JPS5896464A - 画像信号処理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原画像を任意の軸を中心として回転させた画
像に変換し、立体回転の特殊効果を与えることができる
ようにディジタル処理する画像信号処理方式に関するも
のである。

テレビジョン放送等に於いては、撮像した画像を処理し
て各種の特殊効果を与えることが採用されている。この
ような特殊効果の一つとして立体回転があり、平面画像
を任意の軸を中心として回転したときの投影画像に変換
し、この処理を継続することにより、平面画像が立体的
に回転しているように表示されることになる。

このような回転処理を行なう構成として、例えば第１図
４＝示す構成が提案されている。同図に於いて１は画像
メモリ、２は信号処理部、６は変換画像メモリ、′４は
アドレス選択部、５は第１アドレス発生部、６はアドレ
ス変換部、７は制御演算部、８は第２アドレス発生部で
ある。入力ディジタル画像信号ａは画像メモリ１屯＝第
１アドレス発生゛部５からのアドレス信号ｇｃ従って順
次書込まれ、且つ読出されるもので、続出された画像信
号すは信号処理部２に加えられる。

入力ディジタル画像信号ａの水平及び垂直同期信号・、
ｆは第１アドレス発生部５４二加えられて、それらの同
期信号Ｃ同期期したアドレス信号ｔｒ３を発生する。制
御演算部７は、回転軸９回転速度等の制御データｑに従
って垂直同期信号ｆ４二同期したアドレス制御データｋ
を出力し、アドレス変換部６はアドレス制御データｋに
従ってアドレス信号ｊを変換処理し、変換アドレス信号
ｍをアドレス選択部４に加えると共に、信号処理部２に
必要な制御信号ｔを形成する。

信号処理部２はデイジタルフ゛イルタ群等により構成さ
れ、変換画像メモリ３の座標点が有限個であることや、
画像サイズの縮小、拡大に伴なう幾何学的歪の補正を行
ない、補間や再サンプリングの結果生じる帯域内折返成
分の除去等の処理を行なうものであり、処理された画像
信号Ｑは変換画像メモリ３嘔二加えられる。

ｉＪ２アドレス発生部８は出力ディジタル画像信号ｄの
水平及び垂直同期信号り、１（同期期したアドレス信号
ｎを発生する。アドレス選択部４は変換画像メモリ３へ
の画像信号Ｃの書込時にはアドレス信号ｍを選択し、変
換画像メモリ３から読出すときはアドレス信号ｎを選択
してアドレス信号ｐとするものである。

従ってアドレス変換部６で変換されたアドレス信号ｍに
従って画像メモリ１の内容が変換画像メモリ３（：書込
まれ、画像メモリ１の平面画像が制御データｑに従って
回転投影された画像として変換画像メモリ３６二書込ま
れることになり、通常の走査ｉ二従って変換画像メモリ
３から７続出されて出力ディジタル画像信号ｄとなる。

前述の構成に於いては１画像メモリ１と変換画像メモリ
３との同一規模のメモリを２個必要とする欠点がある。

これは、テレビジョン画像のように、動画を対象とした
場会、ディジタル画像信号の属するフィールドを変換し
、別の座標の画像で１フイールド形成する間、新しいフ
ィールドの画像信号の記録を画像メモリ１で行なわせる
必要があるからである。

本発明は、１個の画像メモリでもって画像の立体回転処
理をリアルタイムで実行し得るようにすることを目的と
するものである。以下実施例について詳細に説明する。

第２図は本発明の実施例のブロック線図であり、１１は
画像メモリ、１２は信号処理部、１３はアドレス選択部
、１４は第１アドレス発生部、１５はアドレス変換部、
１６は制御演算部、１７は第２アドレス発生部である。

入力ディジタル画像信号Ａは画像メモリ１１に加えらル
、アドレス選択部１６で選択されたアドレス信号Ｄに従
って書込み及び続出しが行なわれる。入力ディジタル画
像信号Ａの水平及び垂直同期信号Ｅ、Ｆは第１アドレス
発生部１４に加えられ、アドレス信号Ｇが形成される。

又出力ディジタル信号Ｃの水平及び垂直同期信号Ｈ，ｒ
は！ｓ２アドレス発生部１７に加えられ、アドレス信号
Ｊが形成される。

制御演算部１６は、回転軸９回転速度等の制御データＮ
に従って垂直同期信号！（同期期したアドレス変換制御
データＫを出力する。アドレス変換部１５は第２アドレ
ス発生部１７からのアドレス信号Ｊをアドレス変換制御
データＫｌ二従って変換し、変換アドレス信号Ｍを出力
し、又信号処理部１２で必要とする制御信号りを出力す
る。

