック図である。
画像処理装置１００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１０２と、ＲＯＭ（Read-Only Memory）１０４と、ＲＡＭ（Random Access Memory)１０６と、ＩＯポート１０８と、ＡＤ、ＤＡ変換回路１１０とを有する。ＣＰＵ１０２と、ＲＯＭ１０４と、ＲＡＭ１０６と、ＩＯポート１０８は、バスで互いに接続されている。ＡＤ、ＤＡ変換回路１１０はＩＯポート１０８と接続されている。ＡＤ、ＤＡ変換回路１１０に、赤外線カメラ１４と、モニタ１６が接続され、モニタ・キーボード等の入力操作系１１４はＩＯポート１０８に接続されている。ＲＯＭ１０４は、予め組み込まれたプログラムを起動することにより、入出力部１２０、ユーザインタフェース部１２２、ゲイン・レベル設定部１２４、調整部１２６ａ，１２６ｂ、および加算平均処理部１２８を形成する。これらの部分は、その動作をＣＰＵ１０２が実質的に行うソフトウェアモジュールである。
【００３６】
入出力部１２０は、赤外線カメラ１４からの１２ビットの画像信号を受け、また、生成された８ビットの画像表示信号をモニタ１６に送信する。
ユーザインタフェース部１２２は、ユーザインタフェース部３８と同じ動作を行う。また、ゲイン・レベル設定部１２４、調整部１２６ａ，１２６ｂ、および加算平均処理部１２８はそれぞれ、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂ、調整回路２６ｃ，２６ｄ、および加算平均処理回路３２と同様の機能および機能を有するので、これらの説明は省略する。同様に、ユーザインタフェース部１２２もユーザインタフェース部３８と同様の機能を有するので、この説明は省略する。
画像処理装置１００は、ＲＯＭ１０４に以下のプログラムを記憶し、このプログラムを起動することで、図８に示す画像処理方法を行って画像表示信号を生成する。
【００３７】
すなわち、画像処理装置１００は、以下の処理を行うプログラムをＲＯＭ１０４に記憶する。
まず、コンピュータは、１２ビットの階調で表される画像信号のうち、この画像信号の信号レベルのダイナミックレンジ内において定められる複数の信号レベル領域それぞれに含まれる信号に対して、信号レベル領域毎に、８ビットの階調で階調値を割り当てる階調変換行うことにより、８ビットの階調で表された複数の画像調整信号を生成する。
この後、コンピュータは、同一画素位置における複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する。
【００３８】
このように、本実施形態の画像処理装置１０は、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2のそれぞれに対して階調変換をした後、加算平均をすることで、８ビットの画像表示信号を生成する。このため、画像処理装置１０は、図６に示すように、遠方の撮影対象物および撮影位置に近い撮影対象物であっても、撮影対象物を識別できる、アンダーフローあるいはオーバーフローのない鮮明な画像をモニタ１６に表示させることができる。しかも、画像処理装置１０は、従来のように、１つの画像を撮影対象物等に対応した複数の画像領域に分割して、それぞれ別々の処理をするわけではなく、１つの赤外線画像の画像領域を分割することなく、図４（ａ），（ｂ）に示すように１つの赤外線画像に対して変換を行うので、画像処理装置１０は従来の装置に比べて簡単な構成となり、処理方法も簡易となる。したがって、装置コストは抑制され、画像処理も短時間で行うことができる。
【００３９】
また、画像処理装置１０は、ゲイン係数ａとオフセット値ｂを定めて、Ｄout＝ａ・Ｄin ＋ｂに従って階調変換をするので、極めて高速に階調変換を行うことができる。したがって、リアルタイムで赤外線画像をモニタ１６に表示することができる。
また、遠方の撮影対象物が放射する赤外線は、大気通過中、大気によって吸収されるため、撮影された赤外線画像では、赤外線カメラ１４に対して遠方の撮影対象物の輝度は低くなるが、遠方の撮影対象物を、近場にある撮影対象物とともに、選択領域として定めることにより信号レベル領域を定めることができるので、遠方の撮影対象物も、近場にある撮影対象物と同様に、モニタ１６の表示画像において識別することができる。
【００４０】
なお、本実施形態は、２つの信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2を定めて、階調変換を行うが、３つ以上の信号レベル領域を定めて階調変換をすることもできる。
また、本実施形態は、ゲイン係数ａとオフセット値ｂを定めて、Ｄout＝ａ・Ｄin ＋ｂに従って、すなわち、ＤinとＤoutが線形的な関係を有する階調変換を行うが、この階調変換には限られない。ＤinとＤoutが非線形的な関係を有する階調変換を用いることもできる。
【００４１】
上記実施形態は、以下に示す内容を開示する。
【００４２】
（付記１）
入力した画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を、前記画像信号から生成する画像処理装置であって、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調数を有する第２の階調で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成する調整ユニットと、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する加算平均処理部とを有することを特徴とする画像処理装置。
【００４３】
（付記２）
前記調整ユニットは、前記階調変換を行うとき、前記画像信号のうち、信号レベルが各信号レベル領域の最大信号レベルに比べて高い信号に対して、前記第２の階調における最大階調値を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域の最小信号レベルに比べて低い信号に対して、前記第２の階調における最小階調値を割り当てる変換を、各信号レベル領域毎に行う、付記１に記載の画像処理装置。
【００４４】
（付記３）
前記調整ユニットは、前記複数の信号レベル領域のそれぞれにおいて、前記第２の階調数を、前記第１の階調における各信号レベル領域に含まれる信号レベルの階調数から１引いた数で除算した値をゲイン係数ａとして定め、各信号レベル領域内の信号レベルが前記第２の階調で表される階調値に変換されるようにオフセット値ｂを定め、前記画像信号の信号レベルをＤinとし、前記画像調整信号の信号値をＤoutとしたとき、前記画像信号のうち、各信号レベル領域に信号レベルが含まれる信号に対してＤout＝ａ・Ｄin ＋ｂに従って階調変換をする、付記１または２に記載の画像処理装置。
【００４５】
（付記４）
前記画像信号は、赤外線カメラで撮影された赤外線画像の信号であり、
前記調整ユニットは、オペレータにより選択された前記赤外線画像内の選択領域の第１の階調における信号レベルの平均値あるいは中央値を中心とした領域を前記信号レベル領域として定める、付記１〜３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【００４６】
（付記５）
前記選択領域は、前記赤外線カメラから距離が異なる２つの撮影対象物を含む領域である、付記４に記載の画像処理装置。
【００４７】
（付記６）
