JP2010009417A - 画像処理装置、画像処理方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の画像5と第2の画像6a〜6cを受け取り、第1の画像に対する第2の画像の座標位置及び第1のカメラの撮像方向に対する第2のカメラの撮像方向の差を演算する撮像情報演算部11と、座標位置に基づいて、第2の画像の座標位置に対応する第1の画像の一部をズームして低域画像7を生成するズーム変換部12と、第1のカメラの撮像方向に対する第2のカメラの撮像方向の差に基づいて、第2のカメラの視点を第1のカメラの視点に合わせて変換した視点変換画像を生成し、視点変換画像のずれを演算する視点変換部13と、第2の画像から所定の周波数帯域以上の周波数成分からなる高域画像を取り出し、低域画像7に対する視点変換画像のずれをなくすように合成画像を生成する画像合成部14を備える。
【選択図】図2
Description
この方式では、仮想焦点102を基準とした撮像方向の延長線上に3台のカメラ101a〜101cが配置される。なお、撮像方向は、各カメラの光軸に一致する。そして、複数の光軸が交わる点を仮想的な「カメラアレイ(複数台のカメラ)の視点」とする。複数のカメラで撮像した画像を合成する場合、「カメラアレイの視点」と、「各カメラの視点」の2つの視点について留意しなければならない。ここで、「各カメラの視点」を一致させる方式は2種類あり、これらの方式を「視点一致方式」とも称している。第1の方式としては、物理的に1枚のレンズでリレー光学系を用いて撮影する方式がある。第2の方式としては、隣り合う画像が重なる共通部分を一切持たないで、各カメラが各画角を担当して撮影する方式がある。これら2種類の視点一致方式以外の方式を用いて「各カメラの視点」を一致させようとしても、カメラ毎にレンズの大きさが異なるため困難となる。
特許文献1は、高品位表現及び低品位表現で学習させた品位向上関数を用いて、画像データ、ビデオデータ及び音声データの品位を向上させる技術について開示されている。
図28は、従来の画像処理装置110の構成例を示すものである。
画像処理装置110は、狭い画角で被写体を撮像する第1のカメラが生成する高解像度画像121を入力とし、所定の周波数帯域以下の低域画像122を抽出する低域抽出部(LPF:Low Pass Filter)111を備える。図28では、各処理ブロックとともに、高解像度画像121と低域画像122について、横軸を周波数、縦軸を周波数のゲインとしたヒストグラムを併記する。
始めに、低域抽出部111は、広画角で撮像された低解像度の画像123の低域まで狭画角で撮像された高解像度画像121の帯域を落として、低域画像122を抽出する(ステップS101)。次に、学習部112は、高解像度画像121と、低域抽出部111で抽出された低域画像122の間で学習を行い、パラメータ設定部113は、パラメータを求める(ステップS102)。
撮像方向の差に基づいて、複数の第2の画像を、第2のカメラの視点を第1のカメラの視点に合わせて変換した視点変換画像を生成し、第1の画像及び視点変換画像をマッチングして、第1の画像に対する視点変換画像の位相のずれを演算する。
第2の画像から所定の周波数帯域以上の周波数成分からなる高域画像を取り出し、第1の画像に対する視点変換画像のずれをなくすように、第1の画像に対応する座標位置に高域画像を貼り合わせて合成画像を生成する。
図1は、本例の画像処理システム1の構成例を示す。
画像処理システム1は、第1の画角で所定の範囲を撮像し、第1の画像5を生成する第1のカメラ2と、第1の画角に比べて狭い第2の画角で所定の範囲の一部を撮像し、第2の画像6a〜6cを生成する第2のカメラ3a〜3cを備える。第1の画像5と第2の画像6a〜6cは、複数の画像を合成して広い範囲でありながら高解像度の画像を生成する画像処理装置10に供給される。画像処理装置10が生成した合成画像は、プロジェクタ装置等からなる表示装置20に出力される。表示装置20は、入力された合成画像30をスクリーンに投影する。
図2は、画像処理装置10の内部構成例を示す。
