JP4596215B2 - 画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、センサにより検出した信号と現実世界との違いを考慮した画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現実世界における事象をセンサで検出し、画像センサが出力するサンプリングデータを処理する技術が広く利用されている。
【０００３】
例えば、静止している所定の背景の前で移動する物体をビデオカメラで撮像して得られる画像には、物体の移動速度が比較的速い場合、動きボケが生じることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
静止している背景の前で物体が移動するとき、移動する物体の画像自身の混ざり合いによる動きボケのみならず、背景の画像と移動する物体の画像との混ざり合いが生じる。従来は、背景の画像と移動する物体の画像との混ざり合いを考慮して動きベクトルを検出することは、考えられていなかった。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、背景の画像および移動する物体の画像など複数のオブジェクトの混ざり合いを考慮した、より正確な動きベクトルを検出することができるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理装置は、時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素からなる入力画像を処理する画像処理装置において、注目フレームとした入力画像とその１つ前及び後に取得された入力画像である第１の隣接フレーム及び第２の隣接フレームとの間で、同じ位置の画素の画素値の差分の絶対値と予め定められた閾値とを比較することで、注目フレームと第１の隣接フレームとの間の動きの有無、及び、注目フレームと第２の隣接フレームとの間の動きの有無を判定し、その判定結果に基づいて、注目フレームの、前景オブジェクトを構成する前景オブジェクト成分と、背景オブジェクトを構成する背景オブジェクト成分とが混合されてなる混合領域を特定し、さらに、第１の隣接フレームとその１つ前に取得された入力画像との間の画素の動きの有無の判定結果と、第２の隣接フレームとその１つ後に取得された入力画像との間の画素の動きの有無の判定結果も用いて、特定した混合領域が、時間の経過に対応して背景オブジェクト成分から前景オブジェクト成分になる領域であるカバードバックグラウンド領域、または、時間の経過に対応して前景オブジェクト成分から背景オブジェクト成分になる領域であるアンカバードバックグラウンド領域のいずれであるかを特定し、特定された領域を示す領域情報を出力する領域特定手段と、注目フレームの混合領域の注目画素の画素値がC、第１の隣接フレームの注目画素に対応する画素の画素値がP、第２の隣接フレームの注目画素に対応する画素の画素値がNであるとき、注目画素がカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-N)/(P-N)、注目画素がアンカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-P)/(N-P)により、注目画素の、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定する混合比推定手段と、所定の範囲内の大きさと角度の複数の組み合わせにより、検出すべき動きベクトルの候補としての複数の候補ベクトルを生成する候補ベクトル生成手段と、注目画素の画素値から、第１の隣接フレームの対応する画素の画素値に混合比を乗じた値を減算して得られる第１の差分を算出すると共に、注目画素の画素値から、第２の隣接フレームの各画素の画素値にそれぞれ混合比を乗じた値を減算して得られる複数の第２の差分を算出する差分算出手段と、注目画素から候補ベクトルに対応する第２の隣接フレームの画素の第２の差分と、第１の差分との相関を、複数の候補ベクトルそれぞれについて演算する相関演算手段と、複数の候補ベクトルそれぞれに対応する相関のなかで、相関が最大となる候補ベクトルを検出し、注目フレームの注目画素に対応する動きベクトルとして出力する動きベクトル決定手段とを含むことを特徴とする。
【０００７】
相関値演算手段には、相関として、第１の差分と第２の差分の絶対値を演算させることができる。
【０００８】
相関値演算手段には、相関として、注目画素を中心とする複数画素からなる注目ブロック内の各画素の第１の差分と、第２の隣接フレームの注目画素に対応する画素を中心とする複数画素からなる対応ブロック内の各画素の第２の差分の、対応する画素どうしの差分絶対値和を演算させることができる。
【０００９】
画像処理装置は、混合比を基に、混合領域から、少なくとも前景オブジェクトを分離する分離手段をさらに設けることができる。
【００１０】
画像処理装置は、動きベクトルを基に、分離された前景オブジェクトの動きボケの量を調整する動きボケ調整手段をさらに設けることができる。
【００１１】
画像処理装置は、動きベクトルを基に、分離された前景オブジェクトのノイズを除去するノイズ除去手段をさらに設けることができる。
【００１２】
本発明の画像処理方法は、時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素からなる入力画像を処理する画像処理方法において、注目フレームとした入力画像とその１つ前及び後に取得された入力画像である第１の隣接フレーム及び第２の隣接フレームとの間で、同じ位置の画素の画素値の差分の絶対値と予め定められた閾値とを比較することで、注目フレームと第１の隣接フレームとの間の動きの有無、及び、注目フレームと第２の隣接フレームとの間の動きの有無を判定し、その判定結果に基づいて、注目フレームの、前景オブジェクトを構成する前景オブジェクト成分と、背景オブジェクトを構成する背景オブジェクト成分とが混合されてなる混合領域を特定し、さらに、第１の隣接フレームとその１つ前に取得された入力画像との間の画素の動きの有無の判定結果と、第２の隣接フレームとその１つ後に取得された入力画像との間の画素の動きの有無の判定結果も用いて、特定した混合領域が、時間の経過に対応して背景オブジェクト成分から前景オブジェクト成分になる領域であるカバードバックグラウンド領域、または、時間の経過に対応して前景オブジェクト成分から背景オブジェクト成分になる領域であるアンカバードバックグラウンド領域のいずれであるかを特定し、特定された領域を示す領域情報を出力する領域特定ステップと、注目フレームの混合領域の注目画素の画素値がC、第１の隣接フレームの注目画素に対応する画素の画素値がP、第２の隣接フレームの注目画素に対応する画素の画素値がNであるとき、注目画素がカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-N)/(P-N)、注目画素がアンカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-P)/(N-P)により、注目画素の、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定する混合比推定ステップと、所定の範囲内の大きさと角度の複数の組み合わせにより、検出すべき動きベクトルの候補としての複数の候補ベクトルを生成する候補ベクトル生成ステップと、注目画素の画素値から、第１の隣接フレームの対応する画素の画素値に混合比を乗じた値を減算して得られる第１の差分を算出すると共に、注目画素の画素値から、第２の隣接フレームの各画素の画素値にそれぞれ混合比を乗じた値を減算して得られる複数の第２の差分を算出する差分算出ステップと、注目画素から候補ベクトルに対応する第２の隣接フレームの画素の第２の差分と、第１の差分との相関を、複数の候補ベクトルそれぞれについて演算する相関演算ステップと、複数の候補ベクトルそれぞれに対応する相関のなかで、相関が最大となる候補ベクトルを検出し、注目フレームの注目画素に対応する動きベクトルとして出力する動きベクトル決定ステップとを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の記録媒体は、コンピュータに、時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素からなる入力画像のうち、注目フレームとした入力画像とその１つ前及び後に取得された入力画像である第１の隣接フレーム及び第２の隣接フレームとの間で、同じ位置の画素の画素値の差分の絶対値と予め定められた閾値とを比較することで、注目フレームと第１の隣接フレームとの間の動きの有無、及び、注目フレームと第２の隣接フレームとの間の動きの有無を判定し、その判定結果に基づいて、注目フレームの、前景オブジェクトを構成する前景オブジェクト成分と、背景オブジェクトを構成する背景オブジェクト成分とが混合されてなる混合領域を特定し、さらに、第１の隣接フレームとその１つ前に取得された入力画像との間の画素の動きの有無の判定結果と、第２の隣接フレームとその１つ後に取得された入力画像との間の画素の動きの有無の判定結果も用いて、特定した混合領域が、時間の経過に対応して背景オブジェクト成分から前景オブジェクト成分になる領域であるカバードバックグラウンド領域、または、時間の経過に対応して前景オブジェクト成分から背景オブジェクト成分になる領域であるアンカバードバックグラウンド領域のいずれであるかを特定し、特定された領域を示す領域情報を出力する領域特定ステップと、注目フレームの混合領域の注目画素の画素値がC、第１の隣接フレームの注目画素に対応する画素の画素値がP、第２の隣接フレームの注目画素に対応する画素の画素値がNであるとき、注目画素がカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-N)/(P-N)、注目画素がアンカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-P)/(N-P)により、注目画素の、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定する混合比推定ステップと、所定の範囲内の大きさと角度の複数の組み合わせにより、検出すべき動きベクトルの候補としての複数の候補ベクトルを生成する候補ベクトル生成ステップと、注目画素の画素値から、第１の隣接フレームの対応する画素の画素値に混合比を乗じた値を減算して得られる第１の差分を算出すると共に、注目画素の画素値から、第２の隣接フレームの各画素の画素値にそれぞれ混合比を乗じた値を減算して得られる複数の第２の差分を算出する差分算出ステップと、注目画素から候補ベクトルに対応する第２の隣接フレームの画素の第２の差分と、第１の差分との相関を、複数の候補ベクトルそれぞれについて演算する相関演算ステップと、複数の候補ベクトルそれぞれに対応する相関のなかで、相関が最大となる候補ベクトルを検出し、注目フレームの注目画素に対応する動きベクトルとして出力する動きベクトル決定ステップとを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なものである。
【００１４】
本発明のプログラムは、時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素からなる入力画像を処理させるコンピュータに、注目フレームとした入力画像とその１つ前及び後に取得された入力画像である第１の隣接フレーム及び第２の隣接フレームとの間で、同じ位置の画素の画素値の差分の絶対値と予め定められた閾値とを比較することで、注目フレームと第１の隣接フレームとの間の動きの有無、及び、注目フレームと第２の隣接フレームとの間の動きの有無を判定し、その判定結果に基づいて、注目フレームの、前景オブジェクトを構成する前景オブジェクト成分と、背景オブジェクトを構成する背景オブジェクト成分とが混合されてなる混合領域を特定し、さらに、第１の隣接フレームとその１つ前に取得された入力画像との間の画素の動きの有無の判定結果と、第２の隣接フレームとその１つ後に取得された入力画像との間の画素の動きの有無の判定結果も用いて、特定した混合領域が、時間の経過に対応して背景オブジェクト成分から前景オブジェクト成分になる領域であるカバードバックグラウンド領域、または、時間の経過に対応して前景オブジェクト成分から背景オブジェクト成分になる領域であるアンカバードバックグラウンド領域のいずれであるかを特定し、特定された領域を示す領域情報を出力する領域特定ステップと、注目フレームの混合領域の注目画素の画素値がC、第１の隣接フレームの注目画素に対応する画素の画素値がP、第２の隣接フレームの注目画素に対応する画素の画素値がNであるとき、注目画素がカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-N)/(P-N)、注目画素がアンカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-P)/(N-P)により、注目画素の、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定する混合比推定ステップと、所定の範囲内の大きさと角度の複数の組み合わせにより、検出すべき動きベクトルの候補としての複数の候補ベクトルを生成する候補ベクトル生成ステップと、注目画素の画素値から、第１の隣接フレームの対応する画素の画素値に混合比を乗じた値を減算して得られる第１の差分を算出すると共に、注目画素の画素値から、第２の隣接フレームの各画素の画素値にそれぞれ混合比を乗じた値を減算して得られる複数の第２の差分を算出する差分算出ステップと、注目画素から候補ベクトルに対応する第２の隣接フレームの画素の第２の差分と、第１の差分との相関を、複数の候補ベクトルそれぞれについて演算する相関演算ステップと、複数の候補ベクトルそれぞれに対応する相関のなかで、相関が最大となる候補ベクトルを検出し、注目フレームの注目画素に対応する動きベクトルとして出力する動きベクトル決定ステップとを実行させるためのものである。
【００１５】
本発明の画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムにおいては、注目フレームとした入力画像とその１つ前及び後に取得された入力画像である第１の隣接フレーム及び第２の隣接フレームとの間で、同じ位置の画素の画素値の差分の絶対値と予め定められた閾値とを比較することで、注目フレームと第１の隣接フレームとの間の動きの有無、及び、注目フレームと第２の隣接フレームとの間の動きの有無が判定され、その判定結果に基づいて、注目フレームの、前景オブジェクトを構成する前景オブジェクト成分と、背景オブジェクトを構成する背景オブジェクト成分とが混合されてなる混合領域が特定され、さらに、第１の隣接フレームとその１つ前に取得された入力画像との間の画素の動きの有無の判定結果と、第２の隣接フレームとその１つ後に取得された入力画像との間の画素の動きの有無の判定結果も用いて、特定した混合領域が、時間の経過に対応して背景オブジェクト成分から前景オブジェクト成分になる領域であるカバードバックグラウンド領域、または、時間の経過に対応して前景オブジェクト成分から背景オブジェクト成分になる領域であるアンカバードバックグラウンド領域のいずれであるかが特定され、特定された領域を示す領域情報が出力される。そして、注目フレームの混合領域の注目画素の画素値がC、第１の隣接フレームの注目画素に対応する画素の画素値がP、第２の隣接フレームの注目画素に対応する画素の画素値がNであるとき、注目画素がカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-N)/(P-N)、注目画素がアンカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-P)/(N-P)により、注目画素の、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比が推定され、所定の範囲内の大きさと角度の複数の組み合わせにより、検出すべき動きベクトルの候補としての複数の候補ベクトルが生成され、注目画素の画素値から、第１の隣接フレームの対応する画素の画素値に混合比を乗じた値を減算して得られる第１の差分を算出すると共に、注目画素の画素値から、第２の隣接フレームの各画素の画素値にそれぞれ混合比を乗じた値を減算して得られる複数の第２の差分が算出され、注目画素から候補ベクトルに対応する第２の隣接フレームの画素の第２の差分と、第１の差分との相関が、複数の候補ベクトルそれぞれについて演算され、複数の候補ベクトルそれぞれに対応する相関のなかで、相関が最大となる候補ベクトルが検出され、注目フレームの注目画素に対応する動きベクトルとして出力される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る信号処理装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。CPU（Central Processing Unit）２１は、ROM（Read Only Memory）２２、または記憶部２８に記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM（Random Access Memory）２３には、CPU２１が実行するプログラムやデータなどが適宜記憶される。これらのCPU２１、ROM２２、およびRAM２３は、バス２４により相互に接続されている。
【００１７】
CPU２１にはまた、バス２４を介して入出力インタフェース２５が接続されている。入出力インタフェース２５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部２６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部２７が接続されている。CPU２１は、入力部２６から入力される指令に対応して各種の処理を実行する。そして、CPU２１は、処理の結果得られた画像や音声等を出力部２７に出力する。
【００１８】
入出力インタフェース２５に接続されている記憶部２８は、例えばハードディスクなどで構成され、CPU２１が実行するプログラムや各種のデータを記憶する。通信部２９は、インターネット、その他のネットワークを介して外部の装置と通信する。この例の場合、通信部２９はセンサの出力を取り込む取得部として働く。
【００１９】
また、通信部２９を介してプログラムを取得し、記憶部２８に記憶してもよい。
【００２０】
入出力インタフェース２５に接続されているドライブ３０は、磁気ディスク５１、光ディスク５２、光磁気ディスク５３、或いは半導体メモリ５４などが装着されたとき、それらを駆動し、そこに記録されているプログラムやデータなどを取得する。取得されたプログラムやデータは、必要に応じて記憶部２８に転送され、記憶される。
【００２１】
次に、センサにより取得されたデータから、有意情報が埋もれている領域を特定したり、埋もれた有意情報を抽出する処理を行う信号処理装置についてより具体的な例を挙げて説明する。以下の例において、CCDラインセンサまたはCCDエリアセンサがセンサに対応し、領域情報や混合比が有意情報に対応し、混合領域において、前景と背景が混合していることや動きボケが歪みに対応する。
【００２２】
ここで、動きボケとは、撮像の対象となる、現実世界におけるオブジェクトの動きと、センサの撮像の特性とにより生じる、動いているオブジェクトに対応する画像に含まれている歪みをいう。
【００２３】
この明細書では、撮像の対象となる、現実世界におけるオブジェクトに対応する画像を、画像オブジェクトと称する。
【００２４】
図２は、信号処理装置を示すブロック図である。
【００２５】
なお、信号処理装置の各機能をハードウェアで実現するか、ソフトウェアで実現するかは問わない。つまり、本明細書の各ブロック図は、ハードウェアのブロック図と考えても、ソフトウェアによる機能ブロック図と考えても良い。
【００２６】
信号処理装置に供給された入力画像は、領域特定部１０１、混合比算出部１０２、前景背景分離部１０３、および動き推定部１０４に供給される。
【００２７】
領域特定部１０１は、入力された画像の画素のそれぞれを、前景領域、背景領域、または混合領域のいずれかに特定し、画素毎に前景領域、背景領域、または混合領域のいずれかに属するかを示す情報（以下、領域情報と称する）を混合比算出部１０２、前景背景分離部１０３、および動きボケ調整部１０５に供給する。
【００２８】
混合比算出部１０２は、入力画像、および領域特定部１０１から供給された領域情報を基に、混合領域に含まれる画素に対応する混合比（以下、混合比αと称する）を算出して、算出した混合比を前景背景分離部１０３および動き推定部１０４に供給する。
【００２９】
混合比αは、後述する式（３）に示されるように、画素値における、背景のオブジェクトに対応する画像の成分（以下、背景の成分とも称する）の割合を示す値である。
【００３０】
前景背景分離部１０３は、領域特定部１０１から供給された領域情報、および混合比算出部１０２から供給された混合比αを基に、前景のオブジェクトに対応する画像の成分（以下、前景の成分とも称する）のみから成る前景成分画像と、背景の成分のみから成る背景成分画像とに入力画像を分離して、前景成分画像を動きボケ調整部１０５および選択部１０６に供給する。なお、分離された前景成分画像を最終的な出力とすることも考えられる。従来の混合領域を考慮しないで前景と背景だけを特定し、分離していた方式に比べ正確な前景と背景を得ることができる。
【００３１】
動き推定部１０４は、入力画像、および混合比算出部１０２から供給された混合比αを基に、複数のフレームについて、前景の成分の相関値を算出し、算出された相関値から画素の動きベクトルを検出する。動き推定部１０４は、検出された動きベクトルを動きボケ調整部１０５に供給する。
【００３２】
なお、動き推定部１０４は、検出された動きベクトルを前景のオブジェクトに対応する動きベクトルとして出力することもできる。
【００３３】
動きボケ調整部１０５は、動き推定部１０４から供給された動きベクトルからわかる動き量vおよび領域情報を基に、前景成分画像に含まれる１以上の画素を示す処理単位を決定する。
【００３４】
動き量vは、動いているオブジェクトに対応する画像の位置の変化を画素間隔を単位として表す値である。例えば、前景に対応するオブジェクトの画像が、あるフレームを基準として次のフレームにおいて４画素分離れた位置に表示されるように移動しているとき、前景に対応するオブジェクトの画像の動き量vは、４とされる。
【００３５】
処理単位は、動きボケの量の調整の処理の対象となる１群の画素を指定するデータである。
【００３６】
動きボケ調整部１０５は、信号処理装置に入力された動きボケ調整量、前景背景分離部１０３から供給された前景成分画像、動き推定部１０４から供給された動きベクトル、および処理単位を基に、前景成分画像に含まれる動きボケを除去する、動きボケの量を減少させる、または動きボケの量を増加させるなど前景成分画像に含まれる動きボケの量を調整して、動きボケの量を調整した前景成分画像を選択部１０６に出力する。動きベクトルとその位置情報は使わないこともある。
【００３７】
選択部１０６は、例えば使用者の選択に対応した選択信号を基に、前景背景分離部１０３から供給された前景成分画像、および動きボケ調整部１０５から供給された動きボケの量が調整された前景成分画像のいずれか一方を選択して、選択した前景成分画像を出力する。
【００３８】
次に、図３乃至図１８を参照して、信号処理装置に供給される入力画像について説明する。
【００３９】
図３は、センサによる撮像を説明する図である。センサは、例えば、固体撮像素子であるCCD（Charge-Coupled Device）エリアセンサを備えたCCDビデオカメラなどで構成される。現実世界における、前景に対応するオブジェクトは、現実世界における、背景に対応するオブジェクトと、センサとの間を、例えば、図中の左側から右側に水平に移動する。
【００４０】
センサは、前景に対応するオブジェクトを、背景に対応するオブジェクトと共に撮像する。センサは、撮像した画像を１フレーム単位で出力する。例えば、センサは、１秒間に３０フレームから成る画像を出力する。センサの露光時間は、１／３０秒とすることができる。露光時間は、センサが入力された光の電荷への変換を開始してから、入力された光の電荷への変換を終了するまでの期間である。以下、露光時間をシャッタ時間とも称する。
【００４１】
図４は、画素の配置を説明する図である。図４中において、Ａ乃至Ｉは、個々の画素を示す。画素は、画像に対応する平面上に配置されている。１つの画素に対応する１つの検出素子は、センサ上に配置されている。センサが画像を撮像するとき、１つの検出素子は、画像を構成する１つの画素に対応する画素値を出力する。例えば、検出素子のＸ方向の位置は、画像上の横方向の位置に対応し、検出素子のＹ方向の位置は、画像上の縦方向の位置に対応する。
【００４２】
図５に示すように、例えば、CCDである検出素子は、シャッタ時間に対応する期間、入力された光を電荷に変換して、変換された電荷を蓄積する。電荷の量は、入力された光の強さと、光が入力されている時間にほぼ比例する。検出素子は、シャッタ時間に対応する期間において、入力された光から変換された電荷を、既に蓄積されている電荷に加えていく。すなわち、検出素子は、シャッタ時間に対応する期間、入力される光を積分して、積分された光に対応する量の電荷を蓄積する。検出素子は、時間に対して、積分効果があるとも言える。
【００４３】
検出素子に蓄積された電荷は、図示せぬ回路により、電圧値に変換され、電圧値は更にデジタルデータなどの画素値に変換されて出力される。従って、センサから出力される個々の画素値は、前景または背景に対応するオブジェクトの空間的に広がりを有するある部分を、シャッタ時間について積分した結果である、１次元の空間に射影された値を有する。
【００４４】
信号処理装置は、このようなセンサの蓄積の動作により、出力信号に埋もれてしまった有意な情報、例えば、混合比αを抽出する。信号処理装置は、前景の画像オブジェクト自身が混ざり合うことによる生ずる歪みの量、例えば、動きボケの量などを調整する。また、信号処理装置は、前景の画像オブジェクトと背景の画像オブジェクトとが混ざり合うことにより生ずる歪みの量を調整する。
【００４５】
図６は、動いている前景に対応するオブジェクトと、静止している背景に対応するオブジェクトとを撮像して得られる画像を説明する図である。図６（Ａ）は、動きを伴う前景に対応するオブジェクトと、静止している背景に対応するオブジェクトとを撮像して得られる画像を示している。図６（Ａ）に示す例において、前景に対応するオブジェクトは、画面に対して水平に左から右に動いている。
【００４６】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す画像の１つのラインに対応する画素値を時間方向に展開したモデル図である。図６（Ｂ）の横方向は、図６（Ａ）の空間方向Ｘに対応している。
【００４７】
背景領域の画素は、背景の成分、すなわち、背景のオブジェクトに対応する画像の成分のみから、その画素値が構成されている。前景領域の画素は、前景の成分、すなわち、前景のオブジェクトに対応する画像の成分のみから、その画素値が構成されている。
【００４８】
混合領域の画素は、背景の成分、および前景の成分から、その画素値が構成されている。混合領域は、背景の成分、および前景の成分から、その画素値が構成されているので、歪み領域ともいえる。混合領域は、更に、カバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域に分類される。
【００４９】
カバードバックグラウンド領域は、前景領域に対して、前景のオブジェクトの進行方向の前端部に対応する位置の混合領域であり、時間の経過に対応して背景成分が前景に覆い隠される領域をいう。
【００５０】
これに対して、アンカバードバックグラウンド領域は、前景領域に対して、前景のオブジェクトの進行方向の後端部に対応する位置の混合領域であり、時間の経過に対応して背景成分が現れる領域をいう。
【００５１】
このように、前景領域、背景領域、またはカバードバックグラウンド領域若しくはアンカバードバックグラウンド領域を含む画像が、領域特定部１０１、混合比算出部１０２、および前景背景分離部１０３に入力画像として入力される。
【００５２】
図７は、以上のような、背景領域、前景領域、混合領域、カバードバックグラウンド領域、およびアンカバードバックグラウンド領域を説明する図である。図６に示す画像に対応する場合、背景領域は、静止部分であり、前景領域は、動き部分であり、混合領域のカバードバックグラウンド領域は、背景から前景に変化する部分であり、混合領域のアンカバードバックグラウンド領域は、前景から背景に変化する部分である。
【００５３】
図８は、静止している前景に対応するオブジェクトおよび静止している背景に対応するオブジェクトを撮像した画像における、隣接して１列に並んでいる画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。例えば、隣接して１列に並んでいる画素として、画面の１つのライン上に並んでいる画素を選択することができる。
【００５４】
図８に示すF01乃至F04の画素値は、静止している前景のオブジェクトに対応する画素の画素値である。図８に示すB01乃至B04の画素値は、静止している背景のオブジェクトに対応する画素の画素値である。
【００５５】
図８における縦方向は、図中の上から下に向かって時間が経過する。図８中の矩形の上辺の位置は、センサが入力された光の電荷への変換を開始する時刻に対応し、図８中の矩形の下辺の位置は、センサが入力された光の電荷への変換を終了する時刻に対応する。すなわち、図８中の矩形の上辺から下辺までの距離は、シャッタ時間に対応する。
【００５６】
以下において、シャッタ時間とフレーム間隔とが同一である場合を例に説明する。
【００５７】
図８における横方向は、図６で説明した空間方向Xに対応する。より具体的には、図８に示す例において、図８中の”F01”と記載された矩形の左辺から”B04”と記載された矩形の右辺までの距離は、画素のピッチの８倍、すなわち、連続している８つの画素の間隔に対応する。
【００５８】
前景のオブジェクトおよび背景のオブジェクトが静止している場合、シャッタ時間に対応する期間において、センサに入力される光は変化しない。
【００５９】
ここで、シャッタ時間に対応する期間を２つ以上の同じ長さの期間に分割する。例えば、仮想分割数を４とすると、図８に示すモデル図は、図１１に示すモデルとして表すことができる。仮想分割数は、前景に対応するオブジェクトのシャッタ時間内での動き量vなどに対応して設定される。例えば、４である動き量vに対応して、仮想分割数は、４とされ、シャッタ時間に対応する期間は４つに分割される。
【００６０】
図中の最も上の行は、シャッタが開いて最初の、分割された期間に対応する。
図中の上から２番目の行は、シャッタが開いて２番目の、分割された期間に対応する。図中の上から３番目の行は、シャッタが開いて３番目の、分割された期間に対応する。図中の上から４番目の行は、シャッタが開いて４番目の、分割された期間に対応する。
【００６１】
以下、動き量vに対応して分割されたシャッタ時間をシャッタ時間/vとも称する。
【００６２】
前景に対応するオブジェクトが静止しているとき、センサに入力される光は変化しないので、前景の成分F01/vは、画素値F01を仮想分割数で除した値に等しい。同様に、前景に対応するオブジェクトが静止しているとき、前景の成分F02/vは、画素値F02を仮想分割数で除した値に等しく、前景の成分F03/vは、画素値F03を仮想分割数で除した値に等しく、前景の成分F04/vは、画素値F04を仮想分割数で除した値に等しい。
【００６３】
背景に対応するオブジェクトが静止しているとき、センサに入力される光は変化しないので、背景の成分B01/vは、画素値B01を仮想分割数で除した値に等しい。同様に、背景に対応するオブジェクトが静止しているとき、背景の成分B02/vは、画素値B02を仮想分割数で除した値に等しく、B03/vは、画素値B03を仮想分割数で除した値に等しく、B04/vは、画素値B04を仮想分割数で除した値に等しい。
【００６４】
すなわち、前景に対応するオブジェクトが静止している場合、シャッタ時間に対応する期間において、センサに入力される前景のオブジェクトに対応する光が変化しないので、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vに対応する前景の成分F01/vと、シャッタが開いて２番目の、シャッタ時間/vに対応する前景の成分F01/vと、シャッタが開いて３番目の、シャッタ時間/vに対応する前景の成分F01/vと、シャッタが開いて４番目の、シャッタ時間/vに対応する前景の成分F01/vとは、同じ値となる。F02/v乃至F04/vも、F01/vと同様の関係を有する。
【００６５】
背景に対応するオブジェクトが静止している場合、シャッタ時間に対応する期間において、センサに入力される背景のオブジェクトに対応する光は変化しないので、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vに対応する背景の成分B01/vと、シャッタが開いて２番目の、シャッタ時間/vに対応する背景の成分B01/vと、シャッタが開いて３番目の、シャッタ時間/vに対応する背景の成分B01/vと、シャッタが開いて４番目の、シャッタ時間/vに対応する背景の成分B01/vとは、同じ値となる。B02/v乃至B04/vも、同様の関係を有する。
【００６６】
次に、前景に対応するオブジェクトが移動し、背景に対応するオブジェクトが静止している場合について説明する。
【００６７】
図１０は、前景に対応するオブジェクトが図中の右側に向かって移動する場合の、カバードバックグラウンド領域を含む、１つのライン上の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。図１０において、前景の動き量vは、４である。１フレームは短い時間なので、前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で移動していると仮定することができる。図１０において、前景に対応するオブジェクトの画像は、あるフレームを基準として次のフレームにおいて４画素分右側に表示されるように移動する。
【００６８】
図１０において、最も左側の画素乃至左から４番目の画素は、前景領域に属する。図１０において、左から５番目乃至左から７番目の画素は、カバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。図１０において、最も右側の画素は、背景領域に属する。
【００６９】
前景に対応するオブジェクトが時間の経過と共に背景に対応するオブジェクトを覆い隠すように移動しているので、カバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値に含まれる成分は、シャッタ時間に対応する期間のある時点で、背景の成分から、前景の成分に替わる。
【００７０】
例えば、図１０中に太線枠を付した画素値Mは、式（１）で表される。
【００７１】
M=B02/v+B02/v+F07/v+F06/v （１）
【００７２】
例えば、左から５番目の画素は、１つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、３つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から５番目の画素の混合比αは、1/4である。左から６番目の画素は、２つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、２つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から６番目の画素の混合比αは、1/2である。左から７番目の画素は、３つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、１つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から７番目の画素の混合比αは、3/4である。
【００７３】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように等速で移動すると仮定できるので、例えば、図１０中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分F07/vは、図１０中の左から５番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F07/vは、図１０中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１０中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００７４】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように等速で移動すると仮定できるので、例えば、図１０中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分F06/vは、図１０中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F06/vは、図１０中の左から５番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１０中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００７５】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように等速で移動すると仮定できるので、例えば、図１０中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分F05/vは、図１０中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vのに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F05/vは、図１０中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１０中の左から５番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００７６】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように等速で移動すると仮定できるので、例えば、図１０中の最も左側の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分F04/vは、図１０中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F04/vは、図１０中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１０中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００７７】
動いているオブジェクトに対応する前景の領域は、このように動きボケを含むので、歪み領域とも言える。
【００７８】
図１１は、前景が図中の右側に向かって移動する場合の、アンカバードバックグラウンド領域を含む、１つのライン上の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。図１１において、前景の動き量vは、４である。１フレームは短い時間なので、前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で移動していると仮定することができる。図１１において、前景に対応するオブジェクトの画像は、あるフレームを基準として次のフレームにおいて４画素分右側に移動する。
【００７９】
図１１において、最も左側の画素乃至左から４番目の画素は、背景領域に属する。図１１において、左から５番目乃至左から７番目の画素は、アンカバードバックグラウンドである混合領域に属する。図１１において、最も右側の画素は、前景領域に属する。
【００８０】
背景に対応するオブジェクトを覆っていた前景に対応するオブジェクトが時間の経過と共に背景に対応するオブジェクトの前から取り除かれるように移動しているので、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値に含まれる成分は、シャッタ時間に対応する期間のある時点で、前景の成分から、背景の成分に替わる。
【００８１】
例えば、図１１中に太線枠を付した画素値M'は、式（２）で表される。
【００８２】
M'=F02/v+F01/v+B26/v+B26/v （２）
【００８３】
例えば、左から５番目の画素は、３つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、１つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から５番目の画素の混合比αは、3/4である。左から６番目の画素は、２つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、２つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から６番目の画素の混合比αは、1/2である。左から７番目の画素は、１つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、３つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から７番目の画素の混合比αは、1/4である。
【００８４】
式（１）および式（２）をより一般化すると、画素値Mは、式（３）で表される。
【００８５】
【数１】

