2022 Fiscal Year Annual Research Report
夜行性昆虫の視覚神経系の機能に学んだ瞬時暗視アルゴリズムの開発
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22J13919
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
向田 眞志保 山口大学, 大学院創成科学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2022-04-22 – 2024-03-31
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| Keywords | 画像処理 / コントラスト強調 / エッジ強調 / 暗視アルゴリズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は夜行性昆虫の視覚神経系の機能に基づき，暗い環境で撮影された映像の視認性・明視性を劇的に向上させる暗視アルゴリズムの開発である．夜行性昆虫の暗視機能には，適応的な信号強調，エッジ強調，ノイズ抑制がある．これらの機能を踏まえて，適応的な信号強調処理として画素の値に応じて画像の明るさを変化させるアルゴリズムを新たに開発した．このアルゴリズムは色相保存戦略を取り入れた暗視アルゴリズムに応用した．色相保存戦略を取り入れた暗視アルゴリズムにおいては，植田らが提案したRGB色空間の等色相平面を用いた．RGB色空間の等色相平面上で適応的な信号強調処理を行うことで，入力画像の色合いを保ちつつ画像の視認性を劇的に改善させることに成功した．従来の暗視アルゴリズムは深層学習が応用されており，高性能なハードウェア（グラフィックボード）を必要とする．今回開発したアルゴリズムは点処理をベースに構築し，高性能なハードウェアを必要としない．さらに，視覚的および数値的な画質の評価も従来の暗視アルゴリズムと比較して良好な結果を得ており，開発したアルゴリズムの有効性が確認できた．これらの成果は国際学会において口頭で発表を行った．
夜行性昆虫の暗視機能の一つであるエッジ強調については，コントラストとエッジを同時に強調する田中らのS字関数を用いた多重スケール画像強調法を採用した．また，RGB色空間の等色相平面上でエッジ強調処理を実現するために，色域問題に着目しその改善を行った．この成果は国内学会において口頭で発表を行った．また，ノイズ抑制については明るさに応じて画像の平滑化度合いを変えるアルゴリズムを新たに開発した．適応的な信号強調処理，エッジ強調処理，ノイズ抑制処理，これらすべてを暗視アルゴリズムに応用した．この研究成果は国内学会において口頭で発表を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の計画は，夜行性昆虫の暗視機能に関する文献調査および，色相保存戦略を取り入れた暗視アルゴリズムの開発であった．文献調査を踏まえ，夜行性昆虫の暗視機能に関わる新たなアルゴリズムを開発した．具体的には適応的な信号強調処理，エッジ強調処理，ノイズ抑制処理である．適応的な信号強調処理については色相保存戦略を取り入れた暗視アルゴリズムに応用し，従来の暗視アルゴリズムと比較することでその有効性を確認した．エッジ強調処理やノイズ抑制処理については暗視アルゴリズムに応用することができたが，色相保存戦略を取り入れていない．以上のことから，本研究はおおむね順調に進展していると評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策としては，エッジ強調処理とノイズ抑制処理をRGB色空間の等色相平面上で実現させること，および低計算量化である．エッジ強調処理とノイズ抑制処理ではフィルタ処理を必要とし，この処理が計算速度を低下させている．今後は縦列分解による高速な最大値，最小値演算等によってフィルタ処理を近似計算するアルゴリズムを開発する．また，開発したアルゴリズムを映像処理向けに拡張する．アルゴリズムの実応用性を検証するため，多数の映像を用いた実験を行いたいと考えている．
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