画像メモリ１１には第１アドレス発生部１４からのアド
レス信号Ｇ４二従って入力デジタル画像信号Ａが書込ま
れ、＄２アドレス発生部１７からのアドレス信号Ｊがア
ドレス変換部１５で変換された変換アドレス信号Ｍに従
って続出されるように、アドレス選択部１６でアドレス
信号の選択が行なわれる。画像メモリ１１から続出され
た画像信号Ｂは信号処理部１２に加えられる。この信号
処理部１２はディジタルフィルタ群等により構成され、
制御信号Ｌｌ二よって制御されて、有限個のアドレスで
画像メモリ１１が構成されていることにより発生する幾
何学的表示画像の歪成分を補間により補正し、又画像メ
モ９１１１：、書込まれた画像信号Ａを二次元空間上で
再サンプリングすることｄ二よる等価的なチンプリング
数の変化により発生する帯域内折返成分を除去し、出力
ディジタル信号Ｃとするものである。

三次元任意軸の回転についての変換手段は、次のような
手法が知られている。この従来の変換について先ず簡単
に説明する。

二次元画像の属する平面は、初期状態では２＝０平面と
一致し、任意軸との交点を原点とする三次元座標上にあ
るものとし、任意軸を原点（０，０，０）を通り、方向
の単位ベクトルｕ＝−ｃｔｅｍｓｎ〕で表わされる直線
とし、この直線の回暑月二θ０回転するものとする。こ
こで、回転の方向は軸を表わすベクトル方向（同右ねじ
な進める方向とする。

初期状態に於けるＸ、Ｙ平面上の任意の座標点を（：ｔ
ｙ＊０）とし、これが（１１ｇＹＩｅ篤りに変換された
とすると、 となる。ここで［Ｒ］は である。

ｚ軸上の透視点をｈとすれば、透視変換後の各座標（Ｘ
’ｓ７１＊Ｓｔ）は・ となる。

投影変換後は、−＝０となり、ＸＭ＊）’Ｉが変換後の
画像メモリへの書込アドレスとなる。即ち第１図の構成
に於いては、制御データｑは前述のｔ。

ｍ、ｒｈ、ｅ及びｈであり、制御演算部７で、前述のＰ
、〜Ｐ＠が演算され、Ｐｖ〜Ｐ、及びＸＭｅ）’鵞Ｉｓ
ｌが演算され、変換画像メモ９３１−画像信号Ｃが”！
ｔ）’ｔをアドレスとして書込まれる。

一方本発明に於いては、画像メモリー１に沓込まれた平
面画像を再生する時点で三次元任意軸まわりの回転効果
を与えるものであり、従って前述の変換操作と逆の変換
操作を必要とすること嘔ニなる０例えば拡大画像を得る
ζ二は縮小したアドレスを作成し、又縮小画像を得るｉ
二は拡大したアドレスを作成しなければならず、又時計
回りの回転画像を得るには反時計回りのアドレス変換操
作をしなければならない。

前述の従来の変換操作の場合と同様Ｃコニ次元画像平面
と三次元座標との関係を仮定し、更に初期状態として二
次元座標上に座標原点の単位円を仮定する。三次元任意
軸回りの回転を行なって無限遠の点よりＸ、Ｙ座標に投
影した状態を考えると、蛾初Ｃ；仮定した円は、Ｘ、Ｙ
平向上に長軸を円の直径とした楕円が投影されることζ
二なる。この楕円の長軸は三次元任意軸回りの回転を行
なった平面とＸ、Ｙ平面との交線でもある。

このような点から、前述の変換式より１．＝Ｑとして長
軸の方向を示す直線が得られ、これと直交する直線とし
て が得られ、楕円の式は となり、（至）式の直線と四式の楕円との交点間の距離
２Ｄ、は、 となる。

三次元任意軸回りの回転変換＆＝より得られた変換アド
レスで画像メモリをアクセスした場合、楕円長軸方向の
再生画像サイズは、１対１となるが、短軸方向について
は、短軸の長さが当初仮定した単位円の直径に対して縮
小された分の逆比で拡大された画像サイズとなる。従っ
て短軸方向に対して補正する必要がある。

