JP2000184336A - 画像処理装置、画像処理方法及びコンピュ―タ読み取り可能な記憶媒体 - Google Patents

画像処理装置、画像処理方法及びコンピュ―タ読み取り可能な記憶媒体

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JP2000184336A JP27471199A JP27471199A JP2000184336A JP 2000184336 A JP2000184336 A JP 2000184336A JP 27471199 A JP27471199 A JP 27471199A JP 27471199 A JP27471199 A JP 27471199A JP 2000184336 A JP2000184336 A JP 2000184336A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 前景オブジェクト分離後に、背景オブジェク
トに生じるデータ欠落部分を補間できるようにする。 【解決手段】 データ欠落部分を含むフレーム又はフィ
ールドの画面を複数ブロックに分割し、各ブロック内の
データ欠落部分を含んでいるものをターゲットブロック
1001とし、その周囲を周囲ブロック1002〜10
05とする。次に周囲ブロックの動きベクトルを前又は
後の他の画面から求め、求めた動きベクトルからターゲ
ットブロックと対応する動きベクトルを決定する。その
動きベクトルから得られたデータにより、ターゲットブ
ロック内のデータの有効性を比較しながら上記欠落部分
を補間する。欠落部分が埋まらなかった場合は、上記他
の画面を変更して同様の処理を繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理装置、画
像処理方法及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に
関し、特にオブジェクト分離により画像を処理するもの
に用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】近年、高性能化したCPUを搭載したパ
ーソナルコンピュータ(パソコン)の普及に伴い、パソ
コン上で行う動画像の編集に対する要求が高まってきて
いる。編集作業の例として、フレームもしくはフィール
ド間での時間順序の入れ替え、ワイプやディゾルブ、モ
ザイク、別画像の挿入など、さまざまなものがある。
【0003】また、画像をフレームもしくはフィールド
単位等の画像単位で処理するのではなく、画像内を個々
の物体、背景、あるいは文字などといった意味のある単
位(以下オブジェクトと呼ぶ)に分割して、オブジェク
ト単位で個別の処理を加える技術も向上してきている。
【0004】オブジェクト単位で個別の処理を加えるた
めには、フレームもしくはフィールド画像からオブジェ
クトを抽出しなければならない。動画像において、従来
から行われているオブジェクト抽出の手法は、ブルーバ
ックと呼ばれているものがある。これはスタジオセット
などで予めブルーの背景を用意しておき、スイッチャー
でブルーの部分を別の背景画像に置き換えるものであ
る。また、画像のエッジ部分を抽出して、オブジェクト
を分離する手法もある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブルー
バックのような手法では、予め別の背景となる画像を用
意しておかなければならないという欠点があった。ま
た、他の手法を用いて、背景と前景のオブジェクトを分
離できても、背景オブジェクトには、前景オブジェクト
のあった部分にデータが存在しない穴(エリア)ができ
てしまい、背景オブジェクトの再利用は困難であった。
【0006】例えばあるシーンにおいて、オリジナルの
前景オブジェクトを別のオブジェクトに置き換えたい場
合を考える。この場合、オリジナルの画像から、前景オ
ブジェクトを抽出した後、残りの背景オブジェクトに別
の前景オブジェクトを合成する必要がある。最初の前景
オブジェクトを抽出した後の穴の空いた部分を、後から
合成するオブジェクトでふさぐことができれば問題ない
が、これではオブジェクトの再利用あるいは再加工にお
ける汎用性が大きく制限されてしまう。
【0007】上述したような背景から本願発明の一つの
目的は、前景オブジェクト抽出後、背景オブジェクトに
生じた穴のような部分的なデータの欠落があっても、そ
れを補間し、汎用性の高い背景オブジェクトを提供でき
るようにすることを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による画像処理装
置においては、画像データを入力する入力手段と、上記
入力した画像データを複数のブロックに分割する分割手
段と、上記各ブロックからデータ欠落部分を有するブロ
ックをターゲットブロックとして抽出すると共に、この
ターゲットブロックの周囲ブロックを抽出する抽出手段
と、他画面の画像データをサンプル画像データとして抽
出する抽出手段と、上記周囲ブロックについて上記サン
プル画像データの対応するブロックを用いて動きベクト
ルを算出する算出手段と、上記算出された動きベクトル
から上記ターゲットブロックと対応する動きベクトルを
決定する決定手段と、上記決定された動きベクトルから
得られるデータを上記ターゲットブロックの上記欠落部
分に埋め込む補間を行う補間手段とを有する点に特徴を
有する。
【0009】本発明による他の画像処理装置において
は、画像データを入力する入力手段と、上記入力手段に
よって入力された画像データから前景オブジェクトデー
タと背景オブジェクトデータとを分離する分離手段と、
上記分離手段によって分離された背景オブジェクトデー
タの欠落データを補間する補間手段と、上記前景オブジ
ェクトデータを符号化する第1の符号化手段と、上記補
間手段によって補間された背景オブジェクトデータを符
号化する第2の符号化手段とを有する点に特徴を有す
る。
【0010】本発明による画像処理方法においては、画
像データを入力し、上記入力された画像データから前景
オブジェクトデータと背景オブジェクトデータとを分離
し、上記分離された背景オブジェクトデータの欠落デー
タを補間し、上記前景オブジェクトデータを符号化し、
上記補間された背景オブジェクトデータを符号化する点
に特徴を有する。
【0011】本発明による他の画像処理装置において
は、画像データを入力する入力手段と、上記画像データ
を複数のブロックに分割する分割手段と、上記各ブロッ
クからデータ欠落部分を有するブロックをターゲットブ
ロックとして抽出すると共に、このターゲットブロック
の周囲ブロックを抽出する抽出手段と、上記周囲ブロッ