ここで、αは、混合比である。Ｂは、背景の画素値であり、Fi/vは、前景の成分である。
【００８６】
前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で動くと仮定でき、かつ、動き量vが４であるので、例えば、図１１中の左から５番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分F01/vは、図１１中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、F01/vは、図１１中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１１中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００８７】
前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で動くと仮定でき、かつ、仮想分割数が４であるので、例えば、図１１中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分F02/vは、図１１中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F02/vは、図１１中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。
【００８８】
前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で動くと仮定でき、かつ、動き量vが４であるので、例えば、図１１中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分F03/vは、図１１中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。
【００８９】
図９乃至図１１の説明において、仮想分割数は、４であるとして説明したが、仮想分割数は、動き量vに対応する。動き量vは、一般に、前景に対応するオブジェクトの移動速度に対応する。例えば、前景に対応するオブジェクトが、あるフレームを基準として次のフレームにおいて４画素分右側に表示されるように移動しているとき、動き量vは、４とされる。動き量vに対応し、仮想分割数は、４とされる。同様に、例えば、前景に対応するオブジェクトが、あるフレームを基準として次のフレームにおいて６画素分左側に表示されるように移動しているとき、動き量vは、６とされ、仮想分割数は、６とされる。
【００９０】
図１２および図１３に、以上で説明した、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域若しくはアンカバードバックグラウンド領域から成る混合領域と、分割されたシャッタ時間に対応する前景の成分および背景の成分との関係を示す。
【００９１】
図１２は、静止している背景の前を移動しているオブジェクトに対応する前景を含む画像から、前景領域、背景領域、および混合領域の画素を抽出した例を示す。図１２に示す例において、前景に対応するオブジェクトは、画面に対して水平に移動している。
【００９２】
フレーム#n+1は、フレーム#nの次のフレームであり、フレーム#n+2は、フレーム#n+1の次のフレームである。
【００９３】
フレーム#n乃至フレーム#n+2のいずれかから抽出した、前景領域、背景領域、および混合領域の画素を抽出して、動き量vを４として、抽出された画素の画素値を時間方向に展開したモデルを図１３に示す。
【００９４】
前景領域の画素値は、前景に対応するオブジェクトが移動するので、シャッタ時間/vの期間に対応する、４つの異なる前景の成分から構成される。例えば、図１３に示す前景領域の画素のうち最も左側に位置する画素は、F01/v,F02/v,F03/v、およびF04/vから構成される。すなわち、前景領域の画素は、動きボケを含んでいる。
【００９５】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、シャッタ時間に対応する期間において、センサに入力される背景に対応する光は変化しない。この場合、背景領域の画素値は、動きボケを含まない。
【００９６】
カバードバックグラウンド領域若しくはアンカバードバックグラウンド領域から成る混合領域に属する画素の画素値は、前景の成分と、背景の成分とから構成される。
【００９７】
次に、オブジェクトに対応する画像が動いているとき、複数のフレームにおける、隣接して１列に並んでいる画素であって、フレーム上で同一の位置の画素の画素値を時間方向に展開したモデルについて説明する。例えば、オブジェクトに対応する画像が画面に対して水平に動いているとき、隣接して１列に並んでいる画素として、画面の１つのライン上に並んでいる画素を選択することができる。
【００９８】
図１４は、静止している背景に対応するオブジェクトを撮像した画像の３つのフレームの、隣接して１列に並んでいる画素であって、フレーム上で同一の位置の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。フレーム#nは、フレーム#n-1の次のフレームであり、フレーム#n+1は、フレーム#nの次のフレームである。他のフレームも同様に称する。
【００９９】
図１４に示すB01乃至B12の画素値は、静止している背景のオブジェクトに対応する画素の画素値である。背景に対応するオブジェクトが静止しているので、フレーム#n-1乃至フレームn+1において、対応する画素の画素値は、変化しない。例えば、フレーム#n-1におけるB05の画素値を有する画素の位置に対応する、フレーム#nにおける画素、およびフレーム#n+1における画素は、それぞれ、B05の画素値を有する。
【０１００】
図１５は、静止している背景に対応するオブジェクトと共に図中の右側に移動する前景に対応するオブジェクトを撮像した画像の３つのフレームの、隣接して１列に並んでいる画素であって、フレーム上で同一の位置の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。図１５に示すモデルは、カバードバックグラウンド領域を含む。
【０１０１】
図１５において、前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、前景の動き量vは、４であり、仮想分割数は、４である。
【０１０２】
例えば、図１５中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなり、図１５中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F12/vとなる。図１５中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１５中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなる。
【０１０３】
図１５中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなり、図１５中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F11/vとなる。図１５中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなる。
【０１０４】
図１５中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F10/vとなり、図１５中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F10/vとなる。図１５中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F09/vとなる。
【０１０５】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１５中のフレーム#n-1の左から２番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの背景の成分は、B01/vとなる。図１５中のフレーム#n-1の左から３番目の画素の、シャッタが開いて最初および２番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B02/vとなる。図１５中のフレーム#n-1の左から４番目の画素の、シャッタが開いて最初乃至３番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B03/vとなる。
【０１０６】
図１５中のフレーム#n-1において、最も左側の画素は、前景領域に属し、左側から２番目乃至４番目の画素は、カバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１０７】
図１５中のフレーム#n-1の左から５番目の画素乃至１２番目の画素は、背景領域に属し、その画素値は、それぞれ、B04乃至B11となる。
【０１０８】
図１５中のフレーム#nの左から１番目の画素乃至５番目の画素は、前景領域に属する。フレーム#nの前景領域における、シャッタ時間/vの前景の成分は、F05/v乃至F12/vのいずれかである。
【０１０９】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、図１５中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなり、図１５中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F12/vとなる。図１５中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１５中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなる。
【０１１０】
図１５中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなり、図１５中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F11/vとなる。図１５中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなる。
【０１１１】
図１５中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F10/vとなり、図１５中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F10/vとなる。図１５中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F09/vとなる。
【０１１２】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１５中のフレーム#nの左から６番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの背景の成分は、B05/vとなる。図１５中のフレーム#nの左から７番目の画素の、シャッタが開いて最初および２番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B06/vとなる。図１５中のフレーム#nの左から８番目の画素の、シャッタが開いて最初乃至３番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B07/vとなる。
【０１１３】
図１５中のフレーム#nにおいて、左側から６番目乃至８番目の画素は、カバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１１４】
図１５中のフレーム#nの左から９番目の画素乃至１２番目の画素は、背景領域に属し、画素値は、それぞれ、B08乃至B11となる。
【０１１５】
図１５中のフレーム#n+1の左から１番目の画素乃至９番目の画素は、前景領域に属する。フレーム#n+1の前景領域における、シャッタ時間/vの前景の成分は、F01/v乃至F12/vのいずれかである。
【０１１６】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、図１５中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなり、図１５中の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F12/vとなる。図１５中の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１５中の左から１２番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなる。
【０１１７】
図１５中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの期間の前景の成分は、F11/vとなり、図１５中の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F11/vとなる。図１５中の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて４番目の、シャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなる。
【０１１８】
図１５中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて３番目の、シャッタ時間/vの前景の成分は、F10/vとなり、図１５中の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F10/vとなる。図１５中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F09/vとなる。
【０１１９】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１５中のフレーム#n+1の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの背景の成分は、B09/vとなる。図１５中のフレーム#n+1の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて最初および２番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B10/vとなる。図１５中のフレーム#n+1の左から１２番目の画素の、シャッタが開いて最初乃至３番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B11/vとなる。
【０１２０】
図１５中のフレーム#n+1において、左側から１０番目乃至１２番目の画素は、カバードバックグラウンド領域である混合領域に対応する。
【０１２１】
図１６は、図１５に示す画素値から前景の成分を抽出した画像のモデル図である。
【０１２２】
図１７は、静止している背景と共に図中の右側に移動するオブジェクトに対応する前景を撮像した画像の３つのフレームの、隣接して１列に並んでいる画素であって、フレーム上で同一の位置の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。図１７において、アンカバードバックグラウンド領域が含まれている。
【０１２３】
図１７において、前景に対応するオブジェクトは、剛体であり、かつ等速で移動していると仮定できる。前景に対応するオブジェクトが、次のフレームにおいて４画素分右側に表示されるように移動しているので、動き量vは、４である。
【０１２４】
例えば、図１７中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなり、図１７中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F13/vとなる。図１７中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１７中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなる。
【０１２５】
図１７中のフレーム#n-1の左から２番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F14/vとなり、図１７中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F14/vとなる。図１７中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分は、F15/vとなる。
【０１２６】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１７中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて２番目乃至４番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B25/vとなる。図１７中のフレーム#n-1の左から２番目の画素の、シャッタが開いて３番目および４番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B26/vとなる。図１７中のフレーム#n-1の左から３番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B27/vとなる。
【０１２７】
図１７中のフレーム#n-1において、最も左側の画素乃至３番目の画素は、アンカバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１２８】
図１７中のフレーム#n-1の左から４番目の画素乃至１２番目の画素は、前景領域に属する。フレームの前景の成分は、F13/v乃至F24/vのいずれかである。
【０１２９】
図１７中のフレーム#nの最も左側の画素乃至左から４番目の画素は、背景領域に属し、画素値は、それぞれ、B25乃至B28となる。
【０１３０】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、図１７中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなり、図１７中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F13/vとなる。図１７中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１７中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなる。
【０１３１】
図１７中のフレーム#nの左から６番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F14/vとなり、図１７中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F14/vとなる。図１７中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F15/vとなる。
【０１３２】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１７中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて２番目乃至４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B29/vとなる。図１７中のフレーム#nの左から６番目の画素の、シャッタが開いて３番目および４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B30/vとなる。図１７中のフレーム#nの左から７番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B31/vとなる。
【０１３３】
図１７中のフレーム#nにおいて、左から５番目の画素乃至７番目の画素は、アンカバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１３４】
図１７中のフレーム#nの左から８番目の画素乃至１２番目の画素は、前景領域に属する。フレーム#nの前景領域における、シャッタ時間/vの期間に対応する値は、F13/v乃至F20/vのいずれかである。
【０１３５】
図１７中のフレーム#n+1の最も左側の画素乃至左から８番目の画素は、背景領域に属し、画素値は、それぞれ、B25乃至B32となる。
【０１３６】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、図１７中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなり、図１７中の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F13/vとなる。図１７中の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１７中の左から１２番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなる。
【０１３７】
図１７中のフレーム#n+1の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F14/vとなり、図１７中の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F14/vとなる。図１７中の左から１２番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F15/vとなる。
【０１３８】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１７中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて２番目乃至４番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B33/vとなる。図１７中のフレーム#n+1の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて３番目および４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B34/vとなる。図１７中のフレーム#n+1の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B35/vとなる。
【０１３９】
図１７中のフレーム#n+1において、左から９番目の画素乃至１１番目の画素は、アンカバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１４０】
図１７中のフレーム#n+1の左から１２番目の画素は、前景領域に属する。フレーム#n+1の前景領域における、シャッタ時間/vの前景の成分は、F13/v乃至F16/vのいずれかである。
【０１４１】
図１８は、図１７に示す画素値から前景の成分を抽出した画像のモデル図である。
【０１４２】
図２に戻り、領域特定部１０１は、複数のフレームの画素値を用いて、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域に属することを示すフラグを画素毎に対応付けて、領域情報として、混合比算出部１０２および動きボケ調整部１０５に供給する。
【０１４３】
混合比算出部１０２は、複数のフレームの画素値、および領域情報を基に、混合領域に含まれる画素について画素毎に混合比αを算出し、算出した混合比αを前景背景分離部１０３および動き推定部１０４に供給する。
【０１４４】
前景背景分離部１０３は、複数のフレームの画素値、領域情報、および混合比αを基に、前景の成分のみからなる前景成分画像を抽出して、動きボケ調整部１０５に供給する。
【０１４５】
動き推定部１０４は、複数のフレームの前景の成分の相関を基に、混合領域または前景のオブジェクトに対応する動きベクトルを生成し、生成した動きベクトルを動きボケ調整部１０５に供給する。
【０１４６】
動きボケ調整部１０５は、前景背景分離部１０３から供給された前景成分画像、動き推定部１０４から供給された動きベクトル、および領域特定部１０１から供給された領域情報を基に、前景成分画像に含まれる動きボケの量を調整して、動きボケの量を調整した前景成分画像を出力する。
【０１４７】
図１９のフローチャートを参照して、信号処理装置による動きボケの量の調整の処理を説明する。ステップＳ１１において、領域特定部１０１は、入力画像を基に、入力画像の画素毎に前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するかを示す領域情報を生成する領域特定の処理を実行する。領域特定の処理の詳細は、後述する。
領域特定部１０１は、生成した領域情報を混合比算出部１０２に供給する。
【０１４８】
なお、ステップＳ１１において、領域特定部１０１は、入力画像を基に、入力画像の画素毎に前景領域、背景領域、または混合領域（カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域の区別をしない）のいずれかに属するかを示す領域情報を生成するようにしてもよい。この場合において、前景背景分離部１０３および動きボケ調整部１０５は、動きベクトルの方向を基に、混合領域がカバードバックグラウンド領域であるか、またはアンカバードバックグラウンド領域であるかを判定する。例えば、動きベクトルの方向に対応して、前景領域、混合領域、および背景領域と順に並んでいるとき、その混合領域は、カバードバックグラウンド領域と判定され、動きベクトルの方向に対応して、背景領域、混合領域、および前景領域と順に並んでいるとき、その混合領域は、アンカバードバックグラウンド領域と判定される。
【０１４９】
ステップＳ１２において、混合比算出部１０２は、入力画像および領域情報を基に、混合領域に含まれる画素毎に、混合比αを算出する。混合比算出の処理の詳細は、後述する。混合比算出部１０２は、算出した混合比αを前景背景分離部１０３に供給する。
【０１５０】
ステップＳ１３において、前景背景分離部１０３は、領域情報、および混合比αを基に、入力画像から前景の成分を抽出して、前景成分画像として動きボケ調整部１０５に供給する。
【０１５１】
ステップＳ１４において、動き推定部１０４は、入力画像、および混合比算出部１０２から供給された混合比αを基に、混合領域または前景のオブジェクトに対応する動きベクトルを検出する。動きベクトルの検出の処理の詳細は、後述する。動き推定部１０４は、検出した動きベクトルを動きボケ調整部１０５に供給する。
【０１５２】
ステップＳ１５において、動きボケ調整部１０５は、動きベクトルおよび領域情報を基に、動き方向に並ぶ連続した画素であって、アンカバードバックグラウンド領域、前景領域、およびカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するものの画像上の位置を示す処理単位を生成し、処理単位に対応する前景成分に含まれる動きボケの量を調整する。動きボケの量の調整の処理の詳細については、後述する。
【０１５３】
ステップＳ１６において、信号処理装置は、画面全体について処理を終了したか否かを判定し、画面全体について処理を終了していないと判定された場合、ステップＳ１５に進み、処理単位に対応する前景の成分を対象とした動きボケの量の調整の処理を繰り返す。
【０１５４】
ステップＳ１６において、画面全体について処理を終了したと判定された場合、処理は終了する。
【０１５５】
このように、信号処理装置は、前景と背景を分離して、前景に含まれる動きボケの量を調整することができる。すなわち、信号処理装置は、前景の画素の画素値であるサンプルデータに含まれる動きボケの量を調整することができる。
【０１５６】
以下、領域特定部１０１、混合比算出部１０２、前景背景分離部１０３、動き推定部１０４、および動きボケ調整部１０５のそれぞれの構成について説明する。
【０１５７】
図２０は、領域特定部１０１の構成の一例を示すブロック図である。図２０に構成を示す領域特定部１０１は、動きベクトルを利用しない。フレームメモリ２０１は、入力された画像をフレーム単位で記憶する。フレームメモリ２０１は、処理の対象がフレーム#nであるとき、フレーム#nの２つ前のフレームであるフレーム#n-2、フレーム#nの１つ前のフレームであるフレーム#n-1、フレーム#n、フレーム#nの１つ後のフレームであるフレーム#n+1、およびフレーム#nの２つ後のフレームであるフレーム#n+2を記憶する。
【０１５８】
静動判定部２０２−１は、フレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+2の画素の画素値、およびフレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素の画素値をフレームメモリ２０１から読み出して、読み出した画素値の差の絶対値を算出する。静動判定部２０２−１は、フレーム#n+2の画素値とフレーム#n+1の画素値との差の絶対値が、予め設定している閾値Thより大きいか否かを判定し、差の絶対値が閾値Thより大きいと判定された場合、動きを示す静動判定を領域判定部２０３−１に供給する。フレーム#n+2の画素の画素値とフレーム#n+1の画素の画素値との差の絶対値が閾値Th以下であると判定された場合、静動判定部２０２−１は、静止を示す静動判定を領域判定部２０３−１に供給する。
【０１５９】
静動判定部２０２−２は、フレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素の画素値、およびフレーム#nの対象となる画素の画素値をフレームメモリ２０１から読み出して、画素値の差の絶対値を算出する。静動判定部２０２−２は、フレーム#n+1の画素値とフレーム#nの画素値との差の絶対値が、予め設定している閾値Thより大きいか否かを判定し、画素値の差の絶対値が、閾値Thより大きいと判定された場合、動きを示す静動判定を領域判定部２０３−１および領域判定部２０３−２に供給する。フレーム#n+1の画素の画素値とフレーム#nの画素の画素値との差の絶対値が、閾値Th以下であると判定された場合、静動判定部２０２−２は、静止を示す静動判定を領域判定部２０３−１および領域判定部２０３−２に供給する。
