CN1332556C - 修正抖动的图像处理装置和图像处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高速度地修正由于手抖等产生的摄影图像的抖动的图像处理装置及其方法。首先，针对由图像传感器取得的2张图像各自，选择运动检测区域。在规定方向上计算该运动检测区域的像素值，计算投影数据，根据该投影数据求出2张图像间的运动向量。接着，在运动向量所指定的方向上计算2张图像的图像相关性，根据通过该计算得到的相关值，计算该2张图像间的像素偏移量。进而，从在第2张图像中指定的手抖修正区域中切取出从图像输出区域只偏离了由变位计算部件计算出的像素偏移量的区域，作为第2张的图像输出区域的图像输出。

Description

修正抖动的图像处理装置和图像处理方法
技术领域
本发明涉及对因手抖等产生的摄影图像的抖动进行处理的图像处理装置及其处理方法，特别涉及缩短抖动修正所需要的图像处理时间的方法。
背景技术
近年来，正在销售许多安装了CCD(Charge Coupled Device)传感器和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)传感器等图像传感器的数字照相机和摄像机，对于初次使用的人来说也可以容易地摄影静止图像或动画图像。但是，如果不用三脚架等固定照相机，而由一般用户摄影图像，则图像必然产生抖动，因此为了对其进行修正而考虑了各种各样的方式。
其方法大致分为2种。一种是利用加速度传感器等检测照相机自身的运动，机械地控制镜头和棱镜的方向的方法，另一种是对摄影的图像的数字数据实施图像处理，计算图像的抖动量，修正图像的抖动的方法。
对于前者，抖动修正精度高，但需要加速度传感器和镜头控制的部件，在装置自身的轻量化和低成本化方面有问题。与此相对，后者有分辨率下降的缺点，但只通过信号处理就能够进行手抖修正，并且能够以低成本实现，因此正在被广泛利用。
特开平5-75913号公报中所揭示的运动向量检测电路和手抖修正电路是与利用了这样的图像处理的手抖修正有关的现有技术的例子。在此，将输入图像分割为多个区域，在从中选择出的若干个区域中计算运动向量。如果为了提高该运动向量的精度而增加选择的区域个数，则运动向量的计算量增加，因此设置在各区域中判断相关性计算的可靠性的电路，如果由该判断电路判断出有可靠性，则将运动向量的计算只限定在所判断出的区域中。但是，在所有各区域都有可靠性的情况下，还是需要在所有区域中计算运动向量，处理速度还是有问题。
发明内容
在本发明中，在由图像传感器取得的二维图像中，设置运动检测区域、图像输出区域和手抖修正区域。首先，针对由图像传感器取得的2张图像，在规定方向上计算运动检测区域的像素值，如果计算出投影数据，则根据该投影数据求出2张图像间的运动向量。接着，针对第一张的图像输出区域的图像、第二张的包含在手抖修正区域中的图像，在运动向量所指定的方向上计算图像相关性，根据由该计算得到的相关值，计算该2张图像间的像素偏移量。进而，从第二张的手抖修正区域中切取出与图像输出区域只偏离了像素偏移量的区域，作为第2张的图像输出区域的图像输出。由此，能够高精度并且高速地实现手抖修正功能。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的图像处理装置的结构的框图。
图2是表示本发明的实施例1的处理步骤的流程图。
图3是说明运动计算部件的动作的图。
图4是说明变位计算部件的动作的图。
图5是说明基本图像区域和矩形区域群的关系的图。
图6是表示本发明的实施例2的图像处理装置的结构的框图。
图7是表示本发明的实施例2的处理步骤的流程图。
图8是说明变换修正部件的动作的图。
具体实施方式
实施例1
以下，参照附图，说明本发明的实施例1。图1是表示本发明的实施例1的图像处理装置的结构的框图，表示了图像输入部件1、运动计算部件2、变位计算部件3、图像输出部件4的4个要素。另外，图2是表示图像修正的步骤的流程图。
首先，图像输入部件1通过CCD传感器或CMOS传感器等图像传感器，取得二维的帧图像(ST101)。运动计算部件2针对由图像输入部件1取得的前后2张帧图像，利用指定的运动检测区域，计算运动向量(ST102)。变位计算部件3只限定于由运动计算部件2计算出的运动向量所指示的方向地，计算2张帧图像的图像相关性，计算该2张帧图像间的像素偏移量(ST104)。图像输出部件4从第二张帧图像的手抖修正区域中切取出与图像输出区域只偏离了之前求出的像素偏移量的区域，并作为第二张的图像输出区域的修正图像输出(ST105)。
