JP4915424B2 - 画像処理装置、カメラモーション成分算出方法、画像処理プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(手ぶれ量からのフォーカルプレーン歪み量の除去)
2.第2の実施の形態(台形歪みの推定)
3.第3の実施の形態(手ぶれ量からの台形歪みの除去)
4.第4の実施の形態(台形歪みの推定値の変更)
5.他の実施の形態
[1−1.全体構成]
図1に外観を示すように、画像処理端末10は、モニタ部11と、操作部12と、画像処理部13とによって構成されている。画像処理端末10は、カムコーダ1から供給されるフレーム画像データを画像処理部13に供給する。
動き検出部22は、動き検出処理を実行し、供給される参照対象となる参照フレーム画像及び処理対象となる処理フレーム画像から当該処理フレーム画像の全体的な動きを表すグローバル動きベクトルGMVを検出する。
まず、撮像装置としてのカムコーダ1と、当該カムコーダ1を基準とした方向について、図6を用いて説明する。
フィルタリング処理部25は、動き検出部22によって生成される信頼度情報に基づいてカメラモーション成分CM及びフォーカルプレーン歪み成分CFをフィルタリングする。
当該グローバル動きベクトルGMVに対応するカメラモーション成分CM及びフォーカルプレーン歪み成分CFをそのまま使用する。
当該グローバル動きベクトルGMVに対応するカメラモーション成分CM及びフォーカルプレーン歪み成分CFを使用しない。
フォーカルプレーン歪みは、フレーム画像ごとに独立して生じる現象ではなく、複数のフレーム画像間で連続的に生じ、蓄積された歪みを表すものである。これに対して、グローバル動きベクトルGMVは、1つ前のフレーム画像に対する動きを表すものである。すなわち、フォーカルプレー歪み成分CFは、フォーカルプレーン歪みのうち、前のフレーム画像に対して増大又は減少した変化量を表している。
カメラワーク量算出部27は、フィルタリング処理部25から供給されるモーション成分パラメータθ、s、h及びvに所定のタップ数のLPFを適用することにより、ユーザの意図した動きであるカメラワーク量を算出する。
補正ベクトル生成部29は、手ぶれ及びフォーカルプレーン歪みを補正するために、処理フレーム画像に対して適用する補正ベクトルVcを生成するようになされている。
以上の構成において、画像処理端末10の画像処理部13は、フレーム画像からなるフレーム画像データから、フレーム画像全体の動きを表す動きベクトルであるグローバル動きベクトルGMVを検出する。画像処理部13は、カメラの動きであるカメラモーション及びフォーカルプレーン歪みの変化量をそれぞれ表す未知の成分パラメータθ、s、h、v、e及びbを用いることにより、検出されたグローバル動きベクトルGMVを成分分離式((11)式)にモデル化する。この結果、成分分離式では、カメラモーション成分CM及びフォーカルプレーン歪み成分CFを分離して表すことができる。
図22〜図26に示す第2の実施の形態においては、図1〜図21に示す第1の実施の形態と対応する箇所に同一符号を附して示し、同一部分についての説明を省略する。第2の実施の形態では、図22に示すように、画像処理部13に対応する画像処理部113が台形歪み推定部128を有する点が第1の実施の形態と異なっている。また、第2の実施の形態では、動き検出処理、FP歪み補正量算出処理及び補正ベクトル生成処理の内容が第1の実施の形態と異なっている。
動き検出部22に対応する動き検出部122は、第1の実施の形態と同様にして、ローカル動きベクトルLMV及び当該ローカル動きベクトルLMVの信頼度指標を生成する。
FP歪み補正量算出部26に対応するFP歪み補正量算出部126は、FP歪み累積値をFP歪み補正量CFcとする。FP歪み補正量算出部126は、図16を用いて上述したFP歪み累積値の発散を防止するため、フォーカルプレーン歪み成分CFの信頼性を評価すると共に、並進速度が低い場合に、FP歪み累積値をリセットするようになされている。
