DE3608489A1 - Verfahren zur verbesserung der bildsegmentierung einer bildfernsprech-szene - Google Patents
Verfahren zur verbesserung der bildsegmentierung einer bildfernsprech-szeneInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem
Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Fig. 1 verdeutlicht die Aufgabenstellung. Sie zeigt
eine typische Bildfernsprech-Szene, die im Vordergrund
den hier als Kreis 3 bzw. 4 dargestellten Kopf des
Gesprächspartners enthält, der sich in der durch den
Pfeil 5 angedeuteten Richtung bewegt, während der
Hintergrund 1 - abgesehen von dem im folgenden
behandelten Sachverhalt - unverändert bleibt. Bei der
Bewegung des Kopfes im Vordergrund von der gestrichelt
gezeichneten Stellung 3 in die ausgezogene Stellung 4
werden vorher abgedeckte Bereiche des Hintergrundes
frei. Die Bewegung des Kopfes hat also eine Bildänderung
in den Bereichen 3 und 4 zur Folge.
Einfachere Segmentierungsverfahren vermögen zwischen
stationärem Hintergrund und geänderten Bereichen zu
unterscheiden. Es sind aber auch bereits Segmentierungsverfahren
bekannt, welche die bewegten Objekte von den
durch die Bewegung frei werdenden Hintergrundbereichen
trennen. (Klie, J.: "Codierung von Fernsehsignalen
für niedrige Übertragungsbitraten", Dissertation, TU
Hannover, 1978).
Die Grauwerte der geänderten Bildbereiche werden als
relevante Information zum Empfänger übertragen; der
stationäre Hintergrund wird - da von Bild-zu-Bild unverändert
- einem Hintergrundspeicher entnommen und
verursacht keine Belastung des Übertragungskanals.
Damit der Empfänger die geänderten und übertragenen
Bildbereiche wieder an der richtigen Stelle in den
stationären Hintergrund einfügt, werden Abstandsmaße zu
einem Bildrand, sog. Adressen, mitübertragen und vom
Empfänger ausgewertet. Dieses Verfahren wird mit
Conditional-Replenishment bezeichnet.
Der den Kanal belastende Datenstrom setzt sich also
zusammen aus der Information, die das sich bewegende
Objekt und den freiwerdenden Hintergrund beschreibt
und aus der Adressierungsinformation. Um die resultierende
Datenrate weiter zu reduzieren, wird in der
zitierten Arbeit vorgeschlagen, die Detailauflösung
innerhalb von sich bewegenden Objekten durch Tiefpaßfilterung
weiter zu vermindern. Es wird dabei von der
Überlegung ausgegangen, daß die unscharfe Wiedergabe
bewegter Objekte vom Auge noch am ehesten toleriert
wird. Das Verfahren wird so ausgebildet, daß die
Tiefpaßfilterung geschwindigkeitsgesteuert wirkt,
d. h., daß bei geringerer Bewegung mehr Details
wiedergegeben werden als bei heftigerer Bewegung.
Das Verfahren hat einige Schwächen und läßt folgende
Probleme ungelöst:
- Die Segmentierung in Hintergrund, in bewegte und in geänderte Bildbereiche ist unvollkommen; so ergeben sich Schwierigkeiten, wenn durch die Helligkeitsregelung von Videokameras im gesamten Bild Änderungen verursacht werden, wenn durch überlagertes Hintergrundrauschen Bewegung vorgetäuscht wird und wenn aufgrund von Schlagschatten im Hintergrund, die als Bild-zu-Bildänderungen erkannt werden, für das Gespräch nicht relevante Information übertragen werden muß.
- Die freiwerdenden Hintergrundstrukturen verursachen einen Großteil der zu übertragenden Bildinformation.
- Werden, um die Interpolation ausgelassener Teilbilder oder um einen Prädiktionsalgorithmus zu verbessern, Bewegungsschätzverfahren eingesetzt, verursachen Hintergrundstrukturen Probleme an Konturen von sich bewegenden Objekten.
Die Erfindung hat zum Ziel, durch Verbesserung der Segmentierung
diese Schwächen zu beseitigen.
In der Fig. 5 ist eine typische Bildfernsprech-Szene
in Draufsicht skizziert. Die das Gespräch führende
Person 8 sitzt vor der aufnehmenden Kamera 6 und
beobachtet den Gesprächspartner auf einem Sichtgerät 7.
Diese typische Szene ist eindeutig in Vordergrund
(Kopf- Schulterbild der sprechenden Person) 8 und
Hintergrund 9 einzuteilen; es besteht somit die
prinzipielle Möglichkeit, auch mit technischen Mitteln
eine Unterscheidung vorzunehmen.
Diese Unterscheidung wird durch die im Patentanspruch
angegebenen Merkmale herbeigeführt. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Segmentierungsverfahrens sind
in den Unteransprüchen angegeben.
