JP2006042229A - 映像オブジェクト抽出装置、映像オブジェクト軌跡合成装置、その方法及びそのプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 時系列に入力される連続した第1乃至第3の画像のうち、第1の画像の記憶手段112と、第2の画像の記憶手段111と、第3の画像と第2の画像との輝度の差分を画素値とした第1の差分画像を生成する手段113と、第2の画像と第1の画像との輝度の差分を画素値とした第2の差分画像を生成する手段114と、第1の差分画像の画素値の符号と第2の差分画像の画素値の符号とが異なる領域を判別してオブジェクト候補画像を生成する候補画像生成手段115とを備えるオブジェクト候補画像生成手段11と、オブジェクト候補画像の中から、所定の抽出条件に基づいて、抽出すべき映像オブジェクトの位置を抽出するオブジェクト抽出手段12とを有する。
【選択図】 図1
Description
そして、その抽出した映像オブジェクトの位置情報を利用して、映像に特殊な効果を持たせることで、映像制作の幅を広げる試みが行われている。映像に特殊効果を持たせる一例としては、野球中継等で、ピッチャーが投げたボール(映像オブジェクト)を追跡し、その後に、ピッチャーの投球映像にボールの移動軌跡をCG(コンピュータ・グラフィックス)により合成するものがある。これによって、視聴者は、ピッチャーがボールを離した瞬間からキャッチャーがボールを捕球するまでのボールの軌跡、例えば、変化球の変化をより実感することができる。
そのため、本願出願人は、リアルタイムで映像オブジェクトの移動軌跡を合成する映像オブジェクト軌跡合成装置(特願2003−355620号)を先に出願している。この映像オブジェクト軌跡合成装置では、移動する映像オブジェクトを追跡する際には、映像オブジェクトの次画像での位置座標を予測し、予測点周辺を探索領域とする必要がある。このような位置予測の手法として、先に出願した映像オブジェクト軌跡合成装置では線形予測を行っているのが現状である。
なお、線形予測の一例として、ブロックマッチングやオプティカルフローを用いた動きベクトルを算出する手法もある(例えば、特許文献2参照)。
まず、図1を参照して、本発明に係る映像オブジェクト軌跡合成装置の構成について説明する。図1は、映像オブジェクト軌跡合成装置の構成を示したブロック図である。
図1に示すように、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、入力された映像から、追跡対象となる動きを伴うオブジェクト(映像オブジェクト)を抽出し、追跡するとともに、その映像オブジェクトの移動軌跡を映像上に合成するものである。なお、追跡対象の映像オブジェクトは例えばボールを前提としている。ここでは、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、映像オブジェクト抽出装置10と、映像遅延手段20と、作画・画像合成手段30とを備えて構成されている。
映像遅延手段20は、入力された映像を遅延させて作画・画像合成手段30に出力するものである。
作画・画像合成手段30は、映像オブジェクト抽出装置10により抽出されたボールの位置に相当する場所に、CG(コンピュータ・グラフィックス)によりボールの軌跡を作画する作画手段31と、作画したボールの軌跡画像と映像遅延手段20により遅延された映像とを合成し合成映像を出力する画像合成手段32とを備えている。なお、作画・画像合成手段30は、映像オブジェクト抽出装置10がボールの抽出に失敗した場合に、ボールの軌跡を内挿により補間する補間手段(図示せず)を備えている。
オブジェクト候補画像生成手段11は、入力された映像から、その映像を構成するフィールド画像毎に探索領域を切り出し、追跡対象となる映像オブジェクトの候補を抽出したオブジェクト候補画像を生成するものである。なお、映像は、例えば1秒間に60枚のフィールド画像から構成されている。そこで、オブジェクト候補画像生成手段11は、このフィールド画像の中から映像オブジェクトの候補を抽出し、2値化することで、その映像オブジェクトの候補だけからなる画像(オブジェクト候補画像)を生成している。このオブジェクト候補画像は、追跡対象となる映像オブジェクトに類似する映像オブジェクトを複数抽出した画像である。例えば、オブジェクト候補画像は、動きを伴った映像オブジェクト等、追跡対象となる映像オブジェクトを大まかに抽出した画像である。
画像記憶部111,112は、例えば映像信号を1フィールド単位でデジタルデータとして記録し、各種の信号/画像処理をするためのメモリである。
