JP7223079B2 - IMAGE PROCESSING APPARATUS, CONTROL METHOD THEREOF, AND IMAGING APPARATUS - Google Patents
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Description
本発明は、画像処理装置およびその制御方法、ならびに撮像装置に関し、特には画像間で特定の領域を追跡する技術に関する。 The present invention relates to an image processing device, its control method, and an imaging device, and more particularly to technology for tracking a specific region between images.
ある時刻tに撮影された画像内の領域と類似した領域を、時刻tより後に撮影された1つ以上の画像内で探索することで、領域の経時的な動きを検出することができる。例えば動画撮影において特定の被写体の領域(顔領域)の動きを検出することにより、特定の被写体にピントを合わせ続けたり、特定の被写体の露出が適正になるように露出条件を動的に変更したりすることが可能になる(特許文献1)。 By searching for regions in one or more images taken after time t for regions similar to regions in images taken at time t, movement of regions over time can be detected. For example, by detecting the movement of a specific subject's area (face area) during movie shooting, it is possible to keep the specific subject in focus or dynamically change the exposure conditions so that the specific subject's exposure is appropriate. (Patent Document 1).
特定の画像領域と類似した領域を探索する場合、マッチングと呼ばれる手法が一般的に用いられる。例えばテンプレートマッチングでは、ある画像領域の画素パターンを特徴量(テンプレート)として設定し、別の画像の探索領域内でテンプレートの位置を相対的に変えながら位置ごとに類似度(例えば相関量)を算出し、類似度の最も高い位置を検出する。そして、検出された位置での類似度が十分に高いと判定されれば、その位置にテンプレートと同じパターンの画像領域が存在すると推定する。 A technique called matching is generally used when searching for a region similar to a specific image region. For example, in template matching, a pixel pattern in a certain image area is set as a feature amount (template), and the similarity (for example, correlation amount) is calculated for each position while relatively changing the position of the template within the search area of another image. and detect the position with the highest similarity. Then, if it is determined that the similarity at the detected position is sufficiently high, it is estimated that there is an image area with the same pattern as the template at that position.
マッチングによる探索精度は、マッチングに用いる特徴量をどのように設定するかに大きく依存する。例えば、ある特定の人物の顔領域を追跡する場合、顔領域の一部しか含まない領域の画素パターンを特徴量に設定すると、顔の特徴量が少ないために誤検出が起こりやすくなる。また逆に顔領域全体を含むが、顔領域の周辺領域(例えば背景領域)の割合が多い画素パターンを特徴量に設定すると、背景の類似度の寄与が大きくなり、やはり誤検出が起こりやすくなる。 The accuracy of search by matching greatly depends on how the feature amount used for matching is set. For example, when tracking a face area of a specific person, if a pixel pattern of an area including only a part of the face area is set as a feature amount, erroneous detection is likely to occur because the face feature amount is small. Conversely, if a pixel pattern that includes the entire face area but has a large proportion of the area surrounding the face area (for example, the background area) is set as the feature amount, the similarity of the background will make a large contribution, and erroneous detection will likely occur. .
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、精度の良い領域追跡が可能な画像処理装置およびその制御方法の提供を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an image processing apparatus capable of highly accurate area tracking and a control method thereof.
上述の目的は、画像領域から特徴量を抽出する抽出手段と、特徴量を用いて、画像領域と類似する領域を時系列的な複数の画像内で探索する探索手段と、を有し、抽出手段は、画像領域と類似する領域の周辺領域における距離情報のうち、画像領域と類似する領域における距離情報との差が近距離側および遠距離側において所定の範囲内である距離情報を有する領域が周辺領域に占める割合が閾値以上でない場合に、探索手段が探索に用いる特徴量を更新し、割合が閾値以上の場合に、探索手段が探索に用いる特徴量を更新しないことを特徴とする画像処理装置によって達成される。 The above object has an extraction means for extracting a feature quantity from an image region, and a search means for searching for a region similar to the image region in a plurality of time-series images using the feature quantity, and extracting In the area having distance information in the peripheral area of the area similar to the image area, the difference from the distance information in the area similar to the image area is within a predetermined range on the short distance side and the long distance side. is not greater than the threshold value, the search means updates the feature value used for the search when the ratio occupies the peripheral region is not greater than the threshold value, and the search means does not update the feature value used for the search when the ratio is greater than or equal to the threshold value. Accomplished by processing equipment.
本発明によれば、精度の良い領域追跡が可能な画像処理装置およびその制御方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an image processing apparatus capable of highly accurate area tracking and a control method thereof.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態に係る画像処理装置の一例としてのデジタルカメラについて詳細に説明する。しかしながら、本発明は撮影機能を有さない電子機器においても実施可能である。本発明を実施可能な電子機器には例えば、デジタルカメラ、携帯電話機、タブレット端末、ゲーム機、パーソナルコンピュータ、ナビゲーションシステム、家電製品、ロボットなどが含まれるが、これらに限定されない。 A digital camera as an example of an image processing apparatus according to embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can also be implemented in electronic equipment that does not have a photographing function. Examples of electronic devices that can implement the present invention include, but are not limited to, digital cameras, mobile phones, tablet terminals, game machines, personal computers, navigation systems, home appliances, robots, and the like.
●<第1の実施形態>
(撮像装置の構成)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るデジタルカメラ100の機能構成例を示すブロック図である。デジタルカメラ100は動画および静止画の撮影ならびに記録が可能である。デジタルカメラ100内の各機能ブロックは、バス160を介して互いに通信可能に接続されている。デジタルカメラ100の動作は、主制御部151(中央演算処理装置)がプログラムを実行して各機能ブロックを制御することにより実現される。
● <First embodiment>
(Configuration of imaging device)
FIG. 1 is a block diagram showing an example functional configuration of a
本実施形態のデジタルカメラ100は撮影した被写体の距離情報を取得可能である。距離情報は例えば画素値が対応する被写体の距離を表す距離画像であってよい。距離情報はどのような方法で取得してもよいが、本実施形態では視差画像に基づいて距離情報を取得するものとする。視差画像の取得方法にも制限は無いが、本実施形態では1つのマイクロレンズを共有する複数の光電変換素子を備えた撮像素子141を用いて視差画像を取得するものとする。なお、デジタルカメラ100をステレオカメラのような多眼カメラとして視差画像を取得してもよいし、任意の方法で撮影された視差画像のデータを記憶媒体や外部装置から取得してもよい。
The
また、デジタルカメラ100は指定された被写体領域と類似した領域の探索を継続的に実行することにより被写体追跡機能を実現する追跡部161を有する。追跡部161は視差画像から距離情報を生成し、被写体領域の探索に用いる。追跡部161の構成及び動作の詳細については後述する。
The
撮影レンズ101(レンズユニット)は、固定1群レンズ102、ズームレンズ111、絞り103、固定3群レンズ121、フォーカスレンズ131、ズームモータ112、絞りモータ104、およびフォーカスモータ132を有する。固定1群レンズ102、ズームレンズ111、絞り103、固定3群レンズ121、フォーカスレンズ131は撮影光学系を構成する。なお、便宜上レンズ102、111、121、131を1枚のレンズとして図示しているが、それぞれ複数のレンズで構成されてもよい。また、撮影レンズ101は着脱可能な交換レンズとして構成されてもよい。
The taking lens 101 (lens unit) has a fixed
絞り制御部105は絞り103を駆動する絞りモータ104の動作を制御し、絞り103の開口径を変更する。
