JP4508878B2 - 立体画像のためのビデオフィルタ処理 - Google Patents
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Description
各入力ピクセルに対して、当該入力ピクセルを前記関連する入力ピクセル深さの関数として変換入力ピクセルに変換すると共に、前記関連付けられたフィルタフットプリントを前記関連する入力ピクセル深さの関数として変換フィルタフットプリントに変換し、
複数の前記変換入力ピクセルに、前記変換フィルタフットプリントを用いて再構築フィルタ処理演算を実行する、
ことにより作成するように動作するビデオプロセッサと;前記出力画像を後のレンダリングのために供給する出力部とを含む。
Tutorial: Time-Multiplexed Stereoscopic Computer Graphics, March 1992]にも示されている。これら式から、x軸を観察点を経るラインに平行となるように選択することにより、P1及びP2のy座標は同一となるということが成り立つ。従って、O2から観察される画像を、O1から観察される画像から導出する場合に、垂直方向の視差は生じない。一般的に、このようにしてx軸を選択することにより、視差の計算は簡単になる。出力画像のピクセルは、入力画像から導出することができる。入力画像はO1から観察される画像に対応し、出力画像はO2から観察される画像に対応すると仮定する。更に、入力ピクセルpi=(xi, yi)に対して、ピクセル値が与えられ、piが導出される3D点P(x, yi,
zi)の深さziも与えられると仮定する。yo =yiの、対応する出力ピクセルpo=(xo, yo)は、同一の3D点P(x, yi, zi)に関係する。この結果、xi=D+(x-D)・zp/zi、及びxo=-D+(x+D)・zp/ziとなる。これは、xoをxo=xi-2D+2D・zp/zi=xi+2D(zp/zi-1)のよう導出することができることを意味する。従って、出力画像は、
d=2D(zp /z-1). (1).
なる水平シフトd(x方向にのみ)を実行することにより入力画像から導出することができる。この式から、該シフトは深さの逆数に比例することが理解され得る。上記式において、2Dは観察点O1とO2との間のオフセットに対応する。これは、最も遠い許容される点(z=∞)における視差にも対応する。
1.サンプリングされたテレインデータから連続した信号を再構築する
2.該連続した信号を所望の視点に対して変形する
3.該変形された信号を帯域制限する
4.該帯域制限された信号をサンプリングする
当該再サンプリング処理の4つの全ステップは、フラグメントバッファの使用は避けるが、テクセルスプラッティングを使用することにより実行することができ、これにより画像品質を低コストで改善する。統合された前置フィルタ処理(ステップ3)の、レンダリング時間又は必要とされる余分なシリコンの点でのコストは、前置フィルタのフットプリントの出力画像の長さ倍に比例する。ステップ1及び2は、以下に詳述するように再構築フィルタ処理演算に組み込むことができる。説明される再構築フィルタ処理演算は、元の画像を視点変換に基づいて再サンプリングしながら高次のビデオフィルタ処理をサポートする。この演算のためには、ピクセルの遮蔽を検出することができることが望ましい。本発明によるシステムは、遮蔽を検出するために効果的な方法を使用する。この検出方法は前記再構築フィルタ処理と組み合わせて使用することができるが、他のビデオ処理システムにおいても使用することができる。ステップ3及び4は前置フィルタ処理を使用して実行されるであろう。
本発明による遮蔽検出は、入力画像の変形が水平となるように制約される水平カメラ平行移動(3Dテレビジョンの水平視差をサポートする平行移動)という特別なケースのために設計される。これは、入力画像の走査ライン順の処理を可能にする。該検出を、一次元の区分的に線形なテレインを種々の視点から画像ライン上に投影する“1.5D”問題に関して詳細に説明する。一次元テレインは、入力画像の走査ライン及び対応する深さ値から導出される。本発明によれば、遮蔽は、この走査ラインの横断の間に進行しながら決定することができる。図6は、視点vに関する入力サンプル点aの画像ライン上への投影pv(a)を図示している。元のカメラ視点はv0により示されている。走査ラインの順序と他の視点に関する遮蔽との間の関係は以下のように表すことができる。