入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する画像処理装置の行う画像処理方法であって、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成し、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する、ことを特徴とする画像処理方法。
【００４８】
（付記７）
前記階調変換を行うとき、前記画像信号のうち、信号レベルが各信号レベル領域の最大信号レベルに比べて高い信号に対して、前記第２の階調における最大階調値を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域の最小信号レベルに比べて低い信号に対して、前記第２の階調における最小階調値を割り当てる変換を、各信号レベル領域毎に行う、付記６に記載の画像処理方法。
【００４９】
（付記８）
前記複数の信号レベル領域のそれぞれにおいて、前記第２の階調数を、前記第１の階調における各信号レベル領域に含まれる信号レベルの階調数から１引いた数で除算した値をゲイン係数ａとして定め、各信号レベル領域内の信号レベルが前記第２の階調で表される階調値に変換されるようにオフセット値ｂを定め、前記画像信号の信号レベルをＤinとし、前記画像調整信号の信号値をＤoutとしたとき、前記画像信号のうち、各信号レベル領域に信号レベルが含まれる信号に対してＤout＝ａ・Ｄin ＋ｂに従って階調変換をする、付記６または７に記載の画像処理方法。
【００５０】
（付記９）
前記画像信号は、赤外線カメラで撮影された赤外線画像の信号であり、
オペレータにより選択された前記赤外線画像内の選択領域の第１の階調における信号レベルの平均値あるいは中央値を中心とした領域を前記信号レベル領域として定める、付記６〜８のいずれか１項に記載の画像処理方法。
【００５１】
（付記１０）
前記選択領域は、前記赤外線カメラから距離が異なる２つの撮影対象物を含む領域である、付記９に記載の画像処理方法。
【００５２】
（付記１１）
入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成し、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する、処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【００５３】
以上、本発明の画像処理装置、画像処理方法およびプログラムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 画像処理装置
１２ 外線監視システム
１４ 赤外線カメラ
１６ モニタ
２０ ＡＤ変換回路
２２ フレームメモリ
２４ 補正回路
２６ 調整ユニット
２６ａ，２６ｂ 調整回路
２６ｃ，２６ｄ ゲイン・レベル設定部
２８，３０ フレームメモリ
３２ 加算平均処理回路
３４ ＤＡ変換回路
３６ 電源・制御部
３８，１２２ ユーザインタフェース部
１００ 画像処理装置
１０２ ＣＰＵ
１０４ ＲＯＭ
１０６ ＲＡＭ
１０８ ＩＯポート
１１０ ＡＤ、ＤＡ変換回路
１２０ 入出力部
１２４ ゲイン・レベル設定部
１２６ａ，１２６ｂ 調整部
１２８ 加算平均処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する画像処理装置および画像処理方法、さらに、この方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、赤外線暗視カメラ等を用いて撮影された赤外線画像は監視や守衛のために用いられている。一般に、赤外線暗視カメラ等から出力される画像信号は、輝度のダイナミックレンジが広いため１２ビット以上のデジタル信号にＡＤ変換される。一方、赤外線画像をモニタに表示するための画像表示信号には８ビットの信号が用いられる。このため、従来より、１２ビット以上の赤外線画像の画像信号は、画像処理装置を用いて８ビットの画像表示信号に階調変換されてモニタに供給される。
【０００３】
上記階調変換では、１２ビットの画像信号を８ビットの信号に階調変換するので、赤外線画像のうち温度が高い高輝度の画像領域と、温度が低い低輝度の画像領域とを同時に表示することが難しく、温度が高い高輝度の画像領域と、温度が低い低輝度の画像領域とを識別可能に同時に表示することはできない場合がある。具体的には、モニタの表示画面において階調が適切でないため撮影対象物が識別できない不鮮明な画像、すなわち、高輝度の画像領域内の撮影対象物が識別できないオーバーフローの画像、あるいは、低輝度の画像領域内の撮影対象物が識別できないアンダーフローの画像が表示される。
これに対して、赤外線画像における画像信号の信号レベルの頻度分布において、信号レベルの頻度が予め設定された値よりも高い信号レベルに８ビットの表示階調を与えるように画像表示信号を生成する強調処理法が行われている。
【０００４】
例えば、赤外線画像の画像信号を取り込み、温度分布を画面に表示する赤外線映像装置において、一撮像画像内に複数の目標物体が存在する場合にも、各目標物体に対して一度に最適の表示品質処理を実行可能とする赤外線映像装置が知られている。
具体的には、上記赤外線映像装置は、背景に対して所定以上の温度差がある複数の物体をそれぞれ独立に、撮像画面内の全画像信号を用いて認識し、認識した各物体に対応する画像信号を分離し、分離した各物体に対応する画像信号をそれぞれ個別に受信し、表示画面上での物体の表示品質を処理し、処理した各物体に対応する画像信号を合成し、撮像画面全体の画像信号を組立てる。このとき、各物体に対応する画像信号に対して、信号レベルの頻度分布（ヒストグラム）を用いた強調処理方法が用いられる。
【０００５】
また、１画面中に高輝度部分あるいは低輝度部分があっても白つぶれ又は黒つぶれにならないように、高輝度または低輝度部分の明るさを補正することができる自動画質装置が知られている。具体的には、この自動画質装置は、１画面分を複数の領域に分割し、各領域毎にデジタル映像信号の累算データを形成するモニタ回路と、前記累算データと上下しきい値とを比較し、差分に応じた所定のオフセット値及び係数値を算出するオフセット係数発生手段と、デジタル映像信号を遅延させるディレイ回路と、前記オフセット値及び係数値に応じて、デジタル映像信号の低域周波数成分がレベルシフトされると共に高域周波数成分が強調されるデジタル映像信号を出力するコントラスト制御回路とを備える。
上記コントラスト制御回路の画像処理方法では、例えばハイパスフィルタおよびローパスフィルタを用いて高周波信号と低周波信号に分解して、別々の処理を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３６０３１号公報
【特許文献２】特開平７−２３２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の装置はいずれも、１つの画像を複数の画像領域に分割し、それぞれの画像領域毎に別の画像処理を行うので、複雑な回路が用いられ複雑な処理が行われる。このため、装置が大型化する。更に、上述の装置および画像処理法は、複雑な回路構成を用い、ローパスフィルタ処理等の時間を要する処理を用いるため、画像処理速度は低下し、必ずしもリアルタイムで赤外線画像を表示することはできない。また、遠方の撮影対象物の輝度が低下して低輝度の画像領域における撮影対象物が識別できない不鮮明なアンダーフローの画像が得られる場合もある。また、低輝度の画像領域における撮影対象物を識別できるように画像処理を行った場合、高輝度の画像領域における撮影対象物が識別できない不鮮明なオーバーフローの画像が得られる。
【０００８】
