JP2007036742A - Method and apparatus for synthesizing multiple images - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同一の被写体を含み、時系列的(時間軸方向に連続的)に撮像された複数の画像の合成を行う複数画像合成方法及び複数画像合成装置に関するものである。 The present invention relates to a multi-image synthesis method and a multi-image synthesis apparatus that synthesize a plurality of images that are captured in time series (continuously in the time axis direction) including the same subject.
平滑化フィルタを施すことで信号に含まれるランダムノイズ成分が減衰することに着目し、動画を構成する各々の静止画像を時間軸方向に積算して、SN比を改善し、実質的に撮像感度を向上させる画像合成方法が従来から提供されている。またこの方法には、出力画像を画像合成処理の一方の入力画像とし、新規に取得した画像を他方の入力画像とし、両入力画像を平均処理する処理方法が効率的であるため用いられている。この方法は数学的には無限インパルス応答関数としてよく知られている処理方法である。この処理方法による高感度化手法を用いた映像信号処理装置が提供されている(例えば特許文献1)。 Focusing on the fact that the random noise component included in the signal is attenuated by applying the smoothing filter, the respective still images constituting the moving image are integrated in the time axis direction, the SN ratio is improved, and the imaging sensitivity is substantially increased. Conventionally, an image composition method for improving the image quality has been provided. This method is also used because the output image is used as one input image for image composition processing, the newly acquired image is used as the other input image, and the processing method of averaging both input images is efficient. . This method is mathematically well known as an infinite impulse response function. There has been provided a video signal processing apparatus using a high sensitivity technique by this processing method (for example, Patent Document 1).
また、ビデオデッキやテレビモニタなどの動画を扱う映像機器においても、新旧のフレームの同一位置画素の信号(画素値)を平均してノイズ低減を実現する方法があり、単一フレームである一つの静止画像における二次元平滑化フィルタと組み合わせた「三次元デジタルノイズリダクション」として知られており、この三次元デジタルノイズリダクションを用いた映像信号処理装置が提供されている(例えば特許文献2)。 In video equipment that handles moving images, such as VCRs and TV monitors, there is a method that achieves noise reduction by averaging signals (pixel values) of pixels in the same position in old and new frames. This is known as “three-dimensional digital noise reduction” combined with a two-dimensional smoothing filter in a still image, and a video signal processing apparatus using this three-dimensional digital noise reduction is provided (for example, Patent Document 2).
また更に露光量の異なる複数の画像を連続取得して、暗い部分の再現に適した画像と明るい部分の再現に適した画像とを組み合わせることで見掛け上のダイナミックレンジの拡大を実現する合成処理方法も従来からあり、この見掛け上のダイナミックレンジの拡大を実現する方法用いて画像合成を行う撮像画面合成装置が提供されている(例えば特許文献3)。
ところで、上述の無限インパルス応答関数では、過去の情報が減衰しながらも残るので、この無限インパルス応答関数を用いる画像合成を特許文献1に開示されている映像信号処理装置のように行うと、画枠に対して動いている被写体には尾を引くような残像が発生する。このような例に限らず、時系列的に得られる複数の画像を用いて合成して新たな画像を生成する際には、被写体の動きにより何らかの不具合が生じるという課題があった。
By the way, in the above infinite impulse response function, past information remains while being attenuated. Therefore, when image synthesis using this infinite impulse response function is performed as in the video signal processing apparatus disclosed in
また特許文献3に開示されている撮像画面合成装置では、画面全体を代表する一つの動きベクトルにより動きの補正を行っているので、異なる方向に移動する複数の被写体がある場合や、回転や拡大縮小などの変形を伴う場合に配置を補正しきれないという問題がある。また二つの画像を対照して動きベクトルを求める場合、動きベクトルを求める点を細かく増やしていくと、画像上の各画素の動きベクトルを求めることができるものの、処理時間の増大や局所的な精度低下という問題がある。
Further, in the imaging screen composition device disclosed in
本発明は、上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、時系列的に連続撮像された複数の画像を合成処理する際に、被写体の変化によって生じるぶれや残像などの不具合を避けることができる複数画像合成処理方法及び複数画像合成装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described points, and the object of the present invention is, for example, blurring or afterimages caused by a change in a subject when a plurality of images continuously captured in time series are combined. It is an object of the present invention to provide a multiple image composition processing method and a multiple image composition apparatus that can avoid the above-mentioned problems.
