JP2007323418A - 画像合成装置および画像合成プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カメラ画像の所定位置を入力するための入力画像座標系の座標値を、実空間に対応した実座標系の座標値に変換する第1座標変換手段12と、第1座標変換手段12で変換された座標値を記憶する座標記憶手段113と、座標記憶手段113に記憶された座標値を、カメラ画像を撮影したときのカメラの撮影角度を含むカメラパラメータθを用いて、画像座標系の座標値に変換する第2座標変換手段13と、第2座標変換手段13で変換された座標値で示される位置に、入力画像座標系の座標値に対応した画像を生成する画像生成手段14と、画像生成手段14で生成された画像とカメラ画像とを合成する画像合成手段15とを備える。
【選択図】図2
Description
また、従来のビデオ画面チョークボード装置では、カメラで撮影された画像(以下、カメラ映像という)のカメラパラメータが変化したときに、カメラパラメータが変化する前に入力した手動入力画像がディスプレイにそのまま表示されることになる。ここで、カメラパラメータとは、例えば、パン、ズーム等のカメラ姿勢を含むカメラに係る各種のパラメータのことである。例えば、仮に、カメラ映像のあるフレームにおいて表示画面中で左に表示されている人物等の画像オブジェクトに対して矢印(手動入力画像)が入力された後で、別のフレームにおいてカメラが左にパンするカメラ映像に変化したとする。この場合、画像オブジェクトは、表示画面中で右に表示される。ところが、この画像オブジェクトに対して入力された矢印は、表示画面中で左に表示されたままとなる。したがって、入力された矢印が意味をなさなくなる。そのため、この残存している矢印を消去して、カメラアングル(カメラパラメータ)変化後の位置に、矢印を改めて入力しなければならない。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る画像合成装置の動作の概要を示す模式図である。
画像合成装置1は、入力装置2で入力された入力図形101の画像座標系の座標値に対応した画像を生成し、図示しないカメラで撮影された映像を示すカメラ映像102と生成された画像とを合成した合成映像103を生成するものである。合成映像103は、図示しない表示装置(または画像蓄積装置)に出力される。なお、カメラ映像102は、カメラ画像から構成される。
ディスプレイ3は、入力装置2の操作者の操作によりタッチパネル4から入力された画像を表示するものであり、例えば、液晶ディスプレイ等から構成される。以下では、このディスプレイ3に表示される画像を操作者用画像ともいう。
タッチパネル4は、ディスプレイ3の表示領域またはディスプレイ3に表示されるウィンドウ領域に対応しており、スタイラスペン等の入力装置2を介して、カメラ映像102と合成させる画像についての座標およびイベントを入力するものである。
「押下」は、入力装置2がタッチパネル4に接触したことを示すイベントである。
「開放」は、入力装置2がタッチパネル4から離脱したことを示すイベントである。
「移動」は、入力装置2がタッチパネル4に接触した状態で移動したことを示すイベントである。
なお、図1では、入力図形101としてカタカナの「イ」を例示したが、入力装置2で入力される内容は、文字に限らず、記号や図形等でもよい。
「押下」は、マウスのボタンを押下したことを示すイベントである。
「開放」は、マウスのボタンを開放したことを示すイベントである。
「移動」は、マウスのボタンを押下した状態でマウスのポインタ座標を移動したことを示すイベントである。
入力対応CG111は、ディスプレイ3に表示されるCGであり、主として、入力装置2の操作者が、入力図形101に対応した画像(入力図形と同じ形状の画像)をディスプレイ3上で確認するために生成される。生成された入力対応CG111は、ディスプレイ3に表示される。
図2は、図1に示した画像合成装置の構成例を示す機能ブロック図である。
画像合成装置1は、図2に示すように、記憶手段11と、第1座標変換手段12と、第2座標変換手段13と、画像生成手段14と、画像合成手段15と、逆変換手段16と、第2画像生成手段17とを含む構成とした。