そこで、本発明は、入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する際、上述の装置とは異なる方式を用いて、簡単な構成でオーバーフローやアンダーフローを引き起こさない鮮明な画像表示を実現する画像表示信号を生成する画像処理装置、画像処理方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、入力した画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を、前記画像信号から生成する画像処理装置である。当該装置は、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調数を有する第２の階調で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成する調整ユニットと、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する加算平均処理部とを有する。
【００１０】
本発明の他の一態様は、入力した画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を、前記画像信号から生成する画像処理方法である。当該方法では、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成し、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する。
【００１１】
本発明のさらに他の一態様は、入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する処理をコンピュータに実行させるプログラムである。当該プログラムは、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成し、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する、処理をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１２】
上述のデータ処理装置、データ処理方法およびプログラムによれば、簡単な構成で鮮明な画像表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の画像処理装置を含む赤外線監視システムを説明する図である。
【図２】赤外線カメラから送られる１２ビットの画像信号のヒストグラムの一例を示す図である。
【図３】１２ビットの画像信号を１つの信号レベル領域の信号レベルに圧縮して８ビット画像表示信号にして得られる赤外線画像の一例を示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本実施形態において用いる２つの信号レベル領域それぞれにおいて行う階調変換を説明する図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、図４（ａ），（ｂ）の階調変換で生成される画像調整信号から得られる表示画像の一例を示す図である。
【図６】本実施形態で生成された画像表示信号から得られる表示画像の一例を示す図である。
【図７】図４（ａ），（ｂ）に示す階調変換を１つに纏めた階調変換を説明する図である。
【図８】本実施形態の画像処理方法の一例のフローチャートである。
【図９】（ａ），（ｂ）は、本実施形態の画像処理装置の別の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の画像処理装置、画像処理方法およびプログラムについて説明する。
【００１５】
（赤外線監視システム）
図１は、本実施形態の画像処理装置１０を含む赤外線監視システム１２を説明する図である。赤外線監視システム１２は、画像処理装置１０と、赤外線カメラ１４と、モニタ１６とを有する。
【００１６】
画像処理装置１０は、赤外線カメラ１４で撮影され赤外線画像の画像信号の階調変換を行ってモニタ１６に出力する。このとき、赤外線カメラ１４で得られる輝度情報である画像信号は、広いダイナミックレンジを有するため、画像処理装置１０は、赤外線カメラ１４から提供される画像信号を１２ビットのデジタル信号に変換する。一方、モニタ１６は、８ビットの画像表示信号をアナログ信号に変換した信号を受信するように設定されている。このため、画像処理装置１０は、１２ビットの画像信号を８ビットの画像信号に階調変換する。
【００１７】
画像処理装置１０は、１２ビット表示の画像信号のダイナミックレンジ内において定めた複数の信号レベル領域のそれぞれにおいて１２ビットの画像信号を８ビットに階調変換し、階調変換により得られた各信号レベル領域に対応する画像調整信号を加算平均することにより、画像表示信号を生成する。
これにより、画像処理装置１０は、遠方に位置する撮影対象物のほか、撮影位置に近い撮影対象物も識別可能な８ビット階調の画像をモニタ１６は表示することができる。
以下、画像処理装置１０について詳細に説明する。
【００１８】
（画像処理装置）
画像処理装置１０は、ＡＤ変換回路２０、フレームメモリ２２、補正回路２４、調整ユニット２６、フレームメモリ２８,３０、加算平均処理回路３２、ＤＡ変換回路３４、電源・制御部３６、およびユーザインタフェース部３８を有する。調整ユニット２６は、調整回路２６ａ，２６ｂおよびゲイン・レベル設定部２６ｃ，２６ｄを含む。画像処理装置１０は、１２ビットの画像信号を８ビットの画像表示信号に変換するために、１２ビットの画像信号のダイナミックレンジ内で定められた２つの信号レベル領域それぞれの範囲内を８ビットに割り振ってそれぞれ階調変換を行う。本実施形態では、画像処理装置１０は、２つの信号レベル領域を用いるが、３つ以上の信号レベル領域を用いることもできる。この場合、フレームメモリ２８，３０に対応するフレームメモリも、信号レベル領域の設定数に応じて増設される。
本実施形態の画像処理装置１０は、回路を用いたハードウェアモジュールを用いるが、後述するように、コンピュータを用いたソフトウェアモジュールを用いることもできる。
【００１９】
ＡＤ変換回路２０は、赤外線カメラ１４から送られる赤外線画像の画像信号を１２ビットの画像信号にする。撮影対象物の赤外線の放射レベルは、撮影対象物の温度によって定まり、赤外線の放射レベルのダイナミックレンジは広い。このためＡＤ変換回路２０は、画像信号をモニタ１６で用いる８ビットの画像表示信号に比べてビット数の大きい１２ビットのデジタル信号に変換する。
【００２０】
フレームメモリ２２は、ＡＤ変換回路２０から出力された１２ビットの画像信号を一時記憶する。
補正回路２４は、フレームメモリ２２に記憶された画像信号を画素毎に呼び出して、赤外線カメラ１４の受光素子に起因する受光感度のばらつきを補正する。具体的には、補正回路２４では、温度と信号レベルの対応関係に基づいて画素毎にゲインとオフセットが定められており、このゲインとオフセットを用いて温度の情報を適切に表す画像信号に補正する。さらに、補正回路２４は、予め定められたシェーディング補正を行うこともできる。補正された画像信号は、調整ユニット２６に送られる。
【００２１】
