JP2007060437A - 記録再生装置、記録再生方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 動画像を記録する際に、領域シフト回路111は、動き検出回路110で検出される動き量のうち、1画素未満の切り捨てによるシフト処理を行って画素単位で手振れ補正を行う。そして、記録した動画像を静止画像として出力する際に、超解像処理回路113は、この画素単位で手振れ補正が行われた画像を用いて超解像処理を行う。また、動画像データを再生する際には、領域シフト回路119が、動き検出回路110で検出される1画素未満の動き量に基づいて補間処理を行ったうえで、表示を実行する。
【選択図】 図1
Description
このような動画像の撮影時に生じた手ぶれを補正する方法として、特許文献1に記載されている技術がある。
かかる技術では、出力すべき静止画像の前後複数枚の画像を前記静止画像に合成して、前記静止画像が元々持っている解像度よりも高い高解像度の静止画像を形成するようにしている。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、1画素未満の精度で手ぶれを補正して動画像を再生できるようにすると共に、動画像から良好な解像度の静止画像が得られるようにすることを目的とする。
図面を参照しながら、本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態の記録再生装置の一例であるデジタルビデオカメラの構成の一例を示したブロック図である。
図1において、CPU120は、記録再生装置を統括制御するものであり、図1の破線で囲まれた各要素および不図示の各要素に対して制御指令を送る。例えば、図示しないROMに記録されたプログラムを、図示しないRAMをワークエリアとして使用する等して制御を実行する。操作部121は、記録再生装置のユーザによって操作されるボタンスイッチや、ダイヤルスイッチ等を備えている。ユーザは、操作部121を操作することによって、例えば、記録再生装置の電源投入指示、動画像の撮影指示、動画像の再生指示、及び静止画像の出力指示等を行うことができる。
以上のようにして信号処理回路105は、フィールドメモリ104から読み出された画像データを、輝度色差信号に変換する。
メモリコントローラ107は、メモリ108に記憶されている画像データの読み出し位置や、記録媒体118に記録されている画像データの読み書し位置や、メモリ108に記憶する画像データの書き込み位置等を制御する。スイッチ109は、A/D変換器103及び伸長回路111のうち、何れかを選択する。具体的には、動画像の記録中(撮影中)にはスイッチ109は、A/D変換器103の出力を選択し、動画像の再生中にはスイッチ109は、伸長回路111の出力を選択する。
図2(A)において、601は撮像素子102の全撮像領域、602は撮像素子102の全撮像領域601のうち、映像信号として必要な切り出し枠、603は撮影者が撮影している被写体である。
このとき切り出し枠602によって切り出された画像データを映し出すとすると、図2(C)に示す映像となる。図2(C)において、604はビデオ信号を再現する表示デバイス116上の映像領域を示し、603'は表示デバイス116の映像領域604に再現された被写体である。図2(B)は、被写体603を撮影するユーザが矢印605、605'、605"で示す左下方向に記録再生装置を振ってしまった場合の画像の変化を示したもので、撮像素子102の全撮像領域601面上で被写体603は矢印606で示す右上方向に移動してしまう。
ここで、記録再生装置の振れ量より求めた画像の変位量607、即ち振れ補正目標値を用いて切り出し枠602'より破線枠位置602"に移動して画像データを切り出せば、図2(C)に示す映像を得ることが可能である。
図3において、701はフィールドメモリ104に入力された画像データの全体、702は画像データの全体701を構成する各画素単位である。703、704は図2の切り出し枠602と同様な切り出し枠である。まず、最初の画像としての切り出し枠703で画像データを切り出す場合を説明する。なお、この画像データはフィールドメモリ104に記憶されている。
