JP6026979B2 - Image processing apparatus, image processing method, and image processing program - Google Patents
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Description
本発明は、多視点映像からシーンの奥行きを推定する画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラムに関する。 The present invention relates to an image processing apparatus, an image processing method, and an image processing program for estimating the depth of a scene from a multi-viewpoint video.
映像メディアの分野では、近年、高臨場化とパーソナライズ化の流れが急速に進んでいる。映像を立体的に視ることで高臨場な映像体験が可能な3D映像は映画・テレビ・ゲーム機等幅広く普及が進んできている。それに加え、解像度がフルHDの4倍ある4K映像や、NHKが開発を進めているスーパーハイビジョン映像など、映像の大画面化も高臨場化の流れを加速させる要因のひとつとして挙げられる。また、ネットワークを介したビデオオンデマンドサービスの普及は著しく、テレビやスマートフォンなどユーザが好みのデバイスで好みのコンテンツを視聴する映像のパーソナライズが進んでいることがわかる。 In the field of video media, in recent years, the flow of high reality and personalization has been rapidly progressing. 3D video that enables a highly realistic video experience by viewing the video three-dimensionally has been widely used in movies, televisions, game machines, and the like. In addition, one of the factors that accelerates the flow of high reality is the increase in screen size, such as 4K video with a resolution four times that of full HD and Super Hi-Vision video that NHK is developing. In addition, the spread of video-on-demand services via a network is remarkable, and it can be seen that personalization of video for viewing a favorite content on a favorite device by a user such as a television or a smartphone is progressing.
このような背景の中、高臨場とパーソナライズ化を更に加速させる新しい映像メディアのひとつに自由視点映像が挙げられる。自由視点映像を合成するために、多視点画像から視点間の画像を補間する代表的な手法として光線空間法がある(例えば、非特許文献1参照)。これは多視点画像をEpipolar Plane Image(以下、EPI画像という)と呼ばれる空間に変換し、光線の傾きを推定することで画素ごとにシーンの奥行きを推定し、視点間の画像を補間するものである。 Against this background, free viewpoint video is one of the new video media that further accelerates the high presence and personalization. In order to synthesize a free viewpoint video, there is a ray space method as a typical technique for interpolating images between viewpoints from multi-viewpoint images (see, for example, Non-Patent Document 1). In this method, a multi-viewpoint image is converted into a space called Epipolar Plane Image (hereinafter referred to as an EPI image), and the depth of the scene is estimated for each pixel by estimating the inclination of the ray, and the image between the viewpoints is interpolated. is there.
しかし、この光線空間法は画素単位の処理を前提としており、画素間の連結性を考慮した領域ベースの奥行き推定までは考慮されておらず、均一な輝度の領域が広がるところでは奥行きの誤推定が発生しやすいという課題がある。また、ひとつの視点画像に対して色情報を基に領域分割し、領域ごとに光線の傾きをEPI画像を用いて推定するSegment−Based Depth Estimation手法が存在する(例えば、非特許文献2参照)。 However, this ray space method assumes pixel-by-pixel processing, and does not take into account region-based depth estimation that considers connectivity between pixels. There is a problem that is likely to occur. Further, there is a Segment-Based Depth Estimation method that divides a viewpoint image into regions based on color information and estimates the gradient of light rays for each region using an EPI image (see, for example, Non-Patent Document 2). .
しかし、この手法はひとつの視点画像に依存した領域分割形状となってしまうため、他の視点画像上での領域分割形状との矛盾が生じてしまう可能性がある。また、領域形状を推定した後に奥行きを推定するため、両者の最適解を導くことはできていない。 However, since this method has a region division shape depending on one viewpoint image, there is a possibility that a contradiction with the region division shape on another viewpoint image may occur. In addition, since the depth is estimated after the region shape is estimated, the optimum solution of both cannot be derived.
多視点画像の各視点画像における独立した色情報に基づく領域分割結果は、視点画像毎に異なるため、互いに整合性の保てない領域分割画像となってしまう。このため、シーンの奥行きを、領域ごとに光線の傾きを推定する場合は、一つの画像の領域分割結果のみを採用するため、1つの視点画像の領域分割結果にのみ依存した奥行き推定結果となってしまい、誤差が大きくなってしまうという問題がある。また、領域分割自体も、事前に設定した領域数に起因した領域分割結果となってしまうため、柔軟な形状変化や領域数の変化に対応できないという問題もある。 Since the region division result based on the independent color information in each viewpoint image of the multi-viewpoint image is different for each viewpoint image, the region division images cannot maintain consistency with each other. For this reason, when estimating the depth of a scene for each region, the depth estimation result depends only on the region division result of one viewpoint image because only the region division result of one image is used. There is a problem that the error becomes large. In addition, since the region division itself results in a region division resulting from the number of regions set in advance, there is a problem in that it cannot cope with a flexible shape change or a change in the number of regions.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、柔軟な形状変化や領域数の変化に対応できる領域分割ができるとともに、誤差の小さい奥行き推定を行うことができる画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. An image processing apparatus and an image processing apparatus capable of performing area division that can respond to a flexible shape change and a change in the number of areas and performing depth estimation with a small error. It is an object to provide a method and an image processing program.