調整ユニット２６は、補正回路２４から送られた１２ビットの階調で表される画像信号を用いて８ビットの画像調整信号を２つ生成する。すなわち、調整ユニット２６は、１２ビットの画像信号のダイナミックレンジ内において複数の信号レベル領域を定める。調整ユニット２６は、１２ビットの画像信号のうち、信号レベルが各信号レベル領域内に含まれる信号に対して、８ビットの階調で階調値を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域の最大信号レベルに比べて高い信号に対して、８ビットの階調における最大階調値、すなわち値２５５を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域の最小信号レベルに比べて低い信号に対して、８ビットの階調における最小階調値、すなわち値０を割り当てる階調変換行う。これにより、調整ユニット２６は、８ビットの階調で表された２つの画像調整信号を生成する。調整ユニット２６については後述する。
【００２２】
フレームメモリ２８，３０は、調整ユニット２６から送られた８ビットの画像調整信号を一時記憶する。
加算平均処理回路２２は、フレームメモリ２８，３０に記憶された画像調整信号を画素毎に呼び出して、同一画素位置における２つの画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する。加算平均処理回路２２が行う加算平均は、単純加算平均であるが、重み付け加算平均を行ってもよい。加算平均処理回路２２については後述する。
ＤＡ変換回路３４は、生成された画像表示信号をアナログ信号に変換することによりモニタ１６に表示可能な信号を生成する。生成された信号は、モニタ１６に送られる。
電源部・制御部３６は、各回路に電力を供給する。さらに、電源・制御部３６は、上述した各回路の動作を制御、管理する。
ユーザインタフェース部３８は、１２ビットの画像信号のダイナミックレンジに対して２つの信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2を設定するための情報の指示入力をオペレータから受け付ける。また、ユーザインタフェース部３８は、信号レベル識別領域Ｒ1、Ｒ2を用いて画像処理を行うか、従来のように１つの信号レベル識別領域を用いて画像処理を行うか、ユーザの指示を受け付ける。
２つの信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2に関する指示入力の情報は、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂに送られて、信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2の範囲を定め、後述するゲイン係数ａおよびオフセット値ｂを算出するために用いられる。赤外線カメラ１４が撮影する赤外線画像のシーンが固定されているのであれば、ユーザインタフェース部３８を設けることなく、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂに信号レベル領域の情報が予め記憶され設定されていてもよい。
【００２３】
（調整ユニット、加算平均処理回路）
調整ユニット２６は、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂと、調整回路２６ｃ，２６ｄを有する。
ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、それぞれ、調整回路２６ｃ，２６ｄで画像調整信号を生成するための階調変換に用いるゲイン係数ａおよびオフセット値ｂを求める。
具体的には、ユーザインタフェース部３８が受け付けた信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2を定めるための情報を用いて、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2を定め、それぞれの信号レベル領域に対してゲイン係数ａおよびオフセット値ｂを設定する。具体的には、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2のそれぞれにおいて、８ビットの階調数である２５６を、各信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2に含まれる１２ビットの信号レベルの階調数から１引いた数で除算した値をゲイン係数ａとして求める。さらに、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、各信号レベル領域内の各信号レベルが８ビットの階調で表される階調値に変換されるようにオフセット値ｂを定める。例えば、各信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2における信号レベルの中央値又は平均値が、８ビットの階調の中央値となるように、オフセット値ｂが定められる。ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、ゲイン係数ａおよびオフセット値ｂを、調整回路２６ｃ，２６ｄに送る。
【００２４】
調整回路２６ｃ，２６ｄは、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂから送られたゲイン係数ａ（ａ1，ａ2）およびオフセット値ｂ（ｂ1，ｂ2）を用いて、各信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2に信号レベルが含まれる画像信号に対して、
Ｄout＝ａ1・Ｄin ＋ｂ1
Ｄout＝ａ2・Ｄin ＋ｂ2
（Ｄinは画像信号の信号レベルであり、Ｄoutは画像調整信号の信号値である）に従って階調値を割り当てる。信号レベルが各信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2の最大信号レベルに比べて高い信号に対して、値２５５（８ビットの最大階調値）を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2の最小信号レベルに比べて低い信号に対して、値０（８ビットの最小階調値）を割り当てる。調整回路２６ｃ，２６ｄは、このような階調変換行うことにより、８ビットの画像調整信号を生成する。
【００２５】
図２は、赤外線カメラ１４から送られる１２ビットの画像信号のヒストグラムの一例が示されている。図２に示すように、輝度レベル１００００〜１１０００［ＬＳＢ］の広い範囲に赤外線画像の信号レベルは分布している。この中で２つの領域をそれぞれ、信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2として定める。
図３は、従来の表示される赤外線画像の一例であり、信号レベル領域Ｒ2における１２ビットの画像信号を圧縮して得られる８ビット画像表示信号から作成される赤外線画像の一例である。このような赤外線画像では、遠方の撮影対象物や温度の低い撮影対象物の信号値が低下して表示画像上で撮影対象物を識別できない。これは、信号レベル領域Ｒ1の信号レベルを８ビットの画像表示信号の最小信号値またはその近傍の値に変換したためである。これに対して、遠方の撮影対象物や温度の低い撮影対象物の信号値を高くする場合、撮影位置に近い撮影対象物や温度の高い撮影対象物の信号レベルが極めて高くなり識別できなくなる。これは、信号レベル領域Ｒ2の信号レベルを８ビットの画像表示信号の最大信号レベルまたはその近傍のレベルに変換されるためである。
【００２６】