上述したように、カムコーダ1における手ぶれ補正機能により、ヨー方向及びピッチ方向における被写体とレンズユニット3との角度変化が抑制されている。しかしながら、カムコーダ1は、この角度変化を完全に相殺しているわけではなく、また垂直方向及び水平方向の手ぶれもレンズユニット3のヨー方向及びピッチ方向の駆動によって相殺している。
(11)式に示すように、成分分離式は、ヨー方向及びピッチ方向の成分を有していない。このためヨー方向及びピッチ方向の角度変化は、横方向及び縦方向の並進速度(すなわちモーション成分パラメータh及びv)として表われることになる。このため並進速度とヨー方向及びピッチ方向の角度変化とは、相関関係を有している。
上述したように、第1の実施の形態において、補正ベクトル生成部29は、(11)式によって表される成分分離式に基づいて、補正ベクトルVcを生成した。これに対して、本実施の形態における補正ベクトル生成部129は、(27)式に示すように、台形歪み量Aを含む成分分離式に基づいて、補正ベクトルVcを生成する。
ところで、台形歪み量Aは、ヨー方向及びピッチ方向の角度変化だけでなく、被写体とカムコーダ1との距離に応じても変化する値である。
以上の構成において、画像処理部113は、図28に示すように、フレーム画像からなるフレーム画像データから、フレーム画像全体の動きを表すグローバル動きベクトルGMVを並進速度として検出する(ステップSP131)。画像処理部113は、グローバル動きベクトルGMVの並進速度から、手ぶれに応じた手ぶれ並進速度を算出する(ステップSP132)。画像処理部113は、並進速度及び角度変化の相関関係を利用して、検出されたグローバル動きベクトルGMVから角度変化を推定する(ステップSP133)。
第3の実施の形態においては、図22〜図28に示した第2の実施の形態と対応する箇所に同一符号を附し、同一部分についての説明を省略する。第2の実施の形態では、補正ベクトル生成部129は、台形歪み量Aが算出された後、各成分パラメータの値を変更することなく補正ベクトルVcを生成した。第3の実施の形態では、台形歪み量Aに基づいて、各成分パラメータの値を再計算する点が第2の実施の形態と異なっている。
上述したように、第1の実施の形態では、カムコーダ1におけるレンズユニット3がヨー方向及びピッチ方向に駆動することにより手ぶれ補正を実行していた。このため、画像処理部13に供給されるフレーム画像データは、ヨー方向及びピッチ方向の角度変化が抑制されていた。
以上の構成において、画像処理部213は、並進速度及び角度変化の相関関係を利用して、手ぶれに応じた並進速度h−hf及びv−vfから手ぶれに応じた角度変化を相殺する。これにより、画像処理部213は、手ぶれ並進速度から手ぶれに起因する角度変化を低減することができるため、手ぶれ量Msの算出精度を向上させることができる。
[4−1.画像処理部の構成]
第4の実施の形態においては、図1〜図26に示す第1〜3の実施の形態と対応する箇所に同一符号を附し、同一部分についての説明を省略する。本実施の形態による画像処理部313は、供給されるフレーム画像データが撮像されたカムコーダの機種に応じて、画像処理の内容を変更するようになされている。
以上の構成において、画像処理部313は、フレーム画像データが撮像された撮像装置であるカムコーダに応じて、固定係数p又はq若しくは固定係数p及びqの値を設定する。
なお上述した第1〜第4の実施の形態においては、カメラモーション成分CMを用いて手ぶれ量Msを算出し、手ぶれを補正するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、カメラモーション成分CMの使用方法に制限はない。例えばカメラモーション成分CMを用いて対応する画素を特定し、線形補間処理に利用することにより、フレーム画像データの品質を向上させても良い。