【０１６０】
静動判定部２０２−３は、フレーム#nの領域特定の対象である画素の画素値、およびフレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素の画素値をフレームメモリ２０１から読み出して、画素値の差の絶対値を算出する。静動判定部２０２−３は、フレーム#nの画素値とフレーム#n-1の画素値との差の絶対値が、予め設定している閾値Thより大きいか否かを判定し、画素値の差の絶対値が、閾値Thより大きいと判定された場合、動きを示す静動判定を領域判定部２０３−２および領域判定部２０３−３に供給する。
フレーム#nの画素の画素値とフレーム#n-1の画素の画素値との差の絶対値が、閾値Th以下であると判定された場合、静動判定部２０２−３は、静止を示す静動判定を領域判定部２０３−２および領域判定部２０３−３に供給する。
【０１６１】
静動判定部２０２−４は、フレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素の画素値、およびフレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-2の画素の画素値をフレームメモリ２０１から読み出して、画素値の差の絶対値を算出する。静動判定部２０２−４は、フレーム#n-1の画素値とフレーム#n-2の画素値との差の絶対値が、予め設定している閾値Thより大きいか否かを判定し、画素値の差の絶対値が、閾値Thより大きいと判定された場合、動きを示す静動判定を領域判定部２０３−３に供給する。フレーム#n-1の画素の画素値とフレーム#n-2の画素の画素値との差の絶対値が、閾値Th以下であると判定された場合、静動判定部２０２−４は、静止を示す静動判定を領域判定部２０３−３に供給する。
【０１６２】
領域判定部２０３−１は、静動判定部２０２−１から供給された静動判定が静止を示し、かつ、静動判定部２０２−２から供給された静動判定が動きを示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定し、領域の判定される画素に対応するアンカバードバックグラウンド領域判定フラグに、アンカバードバックグラウンド領域に属することを示す”１”を設定する。
【０１６３】
領域判定部２０３−１は、静動判定部２０２−１から供給された静動判定が動きを示すか、または、静動判定部２０２−２から供給された静動判定が静止を示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素がアンカバードバックグラウンド領域に属しないと判定し、領域の判定される画素に対応するアンカバードバックグラウンド領域判定フラグに、アンカバードバックグラウンド領域に属しないことを示す”０”を設定する。
【０１６４】
領域判定部２０３−１は、このように”１”または”０”が設定されたアンカバードバックグラウンド領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２０４に供給する。
【０１６５】
領域判定部２０３−２は、静動判定部２０２−２から供給された静動判定が静止を示し、かつ、静動判定部２０２−３から供給された静動判定が静止を示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素が静止領域に属すると判定し、領域の判定される画素に対応する静止領域判定フラグに、静止領域に属することを示す”１”を設定する。
【０１６６】
領域判定部２０３−２は、静動判定部２０２−２から供給された静動判定が動きを示すか、または、静動判定部２０２−３から供給された静動判定が動きを示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素が静止領域に属しないと判定し、領域の判定される画素に対応する静止領域判定フラグに、静止領域に属しないことを示す”０”を設定する。
【０１６７】
領域判定部２０３−２は、このように”１”または”０”が設定された静止領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２０４に供給する。
【０１６８】
領域判定部２０３−２は、静動判定部２０２−２から供給された静動判定が動きを示し、かつ、静動判定部２０２−３から供給された静動判定が動きを示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素が動き領域に属すると判定し、領域の判定される画素に対応する動き領域判定フラグに、動き領域に属することを示す”１”を設定する。
【０１６９】
領域判定部２０３−２は、静動判定部２０２−２から供給された静動判定が静止を示すか、または、静動判定部２０２−３から供給された静動判定が静止を示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素が動き領域に属しないと判定し、領域の判定される画素に対応する動き領域判定フラグに、動き領域に属しないことを示す”０”を設定する。
【０１７０】
領域判定部２０３−２は、このように”１”または”０”が設定された動き領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２０４に供給する。
【０１７１】
領域判定部２０３−３は、静動判定部２０２−３から供給された静動判定が動きを示し、かつ、静動判定部２０２−４から供給された静動判定が静止を示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定し、領域の判定される画素に対応するカバードバックグラウンド領域判定フラグに、カバードバックグラウンド領域に属することを示す”１”を設定する。
【０１７２】
領域判定部２０３−３は、静動判定部２０２−３から供給された静動判定が静止を示すか、または、静動判定部２０２−４から供給された静動判定が動きを示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素がカバードバックグラウンド領域に属しないと判定し、領域の判定される画素に対応するカバードバックグラウンド領域判定フラグに、カバードバックグラウンド領域に属しないことを示す”０”を設定する。
【０１７３】
領域判定部２０３−３は、このように”１”または”０”が設定されたカバードバックグラウンド領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２０４に供給する。
【０１７４】
判定フラグ格納フレームメモリ２０４は、領域判定部２０３−１から供給されたアンカバードバックグラウンド領域判定フラグ、領域判定部２０３−２から供給された静止領域判定フラグ、領域判定部２０３−２から供給された動き領域判定フラグ、および領域判定部２０３−３から供給されたカバードバックグラウンド領域判定フラグをそれぞれ記憶する。
【０１７５】
判定フラグ格納フレームメモリ２０４は、記憶しているアンカバードバックグラウンド領域判定フラグ、静止領域判定フラグ、動き領域判定フラグ、およびカバードバックグラウンド領域判定フラグを合成部２０５に供給する。合成部２０５は、判定フラグ格納フレームメモリ２０４から供給された、アンカバードバックグラウンド領域判定フラグ、静止領域判定フラグ、動き領域判定フラグ、およびカバードバックグラウンド領域判定フラグを基に、各画素が、アンカバードバックグラウンド領域、静止領域、動き領域、およびカバードバックグラウンド領域のいずれかに属することを示す領域情報を生成し、判定フラグ格納フレームメモリ２０６に供給する。
【０１７６】
判定フラグ格納フレームメモリ２０６は、合成部２０５から供給された領域情報を記憶すると共に、記憶している領域情報を出力する。
【０１７７】
次に、領域特定部１０１の処理の例を図２１乃至図２５を参照して説明する。
【０１７８】
前景に対応するオブジェクトが移動しているとき、オブジェクトに対応する画像の画面上の位置は、フレーム毎に変化する。図２１に示すように、フレーム#nにおいて、Yn(x,y)で示される位置に位置するオブジェクトに対応する画像は、次のフレームであるフレーム#n+1において、Yn+1(x,y)に位置する。
【０１７９】
前景のオブジェクトに対応する画像の動き方向に隣接して１列に並ぶ画素の画素値を時間方向に展開したモデル図を図２４に示す。例えば、前景のオブジェクトに対応する画像の動き方向が画面に対して水平であるとき、図２２におけるモデル図は、１つのライン上の隣接する画素の画素値を時間方向に展開したモデルを示す。
【０１８０】
図２２において、フレーム#nにおけるラインは、フレーム#n+1におけるラインと同一である。
【０１８１】
フレーム#nにおいて、左から２番目の画素乃至１３番目の画素に含まれているオブジェクトに対応する前景の成分は、フレーム#n+1において、左から６番目乃至１７番目の画素に含まれる。
【０１８２】
フレーム#nにおいて、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１１番目乃至１３番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から２番目乃至４番目の画素である。フレーム#n+1において、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１５番目乃至１７番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から６番目乃至８番目の画素である。
【０１８３】
図２２に示す例において、フレーム#nに含まれる前景の成分が、フレーム#n+1において４画素移動しているので、動き量vは、４である。仮想分割数は、動き量vに対応し、４である。
【０１８４】
次に、注目しているフレームの前後における混合領域に属する画素の画素値の変化について説明する。
【０１８５】
図２３に示す、背景が静止し、前景の動き量vが４であるフレーム#nにおいて、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１５番目乃至１７番目の画素である。動き量vが４であるので、１つ前のフレーム#n-1において、左から１５番目乃至１７番目の画素は、背景の成分のみを含み、背景領域に属する。
また、更に１つ前のフレーム#n-2において、左から１５番目乃至１７番目の画素は、背景の成分のみを含み、背景領域に属する。
【０１８６】
ここで、背景に対応するオブジェクトが静止しているので、フレーム#n-1の左から１５番目の画素の画素値は、フレーム#n-2の左から１５番目の画素の画素値から変化しない。同様に、フレーム#n-1の左から１６番目の画素の画素値は、フレーム#n-2の左から１６番目の画素の画素値から変化せず、フレーム#n-1の左から１７番目の画素の画素値は、フレーム#n-2の左から１７番目の画素の画素値から変化しない。
【０１８７】
すなわち、フレーム#nにおけるカバードバックグラウンド領域に属する画素に対応する、フレーム#n-1およびフレーム#n-2の画素は、背景の成分のみから成り、画素値が変化しないので、その差の絶対値は、ほぼ０の値となる。従って、フレーム#nにおける混合領域に属する画素に対応する、フレーム#n-1およびフレーム#n-2の画素に対する静動判定は、静動判定部２０２−４により、静止と判定される。
【０１８８】
フレーム#nにおけるカバードバックグラウンド領域に属する画素は、前景の成分を含むので、フレーム#n-1における背景の成分のみから成る場合と、画素値が異なる。従って、フレーム#nにおける混合領域に属する画素、および対応するフレーム#n-1の画素に対する静動判定は、静動判定部２０２−３により、動きと判定される。
【０１８９】
このように、領域判定部２０３−３は、静動判定部２０２−３から動きを示す静動判定の結果が供給され、静動判定部２０２−４から静止を示す静動判定の結果が供給されたとき、対応する画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０１９０】
図２４に示す、背景が静止し、前景の動き量vが４であるフレーム#nにおいて、アンカバードバックグラウンド領域に含まれる画素は、左から２番目乃至４番目の画素である。動き量vが４であるので、１つ後のフレーム#n+1において、左から２番目乃至４番目の画素は、背景の成分のみを含み、背景領域に属する。また、更に１つ後のフレーム#n+2において、左から２番目乃至４番目の画素は、背景の成分のみを含み、背景領域に属する。
【０１９１】
ここで、背景に対応するオブジェクトが静止しているので、フレーム#n+2の左から２番目の画素の画素値は、フレーム#n+1の左から２番目の画素の画素値から変化しない。同様に、フレーム#n+2の左から３番目の画素の画素値は、フレーム#n+1の左から３番目の画素の画素値から変化せず、フレーム#n+2の左から４番目の画素の画素値は、フレーム#n+1の左から４番目の画素の画素値から変化しない。
【０１９２】
すなわち、フレーム#nにおけるアンカバードバックグラウンド領域に属する画素に対応する、フレーム#n+1およびフレーム#n+2の画素は、背景の成分のみから成り、画素値が変化しないので、その差の絶対値は、ほぼ０の値となる。従って、フレーム#nにおける混合領域に属する画素に対応する、フレーム#n+1およびフレーム#n+2の画素に対する静動判定は、静動判定部２０２−１により、静止と判定される。
【０１９３】
フレーム#nにおけるアンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、前景の成分を含むので、フレーム#n+1における背景の成分のみから成る場合と、画素値が異なる。従って、フレーム#nにおける混合領域に属する画素、および対応するフレーム#n+1の画素に対する静動判定は、静動判定部２０２−２により、動きと判定される。
【０１９４】
このように、領域判定部２０３−１は、静動判定部２０２−２から動きを示す静動判定の結果が供給され、静動判定部２０２−１から静止を示す静動判定の結果が供給されたとき、対応する画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０１９５】
図２５は、フレーム#nにおける領域特定部１０１の判定条件を示す図である。
フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-2の画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素とが静止と判定され、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素と、フレーム#nの画素とが動きと判定されたとき、領域特定部１０１は、フレーム#nの判定の対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０１９６】
フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素と、フレーム#nの画素とが静止と判定され、フレーム#nの画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素とが静止と判定されたとき、領域特定部１０１は、フレーム#nの判定の対象となる画素が静止領域に属すると判定する。
【０１９７】
フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素と、フレーム#nの画素とが動きと判定され、フレーム#nの画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素とが動きと判定されたとき、領域特定部１０１は、フレーム#nの判定の対象となる画素が動き領域に属すると判定する。
【０１９８】
フレーム#nの画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素とが動きと判定され、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+2の画素とが静止と判定されたとき、領域特定部１０１は、フレーム#nの判定の対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０１９９】
図２６は、領域特定部１０１の領域の特定の結果の例を示す図である。図２６（Ａ）において、カバードバックグラウンド領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。図２６（Ｂ）において、アンカバードバックグラウンド領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。
【０２００】
図２６（Ｃ）において、動き領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。図２６（Ｄ）において、静止領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。
【０２０１】
図２７は、判定フラグ格納フレームメモリ２０６が出力する領域情報の内、混合領域を示す領域情報を画像として示す図である。図２７において、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定された画素、すなわち混合領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。判定フラグ格納フレームメモリ２０６が出力する混合領域を示す領域情報は、混合領域、および前景領域内のテクスチャの無い部分に囲まれたテクスチャの有る部分を示す。
【０２０２】
次に、図２８のフローチャートを参照して、領域特定部１０１の領域特定の処理を説明する。ステップＳ２０１において、フレームメモリ２０１は、判定の対象となるフレーム#nを含むフレーム#n-2乃至フレーム#n+2の画像を取得する。
【０２０３】
ステップＳ２０２において、静動判定部２０２−３は、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、静止か否かを判定し、静止と判定された場合、ステップＳ２０３に進み、静動判定部２０２−２は、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、静止か否かを判定する。
【０２０４】
ステップＳ２０３において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、静止と判定された場合、ステップＳ２０４に進み、領域判定部２０３−２は、領域の判定される画素に対応する静止領域判定フラグに、静止領域に属することを示す”１”を設定する。領域判定部２０３−２は、静止領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２０４に供給し、手続きは、ステップＳ２０５に進む。
【０２０５】
ステップＳ２０２において、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、動きと判定された場合、または、ステップＳ２０３において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、動きと判定された場合、フレーム#nの画素が静止領域には属さないので、ステップＳ２０４の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２０５に進む。
【０２０６】
ステップＳ２０５において、静動判定部２０２−３は、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、動きか否かを判定し、動きと判定された場合、ステップＳ２０６に進み、静動判定部２０２−２は、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、動きか否かを判定する。
【０２０７】
ステップＳ２０６において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、動きと判定された場合、ステップＳ２０７に進み、領域判定部２０３−２は、領域の判定される画素に対応する動き領域判定フラグに、動き領域に属することを示す”１”を設定する。領域判定部２０３−２は、動き領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２０４に供給し、手続きは、ステップＳ２０８に進む。
【０２０８】
ステップＳ２０５において、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、静止と判定された場合、または、ステップＳ２０６において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、静止と判定された場合、フレーム#nの画素が動き領域には属さないので、ステップＳ２０７の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２０８に進む。
【０２０９】
ステップＳ２０８において、静動判定部２０２−４は、フレーム#n-2の画素とフレーム#n-1の同一位置の画素とで、静止か否かを判定し、静止と判定された場合、ステップＳ２０９に進み、静動判定部２０２−３は、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、動きか否かを判定する。
【０２１０】
ステップＳ２０９において、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、動きと判定された場合、ステップＳ２１０に進み、領域判定部２０３−３は、領域の判定される画素に対応するカバードバックグラウンド領域判定フラグに、カバードバックグラウンド領域に属することを示す”１”を設定する。領域判定部２０３−３は、カバードバックグラウンド領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２０４に供給し、手続きは、ステップＳ２１１に進む。
【０２１１】
ステップＳ２０８において、フレーム#n-2の画素とフレーム#n-1の同一位置の画素とで、動きと判定された場合、または、ステップＳ２０９において、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、静止と判定された場合、フレーム#nの画素がカバードバックグラウンド領域には属さないので、ステップＳ２１０の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２１１に進む。
【０２１２】
ステップＳ２１１において、静動判定部２０２−２は、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、動きか否かを判定し、動きと判定された場合、ステップＳ２１２に進み、静動判定部２０２−１は、フレーム#n+1の画素とフレーム#n+2の同一位置の画素とで、静止か否かを判定する。
【０２１３】
ステップＳ２１２において、フレーム#n+1の画素とフレーム#n+2の同一位置の画素とで、静止と判定された場合、ステップＳ２１３に進み、領域判定部２０３−１は、領域の判定される画素に対応するアンカバードバックグラウンド領域判定フラグに、アンカバードバックグラウンド領域に属することを示す”１”を設定する。領域判定部２０３−１は、アンカバードバックグラウンド領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２０４に供給し、手続きは、ステップＳ２１４に進む。
【０２１４】
ステップＳ２１１において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、静止と判定された場合、または、ステップＳ２１２において、フレーム#n+1の画素とフレーム#n+2の同一位置の画素とで、動きと判定された場合、フレーム#nの画素がアンカバードバックグラウンド領域には属さないので、ステップＳ２１３の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２１４に進む。
【０２１５】
ステップＳ２１４において、領域特定部１０１は、フレーム#nの全ての画素について領域を特定したか否かを判定し、フレーム#nの全ての画素について領域を特定していないと判定された場合、手続きは、ステップＳ２０２に戻り、他の画素について、領域特定の処理を繰り返す。
【０２１６】
ステップＳ２１４において、フレーム#nの全ての画素について領域を特定したと判定された場合、ステップＳ２１５に進み、合成部２０５は、判定フラグ格納フレームメモリ２０４に記憶されているアンカバードバックグラウンド領域判定フラグ、およびカバードバックグラウンド領域判定フラグを基に、混合領域を示す領域情報を生成し、更に、各画素が、アンカバードバックグラウンド領域、静止領域、動き領域、およびカバードバックグラウンド領域のいずれかに属することを示す領域情報を生成し、生成した領域情報を判定フラグ格納フレームメモリ２０６に設定し、処理は終了する。
【０２１７】
このように、領域特定部１０１は、フレームに含まれている画素のそれぞれについて、動き領域、静止領域、アンカバードバックグラウンド領域、またはカバードバックグラウンド領域に属することを示す領域情報を生成することができる。
【０２１８】
なお、領域特定部１０１は、アンカバードバックグラウンド領域およびカバードバックグラウンド領域に対応する領域情報に論理和を適用することにより、混合領域に対応する領域情報を生成して、フレームに含まれている画素のそれぞれについて、動き領域、静止領域、または混合領域に属することを示すフラグから成る領域情報を生成するようにしてもよい。
【０２１９】
前景に対応するオブジェクトがテクスチャを有す場合、領域特定部１０１は、より正確に動き領域を特定することができる。
【０２２０】
領域特定部１０１は、動き領域を示す領域情報を前景領域を示す領域情報として、また、静止領域を示す領域情報を背景領域を示す領域情報として出力することができる。
【０２２１】
なお、背景に対応するオブジェクトが静止しているとして説明したが、背景領域に対応する画像が動きを含んでいても上述した領域を特定する処理を適用することができる。例えば、背景領域に対応する画像が一様に動いているとき、領域特定部１０１は、この動きに対応して画像全体をシフトさせ、背景に対応するオブジェクトが静止している場合と同様に処理する。また、背景領域に対応する画像が局所毎に異なる動きを含んでいるとき、領域特定部１０１は、動きに対応した画素を選択して、上述の処理を実行する。
【０２２２】
図２９は、領域特定部１０１の構成の他の例を示すブロック図である。図２９に示す領域特定部１０１は、動きベクトルを使用しない。背景画像生成部３０１は、入力画像に対応する背景画像を生成し、生成した背景画像を２値オブジェクト画像抽出部３０２に供給する。背景画像生成部３０１は、例えば、入力画像に含まれる背景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを抽出して、背景画像を生成する。
【０２２３】
前景のオブジェクトに対応する画像の動き方向に隣接して１列に並ぶ画素の画素値を時間方向に展開したモデル図の例を図３０に示す。例えば、前景のオブジェクトに対応する画像の動き方向が画面に対して水平であるとき、図３０におけるモデル図は、１つのライン上の隣接する画素の画素値を時間方向に展開したモデルを示す。
【０２２４】
図３０において、フレーム#nにおけるラインは、フレーム#n-1およびフレーム#n+1におけるラインと同一である。
【０２２５】
フレーム#nにおいて、左から６番目の画素乃至１７番目の画素に含まれているオブジェクトに対応する前景の成分は、フレーム#n-1において、左から２番目乃至１３番目の画素に含まれ、フレーム#n+1において、左から１０番目乃至２１番目の画素に含まれる。
【０２２６】
フレーム#n-1において、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１１番目乃至１３番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から２番目乃至４番目の画素である。フレーム#nにおいて、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１５番目乃至１７番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から６番目乃至８番目の画素である。フレーム#n+1において、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１９番目乃至２１番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１０番目乃至１２番目の画素である。
【０２２７】
フレーム#n-1において、背景領域に属する画素は、左から１番目の画素、および左から１４番目乃至２１番目の画素である。フレーム#nにおいて、背景領域に属する画素は、左から１番目乃至５番目の画素、および左から１８番目乃至２１番目の画素である。フレーム#n+1において、背景領域に属する画素は、左から１番目乃至９番目の画素である。
【０２２８】
背景画像生成部３０１が生成する、図３０の例に対応する背景画像の例を図３１に示す。背景画像は、背景のオブジェクトに対応する画素から構成され、前景のオブジェクトに対応する画像の成分を含まない。
【０２２９】
２値オブジェクト画像抽出部３０２は、背景画像および入力画像の相関を基に、２値オブジェクト画像を生成し、生成した２値オブジェクト画像を時間変化検出部３０３に供給する。
【０２３０】
図３２は、２値オブジェクト画像抽出部３０２の構成を示すブロック図である。相関値演算部３２１は、背景画像生成部３０１から供給された背景画像および入力画像の相関を演算し、相関値を生成して、生成した相関値をしきい値処理部３２２に供給する。
【０２３１】
相関値演算部３２１は、例えば、図３３（Ａ）に示すように、Ｘ₄を中心とした３×３の背景画像の中のブロックと、図３３（Ｂ）に示すように、背景画像の中のブロックに対応するＹ₄を中心とした３×３の入力画像の中のブロックに、式（４）を適用して、Ｙ₄に対応する相関値を算出する。
【０２３２】
【数２】