ズーム制御部113は、ズームレンズ111を駆動するズームモータ112の動作を制御し、撮影レンズ101の焦点距離(画角)を変更する。
A
A
フォーカス制御部133は、撮像素子141から得られる1対の焦点検出用信号(A像およびB像)の位相差に基づいて撮影レンズ101のデフォーカス量およびデフォーカス方向を算出する。そしてフォーカス制御部133は、デフォーカス量およびデフォーカス方向をフォーカスモータ132の駆動量および駆動方向に変換する。この駆動量および駆動方向に基づいてフォーカス制御部133はフォーカスモータ132の動作を制御し、フォーカスレンズ131を駆動することにより、撮影レンズ101の焦点状態を制御する。このように、フォーカス制御部133は位相差検出方式の自動焦点検出(AF)を実施する。なお、フォーカス制御部133は撮像素子141から得られる画像信号から得られるコントラスト評価値に基づくコントラスト検出方式のAFを実行してもよい。
The
撮影レンズ101によって撮像素子141の結像面に形成される被写体像は、撮像素子141に配置された複数の画素のそれぞれが有する光電変換素子により電気信号(画像信号)に変換される。本実施形態では、撮像素子141に、水平方向にm、垂直方向にn(n,mは複数)の画素が行列状に配置されており、各画素には2つの光電変換素子(光電変換領域)が設けられている。撮像素子141からの信号読み出しは、主制御部151からの指示に従ってセンサ制御部143が制御する。
A subject image formed on the imaging plane of the
(撮像素子141の画素配列)
図2は、撮像素子141における画素の配置例を模式的に示す図であり、水平方向に4画素、垂直方向に4画素の16画素からなる領域を代表的に示している。撮像素子141の各画素には1つのマイクロレンズ210と、マイクロレンズ210を介して受光する2つの光電変換素子201、202とが設けられている。図2の例では水平方向に2つの光電変換素子201、202が配置されているため、各画素は撮影レンズ101の瞳領域を水平方向に分割する機能を有する。
(Pixel array of image sensor 141)
FIG. 2 is a diagram schematically showing an arrangement example of pixels in the
また、撮像素子141には、水平方向2画素×垂直方向2画素の4画素を繰り返し単位とする原色ベイヤー配列のカラーフィルタが設けられている。カラーフィルタはR(赤)およびG(緑)が水平方向に繰り返し配置される行と、GおよびB(青)が水平方向に繰り返し配置される行とが交互に配置された構成を有する。赤フィルタが設けられた画素200Rを赤画素、G(緑)フィルタが設けられた画素200Gを緑画素、B(青)フィルタが設けられた画素200Bを青画素と呼ぶ。
In addition, the
以下の説明では、第1の光電変換素子201をA画素、第2の光電変換素子202をB画素、A画素から読み出される信号をA信号、B画素から読み出される信号をB信号と呼ぶことがある。ある領域に含まれる複数の画素から得られるA信号で構成される画像と、B信号で構成される画像とは1組の視差画像を構成する。したがって、デジタルカメラ100は1回の撮影によって2つの視差画像を生成することができる。また、画素ごとにA信号とB信号とを加算すると、瞳分割機能を持たない一般的な画素と同様の信号を得ることができる。以下ではこの加算信号をA+B信号、A+B信号から構成される画像を撮像画像と呼ぶことがある。
In the following description, the first
このように、1つの画素から、第1の光電変換素子201の出力(A信号)、第2の光電変換素子202の出力(B信号)、および第1の光電変換素子201と第2の光電変換素子202の加算出力(A+B信号)という3種類の信号を読み出すことができる。なお、A信号(B信号)は、読み出す代わりにA+B信号からB信号(A信号)を減じて求めてもよい。
In this way, from one pixel, the output (A signal) of the first
なお、光電変換素子は垂直方向に分割配置されてもよいし、光電変換素子の分割方向が異なる画素が混在していてもよい。また、光電変換素子は垂直および水平の両方向に分割されていてもよい。また、同一方向で3つ以上に分割されていてもよい。 Note that the photoelectric conversion elements may be divided and arranged in the vertical direction, and pixels in which the photoelectric conversion elements are divided in different directions may be mixed. Also, the photoelectric conversion element may be divided in both the vertical and horizontal directions. Also, it may be divided into three or more in the same direction.
図1に戻って、撮像素子141から読み出された画像信号は信号処理部142に供給される。信号処理部142は、ノイズ低減処理、A/D変換処理、自動利得制御処理などの信号処理を画像信号に適用し、センサ制御部143に出力する。センサ制御部143は信号処理部142から受信した画像信号をRAM(ランダム・アクセス・メモリ)154に蓄積する。
Returning to FIG. 1, the image signal read out from the
画像処理部152は、RAM154に蓄積された画像データに対して予め定められた画像処理を適用する。画像処理部152が適用する画像処理には、ホワイトバランス調整処理、色補間(デモザイク)処理、ガンマ補正処理といった所謂現像処理のほか、信号形式変換処理、スケーリング処理、被写体検出処理、被写体認識処理などがあるが、これらに限定されない。また、自動露出制御(AE)に用いるための、被写体輝度に関する情報なども画像処理部152で生成することができる。被写体検出処理や被写体認識処理の結果を他の画像処理(例えばホワイトバランス調整処理)に利用してもよい。なお、コントラスト検出方式のAFを行う場合、AF評価値を画像処理部152が生成してもよい。画像処理部152は、処理した画像データをRAM154に保存する。
The
RAM154に保存された画像データを記録する場合、主制御部151は画像処理データに例えば所定のヘッダを追加するなどして、記録形式に応じたデータファイルを生成する。この際、主制御部151は必要に応じて圧縮解凍部153で画像データを符号化して情報量を圧縮する。主制御部151は、生成したデータファイルを例えばメモリカードのような記録媒体157に記録する。
When recording the image data stored in the
また、RAM154に保存された画像データを表示する場合、主制御部151は表示部150での表示サイズに適合するように画像データを画像処理部152でスケーリングした後、RAM154のうちビデオメモリとして用いる領域(VRAM領域)に書き込む。
表示部150は、RAM154のVRAM領域から表示用の画像データを読み出し、例えばLCDや有機ELディスプレイなどの表示装置に表示する。
When displaying the image data stored in the
The
本実施形態のデジタルカメラ100は、動画撮影時(撮影スタンバイ状態や動画記録中)に、撮影された動画を表示部150に即時表示することにより、表示部150を電子ビューファインダー(EVF)として機能させる。表示部150をEVFとして機能させる際に表示する動画像およびそのフレーム画像を、ライブビュー画像もしくはスルー画像と呼ぶ。
また、デジタルカメラ100は、静止画撮影を行った場合、撮影結果をユーザが確認できるように、直前に撮影した静止画を一定時間表示部150に表示する。これらの表示動作についても、主制御部151の制御によって実現される。
The
Further, when a still image is captured, the
操作部156は、ユーザがデジタルカメラ100に指示を入力するためのスイッチ、ボタン、キー、タッチパネルなどである。操作部156を通じた入力はバス160を通じて主制御部151が検知し、主制御部151は入力に応じた動作を実現するために各部を制御する。
An
主制御部151は例えばCPUやMPUなどのプログラマブルプロセッサを1つ以上有し、例えば記憶部155に記憶されたプログラムをRAM154に読み込んで実行することにより各部を制御し、デジタルカメラ100の機能を実現する。主制御部151はまた、被写体輝度の情報に基づいて露出条件(シャッタースピードもしくは蓄積時間、絞り値、感度)を自動的に決定するAE処理を実行する。被写体輝度の情報は例えば画像処理部152から取得することができる。主制御部151は、例えば人物の顔など、特定被写体の領域を基準として露出条件を決定することもできる。
The
主制御部151は、動画撮影時には絞りは固定とし、電子シャッタスピード(蓄積時間)とゲインの大きさで露出を制御する。主制御部151は決定した蓄積時感とゲインの大きさをセンサ制御部143に通知する。センサ制御部143は通知された露出条件に従った撮影が行われるように撮像素子141の動作を制御する。
The
なお、本実施形態では、1回の撮影で1組の視差画像と、撮像画像との計3つの画像が取得可能であり、個々の画像について画像処理部152が処理を行ってRAM154に書き込む。追跡部161は、1組の視差画像から被写体の距離情報を求め、撮像画像を対象とした被写体追跡処理に利用する。被写体追跡に成功した場合、追跡部161は撮像画像内の被写体領域の位置についての情報と、信頼度に関する情報を出力する。
Note that in this embodiment, a total of three images, a set of parallax images and a captured image, can be acquired in one shot, and the
被写体追跡の結果は、例えば焦点検出領域の自動設定に用いることができる。この結果、特定の被写体領域に対する追跡AF機能を実現できる。また、焦点検出領域の輝度情報に基づいてAE処理を行ったり、焦点検出領域の画素値に基づいて画像処理(例えばガンマ補正処理やホワイトバランス調整処理など)を行ったりすることもできる。なお、主制御部151は、現在の被写体領域の位置を表す指標(例えば領域を囲む矩形枠)を表示画像に重畳表示させてもよい。
The result of subject tracking can be used, for example, for automatic setting of the focus detection area. As a result, it is possible to realize a tracking AF function for a specific subject area. Also, AE processing can be performed based on the luminance information of the focus detection area, and image processing (for example, gamma correction processing, white balance adjustment processing, etc.) can be performed based on the pixel values of the focus detection area. Note that the
バッテリ159は、電源管理部158により管理され、デジタルカメラ100の全体に電源を供給する。
記憶部155は、主制御部151が実行するプログラム、プログラムの実行に必要な設定値、GUIデータ、ユーザ設定値などを記憶する。例えば操作部156の操作により電源OFF状態から電源ON状態への移行が指示されると、記憶部155に格納されたプログラムがRAM154の一部に読み込まれ、主制御部151がプログラムを実行する。
A
The
(追跡部の構成および動作)
図3は、追跡部161の機能構成例を示すブロック図である。追跡部161は照合部1610と、特徴抽出部1620と、距離マップ生成部1630とを有する。追跡部161は、指定された位置から追跡を行う画像領域(被写体領域)を特定し、被写体領域から特徴量を抽出する。そして、供給される個々の撮像画像内で、抽出した特徴量を用いて、前フレームの被写体領域と類似度の高い領域を被写体領域として探索する。また、追跡部161は1対の視差画像から距離情報を取得し、被写体領域の特定に利用する。
(Configuration and operation of tracking unit)
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration example of the
照合部1610では、特徴抽出部1620から供給される被写体領域の特徴量を用いて、供給される画像内の被写体領域を探索する。画像の特徴量に基づいて領域を探索する方法に特に制限は無いが、照合部1610はテンプレートマッチングおよびヒストグラムマッチングの少なくとも一方を用いる。
The
以下、テンプレートマッチングおよびヒストグラムマッチングについて説明する。
テンプレートマッチングは、画素パターンをテンプレートとして設定し、テンプレートとの類似度が最も高い領域を画像内で探索する技術である。テンプレートと画像領域との類似度として、対応画素間の差分絶対値和のような相関量を用いることができる。
Template matching and histogram matching are described below.
