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ノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム及び方法

国内特許コード P150011669
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2010-517255
公表番号 特表2010-534432
登録番号 特許第4986250号
出願日 平成20年7月28日(2008.7.28)
公表日 平成22年11月4日(2010.11.4)
登録日 平成24年5月11日(2012.5.11)
国際出願番号 CN2008001382
国際公開番号 WO2009012659
国際出願日 平成20年7月28日(2008.7.28)
国際公開日 平成21年1月29日(2009.1.29)
優先権データ
  • 200710044216.8 (2007.7.26) CN
  • 200710044217.2 (2007.7.26) CN
発明者
  • ▲趙▼ 宇 明
  • ▲劉▼ 家 朋
  • 肖 燕 峰
  • 沈 ▲フォン▼
  • 諏訪 正樹
  • 来海 雅俊
出願人
  • オムロン株式会社
  • 上海交通大学
発明の名称 ノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム及び方法
発明の概要 本発明ではデジタル画像技術分野におけるノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム及び方法が提供されており、収集したデジタル画像を入力するとともに、取得したデジタル画像を光照射画像及び反射画像に分解し、その後、分解後の光照射画像及び反射画像に対して処理を実施し、最後に、更に処理後の光照射画像及び反射画像を出力画像に併合して出力機器上に出力する。本発明は画像の品質を効果的に改善して、画像のノイズを除去することができ、物体のディテールの特徴は留保し、視覚効果は自然である。
従来技術、競合技術の概要



デジタルカメラの普及に伴い、デジタル画像は生産及び生活においても益々重要な地位を占めている。特に生産の自動化において、デジタル画像は目標識別及び目標追跡などの面で重要な役割を果たしている。しかし、結像技術自身の欠陥により、デジタル画像の品質に影響が及び、デジタル画像の応用は制限を受けている。





現実生活における輝度は動的範囲が非常に大きく、主に環境光照射の影響を受け、日光の直射下及び日陰における輝度は往々にして相互差は数等級となる。それに比べ、デジタルカメラの動的範囲は非常に小さく、最も常用される8ビット画像の深度は256の輝度段階を表示することができるだけである。異なる光照射条件下において、人類の視覚系は瞳孔の大きさ調整並びに網膜及び大脳皮質の処理により光照射の影響を除去し、物体を正確に識別することができる。しかし、カメラにはこの種の自己調節機能は備わっていないため、光照射条件が悪い場合には(過度に暗いかまたは過度に明るい)、興味のある物体を画像上で識別することは難しく、画像の品質も非常に大きく低下する。





この問題について一般の処理方法は往々にして階調均衡化またはガンマ補正であるが、この2種類の処理方法は共に全局的な処理方法であり、局部の情報は軽視されているため、上記方法により画像を増強した後には光照射は改善されているが、局部画像のディテールは失われているおそれがある。それに比べ、本発明はRetinexモデルに基づき、入力画像を光照射画像及び反射画像に分解することにより、光照射の影響を入力画像中から剥離し、出力画像における光照射効果を改善するとともに、入力画像における局部の画像ディテールも比較的良好に保護している。





現有技術に対する文献検索により、Ron. Kimmel, Michael Eladらの「International Journal of Computer Vision」(コンピュータビジョン国際ジャーナル、2003年第52期第1巻第7~23ページ)における1つの論文“A Variational Framework for Retinex”(Retinexの変分フレームワーク)を見付けたが、当該論文ではRetinexモデルに基づく画像増強システム及び方法が提示されている。具体的には、先ず1枚の入力画像を収集し、その後、入力画像を光照射画像及び反射画像に分解する。この画像分解方法は以下の方式により実行される。Retinexモデルに基づくと、いずれかの画像を光照射画像と反射画像との積に分解することができ、画像分解の核心は光照射画像の推定、つまり環境光照射の予測である。環境光照射の予測については、Retinex変分モデルにおいて提示されている3つの約束である、光照射画像は空間域で平滑であること、光照射画像の画素値は入力画像の画素値よりも大きいこと、及び光照射画像と入力画像とは十分に接近していることに基づき、環境光照射成分に対して推算を加え、1枚の非常に平滑な画像を光照射画像の予測として取得した後、入力画像と光照射画像、反射画像との関係により推定して反射画像を取得する。画像を光照射画像と反射画像とに分解した後、入力画像の光照射画像に対して単独処理を実施し、光照射画像の画素値に対して応用の要求に応じて非線形補正処理(例えば、ガンマ補正、階調均衡化、対数変換、指数変換、区分線形マップなどの処理)を施して、原画像における光照射不良領域の可視度を改善し、画像の品質を向上させる。後添の図1は当該“Retinexの変分フレームワーク”における画像増強システムの概念ブロック図が示されている。

産業上の利用分野



本発明はデジタル画像技術分野の画像処理システムに関するものであり、具体的には、ノイズ除去機能を有するデジタル画像処理増強システムである。他方、本発明はデジタル画像技術分野の画像処理方法でもあり、具体的には、ノイズ除去機能を有するデジタル画像処理増強方法である。