a,bは、pv0(a)<pv0(b)となるような元のカメラ視点v0に対する深さテレインの入力走査ライン上の続くサンプルであり、v1>v0は所望のカメラ視点であると仮定する。この場合、視点v1からの線分(a;b)により遮蔽されるサンプル点cに関して、pv0(c)<pv0(a)が成り立つ。線分(a;b)が視点v1から見えるためには、v1は(a;b)によりサポートされるラインのv0と同じ側でなければならない。従って、pv1(a)<pv1(b)となる。cの遮蔽から、pv1(a)<pv1(c)<pv1(b)が成り立つ。構造により、cは視点v0から見えるので、pv0(c)<pv0(a)又はpv0(c)>pv0(b)の何れかである。v1>v0であるので、pv1(b)<pv0(b)であり、これはpv0(c)>pv0(b)が成り立ち得ないことを意味する。かくして、確かにpv0(c)<pv0(a)となる。このことから、所望の視点v1>v0に対して、入力走査ラインの減少するx座標による横断は、当該テレインの遮蔽する部分に遮蔽される部分より前に遭遇させることになる。従って、遮蔽は、図7に図示されるように、以下のように解くことができる。先ず、出力ドメインに投影されたピクセルのx区域700を維持するような変数が導入される。次いで、変換されたピクセルが上記区域を延長しない場合は、該ピクセルは以前に処理されたピクセルにより遮蔽される筈であると結論することができる。視点変換v1<v0に対しても、説明は同様である。即ち、その場合には、走査ラインは増加するx座標で横断される。
好ましい実施例においては、テクスチャのマッピングは2段階で実行される。第1段階は、再サンプリング処理におけるステップ1及び2の統合である。第1段階は再構築フィルタを使用する。該再構築フィルタのフットプリントはボックスであり得る。これが図8に示されている。この図は出力ピクセルのグリッドを示している。各出力ピクセルは、当該ピクセルにより覆われる画像表面を表す長方形として示されている。好ましい実施例においては、このような長方形が、再構築フィルタ処理に使用されるボックスの基を形成する。1つのピクセルの表面に一致するもの以外の他のフットプリント、例えば2以上のピクセルを覆う異なる形状(より高次のフィルタ処理)等を使用することができることも分かるであろう。本発明によれば、入力ピクセルのフットプリントが取り込まれ、変換される。これは、これら入力フットプリントの位置のみならず、大きさ(サイズ)も変化させる。例示的な変換のサイズ及び位置が、図8において点線による長方形として示されている。中実の点は、変換後の無次元の入力ピクセル座標の位置(典型的には入力ピクセルフットプリントの中間に一致する)を示している。当該変換の一部として、出力ドメインにおけるボックスのサイズが計算される。これは、画像ライン上の投影されたピクセルの密度に依存する。単純な実施例では、再構築フィルタ処理の間に、テレインの横断の間に遮蔽されるように見える入力ピクセルは破棄され、再構築されない。好ましい実施例においては、より洗練された再構築、特には当該画像の一次再構築されたピクセルの非遮蔽部分に比例する貢献度、が使用される。図8は、ボックス再構築及び遮蔽処理の結果を示している。これらボックスのサイズは、元のピクセルの貢献度に関する尺度である。例えば、入力ピクセル820の再構築されたフットプリント(即ち、変換後のフットプリント)は、セグメント840により示されている。この例では、再構築されたフットプリントは出力ピクセルのフットプリントの約75%である。この場合、入力ピクセルの出力ピクセルに対する貢献度は0.75なる係数に設定される。入力ピクセル830の再構築されたフットプリントは、一部は入力ピクセル810に入り、一部は810の右の出力ピクセルに入る。入力ピクセル830の再構築されたフットプリントは、出力ピクセル810のフットプリントの大凡25%及び上記の隣接する出力ピクセルのフットプリントの大凡75%である。この場合、入力ピクセル830の合計の貢献度は、25%+75%となる。結果として、入力ピクセル830は1なる係数により乗算される。
第2段階は、前記再サンプリング枠組のステップ3及び4を、出力画像をレンダリングする前に前置フィルタを用いて実行することである。各出力ピクセルは前置フィルタフットプリントを用いてフィルタ処理される。好ましい実施例においては、このフットプリントは数ピクセルにわたって延びる。該フィルタは水平にのみ延びることができる。図9は3ピクセルだけ延びるフィルタの形状を示し、該フィルタが属するピクセル上に中心が合わされ、2つの隣接するピクセルをカバーする。好ましい実施例では、前記フィルタフットプリントは垂直にも延びる。図9に示したのと同様の形状を用いて、出力ピクセルの該前置フィルタフットプリントは8個の隣接するピクセルをカバーする。如何なる好適な形状及びフットプリントの広がりを使用することもできることが分かるであろう。
