JP5225313B2 - Image generating apparatus, image generating method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、複数の視点から撮影された多視点映像を合成する技術に係り、複数のカメラで撮影した画像を連結して広視野の画像(パノラマ画像等のモザイク画像)を生成する画像生成装置、画像生成方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a technique for synthesizing multi-viewpoint images shot from a plurality of viewpoints, and generates an image with a wide field of view (a mosaic image such as a panoramic image) by connecting images shot by a plurality of cameras. The present invention relates to an image generation method and a program.
複数の視点から撮影された多視点画像を合成し、広範囲なシーンを撮影したパノラマ画像や、高解像度な画像などを生成することをモザイキングという。複数台のカメラから撮影した動画像によるパノラマ画像を、以下、モザイク画像と呼ぶ。 Multi-viewpoint images taken from a plurality of viewpoints are combined to generate a panoramic image that captures a wide range of scenes, a high-resolution image, or the like, which is called mosaicing. A panoramic image obtained by moving images taken from a plurality of cameras is hereinafter referred to as a mosaic image.
撮影シーンの中に動いている被写体(移動物体)がある場合、複数のカメラで重複して撮影している領域内に存在する移動物体を合成画像上で自然に表現することは困難である。移動物体の映り込みに対処する方法として、各カメラにおける画像の投影中心がほぼ一致するように、つまり、カメラ間の視差が無視できるようにカメラ配置を行うことで動画像の合成を実現する方法(例えば、非特許文献1参照)、あるいは、移動物体の影響を受けないようにして画像を合成する方法がある(例えば、非特許文献2、3参照)。
When there is a moving subject (moving object) in a shooting scene, it is difficult to naturally represent a moving object existing in an area that is being shot by a plurality of cameras on a composite image. As a method of dealing with the reflection of moving objects, a method for realizing the synthesis of moving images by arranging the cameras so that the projection centers of the images on each camera are substantially coincident, that is, the parallax between the cameras can be ignored. (For example, refer nonpatent literature 1) Or there exists the method of synthesize | combining an image without being influenced by a moving object (for example, refer
しかしながら、前者には、視差を完全に解消するようにカメラを配置しなければならないという制約がある。また、後者の手法は静止画像を対象としたものであり、この手法を移動物体が映る動画像に適用した場合、違和感のないような動画像を合成することは難しい。例えば、合成画像(静止画)合成のための領域分割結果を、そのまま動画の各フレームに対して適用して複数枚の静止画像を合成し、合成した結果を動画として見ると、移動物体が突然画面の中から消える、あるいは突然現れるといった不自然な動きとなる。 However, the former has a restriction that the camera must be arranged so that the parallax is completely eliminated. Moreover, the latter method is intended for still images, and when this method is applied to a moving image in which a moving object is reflected, it is difficult to synthesize a moving image that does not give a sense of incongruity. For example, if the result of region segmentation for composite image (still image) composition is applied to each frame of a moving image as it is and a plurality of still images are combined, and the combined result is viewed as a moving image, the moving object suddenly Unnatural movement that disappears from the screen or appears suddenly.
以下、本件が前提とする要素技術である、複数の視点から撮影された視差の無視できない画像から、モザイク画像を合成する従来法の詳細について述べる。 Hereinafter, the details of a conventional method for synthesizing a mosaic image from images that cannot be ignored from a plurality of viewpoints, which is an elemental technology assumed in this case, will be described.
従来のモザイキングでは、複数の視点から撮影された画像の位置合わせを、画像間の対応点の関係や、既知のカメラパラメータから求めた射影変換行列を用いて、所定のモザイク面上に投影することで行う。これは、画像に映る被写体(風景や、車、人物等)は、3次元空間において同一の2次元平面上に存在するという仮定の下に行われる。 In conventional mosaicing, the alignment of images taken from multiple viewpoints is projected onto a predetermined mosaic surface using the relationship between corresponding points between images and a projective transformation matrix obtained from known camera parameters. To do. This is performed under the assumption that subjects (landscapes, cars, people, etc.) shown in the image are on the same two-dimensional plane in the three-dimensional space.
例えば、風景などカメラから十分離れた被写体について考えると、カメラからの距離dに対して被写体自身の奥行きΔdは小さい場合が多く、カメラからシーン中の被写体が同じ距離に存在していると近似できる。これにより、被写体は、同一の2次元平面上に存在すると考えられ、射影変換行列を用いてモザイク面上に投影することで、位置合わせが可能となる。 For example, when considering a subject sufficiently distant from the camera such as a landscape, the subject's own depth Δd is often small with respect to the distance d from the camera, and it can be approximated that the subject in the scene is at the same distance from the camera. . As a result, the subject is considered to exist on the same two-dimensional plane, and can be aligned by projecting onto the mosaic surface using the projective transformation matrix.
しかしながら、カメラと被写体との距離が十分離れておらず、被写体の奥行きが無視できない場合には、合成した画像には、視差によるブレ(2重の像)が生じる。カメラのシーンの多くには、奥行きが無視できないような被写体があることが多く、モザイキングにおいては、このブレが生じないようにする処理が重要となる。また、仮にシーンにおける大多数の被写体が2次元平面上にあるとしても、ノイズ等の影響による射影変換行列の推定誤差により、合成画像にぶれが生じることがある。 However, when the distance between the camera and the subject is not sufficiently large and the depth of the subject cannot be ignored, blurring due to parallax (double image) occurs in the synthesized image. In many camera scenes, there are many subjects whose depth cannot be ignored, and in mosaicing, it is important to prevent such blurring. Even if the majority of subjects in a scene are on a two-dimensional plane, the composite image may be blurred due to an estimation error of the projective transformation matrix due to the influence of noise or the like.
そこで、2重の像を防止するために、位置合わせ後の重複部分の領域を分割し、分割後のそれぞれの領域には、多視点画像のうち1枚のみを使用することが一般的である。以下に、従来技術による領域分割方法について流れを示す。 Therefore, in order to prevent double images, it is common to divide the overlapped area after alignment and use only one of the multi-viewpoint images for each divided area. . The flow of the region dividing method according to the prior art will be described below.
1)複数枚の画像の1つを基準画像とし、残りの画像を射影変換行列により、基準画像の存在するモザイク面上に投影して位置合わせを行う。 1) One of a plurality of images is set as a reference image, and the remaining images are projected onto a mosaic surface where the reference image exists by a projective transformation matrix to perform alignment.
2)位置合わせ後の画像の重複部分について領域分割を行う。例として、モザイク面上にある基準画像Aと残りのモザイク面上に投影した画像Bi(i=1,2,..,M)との重複部分の領域分割について図6に示す。ここで、Mは合成する画像の視点の数を表す。重複部分について、ブレが目立つような部分(人が注目する部分)を分割しないように境界を定めて、領域Aと領域Biとを作る。ブレが目立つような領域とは、テクスチャが細かく存在する被写体(エッジの多い建築物)や、人が注目しやすい被写体(人物や、顔)が存在するところである。逆に、ブレが目立たない領域とは、テクスチャが少ない空や、草原や、壁など、低周波成分を多く含む被写体が映っている画像部分である。 2) Perform region division on overlapping portions of images after alignment. As an example, FIG. 6 shows an area division of an overlapping portion between the reference image A on the mosaic plane and the image B i (i = 1, 2,..., M) projected on the remaining mosaic plane. Here, M represents the number of viewpoints of the image to be synthesized. The overlapping portion, delimits so as not to split the moiety as blurring is conspicuous (part a person of interest), making the region A and the region B i. The region where the blurring is conspicuous is a place where there is a subject (a building with many edges) having a fine texture and a subject (a person or a face) that is easily noticed by a person. On the contrary, the region where the blur is not conspicuous is an image portion in which a subject including a lot of low frequency components such as a sky with less texture, a grassland, a wall, or the like is shown.
具体的には、画像をsobelフィルタや、laplacianフィルタによりエッジ画像(輝度の勾配情報)に変換してから、エッジ画像の差分値を注目する部分であると評価したり、人物や顔などを前処理として検出し、検出された領域は注目する部分であると評価する。また、カメラ間の特性の違いを考慮して、色合いの違いも評価する場合には、重複している画像間の画素値の差分値も評価する。この評価を基にして、従来法では、重複部分において注目される領域を避けるように境界を決めている。グラフの説明と、そのグラフを利用した重複領域における領域分割の従来法(非特許文献2、3)については後述する。
Specifically, after the image is converted into an edge image (luminance gradient information) by a sobel filter or a laplacian filter, the difference value of the edge image is evaluated as a portion of interest, or a person or face is It is detected as a process, and the detected area is evaluated as a portion of interest. In addition, when evaluating a difference in hue in consideration of a difference in characteristics between cameras, a difference value of pixel values between overlapping images is also evaluated. Based on this evaluation, in the conventional method, the boundary is determined so as to avoid a region that is noticed in the overlapping portion. A description of the graph and a conventional method of region division in the overlapping region using the graph (
3)重複した部分について領域分割した後に、射影変換後の画像を境界に合せてトリミングを行い、トリミング後の画像をモザイク面上で張り合わせて、図7に示すように画像を生成する。 3) After dividing the overlapping portion, the image after projective transformation is trimmed to the boundary, and the trimmed image is pasted on the mosaic surface to generate an image as shown in FIG.
