JP3594889B2 - Image processing method, image processing apparatus, and recording medium storing program for executing image processing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像の前処理、または画像比較を行うための前処理、または画像ずらしマッチングを行うための前処理およびその設計方法に関する。特に、照明変動耐久性、ノイズ耐久性をコントロールし、画像から必要情報を取り出す方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から画像の比較やマッチングの技術は数多く提案されている。
その技術の最大の課題は、外乱に対する耐久性を得ることであり、これに対して数多くの方法が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これまでは各種パラメータの設定方法は実験的に定める方法のみが知られており、定量的にパラメータを定めた上での処理方法や比較方法は知られていなかった。このため、画像処理の設計には多くのノウハウが必要とされるという問題があった。
特に、平滑化部分は、ほとんどの場合最小限のノイズ除去のために行われており、従来、これらは処理の中のノウハウとして埋めこまれて来たため、具体的な処理手法と最適なパラメータの求め方が明らかでないという問題があった。
【0004】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、外乱に対する耐久性を持つ画像処理、効率的な画像比較、及び画像ずらしマッチングを得ることが可能な、画像処理方法と画像処理装置を提供することを目的とする。より具体的には、与えられた画像の中から物体固有の特徴を効率的に取り出し、結果的に照明変動、ノイズなどの一般的な外乱に対する耐久性を持つ前処理(画像処理)方法を定量的な方法で得ると同時に、各種外乱に対する耐久性を持つバンドパスフィルタの設計方法を定量化する画像処理方法、画像処理装置、及び画像処理方法を実行するプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明は、ディジタル信号化された画像信号を、ディジタル処理する画像処理方法であって、前記ディジタル信号化された画像信号を、画像に記録された物体の表面反射率と照度の和で表される信号へ変換する画素値変換処理と、平滑化の度合いをパラメータで指定することにより、与えられた画像信号の高域周波数成分の除去度合いを定量的に制御する平滑化処理と、与えられた画像信号の低域周波数成分を軽減する微分処理と、前記平滑化処理における前記パラメータを決定するパラメータ決定処理とを含み、前記画素値変換処理において変換された画像信号に対して、前記平滑化処理を行った後に前記微分処理を行うか、前記微分処理を行った後に前記平滑化処理を行うか、前記平滑化処理と前記微分処理を一括して行うか、のいずれかにより周波数帯域を制限する処理を行い、前記パラメータ決定処理は、前記周波数帯域を制限する処理後の画像信号のノルムが極大となるパラメータを最適値として決定することを特徴とする。
以上の構成により、これまでのようなノウハウや実験により各種パラメータを設定するのはなく、定量的な画像処理、画像比較および画像ずらしマッチングを実現することを可能とする。また、画像の比較用パラメータを定量的に決定することで、各種外乱(照明変動、ノイズなどの影響)を除去し、物体そのものが持つ特徴を抽出することを可能とする。更に、物体そのものが持つ特徴を抽出することにより、正確な(物体そのものの特徴を利用した)画像比較を実現することを可能とする。同時に、画像の比較用パラメータを計算した結果、高周波成分が不要であるとの結論が出た場合、画像を縮小し、高速な画像比較を実現することを可能とする。
【0006】
本発明は、上記画像処理方法において、前記画素値変換処理は、対数変換を用いて、前記ディジタル信号化された画像信号を、画像に記録された物体の表面反射率と照度の和で表される信号へ変換することを特徴とする。
【0007】
本発明は、γ<1なるガンマ補正値γを用いて画素値が輝度のγ乗と設定されディジタル信号化された画像信号を、ディジタル処理する画像処理方法であって、平滑化の度合いをパラメータで指定することにより、与えられた画像信号の高域周波数成分の除去度合いを定量的に制御する平滑化処理と、与えられた画像信号の低域周波数成分を軽減する微分処理と、前記平滑化処理における前記パラメータを決定するパラメータ決定処理とを含み、前記ディジタル信号化された画像信号に対して、前記平滑化処理を行った後に前記微分処理を行うか、前記微分処理を行った後に前記平滑化処理を行うか、前記平滑化処理と前記微分処理を一括して行うか、のいずれかにより周波数帯域を制限する処理を行い、前記パラメータ決定処理は、前記周波数帯域を制限する処理後の画像信号のノルムが極大となるパラメータを最適値として決定することを特徴とする。
【0008】
本発明は、上記画像処理方法において、微分処理は、独立した2方向の1次偏微分処理であることを特徴とする。
【0009】
本発明は、上記画像処理方法において、平滑化処理は、ガウス関数の畳み込み処理を用いて平滑化を行うことを特徴とする。
【0010】
本発明は、ディジタル信号化された2枚の画像の画像信号を比較した比較結果に基づき、画像の類似度を計算する画像比較方法であって、前記2枚の画像の画像信号に対して実行される、上記画像処理方法による画像処理と、前記画像処理後の2枚の画像の画像信号を比較して、比較結果を得る画像比較処理とを含むことを特徴とする。
以上の構成により、外乱による画像の位置ずれ耐久性を予め予測できるため、どれだけ細かい位置ずれを考慮した画像比較を行う必要があるのかを予め決定でき、従って画像を利用した物体抽出を定量的に設計することを可能とする。
また、画像比較に用いる辞書の作成時にγ係数を考慮する必要がないため、異なるA/D変換系を経た画像を用いて、別のA/D変換系を利用した画像の画像比較も正確に実現することを可能とする。
【0011】
本発明は、上記画像比較方法において、画像比較処理は、ディジタル化された2枚の画像の比較結果を、2枚の画像の、画素値の相関値の大小として得ることを特徴とする。
【0012】
本発明は、上記画像比較方法において、画像比較処理は、ディジタル化された2枚の画像の比較結果を、2枚の画像の、画素値の差分の和の大小として得ることを特徴とする。
【0013】
本発明は、上記画像比較方法において、画像比較処理は、ディジタル化された2枚の画像の比較結果を、2枚の画像の、画素値の差の絶対値の2乗値の大小として得ることを特徴とする。
【0014】
本発明は、予め定められた辞書画像に類似する領域を、辞書画像より大きな画像中からその位置をずらしながら探し出す画像マッチング方法であって、各位置ごとに得られる画像と辞書画像の比較処理は、上記画像比較方法を用いることを特徴とする。
【0015】
本発明は、上記記載のいずれかの方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体とする。
【0016】
本発明は、ディジタル信号化された画像信号を、ディジタル処理する画像処理装置であって、前記ディジタル信号化された画像信号を、画像に記録された物体の表面反射率と照度の和で表される信号へ変換する画素値変換手段と、平滑化の度合いをパラメータで指定することにより、与えられた画像信号の高域周波数成分の除去度合いを定量的に制御する平滑化手段と、与えられた画像信号の低域周波数成分を軽減する微分手段と、前記平滑化手段で用いられる前記パラメータを決定するパラメータ決定手段とを備え、前記画素値変換手段において変換された画像信号に対して、前記平滑化手段による処理を行った後に前記微分手段による処理を行うか、前記微分手段による処理を行った後に前記平滑化手段による処理を行うか、前記平滑化手段による処理と前記微分手段による処理を一括して行うか、のいずれかにより周波数帯域を制限する処理を行い、前記パラメータ決定手段は、前記周波数帯域を制限する処理後の画像信号のノルムが極大となるパラメータを最適値として決定することを特徴とする。