フィールドメモリ104に前後して入力される画像データは、スイッチ109を経由して動き検出回路110にも入力されているので、この動き検出回路110により前記のように両画像データ間の動き量が検出される。ここでの切り出し処理(動画像の撮影中における切り出し処理)については、検出された動き量のうち1画素未満の動き量を表す小数部については切り捨てる。例えば検出された動き量が(+3.2画素、+1.3画素)であったとすると、それぞれの小数部は切り捨てて、整数部のみ残し(+3画素、+1画素)とする。
具体的には、切り出し位置を変更するために先の切り出し開始位置を画素「A」から画素「B」に移動することにより、前記画素「A」からの切り出しと同様に、画像データの全撮像領域701から画像の一部を選択的に切り出して切り出し後の画像データとすることができる。
リサイズ回路114は、メモリコントローラ107によりメモリ108から読み出された画像データのサイズを、表示に適したサイズに変換する。具体的には、リサイズ回路114は、メモリコントローラ107によりメモリ108から読み出された画像データのサイズを、例えば、水平720画素、垂直240ラインのサイズに変換する。
ビデオエンコーダ115は、リサイズ回路114でサイズが変換された画像データを、例えば、NTSCやPAL等のビデオ信号に変換する。
表示デバイス116は、例えば、液晶パネル等を備え、ビデオエンコーダ115で変換されたビデオ信号を表示する。
メディアIF117は、メモリコントローラ107と記録媒体118とのインタフェースである。圧縮回路112で圧縮された画像データは、メモリコントローラ107によりメモリ108に書き込まれた後、メモリコントローラ107により読み出され、メディアIF117を経由して記録媒体118に出力される。
記録媒体118は、例えば、フラッシュメモリを備えたメモリカードであり、メディアIF117を経由して出力された画像データを記録する。動画像の記録時には、上述のように、動き量の1画素未満を切り捨てた切り出し処理を行った画像を動画像ファイルとして記録媒体118に記録する。すなわち、この動画像ファイルは、動き量の整数部に基づいてシフトされた連続する画像データにより構成されていることになる。
伸長回路111から出力された画像データは、領域シフト回路119に入力されると同時に、スイッチ109を介して動き検出回路110にも入力される。
動き検出回路110は、連続して入力される再生画像データに対し、前後する画像間の動き量を検出する。ただし、再生される画像データは記録時において1画素以上の動き量に関してすでに切り出し処理により補正されているので、ここで検出される動き量は、1画素未満の小数部のみが検出結果として得られることになる。
図4は、領域シフト回路119の具体的な構成の一例を示す図である。
まず、垂直方向の1画素未満の画素補間処理について説明する。図4において、乗算器119aは、伸長回路111で伸長された画像データを係数Vkで乗算する。1H遅延回路119bは、伸長回路111で伸長された画像データを1ライン分遅延させる。乗算器119cは、1H遅延回路119bから出力された画像データを係数(1−Vk)で乗算する。加算器119dは、乗算器119a、119cからの出力を加算する。すなわち、加算器119dの出力は、隣接するライン間の画像データを係数Vkの重みで加重平均したものになる。
初めに図5(A)に示す水平ライン単位毎の加算について説明する。水平ラインは画像データの水平方向の配列により構成されており、nライン目の垂直方向の中心位置を垂直画素中心1001とする。同様に、n+1ライン目の垂直方向の中心位置を垂直画素中心1002とする。
次に、図5(B)に示す画素単位の加算について説明する。図5(B)は、先の図5(A)と加算比が異なり、7/10対3/10の比率の加算を行う場合について示してある。図5(B)において、先の図5(A)と同様に画像データのnライン目の垂直画素の中心位置を垂直画素中心1001とし、n+1ライン目の垂直方向の中心位置を垂直画素中心1002とする。このnライン目とn+1ライン目との7/10対3/10の画像データを得る場合には、nライン目を7/10倍した値1003'と、n+1ライン目を3/10倍した値1004'とをそれぞれ加算することにより、7/10対3/10のライン画像データ1005'が求められる。すなわち図4における係数Vkが7/10である場合に相当し、このときの動き量に関しては、垂直方向について+0.7もしくは−0.3の値を有することになる。
このように、nライン目とn+1ライン目の加算比を変えることにより、ラインの垂直方向の1ライン未満の任意の位置のラインデータを得ることができる。
