JP2009258868A - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】動きベクトル検出手段は、画像中において設定された、複数の画素からなる所定の大きさのブロックの複数個のそれぞれについて、ブロック毎の動きベクトルを検出する。グローバルモーション算出手段は、動きベクトル検出手段で検出された複数個のブロックについての複数個の動きベクトルから、アフィンパラメータの少なくとも1つを、画像の変位軸についての変数の関数とした拡張したアフィン変換を用いて収束演算をし、グローバルモーションを算出する。
【選択図】図21
Description
画像中において設定された、複数の画素からなる所定の大きさのブロックの複数個のそれぞれについて、前記ブロック毎の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
前記動きベクトル検出手段で検出された前記複数個のブロックについての複数個の動きベクトルから、アフィンパラメータの少なくとも1つを、前記画像の変位軸についての変数の関数とした拡張したアフィン変換を用いて収束演算をし、前記画像全体に加わっている変形を表わすグローバルモーションを算出するグローバルモーション算出手段と、
を備える画像処理装置を提供する。
前記グローバルモーション算出手段での初期収束演算においては、前記動きベクトル検出手段で検出された前記複数個のブロックについての複数個の動きベクトルから、固定係数のアフィンパラメータを用いる通常のアフィン変換を用いて収束演算をし、前記拡張したアフィン変換を用いた収束演算は、前記初期収束変の後から開始する画像処理装置を提供する。
この第1の実施形態の撮像装置は、撮像素子(イメージャ)によって撮像された複数枚の静止画像を、位置合わせしながら重ね合わせて、画像のノイズ低減を行うようにするものである。
図2〜図7は、ブロックマッチング手法の概要を説明するための図である。ここで説明するブロックマッチング手法においては、例えば、図2(A)に示すように、ターゲットフレーム100に、それぞれ水平方向の複数画素および垂直方向の複数ライン分からなる所定の大きさの矩形領域のブロック(ターゲットブロック)102を想定する。
以上のブロックマッチングの説明は、1つのターゲットブロックについての動きベクトルの算出についての説明である。このターゲットブロックのターゲットフレームの全体に占める割合は、通常、小さいので、これをそのままグローバル動きベクトルとすることは一般的には困難である。
図1は、この発明の画像処理装置の実施形態としての撮像装置の一例のブロック図を示すものである。
グローバル動きベクトル算出部15では、この実施の形態では、先ず、図2〜図7を用いて説明した、SAD値を用いてブロックマッチング処理を行うことで、ローカル動きベクトル検出を行うようにする。ただし、この実施の形態では、グローバル動きベクトル算出部15は、後述するようなハードウエアで構成され、ローカル動きベクトルは、階層化ブロックマッチング処理および補間処理により、算出するようにする。
一般的な従来のブロックマッチングにおける動きベクトル検出処理では、サーチ範囲内を、ピクセル単位(1ピクセル単位または複数ピクセル単位)で参照ブロックを移動させて、各移動位置における参照ブロックについてのSAD値を算出する。そして、その算出したSAD値の中から最小値を示すSAD値を検出し、当該最小SAD値を呈する参照ブロック位置に基づいて動きベクトルを検出するようにする。
比較的ノイズの多い画像がターゲット画像の場合、SAD値がノイズの影響を受け、正しいベクトルが得られないケースが多い。図12は、夜景を撮影したもので、比較的ノイズの多い画像である。この図12の画像に対して、僅かに回転を伴いながら左方向に手ぶれして撮影された画像を参照画像として、両画像間の動きベクトルを図示すると、図13に示すような結果が得られる。この図13は、原画を1/8に縮小した縮小画像における縮小面動きベクトルを描画したものである。
Ft=(Btm2SAD−MinSAD)−(MaxTAR−MinTAR)×Co
・・・(式14)
ただし、
Ft;動きベクトルの信頼性指標値
Btm2SAD;SAD値の第2極小値
MinSAD;SAD値の最小値(第1極小値)
MaxTAR;ターゲットブロックの最大輝度値
MinTAR;ターゲットブロックの最小輝度値
Co;重み係数(≦1)
となる。
従来は、上述のような動きベクトルの信頼性指標値はなかったので、ターゲットフレームについて求められた複数個のローカル動きベクトルLMVのすべてを、同じ重みで用いてグローバルモーションを算出するようにしている。
Ft>thであるときには、W=1
Ft≦thであるときには、W=0
・・・(式15)
なる演算式により、各ローカル動きベクトルLMVについての重み係数Wを、それぞれの動きベクトルの信頼性指標値Ftを用いて算出するようにする。