本実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、１２ビットの画像信号が、８ビットの画像調整信号に階調変換される。図４（ａ）に示す例では、閾値Ｔｈ1,閾値Ｔｈ2で定められる信号レベル領域Ｒ1に含まれる画像信号に対して、調整回路２６ｃは、上記ゲイン係数ａ１およびオフセット値ｂ１を用いて上記Ｄout＝ａ１・Ｄin ＋ｂ１に従って値を割り当て、信号レベルが閾値Ｔｈ1未満の信号に対して値０を割り当て、信号レベルが閾値Ｔｈ2を越える信号に対して値２５５を割り当てる。
図４（ｂ）に示す例では、閾値Ｔｈ3,閾値Ｔｈ4で定められる信号レベル領域Ｒ2に含まれる画像信号に対して、調整回路２６ｄは、上記ゲイン係数ａ２およびオフセット値ｂ２を用いて上記Ｄout＝ａ２・Ｄin ＋ｂ２に従って値を割り当て、信号レベルが閾値Ｔｈ3未満の信号に対して値０を割り当て、信号レベルが閾値Ｔｈ4を越える信号に対して値２５５を割り当てる。
加算平均処理回路２２は、このようにして得られた信号レベル領域Ｒ1,Ｒ2に対して、同一の画素位置毎に信号レベルを加算平均する。
【００２７】
図５（ａ）は、図４（ａ）に示す階調変換で生成される画像調整信号から得られる表示画像であり、図５（ｂ）は、図４（ｂ）に示す階調変換で生成される画像調整信号から得られる表示画像である。図５（ａ）に示す表示画像では、遠方の市街地等の撮影対象物および温度の低い地面等の撮影対象物を識別することができる。しかし、撮影位置近くの撮影対象物や人家等の撮影対象物の信号値が高くなって、識別が困難になっている。
一方、図５（ｂ）に示す表示画像では、遠方の町の様子等の撮影対象物および温度の低い地面等の撮影対象物を識別することができる。しかし、遠方の市街地等の撮影対象物や地面等の撮影対象物は信号値が低くなって、識別が困難になっている。
【００２８】
図６は、加算平均処理回路２２で生成された画像表示信号から得られる表示画像を示している。図６からわかるように、遠方の市街地等の撮影対象物および温度の低い地面等の撮影対象物を識別することができるほか、撮影位置近くの撮影対象物や人家等の撮影対象物も識別することができる。
このような表示画像を得られるのは、図７に示すような１２ビットの画像信号を８ビットの画像信号に階調変換するとき、識別しようとする撮影画像の信号レベルを含むように、１２ビットの画像信号のダイナミックレンジのなかから２つの信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2を定め、別々に８ビットの階調に階調変換を行ったのち、２つの画像調整信号を加算平均処理したからである。本実施形態における信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2は、信号レベルにおいて隣接した領域ではないが、隣接した領域であってもよい。
【００２９】
なお、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂにおける信号レベル識別領域Ｒ1、Ｒ2の設定およびゲイン係数ａ及びオフセット値ｂの算出は、上述の形態に限定されない。ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂにおける信号レベル識別領域Ｒ1、Ｒ2の設定およびゲイン係数ａ及びオフセット値ｂの算出は、以下のように行うこともできる。
【００３０】
ユーザインタフェース部３８は、信号レベル識別領域Ｒ1、Ｒ2を用いて画像処理を行う場合、オペレータが入力指示する基準となる領域の情報を受け付ける。例えば、従来の方法で画像処理された赤外線画像がモニタ１６に表示され、オペレータが表示された赤外線画像を見ながら、基準となる領域をユーザインタフェース部３８に入力する。遠方の撮影対象物が放射する赤外線は、大気通過中、大気によって吸収されて減衰するため、撮影された赤外線画像では、遠方の撮影対象物の輝度は低くなる。したがって、赤外線の大気減衰により輝度が低く一定値となった大気や背景となる領域１と、この大気に接して略同じ温度を有する、撮影位置に近い建物の屋根を表す領域２と、大気に接して略同じ温度を有する、撮影位置から遠い建物の屋根を表す領域３とをオペレータは選択して入力する。したがって、領域１〜３は、以降選択領域１〜３という。なお、入力された選択領域２，３は、選択領域１に対して区別でき、かつ識別できるようにする測定対象物を含む領域である。
【００３１】
オペレータにより入力指示された選択領域１〜３は、ゲイン・レンベル設定部２６ａ，２６ｂにおいてゲイン係数ａ及びオフセット値ｂの算出および信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2の算出に用いられる。
ゲイン・レベル設定部２６ａは、選択領域１における１２ビットの画像信号の平均レベルと選択領域２における１２ビットの画像信号の平均レベルとの差分を求め、２５６の値を、求めた差分で除算した値をゲイン係数ａとして求める。具体的には、選択領域１における平均レベルをDaverage_1とし、選択領域３における平均レベルをDaverage_3としたとき、ゲイン係数ａは、ａ＝２５６／（Daverage_3−Daverage_1）に従って求められる。また、ゲイン・レベル設定部２６ａは、選択領域２における１２ビットの画像信号の平均レベルが階調変換により８ビットの階調の中央値となるように、オフセット値ｂを算出する。同様に、ゲイン・レベル設定部２６ｂは、具体的には、ゲイン係数ａをゲイン係数ａ＝２５６／（Ｄaverage_2−Ｄaverage_1）／（（Ｄaverage_3−Ｄaverage_1））に従って求める。また、ゲイン・レベル設定部２６ｂは、選択領域３における１２ビットの画像信号の平均レベルが階調変換により８ビットの階調の中央値となるように、オフセット値ｂを算出する。
選択領域２と選択領域３に含まれる撮影対象物の温度は、家屋の屋根等の略同じ撮影対象物を含む領域を選択しているため、本来、選択領域２および選択領域３における信号レベルは本来略同じであるが、撮影対象物の位置が異なるため赤外線の大気減衰が異なり、これにより赤外線カメラ１４で撮影したときの輝度、すなわち信号レベルが異なっている。また、選択領域２および選択領域３における撮影対象物は、識別しようとする対象物である。このため、選択領域２，３のそれぞれが選択領域１と区別され、しかも選択領域２，３の信号レベルが略同じ階調値になるように調整ユニット２６は階調変換する。
ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、このようにして求められるゲイン係数ａおよびオフセット値ｂの値を用いて算出される階調値が最小階調値０以上最大階調値２５５以下となる範囲を、それぞれ信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2として設定することができる。したがって、オペレータにより選択された赤外線画像内の選択領域の信号レベルの平均レベルを中心とした領域が、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2として定められる。この信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2の情報は、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂにおいて記憶されてもよい。
【００３２】
（画像処理方法）
図８は、本実施形態の画像処理方法のフローチャートである。
まず、画像処理装置１０は、赤外線カメラ１２から画像信号を取り込む（ステップＳ１０）。具体的には、ＡＤ変換回路２０において画像信号が１２ビットの信号にデジタル化され、フレームメモリ２２に一時記憶される。
