JP5994493B2 - 動画像前景切抜き装置、方法、およびプログラム - Google Patents
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そこでこの作業を軽減するために下記のような従来技術が知られている。
或るキーフレームに対してユーザが指定した前景領域及び背景領域を、オプティカルフロー処理によって次のフレームに伝達してゆくことで、それ以降のフレームに対する前景領域と背景領域の指定作業を軽減する技術である(例えば特許文献2に記載の技術)。
処理対象のキーフレームとその前後のフレームの差分をとり、差分がある領域を前景領域、差分がない領域を背景領域と推定することで、ユーザの前景領域及び背景領域の指定作業を軽減する技術である(例えば特許文献3に記載の技術)。
また、オプティカルフロー処理では、移動前の複数の画素が移動後の1つの同じ画素に移動させられるような速度場データが生成される場合が多いため、一般的には、移動によって対象領域(例えば前景領域)の面積が小さくなってゆき、最終的には消えてしまうという問題点を有していた。
あるいは、外部記憶装置105や可搬記録媒体110、あるいはインターネット等から通信インタフェース106を介して読み込んだ動画像データにおいて、同様の動画像前景切抜き処理が実行される。
差分処理手段202は、現フレームと前フレームとで対応する各画素ごとに、その画素とその画素の所定の近傍領域の各画素の各差分の和が所定の差分閾値と比較して大きい場合にその画素について差分があると判定するように処理してもよい。
オプティカルフロー処理手段203は、移動前の領域と移動後の領域とで、各領域内の各画素が示す色の差が所定の閾値と比較して大きい場合は、移動後の領域を移動後不定領域217とするように処理してもよい。さらにこの場合、オプティカルフロー処理手段203は、移動前の領域と移動後の領域とで、各領域内の各画素ごとに、その画素とその画素の所定の近傍領域の各画素についての各色の差の和が所定の閾値と比較して大きい場合は、移動後の領域を移動後不定領域217とするように処理してもよい。
すなわち、合成処理手段204は、不変背景領域214または移動後背景領域216からなる領域を、背景指定領域219として抽出する。合成処理手段204は、不変背景領域214と重ならない移動後前景領域215のみの領域を、前景指定領域218として抽出する。合成処理手段204は、不変背景領域214と重ならない移動後不定領域217のみの領域を、不定指定領域220として抽出する。
切抜き処理手段206は、前景指定領域218、背景指定領域219、および不定指定領域220を入力として、現フレームの画像内の各画素に付与する前景領域207または背景領域208を示す領域ラベル値を更新しながら、その領域ラベル値とその各画素の画素値とに基づいて、Graph Cuts法により、前景らしさまたは背景らしさと隣接画素間の画素値の変化を評価するエネルギー関数の最小化処理により、現フレームの画像内で前景領域207を切り抜いて背景領域208と分割するように処理してもよい。
この制御処理は例えば、図1において、CPU102がROM103に記憶された制御プログラムを実行する処理として実現される。
図3のフローチャートで示される制御処理は、動画像の各フレームデータが読み込まれたときの1フレームあたりの処理を示すものである。連続するフレームに対する全体的な制御動作は、図9および図10の説明で後述する。
以下の説明において、201から220の参照番号で示される部分は、図2上の同じ参照番号の部分に対応する。
図4の前フレームの二値マスクデータ301の例では、例えば白色(値「1」)の領域ラベルが付与されている部分が前景領域207、例えば黒色(値「0」)の領域ラベルが付与されている部分が背景領域208である。
この縮退三値データ302は、例えば図1のRAM104に記憶される。
図4の縮退三値データ302の例では、例えば灰色(値「2」)の部分が不定領域209、例えば白色(値「1」)の部分が縮退前景領域210、例えば黒色(値「0」)の部分が縮退背景領域211である。
縮退前景領域210は、前フレームで抽出された前景領域207において確実に前景領域であると見なされる領域である。縮退背景領域211は、前フレームで抽出された背景領域208において確実に背景領域であると見なされる領域である。