【数３】

【数４】

【０２３３】
相関値演算部３２１は、このように各画素に対応して算出された相関値をしきい値処理部３２２に供給する。
【０２３４】
また、相関値演算部３２１は、例えば、図３４（Ａ）に示すように、Ｘ₄を中心とした３×３の背景画像の中のブロックと、図３４（Ｂ）に示すように、背景画像の中のブロックに対応するＹ₄を中心とした３×３の入力画像の中のブロックに、式（７）を適用して、Ｙ₄に対応する差分絶対値和を算出するようにしてもよい。
【０２３５】
【数５】

【０２３６】
相関値演算部３２１は、このように算出された差分絶対値和を相関値として、しきい値処理部３２２に供給する。
【０２３７】
しきい値処理部３２２は、相関画像の画素値としきい値th0とを比較して、相関値がしきい値th0以下である場合、２値オブジェクト画像の画素値に1を設定し、相関値がしきい値th0より大きい場合、２値オブジェクト画像の画素値に0を設定して、0または1が画素値に設定された２値オブジェクト画像を出力する。しきい値処理部３２２は、しきい値th0を予め記憶するようにしてもよく、または、外部から入力されたしきい値th0を使用するようにしてもよい。
【０２３８】
図３５は、図３０に示す入力画像のモデルに対応する２値オブジェクト画像の例を示す図である。２値オブジェクト画像において、背景画像と相関の高い画素には、画素値に0が設定される。
【０２３９】
図３６は、時間変化検出部３０３の構成を示すブロック図である。フレームメモリ３４１は、フレーム#nの画素について領域を判定するとき、２値オブジェクト画像抽出部３０２から供給された、フレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1の２値オブジェクト画像を記憶する。
【０２４０】
領域判定部３４２は、フレームメモリ３４１に記憶されているフレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1の２値オブジェクト画像を基に、フレーム#nの各画素について領域を判定して、領域情報を生成し、生成した領域情報を出力する。
【０２４１】
図３７は、領域判定部３４２の判定を説明する図である。フレーム#nの２値オブジェクト画像の注目している画素が0であるとき、領域判定部３４２は、フレーム#nの注目している画素が背景領域に属すると判定する。
【０２４２】
フレーム#nの２値オブジェクト画像の注目している画素が1であり、フレーム#n-1の２値オブジェクト画像の対応する画素が1であり、フレーム#n+1の２値オブジェクト画像の対応する画素が1であるとき、領域判定部３４２は、フレーム#nの注目している画素が前景領域に属すると判定する。
【０２４３】
フレーム#nの２値オブジェクト画像の注目している画素が1であり、フレーム#n-1の２値オブジェクト画像の対応する画素が0であるとき、領域判定部３４２は、フレーム#nの注目している画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２４４】
フレーム#nの２値オブジェクト画像の注目している画素が1であり、フレーム#n+1の２値オブジェクト画像の対応する画素が0であるとき、領域判定部３４２は、フレーム#nの注目している画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２４５】
図３８は、図３０に示す入力画像のモデルに対応する２値オブジェクト画像について、時間変化検出部３０３の判定した例を示す図である。時間変化検出部３０３は、２値オブジェクト画像のフレーム#nの対応する画素が0なので、フレーム#nの左から１番目乃至５番目の画素を背景領域に属すると判定する。
【０２４６】
時間変化検出部３０３は、２値オブジェクト画像のフレーム#nの画素が1であり、フレーム#n+1の対応する画素が0なので、左から６番目乃至９番目の画素をアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２４７】
時間変化検出部３０３は、２値オブジェクト画像のフレーム#nの画素が1であり、フレーム#n-1の対応する画素が1であり、フレーム#n+1の対応する画素が1なので、左から１０番目乃至１３番目の画素を前景領域に属すると判定する。
【０２４８】
時間変化検出部３０３は、２値オブジェクト画像のフレーム#nの画素が1であり、フレーム#n-1の対応する画素が0なので、左から１４番目乃至１７番目の画素をカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２４９】
時間変化検出部３０３は、２値オブジェクト画像のフレーム#nの対応する画素が0なので、左から１８番目乃至２１番目の画素を背景領域に属すると判定する。
【０２５０】
次に、図３９のフローチャートを参照して、領域判定部１０３の領域特定の処理を説明する。ステップＳ３０１において、領域判定部１０３の背景画像生成部３０１は、入力画像を基に、例えば、入力画像に含まれる背景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを抽出して背景画像を生成し、生成した背景画像を２値オブジェクト画像抽出部３０２に供給する。
【０２５１】
ステップＳ３０２において、２値オブジェクト画像抽出部３０２は、例えば、図３３を参照して説明した演算により、入力画像と背景画像生成部３０１から供給された背景画像との相関値を演算する。ステップＳ３０３において、２値オブジェクト画像抽出部３０２は、例えば、相関値としきい値th0とを比較することにより、相関値およびしきい値th0から２値オブジェクト画像を演算する。
【０２５２】
ステップＳ３０４において、時間変化検出部３０３は、領域判定の処理を実行して、処理は終了する。
【０２５３】
図４０のフローチャートを参照して、ステップＳ３０４に対応する領域判定の処理の詳細を説明する。ステップＳ３２１において、時間変化検出部３０３の領域判定部３４２は、フレームメモリ３４１に記憶されているフレーム#nにおいて、注目する画素が0であるか否かを判定し、フレーム#nにおいて、注目する画素が0であると判定された場合、ステップＳ３２２に進み、フレーム#nの注目する画素が背景領域に属すると設定して、処理は終了する。
【０２５４】
ステップＳ３２１において、フレーム#nにおいて、注目する画素が1であると判定された場合、ステップＳ３２３に進み、時間変化検出部３０３の領域判定部３４２は、フレームメモリ３４１に記憶されているフレーム#nにおいて、注目する画素が1であり、かつ、フレーム#n-1において、対応する画素が0であるか否かを判定し、フレーム#nにおいて、注目する画素が1であり、かつ、フレーム#n-1において、対応する画素が0であると判定された場合、ステップＳ３２４に進み、フレーム#nの注目する画素がカバードバックグラウンド領域に属すると設定して、処理は終了する。
【０２５５】
ステップＳ３２３において、フレーム#nにおいて、注目する画素が0であるか、または、フレーム#n-1において、対応する画素が1であると判定された場合、ステップＳ３２５に進み、時間変化検出部３０３の領域判定部３４２は、フレームメモリ３４１に記憶されているフレーム#nにおいて、注目する画素が1であり、かつ、フレーム#n+1において、対応する画素が0であるか否かを判定し、フレーム#nにおいて、注目する画素が1であり、かつ、フレーム#n+1において、対応する画素が0であると判定された場合、ステップＳ３２６に進み、フレーム#nの注目する画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると設定して、処理は終了する。
【０２５６】
ステップＳ３２５において、フレーム#nにおいて、注目する画素が0であるか、または、フレーム#n+1において、対応する画素が１であると判定された場合、ステップＳ３２７に進み、時間変化検出部３０３の領域判定部３４２は、フレーム#nの注目する画素を前景領域と設定して、処理は終了する。
【０２５７】
このように、領域特定部１０１は、入力された画像と対応する背景画像との相関値を基に、入力画像の画素が前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、およびアンカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するかを特定して、特定した結果に対応する領域情報を生成することができる。
【０２５８】
図４１は、混合比算出部１０２の構成の一例を示すブロック図である。推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、カバードバックグラウンド領域のモデルに対応する演算により、画素毎に推定混合比を算出して、算出した推定混合比を混合比決定部４０３に供給する。
【０２５９】
推定混合比処理部４０２は、入力画像を基に、アンカバードバックグラウンド領域のモデルに対応する演算により、画素毎に推定混合比を算出して、算出した推定混合比を混合比決定部４０３に供給する。
【０２６０】
前景に対応するオブジェクトがシャッタ時間内に等速で動いていると仮定できるので、混合領域に属する画素の混合比αは、以下の性質を有する。すなわち、混合比αは、画素の位置の変化に対応して、直線的に変化する。画素の位置の変化を１次元とすれば、混合比αの変化は、直線で表現することができ、画素の位置の変化を２次元とすれば、混合比αの変化は、平面で表現することができる。
【０２６１】
なお、１フレームの期間は短いので、前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で移動していると仮定が成り立つ。
【０２６２】
この場合、混合比αの傾きは、前景のシャッタ時間内での動き量vの逆比となる。
【０２６３】
理想的な混合比αの例を図４２に示す。理想的な混合比αの混合領域における傾きlは、動き量vの逆数として表すことができる。
【０２６４】
図４２に示すように、理想的な混合比αは、背景領域において、１の値を有し、前景領域において、０の値を有し、混合領域において、０を越え１未満の値を有する。
【０２６５】
図４３の例において、フレーム#nの左から７番目の画素の画素値C06は、フレーム#n-1の左から７番目の画素の画素値P06を用いて、式（８）で表すことができる。
【０２６６】
【数６】

【０２６７】
式（８）において、画素値C06を混合領域の画素の画素値Mと、画素値P06を背景領域の画素の画素値Bと表現する。すなわち、混合領域の画素の画素値Mおよび背景領域の画素の画素値Bは、それぞれ、式（９）および式（１０）のように表現することができる。
【０２６８】
M=C06 （９）
B=P06 （１０）
【０２６９】
式（８）中の2/vは、混合比αに対応する。動き量vが４なので、フレーム#nの左から７番目の画素の混合比αは、0.5となる。
【０２７０】
以上のように、注目しているフレーム#nの画素値Cを混合領域の画素値と見なし、フレーム#nの前のフレーム#n-1の画素値Pを背景領域の画素値と見なすことで、混合比αを示す式（３）は、式（１１）のように書き換えられる。
【０２７１】
C=α・P+f （１１）
式（１１）のfは、注目している画素に含まれる前景の成分の和Σ_iFi/vである。
式（１１）に含まれる変数は、混合比αおよび前景の成分の和fの２つである。
【０２７２】
同様に、アンカバードバックグラウンド領域における、動き量vが４であり、時間方向の仮想分割数が４である、画素値を時間方向に展開したモデルを図４４に示す。
【０２７３】
アンカバードバックグラウンド領域において、上述したカバードバックグラウンド領域における表現と同様に、注目しているフレーム#nの画素値Cを混合領域の画素値と見なし、フレーム#nの後のフレーム#n+1の画素値Nを背景領域の画素値と見なすことで、混合比αを示す式（３）は、式（１２）のように表現することができる。
【０２７４】
C=α・N+f （１２）
【０２７５】
なお、背景のオブジェクトが静止しているとして説明したが、背景のオブジェクトが動いている場合においても、背景の動き量vに対応させた位置の画素の画素値を利用することにより、式（８）乃至式（１２）を適用することができる。
例えば、図４３において、背景に対応するオブジェクトの動き量vが２であり、仮想分割数が２であるとき、背景に対応するオブジェクトが図中の右側に動いているとき、式（１０）における背景領域の画素の画素値Bは、画素値P04とされる。
【０２７６】
式（１１）および式（１２）は、それぞれ２つの変数を含むので、そのままでは混合比αを求めることができない。ここで、画像は一般的に空間的に相関が強いので近接する画素同士でほぼ同じ画素値となる。
【０２７７】
そこで、前景成分は、空間的に相関が強いので、前景の成分の和fを前または後のフレームから導き出せるように式を変形して、混合比αを求める。
【０２７８】
図４５のフレーム#nの左から７番目の画素の画素値Mcは、式（１３）で表すことができる。
【０２７９】
【数７】

式（１３）の右辺第１項の2/vは、混合比αに相当する。式（１３）の右辺第２項は、後のフレーム#n+1の画素値を利用して、式（１４）のように表すこととする。
【０２８０】
【数８】

【０２８１】
ここで、前景の成分の空間相関を利用して、式（１５）が成立するとする。
【０２８２】
F=F05=F06=F07=F08=F09=F10=F11=F12 （１５）
式（１４）は、式（１５）を利用して、式（１６）のように置き換えることができる。
【０２８３】
【数９】

【０２８４】
結果として、βは、式（１７）で表すことができる。
【０２８５】
β=2/4 （１７）
【０２８６】
一般的に、式（１５）に示すように混合領域に関係する前景の成分が等しいと仮定すると、混合領域の全ての画素について、内分比の関係から式（１８）が成立する。
【０２８７】
β=1-α （１８）
【０２８８】
式（１８）が成立するとすれば、式（１１）は、式（１９）に示すように展開することができる。
【０２８９】
【数１０】

【０２９０】
同様に、式（１８）が成立するとすれば、式（１２）は、式（２０）に示すように展開することができる。
【０２９１】
【数１１】

【０２９２】
式（１９）および式（２０）において、C，N、およびPは、既知の画素値なので、式（１９）および式（２０）に含まれる変数は、混合比αのみである。式（１９）および式（２０）における、C，N、およびPの関係を図４６に示す。Cは、混合比αを算出する、フレーム#nの注目している画素の画素値である。Nは、注目している画素と空間方向の位置が対応する、フレーム#n+1の画素の画素値である。Pは、注目している画素と空間方向の位置が対応する、フレーム#n-1の画素の画素値である。
【０２９３】
従って、式（１９）および式（２０）のそれぞれに１つの変数が含まれることとなるので、３つのフレームの画素の画素値を利用して、混合比αを算出することができる。式（１９）および式（２０）を解くことにより、正しい混合比αが算出されるための条件は、混合領域に関係する前景の成分が等しい、すなわち、前景のオブジェクトが静止しているとき撮像された前景の画像オブジェクトにおいて、前景のオブジェクトの動きの方向に対応する、画像オブジェクトの境界に位置する画素であって、動き量vの２倍の数の連続している画素の画素値が、一定であることである。
【０２９４】
以上のように、カバードバックグラウンド領域に属する画素の混合比αは、式（２１）により算出され、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の混合比αは、式（２２）により算出される。
【０２９５】
α=(C-N)/(P-N) （２１）
α=(C-P)/(N-P) （２２）
【０２９６】
図４７は、推定混合比処理部４０１の構成を示すブロック図である。フレームメモリ４２１は、入力された画像をフレーム単位で記憶し、入力画像として入力されているフレームから１つ後のフレームをフレームメモリ４２２および混合比演算部４２３に供給する。
【０２９７】
フレームメモリ４２２は、入力された画像をフレーム単位で記憶し、フレームメモリ４２１から供給されているフレームから１つ後のフレームを混合比演算部４２３に供給する。
【０２９８】
従って、入力画像としてフレーム#n+1が混合比演算部４２３に入力されているとき、フレームメモリ４２１は、フレーム#nを混合比演算部４２３に供給し、フレームメモリ４２２は、フレーム#n-1を混合比演算部４２３に供給する。
【０２９９】
混合比演算部４２３は、式（２１）に示す演算により、フレーム#nの注目している画素の画素値C、注目している画素と空間的位置が対応する、フレーム#n+1の画素の画素値N、および注目している画素と空間的位置が対応する、フレーム#n-1の画素の画素値Pを基に、注目している画素の推定混合比を算出して、算出した推定混合比を出力する。例えば、背景が静止しているとき、混合比演算部４２３は、フレーム#nの注目している画素の画素値C、注目している画素とフレーム内の位置が同じ、フレーム#n+1の画素の画素値N、および注目している画素とフレーム内の位置が同じ、フレーム#n-1の画素の画素値Pを基に、注目している画素の推定混合比を算出して、算出した推定混合比を出力する。
【０３００】
このように、推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、推定混合比を算出して、混合比決定部４０３に供給することができる。
【０３０１】
なお、推定混合比処理部４０２は、推定混合比処理部４０１が式（２１）に示す演算により、注目している画素の推定混合比を算出するのに対して、式（２２）に示す演算により、注目している画素の推定混合比を算出する部分が異なることを除き、推定混合比処理部４０１と同様なので、その説明は省略する。
【０３０２】
図４８は、推定混合比処理部４０１により算出された推定混合比の例を示す図である。図４８に示す推定混合比は、等速で動いているオブジェクトに対応する前景の動き量vが１１である場合の結果を、１ラインに対して示すものである。
【０３０３】
推定混合比は、混合領域において、図４２に示すように、ほぼ直線的に変化していることがわかる。
【０３０４】
図４１に戻り、混合比決定部４０３は、領域特定部１０１から供給された、混合比αの算出の対象となる画素が、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するかを示す領域情報を基に、混合比αを設定する。混合比決定部４０３は、対象となる画素が前景領域に属する場合、０を混合比αに設定し、対象となる画素が背景領域に属する場合、１を混合比αに設定し、対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０１から供給された推定混合比を混合比αに設定し、対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０２から供給された推定混合比を混合比αに設定する。混合比決定部４０３は、領域情報を基に設定した混合比αを出力する。
【０３０５】
図４９は、混合比算出部１０２の他の構成を示すブロック図である。選択部４４１は、領域特定部１０１から供給された領域情報を基に、カバードバックグラウンド領域に属する画素および、これに対応する前および後のフレームの画素を推定混合比処理部４４２に供給する。選択部４４１は、領域特定部１０１から供給された領域情報を基に、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素および、これに対応する前および後のフレームの画素を推定混合比処理部４４３に供給する。
【０３０６】
推定混合比処理部４４２は、選択部４４１から入力された画素値を基に、式（２１）に示す演算により、カバードバックグラウンド領域に属する、注目している画素の推定混合比を算出して、算出した推定混合比を選択部４４４に供給する。
【０３０７】
推定混合比処理部４４３は、選択部４４１から入力された画素値を基に、式（２２）に示す演算により、アンカバードバックグラウンド領域に属する、注目している画素の推定混合比を算出して、算出した推定混合比を選択部４４４に供給する。
【０３０８】
選択部４４４は、領域特定部１０１から供給された領域情報を基に、対象となる画素が前景領域に属する場合、０である推定混合比を選択して、混合比αに設定し、対象となる画素が背景領域に属する場合、１である推定混合比を選択して、混合比αに設定する。選択部４４４は、対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４４２から供給された推定混合比を選択して混合比αに設定し、対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４４３から供給された推定混合比を選択して混合比αに設定する。選択部４４４は、領域情報を基に選択して設定した混合比αを出力する。
【０３０９】
このように、図４９に示す他の構成を有する混合比算出部１０２は、画像の含まれる画素毎に混合比αを算出して、算出した混合比αを出力することができる。
【０３１０】
図５０のフローチャートを参照して、図４１に構成を示す混合比算出部１０２の混合比αの算出の処理を説明する。ステップＳ４０１において、混合比算出部１０２は、領域特定部１０１から供給された領域情報を取得する。ステップＳ４０２において、推定混合比処理部４０１は、カバードバックグラウンド領域に対応するモデルにより推定混合比の演算の処理を実行し、算出した推定混合比を混合比決定部４０３に供給する。混合比推定の演算の処理の詳細は、図５１のフローチャートを参照して、後述する。
【０３１１】
ステップＳ４０３において、推定混合比処理部４０２は、アンカバードバックグラウンド領域に対応するモデルにより推定混合比の演算の処理を実行し、算出した推定混合比を混合比決定部４０３に供給する。
【０３１２】
ステップＳ４０４において、混合比算出部１０２は、フレーム全体について、混合比αを推定したか否かを判定し、フレーム全体について、混合比αを推定していないと判定された場合、ステップＳ４０２に戻り、次の画素について混合比αを推定する処理を実行する。
【０３１３】
ステップＳ４０４において、フレーム全体について、混合比αを推定したと判定された場合、ステップＳ４０５に進み、混合比決定部４０３は、画素が、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するかを示す、領域特定部１０１から供給された領域情報を基に、混合比αを設定する。混合比決定部４０３は、対象となる画素が前景領域に属する場合、０を混合比αに設定し、対象となる画素が背景領域に属する場合、１を混合比αに設定し、対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０１から供給された推定混合比を混合比αに設定し、対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０２から供給された推定混合比を混合比αに設定し、処理は終了する。
【０３１４】
このように、混合比算出部１０２は、領域特定部１０１から供給された領域情報、および入力画像を基に、各画素に対応する特徴量である混合比αを算出することができる。
【０３１５】
図４９に構成を示す混合比算出部１０２の混合比αの算出の処理は、図５０のフローチャートで説明した処理と同様なので、その説明は省略する。
【０３１６】
次に、図５０のステップＳ４０２に対応する、カバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理を図５１のフローチャートを参照して説明する。
【０３１７】
ステップＳ４２１において、混合比演算部４２３は、フレームメモリ４２１から、フレーム#nの注目画素の画素値Cを取得する。
【０３１８】
ステップＳ４２２において、混合比演算部４２３は、フレームメモリ４２２から、注目画素に対応する、フレーム#n-1の画素の画素値Pを取得する。
【０３１９】
ステップＳ４２３において、混合比演算部４２３は、入力画像に含まれる注目画素に対応する、フレーム#n+1の画素の画素値Nを取得する。
【０３２０】
ステップＳ４２４において、混合比演算部４２３は、フレーム#nの注目画素の画素値C、フレーム#n-1の画素の画素値P、およびフレーム#n+1の画素の画素値Nを基に、推定混合比を演算する。
【０３２１】
ステップＳ４２５において、混合比演算部４２３は、フレーム全体について、推定混合比を演算する処理を終了したか否かを判定し、フレーム全体について、推定混合比を演算する処理を終了していないと判定された場合、ステップＳ４２１に戻り、次の画素について推定混合比を算出する処理を繰り返す。
【０３２２】
ステップＳ４２５において、フレーム全体について、推定混合比を演算する処理を終了したと判定された場合、処理は終了する。
【０３２３】
このように、推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、推定混合比を演算することができる。
【０３２４】
図５０のステップＳ４０３におけるアンカバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理は、アンカバードバックグラウンド領域のモデルに対応する式を利用した、図５１のフローチャートに示す処理と同様なので、その説明は省略する。
【０３２５】
なお、図４９に示す推定混合比処理部４４２および推定混合比処理部４４３は、図５１に示すフローチャートと同様の処理を実行して推定混合比を演算するので、その説明は省略する。
【０３２６】
また、背景に対応するオブジェクトが静止しているとして説明したが、背景領域に対応する画像が動きを含んでいても上述した混合比αを求める処理を適用することができる。例えば、背景領域に対応する画像が一様に動いているとき、推定混合比処理部４０１は、背景の動きに対応して画像全体をシフトさせ、背景に対応するオブジェクトが静止している場合と同様に処理する。また、背景領域に対応する画像が局所毎に異なる背景の動きを含んでいるとき、推定混合比処理部４０１は、混合領域に属する画素に対応する画素として、背景の動きに対応した画素を選択して、上述の処理を実行する。
【０３２７】
また、混合比算出部１０２は、全ての画素について、カバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理のみを実行して、算出された推定混合比を混合比αとして出力するようにしてもよい。この場合において、混合比αは、カバードバックグラウンド領域に属する画素について、背景の成分の割合を示し、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素について、前景の成分の割合を示す。アンカバードバックグラウンド領域に属する画素について、このように算出された混合比αと１との差分の絶対値を算出して、算出した絶対値を混合比αに設定すれば、信号処理装置は、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素について、背景の成分の割合を示す混合比αを求めることができる。
【０３２８】
なお、同様に、混合比算出部１０２は、全ての画素について、アンカバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理のみを実行して、算出された推定混合比を混合比αとして出力するようにしてもよい。
【０３２９】
次に、混合比算出部１０２の他の処理について説明する。
【０３３０】
シャッタ時間内において、前景に対応するオブジェクトが等速で動くことによる、画素の位置の変化に対応して、混合比αが直線的に変化する性質を利用して、空間方向に、混合比αと前景の成分の和fとを近似した式を立てることができる。混合領域に属する画素の画素値および背景領域に属する画素の画素値の組の複数を利用して、混合比αと前景の成分の和fとを近似した式を解くことにより、混合比αを算出する。
【０３３１】
混合比αの変化を、直線として近似すると、混合比αは、式（２３）で表される。
【０３３２】
α=il+p （２３）
式（２３）において、iは、注目している画素の位置を０とした空間方向のインデックスである。lは、混合比αの直線の傾きである。pは、混合比αの直線の切片である共に、注目している画素の混合比αである。式（２３）において、インデックスiは、既知であるが、傾きlおよび切片pは、未知である。
【０３３３】
インデックスi、傾きl、および切片pの関係を図５２に示す。
【０３３４】
混合比αを式（２３）のように近似することにより、複数の画素に対して複数の異なる混合比αは、２つの変数で表現される。図５２に示す例において、５つの画素に対する５つの混合比は、２つの変数である傾きlおよび切片pにより表現される。
【０３３５】
図５３に示す平面で混合比αを近似すると、画像の水平方向および垂直方向の２つの方向に対応する動きvを考慮したとき、式（２３）を平面に拡張して、混合比αは、式（２４）で表される。
【０３３６】
α=jm+kq+p （２４）
式（２４）において、jは、注目している画素の位置を０とした水平方向のインデックスであり、kは、垂直方向のインデックスである。mは、混合比αの面の水平方向の傾きであり、qは、混合比αの面の垂直方向の傾きである。pは、混合比αの面の切片である。
【０３３７】
例えば、図４３に示すフレーム#nにおいて、C05乃至C07について、それぞれ、式（２５）乃至式（２７）が成立する。
【０３３８】
C05=α05・B05/v+f05 （２５）
C06=α06・B06/v+f06 （２６）
C07=α07・B07/v+f07 （２７）
【０３３９】
前景の成分が近傍で一致する、すなわち、F01乃至F03が等しいとして、F01乃至F03をFcに置き換えると式（２８）が成立する。
【０３４０】
f(x)=(1-α(x))・Fc （２８）
式（２８）において、xは、空間方向の位置を表す。
【０３４１】
α（ｘ）を式（２４）で置き換えると、式（２８）は、式（２９）として表すことができる。
【０３４２】