従ってアドレス変換部１５では、先ず三次元任意軸回り
の回転変換処理を行ない、その結果Ｃ；ついて前述の補
正を施すものである。この補正手段としては、楕円の長
軸をＸ軸と重なるように２軸を中心として回転させ（２
軸回りの回転では、画像サイズの変化が生じない）、次
（−短軸方向に補正値を乗じ、再度２軸を中心として先
の回転と逆方向６二回転させるものである。

三次元任意軸回りの変換式は（１）式に示すものであり
、楕円の長袖とＸ軸との角をφとすると、となり、２軸
回りの回転を表わすマトリクスを（Ｒ＋１、その反対の
方向の回転を表わすマトリクスを［−Ｒ１１とすると、
補正係数に！は楕円の短縮率の逆数の２乗であるから となるので、求めるアドレスは、 となる。従ってＸ＊ｔＦ雪＊ｆ１ｍは次（：示すように
なる。

但し、 前述の−〜（２）式が逆変換を含めた二次元画像の三次
元任意軸回りの回転効果を与える式である。

号である。このｚｌの符号は、画像メモリの内容Ｃ；対
して再生された画像内容が裏返しの関係になった時化じ
る問題であって、変換されたアドレスでアクセスされる
画像メモリ平面（原画像）の向きを定め、例えば表面像
面を正とし、これが再生−面上で変化するか否かで検知
することにより、裏返しの関係−二なったことを識別す
ることができる。

具体的６二は係数ｈ／（ｈ−ｍｓ）の逆数（ｈ−ｚＩ）
／−ｈを求め、原画像面の単位法線ベクトルが回転変換
された時の値 の符号を見ることになる。以上の演算結果より透視変換
は 但し、ｙ＝ｓａＮ（ｕｓ）Φ。

５ＧＮ（ｕｌ）ｚｕ、の符号を表わす関数である。

第３図は前述の変換演算を行なうアドレス変換部とその
周辺部のブロック線図であり、１５ｍは三次元任意軸回
りの回転を与える高速演算部、１５ｂは透視に於ける係
数の演算部、１５＠は透視の為のアドレス演算部、１５
ｄは再生画像砿二遠近感を与える為の２軸方向のデータ
変換部、１２ｍは画像メモリに記憶できる画素数が有限
個であることにより生じる歪を補正する内挿フィルタ部
、１２ｂは帯域制限フィルタ部であり、１６．１７は第
２図の制御演算部及び第２アドレス発生部である。

制御演算部１６へ加える制御データＮは、前述の各式６
二於けるｔ、ｍ、ｎ、＃、ｈであり、高速演算部１５ｍ
へ加える信号に１は、三次元任意軸回りの回転演算実施
の為の係数である（ＰＩ・Ｑ１＋Ｐ！・Ｑ、）。

である。又演算部１５ｂへ加える信号に２は、透視、演
算の係数を求める為の四式のせ、の符号を表わす関数８
ＧＮ（ｔｌ、）及びｈである。

第２アドレス発生部１７からは水平及び垂直同期信号Ｈ
、Ｉ（：同期した水平及び垂直アドレス信号Ｊ１．Ｊ２
が出力され、高速演算部１５ｍは、制御演算部１６から
の制御データに１に従って水平及び垂直アドレス信号Ｊ
１．Ｊ２を変換し、三次元任意軸回りの回転の演算−一
よるアドレスＸ鵞ｅＦ！ｅＳＲの変換アドレス信号Ｐｓ
ＱｓＲを出力する。又演算部１５ｂは一〜一式幅二於け
る係数Ｆを示す信号Ｓを出力し、アドレス演算部１５＠
はアドレス選択部１５を介して画像メモリ１１の続出ア
ドレスとなる変換部ドレス信号Ｍ１、Ｍ２を出力し、又
内挿フィルタ部１２ｍへ加えて内挿比を制御する信号Ｌ
１．Ｌ２を出力する。この信号Ｌ１．Ｌ２はアドレス演
算時の下位アドレス信号が用いられる。又データ変換部
１５ｄは２アドレス信号Ｌ３を出力して帯域制限フィル
タ部１２ｂに加えるもので、遠近効果を強調する為の信
号である。