本発明は、入力したEPI画像から色情報と座標情報とを組み合わせた点情報へ変換して出力する画像情報点変換手段と、前記点情報と直線クラスタのクラスタ情報とを入力し、前記クラスタ情報の更新を行い更新後の前記クラスタ情報を出力するクラスタ更新手段と、更新後の前記クラスタ情報を入力して、さらにクラスタ分割を行う必要があるか否かを判定する分割クラスタ判定手段と、前記分割クラスタ判定手段によって、前記クラスタ分割を行う必要があると判定された場合に、前記EPI画像上において直線検出を行うための前記直線クラスタをさらに分割し、分割後の前記直線クラスタのクラスタ情報を前記クラスタ更新手段に対して出力するクラスタ分割手段と、前記分割クラスタ判定手段によって、前記クラスタ分割を行う必要がないと判定された場合に、前記直線クラスタに属する画素から直線の領域情報、奥行き情報及び色情報とを算出して出力する領域計算手段とを備えることを特徴とする。 The present invention inputs image information point conversion means for converting the input EPI image into point information combining color information and coordinate information, and outputting the point information and cluster information of a straight line cluster. Updating the cluster information to output the updated cluster information, to input the updated cluster information, to determine whether it is necessary to further perform the cluster division, the cluster determination means, When it is determined by the divided cluster determination means that it is necessary to perform the cluster division, the straight line cluster for performing straight line detection on the EPI image is further divided, and cluster information of the divided straight line cluster is obtained. The cluster division is performed by the cluster dividing unit that outputs to the cluster updating unit and the divided cluster determining unit. If it is determined that there is no necessity, characterized in that it comprises the the pixels belonging to the linear cluster of linear region information, and an area calculation unit that calculates the depth information and the color information output.
本発明は、入力したEPI画像から色情報と座標情報とを組み合わせた点情報へ変換して出力する画像情報点変換ステップと、前記点情報と直線クラスタのクラスタ情報とを入力し、前記クラスタ情報の更新を行い更新後の前記クラスタ情報を出力するクラスタ更新ステップと、更新後の前記クラスタ情報を入力して、さらにクラスタ分割を行う必要があるか否かを判定する分割クラスタ判定ステップと、前記分割クラスタ判定ステップによって、前記クラスタ分割を行う必要があると判定された場合に、前記EPI画像上において直線検出を行うための前記直線クラスタをさらに分割し、分割後の前記直線クラスタのクラスタ情報を前記クラスタ更新ステップに対して出力するクラスタ分割ステップと、前記分割クラスタ判定ステップによって、前記クラスタ分割を行う必要がないと判定された場合に、前記直線クラスタに属する画素から直線の領域情報、奥行き情報及び色情報とを算出して出力する領域計算ステップとを有することを特徴とする。 The present invention inputs an image information point conversion step for converting the input EPI image into point information obtained by combining color information and coordinate information, and outputting the point information and cluster information of a straight line cluster. Updating the cluster and outputting the updated cluster information; inputting the updated cluster information; and determining whether or not further cluster splitting is required; and When it is determined by the divided cluster determination step that the cluster division is necessary, the straight line cluster for performing straight line detection on the EPI image is further divided, and the cluster information of the divided straight line cluster is obtained. A cluster dividing step for outputting to the cluster updating step and a divided cluster determining step; An area calculation step of calculating and outputting straight line area information, depth information and color information from pixels belonging to the straight line cluster when it is determined that the cluster division is not necessary. And
本発明は、コンピュータを、前記画像処理装置として機能させるための画像処理プログラムである。 The present invention is an image processing program for causing a computer to function as the image processing apparatus.
本発明によれば、柔軟な形状変化や領域数の変化に対応できる領域分割ができるとともに、誤差の小さい奥行き推定を行うことができるという効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to perform an area division that can cope with a flexible shape change and a change in the number of areas, and to obtain an effect that depth estimation with a small error can be performed.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による奥行き推定装置を説明する。図1は同実施形態における奥行き推定装置の構成を示すブロック図である。この図に示す奥行き推定装置は、コンピュータ装置によって構成し、画像情報点変換部1、クラスタ更新部2、分割クラスタ判定部3、クラスタ分割部4及び領域計算部5を備える。本実施形態では、直線上に並行に並べられたカメラアレイにより取得された直線上の光線からなるEPI画像を処理対象としている。 Hereinafter, a depth estimation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the depth estimation apparatus in the embodiment. The depth estimation apparatus shown in this figure is configured by a computer device and includes an image information point conversion unit 1, a cluster update unit 2, a divided cluster determination unit 3, a cluster division unit 4, and a region calculation unit 5. In the present embodiment, an EPI image composed of light rays on a straight line acquired by a camera array arranged in parallel on a straight line is a processing target.