【０３４３】
式（２９）において、（-m・Fc）、（-q・Fc）、および(1-p)・Fcは、式（３０）乃至式（３２）に示すように置き換えられている。
【０３４４】
s=-m・Fc （３０）
t=-q・Fc （３１）
u=(1-p)・Fc （３２）
【０３４５】
式（２９）において、jは、注目している画素の位置を０とした水平方向のインデックスであり、kは、垂直方向のインデックスである。
【０３４６】
このように、前景に対応するオブジェクトがシャッタ時間内において等速に移動し、前景に対応する成分が近傍において一定であるという仮定が成立するので、前景の成分の和は、式（２９）で近似される。
【０３４７】
なお、混合比αを直線で近似する場合、前景の成分の和は、式（３３）で表すことができる。
【０３４８】
f(x)=is+u （３３）
【０３４９】
式（１３）の混合比αおよび前景成分の和を、式（２４）および式（２９）を利用して置き換えると、画素値Mは、式（３４）で表される。
【０３５０】

【０３５１】
式（３４）において、未知の変数は、混合比αの面の水平方向の傾きm、混合比αの面の垂直方向の傾きq、混合比αの面の切片p、s、t、およびuの６つである。
【０３５２】
注目している画素の近傍の画素に対応させて、式（３４）に、画素値Mおよび画素値Bを設定し、画素値Mおよび画素値Bが設定された複数の式に対して最小自乗法で解くことにより、混合比αを算出する。
【０３５３】
例えば、注目している画素の水平方向のインデックスjを０とし、垂直方向のインデックスkを０とし、注目している画素の近傍の３×３の画素について、式（３４）に示す正規方程式に画素値Mまたは画素値Bを設定すると、式（３５）乃至式（４３）を得る。

【０３５４】
注目している画素の水平方向のインデックスjが０であり、垂直方向のインデックスkが０であるので、注目している画素の混合比αは、式（２４）より、j=0およびk=0のときの値、すなわち、切片pに等しい。
【０３５５】
従って、式（３５）乃至式（４３）の９つの式を基に、最小自乗法により、水平方向の傾きm、垂直方向の傾きq、切片p、s、t、およびuのそれぞれの値を算出し、切片pを混合比αとして出力すればよい。
【０３５６】
次に、最小自乗法を適用して混合比αを算出するより具体的な手順を説明する。
【０３５７】
インデックスiおよびインデックスkを１つのインデックスxで表現すると、インデックスi、インデックスk、およびインデックスxの関係は、式（４４）で表される。
【０３５８】
x=(j+1)・3+(k+1) （４４）
【０３５９】
水平方向の傾きm、垂直方向の傾きq、切片p、s、t、およびuをそれぞれ変数w0,w1,w2,w3,w4、およびw5と表現し、jB,kB,B,j,k、および1をそれぞれa0,a1,a2,a3,a4、およびa5と表現する。誤差exを考慮すると、式（３５）乃至式（４３）は、式（４５）に書き換えることができる。
【０３６０】
【数１２】

式（４５）において、xは、０乃至８の整数のいずれかの値である。
【０３６１】
式（４５）から、式（４６）を導くことができる。
【０３６２】
【数１３】

【０３６３】
ここで、最小自乗法を適用するため、誤差の自乗和Eを式（４７）に示すようにに定義する。
【０３６４】
【数１４】

【０３６５】
誤差が最小になるためには、誤差の自乗和Eに対する、変数Wvの偏微分が０になればよい。ここで、vは、０乃至５の整数のいずれかの値である。従って、式（４８）を満たすようにwyを求める。
【０３６６】
【数１５】

【０３６７】
式（４８）に式（４６）を代入すると、式（４９）を得る。
【０３６８】
【数１６】

【０３６９】
式（４９）のvに０乃至５の整数のいずれか１つを代入して得られる６つの式からなる正規方程式に、例えば、掃き出し法（Gauss-Jordanの消去法）などを適用して、wyを算出する。上述したように、w0は水平方向の傾きmであり、w1は垂直方向の傾きqであり、w2は切片pであり、w3はsであり、w4はtであり、w5はuである。
【０３７０】
以上のように、画素値Mおよび画素値Bを設定した式に、最小自乗法を適用することにより、水平方向の傾きm、垂直方向の傾きq、切片p、s、t、およびuを求めることができる。
【０３７１】
ここで、切片pが、インデックスi,kが０の点、すなわち中心位置における混合比αとなっているので、これを出力する。
【０３７２】
式（３５）乃至式（４３）に対応する説明において、混合領域に含まれる画素の画素値をMとし、背景領域に含まれる画素の画素値をBとして説明したが、注目している画素が、カバードバックグラウンド領域に含まれる場合、またはアンカバードバックグラウンド領域に含まれる場合のそれぞれに対して、正規方程式を立てる必要がある。
【０３７３】
例えば、図４３に示す、フレーム#nのカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを求める場合、フレーム#nの画素のC04乃至C08、およびフレーム#n-1の画素の画素値P04乃至P08が、正規方程式に設定される。
【０３７４】
図４４に示す、フレーム#nのアンカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを求める場合、フレーム#nの画素のC28乃至C32、およびフレーム#n+1の画素の画素値N28乃至N32が、正規方程式に設定される。
【０３７５】
また、例えば、図５４に示す、カバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを算出するとき、以下の式（５０）乃至式（５８）が立てられる。混合比αを算出する画素の画素値は、Mc5である。
【０３７６】
Mc1=(-1)・Bc1・m+(-1)・Bc1・q+Bc1・p+(-1)・s+(-1)・t+u （５０）
Mc2=(0)・Bc2・m+(-1)・Bc2・q+Bc2・p+(0)・s+(-1)・t+u （５１）
Mc3=(+1)・Bc3・m+(-1)・Bc3・q+Bc3・p+(+1)・s+(-1)・t+u （５２）
Mc4=(-1)・Bc4・m+(0)・Bc4・q+Bc4・p+(-1)・s+(0)・t+u （５３）
Mc5=(0)・Bc5・m+(0)・Bc5・q+Bc5・p+(0)・s+(0)・t+u （５４）
Mc6=(+1)・Bc6・m+(0)・Bc6・q+Bc6・p+(+1)・s+(0)・t+u （５５）
Mc7=(-1)・Bc7・m+(+1)・Bc7・q+Bc7・p+(-1)・s+(+1)・t+u （５６）
Mc8=(0)・Bc8・m+(+1)・Bc8・q+Bc8・p+(0)・s+(+1)・t+u （５７）
Mc9=(+1)・Bc9・m+(+1)・Bc9・q+Bc9・p+(+1)・s+(+1)・t+u （５８）
【０３７７】
フレーム#nのカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを算出するとき、式（５０）乃至式（５８）において、フレーム#nの画素に対応する、フレーム#n-1の画素の背景領域の画素の画素値Bc1乃至Bc9が使用される。
【０３７８】
図５４に示す、アンカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを算出するとき、以下の式（５９）乃至式（６７）が立てられる。混合比αを算出する画素の画素値は、Mu5である。
【０３７９】
Mu1=(-1)・Bu1・m+(-1)・Bu1・q+Bu1・p+(-1)・s+(-1)・t+u （５９）
Mu2=(0)・Bu2・m+(-1)・Bu2・q+Bu2・p+(0)・s+(-1)・t+u （６０）
Mu3=(+1)・Bu3・m+(-1)・Bu3・q+Bu3・p+(+1)・s+(-1)・t+u （６１）
Mu4=(-1)・Bu4・m+(0)・Bu4・q+Bu4・p+(-1)・s+(0)・t+u （６２）
Mu5=(0)・Bu5・m+(0)・Bu5・q+Bu5・p+(0)・s+(0)・t+u （６３）
Mu6=(+1)・Bu6・m+(0)・Bu6・q+Bu6・p+(+1)・s+(0)・t+u （６４）
Mu7=(-1)・Bu7・m+(+1)・Bu7・q+Bu7・p+(-1)・s+(+1)・t+u （６５）
Mu8=(0)・Bu8・m+(+1)・Bu8・q+Bu8・p+(0)・s+(+1)・t+u （６６）
Mu9=(+1)・Bu9・m+(+1)・Bu9・q+Bu9・p+(+1)・s+(+1)・t+u （６７）
【０３８０】
フレーム#nのアンカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを算出するとき、式（５９）乃至式（６７）において、フレーム#nの画素に対応する、フレーム#n+1の画素の背景領域の画素の画素値Bu1乃至Bu9が使用される。
【０３８１】
図５５は、推定混合比処理部４０１の構成を示すブロック図である。推定混合比処理部４０１に入力された画像は、遅延部５０１および足し込み部５０２に供給される。
【０３８２】
遅延回路２２１は、入力画像を１フレーム遅延させ、足し込み部５０２に供給する。足し込み部５０２に、入力画像としてフレーム#nが入力されているとき、遅延回路２２１は、フレーム#n-1を足し込み部５０２に供給する。
【０３８３】
足し込み部５０２は、混合比αを算出する画素の近傍の画素の画素値、およびフレーム#n-1の画素値を、正規方程式に設定する。例えば、足し込み部５０２は、式（５０）乃至式（５８）に基づいて、正規方程式に画素値Mc1乃至Mc9および画素値Bc1乃至Bc9を設定する。足し込み部５０２は、画素値が設定された正規方程式を演算部５０３に供給する。
【０３８４】
演算部５０３は、足し込み部５０２から供給された正規方程式を掃き出し法などにより解いて推定混合比を求め、求められた推定混合比を出力する。
【０３８５】
このように、推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、推定混合比を算出して、混合比決定部４０３に供給することができる。
【０３８６】
なお、推定混合比処理部４０２は、推定混合比処理部４０１と同様の構成を有するので、その説明は省略する。
【０３８７】
図５６は、推定混合比処理部４０１により算出された推定混合比の例を示す図である。図５６に示す推定混合比は、等速で動いているオブジェクトに対応する前景の動きvが１１であり、７×７画素のブロックを単位として方程式を生成して算出された結果を、１ラインに対して示すものである。
【０３８８】
推定混合比は、混合領域において、図４２に示すように、ほぼ直線的に変化していることがわかる。
【０３８９】
混合比決定部４０３は、領域特定部１０１から供給された、混合比が算出される画素が、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するかを示す領域情報を基に、混合比を設定する。混合比決定部４０３は、対象となる画素が前景領域に属する場合、０を混合比に設定し、対象となる画素が背景領域に属する場合、１を混合比に設定し、対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０１から供給された推定混合比を混合比に設定し、対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０２から供給された推定混合比を混合比に設定する。混合比決定部４０３は、領域情報を基に設定した混合比を出力する。
【０３９０】
次に、図５０のステップＳ４０２の処理に対応する、図５５に示す構成を有する推定混合比処理部４０１が実行する、カバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理を図５７のフローチャートを参照して説明する。
【０３９１】
ステップＳ４４１において、足し込み部５０２は、入力された画像に含まれる画素値、および遅延回路２２１から供給される画像に含まれる画素値を、カバードバックグラウンド領域のモデルに対応する正規方程式に設定する。
【０３９２】
ステップＳ４４２において、推定混合比処理部４０１は、対象となる画素についての設定が終了したか否かを判定し、対象となる画素についての設定が終了していないと判定された場合、ステップＳ４４１に戻り、正規方程式への画素値の設定の処理を繰り返す。
【０３９３】
ステップＳ４４２において、対象となる画素についての画素値の設定が終了したと判定された場合、ステップＳ４４３に進み、演算部１７３は、画素値が設定された正規方程式を基に、推定混合比を演算して、求められた推定混合比を出力する。
【０３９４】
このように、推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、推定混合比を演算することができる。
【０３９５】
図５５に示す構成を有する推定混合比処理部４０１の、アンカバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理は、アンカバードバックグラウンド領域のモデルに対応する正規方程式を利用した、図５７のフローチャートに示す処理と同様なので、その説明は省略する。
【０３９６】
なお、背景に対応するオブジェクトが静止しているとして説明したが、背景領域に対応する画像が動きを含んでいても上述した混合比を求める処理を適用することができる。例えば、背景領域に対応する画像が一様に動いているとき、推定混合比処理部４０１は、この動きに対応して画像全体をシフトさせ、背景に対応するオブジェクトが静止している場合と同様に処理する。また、背景領域に対応する画像が局所毎に異なる動きを含んでいるとき、推定混合比処理部４０１は、混合領域に属する画素に対応する画素として、動きに対応した画素を選択して、上述の処理を実行する。
【０３９７】
図５８は、動き推定部１０４の構成を示すブロック図である。
【０３９８】
動き推定部１０４に供給された混合比αは、フレーム差分演算部５０２に入力される。動き推定部１０４に供給された入力画像は、フレームメモリ５０１およびフレーム差分演算部５０２に入力される。
【０３９９】
フレームメモリ５０１は、入力画像をフレーム単位で記憶して、１フレームに対応する期間遅延させ、記憶している入力画像をフレーム差分演算部５０２に出力する。
【０４００】
動き推定部１０４に供給された入力画像のフレームを注目フレームとするとき、フレーム差分演算部５０２は、背景領域の画素に対応する、フレームメモリ５０１から供給された入力画像の画素値に、注目フレームの注目している画素（以下、注目画素とも称する）の混合比αを乗じて、背景の成分に対応する画素値を算出する。フレーム差分演算部５０２は、動き推定部１０４に供給された入力画像の注目画素、および注目画素に対応する画素の画素値から、それぞれに、背景の成分に対応する画素値を減じて、差分を算出する。
【０４０１】
フレーム差分演算部５０２は、注目画素毎、すなわち、注目画素の混合比α毎に、算出した差分を差分画像データとして動き補償部５０３およびフレームメモリ５０４に供給する。
【０４０２】
動きベクトル生成部５０５は、注目フレームの注目画素ごと、すなわち、１つの差分画像データ毎に、所定の初期値からその大きさが順次増加すると共に、他の所定の初期値からその角度が順次変化する推定動きベクトルを生成して、生成した推定動きベクトルを動き補償部５０３および最大値判定部５０７に供給する。
【０４０３】
例えば、動きベクトル生成部５０５は、予め記憶している大きさの初期値および角度の初期値を基に、推定動きベクトルを生成する。動きベクトル生成部５０５は、生成した推定動きベクトルの大きさに所定の増分を加算することにより、推定動きベクトルの大きさを変更する。推定動きベクトルの大きさが所定の値を超えたとき、動きベクトル生成部５０５は、推定動きベクトルの角度に所定の角度を加算すると共に、大きさの初期値を推定動きベクトルの大きさに設定する。
【０４０４】
動きベクトル生成部５０５は、推定動きベクトルの大きさの変更と、角度の変更の処理を繰り返し、大きさおよび角度が所定の範囲の推定動きベクトルを生成する。
【０４０５】
動き補償部５０３は、動きベクトル生成部５０５から供給された推定動きベクトルに基づき、フレーム差分演算部５０２から供給された差分画像データを動き補償し、動き補償された差分画像データを相関値演算部５０６に供給する。
【０４０６】
フレームメモリ５０４は、差分画像データをフレーム毎に記憶して、１フレームに対応する期間遅延させ、記憶している差分画像データを相関値演算部５０６に供給する。
【０４０７】
相関値演算部５０６は、推定動きベクトル毎に、動き補償部５０３から供給された動き補償された差分画像データと、フレームメモリ５０４から供給された１フレーム遅延された差分画像データとの相関値を演算して、演算された相関値を最大値判定部５０７に供給する。
【０４０８】
相関値演算部５０６は、例えば、動き補償部５０３から供給された動き補償された差分画像データと、フレームメモリ５０４から供給された１フレーム遅延された差分画像データとの差分の絶対値を画素毎に算出し、算出された差分の絶対値を、相関値として最大値判定部５０７に供給する。相関値演算部５０６が出力する相関値は、差分画像間相関データとも称する。
【０４０９】
最大値判定部５０７は、動きベクトル生成部５０５から供給された推定動きベクトルの値に対応させて、相関値演算部５０６から供給された相関値を記憶する。最大値判定部５０７は、１つの注目画素に対応して、記憶されている相関値のうち、最も相関の強い相関値を選択し、選択された相関値に対応する推定動きベクトルを選択する。最大値判定部５０７は、注目画素毎に選択された推定動きベクトルを注目画素に対応する動きベクトルに設定し、注目画素に対応する動きベクトルを出力する。
【０４１０】
なお、最大値判定部５０７は、複数の画素からなるブロックを単位として、動きベクトルを検出するようにしてもよい。
【０４１１】
また、最大値判定部５０７は、複数の画素からなるブロックを単位として、ブロックの動きベクトルが一定として、動きベクトルを検出するようにしてもよい。
【０４１２】
図５９乃至図６５に示す、前景オブジェクトの動き量vが４である画像のモデルを例に、動き推定部１０４の処理を説明する。
【０４１３】
フレーム#nの左から６番目の画素の画素値は、式（６８）で表すことができる。同様に、フレーム#nの左から７番目の画素の画素値は、式（６９）で表すことができ、フレーム#nの左から８番目の画素の画素値は、式（７０）で表すことができる。
【０４１４】
【数１７】

【数１８】

【数１９】

【０４１５】
同様に、フレーム#n+1の左から１０番目の画素の画素値は、式（７１）で表すことができる。フレーム#n+1の左から１１番目の画素の画素値は、式（７２）で表すことができ、フレーム#n+1の左から１２番目の画素の画素値は、式（７３）で表すことができる。
【０４１６】
【数２０】

【数２１】

【数２２】

【０４１７】
式（６８）において、α05は、1/4である。フレーム#nの混合領域または背景領域に属する画素の画素値から、フレーム#n-1の対応する画素の画素値にα05を乗じた値を減算すると、図６０に示すように、フレーム#nの画素値に含まれる背景の成分の全部または一部が除去される。
【０４１８】
フレーム#nの左から６番目の画素において、画素値に含まれる背景の成分の全部が除去され、画素値に含まれる前景の成分の全部が残る。
【０４１９】
同様に、フレーム#n+1の混合領域または背景領域に属する画素の画素値から、フレーム#nの対応する画素の画素値にα05を乗じた値を減算すると、図６０に示すように、画素値に含まれる背景の成分の全部または一部が除去される。
【０４２０】
式（７１）において、α09は、1/4であり、α05と同じ値であるので、フレーム#n+1の左から１０番目の画素において、画素値に含まれる背景の成分の全部が除去され、画素値に含まれる前景の成分の全部が残る。
【０４２１】
図６１に示すように、フレーム#nの左から６番目の画素に含まれる前景の成分が、フレーム#n+1の左から１０番目の画素に含まれる前景の成分と同一なので、フレーム#nの左から６番目の画素に対応する差分と、フレーム#n+1の左から１０番目の画素の差分との相関は、フレーム#nの左から６番目の画素に対応する差分と、フレーム#n+1の各画素の差分との相関のうち、最大となる。
【０４２２】
フレーム#nの左から６番目の画素が注目画素のとき、動き推定部１０４は、最大の相関に対応する、フレーム#nの左から６番目の画素を基準に、フレーム#n+1の左から１０番目の画素を示す推定動きベクトルを、フレーム#nの左から６番目の画素に対応する動きベクトルとして選択する。
【０４２３】
式（６９）において、α06は、1/2である。フレーム#nの混合領域または背景領域に属する画素の画素値から、フレーム#n-1の対応する画素の画素値にα06を乗じた値を減算すると、図６２に示すように、フレーム#nの画素値に含まれる背景の成分の全部または一部が除去される。左から６番目の画素において、本来含まれている背景の成分以上の背景の成分が除されることとなるので、その画素値は、対応する背景の成分の負の値を含むことになる。
【０４２４】
フレーム#nの左から７番目の画素において、画素値に含まれる背景の成分の全部が除去され、画素値に含まれる前景の成分の全部が残る。
【０４２５】
同様に、フレーム#n+1の混合領域または背景領域に属する画素の画素値から、フレーム#nの対応する画素の画素値にα06を乗じた値を減算すると、図６２に示すように、画素値に含まれる背景の成分の全部または一部が除去される。左から１０番目の画素において、本来含まれている背景の成分以上の背景の成分が除されることとなるので、その画素値は、対応する背景の成分の負の値を含むことになる。
【０４２６】
式（７２）において、α10が、1/2であり、α06と同じ値なので、フレーム#n+1の左から１１番目の画素において、画素値に含まれる背景の成分の全部が除去され、画素値に含まれる前景の成分の全部が残る。
【０４２７】
図６３に示すように、フレーム#nの左から７番目の画素に含まれる前景の成分が、フレーム#n+1の左から１１番目の画素に含まれる前景の成分と同一なので、フレーム#nの左から７番目の画素に対応する差分と、フレーム#n+1の左から１１番目の画素の差分との相関は、フレーム#nの左から７番目の画素に対応する差分と、フレーム#n+1の各画素の差分との相関のうち、最大となる。
【０４２８】
フレーム#nの左から７番目の画素が注目画素のとき、動き推定部１０４は、最大の相関に対応する、フレーム#nの左から７番目の画素を基準に、フレーム#n+1の左から１１番目の画素を示す推定動きベクトルを、フレーム#nの左から７番目の画素に対応する動きベクトルとして選択する。
【０４２９】
このように、動き推定部１０４は、フレーム#nの注目画素の混合比αを基に、フレーム#nの画素の画素値から、フレーム#n-1の画素値に混合比αを乗じた値を減算して差分Aを求めると共に、フレーム#n+1の画素の画素値から、フレーム#nの画素値に混合比αを乗じた値を減算して差分Bを求める。
【０４３０】
動き推定部１０４は、差分Aのうち、フレーム#nの注目画素に対応する差分と、差分Bの各画素に対応する差分との相関を算出する。動き推定部１０４は、算出された相関を基に、フレーム#nにおける注目画素を基準に、相関が最大である画素を示す推定動きベクトルを選択し、選択した推定動きベクトルをフレーム#nにおける注目画素の動きベクトルとして出力する。
【０４３１】
図６４を参照して、以上の処理を式を参照して説明する。
【０４３２】
フレーム#nの混合領域に属する、注目画素の画素値CAと、フレーム#n-1の対応する画素の画素値PAに混合比αを乗じた値との差分Aは、式（７４）に示す演算で算出される。
【０４３３】
A=CA-PA×α （７４）
【０４３４】
フレーム#n+1の画素の画素値NBと、フレーム#nの対応する画素の画素値CBに混合比αを乗じた値との差分Bは、式（７５）に示す演算で算出される。
【０４３５】
B=NB-CB×α （７５）
【０４３６】
差分Bは、各画素について算出される。
【０４３７】
フレーム#nの注目画素に対応する差分Aと、フレーム#n+1の各画素に対応する差分Bとの相関値Jは、例えば、式（７６）に示すように、差分Aおよび差分Bの差分の絶対値とすることができる。
【０４３８】
【数２３】