本発明は、γ<1なるガンマ補正値γを用いて画素値が輝度のγ乗と設定されディジタル信号化された画像信号を、ディジタル処理する画像処理装置であって、平滑化の度合いをパラメータで指定することにより、与えられた画像信号の高域周波数成分の除去度合いを定量的に制御する平滑化手段と、与えられた画像信号の低域周波数成分を軽減する微分手段と、前記平滑化手段で用いられる前記パラメータを決定するパラメータ決定手段とを備え、前記ディジタル信号化された画像信号に対して、前記平滑化手段による処理を行った後に前記微分手段による処理を行うか、前記微分手段による処理を行った後に前記平滑化手段による処理を行うか、前記平滑化手段による処理と前記微分手段による処理を一括して行うか、のいずれかにより周波数帯域を制限する処理を行い、前記パラメータ決定手段は、前記周波数帯域を制限する処理後の画像信号のノルムが極大となるパラメータを最適値として決定することを特徴とする。
本発明は、ディジタル信号化された2枚の画像の画像信号を比較した比較結果に基づき、画像の類似度を計算する画像比較装置であって、前記2枚の画像の画像信号に対して、上記画像処理方法による画像処理を実行する画像処理手段と、前記画像処理後の2枚の画像の画像信号を比較して、比較結果を得る画像比較手段とを備えることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
(第1の実施の形態)
まず、図1を用いて、照明変動耐久性、ノイズ耐久性をコントロールし、画像から必要情報を取り出す画像処理方法を、第1の実施の形態として説明する。
図1は、第1の実施の形態による画像処理装置の構成を説明するブロック図である。
図1において、符号11は、与えられる画像のシーン情報であって、カメラ等で撮影される時に得られるシーン情報は、シーンヘの照度と物体表面反射率の積の関数である。
符号12は、ディジタル画像を生成するディジタル画像生成処理部であって、CCDなど光から電気信号への変換過程、電気信号のA/D変換過程などを含む。 符号13は、ディジタル画像生成処理部12でディジタル化されて得られた入力画像である。
符号14は、ディジタル信号化された画像を、画像に記録された物体の表面反射率と照度の和で表される信号へ変換する画素値変換処理部であって、ここでは、対数変換処理によりディジタル信号化された画像に記録された物体の表面反射率と照度の積で表される信号を、物体の表面反射率と照度の和で表される信号へ変換する。これは、画像が一般的な方法でディジタル化されている場合には、画像の画素値はすでに物体の表面反射率と照度の積の関数になっていることを意味する。
【0018】
符号15は、平滑化処理部であって、画素値変換処理部14で変換された結果を平滑化する。本実施の形態では、説明の簡易化のため、平滑化処理にガウス関数の畳み込み処理を用いる場合を説明するが、これに限らず、高周波をカットするローパスフィルタを施す操作であればどんな関数を用いても良い。但し、後述する画素値変換処理部14を省略する場合にあっては、平滑化の度合いをパラメータ化できることが条件となる。また、高周波カットの場合、指定した周波数以上を完全にカットするとすれば、この指定する周波数もパラメータとなり得る。符号16は、微分処理部であって、本実施の形態では直行する2方向の偏微分処理を行う場合を説明するが、行う操作はこれに限らず単なる2方向の偏微分処理、単なる微分処理、または、より高次の微分処理であっても良い。
符号17は、パラメータ決定処理部であって、平滑化処理部15で利用するパラメータを決定する処理である。パラメータは、予め決定しておいても良く、また、与えられるディジタル画像の画素値変換処理後の画像信号のノルムを計算し、該ノルムが極大になるパラメータを、平滑化処理部15の処理精度を決定するパラメータの最適値として定めても良い。
符号18は、以上の処理を行った画像処理結果である。
【0019】
なお、画素値変換処理部14と平滑化処理部15の順序は、この処理を逆にしても効果は同じである。
また、上記説明では、平滑化処理部15と微分処理部16を分かれた一連の構成要素として説明したが、実際、画像処理ではこれらの2つの処理の順序を変えることも、1回の処理として終らせることも可能である。これは、平滑化および微分処理のどちらも数学的には畳み込み処理であり、畳み込み処理は可逆処理が可能であり、よって順序を変えることができること、さらに、2回の畳み込み処理を1回の畳み込みとして処理することも可能であることによる。
【0020】
また、上述のディジタル画像生成処理部12と、画素値変換処理部14と、平滑化処理部15と、微分処理部16と、パラメータ決定処理部17は、それぞれ専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびCPU(中央演算装置)により構成され、上記の各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することにより、その機能を実現させるものであってもよい。
【0021】
次に、平滑化処理にガウス関数の畳み込み処理を用いる場合を例に、本実施の形態の動作を説明し、平滑化パラメータの値を決定する方法を記述する。
まず、本実施の形態の画像処理装置に、与えられる画像のシーンヘの照度と物体表面反射率の積の関数を持つシーン情報11が入力されると、ディジタル画像生成処理部12においてディジタル信号化され、入力画像13が画素値変換処理部14へ入力される。
画素値変換処理部14では、対数変換処理により、ディジタル信号化された画像を、画像に記録された物体の表面反射率と照度の和で表される信号へ変換する。
画素値変換処理部14の出力は、平滑化処理部15において平滑化される。平滑化処理部15では、画像処理でガウス関数を利用する場合、画像は2次元であるため、以下で示される2次元ガウス関数
【数1】
を用いる。この場合、平滑化処理部15と微分処理部16の処理を1つのフィルタで処理するフィルタの形状は、ガウス関数を微分した形で書き表すことができる。例えば、x方向の偏微分は、
【数2】
であり、これが画像処理におけるフィルタ形状となる。ここでは、2方向の偏微分処理をグラジエントとして、以降の画像処理方法を述べる。
以下、ガウス関数のグラジエントは、
【数3】
であらわす。ここでフィルタは
【数4】
をそのまま使うのではなく、これを
【数5】
倍した
【数6】
を用いる。これは、単独のステップエッジについて、その出力値を一定にするためである。(定数倍を行わないと、平滑化が進む、すなわちσが大きくなるにつれ、エッジはつぶれていってしまう。)
この場合、ガウス関数による平滑化処理部15と、2方向の一次偏微分処理による微分処理部16の処理を組み合わせた画像処理方法は以下の式で示され、平滑化処理と微分処理とを同時に実行する。また、画像処理結果18は、次式の計算結果として得られる。
【数7】
ここで、
【数8】
はディジタル画像であり、すでにg=CRIというように反射率R、照度I、定数Cで表現されているとする。また「*」は、畳み込み処理を意味する記号である。積分領域は対象とする画像の領域である。
ただし、以上の数式による説明は、画像を連続関数で置き換えて考えたものである。実際のディジタル画像の処理においては、画像はサンプリングされているため、信号は離散値であり、積分は総和Σの形で示される。
【0022】
次に、パラメータ決定処理部17におけるパラメータの値の具体的計算手順を示す。ここでは、処理のはじめの手順を対数変換(画素値変換)とする。この場合、与えられた画像(解析対象)をgとすると、各σについてその結果のノルムを計算する。この例では、例えば
【数9】
を計算する。この結果は、ホワイトノイズや一様に一方方向に明るさが増す画像など、ある特殊な画像では、単純減少、単純増加となるが、これは例外的であり、ごく普通の物体が撮影されている場合は、必ず極大値をもつ。この時、最も大きな値を示すσを平滑化処理部15における最適なパラメータとして選ぶ。
なお、以上の議論は、ガウス関数以外であってもパラメータにより平滑化を記述できる関数を用いれば、同じ議論が成り立つ。また、対数変換を行わない場合や順序が異なる場合も、同様に式を構成することができるので、同じ議論で必要なパラメータ値を得ることができる。これにより、最適な平滑化処理を定量的に得ることができる。
ここで、以上のような画像処理が、実際に何を行っていることになるのかを示しておく。これは、周波数帯域の特徴として考えるのが妥当である。はじめの対数変換は、物体の表面反射率と照度の積を和の形に変換するものである。次の平滑化処理、微分処理は、それぞれ高周波制限、低周波制限処理にあたる。よって2つの処理を行うことは、中程度の周波数への帯域制限処理(バンドパスフィルタ)である。この時、それぞれノイズ(主に高周波成分)、照明変動(主に低周波成分)を除去する。そして残る物体の表面の特徴をできるだけ残すことが可能となる。実際には、上述の方法で得られるパラメータの値は、物体の表面反射率の特徴を最も良く抽出する値であり、最も強調して利用する周波数帯域を定めていることになる。定量的にもこの値が、一般的な照明変動およびホワイトノイズに対する耐久性を最も得やすい。
【0023】