Template matching is a technique in which a pixel pattern is set as a template and an area with the highest similarity to the template is searched in the image. A correlation amount such as the sum of absolute differences between corresponding pixels can be used as the degree of similarity between the template and the image region.
図4(a)は、テンプレート301とその構成例302を模式的に示す。テンプレートマッチングを行う場合、特徴抽出部1620からはテンプレートに利用する色(色相)の情報が特徴量として照合部1610に供給される。ここでは、テンプレート301が水平画素数W、垂直画素数Hの大きさであり、特徴量と一致する画素と一致しない画素とを、それぞれ別の固定値に置換する2値化が行われている。照合部1610は2値化されたテンプレート301を用いてパターンマッチングを行う。
FIG. 4A schematically shows a
従って、パターンマッチングに用いるテンプレート301の特徴量T(i,j)は、テンプレート301内の座標を図4(a)に示すような座標系で表すと、以下の式(1)で表現できる。
T(i, j) = {T(0, 0), T(1, 0), ..., T(W-1, H-1)} (1)
Therefore, the feature amount T(i,j) of the
T(i, j) = {T(0, 0), T(1, 0), ..., T(W-1, H-1)} (1)
図4(b)は、被写体領域の探索領域303とその構成305の例を示す。探索領域303は画像内でパターンマッチングを行う範囲であり、画像の全体もしくは一部であってよい。探索領域303内の座標は(x, y)で表すものとする。探索領域303においても、特徴量と一致する画素と一致しない画素とを、それぞれ別の固定値に置換する2値化が行われている。領域304はテンプレート301と同じ大きさ(水平画素数W、垂直画素数H)を有し、テンプレート301との類似度を算出する対象である。
FIG. 4(b) shows an example of a
パターンマッチングに用いる領域304の特徴量S(i,j)は、テンプレート301内の座標を図4(b)に示すような座標系で表すと、以下の式(2)で表現できる。
S(i, j) = {S(0, 0), S(1, 0), ..., S(W-1, H-1)} (2)
The feature amount S(i,j) of the
S(i, j) = {S(0, 0), S(1, 0), ..., S(W-1, H-1)} (2)
照合部1610は、テンプレート301と領域304との類似性を表す評価値V(x, y)として、以下の式(3)に示す差分絶対和(SAD: Sum of Absolute Difference)値を算出する。
照合部1610は、領域304を探索領域303の左上から右方向に1画素ずつ、またx=(X-1)-(W-1)に達すると次にx=0として下方向に1画素ずつ、それぞれずらしながら、各位置で評価値V(x, y)を算出する。算出された評価値V(x, y)が最小値を示す座標(x, y)がテンプレート301と最も類似した画素パターンを有する領域304の位置を示す。照合部1610は、評価値V(x, y)が最小値を示す領域304を、探索領域内に存在する被写体領域として検出する。なお、探索結果の信頼性が低い場合(例えば評価値V(x, y)の最小値が閾値を超える場合)には、被写体領域が見つからなかったと判定してもよい。
The
ここではパターンマッチングに、特徴量に対応するいずれかの色であるか否かに応じて2値化したテンプレートを用いる例を示したが、特徴量に含まれる複数の色のそれぞれに応じて多値化したテンプレートを用いても良い。また、色の特徴量の代わりに明度や彩度に基づく特徴量を用いてもよい。また、類似度の評価値としてSADを用いる例を示したが、他の評価値、例えば正規化相互相関(NCC: Normalized Cross-Correlation)やZNCCなどを用いてもよい。 Here, for pattern matching, an example is shown in which a template that is binarized according to whether it is one of the colors corresponding to the feature amount is used. A valued template may also be used. Also, a feature amount based on brightness or saturation may be used instead of the color feature amount. Moreover, although an example using SAD as an evaluation value of similarity has been shown, other evaluation values such as normalized cross-correlation (NCC) and ZNCC may be used.
次に、ヒストグラムマッチングの詳細に関して説明する。
図5(a)は被写体領域401とそのヒストグラム402の例を示す。ヒストグラムマッチングを行う場合、特徴抽出部1620からは色ヒストグラムに利用する色(色相)の情報が特徴量として照合部1610に供給される。色ヒストグラムのビン数をM(Mは2以上の整数)とすると、照合部1620が生成する色ヒストグラムp(m)402は以下の式(4)で表現できる。
p(m) = {p(0), p(1), ..., p(M-1)} (4)
なお、p(m)は正規化ヒストグラムであるものとする。この色ヒストグラムp(m)は、特徴量に含まれる色に対応するビンのみを有する。つまりビン数がMであるならば、特徴量として供給された色の数もMである。
Next, the details of histogram matching will be described.
FIG. 5A shows an example of a
p(m) = {p(0), p(1), ..., p(M-1)} (4)
Note that p(m) is a normalized histogram. This color histogram p(m) has only bins corresponding to colors included in the features. That is, if the number of bins is M, the number of colors supplied as features is also M.
図5(b)は、被写体領域の探索領域403と色ヒストグラム405の例を示す。領域404の色ヒストグラムq(m)405はビン数がMとすると、以下の式(5)で表現される。
q(m) = {q(0), q(1), ..., q(M-1)} (5)
なお、q(m)は正規化ヒストグラムであるものとする。また、この色ヒストグラムq(m)も、特徴量に含まれる色に対応するビンのみを有するヒストグラムである。
FIG. 5B shows an example of the
q(m) = {q(0), q(1), ..., q(M-1)} (5)
It is assumed that q(m) is a normalized histogram. This color histogram q(m) is also a histogram having only bins corresponding to colors included in the feature amount.
追跡部161は、被写体領域401の色ヒストグラムp(m)と領域404の色ヒストグラムq(m)との類似性の評価値D(x, y)として以下の式(6)に示すBhattacharyya係数を算出することができる。
照合部1610はテンプレートマッチングと同様に、領域404を探索領域403内でずらしながら、評価値D(x, y)を算出する。算出された評価値D(x, y)が最大値を示す座標(x, y)が被写体領域401と最も類似する領域404の位置を示す。照合部1610は、評価値D(x, y)が最大値を示す領域404を、探索領域内に存在する被写体領域として検出する。
The
ここではヒストグラムマッチングに色の特徴量を用いる例を示したが、色相や彩度の特徴量を用いてもよい。また、類似度の評価値としてBhattacharyya係数を用いる例を示したが、他の評価値、例えばヒストグラムインタセクションなどを用いてもよい。 Although an example of using a color feature amount for histogram matching is shown here, a hue or saturation feature amount may be used. Also, although an example of using the Bhattacharyya coefficient as the similarity evaluation value has been shown, other evaluation values such as a histogram intersection may be used.