Das Segmentierungsverfahren der Erfindung hat den
Vorteil, daß eine eindeutige Identifizierung von zum
Aufnahmeobjekt gehörenden Bildelementen durch die
Entfernungsvektoren möglich ist und damit die durch
Bewegung des Aufnahmeobjektes frei werdenden Teile des
Hintergrundes aufgrund ihrer zu kleinen Entfernungsvektoren
von der Bildverarbeitung ausgeschlossen werden können.
Die zusätzlich vorgesehene besondere Ausbildung der
Optik der Aufnahmekamera verstärkt diese Wirkung.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von 3 Figuren
näher erläutert. Es zeigen die bereits besprochene
Fig. 1 die Aufgabenstellung, die Fig. 2 die bereits
ebenfalls behandelte typische Bildfernsprech-Szene
in Draufsicht, die Fig. 3 die Kameraanordnung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
die Fig. 4 das zugehörige Blockschaltbild.
Die Fig. 3 zeigt eine ähnliche Bildfernsprech-Szene wie
die Fig. 2; zum Unterschied zu dieser sind jetzt 2 Kameras
10 nebeneinander angeordnet, die beide mit einer automatisch
auf den Vordergrund fokussierbaren Optik versehen sind.
Eine der beiden Kameras braucht nur schwarz-weißtauglich
zu sein, sollte aber im übrigen die gleichen optischen
Eigenschaften wie die andere Kamera besitzen.
Technische Varianten dieser prinzipiellen Anordnung,
z. B. nur eine Aufnahmekamera mit Doppelobjektiv,
sind denkbar.
Bringt man die Bilder der linken und der rechten Kamera
zur Deckung, so zeigt sich ein Versatz der Konturen der
aufgenommenen Objekte, wobei diejenigen des Vordergrundes
stärker gegeneinander verschoben sind als
die des Hintergrundes. Technisch läßt sich der
Versatz mit den gleichen Methoden ermitteln, die
auch bei der Bewegungsschätzung zur Berechnung von
Bewegungsvektoren eingesetzt werden. Hier haben sich
im Wesentlichen die sog. Block-Matching-Verfahren und
differentielle Methoden herauskristallisiert.
Beim bekannten sogenannten Displacement-Schätzverfahren
(Displacement, englisch für Verschiebung), versucht man
einen eventuellen Bildversatz durch Vergleiche lokaler
Bildinformationen im aktuellen Bild mit denen des vorangehenden
Bildes zu ermitteln. Hierzu wird ein n Bildpunkte mal
m Zeilen umfassender Probeausschnitt (ein sog.
Fenster) mit gleichgroßen aber örtlich verschobenen
Fenstern des vorhergehenden Bildes verglichen.
Man versucht nun die Verschiebung zu finden, für die sich
eine möglichst große Ähnlichkeit ergibt. Dieses Optimierungsproblem
wird bei sog. Block-Matching-Verfahren durch
Suchstrategien in einem Suchbereich gelöst (Koga, T.
et al.: "A 1.5 Mbit/s Interframe-Codec with Motion
Compensation", Proc. Int. Conf. on Commun., D 8,7.1,
June 1983 Boston, MA).
Bei den differentiellen Verfahren hingegen wird aus den
lokalen Veränderungen der Ähnlichkeit (um einen "a-priori"-Schätzwert)
auf die Lage des Optimums geschlossen (wie
z. B. beim allg. bekannten Newtonschen Iterationsverfahren).
Cafforio, C.; Rocca, F.: "The Differential Method for
Image Motion Estimation", in Image Sequence Processing
and Dynamic Scene Analysis, edited by T. S. Huang,
Berlin, Springer-Verlag, pp. 104-124, 1983.
Die Länge der Vektoren ist im vorliegenden Zusammenhang
jedoch nicht ein Maß für die Geschwindigkeit, sondern
ein Abstandsmaß, d. h. je näher sich ein Objekt zur
Kamera befindet, um so länger werden die ermittelten
Vektoren. Diese repräsentieren die Objektkonturen
und nach einer Unterdrückung der kürzeren Vektoren
werden die Konturen deutlicher hervortreten.
Durch die automatische Fokussierung ist sichergestellt,
daß lediglich der mit dem Pfeil 21 bezeichnete Schärfentiefebereich
scharf abgebildet wird, während der
Hintergrund 9 unscharf und mit geringer Detailauflösung
aufgenommen wird.
Das Blockschaltbild nach Fig. 4 zeigt das Verfahrensprinzip.