また、上述の説明では、画素値変換処理部14を設け、対数変換処理によりディジタル信号化された画像を、画像に記録された物体の表面反射率と照度の和で表される信号へ変換する場合を示したが、ガンマ補正値γ<1なる係数を乗算されディジタル信号化された画像を画像処理する場合には、対数変換処理を近似的には省略できることを述べる。
ガンマ補正値γ係数は、入力の輝度に対し、出力を非線型にする時の係数である。ここで、出力画素値が輝度のγ乗(オフセットなど有り)と設定される。通例、画像を生成する際のγは1より小さいので、定性的にはあたかも対数変換と同様に輝度が大きくなるにつれ、その増加分に対する画素値の増加を減少させるという効果が得られる。従って、対数変換よりも軽微な演算量で同様な効果が得られる。
例えばテレビ映像では、コントラストが不足する部分をγ係数を用いて疑似的に広い帯域を表現しようとする方法を利用する。つまり、良く使われるγ=1/2.2は、暗い部分のコントラストはあまり変化させず、明るい部分のコントラストを下げる効果を持つ。これは、近似的には対数変換と同じであり、従ってこのような場合には対数変換を省略しても、結果はほぼ同じものが得られる。具体的には、図1の画像変換処理部14を省略することにあたる。
【0024】
(第2の実施の形態)
次に、図2を用いて、第1の実施の形態による画像処理方法を用いた画像比較方法を、第2の実施の形態として説明する。
図2は、第2の実施の形態による画像比較装置の構成を説明するブロック図である。
図2において、符号21は、画像比較装置へ入力された画像Aである。符号22は画像Bである。このうち、画像A21を辞書画像、画像B22を入力画像と考える。すなわち、与えられた画像A21に対し、どれだけ画像B22が類似しているかを計算することが目的である。
符号23は、第1の実施の形態で説明した画素値変換処理部であって、画像A21に対する画素値変換処理部である。符号24は、第1の実施の形態で説明した画素値変換処理部であって、画像B22に対する画素値変換処理部である。
同様に、符号25は、第1の実施の形態で説明した平滑化処理部であって、画素値変換処理部23の出力に対する平滑化処理部である。符号26は、第1の実施の形態で説明した平滑化処理部であって、画素値変換処理部24の出力に対する平滑化処理部である。
同様に、符号27は、第1の実施の形態で説明した微分処理部であって、平滑化処理部25の出力に対する微分処理部である。符号28は、第1の実施の形態で説明した微分処理部であって、平滑化処理部26の出力に対する微分処理部である。
また、符号29と符号30は、それぞれ画像A21と画像B22の画像処理結果であって、画像処理結果A29は微分処理部27の、画像処理結果B30は微分処理部28の出力結果である。
符号31は、画像処理結果A29と画像処理結果B30とを比較する、画像比較処理部である。
符号32は、画像比較処理部31における画像比較結果である。
【0025】
なお、図2においても第1の実施の形態と同様に、符号21から符号30における構成要素、あるいは信号は、順序を変えたり簡略化することが可能である。また、上述の画素値変換処理部23と24、平滑化処理部25と26、微分処理部27と28、画像比較処理部31も第1の実施の形態と同様に、それぞれ専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびCPU(中央演算装置)により構成され、上記の各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することにより、その機能を実現させるものであってもよい。
【0026】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
本実施の形態では、画像A21を基準としておき、画素値変換処理部23と24、平滑化処理部25と26、微分処理部27と28を用いて、第1の実施の形態で説明した画像処理方法により、画像A21の特徴を最も良く抽出するパラメータで画像A21、画像B22の処理を行っておく。
画像比較処理部31では、すでに画像1の特徴が最も良く得られているため、単純な方法で正確な比較を実現できる。
画像比較処理部31における画像比較方法は、例えば、両画像の画素値の差分の和や、両画像の画素値の差の絶対値の2乗値、両画像の画素値の相関値等を計算し、その大小により、両画像の一致度を判断する方法が有効である。
また、画素値の相関値計算は、たとえ2枚の比較する画像が異なるA/D変換系により得られ、γ係数が異なっている場合でも、画素値変換処理部23と24を、簡単な対数変換処理とすれば良いという特徴を持つ。これは、相関の計算途中で、異なるγ係数の値の影響は分数の分母と分子に1回づつ現われるため、完全に除去されることによる。このため、次の第3の実施の形態で述べる画像マッチング方法の辞書画像と、比較される入力画像との系の違いを意識する必要がないことになる。これは、1つの「辞書」という画像を他の系を用いて撮影された画像へ適用できることを意味する。
【0027】
(第3の実施の形態)
次に、図3を用いて、第2の実施の形態による画像比較方法を用いた画像マッチング方法を、第3の実施の形態として説明する。
図3は、第3の実施の形態による画像マッチング方法を説明する模式図である。
図3において、符号41は、予め与えられる辞書画像である。符号42は、入力画像であって、辞書画像41より大きな画像である。図3における細かい一マスは、それぞれの画像の1ドットの大きさを示している。
辞書画像41は、画像のずらしマッチングを行うための元画像であり、入力画像42の一部と辞書画像41との画像比較を行い、最も類似する結果が得られる位置を見つけるものである。これをここでは画像マッチングと呼ぶことにする。符号43はマッチング位置A、符号44はマッチング位置Bを、それぞれ示す。
【0028】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
本実施の形態で説明する画像マッチング方法は、入力画像42の中から辞書画像41と同じ大きさの画像領域を順次選び(これを「ずらし」と表現する)、選ばれた領域と辞書画像41とを用いて、第2の実施の形態で説明した画像比較方法により、画像比較を行う。この時、できるだけ細かいステップでマッチング位置を選ぶと、見落としがないマッチングが実現できる。しかし、これは処理量の増加を招くため、実際にはで見落としが無い程度できるだけ荒いステップでマッチング位置を選ぶ必要が生じる。このため、多くの場合、ステップを1ドットとしてマッチングが行なわれている。経験的に1ドットで不足する場合は、1ドットより細かいステップ(すなわちサブピクセル)を用いたマッチングが行われている。
微分処理および平滑化処理を経た結果の画像比較では、位置ずれが比較結果に与える影響を平滑化処理の度合いによって計算することができる。この結果は平滑化処理の度合いのみに依存し、画像のパターンそのものには依存しない。例えば平滑化処理をガウス関数で行い、かつ相関値0.8程度を十分な類似と判断する場合、σと位置ずれの許容度dにはおおよそd<0.446σの関係が成り立つ。例えば、σが1.0以上であれば、サブピクセルを用いたずらしマッチングは不用で、1ドット単位のずらしマッチングで良いということが言える。これは、1ドット単位でずらしマッチングを行う場合のずれ量の最大値0.5ドットでも、相関値を概ね0.8以上を得ることができるという意味である。また逆にσが2.0以上の場合、すべてのドットを用いたずらしマッチングも不用である。これは見落としをなくすためという意味であり、勿論、より正確な位置決めが必要な場合には、細かなずらしマッチングを行うことを否定するものではない。
以上の直接的な効果は、σが大きい場合には画像を縮小した上でずらしマッチングを精度を落とさずに行うことができることである。たとえばσ=3.0であれば、画像を1/3に縮小し、σ=1.0を用いて1ドット単位のずらしマッチングを行えばよいことがわかる。これにより、無駄のない高速なマッチングが実現できる。
【0029】
更に、第1の実施の形態で、既に示したように、σは最も強調して利用する周波数帯域を定めている。従って、利用しようとするσによって強調される周波数以上の周波数帯域は除去しても、画像比較には大きな影響を与えない。そのため、σが大きい場合、この値に従って不要な高周波成分の除去、すなわち画像の縮小を行っても十分な画像比較が実現できる。
縮小率は、例えばσ=3.0の場合、画像を1/3に縮小してσ=1.0を利用することができる。縮小率は、常に、
【数10】
という関係が成り立てば良い。(上の例では、縮小率=1/3である)
例えば、処理アルゴリズムの中に第1の実施の形態で説明した方法で選ばれた最適なσを適用して、縮小後のσを1.0に近い値とするようにすることができる。この場合、画像を縮小により、画像ずらしマッチングのサーチステップを常に1に保つことができるという意味を持つ。