クの動きベクトルを検出する検出手段と、上記検出され
た動きベクトルに応じて得られるデータを上記ターゲッ
トブロックの上記欠落部分に埋め込む補間を行う補間手
段とを有する点に特徴を有する。
【0012】本発明による他の画像処理方法において
は、画像データを入力し、上記画像データを複数のブロ
ックに分割し、上記各ブロックからデータ欠落部分を有
するブロックをターゲットブロックとして抽出すると共
に、このターゲットブロックの周囲ブロックを抽出し、
上記周囲ブロックの動きベクトルを検出し、上記検出さ
れた動きベクトルに応じて得られるデータを上記ターゲ
ットブロックの上記欠落部分に埋め込む補間を行う点に
特徴を有する。
【0013】本発明によるコンピュータ読み取り可能な
記憶媒体においては、入力される1画面の画像データを
複数のブロックに分割する分割手順と、上記各ブロック
からデータ欠落部分を有するブロックをターゲットブロ
ックとして抽出すると共に、このターゲットブロックの
周囲ブロックを抽出する抽出手順と、他画面の画像デー
タをサンプル画像データとして抽出する抽出手順と、上
記周囲ブロックについて上記サンプル画像データの対応
するブロックを用いて動きベクトルを算出する算出手順
と、上記算出された動きベクトルから上記ターゲットブ
ロックと対応する動きベクトルを決定する決定手順と、
上記決定された動きベクトルから得られるデータを上記
ターゲットブロックの上記欠落部分に埋め込む補間を行
う補間手順とを実行するためのプログラムを記憶した点
に特徴を有する。
【0014】本発明による他のコンピュータ読み取り可
能な記憶媒体においては、画像データを入力する入力手
順と、上記入力された画像データから前景オブジェクト
データと背景オブジェクトデータとを分離する分離手順
と、上記分離された背景オブジェクトデータの欠落デー
タを補間する補間手順と、上記前景オブジェクトデータ
を符号化する第1の符号化手順と、上記補間された背景
オブジェクトデータを符号化する第2の符号化手順とを
実行するためのプログラムを記憶した点に特徴を有す
る。
【0015】本発明による他のコンピュータ読み取り可
能な記憶媒体においては、画像データを入力する入力手
順と、上記画像データを複数のブロックに分割する分割
手順と、上記各ブロックからデータ欠落部分を有するブ
ロックをターゲットブロックとして抽出すると共に、こ
のターゲットブロックの周囲ブロックを抽出する抽出手
順と、上記周囲ブロックの動きベクトルを検出する検出
手順と、上記検出された動きベクトルに応じて得られる
データを上記ターゲットブロックの上記欠落部分に埋め
込む補間を行う補間手順とを実行するためのプログラム
を記憶した点に特徴を有する。
【0016】本発明による他の画像処理装置において
は、画像データを入力する入力手段と、 上記画像デー
タから前景オブジェクトデータと背景オブジェクトデー
タとを分離する分離手段と、上記前景オブジェクトの分
離により生じた上記背景オブジェクトデータの欠落部分
の画像データを上記欠落部分の周囲の画像データに基づ
いて補間する補間手段とを有する点に特徴を有する。
【0017】本発明による他の画像処理方法において
は、画像データを入力し、上記画像データから前景オブ
ジェクトデータと背景オブジェクトデータとを分離し、
上記前景オブジェクトの分離により生じた上記背景オブ
ジェクトデータの欠落部分の画像データを上記欠落部分
の周囲の画像データに基づいて補間する点に特徴を有す
る。
【0018】本発明による他のコンピュータ読み取り可
能な記憶媒体においては、画像データを入力する入力手
順と、上記画像データから前景オブジェクトデータと背
景オブジェクトデータとを分離する分離手順と、上記前
景オブジェクトの分離により生じた上記背景オブジェク
トデータの欠落部分の画像データを上記欠落部分の周囲
の画像データに基づいて補間する補間手順とを実行する
ためのプログラムを記憶した点に特徴を有する。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の概要を説明す
れば、前景オブジェクトの分離により生じたデータ欠落
部分の存在する1画面(フレームもしくはフィールド)
をターゲットとし、所定数の画素で構成されるブロック
分割を行う。そして、分割した各ブロックがデータ欠落
部分を含んでいるか否かをチェックして、データ欠落部
分を含んだブロックをターゲットブロックとし、その周
囲のブロックを周囲ブロックとする。
【0020】次に、周囲ブロックの動きベクトルを、前
又は後のサンプルフレーム又はフィールドからサーチ
し、求められた各周囲ブロックの動きベクトルから、タ
ーゲットブロックに対応する動きベクトルを求める。動
きベクトルデータとターゲットブロック内のデータとの
有効性を比較しながら補間を行い、ブロック内すべての
データが埋まらなかった場合は、サンプルフレーム又は
フィールドを変更して、さらに処理を続けるようにして
いる。
【0021】このようにしたことにより、部分的にデー
タの欠落した背景オブジェクトから完全な背景オブジェ
クトを容易かつ確実に生成することが可能になる。
【0022】(第1の実施形態)以下、本発明の実施形
態を図面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の第
1の実施形態の構成を示すブロック図であり、(a)が
エンコード側、(b)がデコード側を示す。
【0023】図1(a)に示すエンコード側において、
画像入力部101は、ビデオカメラやVTR等から画像
信号を入力する部分であり、アナログ信号の場合はデジ
タル信号に変換する。カラーの信号は、輝度信号と2つ
の色差信号とに分けて、それぞれ同様のデジタル変換処
理を行う。
【0024】画像分離部102は、背景オブジェクトと
前景オブジェクトとの分離を行う部分である。各オブジ
ェクトのフレーム間での動きベクトルが異なれば、その
違いによって背景と前景の各オブジェクトを分離するこ
とが可能である。また、色の情報を用いてオブジェクト
の違いを判定することも有効である。
【0025】このようにして分離された前景オブジェク
トは、そのまま前景画像符号化部103において符号化
処理が行われる。
【0026】また、分離された背景オブジェクトは、デ
ータの欠落部分を埋めるため、背景画像補間部104に
おいて本発明特有の処理が施される。この処理について
の詳細な説明は後述する。
【0027】補間の完了した背景オブジェクトは、背景
画像符号化部105において符号化処理が行われる。こ
の符号化処理は前景画像符号化処理部103と同じ処理
方法を用いることもできるが、別処理とすることで、背
景画像の特徴を生かしたより高能率の符号化を行うこと
も可能となる。