(重複領域の分割)
以下に、グラフを用いた領域分割の例を示す。まず、重複領域において人が注目するような領域を調べる。図8では、重複領域における図6の画像Aと画像Biとを重ね合わせた画像を表示している。実線は、画像A、破線は、画像Biを表す。この図のように、重複領域にある画像を全て表示させると、人物などの奥行きのある被写体では、2重の像ができる。そこで、人が注目する被写体上で境界を設定してしまうと、切断された被写体が合成後の画像に表示されてしまうので、人が注目するような領域のコストを高く設定し、このコストの累計がなるべく少なくなるような経路を求めて画像の分割を行う。具体的な評価は、上記2)で示した方法で画素毎に評価を行う。この結果を、今後は、コスト画像と呼ぶ。
(Division of overlapping areas)
An example of area division using a graph is shown below. First, an area that is noticed by a person in the overlapping area is examined. In Figure 8, and displays an image by superposing the images A and B i in FIG. 6 in the overlapping region. The solid line, the image A, the dashed line represents the image B i. As shown in this figure, when all the images in the overlapping area are displayed, a double image can be formed on a subject having a depth such as a person. Therefore, if a boundary is set on a subject that is noticed by a person, the cut subject is displayed in the combined image. The image is divided by obtaining a route that minimizes the cumulative total. The specific evaluation is performed for each pixel by the method shown in 2) above. This result is hereinafter referred to as a cost image.
次に、このコスト画像の画素からグラフを作成する。グラフは、ノード(節)とエッジ(辺)とで構成される。図9に示す例では、グラフのノードをコスト画像の画素に対応させ、画素の隣接方向である4連結方向をエッジとして定義した。エッジ上の数字は、エッジのコストとする。このエッジコストは、隣接する画素の評価値の合計などで求める。 Next, a graph is created from the pixels of the cost image. The graph is composed of nodes (nodes) and edges (sides). In the example shown in FIG. 9, the nodes of the graph are associated with the pixels of the cost image, and the four connected directions that are adjacent directions of the pixels are defined as edges. The number on the edge is the cost of the edge. This edge cost is determined by the sum of evaluation values of adjacent pixels.
最後に、グラフのエッジコスト(辺のコスト)が最小になるようなグラフの分割を求める。図10は、重複領域についてコスト画像から生成した2次元上のグラフの分割する一例を示す概念図である。このグラフの分割結果が、重複領域の分割に対応している。具体的な手法としては、最短経路を求めるダイクストラ法(例えば、非特許文献4)や、グラフカット法(例えば、非特許文献5)などが利用される。これにより、コスト画像の画素値が大きい画素(ノード)付近のエッジでは、分割が行われず、画素値の小さい画素周辺のエッジで分割が行われる。 Finally, the division of the graph such that the edge cost (edge cost) of the graph is minimized is obtained. FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating an example of dividing a two-dimensional graph generated from a cost image with respect to an overlapping region. The division result of this graph corresponds to the division of the overlapping area. As a specific method, a Dijkstra method (for example, Non-Patent Document 4) for obtaining the shortest path, a graph cut method (for example, Non-Patent Document 5), or the like is used. Thereby, no division is performed on an edge near a pixel (node) having a large pixel value of the cost image, and a division is performed on an edge around a pixel having a small pixel value.
従来技術による、複数の視点から撮影された複数枚の静止画像を合成する方法を、そのまま動画像に適用した場合、以下で説明する“チラつき”や、“揺れ”が生じるという問題がある。以下、“チラつき”や、“揺れ”について、説明する。 When the method of combining a plurality of still images taken from a plurality of viewpoints according to the prior art is applied to a moving image as it is, there is a problem that “flickering” and “shake” described below occur. Hereinafter, “flickering” and “swing” will be described.
図11は、従来技術による領域分割方法での揺れやブレが生じる一例を示す概念図である。従来技術を動画に適用した場合には、合成後の画像を動画としてみると、画像の広範囲の領域が揺れるような現象や、静止物が動くようなチラつきが発生する。図11に示す例でいえば、フレームfとフレームf+1とで重複境界の位置が異なるので、フレームfとフレームf+1の被写体は、異なるカメラからの画像により表示される。 FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example in which shaking and blurring occur in the area dividing method according to the conventional technique. When the conventional technology is applied to a moving image, when the synthesized image is viewed as a moving image, a phenomenon that a wide area of the image is shaken or flickering that a stationary object moves occurs. In the example shown in FIG. 11, since the position of the overlapping boundary is different between the frame f and the frame f + 1, the subjects of the frame f and the frame f + 1 are displayed by images from different cameras.
一般的に異なるカメラのモザイク面上の投影画像の像は、ずれているので、動画としてみると、このときにチラつきや揺れが生じる。つまり、従来技術では、時間軸方向による境界線の独立した生成が課題の原因となっている。 In general, the images of the projected images on the mosaic surfaces of different cameras are deviated, and flickering or shaking occurs at this time when viewed as a moving image. That is, in the prior art, the generation of the boundary line in the time axis direction causes a problem.
つまり、従来技術では、画像の合成をフレーム毎に独立して行うため、生成されたモザイク画像を動画としてみると、本来静止している被写体が動いているように見える“チラつき”や、まるでカメラが手振れして撮影したように広範囲の領域が“揺れる”というような現象が生じるので、画像の品質低下が生じる。 In other words, in the prior art, images are synthesized independently for each frame, so when the generated mosaic image is viewed as a moving image, the “still flickering” that appears to be moving the subject that is originally stationary, Since a phenomenon such as “shaking” occurs in a wide area as if the camera was shaken, the image quality deteriorates.
また、従来技術では、テクスチャの多い背景を分割の境界にしないようにするので、動く人物などを通るように領域分割してしまうことがあるため、合成後の画像に違和感を生じてしまう。人物等の動く被写体については、トラッキングや、前後のフレームを利用した差分画像から検出を行い、その被写体付近のエッジコストを大きくすることにより、動く被写体を分割することを防ぐことができる。 In addition, in the conventional technique, since a background with many textures is not used as a boundary of division, an area may be divided so as to pass through a moving person or the like, so that an uncomfortable image is generated. A moving subject such as a person can be detected from tracking or a difference image using the preceding and following frames, and the edge cost near the subject can be increased to prevent the moving subject from being divided.
しかしながら、従来技術では、フレーム間での領域分割の関連性を考慮していないため、上記のような画像の“チラつき”や、“揺れ”を抑制することは難しい。 However, since the related art does not consider the relevance of area division between frames, it is difficult to suppress the “flickering” and “shake” of the image as described above.
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、動画像内に映りこんでいる移動物体を切断しないで、かつ、合成に伴う“チラつき”や、“揺れる”現象を低減しつつ、視差がある様な複数台のカメラで撮影された動画像を合成することができる画像生成装置、画像生成方法、及びプログラムを提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the object thereof is not to cut a moving object reflected in a moving image, and “flickering” or “swaying” accompanying synthesis. An object of the present invention is to provide an image generation apparatus, an image generation method, and a program capable of synthesizing moving images captured by a plurality of cameras having parallax while reducing the phenomenon.
上述した課題を解決するために、本発明は、複数の撮影手段により動画像を対象として撮影される多視点画像について、領域の一部が重複する複数の画像を合成してモザイク画像を生成する画像生成装置であって、予め複数の画像間の特徴点の対応関係から推定した前記各撮影手段の撮影パラメータを用いて、2つ以上の視点で、同じ時間帯に撮影された動画像を、予め定めた基準となる面に投影した投影多視点画像を作成し、該投影多視点画像について複数の重複領域を求める変換手段と、前記変換手段により求められた各重複領域に対して、被写体の像が注目される度合いを評価する関数を用いてコスト値を画素毎に算出するコスト画像生成手段と、前記変換手段により求められた各重複領域に対して、各画素をノード(節)、ノード間を連結したものをエッジ(辺)とする空間方向のグラフを作成し、その際に、着目ノードと、該着目ノードと周囲のノード、つまり時間方向では同一で空間方向で隣接する隣接ノードとのコスト値を用いて、前記着目ノードと前記隣接ノードとのコスト値が高ければエッジコストが高くなるように、空間方向のエッジコストを算出し、前記着目ノードと、予め定めた枚数のフレームの中で、空間方向において前記着目ノードと同じ位置にある画素で、かつ時間方向で隣接する隣接ノードとのコスト値を用いて、前記着目ノードと前記隣接ノードとのコスト値が高ければエッジコストが高くなるように時間方向のエッジコストを算出する時・空間方向グラフ生成手段と、前記時・空間方向グラフ生成手段により算出された空間方向のエッジコストと時間方向のエッジコストとに基づいて、前記変換手段により求められた重複領域のノード毎に、前記着目ノードに対して、予め設定した撮像手段と同一の撮像手段を割り振らなかった場合にコストを付加するコスト関数と、時空間方向で隣接するノード同士に異なる撮像手段の画像を割り当てる場合にエッジコストが発生するようなコスト関数との総コストを算出する評価関数を基準として、該評価関数によるコストの合計値が最小となるような最適化問題を解くことにより、各重複領域の各ノードに対して割り当てる画像を決定することで、時・空間方向の重複領域を分割する時・空間方向重複領域分割手段と、前記時・空間方向重複領域分割手段により分割された各重複領域の各画素に対して、割り当てられた撮像手段で特定される画像の画素値を割り当て、画像を合成する画像合成手段とを備えることを特徴とする画像生成装置である。 In order to solve the above-described problem, the present invention generates a mosaic image by synthesizing a plurality of images in which a part of an area overlaps a multi-viewpoint image captured by a plurality of imaging units as a moving image. An image generating apparatus, using a shooting parameter of each shooting means estimated in advance from the correspondence of feature points between a plurality of images, a moving image shot at the same time zone from two or more viewpoints, A projection multi-viewpoint image projected onto a predetermined reference plane is created, and a plurality of overlapping areas for the projection multi-viewpoint image are obtained. A cost image generating means for calculating a cost value for each pixel using a function for evaluating the degree of attention of the image, and for each overlapping area obtained by the converting means, each pixel is a node (node), a node while Create a graph in the spatial direction with the connected edges as edges. At that time, the cost of the node of interest and the adjacent node in the time direction and the adjacent node that is the same in the time direction and adjacent to the surrounding node. Using the value, the edge cost in the spatial direction is calculated so that the edge cost increases if the cost value between the node of interest and the adjacent node is high, and among the node of interest and a predetermined number of frames If the cost value between the target node and the adjacent node is high using the cost value of the adjacent node in the time direction with the pixel located at the same position as the target node in the spatial direction, the edge cost increases. The time / space direction graph generation means for calculating the edge cost in the time direction and the edge cost in the space direction calculated by the time / space direction graph generation means If the same imaging means as the preset imaging means is not allocated to the node of interest for each node in the overlap area obtained by the conversion means based on the edge cost in the time direction Based on an evaluation function that calculates the total cost of a cost function to be added and a cost function that causes an edge cost when assigning images of different imaging means to adjacent nodes in the spatio-temporal direction, based on the evaluation function By solving the optimization problem that minimizes the total cost, the image to be assigned to each node in each overlap area is determined, and the overlap area in the space / time direction is divided. An image identified by the assigned imaging means for each pixel in each overlapping area divided by the area dividing means and the time / space direction overlapping area dividing means. An image generation apparatus comprising: an image synthesis unit that assigns pixel values of an image and synthesizes the image.
