JPH02281875A - 画像処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、画像処理技術に関し、特にアナログビデオ
信号をスレッショルドする画像処理システム及びアナロ
グビデオ信号をスレッショルドする方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 画１象デジタル処理を効率的に行なう上での主要課題の
一つは、検出器あるいは、信号源からのアナログ信号を
正確にデジタル化することである。

従来、アナログビデオ信号の大きさ、あるいは、強さは
、固定スレッショルドに対する比較で行なわれていた。

スレッショルドを超えるアナログレベルは、２進あるい
は、デジタルレベルに菱換され、スレッショルド以下の
アナログレベルは、デジタルゼロレベルに変換される。

取り上げられたスレッショルド技術により、起こり得る
種々のノイズの中からターゲット信号を検出することが
できる。ノイズには、大きく二つの種類がある。一つは
、低周波シェーディング、あるいは走査ノイズで、走査
方向のパラボラに接続されうる。もう一つは、検出器自
体から発生する高周波ノイズである。第１図（Ａ）及び
第１図（Ｂ）に示すように、固定スレッショルド技術で
は、実行場面内容に代イつり、ノイズによる誤った検出
をすることになる。

［発明が解決しようとする課８］ ところで、スレッショルドレベルの基となる基準を選択
するに当たって、設計者は常に相反する事柄に追い込ま
れることになる。スレッショルドが背景に対し大き過ぎ
ると（「ロー」スレッショルド）デジタル化が過剰に起
こったり、混乱が生じるかもしれない。反対に、スレッ
ショルドが「ハイ」に設定されすぎると、デジタル化タ
ーゲットピクセルの損失が生じるかもしれない。ローパ
スフィルタの使用も、良い結果が得られない。

このことは、低周波ノイズ要素が、バイパスフィルタで
、そして高周波ノイズ要素がスレッショルドを横切るの
と同じように、スレッショルドを横切ってしまうからで
ある。バンドパスフィルタは、ターゲット選択に先立つ
ターゲット空間周波数内には、はとんど信頼できる情報
がないということから簡単に使用できるものではない。

これは、ターゲットの大きさ、ターゲットの範囲の不確
かさ、あるいは、ターゲット信号の画像ぶれの未だ知ら
れていない彩りによるものである。

この発明は前述したような点に鑑みてなされたもので、
適応スレッショルドレベルは、アナログ信号が比較され
る各ピクセル位置に対して設定され、適応スレッシβル
ビレベルはオフセット値が付加されるアナログビデオ信
号のランニングアベレージの係数であり、オフセット値
は検出器により発生したノイズ係数と同様に、ノイズの
全体量の係数である画像処理システム及びアナログビデ
オ信号をスレッショルドする方法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及び作用］すなわちこの発
明によれば、改良装置は、検出器からのアナログビデオ
信号が変換され、更に処理される画像処理システムにお
いて、変換はスレッショルドに対するアナログビデオ信
号強度の比較係数であり、アナログビデオ信号は、複数
個の縦列、横列に配列されたピクセルマトリックスと連
結している。

そして、前記改良装置は、各ピクセル位置に対するアナ
ログビデオ信号レベルが比較される適応スレッショルド
レベルを形成する手段を備えている。前記適応スレッシ
ョルドレベル形成手段は、計算手段によってアナログビ
デオ信号の強度のうンニングアベレージを計算し、加算
手段でオフセット値ヲランニングアベレージに加える。

更に、前ｆｆａオフセット値は、システムでのノイズ全
体量（アルファ）の関数であり、検出器と特に接続した
ノイズ（ＳＡＤ）の係数である。

［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

この発明では、様々なノイズが、ビデオ信号に存在して
いても、真の対象、あるいは、その可能性のあるターゲ
ットが、検出されるように、アナログビデオ信号をスレ
ッショルドする方法及び装置が与えられている。アナロ
グビデオ信号は、様々な情報源、例えば、この発明の関
係者によっているいろな刊行物で発表された赤外線走査
焦点面配列のようなものから派生され得る。この発明の
主目標の一つは、高周波検出ノイズと同じように、低周
波走査ノイズ、あるいはシェーディングと、ターゲット
信号を区別する、スレッショルド技術を提供することで
ある。更に、この発明は、各ピクセルに対する適応スレ
ッショルドを与えている。

