JP2014017839A - 動きのアーティファクトを自動補正する方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カメラの動きによって生じた線状の動きのアーティファクトと、局部的な動きのアーティファクトとが、自動的にかつ区別をつけて検出される。局部的な動きのアーティファクトは例えば、内視鏡手術あるいは他の手術において、画像フィールドの中における外科用具あるいは患者の動きによって生じることがある。カメラの動きと局部的な動きとの双方について画像が自動的に補正された後に、その画像は観察のために表示される。
【選択図】図4
Description
この発明は、内視鏡手術あるいは他の手術から得られた飛越し走査方式のビデオおよび画像、スポーツの静止フレームあるいは他のビデオを改善する方法およびシステムに関するものである。特に、この発明の方法およびシステムは、録画用装置、対象物あるいはこれら両者が独立して動く飛越し走査方式のビデオおよび画像を改善することに関するものである。この発明は、いっそう詳しくは、カメラの動きによってもたらされたアーティファクト(artifact)および対象物の動きによってもたらされたアーティファクトを自動的に補正するための方法およびシステムに関するものである。
テレビ・ビデオ技術は、人間の眼を欺いて、テレビ信号あるいはビデオ信号が起きている出来事を正確に反映すると信じさせるためのトリックに永い間依存してきた。例えば、NTSC(国立テレビ放送規格委員会)規格のような従来のビデオ技術では、単一の画像あるいはフレームが1/60秒ずれて撮られた2つのフィールドからなる「飛越し走査方式のビデオ」(interlaced video)が用いられている。それぞれのフレームには、2つのフィールドに分けられた525本の走査線が含まれている。第1の、すなわち奇数のフィールドは、奇数の番号が付けられた線(例えば、1,3……525)からなり、第2の、すなわち偶数のフィールドは、偶数の番号が付けられた線(例えば、2,4……524)から形成されている。これら2つのフィールドは、フレームの表示の際に、奇数番号の走査線が偶数番号の走査線の間に挿入されるように飛越し走査されるが、これらのフィールドは、人間が一方の手の指を他方の手の指にからみ合わせるときに起きるであろうからみ合わせにきわめて似ている。それぞれのフレームは、(偶数および奇数の)それぞれが1/60秒ずれて捕捉された2つの飛越し走査フィールドから構成されているので、これらのフレーム自体は、1秒当たり30フレームの割合で捕捉される。
この発明によれば、内視鏡的処置あるいは他の医療的および外科的処置から得られたビデオおよび画像、スポーツの静止フレームあるいは、録画用装置、対象物あるいはこれら両者が独立して動く他のビデオを改善する方法およびシステムが提供される。
すなわち、この発明の1つの観点によれば、
第1ラスターフィールドと飛越し走査された第2ラスターフィールドとを有している、飛越し走査方式のビデオ画像の完全なフレームを捕捉し、
カメラの動きを自動的に補正し、
対象物の動きを自動的に補正し、かつ、
カメラの動きおよび対象物の動きの補正ずみ画像を表示することからなる、
録画用カメラによって捕捉された飛越し走査方式のビデオ画像における動きのアーティファクトを自動補正する方法が提供される。
ここで、カメラの動きの自動的補正は、捕捉フレームがカメラの動きのアーティファクトを含んでいるかどうかを判定することからなっていてもよい。
また、カメラの動きの自動的補正は、第1ラスターフィールドにおける自己相関を第2ラスターフィールドに対して実行することからなっていてもよい。
ここで、第1および第2のラスターフィールドはそれぞれ、複数の画素を有し、第1ラスターフィールドにおける画素は、第2ラスターフィールドにおける画素からずれており、自己相関の実行は、第1ラスターフィールドにおける画素と第2ラスターフィールドにおける画素との間に2次元動きベクトルを創造することからなるものであってもよい。