上述の目的を達成するために、請求項1の複数画像合成処理方法の発明では、同一の被写体を含み、時系列的に連続撮像された複数の画像の間で、画素値の演算を行う画像合成処理により合成画像を得る複数画像合成方法において、前記画像合成処理を伴う第1の動作状態にあるときに、前記被写体の変化に関する情報の変化があると、前記画像合成処理を伴わない第2の動作状態に移行することを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the invention of the multiple image composition processing method of
請求項1の複数画像合成処理方法の発明によれば、時系列的に連続撮像された複数の画像を用いて合成画像を生成する処理を、継続的に実施している最中に画像合成に不具合を生じるような被写体の変化を関する情報の変化があると、画像合成処理を行わない動作状態となるため、ぶれや残像などの不具合を避けることができる。 According to the multiple image composition processing method of the first aspect of the present invention, the process of generating a composite image using a plurality of images that are continuously captured in time series is performed during image synthesis. If there is a change in information relating to a change in the subject that causes a problem, an operation state in which the image composition processing is not performed is performed, so that problems such as blurring and afterimages can be avoided.
請求項2の複数画像合成処理方法の発明では、請求項1の発明において、前記被写体の変化に関する情報が被写体の撮像条件であって、該撮像条件の変化が所定以上あると前記第2の動作状態に移行することを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, there is provided the second image processing method according to the first aspect, wherein the information regarding the change in the subject is an imaging condition of the subject, and the second operation is performed when the change in the imaging condition is equal to or greater than a predetermined value. It is characterized by shifting to a state.
請求項2の発明によれば、撮像条件が変化して不具合が発生する場合について回避できる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to avoid a case where a malfunction occurs due to a change in imaging conditions.
請求項3の複数画像合成処理方法の発明では、請求項1の発明において、前記被写体の変化に関する情報が、被写体を撮像した動画像と同時に取得される音声信号であって、該音声信号の変化が所定以上あると前記第2の動作状態に移行することを特徴とする。 According to a third aspect of the invention, there is provided the multiple image composition processing method according to the first aspect, wherein the information on the subject change is an audio signal acquired simultaneously with a moving image in which the subject is imaged. When the value is equal to or greater than a predetermined value, the second operation state is entered.
請求項3の複数画像合成処理方法の発明によれば、人からなる被写体の口が変化するような場合の不具合発生を回避できる。 According to the multiple image composition processing method of the third aspect of the present invention, it is possible to avoid the occurrence of problems when the mouth of a subject made up of people changes.
請求項4の複数画像合成処理方法の発明では、請求項1の発明において、前記被写体の変化に関する情報が、被写体を含む撮像範囲内の物体の動きを検知する動体検知手段からの検知信号であって、該動体検知手段から動体を検知していることを示す検知信号があると、前記第2の動作状態に移行することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the invention, there is provided the multiple image composition processing method according to the first aspect of the invention, wherein the information related to the change of the subject is a detection signal from a moving body detecting unit that detects the movement of an object within the imaging range including the subject. When there is a detection signal indicating that a moving object is detected from the moving object detection means, the second operation state is entered.
請求項4の複数画像合成処理方法の発明によれば、被写体が移動するような場合の不具合発生を回避できる。 According to the invention of the multiple image composition processing method of the fourth aspect, it is possible to avoid the occurrence of problems when the subject moves.