制御演算部１６に於ける演算は、１フイールド毎に実施
するもので、比較的低速で処理できるからマイクロプロ
セツサで構成することができる。

又他のアドレス変換や画像信号処理は画素単位で処理さ
れるものとなる。

以上説明したように、本発明は、画像メモリ１１４−水
平及び垂直同期信号ｇ、Ｆ（同期期したアドレス信号Ｇ
で入カデイ、ジタル画像信号Ａを順次書込み、アドレス
変換部１５で変換されたアドレスｉ号Ｍによって読出し
、読出された画像信号Ｂを信号処理部１２−＝於いて補
正処理し、出力ディジタル−像信号Ｃとするもので、１
個の画像メモリ１１を用いて三次元任意軸回りの回転効
果をリアルタイムで実現できること（−なる。又平面画
像を回転して投影したことによる遠近感を信号処理部１
２で補正処理すること４二よって与えるので、立体回転
効果を与えることができる。

又画像メモリ１１の全画素は、フィールド単位で常に更
新可能となり、記録時のフィールドと再生時のフィール
ドとが同期、例えば記録側が奇数フィールド、再生側が
偶数フィールドであれば前述の如く動画であっても１１
の画像メモリで変換処理を実現することができるものと
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の立体回転効果を与える為の画像信号処理
部のブロック線図、第２図は本発明の実施例のブロック
線図、第３図はアドレス演算時とその周辺回路とのブロ
ック線図である。 １１は画像メモリ、１２は信号処理部、１３はアドレス
選択部、１．４はＩＳ１アトＶス発生部、１５はアドレ
ス変換部、１６は制御演算部、１７は第２アドレス発生
部である。 特許出願人株式会社中日電子工業所 第１図 第２図 手続補正書 昭和５７年４月り１日 を事件の表示 昭和５６年特許願第１９５１６６号 ２、発明の名称 画像信号処理方式 ３、補正ｔする者 ４、代理人 ５、補正により増加する発明の数なし ６、補正の対象明細書の発明の詳細な説明の欄（１）明
細１１２頁第９行乃至第１５行「となるので、・・・但
し、」を下記の通り補正する。 「となるので、求めるアドレスは、 となる。従って−ｅ’Ｉｔ＊Ｘｓは次に示すようになる
。 ５ｅｔ−ＣＰｌ”Ｑ、＋Ｐ、−Ｑｍ）峠ＣＰ、−Ｑ、＋
Ｐｓ−Ｑｍ）ｙ−（２４）’ｌ５−ＣＰ、・ＱＢ＋Ｐ１
・Ｑｓ）ｓ：＋ＣＰａ”Ｑｓ＋Ｐｍ”Ｑｊ）ｙ・・・（
２５）ｊ！ｌ−Ｐ、−ｓｃ＋Ｐ６・ｙ”・（２６）但し
、」 （２）同書第１５Ｍ第４行 」 を下記の通り補正する。 （５）同書第１４頁第４行「の逆数（Ａ−Ｚｌ）／ＡＪ
を削除する。 （４）同１１４頁第７行 ｒ”ｘ−Ｐｔ（Ｐｓ＋Ｆ＋）ＰｓＣＰｓ＋Ｐ重）・・・
（２７）Ｊを下記の通り補正する。 「町−Ｐｔ（Ｐｓ＋Ｐｓ）−Ｐ雪（Ｐｓ＋Ｐ＋）・・・
（２７）Ｊ（５）同書第１４頁第１５行 を下記の通り補正する。 」 （６）同書第１５Ｍ第９行 ｒ（Ｐ＋−Ｑｓ＋Ｐｔ・Ｑｓ）−（Ｐ＋・Ｑｌ＋ＰＩ−
Ｑ２）、（Ｐ＋・Ｑｔ十Ｆ、−Ｑｍ月を下記の通り補正
する。 ｒ（Ｐｔ”Ｑｔ＋Ｐ＊・Ｑｓ）Ｉ（Ｐ＋・Ｑｔ＋Ｐ＊”
Ｑｔ）ｔ（７’４・Ｑ＠＋Ｐｓ−Ｑｓ）Ｊ以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原画像を任意の軸を中心として回転させた画像に変換す
   る画像信号処理方式に於いて、入力ディジタル画像信号
   を水平及び垂直同期信号に同期したアドレス信号により
   順次書込む画像メモリと、該画像メモリの続出アドレス
   を前記任意の軸を中心として回転させるように変換処理
   するアドレス変換部と、該アドレス変換部にアドレス変
   換制御データを加える制御演算部と、前記画像メモリか
   ら続出した画像信号の補正処理等を施す信号処理部とを
   備え、前記画像メモリに書込まれた平面画像を前記アド
   レス変換部で変換されたアドレス信号により回転させた
   画像として続出し、且つ回転画像の投影画像に遠近感を
   与える補正を行なうことを特徴とする画像信号処理方式
   。