2次元動きベクトルを創造することは、第1ラスターフィールドにおけるそれぞれの画素の第2ラスターフィールドにおける参照画素に対するX/Y座標についての最適相関値を配置することからなっていてもよい。
最適相関値の配置は、3×3の畳み込み検索の繰り返しの使用からなっていてもよい。
3×3の畳み込み検索の繰り返しの使用は、
(a)第1の特定のずれがX座標およびY座標の両方についてゼロであるときに、第1および第2のラスターフィールドにおける対応画素について第1相関値を決定し、
(b)第2の特定のずれがX座標について1でありかつY座標についてゼロであるときに、第2ラスターフィールドにおける対応画素の右側に位置する第1ラスターフィールドにおける画素について第2相関値を決定し、
(c)第1相関値と第2相関値との間の差を算出し、
(d)これらの値の間の差を2乗し、
(e)第1ラスターフィールドにおけるすべての画素について第2ラスターフィールドにおける画素に対してステップ(a),(b),(c)および(d)を繰り返し、
(f)第1の特定のずれでの相関値と第2の特定のずれでの相関値との間における差の2乗を加算し、かつ、
(g)第1ラスターフィールドを第2ラスターフィールドに対してずらすための最適相関値をもたらすために、第1ラスターフィールドにおける画素と第2ラスターフィールドにおける画素との間の最小差を創造する相関値を決定することからなっていてもよい。
上記の2次元動きベクトルを創造することは、第2ラスターフィールドにおける参照画素から所定数の画素よりも多くずれていることが判定された第1ラスターフィールドにおけるそれぞれの画素に対するX/Y座標についての値を配置することからなっていてもよい。
上記の所定数の画素は、10〜20画素の範囲内にあってもよい。
上記カメラの動きの自動的補正は、合成的第1ラスターフィールドを第2ラスターフィールドの複製によって創造することからさらになっていてもよい。
上記カメラの動きの自動的補正は、2次元動きベクトルによって決定された自己相関に係る補正位置のある完全捕捉フレームの中に合成的第1ラスターフィールドを創造するために第2ラスターフィールドを複製することからさらになっていてもよい。
対象物の動きの自動的補正は、捕捉フレームの中における対象物の動きの領域を自動的に識別するために対象物動きマップを演算することからなっていてもよい。
ここで、対象物動きマップの演算は、
(a)第1ラスターフィールドについて実際の画素値を決定し、
(b)第1ラスターフィールドについて予測された画素値を第2ラスターフィールドから演算し、
(c)捕捉フレームの別々の領域における第1ラスターフィールドと第2ラスターフィールドとの間の差を決定するために、第1ラスターフィールドについて予測された画素値と実際の画素値とを比較し、
(d)第1ラスターフィールドと第2ラスターフィールドとの間の差が比較的大きい捕捉フレームの領域を識別し、かつ、
(e)対象物動きマップを創造するために、第1ラスターフィールドと第2ラスターフィールドとの間の比較的大きい差を2乗することからなっていてもよい。
対象物動きマップの演算は、その対象物動きマップの中における大きい差の領域にハーフハイトのグレースケール画像マップを創造するために、捕捉フレームの第1および第2のラスターフィールドを巻き込むことと、第1ラスターフィールドと第2ラスターフィールドとの間の差が比較的小さい捕捉フレームの非補正領域を残すこととからさらになっていてもよい。
対象物の動きの自動的補正は、対象物の動きの補正を適用するための捕捉フレームにおける領域の輪郭を描くために、2値対象物位置決めマップを創造することからさらになっていてもよい。
ここで、2値対象物位置決めマップの創造は、
(a)第1ラスターフィールドについて予測された画素値と実際の画素値との間のしきい値差を設定し、
(b)グレースケール画像マップにおけるそれぞれの画素をそのしきい値差と比較して、そのしきい値差を超える画素の数を合計し、
(c)グレースケール画像マップにおける3つ以下の隣接画素がそのしきい値差より大きいときには、そのグレースケール画像マップからそれらの画素を除去し、かつ、