記憶手段11は、例えば、CPU(Central Processing Unit)による演算処理等に利用されるRAM(Random Access Memory)111と、所定のプログラムを格納したROM(Read Only Memory)112と、座標記憶手段113とを備えている。
座標記憶手段113は、詳細は後記するが、1以上の座標値を記憶するメモリであり、半導体メモリのほか磁気ディスクや光磁気ディスクなど任意の記憶装置により実現することができる。
第1座標変換手段12は、前処理のためのブロック(前処理ブロック)である。
第2座標変換手段13と、画像生成手段14と、画像合成手段15とは、視聴者用映像を合成するためのブロック(視聴者用画像ブロック)である。
逆変換手段16および第2画像生成手段17とは、操作者用画像を生成するためのブロック(操作者用画像ブロック)である。
以下では、前処理ブロック、操作者用画像ブロック、視聴者用映像ブロックの順に説明する。
<第1座標変換手段>
第1座標変換手段12は、タッチパネル4に入力された画像座標系(入力画像座標系)の座標値を、実空間に対応した実座標系の座標値に変換するものである。変換された座標値は、座標記憶手段113に格納される。なお、タッチパネル4に入力された座標値と、変換された座標値とは、1対1に対応している。
第1座標変換手段12は、例えば、図3(a)に示すディスプレイ画面301(ディスプレイ3の画面)において指定された点Pの座標(x,y)を、図3(b)に示す変換先空間302における点Qの座標(X,Y,Z)へ変換する。なお、点Pの座標(x,y)は、入力装置2(図2参照)でタッチパネル4(図2参照)の所定地点を押圧することにより指定される。以下の説明では、ディスプレイ3上の任意の座標の値を特に区別しない限り(x,y)と表記し、座標軸の名称をx軸およびy軸とする。同様に、変換先空間302における任意の座標の値を特に区別しない限り(X,Y,Z)と表記し、座標軸の名称をX軸,Y軸およびZ軸とする。
図4は、図3に示した変換例を複数の座標値に適用した場合の説明図であり、(a)はディスプレイ座標、(b)は変換先空間の座標をそれぞれ示している。
ディスプレイ画面301には、カタカナ「イ」が入力されるときの複数(図4では7個)の座標値をそれぞれ示す点400〜406が示されている。
図4(b)に示す点450〜456の座標値は、図4(a)に示した点400〜406の座標値がそれぞれ変換されたものを示している。
アドレス501は、座標記憶手段113のメモリ上のアドレス(番地)を示す。
座標502は、第1座標変換手段12で変換された座標値(変換座標値)を示す。
イベント503は、タッチパネル4(図2参照)に入力された前記した「押下」、「移動」、「開放」のいずれかのイベントを示す。
本実施形態では、一例として、第1座標変換手段12は、座標およびイベントが入力された順序に従って、変換した座標値を座標記憶手段113に順次格納する。
<逆変換手段>
逆変換手段16は、座標記憶手段113に記憶された座標値を、入力画像座標系の座標値に変換するものである。変換された座標値は、第2画像生成手段17に出力される。この逆変換手段16は、式(4)に示すように、ベクトル関数hを用いて、座標値(X,Y,Z)を座標値(x,y)に変換する。
第2画像生成手段17は、逆変換手段16で変換された座標値で示される位置に画像(入力対応CG)を生成するものである。生成された画像は、ディスプレイ3に出力される。この第2画像生成手段17は、座標記憶手段113に記憶されているイベントに応じて、図形を描画する。例えば、第2画像生成手段17は、ある1つの「押下」イベントから、0個以上の「移動」イベントを経て、直後の「開放」イベントまでの座標群を線分で接続した折線のCGを生成する。また、折線の代わりに、例えば、スプライン曲線やべジエ曲線のCGを生成してもよい。
図2に戻って説明を続ける。
<第2座標変換手段>
第2座標変換手段13は、座標記憶手段113に記憶された座標値を、カメラパラメータθを用いて、画像座標系の座標値に変換するものである。変換された座標値は、画像生成手段14に出力される。この第2座標変換手段13は、例えば透視投影モデルに基づく座標変換を行うことができる。