例えばガウス関数では、画像をn倍に拡大してσを同じn倍にすれば、結果的にはじめと同じ平滑化の効果が得られる。これはガウス関数に限らず、一般的な平滑化で成り立つ。従って、決めたσが大きい場合、画像を縮小しても同じ効果が得られることになる。
【0030】
なお、上述の第1から第3の実施の形態で説明した、画像から必要情報を取り出す画像処理、2つの画像の比較処理、画像のずらしマッチング処理は、それぞれ、その機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読みとり可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、上述の各画像処理における機能を実現しても良い。
【0031】
ここで、上記「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含み、さらにWWW(World Wide Web)システムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、「コンピュータ読みとり可能な記録媒体」とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に、「コンピュータ読みとり可能な記録媒体」とは、インターネット等のコンピュータネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送出する場合のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの(伝送媒体もしくは伝送波)、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【0032】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、更に前述した機能をコンピュータシステムに既に記憶されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
【0033】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、ディジタル信号化された画像の画像処理方法において、ディジタル信号化された画像を、物体の表面反射率と照度の和で表される信号へ変換する画素値変換処理と、画素値変換処理結果に、予め定められた平滑化を行う平滑化処理、及び低域の信号を軽減する微分処理と、平滑化処理における処理精度を、定量的に制御するパラメータ決定処理とを含む構成とした。
これにより、これまでのようなノウハウや実験により各種パラメータを設定するのはなく、定量的な画像処理、画像比較および画像ずらしマッチングを実現することが可能となる。
【0034】
また、本発明は、パラメータ決定処理を、与えられるディジタル画像、もしくは画素値変換処理後の画像信号のノルムを計算する処理を含み、該ノルムが極大になるパラメータを、平滑化処理の処理精度を決定するパラメータの最適値とする構成とした。
これにより、画像の比較用パラメータを定量的に決定することで、各種外乱(照明変動、ノイズなどの影響)を除去し、物体そのものが持つ特徴を抽出することが可能となる。
更に、物体そのものが持つ特徴を抽出することにより、正確な(物体そのものの特徴を利用した)画像比較を実現することが可能となる。
同時に、画像の比較用パラメータを計算した結果、高周波成分が不要であるとの結論が出た場合、画像を縮小し、高速な画像比較を実現することが可能となる。
【0035】
また、本発明は、ディジタル化された2枚の画像を比較して類似度を計算する画像比較方法において、2枚の画像に対し、それぞれ上記画像処理方法による画像処理と、画像処理後の結果を比較する画像比較処理とを含む構成とした。
これにより、外乱による画像の位置ずれ耐久性を予め予測できるため、どれだけ細かい位置ずれを考慮した画像比較を行う必要があるのかを予め決定でき、従って画像を利用した物体抽出を定量的に設計することが可能となる。
また、画像比較に用いる辞書の作成時にγ係数を考慮する必要がないため、異なるA/D変換系を経た画像を用いて、別のA/D変換系を利用した画像の画像比較も正確に実現することが可能となる。よって、画像マッチングを行う時場合、辞書画像として登録する画像の撮影系を意識する必要がない。
従って、与えられた画像の中から物体固有の特徴を効率的に取り出し、結果的に照明変動、ノイズなどの一般的な外乱に対する耐久性を持つ前処理(画像処理)方法を定量的な方法で得ると同時に、画像処理方法において、各種外乱に対する耐久性を持つバンドパスフィルタの設計方法を定量化することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態による画像処理装置の構成を説明するブロック図である。
【図2】第2の実施の形態による画像比較装置の構成を説明するブロック図である。
【図3】第3の実施の形態による画像マッチング方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
11 シーン情報
12 ディジタル画像生成処理部
13 入力画像
14 画素値変換処理部
15 平滑化処理部
16 微分処理部
17 パラメータ決定処理部
18 画像処理結果
21 画像A
22 画像B
23 画素値変換処理部
24 画素値変換処理部
25 平滑化処理部
26 平滑化処理部
27 微分処理部
28 微分処理部
29 画像処理結果A
30 画像処理結果B
31 画像比較処理部
32 画像比較結果
41 辞書画像
42 入力画像
43 マッチング位置A
44 マッチング位置B[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to pre-processing of an image, pre-processing for performing image comparison, or pre-processing for performing image shift matching and a design method thereof. In particular, the present invention relates to a method for controlling illumination fluctuation durability and noise durability and extracting necessary information from an image.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, many techniques for comparing and matching images have been proposed.
The greatest challenge of the technology is to obtain durability against disturbances, for which a number of methods have been proposed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, until now, only a method of setting various parameters is known experimentally, and a processing method and a comparison method after quantitatively setting parameters have not been known. For this reason, there is a problem that much know-how is required for designing image processing.
In particular, the smoothing part is almost always performed for minimum noise removal. Conventionally, these have been embedded as know-how in the processing, so that the specific processing method and the optimal parameter are used. There was a problem that the method of finding was not clear.