【0028】前景、背景それぞれに最適な符号化処理を
行った後は、多重化部106によって一つのビットスト
リームにまとめられ、伝送路に応じた処理がなされた
後、送信もしくは記録が行われる。
【0029】一方、図1(b)に示すデコード側では、
上述したエンコード側の処理と逆の処理が行われる。ま
ず、分離部107において、それぞれのオブジェクト処
理単位に分離される。ここでは、前景と背景2つのオブ
ジェクトである。前景画像復号化部108では、前景画
像符号化部103に対応した復号化処理が行われ、ま
た、背景画像復号化部109では、背景画像符号化部1
05に対応した復号化処理が行われる。
【0030】画像合成部110では、個々のオブジェク
トを一つのフレーム又はフィールド画像に合成する。合
成された画像データは画像表示部111において、表示
機器に応じたフォーマットに変換されて出力され、表示
される。
【0031】次に、図2〜図6を用いて、本発明特有の
処理である背景画像補間部104での処理の詳細なアル
ゴリズムを説明する。また、ここでは、図7〜図14に
示す画像イメージを用いて説明する。
【0032】図7は、オリジナルの画像を示している。
ここでは簡単のため、フレーム単位で移動する画像を例
に説明する。図7(a)が第N番目のフレームの画像を
表しており、701が前景画像、702が背景画像であ
る。図7(b)は第N−1番目のフレームの画像を表し
ており、前景画像701の位置は図7(a)と比較して
移動している。同様に図7(c)は第N−2番目のフレ
ームの画像を表しており、前景画像701の位置は更に
移動している。
【0033】これらのフレーム間での動きの違いを利用
して前景画像を抽出すると、背景画像802は図8のよ
うになる。前景画像のあった部分801は、そのままで
はデータが存在しないので、ここでは暫定的に輝度レベ
ルがゼロのデータを挿入している。尚、以下では、補間
の対象として注目しているフレームをターゲットフレー
ム、補間候補のデータを探すフレームをサンプルフレー
ムと呼ぶことにする。
【0034】図2は、背景補間を行おうとするフレーム
(ターゲットフレーム)に対する一連の処理の全体アル
ゴリズムである。なお、このフローチャートはターゲッ
トフレーム1枚に対する処理なので、複数枚のフレーム
を処理する場合は、その枚数分だけ同様の処理を繰り返
せばよい。
【0035】ステップS201でまず初期設定を行う。
ここでの設定の主なものは、ターゲットフレームの設
定、サンプルフレームの枚数の設定、さらにターゲット
フレームのブロック化処理などを含んでいる。ここで
は、図8の(a)に示す第Nフレームをターゲットフレ
ームとする。また、図8(b)に示す第N−1フレーム
と、図8(c)に示す第N−2フレームの2枚をサンプ
ルフレームとする。図9には、図8(a)に示すターゲ
ットフレームをブロック化したものを示す。
【0036】ステップS201でブロック化されたブロ
ックを、ステップS202で、一つずつターゲットブロ
ックか否かチェックしていく。この処理は、ブロック内
に輝度レベルがゼロのデータが存在するか否かで判定が
可能である。
【0037】画像の輝度レベルを8ビット(0〜25
5)データで表す場合は、一般に映像信号の最低レベル
すなわち黒の信号は16とするため、ゼロレベルのデー
タのみを探せば、黒レベルの信号との誤判定は防げる。
また、穴の部分に暫定的に挿入するデータは任意である
ので、誤判定の心配のないデータであればゼロにこだわ
る必要はない。
【0038】このようにしてターゲットブロックの検出
を行うと、図9のブロック901が最初のターゲットブ
ロックと判定される。ターゲットブロックと判定された
ブロックはステップS203で補間処理がなされ、次の
ブロックの処理に進む。尚、この補間処理の詳細につい
ては後述する。
【0039】上記のようにして次々にブロック単位の処
理を行い、ステップS204ですべてのブロックの処理
が終了したと判断された時点で、ターゲットフレーム全
体の補間処理が完了となる。
【0040】次に、図3を用いて第1の実施形態による
ターゲットブロックの処理アルゴリズムを説明する。タ
ーゲットブロックを検出すると、まずステップS301
において周囲ブロックを決定する。図10は、ターゲッ
トブロックとその周囲ブロックを示しており、1001
が補間対象すなわちターゲットブロックで、1002〜
1005が周囲ブロックである。ここでは、ターゲット
ブロックの上下左右のブロックを周囲ブロックとしてい
る。
【0041】次に、ステップS302において、ターゲ
ットブロックの動きベクトル候補を算出する。ターゲッ
トブロックの動きベクトル候補は、周囲ブロックの動き
ベクトルから求めるが、その詳細のアルゴリズムを図4
を用いて説明する。
【0042】まずステップS401で周囲ブロック内の
データを調べ、ブロック内にデータの欠落部分がないか
どうかを判定する。欠落部分があった場合は、その後の
パターンマッチングで所望の結果が得られなくなるた
め、このブロックについては動きベクトルを求めない。
【0043】データの欠落部分がなければ、ステップS
402でサンプルフレームとの間でパターンマッチング
を行う。マッチングを行うたびにブロックの差分の二乗
和を求めておき、すべてのマッチング処理を終えた段階
でステップS403に進み、差分の二乗和が最小となる
ブロックとの相対位置情報、すなわち動きベクトルを求
める。
【0044】ステップS404では、求めた動きベクト
ルの信頼度を検証する。すなわち、差分の二乗和が最小
となる動きベクトルでも、差分の二乗和の値がある閾値
以上であれば、その動きベクトルは候補として採用すべ
きでないと判断する。閾値以下の場合のみ、ステップS
405に進み、ターゲットブロックの動きベクトル候補
とする。
【0045】これらの処理を周囲ブロックの数だけ繰り
返し、ステップS406ですべての周囲ブロックの判定
が終了したと判断したとき、このターゲットブロックに
対する動きベクトル候補の算出処理を終える。
【0046】ここで注意すべきは、動きベクトル候補は
最大で周囲ブロックの数だけ存在し、最小では動きベク
トル候補なしということもあり得ることである。
【0047】図3に戻って、ステップS303ではステ
ップS302で算出された動きベクトル候補の有無を判
定し、以後の処理を分岐している。
【0048】図10の例で周囲ブロック1002と10
03は、ブロック内にデータ欠落部分が存在しないた
め、動きベクトルを算出する。背景画像が動いていない
と仮定すると、差分の二乗和がゼロとなる場所があり、
その動きベクトルは(0,0)である。また、図10の
周囲ブロック1004と1005は、ブロック内にデー