請求項5の複数画像合成処理方法の発明では、請求項1の発明において、前記被写体の変化に関する情報が、被写体を撮像した動画像の輝度であって、該輝度の変化が所定以上あれば前記第2の動作状態に移行することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the multiple image composition processing method according to the first aspect of the present invention, wherein the information related to the change in the subject is the luminance of a moving image obtained by imaging the subject, It shifts to the 2nd operation state, It is characterized by the above-mentioned.
請求項5の複数画像合成処理方法の発明によれば、被写体の周辺の明るさが変化した場合の不都合が回避できる。 According to the multiple image composition processing method of the present invention, inconvenience when the brightness around the subject changes can be avoided.
請求項6の複数画像合成処理方法の発明では、請求項1の発明において、前記被写体の変化に関する情報が、被写体を撮像した動画像の動き量若しくは変化量であって、該動き量若しくは変化量が所定以上あれば第2の動作状態に移行することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the multiple image composition processing method according to the first aspect, wherein the information related to the change in the subject is a motion amount or a change amount of a moving image obtained by imaging the subject. If is greater than or equal to a predetermined value, the second operation state is entered.
請求項6の発明によれば、動画像の合成において、類似性の低い場合や、ずれ量が大きい場合、或いは誤算等による不具合発生を回避できる。 According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to avoid the occurrence of troubles due to miscalculation or the like when the similarity is low, the shift amount is large, or the moving image is synthesized.
請求項7の複数画像合成装置の発明において、被写体を含む所定範囲を撮像する撮像手段と、出力画像を記憶する画像記憶手段と、新規に撮像された画像と前記画像記憶手段に記憶されている出力画像との画素値を演算して両画像の合成処理を行う画像合成手段と、被写体の変化に関する情報を取得する変化情報取得手段と、該変化情報取得手段が取得した情報の変化の具合に応じて前記画像合成手段による画像合成処理を伴う第1の動作状態か、画像合成処理を伴わない第2の動作状態かを判断する処理方法判断手段とを備えていることを特徴とする。
8. The multi-image composition apparatus according to
請求項7の複数画像合成装置の発明によれば、時系列的に連続撮像された複数の画像を用いて合成画像を生成する処理を、継続的に実施している最中に画像合成に不具合を生じるような被写体の変化を関する情報の変化があると、画像合成処理を行わない動作状態となるため、ぶれや残像などの不具合を避けることができる。
According to the invention of the multiple image composition device according to
本発明の複数画像合成方法及び複数画像合成装置は、時系列的に連続撮像された複数の画像を用いて合成画像を生成する処理を、継続的に実施している最中に画像合成に不具合を生じるような被写体の変化を関する情報の変化があると、画像合成処理を行わない動作状態となるため、ぶれや残像などの不具合を避けることができるという効果がある。 The multi-image composition method and multi-image composition device of the present invention have a problem in image composition while continuously performing a process of generating a composite image using a plurality of images that are continuously captured in time series. If there is a change in the information related to the change in the subject that causes an image, an operation state in which the image composition processing is not performed is performed, and thus there is an effect that problems such as blurring and afterimages can be avoided.
以下本発明を実施形態により説明する。
(実施形態1)
本実施形態の撮像装置は図1(b)に示すように建築物の天井等に取り付けられ、被写体Mnを含む所定撮影領域を時系列的に連続撮像する撮像手段1と、この撮像手段1で撮像された動画を取り込んで画像合成を行う画像合成処理部2とで構成され、画像合成処理部2からの出力画像を表示する画像表示手段3が接続される。
Embodiments of the present invention will be described below.