本発明は、上記の発明において、前記コスト画像生成手段は、被写体の像が注目される度合いを評価する関数として、前記変換手段により求められた各重複領域に対する画像特性の変化が予め定めた閾値以上の画素のコストが高い値となるような評価関数を用いることを特徴とする。 According to the present invention, in the above-described invention, the cost image generation unit is configured to determine a threshold value in which a change in image characteristics with respect to each overlapping region obtained by the conversion unit is determined in advance as a function for evaluating a degree of attention of a subject image. An evaluation function is used such that the cost of the above pixels becomes a high value.
本発明は、上記の発明において、前記コスト画像生成手段は、予め定めた枚数の連続するフレームの間での輝度変化が予め定めた閾値以上の画素のコストと、周辺領域の画素の輝度変化が予め定めた閾値以上の画素のコストとが高い値となるような評価関数を用いることを特徴とする。 According to the present invention, in the above invention, the cost image generating unit is configured to determine a cost of a pixel whose luminance change between a predetermined number of consecutive frames is equal to or more than a predetermined threshold and a luminance change of pixels in a peripheral region. An evaluation function is used such that the cost of pixels equal to or higher than a predetermined threshold is high.
本発明は、上記の発明において、前記コスト画像生成手段は、前記評価関数として、前記各重複領域において投影多視点画像の輝度値の差が大きければ大きいほど、コスト値が大きくなるような評価関数を用いることを特徴とする。 According to the present invention, in the above-described invention, the cost image generating unit is configured such that the cost function increases as the difference between the brightness values of the projected multi-viewpoint images in the overlapping regions is larger as the evaluation function. It is characterized by using.
本発明は、上記の発明において、前記画像合成手段は、さらに、前記重複領域における境界付近の画素の色、もしくは輝度について、隣接する投影多視点画像の画素の色、もしくは輝度を用いてぼかし処理を行うことで、画像間の境界を目立たなくするブレンディング処理を実施することを特徴とする。 According to the present invention, in the above invention, the image synthesizing unit further performs a blurring process using a color or luminance of a pixel in the vicinity of the boundary in the overlapping region, using a color or luminance of a pixel of an adjacent projected multi-viewpoint image By performing the above, a blending process for making the boundary between images inconspicuous is performed.
また、上述した課題を解決するために、本発明は、複数の撮影手段により動画像を対象として撮影される多視点画像について、領域の一部が重複する複数の画像を合成してモザイク画像を生成する画像生成方法であって、予め複数の画像間の特徴点の対応関係から推定した前記各撮影手段の撮影パラメータを用いて、2つ以上の視点で、同じ時間帯に撮影された動画像を、予め定めた基準となる面に投影した投影多視点画像を作成し、該投影多視点画像について複数の重複領域を求める変換ステップと、前記各重複領域に対して、被写体の像が注目される度合いを評価する関数を用いてコスト値を画素毎に算出するコスト画像生成ステップと、前記各重複領域に対して、各画素をノード(節)、ノード間を連結したものをエッジ(辺)とする空間方向のグラフを作成し、その際に、着目ノードと、該着目ノードと周囲のノード、つまり時間方向では同一で空間方向で隣接する隣接ノードとのコスト値を用いて、前記着目ノードと前記隣接ノードとのコスト値が高ければエッジコストが高くなるように、空間方向のエッジコストを算出し、前記着目ノードと、予め定めた枚数のフレームの中で、空間方向において前記着目ノードと同じ位置にある画素で、かつ時間方向で隣接する隣接ノードとのコスト値を用いて、前記着目ノードと前記隣接ノードとのコスト値が高ければエッジコストが高くなるように時間方向のエッジコストを算出する時・空間方向グラフ生成ステップと、前記空間方向のエッジコストと前記時間方向のエッジコストとに基づいて、前記重複領域のノード毎に、前記着目ノードに対して、予め設定した撮像手段と同一の撮像手段を割り振らなかった場合にコストを付加するコスト関数と、時空間方向で隣接するノード同士に異なる撮像手段の画像を割り当てる場合にエッジコストが発生するようなコスト関数との総コストを算出する評価関数を基準として、該評価関数によるコストの合計値が最小となるような最適化問題を解くことにより、各重複領域の各ノードに対して割り当てる画像を決定することで、時・空間方向の重複領域を分割する時・空間方向重複領域分割ステップと、前記分割された各重複領域の各画素に対して、割り当てられた撮像手段で特定される画像の画素値を割り当て、画像を合成する画像合成ステップとを含むことを特徴とする画像生成方法である。 In addition, in order to solve the above-described problem, the present invention combines a plurality of images overlapping a part of a region with respect to a multi-viewpoint image captured by a plurality of imaging units as a target for a mosaic image. An image generation method for generating a moving image shot at the same time zone from two or more viewpoints using shooting parameters of the respective shooting means estimated in advance from correspondences between feature points between a plurality of images. A projection step of creating a projected multi-viewpoint image projected onto a predetermined reference plane, obtaining a plurality of overlapping areas for the projected multi-viewpoint image, and the subject image is focused on each overlapping area A cost image generation step for calculating a cost value for each pixel by using a function for evaluating the degree of the image, and a node (node) for each pixel and an edge (side) obtained by connecting the nodes to each overlapping region To A graph of the inter-direction is created, and at that time, the target node and the surrounding nodes, that is, using the cost values of the adjacent nodes that are the same in the time direction and adjacent in the spatial direction, The edge cost in the spatial direction is calculated so that the edge cost increases if the cost value with the adjacent node is high, and the same position as the target node in the spatial direction among the target node and a predetermined number of frames. The edge cost in the time direction is calculated so that the edge cost is higher if the cost value between the node of interest and the adjacent node is higher, using the cost value of the adjacent node in the time direction and the adjacent node in Based on the spatio-temporal direction graph generation step, the edge cost in the spatial direction, and the edge cost in the temporal direction, A cost function that adds a cost when the same imaging means as the preset imaging means is not assigned to the node of interest, and an edge cost when assigning images of different imaging means to adjacent nodes in the space-time direction By solving an optimization problem that minimizes the total cost of the evaluation function based on the evaluation function that calculates the total cost with the cost function that causes And determining the image to be assigned, the time and space direction overlapping area dividing step for dividing the overlapping area in the time and space direction, and the assigned imaging means for each pixel of each of the divided overlapping areas And an image composition step of assigning pixel values of the image to be synthesized and synthesizing the images.
本発明は、上記の発明において、前記コスト画像生成ステップは、被写体の像が注目される度合いを評価する関数として、前記変換手段により求められた各重複領域に対する画像特性の変化が予め定めた閾値以上の画素のコストが高い値となるような評価関数を用いることを特徴とする。 According to the present invention, in the above invention, the cost image generation step includes a threshold value in which a change in image characteristics for each overlapping area obtained by the conversion unit is determined in advance as a function for evaluating a degree of attention of the subject image. An evaluation function is used such that the cost of the above pixels becomes a high value.
本発明は、上記の発明において、前記コスト画像生成ステップは、予め定めた枚数の連続するフレームの間での輝度変化が予め定めた閾値以上の画素のコストと、周辺領域の画素の輝度変化が予め定めた閾値以上の画素のコストとが高い値となるような評価関数を用いることを特徴とする。 According to the present invention, in the above invention, the cost image generation step includes a cost of a pixel whose luminance change between a predetermined number of consecutive frames is equal to or more than a predetermined threshold, and a luminance change of pixels in a peripheral region. An evaluation function is used such that the cost of pixels equal to or higher than a predetermined threshold is high.