タ欠落部分が存在するため、動きベクトルの算出処理を
行わない。したがって、この図10の例では、ステップ
S302(図4のフローチャートに示す処理)が終わっ
た段階で、動きベクトル候補は2つである。
【0049】ターゲットブロックの動きベクトル候補が
存在する場合には、図3のステップS304に進む。こ
こで動きベクトル候補からターゲットブロックの動きベ
クトルを確定するが、その詳細のアルゴリズムを図5を
用いて説明する。
【0050】まず、ステップS501で動きベクトル候
補が複数あるかどうかチェックする。ステップS501
で動きベクトル候補が一つしかない場合は、ステップS
502で、その動きベクトル候補をターゲットブロック
の動きベクトルとして確定する。ステップS501で動
きベクトル候補が複数存在する場合は、ステップS50
3で、それらの中で同じ値を持つベクトルがあるかどう
かチェックする。
【0051】ステップ503で同じ値を持つ動きベクト
ル候補がない場合は、ステップS504で、動きベクト
ル候補を平均したものをターゲットブロックの動きベク
トルとして確定する。ステップ503で同じ値を持つ動
きベクトル候補がある場合は、ステップS505で、そ
れらが複数種類あるかどうかチェックする。
【0052】ステップS505で同じ値を持つ動きベク
トル候補が一種類しかない場合は、ステップS506
で、その同じ値を持つ動きベクトル候補をターゲットブ
ロックの動きベクトルとして確定する。ステップS50
5で同じ値を持つ動きベクトル候補が二種類以上ある場
合は、ステップS507で、分類された動きベクトル候
補の中で一番多いものをチェックし、同じ値を持つ動き
ベクトル候補が最も多いものが複数存在するか否かを判
断する。
【0053】ステップS507で同じ値を持つ動きベク
トル候補が最も多いものが複数存在しない場合は、ステ
ップS508で、最も多かった動きベクトル候補をター
ゲットブロックの動きベクトルとする。ステップS50
7で同じ値を持つ動きベクトル候補が最も多いものが複
数存在する場合、例えば4つの動きベクトルのうち、2
つの動きベクトルの値が同じで、残り2つの動きベクト
ルも同じといったように、同じ値を持つ動きベクトル候
補が最も多いものが複数存在する場合は、ステップS5
09でそれらの動きベクトル候補の中で差分の二乗和が
最小のものをチェックする。最小のものが一つであれ
ば、ステップS510でそれをターゲットブロックの動
きベクトルとする。最小のものが複数ある場合は、ステ
ップS511でそれらのベクトルの平均を求め、これを
ターゲットブロックの動きベクトルとする。
【0054】図10の例では、動きベクトル候補が2つ
存在し、それらの動きベクトルの値は同じであるので、
これをターゲットブロックの動きベクトルとして確定す
る。
【0055】図3に戻って、ターゲットブロックの動き
ベクトルが確定すると、ステップS305に進んで、タ
ーゲットブロックの動きベクトルによる補間処理を行
う。図6は、ターゲットブロックの動きベクトルによる
補間処理のアルゴリズムを説明する図であり、ブロック
内の一画素単位毎の処理を示している。
【0056】まず、ステップS601において、画像デ
ータを埋めようとしている位置(注目画素)にすでにデ
ータが存在しているかどうかをチェックする。データが
存在していれば、その存在していたデータをそのまま使
用し、ステップS604の処理に移る。データが存在し
ない場合は、ステップS602に進み、動きベクトルに
対応するサンプル画素に画像データが存在するかどうか
チェックする。画像データが存在していれば、ステップ
S603で、そのサンプル画素の画像データをターゲッ
トの位置に埋め込んでステップS604の処理に進み、
画像データが存在していなければ、何もせずにステップ
S604の処理に進む。
【0057】図11(a)〜(g)には、一つのターゲ
ットブロックに対する補間の様子を示す。図11(a)
はターゲットブロックを示す。図11(b)は、最初の
N−1のサンプルフレームから確定したサンプルブロッ
クである。図11(a)に示すターゲットブロックを、
図11(b)に示すサンプルブロックで置き換える処理
が基本であるが、図11(a)のうち元々画像データが
存在する部分は図11(a)のものをそのまま用い、図
11(a)の欠落部分を図11(b)で埋める。ただ
し、図11(b)にも欠落部分が存在するため、実際に
埋め込まれるデータの範囲は、図11(c)の斜線部分
となる。図11(c)の斜線部分に実際にデータを埋め
た状態を示すのが図11(d)である。
【0058】ステップS604において、ブロック内す
べての画素に対して処理が行われると、このルーチンを
終了する。
【0059】このままでは、ブロック内すべての画素に
対してデータが埋め込まれているとは限らない。そこ
で、図3のステップS306においては、ブロック内に
まだ欠落部分があるかどうかを判定している。欠落部分
が存在しない場合、すなわち、すべての画素に対してデ
ータが埋め込まれていれば、このブロックの処理は終了
である。欠落部分が存在する場合は、ステップS308
においてサンプルフレームを変更し、ステップS302
からの処理を繰り返す。ステップS308に進む条件
は、以下の2種類である。ひとつは動きベクトル候補が
存在しなかった場合、もうひとつは動きベクトルを決定
してもそのベクトルの持つデータですべての画素が埋め
られなかった場合である。
【0060】図3のステップS307では、図2のステ
ップS201の初期設定で定めたサンプルフレームの枚
数をチェックしている。すべてのサンプルフレームをチ
ェックしてもなお欠落部分が存在する場合には、ステッ
プS309によって、周囲画素から内挿補間処理をして
データの埋め込みを行う。
【0061】図11(d)には欠落部分が存在するの
で、サンプルフレームをN−1からN−2に変更し、同
様の処理を行う。図11(e)は、N−2のサンプルフ
レームから確定したサンプルブロックの図である。図1
1(f)の斜線部分が図11(e)から埋め込むデータ
の範囲となる。図11(f)の斜線部分に実際にデータ
を埋めた状態を示すのが図11(g)である。図11
(g)に示すように、欠落部分はなくなったので、この
ターゲットブロックに対する処理は終了する。
【0062】以上述べたようにして、図3のフローチャ
ートで説明した一つのターゲットブロックの処理は終了
する。ターゲットフレーム内のすべてのターゲットブロ
ックに対して上記処理を行うことにより、一つのターゲ
ットフレームの処理が終了する。
【0063】図12(a)〜(c)は、ここまでの処理
を第Nフレームに施した結果を簡潔的に表した説明図で
ある。図12(a)が補間処理前の画像であり、図12
(b)がN−1フレームまで補間処理を終えた画像、図