[0004]
The present invention has been made in view of the above problems, and has an image processing method capable of obtaining image processing having durability against disturbance, efficient image comparison, and image shift matching.And image processing equipmentThe purpose is to provide. More specifically, features specific to an object are efficiently extracted from a given image, and consequently a preprocessing (image processing) method that is durable against general disturbances such as illumination fluctuation and noise is quantified. Image processing method that quantifies the design method of a band-pass filter that is durable against various disturbances at the same timeImage processing equipment,And a recording medium on which a program for executing the image processing method is recorded.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a digital signalsignalAn image processing method for digitally processing the digitally converted image.signalIs converted into a signal represented by the sum of the surface reflectance and illuminance of the object recorded in the image, pixel value conversion processing,By specifying the degree of smoothing with a parameter,Given theimagesignalControl of the degree of removal of high frequency componentsSmoothing process and givenimageSignalLow frequency componentDifferential processing to reduce theDetermine the parametersAnd a parameter determination process to be performed.Converted image signalToOn the other hand,SmoothedlaterPerformed the differentiation process or performed the differentiation processlaterEither perform the smoothing process, or perform the smoothing process and the differentiation process collectively.A process for further restricting the frequency band is performed, and the parameter determining process determines a parameter at which the norm of the image signal after the process for restricting the frequency band is maximized as an optimal value.It is characterized by the following.
With the above configuration, it is possible to realize quantitative image processing, image comparison, and image shift matching without setting various parameters based on know-how and experiments as in the past.Further, by quantitatively determining the comparison parameter of the image, various disturbances (effects of illumination fluctuation, noise, and the like) can be removed, and the feature of the object itself can be extracted. Further, by extracting the features of the object itself, it is possible to realize accurate image comparison (using the features of the object itself). At the same time, if it is concluded that high-frequency components are unnecessary as a result of calculating the comparison parameter of the image, the image can be reduced and high-speed image comparison can be realized.
[0006]
The present invention provides the image processing method, wherein the pixel value conversion processing uses logarithmic conversion to convert the digital signal into an image.signalIs converted into a signal represented by the sum of the surface reflectance and the illuminance of the object recorded in the image.
[0007]
The present inventionA pixel value is set to the γ power of luminance using a gamma correction value γ where γ <1.Digital signal imagesignalIs an image processing method for digitally processingBy specifying the degree of smoothing with a parameter,Given theimagesignalControl of the degree of removal of high frequency componentsSmoothing process and givenimageSignalLow frequency componentDifferential processing to reduce theDetermine the parametersThe digitalized imagesignalToOn the other hand,SmoothedlaterPerformed the differentiation process or performed the differentiation processlaterEither perform the smoothing process, or perform the smoothing process and the differentiation process collectively.A process for further restricting the frequency band is performed, and the parameter determining process determines a parameter at which the norm of the image signal after the process for restricting the frequency band is maximized as an optimal value.It is characterized by the following.
[0008]
According to the present invention, in the above image processing method, the differentiation processing is independent two-dimensional primary partial differentiation processing.
[0009]
According to the present invention, in the image processing method described above, the smoothing process is performed by using a convolution process of a Gaussian function.
[0010]
The present inventionAn image comparison method for calculating a degree of similarity between images based on a comparison result obtained by comparing image signals of two digitalized images, wherein the method is performed on the image signals of the two images. It is characterized by including an image processing by an image processing method and an image comparison process of comparing image signals of two images after the image processing to obtain a comparison result.
With the above-described configuration, the durability of image displacement due to disturbance can be predicted in advance, so that it is possible to determine in advance how fine image displacement needs to be considered in order to perform image comparison. It is possible to design.
In addition, since it is not necessary to consider the γ coefficient when creating a dictionary used for image comparison, it is possible to accurately compare an image using another A / D conversion system using an image that has passed through a different A / D conversion system. It can be realized.
[0011]
The present inventionIn the above-described image comparison method, the image comparison process is characterized in that a comparison result of two digitized images is obtained as a magnitude of a correlation value of pixel values of the two images.
[0012]
The present invention is characterized in that in the above-described image comparison method, the image comparison processing obtains a comparison result of the two digitized images as a sum of pixel value differences between the two images.
[0013]
The present inventionIn the above-described image comparison method, the image comparison processing is characterized in that a comparison result of the two digitized images is obtained as a magnitude of a square value of an absolute value of a pixel value difference between the two images. .
[0014]
The present inventionAn image matching method for searching for an area similar to a predetermined dictionary image from an image larger than the dictionary image while shifting its position. The comparison process between the image obtained for each position and the dictionary image is performed by the image comparison method. The method is characterized by using a method.
[0015]
The present inventionA computer-readable recording medium in which a program for causing a computer to execute any of the above-described methods is recorded.
[0016]
The present inventionAn image processing apparatus for digitally processing an image signal converted into a digital signal, comprising: converting the image signal converted into a digital signal into a signal represented by a sum of surface reflectance and illuminance of an object recorded on an image. A pixel value converting means for performing the control, a smoothing means for quantitatively controlling the degree of removal of the high frequency component of the given image signal by designating the degree of smoothing with a parameter, A differential unit for reducing a frequency component, and a parameter determining unit for determining the parameter used in the smoothing unit. The image signal converted by the pixel value converting unit is processed by the smoothing unit. After performing the processing by the differentiating means, the processing by the smoothing means after performing the processing by the differentiating means, or by the smoothing means Or performing the processing by the differentiating means collectively, or performing the processing of limiting the frequency band, and the parameter determining means maximizes the norm of the image signal after the processing of limiting the frequency band It is characterized in that parameters are determined as optimal values.
The present invention relates to an image processing apparatus for digitally processing an image signal that has been converted into a digital signal with a pixel value set to the luminance raised to the power of γ using a gamma correction value γ satisfying γ <1. A smoothing means for quantitatively controlling the degree of removal of the high frequency components of the given image signal, a differentiating means for reducing the low frequency components of the given image signal, and Means for determining the parameters used by the means, wherein the image signal converted into a digital signal is processed by the smoothing means and then processed by the differentiating means, After performing the processing by the smoothing means, or by performing the processing by the smoothing means and the processing by the differentiating means collectively. Performs a process of limiting the number band, the parameter determining means is characterized by determining a parameter norm is maximum of the processed image signal to limit the frequency band as the optimum value.
The present invention is an image comparison device that calculates an image similarity based on a comparison result obtained by comparing image signals of two digitalized images, wherein the image signals of the two images are The image processing apparatus includes an image processing unit that performs image processing by the image processing method, and an image comparison unit that compares image signals of the two images after the image processing and obtains a comparison result.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First Embodiment)
First, with reference to FIG. 1, an image processing method for controlling illumination fluctuation durability and noise durability and extracting necessary information from an image will be described as a first embodiment.
FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of the image processing apparatus according to the first embodiment.
In FIG. 1, reference numeral 11 denotes scene information of a given image, and the scene information obtained when photographed by a camera or the like is a function of the product of the illuminance on the scene and the object surface reflectance.
[0018]
Reference numeral 18 denotes the image processing result obtained by performing the above processing.
[0019]
The order of the pixel value
In the above description, the smoothing
[0020]
The above-described digital image
[0021]
Next, the operation of the present embodiment will be described using a case where convolution processing of a Gaussian function is used for the smoothing processing as an example, and a method of determining the value of the smoothing parameter will be described.