距離マップ生成部1630では、1組の視差画像から被写体距離を算出し、距離マップを生成する。距離マップは画素のそれぞれが被写体距離を表す距離情報の1つであり、デプスマップ、奥行き画像、距離画像と呼ばれることもある。なお、距離マップは視差画像を用いずに生成してもよい。例えば、コントラスト評価値が極大となるフォーカスレンズ131の位置を画素ごとに求めることで、画素ごとの被写体距離を取得し、距離画像を生成してもよい。
A distance
図6を用いて被写体距離の算出方法について説明する。図6において、A像1151aとB像1151bが得られているとすると、撮影レンズ101の焦点距離および、フォーカスレンズ131と撮像素子141との距離情報から、実線のように光束が屈折されることがわかる。従って、ピントの合う被写体は1152aの位置にあることがわかる。同様にして、A像1151aに対してB像1151cが得られた場合には位置1152b、B像1151dが得られた場合には位置1152cにピントの合う被写体があることがわかる。以上のように、各画素において、その画素を含むA像と、対応するB像との相対位置から、その画素位置における被写体の距離情報を算出することができる。
A method of calculating the subject distance will be described with reference to FIG. In FIG. 6, assuming that an
例えば図6においてA像1151aとB像1151dが得られているとする。この場合、像のずれ量の半分に相当する中間点の画素1154から被写体位置1152cまでの距離1153または距離1153に相当するデフォーカス量を、画素1154の画素値として記憶する。このようにして、各画素について被写体の距離情報を算出し、距離マップを生成することができる。
For example, assume that an
なお、画像を微小領域に分割し、微小領域ごとにデフォーカス量を算出することによって距離マップを生成してもよい。微小領域に含まれる画素からA像およびB像を生成し、その位相差(像ずれ量)を相関演算によって検出し、デフォーカス量に変換すればよい。この場合においても生成される距離マップは各画素が被写体距離を示すが、微小領域に含まれる画素は同じ被写体距離を示す。距離マップ生成部1630は、生成した距離マップを特徴抽出部1620に供給する。
Note that the distance map may be generated by dividing the image into minute areas and calculating the defocus amount for each minute area. An A image and a B image are generated from the pixels included in the minute area, the phase difference (image shift amount) is detected by correlation calculation, and converted into a defocus amount. In this case as well, each pixel in the generated distance map indicates the subject distance, but the pixels included in the minute area indicate the same subject distance. The
なお、距離マップは画像全体に対して生成してもよいが、特徴量を抽出するために指定された部分領域に対してだけ生成してもよい。 Note that the distance map may be generated for the entire image, or may be generated only for a partial area designated for extracting the feature amount.
特徴抽出部1620は、被写体領域から、被写体領域を追跡(探索)するために用いる特徴量を抽出する。
被写体追跡を実行する場合、一般には追跡の実行開始前に、ユーザに追跡対象となる画像中の位置を指定させる。例えば、撮影スタンバイ状態において、表示部150に表示されている画像内の位置を操作部156を通じてユーザに指定させることができる。例えば主制御部151は、表示部150がタッチディスプレイであればタップ操作された座標や、操作部156の操作を通じて画像上を移動可能なカーソルによって指定された位置の座標を取得する。特徴抽出部1620には主制御部151から指定位置の情報が入力される。
The
When subject tracking is performed, the user is generally asked to specify a position in the image to be tracked before tracking is started. For example, in the shooting standby state, the user can designate a position within the image displayed on the
特徴抽出部1620が特徴量を抽出する被写体領域を特定する方法について、図7を参照して説明する。図7(a)は撮像画像を示し、指定位置503は人物の顔501内の座標を示すものとする。また、背景としての家502は、人物の顔501と類似した色情報を有しているとする。
A method for specifying a subject region from which the feature amount is to be extracted by the
特徴抽出部1620は、指定位置503を含んだ所定領域、例えば指定位置503を中心とした所定の矩形領域を仮の被写体領域として、被写体領域内の色ヒストグラムHinを生成する。また、特徴抽出部1620は仮の被写体領域以外の全ての領域を参照領域とし、この参照領域に関する色ヒストグラムHOutを生成する。色ヒストグラムは、画像に含まれる色の頻度を表し、ここでは一例として画素値をRGB色空間からHSV色空間に変換し、色相(H)についての色ヒストグラムを生成するものとする。しかし、他の型式の色ヒストグラムを生成してもよい。
The
そして、特徴抽出部1620は、以下の式(7)で表わされる情報量I(a)を算出する。
I(a) = -log2(Hin(a) / Hout(a)) (7)
ここでaはビンの番号を示す整数である。情報量I(a)の絶対値は、参照領域に含まれるそのビンに対応する色の画素数に対する、仮の被写体領域に含まれるそのビンに対応する色の画素数の割合が大きいほど小さくなる。すなわち、この情報量I(a)の値が小さいほど、この情報量I(a)に対応する色は、参照領域に含まれる割合よりも、仮の被写体領域に含まれる割合が大きく、仮の被写体領域の特徴的な色である可能性が高いと考えられる。特徴抽出部1620は全てのビンについて情報量I(a)を算出する。
Then,
I(a) = -log2 ( Hin (a) / Hout (a)) (7)
where a is an integer indicating the bin number. The absolute value of the information amount I(a) becomes smaller as the ratio of the number of pixels of the color corresponding to the bin included in the virtual subject area to the number of pixels of the color corresponding to the bin included in the reference area increases. . That is, the smaller the value of the information amount I(a), the larger the ratio of the color corresponding to the information amount I(a) included in the provisional subject area than the reference area. It is considered that there is a high possibility that it is a characteristic color of the subject area. The
特徴抽出部1620は、算出した情報量I(a)のそれぞれを、特定の範囲(例えば8ビット値(0~255)の範囲)内のいずれかの値に置換する。この際、特徴抽出部1620は、情報量I(a)の値が小さいほど大きい値に置換する。そして、特徴抽出部1620は、撮像画像に含まれる各画素の値を、その画素の色に対応する情報量I(a)が置換された値に置き換える。
The
このような処理により、特徴抽出部1620は、色情報に基づく被写体マップを生成する。図7(b)は被写体マップの例を示し、白に近い画素は被写体の画素である確からしさが高く、黒に近い画素は被写体の画素である確からしさが低いことを示す。なお、便宜上、図7(b)では被写体マップを二値画像として示しているが、実際には多階調画像である。撮像画像の背景としての家502の一部が人物の顔501と類似した色を有するため、色情報に基づく被写体マップでは人物の顔501の識別が十分ではない。図7(c)に示す矩形領域504は、例えば、被写体マップで画素値が所定の閾値以上の領域に基づいて最終的に設定した(更新した)被写体領域の例を示す。
Through such processing,
このような被写体領域から抽出した特徴量を用いた場合、人物の顔501を精度良く追跡できる可能性は低くなる。そのため本実施形態では、色情報に基づいて設定した被写体領域の精度を向上させるために、距離マップ生成部1630が生成した距離マップを利用する。図7(d)に、図7(a)に示した撮像画像について生成された距離マップを、指定位置503に対応する被写体距離を基準として、被写体距離の差が小さいほど白く、大きいほど黒く表されるように変換した例を示す。なお、便宜上、図7(d)では距離マップを二値画像として示しているが、実際には多階調画像である。
If the feature amount extracted from such a subject area is used, the possibility that the person's
特徴抽出部1620は、距離情報を加味した被写体マップを、例えば、距離マップと色情報に基づく被写体マップの対応画素の値を乗じることによって生成する。図7(e)に、距離情報を加味した(すなわち、色情報と距離情報の両方に基づく)被写体マップの例を示す。図7(e)に示す被写体マップでは、人物の顔501と背景としての家502とを精度良く区別できている。図7(f)に示す矩形領域505は、例えば図7(e)に示す被写体マップで画素値が所定の閾値以上の領域に基づいて設定した被写体領域の例を示す。矩形領域505は人物の顔501に外接した矩形領域であり、領域内に含まれる背景の画素が非常に少ない。このような被写体領域で抽出した特徴量を用いた場合、人物の顔501を精度良く追跡できる可能性は高くなる。
The
このように、指定位置を含んだ所定範囲に関する色情報に加え、距離情報を参照することにより、より精度の高い被写体領域を設定でき、精度の良い追跡に適した特徴量を抽出することが可能になる。 In this way, by referring to the distance information in addition to the color information about the specified range including the specified position, it is possible to set the subject area with higher accuracy and extract the feature quantity suitable for accurate tracking. become.