12(c)がN−2フレームまで補間処理を終えた画像
である。
【0064】図13(a)は、2番目のターゲットブロ
ックと、その周囲ブロックを表した図である。これらの
周囲ブロックからターゲットブロックの動きベクトルを
確定し、補間した結果が図13(b)である。同様に、
3番目のターゲットブロックとその周囲ブロックが図1
3(c)であり、その補間結果が図13(d)、4番目
のターゲットブロックとその周囲ブロックが図13
(e)であり、その補間結果が図13(f)である。
【0065】ターゲットフレームとサンプルフレームと
を変更し、図2の処理を繰り返せば、複数フレームの背
景画像の補間が可能となる。図14(a)〜(e)は、
ターゲットフレームをN−1に変更して同様の処理を行
ったときの説明図である。
【0066】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態について説明する。上記第1の実施形態では、
周囲ブロックにデータの欠落部分があった場合、動きベ
クトルを求めなかったが、本実施形態では、欠落部分以
外の有効なデータを基に動きベクトルを求めるようにし
ている。なお、第2の実施形態での全体構成は、第1の
実施形態で説明した図1の構成と同様で、全体の処理ア
ルゴリズムは第1の実施形態で説明した図2のフローチ
ャートと同様である。
【0067】図4のターゲットブロックの動きベクトル
候補算出のアルゴリズムを示すフローチャートに対応す
るのが、図15に示すフローチャートである。ステップ
S3201において周囲ブロック内にデータの欠落部分
が存在する場合は、ステップS3202において、欠落
部分のマスキングデータを生成する。マスキングデータ
は一画素単位で求め、後の動きベクトル候補から1つの
ベクトルを決定する際の判定手段としても利用する。
【0068】図10における各ブロックのブロックサイ
ズが16×16であるとすると、周囲ブロック1004
のマスキングデータは図17(a)のようになり、周囲
ブロック1005のマスキングデータは図17(b)の
ようになる。ここで、黒く塗りつぶされた画素がマスキ
ングされている部分であり、白い画素が有効なデータの
部分である。有効なデータの数は、図17(a)、
(b)共に97である。図10の周囲ブロック100
2、1003には欠落したデータがないため、有効なデ
ータの数は256である。
【0069】次にステップS3203でマスキングされ
ていない有効なデータのみを用いて、パターンマッチン
グを行う。ブロック内にデータの欠落部分が存在しない
場合は、従来通りすべての画素を用いたパターンマッチ
ングとなる。ステップS3204の処理は第1の実施形
態と同様の処理(図4のS403)である。
【0070】ステップS3205の処理では、差分の二
乗和と閾値との比較をしているが、閾値の設定は、パタ
ーンマッチングに用いたデータ数によって変化させる。
ブロック内の全画素数をP、ブロック内の有効なデータ
数をMs、全画素有効な場合の閾値をTHaとすると
き、このブロックの閾値THaは以下の式で表される。 THa=(Ms/P)×THa ………(1) となる。
【0071】差分の二乗和の値がこの閾値を下回れば、
このときの動きベクトルをステップS3206でターゲ
ットブロックの動きベクトル候補とする。同様の処理を
全ての周囲ブロックについて行い、このアルゴリズムを
終了する。
【0072】次に、ターゲットブロックの動きベクトル
確定のアルゴリズムについて、図16を用いて説明す
る。複数の動きベクトル候補から1つの動きベクトルを
算出する方法は3つ考えられる。1つ目は、複数の候補
の中から1つを選択する、2つ目は、複数の候補に何ら
かの演算処理を行い1つの値を算出する、そして3つ目
は、これらの組み合わせである。本発明の第2の実施形
態に特有の処理は、2つ目の演算処理に関するものであ
る。なお、以下では、図16に示すフローチャートにお
いて、図5に示すフローチャートで既に説明したのと同
様な部分についての詳細な説明は省略する。
【0073】複数の動きベクトル候補が存在し(ステッ
プS3301)、これらが同じ値を持たないとき(ステ
ップS3302)は、これら複数の候補から選択的に1
つを決定するのは好ましくない。そこで、ステップS3
304では、各動きベクトル候補に対して重み付けを行
なった上で平均を求める処理を行う。
【0074】N個の動きベクトル候補の各々をVn(V
nx、Vny)とし、各周囲ブロック内の有効なデータ
数をMnとすると、求める動きベクトル(Vx、Vy)
は、
【数1】 となる。周囲ブロック内にデータ欠落部分がない場合
は、Mnの値はブロックの全画素数に一致する。
【0075】また、ステップS3311においても、こ
れら複数の動きベクトル候補から選択的に1つを決定す
るのは好ましくないため、上記の式(2)を用いて動き
ベクトルを算出する。本実施形態では、ステップS33
04とステップS3311の条件の時に重み付け平均を
算出し、それ以外の条件では選択的に1つの動きベクト
ルを決定したが、どのような条件設定のときにどちらの
動きベクトル算出手段を用いるかは任意である。
【0076】以上述べた第1、2の実施形態における各
機能ブロックによるシステムは、ハード的に構成しても
よく、また、CPUやメモリ等から成るマイクロコンピ
ュータシステムに構成してもよい。マイクロコンピュー
タシステムに構成する場合、上記メモリは本発明による
記憶媒体を構成する。この記憶媒体には、各フローチャ
ートによる前述した動作を制御するための手順を実行す
るためのプログラムが記憶される。また、この記憶媒体
としてはROM、RAM等の半導体メモリ、光ディス
ク、光磁気ディスク、磁気媒体等を用いてよく、これら
をCD−ROM、フロィピディスク、磁気テープ、磁気
カード、不揮発性のメモリカード等に構成して用いてよ
い。
【0077】従って、この記憶媒体を他のシステムある
いは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピ
ュータが、この記憶媒体に格納されたプログラムコード
を読み出し、実行することによっても、同等の効果が得
られ、本発明は達成される。
【0078】
【発明の効果】以上の説明したように、本発明によれ
ば、部分的にデータの欠落した背景画像に対してその欠
落部分を適切に補間処理を施すことができ、これによ
り、再利用可能な汎用性の高い背景オブジェクトを容易
にかつ確実に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態による画像処理装置の構成を
示すブロック図である。
【図2】本発明の実施形態による背景補間処理の全体ア