グローバル動きベクトル検出部15は、以上説明したように、ターゲットブロック毎のローカル動きベクトルLMVの検出、検出したローカル動きベクトルLMVの信頼性指標値の算出、グローバルモーションおよびグローバル動きベクトルGVMの算出、などの処理を行う。
この実施形態のローカル動きベクトル算出部154では、SAD値についての極小値を検出するため、図18において、点線で囲んで示すように、位置Poを判定対象点として、当該判定対象点位置PoのSAD値と、当該判定対象点位置Poの周囲近傍の8個のSAD値とを比較する。そして、判定対象点のSAD値が、点線で囲んで示す領域の9個のSAD値の中で最小値(ローカルミニマムという)であるか否か判断する。
<拡張したアフィン変換について>
この実施形態では、多数個のローカル動きベクトルLMVから、グローバルモーションを算出(推定)する。そして、算出したグローバルモーションから、グローバル動きベクトルGVMを算出(グローバルモーションを推定)する。この場合において、グローバルモーションをアフィン変換で表現する方法を用いる。ただし、この実施形態では、図34に示した従来の通常のアフィン変換を変形した拡張したアフィン変換(以下、拡張アフィン変換という)を用いる。
不特定多数のベクトルから、最も好適なグローバルモーションを導出する手法として、この実施形態では、図28および図29のフローチャートに示す方法を用いる。この方法は、信頼性の高いブロックの中から、動被写体等の、グローバルモーションに適合しにくいブロックの動きベクトルを徐々に排除しながら、最小自乗法を用いて、グローバルモーションのパラメータの収束を図る方法である。
上述の実施形態では、ローカル動きベクトル算出部154では、階層化ブロックマッチングを行って、基底面におけるローカル動きベクトルLMVを算出した。そして、動きベクトル信頼性指標値算出部156では、当該基底面のローカル動きベクトルLMVの信頼性指標Ftを算出した。また、グローバル動きベクトル算出部157では、この基底面のローカル動きベクトルLMVについて、その信頼性指標値Ftを用いて信頼性の高いローカル動きベクトルLMVを抽出し、当該信頼性の高いローカル動きベクトルLMVを用いてグローバル動きベクトルGVMを算出するようにした。
この計算式(式16)で求めたピクセル精度のSAD値の最小値SXminがSADテーブル上で取るX座標が、ピクセル精度の縮小面SAD値の最小値となるX座標Vxとなる。
以上のようにして、二次曲線の近似を、X方向およびY方向の2回、行うことで、ピクセル精度の高精度の縮小面動きベクトル(Vx、Vy)が求まる。
上述の実施形態においては、この発明を、静止画撮影時において検出される動きベクトルの信頼性を判定する場合に適用したが、この発明は、動画撮影時において検出される動きベクトルの信頼性を判定する場合にも、勿論適用できる。
Claims (18)
- 画像中において設定された、複数の画素からなる所定の大きさのブロックの複数個のそれぞれについて、前記ブロック毎の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
前記動きベクトル検出手段で検出された前記複数個のブロックについての複数個の動きベクトルから、アフィンパラメータの少なくとも1つを、前記画像の変位軸についての変数の関数とした拡張したアフィン変換を用いて収束演算をし、前記画像全体に加わっている変形を表わすグローバルモーションを算出するグローバルモーション算出手段と、
を備える画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記グローバルモーション算出手段での初期収束演算においては、前記動きベクトル検出手段で検出された前記複数個のブロックについての複数個の動きベクトルから、固定係数のアフィンパラメータを用いる通常のアフィン変換を用いて収束演算をし、前記拡張したアフィン変換を用いた収束演算は、前記初期収束演算の後に開始する画像処理装置。 - 請求項2に記載の画像処理装置において、
グローバルモーション算出手段は、
前記通常のアフィン変換を用いて収束演算によりグローバルモーションを求めたときの前記アフィンパラメータを用いて、前記複数個のブロックについての理想的な動きベクトルを算出し、前記理想的な動きベクトルのそれぞれと、前記動きベクトル検出手段で検出された前記複数個のブロックについての動きベクトルとの差の最大値および/または前記差の平均値を算出する手段と、
前記差の最大値および/または前記差の平均値が、予め定められている閾値よりも小さくなったときに、前記通常のアフィン変換を用いる収束演算から、前記拡張したアフィン変換を用いる収束演算に切り替える手段と、
を備える画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記動きベクトル検出手段は、