なお、追跡対象の位置が指定された時点において、指定位置およびその近傍領域に関し、有効な(参照するに足りる信頼性を有する)距離情報が得られていない場合もある。例えば、距離マップの生成が特定の領域(例えば焦点検出領域)についてしか実行されず、指定位置が特定領域外である場合や、指定位置のピントが合っておらず、距離情報の信頼性が低い場合などが考えられる。 At the time when the position of the tracked object is specified, effective (reliable enough to refer to) distance information may not be obtained for the specified position and its neighboring area. For example, if the distance map is generated only for a specific area (for example, focus detection area) and the specified position is outside the specific area, or if the specified position is out of focus, the reliability of the distance information is low. Such cases can be considered.
そのため、特徴抽出部1620は、指定位置近傍(仮の被写体領域)について参照するに足りる信頼性を有する距離情報が得られていれば、色情報に加えて距離情報を参照して被写体領域を設定する。一方、指定位置近傍(仮の被写体領域)について参照するに足りる信頼性を有する距離情報が得られていない場合、特徴抽出部1620は、距離情報を参照せずに色情報に基づいて被写体領域を設定する。なお、参照するに足りる信頼性を有する距離情報とは、例えば、仮の被写体領域が合焦状態もしくは合焦に近い状態(すなわちデフォーカス量が所定の閾値以下である状態)で得られた距離情報であってよいが、これに限定されない。
Therefore, if the
(撮像装置の処理の流れ)
図8および図9のフローチャートを用いて、本実施形態のデジタルカメラ100による、被写体追跡処理を伴う動画撮影動作に関して説明する。動画撮影動作は、撮影スタンバイ時や動画記録時に実行される。なお、撮影スタンバイ時と動画記録時とでは取り扱う画像(フレーム)の解像度など、細部において異なるが、被写体追跡に係る処理の内容は基本的に同様であるため、以下では特に区別せずに説明する。
(Processing flow of imaging device)
A moving image shooting operation accompanied by subject tracking processing by the
S801で主制御部151はデジタルカメラ100の電源がONかどうか判定し、ONと判定されなければ処理を終了し、ONと判定されれば処理をS802に進める。
S802で主制御部151は各部を制御し、1フレーム分の撮像処理を実行して処理をS803に進める。なお、ここでは1組の視差画像と、1画面分の撮像画像とが生成され、RAM154に格納される。
In S801, the
In S802, the
S803で主制御部151は、追跡部161に被写体追跡処理を実行させる。処理の詳細については後述する。なお、被写体追跡処理により、追跡部161から被写体領域の位置や大きさが主制御部151に通知される。主制御部151は通知された被写体領域に基づいて焦点検出領域を設定する。
In S803, the
S804で主制御部151は、フォーカス制御部133に焦点検出処理を実行させる。フォーカス制御部133は、1対の視差画像のうち焦点検出領域に含まれる複数の画素のうち、同一行に配置された複数の画素から得られる複数のA信号をつなぎ合わせてA像を、複数のB信号をつなぎ合わせてB像を生成する。そして、フォーカス制御部133は、A像とB像との相対的な位置をずらしながらA像とB像の相関量を演算し、A像とB像との類似度が最も高くなる相対位置をA像とB像との位相差(ずれ量)として求める。さらに、フォーカス制御部133は位相差をデフォーカス量およびデフォーカス方向に変換する。
In S804, the
S805でフォーカス制御部133はS804で求めたデフォーカス量およびデフォーカス方向に対応するレンズ駆動量および駆動方向に従ってフォーカスモータ132を駆動し、フォーカスレンズ131を移動させ、処理をS801に戻す。
In S805, the
以後、S801で電源スイッチがONであると判定されなくなるまで、S802~S805の処理を繰り返し実行する。これにより、時系列的な複数の画像に対して被写体領域の探索が行われ、被写体追跡機能が実現される。なお、図8では被写体追跡処理を毎フレーム実行するものとしているが、処理負荷や消費電力の軽減を目的として数フレームごとに行うようにしてもよい。 Thereafter, the processes of S802 to S805 are repeatedly executed until it is no longer determined in S801 that the power switch is ON. As a result, a subject region is searched for a plurality of time-series images, and a subject tracking function is realized. In FIG. 8, the subject tracking process is performed every frame, but it may be performed every several frames for the purpose of reducing the processing load and power consumption.
(被写体追跡処理)
次に、図9のフローチャートを用いて、S803における被写体追跡処理の詳細について説明する。
S901で追跡部161は、被写体追跡の開始指示が検出されたか否かを判定し、開始指示があったと判定されればS902へ、判定されなければS906へ、処理を進める。なお、開始指示は例えば操作部156からの追跡位置の指定入力であってよい。指定された位置の情報は主制御部151から通知される。この時点では、指定された位置の距離情報が得られていなかったり、指定された位置が非合焦のため距離情報の信頼性が低かったりする可能性が高い。そのため、指定された位置について焦点検出処理が行われた後とは処理内容を異ならせている。
(subject tracking processing)
Next, details of the subject tracking processing in S803 will be described with reference to the flowchart of FIG.
In S901, the
S902で追跡部161(特徴抽出部1620)は指定位置およびその近傍について有効な(信頼性の高い)距離情報が得られているか否かを判定し、得られていると判定されればS904へ、得られていると判定されなければS903へ、処理を進める。 In S902, the tracking unit 161 (feature extraction unit 1620) determines whether or not effective (highly reliable) distance information has been obtained for the specified position and its vicinity. , the process advances to S903 if it is not determined to have been obtained.
S903で追跡部161(特徴抽出部1620)は上述したように色情報のみを用いて指定位置から被写体領域を特定し、被写体領域の特徴量を抽出して処理をS905に進める。 In S903, the tracking unit 161 (feature extraction unit 1620) identifies the subject area from the specified position using only the color information as described above, extracts the feature amount of the subject area, and advances the process to S905.
S904で追跡部161(特徴抽出部1620)は上述したように色情報と距離情報の両方を用いて指定位置から被写体領域を特定し、被写体領域の特徴量(画素パターンまたはヒストグラム)を抽出して処理をS905に進める。 In S904, the tracking unit 161 (feature extraction unit 1620) identifies the subject area from the specified position using both the color information and the distance information as described above, and extracts the feature amount (pixel pattern or histogram) of the subject area. The process proceeds to S905.
S905で追跡部161(照合部1610)は、S903またはS904で抽出された特徴量を用いて撮像画像の探索領域に対してマッチング処理を実行し、特徴量の類似度が最も高い領域を探索する。追跡部161は、探索された領域の位置および大きさに関する情報を追跡結果として主制御部151に通知し、追跡処理を終了する。
In S905, the tracking unit 161 (collation unit 1610) performs matching processing on the search area of the captured image using the feature amount extracted in S903 or S904, and searches for an area with the highest similarity of the feature amount. . The
一方、S906で追跡部161(特徴抽出部1620)は、直近に抽出した特徴量が、色情報と距離情報の両方を用いて特定された被写体領域から抽出されたものか否かを判定する。そして、追跡部161(特徴抽出部1620)は、直近に抽出した特徴量が、色情報と距離情報の両方を用いて特定された被写体領域から抽出されたものと判定されればS905へ、判定されなければS907へ、処理を進める。 On the other hand, in S906, the tracking unit 161 (feature extraction unit 1620) determines whether or not the most recently extracted feature amount is extracted from the subject area specified using both the color information and the distance information. Then, if the tracking unit 161 (feature extraction unit 1620) determines that the most recently extracted feature amount is extracted from the subject area specified using both the color information and the distance information, the process proceeds to S905. If not, the process proceeds to S907.
S907で追跡部161(特徴抽出部1620)は、前回の照合により検出された被写体領域について有効な距離情報が得られているか否かを判定し、得られていると判定されればS908へ、得られていると判定されなければS905へ、処理を進める。 In S907, the tracking unit 161 (feature extraction unit 1620) determines whether or not effective distance information has been obtained for the subject area detected by the previous collation. If it is determined not to have been obtained, the process proceeds to S905.
S908で追跡部161(特徴抽出部1620)はS904と同様に色情報と距離情報の両方を用いて指定位置から被写体領域を改めて特定(更新)し、更新した被写体領域の特徴量を抽出して処理をS905に進める。なお、S908で抽出した特徴量に、過去に抽出した(例えば直前のS903の処理で抽出した)特徴量を加味するようにしてもよい。 In S908, the tracking unit 161 (feature extraction unit 1620) identifies (updates) the subject area again from the designated position using both the color information and the distance information in the same manner as in S904, and extracts the feature amount of the updated subject area. The process proceeds to S905. It should be noted that the feature amount extracted in S908 may be added with the feature amount extracted in the past (for example, extracted in the immediately preceding process of S903).