この後、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、１２ビットの画像信号の信号レベルのダイナミックレンジ内において２つの信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2を定める（ステップＳ２０）。ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、インターフェース部３８で指示入力された情報に基づいて、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2を定める。また、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、予め記憶している情報を呼び出して、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2を定めることもできる。赤外線カメラ１４の撮影範囲は一般に固定されており、撮影対象物も定まっている場合、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2は固定される。したがって、予め信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2の情報を予め記憶しておくことができる。あるいは、従来の画像処理方法で作成されモニタ１６に表示された図３に示すような赤外線画像を見たオペレータが、選択領域１〜３を指示入力することにより、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2を定めることもできる。
また、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂは、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2毎にゲイン係数ａおよびオフセット値ｂを求める。
【００３３】
次に、調整ユニット２６は、２つの画像調整信号を生成する（ステップＳ３０）。具体的には、調整回路２６ａ，２６ｂは、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂで求めたゲイン係数ａおよびオフセット値ｂを用いて、８ビットへの階調変換を行う。これにより、２つの画像調整信号が生成される。このとき、調整回路２６ａ，２６ｂは、画像信号のうち、信号レベルが各信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2内に含まれる信号に対して、８ビットの階調数で階調値を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2の最大信号レベルに比べて高い信号に対して、値２５５を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2の最小信号レベルに比べて低い信号に対して、値０を割り当てる階調変換行う。
【００３４】
加算平均処理回路３２は、生成された２つの画像調整信号に対して、同一画素位置における２つの画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する（ステップＳ４０）。
最後に、ＤＡ変換回路３４は、生成された画像表示信号をアナログ信号に変換し、モニタ１６に送信する（ステップＳ５０）。
なお、本実施形態では、画像信号が１２ビットの信号であり、画像表示信号は８ビットの信号を例に説明したが、１２ビットの信号および８ビットの信号に限定されない。少なくとも画像表示信号のビット数が画像信号のビット数に比べて小さければよい。
【００３５】
（画像処理装置の変形例）
上記実施形態は、回路で構成された画像処理装置１０を用いるが、コンピュータを用いた画像処理装置を用いることもできる。
図９（ａ）に示す例は、コンピュータを用いた画像処理装置１００の構成図である。図９（ｂ）は、画像処理装置１００の機能ブロック図である。
画像処理装置１００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１０２と、ＲＯＭ（Read-Only Memory）１０４と、ＲＡＭ（Random Access Memory)１０６と、ＩＯポート１０８と、ＡＤ、ＤＡ変換回路１１０とを有する。ＣＰＵ１０２と、ＲＯＭ１０４と、ＲＡＭ１０６と、ＩＯポート１０８は、バスで互いに接続されている。ＡＤ、ＤＡ変換回路１１０はＩＯポート１０８と接続されている。ＡＤ、ＤＡ変換回路１１０に、赤外線カメラ１４と、モニタ１６が接続され、モニタ・キーボード等の入力操作系１１４はＩＯポート１０８に接続されている。ＲＯＭ１０４は、予め組み込まれたプログラムを起動することにより、入出力部１２０、ユーザインタフェース部１２２、ゲイン・レベル設定部１２４、調整部１２６ａ，１２６ｂ、および加算平均処理部１２８を形成する。これらの部分は、その動作をＣＰＵ１０２が実質的に行うソフトウェアモジュールである。
【００３６】
入出力部１２０は、赤外線カメラ１４からの１２ビットの画像信号を受け、また、生成された８ビットの画像表示信号をモニタ１６に送信する。
ユーザインタフェース部１２２は、ユーザインタフェース部３８と同じ動作を行う。また、ゲイン・レベル設定部１２４、調整部１２６ａ，１２６ｂ、および加算平均処理部１２８はそれぞれ、ゲイン・レベル設定部２６ａ，２６ｂ、調整回路２６ｃ，２６ｄ、および加算平均処理回路３２と同様の機能および機能を有するので、これらの説明は省略する。同様に、ユーザインタフェース部１２２もユーザインタフェース部３８と同様の機能を有するので、この説明は省略する。
画像処理装置１００は、ＲＯＭ１０４に以下のプログラムを記憶し、このプログラムを起動することで、図８に示す画像処理方法を行って画像表示信号を生成する。
【００３７】
すなわち、画像処理装置１００は、以下の処理を行うプログラムをＲＯＭ１０４に記憶する。
まず、コンピュータは、１２ビットの階調で表される画像信号のうち、この画像信号の信号レベルのダイナミックレンジ内において定められる複数の信号レベル領域それぞれに含まれる信号に対して、信号レベル領域毎に、８ビットの階調で階調値を割り当てる階調変換行うことにより、８ビットの階調で表された複数の画像調整信号を生成する。
この後、コンピュータは、同一画素位置における複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する。
【００３８】
このように、本実施形態の画像処理装置１０は、信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2のそれぞれに対して階調変換をした後、加算平均をすることで、８ビットの画像表示信号を生成する。このため、画像処理装置１０は、図６に示すように、遠方の撮影対象物および撮影位置に近い撮影対象物であっても、撮影対象物を識別できる、アンダーフローあるいはオーバーフローのない鮮明な画像をモニタ１６に表示させることができる。しかも、画像処理装置１０は、従来のように、１つの画像を撮影対象物等に対応した複数の画像領域に分割して、それぞれ別々の処理をするわけではなく、１つの赤外線画像の画像領域を分割することなく、図４（ａ），（ｂ）に示すように１つの赤外線画像に対して変換を行うので、画像処理装置１０は従来の装置に比べて簡単な構成となり、処理方法も簡易となる。したがって、装置コストは抑制され、画像処理も短時間で行うことができる。
【００３９】