(d)4つ以上の隣接画素がそのしきい値差よりも大きいときには、それらの画素をそのグレースケール画像マップの中に残しておくことからなるものであってもよい。
上記しきい値差は、約20〜約150IRE輝度単位の範囲内にあってもよい。
上記しきい値差は、40〜100IRE輝度単位の範囲内にあってもよい。
対象物の動きの自動的補正は、対象物の動きの領域におけるグレースケール画像マップから除去された画素を置換することによって2値対象物位置決めマップを調整することからさらになっていてもよい。
ここで、対象物の動きの領域は、画素のある境界を形成するために除去された画素を有しており、2値対象物位置決めマップの調整が、
(a)対象物の動きの除去ずみ領域における境界にある画素から2次元ベクトルを演算し、
(b)対象物の動きの領域から除去された画素をその2次元ベクトルで置換し、かつ、
(c)なめらかなエッジのある補正画像を創造するために、対象物の動きの除去ずみ領域における境界からさらに1画素離れた位置でその2次元ベクトルを演算することによってステップ(a)および(b)を繰り返すことからなるものであってもよい。
対象物の動きの除去ずみ領域における境界にある画素からの2次元ベクトルの演算は、対象物の動きの除去ずみ領域における境界を識別することと、その境界における画素に隣接する画素を一度に1つ、2方向で検出することとからなるものであってもよい。
対象物の動きの自動的補正は、処理ずみ補正画像を演算することからさらになっていてもよい。
ここで、処理ずみ補正画像の演算は、調整されたマップを使って対象物の動きが最大である捕捉フレームにおける領域を表示することと、対象物の動きが最大である捕捉フレームにおける領域の中において補正ずみ第1ラスターフィールドから補正ずみ第2ラスターフィールドを演算することとからなるものであってもよい。
この発明の1つの観点による上記方法は、カメラの動きと対象物の動きとについて補正された処理ずみ画像を表示することからさらになっていてもよい。
この発明の1つの観点による上記方法は、カメラの動きを自動的に補正した後に対象物の動きを自動的に補正することからさらになっていてもよい。
この発明の1つの観点による上記方法は、飛越し走査方式のビデオ画像の完全なフレームの捕捉が、外科的処置の間に得られたビデオ画像を捕捉することからなっていてもよい。
この発明の別の観点によれば、
第1ラスターフィールドと飛越し走査された第2ラスターフィールドとを有し、第1および第2のラスターフィールドのそれぞれが複数の画素を有している、飛越し走査方式のビデオ画像の完全なフレームを捕捉し、
第1ラスターフィールドにおける画素と第2ラスターフィールドにおける画素との間に最適相関値を配置し、
最適相関値から2次元動きベクトルを創造し、
2次元動きベクトルに係る補正位置における完全捕捉フレームの中に第2ラスターフィールドを複製することによって合成的第1ラスターフィールドを創造し、
第1ラスターフィールドと第2ラスターフィールドとの間の画素値における差が比較的大きい捕捉フレームの領域を識別するために対象物動きマップを演算し、
対象物について補正を施すための捕捉フレームの領域の輪郭を描くために2値対象物位置決めマップを創造し、
隣接画素の数があらかじめ設定されたしきい値を超えるときに2値対象物位置決めマップからそれらの画素を除去し、
除去された画素を置換することによって2値対象物位置決めマップを調整し、
処理ずみ補正画像を演算し、かつ、
カメラの動きおよび対象物の動きの補正ずみ画像を表示することからなる、
録画用カメラによって捕捉された飛越し走査方式のビデオ画像における動きのアーティファクトを自動補正する方法が提供される。
この発明のさらに別の観点によれば、
ビデオ画像の完全なフレームを捕捉するための録画用カメラ、
ライブビデオ画像とビデオ画像の捕捉フレームとを処理するためのディジタル捕捉ユニット、
カメラの動きを自動的に補正するための第1フィルター、
対象物の動きを自動的に補正するための第2フィルター、および