なお、乗算比率を1対0或いは0対1にした場合には加算は行われないので、動き量に関して垂直方向の小数部の値が0のときには、このようなライン間の補間処理は行われないことになる。
このように、乗算器119e、119g、1クロック遅延回路119f、及び加算器119hは、水平方向の画素補間回路を構成する。ここで、係数Hkは0以上、1以下の値を取ることができる。係数Hkを調節することにより、水平方向で1画素未満の精度で画像データの切出し範囲の変更が可能になる。
初めに図6(A)に示した画素単位の加算について説明する。画像データの水平方向のn画素目の中心位置を水平画素中心901とする。同様にn+1画素目の水平方向の中心位置を水平画素中心902とする。図6(A)では、n画素目とn+1画素目との仮想的な中央の位置の画素データを得る場合の演算を図式的に示しており、n画素目を1/2倍した値903と、n+1画素目を1/2倍した値904とをそれぞれ加算することにより、n画素目とn+1画素目との仮想的な中央の位置の画像905が求められる。即ち図2におけるHkが1/2である場合に相当し、このときの動き量に関しては、水平方向について+0.5もしくは−0.5の値を有することになる。
次に、図6(B)に示した画素単位の加算について説明する。図6(B)は、先の図6(A)とは加算比が異なり、7/10対3/10の比率の加算を行う場合について示してある。図6(B)において、先の図6(A)と同様に画像データのn画素目の水平方向の中心位置を水平画素中心901とし、n+1画素目の水平方向の中心位置を水平画素中心902とする。このn画素目とn+1画素目との7/10対3/10の画像を得る場合には、n画素目を7/10倍した値903'と、n+1画素目を3/10倍した値904'とをそれぞれ加算することにより、7/10対3/10の位置の画素データ905'が求められる。すなわち図4における係数Hkが7/10である場合に相当し、このときの動き量に関しては、水平方向について+0.7もしくは−0.3の値を有することになる。
このように、n画素目とn+1画素目との加算比を変えることにより、画素間の水平方向の1画素未満の任意の位置の画素データを得ることができる。
なお、乗算比率を1対0或いは0対1にした場合には加算は行われないので、動き量に関して水平方向の小数部の値が0のときには、このような画素間の補間処理は行われないことになる。
なお、前記において、係数Vk、Hkの値は、動き検出回路110で得られた動き量が入力されることにより設定される。
まず初めに、4画像データを用いて1/2画素ずつずらした超解像処理について図7を用いて説明する。
フレーム0(図7(A))は基準となる画像データである。この基準画像に対し、水平方向に1/2画素ずれた画像データであるフレーム1(図7(B))、垂直方向に1/2画素ずれた画像データであるフレーム3(図7(D))、水平および垂直方向それぞれに1/2画素ずれた画像データであるフレーム2(図7(C))が存在すると仮定する。フレーム0のもともと画素データが存在しない位置である(n+0.5,n)の位置にフレーム1の(n,n)の画素データを、同様にフレーム0の(n,n+0.5)の位置にフレーム3の(n,n)の画素データを、同様にフレーム0の(n+0.5,n+0.5)の位置にフレーム2の(n,n)の画素データを埋め込むようにする。
このように、連続する複数の画像のうち、基準画像に対するずれ量が、超解像処理に必要な画素データの位置になるべく近いものを抽出して採用し、それぞれ補間処理した後に合成処理することで、高解像の静止画像データを得ることができる。
まず、ステップS101において、フィールドメモリ104は、撮像素子102で電気信号に変換された後に、A/D変換器103でアナログ・デジタル変換された画像データ(動画像)を記憶する。
次に、ステップS103において、動き検出回路119は、ステップS102で検出した動き量の整数部の値から、ステップS101でフィールドメモリ104に記憶された画像データの読み出し開始位置を決定する。そして、動き検出回路119は、決定した読み出し開始位置を示す信号をフィールドメモリ104に出力する。そうすると、動き検出回路119で決定された読み出し開始位置から、フィールドメモリ104に記憶された画像データが読み出される。そして、信号処理回路105は、読み出された画像データを、輝度色差信号に変換する。
次に、ステップS106において、圧縮回路112は、メモリコントローラ107によりメモリ108から読み出された画像データを、所定の圧縮フォーマットに従って圧縮する。その後、メモリコントローラ107は、圧縮回路112で圧縮された画像データをメモリ108に書き込む。