First, when the scene information 11 having a function of the product of the illuminance of the given image to the scene and the reflectance of the object surface is input to the image processing apparatus of the present embodiment, , The input image 13 is input to the pixel value
The pixel value
The output of the pixel value
(Equation 1)
Is used. In this case, the shape of a filter that performs the processing of the smoothing
(Equation 2)
Which is the filter shape in the image processing. Here, the following image processing method will be described with the partial differential processing in two directions as a gradient.
In the following, the gradient of the Gaussian function is
(Equation 3)
It represents. Where the filter is
(Equation 4)
Instead of using
(Equation 5)
Multiplied
(Equation 6)
Is used. This is to make the output value of a single step edge constant. (If the constant multiplication is not performed, the edges are crushed as the smoothing proceeds, that is, as σ increases.)
In this case, an image processing method combining the processing of the smoothing
(Equation 7)
here,
(Equation 8)
Is a digital image, which is already represented by the reflectance R, the illuminance I, and the constant C as g = CRI. “*” Is a symbol indicating convolution processing. The integration area is the area of the target image.
However, the description using the above mathematical expressions is based on the assumption that images are replaced with continuous functions. In actual digital image processing, since the image is sampled, the signal is a discrete value, and the integral is shown in the form of a sum 総.
[0022]
Next, a specific calculation procedure of the parameter value in the parameter
(Equation 9)
Is calculated. The result is a simple decrease or increase in some special images, such as white noise or an image with uniformly increasing brightness in one direction. If they do, they always have a local maximum. At this time, σ indicating the largest value is selected as an optimal parameter in the smoothing
Note that the above discussion holds true even if a function other than the Gaussian function can be used to describe smoothing using parameters. Further, even when the logarithmic conversion is not performed or the order is different, the formula can be similarly configured, so that the necessary parameter value can be obtained by the same discussion. Thereby, the optimal smoothing process can be obtained quantitatively.
Here, what the above image processing is actually doing is shown. It is appropriate to consider this as a characteristic of the frequency band. The first logarithmic transformation is to transform the product of the surface reflectance of the object and the illuminance into a sum form. The following smoothing processing and differentiation processing correspond to high frequency limiting processing and low frequency limiting processing, respectively. Therefore, performing the two processes is a band limiting process (bandpass filter) for a medium frequency. At this time, noise (mainly high frequency components) and illumination fluctuation (mainly low frequency components) are removed. Then, it is possible to leave as much as possible the surface features of the remaining object. Actually, the value of the parameter obtained by the above method is a value that best extracts the characteristics of the surface reflectance of the object, and determines the frequency band to be used with the most emphasis. Quantitatively, this value is most likely to provide durability against general illumination fluctuation and white noise.
[0023]
Further, in the above description, the pixel value
The gamma correction value γ coefficient is a coefficient for making the output non-linear with respect to the input luminance. Here, the output pixel value is set to the γ-th power of the luminance (there is an offset or the like). Usually, since γ at the time of generating an image is smaller than 1, qualitatively, the effect of decreasing the increase in pixel value with respect to the increase as the luminance increases as in logarithmic conversion is obtained. Therefore, a similar effect can be obtained with a smaller calculation amount than the logarithmic conversion.
For example, in the case of a television image, a method of expressing a portion where the contrast is insufficient by using a γ coefficient to express a pseudo wide band is used. That is, γ = 1 / 2.2, which is often used, has an effect of lowering the contrast of a bright part without changing the contrast of a dark part so much. This is approximately the same as the logarithmic transformation, so that in such a case, omitting the logarithmic transformation will yield almost the same result. Specifically, it corresponds to omitting the image
[0024]
(Second embodiment)
Next, an image comparison method using the image processing method according to the first embodiment will be described as a second embodiment with reference to FIG.
FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the image comparison device according to the second embodiment.
In FIG. 2, reference numeral 21 denotes an image A input to the image comparison device. Reference numeral 22 denotes an image B. Among them, the image A21 is considered as a dictionary image and the image B22 is considered as an input image. That is, the purpose is to calculate how similar the image B22 is to the given image A21.
Similarly,
Similarly,
Reference numerals 29 and 30 denote image processing results of the images A21 and B22, respectively. The image processing result A29 is an output result of the
Reference numeral 32 denotes an image comparison result in the image
[0025]
Note that, in FIG. 2, as in the first embodiment, the order of components or signals denoted by reference numerals 21 to 30 can be changed or simplified. The pixel value
[0026]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
In the present embodiment, the image A21 is used as a reference, and the pixel value
In the image
The image comparison method in the image
In addition, the pixel value correlation value calculation is performed by a simple logarithmic calculation even if two images to be compared are obtained by different A / D conversion systems and the γ coefficients are different. There is a feature that conversion processing may be performed. This is because during the calculation of the correlation, the influence of the different γ coefficient values appears once in the denominator and the numerator of the fraction, and is completely removed. For this reason, it is not necessary to be aware of the difference between the dictionary image of the image matching method described in the third embodiment and the input image to be compared. This means that one “dictionary” image can be applied to an image captured using another system.
[0027]
(Third embodiment)
Next, an image matching method using the image comparison method according to the second embodiment will be described as a third embodiment with reference to FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an image matching method according to the third embodiment.
In FIG. 3, reference numeral 41 is a dictionary image given in advance. Reference numeral 42 denotes an input image, which is an image larger than the dictionary image 41. Each fine square in FIG. 3 indicates the size of one dot of each image.
The dictionary image 41 is an original image for performing image shift matching, and performs image comparison between a part of the input image 42 and the dictionary image 41 to find a position where the most similar result is obtained. This is referred to herein as image matching. Reference numeral 43 indicates a matching position A, and reference numeral 44 indicates a matching position B.
[0028]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
In the image matching method described in the present embodiment, an image area having the same size as the dictionary image 41 is sequentially selected from the input image 42 (this is expressed as “shift”), and the selected area and the dictionary image 41 are selected. , Image comparison is performed by the image comparison method described in the second embodiment. At this time, if the matching position is selected in as small steps as possible, matching without oversight can be realized. However, this leads to an increase in the amount of processing, so that it is necessary to select a matching position in steps as coarse as possible without actually overlooking. Therefore, in many cases, matching is performed with one step as one dot. If one dot is empirically insufficient, matching using steps smaller than one dot (that is, sub-pixels) is performed.
In the image comparison of the result after the differentiation processing and the smoothing processing, the influence of the positional shift on the comparison result can be calculated based on the degree of the smoothing processing. This result depends only on the degree of the smoothing process, not on the image pattern itself. For example, when the smoothing process is performed using a Gaussian function and a correlation value of about 0.8 is determined to be sufficiently similar, a relationship of approximately d <0.446σ is established between σ and the tolerance d of positional deviation. For example, if σ is 1.0 or more, it can be said that the shift matching using the sub-pixel is unnecessary and the shift matching in units of one dot is sufficient. This means that a correlation value of about 0.8 or more can be obtained even with a maximum value of 0.5 dots of the shift amount when performing shift matching in units of one dot. On the other hand, when σ is 2.0 or more, it is unnecessary to perform the shift matching using all the dots. This means that oversight is eliminated, and, of course, when more accurate positioning is required, it is not denied that fine shift matching is performed.
The direct effect described above is that, when σ is large, the image can be reduced and the shift matching can be performed without lowering the accuracy. For example, if σ = 3.0, it can be seen that the image should be reduced to 1/3 and shifted matching in units of one dot should be performed using σ = 1.0. Thus, high-speed matching without waste can be realized.