使用图3(a)～(d)，更具体地说明运动计算部件2的动作。图3中用斜线表示的4个矩形区域表示运动检测区域6。在各个运动检测区域6中，在像素排列的纵方向或横方向上将像素值相加，取得投影数据。另外，在此说明了运动检测区域6的个数是4个的例子，但也可以设置5个或5个以上的运动检测区域6，或者只设置1～3个。
在图3(b)中表示在纵方向上将像素值相加而得到的纵方向投影数据7的例子、在横方向上将像素值相加而得到的横方向投影数据8的例子。在此，像素的个数在纵、横方向上都是10个。通过利用该纵方向投影数据7和横方向投影数据8，计算2张帧图像间的相关关系，能够求出包含在运动检测区域6中的图像的运动向量。
以下，利用2帧的纵方向投影数据，具体地说明运动向量的水平成分的求取方法。首先，图3(c)表示第1帧的纵方向投影数据7，图3(d)表示第2帧的纵方向投影数据11。在图3(c)中，范围w1表示了成为相关计算的对象的第1帧的投影数据，范围w2表示了在第1帧中成为相关计算的对象以外的投影数据。另外，在图3(d)中，范围9表示成为相关计算的对象的第2帧的投影数据中的位于最在端的投影数据，范围10表示位于最右端的投影数据。范围9、10的宽度都是w1。
对于第2帧图像，通常选择紧接在第1帧图像之后图像，但也可以隔开规定的帧数地进行选择。一边在范围9到范围10之间一个像素一个像素地使任意的投影数据偏移，一边进行第1帧的投影数据(w1)和第2帧的投影数据的相关计算。
更具体地说，针对包含在范围w1中的第1帧的投影数据和第2帧的投影数据，将对应的各个投影数据的差的绝对值相加，将求出的总和值作为相关值。一边使投影数据一个像素一个像素地偏移，一边进行相关计算，针对在纵方向投影数据的各位置计算出的相关值，将产生最小值的位置作为运动向量的水平成分。例如，针对第1帧的投影数据，如果在第2帧的投影数据中在范围9的位置最小，则得到的运动向量的水平成分为-w2，同样，如果是范围10，则为+w2。通过对横方向投影数据8也适用同样的计算，能够得到运动向量的垂直成分。
如上述那样，从4个运动检测区域6的各自中，得到各区域的一个运动向量。根据这样得到的4个运动向量，计算代表安装有图像传感器的照相机整体运动了的方向的运动向量。因此，也可以将这4个的平均向量作为代表运动向量，作为除此以外的方法，还可以例如比较4个运动向量的方向角，特别将角度或者大小偏离了的n个(其中n＜3)的运动向量作为噪声除去，将除此以外的(4-n)个运动向量的平均作为代表运动向量。
接着，使用图4(a)～(e)，说明变位计算部件3的动作。在图4(a)中，表示了表示摄影元件全体的传感器像素区域16、成为实施手抖修正的对象的图像输出区域12。向用户显示图像输出区域12。手抖修正区域13包含图像输出区域12和在其外侧描绘的斜线区域，从其中切取出与图像输出区域12大小相同的矩形区域。
在实施手抖修正的情况下，使用2帧的图像，求出两个图像的图像相关性。其中，第1帧图像使用图像输出区域12的图像，第2帧的图像使用从手抖修正区域13切取出的图像。即，如果从手抖修正区域13中抽出与图像输出区域12大小相同并且相关性最高的图像区域，则在作为时间序列图像观察的情况下，能够得到修正了手抖的动画图像。
在计算图像输出区域12的图像和手抖修正区域13的图像的相关性时，选择性地对像素进行间取，削减其计算量。图4(b)～(e)是其选择方式的具体例子，图4(b)是每隔几个地间取像素，并且在图像输出区域12的全体上同样地选择像素的方式，图4(c)是进一步扩大了图4(b)的间取间隔的方式，图4(d)是在对选择的像素进行间取的同时，将选择范围限定于四角的方式，图4(e)是限定于四角以外的区域的方式。
在求出图像相关性的情况下，在如以上所述对成为对象的像素进行间取选择的基础上，还通过利用由运动计算部件2计算出的运动向量，将取得图像相关性的方向限定为一个方向，由此进一步削减计算量。即，如图5所示，在将第1帧的基本图像区域12的位置作为基准，从第2帧的手抖区域13的内部选择相关性最强的区域时，沿着由运动计算部件2计算出的运动向量的方向14进行排列，将与图像输出区域12大小相同的矩形区域群15作为对象计算图像相关性，从中选择相关性最强的区域。