【０４３９】
フレーム#nの注目画素に対応する差分Aとフレーム#n+1の各画素に対応する差分Bとの相関値Jのうち、最大の相関値に対応する推定動きベクトル（フレーム#nの注目画素を基準に、最大の相関値に対応する差分Bの画素を示す推定動きベクトル）は、動きベクトルとされる。
【０４４０】
また、例えば、図６５（Ａ）に示すように、注目フレームの中の、A4を中心とした３×３の画素のブロックの差分A0乃至A8と、図６５（Ｂ）に示すように、注目フレームの次のフレームの中の、対応するB4を中心とした３×３の画素のブロックの差分B0乃至B8に、式（７７）を適用して、注目フレームのブロックの中心の画素に対応する相関値J1が算出されるようにしてもよい。
【０４４１】
【数２４】

【数２５】

【数２６】

【０４４２】
この場合において、例えば、最大の相関値J1に対応する推定動きベクトル（A4に対応する画素を基準に、B4に対応する画素を示す推定動きベクトル）は、動きベクトルとされる。
【０４４３】
さらに、例えば、注目フレームの中の、A4を中心とした３×３の画素のブロックの差分A0乃至A8と、注目フレームの次のフレームの中の、対応するB4を中心とした３×３の画素のブロックの差分B0乃至B8に、式（８０）を適用して、注目フレームのブロックの中心の画素に対応する相関値として、差分絶対値和J2が算出されるようにしてもよい。
【０４４４】
【数２７】

【０４４５】
この場合において、例えば、最小の差分絶対値和J2に対応する推定動きベクトルは、動きベクトルとされる。
【０４４６】
次に、図６６のフローチャートを参照して、所定の注目画素に対応する、動き推定部１０４の動きベクトルの検出の処理を説明する。図６６のフローチャートに示す処理は、図１９のステップＳ１４に対応する。
【０４４７】
ステップＳ５０１において、フレーム差分演算部５０２は、混合比α、フレーム#nの入力画像、およびフレームメモリ５０１から供給されたフレーム#n-1の画像を基に、注目フレーム#nの注目画素の混合比αを、フレームメモリ５０１から供給されたフレーム#n-1の各画素の画素値に乗算し、各画素に対応する乗算の結果と入力画像のフレーム#nの各画素の画素値との差分を算出して、算出した差分を差分Aに設定する。
【０４４８】
ステップＳ５０２において、フレーム差分演算部５０２は、混合比α、フレーム#n+1の入力画像、およびフレームメモリ５０１から供給されたフレーム#nの画像を基に、注目フレーム#nの注目画素の混合比αを、フレームメモリ５０１から供給されたフレーム#nの各画素の画素値に乗算し、各画素に対応する乗算の結果と入力画像のフレーム#n+1の各画素の画素値との差分を算出して、算出した差分を差分Bに設定する。
【０４４９】
ステップＳ５０３において、動きベクトル生成部５０５は、推定動きベクトルに初期値を設定して、初期値を設定した推定動きベクトルを動き補償部５０３および最大値判定部５０７に供給する。
【０４５０】
ステップＳ５０４において、動き推定部１０４は、推定動きベクトルの大きさおよび角度を基に、所定の範囲の画素の相関値を算出したか否かを判定し、所定の範囲の画素の相関値を算出していないと判定された場合、ステップＳ５０５に進み、相関値演算部５０６は、差分Aおよび差分Bを基に、注目画素と、推定動きベクトルで示される画素との相関値を算出する。
【０４５１】
すなわち、ステップＳ５０５において、動き補償部５０３は、動きベクトル生成部５０５から供給された推定動きベクトルを基に、フレーム差分演算部５０２から供給された差分Bを動き補償し、動き補償された差分Bを相関値演算部５０６に供給する。
【０４５２】
相関値演算部５０６は、注目画素に対応する、フレームメモリ５０４から供給された差分Aと、動き補償された差分Bとの相関値を算出して、最大値判定部５０７に供給する。
【０４５３】
例えば、相関値演算部５０６は、式（７６）に示される演算を基に、差分Aの注目画素に対応する差分と、差分Bの推定動きベクトルで示される画素に対応する差分の絶対値である相関値を算出する。
【０４５４】
例えば、相関値演算部５０６は、式（７７）に示される演算を基に、注目画素に対応するブロックの差分A0乃至A8と、推定動きベクトルで示される画素に対応するブロックの差分B0乃至B8の相関値J1を算出する。
【０４５５】
ステップＳ５０６において、最大値判定部５０７は、動きベクトル生成部５０５から供給された推定動きベクトルに対応させて、相関値演算部５０６から供給された相関値を記憶する。
【０４５６】
ステップＳ５０７において、動きベクトル生成部５０５は、推定動きベクトルの大きさに、所定の増分を加算する。
【０４５７】
ステップＳ５０８において、動き推定部１０４は、動きベクトル生成部５０５が出力する推定動きベクトルの大きさが所定の値を越えたか否かを判定し、推定動きベクトルの大きさが所定の値を越えたと判定された場合、ステップＳ５０９に進み、動きベクトル生成部５０５は、推定動きベクトルの大きさに初期値を設定する。ステップＳ５１０において、動きベクトル生成部５０５は、推定動きベクトルの角度に、所定の増分を加算する。動きベクトル生成部５０５は、大きさが初期値とされ、角度が変更された推定動きベクトルを動き補償部５０３および最大値判定部５０７に供給し、手続きは、ステップＳ５０４に進み、所定の範囲の画素の相関値を算出したか否かの判定を繰り返す。
【０４５８】
ステップ５０８において、推定動きベクトルの大きさが所定の値を越えていないと判定された場合、ステップＳ５０４に進み、所定の範囲の画素の相関値を算出したか否かの判定を繰り返す。
【０４５９】
ステップＳ５０４において、所定の範囲の画素の相関値を算出したと判定された場合、ステップＳ５１１に進み、最大値判定部５０７は、最大の相関に対応する推定動きベクトルを選択する。
【０４６０】
例えば、相関値演算部５０６が、式（７６）に示される演算を基に、相関値を算出するとき、最大値判定部５０７は、最小の相関値に対応する推定動きベクトルを選択する。
【０４６１】
例えば、相関値演算部５０６が、式（７７）に示される演算を基に、相関値J1を算出するとき、最大値判定部５０７は、最大の相関値J1に対応する推定動きベクトルを選択する。
【０４６２】
ステップＳ５１２において、最大値判定部５０７は、選択された推定動きベクトルを動きベクトルに設定して、処理は終了する。
【０４６３】
このように、動き推定部１０４は、混合比αおよび入力画像を基に、注目画素に対応する動きベクトルを検出することができる。動き推定部１０４は、注目フレームの各画素を注目画素として、以上で説明した、動きベクトルの検出の処理を繰り返すことにより、注目フレームの各画素に対応する動きベクトルを検出することができる。
【０４６４】
なお、フレーム#n-1の画素が、フレーム#nに対応する背景の画素であり、フレーム#nの画素が、フレーム#n+1に対応する背景の画素であると説明したが、フレーム#n+1の画素を、フレーム#nに対応する背景の画素とし、フレーム#n+2の画素を、フレーム#n+1に対応する背景の画素として処理をすることもできる。
【０４６５】
このとき、例えば、領域情報を基に、フレーム#n-1の画素を、フレーム#nに対応する背景の画素とし、フレーム#nの画素を、フレーム#n+1に対応する背景の画素とする処理と、フレーム#n+1の画素を、フレーム#nに対応する背景の画素とし、フレーム#n+2の画素を、フレーム#n+1に対応する背景の画素として処理とを切り換えるようにするようにしてもよい。
【０４６６】
また、領域情報を基に、注目画素を、混合領域の画素に限定して処理を実行するようにしてもよい。
【０４６７】
次に、前景背景分離部１０３について説明する。図６７は、前景背景分離部１０３の構成の一例を示すブロック図である。前景背景分離部１０３に供給された入力画像は、分離部６０１、スイッチ６０２、およびスイッチ６０４に供給される。カバードバックグラウンド領域を示す情報、およびアンカバードバックグラウンド領域を示す、領域特定部１０１から供給された領域情報は、分離部６０１に供給される。前景領域を示す領域情報は、スイッチ６０２に供給される。背景領域を示す領域情報は、スイッチ６０４に供給される。
【０４６８】
混合比算出部１０２から供給された混合比αは、分離部６０１に供給される。
【０４６９】
分離部６０１は、カバードバックグラウンド領域を示す領域情報、アンカバードバックグラウンド領域を示す領域情報、および混合比αを基に、入力画像から前景の成分を分離して、分離した前景の成分を合成部６０３に供給するとともに、入力画像から背景の成分を分離して、分離した背景の成分を合成部６０５に供給する。
【０４７０】
スイッチ６０２は、前景領域を示す領域情報を基に、前景に対応する画素が入力されたとき、閉じられ、入力画像に含まれる前景に対応する画素のみを合成部６０３に供給する。
【０４７１】
スイッチ６０４は、背景領域を示す領域情報を基に、背景に対応する画素が入力されたとき、閉じられ、入力画像に含まれる背景に対応する画素のみを合成部６０５に供給する。
【０４７２】
合成部６０３は、分離部６０１から供給された前景に対応する成分、スイッチ６０２から供給された前景に対応する画素を基に、前景成分画像を合成し、合成した前景成分画像を出力する。前景領域と混合領域とは重複しないので、合成部６０３は、例えば、前景に対応する成分と、前景に対応する画素とに論理和の演算を適用して、前景成分画像を合成する。
【０４７３】
合成部６０３は、前景成分画像の合成の処理の最初に実行される初期化の処理において、内蔵しているフレームメモリに全ての画素値が０である画像を格納し、前景成分画像の合成の処理において、前景成分画像を格納（上書き）する。従って、合成部６０３が出力する前景成分画像の内、背景領域に対応する画素には、画素値として０が格納されている。
【０４７４】
合成部６０５は、分離部６０１から供給された背景に対応する成分、スイッチ６０４から供給された背景に対応する画素を基に、背景成分画像を合成して、合成した背景成分画像を出力する。背景領域と混合領域とは重複しないので、合成部６０５は、例えば、背景に対応する成分と、背景に対応する画素とに論理和の演算を適用して、背景成分画像を合成する。
【０４７５】
合成部６０５は、背景成分画像の合成の処理の最初に実行される初期化の処理において、内蔵しているフレームメモリに全ての画素値が０である画像を格納し、背景成分画像の合成の処理において、背景成分画像を格納（上書き）する。従って、合成部６０５が出力する背景成分画像の内、前景領域に対応する画素には、画素値として０が格納されている。
【０４７６】
図６８は、前景背景分離部１０３に入力される入力画像、並びに前景背景分離部１０３から出力される前景成分画像および背景成分画像を示す図である。
【０４７７】
図６８（Ａ）は、表示される画像の模式図であり、図６８（Ｂ）は、図６８（Ａ）に対応する前景領域に属する画素、背景領域に属する画素、および混合領域に属する画素を含む１ラインの画素を時間方向に展開したモデル図を示す。
【０４７８】
図６８（Ａ）および図６８（Ｂ）に示すように、前景背景分離部１０３から出力される背景成分画像は、背景領域に属する画素、および混合領域の画素に含まれる背景の成分から構成される。
【０４７９】
図６８（Ａ）および図６８（Ｂ）に示すように、前景背景分離部１０３から出力される前景成分画像は、前景領域に属する画素、および混合領域の画素に含まれる前景の成分から構成される。
【０４８０】
混合領域の画素の画素値は、前景背景分離部１０３により、背景の成分と、前景の成分とに分離される。分離された背景の成分は、背景領域に属する画素と共に、背景成分画像を構成する。分離された前景の成分は、前景領域に属する画素と共に、前景成分画像を構成する。
【０４８１】
このように、前景成分画像は、背景領域に対応する画素の画素値が０とされ、前景領域に対応する画素および混合領域に対応する画素に意味のある画素値が設定される。同様に、背景成分画像は、前景領域に対応する画素の画素値が０とされ、背景領域に対応する画素および混合領域に対応する画素に意味のある画素値が設定される。
【０４８２】
次に、分離部６０１が実行する、混合領域に属する画素から前景の成分、および背景の成分を分離する処理について説明する。
【０４８３】
図６９は、図中の左から右に移動するオブジェクトに対応する前景を含む、２つのフレームの前景の成分および背景の成分を示す画像のモデルである。図６９に示す画像のモデルにおいて、前景の動き量vは４であり、仮想分割数は、４とされている。
【０４８４】
フレーム#nにおいて、最も左の画素、および左から１４番目乃至１８番目の画素は、背景の成分のみから成り、背景領域に属する。フレーム#nにおいて、左から２番目乃至４番目の画素は、背景の成分および前景の成分を含み、アンカバードバックグラウンド領域に属する。フレーム#nにおいて、左から１１番目乃至１３番目の画素は、背景の成分および前景の成分を含み、カバードバックグラウンド領域に属する。フレーム#nにおいて、左から５番目乃至１０番目の画素は、前景の成分のみから成り、前景領域に属する。
【０４８５】
フレーム#n+1において、左から１番目乃至５番目の画素、および左から１８番目の画素は、背景の成分のみから成り、背景領域に属する。フレーム#n+1において、左から６番目乃至８番目の画素は、背景の成分および前景の成分を含み、アンカバードバックグラウンド領域に属する。フレーム#n+1において、左から１５番目乃至１７番目の画素は、背景の成分および前景の成分を含み、カバードバックグラウンド領域に属する。フレーム#n+1において、左から９番目乃至１４番目の画素は、前景の成分のみから成り、前景領域に属する。
【０４８６】
図７０は、カバードバックグラウンド領域に属する画素から前景の成分を分離する処理を説明する図である。図７０において、α１乃至α１８は、フレーム#nにおける画素のぞれぞれに対応する混合比である。図７０において、左から１５番目乃至１７番目の画素は、カバードバックグラウンド領域に属する。
【０４８７】
フレーム#nの左から１５番目の画素の画素値C15は、式（８１）で表される。
【０４８８】

ここで、α15は、フレーム#nの左から１５番目の画素の混合比である。P15は、フレーム#n-1の左から１５番目の画素の画素値である。
【０４８９】
式（８１）を基に、フレーム#nの左から１５番目の画素の前景の成分の和f15は、式（８２）で表される。
【０４９０】

【０４９１】
同様に、フレーム#nの左から１６番目の画素の前景の成分の和f16は、式（８３）で表され、フレーム#nの左から１７番目の画素の前景の成分の和f17は、式（８４）で表される。
【０４９２】
f16=C16-α16・P16 （８３）
f17=C17-α17・P17 （８４）
【０４９３】
このように、カバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値Cに含まれる前景の成分fcは、式（８５）で計算される。
【０４９４】
fc=C-α・P （８５）
Pは、１つ前のフレームの、対応する画素の画素値である。
【０４９５】
図７１は、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素から前景の成分を分離する処理を説明する図である。図７１において、α１乃至α１８は、フレーム#nにおける画素のぞれぞれに対応する混合比である。図７１において、左から２番目乃至４番目の画素は、アンカバードバックグラウンド領域に属する。
【０４９６】
フレーム#nの左から２番目の画素の画素値C02は、式（８６）で表される。
【０４９７】

ここで、α2は、フレーム#nの左から２番目の画素の混合比である。N02は、フレーム#n+1の左から２番目の画素の画素値である。
【０４９８】
式（８６）を基に、フレーム#nの左から２番目の画素の前景の成分の和f02は、式（８７）で表される。
【０４９９】

【０５００】
同様に、フレーム#nの左から３番目の画素の前景の成分の和f03は、式（８８）で表され、フレーム#nの左から４番目の画素の前景の成分の和f04は、式（８９）で表される。
【０５０１】
f03=C03-α3・N03 （８８）
f04=C04-α4・N04 （８９）
【０５０２】
このように、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値Cに含まれる前景の成分fuは、式（９０）で計算される。
【０５０３】
fu=C-α・N （９０）
Nは、１つ後のフレームの、対応する画素の画素値である。
【０５０４】
このように、分離部６０１は、領域情報に含まれる、カバードバックグラウンド領域を示す情報、およびアンカバードバックグラウンド領域を示す情報、並びに画素毎の混合比αを基に、混合領域に属する画素から前景の成分、および背景の成分を分離することができる。
【０５０５】
図７２は、以上で説明した処理を実行する分離部６０１の構成の一例を示すブロック図である。分離部６０１に入力された画像は、フレームメモリ６２１に供給され、混合比算出部１０２から供給されたカバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域を示す領域情報、並びに混合比αは、分離処理ブロック６２２に入力される。
【０５０６】
フレームメモリ６２１は、入力された画像をフレーム単位で記憶する。フレームメモリ６２１は、処理の対象がフレーム#nであるとき、フレーム#nの１つ前のフレームであるフレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#nの１つ後のフレームであるフレーム#n+1を記憶する。
【０５０７】
フレームメモリ６２１は、フレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1の対応する画素を分離処理ブロック６２２に供給する。
【０５０８】
分離処理ブロック６２２は、カバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域を示す領域情報、並びに混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1の対応する画素の画素値に図７０および図７１を参照して説明した演算を適用して、フレーム#nの混合領域に属する画素から前景の成分および背景の成分を分離して、フレームメモリ６２３に供給する。
【０５０９】
分離処理ブロック６２２は、アンカバード領域処理部６３１、カバード領域処理部６３２、合成部６３３、および合成部６３４で構成されている。
【０５１０】
アンカバード領域処理部６３１の乗算器６４１は、混合比αを、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#n+1の画素の画素値に乗じて、スイッチ６４２に出力する。スイッチ６４２は、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#nの画素（フレーム#n+1の画素に対応する）がアンカバードバックグラウンド領域であるとき、閉じられ、乗算器６４１から供給された混合比αを乗じた画素値を演算器６４３および合成部６３４に供給する。スイッチ６４２から出力されるフレーム#n+1の画素の画素値に混合比αを乗じた値は、フレーム#nの対応する画素の画素値の背景の成分に等しい。
【０５１１】
演算器６４３は、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#nの画素の画素値から、スイッチ６４２から供給された背景の成分を減じて、前景の成分を求める。演算器６４３は、アンカバードバックグラウンド領域に属する、フレーム#nの画素の前景の成分を合成部６３３に供給する。
【０５１２】
カバード領域処理部６３２の乗算器６５１は、混合比αを、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#n-1の画素の画素値に乗じて、スイッチ６５２に出力する。スイッチ６５２は、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#nの画素（フレーム#n-1の画素に対応する）がカバードバックグラウンド領域であるとき、閉じられ、乗算器６５１から供給された混合比αを乗じた画素値を演算器６５３および合成部６３４に供給する。スイッチ６５２から出力されるフレーム#n-1の画素の画素値に混合比αを乗じた値は、フレーム#nの対応する画素の画素値の背景の成分に等しい。
【０５１３】
演算器６５３は、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#nの画素の画素値から、スイッチ６５２から供給された背景の成分を減じて、前景の成分を求める。演算器６５３は、カバードバックグラウンド領域に属する、フレーム#nの画素の前景の成分を合成部６３３に供給する。
【０５１４】
合成部６３３は、フレーム#nの、演算器６４３から供給された、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の前景の成分、および演算器６５３から供給された、カバードバックグラウンド領域に属する画素の前景の成分を合成して、フレームメモリ６２３に供給する。
【０５１５】
合成部６３４は、フレーム#nの、スイッチ６４２から供給された、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の背景の成分、およびスイッチ６５２から供給された、カバードバックグラウンド領域に属する画素の背景の成分を合成して、フレームメモリ６２３に供給する。
【０５１６】
フレームメモリ６２３は、分離処理ブロック６２２から供給された、フレーム#nの混合領域の画素の前景の成分と、背景の成分とをそれぞれに記憶する。
【０５１７】
フレームメモリ６２３は、記憶しているフレーム#nの混合領域の画素の前景の成分、および記憶しているフレーム#nの混合領域の画素の背景の成分を出力する。
【０５１８】
特徴量である混合比αを利用することにより、画素値に含まれる前景の成分と背景の成分とを完全に分離することが可能になる。
【０５１９】
合成部６０３は、分離部６０１から出力された、フレーム#nの混合領域の画素の前景の成分と、前景領域に属する画素とを合成して前景成分画像を生成する。
合成部６０５は、分離部６０１から出力された、フレーム#nの混合領域の画素の背景の成分と、背景領域に属する画素とを合成して背景成分画像を生成する。
【０５２０】
図７３は、図６９のフレーム#nに対応する、前景成分画像の例と、背景成分画像の例を示す図である。
【０５２１】
図７３（Ａ）は、図６９のフレーム#nに対応する、前景成分画像の例を示す。
最も左の画素、および左から１４番目の画素は、前景と背景が分離される前において、背景の成分のみから成っていたので、画素値が０とされる。
【０５２２】
左から２番目乃至４番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、アンカバードバックグラウンド領域に属し、背景の成分が０とされ、前景の成分がそのまま残されている。左から１１番目乃至１３番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、カバードバックグラウンド領域に属し、背景の成分が０とされ、前景の成分がそのまま残されている。左から５番目乃至１０番目の画素は、前景の成分のみから成るので、そのまま残される。
【０５２３】
図７３（Ｂ）は、図６９のフレーム#nに対応する、背景成分画像の例を示す。
最も左の画素、および左から１４番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、背景の成分のみから成っていたので、そのまま残される。
【０５２４】
左から２番目乃至４番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、アンカバードバックグラウンド領域に属し、前景の成分が０とされ、背景の成分がそのまま残されている。左から１１番目乃至１３番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、カバードバックグラウンド領域に属し、前景の成分が０とされ、背景の成分がそのまま残されている。左から５番目乃至１０番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、前景の成分のみから成っていたので、画素値が０とされる。
【０５２５】
次に、図７４に示すフローチャートを参照して、前景背景分離部１０３による前景と背景との分離の処理を説明する。ステップＳ６０１において、分離部６０１のフレームメモリ６２１は、入力画像を取得し、前景と背景との分離の対象となるフレーム#nを、その前のフレーム#n-1およびその後のフレーム#n+1と共に記憶する。
【０５２６】
ステップＳ６０２において、分離部６０１の分離処理ブロック６２２は、混合比算出部１０２から供給された領域情報を取得する。ステップＳ６０３において、分離部６０１の分離処理ブロック６２２は、混合比算出部１０２から供給された混合比αを取得する。
【０５２７】
ステップＳ６０４において、アンカバード領域処理部６３１は、領域情報および混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給された、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値から、背景の成分を抽出する。
【０５２８】
ステップＳ６０５において、アンカバード領域処理部６３１は、領域情報および混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給された、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値から、前景の成分を抽出する。
【０５２９】
ステップＳ６０６において、カバード領域処理部６３２は、領域情報および混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給された、カバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値から、背景の成分を抽出する。
【０５３０】
ステップＳ６０７において、カバード領域処理部６３２は、領域情報および混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給された、カバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値から、前景の成分を抽出する。
【０５３１】
ステップＳ６０８において、合成部６３３は、ステップＳ６０５の処理で抽出されたアンカバードバックグラウンド領域に属する画素の前景の成分と、ステップＳ６０７の処理で抽出されたカバードバックグラウンド領域に属する画素の前景の成分とを合成する。合成された前景の成分は、合成部６０３に供給される。
更に、合成部６０３は、スイッチ６０２を介して供給された前景領域に属する画素と、分離部６０１から供給された前景の成分とを合成して、前景成分画像を生成する。
【０５３２】
ステップＳ６０９において、合成部６３４は、ステップＳ６０４の処理で抽出されたアンカバードバックグラウンド領域に属する画素の背景の成分と、ステップＳ６０６の処理で抽出されたカバードバックグラウンド領域に属する画素の背景の成分とを合成する。合成された背景の成分は、合成部６０５に供給される。
更に、合成部６０５は、スイッチ６０４を介して供給された背景領域に属する画素と、分離部６０１から供給された背景の成分とを合成して、背景成分画像を生成する。
【０５３３】
ステップＳ６１０において、合成部６０３は、前景成分画像を出力する。ステップＳ６１１において、合成部６０５は、背景成分画像を出力し、処理は終了する。
【０５３４】
このように、前景背景分離部１０３は、領域情報および混合比αを基に、入力画像から前景の成分と、背景の成分とを分離し、前景の成分のみから成る前景成分画像、および背景の成分のみから成る背景成分画像を出力することができる。
【０５３５】
次に、前景成分画像の動きボケの量の調整について説明する。
【０５３６】
図７５は、動きボケ調整部１０５の構成の一例を示すブロック図である。動き推定部１０４から供給された動きベクトルとその位置情報、および領域特定部１０１から供給された領域情報は、処理単位決定部８０１およびモデル化部８０２に供給される。前景背景分離部１０３から供給された前景成分画像は、足し込み部８０４に供給される。
【０５３７】
処理単位決定部８０１は、動きベクトルとその位置情報、および領域情報を基に、動きベクトルと共に、生成した処理単位をモデル化部８０２に供給する。処理単位決定部８０１は、生成した処理単位を足し込み部８０４に供給する。
【０５３８】
処理単位決定部８０１が生成する処理単位は、図７６に例を示すように、前景成分画像のカバードバックグラウンド領域に対応する画素から始まり、アンカバードバックグラウンド領域に対応する画素までの動き方向に並ぶ連続する画素、またはアンカバードバックグラウンド領域に対応する画素から始まり、カバードバックグラウンド領域に対応する画素までの動き方向に並ぶ連続する画素を示す。処理単位は、例えば、左上点（処理単位で指定される画素であって、画像上で最も左または最も上に位置する画素の位置）および右下点の２つのデータから成る。
【０５３９】
モデル化部８０２は、動きベクトルおよび入力された処理単位を基に、モデル化を実行する。より具体的には、例えば、モデル化部８０２は、処理単位に含まれる画素の数、画素値の時間方向の仮想分割数、および画素毎の前景の成分の数に対応する複数のモデルを予め記憶しておき、処理単位、および画素値の時間方向の仮想分割数を基に、図７７に示すような、画素値と前景の成分との対応を指定するモデルを選択するようにしても良い。
【０５４０】
例えば、処理単位に対応する画素の数が１２でありシャッタ時間内の動き量vが５であるときにおいては、モデル化部８０２は、仮想分割数を５とし、最も左に位置する画素が１つの前景の成分を含み、左から２番目の画素が２つの前景の成分を含み、左から３番目の画素が３つの前景の成分を含み、左から４番目の画素が４つの前景の成分を含み、左から５番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から６番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から７番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から８番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から９番目の画素が４つの前景の成分を含み、左から１０番目の画素が３つの前景の成分を含み、左から１１番目の画素が２つの前景の成分を含み、左から１２番目の画素が１つの前景の成分を含み、全体として８つの前景の成分から成るモデルを選択する。
【０５４１】
なお、モデル化部８０２は、予め記憶してあるモデルから選択するのではなく、動きベクトル、および処理単位が供給されたとき、動きベクトル、および処理単位を基に、モデルを生成するようにしてもよい。
【０５４２】
モデル化部８０２は、選択したモデルを方程式生成部８０３に供給する。
【０５４３】
方程式生成部８０３は、モデル化部８０２から供給されたモデルを基に、方程式を生成する。図７７に示す前景成分画像のモデルを参照して、前景の成分の数が８であり、処理単位に対応する画素の数が１２であり、動き量vが５であり、仮想分割数が５であるときの、方程式生成部８０３が生成する方程式について説明する。
【０５４４】
前景成分画像に含まれるシャッタ時間/vに対応する前景成分がF01/v乃至F08/vであるとき、F01/v乃至F08/vと画素値C01乃至C12との関係は、式（９１）乃至式（１０２）で表される。
【０５４５】