この技術分野では既に知られているように、ビデオデー
タの各フレームは、多くの行と列を備えたピクセルマト
リックスに分割される。非制限の例、１２０の検出器の
２組を備えた二進法走査焦点面配列では、各々が移動し
、多重送信され、２４０ピクセル×２４０ピクセルの配
列あるいは視野（ＦＯＶ）を発生する。各ピクセル位置
でのアナログ信号の強さは、走査場面内にある対象の特
性（例えば、対象物から放射される赤外線など）を理想
的に示すものである。しかしながら、アナログ信号の強
さはノイズの係数でもある。第１図（Ａ）＝条び第１図
（Ｂ）に示したように、２つの主要ノイズは、検出器か
らの低周波シェーディングと高周波ノイズである。ノイ
ズの大きさは、１つの検出器から次の検出器の間で、各
走査で変化することがあるので、適応スレッシーンドア
４毒−ン 一ボは、各ピクセルに対して行なわれる。対応する適応
スレッショルド限界を越える強さのピクセルは、デジタ
ル化されるか、次の処理に向けて、二進化される。

この発明の適応スレッショルドは、オフセット値が付加
されるアナログ信号のランニングアベレージから成る。

オフセット値は、ここで「総絶対差Ｊ　　（ＳＡＤ）に
関する検出器と特に関連したノイズ係数と同様に、ノイ
ズの全体量（アルファ）の係数である。

この実施例では、スレッショルド技術を使用して、生ビ
デオを「２進ビデオ」と同様に、「相対ビデオ」に変換
する。２進ビデオは、アナログ信号０強度が、所定のピ
クセルに対して適応スレ、ソショルド以上であるか、以
下であるかによってデジタルの１又は０の配列をもつ。

相対ビデオは、各ピクセル位置毎にデータを与え、デー
タはアナログ信号の強度と各ピクセル位置に対する適応
スレッショルドを計算するのに使用されるランニングア
ベレージ間の相対差の係数である。適応スレッショルド
は、入力信号の基本線平均にオフセ・ソトを加えて計算
される。基本線平均は、各検出器からのビデオ信号ラン
ニングアベレージを計算し、高周波ノイズ要素を除去し
、検出器からの低周波不均一を数えることにより求めら
れる。オフセットは、検出器毎のノイズ量を、ノイズの
全体量（アルファ）に掛けて計算される。オフセットの
大きさは、誤りアラーム数とターゲ、ソトの大きさに影
響する。オフセットは、高い検出能力を確保することと
、ノイズの横断を最少にすることとの２つが、バランス
をとるように調整される。検出器毎のノイズは、生ビデ
オとサンプル・ウィンドｉンニシク＋１イム゛ン ｏ　’　　　　ｎｊｌの差を平均することで計算される
。

各ピクセルに対する適応スレッショルドレベルは、次の
方程式（１）で求められる。

Ｔ−ＲＡ、＋α’　ＳＡＤ。

ｉｊ　　　　ＩＩ　　　　　　　Ｊ　　　　　（１）こ
こで、Ｔｌｊ−ラインｊのピクセルｉに対するスレッシ
ョルド ＲＡ　＋　ｊ−列ｊ上のピクセルｉに対応する入力ビデ
オ強度のＮ−ピクセルランニングアベレージ（第３図参
照） ｉ−１，２，３，・・・、Ｙはライン数Ｙ−ＦＯＶの垂
直方向の大きさ ｊ−１，２，３，・・・Ｙは、ＦＯＶ内の列の数：ｘ−
ＦＯＶの水平方向の大きさ Ｎ−ランニングアベレージ（ＲＡ）のウィンドの大きさ α−ソフトウェアによって制御できるノイズベース乗法
係数 ＳＡＤ、−人力ビデオの総絶対差と各列の所定のＭピク
セルウィンドでのランニングアベレージ総絶対差（ＳＡ
Ｄ、）は、方程式（２）によつで求められる。