また、画像処理装置１０は、ゲイン係数ａとオフセット値ｂを定めて、Ｄout＝ａ・Ｄin ＋ｂに従って階調変換をするので、極めて高速に階調変換を行うことができる。したがって、リアルタイムで赤外線画像をモニタ１６に表示することができる。
また、遠方の撮影対象物が放射する赤外線は、大気通過中、大気によって吸収されるため、撮影された赤外線画像では、赤外線カメラ１４に対して遠方の撮影対象物の輝度は低くなるが、遠方の撮影対象物を、近場にある撮影対象物とともに、選択領域として定めることにより信号レベル領域を定めることができるので、遠方の撮影対象物も、近場にある撮影対象物と同様に、モニタ１６の表示画像において識別することができる。
【００４０】
なお、本実施形態は、２つの信号レベル領域Ｒ1，Ｒ2を定めて、階調変換を行うが、３つ以上の信号レベル領域を定めて階調変換をすることもできる。
また、本実施形態は、ゲイン係数ａとオフセット値ｂを定めて、Ｄout＝ａ・Ｄin ＋ｂに従って、すなわち、ＤinとＤoutが線形的な関係を有する階調変換を行うが、この階調変換には限られない。ＤinとＤoutが非線形的な関係を有する階調変換を用いることもできる。
【００４１】
上記実施形態は、以下に示す内容を開示する。
【００４２】
（付記１）
入力した画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を、前記画像信号から生成する画像処理装置であって、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調数を有する第２の階調で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成する調整ユニットと、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する加算平均処理部とを有することを特徴とする画像処理装置。
【００４３】
（付記２）
前記調整ユニットは、前記階調変換を行うとき、前記画像信号のうち、信号レベルが各信号レベル領域の最大信号レベルに比べて高い信号に対して、前記第２の階調における最大階調値を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域の最小信号レベルに比べて低い信号に対して、前記第２の階調における最小階調値を割り当てる変換を、各信号レベル領域毎に行う、付記１に記載の画像処理装置。
【００４４】
（付記３）
前記調整ユニットは、前記複数の信号レベル領域のそれぞれにおいて、前記第２の階調数を、前記第１の階調における各信号レベル領域に含まれる信号レベルの階調数から１引いた数で除算した値をゲイン係数ａとして定め、各信号レベル領域内の信号レベルが前記第２の階調で表される階調値に変換されるようにオフセット値ｂを定め、前記画像信号の信号レベルをＤinとし、前記画像調整信号の信号値をＤoutとしたとき、前記画像信号のうち、各信号レベル領域に信号レベルが含まれる信号に対してＤout＝ａ・Ｄin ＋ｂに従って階調変換をする、付記１または２に記載の画像処理装置。
【００４５】
（付記４）
前記画像信号は、赤外線カメラで撮影された赤外線画像の信号であり、
前記調整ユニットは、オペレータにより選択された前記赤外線画像内の選択領域の第１の階調における信号レベルの平均値あるいは中央値を中心とした領域を前記信号レベル領域として定める、付記１〜３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【００４６】
（付記５）
前記選択領域は、前記赤外線カメラから距離が異なる２つの撮影対象物を含む領域である、付記４に記載の画像処理装置。
【００４７】
（付記６）
入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する画像処理装置の行う画像処理方法であって、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成し、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する、ことを特徴とする画像処理方法。
【００４８】
（付記７）
前記階調変換を行うとき、前記画像信号のうち、信号レベルが各信号レベル領域の最大信号レベルに比べて高い信号に対して、前記第２の階調における最大階調値を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域の最小信号レベルに比べて低い信号に対して、前記第２の階調における最小階調値を割り当てる変換を、各信号レベル領域毎に行う、付記６に記載の画像処理方法。
【００４９】
（付記８）
前記複数の信号レベル領域のそれぞれにおいて、前記第２の階調数を、前記第１の階調における各信号レベル領域に含まれる信号レベルの階調数から１引いた数で除算した値をゲイン係数ａとして定め、各信号レベル領域内の信号レベルが前記第２の階調で表される階調値に変換されるようにオフセット値ｂを定め、前記画像信号の信号レベルをＤinとし、前記画像調整信号の信号値をＤoutとしたとき、前記画像信号のうち、各信号レベル領域に信号レベルが含まれる信号に対してＤout＝ａ・Ｄin ＋ｂに従って階調変換をする、付記６または７に記載の画像処理方法。
【００５０】
（付記９）
前記画像信号は、赤外線カメラで撮影された赤外線画像の信号であり、
オペレータにより選択された前記赤外線画像内の選択領域の第１の階調における信号レベルの平均値あるいは中央値を中心とした領域を前記信号レベル領域として定める、付記６〜８のいずれか１項に記載の画像処理方法。
【００５１】
（付記１０）
前記選択領域は、前記赤外線カメラから距離が異なる２つの撮影対象物を含む領域である、付記９に記載の画像処理方法。
【００５２】
（付記１１）
入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成し、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する、処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【００５３】
以上、本発明の画像処理装置、画像処理方法およびプログラムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 画像処理装置
１２ 外線監視システム
１４ 赤外線カメラ
１６ モニタ
２０ ＡＤ変換回路
２２ フレームメモリ
２４ 補正回路
２６ 調整ユニット
２６ａ，２６ｂ 調整回路
２６ｃ，２６ｄ ゲイン・レベル設定部
２８，３０ フレームメモリ
３２ 加算平均処理回路
３４ ＤＡ変換回路
３６ 電源・制御部
３８，１２２ ユーザインタフェース部
１００ 画像処理装置
１０２ ＣＰＵ
１０４ ＲＯＭ
１０６ ＲＡＭ
１０８ ＩＯポート
１１０ ＡＤ、ＤＡ変換回路
１２０ 入出力部
１２４ ゲイン・レベル設定部
１２６ａ，１２６ｂ 調整部