【０５４６】
方程式生成部８０３は、生成した方程式を変形して方程式を生成する。方程式生成部８０３が生成する方程式を、式（１０３）乃至式（１１４）に示す。
【０５４７】

【０５４８】
式（１０３）乃至式（１１４）は、式（１１５）として表すこともできる。
【０５４９】
【数２８】

式（１１５）において、jは、画素の位置を示す。この例において、jは、１乃至１２のいずれか１つの値を有する。また、iは、前景値の位置を示す。この例において、iは、１乃至８のいずれか１つの値を有する。aijは、iおよびjの値に対応して、０または１の値を有する。
【０５５０】
誤差を考慮して表現すると、式（１１５）は、式（１１６）のように表すことができる。
【０５５１】
【数２９】

式（１１６）において、ejは、注目画素Cjに含まれる誤差である。
【０５５２】
式（１１６）は、式（１１７）に書き換えることができる。
【０５５３】
【数３０】

【０５５４】
ここで、最小自乗法を適用するため、誤差の自乗和Eを式（１１８）に示すように定義する。
【０５５５】
【数３１】

【０５５６】
誤差が最小になるためには、誤差の自乗和Eに対する、変数Fkによる偏微分の値が０になればよい。式（１１９）を満たすようにFkを求める。
【０５５７】
【数３２】

【０５５８】
式（１１９）において、動き量vは固定値であるから、式（１２０）を導くことができる。
【０５５９】
【数３３】

【０５６０】
式（１２０）を展開して、移項すると、式（１２１）を得る。
【０５６１】
【数３４】

【０５６２】
式（１２１）のkに１乃至８の整数のいずれか１つを代入して得られる８つの式に展開する。得られた８つの式を、行列により１つの式により表すことができる。この式を正規方程式と呼ぶ。
【０５６３】
このような最小自乗法に基づく、方程式生成部８０３が生成する正規方程式の例を式（１２２）に示す。
【０５６４】
【数３５】

【０５６５】
式（１２２）をA・F=v・Cと表すと、C,A,vが既知であり、Fは未知である。また、A,vは、モデル化の時点で既知だが、Cは、足し込み動作において画素値を入力することで既知となる。
【０５６６】
最小自乗法に基づく正規方程式により前景成分を算出することにより、画素Cに含まれている誤差を分散させることができる。
【０５６７】
方程式生成部８０３は、このように生成された正規方程式を足し込み部８０４に供給する。
【０５６８】
足し込み部８０４は、処理単位決定部８０１から供給された処理単位を基に、前景成分画像に含まれる画素値Cを、方程式生成部８０３から供給された行列の式に設定する。足し込み部８０４は、画素値Cを設定した行列を演算部８０５に供給する。
【０５６９】
演算部８０５は、掃き出し法（Gauss-Jordanの消去法）などの解法に基づく処理により、動きボケが除去された前景成分Fi/vを算出して、動きボケが除去された前景の画素値である、０乃至８の整数のいずれかのiに対応するFiを算出して、図７８に例を示す、動きボケが除去された画素値であるFiから成る、動きボケが除去された前景成分画像を動きボケ付加部８０６および選択部８０７に出力する。
【０５７０】
なお、図７８に示す動きボケが除去された前景成分画像において、C03乃至C10のそれぞれにF01乃至F08のそれぞれが設定されているのは、画面に対する前景成分画像の位置を変化させないためであり、任意の位置に対応させることができる。
【０５７１】
動きボケ付加部８０６は、動き量vとは異なる値の動きボケ調整量v'、例えば、動き量vの半分の値の動きボケ調整量v'や、動き量vと無関係の値の動きボケ調整量v'を与えることで、動きボケの量を調整することができる。例えば、図７９に示すように、動きボケ付加部８０６は、動きボケが除去された前景の画素値Fiを動きボケ調整量v'で除すことにより、前景成分Fi/v'を算出して、前景成分Fi/v'の和を算出して、動きボケの量が調整された画素値を生成する。例えば、動きボケ調整量v'が３のとき、画素値C02は、（F01）/v'とされ、画素値C03は、（F01+F02）/v'とされ、画素値C04は、（F01+F02+F03）/v'とされ、画素値C05は、（F02+F03+F04）/v'とされる。
【０５７２】
動きボケ付加部８０６は、動きボケの量を調整した前景成分画像を選択部８０７に供給する。
【０５７３】
選択部８０７は、例えば使用者の選択に対応した選択信号を基に、演算部８０５から供給された動きボケが除去された前景成分画像、および動きボケ付加部８０６から供給された動きボケの量が調整された前景成分画像のいずれか一方を選択して、選択した前景成分画像を出力する。
【０５７４】
このように、動きボケ調整部１０５は、選択信号および動きボケ調整量v'を基に、動きボケの量を調整することができる。
【０５７５】
また、例えば、図８０に示すように、処理単位に対応する画素の数が８であり、動き量vが４であるとき、動きボケ調整部１０５は、式（１２３）に示す行列の式を生成する。
【０５７６】
【数３６】

【０５７７】
動きボケ調整部１０５は、このように処理単位の長さに対応した数の式を立てて、動きボケの量が調整された画素値であるFiを算出する。同様に、例えば、処理単位に含まれる画素の数が１００あるとき、１００個の画素に対応する式を生成して、Fiを算出する。
【０５７８】
図８１は、動きボケ調整部１０５の他の構成を示す図である。図７５に示す場合と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０５７９】
選択部８２１は、選択信号を基に、入力された動きベクトルとその位置信号をそのまま処理単位決定部８０１およびモデル化部８０２に供給するか、または動きベクトルの大きさを動きボケ調整量v'に置き換えて、その大きさが動きボケ調整量v'に置き換えられた動きベクトルとその位置信号を処理単位決定部８０１およびモデル化部８０２に供給する。
【０５８０】
このようにすることで、図８１の動きボケ調整部１０５の処理単位決定部８０１乃至演算部８０５は、動き量vと動きボケ調整量v'との値に対応して、動きボケの量を調整することができる。例えば、動き量vが5であり、動きボケ調整量v'が3であるとき、図８１の動きボケ調整部１０５の処理単位決定部８０１乃至演算部８０５は、図７７に示す動き量vが5である前景成分画像に対して、3である動きボケ調整量v'対応する図７９に示すようなモデルに従って、演算を実行し、（動き量v）/（動きボケ調整量v'）＝5/3、すなわちほぼ1.7の動き量vに応じた動きボケを含む画像を算出する。なお、この場合、算出される画像は、3である動き量vに対応した動きボケを含むのではないので、動きボケ付加部８０６の結果とは動き量vと動きボケ調整量v'の関係の意味合いが異なる点に注意が必要である。
【０５８１】
以上のように、動きボケ調整部１０５は、動き量vおよび処理単位に対応して、式を生成し、生成した式に前景成分画像の画素値を設定して、動きボケの量が調整された前景成分画像を算出する。
【０５８２】
次に、図８２のフローチャートを参照して、動きボケ調整部１０５による前景成分画像に含まれる動きボケの量の調整の処理を説明する。
【０５８３】
ステップＳ８０１において、動きボケ調整部１０５の処理単位決定部８０１は、動きベクトルおよび領域情報を基に、処理単位を生成し、生成した処理単位をモデル化部８０２に供給する。
【０５８４】
ステップＳ８０２において、動きボケ調整部１０５のモデル化部８０２は、動き量vおよび処理単位に対応して、モデルの選択や生成を行う。ステップＳ８０３において、方程式生成部８０３は、選択されたモデルを基に、正規方程式を作成する。
【０５８５】
ステップＳ８０４において、足し込み部８０４は、作成された正規方程式に前景成分画像の画素値を設定する。ステップＳ８０５において、足し込み部８０４は、処理単位に対応する全ての画素の画素値の設定を行ったか否かを判定し、処理単位に対応する全ての画素の画素値の設定を行っていないと判定された場合、ステップＳ８０４に戻り、正規方程式への画素値の設定の処理を繰り返す。
【０５８６】
ステップＳ８０５において、処理単位の全ての画素の画素値の設定を行ったと判定された場合、ステップＳ８０６に進み、演算部８０５は、足し込み部８０４から供給された画素値が設定された正規方程式を基に、動きボケの量を調整した前景の画素値を算出して、処理は終了する。
【０５８７】
このように、動きボケ調整部１０５は、動きベクトルおよび領域情報を基に、動きボケを含む前景画像から動きボケの量を調整することができる。
【０５８８】
すなわち、サンプルデータである画素値に含まれる動きボケの量を調整することができる。
【０５８９】
以上のように、図４に構成を示す信号処理部１２は、入力画像に含まれる動きボケの量を調整することができる。図４に構成を示す信号処理部１２は、埋もれた情報である混合比αを算出して、算出した混合比αを出力することができる。
【０５９０】
図８３は、動きボケ調整部１０５の構成の他の一例を示すブロック図である。動き推定部１０４から供給された動きベクトルとその位置情報は、処理単位決定部９０１および補正部９０５に供給され、領域特定部１０１から供給された領域情報は、処理単位決定部９０１に供給される。前景背景分離部１０３から供給された前景成分画像は、演算部９０４に供給される。
【０５９１】
処理単位決定部９０１は、動きベクトルとその位置情報、および領域情報を基に、動きベクトルと共に、生成した処理単位をモデル化部９０２に供給する。
【０５９２】
モデル化部９０２は、動きベクトルおよび入力された処理単位を基に、モデル化を実行する。より具体的には、例えば、モデル化部９０２は、処理単位に含まれる画素の数、画素値の時間方向の仮想分割数、および画素毎の前景の成分の数に対応する複数のモデルを予め記憶しておき、処理単位、および画素値の時間方向の仮想分割数を基に、図８４に示すような、画素値と前景の成分との対応を指定するモデルを選択するようにしても良い。
【０５９３】
例えば、処理単位に対応する画素の数が１２であり動き量vが５であるときにおいては、モデル化部９０２は、仮想分割数を５とし、最も左に位置する画素が１つの前景の成分を含み、左から２番目の画素が２つの前景の成分を含み、左から３番目の画素が３つの前景の成分を含み、左から４番目の画素が４つの前景の成分を含み、左から５番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から６番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から７番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から８番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から９番目の画素が４つの前景の成分を含み、左から１０番目の画素が３つの前景の成分を含み、左から１１番目の画素が２つの前景の成分を含み、左から１２番目の画素が１つの前景の成分を含み、全体として８つの前景の成分から成るモデルを選択する。
【０５９４】
なお、モデル化部９０２は、予め記憶してあるモデルから選択するのではなく、動きベクトル、および処理単位が供給されたとき、動きベクトル、および処理単位を基に、モデルを生成するようにしてもよい。
【０５９５】
方程式生成部９０３は、モデル化部９０２から供給されたモデルを基に、方程式を生成する。
【０５９６】
図８４乃至図８６に示す前景成分画像のモデルを参照して、前景の成分の数が８であり、処理単位に対応する画素の数が１２であり、動き量vが５であるときの、方程式生成部９０３が生成する方程式の例について説明する。
【０５９７】
前景成分画像に含まれるシャッタ時間/vに対応する前景成分がF01/v乃至F08/vであるとき、F01/v乃至F08/vと画素値C01乃至C12との関係は、上述したように、式（９１）乃至式（１０２）で表される。
【０５９８】
画素値C12およびC11に注目すると、画素値C12は、式（１２４）に示すように、前景の成分F08/vのみを含み、画素値C11は、前景の成分F08/vおよび前景の成分F07/vの積和から成る。従って、前景の成分F07/vは、式（１２５）で求めることができる。
【０５９９】
F08/v=C12 （１２４）
F07/v=C11-C12 （１２５）
【０６００】
同様に、画素値C10乃至C01に含まれる前景の成分を考慮すると、前景の成分F06/v乃至F01/vは、式（１２６）乃至式（１３１）により求めることができる。
【０６０１】
F06/v=C10-C11 （１２６）
F05/v=C09-C10 （１２７）
F04/v=C08-C09 （１２８）
F03/v=C07-C08+C12 （１２９）
F02/v=C06-C07+C11-C12 （１３０）
F01/v=C05-C06+C10-C11 （１３１）
【０６０２】
方程式生成部９０３は、式（１２４）乃至式（１３１）に例を示す、画素値の差により前景の成分を算出するための方程式を生成する。方程式生成部９０３は、生成した方程式を演算部９０４に供給する。
【０６０３】
演算部９０４は、方程式生成部９０３から供給された方程式に前景成分画像の画素値を設定して、画素値を設定した方程式を基に、前景の成分を算出する。演算部９０４は、例えば、式（１２４）乃至式（１３１）が方程式生成部９０３から供給されたとき、式（１２４）乃至式（１３１）に画素値C05乃至C12を設定する。
【０６０４】
演算部９０４は、画素値が設定された式に基づき、前景の成分を算出する。例えば、演算部９０４は、画素値C05乃至C12が設定された式（１２４）乃至式（１３１）に基づく演算により、図８５に示すように、前景の成分F01/v乃至F08/vを算出する。演算部９０４は、前景の成分F01/v乃至F08/vを補正部９０５に供給する。
【０６０５】
補正部９０５は、演算部９０４から供給された前景の成分に、処理単位決定部９０１から供給された動きベクトルに含まれる動き量vを乗じて、動きボケを除去した前景の画素値を算出する。例えば、補正部９０５は、演算部９０４から供給された前景の成分F01/v乃至F08/vが供給されたとき、前景の成分F01/v乃至F08/vのそれぞれに、５である動き量vを乗じることにより、図８６に示すように、動きボケを除去した前景の画素値F01乃至F08を算出する。
【０６０６】
補正部９０５は、以上のように算出された、動きボケを除去した前景の画素値から成る前景成分画像を動きボケ付加部９０６および選択部９０７に供給する。
【０６０７】
動きボケ付加部９０６は、動き量vとは異なる値の動きボケ調整量v'、例えば、動き量vの半分の値の動きボケ調整量v'、動き量vと無関係の値の動きボケ調整量v'で、動きボケの量を調整することができる。例えば、図７９に示すように、動きボケ付加部９０６は、動きボケが除去された前景の画素値Fiを動きボケ調整量v'で除すことにより、前景成分Fi/v'を算出して、前景成分Fi/v'の和を算出して、動きボケの量が調整された画素値を生成する。例えば、動きボケ調整量v'が３のとき、画素値C02は、（F01）/v'とされ、画素値C03は、（F01+F02）/v'とされ、画素値C04は、（F01+F02+F03）/v'とされ、画素値C05は、（F02+F03+F04）/v'とされる。
【０６０８】
動きボケ付加部９０６は、動きボケの量を調整した前景成分画像を選択部９０７に供給する。
【０６０９】
選択部９０７は、例えば使用者の選択に対応した選択信号を基に、補正部９０５から供給された動きボケが除去された前景成分画像、および動きボケ付加部９０６から供給された動きボケの量が調整された前景成分画像のいずれか一方を選択して、選択した前景成分画像を出力する。
【０６１０】
このように、動きボケ調整部１０５は、選択信号および動きボケ調整量v'を基に、動きボケの量を調整することができる。
【０６１１】
次に、図８３に構成を示す動きボケ調整部１０５による前景の動きボケの量の調整の処理を図８７のフローチャートを参照して説明する。
【０６１２】
ステップＳ９０１において、動きボケ調整部１０５の処理単位決定部９０１は、動きベクトルおよび領域情報を基に、処理単位を生成し、生成した処理単位をモデル化部９０２および補正部９０５に供給する。
【０６１３】
ステップＳ９０２において、動きボケ調整部１０５のモデル化部９０２は、動き量vおよび処理単位に対応して、モデルの選択や生成を行う。ステップＳ９０３において、方程式生成部９０３は、選択または生成されたモデルを基に、前景成分画像の画素値の差により前景の成分を算出するための方程式を生成する。
【０６１４】
ステップＳ９０４において、演算部９０４は、作成された方程式に前景成分画像の画素値を設定し、画素値が設定された方程式を基に、画素値の差分から前景の成分を抽出する。ステップＳ９０５において、演算部９０４は、処理単位に対応する全ての前景の成分を抽出したか否かを判定し、処理単位に対応する全ての前景の成分を抽出していないと判定された場合、ステップＳ９０４に戻り、前景の成分を抽出の処理を繰り返す。
【０６１５】
ステップＳ９０５において、処理単位に対応する全ての前景の成分を抽出したと判定された場合、ステップＳ９０６に進み、補正部９０５は、動き量vを基に、演算部９０４から供給された前景の成分F01/v乃至F08/vのそれぞれを補正して、動きボケを除去した前景の画素値F01乃至F08を算出する。
【０６１６】
ステップＳ９０７において、動きボケ付加部９０６は、動きボケの量を調整した前景の画素値を算出して、選択部９０７は、動きボケが除去された画像または動きボケの量が調整された画像のいずれかを選択して、選択した画像を出力して、処理は終了する。
【０６１７】
このように、図８３に構成を示す動きボケ調整部１０５は、より簡単な演算で、より迅速に、動きボケを含む前景画像から動きボケを調整することができる。
【０６１８】
ウィナー・フィルタなど従来の動きボケを部分的に除去する手法が、理想状態では効果が認められるが、量子化され、ノイズを含んだ実際の画像に対して十分な効果が得られないのに対し、図８３に構成を示す動きボケ調整部１０５においても、量子化され、ノイズを含んだ実際の画像に対しても十分な効果が認められ、精度の良い動きボケの除去が可能となる。
【０６１９】
図８８は、信号処理装置の他の構成を示すブロック図である。図２に示す場合と同様の部分には、同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０６２０】
領域特定部１０１は、領域情報を混合比算出部１０２および前景背景分離部１０３に供給する。
【０６２１】
ノイズ除去部１００１は、動き推定部１０４から供給された動きベクトル、および前景背景分離部１０３から供給された、複数のフレームの前景成分画像を基に、前景成分画像からノイズを除去して、ノイズを除去した前景成分画像を選択部１０６に供給する。
【０６２２】
選択部１０６は、例えば使用者の選択に対応した選択信号を基に、前景背景分離部１０３から供給された前景成分画像、およびノイズ除去部１００１から供給されたノイズが除去された前景成分画像のいずれか一方を選択して、選択した前景成分画像を出力する。
【０６２３】
図８９は、ノイズ除去部１００１の構成を示すブロック図である。
【０６２４】
前景背景分離部１０３から供給された前景成分画像は、フレームメモリ１０１１−１および平均画素値算出部１０１３に入力される。
【０６２５】
フレームメモリ１０１１−１乃至１０１１−Ｎは、直列に接続され、前景背景分離部１０３または前のフレームメモリから供給された前景成分画像を記憶し、１フレームに対応する期間遅延させて、記憶している前景成分画像を出力する。
【０６２６】
フレームメモリ１０１１−１は、前景背景分離部１０３から供給された前景成分画像を記憶し、１フレームに対応する期間遅延させて、記憶している前景成分画像をフレームメモリ１０１１−２および動き補償部１０１２−１に供給する。
【０６２７】
フレームメモリ１０１１−２乃至１０１１−（Ｎ−１）は、それぞれ、前のフレームメモリから供給された前景成分画像を記憶し、１フレームに対応する期間遅延させて、次のフレームメモリおよび動き補償部１０１２−２乃至１０１２−（Ｎ−１）のいずれかに供給する。
【０６２８】
フレームメモリ１０１１−Ｎは、フレームメモリ１０１１−（Ｎ−１）から供給された前景成分画像を記憶し、１フレームに対応する期間遅延させて、記憶している前景成分画像を動き補償部１０１２−Ｎに供給する。
【０６２９】
動き補償部１０１２−１は、動き推定部１０４から供給された動きベクトルを基に、フレームメモリ１０１１−１から供給された前景成分画像を動き補償し、動き補償された前景成分画像を平均画素値算出部１０１３に供給する。
【０６３０】
動き補償部１０１２−２乃至１０１２−Ｎのそれぞれは、動き推定部１０４から供給された動きベクトルを基に、フレームメモリ１０１１−２乃至１０１１−Ｎのいずれかから供給された前景成分画像を動き補償し、動き補償した前景成分画像のそれぞれを平均画素値算出部１０１３に供給する。
【０６３１】
動き補償部１０１２−１乃至１０１２−Ｎから平均画素値算出部１０１３に供給される全ての前景成分画像の画面上の位置は、ノイズ除去部１００１に入力される前景成分画像の画面上の位置に一致している。
【０６３２】
平均画素値算出部１０１３は、画面上の位置が一致している、ノイズ除去部１００１に入力された前景成分画像、および動き補償部１０１２−１乃至１０１２−Ｎのそれぞれから供給された前景成分画像を基に、各画素の画素値の平均値を算出する。平均画素値算出部１０１３は、前景成分画像の画素値に、算出した画素値の平均値を設定することにより、前景成分画像からノイズを除去し、ノイズが除去された前景成分画像を出力する。
【０６３３】
このように、ノイズ除去部１００１は、動き推定部１０４から供給された動きベクトルを基に、前景背景分離部１０３から出力された前景成分画像からノイズを除去することができる。
【０６３４】
動き推定部１０４が出力する動きベクトルが、混合領域が考慮された動きベクトルなので、複数のフレームの前景成分画像をより正確に動き補償することができ、よって、ノイズ除去部１００１は、よりノイズのレベルを下げることができる。
【０６３５】
図９０のフローチャートを参照して、信号処理装置によるノイズの除去の処理を説明する。
【０６３６】
ステップＳ１００１乃至ステップＳ１００４の処理のそれぞれは、ステップＳ１１乃至ステップＳ１４の処理のそれぞれと同様なので、その説明は省略する。
【０６３７】
ステップＳ１００５において、ノイズ除去部１００１は、動き推定部１０４から供給された動きベクトルを基に、前景背景分離部１０３から供給された前景成分画像のノイズを除去する。ノイズを除去する処理の詳細は、図９１のフローチャートを参照して後述する。
【０６３８】
ステップＳ１００６において、信号処理装置は、画面全体について処理を終了したか否かを判定し、画面全体について処理を終了していないと判定された場合、ステップＳ１００５に進み、ノイズ除去の処理を繰り返す。
【０６３９】
ステップＳ１００６において、画面全体について処理を終了したと判定された場合、処理は終了する。
【０６４０】
このように、信号処理装置は、前景成分画像からノイズを除去することができる。
【０６４１】
図９１は、ステップＳ１００５の処理に対応する、ノイズ除去部１００１による、前景成分画像のノイズの除去の処理を説明するフローチャートである。
【０６４２】
ステップＳ１０１１において、フレームメモリ１０１１−１乃至１０１１−Ｎは、フレーム毎の前景成分画像を記憶する。フレームメモリ１０１１−１乃至１０１１−Ｎは、それぞれ、記憶している前景成分画像を、動き補償部１０１２−１乃至１０１２−Ｎのいずれかに供給する。
【０６４３】
ステップＳ１０１２において、動き補償部１０１２−１乃至１０１２−Ｎは、それぞれ、動き推定部１０４から供給された動きベクトルを基に、フレーム毎の前景成分画像を動き補償する。
【０６４４】
ステップＳ１０１３において、平均画素値算出部１０１３は、動き補償された前景成分画像の画素値の平均値を算出して、算出した平均値を前景成分画像に設定することにより、前景成分画像からノイズを除去し、ノイズが除去された前景成分画像を出力して、処理は終了する。
【０６４５】
このように、ノイズ除去部１００１は、前景成分画像からノイズを除去することができる。
【０６４６】
以上のように、図８８に構成を示す信号処理装置は、前景成分画像と背景成分画像とを分離し、分離した前景成分画像のノイズを除去することができる。
【０６４７】
なお、混合比αは、画素値に含まれる背景の成分の割合として説明したが、画素値に含まれる前景の成分の割合としてもよい。
【０６４８】
また、前景となるオブジェクトの動きの方向は左から右として説明したが、その方向に限定されないことは勿論である。
【０６４９】
以上においては、３次元空間と時間軸情報を有する現実空間の画像をビデオカメラを用いて２次元空間と時間軸情報を有する時空間への射影を行った場合を例としたが、本発明は、この例に限らず、より多くの第１の次元の第１の情報を、より少ない第２の次元の第２の情報に射影した場合に、その射影によって発生する歪みを補正したり、有意情報を抽出したり、またはより自然に画像を合成する場合に適応することが可能である。
【０６５０】
なお、センサは、CCDに限らず、固体撮像素子である、例えば、BBD（Bucket Brigade Device）、CID（Charge Injection Device）、CPD（Charge Priming Device）、またはCMOS（Complementary Mental Oxide Semiconductor）センサでもよく、また、検出素子がマトリックス状に配置されているセンサに限らず、検出素子が１列に並んでいるセンサでもよい。
【０６５１】
本発明の信号処理を行うプログラムを記録した記録媒体は、図１に示すように、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク５１（フロッピ（登録商標）ディスクを含む）、光ディスク５２（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク５３（ＭＤ（Mini-Disc）（商標）を含む）、もしくは半導体メモリ５４などよりなるパッケージメディアにより構成されるだけでなく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM２２や、記憶部２８に含まれるハードディスクなどで構成される。
【０６５２】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０６５３】
【発明の効果】
本発明の画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムによれば、オブジェクトの混ざり合いを考慮した、より正確な動きベクトルを検出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る信号処理装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】信号処理装置を示すブロック図である。
【図３】センサによる撮像を説明する図である。
【図４】画素の配置を説明する図である。
【図５】検出素子の動作を説明する図である。
【図６】動いている前景に対応するオブジェクトと、静止している背景に対応するオブジェクトとを撮像して得られる画像を説明する図である。
【図７】背景領域、前景領域、混合領域、カバードバックグラウンド領域、およびアンカバードバックグラウンド領域を説明する図である。
【図８】静止している前景に対応するオブジェクトおよび静止している背景に対応するオブジェクトを撮像した画像における、隣接して１列に並んでいる画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。
【図９】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１０】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１１】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１２】前景領域、背景領域、および混合領域の画素を抽出した例を示す図である。
【図１３】画素と画素値を時間方向に展開したモデルとの対応を示す図である。
【図１４】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１５】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１６】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１７】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１８】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１９】動きボケの量の調整の処理を説明するフローチャートである。
【図２０】領域特定部１０１の構成の一例を示すブロック図である。
【図２１】前景に対応するオブジェクトが移動しているときの画像を説明する図である。
【図２２】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図２３】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図２４】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図２５】領域判定の条件を説明する図である。
【図２６】領域特定部１０１の領域の特定の結果の例を示す図である。
【図２７】領域特定部１０１の領域の特定の結果の例を示す図である。
【図２８】領域特定の処理を説明するフローチャートである。
【図２９】領域特定部１０１の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図３０】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図３１】背景画像の例を示す図である。
【図３２】２値オブジェクト画像抽出部３０２の構成を示すブロック図である。
【図３３】相関値の算出を説明する図である。
【図３４】相関値の算出を説明する図である。
【図３５】２値オブジェクト画像の例を示す図である。
【図３６】時間変化検出部３０３の構成を示すブロック図である。
【図３７】領域判定部３４２の判定を説明する図である。
【図３８】時間変化検出部３０３の判定の例を示す図である。
【図３９】領域判定部１０３の領域特定の処理を説明するフローチャートである。
【図４０】領域判定の処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図４１】混合比算出部１０２の構成の一例を示すブロック図である。
【図４２】理想的な混合比αの例を示す図である。
【図４３】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図４４】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図４５】前景の成分の相関を利用した近似を説明する図である。
【図４６】C，N、およびPの関係を説明する図である。
【図４７】推定混合比処理部４０１の構成を示すブロック図である。
【図４８】推定混合比の例を示す図である。
【図４９】混合比算出部１０２の他の構成を示すブロック図である。
【図５０】混合比の算出の処理を説明するフローチャートである。
【図５１】推定混合比の演算の処理を説明するフローチャートである。
【図５２】混合比αを近似する直線を説明する図である。
【図５３】混合比αを近似する平面を説明する図である。
【図５４】混合比αを算出するときの複数のフレームの画素の対応を説明する図である。
【図５５】混合比推定処理部４０１の他の構成を示すブロック図である。
【図５６】推定混合比の例を示す図である。
【図５７】カバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理を説明するフローチャートである。
【図５８】動き推定部１０４の構成を示すブロック図である。
【図５９】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図６０】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図６１】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図６２】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図６３】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図６４】動きベクトルの算出の処理を説明する図である。
【図６５】相関値を算出するためのブロックを説明する図である。
【図６６】動きベクトルの検出の処理を説明するフローチャートである。
【図６７】前景背景分離部１０３の構成の一例を示すブロック図である。
【図６８】入力画像、前景成分画像、および背景成分画像を示す図である。
【図６９】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７０】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７１】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７２】分離部６０１の構成の一例を示すブロック図である。
【図７３】分離された前景成分画像、および背景成分画像の例を示す図である。
【図７４】前景と背景との分離の処理を説明するフローチャートである。
【図７５】動きボケ調整部１０５の構成の一例を示すブロック図である。
【図７６】処理単位を説明する図である。
【図７７】前景成分画像の画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７８】前景成分画像の画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７９】前景成分画像の画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図８０】前景成分画像の画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図８１】動きボケ調整部１０５の他の構成を示す図である。
【図８２】動きボケ調整部１０５による前景成分画像に含まれる動きボケの量の調整の処理を説明するフローチャートである。
【図８３】動きボケ調整部１０５の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図８４】画素値と前景の成分のとの対応を指定するモデルの例を示す図である。
【図８５】前景の成分の算出を説明する図である。
【図８６】前景の成分の算出を説明する図である。
【図８７】前景の動きボケの量の調整の処理を説明するフローチャートである。
【図８８】信号処理装置の他の構成を示すブロック図である。
【図８９】ノイズ除去部１００１の構成を示すブロック図である。
【図９０】信号処理装置によるノイズの除去の処理を説明するフローチャートである。
【図９１】前景成分画像のノイズの除去の処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
２１ CPU， ２２ ROM， ２３ RAM， ２６ 入力部， ２７ 出力部，２８ 記憶部， ２９ 通信部， ５１ 磁気ディスク， ５２ 光ディスク， ５３ 光磁気ディスク， ５４ 半導体メモリ， １０１ 領域特定部， １０２ 混合比算出部， １０３ 前景背景分離部， １０４ 動き推定部， １０５ 動きボケ調整部， １０６ 選択部， ２０１ フレームメモリ， ２０２−１乃至２０２−４ 静動判定部， ２０３−１乃至２０３−３ 領域判定部， ２０４ 判定フラグ格納フレームメモリ， ２０５ 合成部， ２０６ 判定フラグ格納フレームメモリ， ３０１ 背景画像生成部， ３０２ ２値オブジェクト画像抽出部， ３０３ 時間変化検出部， ３２１ 相関値演算部，３２２ しきい値処理部， ３４１ フレームメモリ， ３４２ 領域判定部， ３６１ ロバスト化部， ３８１ 動き補償部， ３８２ スイッチ， ３８３−１乃至３８３−Ｎ フレームメモリ、 ３８４−１乃至３８４−Ｎ 重み付け部， ３８５ 積算部， ４０１ 推定混合比処理部， ４０２ 推定混合比処理部， ４０３ 混合比決定部， ４２１ フレームメモリ， ４２２ フレームメモリ， ４２３ 混合比演算部， ４４１ 選択部， ４４２ 推定混合比処理部， ４４３ 推定混合比処理部， ４４４ 選択部， ４６１ 遅延回路， ４６２ 足し込み部， ４６３ 演算部， ５０１ フレームメモリ，５０２ フレーム差分演算部， ５０３ 動き補償部， ５０４ フレームメモリ， ５０５ 動きベクトル生成部， ５０６ 相関値演算部， ５０７ 最大値判定部， ６０１ 分離部， ６０２ スイッチ， ６０３ 合成部， ６０４ スイッチ， ６０５ 合成部， ６２１ フレームメモリ， ６２２ 分離処理ブロック， ６２３ フレームメモリ， ６３１ アンカバード領域処理部， ６３２ カバード領域処理部， ６３３ 合成部， ６３４ 合成部， ８０１ 処理単位決定部， ８０２ モデル化部， ８０３ 方程式生成部， ８０４ 足し込み部， ８０５ 演算部， ８０６ 動きボケ付加部， ８０７選択部， ８２１ 選択部， ９０１ 処理単位決定部， ９０２ モデル化部， ９０３ 方程式生成部， ９０４ 演算部， ９０５ 補正部， ９０６動きボケ付加部， ９０７ 選択部， １００１ ノイズ除去部， １０１１−１乃至１０１１−Ｎ フレームメモリ， １０１２−１乃至１０１２−Ｎ 動き補償部， １０１３ 平均画素値算出部