画像を表示するためのビデオモニターを備えてなる、
飛越し走査方式のライブビデオ画像における動きのアーティファクトを自動補正するシステムが提供される。
ここで、完全なフレームのそれぞれは、第1ラスターフィールドと飛越し走査方式の第2ラスターフィールドとを有し、それぞれのフィールドは、複数の画素を備え、カメラの動きを自動的に補正するための第1フィルターは、
自己相関によって作り出された第1ラスターフィールドと第2ラスターフィールドとの間における2次元動きベクトル、および
この2次元動きベクトルに係る完全捕捉フレームにおける補正位置において第2ラスターフィールドを複製することによって作り出された合成的第1ラスターフィールド
を備えていてもよい。
対象物の動きを自動的に補正するための第2フィルターは、
対象物の動きの領域を識別するために演算された対象物動きマップ、
対象物の動きの領域における画素を除去するための2値対象物動きマップ、
除去された画素を置換することによって調整された2値対象物動きマップ、および
対象物の動きが最大である領域において第1ラスターフィールドから補正された第2ラスターフィールドを演算することによって補正された捕捉フレーム
を備えてなるものであってもよい。
また、画像を表示するためのビデオモニターは、カメラの動きおよび対象物の動きの補正の前および後に表示された画像を備えていてもよい。
この発明のさらに別の観点によるシステムは、ライブビデオ画像を静止化するとともに静止化された画像をビデオモニターに表示するための静止化モードをさらに備えていてもよい。
このシステムは、静止化された画像をディジタル捕捉ユニットによってディジタル方式で捕捉するための捕捉モードをさらに備えていてもよい。
ここで、ディジタル捕捉ユニットは、内部一時記憶容量を有し、このシステムは、ディジタル捕捉ユニットの内部一時記憶容量の中にカメラの動きと対象物の動きとについて補正された画像をセーブするためのセーブモードをさらに備えていてもよい。
このシステムは、携帯用記憶媒体に画像を永久的にセーブするための媒体書込装置を有し、携帯用記憶媒体にカメラの動きと対象物の動きとについて補正された画像を永久的にセーブするための書込モードをさらに備えていてもよい。
この明細書に記載されたこの発明の実施態様の一例は、録画用カメラによって捕捉された飛越し走査方式のビデオ画像における動きのアーティファクトの自動補正方法である。このような実施態様には、飛越し走査方式のビデオ画像の完全なフレームを捕捉し、カメラの動きを自動的に補正し、対象物の動きを自動的に補正し、かつ、カメラの動きおよび対象物の動きについて補正された画像を表示することが含まれていてもよい。
この発明に係る自動動き補正の方法およびシステムは、広範囲の用途に用いることができる。これらの用途の例には、内視鏡的処置あるいは他の医療的および外科的処置から得られたビデオおよび画像、スポーツの静止フレームあるいは、カメラおよび対象物が独立して動く他のビデオが含まれる。この発明は、NTSC、PALおよび他の飛越し走査方式のビデオ信号源が含まれる、さまざまなビデオ信号フォーマットで用いることができる。加えて、この発明は、さまざまなハードウェア用途で用いることができる。
0 1 0
0 −2 0
0 1 0
の参照画像が用いられる。
1 0 1
0 −4 0
1 0 1
あるいは
1 1 1
0 −6 0
1 1 1
のような任意の同値畳み込み核を用いてもよい。
Claims (1)
- 第1ラスターフィールドと飛越し走査された第2ラスターフィールドとを有している、飛越し走査方式のビデオ画像の完全なフレームを捕捉し、
カメラの動きを自動的に補正し、
対象物の動きを自動的に補正し、かつ、
カメラの動きおよび対象物の動きの補正ずみ画像を表示することからなる、
録画用カメラによって捕捉された飛越し走査方式のビデオ画像における動きのアーティファクトを自動補正する方法。
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