画像生成手段14は、第2座標変換手段13で変換された座標値で示される位置に画像(出力対応CG)を生成する。生成された画像は、画像合成手段15に出力される。この画像生成手段14は、座標記憶手段113に記憶されているイベントに応じて、図形を描画する。図形の描画の方法は、第2画像生成手段17と同じなので説明を省略する。
また、図8は、画像生成手段14(図2参照)が、図5に例示したデータベース500に基づいて生成したCGを示している。この場合、図8に示すように、出力対応CG801が生成される。出力対応CG801は、カタカナの「イ」を示すものであり、カタカナの「イ」の1画目を示すCG801aと、2画目を示すCG801bとから構成されている。CG801a,801bは、図6に示したCG601a,601bと同様な方法で生成されるので詳細な説明を省略する。画像生成手段14(図2参照)は、カメラパラメータθを反映した座標値の位置に描画するので、出力対応CG801は、カメラ映像102(図1参照)に合わせて入力図形101(図1参照)が変形された形状を有している。
図2に戻って説明を続ける。
画像合成手段15は、画像生成手段14で生成された画像(出力対応CG)と、カメラ映像とを合成するものである。構成された映像は、図示しない表示装置(または画像蓄積装置)に出力される。なお、画像合成手段15は、画像生成手段14により生成されたCGを、例えば、カメラ映像の上を覆うように不透明もしくは半透明に合成するようにしてもよい。また、画像合成手段15は、画像生成手段14により生成されたCGを、カメラ映像の特定の色の領域(例えば芝生の色の領域)のみに重畳合成するようにしてもよい。
<入力対応CGの提示動作>
図2に示した画像合成装置1の動作について図9を参照(適宜図2参照)して説明する。図9は、図2に示した画像合成装置による入力対応CGの提示動作を示すフローチャートである。画像合成装置1は、まず、第1座標変換手段12によって、入力されたディスプレイ座標を実座標(実空間の座標)に変換し、座標記憶手段113に格納する(ステップS1)。そして、画像合成装置1は、逆変換手段16によって、座標記憶手段113に記憶された実座標をディスプレイ座標に逆変換する(ステップS2)。そして、画像合成装置1は、第2画像生成手段17によって、逆変換された座標で示される位置に入力対応CGを生成し(ステップS3)、生成した入力対応CGをディスプレイ3に出力する(ステップS4)。例えば、線が入力されれば、入力された線のそれぞれの座標が示す位置に沿って入力対応CGが生成される。
図10は、図2に示した画像合成装置による出力対応CGの合成動作を示すフローチャートである。画像合成装置1は、まず、第1座標変換手段12によって、入力されたディスプレイ座標を実座標に変換し、座標記憶手段113に格納する(ステップS11)。そして、画像合成装置1は、第2座標変換手段13によって、カメラパラメータθに基づいて、座標記憶手段113に記憶された実座標を変換する(ステップS12)。そして、画像合成装置1は、画像生成手段14によって、変換された座標で示される位置に出力対応CGを生成する(ステップS13)。そして、画像合成装置1は、画像合成手段15によって、出力対応CGとカメラ映像とを合成して出力する(ステップS14)。例えば、線が入力されれば、入力された線が変換された線のそれぞれの座標が示す位置に沿って出力対応CGが生成される。
図11は、本発明の第2実施形態に係る画像合成装置の構成例を示す機能ブロック図である。第2実施形態に係る画像合成装置1Aは、図2に示した第1座標変換手段12および逆変換手段16を省略すると共に、座標変換手段13Aの機能が異なる点を除いて、図2に示した画像合成装置1と同一の構成なので、同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図12は、本発明の第3実施形態に係る画像合成装置の動作の概要を示す模式図である。第3実施形態に係る画像合成装置1Bは、入力対応CG1211とカメラ映像VAとを合成してディスプレイ3に表示させるものである。
カメラ映像VBは、タッチパネル4に書き込まれた入力図形1201と合成されて合成映像1202となるものである。