継続処理中にS905で実行される照合処理では、S908で特徴量が更新されていれば更新された特徴量を用い、S908で特徴量が更新されていなければ直近に抽出した特徴量を継続して用いる。 In the matching process executed in S905 during the continuation process, if the feature amount has been updated in S908, the updated feature amount is used, and if the feature amount has not been updated in S908, the most recently extracted feature amount is continued. used.
例えば前回の照合により検出された被写体領域についての焦点検出処理は開始されていても、デフォーカス量が所定の閾値以下になっていなければ、距離情報の信頼性が高いとは言えない。このような場合は、S901、S906、S907、S905の手順で処理される。
追跡された被写体領域のデフォーカス量が所定の閾値以下になれば、被写体領域について信頼性の高い距離情報が取得できる。このような場合は、S901、S906、S907、S908、S905の手順で処理される。
色情報だけでなく、信頼性の高い距離情報も用いて被写体領域が特定されるようになったら被写体領域および特徴量を更新し、以後の追跡処理においては更新した特徴量を用いる。この場合は、S901、S906、S905の手順で処理される。
For example, even if the focus detection process for the subject area detected by the previous collation has started, the reliability of the distance information cannot be said to be high unless the defocus amount is equal to or less than a predetermined threshold value. In such a case, processing is performed in the steps of S901, S906, S907, and S905.
If the defocus amount of the tracked subject area is equal to or less than a predetermined threshold value, highly reliable distance information can be obtained for the subject area. In such a case, processing is performed in the steps of S901, S906, S907, S908, and S905.
When the subject area can be specified using not only the color information but also the highly reliable distance information, the subject area and the feature amount are updated, and the updated feature amount is used in subsequent tracking processing. In this case, the process is performed in steps S901, S906, and S905.
以上説明したように本実施形態によれば、画像中の指定位置に基づいて追跡を行う画像領域(被写体領域)を特定する際、画像の色情報に加え、距離情報を用いることにより、被写体領域の精度を向上させることができる。そのため、被写体領域から抽出される特徴量を用いる追跡処理の精度を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, when specifying an image region (subject region) to be tracked based on a specified position in an image, distance information is used in addition to color information of the image to determine the subject region. can improve the accuracy of Therefore, it is possible to improve the accuracy of the tracking process using the feature amount extracted from the subject area.
また、距離情報の信頼性が高くない場合には、信頼性が高くなるまでは色情報に基づいて被写体領域を特定し、信頼性が高い距離情報が得られるようになった時点で距離情報をさらに用いて被写体領域を特定し直す(更新する)。そのため、距離情報が得られていない位置や距離情報の信頼性が低い位置が追跡対象として指定された場合であっても、時間の経過と共に追跡処理の精度を向上させることができる。 If the reliability of the distance information is not high, the subject area is specified based on the color information until the reliability becomes high, and the distance information is updated when the reliable distance information becomes available. It is further used to re-identify (update) the subject area. Therefore, even if a position for which distance information is not obtained or a position for which the reliability of distance information is low is specified as a tracking target, the accuracy of tracking processing can be improved over time.
●<第2の実施形態>
第1の実施形態では、信頼性が高い距離情報と色情報に基づいて特定した被写体領域から特徴量を抽出できた場合、特徴量を更新しない。これにより、ドリフトの蓄積を回避できたり、オクルージョンに強い被写体追跡が実現できる。一方で、例えば、被写体の存在する環境が変化した場合など、被写体の輝度や色相が特徴量を抽出したときから変化した場合に被写体の追跡精度が低下することがある。
● <Second embodiment>
In the first embodiment, the feature amount is not updated when the feature amount can be extracted from the subject area specified based on the highly reliable distance information and color information. This makes it possible to avoid the accumulation of drift and achieve subject tracking that is resistant to occlusion. On the other hand, for example, when the environment in which the subject exists changes, the tracking accuracy of the subject may decrease when the brightness or hue of the subject changes from when the feature amount is extracted.
そこで、本実施形態では、被写体領域とその周辺領域の距離情報の差異が所定の条件を満たす場合には、信頼性が高い距離情報を用いて抽出した特徴量についても更新することを特徴としている。なお、本実施形態は第1の実施形態と同様に図1の構成を有するデジタルカメラ100で実施可能であるため、以下では主に第1の実施形態との動作上の差異について説明する。
Therefore, in this embodiment, when the difference in the distance information between the subject area and its surrounding area satisfies a predetermined condition, the feature amount extracted using the highly reliable distance information is also updated. . Since the present embodiment can be implemented with the
図10のフローチャートを用いて、本実施形態のデジタルカメラ100による、被写体追跡処理を伴う動画撮影動作に関して説明する。
図10の、S1001~S1003およびS1005~S1006は、図8のS801~S805と同じである。本実施形態では、S1003で被写体追跡処理を行った後、S1004で特徴量更新処理を行う点が第1の実施形態と異なる。
A moving image shooting operation accompanied by subject tracking processing by the
S1001 to S1003 and S1005 to S1006 in FIG. 10 are the same as S801 to S805 in FIG. The present embodiment differs from the first embodiment in that after subject tracking processing is performed in S1003, feature amount update processing is performed in S1004.
次に、図11のフローチャートを用いて、図10のS1004で実施する特徴量更新処理の詳細について説明する。
S1101で、追跡部161(特徴抽出部1620)は、照合処理(S905)で探索された被写体領域と、得られている距離情報とから、被写体領域とその周辺領域の距離情報の差異が大きいか否かを判定する。
Next, details of the feature amount update processing performed in S1004 of FIG. 10 will be described using the flowchart of FIG.
In S1101, the tracking unit 161 (feature extraction unit 1620) determines whether the difference in distance information between the subject region and its surrounding regions is large, based on the subject region searched in the matching process (S905) and the obtained distance information. determine whether or not
図12(a)と図12(c)はそれぞれ別の撮像画像を、図12(b)と図12(d)はそれぞれ図12(a)と図12(c)の撮像画像に対して生成された距離マップを模式的に示す。図12(a)では、人物1201の後ろに距離をあけて背景としての家1202が存在し、図12(c)では、人物1205の手前に別の人物1206が存在している。
FIGS. 12(a) and 12(c) are different captured images, and FIGS. 12(b) and 12(d) are generated for the captured images of FIGS. 12(a) and 12(c), respectively. Schematically shows a distance map that has been generated. In FIG. 12(a), a
図12(b)の距離マップは、各画素の距離情報を、追跡処理の対象である人物1201に対応する距離情報を基準とした差が小さいほど白く、大きいほど黒く示している。同様に、図12(b)の距離マップは、各画素の距離情報を、追跡処理の対象である人物1205に対応する距離情報を基準とした差が小さいほど白く、大きいほど黒く示している。なお、作図上、図12(b)および(d)は距離マップを二値画像として示しているが、実際には多値のグレースケール画像である。なお、基準とする距離情報は、被写体領域に対応する距離情報は、距離情報の平均値もしくは最も頻度の高い距離情報などであってよい。
In the distance map of FIG. 12B, the distance information of each pixel is shown in white when the difference with respect to the distance information corresponding to the
図12(b)の領域1203および図12(d)の領域1207は、S1003の被写体追跡処理によって特定された被写体領域であり、領域1204および領域1208はそれぞれ領域1203および領域1207の周辺領域である。ここでは、被写体領域の周辺領域を、被写体領域を上下および左右方向に等量拡大し、水平方向および垂直方向のサイズがそれぞれ被写体領域の3倍の領域から、被写体領域を除外した、中心が空いた中空の領域と規定する。ただし、これは一例であり、他の方法で規定してもよい。
追跡部161(特徴抽出部1620)は、周辺領域から、主被写体領域における距離情報と類似する(差が所定の範囲内である)距離情報を有する領域を抽出し、この抽出された領域が周辺領域において占める割合が、所定の閾値以上であるか否かを判定する。追跡部161(特徴抽出部1620)は、この割合が閾値以上と判定されれば特徴量更新処理を終了し、割合が閾値以上と判定されなければ処理をS1102に進める。 The tracking unit 161 (feature extraction unit 1620) extracts an area having distance information similar to (within a predetermined range of difference) the distance information in the main subject area from the surrounding area, and extracts the extracted area as the surrounding area. It is determined whether or not the ratio in the area is equal to or greater than a predetermined threshold. The tracking unit 161 (feature extraction unit 1620) ends the feature update processing if the ratio is determined to be equal to or greater than the threshold, and advances the processing to S1102 if the ratio is not determined to be equal to or greater than the threshold.