作为图像相关性的具体计算方法，如果是计算对应的像素值的差分绝对值，并将总和作为相关值，则在相关性最强的位置相关值最小。因此，如果沿着运动向量14的方向计算相关值，从中选择产生最小值的区域，则能够选择相关性最强的区域。
图像输出部件4将由变位计算部件3计算出的与第1帧的图像输出区域12的图像的相关性最强的矩形区域作为第2帧的图像输出区域12的图像并输出，因此能够得到对图3(a)的图像输出区域12实施了手抖修正的图像。
通过图像修正程序实现上述的摄影图像的图像处理方法，将该程序记录到能够由计算机等读取的记录介质中来提供。
另外，表示了在运动计算部件2中，将表示摄影元件全体的传感器像素区域16作为对象，取得计算运动向量所必需的投影数据的例子，但也可以从由图像输入部件1摄影的输入图像中切取出部分图像区域，从该图像中取得。或者，还可以通过ASIC(Application SpecificIC)等将投影数据的计算硬件化，利用这样取得的投影数据计算运动向量。
另外，在运动计算部件2中，不增加分辨率即投影数据的个数地，针对用于计算运动向量的投影数据，通过相关性计算求出运动向量，但如果通过对该投影数据进行内插等来提高分辨率，并同样地计算运动向量，则由于一般提高了所计算的运动向量的精度，所以能够削减变位计算部件3中的图像相关性计算的对照范围。
这样，根据实施例1，根据由图像输入部件1摄影的图像，通过运动计算部件2计算出运动向量，一边由变位计算部件3限定于运动向量的方向上削减图像相关性计算，一边计算2帧图像间的像素偏移量，由图像输出部件4切取出抵消了像素偏移量的部分区域并作为输出图像，因此能够高速地得到修正了因手抖造成的像素偏移的图像。
实施例2
以下，参照附图说明本发明的实施例2。图6是表示本发明的实施例2的图像处理装置的结构的框图，本图像处理装置在实施例1的结构的基础上，由具有变换修正部件5的5部分构成。另外，图7是表示图像修正的步骤的流程图。
图像输入部件1、运动计算部件2、变位计算部件3、图像输出部件4的动作与实施例1相同。变换修正部件5根据由运动计算部件2计算出的多个运动向量检测图像全体的旋转、缩放成分，利用这些运动成分，对输入图像实施旋转变换和缩放变换。
以下，具体地说明变换修正部件5的动作。图8是说明根据由运动计算部件2计算出的4个运动向量，检测围绕摄像轴的的照相机的旋转和沿着摄像轴的照相机的前进或后退所伴随的图像的放大、缩小(缩放)的运动的方式的图。在实施例1中说明了的手抖是与照相机摄像面平行的作为并进成分的运动，在本实施例中，其目的在于：作为并进成分以外的照相机的运动，检测出旋转成分和缩放成分。以下，说明作为照相机自身的运动只包含旋转成分和缩放成分的情况。
图8(a)表示照相机的运动只有旋转成分的情况下的4个运动向量的模式(pattern)，图8(b)表示只有缩放成分的情况下的模式。在他们不混合而独立地出现的情况下，根据各个运动向量的强度，定量地计算旋转成分或缩放成分。
如图8(c)所示，在旋转成分和缩放成分混合的情况下，将各个运动向量分离为旋转成分和缩放成分，计算各自的运动成分。图8(d)是表示针对图8(c)所示的旋转成分和缩放成分混合的运动向量，计算旋转成分和缩放成分的方法的图，实线是用于计算旋转成分的辅助线，虚线是计算缩放成分的辅助线。即，如果将4个运动向量投影到分别相互垂直的辅助线的方向上，作为各运动向量的旋转成分和缩放成分求出该投影向量，则能够与各成分独立出现的情况一样地进行计算。
通过上述步骤，为了利用定量地计算出的旋转成分和缩放成分，使照相机的各个运动成分抵消，而对所取得的第2帧的图像数据实施与检测出的旋转成分和缩放成分相反的变换。进而，针对各成分各自，一边在以某一定刻度，例如旋转的情况下，一度一度地，在缩放的情况下0.1倍地，对其进行改变，一边改变第2帧的图像，取得与第1帧的图像的相关性。如果从中选择相关性最高的第2帧的图像，则能够复原抵消了旋转和缩放成分的图像(ST103a)。
由于实际的运动向量包含旋转成分和缩放成分，所以如果从运动向量中减去通过上述方法求出的旋转成分和缩放成分，则只剩下与照相机摄像面平行的并进成分。将这样求出的运动向量称为修正后运动向量。使用该修正后运动向量，使用与实施例1一样的方法，计算表示安装了图像传感器的照相机整体所运动的方向的代表运动向量(ST103b)。