ターゲット画面中において設定された前記ブロックに対応するターゲットブロックのそれぞれと、前記ターゲット画面とは異なる参照画面において設定された前記ブロックに対応する参照ブロックであって、1つのターゲットブロックについて、設定されたサーチ範囲において複数個設定される前記参照ブロックとの相関値を求める相関値算出手段と、
前記相関値算出手段で算出された相関値の最大値と、前記最大値を除く相関値のうちの極大値とを求める手段と、
前記相関値の最大値が算出された前記参照ブロックの前記ターゲットブロックに対するずれとして前記ターゲットブロックの動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
前記相関値の最大値と、前記最大値を除く相関値のうちの極大値との差を、前記動きベクトル検出手段で検出した前記動きベクトルの信頼性の指標として算出する手段と、
を備え、
前記グローバルモーション算出手段は、
前記動きベクトルの信頼性の指標で重み付けを行なった前記動きベクトルを用いて、前記グローバルモーションの算出演算を開始する
画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記動きベクトル検出手段は、
ターゲット画面中において設定された前記ブロックに対応するターゲットブロックのそれぞれと、前記ターゲット画面とは異なる参照画面において設定された前記ブロックに対応する参照ブロックであって、1つのターゲットブロックについて、設定されたサーチ範囲において複数個設定される前記参照ブロックとの相関値を求める相関値算出手段と、
前記相関値算出手段で算出された相関値の最大値と、前記最大値を除く相関値のうちの極大値とを求める手段と、
前記相関値の最大値が算出された前記参照ブロックの前記ターゲットブロックに対するずれとして前記ターゲットブロックの動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
前記相関値の最大値と、前記最大値を除く相関値のうちの極大値との差を、前記動きベクトル検出手段で検出した前記動きベクトルの信頼性の指標として算出する手段と、
を備え、
前記グローバルモーション算出手段は、
前記動きベクトルの信頼性を用いて、前記動きベクトルの信頼性を判定する手段を備え、
前記判定の結果、信頼性が高いと判定された動きベクトルのみを用いて、前記グローバルモーションの算出演算を開始する
画像処理装置。 - 請求項2に記載の画像処理装置において、
前記動きベクトル検出手段は、
ターゲット画面中において設定された前記ブロックに対応するターゲットブロックのそれぞれと、前記ターゲット画面とは異なる参照画面において設定された前記ブロックに対応する参照ブロックであって、1つのターゲットブロックについて、設定されたサーチ範囲において複数個設定される前記参照ブロックとの相関値を求める相関値算出手段と、
前記相関値算出手段で算出された相関値の最大値と、前記最大値を除く相関値のうちの極大値とを求める手段と、
前記相関値の最大値が算出された前記参照ブロックの前記ターゲットブロックに対するずれとして前記ターゲットブロックの動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
前記相関値の最大値と、前記最大値を除く相関値のうちの極大値との差を、前記動きベクトル検出手段で検出した前記動きベクトルの信頼性の指標として算出する手段と、
を備え、
前記グローバルモーション算出手段での初期収束演算は、
前記動きベクトルの信頼性の指標で重み付けを行なった前記動きベクトルを用いて、前記グローバルモーションの算出演算を開始する
画像処理装置。 - 請求項2に記載の画像処理装置において、
前記動きベクトル検出手段は、
ターゲット画面中において設定された前記ブロックに対応するターゲットブロックのそれぞれと、前記ターゲット画面とは異なる参照画面において設定された前記ブロックに対応する参照ブロックであって、1つのターゲットブロックについて、設定されたサーチ範囲において複数個設定される前記参照ブロックとの相関値を求める相関値算出手段と、
前記相関値算出手段で算出された相関値の最大値と、前記最大値を除く相関値のうちの極大値とを求める手段と、
前記相関値の最大値が算出された前記参照ブロックの前記ターゲットブロックに対するずれとして前記ターゲットブロックの動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
前記相関値の最大値と、前記最大値を除く相関値のうちの極大値との差を、前記動きベクトル検出手段で検出した前記動きベクトルの信頼性の指標として算出する手段と、
を備え、
前記グローバルモーション算出手段は、
前記動きベクトルの信頼性を用いて、前記動きベクトルの信頼性を判定する手段を備え、
前記判定の結果、信頼性が高いと判定された動きベクトルのみを用いて、前記グローバルモーションの初期収束演算を開始する