次に、図3のステップS301で算出され例えば図1のRAM104に記憶されている縮退三値データ302が読み込まれる。そして、縮退三値データ302中の縮退背景領域211のうち、上述の差分がない画素から構成される領域が、不変背景領域214として算出される。
この不変背景領域214は、例えば図1のRAM104に記憶される。
次に、図3のステップS301で算出され例えば図1のRAM104に記憶されている縮退三値データ302が読み込まれる。また、上述のように例えば図1のRAM104に記憶されている各速度場データが読み込まれる。そして、各速度場データに基づき、縮退三値データ302中の縮退前景領域210および縮退背景領域211を、それぞれ現フレームに移動させて得られる移動後前景領域215および移動後背景領域216と、それら以外の移動後不定領域217とを含む移動後三値データ303が算出される。
この移動後三値データ303は、例えば図1のRAM104に記憶される。
すなわち、不変背景領域214または移動後背景領域216からなる領域が、背景指定領域219として抽出される。不変背景領域214と重ならない移動後前景領域215のみの領域が、前景指定領域218として抽出される。そして、不変背景領域214と重ならない移動後不定領域217のみの領域が、不定指定領域220として抽出される。
これらの前景指定領域218、背景指定領域219、および不定指定領域220は、例えば図1のRAM104に記憶される。
不定指定領域孤立点除去処理後の図4の前景指定領域218、背景指定領域219、および不定指定領域220は、例えば図1のRAM104に再び記憶される。
不定指定領域孤立点除去処理後の図4の前景指定領域218、背景指定領域219、および不定指定領域220の例では、フレーム画像内右上にあった例えば雲を示す不定指定領域220が、前景指定領域218に関与していないとして除去されている。
この場合に、図2の差分処理手段202の説明において前述したように、現フレームと前フレームとで対応する各画素ごとに、その画素とその画素の所定の近傍領域の各画素の各差分の和が所定の差分閾値と比較して大きい場合にその画素について差分があると判定するように処理されてもよい。
この不変領域501は、例えば図1のRAM104に記憶される。
図6において、現フレームのデータ212と前フレームのデータ213とから不変領域501が抽出される例では、黒色の部分が差分がない不変領域501として抽出される。
この不変背景領域214′は、例えば図1のRAM104に記憶される。
図6の不変背景領域214の例では、黒色の部分がフレーム間の移動によって変化がない不変の背景領域として抽出されている。
この移動後三値データ303′は、例えば図1のRAM104に記憶される。
ステップS703の移動先チェック処理により最終的に得られる移動後三値データが、移動後前景領域215、移動後背景領域216、および移動後不定領域217を含む移動後三値データ303として出力される。
この移動後三値データ303は、例えば図1のRAM104に記憶される。
(付記1)
動画像を構成する各フレームの画像内で前景領域を切り抜いて背景領域と分割する装置であって、
現フレームの1つ前の前フレームで算出された前景領域と背景領域の境界を示す不定領域と、前記前景領域内で前記不定領域以外の領域を示す縮退前景領域と、前記背景領域内で前記不定領域以外の領域を示す縮退背景領域を算出する縮退処理手段と、
前記現フレームと前記前フレームとで対応する各画素ごとの差分を算出し、前記縮退背景領域のうち前記差分がない画素から構成される領域を不変背景領域として算出する差分処理手段と、
前記前フレームの各画素の前記現フレームへの移動情報を示す各速度場データを算出し、該各速度場データに基づき前記縮退前景領域および前記縮退背景領域を移動させた各領域を移動後前景領域および移動後背景領域として算出し、該移動後前景領域および該移動後背景領域以外の領域を移動後不定領域として算出するオプティカルフロー処理手段と、
前記不変背景領域または前記移動後背景領域からなる領域、前記移動後前景領域のみの領域、および前記移動後不定領域のみの領域をそれぞれ、背景指定領域、前景指定領域、および不定指定領域として抽出する合成処理手段と、
前記前景指定領域、前記背景指定領域、および前記不定指定領域を入力し、前記現フレームの画像内で前記前景領域を切り抜いて前記背景領域から分割する切抜き処理手段と、
を備えることを特徴とする動画像前景切抜き装置。
(付記2)