Zwei zeitlich aufeinanderfolgende Bilder des
linken 11 und des rechten Kanals 12 werden jeweils einem
Änderungsdetektor 13 und einem Bewegungsschätzer 14
zugeführt. Das Ergebnis der Bewegungsschätzung wird
über eine adaptiv einstellbare Schwelle 15 geleitet,
an deren Ausgang ein Signal zur Unterscheidung von
Vordergrund- und Hintergrund zur Verfügung steht. Durch logische
Verknüpfung dieses Signals mit dem Ausgang des
Änderungsdetektors 16 werden die Signale zur Unterscheidung
in geänderte Bildbereiche 17, in bewegte Objekte des
Vordergrundes 18 und in stationären Hintergrund 19 erzeugt.
Somit wird der Einsatz von Bewegungsschätzverfahren
erleichtert, und der bei Bewegung freiwerdende Hintergrund
trägt, da unscharf aufgenommen, nur gering zur
übertragenen Information bei. Auch die Ableitung von
Objektkonturen durch Faltung mit einem speziellen
Operator, und Schwellenbildung zur Unterdrückung geringwertiger
Faltungsprodukte wird erleichtert.
(Geuen, W.: "Konturfindung auf der Basis des visuellen
Konturempfindens", Dissertation, Univ. Hannover, 1983)
Der Effekt "scharf umrissene Konturen der sprechenden
Person und unscharfer Hintergrund" und das Hervorheben
von Konturen läßt sich durch eine Aperturkorrektur,
bzw. durch eine Unscharfmaskierung noch verstärken.
Arp, F.: "Normgerechte Aperturkorrektur von Farbfernsehsignalen",
NTZ 27 (1974) H. 4, S. 134-138.
Insgesamt erlaubt die Erfindung eine Trennung der aufgenommenen
Person mit den ihr zugeordneten Einrichtungsgegenständen
vom Hintergrund. Durch diese Unterscheidung
kann eine Aussage getroffen werden, welche der geänderten
Bildbereiche zum Hintergrund gehören. Sie werden, einmal
übertragen, in einen Hintergrundspeicher abgelegt und,
wenn sie im Verlauf des Gespräches erneut frei werden,
diesem entnommen; sie führen somit zu keiner weiteren
Belastung des Übertragungskanals. Im Extremfall kann auch
ein beliebiger, vielleicht örtlich erzeugter Hintergrund
eingeblendet werden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Verbesserung der Bildsegmentierung einer
Bildfernsprech-Szene in eine durch das bewegte Aufnahmeobjekt
dargestellten variablen Vordergrundinformation
und eine im wesentlichen stationäre, nur einmal zu
übertragende Hintergrundinformation, dadurch
gekennzeichnet, daß zunächst in
bekannter Weise durch zwei nebeneinander angeordnete
Kameras (10) zwei Fernsehbilder des gleichen Objekts
stereoskopisch aufgenommen werden,
daß darauf aus dem entfernungsabhängigen Versatz der
Konturen der beiden Bilder des Aufnahmeobjektes nach
einem der für die Ermittlung von Bewegungsvektoren
bekannten Verfahren jedes Bildelement mit einem
Entfernungsvektor versehen wird, der sich reziprok
zur Entfernung der Kamera vom Aufnahmeobjekt verhält,
und daß für die anschließende Bildverarbeitung lediglich
die Entfernungsvektoren ab einer bestimmten Größe verwendet
werden (Fig. 3).
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß durch eine lediglich den Vordergrund scharf abbildende
Optik in den Aufnahmekameras eine zusätzliche
Hervorhebung des Aufnahmeobjekts erreicht wird (Fig. 3).
3. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Vordergrund durch eine Unschärfemaskierung
des Hintergrundes hervorgehoben wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ermittlung der Entfernungsvektoren nach dem
sogenannten Block-Matching-Verfahren erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ermittlung der Entfernungsvektoren mit differentiellen
Methoden erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863608489 DE3608489A1 (de) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Verfahren zur verbesserung der bildsegmentierung einer bildfernsprech-szene |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863608489 DE3608489A1 (de) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Verfahren zur verbesserung der bildsegmentierung einer bildfernsprech-szene |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3608489A1 true DE3608489A1 (de) | 1987-09-17 |
Family
ID=6296316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863608489 Withdrawn DE3608489A1 (de) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Verfahren zur verbesserung der bildsegmentierung einer bildfernsprech-szene |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3608489A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2763420A1 (de) * | 2013-02-04 | 2014-08-06 | Sony Corporation | Tiefenbasierte Videoobjektkodierung |
US8842723B2 (en) | 2011-01-03 | 2014-09-23 | Apple Inc. | Video coding system using implied reference frames |
-
1986
- 1986-03-14 DE DE19863608489 patent/DE3608489A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8842723B2 (en) | 2011-01-03 | 2014-09-23 | Apple Inc. | Video coding system using implied reference frames |
EP2763420A1 (de) * | 2013-02-04 | 2014-08-06 | Sony Corporation | Tiefenbasierte Videoobjektkodierung |
US9064295B2 (en) | 2013-02-04 | 2015-06-23 | Sony Corporation | Enhanced video encoding using depth information |
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