画像処理装置10は、第1のカメラ2から入力された第1の画像5と、第2のカメラ3a〜3cから入力された第2の画像6a〜6cを取得する撮像情報演算部11を備える。撮像情報演算部11は、第1の画像5に対する第2の画像6a〜6cの座標位置を演算する。また、撮像情報演算部11は、第2の画像6a〜6cに基づいて、第1のカメラ2の撮像方向に対する第2のカメラ3a〜3cの撮像方向の差を演算する。これら座標位置と撮像方向の差を「撮像情報」と称する。
まず、撮像情報演算部11は、第1の画像5と第2の画像6a〜6cに含まれる周波数成分に基づいて画像間の相関を計測する。ここで、「相関」とは、第1の画像5に対する第2の画像6a〜6cの位置関係を表す。そして、撮像情報演算部11は、第1の画像5に対する第2の画像6a〜6cの座標位置を求める。また、第1のカメラ2の撮像方向に対する第2のカメラ3a〜3cの撮像方向を求める。第1の画像5のうち、第2の画像6a〜6cに対応する画素領域に画角を合わせ、第1の画像5の一部をズームするためのズーム率を求める。撮像情報演算部11は、求めたズーム率をズーム変換部12と帯域分離部15に供給する。
そして、補償ベクトル演算部17は、マッチング部16で行ったブロックマッチングから補償ベクトルを演算する。この結果、第2のカメラ3a〜3cの視点を、第1のカメラ2の視点に合わせることができる。
減算部18は、第2の画像6a〜6cから低域画像8a〜8cをそれぞれ減ずる。この結果、高域成分のみからなる高域画像9a〜9cが得られる。
第1の画像5の輝度は、輝度ヒストグラム31として示される。輝度ヒストグラム31には、第1の画像5全体の輝度分布32と、第2の画像6aが撮像する範囲の輝度分布33が示される。第2の画像6a全体の輝度は、輝度ヒストグラム35として示される。輝度分布33,36はスケールが異なるものの同じ輝度分布を表している。
図4において、第1のカメラ2と第2のカメラ3a〜3cの配置は、図1と同様である。例えば、被写体を詳しく見るときは、第2のカメラ3bをズームし、他の第2のカメラ3a,3cをズームアウトしてもよい。そして、第1のカメラ2で広範囲を撮像している範囲内で動く物体を見つけた場合に、第2のカメラ3bをズームしてこの物体を撮像できる。このため、カメラ毎にズーム率を変えられることが必要となる。
一方、第2のカメラ3a〜3cは、それぞれズーム率を変えた画角は、元のズーム率における画角に比べて狭くなる。このため、元のズーム率で撮像可能であった領域22に比べて、ズーム率の変化後の領域21は狭くなるが、より高解像度の画像が得られる。
第2のカメラ3a〜3cは、ズーム率を変えることで、撮像領域毎に解像度を自由に変えて撮像できる。
(2)視点の場合
第2のカメラ3a〜3cは、対象となる被写体に合わせて視点を自由に変えて撮像できる。
(3)ホワイトバランス(色味)の場合
第2のカメラ3a〜3cは、被写体の色彩に合わせて撮像領域毎にホワイトバランスを自由に変えて撮像できる。
(4)輝度の場合
第2のカメラ3a〜3cは、オートゲインなどを用いて撮像領域毎に輝度を自由に変えて撮像できる。
(5)フォーカスの場合
第2のカメラ3a〜3cは、被写体までの距離に応じて撮像領域毎に焦点を自由に変えて撮像できる。
本例では、第1のカメラ2のパラメータに関する情報を「共通情報」としている。共通情報とは第1のカメラ2と第2のカメラ3a〜3cの全体で基準となる情報であり、主に、第1のカメラ2に対する第2のカメラ3a〜3cの差を示す。この共通情報を用いると、各カメラで撮像した複数の画像を繋ぐときにカメラ毎の個体差、視差等の影響を除くことができる。ただし、共通情報は広範囲を撮像して得られる情報であるため解像度は非常に低くなる。
本例では、第1のカメラ2の視点と第1の画像5の色味を基準として、第2の画像6a〜6cを重ねる。第1のカメラ2の画角は広いため、第1の画像5は低解像度である。一方、第2のカメラ3a〜3cは、画角が狭く、第1の画像5の一部をズームして撮像するため、第2の画像6a〜6cは高解像度である。
第1のカメラ2の視点、色味、輝度、フォーカスは、第1の画像5に第2の画像6a〜6cを重ねる際の基準となる共通情報として用いられる。また、第2のカメラ3a〜3cの色味、輝度、フォーカスは、カメラ毎に特性が異なる。
個別情報は、第1のカメラ2に第2のカメラ3a〜3cの特性を合わせるために用いられる解像度、視点、色味、輝度、フォーカスに関する情報である。