画像記憶部111(第2の画像記憶手段)は、連続する3枚の入力画像のうち中間の位置(現在)の入力画像(奇数フィールドおよび偶数フィールド)を記憶する。ここで記憶される現在の入力画像はボール選定手段12に出力される。
画像記憶部112(第1の画像記憶手段)は、連続する3枚の入力画像のうち最初の位置(過去)の入力画像(奇数フィールドおよび偶数フィールド)を記憶する。
差分画像生成手段114(第2の差分画像生成手段)は、過去の入力画像を遅延させ、遅延させた過去の入力画像の輝度から、現在の入力画像の輝度を差し引くことによって差分画像2(第2の差分画像)を生成し、生成した差分画像2を候補画像生成手段115に出力するものである。
ここで、“位置”は、例えば、映像オブジェクトの重心位置を示す。“面積”は、例えば、映像オブジェクトの画素数を示す。また、“輝度”は、映像オブジェクトにおける各画素の輝度の平均値を示す。また、“色”は、映像オブジェクトにおける各画素のRGB値の平均値を示す。また、“円形度”は、映像オブジェクトの円形の度合いを示すものであって、円形に近いほど大きな値を有するものである。例えば、抽出対象の映像オブジェクトがボールのような円形の形状を有するものの場合は、抽出条件の円形度は円形に近いほど1に近い値になる。この円形度eは、映像オブジェクトの面積をS、周囲長をLとしたとき、以下の(1)式で表される。
なお、画像記憶部111に記憶された現在のフィールド画像(奇数フィールドおよび偶数フィールド)は前記のようにボール選定手段12に出力されており、フィルタ処理部123は、入力画像を1フレーム(2フィールド)分遅らせた画像を参照画像としてフィルタ処理を「現在」のタイミングで行う。
なお、抽出条件情報には、面積フィルタ、輝度フィルタ、色フィルタ及び円形度フィルタの条件として、予め定めた初期値と、その許容範囲を示す閾値とを記憶しておく。これによって、各フィルタは閾値外の値(特徴)を持つ映像オブジェクトを抽出すべき映像オブジェクトの候補から外すことができる。
この位置予測手段14は、線形予測手段141と、曲線予測手段142と、切替手段143とを備えて構成されている。
まず、図2を参照(適宜図1参照)して、映像オブジェクト軌跡合成装置1の動作について説明する。
以上の動作によって、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、映像として時系列に入力されるフィールド画像から、追跡対象となる映像オブジェクト(ボール)を逐次抽出、追跡し、映像オブジェクトの移動軌跡を映像に合成した合成映像を出力することができる。
まず、図示していないマウス、キーボード等の入力手段によって探索領域が入力され、映像オブジェクト抽出装置10は、探索領域設定手段15によって、入力された映像を構成する画像において、画像の一部の範囲に映像オブジェクトを探索する探索領域を設定する(ステップS301)。なお、この探索領域は、ボールの動きに追従して位置が適宜更新される。
ステップS303に続いて、映像オブジェクト抽出装置10は、ボール選定手段12によって、ステップS303においてオブジェクト候補画像から絞り込んで選定したボールの位置座標及び特徴量を作画・画像合成手段30に出力する(ステップS304)。
オブジェクト候補画像生成手段11には、3枚の連続した入力画像(過去、現在、未来)が入力される。
また、オブジェクト候補画像生成手段11は、差分画像生成手段114によって、現在の入力画像(画像記憶部111に記憶された画像:例えば奇数フィールド)と過去の入力画像(画像記憶部112に記憶された画像:例えば奇数フィールド)との間の輝度差を画素値とした差分画像Image2(差分画像2)を生成する(ステップS402)。
Image2(x,y)< −T…(3)
以下に、前記のように差分画像Image1,Image2が条件式(2)及び(3)を満足するときに、高速で移動するオブジェクト(ボール)を抽出できる理由を図6を参照して説明する。
また、図6の(b)に示すように、差分画像Image1は、フィールド画像602の輝度からフィールド画像603の輝度を引いた差分を画素値として生成されたものである。また、差分画像Image2は、フィールド画像601の輝度からフィールド画像602の輝度を引いた差分を画素値として生成されたものである。
差分画像Image1における領域R3は、オブジェクトの存在しない領域の輝度からボールM3の輝度を差し引いた輝度差分値を画素値として構成されているので、画素値は符号がマイナス(例えば黒)となる。
差分画像Image1における領域R1を含むその他の領域は、オブジェクトの存在しない領域の輝度同士を差し引いた輝度差分値を画素値として構成されているので、画素値は0となる。