図2は、EPI画像を取得する動作を示す説明図である。画像を取得するカメラ(直線カメラアレイ)は、x軸方向に1列に並んでいる。直線カメラアレイを構成するカメラのそれぞれは、縦方向(高さ)をv軸、横方向(幅)をu軸とした画像を取得する。図2に示すように、直線カメラアレイによって取得した複数の画像をx軸方向に並べて、v=aにおけるux平面で切り取った画像がEPI画像である。図3は、図2に示す取得動作によって取得した簡単なEPI画像の一例を示す図である。 FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an operation of acquiring an EPI image. Cameras (linear camera arrays) that acquire images are arranged in a line in the x-axis direction. Each of the cameras constituting the linear camera array acquires an image having the vertical direction (height) as the v-axis and the horizontal direction (width) as the u-axis. As shown in FIG. 2, an image obtained by arranging a plurality of images acquired by the linear camera array in the x-axis direction and cutting out on the ux plane at v = a is an EPI image. FIG. 3 is a diagram showing an example of a simple EPI image acquired by the acquisition operation shown in FIG.
EPI画像上では1つの直線を1つの光線とみなすことができ、光線の傾きは光源位置とカメラまでの距離を表している。観測視点画像における画素の輝度値を基に、EPI画像上で直線フィッティングを行うことで、切片と傾きから成る直線のパラメータとして光線を表現し、カメラとカメラの間の未観測視点画像を補間することが可能となる(図4参照)。図4は、直線を中心とするクラスタの例を示す説明図である。 On the EPI image, one straight line can be regarded as one light ray, and the inclination of the light ray represents the distance from the light source position to the camera. By performing linear fitting on the EPI image based on the luminance value of the pixel in the observation viewpoint image, the light ray is expressed as a linear parameter composed of the intercept and the inclination, and the unobserved viewpoint image between the cameras is interpolated. (See FIG. 4). FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a cluster centered on a straight line.
次に、図1に示す奥行き推定装置の処理動作を説明する。まず、取得されたEPI画像に対して、画像情報点変換部1は、画像情報を点情報へと変換する。次に、クラスタ更新部2は、点情報と初期クラスタ情報を入力として、クラスタのメンバ画素数、重心情報の情報更新を行う。そして、EPI画像上の画素全てに対して、クラスタ更新部2は、クラスタ情報の更新を行い、クラスタ分割部4は、クラスタの分割を繰り返すことによって、EPI画像上で直線検出を行っていく。 Next, the processing operation of the depth estimation apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the image information point conversion unit 1 converts the image information into point information for the acquired EPI image. Next, the cluster update unit 2 receives the point information and the initial cluster information as input, and updates the number of member pixels of the cluster and the centroid information. Then, the cluster update unit 2 updates the cluster information for all the pixels on the EPI image, and the cluster division unit 4 performs straight line detection on the EPI image by repeating the division of the cluster.
次に、分割クラスタ判定部3は、EPI画像を十分に表現できる程度の直線数になったと判定した時、クラスタの更新と分割を終了し、最後に領域計算部5によって、各クラスタのメンバ画素から光線の太さと傾き切片を出力する。 Next, when the divided cluster determination unit 3 determines that the number of straight lines is such that the EPI image can be sufficiently expressed, the update and division of the cluster are finished, and finally, the region calculation unit 5 performs the member pixel of each cluster. Output the ray thickness and slope intercept.
次に、図1に示す構成要素の詳細な処理動作を説明する。始めに、画像情報点変換部1の処理動作を説明する。画像情報点変換部1は、EPI画像のRGB(x,y)を入力として、点情報(点集合E={i:1≦i≦N}と点の数Nと、各点の情報{Xi,Yi,Zi}を出力する。RGB(x,y)は図3のように座標(x,y)の画素における色(R(x,y),G(x,y),B(x,y))であり各色R(x,y),G(x,y),B(x,y)は、赤・緑・青の色の強度(0〜255の整数)である。 Next, detailed processing operations of the components shown in FIG. 1 will be described. First, the processing operation of the image information point conversion unit 1 will be described. The image information point conversion unit 1 receives RGB (x, y) of the EPI image as input, and receives point information (point set E = {i: 1 ≦ i ≦ N}, the number N of points, and information {X i , Y i , Z i } are output, RGB (x, y) is the color (R (x, y), G (x, y), B) in the pixel at coordinates (x, y) as shown in FIG. (X, y)) and R (x, y), G (x, y), and B (x, y) are the intensities of red, green, and blue colors (integers from 0 to 255).