入力対応CG1211は、ディスプレイ3に表示されるCGであり、主として、入力装置2の操作者が、入力図形1201をカメラ映像VA上に描くつもりで入力した画像をディスプレイ3上で確認するために生成される。この入力対応CG1211は、タッチパネル4に書き込まれた入力図形1201がカメラ映像VAに対応して変換されたものである。生成された入力対応CG1211は、ディスプレイ3に表示される。入力対応CG1211で示されるカタカナの「イ」の文字は、サッカーコートの地面に張り付いたように投影されて合成される。これにより、第1カメラの操作に連動してカメラパラメータθAを時々刻々変化させることで、入力対応CG1211が変形し、カメラ映像VAの中に入力対応CG1211があたかも存在するかのような映像効果が得られる。
図13は、図12に示した画像合成装置の構成例を示す機能ブロック図である。
画像合成装置1Bは、第1座標変換手段12Bおよび逆変換手段16Bの機能が異なると共に、第2画像合成手段30を備える点を除いて、図2に示した画像合成装置1と同一の構成なので、同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、第2座標変換手段13には、カメラパラメータθBが入力し、また、画像合成手段15には、カメラ映像VBが入力する。
第1座標変換手段12Bは、タッチパネル4に入力された画像座標系(入力画像座標系)の座標値を、カメラパラメータθAを用いて、実空間に対応した実座標系の座標値に変換するものである。変換された座標値は、座標記憶手段113に格納される。この第1座標変換手段12Bは、透視投影モデルを用いて非線形変換を行い、ディスプレイ座標を実空間の座標へ変換する。
図14では、実空間において、水平面内にX軸およびY軸をとり、高さ方向にZ軸をとったデカルト座標系を示している。第一座標変換手段12B(図13参照)は、図示しない第1カメラの撮像系の投影中心1401から、画像平面1402の画像座標1403を通る半直線1404を生成し、半直線1404と、変換先空間1407との交点である変換座標1406を求める。つまり、2次元の画像座標1403を実空間内における3次元の変換座標1406として逆投影する。変換先空間1407は、実空間上に設定される曲面または曲面群(ここで曲面と言う場合には平面を含むものとする)であり、例えば、実空間内における地表面を表す。特にスポーツ競技場では、例えば、競技場のグラウンド面(サッカーのピッチ面など)を表すことができる。また、例えば、ゴルフ場のように起伏のある競技場の場合には、該起伏を考慮した曲面とすることもできる。
逆変換手段16Bは、座標記憶手段113に記憶された座標値を、ディスプレイ3上の画像座標系の座標値に変換するものである。この逆変換手段16Bは、式(9)に示すように、ベクトル関数h′とカメラパラメータθAとを用いて、実空間に対応した実座標系の座標値(X,Y,Z)を、ディスプレイ3上の座標値(x,y)に変換する。式(9)は一般形である。この座標変換は、前記した式(7)と同様な原理で導出されたものなので説明を省略する。逆変換手段16Bで変換された座標値は、第2画像生成手段17に出力される。これにより、第2画像生成手段17は、カメラパラメータθAに連動したCG(入力対応CG)を生成することができる。
第2画像合成手段30は、第2画像生成手段17により生成されたCG(入力対応CG)と、カメラ映像VAとを合成するものである。合成された映像は、ディスプレイ3に出力される。合成方法は画像合成手段15と同様なので、説明を省略する。
図13に示した画像合成装置1Bの動作について図15を参照(適宜図13参照)して説明する。図15は、図13に示した画像合成装置による入力対応CGの合成動作を示すフローチャートである。画像合成装置1Bは、まず、第1座標変換手段12Bによって、入力されたディスプレイ座標を実座標に変換し、座標記憶手段113に格納する(ステップS21)。そして、画像合成装置1Bは、逆変換手段16Bによって、座標記憶手段113に記憶された実座標をディスプレイ座標に逆変換する(ステップS22)。そして、画像合成装置1Bは、第2画像生成手段17によって、逆変換された座標で示される位置に入力対応CGを生成する(ステップS23)。そして、画像合成装置1は、第2画像合成手段30によって、生成された入力対応CGとカメラ映像VAとを合成してディスプレイ3に出力する(ステップS24)。例えば、線が入力されれば、入力された線のそれぞれの座標が示す位置に沿って入力対応CGが生成される。なお、画像合成装置1Bにおける出力対応CGの合成動作は図10のフローチャートと同様なので説明を省略する。