接着，在变位计算部件3中，利用该代表运动向量，如图5所示将第1帧的基本图像区域12的位置作为基准，从第2帧的手抖区域13的内部选择相关性最强的矩形区域。另外，利用抵消了旋转和缩放成分的第2帧的复原图像和第1帧的基本图像区域的图像，能够再次求出运动向量。
图像输出部件4将由变位计算部件3计算出的与第1帧的图像输出区域12的图像相关性最强的矩形区域作为第2帧的图像输出区域12的图像并输出，因此能够得到对图像输出区域12实施了手抖修正的图像。
通过图像修正程序实现来自上述那样的摄影图像的图像处理方法，并将其记录到能够由计算机等读取的记录介质中来提供。
本发明涉及为了防止因照相机摄影时产生的手抖等而产生二维图像的劣化，而通过图像处理修正摄影图像的抖动的技术，能够适用于对于初次使用的人也能够愉快地摄像看不到抖动的静止图像或动画图像的数字照相机或摄像机等。

Claims (4)

1.一种图像处理装置，其特征在于包括：
取得二维图像的图像输入部件；
针对由上述图像输入部件取得的2张图像各自选择运动检测区域，在规定方向上计算该运动检测区域的像素值，根据所得到的投影数据，计算上述2张图像间的运动向量的运动计算部件；
在由上述运动计算部件计算出的运动向量所指定的方向上计算上述2张图像的图像相关性，根据其计算值计算出该2张图像间的像素偏移量的变位计算部件；
从在第2张图像中指定的手抖修正区域中，切取出使图像输出区域只偏离了由上述变位计算部件计算出的像素偏移量的区域，作为第2张的图像输出区域的图像输出的图像输出部件。
2.一种图像处理装置，其特征在于包括：
取得二维图像的图像输入部件；
针对由上述图像输入部件取得的2张图像各自选择多个运动检测区域，在规定方向上计算该运动检测区域的像素值，根据所得到的投影数据，分别针对上述多个运动检测区域计算上述2张图像间的运动向量的运动计算部件；
使用由上述运动计算部件计算出的多个运动向量，计算出旋转成分和缩放成分，根据该旋转成分和缩放成分对第2张图像实施旋转和放大变换，同时从上述多个运动向量减去旋转成分和缩放成分，求出修正后运动向量的变换修正部件；
在由上述修正后运动向量所指定的方向上计算上述2张图像的图像相关性，根据其计算值计算出该2张图像间的像素偏移量的变位计算部件；
从在第2张图像中指定的手抖修正区域中，切取出使图像输出区域只偏离了由上述变位计算部件计算出的像素偏移量的区域，作为第2张的图像输出区域的修正图像输出的图像输出部件。
3.一种图像处理方法，其特征在于包括：
取得二维图像的图像输入步骤；
针对在上述图像输入步骤中取得的2张图像各自选择运动检测区域，在规定方向上计算该运动检测区域的像素值，根据所得到的投影数据，计算上述2张图像间的运动向量的运动计算步骤；
在通过上述运动计算步骤计算出的运动向量所指定的方向上计算上述2张图像的图像相关性，根据其计算值计算出该2张图像间的像素偏移量的变位计算步骤；
从在第2张图像中指定的手抖修正区域中，切取出使图像输出区域只偏离了在上述变位计算步骤中计算出的像素偏移量的区域，作为第2张的图像输出区域的图像输出的图像输出步骤。
4.一种图像处理方法，其特征在于包括：
取得二维图像的图像输入步骤；
针对在上述图像输入步骤中取得的2张图像各自选择多个运动检测区域，在规定方向上计算该运动检测区域的像素值，根据所得到的投影数据，分别针对上述多个运动检测区域计算上述2张图像间的运动向量的运动计算步骤；
使用在上述运动计算步骤中计算出的多个运动向量，计算出旋转成分和缩放成分，根据该旋转成分和缩放成分对第2张图像实施旋转和放大变换的第1变换修正步骤；
从上述多个运动向量减去旋转成分和缩放成分，求出修正后运动向量的第2变换修正步骤；
在由上述修正后运动向量所指定的方向上计算上述2张图像的图像相关性，根据其计算值计算出该2张图像间的像素偏移量的变位计算步骤；
从在第2张图像中指定的手抖修正区域中，切取出使图像输出区域只偏离了在上述变位计算步骤中计算出的像素偏移量的区域，作为第2张的图像输出区域的修正图像输出的图像输出步骤。
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