点集合は次の(1)〜(3)の処理によって生成する。
(1)E=φ(φは斜線つきゼロを表し、空集合である:以下同様),i=1とする。
(2)x=0,…,X−1、y=0,…,Y−1の全ての組み合わせについて下記(i)〜(iii)を実行する(ただし、X,YはEPI画像の幅と高さ)。
(i)E←EU{i}とする。
(ii)Xi=x,Yi=y,Zi=RGB(x,y)
(iii)i←i+1とする。
(3)N=iとする。
このようにして生成した点情報に基づき図5に示す点情報テーブルが生成されることになる。画像情報点変換部1は、この点情報テーブルを点情報としてクラスタ更新部2へ出力する。
The point set is generated by the following processes (1) to (3).
(1) E = φ (φ represents a hatched zero and is an empty set: the same applies hereinafter), i = 1.
(2) The following (i) to (iii) are executed for all combinations of x = 0,..., X−1, y = 0,..., Y−1 (where X and Y are the width of the EPI image) height).
(I) Let E ← EU {i}.
(Ii) X i = x, Y i = y, Z i = RGB (x, y)
(Iii) Let i ← i + 1.
(3) N = i.
The point information table shown in FIG. 5 is generated based on the point information generated in this way. The image information point conversion unit 1 outputs this point information table to the cluster update unit 2 as point information.
次に、クラスタ更新部2の処理動作を説明する。クラスタ更新部2は、点情報{Xi,Yi,Zi}とクラスタ情報{Nk,Ek,Ak,Bk,Ck}(k=1,…,j)を入力して、更新したクラスタ情報{Nk,Ek,Ak,Bk,Ck}を出力する。 Next, the processing operation of the cluster update unit 2 will be described. The cluster updating unit 2 inputs the point information {X i , Y i , Z i } and the cluster information {N k , E k , A k , B k , C k } (k = 1,..., J) The updated cluster information {N k , E k , A k , B k , C k } is output.
クラスタ更新部2は、画素を表すx,y軸方向には直線y=Akx+Bk、色の強度を表すz(RGB)軸方向には点Ckによるクラスタリングを行う。すべての点はセントロイドとなる直線(Akx+Bk,Ck)の最も近いクラスタEkに属する。クラスタ更新部2は、初回に実行するときは、クラスタ数j=1、初期クラスタのセントロイドAk,Bk,Ck(k=1)をランダムな値、クラスタE1=Eとして実行する。2回目以降は、クラスタ分割部4からの出力のクラスタ情報{Nk,Ek,Ak,Bk,Ck}(k=1,…,j)を入力として実行する。クラスタ更新処理は、下記の(1)〜(5)によって行う。 The cluster update unit 2 performs clustering with a straight line y = A k x + B k in the x and y axis directions representing pixels and a point C k in the z (RGB) axis direction representing color intensity. All points belong to the nearest cluster E k of the straight line (A k x + B k , C k ) that becomes the centroid. When the cluster update unit 2 is executed for the first time, the cluster number j = 1, and the initial cluster centroids A k , B k , C k (k = 1) are executed as random values and the cluster E 1 = E. . From the second time on, the cluster information {N k , E k , A k , B k , C k } (k = 1,..., J) output from the cluster dividing unit 4 is executed as an input. The cluster update process is performed according to the following (1) to (5).
(1)Ek(old)=Ek(k=1,2,…、j)とする。
(2)全ての点i∈Eについて、各クラスタk(k=1,…、j)との距離Di,kを計算する。
(3)全ての点i∈Eについて、クラスタEkを更新する。具体的には、最も距離の近いクラスタ
(5)(1)に戻り処理を繰り返す。
(1) Let E k (old) = E k (k = 1, 2,..., J).
(2) The distance D i, k with each cluster k (k = 1,..., J) is calculated for all points i∈E.
(3) Update cluster E k for all points iεE. Specifically, the nearest cluster
(5) Return to (1) and repeat the process.
例えば、距離関数Fdは下記のように与えることができる。
次に、クラスタ分割部4の処理動作を説明する。クラスタ分割部4は、クラスタ情報{Nk,Ek,Ak,Bk,Ck}(k=1,2,…,j)と分割クラスタインデックスL={l1,l2,…,ln}を入力し、分割後のクラスタ情報{Nk,Ek,Ak,Bk,Ck}(k=1,2,…,j、ただし分割後のjの値は、分割前からn増加(つまりj+n)となっている)を出力する。 Next, the processing operation of the cluster dividing unit 4 will be described. The cluster dividing unit 4 includes cluster information {N k , E k , A k , B k , C k } (k = 1, 2,..., J) and a divided cluster index L = {l 1 , l 2 ,. l n } and cluster information {N k , E k , A k , B k , C k } (k = 1, 2,..., j, where j is the value before division To n increase (that is, j + n) is output.
具体的には全てのl∈Lについて下記(1)〜(4)のように計算する。
(1)A′=Ai,B′=Bi,C′=Ciとする。
(2)Bi=B′+εy,Ci=C′+εzとする(εはランダムな値、またはY,Zで分散が大きい方向の単位ベクトル等)。
(3)j←j+1とする。
(4)Bi=B′−εy,Ci=C′−εzとする。
Specifically, the calculation is performed for all lεL as in the following (1) to (4).