本発明は、上記の発明において、前記コスト画像生成ステップは、前記評価関数として、前記各重複領域において投影多視点画像の輝度値の差が大きければ大きいほど、コスト値が大きくなるような評価関数を用いることを特徴とする。 According to the present invention, in the above invention, the cost image generation step includes an evaluation function in which the cost value increases as the difference between the luminance values of the projected multi-viewpoint images in the overlapping regions is larger as the evaluation function. It is characterized by using.
本発明は、上記の発明において、前記画像合成ステップは、さらに、前記重複領域における境界付近の画素の色、もしくは輝度について、隣接する投影多視点画像の画素の色、もしくは輝度を用いてぼかし処理を行うことで、画像間の境界を目立たなくするブレンディング処理を実施することを特徴とする。 According to the present invention, in the above invention, the image composition step further includes blurring processing using the color or luminance of a pixel in an adjacent projection multi-viewpoint image with respect to the color or luminance of a pixel near the boundary in the overlapping region. By performing the above, a blending process for making the boundary between images inconspicuous is performed.
また、本発明は、上述の画像生成方法をコンピュータに実行させるプログラムである。 Further, the present invention is a program for causing a computer to execute the above-described image generation method.
この発明によれば、画像のチラつきや、広範囲な画像のゆれを抑制したモザイク画像を生成することができる。 According to the present invention, it is possible to generate a mosaic image in which flickering of an image and a wide range of image fluctuations are suppressed.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本発明は、広範囲なシーンを撮影した動画像のモザイク画像を生成し、従来技術の課題を解決することを目的としている。例えば、コンサート会場や、サッカー等の競技場に設置した複数台のカメラで取得した広範囲なシーンの動画像からモザイク画像を生成することを目的としている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
An object of the present invention is to generate a mosaic image of a moving image obtained by photographing a wide range of scenes, and to solve the problems of the prior art. For example, an object of the present invention is to generate a mosaic image from a moving image of a wide range of scenes acquired by a plurality of cameras installed in a concert hall or a stadium such as soccer.
前述した従来技術によるモザイク画像生成手法では、合成画像において重複領域に視差によるブレ(2重の像)が生じることを防止するために、重複領域を分割して各領域に1つの画像のみを表示しているが、この方法をそのまま動画像(映像)に用いると、フレーム毎に分割領域の境界位置が変化するため、本来静止している被写体が動いているように見える“チラつき”や、カメラが手振れして撮影したような“広範囲な揺れ”が生じる。 In the mosaic image generation method according to the above-described prior art, the overlapping area is divided and only one image is displayed in each area in order to prevent occurrence of blurring due to parallax (double image) in the overlapping area in the composite image. However, if this method is used for a moving image (video) as it is, the boundary position of the divided area changes for each frame, so that the subject that is originally stationary appears to be moving, “Wide range of shaking” occurs when the camera shakes.
本発明は、この課題を低減することを目的とし、重複領域の分割をフレーム毎に行うのではなく、時間方向においても連続した分割手法をモザイク生成手法に取り入れたものであり、複数のフレームの時間軸方向の連続性を考慮した領域分割を行う。具体的な方法としては、領域に対して人が注目している度合い(コスト)を複数フレーム分まとめて算出し、人が注目している領域については、時間的、空間的に分断しないように領域分割を行うことを特徴としている。 The present invention aims to reduce this problem, and does not divide the overlapping area for each frame, but incorporates a continuous dividing method in the time direction into the mosaic generating method. Perform region segmentation considering continuity in the time axis direction. As a specific method, the degree (cost) that a person is paying attention to the area is calculated for a plurality of frames, and the area that the person is paying attention is not divided in time and space. It is characterized by performing area division.
図1は、本発明の実施形態によるモザイク画像生成装置の構成を示すブロック図である。図1において、被写体撮影手段101は、複数台のカメラで構成される多視点画像取得システムであり、例えば、サッカー場での試合やコンサートホールの舞台演奏を複数台のカメラで撮影するようなシステムである。該被写体撮影手段101は、撮影した映像信号S1をカメラ画像取得手段102に供給する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a mosaic image generating apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
モザイク画像生成装置100は、カメラ画像取得手段102、モザイク画像生成手段103、画像記憶手段106、及び生成画像出力手段104からなる。カメラ画像取得手段102は、被写体撮影手段101からの映像信号S1を取得し、画像データD1として画像記憶手段106に供給する。
The mosaic image generation apparatus 100 includes a camera
画像記憶手段106は、カメラ画像記憶手段106a、及び合成画像記憶手段106bからなる。カメラ画像記憶手段106aは、カメラ画像取得手段102からの画像データD1を記憶する。合成画像記憶手段106bは、後述するモザイク画像生成手段103から出力される合成画像データD6を記憶する。
The
該画像記憶手段106は、カメラ画像記憶手段106aと合成画像記憶手段106bにより構成されるが、同一の記憶媒体であってもよい。例えば、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等の記憶装置である。被写体撮影手段101のカメラによる被写体撮影で予め撮影したシーンの画像を、画像記憶手段106に記憶しておくことで、モザイク画像生成手段103の画像合成手段103eによる処理を、オフラインで実行することが可能となる。
The
モザイク画像生成手段103は、カメラ画像記憶手段106aに記憶されている画像データD1を取り出し、最終的に、合成画像(モザイク画像)データD6を生成する。該モザイク画像生成手段103は、基準投影面(モザイク面)への変換手段103a、コスト画像生成手段103b、時・空間方向のグラフ生成手段103c、時・空間方向のグラフ分割手段103d、及び画像合成手段103eからなる。
The mosaic image generation unit 103 takes out the image data D1 stored in the camera
基準投影面への変換手段103aは、各カメラで撮影した画像を射影変換する。より詳細には、予め複数の画像間の特徴点の対応関係から推定した各撮影カメラのカメラパラメータを用いて、2つ以上の視点で撮影された同じ時間帯に撮影された動画像を、予め定めた基準となる面に投影した画像(投影多視点)を作成する。この投影多視点画像について重複領域(N個)を求める。 The conversion means 103a for converting to the reference projection plane performs projective conversion on the image captured by each camera. More specifically, using the camera parameters of each camera preliminarily estimated from the correspondence between the feature points between a plurality of images, a moving image that has been shot at the same time zone that was shot from two or more viewpoints is stored in advance. Create an image (projection multi-viewpoint) projected on a plane that serves as a reference. Overlapping areas (N) are obtained for this projected multi-viewpoint image.
コスト画像生成手段100bは、射影変換された画像の重複領域について、フレームF枚分の画像についてコスト画像を生成する。より詳細には、各重複領域に対して、輪郭等のエッジが多い領域や、テクスチャが細かい領域など高周波成分を多く含む領域や、動いている被写体や、人の顔等、画像における被写体の像が注目される度合いを評価する関数を用いてコスト値を画素毎に算出する。各重複領域の各画素にこのコスト値を割り当てたものがコスト画像である。より具体的には、コスト画像生成手段100bは、予め定めた枚数の連続するフレームの間での画像特性の変化、例えば、輝度変化が予め定めた閾値以上の画素のコストと、周辺領域の画素の画像特性の変化、例えば、輝度変化が予め定めた閾値以上の画素のコストが高い値となるような評価関数を用いる。該評価関数は、各重複領域において投影多視点画像の画像特性を表すデータの差、例えば、輝度値の差が大きければ大きいほど、コスト値が大きくなる様な評価関数としてもよい。 The cost image generation means 100b generates a cost image for the image of F frames for the overlapping area of the projective transformed image. More specifically, for each overlapping region, an image of a subject in the image, such as a region with many edges such as a contour, a region with a lot of high frequency components such as a fine texture region, a moving subject, a human face, etc. The cost value is calculated for each pixel by using a function for evaluating the degree of attention of the pixel. A cost image is obtained by assigning this cost value to each pixel in each overlapping region. More specifically, the cost image generation unit 100b determines the cost of pixels having a change in image characteristics between a predetermined number of consecutive frames, for example, a pixel whose luminance change is equal to or greater than a predetermined threshold, and pixels in the surrounding area. The evaluation function is used so that the cost of a pixel having a change in image characteristics, for example, a luminance change equal to or higher than a predetermined threshold value is high. The evaluation function may be an evaluation function in which the cost value increases as the difference in data representing the image characteristics of the projected multi-viewpoint image in each overlapping region, for example, the difference in luminance value increases.