S1101での判定に関して説明する。周辺領域のうち、主被写体領域における距離情報と類似する距離情報を有する部分の割合が少なければ(例えば閾値未満であれば)、追跡対象である被写体領域と背景領域とが明確に区別できる状況であると考えられる。そのため、この条件を満たす撮像画像に基づいて特徴量を更新しても、更新後の特徴量における背景の影響は少ないと考えられる。 The determination in S1101 will be described. If the proportion of the surrounding area that has distance information similar to the distance information in the main subject area is low (for example, if it is less than a threshold), the subject area to be tracked and the background area can be clearly distinguished. It is believed that there is. Therefore, even if the feature amount is updated based on the captured image that satisfies this condition, the effect of the background on the updated feature amount is considered to be small.
反対に、周辺領域のうち、主被写体領域における距離情報と類似する距離情報を有する部分の割合が多ければ(例えば閾値以上であれば)、追跡対象である被写体領域と背景領域との区別が難しい状況であると考えられる。 Conversely, if a portion of the surrounding area has distance information similar to the distance information in the main subject area at a high rate (e.g., if it is equal to or greater than the threshold), it is difficult to distinguish between the subject area to be tracked and the background area. situation.
図12(b)および(d)の例では、白く示された領域が、主被写体領域に対応する距離情報と類似する距離情報を有する領域である。S1101で用いる閾値は例えば実験的に定めることができる。ここでは、主被写体領域における距離情報と類似する(差が所定の範囲内である)距離情報を有する領域が周辺領域において占める割合が、図12(b)に示す例では所定の閾値未満、図12(d)に示す例では所定の閾値以上であると判定される。 In the examples of FIGS. 12(b) and (d), the areas shown in white are areas having distance information similar to the distance information corresponding to the main subject area. The threshold used in S1101 can be determined experimentally, for example. Here, in the example shown in FIG. In the example shown in 12(d), it is determined to be greater than or equal to the predetermined threshold.
S1102で、追跡部161(特徴抽出部1620)は、照合処理で算出した評価値(式(3))に基づいて、照合処理で探索された被写体領域から抽出した新たな特徴量と、照合処理で被写体領域の探索に用いた特徴量との類似度が低いか否かを判定する。具体的には、特徴抽出部1620は、照合部1610が算出した新たな評価値が更新閾値よりも高いか否か、あるいは、Bhattacharyya係数に基づく評価値(式(6))が、別の更新閾値より低いか否かを判定する。
In S<b>1102 , the tracking unit 161 (feature extraction unit 1620 ) extracts a new feature amount from the object region searched for in the matching process, based on the evaluation value (Equation (3)) calculated in the matching process. determines whether or not the degree of similarity with the feature quantity used for searching the object region is low. Specifically, the
探索された被写体領域から、探索に用いられた特徴量と類似度が低い特徴量が抽出された場合、被写体領域の探索はできたが、被写体領域の見た目に変化が生じており、特徴量を更新する必要性が高いと考えられる。一方で、探索された被写体領域から、探索に用いられた特徴量と類似度が高い特徴量が抽出された場合には、被写体領域の見た目の変化が小さく、特徴量を更新する必要性は低いと考えられる。 If a feature quantity with low similarity to the feature quantity used for the search is extracted from the searched subject region, the subject region could be searched, but the appearance of the subject region has changed, and the feature quantity is It is considered that there is a high need for updating. On the other hand, if a feature quantity having a high degree of similarity to the feature quantity used for searching is extracted from the searched subject region, the change in the appearance of the subject region is small, and the need to update the feature quantity is low. it is conceivable that.
したがって、追跡部161(特徴抽出部1620)は、S1102で類似度が低いと判定されれば処理をS1103の処理に進め、類似度が低いと判定されなければ特徴量更新処理を終了する。 Therefore, if the tracking unit 161 (feature extraction unit 1620) determines that the similarity is low in S1102, the process proceeds to S1103, and if the similarity is not determined to be low, the feature update process ends.
S1103で追跡部161(特徴抽出部1620)は、S908と同様に、探索された被写体領域から抽出された新たな特徴量で、照合処理に用いる特徴量を更新する。更新の方法に特に制限はない。例えば、それまで照合処理に用いていた特徴量を新たな特徴量で完全に置き換えてもよいし、それまで照合処理に用いていた特徴量と新たな特徴量とを用いて更新後の特徴量を算出してもよい。たとえば、差分絶対和に基づく評価値(式(3))であれば、式(8)にしたがって更新後の特徴量を求めることができる。
T(i, j) = Tpre(i, j)×α + Tnow(i, j)×(1-α) , 0 ≦α≦1 (8)
ここで、Tpre (i,j)が照合処理に用いた特徴量、Tnow (i,j)が新たな特徴量、T(i, j)が更新後の特徴量である。
In S<b>1103 , the tracking unit 161 (feature extraction unit 1620 ) updates the feature amount used for matching processing with the new feature amount extracted from the searched subject area, as in S<b>908 . There are no particular restrictions on the method of updating. For example, the feature quantity used in the matching process until then may be completely replaced with a new feature quantity, or the feature quantity after updating using the feature quantity used in the matching processing and the new feature quantity may be calculated. For example, if the evaluation value (equation (3)) is based on the sum of absolute differences, the updated feature amount can be obtained according to equation (8).
T(i, j) = Tpre(i, j) × α + Tnow(i, j) × (1-α) , 0 ≤ α ≤ 1 (8)
Here, Tpre (i, j) is the feature amount used in the matching process, Tnow (i, j) is the new feature amount, and T(i, j) is the updated feature amount.
また、Bhattacharyya係数に基づく評価値(式(6))であれば、式(9)にしたがって更新後の特徴量を求めることができる。
p(m) = ppre(m)×α + pnow(m)×(1-α) , 0 ≦α≦1 (9)
ここで、ppre (m)が照合処理に用いた特徴量、pnow (m)が新たな特徴量、p(m)が更新後の特徴量を示す。
Further, if the evaluation value (equation (6)) is based on the Bhattacharyya coefficient, the updated feature amount can be obtained according to equation (9).
p(m) = ppre(m) x α + pnow(m) x (1-α) , 0 ≤ α ≤ 1 (9)
Here, ppre (m) indicates the feature amount used in the matching process, pnow (m) indicates the new feature amount, and p(m) indicates the updated feature amount.
式(8)および式(9)のいずれにおいても、α=0が新たな抽出した特徴量で完全に置換する更新を示し、α=1が特徴量が更新されないことを示す。更新の度合いαは、例えば、S1101で判定された距離情報の差異の大きさと、S1102で判定された類似度との少なくとも一方に応じて適応的に決定することができる。 In both equations (8) and (9), α=0 indicates an update that completely replaces with new extracted features, and α=1 indicates that the features are not updated. The update degree α can be adaptively determined according to at least one of the magnitude of the difference in distance information determined in S1101 and the similarity determined in S1102, for example.
例えば、S1101およびS1102での判定条件を満たした上で、距離情報の差異が大きいほど、また類似度が低いほど、更新の度合いαの値を小さく(新たな特徴量の寄与を大きく)して更新後の特徴量を算出することができる。また、S1101およびS1102での判定条件を満たした上で、距離情報の差異が小さいほど、また類似度が高いほど、更新の度合いαの値を大きく(新たな特徴量の寄与を小さく)して更新後の特徴量を算出することができる。 For example, after satisfying the determination conditions in S1101 and S1102, the greater the difference in distance information and the lower the degree of similarity, the smaller the value of the update degree α (the greater the contribution of the new feature amount). The updated feature amount can be calculated. Further, after satisfying the determination conditions in S1101 and S1102, the smaller the difference in the distance information and the higher the similarity, the larger the value of the degree of update α (the smaller the contribution of the new feature amount). The updated feature amount can be calculated.