(1) A ′ = A i , B ′ = B i , and C ′ = C i .
(2) B i = B ′ + ε y , Ci = C ′ + ε z (ε is a random value or a unit vector in a direction in which Y and Z have large dispersion).
(3) Let j ← j + 1.
(4) Let B i = B′−ε y and C i = C′−ε z .
次に、分割クラスタ判定部3の処理動作を説明する。分割クラスタ判定部3は、クラスタ情報{Nk,Ek,Ak,Bk,Ck}・点情報{Xi,Yi,Zi}を入力し、分割クラスタインデックスL={l1,l2,…,ln}、クラスタ情報{Nk,Ek,Ak,Bk,Ck}を出力する。分割クラスタ判定部3は、分割するクラスタが見つからない場合(つまりL=φのとき)、クラスタ情報を領域計算部5にそのまま出力する。分割するクラスタが見つかった場合(つまりL≠φのとき)、分割クラスタインデックスLとクラスタ情報{Nk,Ek,Ak,Bk,Ck}を出力する。 Next, the processing operation of the divided cluster determination unit 3 will be described. The divided cluster determination unit 3 receives the cluster information {N k , E k , A k , B k , C k } and point information {X i , Y i , Z i }, and the divided cluster index L = {l 1 , L 2 ,..., L n } and cluster information {N k , E k , A k , B k , C k }. When the cluster to be divided is not found (that is, when L = φ), the divided cluster determination unit 3 outputs the cluster information to the region calculation unit 5 as it is. When a cluster to be divided is found (that is, when L ≠ φ), a divided cluster index L and cluster information {N k , E k , A k , B k , C k } are output.
図6は、図1に示す分割クラスタ判定部3の構成を示すブロック図である。分割クラスタ判定部3は、クラスタ分割部31、クラスタ更新部32、情報量規準計算部33、情報量規準計算部34、インデックス生成部35を備える。 FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the divided cluster determination unit 3 shown in FIG. The divided cluster determination unit 3 includes a cluster division unit 31, a cluster update unit 32, an information amount criterion calculation unit 33, an information amount criterion calculation unit 34, and an index generation unit 35.
図6に示すクラスタ分割部31とクラスタ更新部32は、図1に示すクラスタ分割部4とクラスタ更新部2と同一の機能を有するものである。このため、分割クラスタ判定部3はクラスタを分割・更新することができ、その際の情報量(情報量基準計算部34)を算出することで、クラスタを分割しなかった際の情報量(情報量基準計算部33)と比較し、クラスタを分割すべきか否かを判断することを可能としている。k=1,…,jの各クラスタで分割する前のクラスタの情報量規準Ikと分割後のクラスタの情報量規準I′kを比較し、Ik>I′kのときそのクラスタは分割した方が良いクラスタとしてインデックス情報Lの集合にkを追加する。 The cluster dividing unit 31 and the cluster updating unit 32 shown in FIG. 6 have the same functions as the cluster dividing unit 4 and the cluster updating unit 2 shown in FIG. For this reason, the divided cluster determination unit 3 can divide and update the cluster, and by calculating the information amount (information amount reference calculation unit 34) at that time, the information amount (information) when the cluster is not divided Compared with the quantity reference calculation unit 33), it is possible to determine whether or not the cluster should be divided. Compare the information criterion I k of the cluster before dividing in each cluster of k = 1,..., j with the information criterion I ′ k of the cluster after dividing, and if I k > I ′ k , the cluster is divided As a better cluster, k is added to the set of index information L.
具体的には下記の(1)〜(9)の処理動作によって計算を行う。
(1)k=1、インデックス情報L=φとする。
(2)k=j+1のとき終了する。
(3)情報量規準計算部33は、クラスタ情報{Nk,Ek,Ak,Bk,Ck}に対して情報量規準Ikを計算する。
(4){N′1,E′k,A′1,B′1,C′1}={Nk,Ek,Ak,Bk,Ck}とする。
(5)クラスタ分割部31は、クラスタ情報{N′1,E′1,A′1,B′1,C′1}、分割インデックス情報{1}としてクラスタを分割し、分割後のクラスタ情報{N′1,E′k,A′1,B′1,C′1},{N′2,E′2,A′2,B′2,C′2}を得る。
(6)クラスタ更新部32は、分割後のクラスタ情報{N′1,E′k,A′1,B′1,C′1},{N′2,E′2,A′2,B′2,C′2}を更新し、更新後のクラスタ情報{N′1,E′k,A′1,B′1,C′1},{N′2,E′2,A′2,B′2,C′2}を得る。
(7)情報量規準計算部34は、クラスタ情報{N′1,E′k,A′1,B′1,C′1},{N′2,E′2,A′2,B′2,C′2}に対して情報量規準l′kを計算する。
(8)インデックス生成部35は、Ik≧I′kの場合、インデックス情報L←L∪{k}とする。
(9)k←k+1として(2)へ戻る。
Specifically, the calculation is performed by the following processing operations (1) to (9).