2 入力装置
3 ディスプレイ
4 タッチパネル
11 記憶手段
111 RAM
112 ROM
113 座標記憶手段
12,12B 第1座標変換手段
13,13A 第2座標変換手段
14 画像生成手段
15 画像合成手段
16,16B 逆変換手段
17 第2画像生成手段
30 第2画像合成手段
Claims (8)
- カメラで撮影された被写体の画像を示すカメラ画像と、前記カメラ画像の所定位置を入力するための入力画像座標系の座標値に対応して生成された画像とを合成する画像合成装置であって、
前記入力画像座標系の座標値を記憶する座標記憶手段と、
画像座標系の座標値を実空間に対応した実座標系の座標値に変換してから、前記変換された座標値を、前記カメラ画像を撮影したときのカメラの撮影角度を含むカメラパラメータを用いて画像座標系の座標値に変換する一連の変換を示す変換規則を用いて、前記座標記憶手段に記憶された座標値を変換する座標変換手段と、
前記座標変換手段で変換された座標値で示される位置に、前記入力画像座標系の座標値に対応した画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段で生成された画像と前記カメラ画像とを合成する画像合成手段と、
を備えることを特徴とする画像合成装置。 - 前記座標記憶手段に記憶された座標値で示される位置に、前記入力画像座標系の座標値に対応した画像を生成する第2画像生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の画像合成装置。
- カメラで撮影された被写体の画像を示すカメラ画像と、前記カメラ画像の所定位置を入力するための入力画像座標系の座標値に対応して生成された画像とを合成する画像合成装置であって、
前記入力画像座標系の座標値を、実空間に対応した実座標系の座標値に変換する第1座標変換手段と、
前記第1座標変換手段で変換された座標値を記憶する座標記憶手段と、
前記座標記憶手段に記憶された座標値を、前記カメラ画像を撮影したときのカメラの撮影角度を含むカメラパラメータを用いて、画像座標系の座標値に変換する第2座標変換手段と、
前記第2座標変換手段で変換された座標値で示される位置に、前記入力画像座標系の座標値に対応した画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段で生成された画像と前記カメラ画像とを合成する画像合成手段と、
を備えることを特徴とする画像合成装置。 - 前記座標記憶手段に記憶された座標値を、前記入力画像座標系の座標値に変換する逆変換手段と、
前記逆変換手段で変換された座標値で示される位置に、前記入力画像座標系の座標値に対応した画像を生成する第2画像生成手段とをさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の画像合成装置。 - 第1カメラで撮影された被写体の画像を示す第1カメラ画像と、前記第1カメラ画像の所定位置を入力するための入力画像座標系の座標値に対応して生成された画像とを合成すると共に、前記被写体を第2カメラで撮影した画像を示す第2カメラ画像と前記生成された画像とを合成する画像合成装置であって、
前記入力画像座標系の座標値を、前記カメラ画像を撮影したときの第1カメラの撮影角度を含む第1カメラパラメータを用いて、実空間に対応した実座標系の座標値に変換する第1座標変換手段と、
前記第1座標変換段で変換された座標値を記憶する座標記憶手段と、
前記座標記憶手段に記憶された座標値を、前記カメラ画像を撮影したときの第2カメラの撮影角度を含む第2カメラパラメータを用いて、画像座標系の座標値に変換する第2座標変換手段と、
前記第2座標変換手段で変換された座標値で示される位置に、前記入力画像座標系の座標値に対応した画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段で生成された画像と前記第2カメラ画像とを合成する画像合成手段と、