まず、ステップS201において、メモリコントローラ107は、記録媒体118から、圧縮された動画像データを読み出す。
次に、ステップS202において、伸長回路111は、ステップS201で読み出された画像データを伸長する。
次に、ステップS204において、領域シフト回路119は、ステップS203で検出された動き量に基づいて、ステップS202で伸長回路111により伸長された画像データの各画素の補間処理を行う。
次に、ステップS205において、メモリコントローラ107は、ステップS204で補間された画像データをメモリ108に書き込む。
まず、ステップS301において、メモリコントローラ107は、記録媒体118から、圧縮された動画像データを読み出す。
次に、ステップS302において、伸長回路111は、ステップS301で読み出された画像データを伸長する。
次に、ステップS306において、メモリコントローラ107は、ステップS305で書き込んだメモリ108を読み出し、静止画ファイルとして記録媒体118に書き込む。
一方、静止画像として出力する場合には、高周波成分が欠損していない状態での複数枚の画像データに基づいて超解像処理を施すので、高解像の静止画像データを生成することが期待できる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。前述した第1の実施形態では、動画像を記録する際、及び記録した動画像を再生する際に、動き量を検出するようにした。これに対して、本実施形態では、動画像の記録時にのみ動き量を検出し、検出した動き量に基づく情報を、記録する動画像に付加するようにしている。このように、本実施形態と、前述した第1の実施形態とは、動き量を検出するタイミングと、検出した動き量の処理方法の一部とが異なるだけである。よって、前述した第1の実施形態と同一の部分については、図1〜図10に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
動き検出回路110は、前後する画像データ間の動き量を検出すると、その検出した動き量をメモリコントローラ107に出力する。そして、メモリコントローラ107は、その動き量をメモリ108に書き込む。
また、動き検出回路110は、第1の実施形態と同様に、検出した動き量の整数部の値に基づき、フィールドメモリ104に記憶された画像データから切り出し処理を行う。
圧縮回路112は、入力した画像データを圧縮し、圧縮した画像データに、入力した動き量(1画素未満である小数部のみ)を示す情報を付加する。動き量を付加する場所は、例えば、前記圧縮した画像データの圧縮形式等で定められている所定のデータ記述領域である。
図12は、記録媒体118に記憶される動画ファイルの内容の一例を概念的に示した図である。前述した動き量の付加動作によって動画ファイル700には、図7に示すように、各フィールド画像の圧縮画像データ701と、1画素未満の小数部である動き量702とが組になって記録される。
付加情報解析回路301は、メモリコントローラ107により読み出されて伸長回路111に出力される動画ファイル700を入力し、動画ファイル700に含まれる圧縮画像データ701から、動き量702を分離して領域シフト回路119に出力する。
領域シフト回路119は、入力した動き補正量702に従って、前述した第1の実施形態と同様に、伸長回路111で伸長された画像データの各画素の補間処理を行う。補間処理が行われた画像データは、メモリコントローラ107によりメモリ108に書き込まれる。その後、表示デバイス116は、メモリコントローラ107によりメモリ108から読み出され、リサイズ回路114によりサイズが変換され、ビデオエンコーダ115でビデオ信号に変換された画像データを表示する。
第1の実施形態では、超解像処理時に連続する画像データ間の動き量を動き検出回路110により検出していたが、前述のように、抽出される画像データには動き量が組になって記録されているので、あらためて動き量を検出する必要がない。したがって、本実施の形態における超解像処理においては、前述の超解像処理において動き量検出の処理の代わりに、記録されている圧縮画像データからの動き量データの分離処理が行われることになる。