１２８ 加算平均処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を、前記画像信号から生成する画像処理装置であって、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調数を有する第２の階調で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成する調整ユニットと、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する加算平均処理部と、を有することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記調整ユニットは、前記階調変換を行うとき、前記画像信号のうち、信号レベルが各信号レベル領域の最大信号レベルに比べて高い信号に対して、前記第２の階調における最大階調値を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域の最小信号レベルに比べて低い信号に対して、前記第２の階調における最小階調値を割り当てる変換を、各信号レベル領域毎に行う、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記調整ユニットは、前記複数の信号レベル領域のそれぞれにおいて、前記第２の階調数を、前記第１の階調における各信号レベル領域に含まれる信号レベルの階調数から１引いた数で除算した値をゲイン係数ａとして定め、各信号レベル領域内の信号レベルが前記第２の階調で表される階調値に変換されるようにオフセット値ｂを定め、前記画像信号の信号レベルをＤinとし、前記画像調整信号の信号値をＤoutとしたとき、前記画像信号のうち、各信号レベル領域に信号レベルが含まれる信号に対してＤout＝ａ・Ｄin ＋ｂに従って階調変換をする、請求項１または２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記画像信号は、赤外線カメラで撮影された赤外線画像の信号であり、
前記調整ユニットは、オペレータにより選択された前記赤外線画像内の選択領域の第１の階調における信号レベルの平均値あるいは中央値を中心とした領域を前記信号レベル領域として定める、請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記選択領域は、前記赤外線カメラから距離が異なる２つの撮影対象物を含む領域である、請求項４に記載の画像処理装置。
【請求項６】
入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する画像処理装置の行う画像処理方法であって、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成し、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する、ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項７】
入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成し、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する、処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１】
入力した画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を、前記画像信号から生成する画像処理装置であって、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調数を有する第２の階調で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成する調整ユニットと、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する加算平均処理部と、を有することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記調整ユニットは、前記階調変換を行うとき、前記画像信号のうち、信号レベルが各信号レベル領域の最大信号レベルに比べて高い信号に対して、前記第２の階調における最大階調値を割り当て、信号レベルが各信号レベル領域の最小信号レベルに比べて低い信号に対して、前記第２の階調における最小階調値を割り当てる変換を、各信号レベル領域毎に行う、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記調整ユニットは、前記複数の信号レベル領域のそれぞれにおいて、前記第２の階調数を、前記第１の階調における各信号レベル領域に含まれる信号レベルの階調数から１引いた数で除算した値をゲイン係数ａとして定め、各信号レベル領域内の信号レベルが前記第２の階調で表される階調値に変換されるようにオフセット値ｂを定め、前記画像信号の信号レベルをＤinとし、前記画像調整信号の信号値をＤoutとしたとき、前記画像信号のうち、各信号レベル領域に信号レベルが含まれる信号に対してＤout＝ａ・Ｄin ＋ｂに従って階調変換をする、請求項１または２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記画像信号は、赤外線カメラで撮影された赤外線画像の信号であり、
前記調整ユニットは、オペレータにより選択された前記赤外線画像内の選択領域の第１の階調における信号レベルの平均値あるいは中央値を中心とした領域を前記信号レベル領域として定める、請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記選択領域は、前記赤外線カメラから距離が異なる２つの撮影対象物を含む領域である、請求項４に記載の画像処理装置。
【請求項６】
入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する画像処理装置の行う画像処理方法であって、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成し、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する、ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項７】
入力した画像信号を処理して、該画像信号の階調数に比べて階調数が少ない画像表示信号を生成する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
第１の階調数を有する第１の階調で表される画像信号のうち、該画像信号レベルのダイナミックレンジ内で定めた複数の信号レベル領域のそれぞれに含まれる信号に対して、前記第１の階調数に比べて階調数が少ない第２の階調の第２の階調数で階調値を割り当てる階調変換を、前記信号レベル領域毎に行うことにより、前記第２の階調数を有する第２の階調で表された複数の画像調整信号を生成し、
同一画素位置における前記複数の画像調整信号の信号レベルを加算平均することにより、画像表示信号を生成する、処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図３】
【図５】
【図６】
【図２】
【図４】
【図７】
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【図９】
【図３】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０８７７６（Ｐ２０１２−２０８７７６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７４４９２（Ｐ２０１１−７４４９２）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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