Claims (19)
- フレーム画像からなるフレーム画像データから、所定数の画素でなるブロック単位の動きを表すローカル動きベクトルを算出し、さらに当該ローカル動きベクトルの信頼度指標を用いて当該ローカル動きベクトルを重み付けすることにより、複数の成分パラメータを用いて表される、上記フレーム画像の全体的な動きを表すグローバル動きベクトルを算出する動きベクトル検出部と、
カメラの動きであるカメラモーション及びフォーカルプレーン歪みの変化量をそれぞれ表す未知の成分パラメータを用いることにより、上記グローバル動きベクトルを、カメラモーション成分及びフォーカルプレーン歪み成分が分離された成分分離式にモデル化するモデル化部と、
上記動きベクトル検出部により算出されたグローバル動きベクトルの複数の成分パラメータを、上記成分分離式に代入して、当該成分分離式において用いられた、上記カメラモーション及びフォーカルプレーン歪みの変化量をそれぞれ表す未知の成分パラメータを算出することにより、上記グローバル動きベクトルにおけるカメラモーション成分を算出する成分算出部と
を有する画像処理装置。 - 上記カメラモーション成分に基づいて、上記フレーム画像におけるぶれを補正する補正部と
をさらに有する請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記モデル化部は、
上記カメラモーション成分を、上記フレーム画像に対する縦方向及び横方向への並進速度を表す並進要素、拡縮方向への拡縮速度を表す拡縮要素及びロール方向への角度変化を表す回転要素として表す
請求項2に記載の画像処理装置。 - 上記動きベクトル検出部は、
上記グローバル動きベクトルを、上記並進要素、上記拡縮要素及び上記回転要素からなるアフィン変換式として表す
請求項3に記載の画像処理装置。 - 上記補正部は、
上記カメラモーション成分に基づいて、ユーザの意図したカメラの動きであるカメラワーク成分を算出するカメラワーク成分算出部と、
上記カメラモーション成分から上記カメラワーク成分を減算することにより、上記ぶれの量を算出するぶれ量算出部と、
上記ぶれ量算出部によって算出された上記ぶれの量に基づいて、上記グローバル動きベクトルにおけるぶれを補正する補正ベクトルを生成する補正ベクトル生成部と、
上記グローバル動きベクトルに対し、上記補正ベクトル生成部によって生成された上記補正ベクトルを適用する動き補償部と
を有する請求項4に記載の画像処理装置。 - 上記モデル化部は、
カメラモーション成分及びフォーカルプレーン歪み成分を行列式として表す
請求項5に記載の画像処理装置。 - 上記補正ベクトル生成部は、
上記ぶれの量の逆行列を含む行列式を上記補正ベクトルとして生成する
請求項6に記載の画像処理装置。 - 上記補正部は、
上記成分算出部によって算出された上記フォーカルプレーン歪み成分に基づいて、上記フレーム画像を補正するフォーカルプレーン歪み補正量を算出するフォーカルプレーン歪み補正量算出部
をさらに有し、
上記補正ベクトル生成部は、
上記フォーカルプレーン歪み補正量の逆行列を含む行列式を上記補正ベクトルとして生成する
請求項7に記載の画像処理装置。 - 上記モデル化部は、
上記回転要素の前に、原点を中心に移動させる原点補正行列を乗算し、上記回転要素の後に上記原点を上記中心に移動させる前の位置に戻す原点補正逆行列を乗算する
請求項8に記載の画像処理装置。 - 上記回転要素の前に、画素のアスペクト比を1:1に変更するアスペクト比補正行列を乗算し、上記回転要素の後に、上記画素を元のアスペクト比に戻すアスペクト比補正逆行列を乗算する
請求項9に記載の画像処理装置。 - 上記動きベクトル検出部は、
上記グローバル動きベクトルの信頼度を表す信頼度情報を生成し、
上記カメラワーク成分算出部は、
上記動きベクトル検出部によって生成された上記信頼度情報に基づいて、上記グローバル動きベクトルの信頼度が高いカメラモーション成分のみを用いて上記カメラワーク成分を算出する