pv1(x)<区域→遮蔽
pv1(x)>区域+1→拡大
それ以外→縮小。
ブロック1150はフィルタ(再構築フィルタ及び前置フィルタ)を示す。フィルタ処理された信号は、レンダリングされる前に出力ラインバッファ1160に記憶される。ブロック1120、1140及び1150の機能は、DSPのようなプログラマブル(ビデオ)プロセッサにより実行することもできることが分かるであろう。
“画像+深さ”(2.5D)データとして供給される入力画像を僅かに異なる仮想カメラ位置からレンダリングする場合、或る出力ピクセルに対しては何の入力データも変換されない(暴露:de-occlusion)ということが生じ得る。原理的に、このような欠落アーチファクトは、当該欠落の左及び右で利用可能な水平方向に(及び/又は垂直方向に)隣接するピクセルの値の補間を介して得られるピクセル値を代入することにより除去することができる。簡単な代替例として、当該値は最大のz値を有する利用可能な隣接ピクセルにより置換される。このような置換は、観察者が前景オブジェクトの背後から出現する背景オブジェクトを見る場合の実生活経験に整合する。前述したような前置フィルタにより実行されるテクセルのスプラッティングは、このような補間を実行する進んだ方法である。欠落が大きすぎる場合、補間が良好な結果を生じないであろうことが理解される。大きな欠落は、深さの著しい変化を伴う深さ境界において出現し得る。レンダリングの間に斯様な欠落を充填するために、現入力画像においては見られないが、他の観察点(例えば、第2カメラ)からは見え得る空間位置からの情報を有することが望まれる。
ビデオデータの2D/3D変換における基本ステップのうちの2つは、セグメント化及び動き推定である。セグメント毎の動きは、後の段階において、動きからの構造(structure-from-motion)を介しての深さ、又は動的遮蔽を介しての深さ順序のために使用することができる。図15、16及び17には解析処理が示されている。説明目的で、全てのセグメントは水平方向に移動すると仮定する。先ず、元の画像のセグメント化が計算され、元の画像から一致する画像までの動き推定が実行される。原理的に、セグメント化及び動き推定は、良く知られているので、ここでは詳細に説明されないであろう。この処理の間において、基本的に、図12Aの基本画像における各ピクセルに対して、このピクセルが図12Cの追加画像において見付けられるかがチェックされる。もしそうなら、動きベクトルが決定される。ピクセル毎に斯様な処理を実行する代わりに、斯かる処理を同様の深さのセグメント毎に実行することもできる。
追加の画像をレンダリングするための基本処理は、好ましくは、基本画像の第1層のレンダリングと同様に実行されるようにする。前述したように、他の視点からのレンダリングは、元の画像を所望の視点からの投影により課されるサンプリンググリッドへ再サンプリングすることと見ることができる。前述したように、視点変換後には、投影された入力ピクセルの密度は出力ドメインにおいては均一ではない。従って、再サンプリング処理が必要となる。該再サンプリング処理の間において、元の画像の縮小された又は遮蔽された領域に、及び拡大され又は暴露された領域に遭遇する。残りにおいては、視点変換により拡大された領域をレンダリングするための好ましい方法を説明する。拡大された領域は、隠れた層からの入力による充填することができる。記載されるレンダリング方法は、緩やかな劣化(graceful degradation)を有すると共に、所望の視点における暴露された領域をレンダリングするための高次再構築ビデオフィルタの統合もサポートすることができる。残りにおいては、隠れた層におけるフィーチャは基本層の座標フレームにおいて特定されると仮定し、該隠れた層のレンダリングの、前述した単層2.5ビデオシーケンスのためのレンダリング処理内に統合する簡単な方法を可能にする。当業者であれば、上記隠れた層が異なる方法で指定されても、当該方法を適応化することができるであろう。本説明においては、レンダリングされる画像の視点は、最高の品質を与える、元の及び一致する画像の視点の間であると仮定する。本発明は、原理的に、これが当てはまらない場合にも使用することができる。しかしながら、その場合には、再構築フィルタが最終画像における拡大された領域に対して支配的役割を果たす。