ルゴリズムを示すフローチャートである。
【図3】本発明の第1の実施形態によるターゲットブロ
ックの処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図4】ターゲットブロックの動きベクトル候補算出の
アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図5】ターゲットブロックの動きベクトル確定のアル
ゴリズムを示すフローチャートである。
【図6】ターゲットブロックの動きベクトルによる補間
処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図7】画像イメージを説明するためのオリジナル画像
の構成図である。
【図8】画像イメージを説明するための前景画像抽出後
の背景画像の構成図である。
【図9】画像イメージを説明するための第Nフレームを
ブロック化した構成図である。
【図10】画像イメージを説明するための補間対象ブロ
ックとその周囲ブロックの構成図である。
【図11】補間処理を説明するための構成図である。
【図12】補間処理を簡潔的に説明するための構成図で
ある。
【図13】補間処理を簡潔的に説明するための構成図で
ある。
【図14】補間処理を簡潔的に説明するための構成図で
ある。
【図15】本発明の第2の実施形態によるターゲットブ
ロックの動きベクトル候補算出のアルゴリズムを示すフ
ローチャートである。
【図16】ターゲットブロックの動きベクトル確定のア
ルゴリズムを示すフローチャートである。
【図17】周囲ブロックのマスキングを説明するための
構成図である。
【符号の説明】
101 画像入力部 102 画像分離部 103 前景画像符号化部 104 背景画像補間部 105 背景画像符号化部 106 多重化部 107 分離部 108 前景画像復号化部 109 背景画像復号化部 110 画像合成部

Claims (45)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画像データを入力する入力手段と、 上記入力した画像データを複数のブロックに分割する分
    割手段と、 上記各ブロックからデータ欠落部分を有するブロックを
    ターゲットブロックとして抽出すると共に、このターゲ
    ットブロックの周囲ブロックを抽出する抽出手段と、 他画面の画像データをサンプル画像データとして抽出す
    る抽出手段と、 上記周囲ブロックについて上記サンプル画像データの対
    応するブロックを用いて動きベクトルを算出する算出手
    段と、 上記算出された動きベクトルから上記ターゲットブロッ
    クと対応する動きベクトルを決定する決定手段と、 上記決定された動きベクトルから得られるデータを上記
    ターゲットブロックの上記欠落部分に埋め込む補間を行
    う補間手段とを有することを特徴とする画像処理装置。
  2. 【請求項2】 上記補間手段は、上記欠落部分を補間し
    てもなお全ての画素が補間されないとき、上記サンプル
    画像データを変更して上記補間を繰り返すことを特徴と
    する請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 【請求項3】 上記算出手段は、データの欠落部分のな
    い周囲ブロックについてのみ動きベクトルを算出するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  4. 【請求項4】 上記算出手段は、データの欠落部分のあ
    る周囲ブロックについては、その欠落部分をマスキング
    してデータの有効部分のみを用いて動きベクトルを算出
    することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  5. 【請求項5】 上記算出手段は、各周囲ブロックと上記
    サンプル画像データの対応する各ブロック間の各画素の
    差分の二乗和を求め、その値が最小となる上記対応する
    ブロックの位置から動きベクトルを算出し、その際、上
    記値が閾値を越えないときの上記算出結果を採用するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  6. 【請求項6】 上記決定手段は、上記算出手段で複数の
    動きベクトルが算出された場合、その中から一つを選択
    し、これを上記ターゲットブロックの動きベクトルと決
    定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装
    置。
  7. 【請求項7】 上記決定手段は、上記複数の動きベクト
    ルの中から多数決により上記一つを選択することを特徴
    とする請求項6に記載の画像処理装置。
  8. 【請求項8】 上記決定手段は、上記算出手段で複数の
    動きベクトルが算出された場合、上記差分の二乗和の値
    が最小となる動きベクトルを選択し、これを上記ターゲ
    ットブロックの動きベクトルと決定することを特徴とす
    る請求項5に記載の画像処理装置。
  9. 【請求項9】 上記決定手段は、上記算出手段で複数の
    動きベクトルが算出された場合、その中から複数を選択
    し、それぞれに重み付けを行った後に平均値を求め、こ
    れを上記ターゲットブロックの動きベクトルと決定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  10. 【請求項10】 上記重み付けは、上記ターゲットブロ
    ックと上記周囲ブロックとの相対距離によるものである
    ことを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。
  11. 【請求項11】 上記重み付けは、上記各動きベクトル
    を算出する際に求めた各差分の二乗和の値によることを
    特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。
  12. 【請求項12】 上記決定手段は、上記動きベクトルの
    中から、上記データの有効部分が最も大きい動きベクト
    ルを選択し、これを上記ターゲットブロックの動きベク
    トルと決定することを特徴とする請求項4に記載の画像
    処理装置。
  13. 【請求項13】 上記重み付けは、上記各動きベクトル
    を算出する際に用いるデータの有効部分の大きさによる
    ことを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。