時・空間方向のグラフ生成手段103cは、重複領域について、Fフレーム分の画像からグラフを作成する。より詳細には、各重複領域に対して、各画素をノード(節)、ノード間を連結したものをエッジ(辺)とする空間方向のグラフを作成する。その際に、エッジコストと、時間方向のエッジコストを算出する。空間方向のエッジコストは、着目ノードと、該着目ノードと周囲のノード、つまり時間方向では同一で空間方向で隣接する隣接ノードとのコスト値を用いて、着目ノードと隣接ノードとのコスト値が高ければエッジコストが高くなるように算出する。また、時間方向のエッジコストは、着目ノードと、予め定めた枚数のフレームの中で、空間方向において着目ノードと同じ位置にある画素で、かつ時間方向で隣接する隣接ノードとのコスト値を用いて、着目ノードと隣接ノードとのコスト値が高ければエッジコストが高くなるように算出する。 The spatio-temporal graph generation means 103c creates a graph from images of F frames for the overlapping region. More specifically, for each overlapping region, a graph in the spatial direction is created in which each pixel is a node (node), and the connection between the nodes is an edge (side). At that time, the edge cost and the edge cost in the time direction are calculated. The edge cost in the spatial direction is obtained by calculating the cost value between the target node and the adjacent node by using the cost value of the target node and the adjacent node, that is, the adjacent node in the time direction and adjacent in the spatial direction. If it is higher, the edge cost is higher. In addition, the edge cost in the time direction uses the cost value of the target node and the adjacent node in the time direction that is a pixel at the same position as the target node in the spatial direction in a predetermined number of frames. Thus, if the cost value between the node of interest and the adjacent node is high, the edge cost is calculated to be high.
時・空間方向のグラフ分割手段103dは、重複領域をラベル毎の領域に分割する。より詳細には、重複領域のノード毎にどのカメラ番号(ラベル)の画像を割り振るか決める数学的問題に帰着させて解くことで、時空間方向の重複領域の分割をする。すなわち、着目するノードに対して、予め設定したラベルと同一のラベルを割り振らなかったときに、コストを付加するコスト関数と時空間方向で隣接するノード同士に異なるカメラの画像を割り当てる場合にエッジコストが発生するようなコスト関数の総コストを算出する評価関数を基準として、その評価関数の値(つまり、コストの合計値)が最小となる様な最適化問題を解き、各重複領域の各ノードに対して割り当てるカメラ画像を決定する。 The time / space direction graph dividing means 103d divides the overlapping region into regions for each label. More specifically, the overlapping area in the spatio-temporal direction is divided by solving a mathematical problem that determines which camera number (label) image is allocated to each node of the overlapping area. That is, when the same label as the preset label is not assigned to the node of interest, the cost function for adding the cost and the edge cost when assigning different camera images to nodes adjacent in the space-time direction Solve the optimization problem that minimizes the value of the evaluation function (that is, the total cost) based on the evaluation function that calculates the total cost of the cost function that causes The camera image to be assigned to is determined.
画像合成手段103eは、フレーム毎に重複領域の画像と重複していない領域の画像とを連結する。より詳細には、各重複領域の各画素に対して、割り当てられたカメラ番号で特定される画像の画素値を割り当て、画像を合成する。このとき、重複領域における境界付近の画素の色、もしくは輝度について、隣接する投影多視点画像の画素の色、もしくは輝度を用いてぼかし処理を行うことで、画像間の境界を目立たなくするブレンディング処理を実施してもよい。
The
生成画像出力手段104は、合成画像記憶手段106bに記憶された合成画像データD6を、出力用画像データとして読み出し、ディスプレイ表示用の映像信号S2として生成画像表示手段105に出力する。 The generated image output means 104 reads the composite image data D6 stored in the composite image storage means 106b as output image data and outputs it to the generated image display means 105 as a video signal S2 for display display.
生成画像表示手段105は、例えば、ディスプレイ端子等の生成画像出力手段104に接続されたCRT(Cathode Ray Tube)、LCD(Liquid Crystal Display)、PDP(Plasma Display Panel)等の表示装置である。生成画像表示手段105は、生成画像出力手段104からの映像信号S2に従って合成画像を表示する。なお、生成画像表示手段105は、例えば、2次元平面状の装置でもよいし、装置利用者を取り囲むような曲面状の表示装置であってもよい。
The generated
次に、本実施形態のモザイク画像生成装置100によるモザイク画像生成方法ついて説明する。図2は、本実施形態のモザイク画像生成装置100によるモザイク画像生成方法を説明するためのフローチャートである。なお、被写体撮影手段(以下、カメラともいう)101の配置の仕方は自由であるが、本実施形態では、ある程度の共通視野(重複領域)を確保するために、格子状、もしくは一直線上に、複数台のカメラを並行、もしくは特定の被写体を注視点とするような放射線状に配置していることを想定している。 Next, a mosaic image generation method performed by the mosaic image generation apparatus 100 according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is a flowchart for explaining a mosaic image generating method by the mosaic image generating apparatus 100 of the present embodiment. The subject photographing means (hereinafter also referred to as a camera) 101 can be arranged in any way, but in the present embodiment, in order to ensure a certain common field of view (overlapping region), in a grid pattern or on a straight line, It is assumed that a plurality of cameras are arranged in parallel or in a radial pattern with a specific subject as a gazing point.
まず、前処理として各カメラから基準となるカメラへの射影変換行列を求める(ステップS1)。このとき、カメラ番号をm(=1,2,…,M)、画像のフレーム番号をf(=1,2,…,F)とする。次に、基準投影面への変換手段103aで、各カメラで撮影した画像を射影変換する(ステップS2)。変換する画像は、基準となるカメラの画像以外の全てである。以後のステップでは、求めた射影変換後の画像Im,fを使用する。ここで、mは、ステップS1のカメラ番号、fは、ステップS1のフレーム番号を示している。次に、射影変換後の画像Im,fについて、重複した領域をRi(i=1,2,…,N)とする(ステップS3)。なお、図11のように、カメラの台数が2台の場合には、重複領域の数は、1(N=1)である。以下のステップでは、i=1からNまで同様の処理を行う。 First, as a preprocessing, a projection transformation matrix from each camera to a reference camera is obtained (step S1). At this time, the camera number is m (= 1, 2,..., M), and the frame number of the image is f (= 1, 2,..., F). Next, projective conversion is performed on the image captured by each camera by the conversion means 103a to the reference projection plane (step S2). The images to be converted are all except the image of the reference camera. In the subsequent steps, the obtained image Im, f after projective transformation is used. Here, m indicates the camera number in step S1, and f indicates the frame number in step S1. Next, for the image Im, f after projective transformation, the overlapping region is set to R i (i = 1, 2,..., N) (step S3). As shown in FIG. 11, when the number of cameras is two, the number of overlapping areas is 1 (N = 1). In the following steps, the same processing is performed from i = 1 to N.
次に、重複領域Riについて、フレームF枚分の画像についてコスト画像を生成する(ステップS4)。コスト画像は、人が注目する度合いの評価結果であり、例えば、動いている車や、静止しているが、輪郭のエッジ強度が強くてテクスチャの細かい建物等のコストが大きくなるような評価値となる。コスト画像の評価方法の例として以下に示す。 Next, the overlap region R i, to generate a cost image for frame F sheets of images (step S4). The cost image is an evaluation result of the degree of human attention, for example, an evaluation value that increases the cost of a moving car or a building that is stationary but has strong edge strength and has a fine texture. It becomes. Examples of cost image evaluation methods are shown below.
動いている被写体については、フレーム間差分により検出した。静止物については、ラプラシアンフィルタをかけてエッジ強度の大きい画素を調べ、エッジ強度が数フレームの間である閾値以上続く画素上に静止物があるとした。フレームfにおける重複領域RiにおいてK枚の画像Ik,fが重複しているとすると、コスト画像ImgC1(Ri)は、次式(1)のように設定できる。 The moving subject was detected by the inter-frame difference. For a stationary object, a pixel having a large edge strength is examined by applying a Laplacian filter, and it is assumed that there is a stationary object on a pixel whose edge strength continues for a threshold value that is between several frames. Assuming that the K images I k, f overlap in the overlapping region R i in the frame f, the cost image ImgC 1 (R i ) can be set as in the following equation (1).
但し、αとβは、実験的に決める調整用の定数であり、xとyは、画像上の横方向と縦方向に座標軸を設定したときの座標を示す変数である。 However, α and β are adjustment constants determined experimentally, and x and y are variables indicating coordinates when coordinate axes are set in the horizontal direction and the vertical direction on the image.
また、M(Ri)とS(Ri)は、画素毎に処理する関数である。Moveは画像Ik,fに動く被写体の像が存在するなら1を、それ以外なら0を、画素毎に出力する関数であり、M(Ri)は、MoveによるK枚の画像の結果を画素毎に足し合わせた値を出力する関数である。Stayは、画像Ik,fに静止物があるなら1を、それ以外なら0を、画素毎に評価し、S(Ri)は、StayによるK枚の画像の結果を画素毎に足し合わせた値を出力する関数である。 M (R i ) and S (R i ) are functions that are processed for each pixel. Move is a function that outputs 1 for each pixel, and 0 for each pixel if there is a moving object image in the image I k, f , and M (R i ) is the result of K images by Move. It is a function that outputs a value added for each pixel. Stay evaluates 1 if the image I k, f has a stationary object, 0 otherwise, for each pixel, and S (R i ) adds the results of K images by Stay for each pixel. It is a function that outputs the value.
また、カメラ間の特性の違いや、視差による影響を考慮する為に、例えば、次式(2)で表すコスト画像ImgC2を設定することもできる。 In order to consider the difference in characteristics between cameras and the influence of parallax, for example, a cost image ImgC 2 represented by the following equation (2) can be set.
但し、uとvは、K枚の画像の組み合わせであり、Zは、K枚から2枚の画像の組み合わせの集合である。D(Ri)は、画像Iu,fとIv,fについて、画素毎にR,G,B成分毎の差分をとったベクトルwについて2−ノルムを出力する関数である。 However, u and v are combinations of K images, and Z is a set of combinations of K to 2 images. D (R i ) is a function that outputs a 2-norm for a vector w obtained by taking the difference for each R, G, B component for each pixel for the images I u, f and I v, f .