(1) k = 1 and index information L = φ.
(2) End when k = j + 1.
(3) The information amount criterion calculation unit 33 calculates the information amount criterion I k for the cluster information {N k , E k , A k , B k , C k }.
(4) Assume that {N ′ 1 , E ′ k , A ′ 1 , B ′ 1 , C ′ 1 } = {N k , E k , A k , B k , C k }.
(5) The cluster division unit 31 divides the cluster as cluster information {N ′ 1 , E ′ 1 , A ′ 1 , B ′ 1 , C ′ 1 } and division index information {1}, and the cluster information after the division {N ′ 1 , E ′ k , A ′ 1 , B ′ 1 , C ′ 1 }, {N ′ 2 , E ′ 2 , A ′ 2 , B ′ 2 , C ′ 2 } are obtained.
(6) The cluster updating unit 32 obtains the cluster information {N ′ 1 , E ′ k , A ′ 1 , B ′ 1 , C ′ 1 }, {N ′ 2 , E ′ 2 , A ′ 2 , B after the division. ′ 2 , C ′ 2 } and updated cluster information {N ′ 1 , E ′ k , A ′ 1 , B ′ 1 , C ′ 1 }, {N ′ 2 , E ′ 2 , A ′ 2 , B ′ 2 , C ′ 2 }.
(7) The information criterion calculation unit 34 obtains cluster information {N ′ 1 , E ′ k , A ′ 1 , B ′ 1 , C ′ 1 }, {N ′ 2 , E ′ 2 , A ′ 2 , B ′. 2 , C ′ 2 }, the information criterion l ′ k is calculated.
(8) The index generation unit 35 sets the index information L ← L 部 {k} when I k ≧ I ′ k .
(9) Set k ← k + 1 and return to (2).
情報量規準Ik,I′kは例えば下記のようにAIC・BICを用いて求めることができる。
・AIC Ik=−2lnL(Ek)+q
I′k=−2lnL(E′1)L(E′2)+2q
・BIC Ik=−2lnL(Ek)+qlnNk
I′k=−2lnL(E′1)L(E′2)+2qlnNk
L(Ek)はクラスタEkの尤度、qはクラスタのパラメータ数、Nkはクラスタのサンプル数とする
分散共分散行列が対角行列のときq=9(Akのパラメータ数1,Bkのパラメータ数1,Ckのパラメータ数3,Σkyのパラメータ数1、Σkzのパラメータ数3の合計)となる。
The information amount criteria I k and I ′ k can be obtained by using AIC / BIC as follows, for example.
AIC I k = -2 lnL (E k ) + q
I ′ k = −2 lnL (E ′ 1 ) L (E ′ 2 ) + 2q
BIC I k = −2 lnL (E k ) + qlnN k
I 'k = -2lnL (E' 1) L (E '2) + 2qlnN k
L (E k ) is the likelihood of the cluster E k , q is the number of parameters of the cluster, and N k is the number of samples of the cluster
When the variance-covariance matrix is a diagonal matrix, q = 9 (total number of parameters of A k , number of parameters of B k , number of parameters of C k , parameter number of 1 for Σ ky , parameter number of 3 for Σ kz )
次に、領域計算部5の処理動作を説明する。領域計算部5は、クラスタ情報{Nk,Ek,Ak,Bk,Ck}(k=1,…,j)を入力し、奥行情報Ak、色情報Ck、領域情報Wkを出力する。図7は、領域計算部5が最終結果として出力するテーブルの構成を示す図である。奥行情報Akは、クラスタ情報のAkでありこの傾きの大きさが少なければ少ないほど奥にあるオブジェクトであることを示す。また色情報Ckもクラスタ情報のCkであり、それぞれの色の強度Rk,Gk,Bkを持つ。領域情報wkは、クラスタの大きさ(直線の太さ)でありそれぞれのクラスタ{Nk,Ek,Ak,Bk,Ck}で下記の(1)〜(3)の処理動作によって求めることができる。 Next, the processing operation of the area calculation unit 5 will be described. The area calculation unit 5 inputs the cluster information {N k , E k , A k , B k , C k } (k = 1,..., J), the depth information A k , the color information C k , and the area information W k is output. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a table output by the area calculation unit 5 as a final result. The depth information A k is the cluster information A k , and the smaller the inclination, the deeper the object. The color information C k is also cluster information C k , and has the intensity R k , G k , and B k of each color. The area information w k is the size of the cluster (thickness of the straight line), and the processing operations (1) to (3) below are performed for each cluster {N k , E k , A k , B k , C k }. Can be obtained.
(1)クラスタに属する全ての点i∈Ekについて、セントロイドAk,Bkとの差Hi,kを下記の式によって計算する。
Hi,k=|Yi−(AkXk+Bk)|
(2)全ての点i∈Ekの中でHi,kの最大値maxi{Hi,k}を求める。
(3)下記式により差の最大値maxi{Hi,k}から領域wkを求める
H i, k = | Y i − (A k X k + B k ) |
(2) Find the maximum value max i {H i, k } of H i, k among all points i∈E k .