特許請求の範囲 【請求項1】
入力モジュールと、画像分解モジュールと、光照射画像処理モジュールと、反射画像処理モジュールと、併合及び出力モジュールとの5つのモジュールを備え、
入力モジュールは、デジタル画像をシステム入力として収集して、取得したデジタル画像を画像分解モジュールに入力することに責任を負い、
画像分解モジュールは、入力画像を光照射画像L及び反射画像Rに分解して、光照射画像処理モジュール及び反射画像処理モジュールにそれぞれ入力し、
光照射画像処理モジュールは、入力画像の光照射画像Lに対して非線形補正処理を実施するとともに、補正済みの光照射画像L’を出力し、
反射画像処理モジュールは、反射画像R中の入力画像の過度に暗い領域に対応する画素に対してノイズ除去フィルタリング処理を実施して、ノイズ除去後の反射画像R’を出力し、入力画像の過度に暗い領域は光照射画像情報により確定可能であり、反射画像処理モジュールは、光照射画像中から入力画像の過度に暗い領域を識別し、入力画像の反射画像に対応する領域に対してノイズ除去フィルタリングを実施し、
併合及び出力モジュールは、前2つのモジュール中から出力されるL’及びR’を再度出力画像に併合するとともに出力機器上に出力することを特徴とするノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム。

【請求項2】
前記入力モジュールとは、デジタルカメラ及びデジタルスキャナが取得可能な画像及びデジタル撮影機が提供するシーケンス画像のうちの1フレームであるデジタル画像の収集に責任を負うモジュールを指すことを特徴とする請求項1記載のノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム。

【請求項3】
前記画像分解モジュールとは、入力画像のリアルタイム分解に対して、それぞれ入力画像の光照射成分に対応する光照射画像及び入力画像の反射成分に対応する反射画像である2つの出力を提供するモジュールを指すことを特徴とする請求項1記載のノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム。

【請求項4】
前記入力画像のリアルタイム分解とは、環境光照射の予測について、Retinex変分モデルにおける3つの約束である、光照射画像は空間域で平滑であること、光照射画像の画素値は入力画像よりも大きいこと、及び光照射画像と入力画像とは十分に接近していることに基づき、入力画像の光照射成分を推定し、多解析度技術を応用して、各解析度層において、平滑化結果を留保し、鮮鋭化結果は除去して、1枚の平滑な画像を光照射画像の推定として取得し、その後、入力画像と光照射画像、反射画像との関係により推定して反射画像を取得することを指すことを特徴とする請求項3記載のノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム。

【請求項5】
前記光照射画像処理モジュールとは、入力画像の光照射画像に対して単独処理を実施するモジュールを指し、光照射が不良な入力画像中において、光照射画像の階調分布は往々にして画像動的範囲のある小さな部分に集中するため、光照射画像に対する処理には非線形補正処理を採用し、非線形のマップ関係により動的範囲のローエンド及びハイエンドに位置する画素のコントラストを向上して、この部分のディテールを発現可能とさせることを特徴とする請求項1記載のノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム。

【請求項6】
前記非線形補正処理は、ガンマ補正であることを特徴とする請求項5記載のノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム。

【請求項7】
前記ノイズ除去フィルタリングとは、光照射画像に対する階調分析により入力画像の過度に暗い領域を識別し、反射画像上でそれら領域に対してノイズ除去フィルタリング処理を実施することを指すことを特徴とする請求項記載のノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム。

【請求項8】
前記ノイズ除去フィルタリング処理は、局部バイラテラルフィルタリング処理であることを特徴とする請求項1または記載のノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム。

【請求項9】
前記入力画像の過度に暗い領域の識別とは、実験に基づき効果が最適な閾値を選定し、光照射画像の画素階調に対して二値化処理を実施し、階調が閾値よりも小さいと1と表示し、階調が閾値よりも大きいと0と表示することを指し、このようにして1と表示される領域がつまりノイズフィルタリングを必要とする過度に暗い領域であることを特徴とする請求項1または記載のノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム。

【請求項10】
前記併合及び出力モジュールとは、単独で処理された光照射成分及び反射成分を再度既知の関係に基づき同一の出力画像に併合するとともに、当該出力画像を出力するモジュールを指すことを特徴とする請求項1記載のノイズ除去機能付きのデジタル画像処理増強システム。

【請求項11】
デジタル画像をシステム入力として収集する入力ステップと、
入力画像を光照射画像L及び反射画像Rに分解するステップと、
入力画像の光照射画像Lに対して非線形補正処理を実施するとともに、補正済みの光照射画像L’を出力するステップと、
反射画像R中の入力画像の過度に暗い領域に対応する画素に対してノイズ除去フィルタリング処理を実施して、ノイズ除去後の反射画像R’を出力するステップとを含み、入力画像の過度に暗い領域は光照射画像情報により確定可能であり、反射画像R’を出力するステップでは、光照射画像中から入力画像の過度に暗い領域を識別し、入力画像の反射画像に対応する領域に対してノイズ除去フィルタリングを実施し、さらに
前2つのモジュール中から出力されるL’及びR’を再度出力画像に併合するとともに出力機器上に出力するステップとを含む、ノイズ除去機能付きのデジタル画像処理方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
分野
  • 電気
  • 物理学
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