次に、重複領域Riについて、Fフレーム分の画像からグラフを作成する(ステップS5)。ここで、図3は、従来技術による“揺れ”や、“ブレ”が生じる原因の説明するための概念図である。図3に示すように、従来技術の方法では、フレームf−1、f、f+1毎に領域を分割してしまうので、動く被写体(図示の例では車両B)などの影響により、境界がフレームf−1、f、f+1毎に異なる。そこで、本発明では、時間方向の関連性も考慮した分割法を行う。 Next, the overlap region R i, to create the graph from the F frames of the image (step S5). Here, FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the cause of the occurrence of “sway” and “blur” according to the prior art. As shown in FIG. 3, in the conventional method, the area is divided into frames f−1, f, and f + 1. Therefore, the boundary is set to the frame f due to the influence of the moving subject (vehicle B in the illustrated example). Different for each of −1, f, and f + 1. Therefore, in the present invention, a division method that considers the relevance in the time direction is performed.
ここで、図4は、本実施形態における時間と空間方向のグラフ構造の一例を示す概念図である。まず、コスト画像の画素をノードとして、時間軸方向にも空間方向と同様にしてエッジ(辺)を作成して3次元のグラフを作成する(図4参照)。グラフのエッジコストは、コスト画像を基にして決める。例えば、空間方向については、コスト画像の画素値の和や、積の値とすればよい((1)参照)。時間方向については、コスト画像ImgC1における画素値の和や、積の値に定数項γを掛けたものを時間方向のエッジコストとする((2)参照)。但し、画像が大きい場合などは、隣接する画素毎にエッジを作成するのではなく、コスト画像を縮小したものを利用したグラフを利用して計算コストを削減することは可能である。 Here, FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of a graph structure of time and space directions in the present embodiment. First, using a pixel of the cost image as a node, an edge (side) is created in the time axis direction in the same manner as in the spatial direction to create a three-dimensional graph (see FIG. 4). The edge cost of the graph is determined based on the cost image. For example, the spatial direction may be the sum or product value of the cost image pixel values (see (1)). For the time direction, the sum of the pixel values in the cost image ImgC 1 or the product value multiplied by the constant term γ is used as the edge cost in the time direction (see (2)). However, when the image is large, it is possible not to create an edge for each adjacent pixel, but to reduce the calculation cost by using a graph using a reduced cost image.
図5(a)〜(c)は、本実施形態による“揺れ”や、“ブレ”が抑制できる理由を示す概念図である。図5には、時間方向のエッジを生成する効果を示す。図5において、人が注目する被写体とは、車両Bと標識Cとであると仮定している。コスト画像の注目画素(ノード)をフレーム間で繋いだものを図5(a)に示す。図5(b)に示すように、従来技術のようなフレーム毎に最適な領域分割を行うと、フレームfとf+1のところで各フレームの分割境界を繋いで作成される面により、静止物である標識Cのエッジ(破線)が交わる可能性があることが分かる。 FIGS. 5A to 5C are conceptual diagrams showing the reason why “shake” and “blur” according to the present embodiment can be suppressed. FIG. 5 shows the effect of generating an edge in the time direction. In FIG. 5, it is assumed that the subject to which the person pays attention is the vehicle B and the sign C. FIG. 5A shows a pixel in which a target pixel (node) of a cost image is connected between frames. As shown in FIG. 5B, when the optimum region division is performed for each frame as in the prior art, it is a stationary object due to the surface created by connecting the division boundaries of the frames at frames f and f + 1. It can be seen that the edges of the sign C (broken lines) may intersect.
図5(c)では、断面:A−Aにおいて、動く被写体(車両B)があるノード間のエッジを破線で示し、静止している被写体(標識C)のあるノードのエッジを一点破線で示し、それ以外のノード間のエッジを実線で示している。この図からも分かるように、時間方向についても、エッジコストが大きいエッジを切らないような分割を行えば、動画にしたときの2重画像を防ぐことができる。つまり、複数枚のフレームにより作成した3次元のグラフについて、エッジコストが最小になるような分割を求めれば、注目する被写体を時間方向で横切るような領域分割をすることが防げる。 In FIG. 5C, in the cross section: A-A, an edge between nodes with a moving subject (vehicle B) is indicated by a broken line, and an edge of a node with a stationary subject (sign C) is indicated by a one-dot broken line. The edges between the other nodes are indicated by solid lines. As can be seen from this figure, even in the time direction, if the division is performed so as not to cut an edge having a large edge cost, a double image when the moving image is made can be prevented. In other words, if a three-dimensional graph created by a plurality of frames is divided so as to minimize the edge cost, it is possible to prevent the region division from crossing the subject of interest in the time direction.
パラメータについて述べると、α、βの値を大きくすることによって、空間方向について被写体を境界が横切ることを防ぐことができる。時間方向については、γの値を大きくすることにより、被写体を時間方向に横切ることを抑制することができるので、上記の課題である揺れや、チラつきを抑える効果がある。 In terms of parameters, it is possible to prevent the boundary from crossing the subject in the spatial direction by increasing the values of α and β. In the time direction, by increasing the value of γ, it is possible to suppress the subject from crossing in the time direction, so that there is an effect of suppressing the shaking and flickering as described above.
しかしながら、γが大きすぎると、空間方向に被写体を分割するように境界を設定する可能性もある。図5(a)、(b)に示す例でいうと、例えば、動いている車両Bが重複領域の中央でしばらく止まったときなど、他の動いている被写体の影響などにより、車両Bの上に境界が設定されることや、標識Cの一部が静止物として検出されなかった場合などに、標識Cの一部の上に境界が設定され続ける可能性もある。そのため、これらのパラメータは、実験的に調整して決定する。 However, if γ is too large, there is a possibility that the boundary is set so as to divide the subject in the spatial direction. In the example shown in FIGS. 5A and 5B, for example, when the moving vehicle B stops for a while in the center of the overlapping area, There is also a possibility that the boundary may continue to be set on a part of the sign C when, for example, a boundary is set on the mark C or when a part of the sign C is not detected as a stationary object. Therefore, these parameters are determined by experimental adjustment.
次に、評価関数Eを最小にする最適化問題を解くことで、重複領域をラベル毎の領域に分割する(ステップS6)。ある重複領域のコスト画像の画素(ノード)をpとしたとき、ノード毎に定義されるラベルをL={1,2,…,M}とする。但し、ラベル番号は、カメラ番号と一致し、その画素にどのカメラ画像を表示するかを示すものとする。このとき、3次元のグラフについて、次式(3)で表されるコスト関数Eを定義する。 Next, by solving the optimization problem that minimizes the evaluation function E, the overlapping region is divided into regions for each label (step S6). When a pixel (node) of a cost image in a certain overlapping area is p, a label defined for each node is L = {1, 2,..., M}. However, the label number coincides with the camera number and indicates which camera image is displayed on the pixel. At this time, a cost function E expressed by the following equation (3) is defined for the three-dimensional graph.
ここで、qは、pとの空間方向と時間方向の隣接画素とし、L(x)は、ノードxの位置のラベルとする。Cdは、特定のノード対を対象としたコスト関数、Ciは、全てのノードについて対象として、ノードの隣接関係に対するコスト関数とする。 Here, q is an adjacent pixel in the spatial direction and time direction with respect to p, and L (x) is a label of the position of the node x. C d is a cost function for a specific node pair, and C i is a cost function for adjacent relations of nodes for all nodes.
CdとCiの具体的な計算方法は、様々であるが、上記数式(3)にその一例を示している。Cdは、あるノードpの画素が予め設定してあるラベルと同じであれば、コストは0であり、それ以外では、コストKbを出力する関数とし、Kbは、実験的にユーザが設定するものとする。 There are various methods for calculating C d and C i , and an example thereof is shown in the above equation (3). Cd is a cost if the pixel of a certain node p is the same as a preset label, and the cost is 0 otherwise, and a cost Kb is output as a function, and Kb is set experimentally by the user. Shall.
そのため、事前にあるノードについて静止物体であるということが分かっているならば、ユーザにより、そのノードに特定のカメラ番号のラベルとそのラベルに対して、エッジコストに比べて非常に大きな値をコストとして設定することで、その画素のラベルをユーザの指定したものにできる。本実施形態では、重複領域でない領域と接している重複領域のノードについて、Cdを重複領域でない領域の画像のカメラ番号に設定する。それ以外のノードについては、Cd=0とする。 Therefore, if it is known in advance that a certain node is a stationary object, the user costs a very large value compared to the edge cost for the label of the camera number specific to that node and the label. By setting as, the pixel label can be designated by the user. In the present embodiment, the node of the overlap region in contact with non-overlapping area region is set to the camera number of the image areas not overlapping region C d. For other nodes, C d = 0.
Ciは、pと隣接画素qとのラベルが同じであれば、コスト0を、それ以外は、エッジコストを出力する関数とする。 C i is a function that outputs a cost of 0 if p and the adjacent pixel q have the same label, and an edge cost otherwise.