さらに、合焦距離や露出を確定する操作(例えば、撮影準備指示または撮影開始指示に相当する操作であり、操作部156に含まれるシャッタボタンの操作)が検出された場合、その時点で被写体の追跡処理が成功している可能性が高いと考えられる。したがって、合焦距離や露出を確定する操作が検出された場合には、その時点で検出されている被写体領域から抽出された新たな特徴量で更新されやすくなるようにS1101およびS1102での判定に用いる閾値を変更するようにしてもよい。 Furthermore, when an operation to determine the focus distance or exposure (for example, an operation corresponding to an instruction to prepare for shooting or an instruction to start shooting, and an operation of the shutter button included in the operation unit 156) is detected, the subject is positioned at that point. It is considered highly probable that the tracking process was successful. Therefore, when an operation to confirm the focus distance or exposure is detected, the determinations in S1101 and S1102 are made so as to facilitate updating with new feature amounts extracted from the subject area detected at that time. You may make it change the threshold value to be used.
以上説明したように本実施形態によれば、距離情報を用い、被写体領域から精度良く特徴量を抽出できる場合には特徴量を更新できるようにした。そのため、追跡対象の被写体領域の見えが変化する場合であっても、追跡精度を低下させることなく、特徴量を更新することが可能となり、被写体追跡の性能をさらに向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the feature amount can be updated when the feature amount can be accurately extracted from the subject area using the distance information. Therefore, even if the appearance of the tracked subject area changes, it is possible to update the feature amount without deteriorating the tracking accuracy, and it is possible to further improve the subject tracking performance.
(その他の実施形態)
なお、上述の実施形態では撮影時に被写体追跡を行う場合について説明したが、距離情報が取得可能であれば、動画像の再生時においても同様の被写体追跡を行うことが可能である。この場合、動画像のフレームに記録されている距離情報を取得してもよいし、各フレームが1組の視差画像の形式で記録されていれば、視差画像から距離情報を生成し、視差画像を合成して再生用の動画フレームを生成すればよい。もちろん、他の方法で距離情報を取得してもよい。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the case where subject tracking is performed during shooting has been described, but if distance information can be obtained, subject tracking can be performed in the same way during playback of moving images. In this case, the distance information recorded in the frames of the moving image may be acquired, or if each frame is recorded in the form of a set of parallax images, the distance information is generated from the parallax images, and the parallax images are generated. are combined to generate a video frame for playback. Of course, you may acquire distance information by another method.
再生時に被写体追跡を実行する場合、追跡結果は例えば動画の表示方法の制御に用いることができる。例えば、追跡中の被写体領域が画面の中心に表示されるように制御したり、追跡中の被写体領域の大きさが一定になるようにスケーリングして表示されるように制御したりすることができる。また、追跡中の被写体領域を特定する指標(例えば被写体領域の外接矩形枠)を重畳表示するようにしてもよい。なお、これらは単なる例にすぎず、追跡結果を他の用途で用いてもよい。 When subject tracking is performed during playback, the tracking result can be used, for example, to control the display method of moving images. For example, it is possible to control so that the subject area being tracked is displayed in the center of the screen, or to be displayed after being scaled so that the size of the subject area being tracked is constant. . Also, an index (for example, a circumscribing rectangular frame of the subject area) that specifies the subject area being tracked may be superimposed and displayed. Note that these are merely examples, and the tracking results may be used for other purposes.
追跡中の被写体領域を特定する指標の重畳表示を、被写体領域が距離情報を参照して特定されている場合と、色情報のみを用いて特定されている場合とで異なる形態としてもよい。例えば、被写体領域が色情報のみを用いて特定されている場合には、被写体領域の精度が低い可能性があるため、固定位置および大きさの指標を表示する。また、被写体領域が距離情報を参照して特定されている場合には、被写体領域の位置や大きさに応じて指標の位置や大きさを動的に変更する。 The superimposed display of the index for specifying the subject area being tracked may be different between when the subject area is specified by referring to the distance information and when it is specified by using only the color information. For example, if the subject area is specified using only color information, the accuracy of the subject area may be low, so an index of fixed position and size is displayed. Further, when the subject area is specified by referring to the distance information, the position and size of the index are dynamically changed according to the position and size of the subject area.
また、動画に限らず、連写やインターバル撮影のような時系列的な複数の画像の撮影および再生時にも本発明は適用可能である。 In addition, the present invention is applicable not only to moving images, but also to shooting and playing back a plurality of images in time series, such as continuous shooting and interval shooting.
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that implements one or more functions of the above-described embodiments to a system or device via a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by processing to It can also be implemented by a circuit (for example, ASIC) that implements one or more functions.
また、上述の実施形態は本発明の理解を助けることを目的とした具体例に過ぎず、いかなる意味においても本発明を上述の実施形態に限定する意図はない。特許請求の範囲に規定される範囲に含まれる全ての実施形態は本発明に包含される。 Moreover, the above-described embodiments are merely specific examples for the purpose of helping understanding of the present invention, and are not intended to limit the present invention to the above-described embodiments in any sense. All embodiments falling within the scope defined by the claims are included in the present invention.
100…デジタルカメラ、101…撮影レンズ、131…フォーカスレンズ、132…フォーカスモータ、133…フォーカス制御部、141…撮像素子、151…主制御部、152…画像処理部、161…追跡部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記特徴量を用いて、前記画像領域と類似する領域を時系列的な複数の画像内で探索する探索手段と、を有し、
前記抽出手段は、
前記画像領域と類似する領域の周辺領域における距離情報のうち、前記画像領域と類似する領域における距離情報との差が近距離側および遠距離側において所定の範囲内である距離情報を有する領域が前記周辺領域に占める割合が閾値以上でない場合に、前記探索手段が探索に用いる前記特徴量を更新し、
前記割合が前記閾値以上の場合に、前記探索手段が探索に用いる前記特徴量を更新しないことを特徴とする画像処理装置。 an extraction means for extracting a feature amount from an image region;
searching means for searching for a region similar to the image region in a plurality of time-sequential images using the feature amount;
The extracting means is
Among the distance information in the peripheral area of the area similar to the image area, an area having distance information whose difference from the distance information in the area similar to the image area is within a predetermined range on the short distance side and the long distance side. updating the feature quantity used by the searching means for searching when the ratio of the surrounding area is not equal to or greater than a threshold ;
The image processing apparatus according to claim 1, wherein, when the ratio is equal to or greater than the threshold value, the feature quantity used by the searching means for searching is not updated .
前記割合が前記閾値以上でない場合に、前記探索手段が探索に用いた前記特徴量と、前記画像領域と類似する領域から抽出した特徴量との類似度を判定し、 If the ratio is not equal to or greater than the threshold value, determining the degree of similarity between the feature amount used for searching by the searching means and the feature amount extracted from a region similar to the image region;
前記類似度が低いと判定された場合に、前記探索手段が探索に用いる前記特徴量を更新し、 When the similarity is determined to be low, updating the feature amount used for searching by the searching means,
前記類似度が低いと判定されない場合に、前記探索手段が探索に用いる前記特徴量を更新しないことを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。 3. The image processing apparatus according to claim 1, wherein when the similarity is not determined to be low, the search means does not update the feature amount used for the search.
前記探索手段が探索した、前記画像領域と類似する領域を含んだ領域について焦点検出を行う焦点検出手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 an image processing apparatus according to any one of claims 1 to 3 ;
focus detection means for performing focus detection on an area searched by the search means and including an area similar to the image area;
An imaging device characterized by comprising:
前記撮像素子から得られる視差画像から、前記距離情報を生成する生成手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 an imaging device having a function of dividing a pupil region of a photographing lens;
generating means for generating the distance information from the parallax image obtained from the imaging element;
6. The imaging device according to claim 5, further comprising:
探索手段が、前記特徴量を用いて、前記画像領域と類似する領域を時系列的な複数の画像内で探索する探索工程と、を有し、
前記抽出工程では、
前記画像領域と類似する領域の周辺領域における距離情報のうち、前記画像領域と類似する領域における距離情報との差が近距離側および遠距離側において所定の範囲内である距離情報を有する領域が前記周辺領域に占める割合が閾値以上でない場合に、前記探索工程での探索に用いる前記特徴量を更新し、
前記割合が前記閾値以上の場合に、前記探索手段が探索に用いる前記特徴量を更新しないことを特徴とする画像処理装置の制御方法。 an extracting step in which the extracting means extracts the feature amount from the image region;
a searching step of searching for a region similar to the image region in a plurality of time-series images using the feature amount,
In the extraction step,
Among the distance information in the peripheral area of the area similar to the image area, an area having distance information whose difference from the distance information in the area similar to the image area is within a predetermined range on the short distance side and the long distance side. updating the feature amount used for searching in the searching step when the ratio of the surrounding area is not equal to or greater than a threshold ;
A control method for an image processing apparatus , wherein the feature amount used for searching by the searching means is not updated when the ratio is equal to or greater than the threshold value .
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