前記オプティカルフロー処理手段は、移動前の領域と移動後の領域とで、該各領域内の各画素が示す色の差が所定の閾値と比較して大きい場合は、移動後の領域を前記移動後不定領域とする、
ことを特徴とする付記1に記載の動画像前景切抜き装置。
(付記3)
前記オプティカルフロー処理手段は、移動前の領域と移動後の領域とで、該各領域内の各画素ごとに、該画素と該画素の所定の近傍領域の各画素についての各色の差の和が所定の閾値と比較して大きい場合は、移動後の領域を前記移動後不定領域とする、
ことを特徴とする付記2に記載の動画像前景切抜き装置。
(付記4)
前記差分処理手段は、前記現フレームと前記前フレームとで対応する各画素ごとに、該画素と該画素の所定の近傍領域の各画素の各差分の和が所定の差分閾値と比較して大きい場合に該画素について差分があると判定する、
ことを特徴とする付記1ないし3のいずれかに記載の動画像前景切抜き装置。
(付記5)
前記前景指定領域を囲んでいない前記不定指定領域を前記背景指定領域に変換して前記切抜き処理手段に入力する不定指定領域孤立点除去処理手段をさらに備える、
ことを特徴とする付記1ないし4のいずれかに記載の動画像前景切抜き装置。
(付記6)
前記切抜き処理手段は、前記前景指定領域、前記背景指定領域、および前記不定指定領域を入力として、前記現フレームの画像内の各画素に付与する前記前景領域または前記背景領域を示す領域ラベル値を更新しながら、該領域ラベル値と該各画素の画素値とに基づいて、Graph Cuts法により、前記前景らしさまたは前記背景らしさと隣接画素間の前記画素値の変化を評価するエネルギー関数の最小化処理により、前記現フレームの画像内で前記前景領域を切り抜いて前記背景領域から分割する、
ことを特徴とする付記1ないし5のいずれかに記載の動画像前景切抜き装置。
(付記7)
前記切抜き処理手段によって切り抜かれた現フレームの前記前景領域をユーザに表示して確認させ、ユーザに該前景領域が適切であるか否かを入力させ、ユーザが適切である旨を入力した場合には、次のフレームに対して前記動画像前景切抜き装置の動作を実行させ、ユーザが不適切である旨を入力した場合には、ユーザに前記前景指定領域および前記背景指定領域を入力指定させて前記切抜き処理手段に入力し前記前景領域を切り抜いて前記背景領域から分割する処理を実行させるインタラクティブユーザインタフェース手段をさらに備える、
ことを特徴とする付記1ないし6のいずれかに記載の動画像前景切抜き装置。
(付記8)
動画像を構成する各フレームの画像内で前景領域を切り抜いて背景領域と分割する方法であって、
現フレームの1つ前の前フレームで算出された前景領域と背景領域の境界を示す不定領域と、前記前景領域内で前記不定領域以外の領域を示す縮退前景領域と、前記背景領域内で前記不定領域以外の領域を示す縮退背景領域を算出し、
前記現フレームと前記前フレームとで対応する各画素ごとの差分を算出し、前記縮退背景領域のうち前記差分がない画素から構成される領域を不変背景領域として算出し、
前記前フレームの各画素の前記現フレームへの移動情報を示す各速度場データを算出し、該各速度場データに基づき前記縮退前景領域および前記縮退背景領域を移動させた各領域を移動後前景領域および移動後背景領域として算出し、該移動後前景領域および該移動後背景領域以外の領域を移動後不定領域として算出し、
前記不変背景領域または前記移動後背景領域からなる領域、前記移動後前景領域のみの領域、および前記移動後不定領域のみの領域をそれぞれ、背景指定領域、前景指定領域、および不定指定領域として抽出し、
前記前景指定領域、前記背景指定領域、および前記不定指定領域を入力して、前記現フレームの画像内で前記前景領域を切り抜いて前記背景領域から分割する、
ことを備えることを特徴とする動画像前景切抜き方法。
(付記9)
動画像を構成する各フレームの画像内で前景領域を切り抜いて背景領域と分割するコンピュータに、
現フレームの1つ前の前フレームで算出された前景領域と背景領域の境界を示す不定領域と、前記前景領域内で前記不定領域以外の領域を示す縮退前景領域と、前記背景領域内で前記不定領域以外の領域を示す縮退背景領域を算出する縮退処理と、
前記現フレームと前記前フレームとで対応する各画素ごとの差分を算出し、前記縮退背景領域のうち前記差分がない画素から構成される領域を不変背景領域として算出する差分処理と、