  14. 【請求項14】 上記入力手段によって入力された画像
    データは前景オブジェクトを分離した背景オブジェクト
    のデータであることを特徴とする請求項1に記載の画像
    処理装置。
  15. 【請求項15】 上記補間手段によって処理された画像
    データを符号化する符号化手段を有することを特徴とす
    る請求項14に記載の画像処理装置。
  16. 【請求項16】 上記入力手段は、上記画像データから
    前景オブジェクトデータと背景オブジェクトデータとを
    分離し、上記背景オブジェクトデータを上記分割手段へ
    出力する分離手段を含むことを特徴とする請求項1に記
    載の画像処理装置。
  17. 【請求項17】 上記前景オブジェクトデータを符号化
    する第1の符号化手段と、上記補間手段によって処理さ
    れた背景オブジェクトデータを符号化する第2の符号化
    手段とを有することを特徴とする請求項16に記載の画
    像処理装置。
  18. 【請求項18】 画像データを入力する入力手段と、 上記入力手段によって入力された画像データから前景オ
    ブジェクトデータと背景オブジェクトデータとを分離す
    る分離手段と、 上記分離手段によって分離された背景オブジェクトデー
    タの欠落データを補間する補間手段と、 上記前景オブジェクトデータを符号化する第1の符号化
    手段と、 上記補間手段によって補間された背景オブジェクトデー
    タを符号化する第2の符号化手段とを有することを特徴
    とする画像処理装置。
  19. 【請求項19】 上記第1の符号化手段によって符号化
    された前景オブジェクトデータと上記第2の符号化手段
    によって符号化された背景オブジェクトデータとを多重
    化する多重化手段を有することを特徴とする請求項18
    に記載の画像処理装置。
  20. 【請求項20】 上記補間手段は、上記背景オブジェク
    トデータを複数のブロックに分割する分割手段と、上記
    各ブロックからデータ欠落部分を有するブロックをター
    ゲットブロックとして抽出すると共に、このターゲット
    ブロックの周囲ブロックを抽出する抽出手段と、上記周
    囲ブロックについての動きベクトルを検出する動きベク
    トル検出手段とを有し、上記動きベクトル検出手段の検
    出結果に応じて上記欠落データを補間することを特徴と
    する請求項18に記載の画像処理装置。
  21. 【請求項21】 画像データを入力し、 上記入力された画像データから前景オブジェクトデータ
    と背景オブジェクトデータとを分離し、 上記分離された背景オブジェクトデータの欠落データを
    補間し、 上記前景オブジェクトデータを符号化し、 上記補間された背景オブジェクトデータを符号化するこ
    とを特徴とする画像処理方法。
  22. 【請求項22】 画像データを入力する入力手段と、 上記画像データを複数のブロックに分割する分割手段
    と、 上記各ブロックからデータ欠落部分を有するブロックを
    ターゲットブロックとして抽出すると共に、このターゲ
    ットブロックの周囲ブロックを抽出する抽出手段と、 上記周囲ブロックの動きベクトルを検出する検出手段
    と、 上記検出された動きベクトルに応じて得られるデータを
    上記ターゲットブロックの上記欠落部分に埋め込む補間
    を行う補間手段とを有することを特徴とする画像処理装
    置。
  23. 【請求項23】 画像データを入力し、 上記画像データを複数のブロックに分割し、 上記各ブロックからデータ欠落部分を有するブロックを
    ターゲットブロックとして抽出すると共に、このターゲ
    ットブロックの周囲ブロックを抽出し、 上記周囲ブロックの動きベクトルを検出し、 上記検出された動きベクトルに応じて得られるデータを
    上記ターゲットブロックの上記欠落部分に埋め込む補間
    を行うことを特徴とする画像処理方法。
  24. 【請求項24】 入力される1画面の画像データを複数
    のブロックに分割する分割手順と、 上記各ブロックからデータ欠落部分を有するブロックを
    ターゲットブロックとして抽出すると共に、このターゲ
    ットブロックの周囲ブロックを抽出する抽出手順と、 他画面の画像データをサンプル画像データとして抽出す
    る抽出手順と、 上記周囲ブロックについて上記サンプル画像データの対
    応するブロックを用いて動きベクトルを算出する算出手
    順と、 上記算出された動きベクトルから上記ターゲットブロッ
    クと対応する動きベクトルを決定する決定手順と、 上記決定された動きベクトルから得られるデータを上記
    ターゲットブロックの上記欠落部分に埋め込む補間を行
    う補間手順とを実行するためのプログラムを記憶したこ
    とを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
  25. 【請求項25】 上記補間手順は、上記欠落部分を補間
    してもなお全ての画素が補間されないとき、上記サンプ
    ル画像データを変更して上記補間を繰り返すことを特徴
    とする請求項24に記載のコンピュータ読み取り可能な
    記憶媒体。
  26. 【請求項26】 上記算出手順は、データの欠落部分の
    ない周囲ブロックについてのみ動きベクトルを算出する
    ことを特徴とする請求項24に記載のコンピュータ読み
    取り可能な記憶媒体。
  27. 【請求項27】 上記算出手順は、データの欠落部分の
    ある周囲ブロックについては、その欠落部分をマスキン
    グしてデータの有効部分のみを用いて動きベクトルを算
    出することを特徴とする請求項24に記載のコンピュー
    タ読み取り可能な記憶媒体。
  28. 【請求項28】 上記算出手順は、各周囲ブロックと上
    記サンプル画像データの対応する各ブロック間の各画素
    の差分の二乗和を求め、その値が最小となる上記対応す
    るブロックの位置から動きベクトルを算出し、その際、
    上記値が閾値を越えないときの上記算出結果を採用する
    ことを特徴とする請求項24に記載のコンピュータ読み
    取り可能な記憶媒体。
  29. 【請求項29】 上記決定手順は、上記算出手順で複数
    の動きベクトルが算出された場合、その中から一つを選
    択し、これを上記ターゲットブロックの動きベクトルと
    決定することを特徴とする請求項24に記載のコンピュ
    ータ読み取り可能な記憶媒体。
  30. 【請求項30】 上記決定手順は、上記複数の動きベク