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1 (b), the imaging apparatus of the present embodiment is attached to the ceiling of a building, and the
画像合成処理部2は、図1(a)に示すように出力画像を保存する画像記憶手段4と、画像記憶手段4で保存している保存画像と撮像手段1で得られる動画を構成する複数の静止画像の内最も最新の取得画像との画像合成を行う画像合成手段5と、撮像手段1の姿勢を制御する姿勢制御手段6と、撮像手段1の撮像条件を制御する撮像条件制御手段7と、姿勢制御手段6からの撮像手段1の姿勢情報と撮像条件制御手段7からの条件情報とから画像での動きベクトルに換算する画像動き換算手段8と、画像上の対象被写体領域を参照して動きベクトル測定点を設定し、取得画像と保存画像との間で動きベクトルを算出する画像動き算出手段9と、被写体の変化を被写体の動きとして捉える動体検知手段10及び被写体の変化を音声で捉えるための音声情報取得手段11からなる変化情報取得手段と、画像動き換算手段8、画像動き算出手段9、動体検知手段10及び音声情報取得手段11の出力に基づいて画像合成手段5での合成処理を行うか否かを判断する処理方法判断手段12とで構成される。
As shown in FIG. 1A, the image
ここで画像合成処理部2を構成する各手段は、マイクロコンピュータにおいてプログラムを実行することで実現される機能で構成しても良く、またハードウェア構成により個々に独立する形で構成しても良い。また画像合成処理部2は図1(b)に示すように撮像手段1とは別体となっているが、撮像手段1と一体となって撮像装置を構成しても良い。更に画像表示手段3をも一体に組み込んで撮像装置を構成しても良い。
Here, each means constituting the image
次に画像合成処理部2の各手段の動作について説明する。
Next, the operation of each unit of the image
まず画像動き算出手段9は、画像上から抽出した対象被写体領域に対して動きベクトル測定点を設定し、新たに撮像手段1から取得した取得画像と、画像記憶手段5に保存している保存画像との動きベクトルを算出する。図3は画像動き算出手段9において求められた動きベクトルの例を示しており、図3(a)は保存画像を、図4(b)は取得画像を夫々示し、保存画像で抽出した対象被写体Mnの画像上に複数の動きベクトル測定点を設定し、その動きベクトル測定点においてブロックマッチング法により複数の動きベクトルを測定する(図2(c)において「→」で示す)。この測定結果は処理方法判断手段12及び画像合成手段5へ出力される。尚取得画像と保存画像との間で個々の動きベクトルの差が小さい場合は画像に生じている動きが一様に近く、差が大きい場合は場所により動きが異なることを意味する。後者の場合は取得時刻の異なる画像の間で動体の陰になったり、陰から現れたりする部分があるので、画像合成を行えば不具合が生じることになる。
First, the image
撮像手段1は図3に示すようにモータのような駆動手段(図示せず)が姿勢制御手段6により制御されることで、水平方向(パン)Hと垂直方向(チルト)Vの姿勢が制御されるが、画像動き換算手段8は姿勢制御手段6から撮像手段1の姿勢情報を取り込み、画像合成に使用される各画像の取得時の相対的な振れ角θを測定する。勿論撮像カメラの姿勢制御が為されない場合には姿勢情報として変位ゼロが採用される。 As shown in FIG. 3, the image pickup means 1 is controlled by the attitude control means 6 with a drive means (not shown) such as a motor, thereby controlling the attitude in the horizontal direction (pan) H and the vertical direction (tilt) V. However, the image motion conversion means 8 takes in the posture information of the imaging means 1 from the posture control means 6 and measures the relative shake angle θ at the time of acquisition of each image used for image synthesis. Of course, when the posture control of the imaging camera is not performed, zero displacement is adopted as the posture information.