差分画像Image2における領域R2は、オブジェクトの存在しない領域の輝度からボールM2の輝度を差し引いた輝度差分値を画素値として構成されているので、画素値は符号がマイナス(例えば黒)となる。
差分画像Image2における領域R3を含むその他の領域は、オブジェクトの存在しない領域の輝度同士を差し引いた輝度差分値を画素値として構成されているので、画素値は0となる。
なお、対象とする映像オブジェクトの輝度が背景画像の輝度よりも低い場合には、式(4)と式(5)とを同時に満たすことを条件とする。
Image2(x,y)> T…(5)
図5を参照(適宜図1参照)して、映像オブジェクト抽出装置10のボール選定手段12における、ボール選定処理(図3のステップS303)の動作について説明する。
ボール選定手段12は、ラベリング部121によって、オブジェクト候補画像の中で、映像オブジェクトの候補となる領域に対して番号(ラベル)を付す(ステップS501)。なお、以降の動作は、映像オブジェクトの候補に付された番号に基づいて、映像オブジェクトの単位で処理される。
以上の動作によって、映像オブジェクト抽出装置10は、ボール選定手段12によって、オブジェクト候補画像の中から抽出条件に適した映像オブジェクト(ボール)を選択することができる。
過去のオブジェクト抽出処理によりそれぞれ異なる時刻のボールM1乃至M4が得られており、また、現在のフィールド画像におけるボールM5(図中、二重丸)の位置座標が抽出されているものと仮定する。位置予測手段14は、線形予測手段141によって、現フィールドでの抽出位置座標(ボールM5)と前フィールド(前フレーム)での抽出位置座標(ボール軌跡M4)とにより、矢印V1で示される動きベクトルを求める。
このとき、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、位置予測手段14によって、当初は線形予測により、ボールの位置座標を予測する。曲線予測に十分な点数(例えば5点)の軌跡が抽出されると、位置予測手段14は線形予測から曲線予測に切り替える。ここで、図8に示すボールM6とボールM7の間には、左バッターBTが介在している。ボールが左バッターBTのユニフォームにかかると、ボールの輝度とユニフォームの輝度との差が僅少なためにボールがブラインドされ、ボールの抽出に失敗することがある。このような場合にも、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、曲線予測を実行することによって、ボールM6から過去数点遡ったボールの移動軌跡によりボールM7の位置を予測することができる。従って、動オブジェクト(左バッターBT)によりブラインドされてボールの抽出に失敗した場合であっても、左バッターBTを越えた後のボールの予測位置が、線形予測のみで行う場合に比べて前フィールド(前フレーム)から滑らかに接続されて正確なものになる。従って、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、探索領域を狭めることができるので、ボールの抽出に必要な演算量を低く抑えることができる。
10 映像オブジェクト抽出装置
11 オブジェクト候補画像生成手段
12 ボール選定手段(オブジェクト抽出手段)
13 抽出条件記憶手段
14 位置予測手段
15 探索領域設定手段
20 映像遅延手段
30 作画・画像合成手段
31 作画手段
32 画像合成手段
111 画像記憶部(第2の画像記憶手段)
112 画像記憶部(第1の画像記憶手段)
113 差分画像生成手段(第1の差分画像生成手段)
114 差分画像生成手段(第2の差分画像生成手段)
115 候補画像生成手段
121 ラベリング部
122 特徴量解析部
123 フィルタ処理部
124 オブジェクト選択部
141 線形予測手段
142 曲線予測手段
143 切替手段
Claims (6)
- 入力された映像に含まれる映像オブジェクトの位置を抽出する映像オブジェクト抽出装置であって、
時系列に入力される連続した第1の画像、第2の画像及び第3の画像から、前記映像オブジェクトの候補として抽出したオブジェクト候補画像を生成するオブジェクト候補画像生成手段と、
生成されたオブジェクト候補画像の中から、所定の抽出条件に基づいて、抽出すべき映像オブジェクトの位置を抽出するオブジェクト抽出手段と、を有し、
前記オブジェクト候補画像生成手段は、
前記第1の画像を記憶する第1の画像記憶手段と、
前記第2の画像を記憶する第2の画像記憶手段と、
前記第3の画像と前記第2の画像との輝度の差分を画素値とした第1の差分画像を生成する第1の差分画像生成手段と、
前記第2の画像と前記第1の画像との輝度の差分を画素値とした第2の差分画像を生成する第2の差分画像生成手段と、