(3) Obtain the region w k from the maximum difference value max i {H i, k } by the following equation.
以上説明したように、分割領域形状と分割領域の奥行きの同時推定を行うために、まず多視点画像からEPI画像断面画像を抽出する。そして、すべてのEPI画像断面画像に対して同様の処理を行う。これを実現するために、本実施形態による奥行き推定装置は、EPI画像断面画像を点情報へと変換する画像情報点変換部1と、クラスタリングの情報を逐次更新していくためのクラスタ更新部2と、クラスタを分割するか否かを判定する分割クラスタ判定部3と、クラスタを分割するクラスタ分割部4と、直線パラメータ及び直線を重心とするクラスタの大きさ等を計算する領域計算部5とを備えた。これにより、領域分割推定と奥行き推定において、EPI画像断面画像に対して、直線クラスタリングという新しい枠組みで、光線の傾きと切片と幅を同時に推定することできる。また、光線の奥行きと領域の同時推定において、その終了判断条件を情報量規準とした。 As described above, in order to perform simultaneous estimation of the shape of the divided region and the depth of the divided region, first, an EPI image cross-sectional image is extracted from the multi-viewpoint image. Then, the same processing is performed on all EPI image cross-sectional images. In order to realize this, the depth estimation apparatus according to the present embodiment includes an image information point conversion unit 1 that converts an EPI image slice image into point information, and a cluster update unit 2 that sequentially updates clustering information. A divided cluster determination unit 3 that determines whether or not to divide the cluster, a cluster division unit 4 that divides the cluster, a region calculation unit 5 that calculates a linear parameter, a size of the cluster with the straight line as the center of gravity, and the like, Equipped with. Thereby, in the area division estimation and the depth estimation, it is possible to simultaneously estimate the inclination, intercept and width of the light ray with respect to the EPI image cross-sectional image by a new framework called linear clustering. In addition, in the simultaneous estimation of the ray depth and the region, the end determination condition is used as the information criterion.
この構成によって、視点画像間において整合性のとれた領域分割が可能になる。また、領域分割数が初期値に依存しない自由度の高い領域分割が可能になる。さらに、特定の画像にのみ依存しない奥行き推定が可能になる(領域形状と奥行きを同時に推定できる)。 With this configuration, it is possible to perform region division with consistency between viewpoint images. In addition, it is possible to perform region division with a high degree of freedom in which the number of region divisions does not depend on the initial value. Furthermore, depth estimation independent of only a specific image is possible (region shape and depth can be estimated simultaneously).
前述した実施形態における奥行き推定装置をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、PLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。 You may make it implement | achieve the depth estimation apparatus in embodiment mentioned above with a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read into a computer system and executed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory inside a computer system serving as a server or a client in that case may be included and a program held for a certain period of time. Further, the program may be for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system. It may be realized using hardware such as PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array).
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention has been described with reference to drawings, the said embodiment is only the illustration of this invention, and it is clear that this invention is not limited to the said embodiment. is there. Therefore, additions, omissions, substitutions, and other modifications of the components may be made without departing from the technical idea and scope of the present invention.
柔軟な形状変化や領域数の変化に対応できる領域分割ができるとともに、誤差の小さい奥行き推定を行うことが不可欠な用途に適用できる。 It can be applied to applications where it is essential to perform depth estimation with a small error as well as to be able to divide the region to accommodate flexible shape changes and changes in the number of regions.