前述した実施形態では、動き検出回路110を用いて、画像から動き量を検出するようにしたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、角速度を検出するジャイロセンサを記録再生装置に設け、このジャイロセンサを用いて連続する画像間の動き量を検出するようにしてもよい。この場合、図1および図11に示した記録再生装置において、例えば、動き検出回路110の代わりに、ジャイロセンサと、ジャイロセンサで検出された角速度から動き量を求める回路とを設けるようにすればよい。
また、上述した実施形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、前記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(CPUあるいはMPU)に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
102 撮像素子
108 メモリ
110 動き検出回路
111 伸長回路
113 超解像処理回路
116 表示デバイス
118 記録媒体
119 領域シフト回路
120 CPU
121 操作部
Claims (11)
- 動画像が撮像された際に記録再生装置に生じた動き量を検出する動き検出手段と、
前記動き検出手段により検出された動き量のうち1画素以上の値に基づいて、撮像画像の切り出し処理により振れ補正を行う第1の補正手段と、
前記第1の補正手段により補正された動画像を記録媒体に記録する記録手段と、
前記記録媒体に記録された動画像を読み出して、前記動き検出手段により検出された1画素未満の動き量に基づいて、画素補間処理により補正を行う第2の補正手段とを有することを特徴とする記録再生装置。 - 少なくとも前記第2の補正手段によって画素補間処理された画像を用いて静止画像を生成する静止画像生成手段を更に有することを特徴とする請求項1に記載の記録再生装置。
- 前記静止画像生成手段は、前記動画像から抽出される複数の画像を合成して静止画像を生成することを特徴とする請求項2に記載の記録再生装置。
- 前記第2の補正手段によって画素補間処理された動画像を表示する表示手段を更に有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の記録再生装置。
- 前記記録手段は、前記動き検出手段により検出された動き量のうち1画素未満の値を前記動画像と共に記録することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の記録再生装置。
- 動画像が撮像された際に記録再生装置に生じた動き量を検出する動き検出ステップと、
前記動き検出ステップにより検出された動き量のうち1画素以上の値に基づいて、撮像画像の切り出し処理により振れ補正を行う第1の補正ステップと、
前記第1の補正ステップにより補正された動画像を記録媒体に記録する記録ステップと、
前記記録媒体に記録された動画像を読み出して、前記動き検出ステップにより検出された1画素未満の動き量に基づいて、画素補間処理により補正を行う第2の補正ステップとを有することを特徴とする記録再生方法。 - 少なくとも前記第2の補正ステップによって画素補間処理された画像を用いて静止画像を生成する静止画像生成ステップを更に有することを特徴とする請求項6に記載の記録再生方法。
- 前記静止画像生成ステップは、前記動画像から抽出される複数の画像を合成して静止画像を生成することを特徴とする請求項7に記載の記録再生方法。
- 前記第2の補正ステップによって画素補間処理された動画像を表示する表示ステップを更に有することを特徴とする請求項6〜8の何れか1項に記載の記録再生方法。
- 前記記録ステップは、前記動き検出ステップにより検出された動き量のうち1画素未満の値を前記動画像と共に記録することを特徴とする請求項6〜9の何れか1項に記載の記録再生方法。
- 動画像が撮像された際に記録再生装置に生じた動き量を検出する動き検出ステップと、
前記動き検出ステップにより検出された動き量のうち1画素以上の値に基づいて、撮像画像の切り出し処理により振れ補正を行う第1の補正ステップと、
前記第1の補正ステップにより補正された動画像を記録媒体に記録する記録ステップと、
前記記録媒体に記録された動画像を読み出して、前記動き検出ステップにより検出された1画素未満の動き量に基づいて、画素補間処理により補正を行う第2の補正ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
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