ここで、Ｍ−ＳＡＤウィンドの長さ ＲＡ、、−列ｊでの、ピクセルｉのランニングアベＪ レージ Ｖ　１ｄｅｏｌｊ−列ｊでの、ピクセルｉのビデオ強度
この発明に従った方法は、様々なハードウェアとソフト
ウェアを組合わせたアプローチによって実行され得る。

第２図及び第２ａ図は、は、ノ−ドウェアを使用して、
生ビデオを処理し、幾っがのパラメータを発生させ、そ
の間ソフトウェアで多くの計算を行う混成アプローチを
説明するものである。

第２図及び第２ａ図において、検出器１ｏがらの生ビデ
オは、ライン１２を通って回路１４に送られ、ランニン
グアベレージを計算する。更に第４図（Ａ）及び第４図
（Ｂ）では、１６ピクセルランニングアベレージが選択
されている。このようにしてＮは、方程式（１）で、１
６に等しくなる。ランニングアベレージ（ＲＡ）は、第
４図（Ａ）及び第４図（Ｂ）で示されるように、列毎に
縦のピクセル・ウィンドまたは、グループ強度を足し算
し、その合計を、ウィンドのピクセル数（ここでは１６
）で割れば求められる。このように、各列のランニング
アベレージは、局部ノイズ平均の大きさを与える。局部
標準誤差は、回路１６によって、「総絶対差Ｊ　　（Ｓ
ＡＤ）を計算して求められる。回路１６は、ライン１８
上のランニングアベレージ（ＲＡ）出力を、適切な遅延
回路２０によって遅延した生ビデオを受信する。ライン
２２上のＳＡＤウィンドを形成する準備がなされる。・
ＳＡＤゲートは、方程式（２）のＳＡＤウィンド長Ｍを
決定する。ノイズの局部標準誤差が正しいと判断される
と、サンプルウィンドにあるノイズは、一つだけになる
はずである。しかし、ターゲットはターゲット選択に先
だって、ビデオフレームのどこにでも位置することがで
きる。この問題を考慮して、ＳＡＤウィンド位置は、第
４図（Ａ）及び第４図（Ｂ）に示すように走査方向に基
づくフレームの上から下に交互に動く。これにより、タ
ーゲットがＳＡＤウィンドに常に位置することはなくな
る。ＳＡＤウィンドは、ソフトウェアで制御され、４−
１６ピクセルの範囲にある。この実施例においてＭは、
１６に等しい。

回路１６は、ライン２４に方程式（２）の総絶対差をア
ウトプットする。フレーム内の各ＳＡＤウィンドに対す
るＳＡＤ値は、メモリ２６に格納され、適切な入出力イ
ンターフェース２８を通り、ソフトウェアに供給される
。

ターゲットが選定される前に、初期検出機能ブロック３
０が機能を停止し、ソフトウェアは習得ラインを進行し
、ＲＡＭ２６がらのノイズ情報を読み、望むならばＳＡ
Ｄウィンドを再び位置決めする。

この機能は、第２ａ図のブロック３２に示されている。

次にソフトウニは、ブロック３４で示されるようにアル
ファを決定する。アルファの計算は、現誤りアラーム率
（Ｐ　、）と所定の検出システムの確率（Ｐ　　　）に
基づく。アルファは正のｅｔ 数であり、望ましい検出確率に対応する直で表わされる
。