画像動き換算手段8は上述のように求めた振れ角θを、撮像条件制御手段7から得る撮像手段1の光学系の焦点距離lからなる条件情報を用いて動きベクトルに換算する。図4(a)、(b)は換算例を示しており、この図では事象を判り易くするために、画像における中心からの座標をxのみで表し、上述の振れ角θと、上述の焦点距離lとを用いて取得画像と保存画像との撮影時刻のずれによる結像面α上での像の移動量Δxを、Δx=[(l2+x2)/l]tanθと定義し、必要に応じて姿勢制御手段6からの歪曲情報も加えて動きベクトル分布を測定する。この測定結果は処理方法判断手段12及び画像合成手段5へ出力される。
The image
画像合成手段5は、画像動き算出手段9からの動きベクトルと、画像動き換算手段8からの動きベクトル分布とを動きベクトル候補として用いて保存画像に対する動き補正を行った上で、取得画像と保存画像との間で画像上同一座標の画素値をm:nの重み付け平均を求め、この平均した画素値による画像を合成画像として出力し、この出力した合成画像を画像記憶手段2に記憶させ、撮影手段1から取得する新たな画像と処理する際に新たな保存画像として用いる。この一連の処理は図5に示す無限長インパルス応答IIRフィルタとして示すことができ、このフィルタが平滑化フィルタとして作用してノイズの低減が図れる。ところで、時系列的に取得された個々の画像の、最新の合成画像における加算割合は図6に示すようになり、動く被写体では過去の情報が尾を引くように残るため、ぶれが生じる。尚図6中左端の棒グラフが新規に撮影した取得画像を、その右隣りから右方向に過去に遡る形で取得された画像のバーを示し、この画像のバーの長さが最新の合成画像、つまり保存画像における加算割合を示す。
The
動体検知手段10は 図7(a)に示すように人からなる被写体Mnが発する熱線(赤外線)や、超音波の反射波を用いて撮像手段1で取得する画像によらずして撮像手段1が向いている撮影範囲内で動く物体(被写体Mn)を検知するもので、検知信号を被写体Mnの変化を示す信号として処理方法判断手段12へ出力する。
As shown in FIG. 7A, the moving
マイクロフォン等からなる音声情報取得手段11は、図7(b)に示すように撮像手段1から画像を取得する時刻の前後に渡って撮像手段1の向いている方向の音声情報を取得するものであり、被写体Mnの変化を検知する信号として音声情報を処理方法判断手段12へ出力する。
The audio
処理方法判断手段12は、画像合成手段5で取得画像と保存画像の画素値を加算して画像合成を行って合成画像を出力する第一の動作状態と、画像合成を行わず取得画像の画素値をそのまま用いた画像を出力する第二の動作状態との何れかを画像合成手段5に指示するための処理方法判断を行うもので、次のような機能が備わっている。
The processing
つまり動体検知手段10から動体の検知信号が入力された場合には、被写体Mnの移動による画像合成の不具合発生を防止するために画像合成を実施しないという判断を為し、その判断結果を画像合成手段5へ出力する機能と、音声情報取得手段11から音声情報に人の声が含まれている場合には、撮影対象となっている被写体Mnたる人が口を変形させて声を発している可能性があると判断して、被写体Mnの変形による画像合成の不具合発生を防止するために画像合成を実施しないという判断を為し、その判断結果を画像合成手段5へ出力する機能と、画像動き算出手段7において求められた複数の動きベクトルにおいて次の何れかに当てはまる場合にも画像合成を実施しないという判断を為す機能とを備えている。
That is, when a moving object detection signal is input from the moving object detection means 10, it is determined that image combining is not performed in order to prevent image combining problems caused by movement of the subject Mn, and the determination result is used as the image combining. When the voice information is included in the voice information from the voice information acquisition means 11 and the function to be outputted to the
ここで複数の動きベクトルにおいて画像合成を実施しないと判断するのは次の何れか場合による。つまり測定された複数の動きベクトルの類似性が所定の条件より低い場合には図2(d)で示すような陰の部分(腕や頭)Mn’での不具合発生が推定される場合と、複数の動きベクトルを代表する動きベクトルが所定の大きさを越え、ずれ量が大きすぎて合成の有効部分が小さくなってしまう場合と、複数の動きベクトルを代表する動きベクトルと画像動き換算手段8で求められた各動きベクトルの違いとが所定の大きさを越え、画像動き算出手段8において動きベクトルの算出を誤っている可能性が高いと推定される場合とである。尚上述の動作ベクトルの代表の求め方は、例えば求めた動きベクトルにおいて過半数以上等しい動きベクトルを代表値の動きベクトルとする。 Here, it is determined that image synthesis is not performed for a plurality of motion vectors in any of the following cases. That is, when the similarity of the measured motion vectors is lower than the predetermined condition, the occurrence of a malfunction in the shadow part (arm or head) Mn ′ as shown in FIG. When the motion vector representing a plurality of motion vectors exceeds a predetermined size and the amount of deviation is too large to reduce the effective portion of the composition, the motion vector representing the plurality of motion vectors and the image motion conversion means 8 And the difference between the motion vectors obtained in (1) exceeds a predetermined size, and it is estimated that there is a high possibility that the image motion calculation means 8 has erroneously calculated the motion vector. Note that the above-described method of obtaining a representative motion vector is, for example, a motion vector equal to a majority or more in the obtained motion vector as a representative value motion vector.