前記座標記憶手段に記憶された座標値を、前記入力画像座標系の座標値に変換する逆変換手段と、
前記逆変換手段で変換された座標値で示される位置に、前記入力画像座標系の座標値に対応した画像を生成する第2画像生成手段と、
前記第2画像生成手段で生成された画像と前記第1カメラ画像とを合成する第2画像合成手段と、
を備えることを特徴とする画像合成装置。 - カメラで撮影された被写体の画像を示すカメラ画像と、前記カメラ画像の所定位置を入力するための入力画像座標系の座標値に対応して生成された画像とを合成するために、コンピュータを、
画像座標系の座標値を実空間に対応した実座標系の座標値に変換してから、前記変換された座標値を、前記カメラ画像を撮影したときのカメラの撮影角度を含むカメラパラメータを用いて画像座標系の座標値に変換する一連の変換を示す変換規則を用いて、前記入力画像座標系の座標値を変換する座標変換手段、
前記座標変換手段で変換された座標値で示される位置に、前記入力画像座標系の座標値に対応した画像を生成する画像生成手段、
前記画像生成手段で生成された画像と前記カメラ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画像合成プログラム。 - カメラで撮影された被写体の画像を示すカメラ画像と、前記カメラ画像の所定位置を入力するための入力画像座標系の座標値に対応して生成された画像とを合成するために、コンピュータを、
前記入力画像座標系の座標値を、実空間に対応した実座標系の座標値に変換する第1座標変換手段、
前記第1座標変換手段で変換された座標値を、前記カメラ画像を撮影したときのカメラの撮影角度を含むカメラパラメータを用いて、画像座標系の座標値に変換する第2座標変換手段、
前記第2座標変換手段で変換された座標値で示される位置に、前記入力画像座標系の座標値に対応した画像を生成する画像生成手段、
前記画像生成手段で生成された画像と前記カメラ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画像合成プログラム。 - 第1カメラで撮影された被写体の画像を示す第1カメラ画像と、前記第1カメラ画像の所定位置を入力するための入力画像座標系の座標値に対応して生成された画像とを合成すると共に、前記被写体を第2カメラで撮影した画像を示す第2カメラ画像と前記生成された画像とを合成するために、コンピュータを、
前記入力画像座標系の座標値を、前記カメラ画像を撮影したときの第1カメラの撮影角度を含む第1カメラパラメータを用いて、実空間に対応した実座標系の座標値に変換する第1座標変換手段、
前記第1座標変換段で変換された座標値を、前記カメラ画像を撮影したときの第2カメラの撮影角度を含む第2カメラパラメータを用いて、画像座標系の座標値に変換する第2座標変換手段、
前記第2座標変換手段で変換された座標値で示される位置に、前記入力画像座標系の座標値に対応した画像を生成する画像生成手段、
前記画像生成手段で生成された画像と前記第2カメラ画像とを合成する画像合成手段、
前記第1座標変換段で変換された座標値を、前記入力画像座標系の座標値に変換する逆変換手段、
前記逆変換手段で変換された座標値で示される位置に、前記入力画像座標系の座標値に対応した画像を生成する第2画像生成手段、
前記第2画像生成手段で生成された画像と前記第1カメラ画像とを合成する第2画像合成手段、
として機能させることを特徴とする画像合成プログラム。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010015212A (ja) * | 2008-07-01 | 2010-01-21 | Totsu:Kk | 画像情報表示装置及び手書き書込み画像情報入力方法 |
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JPH11143868A (ja) * | 1997-11-07 | 1999-05-28 | Toshiba Corp | 文字認識装置、入力制御方法及び記録媒体 |
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2006
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