Ｐ　　　　（ｘ）　− ｅｔ Ｐｒ、、Ａ（ｘ）− 二二で、５ＮＲ−ノイズに対する信号比ＴＮＲＮノーズ
に対するスレッショルド比ｅｒｆ一方程式（５）で求め
られるエラー係数型まれる検出確率が０．９９で視野で
のフィールド毎の３つ以下の誤りアラームの誤りアラー
ム比が一定に保たれる場合は、最少ＴＮＲは４であるこ
とを意味する。しかしながら、５ＡＤｆｆｉは、現ノイ
ズ標準誤差のおよそ０．８であるので、アルファは視野
２４０Ｘ２４０に対しく４割る０、８で）５．０と表わ
されなければならない。アルファの値は、制御可能なソ
フトウェアで、ノイズあるいは、ターゲット強度につい
ての誤った仮定を補償し、アルファは、望ましい誤りア
ラーム率を保持できるように調整される。例えば、後に
アルファは、クラスタカウントに基づいて決められる。

クラスタが多すぎる場合は、アルファは上げられ、逆に
少なすぎる場合は、アルファは下げられる。アルファが
一度選定されると、ソフトウニは、予め発生したＳＡＤ
データをアルファに掛けてオフセットを計算する。習得
モードでは、このオフセット値は、機能ブロック３６を
通り、ハードウェアのアルファーＳＡＤメモリ３８に戻
る。

総和ノード４０はζメモリ３８からのオフセットをラン
ニングアベレージに付加し、与えられたピクセルに対し
て、ライン４２上で適応スレッショルドを発生させるの
に使用される。総和ノード４１は、ランニングアベレー
ジをピクセル強度から減算し、ライン４３上に相対ビデ
オ値を発生させる。ライン１２上の生ビデオは、遅延回
路４４によって適切に遅延され、ライン４６上のピクセ
ル強度値の提示を、ライン４２上の対応スレッショルド
と同期させる。

コンパレータ４８は、ライン４６上のアナログビデオ信
号強度値を、ライン４２上の対応スレッショルドと比較
することにより、２進ビデオ信号出力を供給する。強度
値がスレッショルドを超えれば、比較器はデジタルの１
の２進出力を供給し、強度値がスレッショルド以下であ
れば、２進ゼロレベルがコンパレータ４８により供給さ
れる。この過程は第３図でグラフにより説明される。ラ
イン１２で発生されたアナログビデオ入力信号（第２図
）は、第３図において「ビデオ」と表される。

また、ライン１８で発生したランニングアベレージ（第
２図）は、ｒランニングアベレージ」と表されている。

オフセット（アルファＸ５ＡＤ）がランニングアベレー
ジに付加されると、最大スレッショルドが生成される。

スレッショルドは第３図で「スレッショルド」と表され
、第２図の実行図のライン４２に供給される。第３図は
、１つの走査ラインのデジタル化を表わす。この過程は
、視野あるいはフレーム内の全走査線で続けられる。

スレッショルド過程はフレーム毎に続く。

オフセットあるいは（アルファＸ５ＡＤ）項は、各ビデ
オ列に対して一定であり、アルファ類は、各ビデオフレ
ームに対し一定である。推定ＳＡＤ項が、ゼロであれば
所定の最少定数が、ランニングアベレージに付加され、
新たにスレッショルドが求められる。第３図から、ラン
ニングアベレージを適応スレッショルドとしてのみ使え
ば、低周波ノイズやシェーディングを補償するが、高周
波ノイズを通過操作することはないということがわかる
。その結果、オフセットはランニングアベレージに付加
され、この機能が完了する。

前述したことは、ターゲットの選択に先立って実行され
るスレッショルド法についてのものであった。ターゲッ
トトラックモードでは、この方法が調整され、対象の１
つだけがトラックあるいは、背景ゲート内でスレッショ
ルドされる。この点まで到達すれば、アルファは、ジッ
タからのスレッショルド、ターゲット画像の安定性を確
保するために一定に保たれ得る。このことは、ブロック
３０の初期検出制御を作動させることにより第２ａ図で
与えられている。ターゲットの選定が行なわれるとトラ
ッカーは、信頼できるターゲット強度概算を行うことが
できる。ノイズの概算に、スレッショルドの基礎を置く
よりは、むしろターゲット強度の概算を使うことで、よ
り正確にスレッショルドが設定され得る。この段階まで
達すると、ソフトウェアは習得モードからターゲットト
ラックモードに切換えられる。次にブロック５０を使っ
で、異なった適応スレッショルドが計算される。