    トルの中から多数決により上記一つを選択することを特
    徴とする請求項29に記載のコンピュータ読み取り可能
    な記憶媒体。
  31. 【請求項31】 上記決定手順は、上記算出手順で複数
    の動きベクトルが算出された場合、上記差分の二乗和の
    値が最小となる動きベクトルを選択し、これを上記ター
    ゲットブロックの動きベクトルと決定することを特徴と
    する請求項28に記載のコンピュータ読み取り可能な記
    憶媒体。
  32. 【請求項32】 上記決定手順は、上記算出手順で複数
    の動きベクトルが算出された場合、その中から複数を選
    択し、それぞれに重み付けを行った後に平均値を求め、
    これを上記ターゲットブロックの動きベクトルと決定す
    ることを特徴とする請求項24に記載のコンピュータ読
    み取り可能な記憶媒体。
  33. 【請求項33】 上記重み付けは、上記ターゲットブロ
    ックと上記周囲ブロックとの相対距離によるものである
    ことを特徴とする請求項32に記載のコンピュータ読み
    取り可能な記憶媒体。
  34. 【請求項34】 上記重み付けは、上記各動きベクトル
    を算出する際に求めた各差分の二乗和の値によることを
    特徴とする請求項32に記載のコンピュータ読み取り可
    能な記憶媒体。
  35. 【請求項35】 上記決定手順は、上記動きベクトルの
    中から、上記データの有効部分が最も大きい動きベクト
    ルを選択し、これを上記ターゲットブロックの動きベク
    トルと決定することを特徴とする請求項27に記載のコ
    ンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
  36. 【請求項36】 上記重み付けは、上記各動きベクトル
    を算出する際に用いるデータの有効部分の大きさによる
    ことを特徴とする請求項32に記載のコンピュータ読み
    取り可能な記憶媒体。
  37. 【請求項37】 画像データを入力する入力手順と、 上記入力された画像データから前景オブジェクトデータ
    と背景オブジェクトデータとを分離する分離手順と、 上記分離された背景オブジェクトデータの欠落データを
    補間する補間手順と、 上記前景オブジェクトデータを符号化する第1の符号化
    手順と、 上記補間された背景オブジェクトデータを符号化する第
    2の符号化手順とを実行するためのプログラムを記憶し
    たことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒
    体。
  38. 【請求項38】 画像データを入力する入力手順と、 上記画像データを複数のブロックに分割する分割手順
    と、 上記各ブロックからデータ欠落部分を有するブロックを
    ターゲットブロックとして抽出すると共に、このターゲ
    ットブロックの周囲ブロックを抽出する抽出手順と、 上記周囲ブロックの動きベクトルを検出する検出手順
    と、 上記検出された動きベクトルに応じて得られるデータを
    上記ターゲットブロックの上記欠落部分に埋め込む補間
    を行う補間手順とを実行するためのプログラムを記憶し
    たことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒
    体。
  39. 【請求項39】 画像データを入力する入力手段と、 上記画像データから前景オブジェクトデータと背景オブ
    ジェクトデータとを分離する分離手段と、 上記前景オブジェクトの分離により生じた上記背景オブ
    ジェクトデータの欠落部分の画像データを上記欠落部分
    の周囲の画像データに基づいて補間する補間手段とを有
    することを特徴とする画像処理装置。
  40. 【請求項40】 上記補間手段は、上記背景オブジェク
    トデータを複数のブロックに分割する分割手段と、上記
    分割手段によって分割されたブロックから上記欠落部分
    を含むブロックをターゲットブロックとして抽出する抽
    出手段と、 上記ターゲットブロックの周囲に位置する周囲ブロック
    の動きを他の画面の画像データを用いて検出し、その検
    出結果を動き情報として発生する検出手段と、上記動き
    情報に応じて前記ターゲットブロックの欠落部分の画像
    データを生成する生成手段とを含むことを特徴とする請
    求項39に記載の画像処理装置。
  41. 【請求項41】 上記補間手段によって処理された背景
    オブジェクトデータを符号化する第1の符号化手段を有
    することを特徴とする請求項39又は40に記載の画像
    処理装置。
  42. 【請求項42】 上記分離手段によって分離された前景
    オブジェクトデータを符号化する第2の符号化手段を有
    することを特徴とする請求項39〜41のいずれか1項
    に記載の画像処理装置。
  43. 【請求項43】 上記補間手段によって処理された背
    景オブジェクトデータを符号化する第1の符号化手段
    と、上記分離手段によって分離された前景オブジェクト
    データを符号化する第2の符号化手段と、上記第1の符
    号化手段によって符号化された背景オブジェクトデータ
    と上記第2の符号化手段によって符号化された前景オブ
    ジェクトデータとを多重化する多重化手段とを有するこ
    とを特徴とする請求項39又は40に記載の画像処理装
    置。
  44. 【請求項44】 画像データを入力する入力手順と、 上記画像データから前景オブジェクトデータと背景オブ
    ジェクトデータとを分離する分離手順と、 上記前景オブジェクトの分離により生じた上記背景オブ
    ジェクトデータの欠落部分の画像データを上記欠落部分
    の周囲の画像データに基づいて補間する補間手順とを有
    することを特徴とする画像処理方法。
  45. 【請求項45】 画像データを入力する入力手順と、 上記画像データから前景オブジェクトデータと背景オブ
    ジェクトデータとを分離する分離手順と、 上記前景オブジェクトの分離により生じた上記背景オブ
    ジェクトデータの欠落部分の画像データを上記欠落部分
    の周囲の画像データに基づいて補間する補間手順とを実
    行するためのプログラムを記憶したことを特徴とするコ
    ンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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