画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記グローバルモーション算出手段は、
収束演算によりグローバルモーションを求めたときの前記アフィンパラメータを用いて、前記複数個のブロックについての理想的な動きベクトルを算出し、前記理想的な動きベクトルのそれぞれと、前記検出手段で検出された前記複数個のブロックについての動きベクトルとの差の最大値を算出する手段を備え、
前記グローバルモーション算出手段における前記収束演算は、最小自乗法を用いると共に、前記差の最大値であるブロックの動きベクトルを除去して次回の演算を行なう繰り返し演算を用いる
画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記グローバルモーション算出手段は、
収束演算によりグローバルモーションを求めたときの前記アフィンパラメータを用いて、前記複数個のブロックについての理想的な動きベクトルを算出し、前記理想的な動きベクトルのそれぞれと、前記検出手段で検出された前記複数個のブロックについての動きベクトルとの差を算出する手段を備え、
前記グローバルモーション算出手段における前記収束演算は、最小自乗法を用いると共に、前記差の値が、予め定められた閾値以上であるブロックの動きベクトルを除去して次回の演算を行なう繰り返し演算を用いる
画像処理装置。 - 請求項8に記載の画像処理装置において、
前記グローバルモーション算出手段は、
前記差の最大値に加えて、前記差の平均値を算出する手段と、
前記差の最大値と前記差の平均値とから、前記繰り返し演算の収束完了を判断する手段と、
を備える画像処理装置。 - 請求項9に記載の画像処理装置において、
前記グローバルモーション算出手段は、
前記差の最大値と、前記差の平均値とを算出する手段と、
前記差の最大値と前記差の平均値とから、前記繰り返し演算の収束完了を判断する手段と、
を備える画像処理装置。 - 請求項10に記載の画像処理装置において、
前記グローバルモーション算出手段は、前記繰り返し演算により除去された後の残存する動きベクトル数が、予め定めた値よりも少なくなったときに、グローバルモーションの算出処理を打ち切る
画像処理装置。 - 請求項11に記載の画像処理装置において、
前記グローバルモーション算出手段は、前記繰り返し演算により除去された後の残存する動きベクトル数が、予め定めた値よりも少なくなったときに、グローバルモーションの算出処理を打ち切る
画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記動きベクトル検出手段での前記ブロック毎の動きベクトルの検出は、前記画像を縮小した縮小画像を用いて行なう画像処理装置。 - 請求項14に記載の画像処理装置において、
前記動きベクトル検出手段においては、前記縮小画像において、前記相関値の最大値と、前記相関値の最大値のブロックの近傍の参照ブロックについて求められた相関値とを用いて補間処理を行い、その補間処理結果に基づいて前記ブロック毎の動きベクトルを検出する画像処理装置。 - 画像中において設定された、複数の画素からなる所定の大きさのブロックの複数個のそれぞれについて、前記ブロック毎の動きベクトルを検出する動きベクトル検出工程と、
前記動きベクトル検出工程で検出された前記複数個のブロックについての複数個の動きベクトルから、アフィンパラメータの少なくとも1つを、前記画像の変位軸についての変数の関数とした拡張したアフィン変換を用いて収束演算をし、前記画像全体に加わっている変形を表わすグローバルモーションを算出するグローバルモーション算出工程と、
を備える画像処理方法。 - 請求項16に記載の画像処理方法において、
前記グローバルモーション算出工程での初期収束演算においては、前記動きベクトル検出手段で検出された前記複数個のブロックについての複数個の動きベクトルから、固定係数のアフィンパラメータを用いる通常のアフィン変換を用いて収束演算をし、前記拡張したアフィン変換を用いた収束演算は、前記初期収束演算の後に開始する画像処理方法。 - 請求項17に記載の画像処理方法において、
グローバルモーション算出工程は、
前記通常のアフィン変換を用いて収束演算によりグローバルモーションを求めたときの前記アフィンパラメータを用いて、前記複数個のブロックについての理想的な動きベクトルを算出し、前記理想的な動きベクトルのそれぞれと、前記動きベクトル検出工程で検出された前記複数個のブロックについての動きベクトルとの差の最大値および/または前記差の平均値を算出する工程と、
前記差の最大値および/または前記差の平均値が、予め定められている閾値よりも小さくなったときに、前記通常のアフィン変換を用いる収束演算から、前記拡張したアフィン変換を用いる収束演算に切り替える工程と、
を備える画像処理方法。
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