Claims (9)

1. 時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素からなる入力画像を処理する画像処理装置において、
   注目フレームとした前記入力画像とその１つ前及び後に取得された前記入力画像である第１の隣接フレーム及び第２の隣接フレームとの間で、同じ位置の前記画素の画素値の差分の絶対値と予め定められた閾値とを比較することで、前記注目フレームと前記第１の隣接フレームとの間の動きの有無、及び、前記注目フレームと前記第２の隣接フレームとの間の動きの有無を判定し、その判定結果に基づいて、前記注目フレームの、前景オブジェクトを構成する前景オブジェクト成分と、背景オブジェクトを構成する背景オブジェクト成分とが混合されてなる混合領域を特定し、さらに、前記第１の隣接フレームとその１つ前に取得された前記入力画像との間の前記画素の動きの有無の判定結果と、前記第２の隣接フレームとその１つ後に取得された前記入力画像との間の前記画素の動きの有無の判定結果も用いて、特定した混合領域が、時間の経過に対応して前記背景オブジェクト成分から前記前景オブジェクト成分になる領域であるカバードバックグラウンド領域、または、時間の経過に対応して前記前景オブジェクト成分から前記背景オブジェクト成分になる領域であるアンカバードバックグラウンド領域のいずれであるかを特定し、特定された領域を示す領域情報を出力する領域特定手段と、
   前記注目フレームの前記混合領域の注目画素の画素値がC、前記第１の隣接フレームの前記注目画素に対応する画素の画素値がP、前記第２の隣接フレームの前記注目画素に対応する画素の画素値がNであるとき、前記注目画素が前記カバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-N)/(P-N)、前記注目画素が前記アンカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-P)/(N-P)により、前記注目画素の、前記前景オブジェクト成分と前記背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定する混合比推定手段と、
   所定の範囲内の大きさと角度の複数の組み合わせにより、検出すべき動きベクトルの候補としての複数の候補ベクトルを生成する候補ベクトル生成手段と、
   前記注目画素の画素値から、前記第１の隣接フレームの対応する画素の画素値に前記混合比を乗じた値を減算して得られる第１の差分を算出すると共に、前記注目画素の画素値から、前記第２の隣接フレームの各画素の画素値にそれぞれ前記混合比を乗じた値を減算して得られる複数の第２の差分を算出する差分算出手段と、
   前記注目画素から前記候補ベクトルに対応する前記第２の隣接フレームの画素の前記第２の差分と、前記第１の差分との相関を、前記複数の候補ベクトルそれぞれについて演算する相関演算手段と、
   前記複数の候補ベクトルそれぞれに対応する前記相関のなかで、相関が最大となる前記候補ベクトルを検出し、前記注目フレームの前記注目画素に対応する前記動きベクトルとして出力する動きベクトル決定手段と
   を含むことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記相関値演算手段は、前記相関として、前記第１の差分と前記第２の差分の絶対値を演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記相関値演算手段は、前記相関として、前記注目画素を中心とする複数画素からなる注目ブロック内の各画素の前記第１の差分と、前記第２の隣接フレームの前記注目画素に対応する画素を中心とする複数画素からなる対応ブロック内の各画素の前記第２の差分の、対応する画素どうしの差分絶対値和を演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記混合比を基に、前記混合領域から、少なくとも前記前景オブジェクトを分離する分離手段をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
5. 前記動きベクトルを基に、分離された前記前景オブジェクトの動きボケの量を調整する動きボケ調整手段をさらに含む
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
6. 前記動きベクトルを基に、分離された前記前景オブジェクトのノイズを除去するノイズ除去手段をさらに含む
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
7. 時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素からなる入力画像を処理する画像処理方法において、
   注目フレームとした前記入力画像とその１つ前及び後に取得された前記入力画像である第１の隣接フレーム及び第２の隣接フレームとの間で、同じ位置の前記画素の画素値の差分の絶対値と予め定められた閾値とを比較することで、前記注目フレームと前記第１の隣接フレームとの間の動きの有無、及び、前記注目フレームと前記第２の隣接フレームとの間の動きの有無を判定し、その判定結果に基づいて、前記注目フレームの、前景オブジェクトを構成する前景オブジェクト成分と、背景オブジェクトを構成する背景オブジェクト成分とが混合されてなる混合領域を特定し、さらに、前記第１の隣接フレームとその１つ前に取得された前記入力画像との間の前記画素の動きの有無の判定結果と、前記第２の隣接フレームとその１つ後に取得された前記入力画像との間の前記画素の動きの有無の判定結果も用いて、特定した混合領域が、時間の経過に対応して前記背景オブジェクト成分から前記前景オブジェクト成分になる領域であるカバードバックグラウンド領域、または、時間の経過に対応して前記前景オブジェクト成分から前記背景オブジェクト成分になる領域であるアンカバードバックグラウンド領域のいずれであるかを特定し、特定された領域を示す領域情報を出力する領域特定ステップと、
   前記注目フレームの前記混合領域の注目画素の画素値がC、前記第１の隣接フレームの前記注目画素に対応する画素の画素値がP、前記第２の隣接フレームの前記注目画素に対応する画素の画素値がNであるとき、前記注目画素が前記カバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-N)/(P-N)、前記注目画素が前記アンカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-P)/(N-P)により、前記注目画素の、前記前景オブジェクト成分と前記背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定する混合比推定ステップと、
   所定の範囲内の大きさと角度の複数の組み合わせにより、検出すべき動きベクトルの候補としての複数の候補ベクトルを生成する候補ベクトル生成ステップと、
   前記注目画素の画素値から、前記第１の隣接フレームの対応する画素の画素値に前記混合比を乗じた値を減算して得られる第１の差分を算出すると共に、前記注目画素の画素値から、前記第２の隣接フレームの各画素の画素値にそれぞれ前記混合比を乗じた値を減算して得られる複数の第２の差分を算出する差分算出ステップと、
   前記注目画素から前記候補ベクトルに対応する前記第２の隣接フレームの画素の前記第２の差分と、前記第１の差分との相関を、前記複数の候補ベクトルそれぞれについて演算する相関演算ステップと、
   前記複数の候補ベクトルそれぞれに対応する前記相関のなかで、相関が最大となる前記候補ベクトルを検出し、前記注目フレームの前記注目画素に対応する前記動きベクトルとして出力する動きベクトル決定ステップと
   を含むことを特徴とする画像処理方法。
8. コンピュータに、
   時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素からなる入力画像のうち、注目フレームとした前記入力画像とその１つ前及び後に取得された前記入力画像である第１の隣接フレーム及び第２の隣接フレームとの間で、同じ位置の前記画素の画素値の差分の絶対値と予め定められた閾値とを比較することで、前記注目フレームと前記第１の隣接フレームとの間の動きの有無、及び、前記注目フレームと前記第２の隣接フレームとの間の動きの有無を判定し、その判定結果に基づいて、前記注目フレームの、前景オブジェクトを構成する前景オブジェクト成分と、背景オブジェクトを構成する背景オブジェクト成分とが混合されてなる混合領域を特定し、さらに、前記第１の隣接フレームとその１つ前に取得された前記入力画像との間の前記画素の動きの有無の判定結果と、前記第２の隣接フレームとその１つ後に取得された前記入力画像との間の前記画素の動きの有無の判定結果も用いて、特定した混合領域が、時間の経過に対応して前記背景オブジェクト成分から前記前景オブジェクト成分になる領域であるカバードバックグラウンド領域、または、時間の経過に対応して前記前景オブジェクト成分から前記背景オブジェクト成分になる領域であるアンカバードバックグラウンド領域のいずれであるかを特定し、特定された領域を示す領域情報を出力する領域特定ステップと、
   前記注目フレームの前記混合領域の注目画素の画素値がC、前記第１の隣接フレームの前記注目画素に対応する画素の画素値がP、前記第２の隣接フレームの前記注目画素に対応する画素の画素値がNであるとき、前記注目画素が前記カバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-N)/(P-N)、前記注目画素が前記アンカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-P)/(N-P)により、前記注目画素の、前記前景オブジェクト成分と前記背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定する混合比推定ステップと、
   所定の範囲内の大きさと角度の複数の組み合わせにより、検出すべき動きベクトルの候補としての複数の候補ベクトルを生成する候補ベクトル生成ステップと、
   前記注目画素の画素値から、前記第１の隣接フレームの対応する画素の画素値に前記混合比を乗じた値を減算して得られる第１の差分を算出すると共に、前記注目画素の画素値から、前記第２の隣接フレームの各画素の画素値にそれぞれ前記混合比を乗じた値を減算して得られる複数の第２の差分を算出する差分算出ステップと、
   前記注目画素から前記候補ベクトルに対応する前記第２の隣接フレームの画素の前記第２の差分と、前記第１の差分との相関を、前記複数の候補ベクトルそれぞれについて演算する相関演算ステップと、
   前記複数の候補ベクトルそれぞれに対応する前記相関のなかで、相関が最大となる前記候補ベクトルを検出し、前記注目フレームの前記注目画素に対応する前記動きベクトルとして出力する動きベクトル決定ステップと
   を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
9. 時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素からなる入力画像を処理させるコンピュータに、
   注目フレームとした前記入力画像とその１つ前及び後に取得された前記入力画像である第１の隣接フレーム及び第２の隣接フレームとの間で、同じ位置の前記画素の画素値の差分の絶対値と予め定められた閾値とを比較することで、前記注目フレームと前記第１の隣接フレームとの間の動きの有無、及び、前記注目フレームと前記第２の隣接フレームとの間の動きの有無を判定し、その判定結果に基づいて、前記注目フレームの、前景オブジェクトを構成する前景オブジェクト成分と、背景オブジェクトを構成する背景オブジェクト成分とが混合されてなる混合領域を特定し、さらに、前記第１の隣接フレームとその１つ前に取得された前記入力画像との間の前記画素の動きの有無の判定結果と、前記第２の隣接フレームとその１つ後に取得された前記入力画像との間の前記画素の動きの有無の判定結果も用いて、特定した混合領域が、時間の経過に対応して前記背景オブジェクト成分から前記前景オブジェクト成分になる領域であるカバードバックグラウンド領域、または、時間の経過に対応して前記前景オブジェクト成分から前記背景オブジェクト成分になる領域であるアンカバードバックグラウンド領域のいずれであるかを特定し、特定された領域を示す領域情報を出力する領域特定ステップと、
   前記注目フレームの前記混合領域の注目画素の画素値がC、前記第１の隣接フレームの前記注目画素に対応する画素の画素値がP、前記第２の隣接フレームの前記注目画素に対応する画素の画素値がNであるとき、前記注目画素が前記カバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-N)/(P-N)、前記注目画素が前記アンカバードバックグラウンド領域の画素であれば、混合比α=(C-P)/(N-P)により、前記注目画素の、前記前景オブジェクト成分と前記背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定する混合比推定ステップと、
   所定の範囲内の大きさと角度の複数の組み合わせにより、検出すべき動きベクトルの候補としての複数の候補ベクトルを生成する候補ベクトル生成ステップと、
   前記注目画素の画素値から、前記第１の隣接フレームの対応する画素の画素値に前記混合比を乗じた値を減算して得られる第１の差分を算出すると共に、前記注目画素の画素値から、前記第２の隣接フレームの各画素の画素値にそれぞれ前記混合比を乗じた値を減算して得られる複数の第２の差分を算出する差分算出ステップと、
   前記注目画素から前記候補ベクトルに対応する前記第２の隣接フレームの画素の前記第２の差分と、前記第１の差分との相関を、前記複数の候補ベクトルそれぞれについて演算する相関演算ステップと、
   前記複数の候補ベクトルそれぞれに対応する前記相関のなかで、相関が最大となる前記候補ベクトルを検出し、前記注目フレームの前記注目画素に対応する前記動きベクトルとして出力する動きベクトル決定ステップと
   を実行させるためのプログラム。

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