更にこの分野の技術者は、この発明が種々応用できる適
応スレッショルド技術を供給していることを評価すべき
である。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、適応スレ・ソショルド
レベルはアナログ信号が比較される各ピクセル位置に対
して設定され、適応スレッショルドレベルはオフセット
値が付加されるアナログビデオ信号のランニングアベレ
ージの係数であり、オフセット値は検出器により発生し
たノイズ係数と同様にノイズの全体量の係数である画像
処理システム及びアナログビデオ信号をスレ・ソショル
ドする方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び第１図（Ｂ）は従来の固定スレッショ
ルド技術を説明するグラフ図、第２図及び第２ａ図はこ
の発明に従ったシステムの構成要素のブロック図、第３
図はこの発明の適応スレッショルド技術を使用して、ア
ナログビデオ信号を２進法化する方法を説明するグラフ
図、第４図（Ａ）及び第４図（Ｂ）は各ピクセル列に対
する移動平均の派生を示すビデオ入力信号の２つのフレ
ームを示した図である。 １０・・・検出器、２０．４４・・・遅延回路、２６・
・・メモリ、２８・・・入出力インターフェース、３８
・・・アＸルファｅｓＡＤメモリ、４８・・・コンパレ
ータ。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦踵度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検出器からのアナログビデオ信号が変換され、更に
   処理される画像処理システムにおいて、変換は、スレッ
   ショルドに対するアナログビデオ信号強度の比較係数で
   あり、アナログビデオ信号は、複数個の行及び列に配列
   されたピクセルマトリックスと連結している改良装置で
   あって、各ピクセル位置に対するアナログビデオ信号レ
   ベルが比較される適応スレッショルドレベルを形成する
   手段から成り、前記手段は、 ａ）アナログビデオ信号の強度のランニングアベレージ
   を計算する手段と、 ｂ）オフセット値を前記ランニングアベレージに加える
   もので、前記オフセット値は、システムでのノイズ全体
   量（アルファ）の関数であり、検出器と特に接続したノ
   イズ（ＳＡＤ）の係数である加算手段とを具備すること
   を特徴とする画像処理システム。 ２、前記オフセット値は、次の方程式で求められる請求
   項１に記載の画像処理システム。 アルファ（ＳＡＤ＿ｊ） ここで、アルファは、正の数 ＳＡＤ＿ｊは、アナログビデオ信号の絶対差と、前記ラ
   ンニングアベレージの総和である。 ３、ＳＡＤ＿ｊは、次のように求められる請求項２に記
   載の画像処理システム。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ここで、Ｍ＝ＳＡＤウィンドの長さ ＲＡ＿ｉ＿ｊ＝列ｊにおけるピクセルｉのランニングア
   ベレージ Ｖｉｄｅｏ＿ｉ＿ｊ＝列ｊにおけるピクセルｉのビデオ
   強度 ４、各ピクセルに対するアナログビデオ信号を対応する
   スレッショルドと比較し、アナログレベルがスレッショ
   ルドを越える場合は二進法の１の出力を、アナログレベ
   ルがスレッショルド以下の場合は二進法の０の出力を供
   給し、それにより、二進法のビデオ出力を供給する比較
   手段を更に具備する請求項３に記載の画像処理システム
   。 ５、ピクセルに対するアナログビデオ信号レベルと、ピ
   クセルと連合した前記ランニングアベレージ間の相対差
   の係数である出力を供給し、それにより、相対ビデオ出
   力を供給する比較手段を更に具備する請求項３に記載の
   画像処理システム。 ６、列及び行マトリックスに配列された、種々のピクセ
   ル位置と連合した強度を備えたアナログビデオ信号を分