[0029]
Further, in the first embodiment, as already described, σ determines the frequency band to be used with the most emphasis. Therefore, even if the frequency band higher than the frequency emphasized by σ to be used is removed, the image comparison is not largely affected. Therefore, when σ is large, sufficient image comparison can be realized even if unnecessary high-frequency components are removed according to this value, that is, the image is reduced.
When the reduction ratio is, for example, σ = 3.0, the image can be reduced to 1 / and σ = 1.0 can be used. The reduction ratio is always
(Equation 10)
It is only necessary that the relationship be established. (In the above example, the reduction ratio is 1/3)
For example, by applying the optimum σ selected by the method described in the first embodiment to the processing algorithm, σ after reduction can be set to a value close to 1.0. In this case, by reducing the image, it means that the search step of the image shift matching can always be kept at 1.
For example, in the case of a Gaussian function, if the image is enlarged n times and σ is made the same n times, the same smoothing effect as the first is obtained. This is not limited to the Gaussian function, but is achieved by general smoothing. Therefore, when the determined σ is large, the same effect can be obtained even if the image is reduced.
[0030]
The image processing for extracting necessary information from an image, the comparison processing of two images, and the image shift matching processing described in the first to third embodiments are programs for realizing the functions. May be recorded on a computer-readable recording medium, and a program recorded on the recording medium may be read and executed by a computer system to realize the functions of the above-described image processing.
[0031]
Here, the “computer system” includes hardware such as an OS and peripheral devices, and further includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW (World Wide Web) system is used. Shall be considered. The “computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a floppy disk, a magneto-optical disk, a ROM, a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, a “computer-readable recording medium” refers to a medium that dynamically stores a program for a short time, such as when a program is transmitted through a computer network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. (Transmission medium or transmission wave), in which case a program holding a program for a certain period of time, such as a volatile memory in a computer system serving as a server or a client, is also included.
[0032]
Further, the program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, and may be a program for realizing the above-mentioned functions in combination with a program already stored in the computer system, that is, a so-called difference file ( Difference program).
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the image processing method for a digital signal image, a pixel value conversion process for converting the digital signal image into a signal represented by the sum of the surface reflectance and the illuminance of the object And a pixel value conversion processing result, a smoothing processing for performing a predetermined smoothing, a differentiation processing for reducing low-frequency signals, and a parameter determination processing for quantitatively controlling the processing accuracy in the smoothing processing. .
As a result, it is possible to realize quantitative image processing, image comparison, and image shift matching without setting various parameters based on know-how and experiments as in the past.
[0034]
In addition, the present invention includes a process of calculating a norm of a given digital image or an image signal after a pixel value conversion process in the parameter determination process. The configuration is such that the parameters to be determined are optimal values.
This makes it possible to quantitatively determine the comparison parameter of the image, remove various disturbances (effects of illumination fluctuation, noise, and the like), and extract a feature of the object itself.
Further, by extracting the features of the object itself, it is possible to realize accurate image comparison (using the features of the object itself).
At the same time, if it is concluded that the high-frequency component is unnecessary as a result of calculating the comparison parameter of the image, the image can be reduced and high-speed image comparison can be realized.
[0035]
According to the present invention, there is provided an image comparison method for comparing two digitized images to calculate a degree of similarity, wherein each of the two images is subjected to image processing by the image processing method, and a result after the image processing. And an image comparison process for comparing.
This makes it possible to predict in advance the durability of image misalignment due to external disturbances, so that it is possible to determine in advance how small image misalignment needs to be considered, and therefore to quantitatively design object extraction using images. It is possible to do.
In addition, since it is not necessary to consider the γ coefficient when creating a dictionary used for image comparison, it is possible to accurately compare an image using another A / D conversion system using an image that has passed through a different A / D conversion system. It can be realized. Therefore, when performing image matching, it is not necessary to be conscious of the photographing system of an image registered as a dictionary image.
Therefore, features unique to an object are efficiently extracted from a given image, and consequently a preprocessing (image processing) method having durability against general disturbances such as illumination fluctuation and noise is quantitatively performed. At the same time, in the image processing method, there is obtained an effect that a design method of a bandpass filter having durability against various disturbances can be quantified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an image comparison device according to a second embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an image matching method according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
11 Scene information
12 Digital image generation processing unit
13 Input image
14 Pixel value conversion processing unit
15 Smoothing processing unit
16 Differential processing unit
17 Parameter determination processing unit
18 Image processing results
21 Image A
22 Image B
23 Pixel value conversion processing unit
24 Pixel value conversion processing unit
25 Smoothing processing unit
26 Smoothing processing unit
27 Differential processing unit
28 Differential processing unit
29 Image processing result A
30 Image processing result B
31 Image comparison processing unit
32 Image comparison results
41 Dictionary image
42 Input image
43 Matching position A
44 Matching position B
Claims (14)
前記ディジタル信号化された画像信号を、画像に記録された物体の表面反射率と照度の和で表される信号へ変換する画素値変換処理と、
平滑化の度合いをパラメータで指定することにより、与えられた画像信号の高域周波数成分の除去度合いを定量的に制御する平滑化処理と、
与えられた画像信号の低域周波数成分を軽減する微分処理と、
前記平滑化処理における前記パラメータを決定するパラメータ決定処理と、
を含み、
前記画素値変換処理において変換された画像信号に対して、前記平滑化処理を行った後に前記微分処理を行うか、前記微分処理を行った後に前記平滑化処理を行うか、前記平滑化処理と前記微分処理を一括して行うか、のいずれかにより周波数帯域を制限する処理を行い、
前記パラメータ決定処理は、前記周波数帯域を制限する処理後の画像信号のノルムが極大となるパラメータを最適値として決定する
ことを特徴とする画像処理方法。An image processing method for digitally processing an image signal converted into a digital signal ,
The digital signal of image signals, the pixel value conversion process for converting into a signal represented by the sum of the surface reflectance and the illuminance of the recorded object image,
A smoothing process for quantitatively controlling the degree of removal of high frequency components of a given image signal by designating the degree of smoothing with a parameter ,
Differential processing for reducing low frequency components of a given image signal,
A parameter determination process for determining the parameter in the smoothing process,
Including
For the converted image signal in the pixel value conversion process, whether to perform the differential processing after performing the smoothing process, or performs the smoothing process after performing the differential process, and the smoothing process It performs a process of limiting the more frequency bands to the or collectively performing differentiation processing, either,
The image processing method according to claim 1, wherein in the parameter determining process, a parameter at which the norm of the image signal after the process of limiting the frequency band is maximized is determined as an optimum value .
対数変換を用いて、前記ディジタル信号化された画像信号を、画像に記録された物体の表面反射率と照度の和で表される信号へ変換する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理方法。The pixel value conversion process includes:
Using logarithmic transformation, an image according to the digital signal of image signals, to claim 1, wherein the conversion to the signal represented by the sum of the surface reflectance and the illuminance of the recorded object in the image Processing method.