請求項5に記載の画像処理装置。 - 上記カメラワーク成分算出部は、
LPF(Low Pass Filter)でなる
請求項12に記載の画像処理装置。 - 上記フレーム画像データは、
ヨー方向及びピッチ方向の回転要素に対するぶれが予め補正されている
請求項4に記載の画像処理装置。 - フレーム画像からなるフレーム画像データから、所定数の画素でなるブロック単位の動きを表すローカル動きベクトルを算出し、さらに当該ローカル動きベクトルの信頼度指標を用いて当該ローカル動きベクトルを重み付けすることにより、複数の成分パラメータを用いて表される、上記フレーム画像の全体的な動きを表すグローバル動きベクトルを算出する動きベクトル検出ステップと、
カメラの動きであるカメラモーション及びフォーカルプレーン歪みの変化量をそれぞれ表す未知の成分パラメータを用いることにより、上記グローバル動きベクトルを、カメラモーション成分及びフォーカルプレーン歪み成分が分離された成分分離式にモデル化するモデル化ステップと、
上記動きベクトル検出ステップで算出されたグローバル動きベクトルの複数の成分パラメータを、上記成分分離式に代入して、当該成分分離式において用いられた、上記カメラモーション及びフォーカルプレーン歪みの変化量をそれぞれ表す未知の成分パラメータを算出することにより、上記グローバル動きベクトルにおけるカメラモーション成分を算出する成分算出ステップと
を有するカメラモーション成分算出方法。 - コンピュータに対して、
フレーム画像からなるフレーム画像データから、所定数の画素でなるブロック単位の動きを表すローカル動きベクトルを算出し、さらに当該ローカル動きベクトルの信頼度指標を用いて当該ローカル動きベクトルを重み付けすることにより、複数の成分パラメータを用いて表される、上記フレーム画像の全体的な動きを表すグローバル動きベクトルを算出する動きベクトル検出ステップと、
カメラの動きであるカメラモーション及びフォーカルプレーン歪みの変化量をそれぞれ表す未知の成分パラメータを用いることにより、上記グローバル動きベクトルを、カメラモーション成分及びフォーカルプレーン歪み成分が分離された成分分離式にモデル化するモデル化ステップと、
上記動きベクトル検出ステップで算出されたグローバル動きベクトルの複数の成分パラメータを、上記成分分離式に代入して、当該成分分離式において用いられた、上記カメラモーション及びフォーカルプレーン歪みの変化量をそれぞれ表す未知の成分パラメータを算出することにより、上記グローバル動きベクトルにおけるカメラモーション成分を算出する成分算出ステップと
を実行させる画像処理プログラム。 - コンピュータに対して、
フレーム画像からなるフレーム画像データから、所定数の画素でなるブロック単位の動きを表すローカル動きベクトルを算出し、さらに当該ローカル動きベクトルの信頼度指標を用いて当該ローカル動きベクトルを重み付けすることにより、複数の成分パラメータを用いて表される、上記フレーム画像の全体的な動きを表すグローバル動きベクトルを算出する動きベクトル検出ステップと、
カメラの動きであるカメラモーション及びフォーカルプレーン歪みの変化量をそれぞれ表す未知の成分パラメータを用いることにより、上記グローバル動きベクトルを、カメラモーション成分及びフォーカルプレーン歪み成分が分離された成分分離式にモデル化するモデル化ステップと、
上記動きベクトル検出ステップで算出されたグローバル動きベクトルの複数の成分パラメータを、上記成分分離式に代入して、当該成分分離式において用いられた、上記カメラモーション及びフォーカルプレーン歪みの変化量をそれぞれ表す未知の成分パラメータを算出することにより、上記グローバル動きベクトルにおけるカメラモーション成分を算出する成分算出ステップと
を実行させる画像処理プログラムが記録された記録媒体。
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