而して本実施形態によれば、処理方法判断手段12によって、被写体Mnの変化により画像合成に不具合が発生する場合には画像合成を行わないと判断し、画像合成手段5での画像合成処理を行わず、取得画像の画素値をそのまま利用した画像を出力するので、ぶれや残像などの不具合を避けることができることになる。 Thus, according to the present embodiment, the processing method determining means 12 determines that image composition is not performed when a problem occurs in image composition due to a change in the subject Mn, and the image composition processing in the image composition means 5 is performed. Since the image using the pixel value of the acquired image as it is is output without performing the above-described processing, problems such as blurring and afterimage can be avoided.
また動体検知手段10としては、熱線や超音波を利用するものに限定されるものではない、動体を検知できる手段であれば良く、例えば画像センサを用いることもできる。 Further, the moving body detection means 10 is not limited to a means using heat rays or ultrasonic waves, and any means capable of detecting a moving body may be used. For example, an image sensor may be used.
また、露出、アングル、色バランスの変動などの撮像条件を、状態移行判断時の条件としもよい。また照明等の明るさの変化、つまり輝度変化を条件としても良い。 In addition, imaging conditions such as exposure, angle, and color balance variation may be used as conditions for determining state transition. Further, a change in brightness such as illumination, that is, a change in luminance may be used as a condition.
(実施形態2)
本実施形態の撮影装置は、図8(a)に示すように撮像手段1及び画像処理部2を可搬型の筐体14に一体的に組み込んで構成されたもので、筐体14を使用者Uが手に持って任意の方向に向けられる構成となっており、撮像手段1の姿勢を変化させる姿勢制御手段は有しないが、図8(b)に示すように姿勢制御手段の代わりに.撮像手段1の変位測定手段13が備えられている以外は図2にある実施形態1と同じである。変位測定手段13は角速度センサ(図示せず)により合成に使用される画像の取得時点での光学系光軸の角度を測定するもので、必要であれば加速度センサを設け同じく相対位置を測定する。建造物や三脚などに固定されていて向きの変わらない撮像装置では変位測定手段13は不要で、変位測定手段13の出力に代わる情報として変位ゼロが採用される。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 8A, the photographing apparatus according to the present embodiment is configured by integrating the
この変位情報の利用方法は実施形態1における姿勢制御手段6から出力される撮像手段1の変位情報と同じである。 The method of using this displacement information is the same as the displacement information of the imaging means 1 output from the attitude control means 6 in the first embodiment.
尚その他の構成は実施形態1と同じであるので同じ構成要素に同じ符号を付して説明は省略する。 Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
1 撮像カメラ
2 画像合成処理部
3 画像表示手段
4 画像記憶手段
5 画像合成手段
6 姿勢制御手段
7 撮像条件制御手段
8 画像動き換算手段
9 画像動き算出手段
10 動体検知手段
11 音声情報取得手段
12 処理方法判断手段
Mn 被写体
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