本例において、第2のカメラ3a〜3cと同じ高解像度の画像を得ることを目的とする。また、第1のカメラ2が設置された位置を一つの視点とした場合に、第2のカメラ3a〜3cが設置された位置を第1のカメラ2の視点に一致させる。そして、低解像度の第1の画像5に比べて、第2の画像6a〜6cは詳細な色情報を有する。また、低輝度の輝度情報しか持たない第1の画像5に比べて、第2の画像6a〜6cは高輝度の輝度情報を持つ。また、第2のカメラ3a〜3cは、被写体が含まれる撮像領域毎にフォーカスを合わせる。
始めに、画像処理装置10は、第1のカメラ2から第1の画像5を取得し、第2のカメラ3a〜3cから第2の画像6a〜6cを取得する(ステップS1)。
始めに、画像処理装置10は、第1のカメラ2から第1の画像5を取得し、第2のカメラ3a〜3cから第2の画像6a〜6cを取得する(ステップS11)。
図9では、第1の画像5の輝度グラフを実線で示し、目標輝度値の輝度グラフを破線で示す。第1の画像5は低解像度であるため、物体A,Bの境界は不明瞭である。このため、第1の画像5の輝度グラフは、物体A,Bの境界付近では、輝度値が緩やかに高くなる。
図10では、第2の画像6aの輝度グラフを実線で示す。本例における第2の画像6aは、物体Aに注目して撮像しているとすると、物体Aの画像が第2の画像6aに多く含まれる。そして、物体A,Bは、高解像度の画像として撮像されるため、物体A,Bの境界付近の輝度は急激に変化する。つまり、物体A,Bのコントラスト比が高いと言える。
ここでは、第1の画像5と第2の画像6aに共通する座標に含まれる1つの輝度値を足し合わせる例について説明する。目標輝度値41は、第1の画像5に示される撮像領域を撮像した場合に求められる理想的な輝度値を示す。そして、第1の画像5の輝度値44に、第2の画像6aの高域成分の差分値43を加算することで合成画像の輝度値42が求まる。
図12では、第2の画像6aの輝度グラフを破線で示し、第2の画像6aの低域成分の輝度グラフを実線で示す。そして、各X座標において、第2の画像6aの輝度値に対する第2の画像6aの低域成分の輝度値の差分を差分値として、上下方向の矢印で示す。
本例では、帯域分離部15を用いて、第2の画像6aの低域成分を取り出すことによって、図10に示した第2の画像6aの輝度グラフの起伏が緩やかに変化することが分かる。
図13では、X座標毎に、図12に示した差分値を示す。ここで、第2の画像6aの輝度値から第2の画像6aの低域成分の輝度値を減じて得られる高域成分が、プラスの値であれば、輝度がゼロより高く、マイナスの値であれば、輝度がゼロより低くなる。
図14では、第1の画像5の輝度グラフを実線で示し、合成画像の輝度グラフを太い破線で示し、目標輝度値の輝度グラフを細い破線で示す。矢印45は、補償ベクトルを表す。合成画像の輝度値は、図9で求めた第1の画像5の輝度グラフに対して、図13で求めた高域成分を足し合わせて得られる。このとき、合成画像の輝度グラフが目標輝度値の輝度グラフにほぼ一致することが分かる。このため、高解像度、かつ、コントラスト比が高い状態でありながら、広い領域を撮像した画像が得られる。
図15(a)は、合成画像の輝度グラフの例を示す。
図15(b)は、目標輝度に対する合成画像の差分の例を示す。
図15(a)では、第1の画像5の輝度グラフを実線で示し、合成画像の輝度グラフを太い破線で示し、目標輝度値の輝度グラフを細い破線で示す。複数台のカメラである被写体を撮像する場合、カメラ毎に視差が異なるため、単に画像を貼り合わせただけでは、第1の画像5に対して第2の画像6aがずれてしまう。
図16では、第1の画像5に第2の画像6aをマッチングして得られる合成画像の輝度グラフを太い破線で示し、目標輝度値の輝度グラフを細い破線で示す。
図16(a)は、合成画像の輝度グラフの例を示す。
図16(b)は、目標輝度に対する合成画像の差分の例を示す。
図16(a)では、合成画像の輝度グラフを太い破線で示し、目標輝度値の輝度グラフを細い破線で示す。
第1の画像5は、第1のカメラ2が被写体を撮像した画像である。本例の第1の画像5には、風景の写真を背景として、着物を着た人形と、クマのぬいぐるみが配置された被写体を撮像したものである。なお、第1の画像5には、第2の画像6a(後述の図19参照)の位置を示す黒枠を加えている。ただし、この黒枠は説明の便宜上設けるものであって、実際の第1の画像5に黒枠は表示されない。