以上のようにコスト関数を設計すれば、このコスト関数を最小にするようなラベルの組み合わせ最適化問題として解ける。計算する具体的アルゴリズムの例としては、最大流最小切断定理によるグラフカット法(非特許文献5)や、信頼度伝播法などがある。 If the cost function is designed as described above, it can be solved as a label combination optimization problem that minimizes the cost function. Examples of a specific algorithm to be calculated include a graph cut method based on a maximum flow minimum cut theorem (Non-Patent Document 5), a reliability propagation method, and the like.
ここで、実用上の問題として対象とする動画のフレーム数が数万〜数十万である場合、計算機のメモリの限界により、一括して処理を行うことができない可能性がある。仮に1時間の動画を扱うとすると、フレーム数は、30(fps)*60(秒)*60(分)=108000フレームとなる。これを対処する一例を挙げると、動画を幾つかのフレームに分割して処理をする方法がある。 Here, as a practical problem, when the number of frames of the target moving image is tens of thousands to hundreds of thousands, there is a possibility that processing cannot be performed collectively due to the limit of the memory of the computer. If one hour of moving images is handled, the number of frames is 30 (fps) * 60 (seconds) * 60 (minutes) = 108000 frames. As an example of dealing with this, there is a method of processing by dividing a moving image into several frames.
例えば、1000フレームの動画を2分割する場合、1−500フレームを上記方法で一括処理した後、501−1000フレームを上記方法で一括処理する。但し、単純に分割して処理すると、2つの動画の間に時間の連続性が保たれないので、画像の揺れや、ちらつきが生じてしまう。そこで、501フレーム目のノードに対して500フレーム目の領域分割結果のラベルを初期値として与える。つまり、上記Cdのラベル指定の部分に、直前で処理した結果を入力することで、時間的に連続した処理を行うことが可能となる。 For example, when a 1000-frame moving image is divided into two, 1-500 frames are batch-processed by the above method, and 501-1000 frames are batch-processed by the above method. However, if the processing is simply divided, the continuity of time is not maintained between the two moving images, so that the image shakes or flickers. Therefore, the region division result label of the 500th frame is given as an initial value to the node of the 501st frame. In other words, the label specifies the portion of the C d, by inputting a result of processing in the last, it is possible to perform the time-sequential process.
次に、各フレームfについて、画素pのラベルL(f,p)に対応したカメラ画像Im,fを貼り付け、重複領域Riの画像合成を行う(ステップS7)。ここで、貼り付けた画像間の境界が目立たなくなるように、ブレンディング処理を行うことも可能である。簡単な例としては、境界線付近の数ピクセル以内の画素については、境界線に接しているカメラ画像の画素値を混合する。カメラmとカメラm+1の画像が隣り合う場合には、境界線から数ピクセルの画素は、カメラmとカメラm+1の画像の画素値の中間の色(R,G,B成分毎に足して2で割った値)を表示することとなる。 Next, for each frame f, a camera image Im, f corresponding to the label L (f, p) of the pixel p is pasted, and an image of the overlapping region Ri is synthesized (step S7). Here, it is also possible to perform a blending process so that the boundary between the pasted images is not noticeable. As a simple example, for the pixels within several pixels near the boundary line, the pixel values of the camera image in contact with the boundary line are mixed. When the images of the camera m and the camera m + 1 are adjacent to each other, the pixels that are several pixels from the boundary line are 2 in the middle of the pixel values of the images of the camera m and the camera m + 1 (R, G, and B components are added). (Divided value) will be displayed.
次に、全ての重複領域Ri(i=1,…,N)について終了したか否かを判定し(ステップS8)、全ての重複領域Ri(i=1,…,N)が終了するまで、上述したステップS4〜ステップS7を繰り返し行う。 Then, all the overlap regions R i (i = 1, ... , N) determines whether or not it is completed for (step S8), and all the overlap regions R i (i = 1, ... , N) is finished Steps S4 to S7 described above are repeated.
そして、全ての重複領域Ri(i=1,…,N)について終了すると、フレーム毎に重複領域の画像と重複していない領域の画像とを連結し(ステップS9)、全重複領域について処理が終われば終了する。 Then, when all the overlapping regions R i (i = 1,..., N) are finished, the overlapping region image and the non-overlapping region image are connected for each frame (step S9), and processing is performed for all overlapping regions. When is over, it ends.
本実施形態によれば、複数枚のフレームの連続性を考慮しており、動画としても大域的な最適解を得られる。これに対して、従来技術では、フレーム毎に画像の合成領域を求める方法を用いていたので、動画として考えると、局所的な最適解を得ているにすぎなかった。 According to this embodiment, the continuity of a plurality of frames is taken into consideration, and a global optimum solution can be obtained as a moving image. On the other hand, in the prior art, since a method for obtaining a composite region of an image for each frame is used, when considered as a moving image, only a local optimum solution has been obtained.
また、本実施形態では、動く物体や、静止する物体など、それぞれに適した方法により検出する方法を、枠組みの中に組み込んでいることにより、画像の品質低下をもたらす画像のチラつきや、揺れという現象を効率的に抑制することを実現できる。従来技術では、フレーム毎に領域を求めていたので、境界は、2次元のグラフを分割する線でしかなかったのに対して、本実施形態では、3次元のグラフを分割する2次元の面を求めている違いがある。 Also, in this embodiment, a method of detecting by a method suitable for each such as a moving object or a stationary object is incorporated in the framework, thereby causing image flickering or shaking that causes image quality degradation. It is possible to efficiently suppress the phenomenon. In the prior art, since the area is obtained for each frame, the boundary is only a line for dividing the two-dimensional graph. In the present embodiment, the two-dimensional surface for dividing the three-dimensional graph is used. There is a difference in seeking.
以上、本発明によってなされた発明を、実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においての変更可能であることは勿論である。 As mentioned above, although the invention made | formed by this invention was concretely demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to embodiment, Of course, it can change in the range which does not deviate from the summary. It is.
100 モザイク画像生成装置
101 被写体撮影手段
102 カメラ画像取得手段
103 モザイク画像生成手段
103a 基準投影面への変換手段
103b コスト画像生成手段
103c 時・空間方向のグラフ生成手段
103d 時・空間方向のグラフ分割手段
103e 画像合成手段
104 生成画像出力手段
105 生成画像表示手段
106 画像記憶手段
106a カメラ画像記憶手段
106b 合成画像記憶手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Mosaic
Claims (11)
予め複数の画像間の特徴点の対応関係から推定した前記各撮影手段の撮影パラメータを用いて、2つ以上の視点で、同じ時間帯に撮影された動画像を、予め定めた基準となる面に投影した投影多視点画像を作成し、該投影多視点画像について複数の重複領域を求める変換手段と、
前記変換手段により求められた各重複領域に対して、被写体の像が注目される度合いを評価する関数を用いてコスト値を画素毎に算出するコスト画像生成手段と、
前記変換手段により求められた各重複領域に対して、各画素をノード(節)、ノード間を連結したものをエッジ(辺)とする空間方向のグラフを作成し、その際に、着目ノードと、該着目ノードと周囲のノード、つまり時間方向では同一で空間方向で隣接する隣接ノードとのコスト値を用いて、前記着目ノードと前記隣接ノードとのコスト値が高ければエッジコストが高くなるように、空間方向のエッジコストを算出し、前記着目ノードと、予め定めた枚数のフレームの中で、空間方向において前記着目ノードと同じ位置にある画素で、かつ時間方向で隣接する隣接ノードとのコスト値を用いて、前記着目ノードと前記隣接ノードとのコスト値が高ければエッジコストが高くなるように時間方向のエッジコストを算出する時・空間方向グラフ生成手段と、
前記時・空間方向グラフ生成手段により算出された空間方向のエッジコストと時間方向のエッジコストとに基づいて、前記変換手段により求められた重複領域のノード毎に、前記着目ノードに対して、予め設定した撮像手段と同一の撮像手段を割り振らなかった場合にコストを付加するコスト関数と、時空間方向で隣接するノード同士に異なる撮像手段の画像を割り当てる場合にエッジコストが発生するようなコスト関数との総コストを算出する評価関数を基準として、該評価関数によるコストの合計値が最小となるような最適化問題を解くことにより、各重複領域の各ノードに対して割り当てる画像を決定することで、時・空間方向の重複領域を分割する時・空間方向重複領域分割手段と、
前記時・空間方向重複領域分割手段により分割された各重複領域の各画素に対して、割り当てられた撮像手段で特定される画像の画素値を割り当て、画像を合成する画像合成手段と
を備えることを特徴とする画像生成装置。 An image generation device that generates a mosaic image by combining a plurality of images with overlapping regions in a multi-viewpoint image captured by a plurality of imaging means for a moving image.