前記前フレームの各画素の前記現フレームへの移動情報を示す各速度場データを算出し、該各速度場データに基づき前記縮退前景領域および前記縮退背景領域を移動させた各領域を移動後前景領域および移動後背景領域として算出し、該移動後前景領域および該移動後背景領域以外の領域を移動後不定領域として算出するオプティカルフロー処理と、
前記不変背景領域または前記移動後背景領域からなる領域、前記移動後前景領域のみの領域、および前記移動後不定領域のみの領域をそれぞれ、背景指定領域、前景指定領域、および不定指定領域として抽出する合成処理と、
前記前景指定領域、前記背景指定領域、および前記不定指定領域を入力して、前記現フレームの画像内で前記前景領域を切り抜いて前記背景領域から分割する切抜き処理と、
を実行させるためのプログラム。
102 CPU
103 ROM
104 RAM
105 外部記憶装置
106 通信インタフェース
107 入力装置
108 表示装置
109 可搬記録媒体駆動装置
110 可搬記録媒体
111 バス
112 撮像装置
201 縮退処理手段
202 差分処理手段
203 オプティカルフロー処理手段
204 合成処理手段
205 不定指定領域孤立点除去処理手段
206 切抜き処理手段
207 前景領域
208 背景領域
209 不定領域
210 縮退前景領域
211 縮退背景領域
212 現フレームのデータ
213 前フレームのデータ
214、214′ 不変背景領域
215、215′ 移動後前景領域
216、216′ 移動後背景領域
217、217′ 移動後不定領域
218 前景指定領域
219 背景指定領域
220 不定指定領域
301 二値マスクデータ
302 縮退三値データ
303、303′ 移動後三値データ
S301 縮退処理
S302 プロセスA
S303 プロセスB
S304 合成処理
S305 不定指定領域孤立点除去処理
S306 切抜き処理
501 不変領域
S501 差分調査処理
S502 共通部分検出処理
S503 背景領域孤立点除去処理
701 速度場データ
S701 オプティカルフロー処理
S702 画素移動処理
S703 移動先チェック処理
Claims (9)
- 動画像を構成する各フレームの画像内で前景領域を切り抜いて背景領域と分割する装置であって、
現フレームの1つ前の前フレームで算出された前景領域と背景領域の境界を示す不定領域と、前記前景領域内で前記不定領域以外の領域を示す縮退前景領域と、前記背景領域内で前記不定領域以外の領域を示す縮退背景領域を算出する縮退処理手段と、
前記現フレームと前記前フレームとで対応する各画素ごとの差分を算出し、前記縮退背景領域のうち前記差分がない画素から構成される領域を不変背景領域として算出する差分処理手段と、
前記前フレームの各画素の前記現フレームへの移動情報を示す各速度場データを算出し、該各速度場データに基づき前記縮退前景領域および前記縮退背景領域を移動させた各領域を移動後前景領域および移動後背景領域として算出し、該移動後前景領域および該移動後背景領域以外の領域を移動後不定領域として算出するオプティカルフロー処理手段と、
前記不変背景領域または前記移動後背景領域からなる領域、前記移動後前景領域のみの領域、および前記移動後不定領域のみの領域をそれぞれ、背景指定領域、前景指定領域、および不定指定領域として抽出する合成処理手段と、
前記前景指定領域、前記背景指定領域、および前記不定指定領域を入力し、前記現フレームの画像内で前記前景領域を切り抜いて前記背景領域から分割する切抜き処理手段と、
を備えることを特徴とする動画像前景切抜き装置。 - 前記オプティカルフロー処理手段は、移動前の領域と移動後の領域とで、該各領域内の各画素が示す色の差が所定の閾値と比較して大きい場合は、移動後の領域を前記移動後不定領域とする、
ことを特徴とする請求項1に記載の動画像前景切抜き装置。 - 前記オプティカルフロー処理手段は、移動前の領域と移動後の領域とで、該各領域内の各画素ごとに、該画素と該画素の所定の近傍領域の各画素についての各色の差の和が所定の閾値と比較して大きい場合は、移動後の領域を前記移動後不定領域とする、
ことを特徴とする請求項2に記載の動画像前景切抜き装置。 - 前記差分処理手段は、前記現フレームと前記前フレームとで対応する各画素ごとに、該画素と該画素の所定の近傍領域の各画素の各差分の和が所定の差分閾値と比較して大きい場合に該画素について差分があると判定する、