第2の画像6aは、第2のカメラ3aが被写体(クマのぬいぐるみ)を撮像した画像である。このとき、第2のカメラ3aは、第1のカメラ2に比べて狭い画角でズームして被写体を撮像する。このため、第2の画像6aは、第1の画像5に比べて高解像度となる。
このときの画像は、撮像情報演算部11でマッチングする際の画像に相当する。図20においても、第2の画像6aを示す黒枠は便宜上設けるものであって、第1の画像5に黒枠は表示されない。この場合、クマのぬいぐるみが含まれる領域は、周りの領域と比べて高解像度であることが分かる。ただし、第1の画像5に対して、第2の画像6aは、位相がずれる(後述の図21参照)ため、輪郭は不鮮明となる。
本例では、帯域分離部15によって、第2の画像6aの低域成分が抽出されると、低域画像8aが生成される。低域画像8aは、輪郭がぼやけた状態の画像となる。
本例では、減算部18によって、第2の画像6aの高域成分が抽出されると、高域画像9aが生成される。高域画像9aは輪郭が見える程度の画像となる。
この画像は、画像処理装置10から表示装置20に出力される。高域成分からなる第2の画像6a(図23参照)を第1の画像5にマッピングしたものである。
この場合、被写体の一部画像25で視差が生じ、被写体と背景の境界が不明確となる。
例えば、第1の画像5の低域成分の輝度値が100、第2の画像6aの輝度値が140、第2の画像6aの高域成分の輝度値が130である場合を想定する。このとき、従来のリファレンス方式を用いると、輝度値が140となる。しかし、本例の画像処理装置10が行う画像合成方式では、輝度値が100+140−130=110となる。
図4に示した、第1のカメラ2と第2のカメラ3a〜3cの1つのユニットとして、複数のユニットを並べて配置したものである。本例では、さらに、第1のカメラ2より広い画角で被写体を撮像する第3のカメラ9を備える。ただし、基本的な動作は、第1のカメラ2と第2のカメラ3a〜3cの1つのユニットを用いた場合と同様である。
このとき、第3のカメラ9で撮像した画像40を基準として、画像40に対するずれを補正した状態で、各ユニットが撮像し、合成した画像が配置される。そして、多段構成でありながら高い解像度の合成画像が得られる。このため、高解像度でありながら歪みが生じないステレオ画像が得られるという効果がある。
Claims (11)
- 第1の画角で所定の範囲を撮像する第1のカメラが生成した第1の画像を取得すると共に、前記第1の画角より狭い第2の画角で前記所定の範囲の一部を撮像する複数の第2のカメラが生成した、前記第1の画像より高解像度である複数の第2の画像を取得し、前記第1の画像に対する前記複数の第2の画像の座標位置及び前記第1のカメラの撮像方向に対する前記複数の第2のカメラの撮像方向の差を撮像情報として演算する撮像情報演算部と、
前記撮像情報演算部で演算された前記撮像方向の差に基づいて、前記複数の第2の画像を、前記複数の第2のカメラの視点を前記第1のカメラの視点に合わせて変換した視点変換画像を生成し、前記第1の画像及び前記視点変換画像をマッチングして、前記第1の画像に対する前記視点変換画像の位相のずれを演算する視点変換部と、
前記複数の第2の画像から所定の周波数帯域以上の周波数成分からなる高域画像を取り出し、前記視点変換部で演算された前記第1の画像に対する前記視点変換画像の位相のずれをなくすように、前記第1の画像に対応する前記座標位置に前記高域画像を貼り合わせて合成画像を生成する画像合成部を備える
画像処理装置。 - 請求項1記載の画像処理装置において、
前記撮像情報演算部で演算された前記座標位置及び前記第1の画像の一部をズームするズーム率に基づいて、前記第2の画像の座標位置に対応する前記第1の画像の一部をズームしたズーム画像を生成するズーム変換部を備え、
前記視点変換部は、前記ズーム画像及び前記視点変換画像をマッチングして、前記第1の画像に対する前記視点変換画像の位相のずれを演算する
画像処理装置。 - 請求項2記載の画像処理装置において、
前記視点変換部は、
前記複数の第2の画像から前記所定の周波数帯域未満の複数の低域画像を分離する帯域分離部と、