1・・・画像情報点変換部、2・・・クラスタ更新部、3・・・分割クラスタ判定部、4・・・クラスタ分割部、5・・・領域計算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image information point conversion part, 2 ... Cluster update part, 3 ... Divided cluster determination part, 4 ... Cluster division part, 5 ... Area calculation part
Claims (3)
前記点情報と直線クラスタのクラスタ情報とを入力し、前記クラスタ情報の更新を行い更新後の前記クラスタ情報を出力するクラスタ更新手段と、
更新後の前記クラスタ情報を入力して、分割する前のクラスタの情報量規準I k と分割後のクラスタの情報量規準I’ k とを比較し、I k >I’ k のときにそのクラスタをさらに分割すると判定することにより、さらにクラスタ分割を行う必要があるか否かを判定する分割クラスタ判定手段と、
前記分割クラスタ判定手段によって、前記クラスタ分割を行う必要があると判定された場合に、前記EPI画像上において直線検出を行うための前記直線クラスタをさらに分割し、分割後の前記直線クラスタのクラスタ情報を前記クラスタ更新手段に対して出力するクラスタ分割手段と、
前記分割クラスタ判定手段によって、前記クラスタ分割を行う必要がないと判定された場合に、前記直線クラスタに属する画素から直線の領域情報、奥行き情報または色情報とを算出して出力する領域計算手段と
を備え、
前記I k を、
I k =−2lnL(E k )+q、
前記I’ k を、
I’ k =−2lnL(E’ 1 )L(E’ 2 )+2q
によって求める、
または、
前記I k を、
I k =−2lnL(E k )+qlnN k、
前記I’ k を、
I’ k =−2lnL(E’ 1 )L(E’ 2 )+2qlnN k
によって求める(ただし、L(E k )はクラスタE k の尤度、qはクラスタのパラメータ数、N k はクラスタのサンプル数である)
ことを特徴とする画像処理装置。 Image information point conversion means for converting the input EPI image into point information combining color information and coordinate information and outputting the point information;
Cluster update means for inputting the point information and the cluster information of the straight line cluster, updating the cluster information and outputting the updated cluster information;
The updated cluster information is input, the information criterion I k of the cluster before the division is compared with the information criterion I ′ k of the cluster after the division, and when I k > I ′ k , the cluster A split cluster determination means for determining whether or not further cluster splitting needs to be performed,
When the divided cluster determination unit determines that the cluster division is necessary, the straight line cluster for performing straight line detection on the EPI image is further divided, and the cluster information of the straight line cluster after the division is obtained. Cluster dividing means for outputting to the cluster updating means,
An area calculation means for calculating and outputting straight line area information, depth information or color information from pixels belonging to the straight line cluster when the divided cluster determination means determines that the cluster division is not necessary. Bei to give a,
The I k,
I k = -2 lnL (E k ) + q,
The I 'k,
I ′ k = −2 lnL (E ′ 1 ) L (E ′ 2 ) + 2q
Asking for,
Or
The I k,
I k = −2lnL (E k ) + qlnN k,
The I 'k,
I ′ k = −2 lnL (E ′ 1 ) L (E ′ 2 ) + 2qlnN k
(Where L (E k ) is the likelihood of cluster E k , q is the number of parameters in the cluster, and N k is the number of samples in the cluster)
An image processing apparatus.
前記点情報と直線クラスタのクラスタ情報とを入力し、前記クラスタ情報の更新を行い更新後の前記クラスタ情報を出力するクラスタ更新ステップと、
更新後の前記クラスタ情報を入力して、分割する前のクラスタの情報量規準I k と分割後のクラスタの情報量規準I' k とを比較し、I k >I' k のときにそのクラスタをさらに分割すると判定することにより、さらにクラスタ分割を行う必要があるか否かを判定する分割クラスタ判定ステップと、
前記分割クラスタ判定ステップによって、前記クラスタ分割を行う必要があると判定された場合に、前記EPI画像上において直線検出を行うための前記直線クラスタをさらに分割し、分割後の前記直線クラスタのクラスタ情報を前記クラスタ更新ステップに対して出力するクラスタ分割ステップと、
前記分割クラスタ判定ステップによって、前記クラスタ分割を行う必要がないと判定された場合に、前記直線クラスタに属する画素から直線の領域情報、奥行き情報または色情報とを算出して出力する領域計算ステップと
を有し、
前記I k を、
I k =−2lnL(E k )+q、
前記I’ k を、
I’ k =−2lnL(E’ 1 )L(E’ 2 )+2q
によって求める、
または、
前記I k を、
I k =−2lnL(E k )+qlnN k、
前記I’ k を、
I’ k =−2lnL(E’ 1 )L(E’ 2 )+2qlnN k
によって求める(ただし、L(E k )はクラスタE k の尤度、qはクラスタのパラメータ数、N k はクラスタのサンプル数である)
ことを特徴とする画像処理方法。 An image information point conversion step for converting the input EPI image into point information combining color information and coordinate information and outputting the point information;
A cluster update step of inputting the point information and cluster information of a straight line cluster, updating the cluster information and outputting the updated cluster information;
The updated cluster information is input, the information criterion I k of the cluster before the division is compared with the information criterion I ′ k of the cluster after the division, and when I k > I ′ k , the cluster A split cluster determination step for determining whether or not further cluster splitting needs to be performed by determining to further split
When it is determined by the divided cluster determination step that the cluster division is necessary, the straight line cluster for performing straight line detection on the EPI image is further divided, and cluster information of the divided straight line cluster is obtained. A cluster dividing step for outputting to the cluster update step;
An area calculation step for calculating and outputting straight line area information, depth information or color information from pixels belonging to the straight line cluster when it is determined by the divided cluster determination step that the cluster division is not necessary; I have a,
The I k,
I k = -2 lnL (E k ) + q,
The I 'k,
I ′ k = −2 lnL (E ′ 1 ) L (E ′ 2 ) + 2q
Asking for,
Or
The I k,
I k = −2lnL (E k ) + qlnN k,
The I 'k,
I ′ k = −2 lnL (E ′ 1 ) L (E ′ 2 ) + 2qlnN k
(Where L (E k ) is the likelihood of cluster E k , q is the number of parameters in the cluster, and N k is the number of samples in the cluster)
An image processing method.
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