平滑化の度合いをパラメータで指定することにより、与えられた画像信号の高域周波数成分の除去度合いを定量的に制御する平滑化処理と、
与えられた画像信号の低域周波数成分を軽減する微分処理と、
前記平滑化処理における前記パラメータを決定するパラメータ決定処理と、
を含み、
前記ディジタル信号化された画像信号に対して、前記平滑化処理を行った後に前記微分処理を行うか、前記微分処理を行った後に前記平滑化処理を行うか、前記平滑化処理と前記微分処理を一括して行うか、のいずれかにより周波数帯域を制限する処理を行い、
前記パラメータ決定処理は、前記周波数帯域を制限する処理後の画像信号のノルムが極大となるパラメータを最適値として決定する
ことを特徴とする画像処理方法。An image processing method for digitally processing an image signal that has been converted into a digital signal by setting a pixel value to a power of γ using a gamma correction value γ satisfying γ <1 ;
A smoothing process for quantitatively controlling the degree of removal of high frequency components of a given image signal by designating the degree of smoothing with a parameter ,
Differential processing for reducing low frequency components of a given image signal,
A parameter determination process for determining the parameter in the smoothing process,
Including
For the digital signal of image signals, wherein whether to perform differential processing after the smoothing processing, whether to perform the smoothing process after performing the differential processing, the differential processing and the smoothing processing or collectively performed, performs a process of limiting the more frequency bands in any one of
The image processing method according to claim 1, wherein in the parameter determining process, a parameter at which the norm of the image signal after the process of limiting the frequency band is maximized is determined as an optimum value .
独立した2方向の1次偏微分処理である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の画像処理方法。The differentiation processing is
The image processing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the first partial differentiation processing is performed in two independent directions.
ガウス関数の畳み込み処理を用いて平滑化を行う
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の画像処理方法。The smoothing process includes:
The image processing method according to any one of claims 1 to 4, wherein the smoothing is performed using a convolution process of a Gaussian function.
前記2枚の画像の画像信号に対して実行される、それぞれ請求項1から請求項5のいずれかに記載の画像処理方法による画像処理と、
前記画像処理後の2枚の画像の画像信号を比較して、比較結果を得る画像比較処理と、
を含むことを特徴とする画像比較方法。An image comparison method for calculating a degree of similarity between images based on a comparison result of comparing image signals of two images converted into a digital signal ,
6. Image processing by the image processing method according to claim 1, which is performed on image signals of the two images.
An image comparison process of comparing image signals of the two images after the image processing to obtain a comparison result;
An image comparison method comprising:
前記ディジタル化された2枚の画像の比較結果を、前記2枚の画像の、画素値の相関値の大小として得る
ことを特徴とする請求項6に記載の画像比較方法。The image comparison process includes:
The image comparison method according to claim 6 , wherein a comparison result of the two digitized images is obtained as a magnitude of a correlation value between pixel values of the two images.
前記ディジタル化された2枚の画像の比較結果を、前記2枚の画像の、画素値の差分の和の大小として得る
ことを特徴とする請求項6に記載の画像比較方法。The image comparison process includes:
7. The image comparison method according to claim 6 , wherein a comparison result of the two digitized images is obtained as a magnitude of a sum of pixel value differences between the two images.
前記ディジタル化された2枚の画像の比較結果を、前記2枚の画像の、画素値の差の絶対値の2乗値の大小として得る
ことを特徴とする請求項6に記載の画像比較方法。The image comparison process includes:
7. The image comparison method according to claim 6 , wherein a comparison result of the two digitized images is obtained as a magnitude of a square value of an absolute value of a pixel value difference between the two images. .
各位置ごとに得られる画像と前記辞書画像の比較処理は、
請求項6から請求項9のいずれかに記載の画像比較方法を用いる
ことを特徴とする画像マッチング方法。An image matching method for searching for a region similar to a predetermined dictionary image while shifting its position from an image larger than the dictionary image,
The comparison processing between the image obtained for each position and the dictionary image includes:
An image matching method using the image comparison method according to claim 6 .
前記ディジタル信号化された画像信号を、画像に記録された物体の表面反射率と照度の和で表される信号へ変換する画素値変換手段と、Pixel value conversion means for converting the digitalized image signal into a signal represented by the sum of the surface reflectance and illuminance of the object recorded in the image,
平滑化の度合いをパラメータで指定することにより、与えられた画像信号の高域周波数成分の除去度合いを定量的に制御する平滑化手段と、A smoothing means for quantitatively controlling a degree of removal of a high frequency component of a given image signal by designating a degree of smoothing with a parameter,
与えられた画像信号の低域周波数成分を軽減する微分手段と、Differentiating means for reducing low-frequency components of a given image signal;
前記平滑化手段で用いられる前記パラメータを決定するパラメータ決定手段と、Parameter determining means for determining the parameters used in the smoothing means,
を備え、With
前記画素値変換手段において変換された画像信号に対して、前記平滑化手段による処理を行った後に前記微分手段による処理を行うか、前記微分手段による処理を行った後に前記平滑化手段による処理を行うか、前記平滑化手段による処理と前記微分手段による処理を一括して行うか、のいずれかにより周波数帯域を制限する処理を行い、For the image signal converted by the pixel value converting means, the processing by the differentiating means is performed after the processing by the smoothing means, or the processing by the smoothing means is performed after the processing by the differentiating means. Perform, or perform the processing by the smoothing means and the processing by the differentiating means collectively, perform the processing of limiting the frequency band by either,
前記パラメータ決定手段は、前記周波数帯域を制限する処理後の画像信号のノルムが極大となるパラメータを最適値として決定するThe parameter determining means determines, as an optimal value, a parameter at which the norm of the image signal after the processing for limiting the frequency band is maximized.
ことを特徴とする画像処理装置。An image processing apparatus comprising:
平滑化の度合いをパラメータで指定することにより、与えられた画像信号の高域周波数成分の除去度合いを定量的に制御する平滑化手段と、A smoothing means for quantitatively controlling a degree of removal of a high frequency component of a given image signal by designating a degree of smoothing with a parameter,
与えられた画像信号の低域周波数成分を軽減する微分手段と、Differentiating means for reducing low-frequency components of a given image signal;
前記平滑化手段で用いられる前記パラメータを決定するパラメータ決定手段と、Parameter determining means for determining the parameters used in the smoothing means,
を備え、With
前記ディジタル信号化された画像信号に対して、前記平滑化手段による処理を行った後に前記微分手段による処理を行うか、前記微分手段による処理を行った後に前記平滑化手段による処理を行うか、前記平滑化手段による処理と前記微分手段による処理を一括して行うか、のいずれかにより周波数帯域を制限する処理を行い、For the digitalized image signal, whether to perform the processing by the differentiating unit after performing the processing by the smoothing unit, or to perform the processing by the smoothing unit after performing the processing by the differentiating unit, Either the processing by the smoothing means and the processing by the differentiating means are performed collectively, or the processing of limiting the frequency band is performed,
前記パラメータ決定手段は、前記周波数帯域を制限する処理後の画像信号のノルムが極大となるパラメータを最適値として決定するThe parameter determining means determines, as an optimal value, a parameter at which the norm of the image signal after the processing for limiting the frequency band is maximized.
ことを特徴とする画像処理装置。An image processing apparatus comprising:
前記2枚の画像の画像信号に対して、それぞれ請求項1から請求項5のいずれかに記載の画像処理方法による画像処理を実行する画像処理手段と、An image processing unit that performs image processing on the image signals of the two images by the image processing method according to any one of claims 1 to 5,
前記画像処理後の2枚の画像の画像信号を比較して、比較結果を得る画像比較手段と、Image comparing means for comparing the image signals of the two images after the image processing to obtain a comparison result;
を備えることを特徴とする画像比較装置。An image comparison device comprising:
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