前記第1の差分画像と前記第2の差分画像の共通位置に配された画素値を参照して前記第1の差分画像の画素値の符号と前記第2の差分画像の画素値の符号とが異なる領域を判別し、前記オブジェクト候補画像を生成する候補画像生成手段と、
を備えることを特徴とする映像オブジェクト抽出装置。 - 前記オブジェクト抽出手段で抽出された映像オブジェクトの位置に基づいて、次に入力される画像内における前記映像オブジェクトの位置を予測し、前記映像オブジェクトの予測位置情報を前記オブジェクト候補画像生成手段に出力するオブジェクト位置予測手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の映像オブジェクト抽出装置。
- 前記オブジェクト位置予測手段は、
前記映像オブジェクトの軌跡が直線になると予測する線形予測手段と、
前記映像オブジェクトの軌跡が曲線になると予測する曲線予測手段と、
前記映像オブジェクトの過去に抽出された位置座標の数または前記曲線の方程式に基づいて、前記線形予測手段による線形予測と前記曲線予測手段による曲線予測とを切り替える切替手段と、
を有することを特徴とする請求項2に記載の映像オブジェクト抽出装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の映像オブジェクト抽出装置と、
前記オブジェクト抽出手段で抽出された映像オブジェクトの位置に基づいて、時系列に入力される画像に対応した領域に前記映像オブジェクトを示す画像を作画することで、前記映像オブジェクトの移動軌跡を抽出した軌跡画像を生成する作画手段と、
前記軌跡画像と前記時系列に入力される画像とを合成する画像合成手段と、
を備えていることを特徴とする映像オブジェクト軌跡合成装置。 - 入力された映像に含まれる映像オブジェクトを抽出し、追跡するとともに、当該映像オブジェクトの移動軌跡を前記映像上に合成する映像オブジェクト軌跡合成方法であって、
時系列に入力される連続した第1の画像、第2の画像及び第3の画像のうち、第3の画像と第2の画像との輝度の差分を画素値とした第1の差分画像を生成し、第2の画像と第1の画像との輝度の差分を画素値とした第2の差分画像を生成する差分画像生成ステップと、
この差分画像生成ステップで生成された第1の差分画像と第2の差分画像の共通位置に配された画素値を参照して第1の差分画像の画素値の符号と第2の差分画像の画素値の符号とが異なる領域を、前記映像オブジェクトの候補として抽出したオブジェクト候補画像を生成するオブジェクト候補画像生成ステップと、
このオブジェクト候補画像生成ステップで生成されたオブジェクト候補画像から、位置、面積、輝度、色及び円形度の少なくとも1つ以上の抽出条件に基づいて、前記映像オブジェクトの位置を抽出するオブジェクト抽出ステップと、
このオブジェクト抽出ステップで抽出された映像オブジェクトの位置に基づいて、時系列に入力される画像に対応した領域に前記映像オブジェクトを示す画像を作画することで、前記映像オブジェクトの移動軌跡を抽出した軌跡画像を生成する作画ステップと、
この作画ステップで生成された軌跡画像と、前記時系列に入力される画像とを合成する画像合成ステップと、
を含んでいることを特徴とする映像オブジェクト軌跡合成方法。 - 入力された映像に含まれる映像オブジェクトを抽出し、追跡するとともに、当該映像オブジェクトの移動軌跡を前記映像上に合成するために、コンピュータを、
時系列に入力される連続した第1の画像、第2の画像及び第3の画像のうち、第3の画像と第2の画像との輝度の差分を画素値とした第1の差分画像を生成し、第2の画像と第1の画像との輝度の差分を画素値とした第2の差分画像を生成する差分画像生成手段、
この差分画像生成手段により生成した第1の差分画像と第2の差分画像の共通位置に配された画素値を参照して第1の差分画像の画素値の符号と第2の差分画像の画素値の符号とが異なる領域を、前記映像オブジェクトの候補として抽出したオブジェクト候補画像を生成するオブジェクト候補画像生成手段、
このオブジェクト候補画像生成手段で生成されたオブジェクト候補画像から、位置、面積、輝度、色及び円形度の少なくとも1つ以上の抽出条件に基づいて、前記映像オブジェクトの位置を抽出するオブジェクト抽出手段、
このオブジェクト抽出手段で抽出された映像オブジェクトの位置に基づいて、時系列に入力される画像に対応した領域に前記映像オブジェクトを示す画像を作画することで、前記映像オブジェクトの移動軌跡を抽出した軌跡画像を生成する作画手段、
この作画手段で生成された軌跡画像と、前記時系列に入力される画像とを合成する画像合成手段、
として機能させることを特徴とする映像オブジェクト軌跡合成プログラム。
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