JPWO2020230319A1 - 画像処理装置及び方法、並びに画像読み取り装置、並びにプログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
マルチスペクトル画像を構成する複数のバンド画像と同じ視野の参照画像を解析して局所分散値又はエッジ量を画像特徴量として算出し、画像特徴量からフィルタパラメータを算出し、フィルタパラメータを用いてバンド画像に対しエッジを保存しながら平滑化を行う。十分な信号量が得られない波長帯域のバンド画像を含むマルチスペクトル画像を取得した際に、エッジを失うことなくマルチスペクトル画像のSN比を向上させることができる。
Description
本発明は特に、原稿を波長帯域別に読み取って複数のバンド画像から成るマルチスペクトル画像を生成する画像読み取り装置において、マルチスペクトル画像のSN比を向上させるための画像処理に関する。
パンシャープン処理では、マルチスペクトル画像に含まれるノイズの除去が問題となる。
マルチスペクトル画像を構成する複数のバンド画像と同じ視野の参照画像を解析して局所分散値又はエッジ量を画像特徴量として算出し、前記画像特徴量からフィルタパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記フィルタパラメータを用いて前記バンド画像に対してエッジ保存型平滑化処理を行うフィルター処理部と
を備えることを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態1の画像処理装置3を示すブロック図である。図2は、図1の画像処理装置3を備えた画像読み取り装置の構成例を示す。
図2に示される画像読み取り装置は、画像処理装置3のほか、光源1と、イメージセンサー2とを有する。
SN比の低いバンド画像が合成に使用されると、参照画像MSrのノイズ量が増加し、SN比が低下する可能性がある。参照画像MSrのSN比の低下を避けるため、本実施の形態では、ノイズ量が多いバンド画像の合成重みを小さくして合成を行う。
その場合、画素毎の局所分散値を算出し、局所分散値が閾値以下の画素から成る領域、或いは、局所分散値が閾値以下の画素が占める割合が予め定められた値以上の領域を平坦領域と見なせば良い。
局所分散値は、例えば後述の式(3)と同様の演算で求められる。
ある画素(注目画素)についての加重平均は、例えば、下記の式(1)で表される演算により求められる。
xは、注目画素の位置を表す座標である。
Mは、バンド画像の数を示す。
MSiは、M個のバンド画像のうち、i番目のバンド画像を示す。
MSi(x)は、バンド画像MSiの位置xの画素値を示す。
Wiは、バンド画像MSiの画素値MSi(x)に対する合成重みを示す。
MSr(x)は、参照画像MSrの位置xの画素値を示す。
Ω(x)は、位置xを中心とする局所領域を示す。
Lは、局所領域Ω(x)内の画素の数を示す。
yは、局所領域Ω(x)内の位置を表す座標である。
MSr(y)は、参照画像MSrの位置yの画素値を示す。
Ω(x)は、位置xを中心とする局所領域を示す。
yは、局所領域Ω(x)内の位置を表す座標である。
d(y,x)は座標yで表される位置と座標xで表される位置との距離を示す。
MSr(x)は、参照画像MSrの位置xの画素値を示す。
MSr(y)は、参照画像MSrの位置yの画素値を示す。
σ1及びσ2は定数を示す。定数σ1及びσ2は任意に定められる。
例えば、画像特徴量をそのままフィルタパラメータとして出力しても良く、画像特徴量の逆数又はそれらの正規化値をフィルタパラメータとして出力しても良い。
複数の出力画像DOUTはそれぞれ複数のバンド画像DINに対応する。複数の出力画像DOUTの組合せによりマルチスペクトル画像が構成される。
xは、注目画素の位置を表す座標である。
Ω(x)は、位置xを中心とする局所領域を示す。
yは、局所領域Ω(x)内の位置を表す座標である。
DIN(y)は、バンド画像DINの位置yにおける画素値を示す。
DOUT(x)は、出力画像DOUTの位置xにおける画素値を示す。
なお上記の局所領域Ω(x)の範囲は、上記の式(3)又は(4)における局所領域Ω(x)の範囲と同じでなくても良い。
d(y,x)は座標yで表される位置と座標xで表される位置との距離を示す。
σsは、距離重みWsを決定するパラメータであり、分散を示す。
図5は本発明の実施の形態2の画像処理装置3bを示す。
図示の画像処理装置3bは、図1の画像処理装置3と概して同じであるが、画像合成部31の代わりに画像合成部31bを備える。
画像合成部31bは、例えば図6に示されるように、相関算出部313と、加重合成部312bとを有する。
この場合上記の画像相関は、波長を変数とする関数で表すことができる。
横軸上のλtは、ターゲットとする波長帯域の中心波長又はピーク波長(ターゲット波長)を示す。
図7(b)に示される例では、相関は、ターゲット波長λtとの差が設定された差分閾値以下である範囲では、一定の値を維持し、上記の差が差分閾値を超える範囲では、0である。
図7(c)に示される例では、相関は、ターゲット波長λtを中心とした正規分布曲線に沿って変化する。
代わりに、各バンド画像について、ターゲットとする波長帯域のバンド画像との類似度に基づいて画像相関を求めることとしても良い。
xは、注目画素の位置を表す座標である。
MSi(x)は、バンド画像MSiの位置xにおける画素値を示す。
MSt(x)は、ターゲットとする波長帯域のバンド画像MStの、位置xにおける画素値を示す。
MSimは、画像MSi内のすべての画素についての画素値MSi(x)の平均値を示す。
MStmは、画像MSt内のすべての画素についての画素値MSt(x)の平均値を示す。
ある画素(注目画素)についての加重平均は、例えば、上記の式(1)で表される演算により求められる。
その場合、式(8)〜(11)では、注目画素を中心とする局所領域内の画素を用いて、類似度を求め、求めた類似度から注目画素についての画像相関を求める。
即ち、予め設定した相関閾値を用いて重みWiを0か1に設定し、加重平均を求めることとしても良い。例えば、画像相関が画像相関閾値以上であれば重みWiを1とし、そうでなければ重みWiを0とし、Mの代わりに重みWiを1としたバンド画像の数を用いて、加重平均を求めることとしても良い。
図8は、本発明の実施の形態3の画像処理装置3cを示す。
図示の画像処理装置3cは、図1の画像処理装置3と概して同じであるが、図1の画像合成部31を備えず、図1のパラメータ算出部32の代わりに、パラメータ算出部32cを備える。
また、画像処理装置3cには、図1のバンド画像DINの他、白色画像DIWが入力される。