A plane serving as a predetermined reference for moving images shot at the same time zone from two or more viewpoints using the shooting parameters of the respective shooting means preliminarily estimated from the correspondence of feature points between a plurality of images. A projecting multi-viewpoint image projected onto the image, and converting means for obtaining a plurality of overlapping areas for the projected multi-viewpoint image;
Cost image generation means for calculating a cost value for each pixel using a function that evaluates the degree to which an image of a subject is noted for each overlapping region obtained by the conversion means;
For each overlapping area obtained by the converting means, a graph in the spatial direction is created with each pixel as a node (node) and a connection between the nodes as an edge (side). Using the cost value of the node of interest and the surrounding nodes, that is, the adjacent nodes that are the same in the time direction and adjacent in the spatial direction, the edge cost increases if the cost value of the node of interest and the adjacent node is high In addition, the edge cost in the spatial direction is calculated, and the node of interest and the adjacent node in the temporal direction adjacent to the pixel at the same position as the node of interest in the predetermined number of frames. Spatio-temporal direction graph that uses the cost value to calculate the edge cost in the time direction so that the edge cost increases if the cost value between the node of interest and the adjacent node is high And forming means,
Based on the edge cost in the spatial direction and the edge cost in the time direction calculated by the spatio-temporal direction graph generation unit, for each node in the overlap area obtained by the conversion unit, A cost function that adds a cost when the same imaging means as the set imaging means is not allocated, and a cost function that generates an edge cost when assigning images of different imaging means to adjacent nodes in the space-time direction And determining an image to be assigned to each node of each overlapping region by solving an optimization problem that minimizes the total cost of the evaluation function, using the evaluation function for calculating the total cost as Then, the time / space direction overlapping area dividing means for dividing the space / time direction overlapping area,
Image synthesizing means for synthesize the image by assigning the pixel value of the image specified by the assigned imaging means to each pixel of each overlapping area divided by the space-time direction overlapping area dividing means. An image generation apparatus characterized by the above.
被写体の像が注目される度合いを評価する関数として、前記変換手段により求められた各重複領域に対する画像特性の変化が予め定めた閾値以上の画素のコストが高い値となるような評価関数を用いることを特徴とする請求項1に記載の画像生成装置。 The cost image generating means includes
As a function for evaluating the degree of attention of the subject image, an evaluation function is used so that the change in image characteristics for each overlapping area obtained by the conversion means has a high cost value for pixels having a predetermined threshold value or more. The image generating apparatus according to claim 1.
予め定めた枚数の連続するフレームの間での輝度変化が予め定めた閾値以上の画素のコストと、周辺領域の画素の輝度変化が予め定めた閾値以上の画素のコストとが高い値となるような評価関数を用いることを特徴とする請求項2に記載の画像生成装置。 The cost image generating means includes
The cost of a pixel whose luminance change between a predetermined number of consecutive frames is equal to or higher than a predetermined threshold and the cost of a pixel whose luminance change in a peripheral region is higher than a predetermined threshold are high. The image generation apparatus according to claim 2, wherein a simple evaluation function is used.
前記評価関数として、前記各重複領域において投影多視点画像の輝度値の差が大きければ大きいほど、コスト値が大きくなるような評価関数を用いることを特徴とする請求項3に記載の画像生成装置。 The cost image generating means includes
The image generation apparatus according to claim 3, wherein an evaluation function is used such that a cost value increases as a difference in luminance values of projected multi-viewpoint images increases in each overlapping region. .
さらに、前記重複領域における境界付近の画素の色、もしくは輝度について、隣接する投影多視点画像の画素の色、もしくは輝度を用いてぼかし処理を行うことで、画像間の境界を目立たなくするブレンディング処理を実施することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の画像生成装置。 The image composition means includes
Furthermore, the blending process that makes the boundary between the images inconspicuous by performing blurring processing using the color or brightness of the pixel of the adjacent projected multi-viewpoint image with respect to the color or brightness of the pixel near the boundary in the overlapping region 5. The image generation apparatus according to claim 1, wherein:
予め複数の画像間の特徴点の対応関係から推定した前記各撮影手段の撮影パラメータを用いて、2つ以上の視点で、同じ時間帯に撮影された動画像を、予め定めた基準となる面に投影した投影多視点画像を作成し、該投影多視点画像について複数の重複領域を求める変換ステップと、
前記各重複領域に対して、被写体の像が注目される度合いを評価する関数を用いてコスト値を画素毎に算出するコスト画像生成ステップと、
前記各重複領域に対して、各画素をノード(節)、ノード間を連結したものをエッジ(辺)とする空間方向のグラフを作成し、その際に、着目ノードと、該着目ノードと周囲のノード、つまり時間方向では同一で空間方向で隣接する隣接ノードとのコスト値を用いて、前記着目ノードと前記隣接ノードとのコスト値が高ければエッジコストが高くなるように、空間方向のエッジコストを算出し、前記着目ノードと、予め定めた枚数のフレームの中で、空間方向において前記着目ノードと同じ位置にある画素で、かつ時間方向で隣接する隣接ノードとのコスト値を用いて、前記着目ノードと前記隣接ノードとのコスト値が高ければエッジコストが高くなるように時間方向のエッジコストを算出する時・空間方向グラフ生成ステップと、
前記空間方向のエッジコストと前記時間方向のエッジコストとに基づいて、前記重複領域のノード毎に、前記着目ノードに対して、予め設定した撮像手段と同一の撮像手段を割り振らなかった場合にコストを付加するコスト関数と、時空間方向で隣接するノード同士に異なる撮像手段の画像を割り当てる場合にエッジコストが発生するようなコスト関数との総コストを算出する評価関数を基準として、該評価関数によるコストの合計値が最小となるような最適化問題を解くことにより、各重複領域の各ノードに対して割り当てる画像を決定することで、時・空間方向の重複領域を分割する時・空間方向重複領域分割ステップと、
前記分割された各重複領域の各画素に対して、割り当てられた撮像手段で特定される画像の画素値を割り当て、画像を合成する画像合成ステップと
を含むことを特徴とする画像生成方法。 An image generation method for generating a mosaic image by synthesizing a plurality of images in which a part of a region overlaps for a multi-viewpoint image captured by a plurality of imaging units as a target of a moving image,
A plane serving as a predetermined reference for moving images shot at the same time zone from two or more viewpoints using the shooting parameters of the respective shooting means preliminarily estimated from the correspondence of feature points between a plurality of images. Creating a projected multi-viewpoint image projected onto the projection multi-viewpoint image, and obtaining a plurality of overlapping areas for the projected multi-viewpoint image;
A cost image generation step of calculating a cost value for each pixel using a function for evaluating a degree of attention of the subject image for each overlapping region;
For each overlapping area, create a graph in the spatial direction with each pixel as a node (node) and a connection between the nodes as an edge (side). At that time, the target node and the target node and its surroundings Edge in the spatial direction so that if the cost value between the node of interest and the adjacent node is high, the edge cost is high, using the cost value of the adjacent node in the time direction and adjacent in the spatial direction. Calculate the cost, using the cost value of the target node and a neighboring node adjacent in the time direction with a pixel in the same position as the target node in the spatial direction in a predetermined number of frames, A time / space direction graph generation step of calculating an edge cost in a time direction so that an edge cost becomes higher if a cost value between the node of interest and the adjacent node is higher;
Based on the edge cost in the spatial direction and the edge cost in the time direction, the cost when the same imaging unit as the preset imaging unit is not allocated to the node of interest for each node in the overlapping region The evaluation function is based on an evaluation function that calculates a total cost of a cost function that adds an image and a cost function that generates an edge cost when images of different imaging means are assigned to adjacent nodes in the spatio-temporal direction. By solving the optimization problem that minimizes the total cost due to determining the image to be assigned to each node of each overlapping area, the overlapping area in the space-time direction is divided into the space-time direction Overlapping region dividing step;
An image generation method comprising: an image composition step of assigning a pixel value of an image specified by an assigned imaging means to each pixel in each of the divided overlapping areas and compositing the images.
被写体の像が注目される度合いを評価する関数として、前記変換手段により求められた各重複領域に対する画像特性の変化が予め定めた閾値以上の画素のコストが高い値となるような評価関数を用いることを特徴とする請求項6に記載の画像生成方法。 The cost image generation step includes:
As a function for evaluating the degree of attention of the subject image, an evaluation function is used so that the change in image characteristics for each overlapping area obtained by the conversion means has a high cost value for pixels having a predetermined threshold value or more. The image generation method according to claim 6.
予め定めた枚数の連続するフレームの間での輝度変化が予め定めた閾値以上の画素のコストと、周辺領域の画素の輝度変化が予め定めた閾値以上の画素のコストとが高い値となるような評価関数を用いることを特徴とする請求項7に記載の画像生成方法。 The cost image generation step includes:
The cost of a pixel whose luminance change between a predetermined number of consecutive frames is equal to or higher than a predetermined threshold and the cost of a pixel whose luminance change in a peripheral region is higher than a predetermined threshold are high. The image generation method according to claim 7, wherein a simple evaluation function is used.
前記評価関数として、前記各重複領域において投影多視点画像の輝度値の差が大きければ大きいほど、コスト値が大きくなるような評価関数を用いることを特徴とする請求項8に記載の画像生成方法。 The cost image generation step includes:
The image generation method according to claim 8, wherein an evaluation function is used such that a cost value increases as a difference between luminance values of projected multi-viewpoint images increases in each overlapping region as the evaluation function. .
さらに、前記重複領域における境界付近の画素の色、もしくは輝度について、隣接する投影多視点画像の画素の色、もしくは輝度を用いてぼかし処理を行うことで、画像間の境界を目立たなくするブレンディング処理を実施することを特徴とする請求項6から9のいずれかに記載の画像生成方法。 The image composition step includes
Furthermore, the blending process that makes the boundary between the images inconspicuous by performing blurring processing using the color or brightness of the pixel of the adjacent projected multi-viewpoint image with respect to the color or brightness of the pixel near the boundary in the overlapping region The image generation method according to claim 6, wherein the image generation method is performed.
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