前記ズーム変換部によってズームされた前記ズーム画像と前記帯域分離部によって分離された前記複数の低域画像をマッチングするマッチング部と、
前記マッチング部でマッチングされた前記ズーム画像及び複数の低域画像の位相のずれを補償ベクトルとして演算し、前記画像合成部に前記補償ベクトルを供給する補償ベクトル演算部を備え、
前記画像合成部は、
前記第2の画像の周波数成分から、前記帯域分離部で分離された前記複数の低域画像の周波数成分を減じて、前記高域画像を生成する減算部と、
前記補償ベクトル演算部から供給された前記補償ベクトルに基づいて位相のずれを補正して、前記ズーム画像に対応する前記座標位置に前記高域画像をマッピングするマッピング部を備える
画像処理装置。 - 請求項3記載の画像処理装置において、
前記マッチング部は、少なくとも色、輝度及び焦点のいずれかに関する情報を、前記ズーム画像に対する前記複数の低域画像の画素毎の特徴量が定まるパラメータとして求める
画像処理装置。 - 請求項4記載の画像処理装置において、
前記撮像情報演算部は、前記パラメータを、前記第1のカメラを基準とした共通情報として管理すると共に、前記共通情報に対する前記複数の第2のカメラの情報を個別情報として管理する
画像処理装置。 - 請求項5記載の画像処理装置において、
前記複数の低域画像は、前記ズーム画像に帯域を合わせた画像である
画像処理装置。 - 請求項5記載の画像処理装置において、
前記ズーム変換部で変換される前記第1の画像のズーム率は可変であって、
前記帯域分離部が分離する前記所定の周波数の値は、前記撮像情報演算部によって演算されるズーム率の逆数を乗じた値である
画像処理装置。 - 請求項6記載の画像処理装置において、
前記第2のカメラは、前記ズーム率によって撮像領域毎に解像度及び輝度を変え、被写体までの距離に応じて撮像領域毎に焦点を変え、撮像した画像の色彩に合わせて撮像領域毎にホワイトバランスを変え、被写体に対する視点を変える
画像処理装置。 - 第1の画角で所定の範囲を撮像する第1のカメラが生成した第1の画像を取得すると共に、前記第1の画角より狭い第2の画角で前記所定の範囲の一部を撮像する複数の第2のカメラが生成した、前記第1の画像より高解像度である複数の第2の画像を取得し、前記第1の画像に対する前記複数の第2の画像の座標位置及び前記第1のカメラの撮像方向に対する前記複数の第2のカメラの撮像方向の差を撮像情報として演算するステップと、
前記撮像方向の差に基づいて、前記複数の第2の画像を、前記複数の第2のカメラの視点を前記第1のカメラの視点に合わせて変換した視点変換画像を生成し、前記第1の画像及び前記視点変換画像をマッチングして、前記第1の画像に対する前記視点変換画像の位相のずれを演算するステップと、
前記複数の第2の画像から所定の周波数帯域以上の周波数成分からなる高域画像を取り出し、前記第1の画像に対する前記視点変換画像の位相のずれをなくすように、前記第1の画像に対応する前記座標位置に前記高域画像を貼り合わせて合成画像を生成するステップと、を含む
画像処理方法。 - 第1の画角で所定の範囲を撮像する第1のカメラが生成した第1の画像を取得すると共に、前記第1の画角より狭い第2の画角で前記所定の範囲の一部を撮像する複数の第2のカメラが生成した、前記第1の画像より高解像度である複数の第2の画像を取得し、前記第1の画像に対する前記複数の第2の画像の座標位置及び前記第1のカメラの撮像方向に対する前記複数の第2のカメラの撮像方向の差を撮像情報として演算するステップと、
前記撮像方向の差に基づいて、前記複数の第2の画像を、前記複数の第2のカメラの視点を前記第1のカメラの視点に合わせて変換した視点変換画像を生成し、前記第1の画像及び前記視点変換画像をマッチングして、前記第1の画像に対する前記視点変換画像の位相のずれを演算するステップと、
前記複数の第2の画像から所定の周波数帯域以上の周波数成分からなる高域画像を取り出し、前記第1の画像に対する前記視点変換画像の位相のずれをなくすように、前記第1の画像に対応する前記座標位置に前記高域画像を貼り合わせて合成画像を生成するステップと、を含む処理を
コンピュータに実行させるためのプログラム。 - 請求項10に記載のプログラムを記録した
記録媒体。
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