白色画像DIWは複数のバンド画像DINの帯域をすべて含む帯域を持つ画像であり、参照画像として用いられる。白色画像DIWの帯域は、複数のバンド画像DINの帯域をすべて合わせた帯域よりも広いことが望ましい。
フィルター処理部33における処理の内容は、図1のフィルター処理部33における処理と同様である。
図9は、本発明の実施の形態4の画像処理装置3dを示す。
図示の画像処理装置3dは、図8の画像処理装置3cと概して同じであるが、バンドパスフィルター群34を備える。また、画像処理装置3dには、複数のバンド画像DINが入力されず、白色画像DIWのみが入力される。
上記の実施の形態1〜4では、画像処理装置が画像読み取り装置の一部を成すものである。しかしながら、本発明の画像処理装置は、画像読み取り以外の用途においても利用可能である。例えば、光学衛星或いは航空機から地上などを撮影する場合にも利用可能である。
例えば、画像処理装置の各部分の機能をそれぞれ別個の処理回路で実現してもよいし、複数の部分の機能をまとめて1つの処理回路で実現しても良い。
処理回路はハードウェアで構成されていても良くソフトウェアで、即ちプログラムされたコンピュータで構成されていても良い。
画像処理装置の各部分の機能のうち、一部をハードウェアで実現し、他の一部をソフトウェアで実現するようにしても良い。
メモリ92には、画像処理装置の各部の機能を実現するためのプログラムが記憶されている。
メモリ92は、例えばRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)若しくはEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、又は光磁気ディスク等を用いたものである。
ステップST12では、複数のバンド画像DINを合成して参照画像MSrを生成する。この処理は、画像合成部31又は31bについて説明したように行われる。
図12で図11と同様の処理は同じ符号で示されている。
ステップST22では、白色画像DIWを入力する。
図13で図11又は図12と同様の処理は同じ符号で示されている。
ステップST13cでは、白色画像DIWを解析して局所分散値又はエッジ量を画像特徴量として算出し、画像特徴量からフィルタパラメータD32cを算出する。この処理は、パラメータ算出部32cについて説明したように行われる。
ステップST33の処理は、ステップST13cの処理と並行して行い得る。
Claims (15)
- マルチスペクトル画像を構成する複数のバンド画像と同じ視野の参照画像を解析して局所分散値又はエッジ量を画像特徴量として算出し、前記画像特徴量からフィルタパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記フィルタパラメータを用いて前記バンド画像に対してエッジ保存型平滑化処理を行うフィルター処理部と
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 前記複数のバンド画像は、比較的狭い帯域の複数の光源で被写体が順次照射されている間に撮像を行うことにより取得される
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記複数の光源は、可視光の波長帯域の光源、紫外光の波長帯域の光源、及び近赤外光の波長帯域の光源とを含む
ことを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記複数のバンド画像を合成して前記参照画像を生成する画像合成部をさらに備える
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記画像合成部は、前記複数のバンド画像の各々についてノイズ量を算出し、前記ノイズ量が少ないバンド画像の合成重みが大きくなるように前記合成を行うことで前記参照画像を生成する
ことを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記画像合成部は、前記複数のバンド画像の各々について、ターゲットとする波長帯域のバンド画像との画像相関を算出し、前記画像相関が大きいバンド画像の合成重みが大きくなるように前記合成を行うことで前記参照画像を生成する
ことを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記画像合成部は、前記複数のバンド画像の各々について、ターゲットとする波長帯域のバンド画像との波長の差に基づいて前記画像相関を算出する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。 - 前記画像合成部は、前記複数のバンド画像の各々について、ターゲットとする波長帯域のバンド画像との類似度を前記画像相関として算出する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。 - 前記画像合成部は、前記画像相関を画素毎に算出し、算出した画像相関に基づいて前記合成重みを画素毎に定めて前記合成を行う
ことを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。 - 前記参照画像は、前記複数のバンド画像の帯域をすべて含む帯域を持つ白色画像である
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記複数のバンド画像は、前記複数のバンド画像の帯域をすべて含む帯域を持つ白色画像を入力とし、互いに異なる波長帯域の複数のバンドパスフィルターを通過させることにより取得される
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 原稿を照射する光源と、
原稿を撮像するイメージセンサーと、
前記イメージセンサーによる撮像で得られた画像を処理する請求項1から11のいずれか1項に記載の画像処理装置と
を有する画像読み取り装置。 - マルチスペクトル画像を構成する複数のバンド画像と同じ視野の参照画像を解析して局所分散値又はエッジ量を画像特徴量として算出し、前記画像特徴量からフィルタパラメータを算出し、
前記フィルタパラメータを用いて前記バンド画像に対してエッジ保存型平滑化処理を行う
ことを特徴とする画像処理方法。 - 請求項13に記載の画像処理方法における処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項14に記載のプログラムを記録した、コンピュータで読取可能な記録媒体。
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