   析する画像処理システムであって、前記アナログビデオ
   信号を受信する入力手段と、各列のピクセルのグループ
   の強度のランニングアベレージを計算するランニングア
   ベレージ（ＲＡ）手段と、 ビデオ信号の絶対差と、各行に沿って選択されたウィン
   ドのランニングアベレージの和であるＳＡＤ係数を計算
   するＳＡＤ手段と、 誤りアラーム率と、システムに対して望ましい検出確率
   に基づく正の数であるアルファ係数を発生させるアルフ
   ァ発生手段と、 オフセット値を生成するために、アルファ係数に、ＳＡ
   Ｄ係数を掛ける乗算器手段と、 オフセットとランニングアベレージを足して、各ピクセ
   ルに対して適応スレッショルドレベルを供給する総和手
   段と、 各ピクセルに対する適応スレッショルドレベルをピクセ
   ルに対するアナログビデオ信号強度と比較するもので、
   ビデオレベルがスレッショルドを越える場合は二進法の
   １の出力を、ビデオレベルがスレッショルド以下の場合
   は二進法の０の出力を発生する比較手段とを具備するこ
   とを特徴とする画像処理システム。 ７、前記ビデオ信号は、上から下に、次いで下から上に
   走査する検出器から発生され、前記ＳＡＤウィンドは検
   出器の走査方向により、各横列に位置決めされる請求項
   ６に記載の画像処理システム。 ８、前記ＳＡＤウィンドは、列に沿って、１６ピクセル
   の長さがある請求項７に記載の画像処理システム。 ９、アナログビデオ信号強度とそれと連合したランニン
   グアベレージ間との相対差を供給し、それにより相対ビ
   デオ出力を供給する差手段を更に具備する請求項６に記
   載の画像処理システム。 １０、行及び列に並んだピクセルマトリックスと連合し
   た強度レベルを有したアナログビデオ信号をスレッショ
   ルドする方法であって、複数個のピクセル上に、アナロ
   グビデオ信号のランニングアベレージ（ＲＡ）値を発生
   させる工程と、アナログビデオ信号と選択されたウィン
   ドでのランニングアベレージの差を求めることで、総絶
   対差（ＳＡＤ）値を生成させる工程と、 ノイズの全体量と望ましい検出システムの確率に連合し
   た正の数として、アルファ係数を生成する工程と、 前記ＳＡＤ値にアルファ値を掛け、オフセットを生成す
   る工程と、 オフセットをランニングアベレージに付加し、各ピクセ
   ルに対して適応スレッショルドレベルを生成する工程と
   、 その強度が適応スレッショルドを越える場合は、アナロ
   グビデオ信号の各ピクセルを二進法の１に、又強度が適
   応スレッショルド以下の場合は、アナログビデオ信号の
   各ピクセルを二進法の０にデジタル化する工程とから成
   ることを特徴とするアナログビデオ信号をスレッショル
   ドする方法。 １１、ＳＡＤ値は、次の方程式で計算される請求項１０
   に記載のアナログビデオ信号をスレッショルドする方法
   ： ▲数式、化学式、表等があります▼（２） ここで、Ｍ＝ＳＡＤウィンドの長さ ＲＡ＿ｉ＿ｊ＝行ｊにおけるピクセルｉのランニングア
   ベレージ Ｖｉｄｅｏ＿ｉ＿ｊ＝行ｊにおけるピクセルｉのビデオ
   強度 １２、前記ＳＡＤウィンドは、行の１６個の隣接するピ
   クセルの長さに等しい請求項１１に記載のアナログビデ
   オ信号をスレッショルドする方法。 １３、前記アナログ信号は、逆方向に走査する走査検出
   器により発生し、前記走査検出器において、マトリック
   スでのＳＡＤウィンドの位置は、検出器が走査する方向
   の係数である請求項１０に記載のアナログビデオ信号を
   スレッショルドする方法。 １４、前記アナログビデオ信号強度と、それに対応する
   ランニングアベレージ間との差の係数である各ピクセル
   位置に対する相対ビデオ出力を発生する工程を更に具備
   する請求項１０に記載のアナログビデオ信号をスレッシ
   ョルドする方法。