− 入力走査ラインを単一走査で横断する。
− 走査ラインの処理の間において、出力走査ラインが単一変数でレンダリングされる区域を維持する。この区域は単調に増加する。即ち、レンダリング部は出力走査ラインの部分を決して再レンダリングする必要はない。
− 走査ラインの横断の間において、入力画像ピクセル毎の拡大係数を計算する。
− 遮蔽されて現れるピクセルは、破棄することができる。他のピクセルは、スクリーン解像度(出力画像の解像度)で前置フィルタ処理及びサンプリングするFIRビデオフィルタブロックに即座に供給することができる。
Claims (8)
- 出力視点に関連する少なくとも1つの出力画像を入力視点に関連する入力画像から深さ依存性変換を介して発生する画像処理システムであって、前記各画像が入力ピクセルアレイ及び出力ピクセルアレイとして表されるような画像処理システムにおいて、
前記入力画像を入力する入力部であって、前記入力画像は、各入力ピクセルに対して、関連する入力ピクセル値及び入力ピクセル深さを含み、各入力ピクセルが対応する再構築フィルタフットプリントに関連付けられるような入力部と、
前記出力画像の出力ピクセルを、
(i)各入力ピクセルに対して、当該入力ピクセルを前記関連する入力ピクセル深さの関数として変換入力ピクセルに変換すると共に、前記関連付けられたフィルタフットプリントを前記関連する入力ピクセル深さの関数として変換フィルタフットプリントに変換し、
(ii)複数の前記変換入力ピクセルに、前記変換フィルタフットプリントを用いて再構築フィルタ処理演算を実行する、
ことにより作成するように動作するビデオプロセッサと、
前記出力画像を後のレンダリングのために供給する出力部と、
を含むことを特徴とする画像処理システム。 - 請求項1に記載の画像処理システムにおいて、前記ビデオプロセッサは前記変換フィルタフットプリントの何れが完全に遮蔽されないかを決定するように動作すると共に、前記再構築フィルタ処理演算を完全に遮蔽されていない変換フィルタフットプリントに基づいて実行するように動作することを特徴とする画像処理システム。
- 請求項2に記載の画像処理システムにおいて、前記ビデオプロセッサは前記変換フィルタフットプリントの何れが部分的に遮蔽されるかを決定するように動作し、前記再構築フィルタ処理演算は前記部分的に遮蔽された変換フィルタフットプリントにも基づくものであり、前記部分的に遮蔽された変換フィルタフットプリントの各々には当該変換フィルタフットプリントの遮蔽されていない部分に比例する重みが割り当てられることを特徴とする画像処理システム。
- 請求項2又は請求項3に記載の画像処理システムにおいて、前記ビデオプロセッサは前記変換フィルタフットプリントの何れが完全に遮蔽されるかを決定すると共に前記再構築フィルタ処理演算を完全には遮蔽されていない変換フィルタフットプリントに対して排他的に実行するように動作することを特徴とする画像処理システム。
- 請求項1ないし4の何れか一項に記載の画像処理システムにおいて、前記ビデオプロセッサは前記再構築フィルタ処理演算をボックスフィルタ又は高次フィルタを用いて実行するように動作することを特徴とする画像処理システム。
- 請求項1ないし5の何れか一項に記載の画像処理システムにおいて、前記ビデオプロセッサは各出力ピクセルが所定のフィルタ形状及び前置フィルタフットプリントに従ってフィルタ処理されるような前置フィルタ処理演算を実行するように動作し、該前置フィルタ処理演算は、各入力ピクセルに関して前置フィルタフットプリントが当該入力ピクセルの変換再構築フィルタフットプリントと重なるような一群の関連する出力ピクセルを決定する処理と、前記決定された群の各出力ピクセルに対して、対応するフィルタ形状により重み付けられた当該入力ピクセルの貢献度を供給する処理とを含むことを特徴とする画像処理システム。
- 請求項6に記載の画像処理システムにおいて、前記ピクセルアレイのピクセルの行は連続する表示ライン上での水平表示のためのものであり、前記前置フィルタ形状は水平の広がりのみを有し、前記ビデオプロセッサは行毎に入力ピクセルを順次処理するように動作することを特徴とする画像処理システム。
- 請求項7に記載の画像処理システムにおいて、前記前置フィルタ形状が垂直の広がりも有することを特徴とする画像処理システム。
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