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の動画像前景切抜き装置。 - 前記前景指定領域を囲んでいない前記不定指定領域を前記背景指定領域に変換して前記切抜き処理手段に入力する不定指定領域孤立点除去処理手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の動画像前景切抜き装置。 - 前記切抜き処理手段は、前記前景指定領域、前記背景指定領域、および前記不定指定領域を入力として、前記現フレームの画像内の各画素に付与する前記前景領域または前記背景領域を示す領域ラベル値を更新しながら、該領域ラベル値と該各画素の画素値とに基づいて、Graph Cuts法により、前記前景らしさまたは前記背景らしさと隣接画素間の前記画素値の変化を評価するエネルギー関数の最小化処理により、前記現フレームの画像内で前記前景領域を切り抜いて前記背景領域から分割する、
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の動画像前景切抜き装置。 - 前記切抜き処理手段によって切り抜かれた現フレームの前記前景領域をユーザに表示して確認させ、ユーザに該前景領域が適切であるか否かを入力させ、ユーザが適切である旨を入力した場合には、次のフレームに対して前記動画像前景切抜き装置の動作を実行させ、ユーザが不適切である旨を入力した場合には、ユーザに前記前景指定領域および前記背景指定領域を入力指定させて前記切抜き処理手段に入力し前記前景領域を切り抜いて前記背景領域から分割する処理を実行させるインタラクティブユーザインタフェース手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の動画像前景切抜き装置。 - 動画像を構成する各フレームの画像内で前景領域を切り抜いて背景領域と分割する方法であって、
現フレームの1つ前の前フレームで算出された前景領域と背景領域の境界を示す不定領域と、前記前景領域内で前記不定領域以外の領域を示す縮退前景領域と、前記背景領域内で前記不定領域以外の領域を示す縮退背景領域を算出し、
前記現フレームと前記前フレームとで対応する各画素ごとの差分を算出し、前記縮退背景領域のうち前記差分がない画素から構成される領域を不変背景領域として算出し、
前記前フレームの各画素の前記現フレームへの移動情報を示す各速度場データを算出し、該各速度場データに基づき前記縮退前景領域および前記縮退背景領域を移動させた各領域を移動後前景領域および移動後背景領域として算出し、該移動後前景領域および該移動後背景領域以外の領域を移動後不定領域として算出し、
前記不変背景領域または前記移動後背景領域からなる領域、前記移動後前景領域のみの領域、および前記移動後不定領域のみの領域をそれぞれ、背景指定領域、前景指定領域、および不定指定領域として抽出し、
前記前景指定領域、前記背景指定領域、および前記不定指定領域を入力して、前記現フレームの画像内で前記前景領域を切り抜いて前記背景領域から分割する、
ことを備えることを特徴とする動画像前景切抜き方法。 - 動画像を構成する各フレームの画像内で前景領域を切り抜いて背景領域と分割するコンピュータに、
現フレームの1つ前の前フレームで算出された前景領域と背景領域の境界を示す不定領域と、前記前景領域内で前記不定領域以外の領域を示す縮退前景領域と、前記背景領域内で前記不定領域以外の領域を示す縮退背景領域を算出する縮退処理と、
前記現フレームと前記前フレームとで対応する各画素ごとの差分を算出し、前記縮退背景領域のうち前記差分がない画素から構成される領域を不変背景領域として算出する差分処理と、
前記前フレームの各画素の前記現フレームへの移動情報を示す各速度場データを算出し、該各速度場データに基づき前記縮退前景領域および前記縮退背景領域を移動させた各領域を移動後前景領域および移動後背景領域として算出し、該移動後前景領域および該移動後背景領域以外の領域を移動後不定領域として算出するオプティカルフロー処理と、
前記不変背景領域または前記移動後背景領域からなる領域、前記移動後前景領域のみの領域、および前記移動後不定領域のみの領域をそれぞれ、背景指定領域、前景指定領域、および不定指定領域として抽出する合成処理と、
前記前景指定領域、前記背景指定領域、および前記不定指定領域を入力して、前記現フレームの画像内で前記前景領域を切り抜いて前記背景領域から分割する切抜き処理と、
を実行させるためのプログラム。
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